CN104704326B - 使用电容性感测来控制风扇电机 - Google Patents

使用电容性感测来控制风扇电机 Download PDF

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Abstract

一种电机，其具有转子，该转子包括布置在与转子相关联的第一表面上的具有第一尺寸的第一金属板和具有第二尺寸的第二金属板，第一金属板和第二金属板被布置为在离开所述转子的旋转轴线预定距离处彼此相邻。响应于转子关于该轴线旋转，第一表面关于该轴线垂直地旋转。定子，该定子包括布置在与所述定子相关联的第二表面上的第三金属板。第三金属板被布置在第二表面上离开所述轴线预定距离处。第二表面平行于第一表面并且面向第一表面。

Description

使用电容性感测来控制风扇电机
相关申请交叉引用
本公开请求申请日为2013年8月8日的美国专利申请No.13/962452，申请日为2012年8月8日的美国专利申请No.61/680929的优先权。以上申请的全部公开通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及控制风扇电机，并且更具体地涉及检测风扇电机的转子的位置和旋转方向。
背景技术
本文提供的背景技术描述的目的在于总体上呈现本公开的上下文。当前署名的发明人在背景技术部分中所描述的工作，以及说明书中在申请日时还没有构成现有技术的方面，既非明确地也非隐含地承认其为不利于本公开的现有技术。
电机用于许多应用中。例如，单相和两相电机用于驱动电子设备的冷却风扇。一个风扇在于另一个相反的方向旋转时，可以提供最佳的气流。这可能主要是由于风扇的叶片/机翼的设计。因此，它可能是有效的，并期望以对于给定速度具有最大气流的方向旋转风扇。
电机的速度可以以许多方式进行确定。例如，霍尔效应传感器可用于检测电机的速度。然而，霍尔效应传感器提高了冷却风扇的成本。可替换地，电机的速度可以由电机的感测反EMF进行确定。然而，仅有反EMF可能不足以确定电机的旋转方向。
发明内容
一种电机，包括：转子，所述转子包括布置在与所述转子相关联的第一表面上的具有第一尺寸的第一金属板和具有第二尺寸的第二金属板。第一金属板和第二金属板被布置在离开所述转子的旋转轴线预定距离处彼此相邻。响应于转子关于所述轴线旋转，第一表面关于所述轴线垂直地旋转。定子包括布置在与所述定子相关联的第二表面上的第三金属板。第三金属板被布置在第二表面上离开所述轴线预定距离处。第二表面平行于第一表面并且面向第一表面。
在其他特征中，一种系统包括电机和电容感测模块。电容感测模块被配置为响应于所述转子旋转而感测(i)响应于所述第一金属板靠近所述第三金属板的第一电容；和(ii)响应于所述第二金属板靠近所述第三金属板的第二电容。所述第二电容与所述第一电容不同。
在另一特征中，该系统还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为基于所述第一电容和所述第二电容确定所述转子的旋转方向。
在另一特征中，该系统还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为通过对所述转子的转动周期与在所述转子的一个转动期间感测所述第一电容和所述第二电容之间的时间间隔进行比较，而确定所述转子的旋转方向。
在其他特征中，所述电容检测模块被配置为在所述转子的两次连续转动期间，在第一时间和第二时间感测所述第一电容或所述第二电容，并且所述系统还包括：位置确定模块，所述位置确定模块被配置为基于(i)感测所述第一电容或所述第二电容经历的时间；以及(ii)所述第一时间和所述第二时间之间的差异，而确定所述转子的位置。
在另一特征中，该系统包括电机和电容感测模块。所述电机包括(i)布置在与电机的转子相关联的第一表面上的第一金属板和第二金属板，以及(ii)布置在与电机的定子相关联的第二表面上的第三金属板。响应于所述转子关于所述转子的旋转轴线的旋转，所述第一表面关于所述轴线垂直地旋转。所述电容感测模块被配置为响应于所述转子旋转而感测(i)响应于所述第一金属板与所述第三金属板对齐的第一电容；和(ii)响应于所述第二金属板与所述第三金属板对齐的第二电容。
在其他特征中，所述第一金属板的尺寸与所述第二金属板不同；所述第一金属板、第二金属板和第三金属板被布置为离开所述转子的所述旋转轴线预定距离；并且所述第一表面平行于并且面向所述第二表面。
在另一特征中，该系统还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为基于所述第一电容和所述第二电容确定所述转子的旋转方向。
在另一特征中，该系统还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为通过对所述转子的转动周期与在所述转子的一个转动期间感测所述第一电容和所述第二电容之间的时间间隔进行比较，而确定所述转子的旋转方向。
在其他特征中，所述电容感测模块被配置为在所述转子的两次连续转动期间，在第一时间和第二时间感测所述第一电容或所述第二电容，并且所述系统还包括：位置确定模块，所述位置确定模块被配置为基于(i)感测所述第一电容或所述第二电容经历的时间；以及(ii)所述第一时间和所述第二时间之间的差异，而确定所述转子的位置。
在又一特征中，一种方法包括：在与电机的转子相关联的第一表面上布置第一金属板和第二金属板；并且在与所述电机的定子相关联的第二表面上布置第三金属板。响应于转子关于轴线旋转，第一表面关于所述转子的旋转轴线垂直地旋转。该方法还包括响应于转子旋转，感测(i)响应于第一金属板与第三金属板对齐的第一电容，以及(ii)响应于第二金属板与第三金属板对齐的第二电容。
在其他特征中，第一金属板的尺寸与第二金属板不同，并且该方法还包括在离开转子的旋转轴线预定距离处布置第一、第二、第三金属板；并且将第一表面布置为平行于并且面对第二表面。
在另一特征中，该方法还包括基于第一电容和第二电容确定转子的旋转方向。
在另一特征中，该方法还包括通过将所述转子的转动周期与在所述转子的一个转动期间感测所述第一电容和所述第二电容之间的时间间隔进行比较，而确定所述转子的旋转方向。
在其他特征中，该方法还包括在所述转子的两次连续转动期间，在第一时间和第二时间感测所述第一电容或所述第二电容；并且基于(i)感测所述第一电容或所述第二电容经历的时间；以及(ii)所述第一时间和所述第二时间之间的差异，而确定所述转子的位置。
在又一特征中，电机包括定子和转子。转子包括布置在与所述转子相关联的第一表面上彼此相邻的具有第一长度的第一金属板和具有第二长度的第二金属板，其中第一长度大于第二长度。定子包括沿着垂直于所述转子的旋转轴线的直线布置在与所述定子相关联的第二表面上的第三金属板和第四金属板。所述第三金属板和所述第四金属板之间的距离小于所述第一长度并且大于所述第二长度。所述第二表面平行于所述第一表面并且面对所述第一表面。
在其他特征中，一种系统包括：电机和电容感测模块。所述电容感测模块被配置为响应于所述转子旋转而感测由下列各项引起的电容差异：(i)在第一时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板；以及(ii)在第二时间所述第二金属板靠近所述第三金属板或所述第四金属板。
在另一特征中，该系统还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为基于电容的差异是电容增加还是电容减少来确定所述转子的旋转方向。
在另一特征中，转子还包括具有布置在所述第一表面上的具有所述第二长度的第五金属板。所述第五金属板被布置为靠近所述第一金属板与所述第二金属板成对角线地相对。所述第五金属板和所述第二金属板被布置在所述第一金属板的相对侧。
在其他特征中，一种系统包括：电机和电容感测模块，所述电容感测模块被配置为响应于所述转子旋转而感测由下列各项造成的电容的差异：(i)在第一时间所述第二金属板或所述第五金属板分别靠近所述第三金属板或所述第四金属板，以及(ii)在第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板。
在另一特征中，该系统还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为基于由下列各项造成的电容的差异确定所述转子的旋转方向：(i)在第一时间所述第二金属板或所述第五金属板靠近所述第三金属板或所述第四金属板；以及(ii)随后在第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和第四金属板。
在另一特征中，该系统还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为响应于所述电容感测模块感测由下列各项造成的电容的所述差异而确定所述转子以顺时针方向旋转：(i)在第一时间所述第五金属板靠近所述第四金属板；以及(ii)随后在第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和第四金属板。
在另一特征中，该系统还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为响应于所述电容感测模块感测由下列造成的电容的所述差异而确定所述转子以逆时针方向旋转：(i)在第一时间所述第二金属板靠近所述第三金属板；以及(ii)随后在第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板。
在又一特征中，一种方法包括：在与电机的转子相关联的第一表面上彼此相邻地布置具有第一长度的第一金属板和具有第二长度的第二金属板，其中所述第一长度大于所述第二长度；以及在于所述电机的定子相关联的第二表面上沿着垂直于所述转子的旋转轴线的直线布置第三金属板和第四金属板。所述第三金属板和所述第四金属板之间的距离小于所述第一长度且大于所述第二长度。所述第二表面平行于所述第一表面并且面对所述第一表面。
在另一特征中，该方法还包括：响应于所述转子旋转，感测由下列造成的电容的差异：(i)在第一时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板；以及(ii)在第二时间所述第二金属板靠近所述第三金属板或所述第四金属板。
在另一特征中，该方法还包括：基于电容的所述差异是电容增大还是电容减小，确定所述转子的旋转方向。
在另一特征中，该方法还包括在所述第一表面上布置具有所述第二长度的第五金属板，使得所述第五金属板靠近所述第一金属板与所述第二金属板成对角线地相对，并且所述第五金属板和所述第二金属板在所述第一金属板的相对侧。
在另一特征中，该方法还包括响应于所述转子旋转感测由下列造成的电容的差异：(i)在第一时间所述第二金属板或所述第五金属板分别靠近所述第三金属板或所述第四金属板；以及(ii)在第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板。
在另一特征中，该方法还包括基于电容的所述差异是由于(i)在第一时间所述第二金属板或所述第五金属板靠近所述第三金属板或第四金属板；以及(ii)随后在第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板造成的，而确定所述转子的旋转方向。
在另一特征中，该方法还包括响应于感测电容的所述差异是由于(i)在第一时间所述第五金属板靠近所述第四金属板；以及(ii)随后在第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板，而确定所述转子顺时针方向旋转。
在另一特征中，该方法还包括响应于感测电容的所述差异是由于(i)在第一时间所述第二金属板靠近所述第三金属板，以及(ii)随后在第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板，而确定所述转子逆时针方向旋转。
本公开内容的实用性的其它方面将由权利要求和附图的详细描述而变得明显。详细描述和具体实例仅旨在说明的目的，而并非旨在限制本公开的范围。
附图说明
图1是根据本公开的冷却风扇的功能框图。
图2A示出了根据本公开的第一实施例，其包括安装在转子上的多个金属板和安装在定子上的金属板以确定转子的方向和位置。
图2B是根据本公开的冷却风扇，示出安装在转子和定子上的金属板的布置的横截面。
图2C示出了根据本公开的第二实施例，包括安装在转子上的多个金属板和安装在定子上的金属板以确定转子的方向
图2D示出了根据本公开的第三实施例，包括安装在转子上的多个金属板和安装在定子上的金属板以确定转子的方向。
图3A示出了当金属板被布置成如图2A并且当转子顺时针旋转时检测到的电容。
图3B示出了当金属板被布置成如图2A并且当转子逆时针旋转时检测到的电容。
图4A示出了安装在转子上与安装在定子上的金属板对准的第一金属板。
图4B示出了安装在转子上与安装在定子上的金属板对准的第二金属板。
图5A示出了安装在转子上与安装在定子上的金属板对准的金属板。
图5B示出了安装在转子上具有从安装在定子上的金属板移动120°的金属板。
图5C示出了安装在转子上具有从安装在定子上的金属板移动240°的金属板。
图6示出了图1的冷却风扇的详细功能框图。
图7示出了根据本公开的用于确定转子的旋转方向的方法。
图8示出了根据本公开的用于确定转子的位置的方法。
图9A示出了根据本公开的安装在转子上的多个金属板以及安装在定子上的多个金属板，以确定转子的方向或旋转。
图9B示出了根据本公开的冷却风扇的功能框图，其包括图9A的转子和定子以及用来控制冷却风扇的控制模块。
图10A示出了根据本公开的安装在转子上的多个金属板以及安装在定子上的多个金属板，以确定并确认转子的方向或旋转。
图10B为根据本公开的冷却风扇的功能框图，其包括图10A的转子和定子以及用来控制冷却风扇的控制模块。
图11A和11B描绘了根据本公开的用于确定和确认转子的旋转方向的方法的流程图。
附图中，附图标记可以重复使用，以标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
本公开涉及一种用于确定风扇电机的旋转方向和位置的系统和方法，而无需使用霍尔效应传感器或反EMF。相反，本文所描述的系统和方法通过感测安装在定子上的金属板和一个或多个安装在转子上的金属板之间的电容来确定方向和位置，如以下详细说明。
图1示出了根据本公开的风扇100。风扇100包括控制模块102，电机104，和叶片106。控制模块102从电源(未示出)接收功率。控制模块102控制电机104的速度和转动方向，如以下更详细地说明。叶片106以电机104的旋转速度转动并在电机104的旋转方向上转动。
图2A和2B示出安装在电机104的转子110和定子112上的金属板。图2A所示，叶片106附连到转子110。第一金属板120和第二金属板122安装在与转子110相关联的第一表面上。例如，第一表面可以是包围转子110的外壳的表面。第一金属板120的尺寸大于第二金属板122。第一金属板120和第二金属板122被安装为彼此相邻。第一金属板120和第二金属板122被布置在第一表面上距离转子110关于其旋转的轴线预定距离。
第三金属板124被安装在与定子112相关联的第二表面上。例如，第二表面可以被安装在其上安装有控制模块102的印刷电路板的表面上。第三金属板124被布置在第二表面上距离转子110关于其旋转的轴线预定距离。仅作为示例，第一和第二表面、以及金属板120、122和124示出形状为圆形。也可以使用其它形状或形状的组合来代替。
图2B所示，转子110和定子112被布置为使得与转子110相关联的第一表面平行于并面对与定子112相关联的第二表面。当转子110旋转时，安装在与转子110相关联的第一表面上的第一和第二金属板120和122穿过紧靠安装在与定子112相关联的第二表面上的第三金属板124。
控制模块102在第一金属板120靠近并且对准第三金属板124时，感测第一电容。控制模块102在第二金属片122靠近和对准第三金属板124时，感测第二电容。第一电容与第二电容不同，这是因为第一金属板120的尺寸与第二金属板122的尺寸不同。例如，如果第一金属板120在尺寸上大于所示第二金属板122的尺寸，第一电容将大于第二电容。
图2C示出另一个实施例，其中具有不同尺寸的两个金属板126和128被布置为在转子110上彼此相邻。金属板126的尺寸大于金属板128的尺寸。取代测量由两个金属板126和128中的每一个金属板与定子112上的第三金属板124所形成的电容的值，控制模块102检测由两个板126和128与第三金属板124形成的对应电容的相应时间段或持续时间。由金属板126和124形成的电容被感测的时间段比金属板128和124所形成的电容被感测的时间段长，这是因为金属板126的尺寸大于金属板128的尺寸，因此导致由于金属板126所引起的电容被感测或被检测的时间段更长。
转子110的旋转方向可以通过检测由金属板126和124形成的第一电容被感测的时间段的第一量和由金属板128和124形成的第二电容被感测的时间段的第二量，并通过确定第一时间量是跟随第二时间量之后还是第二时间量跟随第一时间量之后来确定。如果第二时间量跟随第一时间量之后，则转子110以顺时针方向旋转，并且如果第一时间量跟随第二时间量之后，则转子110以逆时针方向旋转。
图2D示出了另一个实施例，其中具有不同尺寸的多个金属板130-1、130-2、130-3……，和130-N，其中N是大于或等于2的整数(统称为金属板130)，彼此相邻地沿转子110的周界130布置。金属板的尺寸可随图案。例如，第一组的四个金属板可以沿着转子110的周界以顺时针方向逐渐增加尺寸。第二组可以跟随在第一组之后，第二组具有与第一组中的金属板的尺寸相同的四个金属板，依此类推。因此，第一和第五金属板可以具有第一尺寸；第二和第六金属板可以具有大于第一尺寸的第二尺寸；第三和第七金属板可以具有大于第二尺寸的第三尺寸；等等。
相应地，当转子110以顺时钟方向旋转时，由第一组和第二组中的金属板中的每一个与第三金属板124形成的电容被感测所持续的时间量会增加。相反地，当转子110以逆时钟方向旋转时，由第一组和第二组中的金属板中的每一个与第三金属板124形成的电容被感测所持续的时间量会减小。因此，可以通过感测由多个金属板130和第三金属板124形成的电容所持续的时间量所展示的图案来确定转子110的旋转方向。知道了转子110上所布置的金属片130的顺序，转子110的旋转方向可以基于对由多个金属板和第三金属板124形成的电容的检测时间量所展示的图案得到确定。换言之，金属板130共同地表示已知的图案。通过比较检测到的图案(其是从对金属板130所引起的对应电容的检测得到的)，可以确定转子110的旋转方向。应当理解的是，检测到的电容值或者对应的电容被感测所持续的检测得到的时间段，都可以被用于检测或获得图案。
图3A和3B示出了第一和第二电容将根据转子110的旋转方向而进行感测的顺序和时序。例如，图3A中，假设转子110以顺时针方向旋转。在转子110的每次转动期间，第一金属板120将首先越过第三金属板124，然后第二金属板122将越过第三金属板124。由于第一金属板120的尺寸大于第二金属板122的尺寸，将首先感测到较大的电容，接着感测到较小的电容。在转子110的每次转动期间，感测较大的电容之后的较小的电容之间的时间将小于感测较小的电容之后的较大的电容。因此，如果较大和较小的电容被感测的顺序和时序与图3A中所示的一致，那么可以说转子110沿顺时针方向旋转。
相反地，图3B中，假设转子110以逆时针方向旋转。在转子110每次转动期间，第二金属板122将首先越过第三金属板124，然后第一金属板120将越过第三金属板124。由于第二金属板122的尺寸小于第一金属板120，将首先感测到电容较小的电容，接着是较大的电容。在转子110每次转动期间，感测较小的电容之后的较大的电容之间的时间将小于感测较大的电容之后再次出现的较小的电容。因此，如果较小和较大的电容被感测的顺序和时序与图3B中所示的一致，那么可以说转子110沿逆时针方向旋转。
图4A和4B更详细地示出了检测转子110的旋转方向的过程。图4A中，假设当安装在转子110上的第一金属板120与安装在定子112上的第三金属板124对齐时，转子110处于状态A。图4B中，假设当安装在转子110上的第二金属板122与安装在定子112上的第三金属板124对齐时，转子110处于状态B。由于第一金属板120的尺寸大于第二金属板122的尺寸，状态A中的电容将大于状态B中的电容。
当转子110以恒定角速度沿顺时针方向旋转，在转子110的每一次转动过程中，从状态A移动到状态B转子110所花费的时间，将小于从状态B移动到状态A转子110所花费的时间。因此，当转子110的每一个转动过程中状态A移动到状态B转子110所花费的时间少于从状态B移动到状态A转子110所花费的时间，则可以说转子以顺时针方向旋转。
相反地，当转子110以恒定角速度沿逆时针方向旋转，在转子110的每一次转动过程中，从状态A移动到状态B转子110所花费的时间，将大于从状态B移动到状态A转子110所花费的时间。因此，当转子110的每一个转动过程中状态A移动到状态B转子110所花费的时间大于从状态B移动到状态A转子110所花费的时间，则可以说转子以逆时针方向旋转。
也可以通过比较转子110转动周期与在转子110的一个转动过程中感测较大电容和较小电容之间的时间间隔，来确定转子110的旋转方向。因此，转子110顺时钟旋转时的时间间隔与转子110转动周期的比率将小于的转子110逆时针方向旋转时的该比率。
除了检测转子110的旋转方向以外，转子110的位置(即，磁极位置)可以被确定如下。具体地，安装在转子110上的一个或多个金属板可以与安装在定子112上的金属板一起使用，以确定转子110相对于定子112的角度位置。基于转子110的位置，电机104可以以预定的速度启动并旋转。
图5A至5C更详细地示出了检测转子110的位置的过程。仅作为示例，图5A至5C示出安装在转子110上的仅一个金属板(例如，第一金属板120)。多于一个的金属板(例如，第一和第二金属板120和122)可以被安装在转子110上以准确地确定转子110的位置。当转子110旋转时，安装在转子110上的第一金属板120相对于安装在定子112上的第三金属板124移动。安装在定子112上的第三金属板124作为用于跟踪转子110运动的参考。
图5A中，安装在定子112上的第三金属板124与安装在转子110上的第一金属板120对齐。图5B中，转子110已经相对于参考(即，安装在定子112上的第三金属板124)而移动了120°。图5C中，转子110已经相对于参考而移动了240°。
当转子110以恒定角速度移动，每一次安装在转子110上的第一金属板120与安装在定子112上的第三金属板124对齐时，感测到电容。第一金属板120和第三金属板124的两次连续交叉之间的时间差等于转子110的转动周期。为了确定转子110在给定时间的位置，要测量金属板120和124的交叉的时间之间的时间量和给定的时间。时间量除以第一金属板120和第三金属板124的两次连续交叉之间的时间，以获得转子110的位置。
可以通过使用在转子110上的多于一个的金属板以获得多个位置的测量来更准确地确定转子110的位置。例如，第二金属板(例如，第二金属板122)可以安装在转子110上。可以使用第二金属板122获得第二位置测量结果。可以对使用第一和第二金属板120和122所获得的位置测量结果进行平均以提高位置测量结果的精确度。
图6示出了包括控制模块102的风扇100，所述控制模块102如上所述来检测转子110的旋转方向和位置。具体而言，控制模块102包括电容感测模块150、方向确定模块152、位置确定模块154、以及驱动器模块156。电容感测模块150与安装在定子112上的第三金属板124通信。每一次第一金属板和第二金属板120和122穿过第三金属板124，电容感测模块150感测到电容。
方向确定模块152基于以上详细描述的电容感测模块150所感测到的电容，确定转子110的旋转方向。位置确定模块154基于以上详细描述的电容感测模块150所感测到的电容，确定转子110的位置。驱动器模块156以恒定的速度并且在预定方向上驱动转子110。驱动器模块156可以使用由方向确定模块152和位置确定模块154所获得的方向和位置信息，来维持或改变转子110旋转的方向和/或速度。
图7示出用于确定转子110的旋转方向的方法200。在202中，当安装在转子110上的第一金属板120靠近安装在定子112上的传感器板(例如，第三金属板124)(即，当转子110处于状态A)时，控制感测第一电容。在204中，当安装在转子110上的第二金属板122靠近安装在定子112上的传感器板(即，当转子110处于状态B)时，控制感测第二电容。在206中，控制确定从状态A移动到状态B转子110所经过的时间是大于还是小于从状态B移动到状态A转子110所经过的时间。在208中，如果从状态A移动到状态B转子110所花费的时间大于从状态B移动到状态A所花费的时间，则控制确定转子110以顺时针方向旋转。在210中，如果从状态A移动到状态B转子110所花费的时间小于从状态B移动到状态A所花费的时间，则控制确定转子110以逆时针方向旋转。
图8示出了用于确定转子110的位置的方法250。在252中，当安装在转子110上的金属板(例如，第一金属板120)靠近安装在定子112上的传感器板(例如，第三金属板124)时，控制感测电容。在254中，在转子110的两次连续转动过程中，控制感测第一时间和第二时间处的电容，并且确定第一时间和第二时间之间的时间差。在256中，基于时间差和感测电容的时刻所经过的时间，控制确定转子110的位置。感测的电容和时间差的时刻所经过的时间的转子110的位置。
现在参考图9A，转子110和定子112每一个都可以包括多个金属板。例如，在转子110上，具有第一长度的第一金属板302和具有第二长度的第二金属板304彼此相邻而布置。第一金属板302的第一长度大于第二金属板304的第二长度。虽然出于简化说明的目的，只示出了两个金属板，类似于第一金属板302和/或第二金属板304的附加金属板可以被布置在转子110上。
另外，在定子112上，第三金属板306和第四金属板308沿着垂直于转子110的旋转轴线的直线布置。第三金属板306的尺寸可以与第四金属板308的尺寸相同。第三金属板306的尺寸和第四金属板308的尺寸可以类似于第二金属板304的尺寸。
第三金属板306和第四金属板308之间的距离，使得当转子110旋转时，转子110上的第一金属板302越过定子112上的第三金属板306和第四金属板308两者，并且转子110上的第二金属板304仅越过定子112上的第四金属板308。可替代地，第二金属板304可以被布置得更靠近转子110的中心，而不是如所示的更靠近转子110的周界。当第二金属板304被布置为更靠近于转子110的中心，第二金属板304仅越过定子112上的第三金属板306。一般而言，第三金属板306和第四金属板308之间的距离可以小于第一金属板302的第一长度，并且大于第二金属板304的第二长度。
现在参考图9B，风扇350包括控制模块352、电机354、以及叶片106。电机354包括转子110和定子112，每一个均包括如图9A中示出的对应的金属板。控制模块352包括电容感测模块356，方向确定模块358，以及驱动器模块156。驱动器模块156控制转子110的旋转方向的速度，如参照图6所说明的。
当转子110旋转时，电容感测模块356感测由转子110上的金属板越过定子112上的金属板而引起的电容改变。具体地，在第一时间，转子110上的第一金属板302越过定子112上的第三金属板306和第四金属板308两者，并且在第二时间，第二金属板304越过第三金属板306或第四金属板308(取决于转子110上的第二金属板304的位置)，引起电容的改变。
取决于转子110旋转的方向，电容的变化可以是电的增加或电容减小。方向确定模块358根据由电容感测模块356感测到的电容的变化是电容增加还是电容减小，而确定转子110以顺时针或逆时针方向旋转。
更具体地，当转子110顺时针旋转时，电容感测模块356感测到电容减小。这是因为，第一金属板302越过第三金属板306和第四金属板308形成第一电容，并且随后第二金属板304越过第三金属板306或第四金属板308形成第二电容。第一电容大于第二电容，是因为第一金属板302的尺寸大于第二金属板304的尺寸，而第三金属板306与第四金属板308的尺寸是相同的。因此，当转子110顺时针旋转时，电容感测模块356感测从第一电容到第二电容的转变，这导致电容的变化为电容减小。
相反，当转子110逆时针转动时，电容感测模块356感测电容增加。这是因为第二金属板304越过第三金属板306或第四金属板308形成第二电容，并且随后第一金属板302越过第三金属板306和第四金属板308形成第一电容。再次，第一电容大于第二电容，是因为第一金属板302的尺寸大于第二金属板304的尺寸，而第三金属板306与第四金属板308的尺寸是相同。相应地，当转子110逆时针旋转时，电容感测模块356感测从第二电容到第一电容的转变，这导致电容的变化为电容增加。
现在参考图10A，转子110和定子112包括所有的金属板，如图9A所示，并且另外，转子110包括第五金属板310。第五金属板也布置为靠近第一金属板302。第五金属板310和第二金属板304被布置为第一金属板302的相对侧。第五金属板310与第二金属板304成对角线地相对布置。而第二金属板304更靠近转子110的周界，第五金属板310更靠近转子110的中心。
当转子110旋转时，第二金属板304越过在定子112上的第四金属板308，并且第五金属板310越过定子112上的第三金属板306。第五金属板310与第二金属板304尺寸相同。因此，由第五金属板310越过定子112上的第三金属板306而形成的电容与由第二金属板304越过定子112上的第四金属板308而形成的电容是相同的。
现在参考图10B，风扇380包括控制模块382、电机384、以及叶片106。电机384包括转子110和定子112，每一个包括相应的金属板，如图10A所示。控制模块382包括电容感测模块386、方向确定模块388、以及驱动器模块156。驱动器模块156控制转子110的旋转速度和方向，如参照图6说明的。
当转子110旋转时，电容感测模块386感测电容的改变，所述电容的改变是由转子110上的金属板越过定子112上的金属板引起的。具体而言，由第二金属板304或第五金属板310分别越过第三金属板306和第四金属板308，并且随后第一金属板302越过第三金属板306和第四金属板308两者，引起了电容的改变。根据转子110的旋转方向，第二金属板304将越过第四金属板308或第五金属板310将越过第三金属板306，并且随后第一金属板302将越过第三金属板306和第四金属板308两者。
如果电容感测模块356感测到的电容的变化，是由于在第一时间处第五金属板310越过第三金属板306，接着在第二时间处第一金属板302越过第三金属板306和第四金属板308两者，那么方向确定模块358确定转子110以顺时针方向旋转。相反，如果电容感测模块356感测到的电容的变化，是由于在第一时间第二金属板304越过第四金属板308，接着在第二时间第一金属板302越过第三金属板306和第四金属板308两者，那么方向确定模块358确定转子110以逆时针方向旋转。
在任一方向上，电容感测模块356感测电容的增加。例如，当转子110顺时针旋转时，第五金属板310越过第三金属板306形成第一电容，并且随后第一金属板302越过第三金属板306和第二第四金属板308形成第二电容。第二电容大于第一电容，是因为第一金属板302的尺寸大于第五金属板310，而第三金属板306与第四金属板308的尺寸相同。因此，当转子110顺时针旋转时，电容感测模块386感测从第一电容到第二电容的转变，这导致电容的变化为电容增加了。
相反，当转子110逆时针旋转时，第二金属板304越过第四金属板308形成第一电容，并且随后第一金属板302越过第三金属板306和第四金属板308形成第二电容。再次，第二电容大于第一电容，是因为第一金属板302的尺寸大于第二金属板304的尺寸，而第三金属板306与第四金属板308的尺寸相同。因此，转子110顺时针旋转时，电容感测模块386感测从第一电容到第二电容的转变，这导致电容的变化为电容增加了。
在一些实施方式中，电容感测模块386可以感测第三金属板306和第四金属板308检测第二金属板304、第一金属板302、以及第五金属板310的序列。方向确定模块388可以根据电容检测模块386检测到的序列来确定和确认转子110的旋转方向。
例如，当转子110顺时针旋转时，第三金属板306和第四金属板308将以下列序列来检测转子110上的金属板：第五金属板310，其次是第一金属板302，再次是第二金属板304。电容感测模块386可以通过检测由于第五金属板310越过第三金属板306，以及第一金属板302越过第三金属板306和第四金属板308而电容增加，接着由于第二金属板304越过第四金属板308而电容减小，来检测序列。
在电容感测模块386检测到由于第五金属板310越过第三金属板306，并随后第一金属板302越过第三金属板306和第四金属板308而电容增加时，则方向确定模块388可以确定转子110顺时针方向旋转。当检测到电容增加之后，电容感测模块386检测到由于第二金属板304越过第四金属板308而电容减小，方向确定模块388可以确认转子110顺时针方向旋转。
相反，当转子110逆时针转动时，第三金属板306和第四金属板308将以下列序列检测转子110上的金属板：第二金属板304，其次是第一金属板302，再次是第五金属板310。电容感测模块386可以通过检测由于第二金属板304越过第四金属板308，以及第一金属板302越过第三金属板306和第四金属板308而电容增加，接着由于第五金属板310越过第三金属板306时电容减小，来检测序列。
在电容感测模块386检测到由于第二金属板304越过第四金属板308，且随后第一金属板302越过第三金属板306和第四金属板308而电容增加时，则方向确定模块388可以确定转子110逆时针方向旋转。当检测到电容增加之后，电容感测模块386检测到由于第五金属板310越过第三金属板306而电容减小，方向确定模块388可以确认转子110逆时针方向旋转。
图9B和10B中，电容感测模块356和386不测量由于转子110越过定子112的电容值。与之不同，电容感测模块356和386简单地感测由于转子110越过定子112的电容的差异。
现在参考图11A，示出了一种用于检测转子110的旋转方向的方法400。在402中，短金属板和长金属板被布置在转子110上，并且尺寸相同的两个传感器板被布置在定子112上，如图9A所示的。在404中，当转子110上的金属板越过定子112上的传感器板时，控制感测电容的差异。在406中，控制确定电容是增加还是减少。在408中，如果电容减小，则控制确定转子110以顺时针方向移动。在410中，如果电容增加，则控制确定转子110以逆时针移动。
现在参考图11B，示出了一种用于检测转子110的旋转方向的方法450。在452中，两个短金属板被布置在长金属板的相对侧，使得第一短金属板更靠近转子110的周界，并且第二短金属板更靠近转子110的中心，如图10A中所示。此外，尺寸相同的两个传感器板被布置在定子112上，如图10A所示。
在454中，当转子110上的金属板越过定子112上的传感器板时，控制感测电容的差异。在456中，控制确定电容的差异是否由首先感测第一或第二短金属板并随后感测长金属板而造成。在458中，如果电容的差异是由首先感测第二短金属板，随后感测长金属板而造成的，则控制确定转子110顺时针旋转。在460中，如果电容的差异是由首先感测第一短金属板，随后感测长金属板造成的，控制确定转子110逆时针移动。
前面的描述本质上仅在于说明性而决非旨在限制本公开，其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式来实现。因此，虽然本公开包括特定示例，本公开的真实范围不应被限制于此，因为其它的修改将随着阅读附图、说明书和以下权利要求书而变得明显。如本文所用的，A、B和C中的至少一个，该短语应该被理解为是指逻辑(A或B或C)，使用非排他性逻辑“或”。应当理解的是，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本公开的原理。
本申请中，包括下面的定义中，术语模块可以被替换为术语电路。术语模块可以指，作为其中的一部分，或包括专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器(共享、专用或组)；存储由处理器执行的代码的存储器(共享、专用或组)；其它提供所描述功能的合适的硬件组件；或上述的部分或全部的组合，诸如在片上系统中。
术语代码，如上述使用的，可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指程序、例程、函数、类、和/或对象。术语共享处理器包括执行来自多个模块的一些或全部代码的单个处理器。术语组处理器包括与附加处理器组合的处理器，执行来自一个或多个模块的部分或全部代码。术语共享存储器包括存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器。术语组存储器包括与附加存储器组合的存储器，存储来自一个或多个模块的一些或全部代码。术语存储器可以是术语计算机可读介质的一个子集。术语计算机可读介质不包括通过介质传播的暂时性电和电磁信号，并且因此可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性实例包括非易失性存储器、易失性存储器、磁存储器和光存储器。
在本申请中描述的方法和装置可以部分或完全由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实现。该计算机程序包括存储在至少一个非暂时性有形计算机可读介质中的处理器可执行指令。该计算机程序也可以包括和/或依赖于所存储的数据。

Claims (26)

1.一种电机，包括：
转子，所述转子包括布置在与所述转子相关联的第一表面上的具有第一尺寸的第一金属板和具有第二尺寸的第二金属板，其中所述第一金属板和所述第二金属板被布置在离开所述转子的旋转轴线预定距离处彼此相邻，并且其中响应于所述转子关于所述轴线旋转，所述第一表面关于所述轴线垂直地旋转；
定子，所述定子包括布置在与所述定子相关联的第二表面上的第三金属板，其中所述第三金属板被布置在所述第二表面上离开所述轴线所述预定距离处，并且其中所述第二表面平行于所述第一表面并且面向所述第一表面，其中所述第一尺寸大于所述第二尺寸以使得在其间由所述第一金属板和所述第三金属板形成的电容被感测的第一时间段长于在其间由所述第二金属板和所述第三金属板形成的电容被感测的第二时间段。
2.一种电机控制系统，包括：
根据权利要求1所述的电机；以及
电容感测模块，所述电容感测模块被配置为响应于所述转子旋转而感测(i)响应于所述第一金属板靠近所述第三金属板的第一电容；和(ii)响应于所述第二金属板靠近所述第三金属板的第二电容；
其中所述第二电容与所述第一电容不同。
3.根据权利要求2所述的电机控制系统，还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为基于所述第一电容和所述第二电容确定所述转子的旋转方向。
4.根据权利要求2所述的电机控制系统，还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为通过对所述转子的转动周期与在所述转子的一个转动期间感测到所述第一电容和所述第二电容之间的时间间隔进行比较，而确定所述转子的旋转方向。
5.根据权利要求2所述的电机控制系统，其中所述电容感测模块被配置为在所述转子的两次连续转动期间，在第一时间和第二时间感测所述第一电容或所述第二电容，所述系统还包括：位置确定模块，所述位置确定模块被配置为基于(i)从感测到所述第一电容或所述第二电容之后所经过的时间；以及(ii)所述第一时间和所述第二时间之间的差异，而确定所述转子的位置。
6.一种电机控制系统，包括：
电机，所述电机包括(i)布置在与所述电机的转子相关联的第一表面上的第一金属板和第二金属板，以及(ii)布置在与所述电机的定子相关联的第二表面上的第三金属板，其中响应于所述转子关于所述转子的旋转轴线的旋转，所述第一表面关于所述轴线垂直地旋转；以及
电容感测模块，所述电容感测模块被配置为响应于所述转子旋转而感测(i)响应于所述第一金属板与所述第三金属板对齐的第一电容；和(ii)响应于所述第二金属板与所述第三金属板对齐的第二电容，其中所述第一金属板的尺寸大于所述第二金属板的尺寸以使得在其间所述第一电容被感应的第一时间段长于在其间所述第二电容被感应的第二时间段。
7.根据权利要求6所述的电机控制系统，其中：
所述第一金属板具有与所述第二金属板不同的尺寸；
所述第一金属板、所述第二金属板和所述第三金属板被布置为离开所述转子的所述旋转轴线预定距离；并且
所述第一表面平行于并且面向所述第二表面。
8.根据权利要求6所述的电机控制系统，还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为基于所述第一电容和所述第二电容确定所述转子的旋转方向。
9.根据权利要求6所述的电机控制系统，还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为通过对所述转子的转动周期与在所述转子的一个转动期间感测到所述第一电容和所述第二电容之间的时间间隔进行比较，而确定所述转子的旋转方向。
10.根据权利要求6所述的电机控制系统，其中所述电容感测模块被配置为在所述转子的两次连续转动期间，在第一时间和第二时间感测所述第一电容或所述第二电容，所述系统还包括：位置确定模块，所述位置确定模块被配置为基于(i)从感测到所述第一电容或所述第二电容之后所经过的时间；以及(ii)所述第一时间和所述第二时间之间的差异，而确定所述转子的位置。
11.一种电机，包括：
转子，所述转子包括布置在与所述转子相关联的第一表面上彼此相邻的、具有第一长度的第一金属板和具有第二长度的第二金属板，其中所述第一长度在周向上大于所述第二长度；以及
定子，所述定子包括沿着垂直于所述转子的旋转轴线的直线布置在与所述定子相关联的第二表面上的第三金属板和第四金属板，
其中所述第三金属板和所述第四金属板之间的距离小于所述第一长度并且大于所述第二长度，并且
其中所述第二表面平行于所述第一表面并且面对所述第一表面。
12.根据权利要求11所述的电机，其中所述转子还包括布置在所述第一表面上的具有所述第二长度的第五金属板，其中所述第五金属板被布置为靠近所述第一金属板与所述第二金属板成对角线地相对，并且其中所述第五金属板和所述第二金属板被布置在所述第一金属板的相对侧。
13.一种电机控制系统，包括：
根据权利要求11所述的电机；以及
电容感测模块，所述电容感测模块被配置为响应于所述转子旋转而感测由下列各项引起的电容的差异：(i)在第一时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板；以及(ii)在第二时间所述第二金属板靠近所述第三金属板或所述第四金属板。
14.根据权利要求13所述的电机控制系统，还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为基于电容的所述差异是电容的增加还是减少来确定所述转子的旋转方向。
15.一种电机控制系统，包括：
根据权利要求12所述的电机；以及
电容感测模块，所述电容感测模块被配置为响应于所述转子旋转而感测由下列各项引起的电容的差异：(i)在第一时间所述第二金属板或所述第五金属板分别靠近所述第三金属板或所述第四金属板，以及(ii)在第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板。
16.根据权利要求15所述的电机控制系统，还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为基于电容的所述差异是否由下列各项引起来确定所述转子的旋转方向：(i)在所述第一时间所述第二金属板或所述第五金属板靠近所述第三金属板或所述第四金属板，以及(ii)随后在所述第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和第四金属板。
17.根据权利要求15所述的电机控制系统，还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为响应于所述电容感测模块感测到由下列各项引起的电容的所述差异而确定所述转子以顺时针方向旋转：(i)在所述第一时间所述第五金属板靠近所述第四金属板，以及(ii)随后在所述第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板。
18.根据权利要求15所述的电机控制系统，还包括方向确定模块，所述方向确定模块被配置为响应于所述电容感测模块感测到由下列各项引起的电容的所述差异而确定所述转子以逆时针方向旋转：(i)在所述第一时间所述第二金属板靠近所述第三金属板，以及(ii)随后在所述第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板。
19.一种控制电机的方法，包括：
在与电机的转子相关联的第一表面上彼此相邻地布置具有第一长度的第一金属板和具有第二长度的第二金属板，其中所述第一长度在周向上大于所述第二长度；以及
在与所述电机的定子相关联的第二表面上沿着垂直于所述转子的旋转轴线的直线布置第三金属板和第四金属板；
其中所述第三金属板和所述第四金属板之间的距离小于所述第一长度且大于所述第二长度；并且
其中所述第二表面平行于所述第一表面并且面对所述第一表面。
20.根据权利要求19所述的控制电机的方法，还包括：响应于所述转子旋转而感测由下列各项引起的电容的差异：(i)在第一时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板，以及(ii)在第二时间所述第二金属板靠近所述第三金属板或所述第四金属板。
21.根据权利要求20所述的控制电机的方法，还包括：基于电容的所述差异是电容的增大还是减小来确定所述转子的旋转方向。
22.根据权利要求19所述的控制电机的方法，还包括在所述第一表面上布置具有所述第二长度的第五金属板，使得所述第五金属板靠近所述第一金属板与所述第二金属板成对角线地相对，并且所述第五金属板和所述第二金属板在所述第一金属板的相对侧。
23.根据权利要求22所述的控制电机的方法，还包括响应于所述转子旋转而感测由下列各项引起的电容的差异：(i)在第一时间所述第二金属板或所述第五金属板分别靠近所述第三金属板或所述第四金属板，以及(ii)在第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板。
24.根据权利要求23所述的控制电机的方法，还包括基于电容上的所述差异是否由下列各项引起而确定所述转子的旋转方向：(i)在所述第一时间所述第二金属板或所述第五金属板靠近所述第三金属板或所述第四金属板，以及(ii)随后在所述第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板。
25.根据权利要求23所述的控制电机的方法，还包括响应于感测到电容的所述差异是由于(i)在所述第一时间所述第五金属板靠近所述第四金属板，以及(ii)随后在所述第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板，而确定所述转子以顺时针方向旋转。
26.根据权利要求23所述的控制电机的方法，还包括响应于感测到电容的所述差异是由于(i)在所述第一时间所述第二金属板靠近所述第三金属板，以及(ii)随后在所述第二时间所述第一金属板靠近所述第三金属板和所述第四金属板，而确定所述转子以逆时针方向旋转。
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