專利名稱：電驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電驅(qū)動裝置。
在EP73503B1中描述了一種電動機控制系統(tǒng)，其中電動機為無刷直流電動機，它包括定子繞組、永磁轉(zhuǎn)子，及一個位置傳感器、用以檢測所述轉(zhuǎn)子相對于定子繞組的位置，及在其中一個激磁電流發(fā)生電路響應(yīng)于由位置傳感器提供的位置信號并能向定子繞組提供正弦激磁電流。然后根據(jù)位置信號對正弦激磁電流的頻率進行控制，以便獲得與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)同步的旋轉(zhuǎn)磁場。為了控制正弦激磁的相位以動態(tài)地控制由定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場及轉(zhuǎn)子位置之間的角度，設(shè)置了一個轉(zhuǎn)矩角控制電路，它與激磁電流發(fā)生電路相連接。該控制系統(tǒng)還包括一個與轉(zhuǎn)子耦合的測速計以檢測轉(zhuǎn)子速度，該測速計以這樣的方式與轉(zhuǎn)矩角控制電路相連接，即，使得正弦激磁電路的相位根據(jù)轉(zhuǎn)子速度改變。位置傳感器尤其提供代表轉(zhuǎn)子位置的數(shù)字信號及測速計相應(yīng)地提供代表轉(zhuǎn)子速度的信號。轉(zhuǎn)矩角系數(shù)被存儲在一存儲器中，并設(shè)置了根據(jù)數(shù)字轉(zhuǎn)子速度信號選擇該存儲器中的轉(zhuǎn)矩角系數(shù)及將該選出的轉(zhuǎn)矩角系數(shù)加在數(shù)字轉(zhuǎn)子位置信號上的裝置，以便產(chǎn)生激磁矢量位置信號。該公知的電動機控制系統(tǒng)還包括激磁電流發(fā)生裝置，通過它繞組能用其值正比于符合激磁矢量位置信號增量地控制的正弦值的正弦激磁電流激磁。
在DE4136538A1中描述了用梯形波驅(qū)動的無刷直流電動機的換向電路，其中無刷直流電動機的換向編碼器的換向脈沖能夠被這樣優(yōu)化，即換向脈沖提前而在同時使換向脈沖優(yōu)化。這是為了能在電動機速度的整個范圍上及電動機負載的整個范圍上獲得電動機的最大效率或最大功率及最大轉(zhuǎn)矩。該換向電路尤其使用一個具有可預(yù)設(shè)正向計數(shù)器的ROM地址部分，該正向計數(shù)器由二進位計數(shù)器的輸出信號的時鐘脈沖觸發(fā)向上計數(shù)及它被根據(jù)電動機的主角速度及負載電流對于每個參考換向脈沖用提前換向角預(yù)設(shè)成預(yù)置值，該主速度及負載電流被讀入到已存儲了由換向脈沖的提前換向角形成的數(shù)據(jù)的ROM中，該讀入是在提供ROM地址信號的地址部分的輸出信號的控制下進行的。
根據(jù)EP73503B1的電動機控制系統(tǒng)需要代表轉(zhuǎn)子位置的數(shù)字信號有非常精確的分辨率，該分辨率應(yīng)至少為8位。根據(jù)DE4136538A1的換向電路包括大量存儲電路及用于這些存儲電路的地址部分。
本發(fā)明的目的在于提供一種電驅(qū)動裝置，它能使用簡單的位置信號及簡單的電路使轉(zhuǎn)矩角、即定子產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子位置之間的相位角根據(jù)轉(zhuǎn)子的運動速度來控制。根據(jù)本發(fā)明，該目的是借助于這樣的電驅(qū)動裝置來實現(xiàn)的，該驅(qū)動裝置包括—一個人為激磁的電動機，它包括具有作為多個相繞組布置的繞組的定子及轉(zhuǎn)子；—一個電子換向電路，它用電能來激磁電動機的相繞組；—一個位置傳感裝置，用于根據(jù)轉(zhuǎn)子相對于定子的瞬時位置對電動機的每個相繞組提供傳感信號，每個傳感信號是關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的可傳遞相位關(guān)系；—一個相位控制級，用于使傳感信號的相位關(guān)系經(jīng)受相位移，該相位移至少依賴于轉(zhuǎn)子的運動速度并對于所有傳感信號是一致的，其結(jié)果是獲得綜合的傳感信號；—一個波形發(fā)生器，對它施加綜合的傳感信號及在其中由每個綜合傳感信號獲得相應(yīng)相繞組的換向信號，以便控制換向電路中要供給電動機的電能的時間及幅度變化；及—一個控制級，用于至少根據(jù)轉(zhuǎn)子運動速度控制供給電動機的電能的幅度及相位移，該相位控制級包括—控制信號發(fā)生級，它對于由控制級當前傳送的相位移值，對所有多個傳感信號中的每一個傳感信號選擇這樣一個信號作為替代傳感信號，這個信號可借助一個最小延時以直接或反相的形式給出待從所述每個傳感信號求得的綜合傳感信號的相位關(guān)系，該級能夠提供包含關(guān)于該選擇的信息的控制信號；—傳感信號分配級，對它可提供來自位置傳感裝置的傳感信號，并在其中在控制信號的控制下從傳感信號中求得替代傳感信號并使其有效；—延時確定級，用于根據(jù)相位關(guān)系的當前表達值，轉(zhuǎn)子的運動速度及沿描述轉(zhuǎn)子位置的運動座標的傳感信號相位之間的間隔來確定與每個替代傳感信號及待由它們求得的綜合傳感信號之間延時相對應(yīng)的時間間隔(延時)；—傳感信號輸出級，對其可提供替代傳感信號，及它可響應(yīng)于負載信號存入及提供綜合傳感信號；及
—負載信號發(fā)生級，在其中根據(jù)傳感信號或替代傳感信號中一個每個值的變化可重新產(chǎn)生負載信號，并相對該變化延時一個在延時確定級中確定的延時提供給傳感信號輸出級。
在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置中，被稱為定子及轉(zhuǎn)子的部件可彼此相對地旋轉(zhuǎn)或線性地移動；在其中也包括這樣的情況，即被稱為定子的部件是可移動的而被稱為轉(zhuǎn)子的部件設(shè)置成相對驅(qū)動裝置的運動座標是靜止的。在此情況下，轉(zhuǎn)子的位置被定子相應(yīng)位置替代。但是為了簡明起見，假定下文中轉(zhuǎn)子相對定子運動。轉(zhuǎn)子的位置可以用相對定子靜止的運動座標來描述。位置傳感裝置則也是相對定子靜止的。電動機是這樣地構(gòu)成的，即在轉(zhuǎn)子及定子之間沿運動座標獲得周期性復(fù)現(xiàn)的相同位置關(guān)系；對于旋轉(zhuǎn)電動機這最好為轉(zhuǎn)子的一轉(zhuǎn)；這以相應(yīng)的方式也適用于線性電動機。來自位置傳感裝置的傳感信號相對于轉(zhuǎn)子的運動周期及對運動座標選取的零點呈現(xiàn)一定的測量相位關(guān)系。在它的一個改型中，也可以選取具有對每相繞組單獨零點的運動座標的座標系統(tǒng)。每個運動座標的零點這樣地被選擇，即每相繞組的相關(guān)傳感信號每次相對它的運動座標具有相同的相位關(guān)系。通常的做法是將位置傳感裝置以這樣的方式相對定子或轉(zhuǎn)子布置，即傳感信號相對轉(zhuǎn)子呈現(xiàn)一種相位關(guān)系，其中它們在波形發(fā)生器中產(chǎn)生出通過轉(zhuǎn)子運動座標的電源變化，使至少在給定電動機工作點即對于給定負載及給定運動速度獲得最佳功率輸出及電動機最佳轉(zhuǎn)矩。正如從引證的現(xiàn)有技術(shù)文獻中清楚看到的，在傳感信號及施加給電機相繞組的電量之間的相位角可被控制以設(shè)定工作點。在根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置中這是借助于相位控制級來實現(xiàn)的，其中所有的傳感信號受到相同的相位移，它然后直接地作為沿運動座標相對于轉(zhuǎn)子位置的電功率的相位移。為了獲得最佳轉(zhuǎn)矩及由此獲得根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置在所有工作區(qū)域上的最佳效率，相位移可不僅根據(jù)轉(zhuǎn)子運動速度而且也根據(jù)電動機的負載即待產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩來作出。該相位移與供給電動機的電功率幅值是在控制級中確定的。
因此，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動裝置是基于也可使用于對于供電使用不變相位的傳感信號的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明僅增加了相位控制級。該控制級從來自于位置傳感器裝置的傳感信號并通過使該傳感信號受到一個附加的相對轉(zhuǎn)子運動座標正或負的相位移來導(dǎo)出波形發(fā)生器的綜合傳感信號。本發(fā)明基于這樣的認識傳感信號的負的相位移即向前的相位移(在時間上或也相對運動座標)將會產(chǎn)生問題，尤其是在簡單矩形波傳感信號的情況下，它們的周期相當于轉(zhuǎn)子運動的一周期。在現(xiàn)有技術(shù)中這些問題這樣地部分得到解決，即位置傳感器提供沿運動座標具有非常精細分級的位置信號，該信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式以給出所需的相位移。該方法不能用于所述的簡單傳感信號。因此根據(jù)本發(fā)明，通過傳感信號的時延也實現(xiàn)負的相位移。但是，這在理論上是不能以這樣簡單的方式實現(xiàn)的，即負的相位移用相對整個運動周期的互補正相位移來表達，因為這將導(dǎo)致非常長的延時，一方面這在技術(shù)上較難達到，另一方面將引起電動機工作的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明將執(zhí)行彼此適配的兩個步驟。在第一步驟中，確定所需相位移，從傳感信號的相位或如需要時從它們的反相相位通過最小的正向相位移或時延可導(dǎo)出相應(yīng)的所需綜合傳感信號。該信息是在控制信號發(fā)生級中導(dǎo)出的并由該級以控制信號的方式提供出來。因此，控制信號包括關(guān)于選擇用于每個傳感信號的替代傳感信號的信息，及此外，關(guān)于對于一個傳感信號的替代傳感信息是以正向還是以反向形式使用的信息。該替代傳感信號是在傳感信號分配級中從傳感信號本身導(dǎo)出的。
根據(jù)替代傳感信號的確定，延時確定級確定出相應(yīng)替代傳感應(yīng)號應(yīng)作出的延時，以便導(dǎo)出被分配給相應(yīng)傳感信號的綜合傳感信號。該延時取決于獲得的相位移及轉(zhuǎn)子的運動速度。此外，一個對確定替代傳感信號及由此確定延時起作用的因素是傳感信號的相位關(guān)系是如何沿轉(zhuǎn)子運動座標在轉(zhuǎn)子一個運動周期上布置或相隔開的。
在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置中，通過替代傳感傳感信號被負載信號讀入傳感信號輸出級使替代傳感信號延時，以便獲得綜合傳感信號。在傳感信號輸出級從讀入的瞬時它們作為綜合傳感信號被使用。在負載信號發(fā)生級中這樣地產(chǎn)生負載信號，即使得替代傳感信號延遲一個延時被讀入。為此目的，在每次變化即一個傳感信號的每個信號邊沿時產(chǎn)生負載信號，該負載信號引起替代傳感信號被讀入到傳感信號輸出級中，作為相對該邊沿延時了所述延時的綜合傳感信號。
本發(fā)明可用于電子換向的人為激磁(即永磁鐵激磁)的電動機，它通常用于家用設(shè)備，家用電子娛樂裝置及醫(yī)療設(shè)備的驅(qū)動電機，但也用于專業(yè)的應(yīng)用。家用設(shè)備也包括身體護理裝置。本發(fā)明因此能簡單地作到在多個工作點上用可獲得的最佳效率工作。這種應(yīng)用的一個例子是食品加工機，它必須以很低的速度揉和操作及以很高的速度混合。根據(jù)本發(fā)明的方法對于每個相應(yīng)任務(wù)總能工作在最佳效率。此外，本發(fā)明僅需相當簡單的電路，適用于大規(guī)模低成本的系列生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的傳感信號相位控制用一種簡單的方式不僅能獲得最佳的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，而且也能獲得用于制動操作的最大制動轉(zhuǎn)矩。這允許以非常簡單及有效的方式使用電制動，尤其是對于以低成本獲得高可靠性的情況。其例子也是家用設(shè)備，例如食品加工機或機械工具的電驅(qū)動。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是位置傳感裝置沿轉(zhuǎn)子運動座標的位置不再固定地限制固定的相位關(guān)系上。這使得出于結(jié)構(gòu)的原因或出于電磁相容性的原因可選擇安裝位置傳感裝置的最有利的位置，而不會由此對電動機工作帶來副作用。因此可使結(jié)構(gòu)簡化并能獲得改進的傳感信號抗干擾性能。
本發(fā)明還允許任意地調(diào)節(jié)傳感信號及電動機電源之間的相位關(guān)系，而不會由此限制功率值的控制范圍或定子相繞組上的電壓值。此外，在根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置中相位控制級可與不同的波形發(fā)生器相結(jié)合。
在一個有利的實施例中，根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置包括控制信號修正級，對其可提供來自控制信號發(fā)生級的控制信號及運動方向信號，及通過它在運動方向信號的控制下控制信號可轉(zhuǎn)換成運動方向校正控制信號，并能使替代傳感信號直接地從對于轉(zhuǎn)子運動主方向的傳感信號中導(dǎo)出。
該控制信號修正級簡單地從由傳感信號分配級提供的替代傳感信號獲得由運動方向校正的替代傳感信號。這就可能在電動機的兩個運動方向上獲得相位移或相位關(guān)系的任意控制。與整個相位控制級的電驅(qū)動裝置另外元件相同地，控制信號修正級也表現(xiàn)為相位控制級中的一種組件式結(jié)構(gòu)。這意味著，該電驅(qū)動裝置能用或不用根據(jù)本發(fā)明的相位控制級來工作。類似地，控制信號修改級可被包括在內(nèi)，而不需對根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置附加另外的元件—如果該驅(qū)動裝置選擇用于兩個運動方向的結(jié)構(gòu)的話。
在根據(jù)本發(fā)明驅(qū)動裝置的一個優(yōu)選實施例中，它包括一個運動方向檢測級，它用于檢測轉(zhuǎn)子的當前運動方向并將相應(yīng)形成的運動方向信號提供給控制信號修正級。該運動方向檢測級也可作為一種組件包括在內(nèi)，而不需對根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置附加另外的元件。最好可通過比較至少兩個傳感信號的相位關(guān)系由運動方向檢測級確定當前運動方向。
為了確定轉(zhuǎn)子的運動方向，根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置最好包括一個速度測量級。它可為本身公知的測速發(fā)電機。但是在一優(yōu)選實施例中，使用的速度測量級可直接地對傳感信號估值并能省掉單獨的測速發(fā)電機。在這個速度測量級中，傳感信號給定部分的一個接一個的時間與速度測量級中的時間標準相比較，及可從該比較中導(dǎo)出代表運動速度的速度信號，以便被提供給延時確定級。為此目的，例如可以測量至少傳感信號的兩個信號邊沿之間的時間間隔并與時間標準相比較，或?qū)Τ霈F(xiàn)在給定時間標準中的傳感信號的信號邊沿計數(shù)。第一種方法對于低速運動是特別可取的；但是也可考慮使用這兩種方法的組合，例如使用第一種方法用于低速運動，及使用后述一種方法用于高速運動。
在另一實施例中，根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置的特征在于，至少由轉(zhuǎn)子運動在定子中感應(yīng)的電壓部分用于在位置傳感器中產(chǎn)生傳感信號，及由相位控制施加給每相繞組傳感信號的相位移確定了相關(guān)相電壓的相位關(guān)系。該相電壓應(yīng)理解為由換向電路施加給相應(yīng)相繞組以使用電能激勵相繞組的電壓。感應(yīng)電壓可直接由電子裝置求值；這可以作到省掉單獨的確定轉(zhuǎn)子位置的機械裝置；位置傳感裝置則由簡單的電子電路組成。
雖然根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置可處理具有不同波形的傳感信號，但最好，該位置傳感裝置產(chǎn)生矩形波傳感信號，它們的邊沿形成轉(zhuǎn)子相對于相關(guān)相繞組的位置的量度。特別簡單的情況是，如果矩形波傳感信號具有至少為50％占空比，及它們的相位在轉(zhuǎn)子運動的一個周期上實際上是等距離的。最好是，矩形波傳感信號的一個周期就相當于轉(zhuǎn)子運動的一個周期。
本發(fā)明的一個實施例被描述在附圖中，以下將對其詳細地描述。附圖為

圖1是根據(jù)本發(fā)明電驅(qū)動裝置的電路框圖；圖2至4是表示根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置中相位移過程的波形圖；圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置的相位控制級中的操作及信號流的電路框圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置的相位控制級一個例子的電路框圖；圖7是相位控制級中控制信號發(fā)生級一個例子的詳細電路框圖；圖8表示圖6中所示相位控制級中傳感信號分配級及傳感信號輸出級的一個例子；圖9表示圖6的相位控制級中的延時測量級，使用傳感信號邊沿檢測的負載信號發(fā)生級及速度測量級的一個例子；圖10表示圖6的相位控制級中的控制信號修正級的一個例子；及圖11表示圖6的相位控制級用的運動方向檢測級的一個例子。
各個圖中相同的元件標以相同的標號。
圖1概要地表示出一個具有定于及永磁轉(zhuǎn)子2的電動機1。定子帶有繞組，在本例中布置成三相繞組3，4，5。在本例中該三相繞組最好形成三相系統(tǒng)。它們由電子換向電路6用電能激磁。該電子換向電路6包括一個主整流器7，電功率可從它的輸入端子輸入，該電功率最好來自一個交流電網(wǎng)。主整流器7將作為直流供電電壓的電能提供到輸出端10，11，在它們之間設(shè)有一個平波電容12。此外，在主整流器7的輸出端10，11之間設(shè)置了三個各串聯(lián)了兩個電子開關(guān)器件的串聯(lián)支路，在圖1的例中每個開關(guān)器件圖示為雙極性晶體管。這些開關(guān)器件分別具有標號13，14，15，16及17，18。兩個開關(guān)器件13及14，15及16，17及18的各個兩串聯(lián)支路的每個節(jié)點形成了電子換向電路6的中抽頭19，20，21。第一中抽頭19連接到定子的第一相繞組3，第二中抽頭20連接到第二相繞組4，及第三中抽頭21連接到第三相繞組；每個相繞組3，4，5的第二端連接到公共節(jié)點22。因此，作為一個三相系統(tǒng)，相繞組3，4，5便形成星形連接。
圖1中的電動機1還包括象征地表示的位置傳感裝置23，它通過導(dǎo)致24將傳感信號提供給電動機的每個相繞組3，4，5。該傳感信號提供的是關(guān)于轉(zhuǎn)子相對于定子的相應(yīng)相繞組3，4，5的瞬時位置的信息。如果對于轉(zhuǎn)子2的位置確立了一個運動座標，轉(zhuǎn)子2的一轉(zhuǎn)相當于一個運動周期，每個傳感信號則表現(xiàn)為相對該運動座標的給定相位關(guān)系。該相位關(guān)系又依賴于位置傳感裝置的結(jié)構(gòu)及布置。
傳感信號的導(dǎo)線24與相位控制級25相連接，后者還通過導(dǎo)線26接收信號，該信號包括關(guān)于傳感信號相位關(guān)系期望值的信息。由相位控制級25產(chǎn)生的綜合傳感信號通過導(dǎo)線27提供給波形發(fā)生器28。該波形發(fā)生器28由通過導(dǎo)線27接收的綜合傳感信號產(chǎn)生用于定子各有關(guān)相繞組3，4或5的換向信號，這些控制信號分別經(jīng)過導(dǎo)線29，30，31，32，33及34提供給開關(guān)器件13，14，15，16，16，17及18的控制端子。借助于這些換向信號，波形發(fā)生器28以這樣的方式控制開關(guān)器件13至18，即電動機1基本上由在相繞組3至5上產(chǎn)生的電壓的基波驅(qū)動，這些電壓最好在圖1的例中產(chǎn)生三相旋轉(zhuǎn)磁場。為此目的，利用脈寬調(diào)制信號來控制這些開關(guān)器件13至13是有利的。在相繞組3，4或5上的電壓基波幅值或其均方根值是由波形發(fā)生器28確定的，為此它經(jīng)由導(dǎo)線35接收一個攜帶有關(guān)這個信息的信號。
以此方式，波形發(fā)生器28控制電動機中的能量流。
用于有關(guān)傳感信號相位關(guān)系期望值的信號及有關(guān)相繞組3，4及5上電壓幅值或均方根值的信號的導(dǎo)線26及35被連接到控制級36?？刂萍?6用來控制提供給電動機1的電量的幅值及相位移。在控制級36中，在導(dǎo)線26及35上的信號例如受到電動機所需運動速度預(yù)設(shè)信息的影響，但如需要時，也受到電動機1的負載的影響。這個外部的信息用線37象征地表示。然后控制級36例如通過轉(zhuǎn)子2的運動速度的偏離比較，在導(dǎo)線35上產(chǎn)生一個信號，及有關(guān)導(dǎo)線27上綜合傳感信號相位關(guān)系相應(yīng)期望值的信號可經(jīng)由導(dǎo)線26提供，例如與轉(zhuǎn)子2運動速度實際值相一致地提供。轉(zhuǎn)子2的運動速度可由測速發(fā)電機38確定，它經(jīng)由導(dǎo)線39提供相應(yīng)的信號。在圖1電驅(qū)動裝置的一個變型中，也可為此目的使用速度測量級，它對來自位置傳感裝置23的傳感信號求值。這樣便可省掉測速發(fā)電機。
該電驅(qū)動裝置操作系統(tǒng)的組件結(jié)構(gòu)可從圖1中清楚看出。實際上，如果去掉相位控制級25，并將導(dǎo)線24直接地連接到導(dǎo)線27，就可以不采用任何其它部件地獲得(綜合)傳感信號的不變的相位關(guān)系。
在圖1中涉及向電動機1供電的電路元件組合在電子換向電路6中，而用于控制的所有元件包括在組件40中。
以下將參照圖2至4來描述相位控制級25的基本操作。圖2基于假定相控制級25未引入傳感信號的相位移。這意味著，圖2表示一種沒有相控級25時也能獲得的操作狀態(tài)。圖2a)表示作為時間函數(shù)的用于定子第一相繞組3的傳感信號。其中字母t代表時間，但圖2a)也同樣可視為其中用于第一相繞組3的傳感信號描繪成轉(zhuǎn)子2的運動座標的函數(shù)的波形圖。為了簡明起見，假定圖2的波形覆蓋的時間是轉(zhuǎn)子2的恒定運動速度的周期。類似地，圖2b)及2c)分別表示用于第二相繞組4及第三相繞組5的作為時間函數(shù)的傳感信號。所有傳感信號具有矩形波形，它們的周期相當轉(zhuǎn)子一個運動周期，在本例中為轉(zhuǎn)子的一轉(zhuǎn)。圖2a)至2c)中所示的矩形波傳感信號的占空比為50％，及這些信號相對于時間座標t(或運動座標)的相位位置在轉(zhuǎn)子2的一個運動周期上是周期性等距離的。這與上述三相系統(tǒng)相對應(yīng)。
圖2所示的例子基于這樣的假定傳感信號的相位關(guān)系涉及由轉(zhuǎn)子2的運動在定子中感應(yīng)的電壓的相位關(guān)系。該感應(yīng)電壓作為例子以正弦波d1表示在圖2d)中。在第一相繞組3上用于激勵該相繞組3的電壓的基波(相電壓)以d2為參考。與波形發(fā)生器28的構(gòu)造相一致，在圖2d)中以d所示的用于第一相繞組的綜合傳感信號的矩形波形對于產(chǎn)生第一相繞組3上相電壓的基波d2是必需的。在圖2例中，該綜合傳感信號與來自位置傳感裝置23的相應(yīng)傳感信號相同，因為已經(jīng)假定相位移為零。因此，所需的延時tv也為零。此外，圖2中給出了由轉(zhuǎn)子2的運動在第一相繞組3中感應(yīng)出的電壓d1過零點的瞬間t1，及在第一相繞組3上相電壓基波d2的相關(guān)過零點的瞬時t2。PH1是相電壓的基波d2和感應(yīng)電壓d1之間的相位角。該相位角PHI，與傳感信號的相位關(guān)系相結(jié)合，或在本例中與具有固定相位關(guān)系的感應(yīng)電壓d1的相位相結(jié)合，確定了綜合傳感信號d的相位關(guān)系，并因此也確定了相電壓基波d2的相位關(guān)系。相位控制級25通過給定相位角PHI控制相位移，有關(guān)該相位角PHI所需值的信息經(jīng)過導(dǎo)線26提供。
以與從圖2a)的傳感信號無延時(tv＝0)地求得圖2d)的綜合傳感信號相似的方式，由圖2b)的傳感信號求得用于第二相繞組4的圖2e)中的綜合傳感信號，及由圖2c)的傳感信號求得用于第三相繞組5的圖2f)中的綜合傳感信號。
圖3表示的操作情況不同于圖2，其中相位控制級25使綜合傳感信號相對于來自位置傳感器23的相應(yīng)傳感信號延時。其結(jié)果是，綜合傳感信號及相電壓的基波d2均向后地相位移動。在圖3的例中，這引起了相位角PHI量值的減小，即基波電壓d2相對感應(yīng)電壓d1的導(dǎo)前相位減小。在圖3a)至3c)中的信號波形與圖2a)至2c)中的相同，但是圖3d)至3f)表示延時tv的綜合傳感信號的波形。
圖4表示借助相控制級25的相位移控制的例子，其中相位角PHI的量值與圖2中無延時的情況相比是增加了。這產(chǎn)生出傳感信號及待從它導(dǎo)出的綜合傳感信號之間的負延時。在圖3所示的例中，每個綜合傳感信號直接地從它相關(guān)的傳感信號導(dǎo)出，這意味著，例如用于第一相繞組3的綜合傳感信號直接地從位置傳感裝置23取得的用于第一相繞組3的傳感信號導(dǎo)出，等等。因為在圖3的例中施加的延時小，來自位置傳感裝置23的傳感信號現(xiàn)在直接構(gòu)成了它的替換傳感信號，即例如，用于第一相繞組3的圖3a的傳感信號也構(gòu)成它的替換傳感信號，等等。這是因為用于第一相繞組的傳感信號可用可能極小的延時給出用于第一相繞組3的圖3d)中所示的綜合傳感信號。
相反地，在圖4的情況下，發(fā)生的狀態(tài)是，幾乎傳感信號的一個整周期即幾乎轉(zhuǎn)子運動的一個完整周期的延時是必需的，以便給出例如由位置傳感裝置23提供給第一相繞組的傳感信號及用于第一相繞組3的綜合傳感信號的相位關(guān)系。。除了對于這樣長延時需要的附加裝置外，這些延時也引起了電動機1對運動速度的可能變化的響應(yīng)非常慢。因此，根據(jù)本發(fā)明，從所有多個傳感信號中選擇用于每一個傳感信號的替代傳感信號。這種選擇是以這樣的方式實現(xiàn)的，即替代傳感信號或直接地或以反相的形式可借助于最小延時來給出用于相關(guān)相繞組的綜合傳感信號的相位關(guān)系。因此，該延時TV總是盡可能地小。在圖4中，例如用根據(jù)圖4a)的對于第一相繞組3的傳感信號來說明這點。由這個傳感信號應(yīng)該導(dǎo)出如圖4d)所示的綜合傳感信號，它相當于由箭頭v1所示的相位導(dǎo)前方向的位移。現(xiàn)在從圖4a)所示的來自位置傳感裝置23的傳感信號開始，在該相位移v1的方向上確定出圖4a)至4c)的三個傳感信號中一個最近的信號邊沿。該最近信號邊沿出現(xiàn)在用于第三相繞組5的傳感信號上。該搜索過程在圖4中用箭頭v2表示。
因為傳感信號中的原始信號邊沿是上升信號沿，而在根據(jù)箭頭v2搜索中找到的信號邊沿是下降沿，這樣搜索到的傳感信號在另一個由箭頭v3所示的步驟以中被反相，以便形成替代傳感信號。這樣形成的并表示在圖4cc)中的信號就代表用于第一相繞組傳感信號的替代傳感信號。
上述過程最好用于具有至少基本為50％占空比的傳感信號。但是，如果傳感信號反相所獲得的信號不適用于延時來作為綜合傳感信號，則用箭頭v2所示的搜索將持續(xù)進行，直到類似定位信號邊沿被找到為止。在圖4例中，該替代傳感信號也可是圖4b)中所示的用于第二相繞組的傳感信號；在此情況下，延時tv將延長1/6的運動周期。
最后，圖4中箭頭V4表示圖4cc)中替代傳感信號的延時，借助它可獲得圖4d)中所示用于第一相繞組3的綜合傳感信號。如此看來，不管與負相位角PHI的增加相對應(yīng)的實際負相位移為多少，總可獲得小量值的正延時tV。
因此可借助于短時延的單一延時獲得在兩個方向上的相位移，這有助于對可能的速度變化的快速響應(yīng)及在動態(tài)情況下更精確的相位控制。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的作為例子的電驅(qū)動裝置相位控制級的結(jié)構(gòu)與操作的電路框圖及信號流圖。在該例中，位置傳感裝置23通過導(dǎo)線24以上述方式對相控制級25提供的傳感信號。在第一步驟中，所有傳感信號的所有信號邊沿在一個邊沿檢測級41中被檢測出來。每當在一個傳感信號中出現(xiàn)一邊沿時，邊沿檢測級41就在起動線42上產(chǎn)生一個延時起動信號，最好該信號是以短脈沖的形式。在第二步驟中，傳感信號從導(dǎo)線24施加到運動方向檢測級43。該級在運動方向信號線44上產(chǎn)生運動方向信號。
在第三步驟中，傳感信號從線24施加到一個單元45，該單元組合了控制信號修正級46，傳感信號分配級47及控制信號發(fā)生級48的功能。然后，關(guān)于傳感信號相位關(guān)所需值信息的信號，即關(guān)于相位角PHI的信號從控制級36經(jīng)導(dǎo)致26施加給控制信號發(fā)生級48?？刂菩盘栃拚?6與運動方向信號線44相連接，以施加運動方向信號。
圖5中的單元45，尤其是傳感信號分配級47接收來自導(dǎo)線24的傳感信號，以便求得運動方向校正替代信號，該信號經(jīng)導(dǎo)線49輸出。為了形成運動方向校正替代信號使用了來自于控制信號發(fā)生級48及控制信號修正級46的信息。以下將要詳細描述這些級的結(jié)構(gòu)。如參照圖4所解釋的，關(guān)于如何由位置傳感裝置23選擇出每個傳感信號的替代傳感信號的信息可以由傳感信號的時間變化及所需相位角PHI來導(dǎo)出。這個信息是以由控制信號發(fā)生級48提供給傳感信號分配級47的控制信號的形式得到的。在單元45中，這被概要地表示為連接線50。此外，控制信號修正級46從運動方向信號中得到關(guān)于替代傳感信號相對來自位置傳感裝置23的傳感信號的分配或偏差將如何與檢測的運動方向一致地被校正的信息。借助于該信息—該信息的傳送在單元45中概要地表示為連接線51，可從替代傳感信號導(dǎo)出運動方向校正替代傳感信號。在下文描述的一個例中，這最好是這樣實現(xiàn)的，即使用所述信息從由控制信號發(fā)生級48接收的控制信號導(dǎo)出運動方向校正控制信號。
為了獲得綜合傳感信號應(yīng)使(運動方向校正)替代傳感信號延遲的延時將在延時確定級52中計算。因為延時tV的量值取決于運動速度及相位角PHI，該延時確定級52應(yīng)經(jīng)由導(dǎo)線26從控制級36接收相應(yīng)的信息及經(jīng)由導(dǎo)線39從測速發(fā)電機38接收信息。也可以不用測速發(fā)電機38，如已述地，使用任何能提供關(guān)于轉(zhuǎn)子2運動速度信息信號的另外來源替代。
延時確定級52將關(guān)于延時量值tV的信息提供給負載信號發(fā)生級53。該負載信號發(fā)生級53還接收關(guān)于傳感信號邊沿位置的信息，該信息包括經(jīng)由起動導(dǎo)線42接收的延時起動信號中。由該信號這樣地導(dǎo)出負載信號，即綜合傳感信號相對于運動方向校正替代傳感信號產(chǎn)生了一個延時tv。在圖5中，這是以這樣的方式圖示的，即最好由脈沖形負載信號通過負載信號線54閉合開關(guān)，當出現(xiàn)負載信號時這些開關(guān)使來自于導(dǎo)線49的運動方向校正替代傳感信號傳送給傳感信號輸出級55。在該傳送時，運動方向校正替代替?zhèn)鞲行盘栆灿米鲗?dǎo)線27上的綜合傳感信號，以便提供給波形發(fā)生器。通過將運動方向校正替代傳感信號延遲時間tv地輸入到傳感信號輸出級55便簡便地獲得了延時。在本例的一個改型中，被負載信號線54控制的導(dǎo)線49中的開關(guān)也可設(shè)計成與傳感信號輸出級55相連接。于是負載信號線54直接地與傳感信號輸出級55相連接。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置相位控制級實例的總電路框圖。圖7至11則以例子形式表示與圖6電路框圖相對應(yīng)的詳細電路圖。因此以下將連合圖6至11進行描述。在該說明中假定導(dǎo)線24上的傳感信號具有如圖2至4所示的波形。
在圖7的控制信號發(fā)生級48中，用于關(guān)于傳感信號相位關(guān)系所需值信息也即關(guān)于相位角PHI信息的信號的導(dǎo)線26分別連接到第一、第二、第三、 第四及第五比較器61，62，63，64及65的第一輸入端56，57，58，59及60上。關(guān)于所需相位角PHI的信息作為數(shù)字信號經(jīng)由導(dǎo)線26傳送。每個比較器61，62，63，64及65分別具有第二輸入端66，67，68，69及70，它們分別地與限值指標器71，72，73，74及75相連接。每個比較器61至65分別具有第一輸出端76，77，78，79及80，及分別具有第二輸入端81，82，83，84及85。
如參照圖2至4已解釋過的，從所有傳感信號的集合中選擇用于每個傳感信號的替代傳感信號取決于在哪些傳感信號的邊沿之間綜合傳感信號(圖2至4的例中)的上升信號沿將處于與所需相位角PHI相符合。為了首先確定用于給定相位角PHI的兩個信號邊沿之間的相關(guān)間隔，使通過導(dǎo)線26施加的相位角PHI的所需值與傳感信號的信號邊沿的相角關(guān)系相比較。這些相角關(guān)系由限值指標器71至75給出。比較是在比較器61至65中進行的。然后第一限值指示器71提供一個限值(以相位角或相位關(guān)系的形式)，它相當于圖2中的時刻t2，在第一相繞組3中由轉(zhuǎn)子感應(yīng)出的電壓d1的過零點t1被稱為用于確定相位關(guān)系或相位角，尤其是相位角PHI的零點。因此第一限值指示器71提供相應(yīng)于圖2中相位角PHI的限值；另外的限值指示器72至75提供的限值每次以傳感信號中兩信號邊沿之間的間隔遞增，它們相當于從圖2中時刻t1開始的逐個傳感信號邊沿的相位關(guān)系。在圖2中例如相位角PHI為-30°，圖2a)至2c)的傳感信號的信號邊沿具有這樣的相位關(guān)系，即它們依次間隔60°。第一限值指示器71則提供限值PHI＝-30°。第二限值指示器72在相位角PHI的方向上以傳感信號兩信號邊沿之間間隔為增量，即以60°為增量提供一個值。在該本例中，由第二限值指示器72提供的第二限值因此為-90°。類似地，第三限定指示器73提供第三限值-150°，第四限值指標器74提供第四限值-210°，第五限值指標器75提供第五限值-270°。
比較器61至65將提供到第一輸入端56，57，58，59及60上的各信號與由限值指標器71，72，73，74及75施加到第二輸入端66，67，68，69及70上的各限值相比較。這個比較的結(jié)果將作為二進制信號出現(xiàn)在各第一及第二輸出端76至80和81至85上。如果第一輸入端上的信號超過施加在第二輸入端上的限值，每個比較器將在它的第二輸出端上產(chǎn)生一個邏輯1。在另外情況下，邏輯1將出現(xiàn)在比較器的第一輸出端上。比較器的各另外輸出端將具有邏輯0。在本數(shù)字式例中，這意味著，在所需相位角PHI為-45°的情況下，即它小于第一限值指標器71的第一限值-30°時，第一比較器在其第一輸出端76上產(chǎn)生邏輯1而在其第二輸出端上產(chǎn)生邏輯0。另外的比較器62至65，由于相位角PHI為-45°，超過各個限值-90°，-150°，-210°及-270°，則在它們的第一輸出端77至80上產(chǎn)生邏輯0，而在它們的第二輸出端82至85上產(chǎn)生邏輯1。
圖7中所示的控制信號發(fā)生級48還包括各個第一、第二、第三及第四AND門86，87，88及89。這些AND門86至89用它們的第一輸入端90，91，92及93與第一、第二、第三及第四比較器61，62，63及64的各個第一輸出端76，77，78及79分別相連接，它們的第二輸入端94至97與第二、第三、第四及第五比較器62，63，64及65的各個第二輸出端82，83，84及85分別相連接?？刂菩盘柊l(fā)生級48最后包括三個OR門102，103及104。第一OR門102的第一輸入端105與第三AND門88的輸出端100相連接，第二OR門103的第一輸入端106與第五比較器65的輸出端80相連接，及第三OR門104的第一輸入端107與第四AND門89的輸出端101相連接。類似地，第一OR門102的第二輸入端108與第一比較器61的第二輸出端相連接，第二OR門103的第二輸入端109與第二AND門87的輸出端99相連接，及第三OR門104的第二輸入端110與第一AND門86的輸出端98相連接。類似地，第二OR門103的輸出端112與第三控制信號線116的端子相連接，及第三OR門104的輸出端113與第五控制信號118的端子相連接。第一及第三AND門86及88的輸出端98及100分別地連接到第二及第四控制信號線115及117的端子上，及第五比較器65的第一輸出端80連接到第六控制信號線119的端子上。
控制信號發(fā)生級48通過控制信號線114至119提供控制信號，這些控制信號包括關(guān)于選擇一個傳感信號作為一個傳感信號的替代傳感信號的信息。由于該選擇從兩個限值之間的一個區(qū)域變化到下一區(qū)域，在控制信號線114至119上由控制信號提供的信息等于關(guān)于其中包括所需相位角PHI的限值范圍的信息。在本例中，PHI＝-45°，這在第二及第五控制信號線115及118上產(chǎn)生邏輯1，而在另外的控制信號線114，116，117及119上產(chǎn)生邏輯0。
圖10表示控制信號修正級46的一例。該控制信號修正級46具有七個輸入端其中6個輸入端各與控制信號線114至119中的一個相連接，及其中第七輸入端與運動方向信號線44相連接，該控制信號修正級46還具有6個輸出端，每個連接在運動方向校正控制信號線上。該控制信號修正級46提供控制信號線114至119上控制信號與相關(guān)導(dǎo)線上的運動方向校正控制信號之間的連接，這些相關(guān)導(dǎo)線在圖10中具有標號120至125。這個連接過程受到來自于運動方向信號線14的運動方向信號的控制。在該控制信號修正級46中第一控制信號114直接與用于第一運動方向校正控制信號的第一線120相連接；第四控制信號線117直接與用于第四運動方向校正信號的第四線123相連接。第三及第五控制信號線116及118經(jīng)由第一邏輯電路126分別與用于第三及第五運動方向校正控制信號的第三及第五線122及124相連接。第二邏輯電路127與第一邏輯電路126相同，它將第二及第六控制信號線115及119分別連接到用于第二及第六運動方向校正控制信號的第二及第六線121及125。取決于運動方向信號的值，還和運動方向信號線44相連接的邏輯電路可使第三及第五控制信號線116及118分別與第三及第五線122及124相連接，并類似地，使第二及第六控制信號線115及119分別與第二及第六控制信號線121及125相連接，以交換信息。
對于邏輯電路126，127的結(jié)構(gòu)將以例子的方式對第一邏輯電路126作出描述。第二邏輯電路127的相同元件的標號給在括號內(nèi)。
第一(第二)邏輯電路126(127)的第一AND門130(160)的第一輸入端131(161)與第三(第六)控制線116(119)相連接，它的第二輸入端132(162)與運動方向信號線44相連接。第一AND門130(160)的輸出133(163)與第一(第二)邏輯電路126(127)的第一OR門134(164)的第一輸入端135(165)相連接。后者的第二輸入端136(166)也成為第二AND門137(167)的輸出端，該第二AND門的第一輸入端138(168)與第五(第二)控制信號線相連接，及它的第二輸入端139(169)連接到一個反相器140(170)的輸出端141(171)。該反相器140(170)的輸入端142(172)與運動方向信號線44相連接。反相器140(170)的輸出端141(171)還成為第三AND門143(173)的第一輸入端，后者的第二輸入端144(174)與第三(第六)控制信號線116(119)相連接。
第四AND門146(176)的第一輸入端147(177)與第五(第二)控制信號線118(115)相連接。第四AND門146(176)的第二輸入端148(178)與運動方向信號線44相連接。
第三AND門143(173)及第四AND門146(176)的各自輸出端145(175)及149(179)分別連接到第二OR門150(180)的第一輸入端151(181)及第二輸入端152(182)。第一OR門134(164)的輸出端153(183)與用于第三(第六)運動方向校正控制信號的第三(第六)線122(125)相連接。第二OR門150(180)的輸出端154(184)與用于第五(第二)運動方向校正控制信號的第五(第二)線124(121)相連接。
利用該邏輯電路126，127，如果運動方向信號線44是邏輯1，則將第二、 第三、第五及第六控制信號線115，116，118及119分別與用于相應(yīng)的運動方向校正控制信號的第二、第三、第五及第六線121，122，124及125相連接。如果不是這樣，而所述運動方向信號線為邏輯O，控制信號修正級46的邏輯電路126，127將產(chǎn)生以下的連接第二控制信號線115與第六線、第六控制信號線119與第二線121，第三控制信號線116與第五線124，及第五控制信號線118與第三線122相連接。
在該數(shù)值的例中，對于-45°的相位角PHI，當運動方向信號為邏輯1的情況下，在第二線121及第五線124上得到邏輯1，而如果運動方向信號為邏輯，則在第三線122及第六線125上得到邏輯0。線120至125上的另外信號每次相當于邏輯0電位。
在運動方向信號線44上的運動方向信號是借助于運動方向檢測線43產(chǎn)生的，并由通過導(dǎo)線24從位置傳感裝置23供給的傳感信號導(dǎo)出的。圖11表示這種運動方向檢測級43的一個例子。在該例中，導(dǎo)線24包括三根導(dǎo)體，其中第一導(dǎo)體241帶有與第一相繞組3相關(guān)的傳感信號。第二導(dǎo)體242帶有與第二相繞組4相關(guān)的傳感信號，及第三導(dǎo)體243用于提供與第三相繞組5相關(guān)的第三傳感信號。這些傳感信號最好如圖2a)至2c)中所示。第二及第三導(dǎo)體242，243各與第一及第二單穩(wěn)多諧振蕩器192及193相連接。這些單穩(wěn)多諧振蕩器192，193以這種方式構(gòu)成，即當在第二導(dǎo)體242及第三導(dǎo)體243上的第二傳感信號(如圖2b)所示)或在第三傳感信號(如圖2c)中所示)出現(xiàn)上升信號邊沿時，它們分別上產(chǎn)生一個從邏輯0至邏輯1的信號脈沖，該脈沖比傳感信號中兩個相繼信號邊沿之間的時間間隔短。這些脈沖從第一單穩(wěn)多諧振蕩器192的輸出端194提供給運動方向檢測級43的第一AND門198的第一輸入端196；及在第二單穩(wěn)多諧振蕩器193的輸出195上產(chǎn)生的信號提供給運動方向檢測級43的第二AND門200的第一輸入端199。第一AND門198的第二輸入端197及第二AND門200的第二輸入端201同時連接到第一導(dǎo)體以提供第一傳感信號(與第一相繞組3相關(guān)；最好具有圖2a)所示的波形)。
AND門198，200它們各自的輸出端202及203與雙穩(wěn)多諧振蕩器的輸入端相連接。這些輸入端中的第一個是由運動方向檢測級43的第一OR門206的第一輸入端形成的，及這些輸入端中的第二個是由運動方向檢測級43的第二OR門209的第一輸入端207形成的。第一OR門206的輸出210也構(gòu)成了運動方向檢測級43的第一反相器211的輸入端。類似地，第二OR門209的輸出端212構(gòu)成運動方向檢測級43的第二反相器213的輸入端。第一反相器211的輸出端214與第二OR門209的第二輸入端208相連接，及第二反相器213的輸出端215與第一OR門206的第二輸入端205相連接。
該雙穩(wěn)多諧振蕩器本身是公知的，它的輸出端由第二反相器213的輸出端215構(gòu)成，并連接在運動方向信號線44上，該雙穩(wěn)多諧振蕩器被第一OR門206的第一輸入端204上的脈沖轉(zhuǎn)換到第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)，該狀態(tài)維持到在第二OR門209的第一輸入端207上出現(xiàn)類似脈沖為止。在所述第一轉(zhuǎn)換狀態(tài)中，運動方向信號線44上的運動方向信號假定為邏輯1電平及在該雙穩(wěn)多諧振蕩器的第二轉(zhuǎn)換狀態(tài)中該信號假定為邏輯0電平。在假定為圖2a)至2c)中傳感信號波形的運動方向上，圖2b)的第二傳感信號的上升信號邊沿及由此第二單穩(wěn)多諧振蕩器193的輸出195總是與圖2a)的第一傳感信號的邏輯0電平相一致的，而圖2a)的第一傳感信號在來自第一單穩(wěn)多諧振蕩器192的脈沖出現(xiàn)時(作為圖2c)的第三傳感信號中上升信號邊沿的結(jié)果)總是假定為邏輯1。類似地，第一AND門198對于來自第一單穩(wěn)多諧振蕩器192的脈沖產(chǎn)生導(dǎo)通，及第二AND門200對于來自第二單穩(wěn)多諧振蕩器193的脈沖產(chǎn)生關(guān)閉。隨后的雙穩(wěn)多諧振蕩器電路206，209，211，213接著將運動方向信號置成邏輯1。在相反的運動方向上，根據(jù)圖2b)及2c)的第二及第三傳感信號波形將互換。然后雙穩(wěn)多諧振蕩器206，209，211，213僅接收來自第二單穩(wěn)多諧振蕩器193的脈沖，因此運動方向信號改變?yōu)檫壿?。
圖9表示圖6的電路框圖中的用于從傳感信號及傳感信號相位關(guān)系或?qū)Ь€26上的相位角PHI的所需值在負載線54上產(chǎn)生負載信號的那些元件。輸入級216用于形成傳感信號或電動機1的各機繞組3，4及5上的相電壓基波d2的三倍頻率的矩形波信號。為此目的，該輸入級216包括三個AND門217，218及219。這些AND門中的第一個217的兩輸入端分別與線24的第二導(dǎo)體242及第三導(dǎo)體243相連接。類似地，第二AND門218的兩輸入端分別與第一導(dǎo)體241及第二導(dǎo)體242相連接，及第三AND門219的兩輸入端分別與第一導(dǎo)體214及第三導(dǎo)體243相連接。AND門217，218及219的三個輸出220，221及222分別形成0R門223的三個輸入端，在后者的輸出端224上可得到相電壓(參見圖2d)基波d2的三倍頻率的所述矩形波信號。因此該矩形波信號對于三個傳感信號的每個信號邊沿具有一個相應(yīng)的信號邊沿。
圖9的電路框圖還包括一個邊沿檢測級41，對它提供來自上述OR門223的輸出端224的矩形波信號。為此，該輸出端224直接地連接到該邊沿檢測極41的第一單穩(wěn)多諧振蕩器226的輸入端225，并經(jīng)反相器227連接到第二單穩(wěn)多諧振蕩器229的輸入端228。邊沿檢測級41的這兩個單穩(wěn)多諧振蕩器226，229的功能相應(yīng)于圖11中運動方向檢測極43的單穩(wěn)多諧振蕩器192，193的功能。因此，當來自輸出端224的矩形波信號中每個上升信號邊沿時，在邊沿檢測級41的第一單穩(wěn)多諧振蕩器226的輸出230上產(chǎn)生上升到邏輯1的短脈沖，而第二單穩(wěn)多諧振蕩器229在來自輸出端224的矩形波信號的每個下降信號邊沿時在它的輸出端231上產(chǎn)生這樣一個脈沖。單穩(wěn)多諧振蕩器226，229的輸出端230，231也形成了邊緣檢測級41的OR門232的輸入端。然后在其輸出端233上產(chǎn)生脈沖狀信號，該信號包括對于傳感信號每個信號邊沿的上升到邏輯1的短脈沖，及它用作為負載信號發(fā)生級53的觸發(fā)信號。
此外，輸入級216的OR門223的輸出端224與速度測量級245的輸出端244相連接。換一種方式，該輸出端244也可與邊沿檢測級41的OR門232的輸出端233相連接。在這兩種情況下，速度測量級245接收關(guān)于傳感信號兩個邊沿之間時間間隔的信息。該速度測量級245持續(xù)地將該間隔與時間標準相比較，并由該比較求得一個速度信號，該速度信號代表運動速度并出現(xiàn)在速度測量級245的輸出端246上。該時間標準例如是具有一穩(wěn)定頻率的時鐘信號，該頻率相當于來自輸出端224的矩形波的最高頻率那樣高。然后該速度測量級245對出現(xiàn)在矩形波信號兩邊沿(或輸出端233上的觸發(fā)信號的兩個脈沖)之間的時鐘周期進行計數(shù)。這樣由在矩形波信號兩邊沿之間測量出的時間間隔所確定的時鐘周期數(shù)目反比于轉(zhuǎn)子2的運動速度。該速度信號最好取(多位)二進制信號的形式。
在本例中，圖9所示的速度測量級245完成圖1及5中測速發(fā)電機的任務(wù)。因此，在圖9所示電路的情況下，根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置可不使用單獨的測速發(fā)電機來構(gòu)成。
圖9中所示的電路框圖還包括一個延時確定級52。該級包括第一計算級247及第二計算級248。對第一計算級247施加關(guān)于傳感信號相位關(guān)系所需值即關(guān)于相位角PHI所需值的信息。在第一比較級247中，該所需值受到余數(shù)類除法，其中除數(shù)相當于OR門223的輸出端224上矩形波信號或傳感信號的相繼兩個信號邊沿之間的相位角，或是OR門232的輸出端233的觸發(fā)信號的兩相繼脈沖之間的間隔。這在第一計算級247的輸出端249上產(chǎn)生了一個數(shù)字信號，該信號相當于相位角PHI所需值的余數(shù)類除法的余數(shù)。在本例中，在第一計算級247中執(zhí)行余數(shù)60°除法。該除法的余數(shù)然后再作為關(guān)于用于替代傳感信號或運動方向校正替代傳感信號的相位控制級25中所需延時的信息使用，而在余數(shù)類除法期間來自相位角PHI的60°整數(shù)倍的所需值在合適地選擇一個傳感信號作為替代傳感信號或運動方向校正替代傳感信號時進行考慮。
與第一計算級中余數(shù)類除法的余數(shù)相對應(yīng)的信號通過第一計算級247的輸出端249施加給第二計算級248，該輸出端249也形成為第二計算級248的第一輸入端。來自速度測量級245的輸出端246的(數(shù)字)速度信號經(jīng)由第二輸入端提供給第二計算級250。該第二計算級248以這樣的方式處理輸入的信號，即余數(shù)類除法的余數(shù)被轉(zhuǎn)子2的運動速度除，或余數(shù)被反比于運動速度的速度信號相乘。在第二計算級248的輸出端251上，這直接地產(chǎn)生出代表延時tv實際值的(數(shù)字)信號。
該延時確定級52的第二計算級248的輸出端251連接到負載信號發(fā)生級53的預(yù)置輸入端252。負載信號發(fā)生級53還包括與邊沿檢測級的OR門232的輸出端233相連接的觸發(fā)信號輸入端253。負載信號發(fā)生級53最好構(gòu)成定時電路，該定時電路最好使用與在速度測量級245中的時間標準的相同時間信號操作。負載信號發(fā)生級53在每個觸發(fā)信號周期中被預(yù)置成通過預(yù)置輸入端252輸入的延時值tv，這是響應(yīng)于觸發(fā)信號脈沖的前邊沿執(zhí)行的。接著，以所述時鐘信號的節(jié)奏執(zhí)行從預(yù)置值到0的向下計數(shù)。當計數(shù)達到0時，從觸發(fā)信號的最后脈沖開始時起的所需延時tv正好期滿。當計數(shù)達到0時，因此負載信號發(fā)生級53在負載信號線54上產(chǎn)生負載信號，該信號為脈沖形式，它相當于觸發(fā)信號兩個相繼脈沖之間時間間隔那樣短。
圖8是傳感信號分配級47一個例子的詳細邏輯電路圖及傳感信號輸出級55的一個例子的電路圖。該傳感信號輸出級47包括總共九個AND門280至288，被布置成三組280至282，283至285，及286至288。第一組的AND門280至282的第一輸入端289，290及291各與用于第一運動方向校正控制信號的第一線120相連接。第二組的AND門283至285的第一輸入端292，293及294分別與用于第三運動方向校正控制信號的第三線122相連接，及第三組AND門286至288的第一輸入端295，296及297分別與用于第五運動方向校正控制信號的第五線124相連接。
在每個AND門組280至282，283至285及286至288中，每個AND門與用于傳感信號的線24中的每個導(dǎo)體相連接。具體是，第一，第六及第八AND門280，285及287的第二輸入端298，303及305分別與第一導(dǎo)體241相連接；第二，第四及第九AND門281，283及288的第二輸入端299，301及306分別與第二導(dǎo)體242相連接；及第三、第五及第七AND門282，284及286的第二輸入端300，302及304分別與第三導(dǎo)體243相連接。
AND門280至288的輸出端307至315與總共九個可控的反相器325至333的第一輸入端316至324相連接，這些反相器的每個與AND門280至288中的一個相連接，因此它們也布置成第一、第二及第三組325至327，328至330及331至333。第一組的可控反相器325至327的第二輸入端334至336與用于第四運動方向校正控制信號的第四線123相連接。類似地，第二組的可控反相器328，329，330的第二輸入端337，338，339與用于第六運動方向校正控制信號的第六線相連接，及第三組的可控反相器331，332，333的第二輸入端340，341，342與用于第二運動方向校正控制信號的第二線121相連接。
這些可控反相器325至333也可稱為異或(EXCLVSIVE-OR)元件，每當邏輯1被提供給它們的第二輸入端334至342時，它們將其第一輸入端316至324上出現(xiàn)的信號分別傳送到它們的輸出端343至351。但是，如果在第二輸入端334至342上輸入邏輯0時，則使第一輸入端316至324上的信號反相地出現(xiàn)在輸出端343至351。
第一組可控反相器325至327的輸出端343至345的每個分別形成為第一、第二及第三OR門352，353及354的第一輸入端。同樣地，第二組可控反相器328至330的輸出端346至348的每個分別成為這三個OR門352至354的第二輸入端，及第三組可控反相器331至333的輸出端349至351的每個分別成為這三個OR門352至354的第三輸入端。因此OR門352至354執(zhí)行分別將輸出端343至345，346至348，及349至351轉(zhuǎn)移到用于運動方向校正替代信號的導(dǎo)線49的第一、第二及第三導(dǎo)體上。這些導(dǎo)體491，492及493形成OR門352，353及354的輸出端。
在傳感信號分配級47中分兩個步驟從導(dǎo)線24上的傳感信號導(dǎo)出線49上的運動方向校正替代信號。在第一步驟中，在第一、第三及第五運動方向校正控制信號的控制下，在AND門280至288中，根據(jù)所需相位角PHI的要求，將各個傳感信號分配到用于運動方向校正替代傳感信號的信號通路上。在本例中，有三種該分配的可能性。第一導(dǎo)體491上的第一運動方向校正傳感信號可以從導(dǎo)體241上的第一傳感信號，導(dǎo)體242上的第二傳感信號或?qū)w243上的第三傳感信號來導(dǎo)出。由于這三種可能性，對于導(dǎo)體492及493上的另外運動方向校正替代信號也產(chǎn)生出固定的分配。對于每一種分配可能性，設(shè)置了一組AND門280至282，283至285，及286至288。因為每次僅是三種可能性中的一種適用，導(dǎo)線120，122及124上的三個運動方向校正控制信號中僅是一個將為邏輯1。其結(jié)果是僅是一組AND門開啟，而其它的AND門則關(guān)閉。
由一組開啟的AND門280至282，283至285及286至288，相應(yīng)交替排列的傳感信號被提供到可控反相器的分配組325至327，328至330及331至333上。根據(jù)相位角PHI，傳感信號將按需要必須反相或必須不反相。這是分別借助于第二、第四及第六導(dǎo)線121，123及125上的第二、第四及第六運動方向校正控制信號來獲得。對于其相關(guān)AND門組關(guān)閉的可控反相器組上的運動方向校正控制信號被控制信號發(fā)生級48及控制信號修正級置成邏輯O。因此這些可控反相器的輸出為零，它們不會影響OR門352至354。對于未被相應(yīng)運動方向校正控制信號開通的AND門組，其后級的可控反相器組可選擇地以反相或非反相形式傳送傳感信號。這些信號沒有任何進一步改變地到達OR門325至354到達導(dǎo)體491至493作為運動方向校正替代信號。
圖8中所示的傳感信號輸出級55包括一個用于三個二進制運動方向校正替代傳感信號的輸出存儲器355。導(dǎo)體491至493形成為用于待存儲的二進制運動方向校正替代傳感信號的輸入端。用于綜合傳感信號的導(dǎo)線27中的第一、第二及第三導(dǎo)體271，272及273形成了在其中存儲信號的輸出存儲器355的第一、第二及第三輸出端。輸出存儲器355具有與負載信號線54相連接的負載信號輸入端356。
如果各門中的過渡時間忽略不計時，導(dǎo)線49上的運動方向校正替代傳感信號可與導(dǎo)線24上的傳感信號同時地得到。輸出存儲器355以這樣的方式構(gòu)成，即當負載信號線54上出現(xiàn)負載信號脈沖時，則在輸入端即導(dǎo)體491至493上得到的信號值在此時刻被存儲到輸出存儲器355中，并在輸出端271至273上保持其值不變直到下一負載信號脈沖將出現(xiàn)在導(dǎo)體491至493上的信號值存儲到輸出存儲器355中為止。因此就用非常簡單的方式獲得了相對運動方向校正替代信號延遲了延時tv的綜合傳感信號。
圖6表示圖7至11電路框圖的組合。借助控制信號線114至119的及借助于導(dǎo)線120至125的用于運動方向控制信號的連接線取代了圖5所示例中的對于控制信號的連接線50及對于關(guān)于運動方向校正的信息的連接線51。但是，這種改變并未偏離根據(jù)本發(fā)明的電驅(qū)動裝置的原則。
權(quán)利要求
1.一種電驅(qū)動裝置，包括—一個人為激磁的電動機，它包括具有作為多個相繞組布置的繞組的定子及轉(zhuǎn)子；—一個電子換向電路，它用電能來激勵電動機的相繞組；—一個位置傳感裝置，用于根據(jù)轉(zhuǎn)子相對于定子的瞬時位置對電動機的每個相繞組提供傳感信號，每個傳感信號是關(guān)于轉(zhuǎn)子位置的可傳遞相位關(guān)系；—一個相位控制級，用于使傳感信號的相位關(guān)系經(jīng)受相位移，該相位移至少依賴于轉(zhuǎn)子的運動速度并對于所有傳感信號是一致的，其結(jié)果是獲得綜合的傳感信號；—一個波形發(fā)生器，對它施加綜合的傳感信號及在其中由每個綜合傳感信號獲得相應(yīng)相繞組的換向信號，以便控制換向電路中要供給電動機的電能的時間及幅度變化；及—一個控制級，用于至少根據(jù)轉(zhuǎn)子運動速度控制供給電動機的電能的幅度及相位移，該相位控制級包括—控制信號發(fā)生級，它對于由控制級當前傳送的相位移值，對所有多個傳感信號中的每一個傳感信號選擇這樣一個信號作為替代傳感信號，這個信號可借助一個最小延時以直接或反相的形式給出待從所述每個傳感信號求得的綜合傳感信號的相位關(guān)系，該級能夠提供包括關(guān)于該選擇的信息的控制信號；—傳感信號分配級，對它可提供來自位置傳感裝置的傳感信號，并在其中在控制信號的控制下從傳感信號中求得替代傳感信號并使其有效；—延時確定級，用于根據(jù)相位關(guān)系的當前表達值，轉(zhuǎn)子的運動速度及沿描述轉(zhuǎn)子位置的運動座標的傳感信號相位之間的間隔來確定與每個替代傳感信號及待由它們求得的綜合傳感信號之間延時相對應(yīng)的時間間隔(延時)；—傳感信號輸出級，對其可提供替代傳感信號，及它可響應(yīng)于負載信號存入及提供綜合傳感信號；及—負載信號發(fā)生級，在其中根據(jù)傳感信號或替代傳感信號中一個每個值的變化可重新產(chǎn)生負載信號，并相對該變化延時一個在延時確定級中確定的延時提供給傳感信號輸出級。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動裝置，其特征在于一個控制信號修改級，對其可提供來自控制信號發(fā)生級的控制信號及運動方向信號，及通過它在運動方向信號的控制下控制信號可轉(zhuǎn)換成運動方向校正控制信號，并能使替代傳感信號直接地從對于轉(zhuǎn)子運動主方向的傳感信號中導(dǎo)出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電驅(qū)動裝置，其特征在于一個運動方向檢測級，它用于檢測轉(zhuǎn)子的當前運動方向并將相應(yīng)形成的運動方向信號提供給控制信號修正級。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電驅(qū)動裝置，其特征在于當前運動方向可由運動方向檢測級借助于至少兩個傳感信號的相位關(guān)系的比較來確定。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的電驅(qū)動裝置，其特征在于一個速度測量級，用于確定轉(zhuǎn)子運動的速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電驅(qū)動裝置，其特征在于傳感信號可提供給速度測量級，傳感信號給定部分的一個接一個的時間與速度測量級的時間標準相比較，及可從該比較中導(dǎo)出代表運動速度的速度信號，以便被提供給延時確定級。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項的電驅(qū)動裝置，其特征在于至少由轉(zhuǎn)子運動在定子中感應(yīng)的電壓部分用于在位置傳感裝置中產(chǎn)生傳感信號，及由相控位級施加給每相繞組的傳感信號的相位移確定了相關(guān)相電壓的相位關(guān)系。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項的電驅(qū)動裝置，其特征在于位置傳感裝置產(chǎn)生矩形波信號，它們的邊沿形成轉(zhuǎn)子相對于相關(guān)相繞組的位置的量度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電驅(qū)動裝置，其特征在于矩形波傳感信號具有至少為50％的占空比，及它們的相位在轉(zhuǎn)子運動的一個周期上實質(zhì)上是周期地等距離的。
全文摘要
一種電驅(qū)動裝置，包括人為激磁的電動機，電子換向電路，位置傳感裝置，相位控制級，波形發(fā)生器，以及控制級，相位控制級包括控制信號發(fā)生級，傳感信號分配級，延時確定級，傳感信號輸出級，負載信號發(fā)生級，該驅(qū)動裝置能使用簡單的位置信號及簡單的電路根據(jù)轉(zhuǎn)子運動的速度使轉(zhuǎn)矩角、即定子中產(chǎn)生的磁場及轉(zhuǎn)子位置之間的相位角受到控制。
文檔編號H02P6/08GK1158022SQ9612204
公開日1997年8月27日 申請日期1996年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月8日
發(fā)明者E·波爾特, J·哈爾夫曼, L·索爾滕, M·文特 申請人:菲利浦電子有限公司