[发明专利]监测电动机负载的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2006年1月4日提交的美国专利申请No.11/324818 的优先权，通过引用将其全文并入此处。

技术领域

本发明的实施例涉及直流(DC)电动机。更具体而言，本发明的实施 例涉及直流电动机过载状况的检测。

背景技术

随着直流电动机负载的增大，电动机的最大电流和内部散热也在增大。 同时，它的速度以及以电动机转速旋转的内部风扇或外部风扇所提供的冷 空气量减小。因此，电动机的温度升高。由于温度既影响电动机的性能又 影响它的耐用性，因此将电动机设计成在精心限定的负载极限内运行。然 而，在运行中，意想不到的情形可能会导致电动机的负载超出设计值，结 果，电动机的温度可能会超出允许极限。有时，这会导致电动机故障。在 极端情况下，电动机内的一种或多种材料会发生燃烧。

电动机过载可能会成为问题的应用范例是汽车发动机的冷却。很多机 动车都使用电风扇组件来使空气通过散热器、冷凝器或其它热交换器。通 常，由直流电动机为这种组件提供动力。雪片、冰或泥浆的存在可能会增 大转动风扇所需的力矩，或者在极端情况下会使风扇根本无法转动。出现 故障的电动机轴承同样可能阻碍转动或防止转动。这些情况可能会导致电 动机故障。有时，它们可能会导致罩下起火。因此，期望能够在过载状况 造成过高的电动机温度之前检测出过载状况。

过载检测一般需要在电动机使用期间反复监测电动机负载。监测电动 机负载的传统方法包括：测量电动机吸纳的电流、电动机的温度、电动机 的速度或电动机产生的反电动势(“反EMF”)。

测量反电动势需要使电动机间歇地断电，并在已经过了足够时间来使 电动机中的电流下降到零之后，但在电动机已经明显降速之前，对断开或 断电的电动机的电压进行测量。该电压指示反电动势，随着电动机转速增 大而增大。如果反电动势十分低，则表明出现了过载状况，并且可以关闭 电动机。如果反电动势十分高，则表明运行正常，可以使电路重新通电。

然而，当前用于判断是否存在过载状况的反电动势测量法的缺点在于 进行测量所需要的时间。在电动机断电之后，被测电压接近表示反电动势 的渐进值需要一些时间。除此之外，这种测量本来就是嘈杂的。断开连接 的电动机引线的电压具有换向频率的电压纹波和随机噪声。在电动机的使 用寿命期间，这两个成分都随着电刷和换向器状况的变化而变化。为了消 除它们对电压测量的影响，可以利用等于若干换向周期的时间常数对信号 进行滤波。这增大了进行反电动势的精确测量所需的时间长度以及对电动 机断电的时长。如果断电时间段十分长，会在听觉上感知到它们，并且它 们会由于电动机轴和被驱动负载之间的后冲而导致磨损增大。因此，监测 电动机负载的改善方法和装置是令人期望的。

发明内容

下面的发明内容阐述了本发明的一些示例性实施例。它并未阐述所有 这样的实施例，并且决不应将它理解成是对本发明的限制。

在一个实施例中，一种监测直流电动机负载的方法包括：间歇性地使 所述电动机断电；监测第一电压；以及测量起始时间与结束时间之间的第 一时间间隔，其中所述起始时间包括使所述电动机断电的时间，而所述结 束时间包括所述第一电压和参考电压具有基本类似值的时间。

另一实施例提供了一种电动机负载监测系统，其被配置成监测具有第 一电动机引线和第二电动机引线的直流电动机。第一电动机引线和第二电 动机引线被配置成耦合到电源或电压源。该系统包括：被配置成耦合在所 述电源与所述第一电动机引线之间的开关；所述第一电动机引线与所述第 二电动机引线之间的回扫电流路径；以及被配置成耦合到所述开关的控制 器。续流二极管、开关或其它装置防止在电动机通电时电流流经回扫路径。 控制器通过控制开关来使电动机间歇性地断电，并接收被监测电压。将控 制器配置成测量起始时间与结束时间之间的第一时间间隔，其中所述起始 时间包括使所述电动机断电的时间，而所述结束时间包括所述被监测电压 与参考电压相交的时间。