[发明专利]电机控制系统

说明书

                        技术领域

本发明涉及电机的连接与控制。

                        背景技术

直流电机体积小，成本低，效率高，普遍用于开环控制环境之中。另一方面，步进电机易于控制，但是成本太高。如果想要进行速度和/或位置的精确控制，就要使用更为昂贵的闭环伺服控制系统，典型的需要有位置传感器和控制电路。通常使用光学或磁性编码器来为电机控制电路提供运动和速度信息。

为了降低成本，美国专利号5,869,939讲述了一种直流电机，该电机带有不平衡绕组和通过每个检测旋转的绕组来检测电流差的控制系统。这个检测信号用于控制电机的运动和位置。美国专利号6,054,787也讲述了一种减少了线圈绕组之一的绕组数的电机。

这些伺服系统中的每一个分别接到主控制器，需要共享系统开销。如果一个伺服系统占据了X个到主控制器，典型是一个ASIC，的输入，那么添加一个第二伺服通常会需要X个到ASIC的额外输入。

不平衡绕组电机和控制系统提供了低成本运动控制设计的可能，但是它没有解决给定应用中连接和控制多台电机的设计问题和成本。

                      发明描述

本发明涉及电机的连接和控制。它允许系统设计者在与添加系统开销不成比例的情况下，以低成本和逻辑的方法添加运动或位置控制。这种连接方法对任何电机控制系统都有用，例如直流或步进电机；但是由于成本低，其优点可能对于不平衡绕组直流电机来说更为显著。

传统的设计需要为每个伺服信道提供一个唯一的连接(专用连接端口)，以及检测电机运动进程的系统带宽。本发明使多台电机能够以并联或级联的方式与主机连接。每台电机有一个唯一的标识(ID)或地址，可以解释和执行发给电机的命令字。每台电机也可以报告其状态及命令的完成。这极大的减少了系统开销。

                   附图简述

通过详细讲述在附图中举例说明的本发明的典型实施方案，将会使本发明的这些和其它的特性和优点变得更为明显，其中：

图1A是根据本发明一个方面的电机控制器的示意方框图。图1B是图1A电机控制器控制逻辑的H功能方框图。图1C是包含图1A电机控制器的典型信号调节电路的示意方框图。图1D是一个显示典型电压波形并说明图1C电路如何提供电机标志脉冲的曲线图。图1E-1F说明了在图1A系统中使用的三种总线实施方案。

图2说明了一个根据本发明一个方面的带有多个以并联拓扑结构排列的电机的电机系统。

图3是一个级联的、菊花链结构的电机系统的示意图。

图4说明了一个典型的从主机控制器通过总线传输到电机控制器的控制字。

图5说明了一个典型的从电机控制器通过总线传输到主机控制器的状态字。

图6显示了根据本发明一个方面的电机控制系统的另一种实施方案。

图7是电机控制器另一种实施方案的示意图，包括一个通用输入/输出(I/O)端口。

图8A是一个实现了本发明一个方面的集成电机/电机控制器的立体图。图8B是集成电机/电机控制器的侧视图。图8C是集成电机/电机控制器的端视图。

                   优选实施形式

在图1A的示意方框图中举例说明了本发明的一个典型实施方案。主机控制器10发出电机命令，并通过电机控制器50从电机20接收状态数据。控制器包括控制逻辑60、电机驱动70和信号调节电路80。控制逻辑60从主机控制器接收电机命令，并将其转换成电机驱动信号来控制电机驱动70。

本发明的一个优选实施方案是将控制逻辑60、电机驱动70和信号调节电路80集成到一个集成电路芯片中，例如使用双CMOS技术，或作为一个混合电路，例如一个CMOS电路用于实现逻辑和处理器功能，一个双极电路实现电机驱动功能。在典型实施方案中，控制逻辑的实现包括一些形式的微处理器。

在优选实施方案中，电机20是一个带有不平衡绕组的直流电机。适用于这种应用的典型电机包括那些在U.S.5,869,939和U.S.6,054,787中讲述的电机。