专利名称：多绕组电机的换向方法和电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到用一个控制器为多绕组电机换向的方法和电路装置。
例如在EP0574435B1中已经公开了一种此类的电路装置。在这种情况下是用一个脉冲发生器通过一个输出放大器来驱动一个具有三个绕组部分的电动机。调节是通过一个用来检测电动机转数的传感器来完成的。用这种装置中的脉冲发生器产生按照+1,0,-1,0,+1等状态周期性变化的方波信号。由于在这些状态之间的过渡过程中有可能出现干扰脉冲，必须采用适当的手段来抑制干扰。
在EP0259764B1中公开了另一种用于电机换向的电路装置，它是一种数字式电路。在这种情况下，来自装在电机上的一个传感器的换向脉冲被提供给一个计数器和一个相关的逻辑电路，用来产生驱动三相绕组部分的三个脉冲位移信号电压。在下游的译码器中使用这些电压产生六个脉冲位移信号电压，再通过逆变器或者“或”电路以及六个开关来产生具有方波幅值的电流，用这种电流驱动电机。这种电路是比较复杂的，特别是因为六个开关需要切换大电流。
本发明的目的是为多绕组电机提供一种用于换向的电路装置以及有关的方法，这种电路比较简单，并且可以有效地抑制干扰脉冲。
本发明的目的是通过权利要求1的方法和权利要求5的电路装置来实现的。在从属权利要求中提出了本发明的优化方案。
本发明的换向电路装置中包含开关装置，在一个控制器的控制下，可以用它们由一个供电电压或者等效的DC电压，一个参考电位，以及一个三角波斜坡电压形成一个周期性的梯形波控制信号，用来驱动各个绕驵部分。这种控制信号中不包含具有陡峭边沿的开关脉冲，因此，电机中的电感不会产生任何超常的干扰电压。由于控制信号是在各个绕组部分的输出放大器上游形成的，开关装置不需要切换大电流。另外，每个绕组部分都是由一直保持低阻抗的输出放大器来操作的，可以额外地形成有效的衰减。也可以用由供电电压获取或者由某种其他途径产生的信号来代替供电电压。
周期性的梯形波控制信号是通过两个电压和参考电位的循环切换来产生的，切换时间可以由控制器来确定，或者由来自安装在电机上的一个传感器S的信号脉冲导出。例如，按照电机每一转中的相等的时间间隔，以具有三个绕组部分的电机为例，为了产生斜坡电压，就需要24次。由这些时间来决定用来驱动这些绕组部分的三个梯形波控制信号的形成时间，一个斜坡电压足以用于所有三个绕组部分。
可以利用两个极性相反的电流或者电压源来产生三角波斜坡电压，在两个源之间进行周期性的切换，用各自的输出电压或者电流对一个电容器周期性地充电和放电。另一方面，可以使用其他三角波发生器，因此，例如通过产生阶梯波形的电压可用控制器来产生数字化的斜坡电压。由于电机最好是由一个规定的控制信号幅值来控制的，而不是通过改变脉冲宽度(PWM)来控制的，同时还需要保证斜坡电压的最大电压符合供电电压的值。
供电电压和斜坡电压的产生以及切换装置可以和用来驱动和调节的控制器一起组合在一个集成电路中，这样就仅仅需要少数的外部元件。本发明的用途特别适用于消费性电子设备的同步电机，例如可以用于录像机或者计算机设备。
以下要参照附图用举例的方式来详细地解释本发明，在附图中
图1a表示一个具有三个绕组部分的电机和一个用于换向的电路装置；图1b表示图1a的电机和电路装置以及一个用于调节的传感器；以及图2表示来自装在电机上的一个传感器的传感器信号，以及由传感器信号获得的信号。
图1a中的电机10包含三个绕组部分1,2,3，它们是由输出放大器11,12,13来驱动的。按照图2中所示，这些绕组部分1,2,3是由周期性的梯形波控制信号c,d,e来驱动的。这些控制信号c,d,e是由一个供电电压U0(图1a)，一个参考电位(在本实施例中就是地)，以及一个三角波斜坡电压Ur形成。或者是可以采用任何非零的指定电压例如-Ur作为参考电位。用一个控制器P通过开关4,5,6来控制这些控制信号c,d,e的产生，在开关上分别形成所述电压Uo,Ur和地，周期性地对它们逐步进行切换。在这种情况下，梯形波控制信号是按顺序由一个正的斜坡、一个正工作电压Ur、一个负的斜坡，以及地形成的。在这种情况下，三角波斜坡电压Ur在切换时间相对于工作电压Uo和地同样具有相同的电压电平，因而不会出现断续。
用控制器P通过开关4,5,6预先确定低旋转频率来起动电机10，并且逐步增加这一频率，直至在一个规定的额定值上开始正常工作。在这种情况下，斜坡电压的频率可以在加速期间与这种低起动频率相符，以免在切换过程中出现突然的电压变化。图1a的换向电路装置也可配备一个装在电机上的传感器，并预先确定在正常工作和电机起动期间都可以采用预定的换向时间。
三角波斜坡电压Ur在本实例中是用两个不同极性的电流源8,9和一个开关7产生的。借助控制器P在电流源8,9的输出之间周期性地切换开关7，从而利用一个适时地充电和放电的电容器C1来产生三角波斜坡电压Ur。也可以用具有一个串联电阻的两个电压源来代替电流源8,9对电容器C1充电，或者可以采用其他的三角波发生器来产生斜坡电压Ur。特别是也可以利用数字式的控制器P，例如用一个数/模转换器(DAC)来产生阶梯波形的电压而产生斜坡电压Ur。
工作电压U0是一个恒定电压，在本实施例中有一个起到平滑作用的电容器C2。由于开关4,5,6被布置在输出放大器11,12,13上游，它们所切换的是低功率电平，因此，这些开关元件可以采用低功率的晶体管。接下来也可以将三个开关4,5,6和斜坡发生器7,8,9以及控制器P一起有益地集成在一个IC中。输出放大器11,12,13可以使用单独的功率晶体管。由于绕组部分1,2,3是由具有低阻抗的输出放大器11,12,13直接驱动的，可以在电机10内部有效地抑制干扰电压的产生。
图1b表示通过一个传感器S来调节电机10的速度的一个换向电路。这种换向电路的结构与图1a相似，并且用相同的符号来表示相同的部件。同样，用来驱动各个绕组部分1,2,3的周期性梯形波控制信号c,d,e也是由一个供电电压U0，一个三角波斜坡电压Ur，以及一个参考电位(在本实施例中就是地)形成的。在这种结构实例中，按照图2所示，传感器S在电机的每一转中提供规定数量的脉冲，这些脉冲的时间间隔是相等的。这些脉冲是电机转动位置和速度的量度，控制器P利用这些脉冲来稳定电机的速度，或者用于加速和制动。在本实施例中是通过控制幅值来有效控制电机的，也就是通过改变供电电压U0。控制器P通过一个接口I控制供电电压，接口I例如包含一个数/模转换器(DAC)。斜坡电压Ur也是用数字方式产生的，控制器P通过接口I使其频率和幅值符合供电电压U0，以便通过开关4,5,6各自形成尽可能理想的梯形波控制信号c,d,e。
以下要参照图2更详细地说明在图1b的装置中产生的周期性梯形波控制信号c,d,e。在本实施例中，传感器S在电机的每一转、相当于360°提供24个脉冲传感器信号。如上所述，这些脉冲被用来产生三角波斜坡电压Ur，该电压的周期是两个传感器脉冲。图1b中的开关4,5,6被用来根据工作电压U0，地参考电位，以及斜坡电压Ur产生梯形波的控制信号c,d,e，这些控制信号c,d,e的周期例如是6个传感器脉冲，并且彼此之间有两个传感器脉冲的相移。在图2的底部表示了对应着传感器信号1,2,3,4,5,…的切换时间t1,t2,t3,t4,t5,……。从这一供电电压获得的信号或者由其他方式产生的信号也可以用来代替供电电压U0产生梯形波控制信号c,d,e。
在本实施例中，每个梯形波控制信号c,d,e最大和最小幅值的间隔分别对应着两个指定脉冲之间的时间间隔(例如电压c的t2到t4或者t5到t7)。如参照图1b所说明的，可以通过改变幅值来控制电机。也可通过改变其最大宽度来产生脉宽调制控制信号。在这种情况下，工作电压U0和斜坡电压Ur的最大幅值可以保持恒定，从而仅仅用脉宽调制(PWM)方式来控制电机10。由于上升沿的时间是不变的，这样做不会改变频率，而是仅仅改变脉冲宽度。
如果在电机的每一转中有24个传感器脉冲，梯形波控制信号c,d,e的周期就分别是6个脉冲，并且各自的相移是两个脉冲。开关4,5,6是按照一或两个传感器脉冲的周期交替向前切换的，而开关7是按照一个传感器脉冲的周期向前切换的。还可以在电机的每一转中采用12个传感器脉冲，例如可以在控制器P中为开关7产生用于换向的切换信号。
图1a和1b的电路装置各自表示了一种体现了本发明最佳实施例的用于具有三个绕组部分的电机的电路装置。本发明的其他改进方案同样也可以用于双绕组电机或者具有三个以上绕组部分的电机。在图1a和1b中用框图表示的电路仅仅是用来解释本发明的。也可以用其他方式构成这些电路，也可采用不同的集成方案。框图中包含的元件也可以是分立元件。
权利要求
1．多绕组电机的一种换向方法，其特征是将一个供电电压或者适当的DC电压(U0)，一个参考电位，以及一个三角波斜坡电压(Ur)提供给开关装置(4,5,6)，以及利用一个控制器(P)在所述电压(U0,Ur)和所述参考电位之间进行周期性的切换，用上述开关装置(4,5,6)形成一种周期性的梯形波控制信号(c,d,e)，用来驱动电机的各个绕组部分(1,2,3)。
2．按照权利要求1的方法，其特征是开关装置(4,5,6)被布置在各个绕组部分(1,2,3)的输出放大器(11,12,13)的上游。
3．按照权利要求2的方法，其特征是三角波斜坡电压(Ur)是由不同极性的两个电流或者电压源(8,9)分别输出的电流或者电压产生的，斜坡电压(Ur)的幅值对应着供电电压或者适当的信号(U0)的幅值。
4．按照权利要求2的方法，其特征是三角波斜坡电压(Ur)是由控制器(P)产生的数字化的阶梯波形电压产生的。
5．用于多绕组电机(10)的一种具有控制器(P)的换向电路装置，其特征是该电路装置中包含开关装置(4,5,6)，利用这些开关装置根据一个供电电压或者适当的信号(U0)，一个参考电位，以及一个三角波斜坡电压(Ur)来产生一种周期性的梯形波控制信号(c,d,e)，用来驱动各个绕组部分(1,2,3)。
6．按照权利要求5的电路装置，其特征是开关装置(4,5,6)被布置在各个绕组部分(1,2,3)的输出放大器(11,12,13)的上游。
7．按照权利要求6的电路装置，其特征是电路装置中包含两个不同极性的电流或者电压源(8,9)，通过周期性地切换一个开关(7)用电流或者电压源的输出电流或者电压产生三角波的斜坡电压(Ur)。
8．按照权利要求6的电路装置，其特征是用于各个绕组部分(1,2,3)的梯形波控制信号(c,d,e)是通过供电电压或者适当的信号(U0)，参考电位，以及斜坡电压(Ur)的循环切换来产生的。
9．按照权利要求5的电路装置，其特征是所述电路装置包含一个装在电机(10)上的传感器(S)，以便调节电机的速度和/或用于换向。
10．按照权利要求9的电路装置，其特征是电机(10)具有三个绕组部分(1,2,3)，传感器(S)在电机的每一转中产生可以被6整除的m个脉冲信号，在其中用来驱动绕组部分(1,2,3)的控制信号(c,d,e)的周期是m/4，三角波斜坡信号(Ur)的周期是m/12，而开关(4,5,6)是按照m/12和m/24的周期交替地进行切换的。
全文摘要
多绕组电机的换向方法和电路装置。在采用方波信号操作的多绕组电机(10)中在许多应用场合需要有效地抑制干扰电压。本发明的方法和电路装置是在各个输出放大器(11,12,13)上游产生梯形波控制信号,以便用低阻抗来驱动电机(10),因而不需要额外的干扰抑制装置。梯形波控制信号是利用开关装置(4,5,6)由一个工作电压或者对应的信号(U0),一个参考电位以及一个三角波斜坡电压(Ur)构成的。本发明的用途包括消费性电子设备的同步电机,例如用在录像机或者计算机技术中的那些设备。
文档编号H02P23/00GK1222005SQ9812406
公开日1999年7月7日 申请日期1998年12月19日 优先权日1997年12月19日
发明者冈特·格莱姆 申请人:德国汤姆逊-布朗特公司