专利名称：电动机械马达中的能量回收的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及电动机械马达或有容性马达/传动装置相(phase)的其它传动装置的驱动和控制，主要涉及减少该种马达或传动装置中的能量消耗的方法和设备。
背景技术：
有许多应用都需要能够进行精确定位控制的微型马达。其中，便携式设备，如照相机，电话和便携式电脑，对低能耗，低重量和价格有额外的要求。
电动机械马达，如使用机械步进重复的压电马达，是这些应用的潜在选择。现有缺点之一是由于驱动电子器件中的能量损失引起的低效率。先前的解决方案包括压电元件中的机械共振，该方案至少在原理上提供了能量节省的可能性。对于精确定位特别是线性马达，共振马达并不理想，而例如惯性或准静态驱动装置较为理想。使用电谐振来减少能量损失是可能的，但是这降低了优化波形和小节距定位的可能性。迄今为止，能够进行准静态机械步进控制的马达由没有能量节省能力的波形发生器驱动。
电动机械马达，如压电马达，拥有几个驱动元件，包含根据施加的电压改变形状的部件。从电的观点看，包含驱动元件的马达相是容性的，驱动这些电容器的一般方法是使用放大电路。模拟控制信号主要用作放大器的输入信号，从而为马达相提供合适的充/放电电压。当向马达相充电时，所有电流来源于放大器的能源。在马达相从零到能源电压的充电过程中，很容易看出放大器和连接器的能量损耗至少为1/2CU2，其中C是马达相的电容，U是能源电压。当把马达相完全放电到地电位时，又经历另一个1/2CU2的损耗。这意味着在每个充放电周期内，至少损失了CU2的总能量。因为电动机械马达的工作频率典型地在kHz范围内，所以总能量损耗很大。在设备的电子器件部分，大多数的能量损耗转化为热能，因此驱动器件通常需要相对大的体积。这对于小型化设备来说当然是个缺点。另外，在电池驱动设备中，高损耗将导致工作时间的减少。
降低损耗量的一个方法是降低马达相的工作电压和/或容量。但是，这将以有害的方式明显影响马达相的性能。
已经提出了一些关于如何减少马达或具有容性负载的其它传动装置的驱动电路的能量损耗的方案，见参考文献[1]和[2]。这些方案的共同之处就是在能量转移过程中使用电感元件来存储能量。基于电感元件的能量节省方案的缺点是低损耗电感器的体积大，并且在充放电过程中需要高级控制算法。在马达和驱动电子器件需要小型化的应用中，希望有一种没有或只有极小外部元件的方案。另外，复杂的控制算法对控制电子器件有特殊要求，从而增加价格和物理尺寸。
在参考文献[3]中提到了在驱动压电马达中电感的有用性。在放电过程中，开关关闭一段时间，以便在电感中建立电流。然后打开开关，利用电感中由此感应的电压将电流引导到电源。不幸的是，开关控制定时不简单，并且有效的电感体积很大。实践中，该种以电感为基础的设计还不能用于微型压电马达。
在参考文献[4]中，公开了驱动大容性负载的放大器。为了驱动磁激或压电材料的传动装置，使用有多个独立能源的驱动电路。假如使用n等分电压，则因为容性传动装置的能量由较小的电压级提供，所以充放电过程中的能量损耗将减少到1/n。给出两种建议的解决方案。一种是基于彼此首尾相连的单独小电源。另一种是具有公共电源并通过串连电容器提供较小的电压级。在前一种实施例中，多个电源意味大体积和高费用，特别在小型系统中这是不能接受的。在后一种例子中，要求高电压电源。这意味着使用的许多元件必须有相应的尺寸，这在小型系统中会很困难。另外传动装置产生的损耗或劳动必须通过充电电容器来补偿。因此，该能量不是由每一级提供的，而是直接通过主电压提供的。
当今小型电机系统普遍需要解决的问题在于，使用并不昂贵的设备来获得节能电压供应电路。
发明概述本发明的主要目的是提供用于减少电动机械马达或其它拥有容性马达相的传动装置内因驱动电子器件所造成的能量损失的方法和设备。本发明的另一目的是减小驱动电子器件的体积。另一目的是为电动机械马达的驱动电子装置提供更低费用的控制装置。还有一目的是为马达相提供工作电压，该工作电压超过电源电压。
以上的目的是通过依照所附权利要求的方法和设备取得的。一般来说，电动机械马达中马达相的充放电是在电压源和容性负载之间很小的电压差的情况下实施的。放电操作中的能量被储存用于随后的充电操作。以步进或增加低压能源提供的电压的方法，最好是通过电压逐步增加/逐步降低电路，如基于二极管的电荷泵，提供电压源，而开关控制充放电发生。
本发明的一个优点在于其能量损耗减少到基于晶体管的现有技术设备能量损耗的很小一部分。另一优点在于驱动电子器件的体积可以做得很小。另一优点在于马达可以由低压电源驱动。
附图简述通过参考以下附图和描述，可以更好地理解该发明及其目的和优点，其中
图1是用于依照基于晶体管的现有技术的马达相的典型驱动单元的电路图；图2是拥有三个串连电源的驱动单元的电路图；图3是拥有由单个电压源馈送四个电压源的驱动单元的电路图；图4a是依照本发明拥有五个离散电压梯级的基于二极管的电荷泵驱动单元的实施例的电路图；图4b是依照本发明用于驱动两个马达相的拥有五个电压源的基于二极管的电荷泵驱动单元实施例的电路图；图5是用于图4实施例的电压脉冲的示意图；图6a，6b，6c说明了依照本发明的拥有六个电压源的基于电容器的升压驱动单元实施例；图7是说明本发明中有用的单向双极晶体管开关的电路图；图8是说明本发明中有用的双向双极晶体管开关的电路图；图9是说明类似于图4b中示出的实施例，拥有依照图7和图8的开关的实施例的电路图；图10是说明具有固有电流极限的开关的电路图，该开关和步进马达驱动器一起使用；图11是说明马达相串连连接的电路图；图12是说明依照本发明的方法的基本步骤的流程图。
发明详述在本发明中，“马达相”指的是由一个同样的电压信号一起驱动的一个或多个电动机械驱动单元部分。容性马达相有两个端子，如果没有其它的说明，其中一端连接到地，另一端可进行电压调节。有时，术语“马达相”指的只是调节端。术语“马达相”甚至也用于传动装置设备，该设备不是真正的“马达”。
本发明以电动机械马达为例，但是也可用于使用容性“马达相”的任何传动装置系统。
图1说明了依照基于晶体管的现有技术，用于驱动马达相10的典型驱动单元12。该驱动单元12包含由低电压电源Ulogic驱动的集成电路22。该集成电路22通过数据总线21向数模转换器20提供数字信号。接着，模拟电压从数模转换器20传送到放大电路16，调节输出到马达相10的输出端14的电压。
当充电马达相时，电荷将从放大电路16流到马达相10。在该充电过程中出现了能量损耗。因为该电荷基本上取自电压为U的电源18，整个驱动单元中的损耗取决于马达相的电压和电源电压U之间的电压差。通常的放大器可以认为以这样的方式调节阻抗，放大器的电压差导致了要求的输出电压。放大器的功率损耗只是电压差和电流的乘积。这对使用依照现有技术基于晶体管的电压调节来说是真是的。在这个例子中，这样的能量损耗被称为电荷转移过程中因电阻性压降造成的能量损耗。
当放电马达相时，马达相10的电荷将会传导到地。假如马达相10被充到电压U*，存储在马达相10中的能量等于1/2CU*2。因为没有能量恢复特性，在放电马达相的过程中该能量丢失了。
可以减少充电和放电的电损耗。在该能量节省过程中的重要因数在于，当放电马达相时，电荷应以这样的方式送到电荷接收器，至少部分能量可以用于在随后的或同步的充电过程中提供电荷。如上面提到的，使用基于电感器的电荷泵或使用小电压充放电可进行能量恢复。后一种选择有下面描述的优点。通过使电荷接收方拥有仅略低于马达相电压的电压，可以显著减少因电阻性压降造成的能量损耗。通过逐步减少电荷接收器的电压，马达相可以被完全放电。同样地，在马达相重新充电的过程中，马达相和电源之间的电压差在一切情况下都应该保持很低。
为了获得电源和马达相的容性负载之间小的电压差，一个方法是当使马达相循环时，使用一组基本独立的电源，如[4]中一样。如上所述，晶体管调节电压没有用，但是有其它方法获得用来满足电动机械马达驱动器需要的一组电压。
假如在放电中使用包含n等分电压源的电荷接收器，马达相在这些电压之间进行切换，能量损失将是1/n倍1/2CU*2。电压级数越多，则能量损耗越少。
类似地，在充电过程中，马达相最好用仅略高于马达相电压的电压源充电。假如使用n等分电压，那么和上面一样，在充电过程中的能量损耗将减少到1/n。
在理想情况下，随着电压级数增加，能量损耗的减少将越来越多。可是，在实践中，电压之间的切换也将伴随着一定的能量损耗，这将限制有用电压梯级的数量。
图2中说明了一种简单的实施例。根据该电路，驱动单元30包含三个提供相同差分电压U的单独电源32A，32B和32C。该电源串连连接，第一个电源32A的负端连接到地。开关34拥有四个可选择的电压源端子36A，36B，36C和36D。驱动单元30的输出端38通过开关34可以连接到电压源端36A-D的任一端。马达相10连接在驱动单元输出端38和地之间。
图3中说明了另一种电路，该电路与[4]中的电路有类同之处。这里电阻和齐纳二极管用于提供分压，电容提供每个电压的电荷存储。这里省略了马达相，以便简化该图。该驱动单元30包含一个输出电压为U的单一电源40。该电压必须足够大以便提供该马达相所需的总电压。四个电阻R3-R6串连在电源40上。电容器C1-C4和齐纳二极管Z1-Z4分别和四个电阻R3-R6并联。通常Z1可以省略。在该电路中开关34有五个可选择的电源端36，分别连接到电源两极和每个电阻R3-R6之间。假如电阻R3-R6有同样的阻值，那么额定端子电压U0，U4，U5，U6，U7分别是0，1/4U，1/2U，3/4U和U。
在额定电压下，齐纳二极管不会显著导通。在放电操作中，应该允许稍微增加中间电压以便存储能量。因此，电阻值应该足够高，以致在一个周期内不能显著调节电压，也不应激活齐纳二极管。可是假如在中间电压中，马达中有相当大的能量损耗(或者由马达传递的功)，那么当电压跌到一定程度，就需要通过这些电阻和齐纳二极管维持该电压。
在这种情况下，尽管基于晶体管的现有技术很优越，但是依照本发明还可以进行进一步改进。依照本发明，通过对一次低电压步进取得中间电压。从来自低电压源的低电压开始，连续提高该电压以提供不同的中间电压，可以得到多个优点。主要优点在于，仅需要一个低电压电源，这减小了设备的体积和费用。另外，在任何中间步骤出现的能量损耗可以通过使用高压充电来进行补偿，而不损失更多的能量。传统上，升压技术典型地用来获得单个高电压。可是，在本发明中，以一种更有效的方式使用升压技术，因为部分步骤也用来提供电压源，即升压技术的使用有明显的协同作用。有几种有用的升压和降压技术，使用感性或容性电荷转移装置，如基于二极管的电荷泵。
在图4a中，说明了依照本发明的驱动单元30，在该单元中，电压源端子由基于二极管-电容器的电荷泵维持。九个二极管D1-D9以相同的方向串连连接。第一个二极管D1的正极连接到电压为U的电源，二极管D1-D9的指向离开电源。在每个二极管D1-D9之间和二极管串的顶端，连接着电容器C10-C18的第一端。每个电容器的另一端连接到低压信号源。因此，每个第二电容器C10，C12，C14，C16和C18连接到提供电压信号Ua的第一低压信号源44，剩下的电容器C11，C13，C15，C17连接到提供电压信号Ub的第二低压信号源46。除了接地端，五个电压源端子36经由各自的二极管D10-D14连接到电容器C10，C12，C14，C16和C18的第一端。该二极管D10-D14允许电流流向电压源端子36。电压源端子通过最好是同样数值的电阻R8-R11顺次相互连接，一半数值的电阻R7连接在紧挨着接地端的电压源端和恒定电源42之间。电容器C5-C9连接在每个电压源端子和地之间。
图5中，说明了来自电压信号源42和44的典型电压信号。在该实施例中，第一电压信号源42提供幅度为U的方波电压信号。第二电压信号源44提供类似的，但是反向的信号。当第一电压信号源42变高，第二电压信号源44变低，反之亦然。
本领域的技术人员认识到，通过将图5中的电压信号应用到图4a中的电路中，可以获得电荷泵功能。当第一电压信号Ua变高而第二电压信号Ub变低时，电流可从第一电压信号源42流到第二电压信号源44。二极管D2，D4，D6，D8和D10-D14引导电流，在电容器C5-C9上充电。当第二电压信号Ub变高，而第一电压信号Ua变低时，电流从第二电压信号源44流到第一电压信号源42。现在，二极管D2，D4，D6和D8不导通，而二极管D1，D3，D5，D7和D9替代引导电流。
在稳定状态，当不能再抽取电荷时，根据C10另一端的驱动信号Ua是低还是高，第一电荷泵电容器C10的第一端的电压可从U变到2U。因此，电压源端子U8的电压是2U。当第二电荷泵电容器C11的驱动信号Ub为低时，该电容器的第一端电压将到最低点。这时，C10的电压为2U，该电压因此变成了C11的最低电压，因此当驱动信号Ub变高时，C11的高电压变成3U。在整个电路中应用该推理，可推理出电压源端子的电压为U0＝0，U8＝2U，U9＝4U，U10＝6U，U11＝8U，U12＝10U。由于二极管的压降，实际的电压将会稍许低一些。使用低压降二极管，即使电源低至3.6V，该电荷泵的效率也是令人满意的。
当使马达相循环时，在放电过程中最高电压源端子得不到补偿，这就是为什么大多数的能量损耗会与从次高电压到最高电压充电过程有关系的原因。
在图4a的简图中，电压源端子源于每隔两个电荷泵电容器。自然，没有为每个电荷泵电容器引出电压源端子并没有特殊的原因。这是所需电压数和电源电压提供的电压间隔的问题。
开关34的操作类似于前面的描述。
图4b中说明了另一个类似的方案。驱动单元30类似于图4a中的驱动单元，有几个不同。除了顶端电压源端子U12外，每个电压源端子36的容性缓冲都被去除了。剩下的电压源端子36因此被认为无容性缓冲，至少不是直接的。电阻R7-R11(图4a)也被去掉了。作为替代，二极管D15连接在电压源端子和二极管D2和D3连接点之间。二极管D16-D18以类似的方式连接到电压源端子U9-U11。最高电压U12的电压源端子仍然由电容器C9进行缓冲。该电压源端子还经由齐纳二极管Z5连接到电压源U，定义最高级别的最大电压。该实施例的优点是可以从各自的电压源端子抽取电荷。那么就不需要直接连接到每个电压源端子的电容器，因为在放电过程中来自马达相的电荷可以以任何方式处理。用于稳定电压的串联电阻也可以省略。这减小了该电路的体积，而在特定环境下可仍然保持相当的节能能力。
电动机械马达通常有不止一个马达相。这些马达相通常相互异相驱动。这意味着一个马达相的充电过程可能正好和另一个马达相的放电过程相一致。从图4b开始，进行与基于晶体管的现有技术的能效比较。考虑两个马达相10A和10B，其中10A从地电平开始完全充电，而马达相10B从最高电平开始完全放电。在该实施例中，开关34是双开关，即拥有两个独立输出端的开关。该输出端的每一端连接到一个马达相。
第一步，马达相10A连接到电压源端子U11，而马达相10B连接到电压源端子U8。因此10A被放电一级，能量抽回顶端电平，这比把所有的能量泄放到地更有效。使用电荷泵从低压电源向马达相10B充电，这比根据现有技术从顶端电平取电荷更好。假如电压U8是晶体管调节电压，那么内在电阻性压降将是U8和晶体管源电压U12之差，该电压是U8电压的大约4倍。
第二步，马达相10A连接到电压源端子U10，而马达相10B连接到电压源端子U9。能量方面类似于第一步。第三步，马达相10A连接到电压源端子U9，而马达相10B连接到电压源端子U10。在这种情况下，抽取更多的能量到顶端电平是没有用的，因为它只是通过齐纳二极管散失。幸运的是，电荷现在是从马达相10A抽到马达相10B，使得马达相10A成为部分电压源，即电荷施主，而马达相10B成为部分电压宿，即电荷受主。电荷施主和受主之间的电压差很小，在电荷转移中相关的电阻性压降远远低于使用基于晶体管的现有技术的相的相应的单独电压调节。
第四步，马达相10A连接到电压源端子U8，而马达相10B连接到电压源端子U11。能量方面类似于第三步。最后一步，马达相10A接地，而马达相10B连接到顶端电平。当马达相10B从U11充电到顶端电压时，在第一和第二步中存储的能量消除了在这一步骤中进一步抽取电荷到顶端电压的需要。这和图4a的实施例有很大不同，理想地，在该实施例中最后一步是唯一与电荷泵有关的步骤，要求从电源抽取电荷从底部电压(经过5级电压)恢复到顶端电压。考虑每一步中电荷经过的整个电平数，对于所描述的充放电操作图4b的实施例将消耗图4a的实施例两倍的能量。实际的消耗会稍低于此，因为图4b的电源端子较少缓冲，调节负载电压，使端子和负载之间的电阻性压降最小。取而代之，在电荷泵中端子和负载的电压将逐步变化。
总的来说，尽管图4a的实施例需要较少的能源，但是图4b的实施例将马达相作为部分电压源，那么图4b的实施例的紧凑设计就能引起人们的兴趣。另外，该方案很适合双极开关的紧凑装置，该装置再下面进一步描述。
通过图6a-6c中的实施例阐明了另一种电压分级技术。在图6a中，示出了第一种操作模式的连接。五个电容器C19-C23连接至电源48。每个电容器C19-C23上的电压也是U。在图6b中，示出了第二种工作模式。这里，五个电容器C19-C23改为在电源的上方串连连接。电压源端子36连接到每个电容器，在理想情况下提供电压U0＝0，U13＝U，U14＝2U，U15＝3U，U16＝4U，U17＝5U和U18＝6U。
图6a和6b中示出的电路的变换可以通过不同的方式实现。图6c阐明了一种基于开关的实施例。每个电容器的正端子通过各自的二极管连接到电源。该电容器的负电压端可以通过各自的开关S1到S4切换到地，而在每个电容器的低电压端和它邻近一个电容器的高电压端提供了另外四个开关S6-S9。以这种方式可以取得图6a和6b方案的轻松切换。通过打开开关S6-S9和S11，并关闭开关S0到S4，图6c的方案就等同于图6a的方案。而改为打开开关S0-S4，并关闭开关S6到S9和S11，图6c的方案在电方面等同于图6b的方案。如果需要将电荷送回电源，那么二极管D23-D27必须由开关代替。
在以上实施例中，有开关引导每个马达相连接到期望的电压端子。这些开关典型地为PET或CMOS开关。但也可使用双极晶体管开关。
图7阐明了单向开关原理。pnp双极晶体管T1的发射极连接到电压端子Ux。该晶体管T1的集电极通过二极管30连接到马达相10。该晶体管T1的基极连接到npn双极晶体管T2的集电极。晶体管T2的基极连接到逻辑控制单元60，发射极通过电阻R20接地。当来自逻辑控制单元60的信号为低时，禁止电流流过晶体管T2，因此没有电流可以从电压端子Ux流向马达相10。当来自逻辑控制单元60的信号为高时，晶体管T2导通，晶体管T1也导通。电流可以因此流到马达相10。当马达相10的电压高于电压端子Ux的电压时，二极管D30用于防止晶体管T1反极性。显然，假如在系统中Ux是最高电压，就不需要D30。
在图8中，组合了两个单向开关以得到一个双向开关。两个pnp晶体管T1A和T1B和各自的集电极二极管D31，D32，安排为可在任一方向导通。通过二极管D33，D34将晶体管T1A和T1B的基极连接到同一个npn晶体管T2，而不用分开驱动晶体管T1A和T1B的基极。该二极管D33，D34也用于防止极性颠倒。就象看到的一样，该双极开关可以很容易地由低电压逻辑控制单元60控制。
这种类型的双向双极开关很便宜，而且很适用于控制如图4a和4b中阐明的实施例。在图9中，四开关装置S24-S27被用于图4b的电路中。图4b的二极管D10-D13和D15-D18被并入开关电路，分别对应二极管D31和D32。另外，还加入根据图7的单向开关S28用于最高电压，而单个晶体管T9和电阻R30用作接地开关。开关的所有输出端相互连接，并连接到需要控制的马达相。
另外，很容易在双极开关中加入电流限制，以便更平滑地改变马达单元的电压。如通过使用一个电阻和一个调节晶体管可以实现该功能。选择电阻值，使得当达到电流限制时，在电阻上得到0.6V的压降，然后调节晶体管将开始限制开关晶体管的基极电流。令人感兴趣的是，尽管二极管降低了电源的有效电压，但是开关中的电阻仅仅影响电荷转移的速度，而不影响特定电荷转移的能量损耗。
图10描述了带有限流开关的一种应用，该应用与驱动电动机械马达的主题有关。在这个例子中，来自步进马达驱动器62的四个输出Q11，Q12，Q13，Q14和高电压源一起用来作开关控制。开关单元S20包含四个晶体管T3-T6，三个电阻R21-R23和两个二极管D35-D36。在该实施例中R21为51Ω，而R22和R23为330Ω。假如Q11为低而Q12为高，晶体管T6将导通，所附的马达相10A的电压按照一定的速度降低，该速度由特定的电流决定，在这个例子中该电流为10mA。10mA流过电阻R21，R21上的电压降将使得T5导通。T5有效地限制了T6的基极电流，因此T6不能在超过该限值时导通。假如Q11为高而Q12为低，类似的情况发生在T3和T4上，所附马达单元按10mA的速度充电。假如Q11和Q12都为高，开关电路S20的输出阻抗将为高，即马达相的电压是悬浮的。假如希望在高和低之间定一个电压，如下面所述，这将是很有利的。
在图10中，示出了与同一个步进马达驱动器连接的另三个开关电路S21-S23和各自的马达相10B-10D。该马达相通过电阻R24-R27相互连接。这样每个马达单元的悬浮点由两个相邻的马达相的电压决定，该悬浮点为步进马达驱动器62的正常工作提供最大电压的一半。
在上述一些讨论中，当一个马达相充电时，另一个同时放电，使得在任何时候两个马达相电压的总和一直等于最大电压。对于讨论的电动机械马达来说，这是一个相当普遍的操作选择，尽管至此我们描述了每个相以地为参考的简图，但是一种可选的装置是串连连接两个马达相，并且选择其中一个马达相对应最高电压。图11中示出了这种装置，该装置有效地减少了用于电压调节的马达端子的数量。假如马达单元的数量为四或更多的话，马达电缆的数量也会随装置减少。
在图12中，描述了说明依照该发明的方法的基本概念的流程图。该程序从步骤100开始。在步骤102，提供一个低电压。该低电压用于在步骤104形成一组电压源。这些电压源的最高和最低电压之间的电压差至少是原始电压的两倍。剩下的方法基本上包含两个主要步骤，充电步骤106和放电步骤108。充电步骤106和放电步骤108都包含在马达相和一组电压源之间进行电荷转移的步骤，一次一个电压源。该程序结束于步骤110。如虚线112所示，任一步骤都可根据要求重复。
有时，希望以特定电荷而不是给定电压充电马达相。这有时称作电流控制过程。在能量节约方面，这都是一样的，并且本文描述的发明仍可使用。唯一的基本区别在于最后的电压预先并不知道，这使得开关控制逻辑更加复杂。另外，在低速运动时，这些马达耗电不多，因此人们可能认为晶体管调节的现有技术适用于低速精确定位，而本发明用于高速运转马达。也可以将传统技术和本发明的实施例相结合，如用依照本发明的电压源驱动传统最终放大器。
本领域的技术人员应当理解在不偏离其范围的基础上，可以对该发明进行不同的修改和变化，其范围由所附权力要求规定。
参考文献[1] “Trends and Challenges in New Piezoelectric ActuatorApplications(review)(新压电传动机构应用的趋势和挑战(回顾))”，K.Spanner和W.W.Wolny，第5次新传动机构国际会议，ACTUATOR96，1996年7月26-28，Bremem，德国，140-146页。
“Modelling of Piezoactuators and a newly DevelopedControl Unit for Inside-Automotive Applications(压电传动机构和用于汽车内部的最新开发控制单元的模型)”，T.Vetter和H.C.Reuss，第5次新传动机构国际会议，ACTUATOR 96，1996年7月26-28，Bremem，德国，187-192页。
“New Approach to a Switching Amplifier forPiezoelectric Actuators(用于压电传动机构的开关放大器的新方法)”H.Janocha和C.Stiebel，第6次新传动机构国际会议，ACTUATOR98，1998年7月17-19，Bremem，德国，189-192页。
US 5,264,752。
权利要求
1.驱动电动机械马达或具有容性马达相(10，10A-10D)的其它传动装置的方法，包含重复以下步骤通过每次一个地在所述容性马达相(10，10A-D)和一组电压源(36；36A-D)之间进行电荷转移，对所述容性马达相(10，10A-D)充电和放电；其特征在于以下步骤在所述电压源组(36；36A-D)中，通过逐步增加容性电压来支持电压源。
2.根据权利要求1的方法，特征在于所述逐步增加容性电压是由基于二极管的电荷泵执行的。
3.根据权利要求1或2的方法，特征为电存储至少部分在所述放电步骤中释放的能量；和在充电步骤中，使用至少部分所述存储的能量。
4.根据权利要求1到3中任一项的方法，特征在于基本上所有的所述电荷转移都有电阻压降，在整个充电或放电过程中该电阻压降和所述马达相(10，10A-D)的总体电压变化相比较低。
5.根据权利要求1到4中任一项的方法，特征在于所述电压源是基本上恒定的电压源(36；36A-D)。
6.根据权利要求1到5中任一项的方法，特征在于使用电动机械马达中的另一马达相(10A-10D)作为所述电压源的一部分。
7.用于电动机械马达或具有容性马达相(10，10A-D)的其它传动装置的驱动设备，包含用于充电所述容性马达相的充电/放电装置，该装置又包含一组电压源(36；36A-D)，和开关装置(34；S24-S28)，该装置将所述电压源(36；36A-D)一次一个地连接到所述容性马达相(10，10A-D)，特征在于所述充电/放电装置包含逐步增加容性电压设备，该设备支持或本身就是所述电压源(36；36A-D)。
8.根据权利要求7的设备，特征在于所述逐步增加容性电压设备包含基于二极管的电荷泵。
9.根据权利要求7或8的设备，特征在于所述充电/放电装置还包含能量存储装置，该装置用于电存储至少部分在所述容性马达相(10，10A-10D)放电过程中释放的能量，并将至少部分所述存储的能量用于充电容性马达相(10，10A-10D)。
10.根据权利要求7到9的任一项的设备，特征在于在所有情况下，所述电压源(36；36A-D)中的至少两个电压源提供不同幅值的电压。
11.根据权利要求7到10任一项的设备，特征在于所述电压源(36；36A-D)中的至少一个电压源是基本上恒定的电压源。
12.根据权利要求7到11任一项的设备，特征在于所述电压源(36；36A-D)中的至少一个电压源是容性缓冲的。
13.根据权利要求7到12任一项的设备，特征在于所述电压源(36；36A-D)中的至少一个电压源是容性无缓冲的。
14.根据权利要求7到13任一项的设备，特征在于电动机械马达中的第二容性马达相(10，10A-10D)至少是所述电压源(36；36A-D)的一部分。
15.电动机械马达或其它传动机构，包含多个容性马达相(10，10A-10D)和一个驱动设备，该驱动设备包含用于充电所述容性马达相的充电/放电装置，该装置又包含一组电压源(36；36A-D)，和开关装置(34；S24-S28)，该装置一次一个地将所述电压源(36；36A-D)连接到所述容性马达相(10，10A-D)，特征在于所述充电/放电装置包含逐步增加容性电压设备，该设备支持或本身就是所述电压源(36；36A-D)。
全文摘要
在根据本发明的方法中，电动机械马达中马达相(10A，10B)的充电和放电是靠电压源和马达相(10A，10B)的容性负载之间的小电压差实施的。这伴随着一次一个连接一组电压源(36)。来自放电过程的能量被存储，以用于随后的充电过程。在根据本发明的设备中，电压源是以容性或感应电压逐步增加或逐步降低电路如电荷泵的方式提供的。优选地，开关(34)控制充电和放电。在一种优选实施例中，一个马达相(10A)的电容用于存储由另一个马达相(10B)放电产生的电荷。
文档编号H01L41/04GK1491477SQ0280511
公开日2004年4月21日 申请日期2002年2月1日 优先权日2001年2月19日
发明者S·约翰松, A·杨松, K·哈坎松, S 约翰松, 菜 申请人:高压马达乌普萨拉有限公司