專利名稱：可控制動無刷電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可控制動無刷電動機，更具體地，涉及可用于具有如 割草機中的旋轉刀具等的和輥式輸送機中的旋轉部件的裝置的可控制 動無刷電動機。
背景技術：
無刷電動機被廣泛使用以代替有電刷電動機；例如，日本公開申 請第2007—20588號示教了將無刷電動機用于具有動力驅動旋轉刀具 的割草機。日本專利第3673923號示出了另一實例，其公開了用于巻繞紙、 電影膠片或布等較長物體的動力驅動輥式輸送機和動力驅動巻繞機。 輥式輸送機必須輸送始終保持直立的紙箱至輸送端口 ，巻繞機必須始 終以拉伸方式巻繞較長物體。但是，由于慣性，在電動機停止過程中容易產(chǎn)生問題。慣性可能 松動旋轉刀具中的緊固件，從而使旋轉刀具從割草機主體分離。這對 于操作人員以及附近的人非常危險。輥式輸送機中也有同樣的問題， 因為在電動機停止過程中置于輥子上的紙箱跌落地面，從而損壞紙箱 內的物品。在巻繞機情況下，張緊的物體會不利地松弛。因此，在使用如旋轉刀具和輥子等旋轉部件的這些設備中，需要 逐漸停止電動機以減少慣性。本發(fā)明著眼于解決上述問題，并提供可用于具有動力驅動旋轉部 件的設備中的可控制動的無刷電動機。發(fā)明內容可控制動的無刷電動機的第一形式具有轉子和具有多相線圈的 定子；磁極位置檢測器，因而響應于磁極位置檢測器檢測的轉子的磁 極位置，電力被供應至通過相位選擇的線圈；控制線圈的電力供應的驅動器部分；識別從磁極位置檢測器提供的電動機脈沖信號的電動機 脈沖識別器30;以及延遲脈沖發(fā)生器，用于響應于從電動機脈沖識別 器30提供的脈沖信號而產(chǎn)生相位延遲脈沖信號，從而確保在制動無刷 電動機時延遲脈沖信號的相位延遲被逐漸和持續(xù)地放大，且線圈從驅 動器部分接收響應于延遲脈沖信號的受控電力供應?？煽刂苿訜o刷電動機的第二形式還包括用于產(chǎn)生預定數(shù)量時鐘信 號的吋鐘信號發(fā)生器，因而延遲脈沖發(fā)生器產(chǎn)生相對于由電動機脈沖識別器30識別的電動機脈沖相位延遲的延遲脈沖信號，從而確保在制動操作啟動后，每個預定時間段時鐘信號的數(shù)量減少?？煽刂苿拥臒o刷電動機的第三形式還包括存儲在無刷電動機停止時感應產(chǎn)生的電力的可充電電池。可控制動的無刷電動機的第四形式中，轉子機械地連于旋轉軸，該旋轉軸適于連接到旋轉部件，從而確保旋轉部件的旋轉響應于制動控制信號逐漸停止?？煽刂苿拥臒o刷電動機的第五形式中，旋轉部件是割草機的旋轉刀具?？煽刂苿拥臒o刷電動機的第六形式中，旋轉部件是用于從一個地 方運輸紙箱至另 一地方的輥式輸送機的輥子?？煽刂苿拥臒o刷電動機的第七形式中，無刷電動機安裝于作為電 動機驅動的輥子的選定數(shù)量輥子中?？煽刂苿拥臒o刷電動機的第八形式中，旋轉部件是一對輥子，該 對輥子支撐從一個輥子至另一個輥子往復運動的薄片，從而避免在輥 子停止時產(chǎn)生慣性。


圖1是示意性地示出結合本發(fā)明的電動機驅動割草機的結構的框圖；圖2是示出電動機內部結構的示意性剖視圖；圖3A是示出電動機脈沖識別部分識別的脈沖信號圖形的時序圖； 圖3B是示出延遲脈沖部分生成的延遲脈沖圖形的時序圖； 圖3C是示出時滯進展的時序圖；圖3D是示出時鐘信號圖形的時序圖；圖4A是示出電動機正常運行中生成的脈沖圖形的時序圖；圖4B和4C是分別示出在tl和t2處延遲脈沖部分生成的延遲信 號的時序圖；圖5A至5D是示出正常運行時無刷電動機的運動的各方面的示意圖；圖6是示出圖1所示無刷電動機操作處理的流程圖； 圖7是示出圖1所示割草機的透視圖；圖8是輥式輸送機的電動機驅動的輥子的剖視圖，輥子包括本發(fā) 明的制動控制器；圖9A是包括本發(fā)明的制動控制器的電動機驅動的輥式輸送機；以及圖9B和9C分別是包括本發(fā)明的制動控制器的顯示單元。
具體實施方式
將參照圖1說明實現(xiàn)本發(fā)明的無刷電動機系統(tǒng)K"電動機系統(tǒng)1")和無刷電動機制動控制器10 ("控制器10"):電動機系統(tǒng)1包括驅動器部分2、電源3、開關5和控制器10。驅 動器部分2包括無刷電動機7 ("電動機7")和旋轉部件6。電動機7具有轉子15、具有多相線圈的定子16和霍爾元件17， 其中轉子15為雙極(N—S)磁體且通過如螺栓和螺母等一個或多個緊 固件而可旋轉地連于旋轉軸18。 定子16具有多相(n相)線圈20，下 文中分別稱為線圈"20U、 20V和20W"。霍爾元件17用于通過監(jiān)視轉子15的磁極而生成脈沖信號，從而 識別時時變化的轉子15的磁極。在本實施例中，三個霍爾元件17a、 17b和17c的位置成120°角位移。這三個霍爾元件17a至17c組成磁 極位置檢測器19。參照圖4A，霍爾元件17a、 17b和17c分別獨立生成脈沖信號Pa、 Pb和Pc。因此，線圈20s響應于脈沖信號Pa、 Pb和Pc被接連通電， 從而使得電動機7沿所需方向旋轉轉子15和旋轉軸18。當線圈20a被 斷電時，轉子15和旋轉軸18a停止。旋轉部件6連于旋轉軸18以確保其一體旋轉，且旋轉軸18通過 螺釘、螺栓和螺母等緊固件21整體連于旋轉部件6。旋轉部件6的典 型實例為割草機中使用的旋轉刀具和輥式輸送機中使用的輥子。下文中將詳細說明這些實例圖1中，附圖標記3指電連接于位于驅動器部分2中的電動機7 的電源25，如電池。電連接確保制動電動機7的電力存儲于電池25 中。開關5用于啟動和停止電動機系統(tǒng)1。開關5接通時，啟動信號被 提供至驅動器部分33，從而通過旋轉軸18使得旋轉部件6旋轉。開關 斷開時，通過旋轉軸18停止旋轉部件6。除驅動器部分33夕卜，控制器10包括電動機脈沖識別器30、時鐘 信號發(fā)生器("信號發(fā)生器")31、延遲脈沖發(fā)生器32、延遲時間計時 器35和短暫制動計時器36。控制器10電連接于電動機7和開關5。電動機脈沖識別器30接收由霍爾元件17a、 17b或17c提供的電 動機脈沖信號Pa、 Pb或Pc，且接收的脈沖信號P被傳輸至延遲脈沖發(fā) 生器32和驅動器部分33。信號發(fā)生器31可產(chǎn)生預定數(shù)量的時鐘信號，這些信號被提供至延 遲脈沖發(fā)生器32。如圖3D所示，信號發(fā)生器31調節(jié)提供時鐘信號的 間隔，這意味著調節(jié)時鐘信號的數(shù)量。延遲脈沖發(fā)生器32在電動機啟動時運行，并產(chǎn)生相對于從電動機 脈沖識別器30接收的電動機脈沖信號P相位延遲的脈沖信號("延遲 脈沖信號L")。更具體地，當延遲脈沖發(fā)生器32如圖3A所示識別電 動機7提供的脈沖信號時，產(chǎn)生脈沖信號P的時間點如圖3B所示作為 基礎，產(chǎn)生的延遲脈沖信號L的相位延遲對應于從信號發(fā)生器31提供 的一個脈沖。更具體地，如圖4B和4C所示，延遲脈沖發(fā)生器32產(chǎn)生 的延遲脈沖信號La、 Lb和Lc的相位延遲對應于信號發(fā)生器31提供的 一個時鐘信號。驅動器部分33接收電動機脈沖識別器30提供的電動機脈沖信號 P、延遲脈沖發(fā)生器32提供的延遲脈沖信號L和開關5提供的接通/斷 開信號，且響應于這些脈沖信號的受控電源被電動機7接收。更具體 地，當電動機7通過開關5接通而開始運行時，驅動信號被提供至驅動器部分33。此時，驅動器部分33響應于電動機脈沖識別器30提供 的電動機脈沖信號P而控制供應至線圈20的電力。在正常運行中，如果通過霍爾元件17a至17c發(fā)現(xiàn)轉子15的磁極 (N和S)位于圖5A所示的位置，驅動器部分33調節(jié)從線圈20U流 至線圈20W的電流，從而使得轉子15沿圖5A所示箭頭所示方向(沿 逆時針方向)旋轉。之后，驅動器部分33切換電流，如圖5C所示， 使得電流變?yōu)閺木€圈20V流向線圈20W。這樣，驅動線圈20W被激發(fā) 為N極，驅動線圈20V被激發(fā)為S極。轉子沿逆時針方向旋轉，如圖 5C和圖5D所示箭頭所指。如果電動機7要被停止，則開關5接通以發(fā)送制動信號至驅動器 部分33，信號發(fā)生器31在從提供制動信號的時間點起的給定時間段內 繼續(xù)提供時鐘信號至延遲脈沖發(fā)生器32。同時，延遲脈沖發(fā)生器32 提供延遲脈沖信號L至驅動器部分33，驅動器部分33響應于信號L 而制動轉子15。這樣，轉子15逐漸地停止并且隨后完全停止。更具體地，當開關5 ("接通"狀態(tài))提供制動信號至時鐘發(fā)生器 31時，時鐘信號發(fā)生器31從開始生成制動信號的時間點起提供時鐘信 號。時鐘信號發(fā)生器31以每個預定單位時間間隔改變時鐘的數(shù)量，以 延長與一個時鐘("時鐘周期")對應的時間段。這意味著在制動信號 "接通"后，時間段T1、 T2…Tn (n=l,2,3,4"')被相繼設置，其中 時間段Tn內提供的時鐘信號的時鐘周期被設置為to (n=l, 2, 3, 4…)。 之后建立以下關系tn>t (n-l)這樣時鐘信號被提供至響應于電動機脈沖信號P和時鐘而產(chǎn)生延 遲脈沖信號L的延遲脈沖發(fā)生器32，且延遲脈沖信號L被提供至驅動 器部分33。在制動信號接通后，延遲信號L被提供至驅動器部分33，之后驅 動器部分33給線圈20U、 20V和20W通電。結果，轉子停止與延遲 相位相對應的時間段。另外，當制動信號接通時，在每單位時間時鐘 周期tn被延長，從而相應地放大了相位的延遲。這樣，隨單位時間T 過去，轉子]5受到的制動力增大。當轉子15停止時，電動機7的驅動線圈20感應產(chǎn)生電力，電力被輸送至電源3，這里電被存儲于電池25內。上述制動狀態(tài)從制動信號"接通"持續(xù)至預定時間段過去。在所 示實施例中，當制動信號"接通"時，從該時間點開始對信號進行計數(shù)，在延遲時間計時器35時間已到時制動操作停止。當制動信號的生成完成時，驅動器部分33在預定期間經(jīng)過后被制 動較短時間，從而完全停止轉子15。現(xiàn)參照圖6說明程序在步驟1處，控制器10的開關5接通，且當確認驅動器部分33 通電時，程序前進至步驟2，電動機7進行正常旋轉。之后，程序前進至步驟3，確認制動信號是否"接通"。如果發(fā)現(xiàn) 制動信號為將要"斷開"(指"否")，電動機7繼續(xù)正常運行。如果發(fā) 現(xiàn)是將要"接通"，程序前進至步驟4，延遲時間計時器35和短暫制動 計時器36開始計數(shù)操作。程序前進至步驟5。在步驟5，控制器10響應于從延遲脈沖發(fā)生器提供至驅動器部分 33的延遲脈沖信號L而啟動其制動操作。當制動操作啟動時，線圈20U、 20V和20W以與信號發(fā)生器31 提供的一個時鐘(時間tn)相對應的延遲相位通電。此時，轉子15上 的制動力按時間(ta)的間隔逐漸增加，從而使得轉子15逐漸減慢。此時，程序前進至步驟6，延遲時間計時器35確認制動時間是否 結束，如果還未結束，程序前進至步驟9，其中確認驅動信號是否為"接 通"。如果確認為"接通"狀態(tài)，程序返回至步驟2，繼續(xù)正常運行。 在步驟9，如果驅動信號被確認為"斷開"，程序返回至步驟6，從而 繼續(xù)制動操作。如果在歩驟6確認延遲時間計時器35已結束，程序前進至步驟7, 在步驟7檢查短暫制動計時器36是否結束。如果還未結束，程序前進 至步驟10，其中檢查制動信號是否為"接通"。如果為"接通"，程序 返回步驟2，繼續(xù)正常運行。另一方面，如果為"斷開"，程序返回至 步驟7，程序等待短暫制動計時器36結束。發(fā)現(xiàn)結束時，程序前進至 步驟8，其中電動機7制動較短時間，之后完全停止。這樣，完成圖6 所示的程序流程?？刂破?0的功能是響應于延遲脈沖L調節(jié)至驅動線圈20的電力 供應。在對電動機7進行制動后，在每個單位時間T延遲脈沖L的相位逐漸延遲。這意味著對轉子15的制動逐漸增加，從而使轉子15逐控制器10包括產(chǎn)生時鐘信號的時鐘信號發(fā)生器31 ，并可基于時鐘 信號產(chǎn)生延遲脈沖L。時鐘信號發(fā)生器31產(chǎn)生的吋鐘信號是每單位時 間T逐漸延長的脈沖，從而確保發(fā)生器32提供的延遲脈沖信號L的延 遲相位被逐漸增大。這樣，轉子15逐漸減慢。作為可選實施例，時鐘信號發(fā)生器31可被修改為以不考慮時間的 過去而繼續(xù)產(chǎn)生預定數(shù)量的時鐘信號，并產(chǎn)生延遲脈沖信號L，其相位 相對于電動機脈沖信號P延遲數(shù)量為X的時鐘，其中數(shù)量X隨時間增 加，從而增大脈沖信號L的相位延遲。在另一可選實施例中，時鐘信號發(fā)生器31的數(shù)量X每單位時間T 減少，同時，數(shù)量X隨時間增加，從而增大脈沖信號L的相位延遲。在本發(fā)明的電動機系統(tǒng)1中，可通過如螺釘、螺栓和螺母等已知 緊固件2將旋轉部件6固定于旋轉軸18，但緊固件2防止在電動機7 停止過程中因慣性引起的意外松幵。本發(fā)明的控制器10確保裝載的電池25存儲電動機停止時感應產(chǎn) 生的電力，從而節(jié)約電力。根據(jù)進一步的修改，可如上述持續(xù)增大相位延遲。可使用光電晶體管代替霍爾元件17a至17c?？墒褂靡阎娙萜鞔骐姵?5 。在上述實施例中，轉子15可在制動信號為"接通"后，在延遲計 時器35時間結束時通過短暫制動完全停止。本發(fā)明不限于此，而是轉 子15、旋轉軸18和旋轉部件6的旋轉速度可通過使用己知旋轉編碼器 進行識別，且在減慢的旋轉速度達到預定低速時進行短暫制動。實例1圖7示出了割草機50，其包括無刷電動機系統(tǒng)1和無刷控制器10。 割草機59由電動機7驅動。另外割草機還包括前操作桿51和后操作 桿52。前操作桿51具有主要由旋轉刀具57組成的驅動部分53。后操 作桿52具有電源54和控制器部分56。附圖標記55指示電動機部分。前操作桿51為空心，足以容納動力傳動軸(未示出)以連接到驅 動器部分53。動力傳動軸通過錐形齒輪系連接到旋轉刀具57。電動機部分55包括電動機7，其轉子15連接到操作桿51中的動 力傳動軸(未示出)，從而使旋轉刀具57旋轉。
后操作桿52具有操作手柄58，操作手柄58具有用于控制旋轉刀 具57的速度的旋鈕58a和開關58b。后操作桿52的后端具有控制器部 分56，其中控制器部分56容納上述控制器10，以及另一開關5?？刂?器10以及開關5電連接至電動機7。
附圖標記54指示電源54，其包括與電動機7電連接的電池25。
控制器10確保通過接通開關5而停止旋轉刀具57時，旋轉刀具 57的旋轉逐漸停止，產(chǎn)生的慣性最少，從而避免緊固件松動。
實例2
將參照圖8說明另一實例，圖8中示出了電動機驅動的輥式輸送 機RS，包括在心軸(spindle) 75—端的控制器10。
更具體地，電動機驅動的輥子70包括作為主體的輥子71、裝在輥 子71中的心軸73和75、以及塞子72。輥子71是金屬管狀體，并被 塞子72封閉。心軸73和75可旋轉地裝在軸承76和77上。
圖8和圖9A示出了控制器10，控制器10被安裝于電動機驅動的 輥式輸送機70，以確保輥式輸送機70的旋轉逐漸停止，產(chǎn)生最小的慣 性。即使輥子突然停止，在慣性最小的情況下，避免了置于輥子上的 紙箱從輸送機跌落。
實例3
圖9B示出了用于巻繞如屏幕等較長物體101的顯示單元100，下 文中將更詳細地說明
除了屏幕101之外，顯示單元100包括一對電動機驅動的巻軸70， 其中一個巻軸70固定于屏幕101的一端，另一巻軸70固定于其另一 端。施加一定量的張力從而以拉伸方式持續(xù)保持屏幕101。
屏幕101帶有廣告語等，在巻軸70之間緩慢往復運動顯示。 在顯示屏幕101時，在觀看者看來，松弛的屏幕101不太好看。 通過提供上述具有控制器10的電動機70，電動機70可在沒有慣性的 情況下停止，從而避免屏幕101出現(xiàn)其它情況下每次電動機70停止時 出現(xiàn)的松弛。
控制器10的應用不限于上述示例，其可應用于涉及使用動力驅動旋轉部件的領域的較廣范圍。
權利要求
1.一種可控制動無刷電動機，包括轉子和具有多相線圈的定子；磁極位置檢測器，因而響應于所述磁極位置檢測器檢測的所述轉子的磁極位置，電力被供應至通過相位選擇的所述線圈；控制對所述線圈的電力供應的驅動器部分；識別從所述磁極位置檢測器提供的電動機脈沖信號的電動機脈沖識別器；以及延遲脈沖發(fā)生器，用于響應于從所述電動機脈沖識別器提供的脈沖信號而產(chǎn)生相位延遲脈沖信號，從而確保在制動所述無刷電動機時所述延遲脈沖信號的相位延遲被逐漸和持續(xù)地放大，且所述線圈從所述驅動器部分接收響應于所述延遲脈沖信號的受控電力供應。
2. 如權利要求l所述的可控制動無刷電動機，還包括用于產(chǎn)生預 定數(shù)量時鐘信號的時鐘信號發(fā)生器，因而所述延遲脈沖發(fā)生器產(chǎn)生相 對于由所述電動機脈沖識別器識別的所述電動機脈沖相位延遲的延遲 脈沖信號，從而確保在制動操作啟動后，每個預定時間段時鐘信號的 數(shù)量減少。
3. 如權利要求1或2所述的可控制動無刷電動機，還包括存儲在 所述無刷電動機停止時感應產(chǎn)生的電力的可充電電池。
4. 如權利要求].或2所述的可控制動無刷電動機，其中所述轉子 機械地連于旋轉軸，該旋轉軸適于連接到旋轉部件，從而確保所述旋 轉部件的旋轉響應于制動控制信號而逐漸停止。
5. 如權利要求3或4所述的可控制動無刷電動機，其中旋轉部件 是割草機的旋轉刀具。
6. 如權利要求1或2所述的可控制動無刷電動機，其中旋轉部件 是用于從一個地方運輸紙箱至另一地方的輥式輸送機的輥子。
7. 如權利要求6所述的可控制動無刷電動機，其中所述無刷電動 機安裝于作為電動機驅動的輥子的選定數(shù)量的輥子中。
8. 如權利要求1或2所述的可控制動無刷電動機，其中旋轉部件是一對輥子，該對輥子支撐從一個輥子至另一個輥子往復運動的片材， 從而避免在所述輥子停止時產(chǎn)生慣性。
全文摘要
可控制動的無刷電動機具有轉子(15)和具有多相線圈的定子(16)；磁極位置檢測器(19)，從而響應于磁極位置檢測器(19)檢測的轉子(15)的磁極位置，電力被供應至通過相位選擇的線圈；用于控制線圈的電力供應的驅動器部分(2)；用于識別從磁極位置檢測器(19)提供的電動機脈沖信號的電動機脈沖識別器(30)；和延遲脈沖發(fā)生器(32)，其響應于電動機脈沖識別器(30)提供的脈沖信號而產(chǎn)生相位延遲脈沖信號，從而確保在制動無刷電動機時延遲脈沖信號的相位延遲被逐漸和持續(xù)地放大，且線圈從驅動器部分(33)接收響應于延遲脈沖信號的受控電力供應。
文檔編號H02P6/00GK101267181SQ20081008580
公開日2008年9月17日 申請日期2008年3月13日 優(yōu)先權日2007年3月13日
發(fā)明者井上三夫, 伊東一夫, 橘俊之 申請人:伊東電機株式會社