專利名稱：馬達(dá)總線電壓換向方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在系統(tǒng)中的馬達(dá)總線電壓補(bǔ)償(motor bus voltage compensation)的方法，在所述系統(tǒng)中，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸來(lái)克服機(jī)械負(fù)載力(或載荷力)。
背景技術(shù)：
馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已為人們所熟知，其中控制裝置向開關(guān)網(wǎng)絡(luò)或“驅(qū)動(dòng)橋”(switching network or "drive bridge”)發(fā)出信號(hào)，所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)或“驅(qū)動(dòng)橋”將所供給的直流電源 (DC power)轉(zhuǎn)換為三相穩(wěn)壓電源來(lái)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)?？刂蒲b置部分(或控制部分)通過(guò)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)并在所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)之外調(diào)整電源，以調(diào)節(jié)馬達(dá)功率并方向控制。所述控制裝置利用來(lái)自馬達(dá)軸上的傳感器的位置信號(hào)來(lái)確定信號(hào)和對(duì)所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)時(shí)(timing)的適當(dāng)組合，以產(chǎn)生所希望的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)另外稱之為馬達(dá)換向(或電機(jī)轉(zhuǎn)向)。經(jīng)常地，所述控制裝置將正向角偏移或偏離(positive angular offset)添加到換向(或換相)信號(hào)中，以提供附加的扭矩。在某些應(yīng)用中，當(dāng)馬達(dá)被啟動(dòng)時(shí)馬達(dá)可以沿第一方向驅(qū)動(dòng)軸，同時(shí)當(dāng)馬達(dá)不起作用時(shí)諸如彈簧的機(jī)械偏置將使所述軸返回。所述馬達(dá)依據(jù)加速度和速度的要求可以或不可以主動(dòng)地在偏置或偏壓方向上受到驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)總線將電源或電力供給到所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。所述馬達(dá)總線電源通過(guò)輸入功率調(diào)節(jié)器部分(input power conditioner section)來(lái)供給。所述輸入功率調(diào)節(jié)器可以包括反向電流阻塞二極管，以防止外部電源總線上的功率突增。如此，所述功率調(diào)節(jié)器還要有電能儲(chǔ)存器，例如電容器，以儲(chǔ)存供給到和來(lái)自所述馬達(dá)的電能。功率調(diào)節(jié)器還可以包含整流電路(rectifier circuitry)，以將輸入功率從AC轉(zhuǎn)換為DC，和/或電壓調(diào)整裝置，例如降壓轉(zhuǎn)換器或升壓轉(zhuǎn)換器，以控制所述馬達(dá)總線電壓。當(dāng)所述軸受到機(jī)械偏置或偏壓在反向方向上被驅(qū)動(dòng)時(shí)，能夠從所述馬達(dá)產(chǎn)生反向電流流回到所述馬達(dá)總線。這一反向電流到達(dá)所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和所述功率調(diào)節(jié)器部分。由這個(gè)反向電流提供的電壓尖脈沖可能引起對(duì)所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和所述功率調(diào)節(jié)器部分的關(guān)注。如果正向偏移依然在被添加到所述換向信號(hào)中，那么這些關(guān)注以及所述電壓尖脈沖的大小都會(huì)被加大。提供額外的電容量或有效的電壓鉗制(電路)來(lái)解決這一電壓尖脈沖就更加昂貴且需要更多的電路板空間。

發(fā)明內(nèi)容
—種用于馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有用于向馬達(dá)供給三相電源或電力的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，和用于所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的控制裝置，所述控制裝置被編程為當(dāng)與負(fù)載或載荷相反地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)在當(dāng)前位置之前為換向提供正向偏移，且當(dāng)所述控制裝置與負(fù)載力互補(bǔ)地驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)，使用零偏移或負(fù)向偏移。本領(lǐng)域技術(shù)人員從下列詳細(xì)描述中將會(huì)清楚地理解本發(fā)明的這些以及其它特點(diǎn)。
3伴隨著這些詳細(xì)描述的附圖在下面簡(jiǎn)要地示出。


圖IA示意性示出了馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；
圖IB示意性示出了圖IA中的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一種構(gòu)造或配置；和圖2是一種流程圖。
具體實(shí)施例方式一種回轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)20作為一個(gè)示例在圖IA中圖示出。所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括由來(lái)自馬達(dá)28的馬達(dá)軸23驅(qū)動(dòng)的部件22。凸緣或法蘭M設(shè)置在軸23上，所述凸緣或法蘭起使得用來(lái)施加彈簧力(總體上也稱之為機(jī)械偏置力)的彈簧偏置定位的作用。位置傳感器感應(yīng)軸23的位置。馬達(dá)觀是無(wú)刷直流馬達(dá)(DC motor)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述馬達(dá)可以是WYE連接的(Y連接的)無(wú)刷直流馬達(dá)。通常，這類馬達(dá)是三相供電的。另一方面，delta連接的馬達(dá)也落入到本發(fā)明的范圍之內(nèi)。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)或交換網(wǎng)絡(luò)30 (aka驅(qū)動(dòng)橋)將直流電源(或電力)從馬達(dá)總線31轉(zhuǎn)換為用于馬達(dá)觀的三相電源。示意性表示的主匯流排或主線四將電源供給到功率調(diào)節(jié)器單元 33。功率調(diào)節(jié)器單元33轉(zhuǎn)換要輸送到馬達(dá)總線31的且要由用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)觀的開關(guān)網(wǎng)絡(luò) 30所使用的電源。功率調(diào)節(jié)器單元33可以包含下列裝置中的任何一個(gè)反向功率(或逆功率)阻塞二極管(reverse power blocking diode)，功率儲(chǔ)存器(power storage)，如電容器，AC (交流)至DC (直流)整流器(AC to DC rectification)，以及總線電壓調(diào)制器(bus voltage regulation)如降壓調(diào)節(jié)器或升壓調(diào)節(jié)器(buck or boost regulator)等。如此， 在本示例中，功率調(diào)節(jié)器單元33并不允許電流從馬達(dá)總線31流到主匯流排四?？刂蒲b置 32向開關(guān)網(wǎng)絡(luò)30發(fā)送交換信號(hào)。如圖IB中所示出的，馬達(dá)觀沿第一方向(在此表示為逆時(shí)針?lè)较?，但?dāng)然這可以是相反的方向)驅(qū)動(dòng)軸23，彈簧沈?qū)⑤S23沿相反的方向偏壓或偏置。為彈簧沈提供偏置表面的凸緣M的簡(jiǎn)單的描述僅僅是示例性的示例?？梢詰?yīng)用任何一種提供偏置力以使軸 23沿與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方向相反的方向返回的方式。當(dāng)馬達(dá)觀為運(yùn)行的狀態(tài)時(shí)，能夠克服彈簧力并驅(qū)動(dòng)馬達(dá)23。然而，當(dāng)馬達(dá)動(dòng)力或電力被停止時(shí)，彈簧26將沿相反的方向驅(qū)動(dòng)軸23。在此描述的示例是回轉(zhuǎn)馬達(dá)輸出，而其它的配置，如線性運(yùn)動(dòng)輸出，也會(huì)從這一應(yīng)用中獲益。一個(gè)這樣系統(tǒng)的示例可以是驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的馬達(dá)，或者帶有線性反作用力的線性馬達(dá)。所述反作用力可以是彈簧，流體作用力，系統(tǒng)動(dòng)量等等。對(duì)于這樣系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用可以包括負(fù)載或載荷22，所述負(fù)載是發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，例如已知的受到驅(qū)動(dòng)樞轉(zhuǎn)的閥。如上所述。當(dāng)彈簧沈沿相反的方向驅(qū)動(dòng)軸23時(shí)，可能產(chǎn)生不希望的反向或逆向電流。本發(fā)明涉及一種如在圖2的流程圖中示出的方法。如在第一步驟120，確定驅(qū)動(dòng)的方向。當(dāng)馬達(dá)軸23軸受到驅(qū)動(dòng)來(lái)克服負(fù)載力或載荷力時(shí)，控制裝置32將正向偏移122添加到來(lái)自傳感器25的軸位置信號(hào)中。在圖IB的示例中，這就是逆時(shí)針?lè)较?。這一偏移在當(dāng)前位置之前處于與負(fù)載力相反的方向上。負(fù)載力的方向能夠通過(guò)正在采用的馬達(dá)的電流量來(lái)探測(cè)到，或者如果所述力處于固定的方向，通過(guò)控制器配置，例如彈簧來(lái)探測(cè)到。當(dāng)馬達(dá)觀用負(fù)載力(借助負(fù)載力的幫助或補(bǔ)充)來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)，所述偏移可以是歸零或被給定為負(fù)值(在與負(fù)載力相反的方向上)，以減少在功率調(diào)節(jié)器單元33的功率儲(chǔ)存電容器上的凈電荷(或凈充電)，由此降低馬達(dá)總線31上的電壓。在圖IB中，這是逆時(shí)針?lè)较?。以這樣的方式改變交換改變了馬達(dá)電流的路徑并吸引電荷通過(guò)馬達(dá)觀接地，類似于通過(guò)電阻器接地排放電荷，但沒有附加的硬件的傳統(tǒng)馬達(dá)制動(dòng)方法。馬達(dá)總線電壓可以被監(jiān)測(cè)或檢測(cè)(在步驟124)到，以確定所需要的偏移的量值。如果所述總線電壓超過(guò)確定的量值或限值，控制裝置32 (在步驟126)可以使用零交換偏移，或者如果需要減少更多的電荷(或充電)，可以計(jì)算和采用一定比例的負(fù)偏移。負(fù)偏移越大，電荷減少的越多。速度將通過(guò)負(fù)偏移來(lái)降低，所以速度可能需要進(jìn)行調(diào)節(jié)或調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)安全的總線電壓與性能的折衷。典型地，所述偏移可以被建立在越過(guò)當(dāng)前位置的單一馬達(dá)極性位置。在某些情況下，可以考慮較大的偏移。在另一方面，如果總線電壓在限值一下，那么可以采用正向偏移(在步驟128)。特別是如果系統(tǒng)20的性能或運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)使用其它系統(tǒng)參數(shù)是可合理地預(yù)測(cè)的，那么可以取消總線電壓傳感器。在這種情況下所述偏移可以被編程為由系統(tǒng)設(shè)計(jì)者確定的適當(dāng)?shù)牧恐怠１M管已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，某些變型和改進(jìn)將會(huì)落入到本發(fā)明的范圍之內(nèi)。為此，本發(fā)明的實(shí)際的保護(hù)范圍和內(nèi)容將通過(guò)下面的權(quán)利要求來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種用于馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括用于向馬達(dá)供給三相電源的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，和用于所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的控制裝置，所述控制裝置被編程用于無(wú)刷馬達(dá)；所述控制裝置被編程為當(dāng)與負(fù)載相反進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，在當(dāng)前位置之前提供交換的正向偏移，且當(dāng)所述控制裝置驅(qū)動(dòng)馬達(dá)與負(fù)載力互補(bǔ)時(shí)，使用零偏移和負(fù)向偏移中的一個(gè)。
2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述偏移是零偏移。
3.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述偏移是負(fù)向偏移。
4.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述馬達(dá)是驅(qū)動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)馬達(dá)。
5.按照權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，傳感器感應(yīng)所述軸的當(dāng)前位置并向所述控制裝置提供反饋，從而所述控制裝置在適當(dāng)?shù)那闆r下能夠以交換偏移驅(qū)動(dòng)所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，所述交換偏移為正向、零或負(fù)向。
6.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)械偏置力被提供與所述負(fù)載互補(bǔ)。
7.一種馬達(dá)驅(qū)動(dòng)組件，所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)組件包括當(dāng)被驅(qū)動(dòng)時(shí)沿第一方向驅(qū)動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)馬達(dá)，和將所述軸沿第二方向偏置的負(fù)載力；用于向馬達(dá)供給三相電源的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)；和控制裝置，所述控制裝置被編程以在所述回轉(zhuǎn)馬達(dá)沿第一方向驅(qū)動(dòng)所述軸時(shí)提供第一信號(hào)，所述第一信號(hào)將角偏移添加于供給到所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的交換信號(hào)中，且所述控制裝置設(shè)置有用于在感測(cè)到沿所述第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使用的另外的偏移。
8.按照權(quán)利要求7所述的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)組件，其特征在于，所述另外的偏移是零偏移。
9.按照權(quán)利要求7所述的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)組件，其特征在于，所述另外的偏移是負(fù)向偏移。
10.按照權(quán)利要求7所述的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)組件，其特征在于，傳感器感應(yīng)所述軸的位置并向所述控制裝置提供反饋，從而所述控制裝置能夠以第一信號(hào)或者以所述另外的偏移驅(qū)動(dòng)所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
11.按照權(quán)利要求7所述的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)組件，其特征在于，所述軸由彈簧沿所述第二方向驅(qū)動(dòng)。
12.一種用于操作馬達(dá)驅(qū)動(dòng)組件的方法，所述方法包括以下步驟通過(guò)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)向馬達(dá)供給三相電源，所述馬達(dá)在第一方向上驅(qū)動(dòng)所述軸，且所述軸在與所述第一方向相反的第二方向上受到偏置；和當(dāng)所述馬達(dá)沿第一方向驅(qū)動(dòng)所述軸時(shí)向所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)提供控制信號(hào)，所述第一信號(hào)具有正向交換偏移，且當(dāng)所述馬達(dá)沿所述第二方向受到驅(qū)動(dòng)時(shí)提供另外的偏移。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述另外的偏移是零偏移。
14.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述另外的偏移是負(fù)向偏移。
15.按照權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，傳感器感應(yīng)所述軸的位置并向所述控制裝置提供反饋，從而所述控制裝置能夠以第一信號(hào)或者以所述另外的偏移驅(qū)動(dòng)所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有用于向馬達(dá)供給三相電源的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，和用于該開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的控制裝置?？刂蒲b置被編程為當(dāng)與負(fù)載相反進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，在當(dāng)前位置之前提供交換的正向偏移，且當(dāng)控制裝置驅(qū)動(dòng)馬達(dá)與負(fù)載力互補(bǔ)時(shí)，使用零偏移和負(fù)向偏移中的一個(gè)。本發(fā)明還提出一種馬達(dá)驅(qū)動(dòng)組件和一種用于操作馬達(dá)驅(qū)動(dòng)組件的方法。
文檔編號(hào)H02P6/16GK102263534SQ201110140298
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者莫欣尼 J. 申請(qǐng)人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司