TR201701603A2 - Çi̇ft tek kutuplu ve i̇ki̇ kutuplu çi̇ft veya üçlü firçasiz dc motor evi̇ri̇ci̇ topoloji̇si̇ - Google Patents

Abstract

Bu buluş, birden çok fırçasız DC motoru eşzamanlı olarak sürebilen bir kontrol devresi ile ilgilidir. Bu buluş özellikle, bir elektrikli ev cihazının bir birinci fırçasız DC motoru ve bir ikinci fırçasız DC motorunun sürülmesini sağlayan ve her biri ilgili bir birinci motor faz sargısını (3) belli bir zaman sırasıyla besleyen birinci motor anahtarlama elemanları (9) vasıtasıyla birinci fırçasız DC motora giden elektrik akışını kontrol eden bir birinci motor sürücü bloku (1) ve her biri ilgili bir ikinci motor faz sargısını (4) belli bir zaman sırasıyla besleyen ikinci motor anahtarlama elemanları (10) vasıtasıyla ikinci fırçasız DC motora giden elektrik akışını kontrol eden bir ikinci motor sürücü bloku (2) ve aralarına bir DC hattı kondansatörünün (11) yerleştirildiği pozitif ve negatif besleme hatları içeren bir çevirici devresi ile ilgilidir.

Description

TARIFNAME ÇIFT TEK KUTUPLU VE IKI KUTUPLU ÇIFT VEYA ÜÇLÜ FIRÇASIZ DC MOTOR EVIRICI TOPOLOJISI Bu bulus, birden çok firçasiz DC motoru eszamanli olarak sürebilen bir kontrol devresi ile ilgilidir. Çamasir makinesi gibi ev cihazlarinda, tamburun dönmesi, çevrim suyunun sirkülasyonu ve su tahliyesi islemlerinin gerçeklestirilmesi amaciyla birden fazla elektrik motoru kullanilmasi teknikte bilinmektedir. Kompakt boyutlari, yüksek verimlilikleri ve sessiz çalismalari göz önüne alindiginda, sinirli torklari nedeniyle, bu uygulamalarda, genellikle 100-120 W araligindaki düsük güçlü firçasiz DC (BLDC) motorlar tercih edilmektedir.

Firçasiz dogru akim elektrik motorlari, genellikle daimi miknatislar kullanilan bir rotor ve motorun isleyisinin saglanmasi amaciyla farkli fazlardaki akiminin zamanlamasi ve yönü kontrol edilen sargilara sahip bir stator içeren senkron motorlardir. Firçasiz DC motorlarda, firçasiz DC motorun kontrolü amaciyla, mekanik anahtarlama kisimlari, yani motorun firçalarinin yerine, akimi bir fazdan digerine geçirerek motorun yönünü elektronik olarak degistiren bir elektronik kontrol devresi kullanilmaktadir.

Firçasiz DC motorlari, çift kutuplu veya tek kutuplu sürücü devreleri gibi bir anahtarlamali güç kaynagi üzerinden bir DC güç kaynagi ile beslenmektedir. Bir tek kutuplu sürücü devresinde, iletim ters elektromanyetik kuvvetin pozitif kismi sirasinda gerçeklesmekte ve bunun sonucunda daha basit bir anahtarlama devresi kullanilmakta, bir çift kutuplu sürücü devresinde ise, iletim pozitif ve negatif yari çevrimler sirasinda gerçeklestiginden, daha fazla sayida anahtarlama elemani kullanilmasi gerekmektedir.

Stator sargilarinin her bir fazinda çift kutuplu akim elde etmeye uygun teknikte bilinen bir sürücü devresi topolojisi daha maliyetli, ancak daha verimli bir elektronik kontrol saglamaktadir. Bir üç fazli firçasiz DC motorunu süren bir çift kutuplu sürücü devresi genellikle, entegre diyotlara sahip, üçü yüksek gerilim anahtarlama kapisi sürücüleri gerektiren alti anahtarlama elemani içermektedir.

Diger yandan, bir tek kutuplu sürücü devresinde faz akimlari ters çevrilmediginden, firçasiz DC motorun isleyisi için daha az sayida anahtarlama elemani gerekmektedir.

Sekil 1,de, bir üç fazli (Pl, P2 ve P3) firçasiz DC motoru süren, üç anahtarlama elemani (SZ, S4 ve 56) içeren bir tek kutuplu sürücü devresi gösterilmektedir. Her bir anahtarlama elemani, bir ilgili faz sargisina (Pl, P2 ve P3) seri baglidir ve D2, D4 ve D6 diyotlarinin bulundugu serbest geçis hatlarinda, ilgili fazlarda depolanan manyetik enerjinin dagitilmasini saglayan bir ilgili Zener diyot kullanilmaktadir.

Teknigin bilinen durumunda yer alan USS471353 sayili patent dokümaninda, sinirli güç uygulamalarinda kullanilmaya uygun bir disk süiücü sistemi açiklanmaktadir. Disk sürücü, iki veya daha fazla sargiya sahip bir is mili motoru ve ayrica, is mili motorunu tek kutuplu, çift kutuplu veya üç kutuplu modlardan herhangi birinde sürebilen bir is mili motoru sürücü içermektedir. Çift kutuplu veya üç kutuplu modlar, disk dürücüyü baslatmak için kullanilmakta ve ardindan, veri alinirken disk sürücünün çalistirilmasi amaciyla tek kutuplu mod kullanilmaktadir. Üç sürme modunun birlikte kullanilmasiyla, baslangiç akimi büyük oranda azaltilmakta ve yüksek dönüs hizlari elde edilmektedir. Elektrik tüketimi, çift kutuplu modlardan tek kutuplu modlara geçilerek en aza indirilmektedir.

Bu bulus ise, bir yüksek güçlü firçasiz DC motor ve bir veya iki düsük güçlü firçasiz DC motor içeren birden çok firçasiz DC motoru ayni anda süren bir çift modlu tek kutuplu ve çift kutuplu devre topolojisinde birden fazla yari iletken elemanin kullanildigi durumlarla ilgilidir. Düsük güçlü firçasiz DC motorlar ayni anda sürülürken, yüksek güçlü firçasiz DC motor ayni zamanda yüksek verimlilikle sürülmektedir.

Yüksek hacimli üretimde maliyetin en aza indirilmesi kritik önem tasidi gindan, bu bulus, bir elektrikli ev cihazinda kullanilan tüm firçasiz DC motorlarin ayni anda sürülmesi için gereken yari iletken anahtarlama elemani sayisini en aza indiren etkin bir devre çözümü gerçeklestirmektedir. Bu nedenle, bu bulus, iki veya üç firçasiz DC motorun eszamanli olarak sürülmesi için kullanilan daha maliyet etkin bir devre topolojisine olan gereksinimi karsilamaktadir.

Bu bulus ile, Istem l,de karakterize edilen özelliklerle tanimlanan bir evirici devresi gerçeklestirilmektedir.

Bu bulusun amaci, bir ev cihazinda kullanilan iki veya üç firçasiz DC motoru eszamanli olarak sürebilen ve tek kutuplu ve çift kutuplu modlarin desteklendigi ve bir yüksek güçlü firçasiz DC motorun yüksek verimlilikle sürüldügü bir evirici devresinin gerçeklestirilmesidir.

Bulus konusu çevirisi devresi, tercihe göre, bir elektrikli ev cihazinin bir birinci firçasiz DC elektrik motoru ve bir üçüncü DC elektrik motorunun eszamanli olarak sürülmesini ve bir ikinci firçasiz DC elektrik motorunun birinci ve üçüncü firçasiz DC elektrik motorlarindan bagimsiz olarak ayni çeviri devre ile sürülmesini saglamaktadir.

Bu sekilde, bu bulus ile, bir çamasir makinesinde bir iki fazli tahliye pompasi ve sirkülasyon pompasi motorlari olarak paralel bagli olan bir birinci veya üçüncü firçasiz DC motor ve bir üç fazli tambur döndürme motoru olan bir ikinci firçasiz DC motorun, yarisi yüksek gerilim anahtarlama kapisi sürücüleri gerektiren on anahtarlama elemanina sahip iki çift kutuplu evirici kullanilmaksizin eszamanli olarak sürülmesi saglanmaktadir. Tahliye pompasi ve sirkülasyon pompasi motorlarindan yalnizca biri, belirli bir aralikta sürüldügünde, enerjilendirilmeyen motor sargilari bir aktif PFC olarak kullanilabilmektedir.

Ekteki sekiller yalnizca, önceki teknige göre avantajlari yukarida ana hatlariyla anlatilan ve asagida ayrintili olarak açiklanacak olan, bir çift firçasiz DC motoru eszamanli olarak sürebilen bir kontrol devresini örneklendirme amaciyla verilmistir.

Sekiller, istemlerde tanimlanan koruma kapsamini sinirlandirmamaktadir ve bu bulusun açiklama kismindaki teknik açiklamaya basvurulmadan, söz konusu istemlerde tanimlanan kapsami yorumlama amaciyla tek baslarina kullanilmamalidir.

Sekil 1, bir üç fazli tek kutuplu firçasiz DC motorunda yer alan bir eviricinin semasini göstermektedir.

Sekil 2, bulusun bir uygulamasinda, iki firçasiz DC motoru eszamanli olarak süren bir devre topolojisinin semasini göstermektedir.

Sekil 3, bulusun alternatif bir uygulamasinda, üç firçasiz DC motoru eszamanli olarak süren bir devre topolojisinin semasini göstermektedir.

Sekillerdeki parçalar tek tek numaralandirilmis olup, bu numaralarin karsiligi asagida verilmistir: 1) Birinci motor sürücü bloku 2) Ikinci motor sürücü bloku 3) Birinci motor faz sargisi 4) Ikinci motor faz sargisi ) Dogrultucu diyot 6) Birinci motor serbest geçis diyodu 7) Ikinci motor serbest geçis diyodu 8) Ortak serbest geçis diyodu 9) Birinci motor anahtarlama elemani ) Ikinci motor anahtarlama elemani 1 l) DC hatti kondansatörü 12) Üçüncü motor sürücü bloku 13) Üçüncü motor faz sargisi 14) Üçüncü motor anahtarlama elemani ) Üçüncü motor serbest geçis diyodu Bulus konusu devre topolojisi, yikama suyunun tahliyesini gerçeklestiren bir birinci elektrik motoru (TP), tamburun döndürülmesini saglayan bir ikinci elektrik motoru (TM) ve çevrim suyunun dolastinlmasini saglayan bir üçüncü elektrik motoru (JP) içeren bir çamasir makinesi gibi bir elektrikli ev cihazinda, bir çift firçasiz DC motor veya bulusun bir alternatif uygulamasinda üç firçasiz DC motorun eszamanli olarak sürülmesini saglamaktadir Bir firçasiz DC motorda, Stator sargilari (indüksiyon elemanlari), rotor konumuna bagli olarak açik ve kapali konuma getirilmektedir. Stator ve rotorun manyetik alanlari, yani, stator sargilarinin farkli fazlarindan geçen akimin yönünün, rotorun manyetik alanina göre belli bir zamanlamayla degistirilmesinin olusturdugu dönen manyetik alan senkronize edilmektedir.

Bu bulusta, asagida açiklanan sekilde, bir birinci motor sürücü bloku (1) tahliye pompasi motoru (TP) sargilarina giden elektrik akisini kontrol etmekte ve bir ikinci motor sürücü bloku (2) tambur motorunu (TM) sürmektedir. Bir firçasiz DC motordaki Stator faz sargilarindan çift kutuplu akim geçmesini saglayan bir çift kutuplu eviricinin aksine, bir tek kutuplu evirici topolojisi, sargilari tek bir akim yönüyle sinirlayarak beslemekte ve bir ilgili sargida depolanan enerjinin, ters paralel diyotlar üzerinden ayni sargida dagitildigi ekonomik, ancak verimli olmayan bir enerji dönüsümü saglanmaktadir. Buna ragmen, motorun eviricisi motorun kendisinden daha pahali oldugundan maliyet avantaji kritik önem tasimaktadir.

Bu bulusta, tambur motoru (TM) tercihen, genellikle IGBT, FET veya MOFSET olan ikinci motor anahtarlama elemanlarina (10) (Sl, SZ, S3, S4, S5 ve S6) sahip olan bir üç fazli motordur. Her bir anahtarlama elemani (10), ilgili bir ikinci motor faz sargisini (4) (TM Pl, TM P2 ve TM P3) beslemektedir. Öte yandan, tahliye motoru (TP), her biri sirayla ilgili bir birinci motor faz sargisini (3) (TP Pl ve TP P2) besleyen iki birinci motor fazi anahtarlama elemanina (9) (S7 ve S8) sahip bir iki fazli motordur.

Bu bulusta, bir alternatif akim kaynagi dört dogrultucu diyot (5) (Dl, D2, D3 ve D4) ile dogmltulmakta, birinci motor serbest geçis diyotlari (6) (D6 ve D7) birinci motor faz sargilarina (3) (TP Pl ve TP P2) seri baglanmaktadir. AC kaynak gerilimi, dogrultucu diyotlarla (5) (Dl, D2, D3 ve D4) dogrultulmakta, birinci motor anahtarlama elemanlari (9) (S7 ve S8) ilgili birinci motor faz sargilarini (3) belli bir zaman sirasiyla beslemektedir. Ardindan, ilgili bir birinci motor faz sargisina (3) giden besleme, kendisine seri bagli olan ilgili bir birinci motor serbest geçis diyodu (6) ile kesilmektedir. Sekil 2'de, ortak baglanti noktalari olusturan pozitif ve negatif besleme kanallarina sahip bir devre topolojisi gösterilmektedir.

Bu bulusta, akim, rotor konumuna uygun olarak ikinci motor faz sargilarindan (4) geçerken, ikinci motor anahtarlama elemanlari (10) (Sl, SZ, S3, S4, S5 ve S6) belirli bir zaman sirasiyla açik konuma getirilmekte ve ilgili ikinci motor faz sargisi (4) beslenmektedir. Bir ilgili ikinci motor anahtarlama elemani (10) (Sl, S2, S3, S4, S5 ve 86) açildiginda, ilgili serbest geçis diyotlari (7), bir DC hatti kondansatörünün (ll) sarj edilmesini saglayacak sekilde akimin geçisine izin vermektedir. Böylece, serbest geçis akimi, faz sargilarinda saklanan manyetik alan enerjisi birinci ve ikinci motorlarin çalismasi sirasinda DC hatti kondansatörüne (11) aktarilacak sekilde kullanilmaktadir.

DC hatti kondansatörü (l 1), voltaj dalgalanmasinin giderilmesi amaciyla pozitif ve negatif besleme hatlarinin arasina yerlestirilmektedir. Yükseltilmis DC hatti gerilimi avantajli bir sekilde, ikinci motorun (TM) maksimum hizinin artirilmasinda etkin olmaktadir.

Sekil 3'te, üçüncü motor fazi sargilarina (JP Pl, JP P2) sahip bir ek iki fazli sirkülasyon pompasinin (JP) ayni anda sürüldügü bulusun bir ikinci alternatif uygulamasi gösterilmektedir. Birinci motor sürücü blokuna (l) benzer olarak, iki üçüncü motor anahtarlama elemaninin (14) (S9 ve S 10) her biri, sirasiyla bir ilgili üçüncü motor faz sargisini (13) (JP Pl ve JP P2) beslemektedir. Ek olarak, istege bagli olarak bir ortak serbest geçis diyodu (8) Sekil 2 ve 3'te gösterilen devrelerde kullanilmaktadir.

Arzu edilen Tork-Hiz karakteristiklerinin elde edilmesi amaciyla teknikte bilinen bir PWM (pulse width modulation - darbe genisligi modülasyonu) semasi uygulanabilmektedir. Uygulanan voltajin genligi, PWM atimlarinin döngüsü arzu edilen hizin korunmasini saglayacak voltaj genligine uygun olarak kontrol edilerek ayarlanmaktadir. Bu sekilde, Sekil 2 veya 3'te gösterilen bulus konusu devre çözümü, üç motor ve hizlarinin bagimsiz olarak kontrol edilmesine olanak saglamaktadir.

Bu bulus sayesinde, Sekil 2 veya 3'te gösterilen bulus konusu devre çözümünün DC hatti gerilimini yükseltmesi ve bu sekilde ikinci motorun (TM) maksimum hizinin artirilmasi ve güç faktörü düzeltilmesi etkisi olusturmasiyla sebekeden çekilen harmoniklerin asgari seviyeye indirilmesini saglamasiyla, yüksek güçlü tambur motorun (TM) daha verimli bir sekilde yüksek hizla çalismasi saglanmaktadir. Bu sekilde, aktif PFC devresi daha basit bir harmonik filtre tasarlanmasinda etkin olmaktadir. Sekil 2 veya 3'te gösterilen devreler ek olarak, DC hatti kondansatörüne (11) beslenen sarj akiminin sinirlandirilmasi için NTC/PTC gibi ek elemanlar (ani akim sinirlayici) için duyulan ihtiyacin ortadan kaldirilmasinda etkin olmaktadir. Iki fazli motorlardan (birinci elektrik motoru (TP) ve üçüncü elektrik motoru (JP)) yalnizca biri, belirli bir aralikta sürüldügünde, enerjilendirilmeyen motor sargilari bir aktif PFC olarak kullanilabilmektedir.

Bu bulusta, iki fazli motorlardan yalnizca birinin sürüldügü durumda, Sekil 3'te gösterilen devre çözümü, EMC/EMI gereksinimleriyle uyumlu bir sekilde bir pasif filtre olarak görev yapmaktadir. Özetle, bu bulus ile, bir elektrikli ev cihazinin bir birinci firçasiz DC motoru ve bir ikinci firçasiz DC motorunun sürülmesini saglayan ve her biri ilgili bir birinci motor faz sargisini (3) belli bir zaman sirasiyla besleyen birinci motor anahtarlama elemanlari (9) vasitasiyla birinci firçasiz DC motora giden elektrik akisini kontrol eden bir birinci motor sürücü bloku (1) ve her biri ilgili bir ikinci motor faz sargisini (4) belli bir zaman sirasiyla besleyen ikinci motor anahtarlama elemanlari (10) vasitasiyla ikinci firçasiz DC motora giden elektrik akisini kontrol eden bir ikinci motor sürücü bloku (2) ve aralarina bir DC hatti kondansatörünün (11) yerlestirildigi pozitif ve negatif besleme hatlari içeren bir çevirici devresi gerçeklestirilmektedir.

Bulusun bir uygulamasinda, çevirici devresi ayrica, her biri ilgili bir üçüncü motor faz sargisini (13) belli bir zaman sirasiyla besleyen üçüncü motor anahtarlama elemanlari (14) vasitasiyla bir üçüncü firçasiz DC motora giden elektrik akisini kontrol eden bir üçüncü motor sürücü bloku (12) içermektedir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, birinci motor faz sargilari (3), ikinci motor faz sargilari (13) veya hem birinci motor hem de ikinci faz sargilarinin (3, 13) her birinin, ikinci motor faz sargilarindan (4) bagimsiz olarak istege göre beslenmesi saglanacak sekilde, üçüncü motor sürücü bloku (12) birinci motor sürücü blokuna (1) paralel yerlestirilmektedir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, birinci ve üçüncü motordan biri, ikinci motordan bagimsiz olarak istege göre sürülmektedir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, birinci ve üçüncü motor, ikinci motordan bagimsiz olarak ayni anda sürülmektedir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, birinci firçasiz DC elektrik motoru ve üçüncü firçasiz DC elektrik motoru iki fazli motor olarak seçilirken, ikinci firçasiz DC elektrik motoru bir üç fazli motordur.

Bulusun bir baska uygulamasinda, bir AC kaynak gerilimi, dogrultucu diyotlarla (5) dogrultulurken, birinci ve üçüncü motor faz sargilari (3, 13), dogrultucu diyotlarin (5) devre bloku çikisina baglanmaktadir.

Bulusun bir uygulamasinda, bir çevirici devresi içeren bir elektrikli ev cihazi gerçeklestirilmektedir.

Bulusun bir baska uygulamasinda, ev cihazi, bir yikama, kurutma veya yikama ve kurutma makinesi olan bir çamasir makinesidir.

Bu sekilde, bu bulus ile, bir iki fazli tahliye pompasi ve sirkülasyon pompasi motorlari olan bir birinci veya üçüncü firçasiz DC motor ve bir üç fazli tambur döndürme motoru olan bir ikinci firçasiz DC motorun, yarisi yüksek gerilim anahtarlama kapisi Sürücüleri gerektiren on anahtarlama elemanina sahip iki çift kutuplu evirici kullanilmaksizin eszamanli olarak sürülmesi saglanmaktadir.

Böylece, bulus konusu devre topolojisi, üçü yüksek gerilim anahtarlama kapisi sürücüsü gerektiren sekiz anahtarlama elemani içeren daha maliyet etkin bir devre çözümü gerçeklestirmektedir.

Alternatif olarak, bu bulus sayesinde, iki fazli tahliye pompasi ve sirkülasyon pompasi motoru ile üç fazli tambur döndürme motor ayni anda sürülmektedir.

Ekonomik ve çoklu sürme, pasif filtre ve aktif PFC gibi diger teknik avantajlarin yaninda, daha küçük veya tek tarafli PCB (printed Circuit board - baskili devre karti) kullanilmasi ve daha kompakt bir sogutucu kullanilabilmesini de içeren faydalar saglanmaktadir.

Claims (7)

ISTEMLER

1) Bir elektrikli ev cihazinin bir birinci firçasiz DC motoru ve bir ikinci firçasiz DC motorunun sürülmesini saglayan ve her biri ilgili bir birinci motor faz sargisini (3) belli bir zaman sirasiyla besleyen birinci motor anahtarlama elemanlari (9) vasitasiyla birinci firçasiz DC motora giden elektrik akisini kontrol eden bir birinci motor sürücü bloku (1) ve her biri ilgili bir ikinci motor faz sargisini (4) belli bir zaman sirasiyla besleyen ikinci motor anahtarlama elemanlari (10) vasitasiyla ikinci firçasiz DC motora giden elektrik akisini kontrol eden bir ikinci motor sürücü bloku (2) ve aralarina bir DC hatti kondansatörünün (11) yerlestirildigi pozitif ve negatif besleme hatlari içeren, - her biri ilgili bir üçüncü motor faz sargisini (13) belli bir zaman sirasiyla besleyen üçüncü motor anahtarlama elemanlari (14) vasitasiyla bir üçüncü firçasiz DC motora giden elektrik akisini kontrol eden bir üçüncü motor sürücü bloku (12) birinci motor faz sargilari (3), ikinci motor faz sargilari (13) veya hem birinci motor hem de ikinci faz sargilarinin (3, 13) her birinin, ikinci motor faz sargilarindan (4) bagimsiz olarak istege göre beslenmesi saglanacak sekilde, üçüncü motor sürücü blokuna (12) paralel yerlestirilen birinci motor sürücü bloku ile karakterize edilen bir çevirici devresi.

2) Biri, ikinci motordan bagimsiz olarak istege göre sürülen birinci ve üçüncü motor ile karakterize edilen, Istem 1'deki gibi bir çevirici devresi.

3) Ikinci motordan bagimsiz olarak ayni anda sürülen birinci ve üçüncü motor ile karakterize edilen, Istem 1'deki gibi bir çevirici devresi.

4) Iki fazli motor olan birinci firçasiz DC elektrik motoru ve üçüncü firçasiz DC elektrik motoru ve bir üç fazli motor olan ikinci firçasiz DC elektrik motoru ile karakterize edilen, Istem 2 veya 3'teki gibi bir çevirici devresi.

5) Dogrultucu diyotlarla (5) dogrultulan bir AC kaynak gerilimi ve dogrultucu diyotlarin (5) devre bloku çikisina baglanan birinci ve üçüncü motor faz sargilari (3, 13) ile karakterize edilen, Istem 4'teki gibi bir çevirici devresi.

6) Istem l,deki çevirici devresini içeren bir elektrikli ev cihazi.

7) Bir yikama, kurutma veya yikama/kurutma makinesi formundaki bir çamasir makinesi olmasi ile karakterize edilen, Istem 6,daki gibi bir elektrikli ev cihazi.