專利名稱：可編程電機和方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及就其操作特性而言是可編程的電機。更具體而言，本發(fā)明涉及就旋轉方向、速度、加速度以及其它操作特性或設置而言可以被編程的電機。
背景技術：
電子整流電機(ECM)通常被用作制冷系統(tǒng)以及其它電器中單相感應電機的替代品，從而提高效率。各種感應電機典型地在這種系統(tǒng)中使用，這些電機可能具有不同速度、方向或其它操作參數。為了得到最佳系統(tǒng)性能，期望ECM匹配被替換的電機的參數。為了使安裝者或系統(tǒng)制造者持有的ECM型號的數目最小化，因此期望能夠在安裝時設置非標準ECM的操作參數。由于若干電機必須頻繁地被設置到相同的參數，特別是在大量安裝中或者在生產線上，還期望在多個電機上應同時實現(xiàn)參數設置。已知用于進行這種設置的若干方法。一種方法是在每個電機上提供跨接器或跨接器線纜，其可以在安裝時被永久連接或斷開從而給出不同行為-例如ECM可以配置成在特定跨接器被連接時順時針旋轉，以及在特定跨接器被斷開時逆時針旋轉。這種系統(tǒng)具有的缺點為在電機中需要附加布線以及其它硬件，并且除非跨接器數目大，否則可用的調節(jié)范圍小。另一種方法是提供實現(xiàn)相同功能的外部可訪問的開關，諸如DIP開關。這允許更大數目的實際調節(jié)，但是增加了成本和體積，并且使可靠性折中，特別是如果開關必須針對惡劣環(huán)境而被密封。一種可替換方法是提供外部可訪問的編程端口，其允許控制微處理器被重新編程以提供期望的性能。這提供了寬范圍的調節(jié)選項，但是遭受與DIP開關相同的復雜性和保護問題，因為編程連接必須被保護。在多個電機同時被編程的場合，需要復雜通信協(xié)議以尋址每個分離的電機，潛在地在電機中需要更復雜的微處理器。本領域中還存在美國專利7054696，其從監(jiān)視設備接收不同市電頻率并且通過改變速度控制電子器件而下載數據；以及美國專利6668571，其涉及使用溫度和負載刺激改變對制冷壓縮機電機的供電頻率的制冷控制器。這兩者都不涉及編程電機的設置或配置。因此存在對在安裝時間設置寬范圍ECM參數的方法的需求，該方法不需要附加硬件或外部連接并且理想地可以在多個電機上同時使用。

發(fā)明內容
在一個方面，本發(fā)明涉及一種可編程交流供電電機，該電機具有:編程器，其能夠編程電機特性傳感器，其檢測所應用的交變電流的頻率第一探測器模式，當所應用的交變電流頻率在正常供電頻率的范圍之外的頻率范圍內時，該第一探測器模式被激活，
開關，其響應于探測器的激活，將電機切換到編程模式，第二探測器模式，通過將電機切換到編程模式并且探測交變電流供電頻率中的變化作為編程數據，該第二探測器模式被激活。優(yōu)選地，第一探測器模式由顯著低于正常供電頻率的頻率激活。優(yōu)選地，第一探測器模式由基本上為36Hz的頻率激活。優(yōu)選地，第二探測器模式由顯著高于正常供電頻率的頻率改變激活。優(yōu)選地，第二探測器由以190Hz為中心在160Hz和210Hz之間變化的頻率激活。在另一方面，本發(fā)明存在于一種電機編程電源，其具有:用于固定頻率電源的輸入功率接收器；功率轉換器，將來自功率接收器的功率在功率輸出處轉換成可控制輸出頻率；頻率控制器，控制功率轉換器的輸出頻率，該頻率控制器由配置數據控制，從而在功率輸出處提供對應于配置數據的改變的頻率。優(yōu)選地，配置數據可以遠離電機編程電源被改變。優(yōu)選地，來自該電機編程電源的輸出同時對超過一個電機供電。本發(fā)明還涵蓋一種供應功率輸出到具有可控變化輸出頻率的電子整流電機的方法，該方法包括:提供可控制頻率電源，該電源頻率被可控制到可辨別地不同于所設計的電機供電頻率的第一頻率以及顯著不同于第一頻率的至少第二頻率，第一頻率和至少第二頻率被輸出的相對時段在電源的功率輸出處提供可控制頻率功率輸出，該可控制頻率功率輸出承載有編程數據。在另一方面，本發(fā)明提供一種編程具有可編程電機控制器的AC供電電子整流電機的方法，該方法包括:探測所供應的電機功率的頻率，探測所供應的電機功率的頻率何時指示所供應的電機功率中編程序列的初始化，在探測到該頻率時將電機控制器切換到第二探測編程模式，接收所供應的電機功率的后續(xù)頻率改變作為電機控制器編程指令，以及在成功接收到編程序列時將指令編程到電機控制器。優(yōu)選地，指示初始化的頻率顯著低于電機的設計操作頻率。優(yōu)選地，后續(xù)頻率改變顯著高于電機的設計操作頻率。優(yōu)選地，后續(xù)頻率改變在兩個頻率之間改變。優(yōu)選地，后續(xù)頻率改變在三個頻率之間改變。優(yōu)選地，當編程被可編程電機控制器成功地接收時，控制器初始化化特定轉子運動。


圖1為用于編程的電機的連接的圖示。圖2為典型編程波形曲線的波形圖。圖3為典型電機控制器編程例程的流程圖。圖4為本發(fā)明的典型電機的俯視透視圖。圖5為同一電機的仰視透視圖。圖6為覆蓋件被移除以示出可編程電子器件的仰視透視圖。
具體實施方式
圖1示出計算機101，其經由USB連接將編程信息傳輸到接口模塊102，該接口模塊102為電機編程電源。接口模塊由市電AC電源103供電，并且將改變的輸出頻率的AC電源供應到具有可編程電機控制器的AC電子整流電機104，該改變承載編程信息或者該程序的設置或配置。響應于該信息，以及特別是任何編程的成功與否，電機可以在方向105旋轉或振蕩。編程電機設置的通常操作的一種方法是通過諸如USB的串行數據通信，將這些傳輸到形成市電電源模塊的一部分的接口模塊102，并且因此使用頻移鍵控上的改變在市電布線上傳輸到電機104，其中所應用的交變電流的頻率整體改變。與電機104中的電機控制器的通信優(yōu)選地是單向的，因為這減少在控制器所需要的資源，關于數據傳輸以及重新編程的成功或失敗的反饋直接通過電機104的致動而通過視覺或聽覺手段被呈現(xiàn)給用戶:例如電機可以被編程從而搖動以指示成功編程以及旋轉以指示失敗。接口模塊本身可能純粹是提供AC-DC-AC轉換的典型電機控制器的可編程變型，其中固定頻率輸入AC電壓在功率接收器中被接收，被轉換為DC并且在程序控制下被電子整流以提供功率轉換器，該功率轉換器在功率輸出處在可控制輸出頻率提供所需要的輸出功率。用于提供整流的方法為通常用于從AC電源控制電子整流DC電機的整流的那些方法，差別在于所提供的波形為指定的頻率并且優(yōu)選地具有相等的正和負周期。輸出不比為純正弦波，因為輸出波形僅僅需要接收ECM控制器將其接受為電機編程電源的某些內容。在大多數情況下，方波是可接受的。接口模塊就頻率而言可以由連接計算機直接控制，或者所需要的編程序列可以被加載到接口模塊中并且通過按下按鈕而調用。在許多電機必須被編程的情況下，后面這種方法是優(yōu)選的。圖2示出就所供應的市電頻率與時間的關系，與電機的一個可能編程會話，其中在時間線202上在201具有零供電頻率。標準市電頻率由點線在203示出。在編程開始時，在較低頻率204的初始化AC電壓被供應到交變電流電機作為電機功率。此供電頻率可以在顯著低于標準頻率的36Hz，并且電機控制器具有作為控制系統(tǒng)的一部分的過零點識別，該電機控制器具有第一探測器模式，該第一探測器模式識別各過零點之間與標準市電頻率相比增加的時間，并且被激活從而切換到可編程模式。在足夠長使得電機已識別到初始化頻率的時間之后，編程數據在190Hz的基本頻率205開始，在用于數字"I"的210Hz206以及用于數字"O"的160Hz207之間進行頻率偏移。接收的收據在第二探測器模式中由電機控制器識別，并且被讀取到裝載在控制器上存儲器中的適當存儲器中，典型地作為配置數據或設置。初始化頻率和編程數據頻率均在電源頻率的正常范圍之外，電源頻率的正常范圍典型地為50Hz或60Hz加或減5%。在數據序列末尾，頻率下降到標準市電頻率208以指示編程序列結束。在此階段期間，電機控制器可以通過指示編程是否被有效應用到控制器而對編程作出響應。這可以是通過使電機轉子開始或停止振蕩，或者通過在恒定速率旋轉或者某種其它可探測的變化。供應到電機的頻率可以顯著低于電機的所設計的操作頻率，這是因為電機不受負載，所以由此產生的效率低下并不重要。
接口模塊含有AC-DC-AC轉換器，其能夠將固定頻率AC市電轉換為在市電電壓或更低的任意頻率的單相輸出:未受調整或者輕微調整的ECM控制器(盡管有充當頻率控制器的定制軟件)適合于此目的。輸出波形不需要是正弦的，方波或具有清楚限定的過零點的其它形狀是可接受的并且合成更簡單。轉換器必須能夠供應足夠電流以滿足將被同時編程的這么多電機的涌入和電機啟動電流提取。AC-DC-AC轉換器含有或連接到用于與PC通信的隔離的通信接口。在多個電機連接點被提供的情況下，這些被并聯(lián)連接。電機必須具有控制器，該控制器具有能夠探測市電輸入上的過零點的硬件并且具有內嵌軟件，該內嵌軟件允許解碼在這些過零點的計時中被編碼在改變中的數據以及基于此數據重新編程非易失性存儲器。這些要求的硬件方面通常存在于ECM控制器中，因此通常不需要附加硬件，純粹是最小的軟件編程接口。在該過程開始時，從接口模塊到電機的輸出被切斷。為了初始化該過程，接口模塊在市電電壓但是在大概非市電頻率(在當前實施方式中36Hz)接通該輸出?？梢赃x擇不是市電頻率的次諧波的低于市電的頻率，從而最小化高頻噪聲或錯過的過零點在運行中偶然初始化此模式的可能性。此頻率被輸出足夠長的時間以允許電機控制器加電，自檢，并且探測足夠的過零點從而即使在存在噪聲時獲得輸入頻率的良好估計(典型地1.5秒是足夠的)。在初始化階段之后，接口模塊將輸出波形偏移到載波頻率-在當前實施方式中190Hz。高于市電的頻率被選擇以增大波特率:這是有可能的，因為不同于初始化步驟，錯誤解釋的影響不是災難性的，純粹是編程將無效的不方便而已。通過將此頻率偏移達固定數目的周期，典型地通過允許該頻率在固定頻率之間改變，由此傳輸數據。在當前實施方式中，"I"由偏移到210Hz到第一頻率達10個周期表示，并且"O"由偏移到160Hz的第二頻率達10個周期表示。每個位由在載波頻率的10個周期分隔開，產生30個周期的波特率或者平均6.3位/秒。數據是在固定長度的塊(在當前實施方式中，3個字節(jié))中被傳輸，每個塊之后是CRC校驗。一旦所有數據已經被傳輸-無論成功與否，這對于接口模塊是不知曉的-接口模塊將輸出頻率偏移到與輸入市電相同的頻率-50或60Hz。這被輸出達一個階段(在當前實施方式中，1.5秒)，此后該輸出被切斷，從而將電機關機。作為被供應來自接口模塊的編程序列的結果:當電機探測到初始化頻率時(在所示實施方式中通過觀察在預期頻率的16個順序的過零點，這足以確保偶然探測)，它進入編程模式。如果減小的頻率不被探測到，電機將循著其正常加電行為，該正常加電行為是開始旋轉。這提供了編程不成功并且必須重新啟動的視覺/聽覺指示符。在接收編程信息期間，為了準確接收每一位，電機必須探測在準確頻率的4個順序的過零點，接著是(不一定緊接著)在載波頻率的4個順序的過零點。這種準確地被探測的序列連同尾隨的CRC位構成了固定長度的塊。此三元碼提供了對干擾的更大免疫性。如果塊被成功地接收，電機或者等待下一個塊或者如下所述"確認"命令。如果塊未被成功地接收-或者是由于超時或者是壞的CRC校驗-電機將自己重置并且重復雙面的加電行為。由于初始化頻率在該過程中在此階段將不被探測到，數據傳輸失敗的凈效應是致使電機復原到其正常操作狀態(tài)。當普通市電頻率被探測到時，電機按照下述三種方式其中之一來應答:-如果電機處于編程模式并且所有預期數據被成功地接收(即如果所有上面的步驟被成功地完成)，電機將新設置編程到其非易失性存儲器中。它隨后短暫地對其繞組通電從而給出獨特的噪聲和振蕩運動，由此提供成功的視覺/聽覺指示符。最后，它進入空閑狀態(tài)，該空閑狀態(tài)只能通過關機并再次開機而被退出。-如果電機處于編程模式，并且所有預期數據未被接收-例如如果4個數據包被預期并且僅僅3個被看到-電機將自己重置。由于這僅僅花上幾分之一秒，它隨后移動到下面的下一個狀態(tài)。-如果電機不處于編程模式，或者是因為它從未進入編程模式或者是因為由上面的錯誤的其中之一造成的重置，它執(zhí)行正常啟動行為，并且開始旋轉直至接口模塊關閉電源。旋轉的電機因此是重新編程失敗的視覺指示符。由于接口模塊不依賴于從任何連接的電機接收雙向數據，它能夠編程多達它可以供電的電機。每個電機的編程的成功可以被觀察者視覺上探測到，或者可以同樣通過一種觀察光-光學探測器而在光學上被探測到，或者通過觀察器或麥克風在聽覺上被探測到。電機本身典型地由DC電機以及集成的電機控制器構成；電機控制器從經整流的所應用的AC電源被供電，并且包括具有最小閃速RAM的常見微處理器，該RAM可以存儲所需的操作參數。微處理器從經整流的AC電源驅動受控轉換器，從而驅動ECM。由于目的是在負載下提供與感應電機同樣的速度，轉換器的特性通常由微處理器RAM設置，使得電機在滿負載下接近感應電機同步速度。電機因此需要輸入AC電源的頻率的測量，這是從AC電源波形的過零點之間的時間導出。允許對電機的編程則僅僅需要微處理器編程中的變化，從而允許從過零時間識別編程頻率以及配置數據的后續(xù)改動。圖3示出在電機控制器接收編程序列的流程圖，其中當功率在301被應用時，電機控制器在302探測過零點之間的時間并且在303確定這是否為標準市電頻率功率。如果是，該序列轉移到304，在那里電機依據任何其當前配置而被控制。如果所應用的功率不是在市電頻率，則在305執(zhí)行針對程序序列初始化頻率的校驗。如果這未被發(fā)現(xiàn)，則電機復原到當前配置的控制模式。在所需要的初始化頻率被發(fā)現(xiàn)的情況下，編程在306被初始化，并且任何后續(xù)頻率變化或反轉在307被探測，以及在308應被轉換為數字"I"、" O"、空(非已知頻率)或者編程序列的生效的指示。在309進行針對驗證需要的校驗，并且如果沒有任何需要以及該位為CRC位，則在310針對正確值進行校驗。如果該值是錯誤的，電機在311復原到當前電機控制器配置。當該位有效時，它在312被存儲并且下一個頻率變化被探測。當針對有效性校驗的頻率被接收時，所保持的輸入數據在313被寫入作為新配置，在314轉子被振蕩(或者作出某些其它指示)。初始化頻率可以是任何這樣的頻率，其與標準市電頻率具有足夠的差異，使得電機控制器上的普通過零點探測器可以可靠地探測該差異，并且它不應是在其出現(xiàn)標準市電頻率的諧波或次諧波的任何頻率。初始化頻率本身可以是兩個或更多個不同頻率的序列，不過大多數情況下這不被保證。如上所述的數據頻率提供一種形式的頻移鍵控，但是可以使用可以被電機控制器中的過零點探測器可靠地探測的任何形式的調制，并且如果更復雜的控制器是可用的時，可以使用其它的形式。實際數據頻率可以是可以被控制器過零點探測器可靠地探測的任何頻率，包括標準市電頻率，并且碼序列可以是二元或三元的。使用標準市電頻率作為該頻率其中之一是有可能的，但是對于更快速的編程，更高的頻率是更方便的，從而提供更大的波特率和更快的編程。理論上有可能對數據位使用不同的應用電壓來編程ECM電機，但是標準控制器未被特別地調適從而探測將需要的更精細電壓水平。盡管描述了單向通信系統(tǒng)，但是通過在接口模塊探測由電機提取的電流，同樣有可能使用雙向通信系統(tǒng)。這種系統(tǒng)無法與從單個接口模塊供電的多個電機一起工作，并且在這些情形下，用于每個單獨電機的全雙向系統(tǒng)提高復雜性并且降低可能的波特率。圖4和5分別示出需要編程的類型的典型電機俯視和仰視透視圖。電機殼體401含有定子和轉子，該電機殼體具有風扇可以固定到其的軸安裝止檔402。電機可以由硬件403安裝，該硬件也可以將殼體401緊固到基蓋406。具有布線405的電源線可以在市電頻率或編程頻率將功率傳送到電機。圖6示出相同的電機，該電機沒有基蓋。示出了大部分電子部件安裝于其上的印刷電路板407，還一起示出形成電機控制器的核心的市電整流器408、電容器409和微處理器410。微處理器提供波形對電機整流，從而驅動對定子線圈(不可見)供電的晶體管對411。位于定子線圈包圍中的恒溫控制器412允許探測過溫并且在需要時安全關閉電機。如上所述，微處理器監(jiān)視布線405上電源的過零點，并且正確頻率被接收時將模式切換到編程模式。當被正確編程時，微處理器410從電機提供所需要的動作，使得例如止檔402來回搖動。提供到電機用于編程的電壓不一定需要是滿額定電壓，只要該電壓足以對電機控制器供電并且在編程不成功時優(yōu)選地提供某種指示。變型應理解，盡管已經在前文說明書中闡述本發(fā)明各種實施例的許多特性和優(yōu)點，以及本發(fā)明各種實施例的結構和功能的細節(jié)，此公開內容僅僅是說明性的，并且可以在細節(jié)中進行改變，只要本發(fā)明的功能不受負面影響。例如接口模塊的特定元件可以根據其被用于的具體應用而改變，但并不改變本發(fā)明的精神和范圍。此外，盡管此處描述的實施例涉及用于在可編程電機系統(tǒng)中使用的電子控制電機，本領域技術人員將理解，在所附權利要求的范圍內有可能進行各種改變和調整。工業(yè)應用件本發(fā)明的電機編程器被用于在諸如風扇電機工業(yè)的許多工業(yè)中采用的電機的編程。本發(fā)明因此具有工業(yè)應用性。
權利要求
1.一種可編程交流供電電機，該電機具有: 編程器，其能夠編程電機特性 傳感器，其檢測所應用的交變電流的頻率 第一探測器模式，當所應用的交變電流頻率在正常供電頻率的范圍之外的頻率范圍內時，該第一探測器模式被激活， 開關，其響應于探測器模式的激活，將電機切換到編程模式， 第二探測器模式，通過將電機切換到編程模式并且探測交變電流供電頻率中的變化作為編程數據，該第二探測器模式被激活。
2.如權利要求1所述的可編程交流供電電機，其中第一探測器模式由顯著低于正常供電頻率的頻率激活。
3.如權利要求2所述的可編程交流供電電機，其中第一探測器模式由基本上為36Hz的頻率激活。
4.如權利要求1所述的可編程交流供電電機，其中第二探測器模式由顯著高于正常供電頻率的頻率改變激活。
5.如權利要求4所述的可編程交流供電電機，其中第二探測器模式由以190Hz為中心在160Hz和210Hz之間變化的頻率激活。
6.一種編程AC供電電子整流電機的方法，該AC供電電子整流電機具有可編程電機控制器，該方法包括:在電機探測所供應的電機功率的頻率，在第一探測模式中探測所供應的電機功率的頻率何時指示所供應的電機功率中編程序列的初始化，在探測到該頻率時將電機控制器切換到第二探測編程模式，接收所供應的電機功率的后續(xù)頻率改變作為電機控制器編程指令，以及在成功接收到編程序列時將指令編程到電機控制器。
7.如權利要求6所述的編程AC供電電子整流電機的方法，其中指示初始化的頻率顯著低于電機的設計操作頻率。
8.如權利要求6所述的編程AC供電電子整流電機的方法，其中后續(xù)頻率改變顯著高于電機的設計操作頻率。
9.如權利要求6所述的編程AC供電電子整流電機的方法，其中后續(xù)頻率改變在兩個頻率之間改變。
10.如權利要求6所述的編程AC供電電子整流電機的方法，其中后續(xù)頻率改變在三個頻率之間改變。
全文摘要
一種電子整流電機通過下述被編程:應用低頻市電電源(303)以將電機觸發(fā)到編程模式(304)，并且隨后通過再另外頻率改變將配置數據(306)應用到電機。在編程結束(314)時電機轉子的特定旋轉作出編程操作的成功與否的指示。
文檔編號H02P7/00GK103201945SQ201180054149
公開日2013年7月10日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權日2010年11月10日
發(fā)明者楊沛騏 申請人:惠靈頓驅動科技有限公司