专利名称：具有变速马达的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装置，包括一个具有一个线圈装置的马达，其转速可受脉冲方式的激励和去激励的影响；一个用于为所述马达供电的电路；两个端子装置，用于在操作中接收直流电源电压；一个与所述马达串联并具有一个控制电极的开关装置，该开关装置使马达中线圈装置以脉冲方式与直流电源电压接通和断开，从而达到影响所述马达的转速的目的；一个控制脉冲发生器，适用于产生和提供一个控制脉冲序列，该脉冲序列可被提供至所述开关装置的控制电极，用作接通和断开所述线圈装置；一个与所述马达串联并具有一个控制电极的开关装置，该开关装置用于使所述线圈装置激励和去激励，并且由此在所述线圈装置的一个线圈端子上产生截断电压瞬变；一个控制脉冲发生器，适用于产生和提供一个控制脉冲序列，该脉冲序列可被提供至所述开关装置的控制电极，用作所述线圈装置的激励和去激励；和一个升压装置，可向它提供所述截断电压瞬变并该装置适用于产生一个根据所述截断电压瞬变的直流控制电压，并从它将所产生的直流电压提供给所述开关装置，该开关装置用作使所述线圈装置接通和断开。
在本文首段所定义的那种类型的装置既经济又实用，这是众所周知的。关于这样的装置，参见专利文献EP 0 222 042 A1，图3。
这种公知的装置包括二个独立的开关装置，其中，第一个开关装置是以脉冲方式接通和断开马达线圈装置，从而达到影响马达速度的目的；第二个开关装置的目的是在线圈装置上产生截断电压瞬变。这个公知装置还包括二个控制脉冲发生器，分别用于该二个开关装置的每一个。这样的两个开关装置和两种控制脉冲发生器的价格是相对较贵的，而且在两个开关装置工作过程中会产生一种我们不希望的干扰，而这种干扰有可能导致工作的失效。
本发明的目的就是改善本文手段首段所定义的那种类型的装置，并提供一种结构简单的改良装置，它排除了现有技术装置中可能出现的由开关装置引起的失效。
按照本发明，为了达到上述目的，本文首段所定义的那种类型的装置的特征在于，仅提供一个具有一个控制电极的单一开关装置作为用于使所述线圈装置接通和断开的开关装置和用于使所述线圈装置激励和去激励的开关装置；并且，来自所述升压装置的所述直流控制电压和来所述控制脉冲发生器的一个控制脉冲序列可提供给所述控制电极，并且所述线圈装置的接通和断开与所述线圈装置的激励和去激励是相同的。按照本发明所提供的显著特点可产生一个相当简化的装置。在这种装置中，开关装置间的干扰被避免了。理所当然地，开关装置工作时不会产生干扰，因此操作不会失效。
单开关装置例如可以由双极晶体管构成，但是在使用这样的双极晶体管时必须小心，有效直流电源电压至少是十(10)的一个因子，最好是偶数因子，大到与所用的双极晶体管的饱和电压一样高，否则的话，直流电压产生的大部分能量被转化成热量。已经证实，凡按照本发明所制成的具有权利要求书2所定义的显著特点的装置都特别不利，因为象场效应晶体管(FET)这样的单开关装置的结构，使得它有可能达到节能和给控制电极提供简单电压。而且，通过一个适当尺寸的升压装置，当马达接通直流电源电压时，FET(场效应晶体管)得到一个低启动电阻，这对为变速马达接通直流电源电压起到很重要的作用。
按照本发明所制成的装置可以在仅比控制单开关装置中控制电极所须的直流电压略高的情况下进行操作。其变形装置的特征在于，所述装置是在直流电源电压下工作的，其值比所述单一开关装置中控制电极所要求的最小直流控制电压小，这样才能使所述单一开关装置进入导通状态，并带有一个启动装置，通过它为激励所述单一开关装置进入导通状态，所述单一开关装置的控制电极所要求的最小直流控制电压可以被首次建立。经证实这种装置特别有利。因为如果在操作过程中有效直流电源电压值小于单开关装置中的控制电极所需的最低控制电压值，那么马达的安全启动就有保证了。
启动装置可采用例如滑动触点或双极晶体管。然而，经证实当所采用的装置的特征在于这样时，即所述启动装置是由位于所述单一开关装置中控制电极前的一个箝位电路组成，是很有益处的。本方法保证马达非常可靠地启动，与采用滑动触点相比，这样的启动受时效的影响很小。
为使按照本发明制成的装置的马达非常可靠地启动，采用这样的装置是非常有益的，其特征在于，所述启动装置连接至一个装置以减少启动装置在一个给定的时间间隔内激活的时间。定时装置和启动装置间的结合构成了一个箝位电路，而这就使得我们能很好地控制并且高效地利用箝位电路。
先前提到的以及本发明的其它的方面，通过下文所描述的实施例将变得显而易见，并且将参照该例子加以阐明。现在就参照附图对本发明加以详细描述，它们展示了两个实施例，但是对此本发明没有限制。
图1主要以图形的形式，还有一小部分用方框图的形式展示了本发明的第一个实施例装置。
图2以同样的方式展示了本发明的第二个实施例装置。
如图1所示，装置1有一个马达2。马达2包括一个线圈装置3(具有二个线圈端子3a和3b)。装置1中的两个端子装置4和5，在运转过程中用来接收直流电源电压，在目前阶段此电压的标称值为1.2V。装置1的第一个端子装置4与线圈装置3中的第一个线圈端子3a间有一个电导连接，因此直流电压可以通过线圈装置3。
装置1还包括一个电路6用来给马达2提供电源。需注明，图1所示装置1中提供直流电源电压V的电源是一外置镍镉电池，它可以通过开关8与装置1中的端子装置4和5接通和断开。需注意，镍镉电池7可以用任意一种直流电源替代以提供直流电源电压V。而且，再有一点要说明的是，装置1中一个直流电源可以有选择地给端子装置4和5提供直流电压V。
装置1中电路6包括一个开关装置9，它是由场效应晶体管构成，而且有第一电极D与线圈装置3中的第二线圈端子3b串联，在它的导通状态下，能在第二端子装置5和第二线圈端子3b之间通过第二电极S建立一个导电连接。开关装置9中有一个控制电极G，它的作用就是控制开关装置9。开关装置9的作用是以脉动方式将直流电压V接通和断开到马达2中的线圈装置3上，以达到影响马达2的转速的目的，并在马达2中的线圈装置3中的第二线圈端子3b上产生瞬时截断电压SP。
装置1包括一个可控脉动发生器10(用略图示出)，这其中只显示了一个在输出端的晶体管11和一个连接到该晶体管中的集电极C的集电器电阻12。当开关8接通时控制脉冲发生器10就会接受到直流电压V。晶体管11的发射极E与装置1中的第二端子装置5连接。控制脉冲发生器10用于产生和向晶体管11中的集电极C供给的控制脉冲序列Ci。这个控制脉冲序列Ci能通过电容器13和电路结点而应用于开关装置9中的控制电极G。需说明的是，如图1所示的控制脉冲发生器10是装置1的一个典型。它以固定频率非稳态多谐振荡器(有负载循环调制的装置)的形式存在。
控制脉冲发生器10中的电压输出晶体管11通过电压供电。然而，这样一个控制脉冲发生器可以另外包括一个变频不稳升压装置14，它位于集电器电阻12之前。装置1中的升压装置由二极管15组成的串联电路以及由电容器16和齐纳二极管17组成的并联电路构成的。升压装置14有一个输入端18连接到二极管的阳极，它的阴极直接连接到升压装置14中的一个输出端19上。升压装置14中的输入端15被连接到开关装置9中的第二线圈端子3b和第一电极D上。
装置1还包括一个由电容器13、串联电阻21、二极管22和电阻23组成的启动装置20。电容器13被连接到二极管22和电阻23之间的结点上，电阻23与装置1中的第二端子装置5连接。
装置1(也就是电路2)，还包括一个为减少启动装置20的反应时间的装置24。装置24由连接到第一端子装置4的电容器25和一个与之串联的电阻26(连接到第二端子装置5)组成。电容器25和电阻26间的结点B与启动装置20中的电阻21相连接，因此也就是与启动装置20连接在一起。
在下文我们将对电路6的操作，当然还有装置1的操作做详细的描述。
接通开关8，由镍镉电池7产生的直流电压就通过端子4和5供给了装置1。电阻26中出现的电压与开关8接通时产生的直流电压完全一致，然后以时间的指数函数递减。这是由电阻26的电阻值以及电容器25的电容值决定的时间常数规定的。装置24的目的是减少启动装置20的反应时间，它是由电阻26和电容25组合而成的，它与启动装置20通过结点B连接，因此在结点B上出现的以时间指数函数递减的电压以直流电压的形式作用在启动装置20上，并以时间函数的形式变化。启动装置20的反应时间必然由这个电压的时间特性控制。
在开关8第一次接通的瞬间由镍镉电池7通过两个端子装置4和5给装置1供给直流电压，控制脉冲发生器中的晶体管11因为控制发生器10的操作而接通，马达2中的线圈装置3也接通了由镍镉电池7供给的直流电压V，它是借助于线圈装置3、升压装置14、电阻12和晶体管11，通过第一端子装置4到第二端子装置5间的电流通路达到的。在此电路状态下电容器13通过电阻21和二极管22充电到一定电压值由电容13和电阻21结合所决定的时间常数比起由装置24中的电容器25和电阻26组合所确定的时间常数要小。而且，需要说明的是启动装置20中的电阻23的值比起启动装置20中的电阻21的值要高。经证实使得电阻21的电阻值这么低。而控制发生器仍能安全启动，这是非常有益的。此外，还指出在晶体管11的初始接通周期比在结点上出现的由电容器13和电阻21限定的时间常数短的情况下，结点上就出现一个比直流电压V减去二极管22上的压降所得值还要低的电压。由于在结点B上的电压的变化使得电容器13两端的电压降低了。
当晶体管11在控制发生器的控制下第一次接通时，马达2中的线圈装置3中的直流电压V被断开了。在升压装置14中的输出端19的电压被增加了，这个值是与直流电压V减去二极管15的正向电压后所得值相对应的。控制脉冲发生器10中的晶体管11中电流的中断导致在晶体管11中的集电极C上的电压波动。这个电压波动与升压装置14中的输出端19的电压相对应。因此，出现在启动装置20中的结点A上的电压因电容器13两端的压降而升高。由于二极管22保障和电阻23的相对电阻21的较高的电阻值，电容器13两端的电荷大体上没有变动。因此，在晶体管11被断开然后第一次接通时，借助于启动装置20，在开关装置9中的控制极G上得到了一个电压，它的值大体上相当于2倍的直流电压减去二极管15和22两端的压降所得的值。
晶体管11周期性的断开和接通在结点A上造成了一个连续的压升，它的大小取决于接通和断开的频率以及先前提到的两个时间常数，它的电压被附加在控制序列Ci上。在几个开关周期之后，或者更精确地说，在晶体管11的每一个接通期间，在结点A上的总电压值比开关装置9(也就是FET9)中的控制电极G所要求的最低直流控制电压值要高，以使开关装置9达到导通状态。在晶体管11的每一个断开期间，FET9中的门电极出现的最低电压由电容器两端的电压所箝制。因此，启动装置20由一个箝位电路构成。而且，需说明的是图1所示的装置1使用FET9，其中的门电极G所要求的使场效应晶体管达到导通状态的最低直流控制电压比能在结点A上产生的最大控制电压小。此外，需说明在如图1所示的装置1中的镍镉电池提供的直流电压非常低的情况下，二极管15和22有可能使用肖基特二极管。
结点A上也就是FET9中的门电极G上的电压一达到使FET9达到导通状态时，马达2中的线圈装置3就第一次通过内部的电阻与直流电源电压V相连，而它此后就存在于FET(场效应晶体管)中的第一电极D和第二电极S之间了。晶体管11上持续的周期性的通、断使马达2中的线圈装置3上直流电压V时有时无，并且使马达2中的线圈装置3中的第二线圈端子3b上发生瞬变截断电压SP。而这个瞬变截断电压SP就通过二极管15和电容器16传到升压装置14中的电容器16上去并给电容器16充电。由升压装置14中的电压齐纳(稳压)二极管17两端的齐纳电压限定的升压装置14中的输出端19的电压能增加到最大。在晶体管11的每一个接通期间，电容器13两端瞬时出现的电压被加到升压装置14中的输出端19两端的电压上去。当升压装置14中的输出端19的电压达到一个标称值时，升压装置14中的输出端19的电压以及通过电容器13的瞬时电压的总和就达到一个最低值，这时电压就通过晶体管11中的集电极加到FET9中的门电极G上了，当FET9中的门电极G的电压增大时FET9中的内部电阻减小。此时因为结点B的电压明显减少，所以启动装置20已经失去了它的大部分功效。这就保证了在晶体管11的截断期间，出现在FET9中的门电极G上的控制脉冲序列Ci的最小电压比FET9中的门电极G要求的最小直流控制电压小，从而使FET9进入导通状态，因此FET9的安全截断也得到了保证。
在装置1随后的运转中马达2的速度受到了影响，也就是说因为马达2中的线圈装置3借助开关装置9(也即FET9)以脉冲方式接通和断开，所以马达2的速度借助于单控制脉冲序列Ci在可能的最高转速的约1％-99％的范围内变动，它可通过单控制脉冲发生器10供给单开关元件9中的控制电极G。如图1所示装置1中单控制脉冲发生器10用于影响脉冲宽度调制，也就是影响固定频率控制脉冲序列Ci.的工作周期。在装置1中工作周期是通过控制脉冲发生器10的电位计(图1中没表示出)的电阻值影响的，而这是借助于手控的。
由于控制脉冲发生器10是以脉冲方式向线圈装置3的接通和断开提供控制脉冲序列Ci，以影响马达2的转速。为达到产生给升压装置供电的截断瞬变SP的目的，马达2中线圈装置3的激励和去激励必然与线圈装置3的接通和断开是完全一致的，需注明的是在这方面，马达2可获得的的转速变化是由升压装置14中的输出端19的输出保持电压的需求决定的。
在装置1中按照本发明的方法已经使得结构高度简化。因为只有单开关装置9，也就是FET9，用来给马达2中线圈装置3接通和断开的直流电源电压V，并给马达2中线圈装置3激励和去激励，所以开关装置之间的干扰就被避免了，从而开关装置的各操作之间也不会互相影响了。而且，按照本发明的方法，特别是升压装置14的保障使得我们能使用相对合适的新型FET9，这种新型FET9如果没有升压装置14配合使用，则只能当做开关装置9那样在至少2.5V的直流电压下才能影响马达2的转速，而现在在装置1中尽管只有1.2V的直流电压，仍能正确无误地使用。升压装置14中输出端19能得到的最大电压是由齐纳二极管17的标称电压供给的，如图1所示这个电压为6.8V。此外，装置1中启动装置20的反应时间由装置24决定，并且以箝制电路的形式存在，这就使在先前提到的电压值的情况下，马达2的安全可靠的启动成为了可能。
图2展示了按照本发明的装置1的第二个实施例。这个装置1也包括了变速马达2，而马达又包括有两个线圈端子3a和3b的线圈装置3、一个单控制脉冲发生器10、一个升压装置14和一个启动装置20。然而在目前情况，启动装置20是由开关27完成的，开关27包括一个常关触点Ta，一个滑动触点Tb，一个常开触点Tc和一个固定触点Td。，如图2中的点划线28所示，启动装置20中的开关27在功能上是与开关8配合的。
如图2所示在装置1中马达2是随开关8的动作而启动的。通过机械装置28，开关27的滑动触点Tb与固定触点Td暂时连接，这之后常开触点Tc与固定触点Td接通。由于滑动触点Tb与固定触点Td的暂时性接触，马达2中的线圈装置3暂时接通直流电源电压V，因此在线圈装置3中有电流通过，此后线圈装置2中的电流被中断，这就必然在线圈端子3b上产生一个截断电压瞬变SP，这个瞬变被供给升压装置14，在它的输出端19上就第一次产生了一个比单开关装置9中控制电极G为使开关装置9进入导通状态所需的最小直流控制电压还小的电压，如图2所示装置中的开关装置也是以场效应晶体管的形式存在的。启动装置14中输出端19的电压通过电阻12出现在控制脉冲发生器10中的集电极C上并以控制脉冲序列Ci的形式被加到单开关装置9中的控制电极G两端。正如已在图1中所说，紧接着，晶体管11连续的循环的通、断使得马达2中的线圈装置3周期性的接通和断开直流电源电压，因此线圈装置3借助于单开关装置9也周期性的激励和去激励。去激励产生的截断电压瞬变SP紧接着用来增加升压装置14中输出端19的标称输出电压。因此，正如图1中装置1中所解释的那样，在单开关装置9中的两个端子D和S之间达到了一个最佳传导性。
借助于开关27完成的启动装置20形成了一个非常牢固而低价的结构。考虑到开关27的成本以及马达2的良好的启动性能，作为一个印刷电路，开关27的结构是非常有优势的。在这个变型中开关27的接触面是建在印刷电路板上的，极上还有电路6。开关27的一个开关触点与印刷电路板摩擦闭合。当滑动触点Tb以一系列分散的触点存在时，这个变型的优势是很明显的。因此，同时操作开关8和开关27以操作装置1时，连串的截断电压瞬变SP可以加到升压装置14上。因而马达2的安全启动通过开关27和启动装置的简单、坚固、紧凑和廉价结构而达到了。
仅有一个开关装置9和一个控制脉冲发生器，这也是如图2所示装置1的优点。既然是这样，就保障了图1所示的装置的优点也是存在的。
权利要求
1．一种装置(1)，包括一个具有一个线圈装置(3)的马达(2)，其转速可受脉冲方式的激励和去激励的影响；一个用于为所述马达(2)供电的电路(6)；两个端子装置(4，5)，用于在操作中接收直流电源电压(V)；一个与所述马达(2)串联并具有一个控制电极(G)的开关装置(9)，该开关装置使马达(2)中线圈装置(3)以脉冲方式与直流电源电压(V)接通和断开，从而达到影响所述马达(2)的转速的目的；一个控制脉冲发生器(10)，适用于产生和提供一个控制脉冲序列(Ci)，该脉冲序列可被提供至所述开关装置(9)的控制电极(G)，用作接通和断开所述线圈装置(3)；一个与所述马达(2)串联并具有一个控制电极(G)的开关装置(9)，该开关装置用于使所述线圈装置(3)激励和去激励，并且由此在所述线圈装置(3)的一个线圈端子(3b)上产生截断电压瞬变(SP)；一个控制脉冲发生器(10)，适用于产生和提供一个控制脉冲序列(Ci)，该脉冲序列可被提供至所述开关装置(9)的控制电极(G)，用作所述线圈装置(3)的激励和去激励；和一个升压装置(14)，可向它提供所述截断电压瞬变(SP)并该装置适用于产生一个根据所述截断电压瞬变(SP)的直流控制电压，并从它将所产生的直流电压提供给所述开关装置(9)，该开关装置用作使所述线圈装置(3)接通和断开，其特征在于，仅提供一个具有一个控制电极(G)的单一开关装置(9)作为用于使所述线圈装置(3)接通和断开的开关装置(9)和用于使所述线圈装置(3)激励和去激励的开关装置(9)；并且来自所述升压装置(14)的所述直流控制电压和来所述控制脉冲发生器(10)的一个控制脉冲序列(Ci)可提供给所述控制电极(G)，并且所述线圈装置(3)的接通和断开与所述线圈装置(3)的激励和去激励是相同的。
2．按照权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述单一开关装置(9)由一个场效应晶体管(9)构成。
3．按照权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)是在直流电源电压下工作的，其值比所述单一开关装置(9)中控制电极(G)所要求的最小直流控制电压小，这样才能使所述单一开关装置(9)进入导通状态，并带有一个启动装置(20)，通过它为激励所述单一开关装置(9)进入导通状态，所述单一开关装置(9)的控制电极(G)所要求的最小直流控制电压可以被首次建立。
4．按照权利要求书3所述的装置(1)，其特征在于，所述启动装置(20)是由位于所述单一开关装置(9)中控制电极(G)前的一个箝位电路组成。
5．按照权利要求书4所述的装置(1)，其特征在于，所述启动装置(20)连接至一个装置(24)以减少启动装置(20)在一个给定的时间间隔内激活的时间。
全文摘要
在一种具有变速马达(2)的装置中,提供了一个单一开关装置(9),其目的是影响马达(2)的速度,并在该马达(2)的线圈端子(3b)上产生关断电压瞬变(SP);而且该关断电压瞬变(SP)可加到升压装置(14),以产生驱动单一开关装置(9)的控制电极(G)所需的直流控制电压,该直流控制电压借助于控制脉冲发生器(10)可以控制开关装置(9)的控制电极(G),并且在工作中,该直流控制电压比加到装置(1)上的直流电流电压(V)高。最好是,该装置(1)包括一个启动装置(20),通过它为激励单开关装置(9)进入导通状态,单一开关装置(9)的控制电极(G)所要求的最小直流控制电压可以被首次建立。
文档编号H03K17/687GK1297612SQ00800206
公开日2001年5月30日 申请日期2000年1月31日 优先权日1999年3月1日
发明者R·多尔弗 申请人:皇家菲利浦电子有限公司