CN107078676A - 用于与电动机通信的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于电动机的发动机控制器。发动机控制器被耦接到电力线通信连接，并且包括被耦接到存储器装置的通信装置。发动机控制器被配置为：使用通信装置经由电力线通信连接从服务器计算装置接收状态查询。发动机控制器还被配置为经由电力线通信连接将电动机诊断数据从存储装置发送到服务器计算装置。发动机控制器进一步被配置为从被无线耦接到发动机控制器的客户端计算装置接收发动机配置数据。发动机配置数据用于控制电动机。发动机控制器也被配置为根据发动机配置数据操作电动机。

Description

用于与电动机通信的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年7月23日提交的美国专利申请No.14/338,834的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请的领域一般涉及电动机，并且更特别地涉及用于与电动机通信的方法和系统。

背景技术

用于诊断电动机(electric motor)的已知方法涉及技术人员将待诊断设备插入到发动机(motor)中和/或对发动机进行物理检查。然而，对于一些应用(例如，可能使用数百个发动机的商用制冷应用)，检查是耗时的过程。另外，发动机通常被安装在不易接触的制冷单元内部。通常，当技术人员将发动机送到服务设施点进行检查时，他们发现发动机正常运行并且没有遇到任何故障，例如非计划停机。针对这些问题提出的一种解决方案包括在发动机内安装无线通信装置，从而可以对其远程访问和检查。然而，为发动机添加无线通信装置的成本通常超过发动机本身的成本。

发明内容

在一方面，本申请描述了一种用于电动机的发动机控制器。发动机控制器被耦接到电力线通信连接，并且包括被耦接到存储器装置的通信装置。发动机控制器被配置为使用通信装置经由电力线通信连接从服务器计算装置接收状态查询。发动机控制器还被配置为经由电力线通信连接将电动机诊断数据从存储器装置发送到服务器计算装置。发动机控制器进一步被配置为从被无线耦接到发动机控制器的客户端计算装置接收发动机配置数据。发动机配置数据用于控制电动机。发动机控制器还被配置为根据发动机配置数据来操作电动机。

在另一方面，本申请描述了一种用于电动机的发动机控制器。发动机控制器被耦接到电力线通信连接，并且包括被耦接到存储器装置的通信装置。发动机控制器被配置为从被无线耦接到发动机控制器的客户端计算装置接收发动机配置数据，并且将发动机配置数据存储在存储器装置中。发动机配置数据用于控制电动机。发动机控制器还被配置为根据发动机配置数据来操作电动机。

在另一方面，本申请描述了一种操作电动机的方法。该方法通过被耦接到电动机的发动机控制器而实施，其中发动机控制器被耦接到电力线通信连接，并且包括被耦接到存储器装置的通信装置。方法包括使用通信装置经由电力线通信连接从服务器计算装置接收电动机的状态查询。方法还包括将对电动机的诊断数据从存储器装置发送到服务器计算装置，以及将用于控制电动机的发动机配置数据存储在存储器装置中。从被无线耦接到发动机控制器的客户端计算装置接收发动机配置数据。方法进一步包括根据发动机配置数据操作电动机。

在又一方面，本申请提供了一种电动机通信系统。该系统包括被可通信地耦接到电力线通信连接的多个电动机。多个电动机中的每个电动机包括具有被耦接到存储器装置的通信装置的发动机控制器。发动机控制器被配置为使用通信装置经由电力线通信连接来接收对电动机的状态查询。发动机控制器还被配置为经由电力线通信连接发送电动机诊断数据，以及接收用于控制电动机的发动机配置数据。发动机控制器还被配置为根据发动机配置数据操作电动机。通信系统还包括经由电力线通信连接被可通信地耦接到每个电动机的服务器计算装置。服务器计算装置被配置为经由电力线通信连接将电动机的状态查询发送到发动机控制器。通信系统进一步包括与多个电动机中的至少一个电动机通信的至少一个客户端计算装置。客户端计算装置被配置为将发动机配置数据无线地发送到发动机控制器。

附图说明

图1是示例性的电动机组件的框图。

图2是示例性的电动机诊断和控制网络的框图。

图3是示例性的计算装置的框图

图4是示例性的发动机控制器的框图。

虽然各实施例的具体特征可能在一些附图中被示出，而在另一些附图中未被示出，但这仅仅是为了方便。任意附图的任意特征均可以与任意其他附图的任意特征组合起来被引用和/或要求保护。

除非另有说明，本文提供的附图旨在说明本公开的实施例的特征。这些特征被认为可应用于包括本公开的一个或多个实施例的多种系统中。因此，附图并不意为包括本领域普通技术人员已知的用于实施本文所公开的实施例所需的所有常规特征。

具体实施方式

如本文所使用的，以单数形式陈述并且前面具有词语“一”或“一个”的元件或步骤应当被理解为不排除复数元件或步骤，除非明确地陈述了这种排除。此外，对本公开的“示例性实施”或“一个示例”的引用不旨在被解释为排除并入所述特征的附加实施方式的存在。

图1是示例性的电动机组件100的框图。发动机控制器102被耦接到发动机104。在本说明书中，“耦接到”意为包括在另一部件内，与另一部件集成，物理连接到另一部件，或与另一部件电连通。在一些实施方式中，发动机104是电动机。在一些实施方式中，发动机104是变速电动机，例如电子换向电动机(ECM)。发动机104驱动负载106，例如加热、通风和空调(HVAC)系统或制冷系统中的风扇，或泵中的叶轮。发动机104通过轴108被耦接到负载106。

发动机控制器102被配置为根据存储在发动机控制器102的存储器装置310(图3)中的设定来操作发动机104。设定可以包括操作模式，其中每个模式与时间段和速度相关联。另外，发动机控制器102将诊断数据存储在存储器装置310中。诊断数据包括发动机104的状态的至少一个记录。例如，诊断数据可以包括一条故障记录，诸如不响应于用户初始命令而执行关闭发动机的发动机104的关闭。例如，由于过热条件、过电流条件、过电压条件或其他超过针对发动机104设计的操作参数，发动机104可能关闭。诊断数据可另外或替代地包括另一异常的记录，例如指示发动机104在预定操作参数以外操作的异常的记录以及可指示发动机104的安装问题的异常的记录。诊断信息可进一步包括：例如，输入功耗、操作速度、操作扭矩水平、操作温度、恒温器循环的频率、电动机104的故障的总数(故障事件计数)、发动机104已经接通电力的总时间长度(总供电时间)、发动机104已经在预设阈值或高于预设阈值操作的总时间长度(总操作时间)、发动机104以超过预设速率的速度操作的总时间长度(在缩减区域(cutback region)中的总时间)、发动机104在底盘温度超过预设热限制下的总操作时间(超过热限制的总时间)、和/或发动机104已经启动的总次数(总操作周期)。

图2是示例性的电动机通信系统200的框图。在示例性实施例中，系统200包括多个电动机202，例如电动机104(图1所示)，至少一个服务器计算装置204，以及至少一个客户端计算装置206。如本文中详细描述的，电动机202被可通信地耦接到服务器计算装置204以用于报告诊断数据，并且被耦接到客户端计算装置206，使得技术人员可以发送程序指令和/或发动机配置数据到发动机202。客户端计算装置206经由因特网207被可通信地耦接到服务器计算装置204，用于通信关于发动机202的信息。

在示例性实施例中，发动机202用作商用制冷系统中的风扇和/或鼓风机发动机。因此，发动机202被耦接到至少一个冷却器单元208或至少一个冷冻箱210上。可替代地，电动机202可以被实施在洁净室过滤系统、风扇过滤器单元、可变风量系统、制冷系统、炉系统、空调系统、和/或住宅或商用供热、通风、空调(HVAC)系统、和/或使电动机诊断和控制网络200能够如本文所述起作用的任何其它应用中。电动机202还可以用于驱动除了风扇和/或鼓风机之外的机械部件，包括混合器、齿轮、输送机和/或踏车。

每个发动机202包括发动机控制器214，该发动机控制器214控制电动机202的操作，并促进电动机202、服务器计算装置204和客户端计算装置206之间的通信，如下面所详细描述的。在示例性实施例中，电动机控制器214向服务器计算装置204发送信号以及从服务器计算装置204接收信号。服务器计算装置204与发动机202同位(on-location)，并且被配置为与发动机控制器214通信以从发动机202获得识别数据和诊断数据。客户端计算装置206是由服务技术人员使用的便携式计算装置，其与服务器计算装置204进行无线通信以接收关于发动机202的服务请求、标识数据和/或诊断数据。客户端计算装置206还被配置为向发动机控制器214发送警报请求信号和/或发动机配置数据。

图3是示例性的计算装置300的框图。例如，发动机控制器214、客户端计算装置206和服务器计算装置204可以是计算装置300的实施方式。计算装置300包括用于执行指令的处理器305。在一些实施方式中，可执行指令被存储在存储器装置310中，以使计算装置300能够执行本文所述的过程。处理器305可以包括一个或多个处理单元(例如，在多核配置中)。存储器装置310是允许诸如可执行指令和/或其他数据的信息被存储和检索的任何装置。存储器装置310可以包括数据库312。例如，关于服务器计算装置204，数据库312可以包括由特定制造商制造的发动机(例如，发动机202)的客户账号和识别数据。在一些实施方式中，数据库312可以替代地在计算装置300外部，并且与计算装置300通信，而不是包括在计算装置300内。在一些实施方式中，存储器装置310可以被分成多个存储器装置。

在一些实施方式中，计算装置300还包括用于向用户301呈现信息的至少一个媒体输出部件315。媒体输出部件315是能够向用户301传达信息的任何部件。在一些实施方式中，媒体输出部件315包括诸如视频适配器和/或音频适配器的输出适配器。输出适配器被可操作地耦接到处理器305，并且被可操作地耦接到输出装置，例如显示装置(例如，液晶显示器(LCD)、一个或多个发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)显示器、阴极射线管(CRT)或“电子墨水”显示器)或者音频输出装置(例如，扬声器或耳机)。

在一些实施方式中，计算装置300包括用于从用户301接收输入的输入装置320。输入装置320可以包括例如一个或多个按钮、小键盘、触摸敏感面板(例如，触摸板或触摸屏)和/或麦克风。诸如触摸屏的单个部件可以用作媒体输出部件315的输出装置和输入装置320两者。

计算装置300还可以包括通信装置325，其被可通信地耦接到另一个装置。例如，客户端计算装置206可以使用通信装置325与发动机控制器102和服务器计算装置204可通信地耦接。通信装置325可以包括例如与移动电话网络(例如，全球移动通信系统(GSM)、3G、4G)一起使用的有线或无线网络适配器或无线数据收发器，短程无线网络(例如蓝牙)或其他移动数据网络(例如，全球微波接入互操作性(WIMAX))。在一些实施方式中，特别是在通信装置325无线通信的实施方式中，通信装置325被耦接到天线326。在一些实施方式中，特别是关于发动机控制器214和客户端计算装置206，通信装置325能够执行近场通信(NFC)。另外，在一些实施方式中，如本文所述，计算装置300可以使用通过天线326接收的电力来执行操作，而不接收或依赖于来自任何其他电源的电力。例如，在一些实施方式中，天线326被直接连接到存储器装置310。在该实施方式中，存储器装置310和/或通信装置325从天线326获得电力，并且从而能够在发动机202、发动机控制器214和处理器305不具有电力时进行调试和编程操作。这允许客户和维修技术人员在无主机系统电力时或甚至在为了装运而对发动机202包装或装箱时与发动机202和/或发动机控制器214通信。如本文所述，在任何时间(具有或不具有电力)可以与存储器装置310进行无线通信，并且处理器305仅在施加电力时才访问存储器装置310。在施加电力的情况下，处理器305访问存储器装置310并确定是否存在新的信息、命令等。与发动机202的电子通信以及在发动机202之间的电子通信可以包括但不限于发动机故障警告和警报、可能由于冰和/或堵塞的过滤器造成的系统阻塞气流警告、可能由于门打开和/或不良密封造成的系统空气泄漏检测、以及对具有一个以上发动机的机柜中的弱的或阻塞的发动机的补偿空气输送(make-up air delivery)。

图4是示例性的发动机控制器400的框图。在示例性实施例中，发动机控制器400类似于发动机控制器214(图2所示)。发动机控制器400经由电力线通信连接402被耦接到电源401并从电源401接收电力。电力线通信连接402被配置为电力线通信，使得发动机控制器400能够彼此间通信以及与服务器计算装置204通信。微处理器404从存储器(例如，存储器装置310(图3中所示))检索所存储的编程数据，并将控制信号发送到电源切换装置406。电源切换装置406基于从微处理器404接收的控制信号来调节所接收的电力，以便应用到发动机202(图2所示)。

无源滤波器410将电力开关406的输出耦接到电力线通信连接402，仅传输由发动机控制器400发送的输出高频通信。输出通信经由电力线通信连接402被发送到一个或多个其他发动机控制器400和/或服务器计算装置204。输入通信具有相对于AC电源输入的高频率。输入通信由无源滤波器410滤波，并由分频器412分频。然后将经过滤波和分频的输入通信发送到微处理器406进行处理。

在示例性实施例中，发动机控制器400被配置为使发动机202产生声音警报，以帮助技术人员定位和识别网络150(图2所示)内的特定发动机。技术人员使用客户端计算装置206向发动机202发送警报请求信号。在一个实施例中，警报请求信号通过因特网212从客户端计算装置206发送到服务器计算装置204，并且经由电力线通信连接402从服务器计算装置204发送到发动机202。在另一实施例中，客户端计算装置206使用NFC将警报请求信号发送到发动机控制器400。

当通过发动机控制器400接收警告请求信号时，微处理器406输出低频脉宽调制(PWM)波形以产生声音噪声或警报。由PWM波形产生的低频信号(即，20Hz-10kHz)激励发动机202的绕组以产生可听的高音调声音。发动机绕组可以在正常操作(旋转)时或在发动机静止时产生声音音频警报。可听的声音可以由第三方解译，诸如技术人员或电子装置。微处理器406可以使用多个频率和多个声音模式(即，高-低-高、或短-长-短)来传递不同的信息。在可替代实施例中，当一个或多个预定事件发生时，发动机控制器400被编程以产生声音警报。在该实施例中，发动机202不必接收警报请求信号和/或不必被耦接到网络150。例如，当发生发动机故障时，可对发动机控制器编程以自动产生具有指定模式的声音警报。

在示例性实施例中，在操作期间，将诊断数据存储在存储器装置310(图3所示)中。在一个实施例中，发动机控制器400使用通信装置325周期性地向服务器计算装置204发送关于电动机202的健康状况和操作状态的诊断数据。在另一个实施例中，发动机控制器400仅在操作参数落在预定操作范围外时发送诊断数据。在又一个实施例中，发动机控制器400在接收到来自服务器计算装置204的诊断查询时发送诊断数据。诊断数据经由电源线402而发送，并且由服务器计算装置204和/或其他发动机控制器400接收。

当诊断数据指示在发动机202上需要服务时，技术人员将对发动机202进行服务。在商用制冷环境中，可能存在数百个发动机202，使得很难定位到特定电动机。为了定位和识别受损的发动机202，技术人员使用客户端计算装置206经由因特网向服务器计算装置204发送警报请求信号。依次地，服务器计算装置204经由电力线通信连接402向受损的发动机202发送警报请求信号。在接收到警报请求信号时，与受损的发动机202相关联的发动机控制器400产生声音警报，如上所述。

在定位和识别到受损的发动机202之后，技术人员可以开始维修受损的发动机202。技术人员使用客户端计算装置206通过NFC与发动机控制器400通信。在一个实施例中，技术人员可以提供新的或更新的编程指令，以校正受损的发动机202的操作。NFC使技术人员能够改变发动机202的操作参数，而无需费力的使用物理方式访问电动机202。在另一个实施例中，如果发动机202被物理损坏，技术人员则可以安装新的发动机202。技术人员使用客户端计算装置206通过NFC对新发动机202提供编程数据，以使得新发动机202以与受损发动机202相同的方式运行。

本文描述的系统和方法的实施例使得一个或多个电动机能够被中央计算机装置监测。发动机通过电力线通信连接来通信诊断数据。如果一个或多个发动机发生故障，则要求技术人员检查发动机。因为可能有数百个发动机在运行，本文描述的系统和方法使得技术人员能够使用计算装置(即，智能手机或平板电脑)向特定发动机发送警报请求信号。发动机产生帮助技术人员对发动机进行定位的声音警报。进一步，技术人员可以使用近场通信来编程和/或诊断发动机，而不必将其物理插入到发动机中。因此，本文所述的系统和方法的实施例可以消除为了编程和/或检查而对发动机物理访问的需求。本文所述的系统和方法还使得更容易在发动机出现故障时进行识别，以及更容易识别该特定发动机的定位。

本文描述的方法和系统的技术效果可以包括以下一个或多个：(a)使用通信装置经由电力线通信连接从服务器计算装置接收电动机的状态查询；(b)将电动机的诊断数据从存储器装置发送到服务器计算装置；(c)从被无线耦接到发动机控制器的客户端计算装置接收用于控制电动机的发动机配置数据；以及(d)根据发动机配置数据操作电动机。

本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使得本领域的任何技术人员能够实现包括制造和使用任何装置或系统以及执行任意结合的方法的本发明。本发明的专利许可范围由权利要求限定，并且包括本领域技术人员可以想到的其他示例。如果具有与权利要求的字面语言无差异的结构元件，或者包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则这些其他示例被认为包括在权利要求的范围内。

Claims (22)

1.一种发动机控制器，其用于电动机，所述发动机控制器被耦接到电力线通信连接并且包括被耦接到存储器装置的通信装置，所述发动机控制器被配置为：

使用通信装置经由所述电力线通信连接从服务器计算装置接收状态查询；

经由电力线通信连接将电动机诊断数据从所述存储器装置发送到服务器计算装置；

从被无线耦接到所述发动机控制器的客户端计算装置接收发动机配置数据，所述发动机配置数据用于控制所述电动机；以及

根据所述发动机配置数据来操作电动机。

2.根据权利要求1所述的发动机控制器，进一步包括：

电力切换装置，其被配置为调节从电源接收到的输入电力，以便适用于所述电动机；以及

无源滤波器，其被配置为对通过所述发动机控制器接收的通信信号或者从所述发动机控制器发送的通信信号进行滤波。

3.根据权利要求2所述的发动机控制器，其中所述无源滤波器将所述电力切换装置的输出耦接到所述电力线通信连接，用于从所述发动机控制器发送输出通信。

4.根据权利要求3所述的发动机控制器，其中所述无源滤波器进一步被配置为将具有大于60Hz的频率的输出通信传递到所述电力线通信连接。

5.根据权利要求3所述的发动机控制器，其中所述输出通信包括诊断数据和发动机识别数据中的至少一个。

6.根据权利要求2所述的发动机控制器，其中所述无源滤波器进一步被配置为将具有大于60Hz的频率的输入通信传递到所述电力线通信连接。

7.根据权利要求6所述的发动机控制器，其中所述输入通信包括来自被耦接到所述电力线通信连接的多个其他电动机中的至少一个电动机的诊断数据。

8.根据权利要求7所述的发动机控制器，其中所述发动机控制器进一步被配置为基于来自所述多个其他电动机中的所述至少一个电动机的诊断数据来更改所述电动机的操作。

9.根据权利要求6所述的发动机控制器，其中所述无源滤波器将所传递的输入通信发送到处理装置，所述处理装置被配置为向所述电力切换装置提供控制信号，以用于控制所述电动机的操作。

10.一种发动机控制器，其用于电动机，所述发动机控制器被耦接到电力线通信连接并且包括被耦接到存储器装置的通信装置，所述发动机控制器被配置为：

从被无线耦接到所述发动机控制器的客户端计算装置接收发动机配置数据，所述发动机配置数据用于控制所述电动机；

将所述发动机配置数据存储在所述存储器装置中；以及

根据所述发动机配置数据操作所述电动机。

11.根据权利要求10所述的发动机控制器，其中所述发动机控制器进一步被配置为：

使用所述通信装置经由所述电力线通信连接从服务器计算装置接收状态查询；以及

经由所述电力线通信连接将电动机诊断数据从所述存储器装置发送到所述服务器计算装置。

12.根据权利要求10所述的发动机控制器，其中所述发动机控制器进一步被配置为产生声音警报，以促进识别多个电动机中的特定电动机。

13.根据权利要求10所述的发动机控制器，其中所述发动机控制器进一步被配置为：

从经由所述电力线通信连接的所述服务器计算装置和使用近场通信的所述客户端计算装置中的一者接收警报请求信号；

基于所接收的警报请求信号使所述电动机产生所述声音警报。

14.根据权利要求10所述的发动机控制器，其中所述发动机控制器进一步被配置为输出低频脉宽调制(PWM)波形信号，其激励所述电动机的绕组以产生所述声音警报，其中所述低频PWM波形信号在20Hz和10kHz之间。

15.根据权利要求10所述的发动机控制器，其中所述发动机控制器被配置为使用通过所述通信装置无线地接收到的电力从所述客户端计算装置接收所述发动机配置数据。

16.根据权利要求10所述的发动机控制器，其中所述发动机控制器被配置为使用近场通信从所述客户端计算装置接收所述发动机配置数据。

17.一种方法，用于操作电动机，所述方法通过被耦接到所述电动机的发动机控制器而实施，其中所述发动机控制器被耦接到电力线通信连接并且包括被耦接到存储器装置的通信装置，所述方法包括：

使用所述通信装置经由所述电力线通信连接从服务器计算装置接收状态查询；

经由所述电力线通信连接将电动机诊断数据从所述存储器装置发送到所述服务器计算装置；

从被无线耦接到所述发动机控制器的客户端计算装置接收用于控制所述电动机的发动机配置数据；以及

根据所述发动机配置数据操作所述电动机。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括通过无源滤波器对具有高于预定阈值的频率的输入和输出通信中的至少一者进行滤波。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括通过所述发动机控制器输出低频脉宽调制(PWM)波形信号，所述低频脉宽调制(PWM)波形信号被配置为激励所述电动机的绕组，以使得所述电动机产生促进识别多个电动机中的特定电动机的声音警报。

20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括使用通过所述通信装置无线接收到的电力来存储来自所述客户端计算装置的所述发动机配置数据。

21.根据权利要求17所述的方法，进一步包括使用近场通信从所述客户端计算装置接收所述发动机配置数据。

22.一种电动机通信系统，包括：

多个电动机，其被可通信地耦接到电力线通信连接，所述多个电动机中的每个电动机包括发动机控制器，所述发动机控制器具有被耦接到存储器装置的通信装置，所述发动机控制器被配置为：

使用所述通信装置经由所述电力线通信连接来接收对电动机的状态查询；

经由所述电力线通信连接发送电动机诊断数据；

接收用于控制所述电动机的发动机配置数据；以及

根据所述发动机配置数据操作所述电动机；

服务器计算装置，其经由所述电力线通信连接被可通信地耦接到所述每个电动机，所述服务器计算装置被配置为经由所述电力线通信连接将所述电动机的状态查询发送到所述发动机控制器；以及

至少一个客户端计算装置，其与所述多个电动机中的至少一个电动机通信，所述至少一个客户端计算装置被配置为将所述发动机配置数据无线地发送到所述发动机控制器。