CN101267181A - 可控制动无刷电动机 - Google Patents

Abstract

可控制动的无刷电动机具有转子(15)和具有多相线圈的定子(16)；磁极位置检测器(19)，从而响应于磁极位置检测器(19)检测的转子(15)的磁极位置，电力被供应至通过相位选择的线圈；用于控制线圈的电力供应的驱动器部分(2)；用于识别从磁极位置检测器(19)提供的电动机脉冲信号的电动机脉冲识别器(30)；和延迟脉冲发生器(32)，其响应于电动机脉冲识别器(30)提供的脉冲信号而产生相位延迟脉冲信号，从而确保在制动无刷电动机时延迟脉冲信号的相位延迟被逐渐和持续地放大，且线圈从驱动器部分(33)接收响应于延迟脉冲信号的受控电力供应。

Description

可控制动无刷电动机

技术领域

本发明涉及可控制动无刷电动机，更具体地，涉及可用于具有如割草机中的旋转刀具等的和辊式输送机中的旋转部件的装置的可控制动无刷电动机。

背景技术

无刷电动机被广泛使用以代替有电刷电动机；例如，日本公开申请第2007-20588号示教了将无刷电动机用于具有动力驱动旋转刀具的割草机。

日本专利第3673923号示出了另一实例，其公开了用于卷绕纸、电影胶片或布等较长物体的动力驱动辊式输送机和动力驱动卷绕机。辊式输送机必须输送始终保持直立的纸箱至输送端口，卷绕机必须始终以拉伸方式卷绕较长物体。

但是，由于惯性，在电动机停止过程中容易产生问题。惯性可能松动旋转刀具中的紧固件，从而使旋转刀具从割草机主体分离。这对于操作人员以及附近的人非常危险。辊式输送机中也有同样的问题，因为在电动机停止过程中置于辊子上的纸箱跌落地面，从而损坏纸箱内的物品。在卷绕机情况下，张紧的物体会不利地松弛。

因此，在使用如旋转刀具和辊子等旋转部件的这些设备中，需要逐渐停止电动机以减少惯性。

本发明着眼于解决上述问题，并提供可用于具有动力驱动旋转部件的设备中的可控制动的无刷电动机。

发明内容

可控制动的无刷电动机的第一形式具有：转子和具有多相线圈的定子；磁极位置检测器，因而响应于磁极位置检测器检测的转子的磁极位置，电力被供应至通过相位选择的线圈；控制线圈的电力供应的驱动器部分；识别从磁极位置检测器提供的电动机脉冲信号的电动机脉冲识别器30；以及延迟脉冲发生器，用于响应于从电动机脉冲识别器30提供的脉冲信号而产生相位延迟脉冲信号，从而确保在制动无刷电动机时延迟脉冲信号的相位延迟被逐渐和持续地放大，且线圈从驱动器部分接收响应于延迟脉冲信号的受控电力供应。

可控制动无刷电动机的第二形式还包括用于产生预定数量时钟信号的时钟信号发生器，因而延迟脉冲发生器产生相对于由电动机脉冲识别器30识别的电动机脉冲相位延迟的延迟脉冲信号，从而确保在制动操作启动后，每个预定时间段时钟信号的数量减少。

可控制动的无刷电动机的第三形式还包括存储在无刷电动机停止时感应产生的电力的可充电电池。

可控制动的无刷电动机的第四形式中，转子机械地连于旋转轴，该旋转轴适于连接到旋转部件，从而确保旋转部件的旋转响应于制动控制信号逐渐停止。

可控制动的无刷电动机的第五形式中，旋转部件是割草机的旋转刀具。

可控制动的无刷电动机的第六形式中，旋转部件是用于从一个地方运输纸箱至另一地方的辊式输送机的辊子。

可控制动的无刷电动机的第七形式中，无刷电动机安装于作为电动机驱动的辊子的选定数量辊子中。

可控制动的无刷电动机的第八形式中，旋转部件是一对辊子，该对辊子支撑从一个辊子至另一个辊子往复运动的薄片，从而避免在辊子停止时产生惯性。

附图说明

图1是示意性地示出结合本发明的电动机驱动割草机的结构的框图；

图2是示出电动机内部结构的示意性剖视图；

图3A是示出电动机脉冲识别部分识别的脉冲信号图形的时序图；

图3B是示出延迟脉冲部分生成的延迟脉冲图形的时序图；

图3C是示出时滞进展的时序图；

图3D是示出时钟信号图形的时序图；

图4A是示出电动机正常运行中生成的脉冲图形的时序图；

图4B和4C是分别示出在t1和t2处延迟脉冲部分生成的延迟信号的时序图；

图5A至5D是示出正常运行时无刷电动机的运动的各方面的示意图；

图6是示出图1所示无刷电动机操作处理的流程图；

图7是示出图1所示割草机的透视图；

图8是辊式输送机的电动机驱动的辊子的剖视图，辊子包括本发明的制动控制器；

图9A是包括本发明的制动控制器的电动机驱动的辊式输送机；以及

图9B和9C分别是包括本发明的制动控制器的显示单元。

具体实施方式

将参照图1说明实现本发明的无刷电动机系统1(“电动机系统1”)和无刷电动机制动控制器10(“控制器10”)：

电动机系统1包括驱动器部分2、电源3、开关5和控制器10。驱动器部分2包括无刷电动机7(“电动机7”)和旋转部件6。

电动机7具有转子15、具有多相线圈的定子16和霍尔元件17，其中转子15为双极(N-S)磁体且通过如螺栓和螺母等一个或多个紧固件而可旋转地连于旋转轴18。定子16具有多相(n相)线圈20，下文中分别称为线圈“20U、20V和20W”。

霍尔元件17用于通过监视转子15的磁极而生成脉冲信号，从而识别时时变化的转子15的磁极。在本实施例中，三个霍尔元件17a、17b和17c的位置成120°角位移。这三个霍尔元件17a至17c组成磁极位置检测器19。

参照图4A，霍尔元件17a、17b和17c分别独立生成脉冲信号Pa、Pb和Pc。因此，线圈20s响应于脉冲信号Pa、Pb和Pc被接连通电，从而使得电动机7沿所需方向旋转转子15和旋转轴18。当线圈20a被断电时，转子15和旋转轴18a停止。

旋转部件6连于旋转轴18以确保其一体旋转，且旋转轴18通过螺钉、螺栓和螺母等紧固件21整体连于旋转部件6。旋转部件6的典型实例为割草机中使用的旋转刀具和辊式输送机中使用的辊子。下文中将详细说明这些实例：

图1中，附图标记3指电连接于位于驱动器部分2中的电动机7的电源25，如电池。电连接确保制动电动机7的电力存储于电池25中。

开关5用于启动和停止电动机系统1。开关5接通时，启动信号被提供至驱动器部分33，从而通过旋转轴18使得旋转部件6旋转。开关断开时，通过旋转轴18停止旋转部件6。

除驱动器部分33外，控制器10包括电动机脉冲识别器30、时钟信号发生器(“信号发生器”)31、延迟脉冲发生器32、延迟时间计时器35和短暂制动计时器36。控制器10电连接于电动机7和开关5。

电动机脉冲识别器30接收由霍尔元件17a、17b或17c提供的电动机脉冲信号Pa、Pb或Pc，且接收的脉冲信号P被传输至延迟脉冲发生器32和驱动器部分33。

信号发生器31可产生预定数量的时钟信号，这些信号被提供至延迟脉冲发生器32。如图3D所示，信号发生器31调节提供时钟信号的间隔，这意味着调节时钟信号的数量。

延迟脉冲发生器32在电动机启动时运行，并产生相对于从电动机脉冲识别器30接收的电动机脉冲信号P相位延迟的脉冲信号(“延迟脉冲信号L”)。更具体地，当延迟脉冲发生器32如图3A所示识别电动机7提供的脉冲信号时，产生脉冲信号P的时间点如图3B所示作为基础，产生的延迟脉冲信号L的相位延迟对应于从信号发生器31提供的一个脉冲。更具体地，如图4B和4C所示，延迟脉冲发生器32产生的延迟脉冲信号La、Lb和Lc的相位延迟对应于信号发生器31提供的一个时钟信号。

驱动器部分33接收电动机脉冲识别器30提供的电动机脉冲信号P、延迟脉冲发生器32提供的延迟脉冲信号L和开关5提供的接通/断开信号，且响应于这些脉冲信号的受控电源被电动机7接收。更具体地，当电动机7通过开关5接通而开始运行时，驱动信号被提供至驱动器部分33。此时，驱动器部分33响应于电动机脉冲识别器30提供的电动机脉冲信号P而控制供应至线圈20的电力。

在正常运行中，如果通过霍尔元件17a至17c发现转子15的磁极(N和S)位于图5A所示的位置，驱动器部分33调节从线圈20U流至线圈20W的电流，从而使得转子15沿图5A所示箭头所示方向(沿逆时针方向)旋转。之后，驱动器部分33切换电流，如图5C所示，使得电流变为从线圈20V流向线圈20W。这样，驱动线圈20W被激发为N极，驱动线圈20V被激发为S极。转子沿逆时针方向旋转，如图5C和图5D所示箭头所指。

如果电动机7要被停止，则开关5接通以发送制动信号至驱动器部分33，信号发生器31在从提供制动信号的时间点起的给定时间段内继续提供时钟信号至延迟脉冲发生器32。同时，延迟脉冲发生器32提供延迟脉冲信号L至驱动器部分33，驱动器部分33响应于信号L而制动转子15。这样，转子15逐渐地停止并且随后完全停止。

更具体地，当开关5(“接通”状态)提供制动信号至时钟发生器31时，时钟信号发生器31从开始生成制动信号的时间点起提供时钟信号。时钟信号发生器31以每个预定单位时间间隔改变时钟的数量，以延长与一个时钟(“时钟周期”)对应的时间段。这意味着在制动信号“接通”后，时间段T1、T2…Tn(n＝1，2，3，4…)被相继设置，其中时间段Tn内提供的时钟信号的时钟周期被设置为tn(n＝1，2，3，4…)。之后建立以下关系：

tn＞t(n-1)

这样时钟信号被提供至响应于电动机脉冲信号P和时钟而产生延迟脉冲信号L的延迟脉冲发生器32，且延迟脉冲信号L被提供至驱动器部分33。

在制动信号接通后，延迟信号L被提供至驱动器部分33，之后驱动器部分33给线圈20U、20V和20W通电。结果，转子停止与延迟相位相对应的时间段。另外，当制动信号接通时，在每单位时间时钟周期tn被延长，从而相应地放大了相位的延迟。这样，随单位时间T过去，转子15受到的制动力增大。

当转子15停止时，电动机7的驱动线圈20感应产生电力，电力被输送至电源3，这里电被存储于电池25内。

上述制动状态从制动信号“接通”持续至预定时间段过去。在所示实施例中，当制动信号“接通”时，从该时间点开始对信号进行计数，在延迟时间计时器35时间已到时制动操作停止。

当制动信号的生成完成时，驱动器部分33在预定期间经过后被制动较短时间，从而完全停止转子15。现参照图6说明程序：

在步骤1处，控制器10的开关5接通，且当确认驱动器部分33通电时，程序前进至步骤2，电动机7进行正常旋转。

之后，程序前进至步骤3，确认制动信号是否“接通”。如果发现制动信号为将要“断开”(指“否”)，电动机7继续正常运行。如果发现是将要“接通”，程序前进至步骤4，延迟时间计时器35和短暂制动计时器36开始计数操作。程序前进至步骤5。

在步骤5，控制器10响应于从延迟脉冲发生器提供至驱动器部分33的延迟脉冲信号L而启动其制动操作。

当制动操作启动时，线圈20U、20V和20W以与信号发生器31提供的一个时钟(时间tn)相对应的延迟相位通电。此时，转子15上的制动力按时间(tn)的间隔逐渐增加，从而使得转子15逐渐减慢。

此时，程序前进至步骤6，延迟时间计时器35确认制动时间是否结束，如果还未结束，程序前进至步骤9，其中确认驱动信号是否为“接通”。如果确认为“接通”状态，程序返回至步骤2，继续正常运行。在步骤9，如果驱动信号被确认为“断开”，程序返回至步骤6，从而继续制动操作。

如果在步骤6确认延迟时间计时器35已结束，程序前进至步骤7，在步骤7检查短暂制动计时器36是否结束。如果还未结束，程序前进至步骤10，其中检查制动信号是否为“接通”。如果为“接通”，程序返回步骤2，继续正常运行。另一方面，如果为“断开”，程序返回至步骤7，程序等待短暂制动计时器36结束。发现结束时，程序前进至步骤8，其中电动机7制动较短时间，之后完全停止。这样，完成图6所示的程序流程。

控制器10的功能是响应于延迟脉冲L调节至驱动线圈20的电力供应。在对电动机7进行制动后，在每个单位时间T延迟脉冲L的相位逐渐延迟。这意味着对转子15的制动逐渐增加，从而使转子15逐渐停止。

控制器10包括产生时钟信号的时钟信号发生器31，并可基于时钟信号产生延迟脉冲L。时钟信号发生器31产生的时钟信号是每单位时间T逐渐延长的脉冲，从而确保发生器32提供的延迟脉冲信号L的延迟相位被逐渐增大。这样，转子15逐渐减慢。

作为可选实施例，时钟信号发生器31可被修改为以不考虑时间的过去而继续产生预定数量的时钟信号，并产生延迟脉冲信号L，其相位相对于电动机脉冲信号P延迟数量为X的时钟，其中数量X随时间增加，从而增大脉冲信号L的相位延迟。

在另一可选实施例中，时钟信号发生器3的数量X每单位时间T减少，同时，数量X随时间增加，从而增大脉冲信号L的相位延迟。

在本发明的电动机系统1中，可通过如螺钉、螺栓和螺母等已知紧固件2将旋转部件6固定于旋转轴18，但紧固件2防止在电动机7停止过程中因惯性引起的意外松开。

本发明的控制器10确保装载的电池25存储电动机停止时感应产生的电力，从而节约电力。

根据进一步的修改，可如上述持续增大相位延迟。

可使用光电晶体管代替霍尔元件17a至17c。

可使用已知电容器代替电池25。

在上述实施例中，转子15可在制动信号为“接通”后，在延迟计时器35时间结束时通过短暂制动完全停止。本发明不限于此，而是转子15、旋转轴18和旋转部件6的旋转速度可通过使用已知旋转编码器进行识别，且在减慢的旋转速度达到预定低速时进行短暂制动。

实例1

图7示出了割草机50，其包括无刷电动机系统1和无刷控制器10。割草机59由电动机7驱动。另外割草机还包括前操作杆51和后操作杆52。前操作杆51具有主要由旋转刀具57组成的驱动部分53。后操作杆52具有电源54和控制器部分56。附图标记55指示电动机部分。

前操作杆51为空心，足以容纳动力传动轴(未示出)以连接到驱动器部分53。动力传动轴通过锥形齿轮系连接到旋转刀具57。

电动机部分55包括电动机7，其转子15连接到操作杆51中的动力传动轴(未示出)，从而使旋转刀具57旋转。

后操作杆52具有操作手柄58，操作手柄58具有用于控制旋转刀具57的速度的旋钮58a和开关58b。后操作杆52的后端具有控制器部分56，其中控制器部分56容纳上述控制器10，以及另一开关5。控制器10以及开关5电连接至电动机7。

附图标记54指示电源54，其包括与电动机7电连接的电池25。

控制器10确保通过接通开关5而停止旋转刀具57时，旋转刀具57的旋转逐渐停止，产生的惯性最少，从而避免紧固件松动。

实例2

将参照图8说明另一实例，图8中示出了电动机驱动的辊式输送机RS，包括在心轴(spindle)75一端的控制器10。

更具体地，电动机驱动的辊子70包括作为主体的辊子71、装在辊子71中的心轴73和75、以及塞子72。辊子71是金属管状体，并被塞子72封闭。心轴73和75可旋转地装在轴承76和77上。

图8和图9A示出了控制器10，控制器10被安装于电动机驱动的辊式输送机70，以确保辊式输送机70的旋转逐渐停止，产生最小的惯性。即使辊子突然停止，在惯性最小的情况下，避免了置于辊子上的纸箱从输送机跌落。

实例3

图9B示出了用于卷绕如屏幕等较长物体101的显示单元100，下文中将更详细地说明：

除了屏幕101之外，显示单元100包括一对电动机驱动的卷轴70，其中一个卷轴70固定于屏幕101的一端，另一卷轴70固定于其另一端。施加一定量的张力从而以拉伸方式持续保持屏幕101。

屏幕101带有广告语等，在卷轴70之间缓慢往复运动显示。

在显示屏幕101时，在观看者看来，松弛的屏幕101不太好看。通过提供上述具有控制器10的电动机70，电动机70可在没有惯性的情况下停止，从而避免屏幕101出现其它情况下每次电动机70停止时出现的松弛。

控制器10的应用不限于上述示例，其可应用于涉及使用动力驱动旋转部件的领域的较广范围。

Claims (8)

1.一种可控制动无刷电动机，包括：

转子和具有多相线圈的定子；

磁极位置检测器，因而响应于所述磁极位置检测器检测的所述转子的磁极位置，电力被供应至通过相位选择的所述线圈；

控制对所述线圈的电力供应的驱动器部分；

识别从所述磁极位置检测器提供的电动机脉冲信号的电动机脉冲识别器；以及

延迟脉冲发生器，用于响应于从所述电动机脉冲识别器提供的脉冲信号而产生相位延迟脉冲信号，从而确保在制动所述无刷电动机时所述延迟脉冲信号的相位延迟被逐渐和持续地放大，且所述线圈从所述驱动器部分接收响应于所述延迟脉冲信号的受控电力供应。

2.如权利要求1所述的可控制动无刷电动机，还包括用于产生预定数量时钟信号的时钟信号发生器，因而所述延迟脉冲发生器产生相对于由所述电动机脉冲识别器识别的所述电动机脉冲相位延迟的延迟脉冲信号，从而确保在制动操作启动后，每个预定时间段时钟信号的数量减少。

3.如权利要求1或2所述的可控制动无刷电动机，还包括存储在所述无刷电动机停止时感应产生的电力的可充电电池。

4.如权利要求1或2所述的可控制动无刷电动机，其中所述转子机械地连于旋转轴，该旋转轴适于连接到旋转部件，从而确保所述旋转部件的旋转响应于制动控制信号而逐渐停止。

5.如权利要求3或4所述的可控制动无刷电动机，其中旋转部件是割草机的旋转刀具。

6.如权利要求1或2所述的可控制动无刷电动机，其中旋转部件是用于从一个地方运输纸箱至另一地方的辊式输送机的辊子。

7.如权利要求6所述的可控制动无刷电动机，其中所述无刷电动机安装于作为电动机驱动的辊子的选定数量的辊子中。

8.如权利要求1或2所述的可控制动无刷电动机，其中旋转部件是一对辊子，该对辊子支撑从一个辊子至另一个辊子往复运动的片材，从而避免在所述辊子停止时产生惯性。

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