CN101542652B - 接口线和包括接口线的系统 - Google Patents

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    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements

Abstract

一种接口线，可操作地将外部控制器连接到电动机。该接口线包括具有第一管脚配置的第一连接器、耦接到第一连接器的电缆、耦接到电缆并具有不同于第一管脚配置的第二管脚配置的第二连接器、以及具有电耦接在第一连接器和第二连接器之间的电路中的可编程设备的电路板。

Description

接口线和包括接口线的系统
相关申请
本申请要求于2006年8月1日提交的美国临时专利申请序列号No.60/834,698的优先权。
技术领域
本发明涉及用于将信息上载和/或通信到电子换向电机(ECM)或其他可编程现场设备的装置和方法。
背景技术
ECM用在许多应用中。例如，ECM能够与用于在加热、通风和空调(HVAC)系统中或燃气加热系统(例如燃气热水器或煤气炉)中移动空气的鼓风机或风扇一起使用。在这样的环境中，ECM能够采用恒定气流算法来控制空气的流动，而不用使用外部传感器(例如，不用使用气流或压力传感器)。为了采用恒定气流算法，电机(motor)控制器通常包括与电机所连附的系统有关的信息。典型地，在制造时，将该信息编程到该电机控制器中。
在替换该“特性化”或“智能”电机时，出现与维护使用存储系统信息的ECM电机的系统有关的一个问题。正如所论述的，可以初始电机进行预编程用于对特定系统(例如特定炉子/HVAC单元)。维护技术人员不能对任何情形都可行地维护预特性化(pre-characterized)的电机。结果，当特性化电机出现故障时，维护技术人员通常从制造商或销售商定购新的特性化电机。因为这会花费几天的时间，因此，在新的特性化电机正被递送时，通常在该系统中安装“标准”或“哑”电机来保持系统运转。通常的结果是，至少两次电机更换的两个维护请求。
存在对替换特性化电机的问题的一些建议方案。例如，系统控制板可以包括用于上载到可配置电机的系统信息。然而，除其它问题之外，这种方案不能解决替换目前所安装的并正在工作的ECM的问题。在另一建议方案中，维护技术人员可以配备移动编程能力。对一些维护人员来说，通常要求专业硬件和/或软件的这种选择通常非常昂贵且复杂。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供一种装置(或系统)，诸如空气移动系统，具有系统控制器(例如，系统控制板)、电动机(electrical machine)以及连接系统控制器和电动机的接口线。该电动机能够耦接到将由电动机操作的设备(例如鼓风机或风扇)。一种示例性电动机包括电机组件和电机控制器。接口线能够将由系统控制器生成或通过系统控制器中继的信号通信到电动机。接口线能够进一步将由电动机生成或通过电动机中继的信号通信到系统控制器。接口线能够包括电缆组件和耦接到该电缆组件的集成电路板。在一种构造中，耦接包括将电路板集成在电缆组件中。在一种构造中，集成电路板支持至少微控制器，其中，微控制器可操作地以第一格式从系统控制板接收信号，以及将该信号转化成将被发送到电机组件的第二格式。
在另一实施例中，本发明提供一种控制具有电动机和接口线的系统的方法。该方法包括提供具有电缆组件和耦接到该电缆组件的电路板的接口线。该电路板包括存储器，其中，该存储器包括信息(例如，预编程的指令或数据集)和/或能够存储信息。该方法还包括将接口线耦接到电动机以及将存储器中的至少部分信息上载到电动机。除上载动作外或替代加载动作，该方法能够包括将信息从电动机下载到接口线的存储器。该方法能够进一步包括将接口线耦接到系统控制板，通过接口线将信号从系统控制板通信到电动机，以及利用接口线的微控制器处理来自系统控制板的信号。利用微控制器处理该信号能够包括将信号从第一格式转换成第二格式。
在另一实施例中，本发明提供一种接口线，可操作地将外部控制器连接到电动机。该接口线包括具有第一管脚配置的第一连接器、耦接到第一连接器的电缆、耦接到电缆并具有不同于第一管脚配置的第二管脚配置的第二连接器以及电路板，该电路板具有电耦接在第一连接器和第二连接器之间的电路中的可编程设备。该可编程设备可被配置为将来自第一连接器的第一信号转换成用于第二连接器的第二信号。
在另一实施例中，本发明提供一种接口线，可操作地将数据上载到电动机。该接口线包括第一连接器、耦接到第一连接器的电缆、耦接到电缆的第二连接器以及电路板，该电路板具有电耦接在第一连接器和第二连接器之间的电路中的可编程设备。该可编程设备包括具有数据的存储器，并可被配置为将数据上载到电动机。
在另一实施例中，本发明提供一种电机线组件，其耦接到外部控制器。该电机线组件包括：电动机，具有具有定子和转子的电机组件；以及电机控制器，连接到电机组件并具有具有第一管脚配置的第一连接器。该电机线组件还包括接口线，该接口线具有：具有不同于第一管脚配置的第二管脚配置的第二连接器；耦接到第二连接器的电缆；耦接到电缆并啮合第一连接器的第三连接器；以及电路板，该电路板具有电耦接在第二连接器和第三连接器之间的电路中的可编程设备。该可编程设备包括具有特征数据的存储器，并可被配置为选择地将特征数据上载到电动机，以及将来自第二管脚配置的第一信号转换成具有第一管脚配置的第二信号。
在另一实施例中，本发明提供一种利用接口线操作电动机的方法，该接口线包括第一连接器和第二连接器、耦接到第一连接器和第二连接器的电缆以及具有电耦接在第一连接器和第二连接器之间的电路中的可编程设备的电路板。该方法包括利用第一连接器接收具有第一配置的第一信号；将第一信号转换成具有第二配置的第二信号；以及生成从电路板并通过电缆到电动机的第二信号。
在另一实施例中，本发明提供一种利用接口线操作电动机的方法，该接口线包括第一连接器和第二连接器、耦接到第一连接器和第二连接器的电缆以及具有带有存储器的可编程设备的电路板，该可编程设备电耦接在第一连接器和第二连接器之间的电路中。该方法包括利用用于操作电动机的特征数据编程可编程设备；将接口线的第二连接器耦接到电动机；以及将特征数据上载到电动机。
在另一实施例中，本发明提供一种操作将第一节点连接到第二节点的电路的方法。该电路包括到电源的连接、到电气接地的连接、具有电阻器的第一电路、以及具有电容器的第二电路，第二电路与第一电路并联配置。该方法包括生成正电压；将第一节点维持在预定阈值以上；响应于利用第二节点检测到负电压，生成信号；作为利用第二节点检测的过大负电压的结果，从电源汲取电流。
在另一实施例中，本发明提供一种将第一节点连接到第二节点的电路。该电路包括到电源的连接、到电气接地的连接、具有电阻器的第一电路、以及具有电容器的第二电路，第二电路与第一电路并联配置。该第一电路与第二电路协作来生成参考电压。
通过考虑详细的描述和附图，本发明的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1是包含本发明的示例性空气移动系统的框图。
图2是能够与图1的空气移动系统一起使用的电缆组件的俯视图。
图3是能够与图2的电缆组件一起使用的插头外壳的前视图。
图4是图3的插头外壳的正视图。
图5是根据第一构造的连接到图2的电缆组件的示例性集成电路的仰视图。
图6是图5中所示的集成电路和电缆组件的俯视图。
图7是图5和6中所示的集成电路的电路图。
图8示出图1的电机组件的示例性示意表示。
图9A是根据第二构造的集成电路的电路图的第一部分。
图9B是根据第二构造的集成电路的电路图的第二部分。
图9C是根据第二构造的集成电路的电路图的第三部分。
图9D是根据第二构造的集成电路的电路图的第四部分。
图10A是根据第三构造的集成电路的电路图的第一部分。
图10B是根据第三构造的集成电路的电路图的第二部分。
图10C是根据第三构造的集成电路的电路图的第三部分。
图10D是根据第三构造的集成电路的电路图的第四部分。
图11A是传感器电路的电路图。
图11B是传感器和保护器电路的电路图。
图11C是另一传感器和保护器电路的电路图。
具体实施方式
在详细地解释本发明的任何实施例之前，应理解本发明在其应用方面不限于在下述说明书中阐述或在附图中示出的部件的构造和排列的细节。本发明能够有其他实施例以及能够以各种方式实践或执行。而且，应理解在此使用的措辞和术语是用于描述目的，而不应当视为限制。使用“包括”、“包含”或“具有”及其变形在此意指包含此后列出的项及其等效以及另外的项。除非具体说明、限制或以其他方式显而易见，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及其变形被广泛使用并包含直接和间接安装、连接、支撑和耦接。此外“连接”和“耦接”通常不限于物理或机械连接或耦接。
尽管在描述附图中，在此提及方向参考，诸如上、下、向下、向上、向后、底部、前、后等等，但为方便起见，仅相对于这些图(如通常观看)做出这些参考。这些方向不意在按字面意义或以任何形式限制本发明。此外，为描述目的，在此使用术语，诸如“第一”、“第二”和“第三”以及不意在表示或暗示相对重要性或含义。
此外，应理解本发明的实施例包括硬件、软件和电子部件或模块，为论述目的，他们可以被示出和描述成好像用硬件单独地实现大部分这些部件一样。然而，本领域的普通技术人员，基于阅读本详细描述，将意识到在至少一个实施例中，可以用软件实现本发明的基于电子的方面。同样地，应注意到可以利用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件来实现本发明。此外，如在后续段落中所述，附图中示出的特定机械配置意在例示本发明的实施例，并且其他的替选机械配置也是可能的。
图1示出示例性空气移动系统(诸如HVAC系统10)，包括恒温器15、远程或外部系统控制器(示为系统控制板20)、具有电机组件和电机控制器(下面进一步解释)的电动机25以及输入/输出设备30。恒温器15与系统控制板20和一个或多个输入/输出设备30通信。另外，恒温器15能够经连接35与电动机25直接通信。
如图1所示，系统控制器包括系统控制板20。在替选构造中，系统控制器能够包括多个板或能够与恒温器15集成。系统控制板20进一步经由接口线(interface cord)40与电动机25通信，并与一个或多个输入/输出设备30通信。电动机25进一步与一个或多个输入/输出设备30通信。输入/输出设备30的每一个是输入信号、输出信号以及连同恒温器15、系统控制板20和电动机25操作的辅助装置的示意表示。I/O设备30能够是例如HVAC系统的其他部件和用户接口。用图1表示HVAC系统10的多于一种实现或构造。此外，可以在HVAC系统10中使用另外的接口线40，用于将系统控制板20与一个或多个辅助装置连接。
在一些构造中，图1中所示的恒温器15能够包括输入端口、输出端口和恒温器控制器(诸如具有微控制器的恒温器电路板)。恒温器15的输入能够包括来自温度传感器、湿度传感器或其他传感器的信号。对一些应用，恒温器15可以从远程位置的湿度传感器获得信号(例如无线地)。其他输入可以包括用于(例如从电池)接收电力的电力接口、用于接收软件更新的通信端口以及从远程位置主动地监视和控制恒温器15的控制接口。在另外的构造中，恒温器15能够是在其中安装有温度传感器的模拟恒温器。
恒温器15的输出端口能够包括用于发送由恒温器15生成的输出信号集的端口。例如，输出信号能够表示受控环境空间的状态。由恒温器15生成的输出信号能够包括加热(W)或制冷(Y)，能够由系统控制板20解释为“开”或“关”。例如，恒温器15能够生成信号W作为“开”(即加热请求)，通过接口线40由系统控制板20将该信号中继到例如电动机25，作为指示电机“启动”的信号。由恒温器15生成并通过系统控制板20和接口线40中继到电动机25的其他信号能够包括通常表示三个不同加热等级的请求的信号W1、W2和W3、风扇信号(G)、解冻信号(DF)、室外热敏电阻信号(T)和应急热中继(heatrelay)信号(E)。
在一种构造中，系统控制板20包括输入端口、输出端口、开关板、串行端口和具有处理器和存储器的微控制器。系统控制板20，一般来说，生成信号和/或通过接口线40将信号中继到电动机25。系统控制板20还可操作地与其他装置通信，所述其他装置诸如是湿度控制系统、燃气炉控制、燃气点火系统、其他电机、安全系统、维护系统、燃烧鼓风机(combustion blower)等等。
系统控制板20的输入端口包括用于接收诸如恒温器信号和安全信号(例如从温度传感器、运动传感器、烟雾传感器等等)的信号的端口。输入端口可以包括用于接收重新编程处理器或更新控制器的存储器中的信息的无线信号的端口。其他端口可以从HVAC系统10的辅助系统或其他装置接收信号，所述辅助系统或其他装置诸如是燃气点火系统、燃气炉控制和湿度控制系统。
在图1所示的构造中，系统控制板20利用接口线40与电动机25通信。例如，接口线40可以用作双向通信设备，允许系统控制板20将命令发送到电动机25和从电动机25接收诊断信号。更常见的是，接口线40促进在系统控制板20和电动机25之间的信息通信。如在此所使用的，术语“信息”广泛解释成包括传递至少一条知识的信号、指令、数据等等。基于电动机25和系统控制板20的操作模式，利用接口线40，可以交换除命令和诊断外的其他信息。
在进一步继续之前，应理解接口线40的构造不限于导线结构或图1-7中所示的实施例。接口线40能够包含落入在此所述的线40的范围内的其他构造，以及能够用在延伸到所示的HVAC系统外的其他应用中。此外，尽管电动机25被示为连接到鼓风机或风扇，但电动机能够是其他类型的机器。
参考图8所示的构造，示出了电动机25的示例性示意表示，包括具有转子155的电机组件150，转子155包括定子170和安装在轴165上的转子芯160。转子155通常被一个或多个轴承支撑并耦接到鼓风机。定子170包括定子芯以及布置在定子芯上的一个或多个绕组。电动机25还包括电连接到电机组件150的电机控制器175。更具体地说，定子170的绕组电连接到电机控制器175。通常，电机控制器175被配置成与系统控制板20交互作用并响应于来自系统控制板20和/或接口线40的命令而向绕组提供电压或控制绕组的电流(下面进一步解释)。例如，电机控制器175导致定子170中的可变磁场以便与转子160的磁场相互作用，使转子组件155旋转，从而使鼓风机旋转。
如图8所示，电机控制器175例如能够包括具有整流器和滤波器的电源180。电源180通常可操作地从电源185接收电力并产生一个或多个电压(例如总线电压和逻辑电压)。电机控制器175还能够包括变相器190、用于与输入/输出设备30(例如接口线40)交互作用的输入/输出电路192，以及具有处理器200、程序存储器205和配置存储器210的微控制器195。通常，处理器200读取、解释和执行存储在程序存储器205中的用于控制电机控制器组件175的指令，而配置存储器210通常被指定用于存储数据(例如特性化数据)。
微控制器195还能够包括其他可编程设备和部件，诸如电源、模数转换器、滤波器和其他常见组件。微控制器195通常被配置成发出驱动信号来控制变相器190。变相器190能够包括电力电子开关(例如MOSFET、IGBT)，以改变到电机150的电流的流动。例如，在一种构造中，变相器190能够以桥电路的形式。在其他构造中，电机控制器组件175能够包括本领域的技术人员已知的其他组件，但在此不再论述。例如，电机控制器组件175能够包括驱动电路、电压传感器、电流传感器、反EMF(back-EMF)传感器等等。还应理解其他电机控制器组件能够用在HVAC系统中。此外，图8参考无刷、永磁电机，然而，其他电机类型是可能的。在进一步继续之前，应理解可以用其他可编程设备来代替微控制器195。例如，其他可编程设备能够执行相同或类似的操作，以及包括诸如程序存储器205和配置存储器210的元件。此外，尽管分开地示出程序存储器205和配置存储器210(图8)，但其他配置也是可能的(例如外部存储器或单存储器设备)。
图2示出根据一种构造的电缆组件45，其是接口线40的一部分。所示的电缆组件45是串行电缆，包括第一端50、第二端55和四条导线60。在第一端50，四条导线的每一个包括插口引线65，用于将电缆组件45的导线60连接到连接插头外壳70(图3-4中所示)。在第二端55处的导线60通常通过夹紧、焊接或将导线60夹到PCB 75上，耦接到印刷电路板(PCB)75(图5-6中所示)。能够使用用于将在电缆组件45的第二端处的导线60耦接到PCB 75的其他方法或设备。
图3-4示出示例性插头外壳70，用于容纳来自电缆组件45的第一端50的导线60并将电缆组件45耦接到电动机25。插头外壳70包括用于容纳四条导线60的四个插口80、连接端85和耦接机构90。在组装接口线40期间，连接端85啮合电动机25的输入端以及耦接机构90将接口线40锁定到电动机25，促进在连接端85和电动机25的输入端口之间的适当连接。应理解插头外壳70可以具有其他构造。
图5是示出电缆组件45的第二端55和PCB 75的底面95的接口线40的仰视图。在PCB 75的其他元件中，底面95包括被标识为逻辑电路的第一电路元件100。图6是示出电缆组件45的第二端55和PCB75的顶面105的接口线40的俯视图。在PCB 75的其他元件中，顶面105包括被标识为连接器的第二电路元件110、被标识为编程座(programming header)的第三电路元件115、被标识为可选耦接的隔离器或耦接器的第四电路元件120以及被标识为微控制器的第五电路元件125。图6还示出通过电缆连接器/端子130耦接到PCB 75的电缆组件45的第二端55处的导线60。应理解上面标识的电路元件仅用于示例目的，PCB 75可以包括在此未描述的其他电路元件，并且PCB 75不需要所示的所有电路元件。在一个示例性构造中，电路元件100是低功率收发器，促进在接口线40和电动机25之间的双向串行通信，电路元件110是16管脚座(16-pin header)以及电路元件115是每一个可操作地容纳适当的导线连接器的6管脚座，电路元件120是可选耦接的具有发光二极管的隔离器，以及电路元件125是可编程微控制器。
图7是图5和6中所示的PCB 75的示意电路图135。电路图135包括逻辑电路100、连接器110、编程座115、耦接器120和微处理器125。图7还示意地示出电缆连接器130。在一种构造中，连接器110可操作地从系统控制板20和其他输入/输出设备30接收信号。例如，连接器110能够包括16管脚连接器，用于接收至少部分表示恒温器输出信号、系统控制板设置以及图1中所示的HVAC系统10的状态的信号。连接器110将所接收的信号路由到耦接器120和微控制器125。在一些构造中，微控制器125和接口线40的其他电路元件由电动机25供电。在其他构造中，接口线40包括电源或由系统控制板20供电。
耦接器120通常被配置成对由连接器110接收的至少一些信号提供信号整流。由耦接器120接收的至少一些信号是AC(正半波，负半波，或全AC)并用来接通耦接器120的输出晶体管。由耦接器120处理的信号随后被路由到微控制器125。
与在此所述的其他微控制器(或其他可编程设备)类似，微控制器125能够包括处理器、用于存储指令(程序命令)和用于存储数据的一个或多个存储器以及通常与微控制器相关联的其他元件。微控制器125通常被配置成基于来自HVAC系统10的特定元件的信号操作，所述特定元件诸如是系统控制板20或电动机25。在一种构造中，微控制器125从第一装置接收输入信号，将所接收的信号从第一格式转换或处理成第二格式，以及将具有第二格式的输出信号传送到第二装置。例如，接口线40可操作地接收具有与连接器110能够容纳的管脚数相对应的第一管脚配置的第一信号，以及将第一信号转换成第二信号，用于由微控制器125生成并经由连接器或端子130发送的串行通信。在其他构造中，接口线40能够接收具有第一配置的第一信号并生成具有该第一配置的第二信号。在另一例子中，微控制器125可操作地从系统控制板20接收输入信号，转换和/或处理输入信号以生成命令，以及将命令传送到电动机25。由微控制器125生成的命令被路由到逻辑电路100，以通过电缆连接器130串行发送。
微控制器125也能够分配存储器来支持表示用于电动机25的设置的预编程指令。微控制器125还能够包括表示HVAC系统的结构特征的信息，或能够用来特征化用于特定系统的电机。例如，微控制器125能够包括与恒温器15、系统控制板20和/或电动机25有关的特性化数据。此外，接口线40能够作为将接口线40连接到电动机25的结果，将特性化数据上载到电动机25。在一些情况下，对于接口线40将配置数据上载到电动机25，系统控制板20不需要与接口线40耦接。接口线40能够由电动机25供电。因此，例如，电动机25和接口线40能够作为电机线组件独立于系统控制板20和恒温器15操作。
在一些构造中，编程座115能够用来将信息上载到微控制器125。在预编程微控制器125的情况下，编程座115能够是PCB 75的可选电路元件。还能预期微控制器125能接收和存储来自电动机25的信息，例如，为了镜像存储在电动机25的信息。
接口线40的一个应用包括使用预编程的接口线40来帮助替换可能废弃或损坏的电机。例如，技术人员可能需要从具有在到达现场前该技术人员未知的特定特征的HVAC系统替换电机。该技术人员能够使用普通替换电机和多个预编程的接口线，诸如上述的接口线40。每个接口线40能够包括具有与HVAC系统的各种配置有关的指令和/或特征化数据集的微控制器。然后，该技术人员能够安装该替换电机并测试各种接口线来利用适当指令和/或数据集确定接口线。在一些情况下，当需要时，该技术人员还能够通过编程座对微控制器进行调整。
接口线40还可以用在其中HVAC系统可能要求使用具有各种功率额定值的电机的应用中，所述功率额定值诸如是1/3HP(马力)、1/2HP、3/4HP和1HP。在该特定情况下，要求替换具有未知功率额定值的电机的技术人员能够利用1/2HP电机或1HP电机来替换故障电机。例如，如果HVAC系统要求使用1/3HP电机，该技术人员可以用1/2HP电机替换故障电机。此外，接口线能够包括指令，或技术人员可以调整现有的指令，以便1/2HP电机适当地与HVAC系统操作。使用接口线40允许该技术人员在维护这种HVAC系统时仅携带两个电机，而不是4个。
在另一应用中，接口线40能够用来镜像来自电动机25的数据和信息。更具体地说，接口线40能够从电动机25和系统控制板20接收信息，以及记录或保存该信息。该信息能够包括特性化数据、HVAC系统的状态、来自微控制器195中的存储器205和210的数据以及其他适当数据。由接口线40记录的信息能够由技术人员通过编程座115取得，用于例如诊断目的。在另一例子中，当电机需要被替换时，技术人员能够用通用电机替换故障电机。在该特定情况下，接口线40能够将记录的信息上载到通用电机或重新编程该电机(如果从工厂预编程电机)。因此，电机能够在HVAC系统中操作，而不需要技术人员重新编程电机或调整电机中的预编程信息。除HVAC系统外的其他应用是可能的并落在本发明的范围内。
图9是接口线40的集成电路的另外的构造的电路图。该实施例采用与上面结合图7所述的电路的许多相同的结构并且具有许多相同的特性。因此，下述描述主要集中在与上面结合图7所述的电路不同的结构和特征上。对有关该结构和特征的另外的信息，以及对在图9和下述所述的电路的结构和特征的可能替换，应当参考上文结合图7的描述。在下文中，分别用300系列的参考数字表示与图7的电路的结构和特征相对应的图9中所示的电路的结构和特征。
电路335包括逻辑电路300、连接器310、编程座315、耦接器电路320、保护器电路322、箝压电路324和可编程设备(例如微控制器)325。图9还示意地示出电缆连接器330。在所示的构造中，连接器310可操作地从系统控制板20和其他输入/输出设备30接收信号。例如，连接器310包括16管脚连接器，用于接收至少部分表示恒温器输出信号、系统控制板设置和图1中所示的HVAC系统10的状态的信息。连接器310将所接收的信息路由到耦接器电路320和可编程设备325。
耦接器电路320通常被配置成对由连接器310接收的至少一些信号提供信号整流。由耦接器电路320接收的至少一些信号是AC(正半波、负半波或全AC)以及能够用来接通例如发光晶体管。由耦接器320处理的信号随后被路由到可编程设备325。在图9所示的构造中，将四个信号(例如关-延迟、单位大小、气流、热CFM)从连接器310路由到耦接器电路320。在相应的耦接器子电路331、332、333、334中处理路由到耦接器电路320的每个信号。每个耦接器子电路331、332、333和334接收由箝压电路324生成的箝位电压并包括二极管(D9，D10，D11，D12)、场效应晶体管或FET(Q2，Q3，Q4，Q5)、第一电阻器(R8，R10，R12，R14)、第二电阻器(R9，R11，R13，R15)以及第三电阻器(R26，R27，R28，R29)。
此外，保护器电路322影响由连接器310接收并路由到可编程设备325的一些信号(例如Y，W1，W2，YLO，O)。在所示的构造中，保护器电路322包括四个二极管(D14，D15，D16，D17)，诸如高速双二极管，每个由阳极耦接到由箝压电路324生成的箝位电压。保护器电路322的二极管利用箝位电压来防止由连接器310接收的信号损坏或引起可编程设备325的故障(如下文进一步所述)。生成箝位电压的箝压电路324包括到电源VCC的连接、电容器C4、与电容器C4并联配置的电阻器R47以及耦接到地的二极管D8。
与其他可编程设备类似，可编程设备325能够包括处理器、用于存储指令(程序命令)和用于存储数据的一个或多个存储器以及通常与可编程设备相关联的其他元件。可编程设备325能够包括微控制器，诸如Microchip PIC16F648A和NEC PD78F9234微控制器。可编程设备325通常被配置成基于来自HVAC系统10的特定元件的信号操作，所述特定元件诸如是系统控制板20或电动机25。在一种构造中，可编程设备325从第一装置接收输入信号，将所接收的信号从第一格式转换或处理成第二格式，以及将具有第二格式的输出信号传送到第二装置。
例如，包括具有电路335的PCB的接口线40可操作地接收具有与连接器310能容纳的管脚数相对应的第一管脚配置的第一信号，以及将第一信号转换成第二信号，用于由可编程设备325生成并经由逻辑电路300和连接器330发送的串行通信。在一些构造中，逻辑电路300能够包括促进串行通信的线路驱动器电路和/或电平转换电路。在其他构造中，接口线40能够接收具有第一配置的第一信号以及生成具有第一配置的第二信号。在另一例子中，可编程设备325可操作地从系统控制板20接收输入信号，转换和/或处理输入信号以生成命令，以及将命令传送到电动机25。由可编程设备325生成的命令被路由到逻辑电路300，以通过电缆连接器330串行发送。
可编程设备325也能够分配存储器来支持表示用于电动机25的设置的预编程指令。可编程设备325还能够包括表示HVAC系统的结构特征的信息，或能够用来特征化用于特定系统的电机。例如，可编程设备325能够包括与恒温器15、系统控制板20和/或电动机25有关的特征数据。此外，作为将接口线40连接到电动机25的结果，接口线40能够将特征数据上载到电动机25。在一些情况下，对于接口线40将配置数据上载到电动机25，系统控制板20不必与接口线40耦接。接口线40能够由电动机25供电。因此，电动机25和具有通过电路图335所示的PCB的接口线40能够作为电机线组件独立于例如系统控制板20和恒温器15操作。
在一些构造中，编程座315能够用来将信息上载到可编程设备325。在预编程可编程设备325的情况下，编程座315能够是PCB的可选电路元件。例如，可编程设备325的制造过程能够包括经由连接器330限定的串行连接和逻辑电路300来上载以及永久存储特征和/或系统信息/数据。换句话说，例如，在制造过程期间以及在HVAC应用中利用接口线40之前，能够将数据存储或上载到可编程设备325。因此，可预期可编程设备325也能够从电动机25接收和存储信息以镜像存储在电动机25的信息。
图10是接口线40的集成电路的另外的构造的电路图。该电路采用与上面结合图7和9所述的电路的许多相同结构并具有许多相同特性。因此，下述描述主要集中在与上面结合图7和9所述的电路不同的结构和特征上。对有关该结构和特征的另外的信息，以及在图10中所示和下文所述的电路的结构和特征的可能替选，应当参考结合图7和9的描述。与图7和9的实施例的结构和特征相对应的图10中所示的电路的结构和特征在下文中分别用400系列的参考数字表示。
电路435包括门电路400、连接器410、编程座415、耦接器电路420、保护器电路422、箝压电路424、电源电路426和可编程设备(例如微控制器)425。图10还示意性地示出连接到门电路400的电缆连接器430。在所示的构造中，门电路400包括9个电阻器R33，R34，R35，R36，R37，R38，R39，R40，R41和三个晶体管Q6，Q7，Q8。连接器410可操作地从系统控制板20和其他输入/输出设备30接收信号。例如，连接器410包括16管脚连接器，用于接收至少部分表示恒温器输出信号、系统控制板设置以及图1中所示的HVAC系统10的状态的信号。连接器410将所接收的信号路由到耦接器电路420和可编程设备425。
耦接器电路420通常被构造成对由连接器410接收的至少一些信号提供信号整流。由耦接器电路420接收的至少一些信号是AC(正半波，负半波，或全AC)，以及能够用来接通例如发光晶体管。由耦接器420处理的信号随后被路由到可编程设备425。在图10所示的构造中，将四个信号(例如，关-延迟，单位大小，气流，热CFM)从连接器410路由到耦接器电路420。在相应的耦接器子电路431，432，433，434中处理路由到耦接器电路420的每个信号。每个耦接器子电路431，432，433，434接收由箝压电路424生成的箝位电压，以及包括二极管(D14，D15，D16，D17)、场效应晶体管或FET(Q2，Q3，Q4，Q5)，第一电阻器(R18，R21，R24，R27)、第二电阻器(R17，R20，R23，R26)和第三电阻器(R19，R22，R25，R28)。
此外，保护器电路422影响由连接器410接收并路由到可编程设备425的一些信号(例如Y，W1，W2，YLO，O，BK)。在所示的构造中，保护器电路422包括三个二极管(D11，D12，D13)，诸如高速双二极管，每个由阳极耦接到由箝压电路424生成的箝位电压。保护器电路422的二极管利用箝位电压来防止连接器410接收的信号损坏或导致可编程设备425的故障(如下文进一步所述)。生成箝位电压的箝压电路424包括到电源VCC的连接、电容器C5、与电容器C5并联配置的电阻器R50以及耦接到地的二极管D19。
与其他可编程设备类似，可编程设备425能够包括处理器、用于存储指令(程序命令)和用于存储数据的一个或多个存储器以及通常与可编程设备相关联的其他元件。可编程设备425能够包括微控制器，诸如Microchip PIC16F648A和NEC PD78F9234微控制器。可编程设备425通常被配置成基于来自HVAC系统10的特定元件的信号操作，所述特定元件诸如是系统控制板20或电动机25。在一种构造中，可编程设备425从第一装置接收输入信号，将所接收的信号从第一格式转换或处理成第二格式，以及将具有第二格式的输出信号传送到第二装置。
例如，包括通过电路图435所示的PCB的接口线40可操作地接收与连接器410能容纳的管脚数相对应的第一管脚配置的第一信号，以及将第一信号转换成第二信号，用于由可编程设备425生成并经由门电路400和连接器430发送的串行通信。在其他构造中，接口线40能够接收具有第一配置的第一信号以及生成具有第一配置的第二信号。在另一例子中，可编程设备425可操作地从系统控制板20接收输入信号，转换和/或处理输入信号以生成命令，以及将命令传送到电动机25。由可编程设备425生成的命令被路由到门电路400，以通过电缆连接器330发送。
可编程设备425也能够分配存储器来支持表示用于电动机25的设置的预编程指令。可编程设备425还能够包括表示HVAC系统的结构特征的信息，或能够用来特性化用于特定系统的电机。例如，可编程设备425能够包括与恒温器15、系统控制板20和/或电动机25有关的特征数据。此外，作为将接口线40连接到电动机25的结果，接口线40能够将特征数据上载到电动机25。在一些情况下，对于接口线40将配置数据上载到电动机25，系统控制板20不必与接口线40耦接。
在所示的构造中，具有电路435的PCB包括电源电路426，该电源电路426具有电压调节器U4、齐纳二极管D8、四个电容器C2，C3，C4，C7以及电阻器R3。与例如通过连接器130和330汲取电力的其他构造(例如电路135和335)不同，电源电路426允许接口线40通过连接器410汲取电力。
在一些构造中，编程座415能够用来将信息上载到可编程设备425。在预编程可编程设备425的情况下，编程座415能够是PCB的可选电路元件。还可预期可编程设备425能够从电动机25接收和存储信息，例如为了镜像存储在电动机25的信息。
图11A示出电路500A，该电路500A包括与连接器110，310，410以及可编程设备125，325，425类似的连接器510和可编程设备525。传感器电路527将连接器510连接到可编程设备525并可操作地帮助检测在连接器510的管脚9处的负电压(以下称为“管脚9”)。更具体地说，管脚9具有将在可编程设备525的管脚5(关于此从“管脚5”)检测的负电压信号。传感器电路527包括两个电阻器R1、R2和二极管D1。检测负电压信号包括利用电阻器R2将管脚5拉到相对高的电压。当在管脚9上没有电压或正电压时，管脚5读为高。当管脚9目前具有负电压(例如负半周期中的24VAC)时，电流流过电阻器R2、R1、二极管D1和出管脚9。通常将电阻器值设置为使得：当检测到负电压管脚5接近零伏，由此向处理器发信号管脚9为负。
传感器电路527的一个问题是管脚5的负电压会引起闭锁，由此导致管脚5(或可编程设备525的其他管脚)误操作或引起可编程设备525的损坏。传感器电路527不包括防止管脚5进入负电压并引起可编程设备525损坏的机构或装置。此外，如果管脚9处的电压是来自变压器的AC，则精确电压变化。因此，通常不可能设置电阻器值来排除管脚5上的负电压。
图11B示出电路500B，该电路500B包括连接器510、可编程设备525和将连接器510电耦接到可编程设备525的传感器和保护器电路528。传感器和保护器电路528包括两个电阻器R1、R2和二极管D1，与传感器电路527类似。然而，传感器和保护器电路528还包括另一二极管D2，作为上述问题的可能解决方案。二极管D2可操作地通过允许电流从地流过二极管D2、电阻器R1、二极管D1和出管脚9，防止管脚5被驱动到过度负电压。然而，标准信号二极管通常操作期间允许一些压降(约0.5伏至约0.7伏)。二极管D2的压降允许管脚5具有类似值的负电压。还注意到可编程设备(例如可编程设备525)的大多数制造商不推荐使I/O管脚低于-0.2伏。
因此，二极管D2能够包括Schottky(肖特基)二极管。Schottky二极管还称为热载流子二极管以及是具有低正向压降和非常快速的开关动作的半导体二极管。因此，对使用传感器和保护器电路528的许多应用，作为二极管D2的Schottky二极管限制二极管D2两端的电压，因此，也限制管脚5上的负电压。然而，Schottky二极管通常很昂贵，约为标准信号二极管的价格的10倍。因此，利用Schottky二极管能够带来成本损失。
图11C示出电路500C，该电路500C包括连接器510、可编程设备525和将连接器510电耦接到可编程设备525的传感器和保护器电路529。传感器和保护器电路529包括两个电阻器R1、R2以及两个二级管D1、D2，与传感器和保护器电路528类似。然而，传感器和保护器电路529还包括与箝压电路324、424类似的箝压电路524。箝压电路524可操作地生成箝位电压并包括到电源VCC的连接、电容器C1、与电容器C5并联配置的电阻器R3以及耦接到地的二极管D3。
更具体地说，由箝压电路524生成的箝位电压(标记为VCALMP)为连接到二极管D2的偏正电压。将二极管D2连接到箝位电压允许二极管D2在操作期间生成约0.5伏至约0.7伏的压降，同时维持管脚5在约-0.2伏以上。因此，当管脚9接收负电压时，将管脚5拉到允许可编程设备525检测到负电压的低电压。在当管脚9上的电压降低到相对过大负电压的情况下，允许电流从电源VCC流过电阻器R3、二极管D2、电阻器R1和二极管D1，以便保护可编程设备525。因为通常由AC电流限定连接器510的输入，所流过箝压电路524的电流约在AC电流的每个周期内启动和停止。当操作需要时，电容器C1保持备用电荷来维持可用来流过二极管D2的足够的电流。考虑到电路529不利用Schottky二极管，电路529与电路528相比的一个优点是降低了部件的成本。应理解电路527、528和529可应用于由电路135、335、435所示的所有PCB。还应理解电路529的其他配置是可能的并落在本发明的范围内。
因此，本发明提供新的和有用的接口线、具有该接口线的新的和有用的系统、以及操作该接口线和包括该接口线的系统的新的和有用的方法。

Claims (36)

1.一种接口线，可操作地将外部控制器连接到电动机，所述接口线包括：
第一连接器，具有第一管脚配置；
耦接到所述第一连接器的电缆；
第二连接器，耦接到所述电缆并具有不同于所述第一管脚配置的第二管脚配置；以及
电路板，包括电耦接在所述第一连接器和所述第二连接器之间的电路中的可编程设备，所述可编程设备可被配置为将来自所述第一连接器的第一信号转换成用于所述第二连接器的第二信号。
2.如权利要求1所述的接口线，其中，所述电路板包括与所述可编程设备电路连接的所述第一连接器。
3.如权利要求2所述的接口线，其中，所述可编程设备包括微控制器。
4.如权利要求1所述的接口线，其中，所述接口线从所述外部控制器接收所述第一信号并将所述第二信号上载到所述电动机。
5.如权利要求4所述的接口线，其中，所述接口线从所述外部控制器接收所述第一信号并生成到所述电动机的所述第二信号。
6.如权利要求1所述的接口线，其中，所述电动机包括：
具有定子和转子的电机组件，以及
电机控制器，连接到所述电机组件，并具有可操作地容纳所述接口线的所述第二连接器的第三连接器。
7.如权利要求1所述的接口线，其中，所述电缆包括从所述电动机向所述接口线供电的电力线。
8.如权利要求1所述的接口线，其中，所述可编程设备包括具有特征数据的存储器，并且其中，所述接口线进一步可被配置为将所述特征数据上载到所述电动机。
9.一种接口线，可操作地将数据上载到电动机，所述接口线包括：
第一连接器；
耦接到所述第一连接器的电缆；
耦接到所述电缆的第二连接器；以及
电路板，包括电耦接在所述第一连接器和所述第二连接器之间的电路中的可编程设备，所述可编程设备包括具有数据的存储器，并可被配置为将所述数据上载到所述电动机。
10.如权利要求9所述的接口线，其中，所述可编程设备包括微控制器。
11.如权利要求9所述的接口线，其中，所述电路板包括与所述可编程设备电路连接的所述第一连接器。
12.如权利要求11所述的接口线，其中，所述电缆包括直接耦接到所述电路板的第一端和直接耦接到所述第二连接器的第二端。
13.如权利要求9所述的接口线，其中，所述电动机包括：
具有定子和转子的电机组件，以及
电机控制器，连接到所述电机组件，并具有可操作地容纳所述接口线的所述第二连接器的第三连接器。
14.如权利要求9所述的接口线，其中，所述电缆包括从所述电动机向所述接口线供电的电力线。
15.如权利要求9所述的接口线，其中，所述第一连接器包括第一管脚配置以及所述第二连接器包括不同于所述第一管脚配置的第二管脚配置。
16.如权利要求15所述的接口线，其中，所述接口线被配置成将来自所述第一管脚连接器的第一信号转换成用于所述第二连接器的第二信号。
17.如权利要求16所述的接口线，其中，所述接口线从外部控制器接收所述第一信号并生成到所述电动机的所述第二信号。
18.如权利要求9所述的接口线，其中，所述接口线可操作地将特征数据上载到所述电动机以操作包括在其中的电机组件。
19.一种电机线组件，耦接到外部控制器，所述电机线组件包括：
电动机，包括
具有定子和转子的电机组件，以及
电机控制器，连接到所述电机组件并具有带有第一管脚配置的第一连接器；以及
接口线，包括
第二连接器，具有不同于所述第一管脚配置的第二管脚配置，
耦接到所述第二连接器的电缆，
耦接到所述电缆并啮合所述第一连接器的第三连接器，以及
电路板，包括电耦接在所述第二连接器和所述第三连接器之间的电路中的可编程设备，所述可编程设备包括具有特征数据的存储器，并可被配置为选择地将所述特征数据上载到所述电动机，以及将来自所述第二管脚配置的第一信号转换成具有所述第一管脚配置的第二信号。
20.如权利要求19所述的电机线组件，其中，所述电路板包括与所述可编程设备电路耦接的所述第二连接器。
21.如权利要求19所述的电机线组件，其中，所述电缆包括直接耦接到所述电路板的第一端和直接耦接到所述第三连接器的第二端。
22.如权利要求19所述的电机线组件，其中，所述接口线被配置为从所述外部控制器接收所述第一信号并生成到所述电动机的所述第二信号。
23.如权利要求19所述的电机线组件，其中，所述可编程设备包括微控制器。
24.如权利要求19所述的电机线组件，其中，所述电缆包括从所述电动机向所述接口线供电的电力线。
25.一种利用接口线操作电动机的方法，所述接口线包括
第一连接器和第二连接器，
耦接到所述第一连接器和所述第二连接器的电缆，以及
电路板，包括电耦接在所述第一连接器和所述第二连接器之间的电路中的可编程设备，所述方法包括：
利用所述第一连接器接收具有第一配置的第一信号；
将所述第一信号转换成具有第二配置的第二信号；以及
生成从所述电路板并通过所述电缆到所述电动机的所述第二信号。
26.如权利要求25所述的方法，其中，接收所述第一信号包括从外部控制器接收所述第一信号。
27.如权利要求25所述的方法，其中，生成第二信号包括利用所述第二连接器生成到所述电动机的所述第二信号。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述电动机包括电机组件以及具有第三连接器的电机控制器，使得所述方法进一步包括将所述第三连接器与所述接口线的所述第二连接器啮合。
29.如权利要求28所述的方法，进一步包括作为生成所述第二信号的结果操作所述电机组件。
30.如权利要求24所述的方法，其中，所述可编程设备包括具有特征数据的存储器，使得所述方法进一步包括
将所述第二连接器耦接到所述电动机，
将所述特征数据从所述接口线上载到所述电动机。
31.一种利用接口线操作电动机的方法，所述接口线包括
第一连接器和第二连接器，
耦接到所述第一连接器和所述第二连接器的电缆，以及
电路板，包括具有存储器的可编程设备，所述可编程设备电耦接在所述第一连接器和所述第二连接器之间的电路中，所述方法包括：
利用用于操作所述电动机的特征数据编程所述可编程设备；
将所述接口线的所述第二连接器耦接到所述电动机；以及
将所述特征数据上载到所述电动机。
32.如权利要求31所述的方法，其中，所述电动机包括电机组件以及具有第三连接器的电机控制器，使得所述方法进一步包括将所述第三连接器与所述接口线的所述第二连接器啮合。
33.如权利要求31所述的方法，进一步包括作为上载所述特征数据的结果利用所述电动机操作鼓风机。
34.如权利要求31所述的方法，进一步包括
接收具有第一管脚配置的第一信号，
将所述第一信号转换成具有第二管脚配置的第二信号，以及
生成到所述电动机的所述第二信号。
35.如权利要求34所述的方法，其中，接收所述第一信号包括从外部控制器接收所述第一信号。
36.如权利要求31所述的方法，进一步包括将特征数据从所述电动机下载到所述可编程设备。
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