[發明專利]用于制動電動機的系統和方法

無效

• 申請號: 201310499983.3
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103825502A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: D·馬塞迪克;T·希翰
• 申請（專利權）人: 尼得科電機有限公司
• 主分類號: H02P3/24
• 分類號: H02P3/24
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

技術領域

本發明涉及用于制動電動機的系統和方法。

背景技術

電動機通常包括稱為定子的固定部件和稱為轉子的轉動部件。當采用驅動波形來激勵電機時，轉子在定子之內（或圍繞定子）轉動。當從電機移除驅動波形時，由于轉子的慣性和與轉子耦合的任何部件，轉子可能隨時間滑行而停止。

在許多電機應用中，期望只要從電機移除驅動波形就停止轉子的轉動。例如，在洗衣機應用中，期望在高速轉動周期之后停止洗衣機電機的轉動，從而洗衣機可以被卸載或切換至低速清洗或沖洗周期。

因此，開發了各種用于制動電動機的各種技術。一種這樣的技術使用制動襯塊、皮帶輪、和/或其他摩擦制動系統。不幸地，摩擦制動給電機增加了成本，并因此對于例如洗衣機的低成本應用來說是不期望的。摩擦制動同樣最終隨著使用磨損并需要維修或更換。

因此，許多電機應用采用電子制動系統，而非摩擦制動。一種類型的電子制動系統采用再生制動技術。盡管這樣的技術是有效的和節能的，但是對于例如洗衣機電機的低成本應用來說太復雜和昂貴。另一類型的電子制動系統是直流注入制動，其中對電機的定子繞組施加直流（DC）電壓以對轉子進行制動。直流電壓建立對轉子施加靜態扭矩的固定磁場。這減慢并最終停止轉子的轉動。只要在定子繞組上保持直流電壓，轉子則被保持在某位置并抵御轉動。直流注入制動相對簡單、成本有效并免維護，因此對于許多電機應用來說是一種普遍的制動選擇；然而，在如下所述的一些應用中并未有效地使用。

通常，還期望確定電機的轉子何時停止轉動，由此轉子可在相反的方向上以不同的速度等來驅動。這可采用例如霍爾效應傳感器的電機軸傳感器來實現，但是這樣的傳感器增加了電機的成本和復雜度，因此對于例如洗衣機電機的許多低成本應用來說是不期望的。

由此，開發了用于確定電機速度的無傳感器技術。一種類型的無傳感器速度檢測采用基于測量的電氣參數估計轉子何時停止的各種算法。然而，當采用上述直流注入制動技術來對電機進行制動時，測量的電氣參數是不精確的，因此算法的結果也是不精確的。因此，直流注入制動技術通常需要電機軸傳感器。

確保電機已經停止轉動的另一種無傳感器技術是簡單地在從電機移除電源之后具有必須經過的時間延遲。類似的技術采用直流注入制動以減慢上述電機，并持續直流注入直到已經經過時間延遲。這些方法的第一方面不幸地浪費在電機周期之間的時間，因為時間延遲必須考慮電機的最大可能滑行時間，并且這些方法的第二方面浪費了能量和時間，因為直流注入制動必須保持更久以考慮到最大可能中止時間，即使電機可能實際上更早停止。

以上部分提供了不一定是現有技術的與本公開相關的背景信息。

發明內容

本發明的實施例通過提供用于制動電動機和用于確定電機的轉子何時已經停止轉動的改進系統和方法來解決上述問題。例如，本發明的實施例提供用于快速和有效地采用直流注入制動對電動機進行制動而不需要使用電機速度傳感器和不需要時間延遲的系統和方法。

根據本發明的實施例構成的電機組件可用于洗衣機、HVAC系統、泵系統或任意其他應用。該電機組件概括地包括用于對電機進行供電和控制電機的電動機和電機控制器。電機可以是任意類型的電機并包括定子和轉子。在一個實施例中，電機可以是三相交流感應電機。電機控制器對電機進行供電并控制電機，并被編程或另外配置為執行在此所述的至少一些方法。在一個實施例中，電機控制器被編程或配置為在轉子轉動的同時對電機的定子施加直流注入制動波形，監測定子的無功功率，檢測定子的無功功率的增加以確定轉子已經基本上停止轉動，以及響應于檢測無功功率的增加從定子移除所施加的制動波形。

在相關實施例中，電機控制器監測定子的無功功率和有效功率，確定無功功率和有效功率之間的比率以確定定子的功率因數，并使用功率因數來確定轉子何時已經基本上停止轉動。在一個實施例中，電機控制器確定在功率因數大約為1時轉子停止。因為指示轉子已經停止的功率因數等級是相同的，而不管直流注入制動波形的大小，所以通過監測功率因數確定轉子已經停止是有利的。

本發明的另一實施例中，制動波形是受控的電流波形。在這個實施例中，電機控制器被編程或配置為在轉子轉動的同時向定子施加受控電流制動波形，確定轉子何時已經基本上停止轉動，以及響應于確定轉子已經基本上停止轉動從定子移除所施加的受控電流制動波形。