CN111293937A

CN111293937A - 直流电动机的电动机驱动单元

Info

Publication number: CN111293937A
Application number: CN201911233704.2A
Authority: CN
Inventors: L·纳吉; C·格尔米奎特; J-J·博恩
Original assignee: Swatch Group Research and Development SA
Current assignee: Swatch Group Research and Development SA
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2039-12-05
Also published as: JP2020092590A; CN111293937B; US11012014B2; US20200186065A1; JP6912546B2; EP3663871A1

Abstract

本发明涉及一种用于驱动直流电动机的电动机驱动单元，所述电动机驱动单元包括配备有永久磁体的运动部件。由电压源供电的电动机驱动单元包括开关电路、电感器电路和包括一组电容器的电容器电路。通过选择性地断开和闭合开关电路的开关，可以生成一系列连续的低能量脉冲，从而使电动机驱动电路的功耗最小化。

Description

直流电动机的电动机驱动单元

技术领域

本发明涉及一种用于驱动诸如无刷直流电动机的电动机的电动机驱动单元。所提出的电动机驱动单元特别适合于驱动例如用于钟表应用中且更具体地用于电子机械表机芯中的小尺寸电动机。本发明还涉及一种操作电动机驱动单元的方法。

背景技术

直流电动机是众所周知的，并且已经存在了很长时间。这些电动机将电能转换为用于许多类型的应用的机械能。电子机械移动设备如电子机械腕表通常包括直流电动机，并由直流电源如电池供电。直流电动机的一个示例是永磁直流电动机。这种直流电动机没有电刷，并且通常具有在转子上的永久磁体。定子包括通常不移动的线圈。这种电动机允许较小的设计并且降低了功耗。

在钟表应用中，一般使用步进电动机。特定命令生成驱动(电压)脉冲，其使转子逐步前移。步进电动机是无刷直流电动机，其将整圈旋转分为多个相等的步幅。定子为具有永久磁体的转子限定稳定的位置。每360度一整圈通常会有两个或三个稳定位置。为了能够产生脉冲，需要足够的电压电平。在这些电动机中使用、尤其是在电子机械表中使用的电压源通常产生1.2V至1.5V之间的电压电平。因此，可用于这些应用的电池供应的电压在该值范围内。连续旋转直流电动机相比于步进电动机的优势是，当用于钟表应用中时，手表指针可以连续旋转。这使得这些手表的操作类似于机械表。以这种方式，可以避免尤其在夜间可能烦人的由转子的步幅引起的噪声。

直流电动机由电动机驱动单元控制。驱动单元通常设置成使在定子线圈中传播的电流以及因此耦合到转子的磁体的磁通线的方向交替。H桥电路是电动机驱动单元的一种示例性实现。术语H桥是从这种包括布置在供电电压节点与大地之间的四个开关的电路的典型图形表示中得到的。通过以期望的方式断开和闭合这些开关，可以在电动机的电感电路两端选择性地施加正电压或负电压。换句话说，通过根据转子的位置或更具体地根据转子磁体上来操纵所述四个开关，电流可以设置成选择性地在第一方向和相反的第二方向上行进通过定子线圈。

焦耳加热，也称为欧姆加热或电阻加热，是电流通过导体通过时产生热量的过程。焦耳第一定律指出，电导体产生的加热功率P_j与其电阻R和电流I的平方的乘积成正比：P_j＝R×I²。然而，有用的机械功率P_mec与电流成比例而不与电流的平方成比例：P_mec＝k_u×w×I，其中k_u是转矩常数，w是转子的转速。因此，显而易见的是，为了使电阻加热损失最小化，应当保持供电电流尽可能低，但是同时保持电动机转矩足够高以驱动电动机，尤其是驱动其转子。

解决此问题的常用方法是使用所谓的PWM(脉冲宽度调制)技术。通过以特定的占空比切换供电电压，可以将输出电流调节到所需的水平。这种技术对于由标准电池供电的步进电动机是有效的。然而，该技术的效率取决于调制频率，该调制频率必须高于LR电路时间常数的倒数。典型地，对于钟表步进电机，调制频率在kHz的范围内。

对于构造成连续旋转的转子，当电感未通电时不具有任何制动转矩可能是有利的。例如，使用无芯电感器能够实现这一条件。反过来，这些电感器的电感率比具有相同特性但具有铁磁芯的电感器小几个数量级。在这些条件下，无芯电感器电路需要在MHz的范围内的开关频率以实现有效的PWM调制。不建议在低功率应用中使用此频率范围。

因此，当前可用的电动机驱动单元不能令人满意地且有效地解决该问题。

发明内容

本发明的一个目的是克服以上所述的关于直流电动机的电动机驱动单元的功耗问题。更具体地，本发明旨在使连续旋转直流电动机的电动机驱动单元的功率消耗最小化，其中定子线圈中的感应电压电平比电池所提供的供电电压电平小得多(例如，小三到四倍)。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于驱动直流电动机的电动机驱动单元，该电动机包括定子和配备有永久磁体的运动部件，该电动机驱动单元包括：

-用于向电动机驱动单元提供供电电压的电源，该供电电压具有相对于基准电压节点的值V_bat；

-开关电路，该开关电路包括在电源与基准电压节点之间的一组开关；

-电感器电路，该电感器电路形成定子并且布置成电磁耦合到转子永久磁体，该电感器电路通过开关电路连接到电源和基准电压节点；

-包括N个电容器的电容器电路，N是大于零的正整数，每个电容器都布置在基准电压节点与通过开关电路连接到电感器电路的相应的面对电感器电路的节点之间；和

-用于控制开关的断开和闭合的控制电路；其中，控制电路构造成选择性地断开和闭合开关以允许电动机驱动单元生成连续的多个系列的驱动电压脉冲，每个系列的驱动电压脉冲都包括各自具有给定持续时间并在给定时刻被触发的N+1个连续驱动电压脉冲，使得每个驱动电压脉冲引起电感器电路两端的电压降，在正常工作模式下，该电压降大于在该驱动电压脉冲期间电感器电路两端的感应电压；并且其中控制电路构造成以如下方式产生每个系列的电压脉冲：-首先，使电源通过电感器电路连接到用于产生第一驱动电压脉冲的第一电容器；-然后，如果N>1，则将电感器电路连接在第n-1个电容器与第n个电容器之间，n是2到N之间(含2和N)的正整数，以用于生成第n个驱动电压脉冲；-最后，将电感器电路连接在第N个电容器与基准电压节点之间，以用于生成最后一个驱动电压脉冲。

根据一个优选实施例，N个电容器中的每个电容器的特征在于电容值，每个系列的N+1个驱动电压脉冲的持续时间基本上相同，并且N个电容器的电容值全都基本上相同，使得在电动机驱动单元的稳定工作状态下，对于N+1个驱动电压脉冲中的每一个，电感器电路两端的电压降基本上等于Vbat/(N+1)。

根据优选实施例的一个优选变型，在电动机的正常工作模式下，供电电压值V_bat除以电感器电路两端的最大感应电压大于N+1。控制电路构造成选择性地断开和闭合开关，使得当电感器电路两端的感应电压基本上处于绝对最大值时生成每个驱动电压脉冲。

“绝对最大值”表示绝对值的最大值。“线圈中/线圈的感应电压或电感器电路两端的感应电压”是指线圈或电感器电路的两个端子之间的感应电压(由转子的旋转或转动引起)。电动机的正常工作模式对应于转子的运动部件在正常条件下在给定速度范围内运动的模式或阶段。

所提出的解决方案具有的优点是，可以使电阻加热损失最小化，同时仍然提供按需操作电动机所需的转矩。换句话说，可以使电动机驱动单元的总功耗最小化，但不损害电动机性能。本发明利用以下事实：为钟表类型的连续旋转直流电动机供电所需的电压电平通常不必与用于钟表应用的传统电池所提供的电压一样高。这种电池特别是设计用于步进电动机。实际上，钟表步进电动机通常需要比用于类似应用的连续旋转直流电动机更高的供电电压。

根据本发明的第二方面，提供了一种配备有直流电动机的电子机械表，该直流电动机包括具有永久磁体的连续旋转转子和根据本发明的第一方面的电动机驱动单元。

根据本发明的第三方面，提供了如权利要求15所述的操作电动机驱动单元的方法。

附图说明

根据以下参考附图对非限制性的示例性实施例的描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1以简化和示意性的方式示出了可以应用本发明的教导的直流电动机；

图2是示出了根据本发明的一个示例的电动机驱动电路的电路图；

图3示出了图2的电路，并且进一步说明了在第一起动阶段期间电流如何在电路中流动；

图4示出了图2的电路，并且进一步说明了在第二起动阶段期间电流如何在电路中流动；

图5示出了图2的电路，并且进一步说明了在电路的测量阶段期间如何在电路中进行电连接；

图6示出了信号图，说明了在测量阶段期间图2的电路的两个电感器中的感应电压的值和图2的电路的比较器输出；

图7示出了图2的电路的电感器中的感应电压之和以及根据第一示例生成的低能量脉冲的波形；

图8示出了图2的电路的电感器中的感应电压之和以及根据第二示例生成的低能量脉冲的波形；

图9示出了图2的电路，并且进一步说明了在第一正低能量脉冲期间电流如何在电路中流动；

图10示出了图2的电路，并且进一步说明了在第一负低能量脉冲期间电流如何在电路中流动；

图11示出了图2的电路，并且进一步示出了在第二正低能量脉冲期间电流如何在电路中流动；

图12示出了图2的电路，并且进一步示出了在第二负低能量脉冲期间电流如何在电路中流动；

图13示出了图2的电路，并且进一步示出了在第三正低能量脉冲期间电流如何在电路中流动；

图14示出了图2的电路，并且进一步示出了在第三负低能量脉冲期间电流如何在电路中流动；

图15示出了图2的电路，并且进一步示出了在正高能量脉冲期间电流如何在电路中流动；

图16示出了图2的电路，并且进一步示出了在负高能量脉冲期间电流如何在电路中流动；以及

图17分别示出了图2的电路的两个电容器两端的两条电压曲线。

具体实施方式

现在将参考附图详细描述本发明的一个实施例。将在用于控制诸如腕表的手表的连续旋转直流电动机的电动机驱动电路或单元的上下文中描述本发明，该电动机包括两个定子电感器，其中电动机的转子配备有双极永久磁体。然而，本发明的教导不限于该环境或应用。在不同附图中出现的相同或相应的功能和结构元件被分配相同的附图标记。如本文所用，“和/或”是指列表中通过“和/或”结合的项目中的任何一个或多个项目。用词“包括”通过更广义的含义“具有”或“包含”来解释。

图1示意性地并以简化的方式示出了可以应用本发明的直流电动机1。如图1所示的电动机1包括转子3，其具有规则地布置在两个铁磁盘3a上的永久双极磁体3b，以及由第一电感器A和第二电感器B形成的定子。转子设置成沿第一方向但可选地也沿相反的第二方向连续旋转。电动机驱动或控制单元5构造成调节通过电感器或线圈的电流，并由此驱动转子3。数字控制单元或电路或简单地控制器7构造成基于检测到的转子的运行来控制电动机驱动单元的运行。例如，如果控制单元7检测到转子旋转太慢，则它可以命令电动机驱动单元5使转子3加速。应注意的是，在本例中，电动机驱动单元5(包括控制单元7)被认为是电动机的一部分，但是它可以替代地被认为不是电动机的一部分。

图2示出了根据本发明的一个示例的电动机驱动控制单元5的电路图。然而，图2的电路省略了数字控制单元7，因此该数字控制单元7不是本发明的重点。图2的电路包括供电电压源9，例如电池，用于为电路提供供电电压V_bat。在本例中，供电电压电平最初基本上等于1.5V，但是随着时间的流逝，它可能会下降到1.2V。如图2进一步所示，该电路还包括在供电电压源与基准电压节点11之间的开关电路，基准电压节点11处于恒定电势。在图2所示的示例中，基准电压节点11接地(即，处于零电势)。图2的开关电路包括11个开关。第一至第四开关SA+、SA-、SB+和SB-形成传统的H桥。第五至第九开关SAH、SAL、SBH、SBL、SAB用于对供电电压进行分压，如稍后所述。第十和第十一开关SComAB、SCom例如用于起动电动机，监测其运行和/或使其减速。在本例中，电动机驱动电路还包括两个电感器或线圈，即第一电感器A和第二电感器B，其一起形成电感器电路。在此构型中，两个电感器A、B与布置在它们之间的开关SAB串联连接。然而，电感器可以代之以并联。此外，本发明的教导不限于具有两个电感器的构型。换句话说，具有例如仅一个电感器或多于两个电感器(例如三个电感器)的构型同样是可以的。

在本例中，开关是晶体管，例如n型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。开关的操作由数字控制单元7控制。更具体地，控制单元配置成调节晶体管的栅极电压以调节源极和漏极节点之间的沟道的导电性。以这种方式，开关布置成闭合或断开。在本说明书中，当提到开关闭合时，则源极和漏极节点之间的路径是导电的，而当提到开关断开时，则该路径是不导电的。

图2的示例型电路构型还包括电容器电路，该电容器电路包括一组电容器，在本例中为两个电容器，即具有第一电容的第一电容器CH和具有第二电容的第二电容器CL。在本例中，第一电容基本上等于第二电容，尽管并非必须如此。每个电容器的第一电容器节点连接到基准电压节点11，而称为面对电感器的节点的第二电容器节点13通过开关电路连接到电感器电路。

图2的电动机驱动电路还包括由比较器组形成的测量电路，该比较器组包括第一比较器15和第二比较器17。两个比较器中的每一个都具有模拟负输入端子或节点、模拟正输入端子或节点和一个二进制输出端子或节点。第一比较器的负输入端子连接到第一电感器A的第一端子，而第一比较器15的正输入端子连接到第二电感器B的第一端子。第二比较器的负输入端子连接到第二电感器B的第二端子，并通过开关SComAB和SAH连接到第一电容器CH。第二比较器17的正输入端子连接到第二电感器B的第一端子。应注意的是，所有比较器输入信号都是模拟电压值。第一和第二比较器用于测量电路中的某些参数，如后面更详细地说明的。

接下来将更详细地说明驱动电路的操作。起动阶段包括两个阶段，即具有第一持续时间的第一起动阶段和具有第二持续时间的第二起动阶段。第一持续时间通常比第二持续时间长得多。第一起动阶段包括通过在电感器电路两端施加电压V_bat来使转子的磁体对(北-北或南-南)在第一电感器A处居中。这是通过闭合开关SA+、SAB和SCom并通过闭合开关SB-使第二电感器B短路来完成的。以这种方式，可以抑制转子振荡。在本例中，第一起动阶段的持续时间为700ms。图3说明了在第一起动阶段期间电流布置成在电路中如何流动。

在第二起动阶段期间，没有电流流过第一电感器，因为开关SAB和SCom是断开的。在此阶段期间，通过使开关SComAB闭合来将电压供应源9直接连接到第二电感器B。在本例中，第二起动阶段的持续时间为30ms。图4说明了在第二起动阶段电流布置成如何在电路中流动。

接下来说明测量阶段。使用第一比较器15来跟踪第一电感器A和第二电感器B的感应电压交叉的点。换句话说，如果V_IA>V_IB，则第一比较器的输出信号等于1，否则输出等于0，其中V_IA是第一电感器A中的感应电压，而V_IB是第二电感器B中的感应电压。因此，第一比较器的输出信号可以称为第一电感器A和第二电感器B中的感应电压之间的差信号，并且缩写为Diff_AB。使用第二比较器17来跟踪在第二电感器B中感应的电压的符号。如果感应电压的符号为正，则第二比较器的输出等于1，否则第二比较器的输出等于0。因此，第二比较器的输出信号可称为在第二电感器B中感应的电压的极性信号，并且被缩写为Pol_B。在稳定运行状态下，电动机驱动电路大部分时间(例如90％的时间)处于测量阶段，以测量或跟踪以上两个参数(即感应电压交叉点和第二电感器B中的感应电压的符号)。在测量阶段中，开关SAH和SComAB闭合，而其它开关断开。图5示出了在测量阶段期间电路的连接方式，而图6示出了感应电压的波形以及信号Diff_AB和Pol_B。在本例中，在给定的旋转中，转子磁体首先面对第一电感器A，然后面对第二电感器B(即，转子顺时针旋转)。

如上所述，本发明旨在降低电动机功耗，或更具体而言电动机驱动单元的功耗。如下面更详细说明的，这是通过使电感器电路两端的电压最小来实现的。换句话说，注入电感器的电流被最小化，因此电阻加热损耗也可以被最小化。有利地，电压Vbat至少是电感器电路的感应电压峰值的两倍，即第一电感器A和第二电感器B中的感应电压之和的峰值的两倍。此外，有利地，在任何时刻，电感器电路两端的电压高于感应电压之和。接下来更详细地说明所提出的解决方案。在下面的示例中考虑了一些数值，但这些数值绝不是限制性的，并且仅用于更好地说明本发明的教导。以下示例考虑了1.2V的供电电压Vbat和0.4V的目标有效供电电压(即电感器电路两端的电压降)。如下所述，参照图2的电路构型，思想是通过依次进行以下连接来生成一系列低能量驱动电压脉冲：

1)将电压源9经电感器电路连接到第一电容器CH和第二电容器CL中的一者；

2)经电感器电路将第一电容器CH和第二电容器CL彼此连接；以及

3)经电感器电路将第一电容器CH和第二电容器CL中的另一者接地。

通过适当选择电容器CH、CL的电容值，保持上述三个阶段(或脉冲)的长度相等，并以此顺序连续重复上述阶段，电动机驱动电路迅速达到稳定的工作状态，在此期间对于所有阶段(或脉冲)，电感器电路两端的压降均相同。在该特定示例中，对于上述三个阶段中的每个阶段，电压降(即目标有效供电电压)因此将为0.4V。通过在时域中分配上述阶段，电动机驱动系统因此构造成在三个不同的连续阶段中驱动电动机，使得每个阶段产生的转矩相同，其电流等于最佳电流(从功耗的角度看)。

图7的情形说明了一种情况，其中所有上述三个阶段都一个接一个地产生，使得这三个阶段可以看作是三个驱动电压脉冲或相同的驱动电压脉冲。换句话说，在上述三个阶段中的任何两个连续阶段之间基本上没有时间延迟。应当注意，理想地，三个阶段尽可能接近两个感应电压之和的峰值/最大值产生。图7和8中所示的正弦曲线示出了第一电感器A和第二电感器B的两个感应电压之和。假定提供给串联布置的两个电感器的电压足以以转子的名义速度驱动转子，其中有用电压对应于供电电压与两个电感器中的感应电压之和的最大值(电感器电路的最大值)之差。在图7中可以看出，一旦已在感应电压之和的峰值处生成了三个阶段/脉冲，则接下来的三个阶段/脉冲将再次靠近下一个峰值生成，并遵循各个脉冲的顺序。然而，没有必要在每个峰值处生成这些脉冲。控制单元7基于电动机的状态来确定生成这些脉冲的确切时刻(例如，一旦判定为电动机运行太慢或太快或延迟等)。图8的场景说明了一种情况，其中每个阶段/脉冲之间都存在给定的延迟。在一个变型中，图8中每个不同阶段的脉冲持续时间等于图7的三个连续阶段的脉冲持续时间。在图8的示例中，延迟基本上对应于两个连续峰值之间的时间差。然而，这里再一次地，时间延迟可以是由控制单元7确定的任何延迟。有利地，在这种场景下，该延迟将对应于两个峰值之间的时间差乘以正整数(由控制单元基于电动机状态确定)。

图9至14示出了在第一、第二和第三低能量脉冲期间电流布置成如何在驱动电路中流动。正和负驱动电压脉冲是对称的。因此，下面更详细地描述与正驱动电压脉冲(“驱动电压脉冲”也简称为“脉冲”)对应的场景。开关可由控制单元7分别控制，控制单元7也由供电电压源9供电。以下场景是指稳定工作状态，其中第一电感器CH和第二电容器CL已被充电，使得在本例中这些电容器两端的电压分别为0.8V和0.4V。首先，在电路开始工作之前，这些电容器两端的电压均为0V。通常需要一定数量的循环才能达到稳定的工作状态。所需的循环数例如取决于这些电容器的电容。

图9示出了在第一正低能量脉冲期间电流如何布置成在驱动电路中流动。开关SB+、SAB和SAH闭合第一持续时间，在本例中为5ms。在此期间，其它开关断开。在第一脉冲期间，电压源9通过电感器电路连接到第一电容器CH。电感器电路的两个端部节点之间的电压差最初为ΔU1＝1.2V-0.8V＝0.4V。在第一正脉冲期间，第一电容器CH逐渐充电，使得在第一脉冲结束时，第一电容器两端的电压约为0.9V，而电流从10μA降至3μA。图10示出了在第一负低能量脉冲期间电流如何在驱动电路中流动。

图11示出了在第二正低能量脉冲期间电流布置成如何在驱动电路中流动。开关SAL、SAB和SBH闭合第二持续时间，在本例中为5ms。换句话说，本例中的第一持续时间基本上等于第二持续时间。在此期间，其它开关断开。在第二正脉冲期间，第一电容器CH连接到第二电感器B，而第二电容器CL连接到第一电感器A。在第一脉冲之后，电感器电路的两个端部节点之间的电压差现在为ΔU₂＝0.9V-0.4V＝0.5V。在第二正脉冲期间，第一电容器通过将电荷转移到第二电容器CL逐渐放电，因此在第二个脉冲结束时，第一电容器两端的电压从0.9V降至0.8V，电流从17μA降至2μA。同时，第二电容器两端的电压从0.4V上升至0.5V。

图12示出了在第二负低能量脉冲期间电流如何在驱动电路中流动。

图13示出了在第三正低能量脉冲期间电流如何布置成在驱动电路中流动。开关SA-、SAB和SBL闭合第三持续时间，在本例中为5ms。换句话说，在本例中，第三持续时间基本上等于第一持续时间和第二持续时间。在此期间，其它开关断开。在第三正脉冲期间，第二电容器CL连接到第二电感器B，而第一电感器A接地。在第二脉冲之后，电感器电路的两个端部节点之间的电压差现在为ΔU₃＝0.5V-0V＝0.5V。在第三正脉冲期间，第二电容器CL逐渐放电，使得在第三脉冲结束时，第二电容器CL两端的电压从0.5V降至0.4V，而电流从18μA降至6μA。图14示出了在第三负低能量脉冲期间电流如何在驱动电路中流动。

如果电动机受到强烈冲击，或者转子旋转得太慢，或者电动机意外停止，则可能有必要通过高能量脉冲来使转子迅速加速。这可以通过在给定的持续时间内将电压源9连接到电感器电路来实现，该持续时间可以与第二起动阶段的持续时间基本相同。这种配置对应于通过传统的H桥为电感器电路供电的情况。换句话说，在高能量正脉冲期间，开关SB+、SAB和SA-如图15所示闭合，而在负高能量脉冲期间，开关SA+、SAB和SB-闭合，如图16所示。

上述电动机驱动电路具有两个电容器。然而，本发明的教导可应用于包括任意数量的电容器的电动机驱动电路，只要电容器的数量N至少为一即可。对于每个新电容器，将两个新开关添加到驱动电路。因此，控制单元7配置成选择性地断开和闭合开关，以允许电动机驱动单元生成一系列或多个系列的驱动电压脉冲，每个系列都包括N+1个连续的驱动电压脉冲，其各自具有给定的持续时间并在给定时刻被触发。每个驱动电压脉冲在电感器电路两端生成所需的电压降。生成驱动电压脉冲，使得在第一脉冲期间，电源通过电感器电路连接到第一电容器。如果N>1，则通过将电感器电路连接在第n-1个电容器与第n个电容器之间来生成第n个脉冲，其中n为2到N之间的正整数。通过将电感器电路连接在第N个电容器与基准电压节点11之间来生成最后一个脉冲。

参考图9至14说明如何生成正和负低能量脉冲。给定的数值对应于稳态操作状态。图17以图形方式示出了如何获得稳定的工作状态以及电路如何在该状态下达到平衡。更具体地，图17涉及图2的实施方案，其中两个电容器CL和CH具有相同的电容，并且供电电压Vbat等于1.2V。一般而言，如果所有电容的电容值均被选择为相同并且所以脉冲的持续时间相同，则电感器电路两端的电压降对于所有脉冲而言基本相同。在这种情况下，电压降将等于Vbat/(N+1)。此外，在稳态操作状态下，在面对电感器电路的节点处测得的电压值在Vbat/(N+1)与N×Vbat/(N+1)之间，使得第K个电容器的值为(N+1-K)×Vbat/(N+1)，其中K是1到N之间的整数。

应当指出的是，本发明的又一优点是电容器两端的一个或多个电压值可以用作至少一个比较器的基准值(偏移)。以此方式，比较器将能够感测正和负感应电压值。

虽然已在附图和前面的描述中示出和描述本发明，但这种图示和描述应该被认为是说明性的或示例性的且非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。基于对附图、公开内容和所附权利要求的研究，在实施要求保护的发明时，本领域技术人员将理解其它实施例和变型，并且可以实现其它实施例和变型。

在权利要求中，用词“包括”不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述不同特征的单纯事实并不表示这些特征的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制本发明的范围。

Claims

1.一种用于驱动直流电动机(1)的电动机驱动单元(5)，所述电动机包括定子和配备有永久磁体的运动部件(3)，所述电动机驱动单元包括：

-用于向所述电动机驱动单元(5)提供供电电压的电源(9)，所述供电电压具有相对于基准电压节点(11)的值V_bat；

-开关电路，所述开关电路包括在所述电源(9)与所述基准电压节点之间的一组开关(SA+，SB+，SA-，SB-，SComAB，SAB，SCom，SAL，SBH，SAH，SBL)；

-电感器电路，所述电感器电路形成所述定子并且通过所述开关电路连接到所述电源(9)和所述基准电压节点；

-包括N个电容器(CH，CL)的电容器电路，N是大于零的正整数，每个所述电容器(CH，CL)都布置在所述基准电压节点(11)与通过所述开关电路连接到所述电感器电路的面向电感器电路的相应节点之间；和

-用于控制所述开关的断开和闭合的控制电路(7)；

其中，所述控制电路(7)构造成选择性地断开和闭合所述开关以允许所述电动机驱动单元(5)生成连续的多个系列的驱动电压脉冲，每个系列的驱动电压脉冲都包括各自具有给定持续时间并在给定时刻被触发的N+1个连续驱动电压脉冲，使得每个驱动电压脉冲引起所述电感器电路两端的电压降，所述电压降大于在该驱动电压脉冲期间所述电感器电路两端的感应电压；并且其中所述控制电路构造成以如下方式产生每个系列的驱动电压脉冲：-首先，使所述电源(9)通过所述电感器电路连接到第一电容器(CH)以产生第一驱动电压脉冲；-然后，如果N>1，则将所述电感器电路连接在第n-1个电容器(CH)与第n个电容器(CL)之间，n是2到N之间的正整数，以生成第n个驱动电压脉冲；-最后，将所述电感器电路连接在第N个电容器(CL)与所述基准电压节点(9)之间，以用于生成最后一个驱动电压脉冲。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动单元(5)，其中，所述N个电容器(CH，CL)中的每个电容器通过电容值来表征，并且每个系列的N+1个驱动电压脉冲的持续时间全部基本相同，并且所述N个电容器的电容值全部基本相同，使得在所述电动机驱动单元(5)的稳定运行状态下，对于所述N+1个驱动电压脉冲中的每一个，所述电感器电路两端的电压降基本上等于Vbat/(N+1)。

3.根据权利要求1或2所述的电动机驱动单元(5)，其中，在所述电动机的正常工作模式下，所述供电电压至少是所述电感器电路两端的最大感应电压的两倍。

4.根据权利要求2所述的电动机驱动单元(5)，其中，在所述电动机的正常工作模式下，所述供电电压值V_bat除以所述电感器电路两端的最大感应电压大于N+1；并且其中所述控制电路(7)构造成选择性地断开和闭合所述开关，使得当所述电感器电路两端的感应电压基本处于绝对最大值时生成每个驱动电压脉冲。

5.根据权利要求1或2所述的电动机驱动单元(5)，其中，所述控制电路(7)构造成选择性地断开和闭合所述开关，使得给定系列中的驱动电压脉冲基本上彼此紧接。

6.根据权利要求1或2所述的电动机驱动单元(5)，其中，所述控制电路(7)构造成选择性地断开和闭合所述开关，使得给定系列中的驱动电压脉冲彼此间隔给定的时间延迟。

7.根据权利要求6所述的电动机驱动单元(5)，其中，所述时间延迟对应于所述电感器电路中的感应电压的一半周期乘以一正整数。

8.根据权利要求1或2所述的电动机驱动单元(5)，其中，所述基准电压节点(11)处于零电势。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电动机驱动单元(5)，其中，所述电动机驱动电路(5)包括7+(2×N)个开关。

10.根据权利要求1或2所述的电动机驱动单元(5)，其中，所述电感器电路包括能够在所述驱动电压脉冲期间以串联构型连接的两个电感器(A，B)。

11.根据权利要求10所述的电动机驱动单元(5)，其中，所述电动机驱动单元(5)包括测量电路，用于测量分别在所述两个电感器两端的两个感应电压之差以及这两个感应电压之一的极性。

12.根据权利要求11所述的电动机驱动单元(5)，其中，所述两个电感器(A，B)由开关(SAB)分开，所述开关(SAB)被控制为在所述测量电路的测量周期期间不导通。

13.根据权利要求11所述的电动机驱动单元(5)，其中，所述测量电路(5)包括用于测量两个感应电压之差的第一比较器(15)和用于测量这两个感应电压之一的极性的第二比较器。

14.一种包括根据权利要求1或2所述的电动机驱动单元(5)的电子机械表，其中，所述电动机包括连续旋转的转子，所述转子能够由所述电动机驱动单元驱动。

15.一种操作用于驱动直流电动机的电动机驱动单元(5)的方法，所述电动机包括构造成连续旋转并且配备有永久磁体的转子(3)，所述电动机驱动单元(5)包括：

-与所述转子电磁耦合的电感器电路，该电感器电路通过所述开关电路连接到所述电源(9)和所述基准电压节点；

-控制电路(7)，用于控制所述开关的断开和闭合；

其中，在正常工作模式下，所述供电电压高于所述电感器电路两端的最大感应电压；其中，所述控制电路(7)构造成选择性地断开和闭合所述开关，以允许所述电动机驱动单元(5)生成连续的多个系列的驱动电压脉冲，每个系列的驱动电压脉冲都包括各自都具有给定的持续时间并在给定时刻触发的N+1个连续的驱动电压脉冲，每个驱动电压脉冲引起所述电感器电路两端的期望电压降，所述电压降大于在该驱动电压脉冲期间所述电感器电路的感应电压；并且其中所述方法对于每个系列的驱动电压脉冲都包括：

-首先，生成驱动电压脉冲，使得在第一驱动电压脉冲期间，所述电源(9)通过所述电感器电路连接到第一电容器(CH)；

-然后，如果N>1，则通过将所述电感器电路连接在第n-1个电容器(CH)与第n个电容器(CL)之间来生成第n个驱动电压脉冲，n是2与N之间的正整数；以及

-最后，通过在第N个电容器(CL)与所述基准电压节点(9)之间连接所述电感器电路来生成最后一个驱动电压脉冲。