專利名稱：勵磁開關(guān)電機的勵磁電路和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機勵磁電路，具體涉及一種勵磁開關(guān)電機的用于控制電機啟動和運行的勵磁電路和控制方法。
背景技術(shù)：
勵磁開關(guān)電機的特征在于未卷繞的凸極轉(zhuǎn)子和定子上的兩組整節(jié)距繞組，其中一組是主要承載單向電流的磁場繞組，另一組是由雙向電流勵磁并且電樞繞組極性由轉(zhuǎn)子位置決定的電樞繞組。
勵磁開關(guān)電機可以廣泛而方便地應(yīng)用于很多領(lǐng)域，其應(yīng)用范圍包括各種大型家用設(shè)備和電動工具。例如可在桌式鋸、斜切鋸和其它要求輸出功率大于幾個馬力的工具中使用勵磁開關(guān)電機。由于省去了交直流兩用機中擁有的電刷和傳統(tǒng)的換向器，勵磁開關(guān)電機特別有利于應(yīng)用于電鋸等電動工具中。由于省去了電刷以及電刷與換向器之間的機械接觸，從而能夠制造高度防塵的密閉電機，否則灰塵能夠影響傳統(tǒng)的交直流兩用機的電刷和換向器的運轉(zhuǎn)。同時，因為克服了由于使用換向器和電刷用于電機換向時產(chǎn)生的磨損，勵磁開關(guān)電機的壽命也較長，并且很少需要定期修理或保養(yǎng)。
目前通常使用一對電子開關(guān)來實現(xiàn)勵磁開關(guān)電機的換向，這對電子開關(guān)受各種形式的控制器的控制?？刂破骺梢酝ㄟ^控制一個或多個電樞繞組中的一個電樞繞組中的電流方向或雙線電樞繞組的不同部分的電流方向的方式來控制電機換向。
當(dāng)切斷電子開關(guān)時，許多傳統(tǒng)的換向電路需要用緩沖電路來提供電流通路并且使電機換向。但是，每當(dāng)將電流切換到從一個電樞繞組或者雙線繞組的一部分中流過時，這樣的一個緩沖電路將不得不消耗掉大量的功率，這些消耗掉的功率稱之為耗散功率。同時，這種換向控制方案中銅的利用率也非常低。
目前勵磁開關(guān)電機的勵磁電路的另一個典型特點是在勵磁電路的整流部分輸出端跨接了一個鋁電解電容器，以處理電機換向時出現(xiàn)的暫態(tài)瞬變和獲得穩(wěn)定的直流電壓。如果沒有這個被稱為大電容器的鋁電解電容器，從靜止?fàn)顟B(tài)起動勵磁開關(guān)電機可能會非常慢而且不勻速。另外，如果沒有這個大電容器，電機將需要令人無法忍受的長時間才能達到其工作速度。在很多具體應(yīng)用中，例如電動工具中的桌式鋸或斜切鋸，使用者不希望在使用這些工具前不得不等待數(shù)秒鐘或者更長時間才讓電機達到工作速度。這個大電容還導(dǎo)致了較低的功率因數(shù)，其典型值為0.75～0.70，而較低的功率因數(shù)減小了電機從電流保護分支電路吸收的功率。同時，大電容相對來說較大并且在印刷電路板上占據(jù)相當(dāng)大的空間，并且具有一定的壽命限制(典型的大約是2,000小時)。遇到波動時，大電容還容易出現(xiàn)故障，因此特別不適用于電動工具。而且，大電容并不能緩解交流(AC)電源中的諧波效應(yīng)。目前在美國將諧波引入到AC電源中不是一個嚴(yán)重的問題，但是在歐洲這將是一個非常嚴(yán)重的問題，因此在設(shè)計歐洲使用的電機的勵磁電路時，這是一個必須考慮的因素。
因此，特別需要提供一種用于勵磁開關(guān)電機的勵磁電路，該勵磁開關(guān)電機通過布置多個電子開關(guān)和使用一個開關(guān)控制方案以在電樞繞組中提供電流回流來實現(xiàn)對電機的電子換向。本發(fā)明一個相關(guān)目的是通過使用剛剛所述的開關(guān)控制方案和電子開關(guān)布置而省略傳統(tǒng)的緩沖電路。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于勵磁開關(guān)電機的勵磁電路，該勵磁開關(guān)電機使用一個相對較小的薄膜電容器，而不是傳統(tǒng)的大電容器，該薄膜電容器跨接在勵磁電路的濾波部分的輸出端。使用薄膜電容器而不使用傳統(tǒng)的鋁電解電容器除了可以顯著地減少可能由電路引回到AC電源的諧波以外，還將顯著地提高電路的功率因數(shù)，并且還有利于減輕電磁干擾(EMI)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于勵磁開關(guān)電機的勵磁電路，該勵磁開關(guān)電機使用一個開關(guān)電路，可通過控制該開關(guān)電路來影響電機電樞繞組的反向換向，使得當(dāng)關(guān)閉勵磁開關(guān)電機時，電機能夠迅速地停止。當(dāng)勵磁開關(guān)電機應(yīng)用在例如桌式鋸、斜切鋸、旋轉(zhuǎn)錘等各種電動工具中時，也特別需要這種特性。

發(fā)明內(nèi)容
上述目的和其它目的是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種用于勵磁開關(guān)電機的勵磁電路實現(xiàn)的。該勵磁電路包括開關(guān)電路，該開關(guān)電路由多個和勵磁開關(guān)電機的電樞繞組一起設(shè)置在H-橋布置中的電子開關(guān)裝置組成。至少選擇具有旁路元件(比如二極管)的電子開關(guān)中的一個，使電樞電流在電機換向期間能夠回流。這省去了對傳統(tǒng)的緩沖電路的需要，并且改進了電機的轉(zhuǎn)矩/速度性能。
勵磁電路還包括薄膜電容器，而不是傳統(tǒng)的大電容器。薄膜電容器跨接在電路濾波部分的輸出端。薄膜電容器顯著地提高了電路的功率因數(shù)，同時也減少了引入到給勵磁電路供電的AC電源中的諧波。
勵磁電路還包括一個用于控制電子開關(guān)裝置的開關(guān)狀態(tài)的控制器。在一個優(yōu)選的組成當(dāng)中，該控制器由實施脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制方案的微處理器組成，該控制方案結(jié)合單脈沖控制，用于控制施加到電子開關(guān)的開關(guān)信號的占空因數(shù)。使用該控制器和一個PWM控制方案進一步可以實現(xiàn)變化的轉(zhuǎn)矩/速度曲線，這樣使得一個單獨的勵磁開關(guān)電機的工作特性可以被用在不同的應(yīng)用中，而絕對無需對電機本身作調(diào)整。僅對與控制器一起使用的軟件進行修改，使得電機轉(zhuǎn)矩/速度曲線適合于特定的一種或多種工具(電機將被用在這些工具中)最適宜的電機特性。
通過此后的詳細描述可以清楚地知道本發(fā)明的進一步應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)當(dāng)理解，在簡述本發(fā)明的優(yōu)選實施例的同時所提供的詳細的描述和特定的范例，僅用于說明的目的而不能作為對本發(fā)明范圍的限制。


根據(jù)詳細說明和附圖可以更容易理解本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明一優(yōu)選實施例的勵磁電路的簡化框圖；圖2是基于圖1的本發(fā)明一實施例的H～橋開關(guān)電路圖；圖2a是可選擇的將二極管從所跨接的磁場繞組上移開的電路示意圖；圖3是位置傳感器輸出信號和電機產(chǎn)生的反電動勢圖，并且還闡明了所使用的PWM開關(guān)信號中的超前；圖4a～4d是與轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出波形有關(guān)的PWM開關(guān)信號圖，以簡化的方式闡明了在不同的運行起動模式中，占空因數(shù)是隨著電機速度而變化的函數(shù)；圖4e是和電機速度有關(guān)的單脈沖開關(guān)信號圖；圖5是本發(fā)明系統(tǒng)采用的和電機速度有關(guān)的典型的PWM占空因數(shù)曲線圖；圖6是和電機速度有關(guān)的PWM占空因數(shù)整體包絡(luò)線圖；和圖7是和起動過程中AC線電壓有關(guān)的PWM占空因數(shù)調(diào)節(jié)圖。
具體實施例方式
下述對優(yōu)選實施例的說明僅僅作為示例，并不用于限制本發(fā)明及其應(yīng)用或使用。
如圖1所示，圖1中所示的系統(tǒng)10主要由勵磁開關(guān)電機14和與勵磁開關(guān)電機14有關(guān)的電源開關(guān)電路12組成。電機14由傳統(tǒng)的具有多磁極定子的勵磁開關(guān)電機組成，并且在一個優(yōu)選組成中是4極、1個整節(jié)距磁場繞組和1個整節(jié)距電樞繞組，其中磁場繞組和電樞繞組的匝數(shù)可以變化，但是在一個優(yōu)選的組成中，電機14由每個線圈具有40匝的磁場繞組和每個線圈具有20匝的電樞繞組組成。在一個優(yōu)選的組成當(dāng)中，作為將電樞繞組排列成平行兩部分的結(jié)果，定子具有一對順向磁極。
電機14還具有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動位置由位置傳感器16監(jiān)測。位置傳感器16的輸出信號施加到控制器18，例如控制器18可為一微處理器?？梢允褂枚鄠€機械開關(guān)向控制器18輸入信息從而用信號通知控制器不同的操作過程，比如操縱開/關(guān)觸發(fā)開關(guān)20a啟動電機14。控制器18生成施加到驅(qū)動電路22的開關(guān)信號，而驅(qū)動電路22的輸出則用來控制電源/開關(guān)電路12的開關(guān)元件，從而實現(xiàn)將勵磁開關(guān)電機14電子換向。
人們期望系統(tǒng)10能夠應(yīng)用于多種電動工具中，而其中一種特別的工具是桌式鋸/斜切鋸相結(jié)合。這種工具中典型的包括多個外部開關(guān)，而外部開關(guān)用信號通知控制器18電機14是正工作在桌式鋸模式中還是斜切鋸模式中。根據(jù)此信息，控制器18可調(diào)整其輸出信號給驅(qū)動部分22，使得驅(qū)動部分能夠控制勵磁開關(guān)電機14的換向，并且這種控制方式可以產(chǎn)生期望的特定轉(zhuǎn)矩/速度特性曲線。
優(yōu)選地，包括備用開關(guān)檢測電路部分24，用于監(jiān)視外部開關(guān)20的動作。電路24提供信號給驅(qū)動部分22以指示一個或多個外部開關(guān)的動作，或者指示一個或多個外部開關(guān)的釋放。在驅(qū)動部分22產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男盘栆云饎与姍C14之前，驅(qū)動部分22從控制器18接收適當(dāng)?shù)男盘?，也從備用開關(guān)檢測電路部分24接收信號。因此，備用開關(guān)檢測電路24作為安全裝置，可用來保證控制器18的任何故障都不能導(dǎo)致信號單獨地傳送到驅(qū)動部分22，而這將造成驅(qū)動部分22又依次給勵磁開關(guān)電機14送電。優(yōu)選地，可在數(shù)據(jù)采集電路26中使用電可擦除只讀存儲器(EEPROM)來存儲使用數(shù)據(jù)。
在圖2中十分詳細地示出了系統(tǒng)10的電源/開關(guān)部分12。可以看出，圖2所示并不包括備用開關(guān)檢測電路24、外部開關(guān)20、驅(qū)動部分22或數(shù)據(jù)采集電路26。通過磁場繞組28和電樞繞組30這種非常簡化的形式表示出了勵磁開關(guān)電機14。AC電源32給全波整流橋電路34提供AC輸入電源。薄膜電容器36跨接耦合在DC“軌道”(rail)33a和33b上，從而使得薄膜電容器36跨接耦合到整流器34的輸出端(即DC側(cè))。優(yōu)選的，薄膜電容器36由金屬化聚丙烯薄膜電容器組成，薄膜電容器36優(yōu)選的容抗大約為10μfd～15μfd，更優(yōu)選的容抗大約為12.5μfd。薄膜電容器36的容抗值由電磁干擾(EMI)檢測和諧波檢測來規(guī)定。
通過繼電器40的輸出側(cè)的一對開關(guān)觸點40a，啟動二極管38跨接耦合在勵磁繞組28上。應(yīng)該意識到啟動二極管38和繼電器40能夠被晶閘管、脈沖變換器或其它形式的合適的半導(dǎo)體所替代，而這些半導(dǎo)體可通過晶閘管輸出或三端雙向可控硅開關(guān)元件輸出的光開關(guān)選通。電樞能量恢復(fù)電容42也跨接耦合在DC“軌道”(rail)33a和33b上。電樞能量恢復(fù)電容42的優(yōu)選值大約為10μfd～15μfd，更優(yōu)選的大約為12.5μfd。
根據(jù)電機是運行在起動模式還是運轉(zhuǎn)模式，通過將二極管38和繼電器觸點一起使用來選擇是保持二極管在電路中或從電路中去除二極管。一種可選擇的實施方式是用晶閘管35替代二極管，并且用脈沖變換器35a(圖2a)替代繼電器。這兩種實施方式的功能在本質(zhì)上是相同的。
進一步參考圖2，電源/開關(guān)部分12包括多個電子開關(guān)裝置44、46、48和50，電子開關(guān)裝置44、46、48和50與電樞繞組30一起連接成H-橋形式。電子開關(guān)裝置44～50中的每一個電子開關(guān)裝置可能由任何形式的合適的電子開關(guān)設(shè)備組成，但是在一個優(yōu)選的形式中，電子開關(guān)裝置44～50中的每一個電子開關(guān)裝置都是由絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)組成。還應(yīng)該注意到，電子開關(guān)裝置開關(guān)44～50中的每一個電子開關(guān)裝置分別包括二極管44a～50a，一般理解為“飛輪”(free wheeling)二極管。這些飛輪二極管44a～50a促進勵磁開關(guān)電機14起動期間的電樞能量回流。下面將詳細描述這一特征。
首先，應(yīng)該理解開關(guān)44～50是作為兩對來進行控制第一對由開關(guān)44和開關(guān)46組成，第二對由開關(guān)48和開關(guān)50組成。開關(guān)44-50分別有一個門通過驅(qū)動部分22耦合到控制器18。依靠檢測的電機速度，控制器18通過使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制方案或通過單脈沖分別接通開關(guān)44和48，而開關(guān)46和50僅僅通過單脈沖控制方案來進行控制。
控制器18從位置傳感器16接收信號，而位置傳感器16用于指示電機14的轉(zhuǎn)子52的旋轉(zhuǎn)位置。在一個優(yōu)選形式中，位置傳感器16由光學(xué)傳感器組成。一種特別適用于系統(tǒng)10的光學(xué)傳感器是能夠從Optek Technology，Inc.of Carrollton，TX.公司買到的槽形光學(xué)開關(guān)(slotted optical switch)。位置傳感器16可以由多種不同的部件組成，例如該部件可為一種能夠指示轉(zhuǎn)子位置的電磁開關(guān)。
主要參考圖3，圖3所示為傳感器16檢測圖2中所示轉(zhuǎn)子52的每個磁極52a位置時所產(chǎn)生的波形54。對每個磁極52a的檢測將生成一個基本上為矩形波的脈沖的上升沿56。四極轉(zhuǎn)子52每旋轉(zhuǎn)360度會產(chǎn)生四個脈沖。因此，對于四極電機，每個脈沖寬度的機械角度將大約是45度。然后應(yīng)該認(rèn)識到，波形54的頻率將根據(jù)檢測到的電機速度而提高和降低。
工作模式在啟動過程中，當(dāng)勵磁開關(guān)電機14由首先被接通電源直至達到額定電機速度(優(yōu)選的是15,000rpm)時，系統(tǒng)10將實施幾種按順序完成的工作模式，而不吸收額外的電流。下面介紹這四種模式。
1.初始起動模式(大約0-450rpm)現(xiàn)在參考圖2和圖4，在電機14的初始起動階段，AC電源32向整流器34的輸入側(cè)提供AC電源，在一個優(yōu)選的形式中是230V的AC信號。整流器34在DC總線33a和33b兩端產(chǎn)生被整流的AC信號。當(dāng)電機14開始接通電源時，如果傳感器輸出波形54的邏輯電平是“1”(即高)，那么，控制器18將使開關(guān)44和46接通來允許電流沿箭頭58方向流過電樞繞組30。轉(zhuǎn)子52最好是模壓在電機14的輸出軸上，或者耦合到電機14的輸出軸，并且與傳感器16對準(zhǔn)以使得由電樞繞組30產(chǎn)生的反電動勢將是正的。因此，為了獲得正轉(zhuǎn)矩，電流需要沿箭頭58的方向流過電樞繞組30。
當(dāng)電機14剛被通電時，通過觸發(fā)繼電器40閉合開關(guān)觸點40a，啟動二極管38跨接在磁場繞組28上。這就為磁場電流通過磁場繞組28回流提供了通路，所以磁場電流在工作的起動階段不會為不連續(xù)的。但是，正如在部分4中將進一步解釋的，一旦電機14的工作速度至少大約為15,000rpm時，通過斷開使繼電器40釋放的觸點40a，將啟動二極管38從電路12移開，而這將獲得高效率和更高的輸出功率，從而保證了電機的最佳性能。
在初始啟動模式中，當(dāng)檢測到波形54為邏輯電平1時，PWM開關(guān)信號60(圖4a)僅施加到開關(guān)44。開關(guān)46被控制器18持續(xù)保持在“閉合”狀態(tài)。類似地，當(dāng)開關(guān)對48和50被控制器18閉合(當(dāng)波形54如圖4b所示邏輯電平為0時)時，只有開關(guān)48接收PWM開關(guān)信號60；控制器18持續(xù)保持開關(guān)50在“閉合”狀態(tài)，而直到開關(guān)對48和50被控制器打開時開關(guān)50才斷開。這種方案應(yīng)用于在此描述的所有啟動模式中。
在此描述的所有起動模式中，施加到開關(guān)44和48的PWM開關(guān)信號60的頻率最好被控制在大約5KHZ(周期200微秒)左右，只有PWM開關(guān)信號60的占空因數(shù)(如圖5所示)獲得調(diào)制。但是，還應(yīng)該認(rèn)識到，為適于某些特殊應(yīng)用，該5KHZ的PWM開關(guān)信號60的頻率還可以被提高或降低。
在初始起動模式(即大約在0-450rpm之間)中，電機速度將會太低以至于不能被控制器可靠地測定。同樣，PWM開關(guān)信號60的占空因數(shù)在這個電機速度范圍內(nèi)為常數(shù)(即固定)，而優(yōu)選的在大約10％～25％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選的大約是20％。如圖5中曲線70的70a部分所示，占空因數(shù)為固定的常數(shù)20％。圖4A代表電機速度大約為200rpm時的控制信號。因此，波形54的周期為75毫秒。在波形54的邏輯電平為1的部分(大約37.5毫秒)，大約188個PWM周波被發(fā)送到開關(guān)44的門。如圖5所示，在電機低速時，這些PWM周波的占空因數(shù)大約只是20％，但是，即使給定圖4A的比例，PWM脈沖的占空因數(shù)還是不可辨別的。
進一步參考圖4A，還按照方波位置傳感器輸出波形54控制PWM開關(guān)信號60，而方波位置傳感器輸出波形54是由位置傳感器16所產(chǎn)生。PWM開關(guān)信號60被控制施加到由每個邏輯電平為“1”的脈沖所形成的包絡(luò)線內(nèi)，而這些邏輯電平為“1”的脈沖是由位置傳感器16產(chǎn)生。術(shù)語“包絡(luò)線”含義為施加了PWM開關(guān)信號60的位置傳感器輸出波形54的“接通”時間部分(即周期)。因此，在圖4a中，PWM開關(guān)信號60能夠可被認(rèn)為具有與位置傳感器輸出波形54的每個“接通”脈沖的周期相匹配的包絡(luò)線。注意到圖4a僅僅表示出了用于頂部開關(guān)44的PWM信號。圖4b所示為當(dāng)波形54位于邏輯電平0時，PWM信號施加到頂部開關(guān)48。
另外，起動模式的重要特征是當(dāng)電機從不動(即靜止)狀態(tài)接通時，將會給予電機14反向“反沖”(即脈沖)。如上所述，控制器18根據(jù)位置傳感器輸出波形54來初步確定是控制開關(guān)對44、46起動電機14旋轉(zhuǎn)還是控制開關(guān)對48、50啟動電機14旋轉(zhuǎn)。在上面的例子中，控制器18初始確定開關(guān)44和46需要受脈沖作用。因此，在脈沖作用于開關(guān)44使其閉合和斷開和接通開關(guān)46使電機14開始旋轉(zhuǎn)之前，考慮到檢測的轉(zhuǎn)子位置，控制器18將通過接通開關(guān)對44、46或48、50(與通常是閉合狀態(tài)的開關(guān)相反)而施加至少一個脈沖至電機14。因此，在這個例子中，由于波形54在起動時是邏輯高電平，控制器18用脈沖作用使開關(guān)48和50閉合，優(yōu)選的閉合時間是8～10毫秒。這就向電機14提供了一個非常短暫的反向脈沖以確保當(dāng)電機14處于起動困難的旋轉(zhuǎn)位置時，電機14能夠起動。每次電機14通過閉合/斷開觸發(fā)開關(guān)20a接通電源時，都施加這個瞬間的反向脈沖。
在施加PWM開關(guān)信號的過程中，當(dāng)施加PWM開關(guān)信號60至開關(guān)44，并且當(dāng)開關(guān)44暫時斷開時，保持開關(guān)46持續(xù)地接通，從而進一步允許電樞電流通過開關(guān)46，通過開關(guān)50的飛輪二極管50a和通過電樞繞組30回流。類似地，當(dāng)控制器18接通開關(guān)對48和50并且在施加PWM開關(guān)信號60過程中開關(guān)48暫時斷開時，電樞電流通過開關(guān)50、通過開關(guān)46的飛輪二極管46a和通過電樞繞組30回流。
此外，在位置傳感器輸出波形54每次躍遷之后，當(dāng)信號60隨后施加給相對的開關(guān)44或48中的一個時，電樞電流會在PWM開關(guān)信號60的數(shù)個周期內(nèi)回流。從而，當(dāng)開關(guān)44被斷開時，與之相關(guān)的開關(guān)48保持閉合同時開關(guān)50被接通。在檢測到波形54的下一個上升沿前，開關(guān)46和50都保持閉合狀態(tài)，而在檢測到波形54的下一個上升沿時開關(guān)46被斷開且開關(guān)48被接通。當(dāng)開關(guān)48被斷開，開關(guān)50保持接通狀態(tài)并且接著開關(guān)46被接通至檢測到波形54的下一個上升沿，在檢測到波形54的下一個上升沿時開關(guān)50又被斷開且開關(guān)44被接通。只要希望電樞電流回流，就持續(xù)這種模式。在不使用直流大電容的情況下，這種電樞電流的回流使得電機14的起動更勻速和快速。由于電樞電流的回流，設(shè)置H橋開關(guān)并不需要緩沖電路。電樞能量的回流同時還顯著地提高了電機14的效率。
隨著初始起動模式的繼續(xù)，當(dāng)控制器18檢測到波形54過渡到邏輯電平0時，正如波形54的下降沿部分62所顯示，控制器將開關(guān)44和46斷開，并且將開關(guān)48和50接通。再一次，在信號60施加給開關(guān)48和50之前，允許電樞電流在PWM開關(guān)信號60的數(shù)個周期內(nèi)回流。當(dāng)位置傳感器輸出波形54處于邏輯低電平時，開關(guān)48受脈沖作用而多次接通。當(dāng)開關(guān)48受脈沖作用而接通，這導(dǎo)致電流流過開關(guān)48，沿箭頭64的方向流過電樞繞組30，以及流過開關(guān)50。還應(yīng)該認(rèn)識到，當(dāng)開關(guān)48受脈沖作用而斷開時，開關(guān)46的飛輪二極管46a允許電樞電流在其中回流。
當(dāng)控制器18檢測到波形54躍遷到邏輯電平0部分時，控制器18斷開開關(guān)44和46，并且接通開關(guān)48和50。當(dāng)波形54的邏輯電平為0時，表示此時電機14的反電動勢是負(fù)的，并且指示出為了再次從電機14獲得正向轉(zhuǎn)矩而需要沿箭頭64方向的電流。在圖3中通過波形66示出了反電動勢，而波形66被疊加在位置傳感器輸出波形54上。一旦控制器18檢測到波形54的另一個上升沿56，控制器將斷開開關(guān)48和50，并且再次接通開關(guān)44和46，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的啟動PWM占空因數(shù)(即優(yōu)選的大約是20％)，開關(guān)44通過PWM開關(guān)信號60被脈沖作用多次接通。這個過程持續(xù)地重復(fù)直至電機達到可被控制器18可靠測定的預(yù)定速度(即大約高于450rpm)。
電樞能量在啟動階段的回流也有助于控制在電樞能量存儲電容器42兩端的電壓。伴隨著電樞能量的回流，當(dāng)利用230伏AC輸入信號時，電容器42兩端的電壓能夠被保持低于600伏。磁場繞組28與薄膜電容器36和42一起，也形成了一個濾波器，該濾波器有助于減小電磁干擾(EMI)和可能被引入到AC電源32的瞬態(tài)。
2.初始中間啟動模式初始中間啟動模式在初始啟動模式之后，并且從大約450rpm延伸到優(yōu)選的大約介于6,000rpm～7,500rpm之間，并且更優(yōu)選的是延伸到大約6,700rpm。如圖5所示的曲線70的部分70b所示，在啟動順序的這個階段，PWM開關(guān)信號60的占空因數(shù)與電機速度有關(guān)，并且控制器18基本上線性地把PWM開關(guān)信號60的占空因數(shù)從大約20％提高到大約40％。在這個中間階段，電機14的速度仍然在增加但是超出大約450rpm，通過開關(guān)44和48的開關(guān)狀態(tài)，電樞能量采用回流。圖4C表示的為當(dāng)電機速度大約為4,000rpm時的控制信號。在4,000rpm時，波形54的周期大約是3.75毫秒。從而，波形54的邏輯電平為1的部分的周期大約是2毫秒。在波形54的邏輯電平為1的部分期間，大約9個PWM周波被施加給開關(guān)44的門。這些PWM周波的占空因數(shù)大約是40％(圖5)。
3.第二中間啟動模式第二中間啟動模式在初始中間啟動模式之后，電機速度從優(yōu)選的約為6,700rpm到優(yōu)選的約為14,500rpm。當(dāng)電機速度達到大約6,700rpm時，控制器18改變PWM開關(guān)信號60的包絡(luò)線(如波形54所示)。特別地，當(dāng)達到6,700rpm的臨界速度值時，PWM開關(guān)信號的包絡(luò)線以臺階形式減小為每個位置傳感器輸出波形54的“接通”脈沖周期的一小部分。如圖6所示，新包絡(luò)線的寬度與“接通”脈沖的寬度之比是速度的函數(shù)。在圖4d中闡明了減小的包絡(luò)線，可以看出PWM開關(guān)信號被包含在一個與被位置傳感器輸出波形54的一個“接通”階段脈沖所定義的包絡(luò)線相比更小的包絡(luò)線內(nèi)。圖4D所示為在電機速度大約為10,000rpm時的控制信號。在10,000rpm時，波形54的周期約為1.5毫秒。因此波形54的邏輯電平為1的部分的周期約為0.8毫秒，然而占空因數(shù)控制(圖6)進一步將其限定到大約0.6毫秒。從而在波形54的邏輯電平為1的部分，大約3個PWM周波被施加到開關(guān)44的門。這些PWM周波的占空因數(shù)大約是55％(圖5)。
在啟動順序的這個階段，PWM開關(guān)信號60的占空因數(shù)繼續(xù)伴隨著電機速度基本上呈線性增加。如圖5中圖形70的部分70c所示，PWM開關(guān)信號60的占空因數(shù)從6,700rpm時的大約40％提高到大約11,000rpm時的最大值，即約為60％。在大約11,000rpm和14,500rpm之間，PWM開關(guān)信號60的占空因數(shù)將保持常數(shù)。然而，如圖4d和圖6所示，PWM開關(guān)信號60的包絡(luò)線持續(xù)從位置傳感器輸出波形54的每個“接通”脈沖周期的大約60％提高到大約80％。因此，當(dāng)電機速度達到大約14,500rpm時，PWM開關(guān)信號60的占空因數(shù)最大值約為60％，并且信號60的包絡(luò)線大約是位置傳感器輸出波形54的每個“接通”脈沖的脈沖寬度的80％。電樞能量一直被回流，直至速度大約為10,000rpm時停止回流。
4.末級啟動模式(工作的相鎖定模式)末級啟動模式所覆蓋的電機速度范圍為從大約14,500rpm到電機額定速度。電機額定速度由于依賴于電機14將用于什么特定的工具而可能會不同，但是優(yōu)選的是介于大約15,000rpm和17,000rpm之間。在末級啟動模式所覆蓋的電機速度范圍的開始階段，相鎖定工作模式被初始化并且持續(xù)至電機額定速度。如圖4e和圖5所示，在相鎖定工作當(dāng)中采用單脈沖控制開關(guān)44～50。使用“單脈沖”控制意味著不采用PWM開關(guān)信號，而是在位置傳感器輸出波形54的每個“接通”脈沖周期內(nèi)，施加上述單個的、持續(xù)的“接通”脈沖。圖4e所示為由脈沖59a組成的單脈沖開關(guān)信號59，每個脈沖59a的“接通”持續(xù)時間相當(dāng)于位置傳感器輸出波形54的每個“接通”脈沖大約80％的包絡(luò)線。如圖4e所示，在大約14,500rpm和電機額定速度之間，脈沖59a的持續(xù)時間保持在包絡(luò)線值的80％。在大約15,000rpm時，啟動二極管38被切換而與系統(tǒng)分離。
啟動模式總結(jié)通過上面描述的四種啟動模式，可以發(fā)現(xiàn)PWM開關(guān)信號60或者單脈沖開關(guān)信號59被施加給開關(guān)44或48中的某一個或另一個。當(dāng)開關(guān)46和50都接通時，它們始終接收單脈沖，并且該單脈沖的“接通”持續(xù)時間相應(yīng)于位置傳感器輸出波形54的每個脈沖的“接通”持續(xù)時間，而給電機14施加電源的初始化應(yīng)用是唯一的例外。
可以發(fā)現(xiàn)電機14所用于的特定工具能夠影響到所選擇使用的電機最佳性能曲線。例如如果電機14用于桌式鋸，那么典型地，電機額定速度將選取介于大約15,000～17,000rpm之間，并且更優(yōu)選的是大約17,000rpm。如果電機14用于斜切鋸，那么典型地，電機額定速度優(yōu)選的范圍介于大約20,000～25,000rpm之間，并且更優(yōu)選的是大約22,500rpm。根據(jù)電機14所用于的特定的工具，精確的占空因數(shù)/電機速度關(guān)系也將隨著變化。雖然此處描述的系統(tǒng)10使用的相鎖定臨界值大約為14,500rpm，但是應(yīng)該認(rèn)識到，能夠設(shè)定不同的電機速度作為相鎖定臨界速度值。但是最好等到電機速度達到至少大約7,000rpm時再輸入工作的相鎖定模式以避免電源感應(yīng)電壓效應(yīng)，而電源感應(yīng)電壓效應(yīng)能夠?qū)е翧C輸入電源瞬態(tài)峰值?？梢栽诎ㄔ谙到y(tǒng)10進入工作的相鎖定模式之前的電機啟動操作的任何時刻加載電機14。
通過控制PWM開關(guān)信號60的占空因數(shù)、在其內(nèi)施加的包絡(luò)線和進入相鎖定操作的精確速度，可以實現(xiàn)多種電機轉(zhuǎn)矩曲線。可以使用這些變化的電機轉(zhuǎn)矩曲線以適于特定工具的電機工作，比如桌式鋸、斜切鋸和多種其它的電動工具。
使用反向換向的制動作用系統(tǒng)10的另一個特征是當(dāng)電機14被使用者停止時，可采用電機14的反向換向而使電機14快速停止。正如所認(rèn)識到的，快速停止電機的能力是許多電動工具很重要的考慮因素，尤其是對于桌式鋸和斜切鋸等電動工具。
在制動操作中，系統(tǒng)10將固定的PWM頻率和固定的PWM開關(guān)信號60占空因數(shù)施加給開關(guān)44～50。如圖3所示，在制動過程中，當(dāng)控制器18檢測到位置傳感器輸出波形54已經(jīng)躍變到邏輯高電平(如上升沿56所示)，需要電流沿箭頭58的方向(圖2)流動來保持電機轉(zhuǎn)矩為正時，控制器18接通開關(guān)48和50。開關(guān)48和50的接通使得電流沿箭頭64的方向(圖2)流動，該電流方向?qū)е码姍C轉(zhuǎn)矩為負(fù)。在此期間，繼電器40將二極管38重新接回到系統(tǒng)10中以幫助保持制動時間最小(典型的小于3～4秒)。當(dāng)波形54的每個脈沖的下降沿62出現(xiàn)時，需要電樞繞組30中的電流沿箭頭64的方向以保持電機轉(zhuǎn)矩為正，控制器18斷開開關(guān)48和50并且接通開關(guān)44和46。這導(dǎo)致電流沿箭頭58的方向并且在該轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間，產(chǎn)生負(fù)電機轉(zhuǎn)矩。
應(yīng)該認(rèn)識到，在制動模式中可以使用其它的PWM方案并獲得類似的結(jié)果。例如可以使用具有固定頻率且具有變化的占空因數(shù)的PWM脈沖。PWM的脈沖寬度可作為電機速度的函數(shù)而被選擇性地生成。更進一步，可以改變PWM占空因數(shù)曲線(例如拱頂線性函數(shù))(dome vs.Linear)以實現(xiàn)電機快速停止。在所有這些例子中，電樞能量恢復(fù)電容器42上的電壓是對在制動過程中實現(xiàn)的占空因數(shù)曲線的限制因素。本發(fā)明用額定電壓較高(優(yōu)選的600伏)的薄膜電容器36取代了傳統(tǒng)的鋁電解電容器，薄膜電容器36的存在使得本發(fā)明的制動方案非常迅速。電機14能夠在小于大約4秒鐘的時間內(nèi)，從速度高于其相鎖定臨界速度值而被制動。
為了獲得最佳特性的超前轉(zhuǎn)子位置傳感器信號進一步參考圖3，為了從電機14獲得最佳特性，當(dāng)電機14開始產(chǎn)生反電動勢時，位置傳感器16輸出的信號54必須被超前一很少的角度，從而在電樞繞組30內(nèi)建立電流。可通過物理上的或者通過控制器18內(nèi)的軟件來超前。反電動勢如圖3中的波形66所示。波形60a和60b分別代表已被施加了超前而且用于控制開關(guān)44、46和48、50的PWM開關(guān)信號。66a和66b的時間間隔分別代表施加給PWM開關(guān)信號60a和60b的超前的程度。當(dāng)反電動勢開始變?yōu)檎龝r，將PWM開關(guān)信號60a和60b的脈沖超前一個很小程度66a以能夠建立沿箭頭58方向(圖2)的并通過電樞繞組30的電流。根據(jù)66b的時間間隔將PWM開關(guān)信號60b的脈沖超前使得能夠在反電動勢開始變?yōu)樨?fù)時，在電樞繞組30內(nèi)建立沿箭頭64方向(圖2)的電流。
在通過將位置傳感器16相對于轉(zhuǎn)子52物理定位以獲得超前角的情況下，考慮到電樞繞組反電動勢，當(dāng)電機14初始起動時，轉(zhuǎn)子52有可能向錯誤的方向運動。如果轉(zhuǎn)子52在反電動勢與傳感器信號布置不一致的區(qū)域(即該區(qū)域代表轉(zhuǎn)子52的超前)而從前面的轉(zhuǎn)動狀態(tài)變成停止，就有可能發(fā)生轉(zhuǎn)子52向錯誤方向運動。解決這個問題的一個方法是定位位置傳感器16，使得定位位置傳感器16產(chǎn)生的正脈沖和反電動勢波形66的過零點一致，并且與控制器18軟件的換向超前角合并。但是控制器18執(zhí)行周期檢測所需的時間是對該方法的限制。無論如何，目前最好是通過軟件實施換向超前角以避免電機14在起動時瞬時反轉(zhuǎn)的可能性。
在起動過程中限制暫態(tài)另一個需要在起動時考慮的因素是當(dāng)系統(tǒng)10使用阻抗較高的“軟”電源(“soft”power)時，瞬間峰值被引入到交流電源32的可能性。當(dāng)電機14從靜止?fàn)顟B(tài)起動時，反電動勢為零并且突入電流可能相對較大，而這可能導(dǎo)致出現(xiàn)在交流輸入電壓波形峰值上更加明顯的電壓瞬間峰值。因為在整流電路34直流側(cè)省去了典型的大電容器，這個現(xiàn)象在系統(tǒng)10中可能更明顯。依靠PWM脈沖寬度和PWM頻率，這些峰值能夠高達500伏。
為了在起動過程中限制突入電流并減小電源線阻抗效應(yīng)，可以實施兩種對前面所描述的起動模式的修改。第一種修改是使用更高的PWM頻率(例如20kHZ)和較低的啟動占空因數(shù)(例如大約20％)，作為結(jié)果，隨著速度的變化較慢的改變占空因數(shù)。第二種修改涉及根據(jù)交流輸入電壓波形調(diào)整PWM開關(guān)信號60的占空因數(shù)，圖7中示出了第二種修改方法，其中交流輸入波形由參考數(shù)字72標(biāo)明。一旦控制器18獲得了可靠的電機速度信息(典型的是大約450rpm)，控制器能夠基于檢測的電機速度更改(即減小)施加給開關(guān)44、46和48、50的PWM占空因數(shù)的百分比值。如圖7所示，然后根據(jù)交流電壓波形72調(diào)節(jié)這個占空因數(shù)，使得當(dāng)交流輸入波形到達峰值點時占空因數(shù)值減小。從而在給定的電機速度下，占空因數(shù)值在交流輸入電壓波形72的過零點將是最大值(即它沒有任何外加的比例縮小)。無論在交流輸入電壓波形的正峰值或負(fù)峰值，占空因數(shù)可以是最小值(即使沒必要為0％)。在交流輸入電壓波形72的峰值，將占空因數(shù)減小到最小的多種因素被交流電源暫態(tài)電壓的緩解所控制。
附加的操作特性在電機14通過系統(tǒng)10的起動過程中，所采用的一個附加的特性是檢測轉(zhuǎn)子52的實時運動。每次電機14的通/斷開關(guān)被接合(即接通)，如果轉(zhuǎn)子位置傳感器16沒有在第一個100毫秒內(nèi)檢測到轉(zhuǎn)子52位置的變化(即位置傳感器輸出波形54不變狀態(tài))，那么控制器將不再繼續(xù)將電機14換向。在這種情況下，要求使用者釋放通/斷開關(guān)，然后再接合它。這也有助于防止損害電機14。
另一種保護電機14的特征涉及控制器18，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)時(例如在鋸東西時，在切削開始時)監(jiān)視電機速度。如果速度低于10,000rpm，控制器18關(guān)閉電機14，然后要求使用者在電機14能夠再起動之前釋放通/斷開關(guān)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在可以從前述說明中通過多種方式實施本發(fā)明。盡管本發(fā)明是結(jié)合了具體示例進行說明的，但是因為本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過研究附圖、說明書和附加權(quán)利要求很容易地進行其他修改，因此本發(fā)明的實際范圍并不局限于上述具體示例。
權(quán)利要求
1.一種用于具有一個磁場繞組和一個電樞繞組的勵磁開關(guān)電機的勵磁電路，包括整流電路，用于將交流輸入信號轉(zhuǎn)換成整流交流信號；H橋開關(guān)電路，用于響應(yīng)所述的整流交流輸出，并且耦合到所述的電樞繞組的兩端；電樞能量恢復(fù)電容器，耦合到所述開關(guān)電路的輸出上；所述H橋開關(guān)電路包括多個旁路元件，用于允許電樞電流在所述電機的操作起動階段，通過所述H橋電路中所選擇的開關(guān)元件和所述電樞繞組回流；和控制器，用于控制所述H橋電路的每個所述開關(guān)元件的接通和斷開的切換。
2.如權(quán)利要求1所述的勵磁電路，進一步包括跨接耦合到所述磁場繞組的半導(dǎo)體，用于能量回流；和在所述電機的操作起動階段被所述控制器所控制的開關(guān)元件，用于切換所述跨接耦合到所述磁場繞組上的半導(dǎo)體。
3.如權(quán)利要求2所述的勵磁電路，其中所述開關(guān)元件包括用于回流磁場能量的繼電器。
4.如權(quán)利要求1所述的勵磁電路，其中所述旁路元件包括飛輪二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的勵磁電路，其中在所述操作起動階段，所述控制器提供脈沖寬度調(diào)制(PWM)開關(guān)信號至所選擇的所述開關(guān)元件。
6.如權(quán)利要求1所述的勵磁電路，其中當(dāng)關(guān)閉所述電機時，所述控制器控制所述H橋開關(guān)電路實現(xiàn)制動作用。
7.如權(quán)利要求1所述的勵磁電路，進一步包括一電容介于10μfd～15μfd之間的薄膜電容器，薄膜電容器跨接耦合到所述整流電路的輸出上。
8.一種用于具有一個磁場繞組和一個電樞繞組的勵磁開關(guān)電機的勵磁電路，所述勵磁電路包括整流電路，用于接收交流輸入信號，并且在一對直流總線上生成整流交流信號；H橋開關(guān)電路，耦合到所述直流總線，所述電樞繞組被耦合到所述H橋開關(guān)電路的多個開關(guān)元件中的所選擇開關(guān)元件之間；電樞恢復(fù)電容器，跨接耦合到所述直流總線，并且跨接在所述開關(guān)電路上；所述H橋開關(guān)電路，包括多個旁路元件，用于允許電樞電流在所述電機的操作起動階段通過所述電樞繞組回流；和控制器，用于產(chǎn)生開關(guān)信號來控制所述H橋開關(guān)電路，所述控制器產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制(PWM)開關(guān)信號用于控制所選擇的開關(guān)元件。
9.如權(quán)利要求8所述的勵磁電路，進一步包括跨接耦合在所述直流總線上的薄膜電容器。
10.如權(quán)利要求8所述的勵磁電路，進一步包括在所述電機的操作起動階段跨接耦合到所述磁場繞組上的電流旁路元件。
11.如權(quán)利要求10所述的勵磁電路，其中所述的旁路元件包含二極管，在所述操作起動階段在所述磁場繞組上選擇性地切換跨接所述二極管以提供電流通路。
12.如權(quán)利要求11所述的勵磁電路，進一步包括響應(yīng)所述控制器以選擇性地切換跨接在所述繞組上所述的二極管的繼電器。
13.如權(quán)利要求8所述的勵磁電路，當(dāng)關(guān)閉所述電機時，其中所述控制器控制所述H橋電路以執(zhí)行再生制動動作。
14.一種用于具有一個磁場繞組和一個電樞繞組的勵磁開關(guān)電機的勵磁方法，所述方法包括從交流電源提供交流輸入信號；使用整流器接收所述交流輸入信號，并在一對直流總線上產(chǎn)生整流交流信號；使用H橋開關(guān)電路可操作地將所述電樞繞組跨接耦合至所述電樞繞組，來有選擇地指引所述整流交流信號的電流流過所述電樞繞組；使用和所述H橋電路有關(guān)的多個旁路元件來允許所述電流在所述電機的操作起動階段，回流流過所述電樞繞組；使用控制器控制所述H橋來操作所述電機；和使用電樞能量恢復(fù)電容器，在操作所述電機時，跨接耦合到所述H橋開關(guān)電路來存儲電樞能量。
15.一種用于具有一個磁場繞組和一個電樞繞組的勵磁開關(guān)電機的勵磁方法，所述方法包括交流電源提供交流輸入信號；整流所述交流輸入信號以產(chǎn)生整流交流信號；施加所述整流交流信號至和所述電樞繞組有關(guān)的開關(guān)電路，以交替地切換流過所述電樞繞組的電樞電流的方向；和所述開關(guān)電路一起使用多個旁路元件，來允許所述電樞電流在切換流過所述電樞繞組的所述電樞電流的方向時，回流流過所述電樞繞組；使用控制器來控制所述開關(guān)電路的操作；和在操作所述開關(guān)電路過程中，使用能量恢復(fù)電容器來存儲電樞能量。
16.一種用于控制勵磁開關(guān)電機的方法，包括定義一個第一起動速度范圍；定義一個與所述第一起動速度范圍連續(xù)的第二起動速度范圍；定義第一時間包絡(luò)線，在該第一時間包絡(luò)線中，具有預(yù)定占空因數(shù)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)開關(guān)信號將被施加到所述勵磁開關(guān)電機；根據(jù)所述第一時間包絡(luò)線，將所述PWM開關(guān)信號施加至所述勵磁開關(guān)電機以將所述勵磁開關(guān)電機在所述第一起動速度范圍內(nèi)換向；修改所述第一時間包絡(luò)線來生成第二時間包絡(luò)線；在所述第二起動速度范圍的開始階段，根據(jù)所述第二時間包絡(luò)線施加所述PWM開關(guān)信號來繼續(xù)將所述勵磁開關(guān)電機換向。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的定義第一時間包絡(luò)線和第二時間包絡(luò)線與指示所述勵磁開關(guān)電機的電機速度的脈沖速度信號有關(guān)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第二時間包絡(luò)線的時間周期小于所述第一時間包絡(luò)線的時間周期。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述第二起動速度范圍內(nèi)修改所述PWM開關(guān)信號的所述預(yù)定的占空因數(shù)。
20.一種用于將勵磁開關(guān)電機換向的方法，所述方法包括定義所述勵磁開關(guān)電機的第一速度范圍；定義所述勵磁開關(guān)電機的第二速度范圍；在所述第一速度范圍，施加多個開啟電換向脈沖至所述勵磁開關(guān)電機，所述每個開啟電換向脈沖包括具有預(yù)定占空因數(shù)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)換向信號；根據(jù)第一預(yù)先確定的時間包絡(luò)線，進一步施加所述PWM換向信號以控制每一個所述的開啟電換向脈沖的整個時間周期；并且改進第一預(yù)先確定的時間包絡(luò)線以產(chǎn)生第二預(yù)先確定的時間包絡(luò)線，從而改變所述開啟電換向脈沖的所述整個時間周期。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一預(yù)先確定的時間包絡(luò)線和第二預(yù)先確定的時間包絡(luò)線的生成與指示所述勵磁開關(guān)電機速度的電機速度信號有關(guān)。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第二預(yù)先確定的時間包絡(luò)線的持續(xù)時間小于所述第一預(yù)先確定的時間包絡(luò)線的持續(xù)時間。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述PWM換向信號的所述預(yù)定的占空因數(shù)在所述第二速度范圍內(nèi)被修改。
24.一種用于換向勵磁開關(guān)電機的方法，包括檢測所述勵磁開關(guān)電機的電機速度；生成包括多個開啟換向脈沖的換向信號，施加開啟換向脈沖到所述的勵磁開關(guān)電機以給電機換向，每一個所述的開啟換向脈沖由脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號組成；和當(dāng)所述電機速度從不轉(zhuǎn)動狀態(tài)增加到所述電機運行在額定電機速度的狀態(tài)時，根據(jù)所述的檢測電機速度，每個所述的開啟脈沖在時間包絡(luò)線中被施加到所述的勵磁開關(guān)電機，改進該時間包絡(luò)線以進一步控制施加到所述電機的功率。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述時間包絡(luò)線隨著所述勵磁開關(guān)電機的電機速度增加而減小。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述PWM信號的占空因數(shù)隨著所述勵磁開關(guān)電機的電機速度增加而被修改。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其中當(dāng)所述勵磁開關(guān)電機達到預(yù)定的電機速度時，根據(jù)所述時間包絡(luò)線，所述PWM信號被停止并且單開啟脈沖被施加。
28.一種用于將電機從不轉(zhuǎn)動的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到預(yù)定工作速度的電機換向方法，包括檢測所述電機的電機速度；施加已脈沖調(diào)制的、開啟電換向信號至所述電機以使電機換向，其中所述脈沖調(diào)制的開啟電換向信號由多個開啟脈沖組成，每個所述開啟脈沖包括具有預(yù)定占空因數(shù)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號；當(dāng)所述電機速度增加時，通過更該每個所述的開啟脈沖的時間包絡(luò)線進一步控制所述的開啟脈沖，使傳輸?shù)剿鲭姍C的功率數(shù)量隨所述電機速度的增加而變化。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，進一步包括根據(jù)所述檢測的電機速度修改所述預(yù)定的占空因數(shù)，使得所述預(yù)定的占空因數(shù)的百分?jǐn)?shù)隨著所述電機速度的增加而增加。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，在預(yù)定的檢測電機速度停止時進一步使用多個單脈沖并停止生成所述PWM信號，每個所述單脈沖根據(jù)所述時間包絡(luò)線具有相應(yīng)的周期。
全文摘要
一種用于勵磁開關(guān)電機(14)的勵磁電路(10)。該電路包括跨接耦合到整流橋的DC側(cè)的低值薄膜電容器。根據(jù)由微控制器(18)控制的PWM控制方案和單脈沖控制方案，多個電子開關(guān)被布置在H橋結(jié)構(gòu)中以用于切換流過電機電樞繞組的電流。啟動二極管跨接放置在電機磁場繞組上，并且在電機的啟動階段完成之后，電子切換啟動二極管使其與電路脫離。電路通過磁場繞組在啟動過程中實施電樞能量回流，來促進電機更加勻速和快捷地啟動。使用薄膜電容器提高了電路的功率因數(shù)，有助于消除將諧波引入到交流電壓源，并且有助于減輕電磁干擾(EMI)。當(dāng)切斷電機電源時，通過反向換向使電機迅速停止。
文檔編號H02P6/20GK1552119SQ02817306
公開日2004年12月1日 申請日期2002年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月6日
發(fā)明者包納普拉薩德·V·戈蒂, 理查德·托馬斯·沃爾特, 威廉·F·希爾夏, 托馬斯 沃爾特, F 希爾夏, 包納普拉薩德 V 戈蒂 申請人:布萊克和戴克公司