專利名稱：基于反電動(dòng)勢(shì)的電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。本發(fā)明具體涉及用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的電路以及對(duì)應(yīng)的方法，并且本發(fā)明也涉及包括該電路的閥和飛機(jī)。
背景技術(shù)：
如今，電動(dòng)機(jī)是廣泛使用的用于將電流轉(zhuǎn)換成機(jī)械力的電動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)換器。它們通?；陔姶帕Φ奈锢憩F(xiàn)象。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，其能夠影響接近該電流的另一磁場(chǎng)。因此，電流能夠用于轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的磁轉(zhuǎn)子和與該轉(zhuǎn)子連接的軸。
另一方面，接近導(dǎo)線的變化磁場(chǎng)在導(dǎo)線中產(chǎn)生電壓。這種電壓被稱為反電動(dòng)勢(shì)。在這個(gè)文件中，術(shù)語反電動(dòng)勢(shì)用于這樣的電動(dòng)勢(shì)。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種特殊的電動(dòng)機(jī)。典型地，其具有多個(gè)繞組，所述多個(gè)繞組是定子的一部分并且對(duì)轉(zhuǎn)子有影響，其中轉(zhuǎn)子能夠由永磁體制造。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于，由于其具有多個(gè)定子繞組，因此其能夠被精確定位。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要驅(qū)動(dòng)器，其控制定子的多個(gè)繞組。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器例如通過以與轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)?yīng)的順序控制供電電動(dòng)機(jī)的不同繞組而限定其中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器也能夠控制電動(dòng)機(jī)的速度。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠用于其中需要控制機(jī)械力的多種應(yīng)用中，并且能夠例如用于控制飛機(jī)中的空調(diào)系統(tǒng)的閥。有必要確定閥的位置以能夠?qū)⒄_的控制脈沖發(fā)送到電動(dòng)機(jī)以控制閥的開度。因此通常需要附加的傳感器以確定閥的位置。這些附加的傳感器意味著附加的重量，其在飛機(jī)的情況下可能是一個(gè)缺點(diǎn)。
用于確定例如閥的位置的另一選項(xiàng)將是識(shí)別控制該閥的電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)。功能狀態(tài)是指通過分析電動(dòng)機(jī)是否正在轉(zhuǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)多少，閥的大概位置是可確定的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的改進(jìn)的電子電路。
根據(jù)依權(quán)利要求1的本發(fā)明的一方面，上述目的可以通過用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的電路而解決，所述電路包括傳感器和檢測(cè)單元，其中所述傳感器是電動(dòng)機(jī)的一部分。檢測(cè)單元適合于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)，其中電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)是轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)和鎖定功能狀態(tài)中之一。
有利地，該電路可以能夠檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際狀態(tài)。因此，其能夠識(shí)別電動(dòng)機(jī)是正在轉(zhuǎn)動(dòng)還是被鎖定。在電動(dòng)機(jī)的軸沒有被障礙物阻擋的情形下，軸可以根據(jù)控制信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)，該控制信號(hào)是電動(dòng)機(jī)通過電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器接收的。否則，如果軸被鎖定，那么電動(dòng)機(jī)會(huì)指示在該時(shí)刻有東西在阻擋軸。分析電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)可以給予控制單元根據(jù)功能狀態(tài)而作出反應(yīng)的可能性。
與具有附加元件以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)形成對(duì)照，作為電動(dòng)機(jī)的一部分的傳感器可以有利地節(jié)省重量。所以電動(dòng)機(jī)中的集成傳感器可以幫助節(jié)省使用根據(jù)本發(fā)明的電路的飛機(jī)的重量。
根據(jù)如權(quán)利要求2所述的本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，傳感器還包括線圈，其中使該線圈如此適應(yīng)，以致于當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在該線圈中感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)。
線圈中的反電動(dòng)勢(shì)的感應(yīng)代表了與實(shí)際功能狀態(tài)相關(guān)的電動(dòng)機(jī)的反饋信號(hào)。如果電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)，包括轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，則反電動(dòng)勢(shì)被感應(yīng)。這種反饋信號(hào)可以被看成是機(jī)械值到電子值的轉(zhuǎn)換。這種成為電子值的轉(zhuǎn)換使得可以使用電子電路來分析實(shí)際的功能狀態(tài)。
根據(jù)如權(quán)利要求3所述的本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，所述線圈是電動(dòng)機(jī)的定子的繞組。使用電動(dòng)機(jī)的定子繞組作為線圈可以允許使用電動(dòng)機(jī)的一部分作為傳感器。于是可以從電動(dòng)機(jī)獲得反饋信號(hào)，而不必有附加的部件用于該反饋機(jī)構(gòu)。
根據(jù)如權(quán)利要求4所述的本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，該電路還包括差動(dòng)放大器。該差動(dòng)放大器包括第一和第二輸入，其中第一輸入連接到電源電壓并且第二輸入連接到線圈。
差動(dòng)放大器能夠?qū)蓚€(gè)輸入電壓相減，并且能夠在其輸出產(chǎn)生表示輸入電壓差的信號(hào)。由于反電動(dòng)勢(shì)是電壓并且電源電壓是電壓，所以可以通過相減而比較這兩個(gè)信號(hào)。
根據(jù)如權(quán)利要求5所述的本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，差動(dòng)放大器包括第一輸出。差動(dòng)放大器適合于在此第一輸出處產(chǎn)生第一差動(dòng)信號(hào)和第二差動(dòng)信號(hào)中之一。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，差動(dòng)放大器在其第一輸出處產(chǎn)生與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的第一差動(dòng)信號(hào)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的軸被鎖定并且電動(dòng)機(jī)被阻擋時(shí)，在差動(dòng)放大器第一輸出處產(chǎn)生與電動(dòng)機(jī)的鎖定功能狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的第二差動(dòng)信號(hào)。第一和第二差動(dòng)信號(hào)在采樣時(shí)間點(diǎn)上是不同的。采樣時(shí)間點(diǎn)存在于采樣時(shí)間間隔中，并且能夠用于采樣第一和第二差動(dòng)信號(hào)并且使它們不同。
有利地，在差動(dòng)放大器的第一輸出處可以取決于電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)產(chǎn)生特征時(shí)間相關(guān)信號(hào)。于是可能僅必須分析差動(dòng)放大器的輸出以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功能狀態(tài)。由于與轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)和與電動(dòng)機(jī)的鎖定功能狀態(tài)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)具有不同的特性，它們可以被區(qū)分。可以通過僅比較在采樣時(shí)間點(diǎn)所取的一個(gè)樣本值而區(qū)分兩個(gè)信號(hào)，以檢測(cè)是第一還是第二差動(dòng)信號(hào)為差動(dòng)放大器的第一輸出處的實(shí)際信號(hào)。
根據(jù)如權(quán)利要求6所述的本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，該電路還包括采樣保持電路。采樣保持電路連接到差動(dòng)放大器的第一輸出。采樣保持電路也連接到電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器適合于在采樣時(shí)間點(diǎn)觸發(fā)采樣保持電路對(duì)第一差動(dòng)信號(hào)和第二差動(dòng)信號(hào)中之一進(jìn)行采樣。
有利地，采樣保持電路能夠僅在規(guī)定的時(shí)間測(cè)量值并且存儲(chǔ)該值，直到該值由隨后的分析器處理。對(duì)采樣保持電路使用電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器作為觸發(fā)器使得可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)同步信號(hào)的采樣。觸發(fā)時(shí)間點(diǎn)是周期信號(hào)，所以它可與電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)相關(guān)。
由于電動(dòng)機(jī)的定子的繞組被用作傳感器，所以向電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)調(diào)整采樣時(shí)間點(diǎn)可能是有利的?？赡苁嵌ㄗ拥睦@組用于轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。因此，定子的繞組被加載電流以產(chǎn)生磁場(chǎng)來轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子能夠包括永磁體。于是當(dāng)線圈被加載電流時(shí)，其不可以用于收集反電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器知道什么時(shí)間線圈被加載電流并且因此能夠在正確的時(shí)間觸發(fā)采樣保持電路。該正確時(shí)間可以是當(dāng)?shù)谝缓偷诙顒?dòng)信號(hào)不同并且線圈為空載的時(shí)刻。就采樣保持電路而言，不同的時(shí)間相關(guān)的第一和第二差動(dòng)信號(hào)被減小到表示電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的離散值。
根據(jù)如權(quán)利要求7所述的本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，該電路還包括比較器。比較器具有第三和第四輸入以及第二輸出。比較器的第三輸入連接到采樣保持電路。比較器的第四輸入連接到參考電壓。比較器適合于將第三輸入與第四輸入比較并能夠在第二輸出處提供第三信號(hào)，其中第三信號(hào)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)。
比較器能夠比較兩個(gè)電壓。因?yàn)榈谝徊顒?dòng)信號(hào)和第二差動(dòng)信號(hào)在采樣時(shí)間點(diǎn)不同，所以有利地通過將比較器的第三輸入與參考值比較是可能的，如果第一或第二差動(dòng)信號(hào)可得的話。換句話說，第一和第二差動(dòng)信號(hào)是隨時(shí)間的電壓周期函數(shù)。第一差動(dòng)信號(hào)和第二差動(dòng)信號(hào)的電壓在采樣時(shí)間點(diǎn)不同。在采樣時(shí)間點(diǎn)采樣這些周期函數(shù)將時(shí)間函數(shù)的檢測(cè)減小到離散電壓值的檢測(cè)。為了識(shí)別實(shí)際離散電壓值和識(shí)別實(shí)際功能狀態(tài)，使用了比較器。在比較器的第二輸出處的離散值對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)。
根據(jù)如權(quán)利要求8所述的本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，該電路還包括顯示器，其中該顯示器適合于顯示電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)。提供顯示器有利地使將電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)可視化成為可能。于是可以快速地獲得電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功能狀態(tài)的概貌。
根據(jù)如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，該電路還包括微處理器。微處理器適合于將控制信號(hào)發(fā)送到電動(dòng)機(jī)，其中控制信號(hào)是控制電動(dòng)機(jī)在第一方向上轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)和控制電動(dòng)機(jī)在第二方向上轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)中之一。微處理器還適合于確定與控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)。于是通過分析電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)，微處理器能夠檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的可操作性，其中可操作性對(duì)應(yīng)于第一和第二鎖定功能狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。
微處理器有利地能夠用于定義機(jī)械系統(tǒng)的可操作性，例如，其能夠是用于機(jī)械系統(tǒng)可操作性的下述指示電動(dòng)機(jī)的一定順序的功能狀態(tài)遵循控制信號(hào)。所以它能夠是系統(tǒng)可操作性的下述指示在兩個(gè)鎖定功能狀態(tài)之間檢測(cè)用于轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)的一定持續(xù)時(shí)間。微處理器可以有利地能夠控制電動(dòng)機(jī)并且分析電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)，以便微處理器僅提供系統(tǒng)是否可操作的信號(hào)。這在維護(hù)之前對(duì)飛機(jī)中的系統(tǒng)進(jìn)行檢查可能是必要的。
權(quán)利要求10提供了本發(fā)明的進(jìn)一步的有利的示范實(shí)施例。
根據(jù)如權(quán)利要求11所述的本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，提供了由電動(dòng)機(jī)控制的閥，所述電動(dòng)機(jī)包括根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的電路。
閥通常由電動(dòng)機(jī)控制。為了確定可操作性，通常這些閥具有附加的位置檢測(cè)器。使用具有根據(jù)本發(fā)明的電路的電動(dòng)機(jī)使得可以使用沒有附加位置檢測(cè)器的閥。因此，可以節(jié)省該閥的重量。
權(quán)利要求12涉及包括根據(jù)本發(fā)明的電路的飛機(jī)。
根據(jù)如權(quán)利要求13所述的本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，提供一種用于借助于傳感器來檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的方法，其中傳感器是電動(dòng)機(jī)的一部分。
根據(jù)如權(quán)利要求14所述的本發(fā)明的另一示范實(shí)施例，提供一種用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的方法。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在第一方向上轉(zhuǎn)動(dòng)并且在線圈中感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)。此反電動(dòng)勢(shì)能夠與電源電壓比較并且能夠產(chǎn)生第一差動(dòng)信號(hào)和第二差動(dòng)信號(hào)中之一。第一差動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)，并且第二差動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的鎖定功能狀態(tài)。第一和第二差動(dòng)信號(hào)在采樣時(shí)間點(diǎn)是不同的。所以第一差動(dòng)信號(hào)和第二差動(dòng)信號(hào)中之一在采樣時(shí)間點(diǎn)被采樣。第一差動(dòng)信號(hào)和第二差動(dòng)信號(hào)中之一與參考電壓比較并且因此電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)被確定并且能夠被提供。
可以看作本發(fā)明的示范實(shí)施例的要點(diǎn)的是，能夠通過使用與傳感器結(jié)合的電路提供電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)，其中傳感器是電動(dòng)機(jī)的一部分。這允許為能夠確定電動(dòng)機(jī)功能狀態(tài)的系統(tǒng)節(jié)省重量。
本發(fā)明的這些以及其它方面將參照下文中描述的實(shí)施例而變得明顯并被闡明。


下面將參照下列附圖描述本發(fā)明的示范實(shí)施例圖1示出本發(fā)明示范實(shí)施例的符號(hào)框圖。
圖2示出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的示意表示。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的電路的邏輯結(jié)構(gòu)布局。
圖4示出表示轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)的第一差動(dòng)信號(hào)的時(shí)間圖。
圖5示出表示鎖定功能狀態(tài)的第二差動(dòng)信號(hào)的時(shí)間圖。
圖6示出用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的方法的流程圖。
圖7示出包括根據(jù)本發(fā)明的電路的飛行器。
具體實(shí)施例方式
圖1示出本發(fā)明示范實(shí)施例的符號(hào)框圖。由數(shù)字2指示的框表示用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器2負(fù)責(zé)限定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的旋轉(zhuǎn)速度。因此，驅(qū)動(dòng)器2發(fā)送控制信號(hào)到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48可以用于移動(dòng)類似閥49的機(jī)械系統(tǒng)。在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48中結(jié)合有能夠識(shí)別電動(dòng)機(jī)48的功能狀態(tài)的傳感器50。傳感器50可以是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的線圈，其具有的優(yōu)點(diǎn)在于不需要對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48增加用于確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的實(shí)際狀態(tài)的附加裝置。
由傳感器50確定的信號(hào)由功能狀態(tài)檢測(cè)單元52接收。功能狀態(tài)檢測(cè)單元52是電子電路，其能夠根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的功能狀態(tài)遞送離散信號(hào)。有兩種可能的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的功能狀態(tài)，即對(duì)應(yīng)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48和軸56的轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)和對(duì)應(yīng)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48和軸56的鎖定狀態(tài)的鎖定功能狀態(tài)。功能狀態(tài)檢測(cè)單元52由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器2觸發(fā)。因此功能狀態(tài)檢測(cè)單元52和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器2之間的連接是可用的。
由功能狀態(tài)確定電路52提供的離散功能狀態(tài)值被提供到估計(jì)單元54。估計(jì)單元54可以例如是顯示器53，顯示實(shí)際功能狀態(tài)；或微處理器55，其能夠處理接收的功能狀態(tài)并且分析該信號(hào)。如果必須分析一系列的功能狀態(tài)，則微處理器55可能是必要的。
圖2示出了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的示意表示。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48包括轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子包括具有磁性南極22和磁性北極23的永磁體。軸56位于轉(zhuǎn)子中間，如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48被接通則軸56旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的定子成十字形地圍繞轉(zhuǎn)子以90°的跨度被定位。定子包括繞組14、16、18和20，以及由繞組所圍繞的芯。流過繞組14、16、18和20中的每個(gè)的電流使定子建立磁極。定子的極性吸引轉(zhuǎn)子的相關(guān)極22或23。隨著轉(zhuǎn)子，軸56也旋轉(zhuǎn)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子處于其中相對(duì)的極彼此相對(duì)而放置的穩(wěn)定位置。
為了旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)48，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器2以交替順序控制通過繞組14、16、18和20的電流的流動(dòng)。換句話說，例如為了順時(shí)針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子和軸56，驅(qū)動(dòng)器2在第一相6加載電流，以使電流從電壓電源4通過繞組14流回到第一相6，在定子繞組14上產(chǎn)生吸引相關(guān)磁極22或23的磁極性。然后驅(qū)動(dòng)器2將電流切換到第二相8上，并且使電流從電壓電源4流到繞組16并返回到第二相8。繞組16的定子現(xiàn)在具有與之前繞組14的定子相同的磁極性，并且現(xiàn)在繞組16的磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子的極22，其導(dǎo)致軸的90度旋轉(zhuǎn)。然后對(duì)第三相10和繞組18執(zhí)行同樣的操作并且然后對(duì)第四相12和繞組20執(zhí)行同樣的操作。然后再從第一相6和繞組14開始。要以另一方向旋轉(zhuǎn)軸56，以相反順序進(jìn)行該次序。
如從上面可以看到的，為了旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的軸，定子的繞組僅被短時(shí)間供電。其余時(shí)間繞組不被驅(qū)動(dòng)器2供電，以便感應(yīng)的物理現(xiàn)象在自由繞組中產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)(EMF)。反EMF僅在包括永磁體22、23的轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)中時(shí)出現(xiàn)。所以EMF的存在指示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)48的功能狀態(tài)的電路的邏輯結(jié)構(gòu)布局。該圖示出了控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的驅(qū)動(dòng)器2。通過以限定的順序供電相6、8、10和12并且供電電動(dòng)機(jī)48的定子的相關(guān)繞組14、16、18和20，驅(qū)動(dòng)器2引起電動(dòng)機(jī)48和軸56的旋轉(zhuǎn)。用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)48的功能狀態(tài)的電路52連接到導(dǎo)線4并且連接到相6、8、10或12中之一。導(dǎo)線4具有電源電壓的電勢(shì)。在圖3中，用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)48的功能狀態(tài)的電路52連接到第四相12。電源電壓4連接到差動(dòng)放大器24的第一輸入。相12的信號(hào)連接到差動(dòng)放大器24的第二輸入28。
相12的信號(hào)也是電壓。放大器24將第一輸入26和第二輸入28上的信號(hào)相減并且將結(jié)果提供在第一輸出30上。根據(jù)電動(dòng)機(jī)48的功能狀態(tài)，差動(dòng)放大器的第二輸入28上的信號(hào)具有特性化的格式。這樣一來，在第一輸出30提供的信號(hào)也具有特性化的格式。其是隨時(shí)間的電壓的函數(shù)。差動(dòng)放大器的第一輸出30上的信號(hào)的兩種不同格式能夠被區(qū)分。
第一差動(dòng)信號(hào)64對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)48的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)。第二差動(dòng)信號(hào)62對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)48的鎖定功能狀態(tài)。這兩個(gè)差動(dòng)信號(hào)是周期信號(hào)，并且它們之間的差在采樣時(shí)間點(diǎn)最明顯，所述采樣時(shí)間點(diǎn)位于采樣時(shí)間間隔58、60中。輸出30的相關(guān)差動(dòng)信號(hào)被提供到采樣保持電路36的輸入32。采樣保持電路36能夠在規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)采樣輸入信號(hào)。采樣保持電路36采樣輸入32上的輸入信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)是由連接到采樣保持電路的輸入34的觸發(fā)器所規(guī)定的。輸入34連接到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的驅(qū)動(dòng)器2。驅(qū)動(dòng)器2具有與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)相關(guān)的詳細(xì)信息。因此，可以在對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)48的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)的第一差動(dòng)信號(hào)64和對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)48的鎖定功能狀態(tài)的第二差動(dòng)信號(hào)62最明顯不同的時(shí)間點(diǎn)觸發(fā)采樣保持電路36。在采樣時(shí)間點(diǎn)采樣輸入32上的信號(hào)，其為第一差動(dòng)信號(hào)64和第二差動(dòng)信號(hào)62中之一，使得更容易檢測(cè)實(shí)際差動(dòng)信號(hào)。采樣保持電路36的采樣值被提供到低通濾波器38以在該信號(hào)接收到比較器44的第三輸入42之前平滑該信號(hào)。
比較器44的第四輸入40連接到參考電壓41。比較器44能夠?qū)⒌谌斎?2上的信號(hào)與輸入40上的信號(hào)比較，并且指示輸入42上的信號(hào)是低于還是高于第四輸入40上的參考電壓41。如果第三輸入42上的信號(hào)低于第四輸入40的參考電壓41，則比較器44的第二輸出46上的結(jié)果指示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)功能性。
否則，如果第三輸入42上的信號(hào)高于參考電壓41，則第二輸出46上的信號(hào)指示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的鎖定狀態(tài)。因此，比較器44的第二輸出46處的信號(hào)是指示電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的離散值。該信號(hào)例如可以由后處理器使用，例如用于在顯示器53上將狀態(tài)可視化，或該信號(hào)可以用于借助微處理器55分析功能狀態(tài)。
可以使用微處理器55作為估計(jì)單元54以將控制信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)器2。微處理器55借助在正常狀況下使用的程序通過驅(qū)動(dòng)器2控制電動(dòng)機(jī)48。例如，電動(dòng)機(jī)48可以用于控制閥。閥49的可操作狀況是指例如在關(guān)閉位置，電動(dòng)機(jī)的軸是鎖定的。此鎖定功能狀態(tài)必須由微控制器檢測(cè)。然后微控制器能夠切換用于轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)48的方向，并且作為結(jié)果，其將在比較器44的第二輸出46上接收對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)48的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)的信號(hào)。此信號(hào)將由估計(jì)單元54在一定時(shí)間段接收，直到閥49將鎖定電動(dòng)機(jī)48的軸56(指示其到達(dá)末端位置)。從那個(gè)時(shí)刻起，微處理器55將再次接收電動(dòng)機(jī)48的鎖定功能狀態(tài)。通過結(jié)合轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間分析鎖定功能狀態(tài)和轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)的順序，微處理器55能夠識(shí)別閥的可操作性。
圖4示出表示轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)的第一差動(dòng)信號(hào)64的時(shí)間圖。該圖示出第一差動(dòng)信號(hào)64的曲線。在x軸上印有時(shí)間，并且在縱坐標(biāo)上印有信號(hào)64的電壓。例如，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)48的軸56以每秒540步而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)48無阻擋地轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從差動(dòng)放大器24的第一輸出30取第一差動(dòng)信號(hào)64。如從圖4可以看到的，第一差動(dòng)信號(hào)64是周期信號(hào)。因此該信號(hào)在持續(xù)時(shí)間59之后被重復(fù)。周期信號(hào)對(duì)于旋轉(zhuǎn)是典型的。將第一差動(dòng)信號(hào)64與第二差動(dòng)信號(hào)62比較可以看到在時(shí)間間隔58和60中信號(hào)64和62最明顯不同。例如，采樣間隔58和60的區(qū)域中的第一差動(dòng)信號(hào)64的值能夠是-16伏。所以在間隔58或60的時(shí)間點(diǎn)處采樣第一差動(dòng)信號(hào)64對(duì)區(qū)分第一差動(dòng)信號(hào)64與第二差動(dòng)信號(hào)62最可靠。在信號(hào)64的最后四分之一處能夠看到信號(hào)64的矩形格式61。在此實(shí)例中，信號(hào)64是通過導(dǎo)線4上的電源電壓與第四相12上的信號(hào)相減而產(chǎn)生的。矩形區(qū)域61是當(dāng)相12和繞組20由驅(qū)動(dòng)器2供電并且不能用于檢測(cè)信號(hào)時(shí)的區(qū)域。
圖5示出表示鎖定功能狀態(tài)的第二差動(dòng)信號(hào)的時(shí)間圖。類似于圖4，圖5示出在差動(dòng)放大器24的第一輸出30處的第二差動(dòng)信號(hào)62。在x軸上印有時(shí)間，并且在縱坐標(biāo)上印有信號(hào)62的電壓。電動(dòng)機(jī)48由驅(qū)動(dòng)器2控制以每秒540步而旋轉(zhuǎn)，但是電動(dòng)機(jī)軸被鎖定。采樣時(shí)間間隔58和60中的信號(hào)的值是0伏。所以取時(shí)間間隔58或60中的采樣時(shí)間點(diǎn)使得可以以高可靠性、通過在采樣時(shí)間點(diǎn)僅采樣一個(gè)值而在第一差動(dòng)信號(hào)64與第二差動(dòng)信號(hào)62之間區(qū)分。
圖6示出用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的方法的流程圖。步驟S1指示電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在第一方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，并且由于轉(zhuǎn)子包括永磁體的極22和23，根據(jù)轉(zhuǎn)子的永磁體的位置在線圈14、16、18或20中感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)。在步驟S3中通過反電動(dòng)勢(shì)與電源電壓4相減來比較電源電壓4和反電動(dòng)勢(shì)，在步驟S4中產(chǎn)生第一差動(dòng)信號(hào)64和第二差動(dòng)信號(hào)62中之一。第一差動(dòng)信號(hào)64對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)48的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)。第二差動(dòng)信號(hào)62對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)48的鎖定功能狀態(tài)。在步驟S5中，相關(guān)差動(dòng)信號(hào)在采樣時(shí)間點(diǎn)被采樣。將步驟S6中采樣的結(jié)果信號(hào)與參考電壓41比較。在步驟S7中確定電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功能狀態(tài)，并且在步驟S8中提供電動(dòng)機(jī)48的功能狀態(tài)。
圖7示出包括根據(jù)本發(fā)明的電路的飛行器。
應(yīng)該注意術(shù)語“包括”不排除其它元件或步驟，并且“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)，并且單個(gè)處理器或系統(tǒng)可以完成如權(quán)利要求中所述的幾個(gè)裝置的功能。另外可以將結(jié)合不同實(shí)施例描述的元件進(jìn)行組合。
也應(yīng)該注意權(quán)利要求中的任何參考符號(hào)不應(yīng)該被理解限定權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的電路，所述電路包括傳感器(50)；檢測(cè)單元(52)；其中所述傳感器是所述電動(dòng)機(jī)(48)的一部分；其中所述檢測(cè)單元適合于檢測(cè)所述電動(dòng)機(jī)(48)的功能狀態(tài)；其中所述電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)是轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)(64)和鎖定功能狀態(tài)(62)中之一。
2.如權(quán)利要求1的電路，其中所述傳感器進(jìn)一步包括線圈(14、16、18、20)；其中使所述線圈(14、16、18、20)如此適應(yīng)，以致于所述電動(dòng)機(jī)(48)的轉(zhuǎn)子當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時(shí)在所述線圈(14、16、18、20)中感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)。
3.如權(quán)利要求2的電路，其中所述線圈(14、16、18、20)是所述電動(dòng)機(jī)(48)的定子的繞組。
4.如權(quán)利要求3的電路，其中所述檢測(cè)單元(52)進(jìn)一步包括差動(dòng)放大器(24)；其中所述差動(dòng)放大器(24)包括第一(26)和第二(28)輸入；其中所述第一輸入(24)連接到電源電壓；其中所述第二輸入連接到所述線圈(14、16、18、20)。
5.如權(quán)利要求4的電路，其中所述差動(dòng)放大器(24)包括第一輸出(30)；其中所述差動(dòng)放大器(24)適合于在所述第一輸出(30)處產(chǎn)生第一差動(dòng)信號(hào)(64)和第二差動(dòng)信號(hào)(62)中之一；其中所述第一差動(dòng)信號(hào)(64)對(duì)應(yīng)于所述電動(dòng)機(jī)(48)的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)；其中所述第二差動(dòng)信號(hào)(62)對(duì)應(yīng)于所述電動(dòng)機(jī)(48)的鎖定功能狀態(tài)；其中所述第一差動(dòng)信號(hào)(64)和所述第二差動(dòng)信號(hào)(62)在采樣時(shí)間點(diǎn)不同；其中所述采樣時(shí)間點(diǎn)存在于采樣時(shí)間間隔(58、60)中。
6.如權(quán)利要求5的電路，其中所述檢測(cè)單元進(jìn)一步包括采樣保持電路(36)；其中所述采樣保持電路(36)連接到所述差動(dòng)放大器(24)的所述第一輸出(30)；其中所述采樣保持電路(36)連接到所述電動(dòng)機(jī)(48)的驅(qū)動(dòng)器(2)；其中所述電動(dòng)機(jī)(48)的驅(qū)動(dòng)器(2)適合于在所述采樣時(shí)間點(diǎn)觸發(fā)所述采樣保持電路(36)，以便對(duì)所述第一差動(dòng)信號(hào)(64)和所述第二差動(dòng)信號(hào)(62)中之一進(jìn)行采樣。
7.如權(quán)利要求6的電路，其中所述檢測(cè)單元進(jìn)一步包括比較器(44)；其中所述比較器(44)具有第三(42)和第四(40)輸入；其中所述比較器(44)具有第二輸出(46)；其中所述比較器(44)的第三輸入(42)連接到所述采樣保持電路(36)；其中所述比較器(44)的第四輸入(40)連接到參考電壓(41)；其中所述比較器(44)適合于將所述第三輸入(42)與所述第四輸入(40)比較；其中所述比較器(44)適合于在所述第二輸出(46)處提供第三信號(hào)；其中所述第三信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述電動(dòng)機(jī)(48)的功能狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求7的電路，進(jìn)一步包括顯示器；其中所述顯示器適合于顯示所述電動(dòng)機(jī)(48)的功能狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求7的電路，進(jìn)一步包括微處理器(55)；其中所述微處理器(55)適合于將控制信號(hào)發(fā)送到所述電動(dòng)機(jī)(48)；其中所述控制信號(hào)是控制所述電動(dòng)機(jī)(48)在第一方向上轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)和控制所述電動(dòng)機(jī)(48)在第二方向上轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)中之一；其中所述微處理器(55)適合于確定對(duì)應(yīng)于所述控制信號(hào)的所述電動(dòng)機(jī)(48)的功能狀態(tài)；其中所述微處理器(55)適合于分析所述電動(dòng)機(jī)(48)的功能狀態(tài)；其中所述微處理器(55)適合于檢測(cè)所述電動(dòng)機(jī)(48)的可操作性；其中所述可操作性對(duì)應(yīng)于第一和第二鎖定功能狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。
10.如權(quán)利要求1的電路，其中所述電動(dòng)機(jī)(48)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
11.一種由電動(dòng)機(jī)控制的閥，其中所述電動(dòng)機(jī)(48)包括權(quán)利要求1的所述電路。
12.一種飛機(jī)，其包括權(quán)利要求1的所述電路。
13.一種用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的方法，其包括以下步驟借助于作為電動(dòng)機(jī)的一部分的傳感器來檢測(cè)所述電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)。
14.如權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在第一方向上轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(48)的轉(zhuǎn)子；在線圈(14、16、18、20)中感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)；將所述反電動(dòng)勢(shì)與電源電壓比較；產(chǎn)生第一差動(dòng)信號(hào)(64)和第二差動(dòng)信號(hào)(62)中之一；其中所述第一差動(dòng)信號(hào)(64)對(duì)應(yīng)于所述電動(dòng)機(jī)(48)的轉(zhuǎn)動(dòng)功能狀態(tài)；其中所述第二差動(dòng)信號(hào)(62)對(duì)應(yīng)于所述電動(dòng)機(jī)(48)的鎖定功能狀態(tài)；其中在采樣時(shí)間點(diǎn)所述第一差動(dòng)信號(hào)(64)與所述第二差動(dòng)信號(hào)(62)不同；在所述采樣時(shí)間點(diǎn)采樣所述第一差動(dòng)信號(hào)(64)和所述第二差動(dòng)信號(hào)(62)中之一；將所述第一差動(dòng)信號(hào)和所述第二差動(dòng)信號(hào)中之一與參考電壓比較；確定所述電動(dòng)機(jī)(48)的功能狀態(tài)；提供所述電動(dòng)機(jī)(48)的功能狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的電路。典型的電動(dòng)機(jī)需要附加部件以識(shí)別電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)。這對(duì)于確定該功能狀態(tài)的該電動(dòng)機(jī)意味著附加的重量。根據(jù)本發(fā)明提供了這樣的電路，其使用電動(dòng)機(jī)的一部分作為用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的功能狀態(tài)的傳感器。
文檔編號(hào)H02P6/18GK101053148SQ200480044023
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者于爾根·克爾恩霍費(fèi)爾, 托馬斯·舍雷爾, 斯特芬·卡爾索, 阿爾維·比庫姆, 約翰·馬連尼安, 大衛(wèi)·利恩霍茨, 瓦爾特·S·霍伊諾夫斯基 申請(qǐng)人:空中客車德國(guó)有限公司, 漢勝公司