專利名稱：帶軸承套的電動機(jī)和裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電動機(jī)，尤其涉及具有簡化的、容易裝配的結(jié)構(gòu)的電動機(jī)。
電動機(jī)的裝配要求轉(zhuǎn)子安裝成相對于定子旋轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)子上的磁鐵大體上與定子上的一個或多個繞組對準(zhǔn)。傳統(tǒng)上，這是通過將轉(zhuǎn)子的軸安裝在附接到定子的框架上來實現(xiàn)的。通過定子接收軸，使得它繞定子的軸旋轉(zhuǎn)?？梢蕴峁┛蚣芎鸵粋€單獨的殼來包圍定子和轉(zhuǎn)子。除了這些基本的電動機(jī)部件以外，還裝配控制部件。電換向式電動機(jī)可以具有安裝不同部件的印刷電路板。電動機(jī)的裝配要求電路板部件與繞組電連接，并且還提供與外部電源的電連接。電路板本身固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，通常用緊固件或者通過熔焊、錫焊或壓焊連接到定子上。這些步驟中，一些步驟是人工執(zhí)行的，消耗大量相關(guān)的材料勞動力成本。僅為連接所使用的緊固件和任何其他材料都是附加部分，這些部分有它們自己相關(guān)的成本并且需要時間進(jìn)行裝配。
電動機(jī)組成部分的公差必須可以控制，以便在所有裝配好的電動機(jī)中，轉(zhuǎn)子可以在不接觸定子的情況下相對于定子自由旋轉(zhuǎn)。定子和轉(zhuǎn)子上的磁鐵之間的氣隙最好小，以便促進(jìn)轉(zhuǎn)子和定子之間磁通的傳遞，同時允許轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。幾個部件的尺寸公差可以影響氣隙的大小。這些部件的公差是附加的，使得氣隙的尺寸不得不比理想的大，以確保在所有裝配好的電動機(jī)中轉(zhuǎn)子保持自由旋轉(zhuǎn)。根據(jù)電動機(jī)的配置，影響氣隙大小的部件數(shù)量可以變化。
通常，對電動機(jī)進(jìn)行編程，以便以電動機(jī)的終端用戶所期望的某種方式進(jìn)行操作。例如，可以將某些工作參數(shù)編入印刷電路板部件中，例如電動機(jī)的速度、在電動機(jī)起動之前的延遲以及其他參數(shù)。批量生產(chǎn)的電動機(jī)在總裝之前以相同的方式進(jìn)行最一般的編程且不能對以后的裝配進(jìn)行重新編程。但是，電動機(jī)的終端用戶有時對電動機(jī)的操作有不同的要求。此外終端用戶可以改變電動機(jī)的理想工作參數(shù)。為此，必須保留大量的電動機(jī)或者至少可編程電路板庫存，以滿足種種應(yīng)用。
電動機(jī)具有無數(shù)應(yīng)用，包括那些要求電動機(jī)在有水的情況下進(jìn)行工作的應(yīng)用。水對電動機(jī)的操作和壽命是有害的，保持定子和控制電路不積水至關(guān)重要。使定子和其他部件防水是眾所周知的。但是，對于批量生產(chǎn)的電動機(jī)來說，有必要使防止水進(jìn)入和積聚在電動機(jī)中所需要的成本保持最小。當(dāng)在冷藏區(qū)域內(nèi)使用電動機(jī)時，附加的擔(dān)心是在電動機(jī)上形成冰。通常，電動機(jī)會斷開與其電源的連接，或者被插入電路板的電連接器上形成的冰損壞。在插入式連接器的印刷電路板之間形成的冰能將連接器從印刷電路板推開，造成斷開連接或者電路板或連接器的破損。
圍繞本發(fā)明的若干目的和特征，提供一種具有很少組成部件的電動機(jī)；這種電動機(jī)沒有固定其組成部件的緊固件；這種電動機(jī)在批量生產(chǎn)中能準(zhǔn)確裝配；這種電動機(jī)的部件能吸收公差，從而使附加公差的影響最??；這種電動機(jī)能在總裝之后被重新編程；這種電動機(jī)阻止水進(jìn)入電動機(jī)；這種電動機(jī)抵抗較低溫度操作時的損壞和故障。
進(jìn)一步圍繞本發(fā)明的若干目的和特征，提供一種需要很少步驟和最少勞動力裝配電動機(jī)的方法；這種方法使必須作的連接數(shù)最少；這種方法使附加公差的影響最??；這種方法允許在總裝之后進(jìn)行編程和測試；這種方法容易使用。
在一種形式下，本發(fā)明包括一種電動機(jī)。定子包括其上有繞組的定子鐵心，多個相異的極片和一個中央定位構(gòu)件，中央定位構(gòu)件被接收在定子鐵心的中央開口中并嚙合極片的徑向內(nèi)邊緣，從而徑向定位極片。通過去除定子鐵心的材料使該定子鐵心吸收中央定位構(gòu)件和極片的徑向公差。轉(zhuǎn)子包括容納在定子鐵心的中央定位構(gòu)件中的軸，用于使轉(zhuǎn)子相對于定子繞軸的縱軸線旋轉(zhuǎn)。外殼適于支撐定子和轉(zhuǎn)子。
在另一種形式下，本發(fā)明包括一種裝配電動機(jī)的方法，包括以下步驟形成一定子，包括將若干由鐵磁材料制成的第一極片放置在按壓夾具中，該第一極片的每一個均大致呈U形，并包括一徑向內(nèi)腿和一徑向外腿；將一個具有繞組于其上的定子鐵心放置在該按壓夾具中，使得定子鐵心的一個中央開口基本與該第一極片的徑向內(nèi)腿對準(zhǔn)；將一中央定位構(gòu)件置入上述按壓夾具中，該中央定位構(gòu)件穿過定子的中央開口而被接納；將若干由鐵磁材料制成的第二極片放置在按壓夾具中，該第二極片的每一個均大致呈U形，并包括一徑向內(nèi)腿和一徑向外腿，該第二極片徑向內(nèi)腿大致與定子鐵心的中央開口對準(zhǔn)；以及將上述第一和第二極片壓入定子鐵心中，所述極片的徑向內(nèi)腿進(jìn)入定子鐵心的中央開口，第一和第二極片的徑向內(nèi)邊緣與中央定位構(gòu)件接合并因而在徑向定位，該內(nèi)腿的徑向外邊緣與定子鐵心的內(nèi)徑上形成的肋接合并伸入上述開口，所述內(nèi)腿切去至少一個肋的一部分，因而從第一和第二極片的徑向位置去除了定子鐵心徑向尺寸的公差；形成一轉(zhuǎn)子；以及裝配上述轉(zhuǎn)子和定子。
下面使本發(fā)明的其他目的和特征部分明顯，部分被指明。


圖1使以風(fēng)扇形式的電動機(jī)分解的立視圖；圖2使電動機(jī)定子組成部件的分解透視圖；圖3是裝配后電動機(jī)的垂直橫截面圖；圖4是定子和從其定子上的安裝位置被分解的印刷電路板；圖5是從右側(cè)看到的圖1的罩的局部放大圖；圖6是中央定位構(gòu)件和轉(zhuǎn)子軸軸承的側(cè)視圖；圖7是其右端部視圖；圖8是定位構(gòu)件和軸承的縱截面；圖9是定子的定子鐵心的一端視圖，以虛線示出了中央定位構(gòu)件和通過定位構(gòu)件定位的極片；圖10是定子鐵心的一相反端的視圖；圖11是在包括圖10的線11-11的平面中取的一個截面；圖12是在轉(zhuǎn)子輪轂與定子接合處電動機(jī)的大大放大的局部視圖；圖13是在包括圖5的線13-13的平面中取的一個截面，以虛線示出了印刷電路板，并示出了探針連接到罩中的印刷電路板上以及一個擋塊；圖14是在包括圖5的線14-14的平面中取的一個截面，以虛線示出了印刷電路板，并示出了與罩的插座分解的電源連接器插頭；以及圖15是電動機(jī)的局部放大視圖，示出了定子/轉(zhuǎn)子部件與罩的咬合連接。
圖16是根據(jù)本發(fā)明控制單相電動機(jī)的微處理器的框圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的圖16的電源示意圖?；蛘?，可以為DC輸入或非雙AC輸入修改電源電路。
圖18是用于根據(jù)本發(fā)明的圖16電動機(jī)微處理器的低壓復(fù)位的示意圖；圖19是用于根據(jù)本發(fā)明的圖16電動機(jī)的霍爾傳感器的選通電路示意圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明的圖16電動機(jī)的微處理器的示意圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明的圖16電動機(jī)的霍爾傳感器的示意圖；圖22是用于使根據(jù)本發(fā)明的圖16的電動機(jī)定子換向的H-橋箕舌線陣列示意圖；圖23是本發(fā)明電動機(jī)的微處理器操作流程圖，在一種操作模式下，電動機(jī)以某一速度和轉(zhuǎn)矩在恒定的空氣流量下被換向，所述速度和轉(zhuǎn)矩由不包括諧振點的表所定義的。
圖24是本發(fā)明電動機(jī)的微處理器在運行模式下(起動后)的操作流程圖，在這種模式下，通過使每個電源開關(guān)具有最小的不工作時間使電動機(jī)保持在安全操作區(qū)域內(nèi)而沒有電流檢測，最小不工作時間取決于轉(zhuǎn)子的速度。
圖25是起動模式的時序圖，提供了基于速度的安全操作區(qū)域(SOA)控制。
圖26是實現(xiàn)圖25的時序圖的一個最佳實施例的流程圖，示出了提供基于速度的安全操作區(qū)域(SOA)控制的起動模式。
圖27是提供基于速度的安全操作區(qū)域(SOA)控制的加速運轉(zhuǎn)模式的時序圖。
圖28是在起動模式中預(yù)定次數(shù)的換向之后起動的運行模式下的本發(fā)明電動機(jī)的微處理器的操作流程圖，其中在運行模式下，微處理器在恒定的換向周期使開關(guān)進(jìn)行N次換向，其中換向周期作為速度、轉(zhuǎn)矩或恒定的轉(zhuǎn)子空氣流量的函數(shù)每M次換向就對其進(jìn)行調(diào)整。
在所有附圖中，相應(yīng)的參考字符表示相應(yīng)的部分。
現(xiàn)在參考附圖，尤其參考圖1和3，根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的電動機(jī)20包括定子22、轉(zhuǎn)子24和外殼26(參考數(shù)字總體上指其對象)。在圖示實施例中，電動機(jī)10的類型是轉(zhuǎn)子磁鐵在定子的外部，以風(fēng)扇形式示出。因此，轉(zhuǎn)子24包括具有風(fēng)扇葉片30的輪轂28，風(fēng)扇葉片與輪轂整體形成并從輪轂徑向伸出。輪轂28和風(fēng)扇葉片30由一件聚合材料組成。輪轂在一端開口并限定一個空腔，在空腔中，轉(zhuǎn)子軸32安裝在輪轂的軸上(圖3)。當(dāng)形成輪轂和風(fēng)扇葉片30時，軸32通過模壓到輪轂中與軸的端部一起的插入件34連接到輪轂28上。從圖1中轉(zhuǎn)子分解出來的轉(zhuǎn)子磁鐵35包括磁性材料和鐵墊片。為簡化起見，轉(zhuǎn)子磁鐵35在圖中顯示為整體材料。護(hù)鐵也在形成輪轂時模壓到輪轂空腔中。
下面將進(jìn)一步描述的定子22基本封裝在熱塑性材料中。該封裝材料還形成定子22的軸向伸出的腿36。每個腿36具有形成在該腿末端的爪鉤38。由40總體表示的印刷電路板接收在裝配好的電動機(jī)10中的腿36之間，并包括安裝在板上的部件42，至少其中一個部件是可編程的。從板40突出的指44安裝一霍爾器件46，當(dāng)電路板放置在定子22的腿36之間時，霍爾器件46位于封裝材料的內(nèi)側(cè)。在裝配好的電動機(jī)10中，霍爾器件46緊密接近用于檢測轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子磁鐵35以控制電動機(jī)的操作。定子22也包括由48總體表示的中央定位構(gòu)件，及一個由該定位構(gòu)件圍繞模制的軸承50。軸承50穿過定子22而接收轉(zhuǎn)子軸32，用于將轉(zhuǎn)子24安裝在定子上以形成組件。轉(zhuǎn)子24在穿過定子之后通過連接到轉(zhuǎn)子自由端的E型夾片52而接附在定子22上。
外殼26包括通過三個輻條56接到環(huán)形緣58上的杯54。當(dāng)裝配電動機(jī)10時，輻條56和環(huán)形緣58大體限定一個圍繞風(fēng)扇葉片30的罩。在圖示實施例中，杯54、輻條56和環(huán)形緣58由聚合材料形成一個件。杯54基本靠近左端(如圖1和3所示)，但在右端開口，使得杯能接收部分定子/轉(zhuǎn)子組件。環(huán)形緣58具有開口60，用于接收穿過緣將電動機(jī)固定在期望位置的緊固件，例如在冷藏情況下(未示出)。杯54的內(nèi)部形成有接收各腿36的導(dǎo)向通道62(圖5)。在每個導(dǎo)向通道62中，在杯54的閉合端附近形成凸肩64，該凸肩與腿上的爪鉤38嚙合，將腿連接到杯上(見圖3和15)。杯54的直徑從杯的開口端向閉合端變窄，使得腿36在裝配后的電動機(jī)10中從其松弛的位置徑向向內(nèi)彈性偏斜，將爪鉤38固定在凸肩64上。在杯54閉合端上的小開口6(圖5)允許工具(未示出)插入杯中，將腿36從凸肩64上撬離，斷開定子/轉(zhuǎn)子組件與杯的連接。因此，能在修理或重新配置(例如，更換印刷電路板)時不損壞地拆卸電動機(jī)10。通過簡單地將腿36插入杯54中直至它們咬成連接就可以重新裝配電動機(jī)。
一種應(yīng)用尤其適用于在特殊實施例中示出的電動機(jī)，該應(yīng)用是用作冷藏柜的蒸發(fā)器風(fēng)扇。在這種環(huán)境下，電動機(jī)暴露在水中。例如，可以通過將水濺入柜中來清掃柜。水將以圖3所示方向從上到右濺到電動機(jī)10上，這可以在電動機(jī)上的開口或連接處進(jìn)入電動機(jī)。雖然定子22的封裝提供了保護(hù)，但希望限制進(jìn)入電動機(jī)的水量。進(jìn)水的一個可能之處是轉(zhuǎn)子的輪轂28和定子22的接合處。圖12示出了該接合處的放大片段視圖。在該接合處形成封裝定子的熱塑性材料，建立曲折的路徑68。而且，形成從定子向外徑向延伸的外裙70。外裙70的外邊緣72成斜角，使得從右引入的水偏轉(zhuǎn)，離開接合處。
允許定子/轉(zhuǎn)子組件的連接被釋放的開口66易受進(jìn)入杯中的水的影響，從而可能干擾電路板的工作。包括部件42的印刷電路板40被封裝起來，以使其免受水汽的影響。但是，仍然不希望水進(jìn)入杯中。因此，開口66的結(jié)構(gòu)適于防止進(jìn)水?，F(xiàn)在參考圖15，大大放大的其中一個開口66的視圖示出了徑向外邊緣66a和徑向內(nèi)邊緣66b。這些邊緣位于與平面P2成一角度的平面P1中，平面P2大體與至少約45°的轉(zhuǎn)子軸的縱軸線線平行。據(jù)認(rèn)為，水以不大于45°的角度濺到電動機(jī)上。因此，可見，水沒有直接的路徑進(jìn)入開口66，當(dāng)水以成45°或更小角度的路徑行進(jìn)時，它將沖擊杯54的側(cè)面，或者越過開口，但不會進(jìn)入開口。
外殼26的杯54也構(gòu)造成適于防止電動機(jī)下述的故障，這些故障可能是在冷藏環(huán)境下使用電動機(jī)10時在杯內(nèi)形成的冰造成的。具體地說，印刷電路板40有安裝在電路板上且從電路板向外伸出的電源觸點74(圖4)。這些觸點與杯54內(nèi)形成的插座76的內(nèi)端部對準(zhǔn)。參考圖14，插座76接收連接到遠(yuǎn)離電動機(jī)的電源插頭。外部控制(未示出)也通過插頭78連接到印刷電路板40。插座76和插頭78具有相應(yīng)的矩形橫截面，使得當(dāng)插頭插入時，基本接通插座。
當(dāng)插頭78充分插入插座76中時，印刷電路板40上的電源觸點74被接收進(jìn)插頭中，但僅僅是部分地。插座76形成有凸頭80(靠近其內(nèi)端部)，凸頭80嚙合插頭78并限制插頭插入插座中的深度。結(jié)果，即使在插頭完全插入插座76中時，插頭78也與印刷電路板40隔開。在最佳實施例中，間隔約0.2英寸。但是，相信約0.05英寸的間隔會令人滿意地工作。盡管電源觸點74部分接收到插頭78中，但仍形成電連接。當(dāng)在某種冷藏環(huán)境中使用電動機(jī)10時，由金屬制成的電源觸點74的暴露部分將可能形成冰。但是，因為插頭78和印刷電路板40是隔開的，冰的形成不在插頭和電路板之間產(chǎn)生將推動插頭進(jìn)一步遠(yuǎn)離電路板、斷開電連接的壓力。在暴露的電源觸點74上可以且仍將形成冰，但這不會造成斷開連接或者損壞印刷電路板40和插頭78。
如圖13所示，印刷電路板40還有用于對電動機(jī)10進(jìn)行編程的單獨的一組觸點82。這些觸點82與通常被可移動地收入端口中的擋塊86閉合的杯54中形成的管狀端口84對準(zhǔn)。當(dāng)移走擋塊86時，端口能接收與印刷電路板40上的觸點82連接的探針88。探針88與微處理器或類似設(shè)備(未示出)連接，用于編程或者，重要地是，在電動機(jī)完全裝配好后對電動機(jī)的操作進(jìn)行重新編程。例如，能改變電動機(jī)的速度，或者能改變起動前的延遲。在冷藏中的另一個例子是能對電動機(jī)進(jìn)行重新編程，以便對不同輸入進(jìn)行操作，例如當(dāng)采用解凍要求時。端口84和可移走的擋塊86的存在使電動機(jī)能在電動機(jī)的總裝和在給定應(yīng)用中安裝電動機(jī)很長時間之后被重新編程。
端口84被鍵合上，使得探針僅能以一條路徑插入端口中。如圖5所示，以端口84一側(cè)上的槽90表明鍵合結(jié)構(gòu)。探針有相應(yīng)的脊，當(dāng)探針相對于槽以正確方式取向時，脊被收入槽中。通過這種方式，可正確地將探針88與編程觸點連接。如果探針88不正確取向，它就不會被接收到端口84中。
如圖2所示，定子包括由92整體表示的定子鐵心(或線圈架)，它由聚合材料制成，繞組94繞鐵心纏繞。繞組引線終止在與定子鐵心92一體形成的端頭袋96中，引線插頭98收入端頭袋中。引線插頭98以適當(dāng)?shù)姆绞竭B接，例如通過焊接接到印刷電路板40上。但是，可以理解，能使用其他實現(xiàn)電連接的方式而不脫離本發(fā)明的范圍。人們預(yù)想，能使用插入型連接(未示出)以便不需要焊接。
通過由100總體表示的八個獨特極片提供在定子22中傳導(dǎo)磁通的鐵磁材料。每個極片具有大體U-型且包括徑向內(nèi)腿100a、徑向外腿10b和連接橫擋100c。每個極片100最好通過壓印由薄鋼板形成的相對薄的U-形疊片并將疊片層疊起來而形成，從而形成極片100。疊片以適當(dāng)?shù)姆绞焦潭ㄔ谝黄?，例如通過熔焊或機(jī)械互鎖。一種形式的疊片(具有長徑向外腿)形成極片100的中部，另一種形式的疊片形成側(cè)部。應(yīng)當(dāng)指出，一個極片(圖2中用100’表示)不具有一個側(cè)部。這是有意這樣做的，以便為霍爾器件46的插入留出空間，這將在下文描述。極片100安裝在定子22的各個端部上，使得每個極片的徑向內(nèi)腿100a被收入定子鐵心的中央開口102中，徑向外腿100跨過部分繞組沿定子鐵心的外部軸向延伸。離裝配后的電動機(jī)中轉(zhuǎn)子磁鐵最近的徑向外腿100b的徑向面向外的側(cè)面的中部形成有凹口100d。有磁力地，當(dāng)電動機(jī)停止時，凹口100d易于轉(zhuǎn)子磁鐵35相對于極片100的積極定位。極片也能由磁性材料模壓而不脫離本發(fā)明的范圍。在某些低功率應(yīng)用中，可能存在由金屬壓印的單個極片(未示出)，但具有多個(例如4個)限定極片的腿，向下彎曲跨過繞組軸向延伸。
通過定子鐵心92和由104總體表示的中央定位構(gòu)件將極片100固定定位。極片的徑向內(nèi)腿100a定位在中央定位構(gòu)件104和定子鐵心的中央開口102中的定子鐵心92的內(nèi)直徑之間。內(nèi)腿100a的中部由組成外腿100b的中部的相同的疊片形成，比內(nèi)腿的側(cè)部寬。每個極片內(nèi)腿100a的中部的徑向內(nèi)腿收進(jìn)在定位構(gòu)件104中形成的各個座104a中，以接受極片的中部。座104a布置成使極片100在定位構(gòu)件104周圍不對稱定位。沒有通過定位構(gòu)件104縱軸線并與座104a相交的平面垂直平分座或通過座定位的極片100。結(jié)果，徑向外腿100b和轉(zhuǎn)子24的永磁鐵35之間的間隙是不對稱的，便于起動電動機(jī)。
內(nèi)腿100a的徑向外緣接合定子鐵心中央開口102的內(nèi)直徑上的肋106。肋106的結(jié)構(gòu)如圖9-11所示。為每個極片100提供一對肋(106a、106b等)。從圖9和10明顯看出的肋106的不同的角位反映極片100的角位移。極片和中央定位構(gòu)件104在圖9中已經(jīng)以虛線示出，示出了每一對如何與定子鐵心一端上的特殊極片相關(guān)聯(lián)。肋106d’的其中之一是特殊構(gòu)造的，用于不平衡的極片100’的定位，并與內(nèi)腿100a’而不是其徑向外腿的側(cè)面嚙合。另一個與不平衡的極片相關(guān)聯(lián)的肋106d徑向厚度更小，因為它嚙合內(nèi)腿100a’的較寬中部的徑向外邊緣。
中央定位構(gòu)件104建立了每個極片100的徑向位置。正如以下更充分討論的，裝配時可以通過內(nèi)腿100a剪切肋106的一些初始徑向厚度，以適應(yīng)定子鐵心92、極片100和中央定位構(gòu)件104中的公差。每個外腿100b的徑向內(nèi)緣定位在形成于定子鐵心92的周邊上的凹口108中?，F(xiàn)在參考圖6-8，中央定位構(gòu)件104具有相對的端部，所述端部形狀基本相同，但關(guān)于中央定位構(gòu)件的縱軸線角位移45°(特別見圖7)。位移為定子鐵心92每端上的四個極片100中的每個提供相應(yīng)的位移，從而安裝到定子鐵心上而不干擾相對端部上的一個極片。顯然，角位移由極片100的數(shù)量決定(即，360°被極片數(shù)分割)，并且如果采用不同的極片數(shù)，角位移是不同的。為了容納不同數(shù)量的極片100，相應(yīng)改變中央定位構(gòu)件104的形狀。如圖8所示，圍繞金屬轉(zhuǎn)子軸軸承110模壓中央定位構(gòu)件104，金屬轉(zhuǎn)子軸軸承110在電動機(jī)10壽命期間是自動潤滑的。定子鐵心92、繞組94、極片100、中央定位構(gòu)件104和軸承110都封裝在熱塑性材料中形成定子22。金屬轉(zhuǎn)子軸軸承110的端部不覆蓋封裝材料，使得可以通過軸承接收轉(zhuǎn)子軸32，從而將轉(zhuǎn)子24安裝在定子22上(見圖3)。
裝配方法上面已經(jīng)描述了電動機(jī)10的構(gòu)造，現(xiàn)在描述一種優(yōu)選裝配方法。首先，制造電動機(jī)的組成部件。這些部件構(gòu)造的精確順序不是關(guān)鍵的，可以理解這些部件中一部分或全部部件可以在邊遠(yuǎn)地區(qū)制造，然后運到總裝地點。通過將磁鐵35和轉(zhuǎn)子軸32放在一個模子中形成轉(zhuǎn)子24，轉(zhuǎn)子軸在一端具有插入件34。圍繞磁鐵35和轉(zhuǎn)子軸32模壓輪轂28和風(fēng)扇葉片30，使得它們牢固地固定在輪轂上。外殼26也通過將將杯54、輻條56和環(huán)形緣58模壓成一件形成。正如將描述的，杯54內(nèi)部形成有用于固定印刷電路板40的肋112(圖5)。通過將部件42連接到板上而以傳統(tǒng)方式形成印刷電路板40。在最佳實施例中，編程觸點82和電源觸點74射入電路板40中，而不是通過焊接安裝(圖4)。霍爾器件46安裝在指44上，指44從板延伸并電連接到板上的部件42。
定子22包括在定子裝配之前形成的若干組成部件。圍繞軸承110通過模壓形成中央定位構(gòu)件104，它是由青銅制成的。軸承110的端部從中央定位構(gòu)件104伸出。然后為軸承110充以潤滑劑，這些潤滑劑足以在電動機(jī)10的壽命內(nèi)不壞。模壓定子鐵心92(或線圈架)，纏繞磁線并引出終端，在定子鐵心上形成繞組94。極片100是通過從薄鋼板上沖壓多片薄的大體為U形的疊片而形成的。如上所述，最好疊片有兩種不同的形式。將疊片層疊在一起并焊接起來，形成每個U形的極片100，具有較長外腿和較寬內(nèi)腿的疊片形成極片的中部。但是，一個極片100’被形成為無側(cè)部，以便為霍爾器件46留出空間。
定子22的組成部件裝配在按壓夾具中(未示出)。將安裝在定子鐵心92一端上的四個極片100在由夾具設(shè)定的位置上放置在夾具中，夾具相對于將成為轉(zhuǎn)子軸32的旋轉(zhuǎn)軸分開90°。極片100的定位使得它們向上開口。中央定位構(gòu)件104和軸承110以需要的取向放置在夾具中并延伸通過定子鐵心92的中央開口102。極片內(nèi)腿100a的中部的徑向內(nèi)邊緣被收入中央定位構(gòu)件104一端上形成的各個座104a中。繞線的定子鐵心92放置到夾具中，通常在先放在夾具中的極片上方。其他四個極片100在定子鐵心92上面放在夾具中，但當(dāng)裝配完成時，它們將相對于定子鐵心呈現(xiàn)在相同的角位置。在定子鐵心92上的極片100向下開口，定位在從夾具底部上的極片位置偏移45°的位置上。
閉合按壓夾具，促使它將極片100推到定子鐵心92上。極片100的內(nèi)腿100a的徑向內(nèi)腿嚙合中央定位構(gòu)件的各個座104a。座104a設(shè)置它嚙合的極片100的徑向位置。極片100的內(nèi)腿100a進(jìn)入定子鐵心92的中央開口102并嚙合伸入中央開口中的定子鐵心上的肋106。由制造公差造成的不同于中央定位構(gòu)件104、極片100和定子鐵心92的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的徑向尺寸，由內(nèi)腿100a剪切通過極片嚙合的肋106的一些材料而被包容。當(dāng)極片100被壓入定子鐵心92中時出現(xiàn)剪切動作。因此，從極片的徑向位置完全去除了定子鐵心92的公差。極片100的徑向位置必須得到嚴(yán)密控制，以便保持極片和轉(zhuǎn)子磁鐵35之間的氣隙盡可能小卻沒有定子22和轉(zhuǎn)子24的機(jī)械干涉。
裝配后的定子鐵心92、極片100、中央定位構(gòu)件104和軸承110放置在一個模子中，并基本封裝在適當(dāng)?shù)哪突馃崴苄圆牧现?。軸承110的端部在模壓過程中被涂層，并保持無封裝材料。用于實現(xiàn)與繞組94電連接的引線插頭98也不被封裝材料完全覆蓋(見圖4)。外裙70和腿36由相同材料形成，它們封裝定子的其余部分。腿36最好較長，大致為加工封裝后定子長度的三分之一。為了結(jié)構(gòu)更堅固，其長允許腿36做得較厚，同時允許卡合連接到外殼26所需的彈性彎曲。除了腿36和外裙70之外，形成兩個定位柄腳114，它們以與腿相同的方向軸向伸出，當(dāng)形成連接時，要求定子22相對于外殼26處于特殊的角度方向上。更進(jìn)一步，形成印刷電路板支撐。其中兩個采用塊116的形式，從其中一個伸出引線插頭98，另外兩個是柱118(僅示出了其中一個)。
然后將封裝好的定子22與轉(zhuǎn)子24裝配，形成定子/轉(zhuǎn)子組件。止推墊圈120(圖3)放在轉(zhuǎn)子軸32上并向下滑動到輪轂28中的轉(zhuǎn)子軸的固定端。止推墊圈120在能吸收振動的一側(cè)上有橡膠型材料，在另一側(cè)上由低摩擦材料以易于與定子22滑動嚙合。止推墊圈120的低摩擦材料側(cè)軸向向外面對輪轂28的開口端。定子22則落入輪轂28中，轉(zhuǎn)子軸32穿過軸承110而接納在定子的中央。軸承110的一端接合止推墊圈120的低摩擦側(cè)，使得輪轂28能相對于軸承自由轉(zhuǎn)動。在軸承110的自由端上放置另一個止推墊圈122，在轉(zhuǎn)子軸32的端部上形成E型夾片52，使得軸不能后退通過軸承。因此，轉(zhuǎn)子24可靠地安裝在定子22上。
印刷電路板40被固定到定子/轉(zhuǎn)子組件上。為圖示簡明，除了移走了轉(zhuǎn)子24以外，圖4中示出了印刷電路板40的裝配。在定子22的三個腿36之間推動印刷電路板40。印刷電路板40的指44收入在封裝內(nèi)形成的開口124中，使得指那端上的霍爾器件46定位在緊接于不均衡的極片100’的封裝內(nèi)，極片被做成沒有一個側(cè)部分，以便為霍爾元件提供空間。最靠近定子22的的印刷電路板40的側(cè)面接合塊116和柱118，該塊和柱將電路板固定在與定子隔開的預(yù)定位置上。從定子22伸出的引線插頭98通過兩個開口126收入電路板40中。引線插頭98以適當(dāng)方式例如焊接與部件42電路板電連接。引線插頭98連接到板40上是印刷電路板與定子22的唯一固定連接。
定子/轉(zhuǎn)子組件和印刷電路板40則連接到外殼26上，完成電動機(jī)的裝配。腿36與杯54中的各個通道62對準(zhǔn)，柄腳114與杯中形成的凹口128對準(zhǔn)(見圖5和14)。腿36因為柄腳14的存在以唯一一個方向收入杯54中。將定子/轉(zhuǎn)子組件推入杯54中。腿36的自由端在其外端部上成斜角，從而易于使腿進(jìn)入杯54中。杯稍微朝向其閉合端逐漸變細(xì)，當(dāng)進(jìn)入杯中并被進(jìn)一步推入其中時，腿36從其松弛的結(jié)構(gòu)向內(nèi)偏斜。當(dāng)每個腿端部的爪鉤38跳過通道62內(nèi)端部上的凸肩64時，腿36徑向向外擠，使得爪鉤嚙合凸肩。腿36仍從其松弛位置偏斜，使得它受偏壓而徑向向外傾斜，從而將爪鉤38固定在凸肩64上。爪鉤38與凸肩64的嚙合防止定子/轉(zhuǎn)子組件和印刷電路板40從杯54中抽出。從而不用任何緊固件而通過咬在一起的結(jié)構(gòu)將電動機(jī)10充分裝配好。
印刷電路板40通過與杯54中的肋112靜配合被固定就位。當(dāng)定子/轉(zhuǎn)子組件進(jìn)入杯54中時，電路板40的周邊嚙合肋112。肋比印刷電路板材料硬，從而肋112使印刷電路板局部變形，形成干涉配合。通過這種方式，不用任何緊固件就將印刷電路板40固定就位。印刷電路板40的角度取向通過其連接到定子22的引線插頭98來設(shè)定。編程觸點82則與端口84對準(zhǔn)，電源觸點74與杯54中的插座76對準(zhǔn)。也應(yīng)預(yù)想到，可以在與杯54沒有任何干涉配合的情況下將印刷電路板40固定到定子22上。例如，形成在定子22上的柱(未示出)可以延伸通過電路板并接收其上靠著電路板的推進(jìn)螺母，從而將電路板固定在定子上。
在最佳實施例中，在電動機(jī)總裝之前沒有對電動機(jī)10進(jìn)行編程或測試。裝配之后，通過端口和插座76將成組的連接器(未示出，但實質(zhì)上是探針88和插頭78)連接到印刷電路板44上。然后對電動機(jī)編程，例如設(shè)定速度和起動延遲，并進(jìn)行測試。如果發(fā)現(xiàn)電路板40有缺陷，在不丟棄電動機(jī)的其他部件的情況下，非破壞性地拆卸電動機(jī)并更換電路板是可能的。則通過將工具(未示出)插入杯54的閉合端上的開口66中并探查制動器38脫離凸肩64來實現(xiàn)。如果電動機(jī)通過質(zhì)量保證測試，則將擋塊86放在端口84中，準(zhǔn)備裝運電動機(jī)。
本發(fā)明的電動機(jī)能在其已經(jīng)從電動機(jī)裝配地點裝運之后對電動機(jī)10重新編程。終端用戶，例如冷藏柜制造商，能從端口84除去擋塊86，并通過端口將探針88連接到編程觸點82上?？梢愿鶕?jù)需要對電動機(jī)進(jìn)行重新編程，以在電動機(jī)的操作說明書中容納終端用戶所作出的變化。
例如在冷藏柜中，能夠經(jīng)開口62將緊固件(未示出)插入環(huán)形緣58并插入柜中來安裝電動機(jī)10。因此，外殼26能通過將環(huán)形緣58連接到支撐結(jié)構(gòu)上來支撐整個電動機(jī)。通過將插頭78插入插座76中(圖14)將電動機(jī)連接到電源上。插頭78側(cè)面上的定位銷130(僅示出一個)被收入舌片132各側(cè)面上的槽中，從而將插頭鎖在插座76中。在嚙合印刷電路板40之前，插頭78嚙合插座76中的定位凸頭80，使得在其完全插入的位置上，插頭與印刷電路板隔開。結(jié)果，電源觸點74充分插入插頭78中形成電連接，但未被充分收入插頭中。所以，盡管在冷藏柜環(huán)境下冰能形成在電源觸點74上，但不會形成在插頭78合印刷電路板40之間造成斷開連接和/或損壞。
圖16是根據(jù)本發(fā)明控制單相電動機(jī)500的微處理器的框圖。電動機(jī)500由AC電源501供電。電動機(jī)500包括具有單相繞組的定子502。來自電源501的直流電經(jīng)電源電路53提供給電源開關(guān)電路。電源開關(guān)電路可以是使定子502換向的任何電路，例如具有電源開關(guān)的H-橋504，用于將直流電源501選擇性地連接到定子502的單相繞組上。永磁轉(zhuǎn)子506與定子成磁耦合關(guān)系，并通過繞組的換向以及由此建立的磁場進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，電動機(jī)是“反結(jié)構(gòu)”電動機(jī)，在這種電動機(jī)中，定子在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部，外部轉(zhuǎn)子繞內(nèi)部定子旋轉(zhuǎn)。但是，也考慮轉(zhuǎn)子可以位于外部定子之內(nèi)或外部定子的內(nèi)部。
位置傳感器例如霍爾傳感器508位于定子502上，用于檢測轉(zhuǎn)子506相對于繞組的位置以及通過線510提供檢測到的表示轉(zhuǎn)子506位置的位置信號。參考字符512通常指控制電路，控制電路包括經(jīng)線510響應(yīng)并接收位置信號的微處理器514。微處理器514連接到H-橋504，用于選擇性地對其電源開關(guān)進(jìn)行換向，從而作為位置信號的函數(shù)對定子502的單相繞組進(jìn)行換向。
由線516將電壓VDD從電源電路503提供給微處理器514。低壓復(fù)位電路518監(jiān)視線516上并提供給微處理器514的電壓VDD。當(dāng)由線516提供給微處理器的電壓VDD從預(yù)定閾值以下轉(zhuǎn)變到預(yù)定閾值以上時，復(fù)位電路518選擇性地復(fù)位微處理器514。閾值通常是微處理器514操作所需的最小電壓。所以，復(fù)位電路518的目的是在由線516提供的電壓VDD降到微處理器514操作所需的預(yù)設(shè)最小值以下的情況下維持微處理器的操作和重新建立微處理器的操作。
隨意地，為了節(jié)約能量，由微處理器514控制的霍爾選通電路520可以間歇性地向霍爾傳感器508供電，對提供給霍爾傳感器的電源進(jìn)行脈寬調(diào)制。
微處理器514具有接收影響電動機(jī)500控制的信號的控制輸入522。例如，在為操作轉(zhuǎn)子而對微處理器進(jìn)行編程使得定子以兩個或多個離散速度進(jìn)行換向的情況下，該信號可以是速度選擇信號?；蛘?，可以根據(jù)溫度以連續(xù)變化的速度或轉(zhuǎn)矩控制電動機(jī)。例如，代替或者與霍爾傳感器508在一起，可以提供任意溫度傳感器524來檢測電動機(jī)周圍環(huán)境空氣的溫度。該實施例在轉(zhuǎn)子506驅(qū)動風(fēng)扇時尤其有用，所述風(fēng)扇使空氣通過冷凝器以驅(qū)除冷凝器產(chǎn)生的熱或者使空氣通過用于冷卻的蒸發(fā)器，如圖1-15所示的實例。
在一個實施例中，處理器間隔時鐘響應(yīng)電動機(jī)周圍運動的空氣的溫度，并提供指示檢測到的溫度的溫度信號。對于風(fēng)扇正將空氣吹入冷凝器中的冷凝器應(yīng)用中，溫度表示環(huán)境溫度，調(diào)整速度(氣流)，以所測量的溫度提供最低需要的氣流，從而使熱傳遞過程最優(yōu)化。當(dāng)風(fēng)扇正推動冷凝器上方的空氣時，溫度表示環(huán)境溫度加上通過氣流從冷凝器驅(qū)除的熱所增加的溫度變化。在這種情況下，電動機(jī)速度響應(yīng)較高的組合溫度(通過提高電動機(jī)轉(zhuǎn)矩即縮減電源設(shè)備不工作時間PDOFFTIM；見圖26)而被增加。附加地，電動機(jī)可以為不同溫度帶設(shè)定速度以給出不同的氣流，該氣流在給定的風(fēng)扇靜態(tài)壓力條件下將是明顯恒定的氣流。同樣地，在冷凝器應(yīng)用中，以期望速度運行電動機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩表示電動機(jī)上的靜態(tài)負(fù)載。通過安裝在受限制的環(huán)境中即室內(nèi)安裝冰箱或者因為冷凝器氣流由于灰塵堆積或瓦礫而受到限制能導(dǎo)致更高的靜態(tài)負(fù)載。這些條件都可以保證增加氣流/速度。
類似地，在蒸發(fā)器應(yīng)用中，增大的靜態(tài)壓力指明了蒸發(fā)器結(jié)冰或增大了冷卻物品的存儲密度。
在一個商業(yè)制冷應(yīng)用中，蒸發(fā)器風(fēng)扇從氣簾拉出空氣并且從出口空氣冷卻食物。風(fēng)扇的排氣通過蒸發(fā)器。入口空氣溫度表示氣簾和食物出口氣體溫度。適當(dāng)調(diào)整風(fēng)扇速度以維持期望的溫度。
或者，微處理器514可以以可變速率對開關(guān)進(jìn)行換向，從而保持通過連接到轉(zhuǎn)子506的風(fēng)扇運動的空氣的基本恒定的氣流速率。在這種情況下，當(dāng)電動機(jī)速度大于對應(yīng)于恒定氣流速率的期望速度時，微處理器514通過激活警報528提供報警信號，電動機(jī)以所述恒定氣流速率進(jìn)行操作。至于期望轉(zhuǎn)矩，可以作為電動機(jī)初始靜態(tài)負(fù)載和時間范圍內(nèi)靜態(tài)負(fù)載變化的函數(shù)由微處理器確定期望速度。
圖23示出了本發(fā)明的最佳實施例，在該實施例中，根據(jù)其中的流程圖對微處理器514進(jìn)行編程。尤其是，圖23的流程圖示出了一種模式，這種模式是電動機(jī)以對應(yīng)于速度和轉(zhuǎn)矩的恒定氣流速率進(jìn)行換向，速度和轉(zhuǎn)矩由不包括諧振點的表定義。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子正在驅(qū)動風(fēng)扇使冷凝器上的空氣運動時，電動機(jī)將具有特定速度，在這一速度下，將發(fā)生諧振，導(dǎo)致振動增大和/或聲音噪聲增大。這種出現(xiàn)振動和/或噪聲的速度通常相同或相似且可預(yù)測的，尤其在電動機(jī)及其相關(guān)聯(lián)的風(fēng)扇制造成相當(dāng)接近公差時。所以，振動和噪聲能通過對微處理器進(jìn)行編程而達(dá)到最小，從而避免在發(fā)生振動或噪聲的特定速度或在特定速度范圍內(nèi)操作。如圖23所示，微處理器514以下列方式操作。起動后，在步驟550，微處理器設(shè)定目標(biāo)變量I對應(yīng)限定恒定氣流速率的初始起動速度指針。例如，I=0。接著，微處理器進(jìn)行步驟552，從表中選擇速度設(shè)定點(SSP)，該表使變量等級0到n的每一個與對應(yīng)的速度設(shè)定點(SSP)相關(guān)，與對應(yīng)的最小功率的電源設(shè)備不工作時間(PDOFFTIM=Pmin)相關(guān)，與對應(yīng)的最大功率的電源設(shè)備不工作時間(PDOFFTIM=Pmax)相關(guān)。
注意，隨著PDOFFTIM增大，由于受控電源開關(guān)在每次換向期間斷開更長時間，因此電動機(jī)功率減小。所以，圖23是該方案的流程圖。本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員將認(rèn)識到控制電動機(jī)功率的其他等價技術(shù)。
在步驟554中使電動機(jī)穩(wěn)定的延遲之后，微處理器514從通過與所選變量I的等級相關(guān)聯(lián)的最小功率級提供電流控制的表中為最小功率級(Pmin)選擇PDOFFTIM。在步驟558中，微處理器從通過與所選變量等級I相關(guān)聯(lián)的最大功率級提供電流控制的表中為最大功率級(Pmax)選擇PDOFFTIM。
在步驟560，微處理器將表示實際功率級的實際PDOFFTIM與用于該I的最小PDOFFTIM(Pmin)相比。如果實際PDOFFTIM大于最小PDOFFTIM(PDOFFTIM＞Pmin)，微處理器繼續(xù)進(jìn)行步驟562，并將變量等級I與最大值n相比較。如果I大于或等于n，微處理器繼續(xù)進(jìn)行步驟564，將I設(shè)為等于n。否則，I必須小于用于I的最大值，所以微處理器514繼續(xù)進(jìn)行步驟566，通過一個步驟增大I。
在步驟560，如果微處理器514確定實際PDOFFTIM小于或等于最小PDOFFTIM(PDOFFTIM≤Pmin)，則微處理器繼續(xù)進(jìn)行步驟568，將表示實際功率級的實際PDOFFTIM與用于該I的最大功率級(Pmax)相比較。如果實際PDOFFTIM小于最大值Pmax(PDOFFTIM＜Pmax)，微處理器繼續(xù)進(jìn)行步驟570，將變量等級I與最小值0相比較。如果I小于或等于0，微處理器繼續(xù)進(jìn)行步驟572，將I設(shè)為等于0。否則，I必須大于用于I的最小值，那樣微處理器514繼續(xù)進(jìn)行步驟574，通過一個步驟減小I。
如果實際PDOFFTIM小于或等于最小值且大于或等于最大值，使得兩個步驟560和568的答案都是否，則電動機(jī)以提供期望氣流所需的速度和功率進(jìn)行操作，那樣微處理器返回步驟552，保持其操作。
或者，可以用一種算法對微處理器514進(jìn)行編程，所述算法定義開關(guān)被換向時的變化率。除了從預(yù)設(shè)范圍中排除預(yù)定義的速度范圍S1+/-S2之外，該變化率可以在至少最小速度Smin且不超過最大速度Smax的預(yù)設(shè)范圍之間連續(xù)變化。結(jié)果，對于S1-S2和S1之間的速度，微處理器以S1-S2操作電動機(jī)，對于S1和S1+S2之間的速度，微處理器以速度S1+S2操作電動機(jī)。
圖22是根據(jù)本發(fā)明組成具有電源開關(guān)的電源開關(guān)電路的H-橋504的示意圖，但也可以使用其他配置，例如兩個繞組，這兩個繞組是單端或U.S專利5,859,519的H-橋結(jié)構(gòu)，在此將該文獻(xiàn)記載于此以供參考。經(jīng)軌線600向輸入開關(guān)Q1和Q2提供直流輸入電壓。輸出開關(guān)Q3通過選擇性地將開關(guān)Q2和定子502連接到接地軌線602上完成一個電路。輸出開關(guān)Q4通過選擇性地將將開關(guān)Q1和定子502連接到接地軌線602上完成另一個電路。輸出開關(guān)Q3由開關(guān)Q5控制，開關(guān)Q5經(jīng)端口BQ5接收控制信號。輸出開關(guān)Q4由由開關(guān)Q8控制，開關(guān)Q8經(jīng)端口BQ8接收控制信號。當(dāng)開關(guān)Q3閉合時，線604向下拉Q1的柵極，斷開開關(guān)Q1，使得開關(guān)Q1在開關(guān)Q3閉合時總是斷開的。類似地，線606確保開關(guān)Q2在開關(guān)Q4閉合時是斷開的。
定子502的單相繞組具有第一端子F和第二端子S。結(jié)果，開關(guān)Q1構(gòu)成連接在端子S和經(jīng)軌線600提供的電源之間的第一輸入開關(guān)。開關(guān)Q3構(gòu)成連接在端子S和接地軌線602之間的第一輸出開關(guān)。開關(guān)Q2構(gòu)成連接在端子F和經(jīng)軌線600提供的電源之間的第二輸入開關(guān)。開關(guān)Q4構(gòu)成連接在端子F和接地軌線602之間的第二輸出開關(guān)。結(jié)果，微處理器控制第一輸入開關(guān)Q1和第二輸入開關(guān)Q2以及第一輸出開關(guān)Q3和第二輸出開關(guān)Q4，使得在圖27所示換向周期的第一個90°期間提供運轉(zhuǎn)電流。第一個90°由于噪聲和效率的原因是重要的并應(yīng)用到該電源設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中(即Q3或Q4分別斷開時Q1或Q2總是“接通”)。PDOFFTIM時在軟件電源控制算法中使用的術(shù)語。當(dāng)?shù)谝惠敵鲩_關(guān)Q3斷開時，第一輸入開關(guān)Q1閉合。類似地，第二輸入開關(guān)Q2連接并響應(yīng)第二輸出開關(guān)Q4，使得當(dāng)?shù)诙敵鲩_關(guān)Q4閉合時，第二輸入開關(guān)Q2斷開。而且，當(dāng)?shù)诙敵鲩_關(guān)Q4斷開時，第二輸入開關(guān)Q2閉合。這在圖27中示出，其中示出了在任一瞬時時間，Q1的狀態(tài)與Q3的狀態(tài)相反，Q2的狀態(tài)與Q4的狀態(tài)相反。
圖26示出了起動模式的時序圖，通過設(shè)置與電動機(jī)速度相對的PDOFFTIM確定電流最大值。在這種模式下，通過軟件以連續(xù)模式對電源設(shè)備進(jìn)行脈寬調(diào)制，使電動機(jī)起動。目前的起動算法在起動模式下保持八次換向，然后進(jìn)入RUN模式。類似的算法能通過選擇與速度相對的PDOFFTIM的正確設(shè)定值近似恒定加速。在步驟650，值HALLIN是恒值，該恒值定義了霍爾元件讀數(shù)的起動值。當(dāng)實際霍爾元件讀數(shù)(HALLOLD)在步驟652上改變時，在步驟654將HALLIN設(shè)為與HALLOLD相等，根據(jù)RPM在步驟656改變PDOFFTIM。
圖25示出了選通的霍爾效應(yīng)輸出(HS3)改變狀態(tài)時控制電動機(jī)的微處理器輸出(BQ5和BQ8)。在該例中，正在對BQ5進(jìn)行脈寬調(diào)制，同時HS3為0。當(dāng)HS3(選通的)變?yōu)?時，存在用于微處理器的有限時間段(LATENCY)來識別磁性變化，此后，BQ5處于斷開狀態(tài)，使得BQ8開始脈寬調(diào)制(在PWMTIM期間)。
圖24示出了本發(fā)明的另一個方面，其中微處理器在運行模式安全操作區(qū)域內(nèi)工作而無須電流檢測。尤其是，根據(jù)圖24，微處理器514控制輸入開關(guān)Q1-Q4，使得每個輸入開關(guān)在每個脈寬調(diào)制期間內(nèi)打開或斷開最少時間段(PDOFFTIM)，從而在無須電流檢測的情況下提供過溫度保護(hù)。具體地說，最少時間段可以是轉(zhuǎn)子速度的函數(shù)，從而通過限制時間范圍內(nèi)的總電流，在不進(jìn)行電流檢測的情況下提供過溫度保護(hù)。如圖24所示，如果速度大于最小值(即如果A＜165)，將A設(shè)為165，繞過且不要求SOA極限；如果速度小于(或等于)最小值(即如果A≥165)，則圖24的程序確保開關(guān)斷開一個最少的時間段以限制電流。“A”是可變的，通過一個等式來計算，該等式表示給定速度(速度為一個常數(shù)乘以1/TINPS，其中TINPS是電動機(jī)周期)下PDOFFTIM最小值。那么，如果PDOFFTIM是小于A的，PDOFFTIM設(shè)為A，使得電動機(jī)在電動機(jī)運行速度下保持為最大期望值。
如圖18所示，電動機(jī)包括復(fù)位電路512，該電路在電源電壓vdd從預(yù)定閾值以下轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)定閾值以上時選擇性地復(fù)位微處理器。尤其是，當(dāng)電阻器R16和R17之間的分壓低于預(yù)定閾值時，開關(guān)Q6經(jīng)端口MCLR/VPP使微處理器不起作用。當(dāng)電壓回到預(yù)定閾值以上從而使開關(guān)Q6閉合時重新激活并復(fù)位微處理器。
圖19示出了用于霍爾傳感器508的選通電路520的一個最佳實施例。微處理器產(chǎn)生脈寬調(diào)制后的信號GP5，由線HS1通過間歇性地閉合開關(guān)Q7并向霍爾傳感器508提供電壓VB2，如圖21所示，脈寬調(diào)制后的信號GP5間歇性地向霍爾傳感器508供電。
圖17是電源電路503的示意圖，電源電路503經(jīng)H-橋504提供用于向定子單相繞組賦能的電壓Vin，并且還提供控制H-橋504和驅(qū)動微處理器514的各種其他電壓。尤其是，為開關(guān)Q1-Q4提供控制電壓的包括VB2的低驅(qū)動電壓、用于驅(qū)動微處理器的VDD、用于驅(qū)動霍爾傳感器508的HS2以及不必須參考輸入交流或直流電壓的控制電路參考地VSS都是經(jīng)無損耗直列串聯(lián)電容器C1由輸入電壓Vin供電的。
圖20示出了微處理器514的輸入和輸出。尤其是，僅使用來自位置傳感器的一個單輸入GP4提供信息，所述信息控制加到開關(guān)Q5以控制輸出開關(guān)Q3和輸入開關(guān)Q1的控制信號BQ5的狀態(tài)和控制加到開關(guān)Q8以控制輸出開關(guān)Q4和輸入開關(guān)Q2的控制信號BQ8的狀態(tài)。輸入GP2是任選輸入，用于選擇電動機(jī)速度和其他特征，或者可以被連接，用于在與熱敏電阻524組合時接收溫度輸入比較器輸出。
圖28示出了運行模式的一個最佳實施例的流程圖，在該模式下，電源設(shè)備是電流控制的。在該模式下，應(yīng)用以下工作參數(shù)電動機(jī)運行電源設(shè)備(電流)控制●在每次換向結(jié)束時，計時電源設(shè)備下次將斷開，計算換向周期。
OFFTIM=TINP/2。(換向周期被2除=90°)。同時在起動程序中，也這樣計算。
●在八次換向之后(電動機(jī)回轉(zhuǎn)數(shù)為1)且在開始程序退出時，計算PWMTIMPWMTIM=OFFTIM/4●在每個換向周期開始時，將計數(shù)器(COUNT8)設(shè)為5，要求在此次換向期間接通電源設(shè)備四次PWMSUM=PWMTIMPDOFFSUM=PWMTIM-PDOFFTIMTIMER=0(PDOFFTIM用于控制電動機(jī)中的電流量，并在控制算法(SPEED,TORQUE,CFM等)中進(jìn)行調(diào)整。
●在每個選通的霍爾變化處將換向時間設(shè)為0,HALLOLD是保存的霍爾選通值。
在電動機(jī)運行期間，在每個換向周期中執(zhí)行圖28的流程圖。尤其在步驟702，首先檢查換向時間，看看電動機(jī)一直處于該電動機(jī)位置的時間是否長達(dá)一個時間周期，在該例中為32mS。如果是，指示鎖定電動機(jī)，程序進(jìn)入步驟704的鎖定電動機(jī)程序。否則，程序在步驟706查看換向時間是否大于OFFTIM；如果是，換向周期大于90電角度，程序分支到步驟708，斷開低功率設(shè)備并在步驟710退出程序。接著，在步驟712將換向時間與PWMSUM相比較。如果小于PWMSUM，在步驟714檢查換向時間，看看它是否小于或等于PDOFFSUM，如果確實如此，在步驟716退出程序；否則程序分支到步驟708(如果步驟714為是)。
對于換向時間大于或等于PWMSUM的其他情況，在步驟718，PWMSUM和PDOFFSUM將PWMTIM與它們相加，從而為下一個脈寬調(diào)制周期作準(zhǔn)備，并將變量A設(shè)為COUNT8-1。
如果在步驟720中，A等于零，用于該換向周期的脈寬調(diào)制(4個脈沖)是完整的，程序分支到步驟708，從而斷開低功率設(shè)備并退出該程序。如果A不等于零，則在步驟722將COUNT8(為定義每次換向限定PWM次數(shù)的一個變量)設(shè)為A；接通適當(dāng)?shù)牡凸β试O(shè)備；在步驟716退出該程序。用更快的處理器能實現(xiàn)每換向周期更多的PWM計數(shù)。對于較慢的處理器來說，每換向周期四個(4)PWM是優(yōu)選的，而對于較快的處理器來說，八個(8)是優(yōu)選的。
圖27示出了用于此目的時序圖。在步驟704的鎖定轉(zhuǎn)子程序中，一進(jìn)入，就將低功率設(shè)備斷開1.8秒，此后，嘗試正常起動。
根據(jù)上述觀點，可見實現(xiàn)了本發(fā)明的若干目的并獲得了其他有利結(jié)果。
可以在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)對上述結(jié)果作出各種變化，說明書和附圖中包含的所有實施例都是解釋性而非限制性的。
權(quán)利要求
1．一種電動機(jī)，包括一包括一定子鐵心的定子，該定子鐵心上設(shè)有繞組，多個相異的極片和一個中央定位構(gòu)件，中央定位構(gòu)件被接收在定子鐵心的中央開口中并嚙合極片的徑向內(nèi)邊緣，從而徑向定位極片，通過去除定子鐵心的材料使該定子鐵心吸收中央定位構(gòu)件和極片的徑向公差；一轉(zhuǎn)子，包括容納在定子鐵心的中央定位構(gòu)件中的軸，用于使轉(zhuǎn)子相對于定子繞軸的縱軸線旋轉(zhuǎn)；以及一外殼，適于支撐定子和轉(zhuǎn)子。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)，其中定子鐵心包括徑向向內(nèi)伸入定子鐵心的中央開口中并嚙合極片的肋，以使極片相對于定子鐵心定位。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機(jī)，在將極片和中央定位構(gòu)件與定子鐵心裝配時，極片從至少一個肋上剪切材料下來，使所述一個肋厚度變薄。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)，還包括通常放在定子鐵心的中央開口中且其中接收轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子軸軸承，圍繞軸承模壓出中央定位構(gòu)件。
5．權(quán)利要求1所述的電動機(jī)，其中定子包括多個從定子伸出的腿，每個腿彈性偏斜并在其端部形成爪鉤，其中外殼包括多個凸肩，每個腿的爪鉤與外殼中各個凸肩嚙合，用于將定子和安裝在定子上的轉(zhuǎn)子鎖連到外殼上。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動機(jī)，其中外殼包括將部分定子接收在其中的杯，杯中包括開口，所述開口用于接近外殼中的腿的自由端，從而在拆卸電動機(jī)時非破壞性地將爪鉤從杯內(nèi)的凸肩上釋放出來。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動機(jī)，其中上述外殼中的每一開口包括位于一平面上的一徑向外邊緣和一徑向內(nèi)邊緣，該平面與轉(zhuǎn)子軸的縱軸線至少成45°角，以阻止水通過該開口進(jìn)入殼體中。
8．根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動機(jī)，其中定子鐵心和繞組基本上被封裝在一種熱塑性材料中，所述的腿由該封裝定子鐵心和繞組的熱塑性材料形成一單件。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)，還包括一印刷電路板，該印刷電路板具有通向繞組的電連接，及與定子無其他連接，印刷電路板與外殼為干涉配合且與外殼無其他連接。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動機(jī)，其中外殼中形成有內(nèi)部肋，及該肋嚙合印刷電路板的周邊，與電路板形成所述干涉配合
11．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)，還包括具有控制電動機(jī)操作的可編程部件的印刷電路板，印刷電路板接納于外殼中并在其中具有電觸點，其中外殼中具有一端口，大體上與印刷電路板上的觸點對準(zhǔn)，從而通過該端口接近該觸點而連接到一微處理器，端口的尺寸和形狀適于以探針唯一的一個取向接收探針，用來使探針與觸點連接。
12．根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機(jī)，其中還包括可拆除地接收在端口中以閉合端口的擋塊。
13．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)，其中定子包括多個安裝在定子鐵心上的相異極片，每個極片大體為U形，包括接收在定子鐵心的中央開口中的內(nèi)腿和在定子鐵心中央開口外部的一個位置上于定子鐵心的軸向延伸的外腿，外腿的徑向向外定向的面中有徑向向外的開口槽。
14．一種裝配電動機(jī)的方法，包括以下步驟形成一定子，包括將若干由鐵磁材料制成的第一極片放置在按壓夾具中，該第一極片的每一個均大致呈U形，并包括一徑向內(nèi)腿和一徑向外腿；將一個具有繞組于其上的定子鐵心放置在該按壓夾具中，使得定子鐵心的一個中央開口基本與該第一極片的徑向內(nèi)腿對準(zhǔn)；將一中央定位構(gòu)件置入上述按壓夾具中，該中央定位構(gòu)件穿過定子的中央開口而被接納；將若干由鐵磁材料制成的第二極片放置在按壓夾具中，該第二極片的每一個均大致呈U形，并包括一徑向內(nèi)腿和一徑向外腿，該第二極片徑向內(nèi)腿大致與定子鐵心的中央開口對準(zhǔn)；以及將上述第一和第二極片壓入定子鐵心中，所述極片的徑向內(nèi)腿進(jìn)入定子鐵心的中央開口，第一和第二極片的徑向內(nèi)邊緣與中央定位構(gòu)件接合并因而在徑向定位，該內(nèi)腿的徑向外邊緣與定子鐵心的內(nèi)徑上形成的肋接合并伸入上述開口，所述內(nèi)腿切去至少一個肋的一部分，因而從第一和第二極片的徑向位置去除了定子鐵心徑向尺寸的公差；形成一轉(zhuǎn)子；以及裝配上述轉(zhuǎn)子和定子。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括繞一軸承模制該中央定位構(gòu)件的步驟。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括用油浸漬所述軸承的步驟。
17．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括將定子鐵心、繞組及第一和第二極片基本上封裝在一熱塑性材料的步驟。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中封裝步驟包括用該熱塑性材料以一單件狀形成的若干第一按扣連接器構(gòu)件。
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括單獨通過將繞組的引線連接到印刷電路板上的電觸點的方式而將印刷電路板接到定子上的步驟。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括將裝配好的定子和轉(zhuǎn)子與殼體裝配在一起的步驟，該步驟包括將定子的第一按扣連接器構(gòu)件推進(jìn)到殼體中，直到該第一按扣連接器構(gòu)件與殼體中的第二按扣連接器構(gòu)件相扣緊。
21．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括在將裝配好的定子和轉(zhuǎn)子與殼體裝配在一起的步驟之后，借助一個在殼體上形成的端口進(jìn)行的電連接而對印刷電路板上的可編程構(gòu)件編程的步驟。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括繼對可編程構(gòu)件編程的步驟之后將所述端口閉塞的步驟。
全文摘要
具有不用單獨緊固件而咬在一起結(jié)構(gòu)的電動機(jī)。電動機(jī)的構(gòu)造去除了附加公差以更準(zhǔn)確地裝配。電動機(jī)能在總裝之后進(jìn)行編程和測試,并且能非破壞性地拆卸以便修理和改造。電動機(jī)構(gòu)造成使水不易進(jìn)入電動機(jī)外殼中,并限制水進(jìn)入外殼時造成的影響。
文檔編號H02K5/10GK1300459SQ00800401
公開日2001年6月20日 申請日期2000年3月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月25日
發(fā)明者R·K·霍倫貝克, D·P·布貝, J·E·格里姆, G·A·湯普森, J·A·霍爾, 小·N·C·戈姆 申請人:通用電氣公司