[实用新型]用于制动电动机的电机控制器和具有该电机制动器的电机组件

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于制动电动机的系统和方法。 

背景技术

电动机通常包括称为定子的固定部件和称为转子的转动部件。当采用驱动波形来激励电机时，转子在定子之内（或围绕定子）转动。当从电机移除驱动波形时，由于转子的惯性和与转子耦合的任何部件，转子可能随时间滑行而停止。 

在许多电机应用中，期望只要从电机移除驱动波形就停止转子的转动。例如，在洗衣机应用中，期望在高速转动周期之后停止洗衣机电机的转动，从而洗衣机可以被卸载或切换至低速清洗或冲洗周期。 

因此，开发了各种用于制动电动机的各种技术。一种这样的技术使用制动衬块、皮带轮、和/或其他摩擦制动系统。不幸地，摩擦制动给电机增加了成本，并因此对于例如洗衣机的低成本应用来说是不期望的。摩擦制动同样最终随着使用磨损并需要维修或更换。 

因此，许多电机应用采用电子制动系统，而非摩擦制动。一种类型的电子制动系统采用再生制动技术。尽管这样的技术是有效的和节能的，但是对于例如洗衣机电机的低成本应用来说太复杂和昂贵。另一类型的电子制动系统是直流注入制动，其中对电机的定子绕组施加直流（DC）电压以对转子进行制动。直流电压建立对转子施加静态扭矩的固定磁场。这减慢并最终停止转子的转动。只要在定子绕组上保持直流电压，转子则被保持在某位置并抵御转动。直流注入制动相对简单、成本有效并免维护，因此对于许多电机应用来说是一种普遍的制动选择；然而，在如下所述的一些应用中并未有效地使用。 

通常，还期望确定电机的转子何时停止转动，由此转子可在相反的方向上以不同的速度等来驱动。这可采用例如霍尔效应传感器的电机轴传感器来实现，但是这样的传感器增加了电机的成本和复杂度，因此对于例如洗衣机电机的许多低成本应用来说是不期望的。 

由此，开发了用于确定电机速度的无传感器技术。一种类型的无传感器速度检测采用基于测量的电气参数估计转子何时停止的各种算法。然而，当采用上述直流注入制动技术来对电机进行制动时，测量的电气参数是不精确的，因此算法的结果也是不精确的。因此，直流注入制动技术通常需要电机轴传感器。 

确保电机已经停止转动的另一种无传感器技术是简单地在从电机移除电源之后具有必须经过的时间延迟。类似的技术采用直流注入制动以减慢上述电机，并持续直流注入直到已经经过时间延迟。这些方法的第一方面不幸地浪费在电机周期之间的时间，因为时间延迟必须考虑电机的最大可能滑行时间，并且这些方法的第二方面浪费了能量和时间，因为直流注入制动必须保持更久以考虑到最大可能中止时间，即使电机可能实际上更早停止。 

以上部分提供了不一定是现有技术的与本公开相关的背景信息。 

实用新型内容

本实用新型的实施例通过提供用于制动电动机和用于确定电机的转子何时已经停止转动的改进系统和方法来解决上述问题。例如，本实用新型的实施例提供用于快速和有效地采用直流注入制动对电动机进行制动而不需要使用电机速度传感器和不需要时间延迟的系统和方法。 

根据本实用新型的实施例构成的电机组件可用于洗衣机、HVAC系统、泵系统或任意其他应用。该电机组件概括地包括用于对电机进行供电和控制电机的电动机和电机控制器。电机可以是任意类型的电机并包括定子和转子。在一个实施例中，电机可以是三相交流感应电机。电机控制器包括用于从电源接收电力的电力输入和用于切换从电源到电动机的电力的电路 以对电机进行供电并控制电机，并被编程或另外配置为执行在此所述的至少一些方法。在一个实施例中，电机控制器被编程或配置为在转子转动的同时对电机的定子施加直流注入制动波形，监测定子的无功功率，检测定子的无功功率的增加以确定转子已经基本上停止转动，以及响应于检测无功功率的增加从定子移除所施加的制动波形。 

在相关实施例中，电机控制器监测定子的无功功率和有效功率，确定无功功率和有效功率之间的比率以确定定子的功率因数，并使用功率因数来确定转子何时已经基本上停止转动。在一个实施例中，电机控制器确定在功率因数大约为1时转子停止。因为指示转子已经停止的功率因数等级是相同的，而不管直流注入制动波形的大小，所以通过监测功率因数确定转子已经停止是有利的。 

本实用新型的另一实施例中，制动波形是受控的电流波形。在这个实施例中，电机控制器被编程或配置为在转子转动的同时向定子施加受控电流制动波形，确定转子何时已经基本上停止转动，以及响应于确定转子已经基本上停止转动从定子移除所施加的受控电流制动波形。