專利名稱：旋轉(zhuǎn)式空氣對空氣能量回收和干燥除濕系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)輪的系統(tǒng)和方法的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總得涉及能量和水分傳輸輪(transfer wheel),更具體地，涉 及用于旋轉(zhuǎn)式空氣對空氣能量回收及主動和被動加濕和除濕系統(tǒng)中對傳輸 輪轉(zhuǎn)動進(jìn)行的控制方法及系統(tǒng)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
眾所周知，能量和水分傳輸輪用于影響兩個逆流氣流之間的熱量和/ 或水分傳輸。這種傳輸輪通常用于控制建筑物內(nèi)空氣的溫度和/或濕度， 其中所述逆流氣流可以是進(jìn)入空氣和流出空氣。
驅(qū)動馬達(dá)通常安裝為與傳輸輪相鄰并通過帶輪和傳動帶耦合至傳輸 輪，使得傳輸輪在操作期間能夠繞其軸線被旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動。此外，驅(qū)動馬達(dá) 通常選自此類應(yīng)用所通常采用的大組(large group),特定的選擇取決于 各種因素，諸如輪的尺寸和重量以及可用的建筑物功率供應(yīng)，所述建筑物 功率供應(yīng)的范圍能夠從120VAC到575VAC，并通常具有50Hz或60Hz、單相
或三相的頻率。
據(jù)此，希望提供能夠在預(yù)期的電源和工作頻率的全部范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的單 個馬達(dá)，以及提供所需的可變旋轉(zhuǎn)速度。

發(fā)明內(nèi)容
用于轉(zhuǎn)動傳輸輪的系統(tǒng)和方法提供兩個逆流氣流間的熱量和/或水分 交換。所述系統(tǒng)包括框架；包括傳輸基體(transfermatrix)的傳輸輪， 所述傳輸基體相對于框架安裝并可轉(zhuǎn)動地固定，使得所述輪能夠轉(zhuǎn)動通過這兩個逆流氣流，以及使得熱量和/或水分可以在這兩個逆流氣流間傳輸； 第一多個馬達(dá)部件和第二多個馬達(dá)部件，所述第一多個馬達(dá)部件相對于輪 固定安裝，使得該第一多個的馬達(dá)部件用作馬達(dá)的轉(zhuǎn)子，所述第二多個馬 達(dá)部件相對于框架固定地安裝，使得該第二多個的馬達(dá)部件用作馬達(dá)的定 子；其中，供應(yīng)至該第二多個的馬達(dá)部件的功率使傳輸輪轉(zhuǎn)動通過兩個逆 流氣流。


參照附圖，其中具有相同附圖標(biāo)記的元件在全文表示類似元件，其中 圖1是逆流式熱交換器的橫截面?zhèn)纫晥D，所述逆流式熱交換器布置在
逆流式熱量和/或水分交換系統(tǒng)中，所述逆流式熱量和/或水分交換系統(tǒng)
布置在逆流式空氣系統(tǒng)中；
圖2是逆流式熱量和/或水分交換系統(tǒng)的框架和輪的正視圖3是逆流式熱量和/或水分交換系統(tǒng)中所使用的組裝的無刷直流馬
達(dá)裝置的透視圖4是圖3的馬達(dá)裝置的分解視圖5是用于逆流式熱量和/或水分交換系統(tǒng)的步進(jìn)馬達(dá)裝置的正視以及
圖6A—6C是圖5所示的步進(jìn)馬達(dá)裝置所使用的極靴(pole piece)組 件的透視、側(cè)視和正視圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1和圖2，本發(fā)明提供一種熱量和/或水分傳輸基體10，其用 作逆流式熱量和/或水分交換系統(tǒng)14中的熱量和/或水分傳輸輪12的一 部分。傳輸輪12繞旋轉(zhuǎn)軸線18可轉(zhuǎn)動地安裝在框架16中。用窄空氣通道 構(gòu)造傳輸基體10，以便在兩個逆流氣流間傳輸熱量和水分。傳輸基體10 可以進(jìn)一步包括一種或多種除濕材料，除濕材料用于增強(qiáng)從較潮濕空氣到 較干燥空氣的水分傳輸?？蚣?6包括基本上包圍傳輸輪12的單個密封板 或多個板片，使得基本上所有逆流氣流中的空氣將穿過傳輸基體。
如圖1和圖2所示，交換系統(tǒng)14布置有氣流系統(tǒng)22。系統(tǒng)22可以包括由壁28分隔開的流動管道24和逆流管道26。第一氣流由流動管道24 接收，而第二氣流由逆流管道26接收。正如它們的名字所隱含的，流動管 道24和逆流管道26引導(dǎo)氣流以相反方向通過輪12。 一個氣流比另一個氣 流更熱和/或更濕，使得當(dāng)該輪轉(zhuǎn)動時， 一些熱量和/或水分通過該輪傳 輸。備選地，氣流系統(tǒng)可以包括機(jī)柜，機(jī)柜設(shè)計(jì)成有兩個逆流氣流通過并 且構(gòu)造成使得傳輸輪12和框架16可以安裝在其中。
傳輸輪12安裝在氣流系統(tǒng)22中，用于通過氣流管道24和逆流管道26 的同時轉(zhuǎn)動，傳輸輪12的外周在傳輸輪12和框架16之間形成近似的空氣 密封以便確保流過基體，以及在氣流管道24和逆流管道26之間形成近似 的空氣密封以防止管道24和管道26之間的泄漏。傳輸輪周邊周圍的密封 確保在該輪旋轉(zhuǎn)時空氣流過基體。
傳輸輪12的傳輸基體10的窄空氣通道在傳輸輪12的面30和面32之 間延伸。據(jù)此，第一氣流通過傳輸輪12從第二面32到第一面30，而第二 氣流通過傳輸輪12從第一面30到第二面32。當(dāng)傳輸輪旋轉(zhuǎn)時，熱量和/ 或水分能夠在兩個氣流之間交換。
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，去除了單獨(dú)的驅(qū)動馬達(dá)、帶和帶輪，傳輸輪12和 框架16被配置和安置成包括相對傳輸輪12和框架16中的每一個固定地安 裝的馬達(dá)部件，使得相對其固定地安裝的馬達(dá)部件還起馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的作用， 而相對于框架固定的馬達(dá)部件起馬達(dá)的定子的作用。當(dāng)功率提供給定子馬 達(dá)部件時，引起輪12轉(zhuǎn)動通過兩個逆流氣流。
所采用的馬達(dá)部件將取決于馬達(dá)的設(shè)計(jì)。優(yōu)選地，相對輪12固定的馬 達(dá)部件起轉(zhuǎn)子作用，相對框架16固定的馬達(dá)部件起定子作用。使用一個或 多個定子電磁極段或電磁極靴，定子優(yōu)選地僅在全部360度輪圓周的一部 分上被激勵。這還可以被稱為"不完全"的定子或定子段。對這種馬達(dá)有 許多種設(shè)計(jì)。例如，無刷馬達(dá)設(shè)計(jì)能夠采用帶有傳感器的無刷直流馬達(dá)、 沒有傳感器的直流馬達(dá)或直流步進(jìn)馬達(dá)的形式，直流步進(jìn)馬達(dá)是無刷直流 馬達(dá)的一種形式。所有這些馬達(dá)使用電子控制器來執(zhí)行所希望的功率分配。 一種適于提供這種控制的控制器是由安森美半導(dǎo)體(On Semiconductor) 制造的MC33033、 NCV33033。參見無刷直流馬達(dá)控制器，出版訂購號MC 33033/D, 2004年四月，第七次修訂，安森美半導(dǎo)體出版，第1-24頁(Bmshless DC Motor Controller, Publication Order 'Number: MC 33033/D, April, 2004, Rev. 7， published by On Semiconductor)。
圖3和圖4是逆流式交換系統(tǒng)14的輪12和框架16的一個實(shí)施例的示 圖。將系統(tǒng)修改為包括馬達(dá)部件以便提供無刷直流馬達(dá)操作。特別地，將 輪12修改為包括第一多個馬達(dá)部件和第二多個馬達(dá)部件，第一多個馬達(dá)部 件相對輪固定，使得第一多個馬達(dá)部件中的部件起無刷直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的 作用，而第二多個馬達(dá)部件相對框架固定，使得第二多個馬達(dá)部件中的部 件起所述馬達(dá)的定子的作用。提供功率轉(zhuǎn)換器70 (必要時，包括變壓器) 用于將可用功率轉(zhuǎn)換為與用于驅(qū)動輪12的適合的功率參數(shù)一致。盡管功率 轉(zhuǎn)換器能夠固定在別處，但是所示的功率轉(zhuǎn)換器固定至框架16。此外，類 似地提供換向控制器72并且該換向控制器示出為連接至框架16。定子線圈 74和護(hù)鐵(back iron)組件76相對框架16固定。使用至少三個定子線圈 74，它們固定至框架16使得三個線圈74定位得鄰近輪12的邊緣。蓋82 用于覆蓋換向控制器72和線圈74。最后，多個換向傳感器80相對框架16 固定，用于在輪12繞其軸線18旋轉(zhuǎn)時檢測其位置。可以安裝傳感器80使 得它們?nèi)缢镜嘏c定子線圈74間隔開，或者如所希望地安裝在線圈74之 間或之中。當(dāng)采用沒有傳感器的無刷直流馬達(dá)設(shè)計(jì)時，還可以去除傳感器 80，如下面進(jìn)一步描述的。此外，對于大的輪，可以采用額外的定子線圈 組74以提供額外的轉(zhuǎn)矩。優(yōu)選地，當(dāng)使用三相馬達(dá)裝置時，提供至少三個 這種傳感器，當(dāng)使用四相馬達(dá)裝置時，使用至少兩個這種傳感器。
還將圖3和圖4所示的輪12修改為包括馬達(dá)部件。優(yōu)選地，為起無刷 直流馬達(dá)的作用，優(yōu)選地該輪設(shè)有護(hù)鐵形式的連續(xù)底座條(base strip) 84或者繞該輪的邊緣連續(xù)布置的類似鐵磁材料以及用于提供多個繞該邊緣 分布的永久磁段的彈性嵌段電樞磁條(segmented armature magnet strip) 86。作為條86的備選，該輪可以設(shè)有繞該邊緣分布的多個分開的永久磁體。 底座條84給磁條或永久磁體提供磁體通路。如圖3所最佳示出的，磁條86 (或如果使用永久磁體的備選裝置)提供交替北極和南極的電磁模式，當(dāng) 一個繞輪12的邊緣行進(jìn)時(如圖3所最佳示出的)。
操作中，外部功率被輸送至功率轉(zhuǎn)換器70,功率轉(zhuǎn)換器70接著提供適 合參數(shù)中的適合功率至控制器72?？刂破?2提供所需的驅(qū)動信號至定子線圈74,以便產(chǎn)生通過輪邊緣特別是電磁條86和底座條84的脈沖通量場。這產(chǎn)生引起輪轉(zhuǎn)動的電磁力(EMF)。能夠?qū)刂破?2提供輸入，使得輪的轉(zhuǎn)動速度可以容易地控制，基本適應(yīng)交換系統(tǒng)操作的所有預(yù)期模式并確保當(dāng)不希望轉(zhuǎn)動時輪不會轉(zhuǎn)動。
http:〃en. wikipedia. org/wiki/Brushless—DC一electric—motor(2007年1月12日)中描述了使用傳感器類型的無刷直流馬達(dá)以及沒有傳感器的無刷直流馬達(dá)。如所指明的，控制器用于指引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。對于使用傳感器的設(shè)計(jì)，控制器使用換向傳感器裝置來確定轉(zhuǎn)子的方向/位置(相對定子線圈)。 一些設(shè)計(jì)使用霍耳效應(yīng)傳感器，但也能夠使用諸如旋轉(zhuǎn)編碼器的其它裝置來直接測量轉(zhuǎn)子的位置。其它設(shè)計(jì)測量在未被驅(qū)動線圈中的反電動勢(back EMF)以推斷轉(zhuǎn)子位置，而不需要單獨(dú)的換向傳感器，因此通常被稱為"無傳感器的"控制器。
有傳感器類型和無傳感器類型的無刷直流馬達(dá)的典型控制器包括3個用于驅(qū)動大電流直流電源的雙向驅(qū)動器。驅(qū)動器通常由邏輯電路控制。簡單的控制器采用比較器來確定何時輸出相位應(yīng)當(dāng)提前，而更多改進(jìn)的控制器采用微控制器來管理加速、控制速度和調(diào)整效率。用于基于反電動勢來檢測轉(zhuǎn)子位置的無傳感器直流馬達(dá)的控制器在初始運(yùn)動上面臨特別的挑戰(zhàn)，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)子靜止時不產(chǎn)生反電動勢。這經(jīng)常通過從任意相位開始轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)，如果發(fā)現(xiàn)錯誤就跳至正確相位。這能夠引起馬達(dá)暫時向后運(yùn)轉(zhuǎn)，給啟動程序增加更多的復(fù)雜性。
無刷直流馬達(dá)能夠以幾種不同的物理構(gòu)造形式構(gòu)造在"傳統(tǒng)"(也稱為"內(nèi)轉(zhuǎn)子"(inrunner))構(gòu)造中，永磁體被安裝在旋轉(zhuǎn)電樞(spinningarmature)(轉(zhuǎn)子)上。多個定子線圈被設(shè)置得與輪相鄰。線圈的數(shù)量取決于所需的相位和功率數(shù)量。
如所述的，改進(jìn)的交換系統(tǒng)14所使用的無刷馬達(dá)設(shè)計(jì)可以為步進(jìn)馬達(dá)的無刷馬達(dá)。圖5示出了構(gòu)造為步進(jìn)馬達(dá)的逆流式熱交換器的實(shí)施例，其中框架16支撐線圈和極靴組件90，并且輪12支撐連續(xù)護(hù)鐵(鐵磁材料制成)底座條92和磁條94 (或備選地為永磁體)。磁條(或替代磁體)的極性在輪邊緣周圍的北和南極之間交替。圖6A—6C詳細(xì)示出了線圈和極靴組件。如所示，每個組件90包括帶有引線98的中央線圈96。線圈96被布置在兩個極齒(pole tooth) 100之間，當(dāng)安裝在框架16上時，線圈徑向地
從一個極齒移向另一極齒。極齒和磁條(或替代磁體)的交替極性有偏移
量，使得任一時間所有的極齒將不與磁條(或替代磁體)的北和南極對齊。
能夠從適合的功率轉(zhuǎn)換器(未示出)施加AC信號至線圈96。
如http:〃en. wikipedia. org/wiki/Stepper一motor (2007年1月12
日)所述，步進(jìn)馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)不同于帶有傳感器的無刷直流馬達(dá)。當(dāng)施加電
壓至定子上的激勵線圈時，帶有傳感器的無刷直流馬達(dá)簡單地旋轉(zhuǎn)。另一
方面，步進(jìn)馬達(dá)實(shí)際上具有多個安置在中央轉(zhuǎn)子周圍的電磁體。為使馬達(dá)
軸轉(zhuǎn)動，通過設(shè)置在定子上的線圈和極靴裝置給第一個電磁體功率，這使
得轉(zhuǎn)子以預(yù)定角增量轉(zhuǎn)動。當(dāng)定子極靴上產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子上提供的磁場
對齊時，它們會從下一個電磁體稍微地偏移。所以當(dāng)下一個電磁體打開、
第一個電磁體關(guān)閉時，轉(zhuǎn)子稍微轉(zhuǎn)動以與下一個電磁體對齊，自此重復(fù)該
步驟以便引起轉(zhuǎn)動。那些稍微轉(zhuǎn)動中的每一個稱為"步"。以那種方式，馬
達(dá)可以被轉(zhuǎn)動精確的角增量，或者通過施加AC驅(qū)動信號至設(shè)置在定子上的
線圈，轉(zhuǎn)子可以連續(xù)轉(zhuǎn)動。對于步進(jìn)馬達(dá)的電磁感應(yīng)圈有兩種基本的裝置雙極和單級。
步進(jìn)馬達(dá)能夠視為帶有增加的極數(shù)量(既在轉(zhuǎn)子上又在定子上)的直流馬達(dá)，注意它們沒有公分母(common denominator^此外，帶有在轉(zhuǎn)子和定子上的許多極齒的軟磁材料以便宜的成本成倍地增加極數(shù)量(磁阻馬達(dá))。理想的是，由正弦電流驅(qū)動以允許無級運(yùn)轉(zhuǎn)。脈寬調(diào)制通常用于調(diào)節(jié)平均電流。雙極控制器可以在電源電壓、接地和斷開之間轉(zhuǎn)換。單級控制器僅可以連接或斷開電纜，因?yàn)殡妷簽橛步泳€。單級控制器需要中心抽頭的線圈。為達(dá)到全部額定轉(zhuǎn)矩，在每一步中，步進(jìn)馬達(dá)中的線圈必須達(dá)到它們的全部額定電流。
因此，己經(jīng)描述了根據(jù)本公開提供的新的、改進(jìn)的熱量和/或水分交換系統(tǒng)和方法。通過說明性的方式而不是限制性的方式介紹了說明書中所描述的示例性實(shí)施例，在不背離較廣泛的方面以及如所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)各種修改、結(jié)合以及替換。因此，提供馬達(dá)部件至逆流式熱量和/或水分交換系統(tǒng)的輪12和框架16消除了對驅(qū)動馬達(dá)、帶和帶輪的需要。此外，需要較少的設(shè)計(jì)選擇來覆蓋所有可能的應(yīng)用，包括可能的輪尺寸范圍和電源范圍。此外，可
以從零至完全額定轉(zhuǎn)速更好地控制輪12。
此處所披露的新的、改進(jìn)的熱交換系統(tǒng)和本公開的方法以及所有它們的元件，包含在下述權(quán)利要求的至少一個的范圍中。不意圖對目前所披露的系統(tǒng)和方法的元件放棄權(quán)利要求，它們也不意圖對權(quán)利要求的解釋進(jìn)行限制。這些權(quán)利要求中，除非特別聲明，單數(shù)地引用元件意指"一個或更多"，而不是意指"一個且僅一個"。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員己知的或今后將要知道的、本發(fā)明各處所描述的各種實(shí)施例的元件的所有等同的結(jié)構(gòu)和功能在此處清楚地以參考的方式加入，并且旨在被權(quán)利要求所包括。此外，這里披露的任何內(nèi)容都不是意圖貢獻(xiàn)給公眾，不管在權(quán)利要求中是否清楚地記載了此類披露。權(quán)利要求要素不是根據(jù)35 U. S. C. § 112第6段的規(guī)定解釋的，除非使用"用于…的裝置"清楚地記載所述要素或者在方法權(quán)利要求的情況下使用短語"用于…的步驟"記載所述要素。
權(quán)利要求
1. 一種用于在兩個逆流氣流之間提供熱量和/或水分交換的系統(tǒng)，包括框架；包括傳輸基體的傳輸輪，所述傳輸基體相對所述框架安裝并且可轉(zhuǎn)動地固定，使得所述輪能夠轉(zhuǎn)動通過所述兩個逆流氣流，并且使得熱量和/或水分可以在所述兩個逆流氣流之間傳輸；和第一多個馬達(dá)部件和第二多個馬達(dá)部件，所述第一多個馬達(dá)部件相對所述輪固定地安裝，使得所述第一多個的馬達(dá)部件用作馬達(dá)的轉(zhuǎn)子，所述第二多個馬達(dá)部件相對所述框架固定地安裝，使得所述第二多個的馬達(dá)部件用作馬達(dá)的定子；其中供應(yīng)至所述第二多個的馬達(dá)部件的功率使所述傳輸輪轉(zhuǎn)動通過所述兩個逆流氣流。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一多個的馬達(dá)部件被配置成 用作轉(zhuǎn)子，所述第二多個的馬達(dá)部件被配置成用作無刷馬達(dá)的定子。
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述馬達(dá)部件包括永磁體。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述第二多個馬達(dá)部件包括相對所 述框架配置和安裝的定子磁場線圈。
5. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述第一多個馬達(dá)部件的部件被配 置成用作轉(zhuǎn)子，所述第二多個馬達(dá)部件的部件被配置成用作帶有傳感器的 無刷直流馬達(dá)的定子。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一多個馬達(dá)部件的部件被配 置成用作轉(zhuǎn)子，所述第二多個馬達(dá)部件的部件被配置成用作不帶傳感器的 無刷直流馬達(dá)的定子。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一多個馬達(dá)部件的部件被配 置成用作轉(zhuǎn)子，所述第二多個馬達(dá)部件的部件被配置成用作步進(jìn)馬達(dá)的定 子。
8. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述傳輸基體用于在逆流氣流之間 傳輸水分，以便增強(qiáng)所述氣流之一的濕度。
9. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述傳輸基體用于在逆流氣流之間 傳輸水分，以便減少所述氣流之一的濕度。
全文摘要
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)動傳輸輪提供兩個逆流氣流間的熱量和/或水分交換的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括框架；包括傳輸基體的傳輸輪，所述傳輸基體相對所述框架安裝并且可轉(zhuǎn)動地固定，使得所述輪能夠轉(zhuǎn)動通過所述兩個逆流氣流，以及使得熱量和/或水分能夠在所述兩個逆流氣流之間傳輸；第一多個馬達(dá)部件，其相對所述輪固定地安裝，使得所述第一多個的部件起馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的作用；以及第二多個馬達(dá)部件，其相對所述框架安裝，使得所述第二多個的部件起馬達(dá)的定子的作用；其中供應(yīng)至第二多個的馬達(dá)部件的功率引起所述傳輸輪轉(zhuǎn)動通過所述兩個逆流氣流。
文檔編號H02K1/12GK101485063SQ200780009065
公開日2009年7月15日 申請日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月19日
發(fā)明者D·F·斯蒂爾, E·洛夫萊斯, R·B·迪金森 申請人:艾克斯錢格公司