用于DC电机的具有动态带通滤波器的纹波计数器制造技术

本发明专利技术公开一种用于DC电机的具有动态带通滤波器的纹波计数器(200)。所述纹波计数器包含经配置以响应于所述DC电机的转子绕组中的线路内电流而提供模拟电压的电流感测放大器(210)。所述纹波计数器还包含经配置以响应于所述模拟电压而提供数字信号的模/数转换器(214)。所述纹波计数器还包含数字滤波器(218)，所述数字滤波器经配置以接收所述数字信号及时钟信号且经配置以改变频率响应以便提供经滤波纹波电流。所述纹波计数器还包含经配置以接收所述经滤波纹波电流且提供脉冲输出的数字比较器电路(224)。所述纹波计数器还包含经配置以检测所述脉冲输出的频率且响应于所检测频率而提供所述时钟信号的时钟产生器(228)。器(228)。器(228)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于DC电机的具有动态带通滤波器的纹波计数器


[0001]本专利技术涉及电动机，且更特定来说涉及用于DC电机的具有动态带通滤波器的纹波计数器。

技术介绍

[0002]DC电机是将直流电能转换成机械能的旋转电机。大型DC电机用于电梯、起重机、汽车系统及钢厂的工业驱动器中。小型DC电机用于动力工具、家用电器、机器人及玩具中。
[0003]在许多刷式DC电机应用(例如，汽车致动器系统)中，跟踪电机旋转以便实施精确运动控制是必要的。传统上，已使用霍尔(Hall)效应传感器或具有光电二极管的光学传感器来跟踪电机旋转。传统传感器通常响应于旋转的电机轴而产生脉冲并向电机控制器馈送信号。所述传感器需要PCB座架来在电机内部及外部进行安装且需要连接器及缆线来向电机控制器馈送信号。因此，传统传感器在刷式DC电机应用中增加复杂性及成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一方面涉及一种纹波计数器。所述纹波计数器包含具有输入及输出的电流感测放大器。所述纹波计数器经配置以响应于DC电机的转子绕组中的线路内电流而在所述输出处提供模拟电压。所述纹波计数器还包含具有耦合到所述电流感测放大器的所述输出的输入且具有输出的模/数转换器(ADC)。所述ADC经配置以响应于所述模拟电压而提供数字信号。所述纹波计数器还包含具有耦合到所述ADC的所述输出的第一输入、第二输入及输出的数字滤波器。所述数字滤波器经配置以在所述第一输入处接收所述数字信号且在所述第二输入处接收时钟信号，并且经配置以改变频率响应以便在所述输出处提供经滤波纹波电流。所述纹波计数器还包含具有耦合到所述数字滤波器的所述输出的输入且经配置以在所述输入处接收所述经滤波纹波电流的数字比较器电路。所述数字比较器经配置以在输出处提供脉冲信号。所述纹波计数器还包含时钟产生器，所述时钟产生器具有耦合到所述数字比较器电路的所述输出的输入并且经配置以检测所述脉冲输出的频率且响应于所述所检测频率而提供所述时钟信号。
[0005]在另一方面中，所述脉冲输出的所述频率对应于所述经滤波纹波电流中的纹波。在另一方面中，所述时钟产生器经配置以响应于所述脉冲输出而改变所述时钟信号的频率。在另一方面中，所述数字滤波器是经调谐以去除较低频率分量及较高频率噪声且允许纹波电流逸出的带通滤波器。在另一方面中，所述数字比较器电路经配置以基于所述经滤波纹波电流与一或多个阈值的比较提供所述脉冲输出。
[0006]本专利技术的另一方面涉及一种DC电机控制系统。所述系统包含具有经布置以为线路内电流提供传导路径的转子绕组的DC电机。所述系统还包含经配置以响应于所述线路内电流而提供模拟电压的电流感测放大器。所述系统还包含经配置以响应于所述模拟电压而提供数字信号的模/数转换器(ADC)。所述系统还包含经配置以接收所述数字信号及时钟信号的数字滤波器。所述数字滤波器经配置以改变频率响应以便提供经滤波纹波电流。所述系
统还包含经配置以接收所述经滤波纹波电流且提供脉冲输出的数字比较器电路。所述系统还包含经配置以检测所述脉冲输出的频率且响应于所述所检测频率而提供所述时钟信号的时钟产生器。
[0007]在另一方面中，所述转子绕组耦合到换向器片，所述换向器片经由电刷电耦合到DC电压供应器，其中从所述电刷与所述换向器片的触点产生换向尖峰，且其中由于所述换向尖峰而在所述线路内电流中形成纹波。
[0008]本专利技术的另一方面涉及一种控制系统，其包括具有布置于转子上的耦合到换向器片的转子绕组的DC电机。所述换向器片经由电刷电耦合到DC电压供应器以为所述转子绕组中的线路内电流提供传导路径。所述系统包含经配置以响应于所述线路内电流而提供模拟电压的电流感测放大器及经配置以响应于所述模拟电压而提供数字信号的模/数转换器(ADC)。所述系统还包含经配置以接收所述数字信号及时钟信号的数字滤波器。所述数字滤波器经配置以改变频率响应以便提供经滤波纹波电流。所述系统还包含经配置以接收所述经滤波纹波电流且提供脉冲输出的数字比较器电路。所述系统还包含经配置以检测所述脉冲输出的频率且响应于所述所检测频率而提供所述时钟信号的时钟产生器。
附图说明
[0009]图1示出根据本公开的示范性DC电机。
[0010]图2示出根据本公开的纹波计数器。
[0011]图3示出用于选择时钟频率的表格。
[0012]图4示出根据本公开的带通滤波器的示范性波特(Bode)图。
[0013]图5是根据本公开的示范性过程的状态图。
[0014]图6示出由根据本公开的纹波计数器产生的波形。
具体实施方式
[0015]图1示出根据本公开的示范性DC电机100。DC电机100具有固持两个永久磁体108及112的定子104。永久磁体108及112形成北极及南极。DC电机100还具有耦合到轴118的转子116。转子116具有三个T形转子臂116A、116B及116C。转子臂116A、116B及116C各自具有包覆转子臂的相应转子绕组120A、120B及120C。
[0016]继续参考图1，DC电机100还包含围绕轴118同心布置的换向器片124A、124B及124C。换向器片124A、124B及124C是彼此分开且电隔离的。转子绕组120A、120B及126C连接到换向器片124A、124B及124C，使得每一转子绕组连接到不同换向器片。换向器片124A、124B及124C安坐在电连接到DC电压供应器(图1中未展示)的两个电刷132A与132B之间。电刷132A及132B抵靠换向器片124A、124B及124C摩擦以完成电路。
[0017]在操作中，当DC电机100旋转时，每当电刷132A及132B从一个换向器片移动到下一换向器片时产生换向尖峰。换向尖峰是由于存储于转子绕组中的磁场在电刷132A及132B与换向器片124A、124B及124C断开接触时快速放电而导致的电流尖峰。换向尖峰引起纹波电流，纹波电流是叠在DC电流上的低振幅交流电流。在转子绕组120A、120B及120C经由电刷132A及132B与DC电压供应器连接及断开连接时，纹波电流具有对应于转子移动的周期性变化。
[0018]在本公开的一个方面中，使用换向尖峰来测量电机的速度并确定电机的位置。在图1的示范性实施例中，每转动产生六个换向尖峰。在已知DC电机100的换向尖峰的频率(Fs)及极点的数目(P)的情况下，电机速度计算为：
[0019]速度＝60x Fs x P
[0020]在本公开的另一方面中，使用具有动态带通滤波器的纹波计数器来对换向尖峰(即，纹波)进行计数以便测量DC电机的速度并确定DC电机的位置。图2示出根据本公开的示范性纹波计数器200。纹波计数器200经配置以对换向尖峰(即，纹波)进行计数。纹波计数器200的特征在于动态带通滤波器，所述动态带通滤波器经调谐以去除低频率分量及高频率非纹波分量且允许纹波电流逸出。将经滤波纹波电流与一或多个阈值进行比较以确定换向尖峰的开始、峰值及结束。
[0021]参考图2，纹波计数器2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种纹波计数器，其包括：电流感测放大器，其具有输入及输出；模/数转换器(ADC)，其具有耦合到所述电流感测放大器的所述输出的输入及输出；数字滤波器，其具有耦合到所述ADC的所述输出的第一输入、第二输入及输出；数字比较器电路，其具有耦合到所述数字滤波器的所述输出的输入及输出；以及时钟产生器，其具有耦合到所述数字比较器电路的所述输出的输入及耦合到所述数字滤波器的所述第二输入的输出。2.根据权利要求1所述的纹波计数器，其中所述数字滤波器是带通滤波器。3.根据权利要求1所述的纹波计数器，其中所述数字滤波器具有通过时钟信号的频率控制的通带。4.根据权利要求1所述的纹波计数器，其中所述电流感测放大器电耦合到DC电机。5.一种DC电机控制系统，其包括：DC电机，其具有转子绕组；电流感测放大器，其具有电耦合到所述转子绕组的输入及输出；模/数转换器(ADC)，其具有耦合到所述电流感测放大器的所述输出的输入及输出；数字滤波器，其具有耦合到所述ADC的所述输出的第一输入、第二输入及输出；数字比较器电路，其具有耦合到所述数字滤波器的所述输出的输入及输出；以及时钟产生器，其具有耦合到所述数字比较器电路的所述输出的输入及耦合到所述数字滤波器的所述第二输入的输出。6.根据权利要求5所述的DC电机控制系统，其中所述转子绕组耦合到换向器片，所述换向器片经由电刷电耦合到DC电压供应器。7.根据权利要求5所述的DC电机控制系统，其中所述数字滤波器是带通滤波器。8.根据权利要求5所述的DC电机控制系统，其中所述数字滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：