电动机电源设备 本申请要求2003年5月16日向韩国工业知识产权局递交的韩国专利申请No.2003-31125的权益，其内容这里一并作为参考。
【技术领域】
本发明涉及一种电动机电源设备，更具体地，涉及一种电动机电源设备，通过共享动态断开电路和逆变器，减少了部件的冗余使用，导致了产品尺寸及其制造费用的缩减，并设置了断开电路适合于电动机转速的令人满意的电阻值。
背景技术
三相电动机具有绕成三角形的线圈，而且三相电动机电源设备产生对电动机进行操作的三相电压。如图1所示，三相电动机电源包括：AC(交流)电源部分101，提供110V/220V商业交流电；整流器103，将AC电源部分101所产生的交流电整流为直流电；电容器115，对整流器103中的整流电压进行平滑；逆变器116，将来自电容器115的直流电逆变为具有多个频率并产生三相电压的交流电。逆变器116具有多个根据PWM(脉冲宽度调制)控制信号导通/截止的晶体管，以及与多个晶体管中的每一个并联的二极管。三相电动机电源还包括微处理器(未示出)，响应PWM控制信号，导通/截止逆变器116的晶体管，并对电源频率进行调制，以控制AC电动机117的转速。
电动机电源设备通常包括：浪涌电流保护电路，形成该电路，在施加初始电源时，通过切断浪涌电流保护继电器111，使浪涌电流从浪涌电流电阻102流向电容器115；过压保护电路130，跨接于逆变器116，保护电容器115远离过压条件，并包括与控制开关元件114串联的并联电阻112和二极管113；以及动态断开电路，用于使AC电动机117的电源输入端短路。
动态断开电路具有与跨接于AC电动机117的每对电源输入端U和V、U和W的断开继电器122相连地动态断开电阻120。
如图2所示，三相电动机电源包括：AC(交流)电源部分201，提供110V/220V商业交流电；整流器203，将AC电源部分201所产生的交流电整流为直流电；电容器215，对整流器203中的整流电压进行平滑；逆变器216，将来自电容器215的直流电逆变为具有多个频率并产生三相电压的交流电。逆变器216具有多个根据PWM(脉冲宽度调制)控制信号导通/截止的晶体管254b，以及与多个晶体管254b中的每一个并联的二极管。三相电动机电源还包括微处理器(未示出)，响应PWM控制信号，导通/截止逆变器216的晶体管254b，并对电源频率进行调制，以控制AC电动机217的转速。
电动机电源设备通常包括：浪涌电流保护电路，形成该电路，在施加初始电源时，通过切断浪涌电流保护继电器211，使浪涌电流从浪涌电流电阻202流向电容器215；以及动态断开电路230，用于使AC电动机117减速。
如图2所示，动态断开电路具有分别与AC电动机217的每个电源输入端相连的动态断开二极管对224。此外，每个动态断开二极管224可以与动态断开电阻220和断开继电器222并联。
此外，如图1或图2所示，当AC电动机117或217处于驱动模式时，断开继电器122或222处于断开状态，而当电动机117或217将要停止时，或者在AC电动机117或217停止以后，接通断开继电器122或222。当启动断开继电器122或222时，由于外力，AC电动机117或217突然停止或阻止AC电动机117或217转动。
但是，在传统的动态断开电路中，动态断开电路只在AC电动机117或217正在停止时或者在电动机117或217停止之后才进行操作。在提供电源并对电容器115或215进行充电时，AC电动机117或217正常地处于驱动模式时，动态断开电路并不操作。但是，与按照需要执行操作的部件独立地提供了动态断开电路，导致了整个电路尺寸的增加及其制造费用的增加。
动态断开电阻120或220的尺寸取决于流经短路AC电动机117或217的电流量，而其中的电流量取决于前述AC电动机117或217将要停止时的转速。因此，当试图停止高速旋转的AC电动机117或217时，增加动态断开电阻120或220的电阻值。当试图停止低速旋转的电动机时，减小动态断开电阻120或220的电阻值。因此，电动机转速可以确定动态断开电阻120或220的电阻值。但是，并未考虑到这种结构来设计传统的AC电动机117或217。
因此，本发明提供了一种电动机电源，其中动态断开电路和逆变器的多个元件共享二极管，也缩减了产品的尺寸及其制造成本。此外，利用断开模式中的电阻值依据电动机转速可变的效应，设置了适合于断开电路的令人满意的电阻值。
【发明内容】
通过提供一种电动机电源来实现上述方面，所述电动机电源包括：DC电源部分，具有一对电源部分；一对连接接线端，与每个DC电源部分的一对电源部分相连；以及逆变器，从所述DC电源部分吸收直流电，并向所述电动机提供交流电。所述电动机电源还包括：放置在与所述连接接线端中的每一个互连的附加线路内部的断开电阻；与所述断开电阻串联的控制开关元件；断开开关，与所述连接接线端之一啮合，并切换到将所述一个连接接线端与相应的电源接线端相连的正常位置或将所述连接接线端与相应的附加线路相连的断开位置；电动机转速检测器，用于检测电动机转速；控制部分，控制所述断开开关以切换到所述断开位置，根据所述电动机转速检测器所检测到的电动机转速，对所述控制开关元件的导通截止间隔进行控制。
此外，按照本发明的电动机电源还包括：过压保护电阻，第一端连接在所述断开电阻与所述控制开关元件之间，而第二端与所述连接接线端之一相连，将所述过压保护电阻与所述控制开关元件串联；电容器，放置在所述DC电源部分内部，提供由所述电动机所产生的电压；过压检测器，检测施加在所述电容器相对侧上的过压。所述控制部分可以控制所述断开开关，在所述过压检测器检测到所述电容器相对侧上的过压时，切换到所述正常位置，并导通所述控制开关元件，使所述电动机电源进行过压保护。所述控制开关元件可以由过压保护和动态断开所共享。
所述电动机电源还包括：二极管，与过压保护电阻并联，而且所述二极管可以具有与所述逆变器的所述连接接线端相连的阴极，允许在控制开关元件截止时，使电流流经所述过压保护电阻。
此外，所述控制部分控制所述断开开关，当所述电动机处于驱动模式时，切换到所述正常位置，与所述断开开关的开关位置相对应地、在如控制模式、过压模式和动态断开模式等不同的模式下，启动所述电动机。
所述断开电阻可以具有比所述过压保护电阻的电阻值小的电阻值，从而当所述电动机处于动态断开模式时，大多数电流流经所述断开电阻。
所述断开开关可以包括：继电器，包括所述断开开关切换到所述正常位置的第一接触点，以及所述断开开关切换到所述断开位置的第二接触点，而且可以在所述第一和所述第二接触点之间切换。
在以下的描述中，将部分地描述本发明的附加方面和/或优点，并且通过该描述，这些附加方面和/或优点将成为显而易见的，或者可以通过实现本发明来领会。
通过提供一种电动机电源来实现本发明的上述和/或其他方面，所述电动机电源包括：DC电源部分，具有一对电源接线端；以及逆变器，具有一对连接接线端，分别与所述DC电源部分的一对电源接线端相连，从所述DC电源部分接收直流电，并向所述电动机提供交流电，而且所述电动机电源包括：放置在使一对连接接线端彼此相连的附加线路中的断开电阻；与所述断开电阻并联放置在所述附加线路中的控制开关元件；断开开关，放置于一对连接接线端之一，并切换到将所述一个连接接线端与相应的电源部分相连的正常位置或将所述一个连接接线端与相应的附加线路相连的断开位置；电动机转速检测器，用于检测电动机转速；以及控制部分，控制所述断开开关以切换到所述断开位置，并对所述控制开关元件进行控制，从而可以根据所述电动机转速检测器所检测到的电动机转速，对所述控制开关元件的导通截止间隔进行控制。
按照一个方面，所述电动机电源还包括：过压保护电阻，第一端连接在所述断开电阻与所述控制开关元件之间，而第二端与所述连接接线端之一相连，与所述控制开关元件串联放置；电容器，放置在所述DC电源部分内部，接收来自所述电动机的电压；以及过压检测器，检测传递到所述电容器相对侧上的过压，而且所述控制部分控制所述断开开关，在所述过压检测器检测到所述电容器相对侧上的过压时，切换到所述正常位置，并导通所述控制开关元件。
按照一个方面，所述电动机电源还包括：二极管，与过压保护电阻并联放置，其阴极与连接于所述过压保护电阻的所述逆变器的所述连接接线端相连。
按照一个方面，所述控制部分控制所述断开开关，当所述电动机处于驱动模式时，切换到所述正常位置。
按照一个方面，所述断开电阻的电阻值比所述过压保护电阻的电阻值小。
按照本发明的一个方面，所述断开开关是继电器，具有所述断开开关切换到所述正常位置的第一接触点，以及所述断开开关切换到所述断开位置的第二接触点。
【附图说明】
通过以下结合附图，对优选实施例的描述，本发明的这些和/或其他目的和特征将变得更加清楚而且更为容易理解，其中：
图1和图2是传统电动机电源设备的电路图；
图3A是按照本发明实施例的电动机电源设备的电路图；
图3B是按照本发明实施例的电动机电源设备的方框图；
图4是在图3所示的电动机处于控制模式时，电流流动的电路图；
图5是在图3所示的电动机处于过压保护模式时，电流流动的电路图；
图6A-6C示出了电动机电源设备的每个接触点的电流和电压的波形；
图7是在图3所示的电动机处于动态断开模式时，电流流动的电路图；
图8A-8B是根据电动机转速示出了控制开关元件和动态断开电流IDB的占空比的示意图；
图8C示出了控制开关元件占空比的等效电路；
图9示出了图3的简化等效电路图。
【具体实施方式】
现在，将详细引用本发明的实施例，在附图中示出了本发明实施例的示例，其中相似的参考数字始终表示相似的元件。下面，对实施例进行描述，以便参照附图解释本发明。
图3A示出了按照本发明实施例的电动机电源的电路。如图3A所示，电动机电源包括：DC电源部分20，从AC电源部分10接收交流电，并通过一对电源接线端80a和80b提供直流电；以及逆变器30，通过分别与一对电源接线端80a和80b相连的一对连接接线端90a和90b，从DC电源部分20接收直流电，并将直流电转换为具有多个频率的交流电，从而向AC电动机40提供三相电压。
电动机电源包括：断开电阻56和控制开关元件58，串联放置在可以与逆变器30的一对电源接线端80a和80b相连的附加线路中，使逆变器30的连接接线端90彼此串联；断开开关60，将连接接线端90a与相应的电源部分80a相连，或者与附加线路相连；过压保护电阻54，与控制开关元件58串联，一端与逆变器30的连接接线端90a相连，而另一端连接在断开电阻56和控制开关元件58之间；二极管52，与过压保护电阻54并联，阳极与过压保护电阻54与其相连的逆变器30的连接接线端90a相连；电动机转速检测器99(参见图3B)，检测AC电动机的转速；以及控制部分(参见图3B)，对控制开关元件58和断开开关60进行控制。
DC电源部分20包括：整流器26，对从AC电源部分10提供的交流电进行整流；以及电容器28，对来自整流器26的整流交流电进行平滑。将一浪涌电流保护电流设置在DC电源部分20的内部，以防止在初始供电时，产生大量浪涌电流对电容器28进行充电。
浪涌电流保护电路具有：浪涌电流保护电阻24，消耗涌入到电容器28中的电流，将浪涌电流转换为热能形式；以及浪涌电流保护继电器22，断开，从而使整流器26中的整流电压可以通过浪涌电流保护电阻24传递给电容器28，或者接通，从而使整流电压可以传递给电容器28，而不经过浪涌电流保护电阻24。
控制部分(后面将进行描述)通过在从AC电源部分10最初施加电源时，切断浪涌电流保护继电器22，从而浪涌电流保护电阻24可以消耗浪涌电流，来防止电容器28受到损坏。此外，随着对电容器28进行充电，电容器28相对端之间的电压(Vpn)缓慢增加。
逆变器30具有几个由一对并联的晶体管32b和二极管32a形成的逆变元件32。此外，AC电动机40的每个电源输入端U、V和W分别连接在相应的一对逆变元件32之间，由逆变器30提供三相电压，从而输入来自逆变器30的三相电压。
类似于MOS晶体管或场效应晶体管，控制开关元件58可以根据栅极上的输入信号进行切换，而控制部分对控制开关元件58的输入信号进行控制，从而导体/截止控制开关元件58，并改变控制开关元件58的导通和截止之间的时间间隔。
电动机转速检测器99可以是编码器，对AC电动机40的旋转位置的角度进行编码，并根据已编码的信号，计算AC电动机40的位置和速度。编码器可以将AC电动机40的旋转位置的速度和角度的信息提供给控制部分。
断开开关60可以是具有通过其可以将逆变器30的连接接线端90a有选择地与电源部分80a(正常位置)和附加线路(即，断开位置)之一相连的第一接触点①和第二接触点②的继电器。
在施加了初始电源并经过了预定的时间之后，电容器28的相对端已完全充电，然后，通过外部操作，产生电动机启动信号。一旦产生电动机启动信号，控制部分将断开开关切换到与第一接触点①相连(即，正常位置)。此外，如图4所示，将对电容器28进行充电的电压提供给逆变器30，并由逆变器30将所施加的直流电变换为适合于AC电动机40的三相AC电压。
但是，当AC电动机40处于上述过程中的驱动模式时，由AC电动机40所存储的转动能通过逆变器30在电容器28中得以再生。这种再生电压增加了电容器28相对端之间的电压(Vpn)。
当过压检测器(未示出)检测到电容器28相对端上的过压条件时，控制部分保持断开开关60与第一接触点①相连，接通控制开关元件58。此外，由防止电容器28受到损坏的过压保护电阻54将过压转换为热能并进行消耗，而且如果未检测到过压，控制部分切断控制开关元件58，从而电流旁路过压保护电阻54，而流经二极管52(参照图5)。
如图6A一6C所示，如果电容器28相对端之间的电压达到过压的最大极限VH2，而过压区处于滞后(hysterisis)范围VH1-VH2，控制部分保持断开开关60与第一接触点①相连，并接通控制开关元件58，允许过压保护电阻54将过压转换为热能并加以消耗。从而，降低电容器28相对端之间的电压。
控制部分对控制开关元件58进行控制，从而能够将施加在电容器28相对端上的电压变化限制在过压范围(即，滞后范围，VH1-VH2)内(参照图6A-6C)，并在滞后范围VH1-VH2内操作控制开关元件58，以减少由于噪声而引起的控制开关元件58的误操作。
当使AC电动机40突然停止或者在未施加电源而使AC电动机40停止时，控制部分将断开开关60与第二接触点②相连，并使逆变器30的晶体管32b截止。控制部分将控制信号输入到控制开关元件58的栅极，并由控制信号根据电动机转速检测器99的结果，对控制开关元件58的导通截止间隔进行控制。
从而，流入围绕AC电动机40的绕组线中的部分电流通过逆变器30的二极管32a和断开电阻56流入到AC电动机40中，导致了电源连接接线端的短路，并由断开电阻56消耗电流，转变成热能。流入围绕AC电动机40的绕组线中的另一部分电流流入与断开电阻56并联的过压保护电阻54中，但过压保护电阻54通常具有比过压电阻56更大的电阻值，因此，电流大多流经断开电阻56，从而防止AC电动机40受到损坏，并由外力阻止其转动，使AC电动机40能够很快地停下来。
控制部分对控制开关元件58的导通截止间隔进行控制，并具有与可变电阻器70(参照图8C和图9)相同的效应。
如图8A-8B所示，AC电动机40旋转得越快，控制开关元件58的导通时间(Ton)越短，而AC电动机40旋转得越慢，控制开关元件58的导通时间(Ton)越长。因此，当AC电动机的速度增加时，控制开关元件58的占空比(D＝Ton/Ts)减小，而当AC电动机的速度下降时，占空比(D＝Ton/Ts)变大。
流入围绕AC电动机40的绕组线的电流流经断开电阻56、过压保护电阻54和控制开关元件58。如图8C所示，由于控制开关元件58的占空比根据电动机40的速度而变化，断开电阻56、过压保护电阻54和控制开关元件58一起与单一的可变电阻器70的操作相似。
可变电阻值与由断开电阻56和过压保护电阻54之间并联而形成的合成电阻值(RD‖ROV)除以控制开关元件58的占空比(D)相同。断开电阻值(RD)相对过压保护电阻值(ROV)较小，因此，合成电阻值(RD‖ROV)接近断开电阻值(RD)。因此，可变电阻值类似于断开电阻值(RD)与占空比(D)的比值。当AC电动机40的转速增加时，占空比(D)减小，以增加合成电阻值，而当AC电动机40的转速下降时，占空比(D)变大，以减小合成电阻值。
因此，如果使AC电动机40突然停止，或者在未施加电源时，停止驱动，AC电动机40的转速变为建立断开电阻56的令人满意的数值的变量，而且如果需要，规定该数值以缩减PCB(印刷电路板)的尺寸和产品的尺寸。
由于控制开关元件58可以用于过压保护，也可以用于断开操作，电路的组成可以较为简单。
在上述实施例中，电动机电源向三相电动机提供电能，但正如本领域的普通技术人员所能理解的那样，通过改变逆变器30的结构，电动机的相数并不局限于三相，而可以变化。
利用此结构，提供了一种电动机电源，其中通过在动态断开电路和逆变器之间共享二极管，减少了元件的数量，此外，缩减了产品的尺寸及其制造费用。此外，利用断开模式中的电阻值依据电动机转速可变的效应，设置了适合于断开电路的令人满意的电阻值。
尽管已经示出和描述了本发明，本领域的技术人员可以理解的是，在不偏离本发明的原理和精神的前提下，可以在本实施例中进行改变，本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。