專利名稱：根據(jù)轉(zhuǎn)子位置控制電動(dòng)機(jī)的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)裝置，其中包括電源輸入端，用來把電動(dòng)機(jī)裝置連接于直流電源，具有線圈裝置的定子，用來當(dāng)按照第一方式連接于所述電源時(shí)產(chǎn)生第一極性的定子磁場(chǎng)，當(dāng)按照第二方式連接于所述電源時(shí)產(chǎn)生第二相反極性的定子磁場(chǎng)，具有轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的永磁轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子可沿正向和反向旋轉(zhuǎn)，并具有轉(zhuǎn)子位置角θ，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)的第一極性相反時(shí)所述角θ被定義為零，當(dāng)轉(zhuǎn)子以正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，θ的值增加，檢測(cè)裝置，用來當(dāng)轉(zhuǎn)子位置角θ滿足關(guān)系-β＜θ＜-β+180°時(shí)產(chǎn)生第一位置信號(hào)，而對(duì)其它的θ則產(chǎn)生第二位置信號(hào)，β是預(yù)換向角， 它具有0°和180°之間的預(yù)定值，用來確定預(yù)換向位置θ＝-β和θ＝-β+180°，和檢測(cè)裝置相連的開關(guān)裝置，用來響應(yīng)接收第一位置信號(hào)，按照所述第一方式把電源輸入端連接于線圈裝置，并響應(yīng)接收第二位置信號(hào)按照所述第二方式把電源輸入端連接于線圈裝置，從而在轉(zhuǎn)子達(dá)到預(yù)換向位置時(shí)使線圈裝置交換，推動(dòng)裝置，用來在電動(dòng)機(jī)不工作時(shí)推動(dòng)轉(zhuǎn)子到第一靜止位置或第二靜止位置，所述第一和第二靜止位置和預(yù)定的靜止角γ有關(guān)，對(duì)于第一靜止位置，按照關(guān)系θ＝-γ而對(duì)于第二靜止位置，則按照關(guān)系θ＝-γ+180°所述靜止角具有處于范圍0＜γ＜β內(nèi)的預(yù)定值，位于檢測(cè)裝置和開關(guān)裝置之間的控制裝置，所述控制裝置包括用來以延遲時(shí)間DT延遲位置信號(hào)的延遲裝置。
這種電動(dòng)機(jī)裝置從美國(guó)專利US-A-4,251,758中公知了。公知的裝置包括具有永磁轉(zhuǎn)子和具有兩極的兩個(gè)繞組的定子的電動(dòng)機(jī)和用于繞組的開關(guān)元件，所述開關(guān)元件由按推挽方式發(fā)生的開關(guān)信號(hào)控制。開關(guān)信號(hào)從用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子角位置的檢測(cè)器的位置信號(hào)中得到。已知裝置的轉(zhuǎn)子具有一個(gè)中性位置，在此位置轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)和定子磁極對(duì)準(zhǔn)。在中性位置定子磁場(chǎng)不在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在定子上提供一個(gè)附加的永磁體， 用來確保轉(zhuǎn)子具有這樣一個(gè)靜止位置，該靜止位置和中性位置錯(cuò)開，使得在操作條件下從轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向看來該靜止位置處于中性位置前方5°的位置上。
借助于逆轉(zhuǎn)向移動(dòng)換向位置，在高速下可以增加電動(dòng)機(jī)的功率。所述換向位置的移動(dòng)也叫作預(yù)換向。位置信號(hào)是在轉(zhuǎn)子的預(yù)換向位置轉(zhuǎn)換的一組信號(hào)，所述預(yù)換向位置位于靜止位置之前，從而使得在正常操作條件下，在轉(zhuǎn)子達(dá)到其中性位置之前使繞組換向以便獲得預(yù)換向。在這樣的環(huán)境下使用具有預(yù)換向的電動(dòng)機(jī)是有益的，即在高速下電動(dòng)機(jī)的負(fù)載大時(shí)，例如在廚房用具中像冰淇淋機(jī)和攪拌器的情況下。
當(dāng)把已知的電動(dòng)機(jī)裝置連接于電源時(shí)，轉(zhuǎn)子將沿反向被驅(qū)動(dòng)，這是因?yàn)殪o止位置位于預(yù)換向位置和中性位置之間的緣故。在達(dá)到預(yù)換向位置之后，繞組應(yīng)該交換轉(zhuǎn)子應(yīng)當(dāng)受制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，然后被沿正向驅(qū)動(dòng)直到再次達(dá)到預(yù)換向位置，然后轉(zhuǎn)子再次被制動(dòng)等等。只要轉(zhuǎn)子不通過中性位置，這將使轉(zhuǎn)子在預(yù)換向位置附近振蕩，結(jié)果會(huì)使電動(dòng)機(jī)不啟動(dòng)。為了解決這些啟動(dòng)問題，該裝置包括調(diào)制電路，當(dāng)轉(zhuǎn)子以反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在一個(gè)預(yù)定的延遲時(shí)間期間，所述調(diào)制電路抑制位置信號(hào)的第一次轉(zhuǎn)換。這延遲使電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)期間在沿正向轉(zhuǎn)動(dòng)之前沿反向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)相當(dāng)大的角度距離。當(dāng)再次達(dá)到預(yù)換向位置時(shí)，轉(zhuǎn)子將具有較大的動(dòng)量用以克服在預(yù)換向位置和中性位置之間存在的在轉(zhuǎn)子速度相當(dāng)?shù)蜁r(shí)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子可以通過中性位置而完成啟動(dòng)。已知的電動(dòng)機(jī)裝置的缺點(diǎn)在于，在重的負(fù)載條件下這種電動(dòng)機(jī)裝置不能啟動(dòng)。
本發(fā)明的目的在于提供一種開頭一段所述的那種電動(dòng)機(jī)裝置，它即使在重的負(fù)載條件下也能啟動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)這一目的，按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置的特征在于，提供一種控制裝置，用來在預(yù)定的控制期間S的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)子沿正向旋轉(zhuǎn)時(shí)施加一延遲時(shí)間DT＞0。如上所述，當(dāng)轉(zhuǎn)子以相當(dāng)?shù)偷乃俣韧ㄟ^預(yù)換向位置時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)子將施加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于這一措施，在控制期間的時(shí)間內(nèi)當(dāng)轉(zhuǎn)子沿正向旋轉(zhuǎn)時(shí)， 這種制動(dòng)轉(zhuǎn)矩將被抑制。因而和已知裝置相比，電動(dòng)機(jī)從靜止條件下可以驅(qū)動(dòng)的負(fù)載被大大提高。最好控制期間這樣選擇，使得在至少轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)兩轉(zhuǎn)的期間內(nèi)延遲時(shí)間DT是有效的。
在某些應(yīng)用中，例如冰淇淋機(jī)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載總是非常大的。為避免機(jī)械破壞，需要限制電動(dòng)機(jī)的速度。因此，可以使用在以前PCT專利申請(qǐng)IB95/00072(PHN14730)中所述的速度限制器。這種速度限制器在預(yù)定的轉(zhuǎn)速下按照預(yù)定的頻率以同步方式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。在低負(fù)載條件下，電動(dòng)機(jī)可以達(dá)到相當(dāng)于所述頻率的二次諧波的速度并被鎖定在這一速度上。利用本發(fā)明的方法，當(dāng)檢測(cè)到高于所需轉(zhuǎn)速的速度時(shí)，在控制期間S的時(shí)間內(nèi)，可以通過起動(dòng)延遲時(shí)間DT來把速度限制為預(yù)定的速度。在轉(zhuǎn)子速度相當(dāng)高時(shí)，這種延遲可以對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，結(jié)果使速度降低，速度限制器將鎖定在預(yù)定的轉(zhuǎn)速上。
按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置的一個(gè)實(shí)施例的特征在于，所述的電動(dòng)機(jī)裝置被通電時(shí)的時(shí)刻設(shè)定為控制期間S的開始，從而使得也在轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)時(shí)施加延遲時(shí)間DT。這一實(shí)施例是有利的，因?yàn)樗梢杂煤?jiǎn)單的電子裝置實(shí)現(xiàn)。
按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置的一個(gè)實(shí)施例的特征在于，把控制期間S的開始時(shí)刻設(shè)定為在第一次達(dá)到一個(gè)預(yù)換向位置θ＝-β或θ＝-β+180°之后和在第二次達(dá)到該預(yù)換向位置之前的一個(gè)時(shí)刻，從而使得當(dāng)在轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)期間達(dá)到該預(yù)換向位置時(shí)DT＝0，而在轉(zhuǎn)子正向旋轉(zhuǎn)期間達(dá)到該預(yù)換向位置時(shí)DT＞0。由于這一措施，使得轉(zhuǎn)子沿反向轉(zhuǎn)過有限的轉(zhuǎn)角，這對(duì)于某些應(yīng)用是重要的。例如在冰淇淋機(jī)中，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載從幾乎為空載到非常重的負(fù)載的范圍內(nèi)變化，因?yàn)楸苛軝C(jī)可能含有液體或冰。在這種應(yīng)用中，為了確保在重載條件下啟動(dòng)，DT應(yīng)該選擇如此之大，使得由于在幾乎空載時(shí)沿反向轉(zhuǎn)動(dòng)而使轉(zhuǎn)子可以在中性位置停止。因?yàn)樵谥行晕恢脹]有轉(zhuǎn)矩施加在轉(zhuǎn)子上，所以此時(shí)電動(dòng)機(jī)將不能啟動(dòng)。通過只在轉(zhuǎn)子沿正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)施加延遲時(shí)間，可以克服由于沿反向轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致的這種停止，因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到預(yù)換向位置時(shí)線圈裝置將立即進(jìn)行換向。此外，沿反向有限的轉(zhuǎn)動(dòng)使得按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置適用于例如由于安全的原因而不希望出現(xiàn)這種轉(zhuǎn)動(dòng)的應(yīng)用中。
按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置的一個(gè)實(shí)施例的特征在于，在控制期間S的時(shí)間內(nèi)，延遲時(shí)間DT滿足關(guān)系β/(60ω)≤DT≤β/(20ω)其中β以°(度)來表示，ω是在控制期間S結(jié)束時(shí)所需要的轉(zhuǎn)子的角速度，以°/S表示。我們發(fā)現(xiàn)，從這個(gè)范圍內(nèi)選擇DT能確保在直到達(dá)到角速度ω之前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是正的，從而使電機(jī)可以達(dá)到這個(gè)速度。最好這樣選擇在控制期間結(jié)束時(shí)的所需要的轉(zhuǎn)子的角速度，使得電動(dòng)機(jī)不延遲而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。這一所需的角速度應(yīng)該選取盡量低的值，并且延遲時(shí)間應(yīng)該選取盡量高的值，從而獲得電動(dòng)機(jī)的最高的啟動(dòng)負(fù)載。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)裝置的特征在于，30°＜β＜50°5°＜γ＜15°100＜ω＜600°/秒0.2＜S＜2秒從這些范圍內(nèi)選擇參數(shù)使得電動(dòng)機(jī)裝置相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的容量和生產(chǎn)成本具有好的功率性能和好的啟動(dòng)特性。這使這種電動(dòng)機(jī)尤其適用于家用設(shè)備，例如檸檬擠汁機(jī)、罐頭開蓋器或冰淇淋機(jī)。
按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置的一個(gè)實(shí)施例的特征在于，在控制期間S的時(shí)間內(nèi)延遲時(shí)間DT被逐漸地減少為零。在控制期間開始，轉(zhuǎn)子具有低的速度，使得大的延遲時(shí)間DT對(duì)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生好的抑制作用，從而產(chǎn)生在轉(zhuǎn)子一轉(zhuǎn)內(nèi)的最佳的平均驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在接近控制期間結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)子將具有相當(dāng)高的轉(zhuǎn)速。定子磁場(chǎng)的極性以這樣的方式改變，使得小的DT產(chǎn)生最佳的平均驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置的一個(gè)實(shí)施例的特征在于，在控制期間S的時(shí)間內(nèi)，使延遲時(shí)間DT依賴于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，隨著轉(zhuǎn)子速度的增加使延遲時(shí)間DT減小。由于這一措施，上述的效果更加和電動(dòng)機(jī)的負(fù)載無關(guān)。
按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置的一個(gè)實(shí)施例的特征在于，所述控制裝置包括一個(gè)編程的微型計(jì)算機(jī)，利用微型計(jì)算機(jī)，可以使控制裝置容易地適用于電動(dòng)機(jī)裝置在特定負(fù)載條件下的應(yīng)用。而且，在許多應(yīng)用中計(jì)算機(jī)本來就有，從而使不用增加成本便可實(shí)現(xiàn)這種控制裝置。
本發(fā)明的實(shí)施例用附圖表示，下面進(jìn)行詳細(xì)說明，其中

圖1表示按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置的一個(gè)實(shí)施例，圖2表示相對(duì)于轉(zhuǎn)子位置描繪的檢測(cè)信號(hào)，圖3表示開關(guān)裝置的一個(gè)實(shí)施例，圖4表示控制裝置結(jié)構(gòu)的方塊圖，圖5表示作為時(shí)間函數(shù)的延遲時(shí)間，圖6表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的作為時(shí)間函數(shù)的轉(zhuǎn)子位置，圖7表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例為時(shí)間函數(shù)的轉(zhuǎn)子位置，
圖8表示在控制期間使延遲時(shí)間依賴于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一個(gè)實(shí)施例的控制裝置，圖9表示作為編程的微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制裝置。
圖1表示按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置1的一個(gè)實(shí)施例。電源7被連接于由端子8和9構(gòu)成的電源輸入端。電動(dòng)機(jī)裝置1包括具有由兩個(gè)定子線圈2和3構(gòu)成的線圈裝置的定子60。借助于按照第一方式把線圈裝置連接于直流電源7，在這種情況下由線圈2激磁產(chǎn)生具有第一極性H1的定子磁場(chǎng)。借助于按照第二方式把線圈裝置連接于直流電源7，這時(shí)由線圈3激磁，便產(chǎn)生具有第二相反極性H2的定子磁場(chǎng)。
在定子60的極之間設(shè)置有轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的永磁轉(zhuǎn)子4，所述轉(zhuǎn)子可以沿正向41和反向42轉(zhuǎn)動(dòng)，并具有轉(zhuǎn)子位置角θ。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)的第一極性H1相反時(shí)，所述角θ被定義為零，在轉(zhuǎn)子4沿正向41轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，θ的值增加。
為了檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置θ，提供檢測(cè)裝置5。檢測(cè)裝置5包括霍爾傳感器51，它被如此設(shè)置，使得這一傳感器受由永磁轉(zhuǎn)子4產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響。此外，檢測(cè)裝置5包括和霍爾傳感器相連的電子電路52，它產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)Vd，當(dāng)具有電壓電平53時(shí)，該信號(hào)相應(yīng)于第一位置信號(hào)，當(dāng)具有電壓電平54時(shí)則相應(yīng)于第二位置信號(hào)(見圖2)。當(dāng)轉(zhuǎn)子位置角θ滿足關(guān)系-β＜θ＜-β+180°時(shí)，檢測(cè)裝置5產(chǎn)生第一位置信號(hào)，對(duì)于其它的θ則產(chǎn)生第二位置信號(hào)，β是預(yù)換向角，具有在0°和180°之間的預(yù)定值，確定了預(yù)換向位置θ＝-β和θ＝-β+180°。
電動(dòng)機(jī)裝置包括換向電路6，它包括和檢測(cè)裝置5相連的控制裝置20和與檢測(cè)裝置相連的開關(guān)裝置10。開關(guān)裝置10響應(yīng)接收第一位置信號(hào)把電源輸入端9連到第一線圈2，響應(yīng)接收第二位置信號(hào)把電源輸入端連到第二線圈3，使得當(dāng)轉(zhuǎn)子4到達(dá)預(yù)換向位置時(shí)交換線圈2和3。
在轉(zhuǎn)子4和定子60之間的氣隙46被作成對(duì)稱的，從而使轉(zhuǎn)子4被驅(qū)動(dòng)到某一靜止位置，在該位置上轉(zhuǎn)子4的磁極面對(duì)著氣隙46的最小的部分，用這種方式設(shè)置推動(dòng)裝置，用來在電機(jī)裝置不工作時(shí)推動(dòng)轉(zhuǎn)子4到第一靜止位置或第二靜止位置，所述第一第二靜止位置和預(yù)定的靜止角γ有如下關(guān)系對(duì)于第一靜止位置，
θ＝-γ對(duì)于第二靜止位置，θ＝-γ+180°所述靜止角具有在0＜γ＜β范圍內(nèi)的一個(gè)預(yù)定值。
電源最好包括直流電源7，它產(chǎn)生基本恒定的電壓。這種直流電壓源7可以包括例如常規(guī)的直流整流電路，用來對(duì)交流電網(wǎng)的供電電壓進(jìn)行整流。
圖2以說明的方式表示相對(duì)于轉(zhuǎn)子位置θ描繪的檢測(cè)信號(hào)Vd。該信號(hào)Vd當(dāng)具有電壓電平53時(shí)，相應(yīng)于第一位置信號(hào)，當(dāng)具有電壓電平54時(shí)，相應(yīng)于第二位置信號(hào)。
圖3表示開關(guān)裝置10的實(shí)施例。在這一實(shí)施例中，檢測(cè)信號(hào)Vd通過控制裝置施加到開關(guān)裝置10的輸入端11。檢測(cè)信號(hào)Vd作為控制信號(hào)加到第一電壓控制的開關(guān)14的控制輸入端。第一開關(guān)14位于端子9和定子線圈2的連接點(diǎn)12之間。檢測(cè)信號(hào)Vd在反相電路16中被反向。用這種方式獲得的被反相的檢測(cè)信號(hào)Vd′作為控制信號(hào)加到第二電壓控制的開關(guān)15的控制輸入端。電壓控制的開關(guān)14和15可由叫作FET型的晶體管構(gòu)成，不過，也可以使用其它類型的晶體管。
圖4表示控制裝置20的方塊圖?？刂蒲b置20包括延遲裝置21，例如以延遲線的形式，用來以延遲時(shí)間DT延遲位置信號(hào)。位置信號(hào)以檢測(cè)信號(hào)Vd的形式加到控制裝置20的輸入端28。該延遲可以通過開關(guān)22接通或切斷。開關(guān)22被定時(shí)器24控制，它在預(yù)定的控制期間S的時(shí)間內(nèi)接通延遲(見圖5)。定時(shí)器24由檢測(cè)電路23啟動(dòng)，檢測(cè)電路23例如檢測(cè)在檢測(cè)信號(hào)Vd中的第一電壓電平改變。此外，定時(shí)器24可在電動(dòng)機(jī)裝置接通電源時(shí)被啟動(dòng)?？刂蒲b置29的輸出被連接到開關(guān)裝置10的輸入端11。
圖5表示作為時(shí)間t的函數(shù)的延遲時(shí)間DT，其中t＝0被定義為電動(dòng)機(jī)裝置接通電源的時(shí)刻。按照第一實(shí)施例，按照由標(biāo)號(hào)31表示的曲線在控制期間S的時(shí)間內(nèi)施加恒定的延遲時(shí)間DT。控制期間S在第一次達(dá)到一個(gè)預(yù)換向位置θ＝-β或θ＝-β+180°之后和第二次達(dá)到該預(yù)換向位置之前的某一時(shí)刻t1開始，使得在轉(zhuǎn)子4沿反向42旋轉(zhuǎn)期間達(dá)到預(yù)換向位置時(shí)DT＝0，在轉(zhuǎn)子4沿正向41旋轉(zhuǎn)期間到達(dá)預(yù)換向位置時(shí)DT＞0。
圖6表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的作為時(shí)間函數(shù)的轉(zhuǎn)子位置θ。在t＝0時(shí)，轉(zhuǎn)子處于靜止位置θ＝-γ。因?yàn)檫@一靜止位置處于-β到-β+180°的范圍內(nèi)，Vd將相應(yīng)于第一位置信號(hào)，從而使第一定子線圈2被激勵(lì)。這將沿反向42驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子4，從而使θ減少，并第一次到達(dá)預(yù)換向位置θ＝-β。達(dá)到這一預(yù)換向位置時(shí)，Vd的電壓電平將按照第二位置信號(hào)改變，從而使第二定子線圈3被激勵(lì)。這產(chǎn)生沿正向41的正向轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子4制動(dòng)，然后沿正轉(zhuǎn)向41被驅(qū)動(dòng)。如果沒有按照本發(fā)明的措施，定子線圈2和3在第二次到達(dá)θ＝-β時(shí)將再次被交換。這便沿反向42產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩，從而將使轉(zhuǎn)子4再次被制動(dòng)，然后沿反向42被驅(qū)動(dòng)。因而，如果沒有本發(fā)明的措施，作為時(shí)間函數(shù)的轉(zhuǎn)子位置θ將按照標(biāo)號(hào)71表示的曲線圍繞θ＝-β振動(dòng)。通過在轉(zhuǎn)子4沿反向41旋轉(zhuǎn)時(shí)延遲位置信號(hào)一個(gè)延遲時(shí)間DT，在第一次到達(dá)預(yù)換向位置θ＝-β之后，在延遲時(shí)間DT內(nèi)，轉(zhuǎn)子將仍然沿正向被驅(qū)動(dòng)。因而，轉(zhuǎn)子4的轉(zhuǎn)速將增加，并且在合適地選擇的延遲時(shí)間DT之后，其速度將如此之大，使得即使當(dāng)轉(zhuǎn)子4由于線圈的交換而被制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子4也能通過中性位置θ＝0。在通過中性位置θ＝0之后，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)的相對(duì)定向使得轉(zhuǎn)子4沿正向41再次被驅(qū)動(dòng)，從而使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增加。因而，利用本發(fā)明第一實(shí)施例的措施，作為時(shí)間函數(shù)的轉(zhuǎn)子位置θ將和由標(biāo)號(hào)72表示的曲線相符。在控制期間S的時(shí)間內(nèi)，延遲時(shí)間DT在達(dá)到預(yù)換向位置時(shí)被加上，從而通過抑制反向轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子4在一周內(nèi)的平均轉(zhuǎn)矩增加。由于這一措施，即使在重載條件下，電動(dòng)機(jī)也能啟動(dòng)。
按照本發(fā)明的第二實(shí)施例，控制期間S在電機(jī)裝置被通電的時(shí)刻開始，從而使得當(dāng)轉(zhuǎn)子4沿反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也施加延遲時(shí)間。這個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化了控制裝置，因?yàn)闄z測(cè)電路23可被省略。
圖7表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的作為時(shí)間函數(shù)的轉(zhuǎn)子位置θ。在t＝0時(shí)，轉(zhuǎn)子4位于靜止位置θ＝-γ。因?yàn)檫@一靜止位置處于-β到-β+180°的范圍內(nèi)，所以Vd將相應(yīng)于第一位置信號(hào)，結(jié)果使得第一定子線圈2將被激勵(lì)。這將沿反向42驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子4，結(jié)果使θ減小并到達(dá)預(yù)換向位置θ＝-β。一旦到達(dá)這一預(yù)換向位置，Vd的電壓電平將按照第二位置信號(hào)變化。不過，因?yàn)槭┘恿搜舆t時(shí)間DT，定子線圈的交換將被延遲，從而使轉(zhuǎn)子的速度將達(dá)到較大的值。在定子線圈交換之后，將產(chǎn)生沿正向41的正向轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子4被制動(dòng)，并且然后被沿正向驅(qū)動(dòng)。從標(biāo)號(hào)73表示的曲線可以看出，和本發(fā)明的第一實(shí)施例相比，轉(zhuǎn)子4到達(dá)一個(gè)更遠(yuǎn)離預(yù)換向位置θ＝-β的一個(gè)位置θ(見圖7)。結(jié)果，轉(zhuǎn)子4在第二次到達(dá)預(yù)換向位置θ＝-β時(shí)將有較大的速度，從而使得第二實(shí)施例即使在較大的負(fù)載和相同的延遲時(shí)間DT下也能達(dá)到中性位置θ＝0。
延遲時(shí)間DT最好這樣選擇，使得β/(60ω)≤DT≤β/(20ω)，其中ω是在控制期間S結(jié)束時(shí)所需的轉(zhuǎn)子4的角速度。這個(gè)范圍確保直到角速度ω之前平均轉(zhuǎn)矩都是正的，從而使轉(zhuǎn)子4可以到達(dá)這個(gè)速度。在控制期間S結(jié)束時(shí)所需的轉(zhuǎn)子4的角速度ω應(yīng)當(dāng)這樣選擇，使得電動(dòng)機(jī)沒有延遲地繼續(xù)運(yùn)行。這一所需的角速度應(yīng)該選得盡量低，并且延遲時(shí)間DT應(yīng)當(dāng)選得盡量高，從而獲得最高的電機(jī)啟動(dòng)負(fù)載。
當(dāng)參數(shù)按照以下范圍選擇時(shí)，可以獲得按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置的好的性能30°＜β＜50°5°＜γ＜15°100＜ω＜600°/秒0.2＜S＜2秒。從這些范圍內(nèi)選擇參數(shù)可以獲得相對(duì)于電動(dòng)機(jī)的容量和生產(chǎn)成本而言具有良好功率性能和良好啟動(dòng)特性的電動(dòng)機(jī)裝置。這使得這種電動(dòng)機(jī)尤其適合于家用設(shè)備，例如檸檬擠汁機(jī)、罐頭開啟器和冰淇淋機(jī)。
按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置的性能可以通過按照?qǐng)D5中標(biāo)號(hào)32表示的曲線在控制期間S的時(shí)間內(nèi)逐漸把延遲時(shí)間DT減少到零來進(jìn)一步加以改善。在控制期間S開始時(shí)，轉(zhuǎn)子4將具有低的速度，從而大的延遲時(shí)間DT將對(duì)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生良好的抑制作用，從而產(chǎn)生最佳的轉(zhuǎn)子4一周內(nèi)的平均驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在接近控制期間S結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)子4將具有相當(dāng)高的速度，從而使得小的DT產(chǎn)生最佳的平均驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 因?yàn)槎ㄗ哟艌?chǎng)的換向是相當(dāng)慢的。
圖8表示對(duì)于一種實(shí)施例的控制裝置20，在這種實(shí)施例中，在控制期間S的時(shí)間內(nèi)，使延遲時(shí)間DT這樣依賴于轉(zhuǎn)子4的轉(zhuǎn)速，即它隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加而減小。檢測(cè)電路23具有產(chǎn)生一個(gè)速度信號(hào)的第二個(gè)輸出端25，所述速度信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)Vd的兩個(gè)連續(xù)的電平改變之間的時(shí)間間隔成比例。這一速度信號(hào)被加到延遲裝置21的第二輸入端26。延遲裝置21施加一延遲時(shí)間DT，它和速度信號(hào)成比例，因而和轉(zhuǎn)子4的轉(zhuǎn)速成比例。由于這些措施，便實(shí)現(xiàn)和電動(dòng)機(jī)的負(fù)載無關(guān)的最佳驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
圖9表示具有輸入端28和輸出端29的作為編程微機(jī)實(shí)施的控制裝置20。如上所述的控制裝置20的功能也可以用這種編程微機(jī)完成。利用微型計(jì)算機(jī)，控制裝置20可以容易地適用于電動(dòng)機(jī)裝置的特殊應(yīng)用的負(fù)載條件。而且，在許多應(yīng)用中，微機(jī)是本來就有的，因而可以幾乎不用增加成本便可實(shí)現(xiàn)控制裝置20。
以上結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，其中轉(zhuǎn)子是所謂的兩極轉(zhuǎn)子。應(yīng)當(dāng)注意，按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)裝置也可以被制成包括4極或多極轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。此外，定子線圈裝置可利用一個(gè)線圈實(shí)現(xiàn)，這時(shí)則通過改變線圈中電流的方向?qū)嵭袚Q向。線圈2和3也可以通過在定子60的一個(gè)腿上繞線圈2在定子的另一個(gè)腿上繞線圈3來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)裝置，包括電源輸入端(8，9)，用來把電動(dòng)機(jī)裝置連接于直流電源(7)，具有線圈裝置(2，3)的定子(60)，用來當(dāng)按照第一方式連接于所述電源(7)時(shí)產(chǎn)生第一極性(H1)的定子磁場(chǎng)，而按照第二方式連接于所述電源時(shí)則產(chǎn)生第二相反極性(H2)的定子磁場(chǎng)，具有轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的永磁轉(zhuǎn)子(4)，所述轉(zhuǎn)子可以沿正向(41)旋轉(zhuǎn)，也可以沿反向(42)旋轉(zhuǎn)，并具有轉(zhuǎn)子位置角θ，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)的第一極性相反時(shí)，所述θ角被定義為零，當(dāng)轉(zhuǎn)子沿正向(41)旋轉(zhuǎn)時(shí)，θ的值增加，檢測(cè)裝置(5)，用來當(dāng)轉(zhuǎn)子位置角θ滿足關(guān)系-β＜θ＜-β+180°時(shí)，產(chǎn)生第一位置信號(hào)(53)，對(duì)于其它的θ值，則產(chǎn)生第二位置信號(hào)(54)，β是預(yù)換向角，具有在0°和180°之間的預(yù)定值，用來確定預(yù)換向位置θ＝-β和θ＝-β+180°，和檢測(cè)裝置(5)相連的開關(guān)裝置(10)，所述開關(guān)裝置響應(yīng)接收第一位置信號(hào)，按照第一方式把電源輸入端(8，9)連接到線圈裝置(2，3)，響應(yīng)接收第二位置信號(hào)，按照第二方式把電源輸入連接于線圈裝置，從而使得當(dāng)轉(zhuǎn)子(4)達(dá)到預(yù)換向位置時(shí)交換線圈裝置，推動(dòng)裝置(46)，用來當(dāng)電動(dòng)機(jī)不工作時(shí)推動(dòng)轉(zhuǎn)子到第一靜止位置或第二靜止位置，所述第一第二靜止位置和預(yù)定的靜止角γ有如下關(guān)系對(duì)于第一靜止位置θ＝-γ對(duì)于第二靜止位置θ＝-γ+180°所述靜止角具有在范圍0＜γ＜β內(nèi)的預(yù)定值，位于檢測(cè)裝置(5)和開關(guān)裝置(10)之間的控制裝置(20)，所述控制裝置包括延遲裝置(21)，用來延遲位置信號(hào)(Vd)一段延遲時(shí)間DT，其特征在于當(dāng)電動(dòng)機(jī)(4)在預(yù)定的控制期間S的時(shí)間內(nèi)沿正向(41)旋轉(zhuǎn)時(shí)，控制裝置(20)用來施加延遲時(shí)間DT＞0。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于控制期間S的開始時(shí)刻被設(shè)置在電動(dòng)機(jī)裝置通電的時(shí)刻，從而當(dāng)轉(zhuǎn)子(4)以反向(42)旋轉(zhuǎn)時(shí)也施加所述延遲時(shí)間DT。
3.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于控制期間S的開始時(shí)刻被設(shè)置在第一次達(dá)到一個(gè)預(yù)換向位置θ＝-β或θ＝-β+180°之后和第二次達(dá)到該預(yù)換向位置之前的一個(gè)時(shí)刻，從而使得當(dāng)轉(zhuǎn)子(4)在反向(42)旋轉(zhuǎn)期間達(dá)到預(yù)換向位置時(shí)DT＝0，當(dāng)轉(zhuǎn)子在正向(41)旋轉(zhuǎn)期間達(dá)到預(yù)換向位置時(shí)DT＞0。
4.如前面任一權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于，在控制期間S的期間內(nèi)，延遲時(shí)間DT滿足關(guān)系β/(60ω)≤DT≤β/(20ω)，其中β以°表示，ω是在控制期間S結(jié)束時(shí)所期望的轉(zhuǎn)子(4)的角速度，以°/秒表示。
5.如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于，30°＜β＜50°5°＜γ＜15°100＜ω＜600°/秒0.2＜S＜2秒。
6.如前面任一權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于在控制期間S的時(shí)間內(nèi)，延遲時(shí)間DT被逐漸減少。
7.如前面任一權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于，在控制期間S的時(shí)間內(nèi)，使延遲時(shí)間DT依賴于轉(zhuǎn)子(4)的轉(zhuǎn)速，延遲時(shí)間DT隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加而減少。
8.如前面任一權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)裝置，其特征在于，控制裝置(20)包括一個(gè)編程的微型計(jì)算機(jī)。
全文摘要
一種電動(dòng)機(jī)裝置，包括具有線圈裝置(2，3)的定子(60)，用來產(chǎn)生具有第一極性H
文檔編號(hào)H02P6/08GK1150503SQ96190322
公開日1997年5月21日 申請(qǐng)日期1996年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月1日
發(fā)明者A·格里斯哈默, H·謝曼 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司