專利名稱：馬達總線電壓換向方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在系統(tǒng)中的馬達總線電壓補償(motor bus voltage compensation)的方法，在所述系統(tǒng)中，馬達驅(qū)動軸來克服機械負載力(或載荷力)。
背景技術：
馬達驅(qū)動系統(tǒng)已為人們所熟知，其中控制裝置向開關網(wǎng)絡或“驅(qū)動橋”(switching network or "drive bridge”)發(fā)出信號，所述開關網(wǎng)絡或“驅(qū)動橋”將所供給的直流電源 (DC power)轉(zhuǎn)換為三相穩(wěn)壓電源來驅(qū)動馬達?？刂蒲b置部分(或控制部分)通過開關網(wǎng)絡并在所述開關網(wǎng)絡之外調(diào)整電源，以調(diào)節(jié)馬達功率并方向控制。所述控制裝置利用來自馬達軸上的傳感器的位置信號來確定信號和對所述開關網(wǎng)絡的計時(timing)的適當組合，以產(chǎn)生所希望的運動，這種運動另外稱之為馬達換向(或電機轉(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)信號中，以提供附加的扭矩。在某些應用中，當馬達被啟動時馬達可以沿第一方向驅(qū)動軸，同時當馬達不起作用時諸如彈簧的機械偏置將使所述軸返回。所述馬達依據(jù)加速度和速度的要求可以或不可以主動地在偏置或偏壓方向上受到驅(qū)動。馬達總線將電源或電力供給到所述開關網(wǎng)絡。所述馬達總線電源通過輸入功率調(diào)節(jié)器部分(input power conditioner section)來供給。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)器還要有電能儲存器，例如電容器，以儲存供給到和來自所述馬達的電能。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，以控制所述馬達總線電壓。當所述軸受到機械偏置或偏壓在反向方向上被驅(qū)動時，能夠從所述馬達產(chǎn)生反向電流流回到所述馬達總線。這一反向電流到達所述開關網(wǎng)絡和所述功率調(diào)節(jié)器部分。由這個反向電流提供的電壓尖脈沖可能引起對所述開關網(wǎng)絡和所述功率調(diào)節(jié)器部分的關注。如果正向偏移依然在被添加到所述換向信號中，那么這些關注以及所述電壓尖脈沖的大小都會被加大。提供額外的電容量或有效的電壓鉗制(電路)來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
—種用于馬達的驅(qū)動系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有用于向馬達供給三相電源或電力的開關網(wǎng)絡，和用于所述開關網(wǎng)絡的控制裝置，所述控制裝置被編程為當與負載或載荷相反地進行驅(qū)動時在當前位置之前為換向提供正向偏移，且當所述控制裝置與負載力互補地驅(qū)動馬達時，使用零偏移或負向偏移。本領域技術人員從下列詳細描述中將會清楚地理解本發(fā)明的這些以及其它特點。
3伴隨著這些詳細描述的附圖在下面簡要地示出。


圖IA示意性示出了馬達驅(qū)動系統(tǒng)；
圖IB示意性示出了圖IA中的馬達驅(qū)動系統(tǒng)的一種構造或配置；和圖2是一種流程圖。
具體實施例方式一種回轉(zhuǎn)馬達驅(qū)動系統(tǒng)20作為一個示例在圖IA中圖示出。所述馬達驅(qū)動系統(tǒng)包括由來自馬達28的馬達軸23驅(qū)動的部件22。凸緣或法蘭M設置在軸23上，所述凸緣或法蘭起使得用來施加彈簧力(總體上也稱之為機械偏置力)的彈簧偏置定位的作用。位置傳感器感應軸23的位置。馬達觀是無刷直流馬達(DC motor)。在一個實施例中，所述馬達可以是WYE連接的(Y連接的)無刷直流馬達。通常，這類馬達是三相供電的。另一方面，delta連接的馬達也落入到本發(fā)明的范圍之內(nèi)。開關網(wǎng)絡或交換網(wǎng)絡30 (aka驅(qū)動橋)將直流電源(或電力)從馬達總線31轉(zhuǎn)換為用于馬達觀的三相電源。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)換要輸送到馬達總線31的且要由用于驅(qū)動馬達觀的開關網(wǎng)絡 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反向功率(或逆功率)阻塞二極管(reverse power blocking diode)，功率儲存器(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總線31流到主匯流排四?？刂蒲b置 32向開關網(wǎng)絡30發(fā)送交換信號。如圖IB中所示出的，馬達觀沿第一方向(在此表示為逆時針方向，但當然這可以是相反的方向)驅(qū)動軸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的簡單的描述僅僅是示例性的示例?？梢詰萌魏我环N提供偏置力以使軸 23沿與馬達驅(qū)動方向相反的方向返回的方式。當馬達觀為運行的狀態(tài)時，能夠克服彈簧力并驅(qū)動馬達23。然而，當馬達動力或電力被停止時，彈簧26將沿相反的方向驅(qū)動軸23。在此描述的示例是回轉(zhuǎn)馬達輸出，而其它的配置，如線性運動輸出，也會從這一應用中獲益。一個這樣系統(tǒng)的示例可以是驅(qū)動滾珠絲杠的馬達，或者帶有線性反作用力的線性馬達。所述反作用力可以是彈簧，流體作用力，系統(tǒng)動量等等。對于這樣系統(tǒng)的一個應用可以包括負載或載荷22，所述負載是發(fā)動機的部件，例如已知的受到驅(qū)動樞轉(zhuǎn)的閥。如上所述。當彈簧沈沿相反的方向驅(qū)動軸23時，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)動的方向。當馬達軸23軸受到驅(qū)動來克服負載力或載荷力時，控制裝置32將正向偏移122添加到來自傳感器25的軸位置信號中。在圖IB的示例中，這就是逆時針方向。這一偏移在當前位置之前處于與負載力相反的方向上。負載力的方向能夠通過正在采用的馬達的電流量來探測到，或者如果所述力處于固定的方向，通過控制器配置，例如彈簧來探測到。當馬達觀用負載力(借助負載力的幫助或補充)來驅(qū)動時，所述偏移可以是歸零或被給定為負值(在與負載力相反的方向上)，以減少在功率調(diào)節(jié)器單元33的功率儲存電容器上的凈電荷(或凈充電)，由此降低馬達總線31上的電壓。在圖IB中，這是逆時針方向。以這樣的方式改變交換改變了馬達電流的路徑并吸引電荷通過馬達觀接地，類似于通過電阻器接地排放電荷，但沒有附加的硬件的傳統(tǒng)馬達制動方法。馬達總線電壓可以被監(jiān)測或檢測(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)，可以計算和采用一定比例的負偏移。負偏移越大，電荷減少的越多。速度將通過負偏移來降低，所以速度可能需要進行調(diào)節(jié)或調(diào)整，以實現(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當前位置的單一馬達極性位置。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的性能或運轉(zhuǎn)狀態(tài)使用其它系統(tǒng)參數(shù)是可合理地預測的，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)設計者確定的適當?shù)牧恐?。盡管已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選的實施例，但本領域技術人員將會意識到，某些變型和改進將會落入到本發(fā)明的范圍之內(nèi)。為此，本發(fā)明的實際的保護范圍和內(nèi)容將通過下面的權利要求來確定。
權利要求
1.一種用于馬達的驅(qū)動系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括用于向馬達供給三相電源的開關網(wǎng)絡，和用于所述開關網(wǎng)絡的控制裝置，所述控制裝置被編程用于無刷馬達；所述控制裝置被編程為當與負載相反進行驅(qū)動時，在當前位置之前提供交換的正向偏移，且當所述控制裝置驅(qū)動馬達與負載力互補時，使用零偏移和負向偏移中的一個。
2.按照權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述偏移是零偏移。
3.按照權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述偏移是負向偏移。
4.按照權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述馬達是驅(qū)動軸的回轉(zhuǎn)馬達。
5.按照權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，傳感器感應所述軸的當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?shù)那闆r下能夠以交換偏移驅(qū)動所述開關網(wǎng)絡，所述交換偏移為正向、零或負向。
6.按照權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述機械偏置力被提供與所述負載互補。
7.一種馬達驅(qū)動組件，所述馬達驅(qū)動組件包括當被驅(qū)動時沿第一方向驅(qū)動軸的回轉(zhuǎn)馬達，和將所述軸沿第二方向偏置的負載力；用于向馬達供給三相電源的開關網(wǎng)絡；和控制裝置，所述控制裝置被編程以在所述回轉(zhuǎn)馬達沿第一方向驅(qū)動所述軸時提供第一信號，所述第一信號將角偏移添加于供給到所述開關網(wǎng)絡的交換信號中，且所述控制裝置設置有用于在感測到沿所述第二方向轉(zhuǎn)動時使用的另外的偏移。
8.按照權利要求7所述的馬達驅(qū)動組件，其特征在于，所述另外的偏移是零偏移。
9.按照權利要求7所述的馬達驅(qū)動組件，其特征在于，所述另外的偏移是負向偏移。
10.按照權利要求7所述的馬達驅(qū)動組件，其特征在于，傳感器感應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或者以所述另外的偏移驅(qū)動所述開關網(wǎng)絡。
11.按照權利要求7所述的馬達驅(qū)動組件，其特征在于，所述軸由彈簧沿所述第二方向驅(qū)動。
12.一種用于操作馬達驅(qū)動組件的方法，所述方法包括以下步驟通過開關網(wǎng)絡向馬達供給三相電源，所述馬達在第一方向上驅(qū)動所述軸，且所述軸在與所述第一方向相反的第二方向上受到偏置；和當所述馬達沿第一方向驅(qū)動所述軸時向所述開關網(wǎng)絡提供控制信號，所述第一信號具有正向交換偏移，且當所述馬達沿所述第二方向受到驅(qū)動時提供另外的偏移。
13.按照權利要求12所述的方法，其特征在于，所述另外的偏移是零偏移。
14.按照權利要求12所述的方法，其特征在于，所述另外的偏移是負向偏移。
15.按照權利要求12所述的方法，其特征在于，傳感器感應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或者以所述另外的偏移驅(qū)動所述開關網(wǎng)絡。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于馬達的驅(qū)動系統(tǒng)，該驅(qū)動系統(tǒng)具有用于向馬達供給三相電源的開關網(wǎng)絡，和用于該開關網(wǎng)絡的控制裝置?？刂蒲b置被編程為當與負載相反進行驅(qū)動時，在當前位置之前提供交換的正向偏移，且當控制裝置驅(qū)動馬達與負載力互補時，使用零偏移和負向偏移中的一個。本發(fā)明還提出一種馬達驅(qū)動組件和一種用于操作馬達驅(qū)動組件的方法。
文檔編號H02P6/16GK102263534SQ201110140298
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權日2010年5月27日
發(fā)明者莫欣尼 J. 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司