CN102263534B - 马达总线电压换向方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于马达的驱动系统，该驱动系统具有用于向马达供给三相电源的开关网络，和用于该开关网络的控制装置。控制装置被编程为当与负载相反进行驱动时，在当前位置之前提供交换的正向偏移，且当控制装置驱动马达与负载力互补时，使用零偏移和负向偏移中的一个。本发明还提出一种马达驱动组件和一种用于操作马达驱动组件的方法。

Description

马达总线电压换向方法

技术领域

本发明涉及一种在系统中的马达总线电压补偿（motor bus voltage compensation）的方法，在所述系统中，马达驱动轴来克服机械负载力（或载荷力）。

背景技术

马达驱动系统已为人们所熟知，其中控制装置向开关网络或“驱动桥”（switching network or “drive bridge”）发出信号，所述开关网络或“驱动桥”将所供给的直流电源（DC power）转换为三相稳压电源来驱动马达。控制装置部分（或控制部分）通过开关网络并在所述开关网络之外调整电源，以调节马达功率并方向控制。所述控制装置利用来自马达轴上的传感器的位置信号来确定信号和对所述开关网络的计时（timing）的适当组合，以产生所希望的运动，这种运动另外称之为马达换向（或电机转向）。经常地，所述控制装置将正向角偏移或偏离（positive angular offset）添加到换向（或换相）信号中，以提供附加的扭矩。

在某些应用中，当马达被启动时马达可以沿第一方向驱动轴，同时当马达不起作用时诸如弹簧的机械偏置将使所述轴返回。所述马达依据加速度和速度的要求可以或不可以主动地在偏置或偏压方向上受到驱动。

马达总线将电源或电力供给到所述开关网络。所述马达总线电源通过输入功率调节器部分（input power conditioner section）来供给。所述输入功率调节器可以包括反向电流阻塞二极管，以防止外部电源总线上的功率突增。如此，所述功率调节器还要有电能储存器，例如电容器，以储存供给到和来自所述马达的电能。功率调节器还可以包含整流电路（rectifier circuitry），以将输入功率从AC转换为DC，和/或电压调整装置，例如降压转换器或升压转换器，以控制所述马达总线电压。

当所述轴受到机械偏置或偏压在反向方向上被驱动时，能够从所述马达产生反向电流流回到所述马达总线。这一反向电流到达所述开关网络和所述功率调节器部分。由这个反向电流提供的电压尖脉冲可能引起对所述开关网络和所述功率调节器部分的关注。如果正向偏移依然在被添加到所述换向信号中，那么这些关注以及所述电压尖脉冲的大小都会被加大。

提供额外的电容量或有效的电压钳制（电路）来解决这一电压尖脉冲就更加昂贵且需要更多的电路板空间。

发明内容

本发明提供了一种用于马达的驱动系统，所述驱动系统包括：用于向马达供给三相电源的开关网络，和用于所述开关网络的控制装置，所述控制装置被编程用于无刷马达；所述控制装置被编程为当与负载相反进行驱动时，在当前位置之前提供交换的正向偏移，且当所述控制装置驱动马达与负载力互补时，使用零偏移和负向偏移中的一个。

本发明提供了一种马达驱动组件，所述马达驱动组件包括：当被驱动时沿第一方向驱动轴的回转马达，和将所述轴沿与所述第一方向相反的第二方向偏置的负载力；用于向所述回转马达供给三相电源的开关网络；和控制装置，所述控制装置被编程以在所述回转马达沿第一方向驱动所述轴时提供第一信号，所述第一信号将正向偏移添加于供给到所述开关网络的交换信号中，且所述控制装置设置有用于在感测到沿所述第二方向转动时使用的另外的偏移，所述另外的偏移是零偏移或负向偏移。

本发明还提供了一种用于操作马达驱动组件的方法，所述方法包括以下步骤：通过开关网络向马达供给三相电源，所述马达在第一方向上驱动轴，且所述轴在与所述第一方向相反的第二方向上受到偏置；和当所述马达沿第一方向驱动所述轴时向所述开关网络提供第一控制信号，所述第一控制信号具有正向交换偏移，且当所述马达沿所述第二方向受到驱动时提供另外的偏移，所述另外的偏移是零偏移或负向偏移。

本领域技术人员从下列详细描述中将会清楚地理解本发明的这些以及其它特点。伴随着这些详细描述的附图在下面简要地示出。

附图说明

图1A示意性示出了马达驱动系统；

图1B示意性示出了图1A中的马达驱动系统的一种构造或配置；和

图2是一种流程图。

具体实施方式

一种回转马达驱动系统20作为一个示例在图1A中图示出。所述马达驱动系统包括由来自马达28的马达轴23驱动的部件22。凸缘或法兰24设置在轴23上，所述凸缘或法兰起使得用来施加弹簧力（总体上也称之为机械偏置力）的弹簧偏置定位的作用。位置传感器感应轴23的位置。

马达28是无刷直流马达（DC motor）。在一个实施例中，所述马达可以是WYE连接的（Y连接的）无刷直流马达。通常，这类马达是三相供电的。另一方面，delta连接的马达也落入到本发明的范围之内。

开关网络或交换网络30（aka驱动桥）将直流电源（或电力）从马达总线31转换为用于马达28的三相电源。示意性表示的主汇流排或主线29将电源供给到功率调节器单元33。功率调节器单元33转换要输送到马达总线31的且要由用于驱动马达28的开关网络30所使用的电源。功率调节器单元33可以包含下列装置中的任何一个：反向功率（或逆功率）阻塞二极管（reverse power blocking diode），功率储存器（power storage），如电容器，AC（交流）至DC（直流）整流器（AC to DC rectification），以及总线电压调制器（bus voltage regulation）如降压调节器或升压调节器（buck or boost regulator）等。如此，在本示例中，功率调节器单元33并不允许电流从马达总线31流到主汇流排29。控制装置32向开关网络30发送交换信号。

如图1B中所示出的，马达28沿第一方向（在此表示为逆时针方向，但当然这可以是相反的方向）驱动轴23，弹簧26将轴23沿相反的方向偏压或偏置。为弹簧26提供偏置表面的凸缘24的简单的描述仅仅是示例性的示例。可以应用任何一种提供偏置力以使轴23沿与马达驱动方向相反的方向返回的方式。

当马达28为运行的状态时，能够克服弹簧力并驱动马达23。然而，当马达动力或电力被停止时，弹簧26将沿相反的方向驱动轴23。

在此描述的示例是回转马达输出，而其它的配置，如线性运动输出，也会从这一应用中获益。一个这样系统的示例可以是驱动滚珠丝杠的马达，或者带有线性反作用力的线性马达。所述反作用力可以是弹簧，流体作用力，系统动量等等。

对于这样系统的一个应用可以包括负载或载荷22，所述负载是发动机的部件，例如已知的受到驱动枢转的阀。

如上所述。当弹簧26沿相反的方向驱动轴23时，可能产生不希望的反向或逆向电流。

本发明涉及一种如在图2的流程图中示出的方法。如在第一步骤120，确定驱动的方向。当马达轴23轴受到驱动来克服负载力或载荷力时，控制装置32将正向偏移122添加到来自传感器25的轴位置信号中。在图1B的示例中，这就是逆时针方向。这一偏移在当前位置之前处于与负载力相反的方向上。负载力的方向能够通过正在采用的马达的电流量来探测到，或者如果所述力处于固定的方向，通过控制器配置，例如弹簧来探测到。

当马达28用负载力（借助负载力的帮助或补充）来驱动时，所述偏移可以是归零或被给定为负值（在与负载力相反的方向上），以减少在功率调节器单元33的功率储存电容器上的净电荷（或净充电），由此降低马达总线31上的电压。在图1B中，这是逆时针方向。

以这样的方式改变交换改变了马达电流的路径并吸引电荷通过马达28接地，类似于通过电阻器接地排放电荷，但没有附加的硬件的传统马达制动方法。马达总线电压可以被监测或检测（在步骤124）到，以确定所需要的偏移的量值。如果所述总线电压超过确定的量值或限值，控制装置32（在步骤126）可以使用零交换偏移，或者如果需要减少更多的电荷（或充电），可以计算和采用一定比例的负偏移。负偏移越大，电荷减少的越多。速度将通过负偏移来降低，所以速度可能需要进行调节或调整，以实现安全的总线电压与性能的折衷。典型地，所述偏移可以被建立在越过当前位置的单一马达极性位置。在某些情况下，可以考虑较大的偏移。

在另一方面，如果总线电压在限值一下，那么可以采用正向偏移（在步骤128）。

特别是如果系统20的性能或运转状态使用其它系统参数是可合理地预测的，那么可以取消总线电压传感器。在这种情况下所述偏移可以被编程为由系统设计者确定的适当的量值。

尽管已经公开了本发明的优选的实施例，但本领域技术人员将会意识到，某些变型和改进将会落入到本发明的范围之内。为此，本发明的实际的保护范围和内容将通过下面的权利要求来确定。

Claims (11)

1.一种用于马达的驱动系统，所述驱动系统包括：

用于向马达供给三相电源的开关网络，和用于所述开关网络的控制装置，所述控制装置被编程用于无刷马达；

所述控制装置被编程为当与负载相反进行驱动时，在当前位置之前提供交换的正向偏移，且当所述控制装置驱动马达与负载力互补时，使用零偏移和负向偏移中的一个。

2.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏移是零偏移。

3.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏移是负向偏移。

4.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，所述马达是驱动轴的回转马达。

5.按照权利要求4所述的系统，其特征在于，传感器感应所述轴的当前位置并向所述控制装置提供反馈，从而所述控制装置在适当的情况下能够以交换偏移驱动所述开关网络，所述交换偏移为正向、零或负向。

6.按照权利要求1所述的系统，其特征在于，提供与所述负载互补的机械偏置力。

7.一种马达驱动组件，所述马达驱动组件包括：

当被驱动时沿第一方向驱动轴的回转马达，和将所述轴沿与所述第一方向相反的第二方向偏置的负载力；

用于向所述回转马达供给三相电源的开关网络；和

控制装置，所述控制装置被编程以在所述回转马达沿第一方向驱动所述轴时提供第一信号，所述第一信号将正向偏移添加于供给到所述开关网络的交换信号中，且所述控制装置设置有用于在感测到沿所述第二方向转动时使用的另外的偏移，所述另外的偏移是零偏移或负向偏移。

8.按照权利要求7所述的马达驱动组件，其特征在于，传感器感应所述轴的位置并向所述控制装置提供反馈，从而所述控制装置能够以第一信号或者以所述另外的偏移驱动所述开关网络。

9.按照权利要求7所述的马达驱动组件，其特征在于，所述轴由弹簧沿所述第二方向驱动。

10.一种用于操作马达驱动组件的方法，所述方法包括以下步骤：

通过开关网络向马达供给三相电源，所述马达在第一方向上驱动轴，且所述轴在与所述第一方向相反的第二方向上受到偏置；和

当所述马达沿第一方向驱动所述轴时向所述开关网络提供第一控制信号，所述第一控制信号具有正向交换偏移，且当所述马达沿所述第二方向受到驱动时提供另外的偏移，所述另外的偏移是零偏移或负向偏移。

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，传感器感应所述轴的位置并向控制装置提供反馈，从而所述控制装置能够以第一控制信号或者以所述另外的偏移驱动所述开关网络。