專利名稱：用于檢測(cè)無刷多相直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)無刷多相直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度的裝置，所述轉(zhuǎn)子包括永磁體，所述定子包括電繞組，在操作時(shí)，電驅(qū)動(dòng)信號(hào)被提供給所述電繞組，以便驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子，所述裝置具有驅(qū)動(dòng)裝置，用于當(dāng)轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)，向繞組提供電測(cè)試脈沖。
本發(fā)明還涉及一種包括多相直流電動(dòng)機(jī)和用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角的裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種包括按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的盤驅(qū)動(dòng)器和磁帶控制器(tape streamer)。
這種裝置在美國(guó)專利5117165中公知了。在這種公知的裝置中，持續(xù)時(shí)間短的并且極性相反的電流脈沖在電動(dòng)機(jī)靜止期間被提供給定子的每個(gè)繞組。此外，借助于串聯(lián)電阻測(cè)量在各個(gè)繞組中產(chǎn)生的電流，所述串聯(lián)電阻作為電流-電壓變換器。以這種方式，在n相直流電動(dòng)機(jī)的情況下，要測(cè)量2n個(gè)電壓。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，每個(gè)測(cè)量的電流和轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子繞組的位置有關(guān)。借助于測(cè)量的2n個(gè)通過繞組的電流，可以以180°/n的精度確定轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子繞組的位置。接著，按照公知的方式，可以使用和轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)的信息，以這種方式啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使得電動(dòng)機(jī)正確地按照預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)。在多相直流電動(dòng)機(jī)被用于某種類型的盤驅(qū)動(dòng)器的情況下，為了防止損壞讀寫磁頭，這是非常重要的。當(dāng)在磁帶控制器中使用多相直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，為了使磁帶的存儲(chǔ)容量被最佳地使用，這也是非常重要的。
已知的裝置的一個(gè)缺點(diǎn)是，在繞組中產(chǎn)生的電流利用和各個(gè)繞組串聯(lián)設(shè)置的電流-電壓轉(zhuǎn)換器監(jiān)視。因此，在電流-電壓轉(zhuǎn)換器中消耗了相當(dāng)大量的功率。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服這個(gè)缺點(diǎn)的解決方案。為此，按照本發(fā)明的裝置的特征在于，所述裝置還包括測(cè)量電路，用于檢測(cè)由電動(dòng)機(jī)響應(yīng)測(cè)試脈沖而產(chǎn)生的逆程脈沖，以及處理單元，用于以組合方式處理檢測(cè)的逆程脈沖的持續(xù)時(shí)間，以便確定所述的旋轉(zhuǎn)角度。
可以不用和各個(gè)繞組串聯(lián)的電流-電壓變換器實(shí)現(xiàn)逆程脈沖的檢測(cè)。似乎逆程脈沖的寬度，即逆程脈沖的持續(xù)時(shí)間，取決于各個(gè)繞組的自感。而各個(gè)繞組的自感又取決于轉(zhuǎn)子相對(duì)于各個(gè)繞組的旋轉(zhuǎn)角度。結(jié)果，所述旋轉(zhuǎn)角度可以借助于測(cè)量檢測(cè)的逆程脈沖的持續(xù)時(shí)間被確定。和已知的裝置相比，檢測(cè)逆程脈沖意味著在不存在測(cè)試脈沖的瞬時(shí)進(jìn)行測(cè)量。換句話說，按照本發(fā)明，測(cè)量繞組自感的降低，而在已知的裝置中，測(cè)量繞組自感的建立。
按照本發(fā)明的裝置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，從由所述裝置處理的信號(hào)的性質(zhì)的觀點(diǎn)看來，處理單元可以非常簡(jiǎn)單，其中不使用微處理器。
具體地說，確定每個(gè)繞組相對(duì)于磁定子具有北極或南極。這個(gè)信息使得能夠確定轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子即相對(duì)于定子繞組的旋轉(zhuǎn)角度。
具體地說，也可以采用驅(qū)動(dòng)裝置，用于對(duì)電動(dòng)機(jī)的繞組按照給定的順序輪流施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
因而，所述驅(qū)動(dòng)裝置最好具有雙重功能。它們可以用來控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在電動(dòng)機(jī)靜止期間用來確定轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述裝置的特征在于，驅(qū)動(dòng)裝置包括多個(gè)開關(guān)元件，用于產(chǎn)生測(cè)試脈沖和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)裝置還包括所述測(cè)量電路，用于在驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)間間隔期間，在開關(guān)元件處于斷開狀態(tài)時(shí)，監(jiān)視驅(qū)動(dòng)裝置的開關(guān)元件上的電壓。
這意味著，在這種情況下，測(cè)量電路也具有雙重功能。在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)期間，測(cè)量電路用于監(jiān)視開關(guān)元件上的電壓，在電動(dòng)機(jī)停止期間，測(cè)量電路用于確定轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的角度位置。
具體地說，驅(qū)動(dòng)裝置用于對(duì)每個(gè)繞組施加測(cè)試脈沖。這使得可以用最佳的精度確定旋轉(zhuǎn)角度。最好是，對(duì)每個(gè)繞組施加兩個(gè)不同極性的測(cè)試脈沖。在n相直流電動(dòng)機(jī)的情況下，電動(dòng)機(jī)至少具有兩個(gè)繞組，這些繞組在使用期間構(gòu)成不同的相，此時(shí)可以以180°/n的精度確定旋轉(zhuǎn)角度。
在一個(gè)非常實(shí)用的實(shí)施例中，所述裝置用于具有3個(gè)相互以不同的相位設(shè)置的繞組(n=3)的電動(dòng)機(jī)，在操作中，用于確定旋轉(zhuǎn)角度的裝置實(shí)行一種包括3個(gè)周期的測(cè)量方法，以便檢測(cè)6個(gè)逆程脈沖，第一極性的第一測(cè)試脈沖在第一周期被施加于第一對(duì)繞組；檢測(cè)響應(yīng)第一測(cè)試脈沖而產(chǎn)生的逆程脈沖；對(duì)第一對(duì)繞組施加和第一極性相反的第二極性的第二測(cè)試脈沖；并且檢測(cè)響應(yīng)第二測(cè)試脈沖而產(chǎn)生的逆程脈沖；對(duì)于第二對(duì)繞組和第三對(duì)繞組，在第二周期和第三周期中分別重復(fù)第一周期，其中第一、第二和第三對(duì)繞組互不相同。
具體地說，處理單元可以測(cè)量在每步中測(cè)量的兩個(gè)逆程脈沖的持續(xù)時(shí)間之差。這意味著最終只檢測(cè)3個(gè)持續(xù)時(shí)間的差。這些差可以利用雙向計(jì)數(shù)器被簡(jiǎn)單地確定。雙向計(jì)數(shù)器響應(yīng)第一測(cè)試脈沖在存在逆程脈沖的期間內(nèi)計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖，接著在存在逆程脈沖的期間內(nèi)響應(yīng)第二測(cè)試脈沖對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行減計(jì)數(shù)。以這種方式，計(jì)數(shù)器最終表示所述兩個(gè)逆程脈沖之間的持續(xù)時(shí)間的差。這樣檢測(cè)的3個(gè)持續(xù)時(shí)間的差可以直接施加于驅(qū)動(dòng)裝置，以便確定驅(qū)動(dòng)裝置可被啟動(dòng)而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的條件，即，在所述條件下電動(dòng)機(jī)在預(yù)定的位置直接開始轉(zhuǎn)動(dòng)。
因而，處理單元可以利用雙向計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，而不用微處理器。
現(xiàn)在結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，其中

圖1表示按照本發(fā)明的裝置的一個(gè)可能的實(shí)施例；圖2說明當(dāng)圖1所示的裝置驅(qū)動(dòng)多相直流電動(dòng)機(jī)時(shí)的操作的表；圖3示意地表示由圖1所示的裝置相繼提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；圖4說明當(dāng)電動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)時(shí)圖1所示的裝置的操作；圖5說明當(dāng)在靜止期間所述裝置用于確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，圖1所示的裝置的操作；圖6說明當(dāng)在靜止期間所述裝置用于確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，圖1所示的裝置的操作；圖7表示來自繞組的依賴于于定子和轉(zhuǎn)子之間的旋轉(zhuǎn)角度的逆程脈沖的寬度的改變；圖8表示圖1所示的裝置的另一種改進(jìn)的可能的改型；圖9說明圖1所示的裝置用于確定轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度的另一種操作方法；圖10表示包括按照本發(fā)明的裝置的盤驅(qū)動(dòng)器；以及圖11包括按照本發(fā)明的裝置的磁帶控制器。
圖1所示的裝置用標(biāo)號(hào)1表示，其用于向三相無刷直流電動(dòng)機(jī)8提供包括驅(qū)動(dòng)脈沖、測(cè)試脈沖的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。繞組2、4、6形成電動(dòng)機(jī)的定子9的部分。電動(dòng)機(jī)8還具有轉(zhuǎn)子10，其在圖1中被示意地表示。轉(zhuǎn)子10包括永磁體，其北極用陰影線表示，南極用沒有陰影線的部分表示。
電動(dòng)機(jī)8的定子的繞組2、4、6按照給定的順序以這樣的方式被循環(huán)地供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得電動(dòng)機(jī)的磁體轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)，在給定的空閑期間，至少一個(gè)繞組不被供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在本例中，在給定的空閑期間，所有3個(gè)繞組輪流地而不是同時(shí)地不被供給驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
裝置1包括驅(qū)動(dòng)裝置11，用于按照上述方式向電動(dòng)機(jī)8的繞組2，4，6提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在本例中，驅(qū)動(dòng)裝置11采取多相逆變器11的形式。由多相逆變器11產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過線路12。14和16被提供給電動(dòng)機(jī)8的繞組2，4，6，以便驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。在本例中的多相逆變器11是三相逆變器，這是因?yàn)樵诒纠幸或?qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)是三相直流電動(dòng)機(jī)。在本例中，多相逆變器11包括電源電路18和程序裝置20。通過線路22.1-22.6程序裝置20按照順序以這樣的方式驅(qū)動(dòng)電源電路，使得電源電路18按照順序，即按照給定的循環(huán)次序，向繞組2，4，6提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。電源電路18由3個(gè)常規(guī)的半H橋構(gòu)成。電源電路18具有3個(gè)串聯(lián)的電流通路24、24’、24”，它們被設(shè)置在電源線26和零電位28之間。在本例中，電源電壓V0被提供給電源線26，零電位和地相連。
每個(gè)電流通路24，24’，24”由呈晶體管30，32；30’，32’；和30”，32”形式的兩個(gè)串聯(lián)開關(guān)元件構(gòu)成。晶體管30，32；30’32’；30”，32”中的每個(gè)例如可以包括公知的FET，或者任何公知的其它開關(guān)元件。此外，每個(gè)開關(guān)元件30，32；30’32’；30”，32”分別具有相關(guān)的逆程二極管34，34’，34”，36，36’，36”。每個(gè)逆程二極管和各個(gè)開關(guān)元件并聯(lián)設(shè)置。每個(gè)逆程二極管可以是開關(guān)元件的寄生二極管，和開關(guān)元件并聯(lián)設(shè)置。逆程二極管可以汲取在繞組空閑期間由反電勢(shì)在該繞組中產(chǎn)生的逆程信號(hào)。電源線12，14，16和開關(guān)元件30，32；30’，32’；和30”，32”之間的各個(gè)節(jié)點(diǎn)A，B，C相連。
下面參照?qǐng)D2的表和表示電動(dòng)機(jī)的圖3更詳細(xì)地說明電源電路18的操作。繞組2，4，6的端子在圖3中用節(jié)點(diǎn)A，B，C表示，其相應(yīng)于圖1和圖2的節(jié)點(diǎn)A，B，C。當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，一般地說，一個(gè)節(jié)點(diǎn)(例如節(jié)點(diǎn)A)和電源線26相連，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)(例如節(jié)點(diǎn)B)和零電位線28相連，并且最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)(例如節(jié)點(diǎn)C)保持浮動(dòng)。因而，可以想到具有6個(gè)不同的狀態(tài)。例如，在第一狀態(tài)F，電源電路18通過線路22.3以這樣的方式被控制，使得開關(guān)元件30導(dǎo)通，結(jié)果使節(jié)點(diǎn)A和電源線26相連。與此同時(shí)，在第一狀態(tài)F，開關(guān)元件32’以這樣的方式被控制，使得節(jié)點(diǎn)B和零電位線28相連。在第一狀態(tài)F期間，其它的開關(guān)元件以這樣的方式被控制，使得它們都截止。結(jié)果，在第一狀態(tài)F，驅(qū)動(dòng)電流開始從電源線26通過開關(guān)元件30向節(jié)點(diǎn)A流動(dòng)，從節(jié)點(diǎn)A通過繞組2和4流到節(jié)點(diǎn)B，從節(jié)點(diǎn)B通過開關(guān)元件32＇向線28流動(dòng)。此時(shí)，節(jié)點(diǎn)C保持浮動(dòng)。這個(gè)第一狀態(tài)示于圖2和圖3。圖2的第一行表示電流從節(jié)點(diǎn)A流到節(jié)點(diǎn)B，而節(jié)點(diǎn)C是浮動(dòng)的。在圖3中，該電流由標(biāo)有帶圓圈的標(biāo)號(hào)1的箭頭表示。在第二狀態(tài)，以完全相同的方式，電流從節(jié)點(diǎn)A流向節(jié)點(diǎn)C，而節(jié)點(diǎn)B保持浮動(dòng)。其它的狀態(tài)，即第三到第六狀態(tài)也在圖2和圖3中示出了。此外，驅(qū)動(dòng)間隔Pa可被定義為這樣一個(gè)間隔，在此間隔內(nèi)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)被供給電動(dòng)機(jī)繞組。此外，空閑間隔PV可以被定義為這樣一個(gè)間隔，在此間隔內(nèi)，沒有驅(qū)動(dòng)信號(hào)供給電動(dòng)機(jī)繞組。圖3還表示驅(qū)動(dòng)間隔Pa和空閑間隔PV。由該圖可見，在本例中，在給定的驅(qū)動(dòng)間隔Pa期間，驅(qū)動(dòng)信號(hào)以這樣的方式被供給電動(dòng)機(jī)繞組，使得在兩個(gè)繞組的驅(qū)動(dòng)間隔Pa期間，不向其余一個(gè)繞組提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。此外，空閑間隔的開始和結(jié)束和驅(qū)動(dòng)間隔的開始或結(jié)束一致，每個(gè)驅(qū)動(dòng)間隔的長(zhǎng)度是空閑間隔的兩倍。在每個(gè)驅(qū)動(dòng)間隔，向相關(guān)的繞組提供其持續(xù)時(shí)間等于相關(guān)的驅(qū)動(dòng)間隔的驅(qū)動(dòng)脈沖。
如上所述，在空閑間隔PV期間，節(jié)點(diǎn)A，B或C中的一個(gè)被保持浮動(dòng)。不過，例如如果在第一狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)C保持浮動(dòng)，則由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)將在繞組6中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。這個(gè)感應(yīng)電壓可以在節(jié)點(diǎn)C和三個(gè)繞組的星點(diǎn)S之間得到，并且以后被稱為反電勢(shì)信號(hào)。同樣，在第二狀態(tài)F下在節(jié)點(diǎn)B和星點(diǎn)S之間產(chǎn)生反電勢(shì)信號(hào)，在第三狀態(tài)F下在節(jié)點(diǎn)C和星點(diǎn)S之間產(chǎn)生反電勢(shì)信號(hào)，等等。
程序裝置20是公知的一種類型的程序裝置，其由時(shí)鐘27產(chǎn)生并通過線路38提供的時(shí)鐘信號(hào)同步，其在線路22.1-22.6上產(chǎn)生控制信號(hào)，使開關(guān)元件30，32；30’32’；30”，32”按照?qǐng)D3的表給定的順序輪流地導(dǎo)通。程序裝置20例如可以包括公知的移位寄存器，其在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)電周期中，被循環(huán)6次。
圖4的標(biāo)記為F的第一行表示當(dāng)電動(dòng)機(jī)完成一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)電氣周期時(shí)相繼發(fā)生的6個(gè)不同的狀態(tài)。行A，B，C表示電動(dòng)機(jī)的節(jié)點(diǎn)A，B，C從電壓隨時(shí)間的變化。該圖說明，例如，在第一和第二狀態(tài)期間，節(jié)點(diǎn)A的電壓等于電源電壓V0。在第三狀態(tài)期間，節(jié)點(diǎn)A是浮動(dòng)的，并且在繞組2中將產(chǎn)生反電勢(shì)信號(hào)。在第四狀態(tài)開始時(shí)，節(jié)點(diǎn)A的電壓等于零點(diǎn)的電壓，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)A和零電位線28相連。這種情況在第四和第五狀態(tài)下被保持。在第六狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)A再次稱為浮動(dòng)的，因而再次產(chǎn)生反電勢(shì)。在節(jié)點(diǎn)B，產(chǎn)生和節(jié)點(diǎn)A相同的信號(hào)，在節(jié)點(diǎn)B的信號(hào)的相位相對(duì)于節(jié)點(diǎn)A被移動(dòng)了120°。同樣，在節(jié)點(diǎn)C產(chǎn)生的信號(hào)的相位相對(duì)于節(jié)點(diǎn)A的信號(hào)移動(dòng)了240°。
在電動(dòng)機(jī)不旋轉(zhuǎn)時(shí)，裝置1還適用于確定轉(zhuǎn)子10相對(duì)于包括繞組2，4，6的定子9的旋轉(zhuǎn)角度。在本例中，驅(qū)動(dòng)裝置11還包括監(jiān)視器40，40’，40”，它們和開關(guān)元件32，32’，32”并聯(lián)設(shè)置。監(jiān)視器40，40’，40”分別通過線路42，42’，42”和裝置的處理單元44相連。處理單元44具有通過線路46和驅(qū)動(dòng)裝置11相連的輸出端口。在本例中，線路46和驅(qū)動(dòng)裝置11的程序裝置20相連。
裝置1還包括監(jiān)視器48，48’，48”，它們分別和開關(guān)元件30，30’，30”并聯(lián)。由這些監(jiān)視器測(cè)量的電壓分別通過線路50，50’，50”和處理單元44相連。
用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子10相對(duì)于定子9的旋轉(zhuǎn)角度的裝置的操作如下。
當(dāng)轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)，借助于驅(qū)動(dòng)裝置11向繞組2，4，6提供電測(cè)試脈沖。測(cè)試脈沖的寬度是如此之窄，使得在測(cè)試脈沖的影響下，轉(zhuǎn)子不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
施加于繞組的測(cè)試脈沖在每個(gè)繞組中產(chǎn)生對(duì)于這些測(cè)試脈沖的逆程脈沖。逆程脈沖是對(duì)各個(gè)繞組的自感的反應(yīng)。每個(gè)繞組2，4，6的逆程脈沖可以借助于測(cè)量電路檢測(cè)，在本例中，測(cè)量電路由監(jiān)視器40，40’，40”構(gòu)成。檢測(cè)的逆程脈沖通過各個(gè)線路42，42’，42”提供給處理單元44。處理單元44聯(lián)合處理逆程脈沖的持續(xù)時(shí)間，以便確定所述的旋轉(zhuǎn)角度。
應(yīng)當(dāng)注意，測(cè)量電路還可以包括監(jiān)視器48，48’，48”，借助于這些監(jiān)視器，也可以確定在繞組2，4，6的每個(gè)中的逆程脈沖。
此外，監(jiān)視器42，42’，42”和監(jiān)視器48，48’，48”也用于監(jiān)視當(dāng)開關(guān)元件截止時(shí)這些開關(guān)元件上的電壓，并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，如前所述。因而，監(jiān)視器在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)期間被使用，并用于確定轉(zhuǎn)子相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的定子的位置。這也被提供給驅(qū)動(dòng)裝置11的開關(guān)元件。事實(shí)上，包括監(jiān)視器的測(cè)量電路形成驅(qū)動(dòng)裝置11的一部分，驅(qū)動(dòng)裝置11用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并用于在電動(dòng)機(jī)靜止期間確定轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5-8說明圖1所示的裝置的第一個(gè)另外的實(shí)施例。
借助于圖8所示的裝置進(jìn)行具有3個(gè)周期的測(cè)量處理，以便檢測(cè)6個(gè)逆程脈沖。首先參照?qǐng)D5說明第一周期。
在由圖5中箭頭1表示的第一步，具有第一極性的第一測(cè)試脈沖被施加于第一對(duì)繞組，在本例中是繞組2和4。為此目的，開關(guān)元件30和32＇導(dǎo)通一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔。結(jié)果，電流開始從電源線26通過開關(guān)元件30經(jīng)線路12向繞組2的節(jié)點(diǎn)A流動(dòng)。該電流通過繞組2和4向繞組4的節(jié)點(diǎn)B行進(jìn)。接著，該電流從繞組4所節(jié)點(diǎn)B經(jīng)線路14通過開關(guān)元件32＇向零線28流動(dòng)。在第一步結(jié)束時(shí)，開關(guān)元件30和32＇再次截止，這意味著第一測(cè)試脈沖的結(jié)束。在周期的第一步期間，監(jiān)視器40(或監(jiān)視器48＇)將檢測(cè)到一個(gè)等于V0的電壓(見圖5的標(biāo)號(hào)為40的曲線)。此外，在第一步期間，通過繞組從A到B的電流逐漸增大(見圖5的標(biāo)號(hào)為IA→B的曲線)。
在第一步結(jié)束時(shí)，開關(guān)元件30和32＇再次截止。這確定了第一測(cè)試脈沖的結(jié)束。當(dāng)在繞組2和4的節(jié)點(diǎn)A和B上的電源電壓V0消失時(shí)，便響應(yīng)所述的消失而在繞組2和4中產(chǎn)生一個(gè)自感電壓。自感電壓具有這樣的極性，使得在繞組2和4中，產(chǎn)生一個(gè)從A流向B并隨時(shí)間而減少的自感電流(見圖5的標(biāo)號(hào)為IA→B的曲線)。因而，所述的自感電流從零線28經(jīng)二極管36和線路12流向節(jié)點(diǎn)A，經(jīng)繞組2和4流向節(jié)點(diǎn)B，并經(jīng)線路14和二極管34＇流向電源線26。所述的感應(yīng)電流意味著產(chǎn)生了逆程脈沖P，其電壓借助于步2中的監(jiān)視器40檢測(cè)(見圖5的最上面的圖)。似乎逆程脈沖P的寬度依賴于繞組2和4的自感，因而依賴于轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度。檢測(cè)的逆程脈沖通過線路42被提供給處理單元44。
在完成用于測(cè)量逆程脈沖P的第二步時(shí)，在周期的第三步產(chǎn)生第二測(cè)試脈沖，該第二測(cè)試脈沖具有和第一測(cè)試脈沖相反的極性。為此目的，開關(guān)元件30’和開關(guān)元件32在第三步閉合一個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔，該時(shí)間間隔在圖5中用箭頭3表示。在步3中，使得電流從電源線26經(jīng)過開關(guān)元件30’并通過線路14流向繞組4的節(jié)點(diǎn)B。接著，電流從節(jié)點(diǎn)B經(jīng)過繞組4和繞組2流向節(jié)點(diǎn)A。此后，電流從節(jié)點(diǎn)A經(jīng)過線路12通過開關(guān)元件32流向零線28。在第三步中，由監(jiān)視器40’檢測(cè)的電壓將等于V0。此外，從B向A流過的電流在第三步期間將逐漸增加。在圖5中，這在曲線IA→B中以負(fù)電流表示，因?yàn)樵搱D所示的電流是從A到B。在第二測(cè)試脈沖停止之后，響應(yīng)這一停止，在繞組2和4中將產(chǎn)生另一個(gè)自感電壓。
現(xiàn)在可以以和步2所述的步驟完全相同的方式，在周期的步4中借助于監(jiān)視器40’(或監(jiān)視器48)測(cè)量產(chǎn)生的逆程脈沖P’，見圖5的曲線40’，在逆程脈沖40’存在期間，通過繞組2和4的感應(yīng)電流再次緩慢增加。逆程脈沖P’的寬度也依賴于自感，因而依賴于轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度。因?yàn)槔@組2相對(duì)于定子處于和繞組4不同的另一個(gè)角度位置，所以在第二和第四步期間產(chǎn)生的自感電流將以互不相同的速率減少，結(jié)果，逆程脈沖P將具有和逆程脈沖P’的寬度△t＇不同的寬度△t。一般地說，如圖7所示，逆程脈沖的寬度△t依賴于轉(zhuǎn)子和定子之間的旋轉(zhuǎn)角度θ。因?yàn)橐阎诶@組1和繞組2之間的是120°，所以可以根據(jù)時(shí)間差△t-△t’確定繞組2是北極還是南極。例如，如果△t-△t’小于0，則可以得出結(jié)論繞組2的節(jié)點(diǎn)A的方位朝向轉(zhuǎn)子的北極側(cè)。相反，如果△t-△t’大于0，則可以得出結(jié)論節(jié)點(diǎn)A的方位朝向定子的南極側(cè)。
在圖5所示的情況下，△t小于△t’，而在圖6所示的情況下△t’小于△t。因而，在圖6所示的情況下，節(jié)點(diǎn)的方向朝向南極，而在圖5所示的情況下，節(jié)點(diǎn)的方向朝向北極。
接著，在第二周期和第三周期分別對(duì)于第二對(duì)繞組4和6以及第三對(duì)繞組6和2重復(fù)第一周期。因而，概括地說，對(duì)于第二對(duì)繞組這意味著，在第二周期的步1開關(guān)元件30’和32”閉合，以及在第二周期的步2借助于監(jiān)視器40’(或監(jiān)視器48”)測(cè)量逆程脈沖，在第二周期的步3，開關(guān)元件30”和32’閉合，在第二周期的步4，借助于監(jiān)視器40”(或監(jiān)視器48’)測(cè)量逆程脈沖。此外，在第三周期的步1開關(guān)元件30”和32閉合，在第三周期的步2，借助于監(jiān)視器40”(或監(jiān)視器48)測(cè)量逆程脈沖，在第三周期的步3，開關(guān)元件30和32”閉合，并且在第三周期的步4，借助于監(jiān)視器40(或監(jiān)視器48”)測(cè)量逆程脈沖。所述6個(gè)逆程脈沖的每一個(gè)通過各個(gè)線路42，42’，42”被施加于處理單元44。處理單元44按照下述處理這些逆程脈沖。
在第一周期被檢測(cè)到的第一逆程脈沖P通過處理單元44的選擇裝置52施加于計(jì)數(shù)器54。在本例中，計(jì)數(shù)器54由線路38上的信號(hào)控制。只要第一周期的逆程脈沖P存在，計(jì)數(shù)器44便計(jì)數(shù)通過線路38提供的脈沖數(shù)。接著，在第一周期的步4期間，由監(jiān)視器40’檢測(cè)的逆程脈沖P’通過選擇裝置被提供給計(jì)數(shù)器54。在這個(gè)時(shí)間間隔期間計(jì)數(shù)器在通過線路38提供的時(shí)鐘信號(hào)的控制下進(jìn)行減計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器54的計(jì)數(shù)值C也在圖5中示出了。在第一周期的第4步結(jié)束時(shí)，計(jì)數(shù)值具有負(fù)值，這意味著繞組2的節(jié)點(diǎn)A的方向朝向定子的北極側(cè)。計(jì)數(shù)器C的計(jì)數(shù)值(正值或負(fù)值)通過處理單元44的選擇裝置56被存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器60中。
以完全相同的方式，借助于在第二周期內(nèi)的計(jì)數(shù)器54，確定繞組對(duì)4和6的逆程脈沖P和P’的持續(xù)時(shí)間的差。在第二周期的第四步結(jié)束時(shí)，計(jì)數(shù)器54的計(jì)數(shù)值被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器60’中。此外，以完全相同的方式，確定在第三周期期間產(chǎn)生的逆程脈沖的持續(xù)時(shí)間的差，不被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器60”中。
在圖8所示的裝置中，順序控制器包括相互串聯(lián)設(shè)置從而形成閉環(huán)的移位寄存器62，62’，62”。寄存器62的內(nèi)容通過線路22.4和22.3確定開關(guān)元件30和32的開關(guān)狀態(tài)。同樣，移位寄存器62’的內(nèi)容確定開關(guān)元件30’和32’的開關(guān)狀態(tài)。移位寄存器62”的內(nèi)容確定開關(guān)元件30”和32”的開關(guān)狀態(tài)。
當(dāng)上述的3個(gè)周期被完成時(shí)，存儲(chǔ)器60的內(nèi)容通過線路64被施加于移位寄存器62。以完全類似的方式，存儲(chǔ)器60’的內(nèi)容通過線路64’被施加于移位寄存器62’。此外，存儲(chǔ)器60”的內(nèi)容通過線路64”被施加于移位寄存器62”。然后，移位寄存器相互之間以這樣的方式被加載，使得當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置11被啟動(dòng)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)子以預(yù)先給定的方向旋轉(zhuǎn)。一般地說，測(cè)試脈沖的寬度小于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)脈沖的寬度。
應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例。
例如，代替監(jiān)視器40，40’，40”，逆程脈沖可以利用監(jiān)視器48，48’，48”檢測(cè)。此外，可以用和上述的移位寄存器不同的方式構(gòu)成順序控制器。
此外，上述的3個(gè)周期也可以用其它方式構(gòu)成，下面參照?qǐng)D9進(jìn)行說明。
圖9表示可以利用圖1所示的裝置實(shí)行的另一種測(cè)量方法的第一周期。在這第一周期中，第一測(cè)試脈沖以這樣的方式施加于電機(jī)的繞組，使得第一測(cè)試脈沖的電流全部通過繞組2，接著在繞組4和6之間被分配。流過繞組A的電流在圖9中示為IA→B&C。流過繞組A的電流在圖9中示為IA→B&C。通過繞組4從A流到B的電流在圖9中為IB→A。最后，通過繞組6從C流到A的電流在圖9中為IC→A。為了這樣對(duì)繞組2，4，6施加測(cè)試脈沖，開關(guān)元件30，30’，30”在第一周期的步1閉合。在步1結(jié)束時(shí)，電流供應(yīng)停止。為此，開關(guān)元件32’和32”，如果需要，開關(guān)元件30，再次被斷開。結(jié)果，通過組合繞組2和繞組4以及組合繞組2和繞組6產(chǎn)生逆程脈沖。因而，響應(yīng)第一測(cè)試脈沖，產(chǎn)生兩個(gè)不同的逆程脈沖。相應(yīng)于第一逆程脈沖的通過繞組4的電流被維持的時(shí)間為△t。因而這個(gè)逆程脈沖具有等于△t的寬度(見圖9)。通過繞組6的逆程脈沖的電流被維持的時(shí)間為△t’。因而相應(yīng)于繞組6的逆程脈沖具有等于△t’的寬度(見圖9)。這樣產(chǎn)生的逆程脈沖同樣可以利用監(jiān)視器40，40’，40”測(cè)量，并且可以施加于處理單元44。以完全類似的方式，對(duì)于第二測(cè)試脈沖和第三脈沖，在第二周期和第三周期內(nèi)，重復(fù)第一周期；第二測(cè)試脈沖的電流全部通過第二繞組，然后在第一和第三繞組之間分配，通過第一和第三繞組，第三脈沖的電流全部通過第三繞組，然后在第一和第二繞組之間分配，通過第一和第二繞組。這樣，在第二周期也產(chǎn)生兩個(gè)逆程脈沖，這些脈沖利用監(jiān)視器40，40’，40”檢測(cè)，并被施加于處理單元44。處理單元確定相應(yīng)于第一周期的兩個(gè)逆程脈沖中的哪一個(gè)較長(zhǎng)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)A指向定子的磁北極時(shí)，對(duì)于第一周期，第一逆程脈沖比第二逆程脈沖具有較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)繞組2的節(jié)點(diǎn)A指向磁南極時(shí)，情況與此相反。這以完全相同的方式，適用于關(guān)于第二繞組4和第三繞組6的第二和第三周期。因而，對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)A，B，C，可以確定其指向磁北極還是指向磁南極。接著，根據(jù)這3個(gè)事實(shí)，以60°的精度確定轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的位置。
在圖9所示的例子中，測(cè)試脈沖可以具有預(yù)定的長(zhǎng)度。不過，測(cè)試脈沖也可以具有這樣的長(zhǎng)度，使得測(cè)試脈沖的電流值增加到預(yù)定的最大值IMAX，如圖9所示。
顯然，本發(fā)明也適用于n相直流電動(dòng)機(jī)，其中n大于3。在這種情況下，可以產(chǎn)生2n個(gè)逆程脈沖，以便確定以180°/n的精度確定旋轉(zhuǎn)角度。
圖10表示盤驅(qū)動(dòng)器70的一個(gè)可能的實(shí)施例。盤驅(qū)動(dòng)器70包括一個(gè)信息載體，所述信息載體在本例中是由3個(gè)可磁化盤72構(gòu)成的裝置。盤驅(qū)動(dòng)器還包括讀寫單元74，用于在可旋轉(zhuǎn)的盤72上寫入數(shù)字信息，或者從盤72中讀出數(shù)字信息?？尚D(zhuǎn)盤72由圖1所示的裝置1和電動(dòng)機(jī)8驅(qū)動(dòng)。盤驅(qū)動(dòng)器70的優(yōu)點(diǎn)在于，盤72的啟動(dòng)非常可靠。這意味著能夠避免在無意中使盤驅(qū)動(dòng)器70沿不希望的方向啟動(dòng)的危險(xiǎn)，同時(shí)能夠使盤驅(qū)動(dòng)器快速地啟動(dòng)。
按照本發(fā)明的裝置1也可以用于具有多相直流電動(dòng)機(jī)8的磁帶控制器80(圖11)，用于驅(qū)動(dòng)磁帶(未示出)。其優(yōu)點(diǎn)在于，在啟動(dòng)時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)不會(huì)瞬時(shí)沿不需要的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，那樣會(huì)使得一部分磁帶的存儲(chǔ)容量不被使用或被損失。
此外，應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，可以使用其它的測(cè)量方法，以便根據(jù)逆程脈沖的寬度確定轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度。因而，對(duì)于4相直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)任意的第一繞組，可以確定該繞組是朝向磁北極或磁南極。然后，對(duì)于相鄰的第二繞組，可以檢查相對(duì)于第一繞組的磁方向的磁方向。這種情況下，對(duì)于第三繞組等可以使用類似的測(cè)量方法。
這些改變都被認(rèn)為落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種用于檢測(cè)無刷多相直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度的裝置，所述轉(zhuǎn)子包括永磁體，所述定子包括多個(gè)電繞組，在操作時(shí)，對(duì)所述電繞組施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，所述裝置具有驅(qū)動(dòng)裝置，用于在轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)繞組施加電測(cè)試脈沖，其特征在于所述裝置還包括測(cè)量電路，用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)響應(yīng)測(cè)試脈沖而產(chǎn)生的逆程脈沖，以及處理單元，其以組合的方式處理檢測(cè)的逆程脈沖的持續(xù)時(shí)間，以便確定所述的旋轉(zhuǎn)角度。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置還適用于按照給定順序?qū)Χㄗ永@組輪流地施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
3．如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括多個(gè)開關(guān)元件，用于產(chǎn)生所述測(cè)試脈沖和驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)裝置還包括所述測(cè)量電路，用于在驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)間間隔期間，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)裝置的開關(guān)元件處于斷開狀態(tài)時(shí)，監(jiān)視這些開關(guān)元件上的電壓。
4．如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括驅(qū)動(dòng)脈沖，測(cè)試脈沖的持續(xù)時(shí)間間隔小于驅(qū)動(dòng)脈沖的持續(xù)時(shí)間間隔。
5．如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置適用于向每個(gè)繞組施加測(cè)試脈沖。
6．如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，兩個(gè)極性互不相同的測(cè)試脈沖被施加于每個(gè)繞組。
7．如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述裝置適用于具有相互以不同的相位設(shè)置的3個(gè)(n=3)繞組的電動(dòng)機(jī)，所述用于確定旋轉(zhuǎn)角度的裝置在操作時(shí)進(jìn)行一種包括3個(gè)周期的測(cè)量處理，以便檢測(cè)6個(gè)逆程脈沖，在第一周期，對(duì)第一對(duì)繞組施加第一極性的第一測(cè)試脈沖；響應(yīng)被檢測(cè)的第一測(cè)試脈沖產(chǎn)生逆程脈沖；對(duì)第一對(duì)繞組施加和第一極性相反的第二極性的第二測(cè)試脈沖；并且響應(yīng)被檢測(cè)的第二測(cè)試脈沖產(chǎn)生逆程脈沖；對(duì)于第二對(duì)和第三對(duì)繞組，在第二周期和第三周期內(nèi)分別重復(fù)第一周期，其中第一、第二和第三對(duì)繞組互不相同。
8．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，在每個(gè)周期內(nèi)借助于處理單元測(cè)量在各個(gè)周期內(nèi)測(cè)量的兩個(gè)逆程脈沖的持續(xù)時(shí)間之間的差。
9．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，處理單元包括用于確定持續(xù)時(shí)間的差的雙向計(jì)數(shù)器。
10．如權(quán)利要求4或9所述的裝置，其特征在于，驅(qū)動(dòng)裝置包括多個(gè)移位寄存器，它們相互之間被串聯(lián)地設(shè)置在一個(gè)閉環(huán)中，用于響應(yīng)所述移位寄存器的內(nèi)容斷開和接通開關(guān)元件，以便產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在操作時(shí)，借助于雙向計(jì)數(shù)器確定所持續(xù)時(shí)間的差值被施加于移位寄存器，以便以這種方式確定移位寄存器的初始狀態(tài)，使得當(dāng)電動(dòng)機(jī)被啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子被設(shè)置為按照預(yù)定的方向旋轉(zhuǎn)。
11．如權(quán)利要求7-10任何一個(gè)所述的裝置，其特征在于，測(cè)試脈沖具有固定的持續(xù)時(shí)間間隔。
12．如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述裝置適用于具有相互以不同的相位設(shè)置的3個(gè)(n=3)繞組的電動(dòng)機(jī)，所述用于確定旋轉(zhuǎn)角度的裝置在操作時(shí)進(jìn)行一種包括3個(gè)周期的測(cè)量處理，以便檢測(cè)6個(gè)逆程脈沖的持續(xù)時(shí)間，在第一周期，以這種方式對(duì)繞組施加第一測(cè)試脈沖，使得第一測(cè)試脈沖全部流過第一繞組，然后在第二和第三繞組之間分配，從而通過第二和第三繞組；響應(yīng)由測(cè)量電路檢測(cè)的第一測(cè)試脈沖產(chǎn)生至少兩個(gè)逆程脈沖；并且處理單元確定流過逆程脈沖中的哪一個(gè)具有較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間間隔；在第二和第三周期，對(duì)于第二脈沖和第三測(cè)試脈沖分別重復(fù)第一周期，所述第二脈沖全部通過第二繞組，然后在第一和第三繞組之間分配，因而通過第一和第三繞組，所述第三測(cè)試脈沖全部通過第三繞組，然后在第一和第二繞組之間分配，因而通過第一和第二繞組。
13．如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述測(cè)試脈沖具有固定的持續(xù)時(shí)間。
14．如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置以這種方式控制測(cè)試脈沖的持續(xù)時(shí)間，使得測(cè)試脈沖的電流值增加到一個(gè)預(yù)定的最大值。
15．一種包括多相直流電動(dòng)機(jī)和如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
16．一種包括如權(quán)利要求15所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的盤驅(qū)動(dòng)器。
17．一種包括如權(quán)利要求15所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的磁帶控制器。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于檢測(cè)無刷多相直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角度的裝置,所述轉(zhuǎn)子包括永磁體,所述定子包括多個(gè)繞組,在操作時(shí),對(duì)所述繞組施加驅(qū)動(dòng)信號(hào),以便驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子,所述裝置具有驅(qū)動(dòng)裝置,用于在轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)繞組施加脈沖形電測(cè)試信號(hào),所述裝置還包括測(cè)量電路,用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)響應(yīng)測(cè)試信號(hào)而產(chǎn)生的逆程脈沖,所述裝置還包括處理單元,其以組合的方式處理檢測(cè)的逆程脈沖的持續(xù)時(shí)間,以便確定所述的旋轉(zhuǎn)角度。根據(jù)這樣確定所旋轉(zhuǎn)角度,電動(dòng)機(jī)可以以這種方式啟動(dòng),使得轉(zhuǎn)子被設(shè)置按照預(yù)定的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)H02K29/00GK1287708SQ99801734
公開日2001年3月14日 申請(qǐng)日期1999年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月31日
發(fā)明者H·M·范霍特, C·T·加勒馬 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司