确定在多个电动机之一中流动的电流的制作方法

文档序号:21368594发布日期:2020-07-04 04:44阅读:245来源:国知局
确定在多个电动机之一中流动的电流的制作方法

本发明涉及确定在连接到电源并从电源供应的多个电动机中的所选择的一个电动机中流动的电流的方法,以及涉及包括电源以及连接到所述电源并从所述电源供应的多个电动机的系统。本发明还涉及计算机程序和计算机可读介质。



背景技术:

电动机在许多不同的应用中使用。作为示例,可以提及线性致动器、其它类型的致动器、冷却风扇、盘驱动器、自动开门器、升降机和牵引电机和/或交通工具(包括可移动床和医疗车)中的其它电机。电动机可以由直流(dc)源(诸如电池或整流器)供电,或者由交流(ac)源(诸如电网)供电。通常,电动机的运行速度由电机控制器控制。

对于许多类型的电动机(包括dc电机和通用电机),并且在正常使用条件下,电机的运行速度与电机电源电压成比例,而传递的机械转矩或力与从电源汲取的电流成比例。这意味着,如果电机的机械负载增加,那么从电源汲取更高的电流。该更高的电流提供附加的转矩来平衡增加的负载。

如果电机过载,例如因为在由线性致动器驱动的具有可调高度的医院病床上或桌子上放置太重的负载,或者仅仅是因为由电机驱动的设备被阻塞,那么从电源汲取的电流会增加到对电机有害的水平。可以通过检测或测量由电机汲取的电流并且如果电流超过预定最大值则中断到电机的电源来防止此类损坏。可替代地,可以由电机控制器根据测得的电流来调整到电机的电源电压。

可以通过布置在电机和电源之间的连接中的电流测量设备来测量由电机汲取的电流。电流测量设备可以是例如电流计、电流测量分流电阻器、电流测量变压器、霍尔效应电流传感器换能器或磁阻场电流传感器。

在许多应用中,多个电动机连接到共同的电源并从共同的电源供应。而且在这种情况下,电流测量设备可以被布置在电源和电机之间的连接中,从而可以监督由电机汲取的电流。但是在这种情况下,由于应当允许所有电机同时汲取其最大电流,因此预定最大值需要是各个最大值之和,从而仅在测得的电流超过最大值之和的情况下才中断到电机中的一个或多个的电源电压。但是,由于在给定时间电机中的一些可能汲取很少的电流或者甚至不汲取电流,因此另一个电机可以实际上汲取比其自身的预定最大值高得多的电流,而不会超过总的最大电流值。这意味着这个解决方案不足以保护各个电机免于过载。

一种解决方案可以是在与每个电机的连接中布置独立的电流测量设备,从而可以各个地测量其电流消耗。但是,使用若干电流测量设备意味着需要增加的数量的部件,这导致附加的成本以及控制器的增加的空间需求。另外,对于每个电流测量设备,控制器上的独立输入端子是需要的,但并不总是可获得的。



技术实现要素:

因此,本发明的实施例的一个目的是提供一种简单且有成本效益的方法,该方法在不需要针对每个各个电机使用独立的电流测量设备的情况下确定由连接到共同的电源并从共同的电源供应的多个电动机中的各个电动机汲取的电流。

根据本发明的实施例,该目的在确定在连接到电源并从电源供应的多个电动机中的所选择的一个电动机中流动的电流的方法中实现,其中电流测量设备被布置在电源和多个电动机之间的连接中。当该方法包括以下步骤时,可以实现该目的:控制未选择的电动机暂时从电源断开;当未选择的电动机暂时从电源断开时,由所述电流测量设备执行电流测量,所述电流测量指示在所选择的电动机中流动的电流;以及当已执行电流测量时控制未选择的电动机重新连接到电源。

在由布置在电源和电动机之间的共同的电流测量设备执行电流测量时通过暂时从电源断开除了一个电动机以外的所有电动机,实现了了测得的总电流等于由该未断开的电动机汲取的电流。以这种方式,可以在仅使用一个电流测量设备的情况下确定由各个电机汲取的电流,从而可以避免控制器中针对若干电流测量设备的附加成本和增加的空间需求。在知道各个电机的电流消耗的情况下,现在有可能的是如果由于过载而超过电机的各个的最大电流则切断电机,或者可以根据其电流消耗来对各个电机进行控制。

测得的电流可以是在多个线性致动器中的所选择的一个线性致动器中流动的电流,其中每个线性致动器包括:可逆dc电动机;由所述可逆dc电动机驱动的主轴(spindle);以及被安装在主轴上并被固定以防止旋转的主轴螺母,所述主轴螺母被布置为在两个端部位置之间移动。

在一些实施例中,该方法包括通过接通和切断与所述电动机中的每一个电动机串联布置的至少一个电子开关来驱动该每一个电动机的步骤。

该方法可以包括通过切断与未选择的电动机串联的至少一个电子开关中的至少一个来暂时从电源断开未选择的电动机的步骤。通过使用已被布置用于驱动电动机的电子开关来暂时从电源断开未选择的电动机,不存在出于此目的而对附加部件的需要。

在一些实施例中,该方法包括以具有可变占空比的脉宽调制的电压来驱动电动机的步骤,这是控制电动机的适宜方式,尤其是在若干电机从同一电源供电的情况下。在这种情况下,该方法可以包括在驱动所选择的电动机的脉宽调制的电压的脉冲的中间执行所述电流测量的步骤。在脉冲的中间,电流等于电机的平均电流。在一些实施例中,该方法包括根据指示在所选择的电动机中流动的电流的测得的电流来调整驱动所选择的电动机的脉宽调制的电压的占空比的步骤。

在一些实施例中,该方法包括如果指示在所选择的电动机中流动的电流的测得的电流超过预定最大值则切断所选择的电动机的步骤。

如所提到的,本发明还涉及一种系统,包括:电源;多个电动机,连接到所述电源并从所述电源供应;控制器;以及至少一个驱动器电路,被配置为在控制器的控制下驱动电动机。该系统还包括布置在电源和多个电动机之间的连接中的电流测量设备,并且控制器被配置为通过控制未选择的电动马达暂时断开与电源的连接来测量在所选择的电动马达之一中流动的电流;在未选择的电动马达暂时与从电源断开时由所述电流测量设备执行电流测量,所述电流测量指示在所选择的电动机中流动的电流;以及当已执行电流测量时控制未选择的电动机重新连接到电源。

当控制器被配置为在由被布置在电源和电动机之间的共同的电流测量设备执行电流测量时暂时从电源断开除了一个电动机以外的所有电动机时,实现的是测得的总电流等于由未断开的电动机汲取的电流。以这种方式,可以在仅使用一个电流测量设备的情况下确定由各个电机汲取的电流,从而可以避免控制器中针对若干电流测量设备的附加成本和增加的空间需求。在知道各个电机的电流消耗的情况下,现在有可能的是如果由于过载而超过电机的各个的最大电流则切断电机,或者可以根据各个电机的电流消耗来对各个电机进行控制。

该系统可以是包括多个线性致动器的致动器系统,每个线性致动器包括:可逆dc电动机;由所述可逆dc电动机驱动的主轴;以及被安装在主轴上并被固定以防止旋转的主轴螺母,所述主轴螺母被布置为在两个端部位置之间移动。致动器系统还可以包括:控制箱,该控制箱包括至少电源、控制器和至少一个驱动器电路;以及多根线缆,每根线缆将线性致动器中的一个连接到控制箱中的相应驱动器电路。可替代地,该系统可以包括一个或多个线性致动器,与连接到相同电源并从相同电源供应的一个或多个其它电动机相结合。

在一些实施例中,至少一个驱动器电路包括多个电子开关,其中所述电动机中的每一个电动机与所述多个电子开关中的至少一个串联布置;并且该至少一个驱动器电路被配置为通过在控制器的控制下接通和切断与每一个电动机串联的至少一个电子开关来驱动该每一个电动机。多个电子开关可以是场效应晶体管。

控制器可以被配置为通过切断与未选择的电动机串联的至少一个电子开关中的至少一个来暂时从电源断开未选择的电动机。通过使用已被布置用于驱动电动机的电子开关来暂时从电源断开未选择的电动机,不存在出于此目的而对附加部件的需要。

在一些实施例中,控制器被配置为以具有可变占空比的脉宽调制的电压来驱动电动机,这是控制电动机的适宜方式,尤其是在若干电机从同一电源供电的情况下。在这种情况下,控制器可以被配置为在驱动所选择的电动机的脉宽调制的电压的脉冲的中间执行所述电流测量。在脉冲的中间,电流等于电机的平均电流。在一些实施例中,控制器被配置为根据指示在所选择的电动机中流动的电流的测得的电流来调整驱动所选择的电动机的脉宽调制的电压的占空比。

在一些实施例中,控制器被配置为如果指示在所选择的电动机中流动的电流的测得的电流超过预定最大值则切断所选择的电动机。

该系统可以包括多个驱动器电路,每个驱动器电路被配置为在控制器的控制下驱动电动机之一,并且每个驱动器电路被实现为包括四个电子开关的h桥驱动器电路。

可替代地,该系统可以包括至少一个驱动器电路,该至少一个驱动器电路包括布置在三个半桥中的六个电子开关,所述驱动器电路被配置为在控制器的控制下驱动两个电动机。

在一些实施例中,所述电流测量设备可以是电流测量分流电阻器,并且控制器可以被配置为通过测量所述电流测量分流电阻器上的电压来执行所述电流测量。这是测量电流的简单且有成本效益的方法。

本发明还涉及一种包括程序代码手段的计算机程序,用于当所述计算机程序在计算机上运行时执行上述方法的步骤,以及涉及一种其上存储有程序代码手段的计算机可读介质,用于当所述程序代码手段在计算机上运行时执行上述方法。

附图说明

现在将在下面参考附图更全面地描述本发明的实施例,其中

图1示意性地示出了线性致动器的示例,

图2示出了致动器系统的示例,其中线性致动器由控制箱控制,

图3示出了经由线缆连接到驱动器电路的线性致动器的电气图,

图4示出了致动器系统的示例,其中三个线性致动器由控制箱控制,

图5示出了与图2的致动器系统的致动器串联插入的电流测量分流电阻器,

图6示出了与图4的致动器系统的三个致动器串联插入的电流测量分流电阻器,

图7示出了图6的致动器系统的控制箱的一部分的更详细的示图,具有h桥驱动电路并且具有在所有三个马达都处于活动状态时的电流的指示,

图8示出了当电机用dc电压驱动并且两个电机暂时从电源断开时三个电机中的电流以及图7的分流电阻器中的总电流的波形,

图9示出了具有两个电机暂时从电源断开时的电流的指示的图7的示图,

图10示出了当电机用脉宽调制的电压驱动并且两个电机暂时从电源断开时三个电机中的电流以及图7的分流电阻器中的总电流的波形,

图11示出了替代致动器系统的控制箱的一部分的详细示图,其中经由两个驱动器电路控制四个电机,并且具有当所有四个电机处于活动状态时的电流的指示;

图12示出了具有当三个电机暂时从电源断开时的电流的指示的图11的示图,

图13示出了具有三个电动机并具有当所有三个电机处于活动状态时的电流的指示的电机系统的详细示图,

图14示出了具有当两个电机暂时从电源断开时的电流的指示的图13的示图,

图15示出了在电流测量分流电阻器两端连接的电压测量设备的实现的示例,

图16示出了其中电流测量分流电阻器直接连接到控制器中的微型计算机的示例,

图17示出了其中电流测量分流电阻器经由rc电路连接到控制器中的微型计算机的示例,以及

图18示出了图示确定在连接到共同的电源并从共同的电源供应的多个电动机中的所选择的一个电动机中流动的电流的方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了线性致动器1的示例。线性致动器1包括可逆电动机2、通常具有多个级的变速器或减速齿轮3、具有螺纹5的主轴4、与螺纹5啮合的主轴螺母6以及管状起动(activation)元件7。在起动元件7的端部处布置用于将线性致动器1安装到例如承载元件的安装支架8。主轴螺母6被固定以防止旋转。在一些线性致动器中,主轴螺母在不使用起动元件的情况下直接连接到例如承载元件。当电机2使主轴4旋转时,主轴螺母6沿着主轴4移动,从而将旋转变换为主轴螺母6和/或起动元件7在两个端部位置之间的线性移动。注意,对于一些电动机类型,可逆电动机2可以直接驱动主轴4,从而可以避免变速器3。虽然可以使用其它类型的电动机,但是可逆电动机2通常是可逆dc电动机。

通常,线性致动器在由控制箱控制的致动器系统中使用。这种致动器系统11的示例在图2中示出。线性致动器1经由线缆12连接到控制盒13,该控制盒13至少包括电源14、控制器15和用于线性致动器1的驱动器电路16。驱动器电路16和线性致动器1之间的线缆12的长度可以高达两米或更多。驱动器电路16以及因此还有致动器1的电动机2由来自控制器15的控制信号控制。通常,控制器15包括微型计算机。控制箱13通常被放置在在其上使用线性致动器1的装备上。该装备可以表示若干不同应用中的任何一种,诸如卡车、农业机械、工业自动化装备、医院和护理床、休闲床和椅子、桌子或具有可调高度的其它家具物品,以及其它若干类似的应用。电源14通常用电力线缆17连接到干线(mains)ac供电网,但是也可以或者独自地或者与连接到干线网的电源组合地使用电池。最后,控制箱13连接到遥控器18,从而允许线性致动器1的操作由致动器附近的人控制。遥控器18和控制箱13之间的连接可以是如图2中所示的有线连接,但是也可以使用无线通信系统,诸如无线电链路或红外链路。

线性致动器1的电动机的速度可以通过调整供应给电机的dc电压水平来控制,或者可以通过使用脉宽调制(pwm)来控制,其中电机速度替代地通过调整脉宽调制的占空比来控制。

驱动器电路16可以以不同的方式实现。图3示出了被实现为包括四个电子开关22、23、24和25的h桥驱动器电路的驱动器电路16的典型示例。驱动器电路16允许将线性致动器1中的电机2的每个电机端子或者连接到正电源电压或者连接到接地端子(或负电源电压),从而当电子开关22和25闭合时电机2在一个方向中旋转,而当电子开关23和24闭合时电机2在另一方向中旋转。开关22、23、24和25可以是任何类型的电子控制的开关,诸如场效应晶体管(fet)、绝缘栅双极型晶体管(igbt)或双极型晶体管,并且它们可以通过控制器15接通和切断。在图3中,电子开关被示为fet。

控制箱还可以被配置为控制具有多个线性致动器的致动器系统。在图4中图示了致动器系统30的示例,其中使用三个线性致动器31、32和33。线性致动器31、32和33经由线缆34、35和36连接到控制箱37,控制箱37包括电源14、控制器15(如图2中)和用于每个线性致动器的驱动器电路,即,驱动器电路41、42和43。每个驱动器电路以及因此还有致动器31、32和33的电动机由来自控制器15的控制信号单独控制,这意味着致动器电机中的一些或所有可以同时运行。

在许多情况下,知道线性致动器的电流消耗或者至少知道此电流消耗是否超过某个限制是有意义的。如图5中所示,通过与致动器1及其驱动器电路16串联地插入具有低且适当限定的电阻的电流测量分流电阻器46,可以获得图2的致动器系统11中的线性致动器1的电流消耗的知识。分流器46两端的电压降与流过它的电流i1成比例,并且由于分流器46的电阻已知,因此分流器46两端的电压直接指示电流i1的值。因此,在分流电阻器46两端连接的电压测量设备47可以将关于线性致动器1的电流消耗的信息提供给控制器15。控制器15可以在致动器1的控制中将测得的电流值用作反馈信号。作为示例,可以为致动器1限定最大电流限制。如果测得的电流值超过这个限制,那么指示致动器的电机过载,并且因此控制器15可以被配置为如果超过限制则切断电机。最大电流限制取决于电机类型,但典型值可以在5安培的范围中。可替代地,控制器15可以根据测得的电流值来调整供应给电机的电压的水平。

使用电流测量分流电阻器以测量线性致动器的电流消耗还可以在图4的致动器系统30中利用,其中多个致动器连接到控制箱。这在图6中示出,其中与致动器31、32和33以及它们的驱动器电路41、42和43串联地插入具有低且适当限定的电阻的电流测量分流电阻器46。在这里,在分流电阻器46两端连接的电压测量设备47将关于电流消耗的信息提供给控制器15。如果由电源19向驱动器电路41、42和43及其对应的线性致动器31、32和33中的每一个递送的电流分别被指定为i1、i2和i3,那么通过电流测量分流电阻器46的电流isum等于电流i1、i2和i3之和。因此,由分流电阻器46和电压测量设备47测得的电流是由三个驱动器电路及其对应的线性致动器消耗的总电流isum。

但是,在一些情况下,关于总电流消耗的知识是不够的。作为示例,假设针对线性致动器31、32和33的最大电流分别为五、四和三安培,那么在所有三个线性致动器处于活动状态的情况下最大电流为12安培,并且控制器15可以被设置为指示(例如,通过给出警告或断开到致动器的电源)何时以及是否测得的电流isum超过12安培。但是,致动器中的一个或多个可以良好地使用小于其所允许的最大电流,并且在这种情况下,在超过12安培的总限制之前,另一个致动器可能大大超过其自身的最大电流。因此,如果致动器31和32各自仅消耗一安培,那么,例如由于低负载,在超过12安培的总限制之前,致动器33可以消耗高达10安培。这将超过其所允许的最大电流的三倍,并且虽然电流测量尚未提供过载指示,但是该电机可能会损坏。

在只有两个致动器(例如,致动器12和13)处于活动状态而致动器14处于非活动状态的情况下,可以将控制器15设置为指示何时以及是否测得的电流isum超过九安培,九安培是针对两个致动器的最大电流。但是,如果其中一个致动器汲取小于其所允许的最大电流,那么在超过九安培的限制之前,另一个致动器实际上会汲取大于其所允许的最大电流。

当然,可以通过为每个致动器布置独立的电流测量分流电阻器和对应的电压测量设备从而可以各个地测量它们的电流消耗来解决这个问题。但是,这意味着需要若干附加部件,并且要求使用到控制器的附加输入,这使得这个解决方案吸引力较低。

下面,描述一种解决方案,该解决方案使得能够在仅使用一个单个的电流测量分流电阻器和对应的电压测量设备的情况下各个地测量致动器的电流消耗。

图7示出了图6的致动器系统30的控制箱37的一部分的更详细的示图。每个驱动器电路41、42和43被实现为包括四个以fet的形式的电子开关的h桥驱动器电路,如关于图3所示的。因此,驱动器电路41包括fet54、55、56和57,驱动器电路42包括fet58、59、60和61,以及驱动器电路43包括fet62、63、64和65。为了简单起见,这里将线性致动器31、32和33的电机51、52和53示为驱动器电路的一部分,但是如上所述,它们可以被布置在外部并经由线缆连接到驱动器电路。类似地,为了清楚起见,未示出从控制器15到fet的连接。

在这个示例中,电机由dc电压电平驱动。在驱动器电路41中,电压经由fet54和57供应给电机51,从而导致电机电流i1在电机中行进。类似地,电压在驱动器电路42中经由fet58和61供应给电机52,从而导致电机电流i2在电机中行进,以及在驱动器电路43中,电压经由fet64和63供应给电机53,从而导致电机电流i3在电机中行进。如果三个电机是相同的,那么因为将相同的电压水平供应给电机,所以这三个电机将以大致相同的速度旋转。但是,因为它们的负载可以彼此不同,所以电流i1、i2和i3也可以不同。这在图8的时间t0处图示,图8示出了根据时间的电流i1、i2和i3和总电流isum。可以看出的是,总电流isum等于i1+i2+i3,并且因此,如上面所提到的,由分流电阻器46和电压测量设备47测得的电流isum是所有三个驱动器电路和线性致动器中的对应电机汲取的总电流。

为了确定由其中一个电机汲取的电流,控制器15可以被配置为控制另外两个驱动器电路和电机不从电源汲取电流,同时由分流电阻器46和电压测量设备47执行电流测量。这可以如图9中所示完成。在驱动器电路42中,fet58被切断,而fet59被接通。因为现在fet58和fet60二者均关断,所以电机52从电源断开,并且这个驱动器电路不从电源汲取电流。由于电机52的电感特性,电流将继续在电机中行进,但是这个电流现在将通过fet59和61循环,从而由驱动器电路42和电机52汲取的电流i2将为零。类似地,在驱动器电路43中,fet64被切断,而fet65被接通,并且电机电流将通过fet63和65循环,从而由驱动器电路43和电机53汲取的电流i3也将为零。

注意,可替代地,可以将fet61和63切断并且将fet60和62接通,从而电机52和53的电机电流将分别通过fet58和60以及fet62和64循环。

在图8中的时间t1处示出了这种情况。在t1之前不久,电机52和53从电源断开,如图9中所示并且如上所述,并且因为电流i2和i3现在为零,所以总电流isum将等于由电机51和驱动器电路41汲取的电流i1。在时间t1处,于是由分流电阻器46和电压测量设备47执行电流测量,并且isum=i1的测得的值被提供给控制器15。当已经执行了测量时,控制器15通过再次接通fet58和62以及切断fet59和65来恢复图7的状态。以这种方式,借助于一个单个的且共同的电流测量分流电阻器46测量了三个线性致动器之一的电流i1。

在t1附近的短时间段内将电机52和53从电源断开当然是对这些电机的干扰,但是因为这个时间段可以短至几微秒(取决于控制器15的实施方式),所以这种干扰是完全可接受的。

在时间t2处,通过在t2附近的短时间段内将电机51和53从电源断开,可以以相同的方式测量由电机52和驱动器电路42汲取的电流i2。这是通过将fet54和64切断而将fet55和65接通来完成的,从而电流i1和i3将为零并且总电流isum将等于由电机52和驱动器电路42汲取的电流i2。类似地,可以通过在t3附近短时间段内将电机51和52从电源断开来测量由电机53和驱动器电路43汲取的电流i3。

电流测量之间的时间(即,t1和t2之间以及t2和t3之间的时间)可以根据具体的致动器系统的需要和控制器15的具体实施方式来选择。对于典型的致动器系统,测量之间的1毫秒的时间会是合适的选择。当然可以重复进行测量,从而对于上述系统,可以在测量i3之后的1毫秒再次测量电流i1,等等。这意味着以每次测量之间3毫秒来测量每个电机的电流。

在控制器15中,可以将在上述测量期间提供给控制器15的i1、i2和i3的测得的值与针对电机51、52和53中的每一个已预先确定的对应的最大电流限制进行比较。如果针对其中一个电机的测得的电流值(即,i1、i2或i3)超过对应的限制,那么指示这个电机过载,并且控制器15因此可以被配置为如果超过限制则切断电机。因此,作为示例,如果i2超过对应的限制,那么可以切断电机52。这可以通过切断fet58并接通fet59来完成。以这种方式,可以避免这个电机的过载。

当线性致动器的电机由ac电压而不是如上所述的dc电压驱动时,也可以使用所描述的方法。但是,在那种情况下,使测量与ac电压的频率同步将是适宜的,从而对于50hz的频率,可以利用测量之间的例如20毫秒执行测量,以确保所有测量均具有可比性。还注意,对于ac电机,驱动器电路将不同于上述的h桥驱动器电路。

图10图示了在用脉宽调制的电压控制电机的情况下如何可以借助于单个且共同的电流测量分流电阻器46来测量图6、7和9中的三个线性致动器之一的电流消耗。类似于图8,图10示出了由电机51、52和53从电源汲取的电流i1、i2和i3以及总电流isum。注意,在电流测量的时间,线性致动器的电机可以以不同的占空比进行控制,并且甚至可以具有不同的调制频率。因此,在图10中,电机51和52的调制频率被选择为16khz,对应于62.5μs的周期,而电机53的调制频率被选择为12khz,对应于83.3μs的周期。三个电机的占空比分别被示为50%、62.5%和25%。在每个脉冲期间,电机从电源汲取增加的电流。在这个上下文中,脉冲期间的电流可以被视为线性增加。在脉冲之间的间歇(pause)期间,由于电机的电感特性,电流继续在电机中行进,并且如图9中所示,对于例如驱动器电路42,这个电流通过fet59和61循环,并且不是从电源汲取的。这个电流可以被视为线性减小,并且在图10中用虚线指示。对于电机51,电机中的平均电流i1,avg在图10中指示。

在这里,控制器15也可以被配置为通过将两个其它驱动器电路和电机控制为不从电源汲取电流同时由分流电阻器46和电压测量设备47执行电流测量来确定由电机之一汲取的电流。可以如关于图9所描述的那样完成。这种情况在图10中的时间t1处示出。如上所述,在t1之前不久,电机52和53被控制为从电源断开。在这种情况下,两个其它电机中的一个或两个可能在t1附近处于脉冲间歇中,并且因此已经从电源断开。因此,控制器15仅确保它们保持断开,直到已经执行电流测量为止。这在图10中针对电机53示出,其中电流i3由于其脉冲间歇而在t1附近已经为零。

由于电流i2和i3现在为零,所以总电流isum将等于由电机51和驱动器电路41汲取的电流i1。在时间t1处,然后由分流电阻器46和电压测量设备47执行电流测量,并且isum=i1的测得的值被提供给控制器15。当已经执行测量时,控制器15通过允许电机52和53根据它们的脉冲调制再次从电源汲取电流来恢复情况。在图10中,被中断的针对电机52的脉冲现在以稍低的电平继续,而针对电机53的脉冲间歇继续,直到下一个脉冲开始为止。以这种方式,借助于一个单个的且共同的电流测量分流电阻器46已测量了三个线性致动器之一的电流i1。注意,执行电流i1的测量的时间t1需要被布置在针对电机51的pwm脉冲期间。如果在脉冲间歇期间执行测量,那么电流将为零。

适宜地,针对电流i1的测量时间t1可以被布置在用于电机51的pwm脉冲的中间,如图10中所示,因为此时i1的测得的值等于其平均值l1,avg,从而测量指示电机中的平均电流。

电机52和53在t1附近的短时间段内从电源断开当然是对这些电机的脉宽调制的干扰,因为它可以被认为是附加的脉冲间歇。但是,由于这个时间段可以短至几微秒(取决于控制器15的实施方式),所以这种干扰是完全可接受的。

在未在图10中示出的时间t2,可以通过在时间t2附近的短时间段内将电机51和53从电源断开从而电流i1和i3将为零,并且总电流isum将等于由电机52和驱动器电路42汲取的电流i2,来以相同的方式来测量由电机52和驱动器电路42汲取的电流i2。类似地,可以通过在时间t3附近的短时间段内将电机51和52从电源断开来测量由电机53和驱动器电路43汲取的电流i3。

而且在脉冲调制的系统中,电流测量之间的时间(即,t1和t2之间以及t2和t3之间的时间)可以根据具体致动器系统的需要和控制器15的具体实施方式来选择。对于典型的致动器系统,测量之间的1毫秒的时间会是合适的选择。当然可以重复进行测量,从而对于上述系统,可以在测量i3之后的1毫秒再次测量电流i1,等等。这意味着以每次测量之间3毫秒来测量每个电机的电流。

在控制器15中,在上述测量期间提供给控制器15的i1、i2和i3的测得的值可以被用作电机51、52和53的控制中的反馈信号。因此,控制每个电机的脉宽调制的电压的占空比可以根据存储在控制器15中的控制程序根据对应测得的电流值来进行调整。i1、i2和i3的测得的值也可以与针对电机51、52和53中的每一个已预先确定的对应的最大电流限制进行比较。如果针对其中一个电机的测得的电流值(即,i1、i2或i3)超过对应的限制,那么指示这个电机过载,并且控制器15因此可以被配置为如果超过限制则减小占空比或切断电机。因此,作为示例,如果i2超过对应的限制,那么可以切断电机52。以这种方式,可以避免这个电机的过载。

在上述示例中,控制箱37的控制器15被配置为经由三个驱动器电路41、42和43控制三个线性致动器31、32和33的电机。但是,这些数字仅仅被用作示例。更一般地,所描述的方法使得有可能在仅使用一个单个的电流测量分流电阻器和对应的电压测量设备的情况下测量从同一电源供应的多个电机中的各个电机的电流消耗。因此,也可以只有两个电机,或者可以有四个或更多个由控制器控制的电机。图11和12示出了其中经由两个驱动器电路控制四个电机的示例。

在图11中,经由驱动器电路68控制两个电机71和72,并且经由驱动器电路69控制两个电机73和74。每个驱动器电路包括布置在三个半桥中的六个fet。因此,在驱动器电路68中,六个fet75、76、77、78、79和80被布置为驱动电机71和72。以这种方式,与图7的驱动器电路相比,可以节省两个fet,在图7中将需要八个fet来驱动两个电机。当然,这意味着对电机的旋转方向存在一些约束。如果例如电机71通过fet75和78被驱动,如图11中所示,那么fet77需要关断以避免短路,并且因此电机72仅可以通过fet79和78被驱动。但是,在许多应用中,这是完全可接受的,诸如具有可调高度的病床或桌子,其中,床或桌子的两端通常将同时或者升高或者降低。图11分别图示了通过电机71和72的电流i1和i2。类似地,在驱动器电路69中,六个fet81、82、83、84、85和86被布置为驱动电机73和74。图11还图示了通过由fet83、82和86驱动的电机73和74的电流i3和i4。

为了确定由其中一个电机汲取的电流,控制器15可以如上面的示例中那样被配置为控制其它电机不从电源汲取电流,同时由分流电阻器和电压测量设备47执行电流测量46。这可以如图12中所示完成。在驱动器电路68中,fet79被切断,而fet80被接通。电机72现在从电源断开,并且这个电机不从电源汲取电流。由于电机72的电感特性,电流将继续在电机中行进,但是这个电流现在将通过fet78和80循环,从而由电机72汲取的电流i2将为零。类似地,在驱动器电路69中,fet83被切断,而fet84被接通,从而电机73中的电机电流将通过fet82和84循环,并且电机74中的电机电流将通过fet86和84循环。因此,分别由电机73和74汲取的电流i3和i4也将为零。

注意,在驱动器电路69中,作为替代方案,可以将fet82和86切断,并将fet81和85接通,从而电机72和73的电机电流将分别通过fet81和83以及fet85和83循环。

除了现在还有第四电流i4之外,这种情况对应于图8和图10中在时间t1处所示的情况。在t1之前不久,电机72、73和74从电源断开,如图12中所示并且如上所述,以及因为电流i2、i3和i4现在为零,所以总电流isum将等于由驱动器电路68中的电机71汲取的电流i1。在时间t1处,然后由分流电阻器46和电压测量设备47执行电流测量,并且将isum=i1的测得的值提供给控制器15。当已经执行了测量时,控制器15通过再次将fet79和83接通并将fet80和84切断来恢复图11的情况。以这种方式,借助于一个单个且共同的电流测量分流电阻器46已测量四个线性致动器之一的电流i1。

而且在这里,在t1附近的短时间段内将电机72、73和74从电源断开当然是对这些电动机的干扰,但是因为这个时间段可以短至几微秒(取决于控制器15的实施方式),所以这种干扰是完全可接受的。

在上述示例中,电动机被用在需要可逆电机的线性致动器系统中。但是,在使用电动机的若干其它系统中,诸如冷却风扇系统,电机可以在一个方向旋转是足够的,这允许使用更简单的驱动电路。在图13和图14中图示了这种系统87的示例。上述测量多个电动机中的所选择的一个电动机中的电流的方法也可以用在这样的系统中。

在图13中,控制器15被布置为经由fet94、95和96控制三个电动机91、92和93。对于所有三个电机在运行的情况,示出了通过电机的电流i1、i2和i3。自由运行的二极管97、98和99确保电机电流可以例如在脉宽调制的系统的脉冲暂停中继续循环。在图13中,通过分流电阻器46的电流isum将等于三个电流i1、i2和i3之和。

为了确定由这个系统中的其中一个电机汲取的电流,控制器15可以如上面的示例中那样被配置为控制其它电机不从电源汲取电流,同时由分流电阻46和电压测量设备47执行电流测量。这可以如图14中所示的那样完成,其中fet95和96被切断,从而电机92和93从电源断开,并且这些电机不从电源汲取电流。由于电机92和93的电感特性,电流将继续在电机中行进,但是这个电流现在将通过自由运行的二极管98和99循环,从而从电源汲取的电流i2和i3将为零。

这种情况与在图8和10中在时间t1处所示的情况对应。在t1之前不久,如图14中所示并且如上所述,电机92和96从电源断开,并且因为电流i2和i3现在为零,所以总电流isum将等于由电机91汲取的电流i1。在时间t1处,然后由分流电阻器46和电压测量设备47执行电流测量,并且将isum=i1的测得的值提供给控制器15。当已经执行了测量时,控制器15通过再次接通fet95和96来恢复图13的情况。以这种方式,借助于一个单个的且共同的电流测量分流电阻器46已测量了例如冷却风扇系统中的三个电机之一的电流i1。

可以以不同的方式实现电压测量设备47,该电压测量设备47连接在分流电阻器46两端,并且向控制器15提供关于流动通过分流电阻器46的电流的信息。传统的实施方式在图15中示出,其中分流电阻器46两端的电压由场效应晶体管101采样,并通过电阻器103提供给电容器102。然后,电容器102上的电压由放大器104放大,并提供给控制器15的微型计算机105的输入端子。在微型计算机105中,接收到的信号然后在模数转换器(未示出)中从模拟信号转换成数字信号,从而可以由微型计算机105处理并用于电机的控制,如上所述。

但是,如果适当地选择了分流电阻器46的电阻,那么如图16中所示,可以将其两端的电压直接提供给微型计算机105的输入端子。这种解决方案的优点在于,从分流电阻器46到微型计算机105的输入端子的信号路径具有更高的带宽,这是有意义的,以便减小例如其它电机从电源断开的t1附近的短时间段,如例如图10中所图示的。如上面所提到的,这个时间段可以短至几微秒。作为示例,分流电阻器46的电阻可以被选择为40mω。

在微型计算机105的输入端子处的模数转换器通常可以具有3.3伏特的总电压测量范围(满刻度),对应于分流电阻器46中3.3v/40mω=82.5a的最大电流,在这种情况下将被视为足够。如果模数转换器具有与1024个水平对应的10位的分辨率,那么电压分辨率将是3.2mv,对应于分流电阻器46中的80ma,并且如果模数转换器具有与4096个水平对应的12位的分辨率,那么电压分辨率将是0.8mv,对应于分流电阻器46中的20ma。对于所描述的应用,这个分辨率也被认为是足够的。

从分流电阻器46到微型计算机105的输入端子的信号路径的带宽可以进一步提高。这是由于事实:总是会存在与分流电阻器46串联的某个小电感,分流电阻器46因此可以被视为由电阻器和电感器组成的rl电路。在rl电路的3db带宽之上,阻抗将增加,因此对于给定的电流值在分流电阻器46上测得的电压也将是这种情况。注意,3db带宽由rl电路的时间常数τ确定(f3db=1/2πτ),τ被定义为τ=l/rshunt,其中l是与分流电阻器46串联的小电感。

这可以通过添加包括电容器106和电阻器107的rc电路来补偿,如图17中所示。rc电路的时间常数τ被定义为τ=rc,其中r是电阻器107的电阻,并且c是电容器106的电容。如果rc电路被设计为具有与分流电阻器46的rl电路相同的时间常数τ,即,rc=l/rshunt,那么与分流电阻器46串联的电感的影响将得到补偿,并且带宽将大大增加。

作为示例,与40mω的分流电阻器串联的小电感可以被估计为大致40nh,从而导致针对rl电路的时间常数τ=1μs。针对rc电路的对应时间常数τ可以用例如r=100ω和c=10nf或r=1kω和c=1nf来实现。

在上述示例中,借助于与电动机串联插入的电流测量分流电阻器46测量电流isum。但是,注意,也可以使用其它测量电流的技术。下面提到一些这样的技术。作为示例,可以使用电流计,只要它具有可以向控制器15提供代表测得的电流的信号的输出即可。在一些情况下,取决于要测量的电流的特性,可以使用电流测量变压器。而且,可以使用霍尔效应电流传感器换能器。这些传感器可以感测dc电流,并且它们通常可以在高达150khz左右的频率工作。另一种非常适合于电流测量的传感器是磁阻场电流传感器。这些传感器类型中的一些可以作为集成电路可在市场上获得。

图18示出了图示确定在连接到共同的电源并从共同的电源供应的多个电动机中的所选择的一个电动机中流动的电流的方法的流程图200。在步骤201中,如关于例如图9、图12和图14所描述的,未选择的电动机被控制为暂时从电源14断开。在步骤202中,电流测量由电流测量设备46执行。因为现在未选择的电动机暂时从电源14断开,所以这个电流测量指示在所选择的电动机中流动的电流,例如如图9和图10中所示。最后,在步骤203中,当已执行电流测量时,未选择的电动机又被控制为重新连接到电源14。

换句话说,公开了一种确定在连接到电源并从电源供应的多个电动机中的所选择的一个电动机中流动的电流的方法,其中电流测量设备被布置在电源和多个电动机之间的连接中。该方法包括以下步骤:控制未选择的电动机暂时从电源断开;当未选择的电动机暂时从电源断开时,由所述电流测量设备执行电流测量,所述电流测量指示在所选择的电动机中流动的电流;以及当已执行电流测量时,控制未选择的电动机重新连接到电源。

在由布置在电源和电动机之间的共同的电流测量设备执行电流测量时通过暂时从电源断开除了一个电动机以外的所有电动机,实现了测得的总电流等于由未断开的电机汲取的电流。以这种方式,可以在仅使用一个电流测量设备的情况下确定由各个电机汲取的电流,从而可以避免控制器中针对若干电流测量设备的附加成本和增加的空间需求。在知道各个电机的电流消耗的情况下,现在有可能的是如果由于过载而超过电机的各个最大电流则切断电机,或者可以根据各个电机的电流消耗来对各个电机进行控制。

测得的电流可以是在多个线性致动器中的所选择的一个线性致动器中流动的电流,其中每个线性致动器包括:可逆dc电动机;由所述可逆dc电动机驱动的主轴;以及被安装在主轴上并被固定以防止旋转的主轴螺母,所述主轴螺母被布置为在两个端部位置之间移动。

在一些实施例中,该方法包括通过接通和切断与所述电动机中的每一个电动机串联布置的至少一个电子开关来驱动该每一个电动机的步骤。

该方法可以包括通过切断与未选择的电动机串联的至少一个电子开关中的至少一个来暂时从电源断开未选择的电动机的步骤。通过使用已被布置用于驱动电动机的电子开关来暂时地从电源断开未选择的电动机,不存在出于此目的而对附加部件的需要。

在一些实施例中,该方法包括以具有可变占空比的脉宽调制的电压来驱动电动机的步骤,这是控制电动机的适宜方式,尤其是在若干电机从同一电源供电的情况下。在这种情况下,该方法可以包括在驱动所选择的电动机的脉宽调制的电压的脉冲的中间执行所述电流测量的步骤。在脉冲的中间,电流等于电机的平均电流。在一些实施例中,该方法包括根据指示在所选择的电动机中流动的电流的测得的电流来调整驱动所选择的电动机的脉宽调制的电压的占空比的步骤。

在一些实施例中,该方法包括如果指示在所选择的电动机中流动的电流的测得的电流超过预定最大值则切断所选择的电动机的步骤。

本发明还涉及一种系统,包括:电源;多个电动机,连接到所述电源并从所述电源供应;控制器;以及至少一个驱动器电路,被配置为在控制器的控制下驱动电动机。该系统还包括被布置在电源和多个电动机之间的连接中的电流测量设备,并且控制器被配置为测量在电动机中的所选择的一个电动机中流动的电流,通过:控制未选择的电动机暂时从电源断开;在未选择的电动机暂时从电源断开时由所述电流测量设备执行电流测量,所述电流测量指示在所选择的电动机中流动的电流;以及当已执行电流测量时控制未选择的电动机重新连接到电源。

当控制器被配置为在由被布置在电源和电动机之间的共同的电流测量设备执行电流测量时暂时从电源断开除了一个电动机以外的所有电动机时,实现的是测得的总电流等于由未断开的电动机汲取的电流。以这种方式,可以在仅使用一个电流测量设备的情况下确定由各个电机汲取的电流,从而可以避免控制器中针对若干电流测量设备的附加成本和增加的空间需求。在知道各个电机的电流消耗的情况下,现在有可能的是如果由于过载而超过电机的各个最大电流则切断电机,或者可以根据各个电机的电流消耗来对各个电机进行控制。

该系统可以是致动器系统,包括多个线性致动器,每个线性致动器包括:可逆dc电动机;由所述可逆dc电动机驱动的主轴;以及被安装在主轴上并被固定以防止旋转的主轴螺母,所述主轴螺母被布置为在两个端部位置之间移动。致动器系统还可以包括:控制箱,该控制箱包括至少电源、控制器和至少一个驱动器电路;以及多根线缆,每根线缆将线性致动器中的一个连接到控制箱中的相应驱动器电路。可替代地,该系统可以包括一个或多个线性致动器,与连接到相同电源并从相同电源供应的一个或多个其它电动机相结合。

在一些实施例中,至少一个驱动器电路包括多个电子开关,其中所述电动机中的每一个电动机与所述多个电子开关中的至少一个串联布置;以及该至少一个驱动器电路被配置为通过在控制器的控制下接通和切断与每一个电动机串联的至少一个电子开关来驱动该每一个电动机。多个电子开关可以是场效应晶体管。

控制器可以被配置为通过切断与未选择的电动机串联的至少一个电子开关中的至少一个来暂时从电源断开未选择的电动机。通过使用已被布置用于驱动电动机的电子开关来暂时地从电源断开未选择的电动机,不存在出于此目的而对附加部件的需要。

在一些实施例中,控制器被配置为以具有可变占空比的脉宽调制的电压来驱动电动机,这是控制电动机的适宜方式,尤其是在若干电机从同一电源供电的情况下。在这种情况下,控制器可以被配置为在驱动所选择的电动机的脉宽调制的电压的脉冲的中间执行所述电流测量。在脉冲的中间,电流等于电机的平均电流。在一些实施例中,控制器被配置为根据指示在所选择的电动机中流动的电流的测得的电流来调整驱动所选择的电动机的脉宽调制的电压的占空比。

在一些实施例中,控制器被配置为如果指示在所选择的电动机中流动的电流的测得的电流超过预定最大值则切断所选择的电动机。

该系统可以包括多个驱动器电路,每个驱动器电路被配置为在控制器的控制下驱动电动机之一,并且每个驱动器电路被实现为包括四个电子开关的h桥驱动器电路。

可替代地,该系统可以包括至少一个驱动器电路,该至少一个驱动器电路包括布置在三个半桥中的六个电子开关,所述驱动器电路被配置为在控制器的控制下驱动两个电动机。

在一些实施例中,所述电流测量设备可以是电流测量分流电阻器,并且控制器可以被配置为通过测量所述电流测量分流电阻器上的电压来执行所述电流测量。这是测量电流的简单且有成本效益的方法。

还公开了一种包括程序代码手段的计算机程序,用于当所述计算机程序在计算机上运行时执行上述方法的步骤,以及一种其上存储有程序代码手段的计算机可读介质,用于当所述程序代码手段在计算机上运行时执行上述方法。

虽然已经描述和示出了本发明的各种实施例,但是本发明不限于此,而是还可以在以下权利要求中限定的主题的范围内以其它方式实施。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1