[发明专利]无刷无传感器电机，电机性能增强方法及所用组合电路

说明书

               发明背景和概要

常规商业无刷直流电机使用霍耳效应(磁化运行下)传感器。霍耳效应传感器检测转子位置并且当转子磁轴位置到达预定位置时为逆变器提供信号以便顺序换至下一个相位。用此方式，电机绕组就可获得足够的能量以提供任意给定速度下电机的最大输出转矩。但是，霍耳效应传感器的结构却在很多不同的方面限制了电机。

同固态电路组件相比，霍耳效应传感器一般较大，对小电机来说，就存在这样的问题：即必须为正确安装传感器寻找足够的空间。但是，甚至假定在已存在的电机中提供了这样的传感器，因为传感器的最大工作温度大约为150℃，所以使用这些传感器的无刷直流电机在F绝缘级以上的工作温度下运行仍是不合适的。而且，由于霍耳效应传感器的复杂性，温度限制和其它的原因将降低无刷直流电机的可靠性。进一步，在制造过程中，校准传感器有一定困难，与此相关还有费力且昂贵的材料费等缺点。这使得交流感应电机用户不太愿意转到高效、高功率密度的无刷直流电机的使用。而且，当使用霍耳传感器时，电机与驱动的连接也有复杂性，还存在对绕组方向的敏感性问题。

过去有多个方案建议，通过使用反电动势信号和在特殊方式下运行电机，来制造无传感器(即无霍耳效应传感器)无刷直流电机。如，通过使用Micro Linear开发的常规芯片ML 4410和ML4411，为线性模式无刷无传感器直流电机驱动提供控制器，它可以按通常用来驱动个人计算机内的硬盘所需功率值大小或当不考虑电机效率时，成功地对电机驱动电路进行操作。其它的提法包括那些美国专利5166583和5223772。在美国专利4928043中，使用锁相环锁相跟踪反电动势，并且在一新的电机结构中可产生一个可工作的无刷无传感器直流电机。然而，没有一个已有技术的提议涉及到已存在电机的问题。实际上，现在却有成千上万的无刷直流调速电机驱动器(如6步)，带有霍耳传感器，这些霍耳传感器运行在有限的容量内，并且/或者维修和可靠性都较差，如果替换它们，成本上不合算。而且，希望提供一种新的-除式样翻新外-结构的电机或其它旋转电机，它们的结构简单但多样。即，同常规电机相比，新电机应具有高可靠性，精确的速度调节，简单的安装，低价格电机，尺寸小，重量轻以及由于转子惯性减小导致的快速响应等特点。

根据本发明，这里提供了提高直流无刷电机性能的方法，以及改进的直流电机和相似的旋转电机与适合于电机使用的电路。电路重新改进后能用于使用霍耳传感器的电机，它们代替了那些传感器因而比较经济地实现了高可靠性的优点是使工作温度范围变宽，即不必替换整个电机驱动器。根据本发明构成的新电机也实现了预想的结果，即相比于常规的无刷直流电机而言具有高可靠性和宽的温度范围，具有精确的速度调节，安装简单，电机与常规电机相比成本低、尺寸小、重量轻，且由于转子惯性降低而导致响应时间更为迅速。

根据本发明的一个方面，这里提供了一种增强无刷电机性能的方法，此无刷直流电机具有多个霍耳传感器和一个频率一电压转换电路。此法包括以下几步：a)除去或使霍耳传感器和频率-电压转换电路失效；以及b)使换相错误检测电路和直流电机与电压控制振荡器相连，使一个固态电路与压控振荡器可操作性地相连以提供基本上同霍耳效应传感器相同的输出信号，因此从功能上代替霍耳效应传感器。步骤(b)可以这样实现：把多个数据(D)触发器和一与非门与VCO可操作性地相连，例如在VCO与每个D触发器的时钟脉冲(CP)输入端之间连一个开关。如，可以用3个D触发器通过一个开关同VCO相连。

根据本发明，也希望能实现现有电机的一些其它有利的结果。比如，可能进一步把反向电路与步骤(b)中的固态电路相连，把起动电路(如转子校准电路)与固态电路相连，以及或者把采样逻辑电路与固态电路相连，目的是为了从固态电路的输出结果中构成采样逻辑以便决定哪一相位不通电相。