專利名稱：用于驅(qū)動無刷直流電機(jī)的方法和裝置的制作方法
本申請要求2001年5月10日提交的第60/290,397號美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，在此全文引入作為參考。
背景技術(shù)：
無刷直流(DC)電機(jī)通常包括使電機(jī)中的電動線圈(繞組)通電和斷電以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電子電路。無刷直流電機(jī)一般用于驅(qū)動諸如個人電腦(PC)的電子設(shè)備中的冷卻風(fēng)扇。在PC中使用的典型的無刷直流電機(jī)封裝后僅有兩個可及端子正極電源端子VS和接地端子GND(也可以分別稱作正極和負(fù)極接頭)。有時候也有第三端子，提供指示電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號。
過去，由無刷直流電機(jī)驅(qū)動的冷卻風(fēng)扇總是在所有時間都全速地運轉(zhuǎn)，因為這是最簡單的實施方式。在典型的PC中，通過將GND端子與電源地相連，將VS端子與計算機(jī)的+12V或+5V電源相連，這就可以實現(xiàn)。然而，這是一種低效的方案，因為大多數(shù)電子設(shè)備只是間歇地在很短的時間內(nèi)需要最大的冷卻功率。而恒定地全速運轉(zhuǎn)風(fēng)扇只會浪費能源和產(chǎn)生不必要的噪聲。
近來，根據(jù)冷卻的要求以不同速度運轉(zhuǎn)風(fēng)扇電機(jī)成為一種趨勢。實現(xiàn)該目標(biāo)的一種方法是用可變電壓電源來驅(qū)動電機(jī)。這有時候被稱作線性風(fēng)扇速度控制。不過，由于需要可變電壓電源，所以線性風(fēng)扇速度控制實現(xiàn)起來困難且費用昂貴。此外還有諸多問題，比如多數(shù)12V風(fēng)扇在起動時至少需要6至8V電壓來克服開始的旋轉(zhuǎn)阻力。
另一種解決方法涉及脈寬調(diào)制(PWM)的使用。在PWM方案中，電機(jī)的電源以固定頻率、可變占空度反復(fù)開和關(guān)。當(dāng)電源信號具有較低的占空度時，例如25％(即，電源在25％的時間開，在75％的時間關(guān))，電機(jī)以相對較低速度轉(zhuǎn)動。提高占空度能使電機(jī)旋轉(zhuǎn)加快。使電源信號總處于開狀態(tài)，也就是100％的占空度，就可以實現(xiàn)全功率。


圖1是現(xiàn)有無刷直流電機(jī)的示意圖；圖2是時序圖，示出了用于全速驅(qū)動無刷直流電機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)。
圖3是時序圖，示出了用于以更低的電壓和速度驅(qū)動無刷直流電機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)。
圖4是時序圖，示出了用于以降低的速度驅(qū)動無刷直流電機(jī)的現(xiàn)有PWM技術(shù)。
圖5和圖6是時序圖，示出了根據(jù)本發(fā)明用于驅(qū)動無刷直流電機(jī)的方法的實施例。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的無刷直流電機(jī)驅(qū)動電路的實施例的方框圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的無刷直流電機(jī)驅(qū)動電路的另一實施例的方框圖。
圖9是流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明用于起動無刷直流電機(jī)的方法的圖10是時序圖，示出了根據(jù)本發(fā)明用于驅(qū)動無刷直流電機(jī)的方法的另一實施例。
圖11是時序圖，示出了根據(jù)本發(fā)明用于驅(qū)動無刷直流電機(jī)的方法的又一實施例。
圖12是時序圖，示出了根據(jù)本發(fā)明用于驅(qū)動無刷直流電機(jī)的方法的再一實施例。
圖13和14分別示出了用于三相無刷直流電機(jī)和兩相無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速計脈沖間的時間。
圖15是流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明用于驅(qū)動無刷直流電機(jī)的方法的圖16-19分別示出了來自無刷直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)速計的每個脈沖、每隔一個脈沖、每隔兩個脈沖和每隔三個脈沖的時間。
具體實施例方式
盡管現(xiàn)有技術(shù)的PWM方案實現(xiàn)起來相對容易且成本低廉，但其產(chǎn)生的振動卻會損壞系統(tǒng)中的電機(jī)和其它部件。此外這些方案還會產(chǎn)生諸如嘀噠聲的可聽到的噪聲。這些問題相信是由脈寬調(diào)制電源信號在不合適的時間切換時出現(xiàn)的應(yīng)力引起的。
首先通過對典型的無刷直流電機(jī)(例如圖1所示的兩相電機(jī))進(jìn)行考察，可以理解這些應(yīng)力。將定子50中的一組繞組標(biāo)為a-a’(也可稱作a相)，將另一組標(biāo)為b-b’(也稱作b相)。假定電機(jī)中的內(nèi)部電路在電源信號是恒定DC電壓下運行。該電路根據(jù)位于軸承54上的轉(zhuǎn)子52的位置來交替給a相和b相通電。當(dāng)一相通電時，該相就產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子的一極，從而產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的扭矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到某一位置時，內(nèi)部電路切斷第一相而給另一相通電，從而產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子的另一極。為了使電機(jī)中的應(yīng)力最小化，當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)最小扭矩位置時才進(jìn)行相切換。內(nèi)部電路通常利用位置傳感裝置來檢測轉(zhuǎn)子的位置，如霍爾效應(yīng)傳感器，其能生成如圖2中所示的位置信號TACH。
當(dāng)通過降低電源電壓來降低無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速時，由每相產(chǎn)生的磁場也減弱了，從而轉(zhuǎn)子也以更低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。由于內(nèi)部電路總能夠利用如圖3所示的TACH信號來檢測轉(zhuǎn)子的位置，所以在適當(dāng)?shù)臅r間進(jìn)行相切換便不成問題。然而，如上所述，在許多電子系統(tǒng)中，提供可變電壓電源成本既高，又很困難。
在現(xiàn)有技術(shù)的PWM方案中，對于PWM信號選擇了固定的頻率(比如30Hz)。圖4示出了具有25％的占空度的PWM電源信號，該信號通常使電機(jī)半速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)將圖4的PWM信號施加給無刷直流電機(jī)時，內(nèi)部電路根據(jù)TACH所示的跡線給各相通電。當(dāng)圖4中所示的TACH跡線處于“aON”或“bON”時，分別使a相或b相通電。當(dāng)TACH跡線位于中點“OFF”時，兩相都不通電，因為PWM電源信號在該時刻處于關(guān)狀態(tài)。圖4底部的刻度線標(biāo)記表示應(yīng)該進(jìn)行相切換的最小扭矩點。
由于PWM電源信號是自由的，也即無需與其它任何信號同步，所以會在轉(zhuǎn)子與定子之間的任意扭矩(有時候是最大扭矩)的位置使各相通電。這可能導(dǎo)致幾個問題。首先，電機(jī)中的軸承依賴于座圈和滾珠之間的額定點接觸。在滾珠和座圈間引起沖擊負(fù)載的瞬間大扭矩很容易損壞軸承。這會在座圈上產(chǎn)生稱為布氏印記(Brinell mark)的印痕。布氏印記很快會變成潛在的結(jié)構(gòu)損壞位置，從而降低了電機(jī)的整體可靠性。
其次，在高扭矩位置使各相通電將產(chǎn)生扭矩脈沖，這會引起整個電機(jī)結(jié)構(gòu)的微小的變形，從而產(chǎn)生可聽到的嘀嗒噪聲。噪聲的音量取決于電機(jī)轉(zhuǎn)速、PWM電源信號的頻率、和占空度，所有這些都會依具體結(jié)構(gòu)而改變。
第三，如果PWM電源信號的固定頻率恰好與電機(jī)轉(zhuǎn)速一致，則在每一轉(zhuǎn)都在同一位置使繞組通電。這會使電機(jī)振動，從而造成對電機(jī)和其它與電機(jī)相連的裝置的進(jìn)一步破壞。
本發(fā)明一方面涉及將電源信號中的脈沖與無刷直流電機(jī)中的轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行同步。圖5和圖6示出了根據(jù)本發(fā)明用于將脈沖與轉(zhuǎn)子位置同步的方法的實施例的操作。參照圖5，電源信號VS是具有占空度為25％的脈沖鏈的脈寬調(diào)制信號。不過，不是自由地產(chǎn)生脈沖，這些信號要與轉(zhuǎn)子的位置同步。如圖5中所示，每個脈沖都始于最小扭矩位置。這使無刷直流電機(jī)中的內(nèi)部電路在電機(jī)中的應(yīng)力最小時給各繞組通電。
當(dāng)電機(jī)通電時，瞬時扭矩描述如下T=-P2Lsrisirsin(P2θm)]]>其中T＝扭矩，單位為牛頓米(負(fù)號表示電磁扭矩在使定子和轉(zhuǎn)子的磁場對準(zhǔn)的方向上作用)P＝極數(shù)Lsr＝定子和轉(zhuǎn)子的磁軸對準(zhǔn)時的互感is＝定子中的電流ir＝轉(zhuǎn)子中的電流θm＝轉(zhuǎn)子與定子間的實際機(jī)械角。
對于給定的永磁AC電機(jī)，P、Lsr、is和ir是常量。這將上述等式簡化為T＝K*sin(θm)。如果在扭矩為0時換相，則不會在系統(tǒng)中引起任何的抵消扭矩。因為K為常量，唯一能控制的是θm。當(dāng)給電機(jī)通電時可以控制角度θm。為了使該方程式最小，θm必須為0。由于轉(zhuǎn)速計信號也是相對位置信號，所以可用與轉(zhuǎn)速計同步的脈沖流來給風(fēng)扇通電。
隨著電源信號的占空度的增加，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會提高。因此，也要隨之提高電源信號的脈沖頻率，以便使脈沖與電機(jī)位置保持同步，如圖6所示。圖6中VS信號的占空度約為55％(對應(yīng)于大約75％的速度)。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的用于無刷直流電機(jī)的驅(qū)動電路的實施例的方框圖。驅(qū)動電路10從任一個合適的電源(通常是固定電壓電源)接收輸入電源12。驅(qū)動電路生成電源信號14，該信號14具有一系列用于驅(qū)動無刷直流電機(jī)16的脈沖。驅(qū)動電路從電機(jī)接收轉(zhuǎn)子位置信息18，以使驅(qū)動電路能夠?qū)⒚}沖與轉(zhuǎn)子位置同步。
可以采用不同技術(shù)來確定轉(zhuǎn)子位置。如果電機(jī)具有可用的位置信號(例如從數(shù)字轉(zhuǎn)速計獲取)，驅(qū)動電路就可以通過直接監(jiān)測該位置信號來讀取轉(zhuǎn)子位置。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的用于確定轉(zhuǎn)子位置的技術(shù)。圖8中所示的驅(qū)動電路16包括開關(guān)20(這里顯示為場效應(yīng)晶體管)，開關(guān)20響應(yīng)于來自控制電路24的PWM控制信號PWMCTRL來開、關(guān)電機(jī)的電源。電流檢測裝置22(這里顯示為電流檢測電阻器)與所述開關(guān)串聯(lián)，向控制電路提供電流反饋信號IFB。另選地，可以使用開關(guān)的寄生電阻來檢測電流。通過監(jiān)測流過電機(jī)的電流，可以確定轉(zhuǎn)子的位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子間的機(jī)械夾角(θm)為0時，得到最小扭矩位置。在這一時刻，檢測到了換向電流脈沖。這一技術(shù)消除了從電機(jī)中獲得獨立的位置信號的需要。起動順序在用于無刷直流電機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)PWM控制方案中，通常在一固定的起動時間內(nèi)，以最大功率(即，不脈動)來驅(qū)動電源信號，使電機(jī)達(dá)到全速，這段固定的起動時間通常在幾毫秒至幾秒范圍內(nèi)。然后對電源信號進(jìn)行脈寬調(diào)制，以便使電機(jī)在所需速度下運行。由于不同的電機(jī)有不同的起動時間，所以現(xiàn)有技術(shù)PWM電機(jī)驅(qū)動的固定起動時間一般要比所需的時間長，以確保這段時間對于最慢起動的電機(jī)也足夠長。這是低效的，而且會產(chǎn)生不必要的噪聲。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明用于PWM控制方案的起動順序的實施例。首先，在100處，以最大功率給電機(jī)通電，也就是電源信號處于恒開狀態(tài)(不脈動)。在102處，確定電機(jī)的極數(shù)。如果極數(shù)已知，這步確定可以跳過。在104處，監(jiān)測電機(jī)的轉(zhuǎn)速，直至其達(dá)到了合適的轉(zhuǎn)速。然后在106處，采用PWM電源信號來驅(qū)動電機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明，一種用于確定電機(jī)何時達(dá)到合適轉(zhuǎn)速的方法是根據(jù)轉(zhuǎn)速計信號來對轉(zhuǎn)速計邊沿數(shù)進(jìn)行計數(shù)。由于給定的電機(jī)通常要經(jīng)過特定的轉(zhuǎn)數(shù)才達(dá)到某一轉(zhuǎn)速，這就提供了電機(jī)轉(zhuǎn)速的粗略近似。
根據(jù)本發(fā)明，用于確定電機(jī)何時達(dá)到合適轉(zhuǎn)速的一種更加復(fù)雜的技術(shù)是測量轉(zhuǎn)速計邊沿間的時間。由于極數(shù)已知，所以可以根據(jù)轉(zhuǎn)速計邊沿間的時間來準(zhǔn)確地計算電機(jī)轉(zhuǎn)速。這一方法的優(yōu)點在于優(yōu)化了起動時間。也就是說，只要電機(jī)一達(dá)到合適轉(zhuǎn)速，就立即將電源信號從恒開狀態(tài)切換到PWM操作。
這里所用的轉(zhuǎn)速計邊沿或脈沖不僅指從實際的轉(zhuǎn)速計獲得的位置信號中的邊沿或脈沖，更一般地還指表征與轉(zhuǎn)子位置相關(guān)的事件的一切。因此，如果使用如上參照圖8所述的電流監(jiān)測方案來代替霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速計，則基本上可將最小扭矩的時刻看作是轉(zhuǎn)速計邊沿。
穩(wěn)態(tài)操作圖10示出了電機(jī)起動后根據(jù)本發(fā)明驅(qū)動無刷直流電機(jī)的方法的另一實施例。圖10中最上面的跡線表示電機(jī)的物理旋轉(zhuǎn)，其中φ1表示電機(jī)旋轉(zhuǎn)第一周所用的時間，φ2表示旋轉(zhuǎn)第二周的時間，以此類推。第二跡線表示未受干擾的轉(zhuǎn)速計信號，該信號提供位置和速度信息。第三跡線示出了驅(qū)動電機(jī)的PWM電源信號。其中，A和C表示開(ON)狀態(tài)次數(shù)，而B和D表示關(guān)(OFF)狀態(tài)次數(shù)。圖10中所示的示例用于六極(3相)電機(jī)(即，每旋轉(zhuǎn)一周有6次開狀態(tài))。最下面的跡線示出了從電機(jī)獲得的實際轉(zhuǎn)速計輸出信號，考慮了對電機(jī)的電源信號進(jìn)行開和關(guān)切換來控制轉(zhuǎn)速。實際的轉(zhuǎn)速計輸出信號用于確定電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所需的時間。
第一周的正常開時段A1和正常關(guān)時段B1如下計算φ1/P＝A1+B1其中P是電機(jī)中的極數(shù)。占空度確定了參數(shù)A和B之間的關(guān)系A(chǔ)1＝DC(A1+B1)B1＝(1-DC)(A1+B1)其中DC是占空度(開時間的百分比)在第二周(φ2)期間，在時段A1期間打開PWM電源信號，在時段B1期間關(guān)閉PWM電源信號。在上一個開時段A1結(jié)束時，關(guān)閉電源信號，持續(xù)一段縮短的“關(guān)”時段D1，然后打開，持續(xù)一段不定長時間，直到檢測到轉(zhuǎn)速計邊沿，并且接著持續(xù)一段長為A1的額外時間。結(jié)果，開時段C1比A1長。通過在最后的轉(zhuǎn)速計周期中比所需稍微提前一點開啟電源信號，確保了在標(biāo)志整個旋轉(zhuǎn)周結(jié)束的轉(zhuǎn)速計邊沿之前打開電機(jī)的電源。這樣就確?？梢栽诿看涡D(zhuǎn)周結(jié)束時重新同步整個PWM電源信號?！癉”關(guān)時段比“B”關(guān)時段短的量應(yīng)盡可能少，但仍有足夠的余量以適應(yīng)轉(zhuǎn)速的改變。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)D＝0.75B時可以提供可靠的結(jié)果。可以使用適當(dāng)?shù)奈恢脵z測技術(shù)來實現(xiàn)重新同步，例如上述電流監(jiān)測方案。
通過改變占空度DC來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。在結(jié)束旋轉(zhuǎn)一周之后，更新占空度，并且重新計算下一轉(zhuǎn)的開和關(guān)時段。
這里所述的方法可以用于具有任意極數(shù)的無刷直流電機(jī)，并且不需要使用所有的磁極。也就是說，可以使用部分磁極來驅(qū)動電機(jī)。例如，在上面參照圖5和圖6說明的技術(shù)中，可以只使用a相來驅(qū)動電機(jī)，而使b相處于關(guān)狀態(tài)，如圖11中所示。這對于在操作范圍的低端需要高分辨率的應(yīng)用場合是有益的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方法涉及在旋轉(zhuǎn)一周期間對每相使用多個脈沖。
圖12中示出了這一技術(shù)的示例實施。
確定極數(shù)本發(fā)明進(jìn)一步的方面涉及確定無刷直流電機(jī)中的極數(shù)。無刷直流電機(jī)中的磁極大致對稱地布置在定子周圍。不過，沒有精確地按均勻間距來間隔磁極，以便確保無論電機(jī)先前停止在什么位置，起動時都可以開始轉(zhuǎn)動。這種不對稱會在轉(zhuǎn)速計邊沿之間的時間中引起輕微的偏差。通過測量轉(zhuǎn)速計邊沿間的時間并且找出模式，就可以確定電機(jī)中的極數(shù)。
圖13示出了以穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運行的6極(3相)無刷直流電機(jī)的連續(xù)的轉(zhuǎn)速計邊沿間的時間。三相電機(jī)每轉(zhuǎn)提供三個轉(zhuǎn)速計脈沖?？v軸是按微秒計的連續(xù)脈沖間的時間，橫軸是轉(zhuǎn)速計邊沿計數(shù)，包括正的和負(fù)的。只顯示了上升沿的數(shù)據(jù)。作為比較，圖14示出了以穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運行的4極(2相，或每轉(zhuǎn)兩個轉(zhuǎn)速計脈沖)無刷直流電機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)速計邊沿之間的時間。
從圖13和14中看出的有用模式是相數(shù)等于1加上轉(zhuǎn)速計脈沖間的時間短于前面的脈沖間時間的連續(xù)次數(shù)。因此，通過計算脈沖間時間下降的連續(xù)次數(shù)，就可以確定電機(jī)中的極數(shù)。
圖15是一流程圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的用于確定無刷直流電機(jī)中的極數(shù)的方法的實施例。從200處開始，將計數(shù)器CNTR歸零。在202處測量第一轉(zhuǎn)速計脈沖與第二轉(zhuǎn)速計脈沖之間的時間，并將其賦值給變量T1。在204處測量第三轉(zhuǎn)速計脈沖與第四轉(zhuǎn)速計脈沖之間的時間，并將其賦值給變量T2。在206和208處，如果CNTR不為零則遞增1。接著在210處，比較T2與T1。如果T1不小于T2，則在212處將T2的值賦給T1，接著在204處確定T2的新值(下一兩脈沖間的時間)。
在210處，如果T1小于T2，則在214處再次測試計數(shù)器CNTR。這里，如果該計數(shù)器具有非零值，該值就是電機(jī)中的相數(shù)，該方法就在216處停止。否則，在218處重新將計數(shù)器置零，在212處將T2的值賦給T1，并且接著在204處確定T2的新值(下一兩脈沖間的時間)。
為了提高可信度，優(yōu)選地將圖15中所示的整個過程重復(fù)幾次以確保得到了正確的結(jié)果。即使電機(jī)仍處于起動階段，也可使用圖15中所示的方法。
在一些無刷直流電機(jī)中，連續(xù)脈沖之間的時間有相反取向。也就是說，連續(xù)脈沖之間的時間在下降之前保持增加，而不是在上升之前減小。因此，優(yōu)選地對圖15所示方法進(jìn)行改進(jìn)，也對T1連續(xù)大于T2的次數(shù)進(jìn)行計數(shù)。另選地，當(dāng)已經(jīng)確定所評測的電機(jī)具有相反取向時，可以使用另外的計數(shù)T1大于T2的次數(shù)的算法。
根據(jù)本發(fā)明，用于測定無刷直流電機(jī)中的極數(shù)的方法的另一實施例是測量不同數(shù)目脈沖之間的時間，從而生成多個不同的數(shù)據(jù)組，并且接著確定具有最小波動的數(shù)據(jù)組。參照圖16-19來說明本方法的示例實施例，其中顯示了從6極(3相)無刷直流電機(jī)獲取的數(shù)據(jù)。圖16中所示數(shù)據(jù)為該電機(jī)的各個連續(xù)轉(zhuǎn)速計脈沖之間的時間。圖17中所示數(shù)據(jù)為每隔一個連續(xù)轉(zhuǎn)速計脈沖之間的時間。圖18和圖19中所示數(shù)據(jù)分別是每隔兩個和每隔三個轉(zhuǎn)速計脈沖之間的時間。通過比較數(shù)據(jù)中的相對波動量，顯而易見該電機(jī)具有三相，因為每隔兩個脈沖之間所取得的數(shù)據(jù)具有最少的波動量。
如上所述和這里重申的那樣，轉(zhuǎn)速計邊沿或脈沖不僅指從實際的轉(zhuǎn)速計獲得的位置信號的邊沿或脈沖，更為一般地還指表示轉(zhuǎn)子位置的一切。因此，如上所述的用于確定電機(jī)中的極數(shù)的方法不僅可以用實際的轉(zhuǎn)速計來實現(xiàn)，而且也可以用其它用于測定轉(zhuǎn)子位置的方法來實現(xiàn)，例如參照圖8所述的電流檢測方案。這里所述的用于確定極數(shù)的方法優(yōu)選地采用例如位于圖8中的控制電路24中的微處理器或微控制器來實現(xiàn)。
同步轉(zhuǎn)速計信號一個與無刷直流電機(jī)電源信號的脈寬調(diào)制相關(guān)的問題是，電機(jī)中的轉(zhuǎn)速計或其它位置檢測器的運行通常依賴于電機(jī)電源。因此轉(zhuǎn)速計信號會被影響。
本發(fā)明的另一方面是一種用于同步轉(zhuǎn)速計信號的方法。在該方法的一個實施例中，確定電機(jī)的極數(shù)，確定一個旋轉(zhuǎn)周的周期，接著將旋轉(zhuǎn)周期除以極數(shù)來確定合成的轉(zhuǎn)速計周期。這可以由控制電路來實現(xiàn)，該控制電路通過用任何適合于在最初確定轉(zhuǎn)子位置的技術(shù)來同步合成的轉(zhuǎn)速計信號。然后可以用合成的轉(zhuǎn)速計信號來使電源信號中的脈沖與轉(zhuǎn)子位置同步。優(yōu)選地，使用諸如轉(zhuǎn)速計或電流監(jiān)測技術(shù)的位置檢測技術(shù)來周期性地重新同步所述合成的測速信號。這里所述的用于同步和/或合成測速信號的方法優(yōu)選地采用位于例如圖8中的控制電路24中的微處理器或微控制器來實現(xiàn)。
以上利用本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明的原理進(jìn)行了說明和示例解釋，顯而易見的是，在不偏離這些原理的條件下，可以在方案和細(xì)節(jié)上對本發(fā)明進(jìn)行修改。因此，這樣的改變和修改被認(rèn)為落入在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動無刷直流電機(jī)的方法，包括利用脈沖信號驅(qū)動所述電機(jī)；和使所述脈沖信號與電機(jī)位置同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，同步所述脈沖信號包括響應(yīng)于所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速來改變所述脈沖信號的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，同步所述脈沖信號包括當(dāng)所述電機(jī)處于或接近最小扭矩位置時開始脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，同步所述脈沖信號包括確定所述電機(jī)何時處于或接近最小扭矩位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，確定所述電機(jī)何時處于或接近最小扭矩位置包括監(jiān)測與所述電機(jī)耦合的轉(zhuǎn)速計。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，確定所述電機(jī)何時處于或接近最小扭矩位置包括監(jiān)測所述電機(jī)的電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，監(jiān)測所述電機(jī)的電流包括檢測換向電流脈沖。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，確定電機(jī)何時處于或接近最小扭矩位置包括合成轉(zhuǎn)速計信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中合成轉(zhuǎn)速計信號包括確定所述電機(jī)中的極數(shù)；確定所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所用時間的長度；和將所述時間長度除以所述極數(shù)，從而確定合成轉(zhuǎn)速計信號周期。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，同步所述脈沖信號包括使用所述合成轉(zhuǎn)速計信號來確定所述電機(jī)何時處于或接近最小扭矩位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，同步所述脈沖信號包括利用所述電機(jī)的部分磁極來同步脈沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括利用每相施加的多個脈沖來驅(qū)動所述電機(jī)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將所述脈沖信號與所述電機(jī)位置進(jìn)行同步包括周期性地重新同步所述脈沖信號與所述電機(jī)位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，重新同步所述脈沖信號包括在完整的旋轉(zhuǎn)周結(jié)束前，將所述電機(jī)驅(qū)動一縮短的關(guān)時段；和在所述縮短的關(guān)時段后，將所述電機(jī)驅(qū)動一不定的開時段。
15.一種用于確定無刷直流電機(jī)中的極數(shù)的方法，該方法包括由與所述電機(jī)耦合的位置檢測裝置測量多個時間段；和對所述多個時間段進(jìn)行分析以確定模式。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中，對所述多個時間段進(jìn)行分析包括識別所述時間段中的重復(fù)模式。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中，對所述多個時間段進(jìn)行分析包括對各個時間段與下一連續(xù)時間段進(jìn)行比較；和確定一時間段短于下一連續(xù)時間段的次數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中，對所述多個時間段進(jìn)行分析包括重復(fù)測量第一數(shù)目個連續(xù)時間段，從而生成具有第一波動量的第一組數(shù)據(jù)點；重復(fù)測量第二數(shù)目個連續(xù)時間段，從而生成具有第二波動量的第二組數(shù)據(jù)點；對第一與第二波動量進(jìn)行比較。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，對所述多個時間段進(jìn)行分析還包括重復(fù)測量第三數(shù)目個連續(xù)時間段，從而生成具有第三波動量的第三組數(shù)據(jù)點；和將第三波動量與第一和第二波動量進(jìn)行比較。
20.一種用于起動無刷直流電機(jī)的方法，包括利用恒開電源信號驅(qū)動所述電機(jī)；監(jiān)測所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速；和當(dāng)所述電機(jī)達(dá)到合適轉(zhuǎn)速時，利用脈沖信號驅(qū)動所述電機(jī)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，對所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)測包括對位置事件進(jìn)行計數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中，所述位置事件是轉(zhuǎn)速計脈沖或邊沿。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，對所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)測包括監(jiān)測所述電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速。
24.一種用于無刷直流電機(jī)的驅(qū)動電路，包括開關(guān)，其構(gòu)造并配置為響應(yīng)于控制信號利用脈沖信號來驅(qū)動所述電機(jī)；和與該開關(guān)耦合的控制電路，其構(gòu)造并配置為響應(yīng)于所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息來生成所述控制信號，以便將所述脈沖信號與所述轉(zhuǎn)子位置同步。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的驅(qū)動電路，進(jìn)一步包括電流檢測裝置，其構(gòu)造并配置為通過檢測流過所述電機(jī)的電流來向所述控制電路提供轉(zhuǎn)子位置信息。
26.一種用于無刷直流電機(jī)的驅(qū)動電路，包括用于利用脈沖信號來驅(qū)動所述電機(jī)的裝置；和用于使所述脈沖信號與所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置同步的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的驅(qū)動電路，進(jìn)一步包括用于檢測流過所述電機(jī)的電流的裝置。
28.一種用于無刷直流電機(jī)的驅(qū)動電路，包括開關(guān)，其構(gòu)造并配置為響應(yīng)于控制信號利用脈沖信號來驅(qū)動所述電機(jī)；與所述電機(jī)耦合的位置檢測裝置；和與所述開關(guān)和所述位置檢測裝置耦合的控制電路，其構(gòu)造并配置為由所述位置檢測裝置測量多個時間段，并且對所述多個時間段進(jìn)行分析以確定模式。
29.一種用于無刷直流電機(jī)的驅(qū)動電路，包括開關(guān)，其構(gòu)造并配置為響應(yīng)于控制信號利用脈沖信號來驅(qū)動所述電機(jī)；和與所述開關(guān)耦合的控制電路，其構(gòu)造并配置為利用恒開電源信號來驅(qū)動所述電機(jī)，監(jiān)測所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且當(dāng)所述電機(jī)達(dá)到合適轉(zhuǎn)速時利用脈沖信號來驅(qū)動所述電機(jī)。
全文摘要
一種用于無刷直流電機(jī)的驅(qū)動電路，包括開關(guān)，其構(gòu)造并配置為響應(yīng)于控制信號利用脈沖信號來驅(qū)動所述電機(jī)；和與該開關(guān)耦合的控制電路，其構(gòu)造并配置為響應(yīng)于所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息來生成所述控制信號，以便將所述脈沖信號與所述轉(zhuǎn)子位置同步?？梢允褂秒娏鳈z測裝置來通過檢測流過所述電機(jī)的電流向所述控制電路提供所述轉(zhuǎn)子位置信息。
文檔編號H02P6/00GK1515067SQ02811586
公開日2004年7月21日 申請日期2002年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月10日
發(fā)明者羅賓·勞里·蓋茨, 大衛(wèi)·愛德華·漢拉恩, 愛德華 漢拉恩, 羅賓 勞里 蓋茨 申請人:模擬器件有限公司