專利名稱：具有rfid轉(zhuǎn)子磁體位置感測的無刷直流電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于多種應(yīng)用的無刷直流電機(jī)。更具體地，本發(fā)明涉及用于此類電機(jī) 的利用安裝在磁體上的RFID標(biāo)簽和相關(guān)聯(lián)的標(biāo)簽讀取元件的轉(zhuǎn)子磁體位置傳感器技術(shù)。
背景技術(shù)：
無刷直流電機(jī)是已知的，而且在廣泛的多種應(yīng)用中越來越多地被使用。此類電機(jī) 依賴于配電系統(tǒng)中的開關(guān)電路來提供電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的電功率換向。開關(guān)電路依賴于指示 安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的磁體的旋轉(zhuǎn)位置的位置反饋信號來正確地安排對定子線圈施加電功 率的時(shí)間。最廣泛實(shí)現(xiàn)的當(dāng)前類型的轉(zhuǎn)子位置反饋信號發(fā)生器使用多個(gè)轉(zhuǎn)子磁體位置傳感 器一通常為霍爾效應(yīng)傳感器一來提供必要的轉(zhuǎn)子磁體位置反饋信號。圖1示出利用霍 爾效應(yīng)轉(zhuǎn)子磁體位置傳感器的已知無刷直流電機(jī)的示例。此圖是垂直于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸所 取的示意性截面圖，如從此圖可見，轉(zhuǎn)子11被安裝成按箭頭12所示的方向旋轉(zhuǎn)。多個(gè)永 磁體被固定至轉(zhuǎn)子11的外表面。磁體按照交替磁極性安排，以使磁體13-1的北極的側(cè)面 與磁體13-2和13-4的南極相接，磁體13-2的南極的側(cè)面與磁體13_1和13_3的北極相 接，等等。轉(zhuǎn)子11同心地安裝在定子15內(nèi)，該定子15由諸如層疊鋼板之類的可磁化材料 制成，且具有多個(gè)極齒16-1... 16-3和相應(yīng)的多個(gè)軸向延伸的槽17-1... 17-3。配電線圈 18-1. . . 18-3分別繞極齒16-1. . . 16-3纏繞，而且這些線圈以星型配置連接至圖2中所示 的電源。通過按正確順序向線圈18-1... 18-3施加電功率，線圈18-1... 18-3產(chǎn)生能與轉(zhuǎn) 子磁體13-1. . . 13-4所永久產(chǎn)生的磁場相互作用的磁場以向轉(zhuǎn)子11提供旋轉(zhuǎn)力，致使轉(zhuǎn)子 11旋轉(zhuǎn)。在圖1的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子磁體位置反饋信號由霍爾效應(yīng)傳感器19-1. . . 19-3提供， 其利用眾所周知的霍爾效應(yīng)響應(yīng)于由轉(zhuǎn)子磁體13-1. . . 13-4所產(chǎn)生的磁場在該處的通過 來產(chǎn)生電轉(zhuǎn)子磁體位置反饋信號。圖2是用于圖1中所示的無刷直流電機(jī)的功率開關(guān)和 分配電路系統(tǒng)的示意性部分框圖，如圖2可見，由傳感器19-1. . . 19-3所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁體 位置反饋信號耦合至電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元21。單元21包括微控制器，該微控制器處 理這些反饋信號并利用其中包含的定位信息來控制如圖所示連接的一組功率開關(guān)晶體管 22-1. . . 22-6的操作，功率開關(guān)晶體管22-1. . . 22_6用來將來自直流源(示為電池24)的電 功率施加到定子線圈18-1. . . 18-3。通過正確地安排將電功率施加到線圈18-1. . . 18-3的 順序，可使電機(jī)11以期望速度旋轉(zhuǎn)，從而使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。有關(guān)利用霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)子磁體定位傳 感器的無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、功能以及工作特性的進(jìn)一步信息可在以下美國專利中找到， 這些專利的公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此2004年11月16日出版的6，819，068;2005年8 月23日出版的6，934，468 ；2005年9月13日出版的6，941，822 ；以及2005年10月11日 出版的 6，954，042。雖然配備有霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)子磁體位置反饋傳感器的無刷直流電機(jī)在過去已被廣泛 地實(shí)現(xiàn)，但這種設(shè)計(jì)構(gòu)造存在某些缺點(diǎn)。首先，霍爾效應(yīng)傳感器的工作特性是溫度相關(guān)的。 因此，在需要超過最小精確度的應(yīng)用中，必須將某些用于補(bǔ)償工作特性溫度相關(guān)性的裝置結(jié)合到電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元21中。至少，這需要毗鄰霍爾效應(yīng)傳感器添加溫度感測元 件，以及將特定的溫度補(bǔ)償程序結(jié)合到電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元21中。此外，霍爾效應(yīng)傳 感器在超過約120°C的升高溫度下不能可靠地工作。雖然此溫度敏感性在可靠工作范圍內(nèi) 的相對低溫下不會有害地影響此類傳感器的操作和可靠性(當(dāng)與溫度補(bǔ)償程序結(jié)合時(shí))， 但在許多應(yīng)用中，電機(jī)經(jīng)受的環(huán)境溫度常常超過120°C。在這樣的溫度環(huán)境中，溫度補(bǔ)償不 能保證霍爾效應(yīng)傳感器的可靠操作。因此，或者必須將特殊的冷卻技術(shù)結(jié)合到無刷直流電 機(jī)中，或者必須用某些其它位置信號反饋技術(shù)替代霍爾效應(yīng)傳感器設(shè)計(jì)。再者，不管溫度考 慮因素如何，霍爾效應(yīng)傳感器不能在臟的環(huán)境中良好地工作，諸如遇到多塵或含油情況的 應(yīng)用中。在此類受污染的環(huán)境中，唯一的解決方案是周期性地清潔電機(jī)內(nèi)部。迄今為止，設(shè)計(jì)具有無上述缺點(diǎn)的轉(zhuǎn)子磁體位置反饋傳感器的無刷直流電機(jī)的努 力并未成功。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種轉(zhuǎn)子磁體位置反饋技術(shù)，其避免了使用霍爾效應(yīng)傳感器遇到的缺 點(diǎn)，而且提供如本文中所述的附加優(yōu)點(diǎn)。從裝置觀點(diǎn)看，本發(fā)明包括一種無刷直流電機(jī)，其具有轉(zhuǎn)子，其表面設(shè)置有沿其 分布的多個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體，各個(gè)轉(zhuǎn)子磁體具有與其附連的RFID標(biāo)簽，該RFID標(biāo)簽包括用來識 別該轉(zhuǎn)子磁體的唯一識別字符；定子，其具有被軸向延伸的槽分開的多個(gè)極齒，各個(gè)極齒纏 繞有功率線圈；以及分別毗鄰極齒中不同的一個(gè)安裝的多個(gè)RFID詢問天線，用于為RFID標(biāo) 簽提供r. f.(射頻)詢問信號，以當(dāng)RFID標(biāo)簽中給定的一個(gè)在天線中給定的一個(gè)的廣播范 圍內(nèi)時(shí)允許RFID標(biāo)簽向天線中正在詢問的一個(gè)天線廣播包含唯一識別字符的r. f.信號， 該唯一識別信號用來標(biāo)識進(jìn)入廣播范圍的特定的一個(gè)轉(zhuǎn)子磁體。在優(yōu)選實(shí)施例中，沿轉(zhuǎn)子 表面的毗鄰磁體被安排成相反磁極性，且轉(zhuǎn)子表面是基本圓柱形的外表面，而且轉(zhuǎn)子被配 置成在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，功率線圈以星型配置連接。在另一實(shí)施例中，功率線圈單獨(dú)地連 接至功率驅(qū)動器單元以便單獨(dú)的功率控制。RFID讀取器耦合至用于產(chǎn)生r. f.詢問信號的天線，該RFID讀取器具有用于表明 該唯一識別信號的輸出端，而電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元具有用于接收該唯一識別信號的輸 入端和用于至少部分取決于該唯一識別信號提供功率線圈驅(qū)動信號的輸出端。在替代實(shí)施例中，各個(gè)功率線圈單獨(dú)地耦合至電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元，以能對 各個(gè)功率線圈單獨(dú)地施加功率。從系統(tǒng)觀點(diǎn)，本發(fā)明包括一種無刷直流電機(jī)系統(tǒng)，其具有轉(zhuǎn)子，其表面設(shè)置有沿 其分布的多個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體，各個(gè)轉(zhuǎn)子磁體具有與其附連的RFID標(biāo)簽，該RFID標(biāo)簽包括用來 識別該轉(zhuǎn)子磁體的唯一識別字符；定子，其具有被軸向延伸的槽分開的多個(gè)極齒，各個(gè)極齒 纏繞有功率線圈；分別毗鄰極齒中不同的一個(gè)安裝的多個(gè)RFID詢問天線，用于為RFID標(biāo)簽 提供r. f.詢問信號，以當(dāng)RFID標(biāo)簽中給定的一個(gè)在天線中給定的一個(gè)的廣播范圍內(nèi)時(shí)允 許RFID標(biāo)簽向天線中正在詢問的一個(gè)天線廣播包含唯一識別字符的r. f.信號，該唯一識 別信號用來標(biāo)識進(jìn)入廣播范圍的特定的一個(gè)轉(zhuǎn)子磁體；耦合至用于產(chǎn)生r. f.詢問信號的 天線的RFID讀取器，該RFID讀取器具有用于表明唯一識別信號的輸出端；以及電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元，其具有耦合至RFID讀取器的輸出端用于接收唯一識別信號的輸入端和用 于至少部分取決于該唯一識別信號提供功率線圈驅(qū)動信號的輸出端。在此實(shí)施例中，優(yōu)選以相反磁極性安排沿所述表面的毗鄰磁體，而且轉(zhuǎn)子表面優(yōu) 選為基本圓柱形的外表面。各個(gè)功率線圈可以星型配置連接。為了更精確的換向控制，各個(gè)功率線圈單獨(dú)地 耦合至電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元，以能對各個(gè)功率線圈單獨(dú)地施加功率。從過程觀點(diǎn)看，本發(fā)明包括一種在組裝之后初始校準(zhǔn)無刷直流電機(jī)的方法，該電 機(jī)具有轉(zhuǎn)子，其表面設(shè)置有沿其分布的多個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體，各個(gè)轉(zhuǎn)子磁體具有與其附連的 RFID標(biāo)簽，該RFID標(biāo)簽包括用來識別該轉(zhuǎn)子磁體的唯一識別字符；定子，其具有被軸向延 伸的槽分開的多個(gè)極齒，各個(gè)極齒纏繞有功率線圈；以及分別毗鄰極齒中不同的一個(gè)安裝 的多個(gè)RFID詢問天線，用于為RFID標(biāo)簽提供r. f.詢問信號，以當(dāng)RFID標(biāo)簽中給定的一個(gè) 在天線中給定的一個(gè)的廣播范圍內(nèi)時(shí)允許RFID標(biāo)簽向天線中正在詢問的一個(gè)天線廣播包 含唯一識別字符的r. f.信號，該唯一識別信號用來標(biāo)識進(jìn)入廣播范圍的特定的一個(gè)轉(zhuǎn)子 磁體，該方法包括以下步驟(a)通過使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)在至少某些極齒的功率線圈中產(chǎn)生emf (電動勢)；(b)關(guān)聯(lián)負(fù)責(zé)在步驟(a)中產(chǎn)生emf的每個(gè)轉(zhuǎn)子磁體的身份；(c)檢測在步驟(a)中產(chǎn)生的各個(gè)emf波形；(d)將各個(gè)波形與標(biāo)準(zhǔn)波形比較；以及(e)計(jì)算與轉(zhuǎn)子磁體身份和功率線圈身份相關(guān)聯(lián)的校正因子。在校準(zhǔn)之后，當(dāng)相應(yīng)的轉(zhuǎn)子磁體位于給定功率線圈的磁范圍中時(shí)，通過使用步驟 (e)中計(jì)算的校正因子來控制對給定功率線圈的功率施加來使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明以多種方式避免了使用霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)子磁體位置傳感器的無刷直流電機(jī)設(shè) 計(jì)的固有缺陷。首先，RFID標(biāo)簽和相關(guān)聯(lián)的天線不會遭受霍爾效應(yīng)傳感器中固有的溫度相 關(guān)性，因此在給定溫度范圍內(nèi)工作時(shí)更加可靠。再者，RFID標(biāo)簽和天線系統(tǒng)能夠在高達(dá)約 250°C下可靠地工作，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了霍爾效應(yīng)傳感器的最高工作溫度(約120°C )。多數(shù)無 刷直流電機(jī)的工作溫度在250°C以下。此外，RFID標(biāo)簽和天線系統(tǒng)相對不受環(huán)境污染的影 響，而且能在含油和多塵環(huán)境下可靠地工作?？赡茏钪匾氖?，本發(fā)明提供識別各個(gè)特定轉(zhuǎn) 子磁體、且當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)將各個(gè)磁體的位置與定子的極齒相關(guān)聯(lián)的能力。這允許以適合各 個(gè)磁體一極齒組合的方式對定子線圈施加功率，這極大地提高了電機(jī)的工作效率。為更完全理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)參考以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述。
圖1是垂直于使用霍爾效應(yīng)傳感器的已知類型的無刷直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸所取的 示意性截面圖；圖2是用于圖1所示的無刷直流電機(jī)的功率開關(guān)和分配電路的示意性部分框圖；圖3是垂直于結(jié)合了本發(fā)明的無刷直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸所取的示意性截面圖；圖4是用于圖3所示的無刷直流電機(jī)的功率開關(guān)和分配電路的示意性部分框圖；圖5是示出具有相對大量永磁體和磁體位置識別器的本發(fā)明的實(shí)施例的類似于 圖3的視圖；以及
圖6是示出為圖5中所示的實(shí)施例的功率線圈提供單獨(dú)功率控制的功率開關(guān)和分 配電路的框圖的類似于圖4的視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)轉(zhuǎn)到附圖，圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施例的截面圖。如在此圖中可見，無刷直流電 機(jī)30包括被安裝用于按照箭頭32所示方向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子31。多個(gè)永磁體33-1. . . 13-4被 固定至轉(zhuǎn)子31的外表面。磁體33-1. . . 33-4按照交替磁極性安排，以使磁體33_1的北極 的側(cè)面與磁體33-2和33-4的南極相接，磁體33-2的南極的側(cè)面與磁體33_1和33_3的北 極相接，等等。轉(zhuǎn)子31同心地安裝在定子35內(nèi)，定子35由諸如層疊鋼板之類的可磁化材 料制成，且具有多個(gè)極齒36-1. . . 36-3和在極齒36-1. . . 36-3之間的相應(yīng)的多個(gè)軸向延伸 的未編號的槽。配電線圈18-1. . . 18-3分別繞極齒36-1. . . 36-3纏繞，而且這些線圈以星 型配置連接至圖4中所示的電源。通過按正確順序向線圈18-1. . . 18-3施加電功率，線圈 18-1. . . 18-3產(chǎn)生能與轉(zhuǎn)子磁體33-1. . . 33-4所永久產(chǎn)生的磁場相互作用的磁場以向轉(zhuǎn)子 31提供旋轉(zhuǎn)力，致使轉(zhuǎn)子31旋轉(zhuǎn)。各個(gè)轉(zhuǎn)子磁體33-1. .. 33-4附連有RFID標(biāo)簽37-1. .. 37-4。各個(gè)RFID標(biāo)簽 37-1. · · 37-4包括諸如2000年11月28日出版的美國專利No. 6，154，137中示出和描述的 環(huán)形天線和RFID芯片，該專利的公開內(nèi)容通過弓I用結(jié)合于此。一般地，RFID標(biāo)簽具有天線 和安裝在薄基板上或密封在薄基板中的RFID芯片，該薄基板諸如2002年4月16日出版的 美國專利No. 6，373，708B1中公開的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)基板，該專利的公開內(nèi)容通 過引用結(jié)合于此。該RFID標(biāo)簽利用能形成接合至磁體表面的強(qiáng)附著力的合適粘合劑接合 至相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子磁體。該RFID芯片可以是可買到的集成電路器件(諸如可從日立公司買到 的微芯片)或定制設(shè)計(jì)的集成電路器件，其具有RFID(射頻識別)集成電路中常見的標(biāo)準(zhǔn) 內(nèi)部功能組件。這些標(biāo)準(zhǔn)組件包括RF和模擬部分、CPU、ROM以及EEPR0M(參見1999 IEEE 國際固態(tài)電路會議論文集0-7803-5129-0/99，圖9. 1. 1 :RFID應(yīng)答器IC框圖)。該RFID芯 片在被RFID讀取器詢問時(shí)從如下描述的詢問環(huán)形天線39-1. . . 39-3接收功率，且使用諸如 ISO 14443協(xié)議或ISO 15693協(xié)議之類的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與RFID讀取器通信。標(biāo)準(zhǔn)RFID芯片的 大小是1.4mmX 1.3mm量級，厚度約為0.13mm。日立微芯片的大小是0. 4mmX 0. 4mm。存儲 在各個(gè)RFID芯片的EEPROM部分中的內(nèi)容是該芯片唯一的識別字符，該芯片又為其上安裝 了承載芯片的RFID標(biāo)簽的磁體提供了唯一的識別。各個(gè)環(huán)形天線39-1. . . 39-3毗鄰極齒36_1. . . 36-3中的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)定位，優(yōu)選 緊鄰相關(guān)聯(lián)的極齒的前沿。該前沿由轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)方向限定，該旋轉(zhuǎn)方向在圖3中示為順 時(shí)針。給定的環(huán)形天線39-1. . . 39-3與給定的極齒36-1. . . 36-3之間的關(guān)聯(lián)性存儲在如下 所述的電機(jī)控制器和驅(qū)動器41中。參考圖4，圖4是用于圖3中所示的無刷直流電機(jī)的功率開關(guān)和分配電路的示意 性部分框圖，在電機(jī)30工作期間，各個(gè)環(huán)形天線39-1. . . 39-3由RFID讀取器43持續(xù)供電。 當(dāng)給定的RFID標(biāo)簽37-1. . . 37-4進(jìn)入天線39-1. . . 39-3的廣播場時(shí)，它接收r. f.詢問信 號，該信號包含足以對RFID芯片加電的電磁能量。作為響應(yīng)，RFID標(biāo)簽產(chǎn)生包含其識別字 符的r.f.信號，該r.f.信號被附近的天線39-1... 39-3感測到。感測到的此字符信息耦 合至RFID讀取器43。RFID讀取器43所接收的字符信息被解碼成數(shù)字形式，并作為位置信號和轉(zhuǎn)子磁體識別信息耦合至電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元41。單元41包括微控制器，該 微控制器處理這些反饋信號并利用其中包含的定位信息來控制如圖所示地連接的一組功 率開關(guān)晶體管22-1. . . 22-6的操作，功率開關(guān)晶體管22-1. . . 22-6用來將來自直流源(示 為電池24)的電功率施加到定子線圈18-1. . . 18-3。通過正確地安排將電功率施加到線圈 18-1. . . 18-3的順序，可使電機(jī)31以期望速度旋轉(zhuǎn)，從而使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。使用安裝在各個(gè)轉(zhuǎn)子磁體37-1. . . 37-4上的RFID標(biāo)簽37-1. . . 37-4,RFID詢問天 線39-1. . . 39-3以及RFID讀取器43的組合提供了優(yōu)于基于霍爾效應(yīng)的轉(zhuǎn)子磁體位置傳感 器系統(tǒng)的若干優(yōu)點(diǎn)。首先，RFID標(biāo)簽37-1. . . 37-4和詢問天線39-1. . . 39-3的組件的工作 特性相對地不受環(huán)境溫度變化的影響。因此，包含本發(fā)明的系統(tǒng)通常不需要溫度補(bǔ)償程序。 此外，基于RFID標(biāo)簽的系統(tǒng)能夠在高達(dá)250°C下可靠地工作。此上限高于大多數(shù)無刷直流 電機(jī)的最高工作溫度。而且，基于RFID標(biāo)簽的系統(tǒng)的性能相對地不受由油或灰塵引起的環(huán) 境污染的影響，從而減少了在基于霍爾效應(yīng)的傳感器系統(tǒng)的情況下對維護(hù)人員頻繁清潔電 機(jī)內(nèi)部的需要。除上述優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明提供對無刷直流電機(jī)的工作的附加改進(jìn)。因?yàn)镽FID標(biāo)簽 37-1. . . 37-3所產(chǎn)生的r. f.信號包含唯一的識別字符，因此提供給電機(jī)控制器和驅(qū)動器41 的信息信號標(biāo)識進(jìn)入給定配電線圈18-1. . . 18-3的工作場的特定轉(zhuǎn)子磁體。作為響應(yīng)，電 機(jī)控制器和驅(qū)動器41可改變對配電線圈18-1. . . 18-3的電功率施加的量和時(shí)間以適合進(jìn) 入配電線圈的工作場的特定磁體的磁場特性。這為電機(jī)30提供了更加精確的工作條件，顯 著減少或完全消除了由不夠精確的配電技術(shù)引起的任何機(jī)械振動。為校準(zhǔn)該系統(tǒng)，在組裝之后，電機(jī)30以發(fā)電機(jī)模式運(yùn)轉(zhuǎn)，在該模式中電機(jī)31以箭 頭32的旋轉(zhuǎn)方向機(jī)械地旋轉(zhuǎn)。通過轉(zhuǎn)子磁體33-1. . . 33-4穿過線圈場區(qū)的運(yùn)動而在線圈 18-1. . . 18-3中感應(yīng)出的emf被電機(jī)控制器和驅(qū)動器41檢測，而且其波形被處理以計(jì)算各 個(gè)線圈磁體組合的校正因子。更具體地，給定轉(zhuǎn)子磁體與給定線圈之間的磁相互作用會隨 著轉(zhuǎn)子磁體所產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度和分布、各個(gè)極齒的物理外形、角位置以及磁化率、以及線 圈的電磁特性而不同。所有這些參數(shù)的總體效果由在電機(jī)30以發(fā)電機(jī)模式工作時(shí)針對各 個(gè)磁體_線圈組合所獲得的emf波形證實(shí)。通過在向給定的線圈-磁體組合施加功率時(shí)使 用計(jì)算出的校正因子可校正與理想波形的任何偏差。例如，如果給定極齒的角位置偏離了 設(shè)計(jì)值(缺少圓對稱)，則可推遲或提前(取決于角偏斜的方向)輸入相應(yīng)線圈的電功率來 補(bǔ)償此不對稱性。同樣，如果極齒畸形，則此不規(guī)則性可由emf波形證實(shí)，對此可計(jì)算校正 因子來補(bǔ)償此不規(guī)則性。以此方式，可使電機(jī)30以接近理想的提高的效率運(yùn)轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致由 非理想功率換向和分配引起的電機(jī)振動最小以及功率效率最大。以上參考圖3和4描述的實(shí)施例使用與圖1和2的現(xiàn)有技術(shù)示例中所示相同的用 于配電線圈18-1. . . 18-3的星型配置。在此配置中，線圈18-1. . . 18-3如圖所示地互連，其 中各個(gè)線圈的一個(gè)端子共接。通過將配電線圈獨(dú)立地連接至驅(qū)動器電路并以獨(dú)立方式操 作各個(gè)線圈，根據(jù)本發(fā)明的無刷直流電機(jī)可獲得甚至更高的效率。此實(shí)施例在圖5和6中 示出。如這些圖中可見，無刷直流電機(jī)具有設(shè)置有多個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體53-n的轉(zhuǎn)子51。多個(gè) RFID標(biāo)簽52-n附連至磁體53_n，其中各個(gè)RFID標(biāo)簽52_i中存儲有用于標(biāo)識該RFID標(biāo)簽 附連的轉(zhuǎn)子磁體53-i的唯一識別字符。多個(gè)極齒56-m分布在定子的內(nèi)圓周周圍，各個(gè)極 齒56-i具有與其相關(guān)聯(lián)的功率線圈58-i。多個(gè)詢問天線59-m基于一對一的方式毗鄰各個(gè)極齒56-m定位。詢問天線59-m通過導(dǎo)線66耦合至RFID讀取器63，讀取器63具有連接 至微處理器62的輸出端。來自微處理器62的輸出向電機(jī)驅(qū)動器61提供管理和控制信號。 來自電機(jī)驅(qū)動器61的各個(gè)輸出以允許對各個(gè)線圈58-m單獨(dú)地施加電功率的方式分別連接 至功率線圈58-m。更具體地，來自導(dǎo)線組64的一對導(dǎo)線耦合至給定功率線圈58i的各個(gè)末 端，以基于個(gè)別方式將電壓和電流提供給各個(gè)功率線圈。通過允許對線圈58-m單獨(dú)地施加 驅(qū)動功率，可最精確地控制圖5和6的電機(jī)，以優(yōu)化電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)并使功耗最小化且使由星型 配置安排中固有的功率換向誤差引起的機(jī)械振動最小化。如現(xiàn)在將顯而易見的是，根據(jù)本發(fā)明的示教制造的無刷直流電機(jī)組件比使用霍爾 效應(yīng)傳感器或具有溫度補(bǔ)償要求、有限的最高工作溫度限制以及對受污染的環(huán)境條件的易 感性的其它轉(zhuǎn)子磁體位置傳感器的那些電機(jī)能更高效地工作。此外，通過使用RFID標(biāo)簽作 為位置傳感器提供的轉(zhuǎn)子磁體識別能力提供優(yōu)化配電電路的操作的附加能力。雖然已經(jīng)參考特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但在不背離本發(fā)明的精神的情況下可使 用各種修改、替代構(gòu)造以及等價(jià)物。例如，雖然所說明和描述的實(shí)施例涉及轉(zhuǎn)子定位在周圍 的定子內(nèi)部的電機(jī)構(gòu)造，但本發(fā)明的原理對其中定子位于周圍的轉(zhuǎn)子內(nèi)部的相反構(gòu)造具有 相同效果。在這樣的構(gòu)造中，轉(zhuǎn)子磁體以及RFID標(biāo)簽分布在轉(zhuǎn)子的內(nèi)安裝表面周圍，而極 齒、功率線圈以及詢問天線分布在定子的外表面周圍。因此，上述內(nèi)容不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制 由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種無刷直流電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子，沿其表面分布有多個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體，各個(gè)所述轉(zhuǎn)子磁體具有與其附連的RFID標(biāo) 簽，所述RFID標(biāo)簽包含用于標(biāo)識所述轉(zhuǎn)子磁體的唯一識別字符；定子，其具有被軸向延伸的槽分開的多個(gè)極齒，所述極齒的每一個(gè)纏繞有功率線圈；以及分別毗鄰所述極齒中不同的一個(gè)安裝的多個(gè)RFID詢問天線，用于為所述RFID標(biāo)簽提 供r. f.詢問信號，以當(dāng)所述RFID標(biāo)簽中給定的一個(gè)在所述天線中給定的一個(gè)的廣播范圍 內(nèi)時(shí)，使所述RFID標(biāo)簽?zāi)芟蛩鎏炀€中正在詢問的一個(gè)天線廣播包含所述唯一識別字符 的r. f.信號，所述唯一識別信號用來標(biāo)識進(jìn)入所述廣播范圍的特定的一個(gè)所述轉(zhuǎn)子磁體。
2.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)，其特征在于，沿所述表面的毗鄰磁體以相反磁 極性排列。
3.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子表面是基本為圓柱形的 外表面。
4.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)，其特征在于，各個(gè)所述功率線圈以星型配置連接。
5.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)，其特征在于，還包括RFID讀取器，其耦合至所述 天線，用于產(chǎn)生所述r.f.詢問信號。
6.如權(quán)利要求5所述的無刷直流電機(jī)，其特征在于，所述RFID讀取器具有用于表明所 述唯一識別信號的輸出端；而且還包括電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元，其具有用于接收所述唯 一識別信號的輸入端和用于至少部分取決于所述唯一識別信號提供功率線圈驅(qū)動信號的 輸出端。
7.如權(quán)利要求6所述的無刷直流電機(jī)，其特征在于，各個(gè)所述功率線圈分別耦合至所 述電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元，以允許對各個(gè)所述功率線圈單獨(dú)施加功率。
8.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子被配置成在所述定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
9.一種無刷直流電機(jī)系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)子，沿其表面分布有多個(gè)轉(zhuǎn)子永磁體，各個(gè)所述轉(zhuǎn)子磁體具有與其附連的RFID標(biāo) 簽，所述RFID標(biāo)簽包含用于標(biāo)識所述轉(zhuǎn)子磁體的唯一識別字符；定子，其具有被軸向延伸的槽分開的多個(gè)極齒，所述極齒的每一個(gè)纏繞有功率線圈； 分別毗鄰所述極齒中不同的一個(gè)安裝的多個(gè)RFID詢問天線，用于為所述RFID標(biāo)簽提 供r. f.詢問信號，以當(dāng)所述RFID標(biāo)簽中給定的一個(gè)在所述天線中給定的一個(gè)的廣播范圍 內(nèi)時(shí)，使所述RFID標(biāo)簽?zāi)芟蛩鎏炀€中正在詢問的一個(gè)天線廣播包含所述唯一識別字符 的r. f.信號，所述唯一識別信號用來標(biāo)識進(jìn)入所述廣播范圍的特定的一個(gè)所述轉(zhuǎn)子磁體； RFID讀取器，其耦合至所述天線，用于產(chǎn)生所述r. f.詢問信號，所述RFID讀取器具有 輸出端；以及電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元，其具有輸入端，其耦合至所述RFID讀取器的所述輸出端， 用于接收所述唯一識別信號；以及輸出端，用于至少部分取決于所述唯一識別信號提供功 率線圈驅(qū)動信號。
10.如權(quán)利要求9所述的無刷直流電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，沿所述表面的毗鄰磁體以相反磁極性排列。
11.如權(quán)利要求9所述的無刷直流電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子表面是基本為圓柱 形的外表面。
12.如權(quán)利要求9所述的無刷直流電機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，各個(gè)所述功率線圈以星型配置連接。
13.如權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)，其特征在于，各個(gè)所述功率線圈分別耦合至所 述電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元，以允許對各個(gè)所述功率線圈單獨(dú)施加功率。
14.一種在組裝之后初始校準(zhǔn)無刷直流電機(jī)的方法，所述電機(jī)具有轉(zhuǎn)子，沿其表面分 布有多個(gè)轉(zhuǎn)子磁體，各個(gè)所述轉(zhuǎn)子磁體具有與其附連的RFID標(biāo)簽，所述RFID標(biāo)簽包含用于 標(biāo)識所述轉(zhuǎn)子磁體的唯一識別字符；定子，其具有被軸向延伸的槽分開的多個(gè)極齒，所述極 齒的每一個(gè)纏繞有功率線圈；以及分別毗鄰所述極齒中不同的一個(gè)安裝的多個(gè)RFID詢問 天線，用于為所述RFID標(biāo)簽提供r. f.詢問信號，以當(dāng)所述RFID標(biāo)簽中給定的一個(gè)在所述 天線中給定的一個(gè)的廣播范圍內(nèi)時(shí)，使所述RFID標(biāo)簽?zāi)芟蛩鎏炀€中正在詢問的一個(gè)天 線廣播包含所述唯一識別字符的r. f.信號，所述唯一識別信號用來標(biāo)識進(jìn)入所述廣播范 圍的特定的一個(gè)所述轉(zhuǎn)子磁體，所述方法包括以下步驟(a)通過使所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)在至少某些所述極齒的功率線圈中產(chǎn)生emf；(b)關(guān)聯(lián)負(fù)責(zé)在步驟(a)中產(chǎn)生所述emf的各個(gè)轉(zhuǎn)子磁體的身份；(c)檢查在步驟(a)中產(chǎn)生的各個(gè)emf波形；(d)將各個(gè)波形與標(biāo)準(zhǔn)波形比較；以及(e)計(jì)算與轉(zhuǎn)子磁體身份和功率線圈身份相關(guān)聯(lián)的校正因子。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括在所述電機(jī)的工作期間，當(dāng)相應(yīng)的轉(zhuǎn)子磁體位 于給定功率線圈的磁范圍中時(shí)，使用步驟(e)中計(jì)算的校正因子來控制對給定的功率線圈 的功率施加的步驟(f)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有RFID轉(zhuǎn)子磁體位置感測的無刷直流電機(jī)，公開了一種無刷直流電機(jī)，其具有轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有固定至安裝表面的多個(gè)磁體。各個(gè)磁體具有固定至磁體表面的RFID標(biāo)簽，其中各個(gè)RFID標(biāo)簽中存儲有用來標(biāo)識該磁體的唯一識別字符。定子具有被槽分開的多個(gè)極齒，各個(gè)極齒纏繞有功率線圈。多個(gè)RFID詢問天線毗鄰極齒安裝。RFID讀取器產(chǎn)生r.f.詢問信號，該信號通過天線廣播至RFID標(biāo)簽。當(dāng)該標(biāo)簽進(jìn)入極齒的區(qū)域時(shí)，無論何時(shí)感測到詢問信號，RFID標(biāo)簽通過廣播該唯一識別字符作出響應(yīng)。此位置和磁體識別信號被RFID讀取器接收，RFID讀取器處理此信息并將其發(fā)送至電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元，該單元向各個(gè)功率線圈提供工作功率。這些線圈以常規(guī)的星型配置連接，或分別連接至電源，以對電機(jī)提供改進(jìn)的換向控制。在組裝之后，通過使電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式工作、檢測功率線圈所產(chǎn)生的emf、以及產(chǎn)生補(bǔ)償參數(shù)以改變功率線圈的驅(qū)動信號來校準(zhǔn)電機(jī)，以消除機(jī)械、電磁不規(guī)則性。
文檔編號H02K29/06GK101997378SQ20091016868
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者朱生勃, 黃世雄 申請人:硅谷微M股份有限公司