电机驱动器及其操作方法技术

提供了一种包括电动机的装置，电动机包括转子和定子，转子包括多个转子齿，并且定子包括多个定子齿。该装置具有驱动电动机的驱动电路，该驱动电路包括升压转换器和降压转换器，该升压转换器包括电荷存储元件，并且该电荷存储元件耦合到多个定子齿中的至少一个上的线圈绕组的第一端子，该降压转换器包括同一电荷存储元件，并且耦合到多个定子齿中的至少一个上的线圈绕组的同一第一端子。升压转换器和降压转换器的电感元件由多个定子齿中的至少一个的线圈绕组提供，并且电荷存储元件以电源节点为基准，该电源节点用于将线圈绕组的第二端子耦合到电源。

Motor Driver and Its Operating Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电机驱动器及其操作方法
本公开涉及电动机。更具体地，本公开涉及用于电动机的线圈驱动电路。
技术介绍
在具有线圈绕组作为其定子的一部分的电动机中，例如在开关磁阻电动机中，电动机通常由三个阶段的电源供电并且将AC波形施加到线圈绕组以控制电机的操作。已经创造了一些具有更多阶段的电动机，但是制造这种多个阶段的电动机的重要因素是阶段驱动电子设备的成本。在传统电机中，脉冲宽度调制(PWM)电压控制器(通常布置有H桥拓扑以双向驱动电机线圈)耦合到驱动电机线圈所需的大电源以及大电压和电流，可以显著增加驱动电路的成本。因此，根据现有技术，需要多个线圈驱动电路的多个阶段的电机的制造成本很高。此外，传统电机通常仅在以全设计输出电源电平操作时以其最高效率操作。已知提供可变输出驱动电路以允许电机以降低的输出电源电平操作，但是由于较小磁场的较小有效耦合，电机效率随后显著降低。因此，为了保持合理的效率，这些电动机必须在其设计点附近的狭窄范围内操作，并且必须使用机械变速箱和传动系统(甚至一些具有多个电机)以在更宽的输出电平范围内保持效率。这种配置既昂贵又机械复杂。
技术实现思路
本文描述的至少一个示例提供了一种装置，包括：电动机，包括转子和定子，转子包括多个转子齿，并且定子包括多个定子齿，以及驱动电路，用于驱动电动机，驱动电路包括：升压转换器，包括电荷存储元件并且耦合到多个定子齿中的至少一个上的线圈绕组的第一端子；和降压转换器，包括所述电荷存储元件并且耦合到多个定子齿中的至少一个上的线圈绕组的所述第一端子，其中，升压转换器和降压转换器的电感元件由多个定子齿中的至少一个的所述线圈绕组提供，并且其中，电荷存储元件以电源节点为基准，该电源节点用于将线圈绕组的第二端子耦合到电源。本文描述的至少一个示例提供了一种用于驱动电动机的线圈绕组的电动机驱动电路，包括：升压转换器，包括电荷存储元件和输入节点，输入节点被布置为耦合到电动机的线圈绕组的第一端子；以及降压转换器，包括所述电荷存储元件和所述输入节点，其中，当输入节点耦合到电动机的线圈绕组时，提供升压转换器和降压转换器的电感，其中，升压转换器的输出是在电荷存储元件的两端产生的电压，并且降压转换器的输入是在电荷存储元件的两端产生的电压，并且其中，电荷存储元件以电源节点为基准，其中，电源节点被布置为将线圈绕组的第二端子耦合到电源。本文描述的至少一个示例提供了一种操作驱动电路以驱动电动机的方法，包括：切换升压转换器，所述升压转换器包括电荷存储元件并且耦合到电动机的多个定子齿中的至少一个上的线圈绕组的第一端子，以将线圈绕组的第一端子连接到电源的接地节点，其中，电源的电源节点耦合到线圈绕组的第二端子；切换降压转换器，降压转换器包括所述电荷存储元件并且耦合到线圈绕组的所述第一端子，以将线圈绕组的第一端子连接到电荷存储元件，其中，升压转换器和降压转换器的电感元件由多个定子齿中的至少一个的所述线圈绕组提供；以及使得电荷存储元件以电源节点为基准。附图说明仅通过示例的方式，参考如附图中示出的特定示例，进一步描述本专利技术，其中：图1示例性地示出了在一个示例中具有两个定子部分的开关磁阻电机；图2示例性地示出了在一个示例中的线圈驱动电路；图3示出了在图2的电路中使用升压信号和降压信号以引起定子线圈电流的变化；图4示出了在一个示例中两个线圈驱动电路的四个阶段操作以及产生的电流流动；图5A示例性地示出了在一个示例中形成驱动电路的部分的开关电感升压电压转换电路；图5B示例性地示出了在一个示例中形成驱动电路的部分的开关电感降压电压转换电路；图6示例性地示出了在一个示例中的驱动电路；图7示出了一个示例中的具有16个转子齿和24个定子齿的开关磁阻电动机的端视图；图8示出了在一个示例中的6个定子线圈的组的六个阶段控制操作；图9示出了与仅提供单向电流的配置相比较，由一个示例的双向线圈驱动电路供电的开关磁阻电机的磁场密度的模拟；图10A示例性地示出了在一个示例中的三个光学传感器的放置，以提供转子相对定子在电动机中的旋转位置信息；图10B示出了图10A中所示的三个光学传感器的六个可能的光学传感器输出的组；图11A和图11B示例性地示出了可以如何反转电机线圈中的磁场极性的两个示例；图12示例性地示出了在一个示例中包括六个电动机线圈驱动电路的驱动板；图13示例性地示出了在一个示例中包括如图12所示的八个驱动板的开关磁阻电动机驱动装置；图14示例性地示出了在一个示例的方法中采取的一系列步骤；图15示例性地示出了用于为汽车车轮供电的一个示例的电机系统；图16示例性地示出了通过在汽车中调整制动盘来提供电机系统的一个示例；图17示例性地示出了在其中电荷存储元件是以电源为基准的示例中的线圈驱动电路；图18A示例性地示出了在其中电荷存储元件是以电源为基准的一个示例中形成驱动电路的部分的开关电感升压电压转换电路；图18B示例性地示出了在其中电荷存储元件是以电源为基准的一个示例中形成驱动电路的部分的开关电感降压电压转换电路；图19示例性地示出了在其中电荷存储元件是以电源为基准的一个示例中的驱动电路；图20和图21示例性地示出了在其中电荷存储元件是以电源为基准的示例中的驱动电路，并且提供了进一步的保护电源电容器和电源二极管；图22和图23示出了在其中电荷存储元件是以接地为基准的示例中的电源电流随时间的变化；图24和图25示出了在其中电荷存储元件是以电源为基准的一个示例中的电源电流随时间的变化；以及图26和图27示例性地示出了三相布置的两个示例，一个具有共用的以电源为基准的存储电容器，并且一个具有针对每个阶段的单独存储电容器。具体实施方式在一些示例中，存在一种装置，包括：电动机，包括转子和定子，转子包括多个转子齿，并且定子包括多个定子齿，以及驱动电路，用于驱动电动机，该驱动电路包括：升压转换器，包括电荷存储元件并且该电荷存储元件耦合到多个定子齿中的至少一个上的线圈绕组的第一端子；以及降压转换器，包括所述电荷存储元件并且该电荷存储元件耦合到多个定子齿中的至少一个上的线圈绕组的所述第一端子，其中，升压转换器和降压转换器的电感元件由多个定子齿中的至少一个的所述线圈绕组提供，并且其中，以电源节点为基准的电荷存储元件用于将线圈绕组的第二端子耦合到电源。如下面更详细描述的，本文讨论的技术提供了一种用于电动机线圈的驱动电路内的组合开关电感升压电压转换电路和开关电感降压电压转换电路的配置。在该上下文中，虽然更传统的期望可能是对于电路中以接地节点为基准的电荷存储元件，已经建立了另一种可选配置，其使得电荷存储元件以电源节点为基准。在驱动电路的操作中，其特征在于具有“升压阶段”和“降压阶段”，已经发现通过这种布置可以改善驱动电路的一些配置，因为其将电源切断到降压阶段，并且降压阶段自动再充电。因为电感元件附接到电源节点而不是接地节点，并且此处电荷存储元件也附接到电源节点而不是接地节点，所以整个降压阶段在电荷存储元件和电感元件之间的紧密环路中转储电荷，并且不再涉及电源。因此，当在降压阶段中从电荷存储元件对电感元件进行充电时，电流不再流到电源，并且然后在降压阶段中电感元件被放电，电荷从其来源处流回电荷存储元件。这还允许电荷存储元件的尺寸(并且因此特别是成本)减小，因为电荷存储元件总是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：电动机，包括转子和定子，所述转子包括多个转子齿，并且所述定子包括多个定子齿，以及驱动电路，用于驱动所述电动机，所述驱动电路包括：升压转换器，包括电荷存储元件并且耦合到所述多个定子齿中的至少一个上的线圈绕组的第一端子；和降压转换器，包括所述电荷存储元件并且耦合到所述多个定子齿中的至少一个上的所述线圈绕组的所述第一端子，其中，所述升压转换器和所述降压转换器的电感元件由所述多个定子齿中的至少一个的所述线圈绕组提供，并且其中，所述电荷存储元件以电源节点为基准，所述电源节点用于将所述线圈绕组的第二端子耦合到电源。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.03 US 15/424,0081.一种装置，包括：电动机，包括转子和定子，所述转子包括多个转子齿，并且所述定子包括多个定子齿，以及驱动电路，用于驱动所述电动机，所述驱动电路包括：升压转换器，包括电荷存储元件并且耦合到所述多个定子齿中的至少一个上的线圈绕组的第一端子；和降压转换器，包括所述电荷存储元件并且耦合到所述多个定子齿中的至少一个上的所述线圈绕组的所述第一端子，其中，所述升压转换器和所述降压转换器的电感元件由所述多个定子齿中的至少一个的所述线圈绕组提供，并且其中，所述电荷存储元件以电源节点为基准，所述电源节点用于将所述线圈绕组的第二端子耦合到电源。2.根据权利要求1所述的装置，还包括电源二极管，所述电源二极管在正向方向上将所述电源节点耦合至所述线圈绕组的第二端子。3.根据权利要求2所述的装置，还包括电源电容器，所述电源电容器跨越所述电源二极管。4.根据权利要求2或3所述的装置，还包括电源电容器，所述电源电容器将所述线圈绕组的第二端子耦合到所述电源相对于所述电源节点的相对侧上的接地节点。5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述电源是双向电源。6.根据权利要求2-4中任一项所述的装置，其中，所述电源是单向电源。7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，包括两个进一步的驱动电路，用于驱动所述电动机，其中，所述驱动电路和所述两个进一步的驱动电路耦合到所述电动机的三个独立的线圈绕组，其中，所述驱动电路和所述两个进一步的驱动电路共用所述电源，并且其中，所述驱动电路和所述两个进一步的驱动电路被布置为相对于彼此以三相布置进行操作。8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其中，所述升压转换器还包括：二极管，耦合到所述线圈绕组和所述电荷存储元件的第一电极；以及开关，被布置为将所述线圈绕组连接到所述电源相对于所述电源节点的相对侧上的接地节点。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述降压转换器还包括：二极管，耦合到所述线圈绕组和所述电源相对于所述电源节点的相对侧上的接地节点；以及开关，被布置为根据降压信号将所述线圈绕组连接到所述电荷存储元件的第一电极。10.根据权利要求9所述的装置，还包括：控制器，用于提供所述升压信号和所述降压信号，并且当所述线圈绕组中的电流基本为零时，开始断言所述升压信号或所述降压信号。11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述控制器被配置为以互斥方式断言所述升压信号和所述降压...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·派特罗莫纳克，
申请(专利权)人：ARM有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB