相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)的權(quán)益。2014年9月19號(hào)提交的62/052,865(911-005.079-1//f-flj-x0015)；2014年10月31號(hào)提交的62/073,324(911-005.080-1//f-flj-x0016)；和2015年2月11號(hào)提交的62/114,730(911-005.081-1//f-flj-x0017)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及馬達(dá)控制技術(shù)；更具體地涉及可以用于控制來(lái)自泵的流體流動(dòng)的馬達(dá)控制技術(shù)。

背景技術(shù)：

有很多設(shè)備用于測(cè)量馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)。

測(cè)功機(jī)通過(guò)機(jī)械地將軸耦合到旋轉(zhuǎn)傳感器來(lái)測(cè)量馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)。

編碼器是機(jī)械地耦合到馬達(dá)軸的另一設(shè)備。編碼器使用有圖案的輪子，該輪子可以包含用于光學(xué)傳感器的孔、用于磁性傳感器的磁體或者用于電傳感器的觸點(diǎn)。用于測(cè)量馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的另一種方法是依賴于用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的pwm電壓的關(guān)閉時(shí)間期間由旋轉(zhuǎn)芯產(chǎn)生的反emf，該方法在us20130081718a1中描述。

在上述設(shè)備中使用的已知技術(shù)的一個(gè)問(wèn)題是，與測(cè)功機(jī)和編碼器的情況一樣，機(jī)械地耦合到馬達(dá)的任何設(shè)備將需要來(lái)自馬達(dá)的功以提供其運(yùn)動(dòng)。這種功將增加馬達(dá)的負(fù)載。另一個(gè)缺點(diǎn)是這些方法需要被機(jī)械地耦合到馬達(dá)軸的外部設(shè)備以運(yùn)轉(zhuǎn)。這些外部的設(shè)備為安裝了它們的任何系統(tǒng)增加了額外的成本和復(fù)雜性。還有很多情況中，系統(tǒng)的空間要求排除了安裝在馬達(dá)軸上的任何外部設(shè)備的使用。

us20130081718a1描述的使用旋轉(zhuǎn)芯的反emf來(lái)確定馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度的方法有幾個(gè)缺點(diǎn)。它對(duì)不需要的電噪聲敏感，取決于施加電壓急劇變化時(shí)所采取的測(cè)量，并且由于系統(tǒng)用于推斷馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的物理性質(zhì)的溫度依賴性，還需要進(jìn)行溫度校正。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

具體實(shí)施例的示例

根據(jù)一些實(shí)施例，并且作為示例，本發(fā)明可以包括或者采取具有信號(hào)處理器、微控制器、或者信號(hào)處理模塊的裝置的形式，該裝置至少被配置為：接收包含關(guān)于由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)的測(cè)量變化的信息的信令；以及基于所接收的信令，確定包含關(guān)于馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度的信息的相應(yīng)的信令。

作為示例，裝置可以包括以下特征中的一個(gè)或者多個(gè)：

信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊可以被配置為提供相應(yīng)的信令作為包含信息的控制信令，以控制馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)，包括使用馬達(dá)控制來(lái)控制來(lái)自泵的流體的流動(dòng)。

該裝置可以包括例如霍爾效應(yīng)傳感器，該霍爾效應(yīng)傳感器被配置為感測(cè)磁通量，并且以用于實(shí)現(xiàn)馬達(dá)控制的反饋信號(hào)的形式提供信令。其他磁通量感測(cè)設(shè)備也可以被替代使用。

磁路可以包括定子、轉(zhuǎn)子、馬達(dá)的一些組合以及馬達(dá)殼體，包括其中的定子和轉(zhuǎn)子包含永磁體和鐵磁芯，或者其中的定子是繞線定子，或者其中的馬達(dá)是ac或者dc馬達(dá)。

該裝置可以包括具有馬達(dá)的泵，并且還具有配置有信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于控制來(lái)自泵的流體流量的分配。

霍爾效應(yīng)傳感器可以被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的外部，并且被配置為感測(cè)離開發(fā)動(dòng)機(jī)外殼的一部分磁場(chǎng)，包括安裝在馬達(dá)殼體的外表面上。

信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊可以被配置為通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)的測(cè)量變化來(lái)確定鐵磁芯的位置。

該裝置可以包括具有信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊的控制電路，該控制電路與反饋回路中的霍爾效應(yīng)傳感器結(jié)合；并且霍爾效應(yīng)傳感器可以被配置為感測(cè)由驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)的測(cè)量變化，并且提供包含關(guān)于測(cè)量變化信息的信令。

該裝置可以包括被配置為響應(yīng)相應(yīng)的信令并且泵送將被泵送的流體的泵，包括其中的泵是活塞或者隔膜泵。

馬達(dá)殼體可以在其中配置或者形成有槽，其被開在馬達(dá)殼體中以允許通過(guò)馬達(dá)殼體的磁通量泄漏，并且霍爾效應(yīng)傳感器可以相對(duì)于槽配置、安裝或放置，以檢測(cè)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的磁通量泄漏。

磁路可以包括配置或者建立在霍爾效應(yīng)傳感器上方的鐵磁橋，以關(guān)閉磁路，并且使更多的磁通通過(guò)包含在鐵磁橋和馬達(dá)殼體之間的霍爾效應(yīng)傳感器。作為示例，鐵磁橋可以安裝在霍爾效應(yīng)傳感器上方的馬達(dá)殼體上。

霍爾效應(yīng)傳感器可以被安裝在馬達(dá)殼體內(nèi)部，并且被配置為感測(cè)磁場(chǎng)，包括安裝在馬達(dá)殼體的內(nèi)表面上。作為示例，馬達(dá)殼體可以被配置或者形成有在其中的孔，并且霍爾效應(yīng)傳感器可以被安裝在馬達(dá)內(nèi)部，包括通過(guò)孔。由來(lái)自霍爾效應(yīng)傳感器的信號(hào)獲得的隨機(jī)噪聲由于馬達(dá)殼體充當(dāng)防護(hù)罩可以被最小化，并且由于霍爾效應(yīng)傳感器與產(chǎn)生信號(hào)的部件的接近，信號(hào)的強(qiáng)度被最大化。

該裝置可以包括相對(duì)于永磁體和鐵磁芯布置的安裝組件，并且霍爾效應(yīng)傳感器可以被安裝在馬達(dá)殼體內(nèi)部的安裝組件的某些部分上。

方法

根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明可以采取具有以下方法的形式，其特征在于步驟為：接收包含關(guān)于由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)的測(cè)量變化的信息的信令；以及基于所接收的信令，確定包含關(guān)于馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度的信息的相應(yīng)的信令。該方法可以包括用于實(shí)現(xiàn)本文所闡述的一個(gè)或者多個(gè)其他特征的步驟。

本領(lǐng)域問(wèn)題的解決方法

本發(fā)明通過(guò)測(cè)量馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)而克服了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中的上述困難，而不需要使用安裝在馬達(dá)軸上的任何外部裝置。此外，系統(tǒng)是低成本的、簡(jiǎn)單的，并且可以并入具有有限可用空間的系統(tǒng)中。

本發(fā)明還克服在us20130081718a1中描述的方法的困難。根據(jù)本文公開的本發(fā)明的方法依賴于測(cè)量物理特性的變化，而不是如us20130081718a1中所概述的方法測(cè)量它們的絕對(duì)值。這允許測(cè)量電路更簡(jiǎn)單并且更不易受到不需要的電噪聲影響。這還使系統(tǒng)對(duì)于溫度變化更具有魯棒性，因?yàn)楸粶y(cè)量的物理特性的變化比使用us20130081718a1中描述的方法測(cè)量絕對(duì)的物理特性更少依賴于溫度。此外，根據(jù)本文公開的本發(fā)明的方法，使用該方法不需要使施加電壓急劇變化，這在us20130081718a1中的方法中另有要求，因此本發(fā)明允許馬達(dá)旋轉(zhuǎn)維持在更加恒定的速度，并且產(chǎn)生更加精確的讀數(shù)。此外，us20130081718a1中描述的方法需要應(yīng)用脈寬調(diào)制的電壓，然而根據(jù)本文公開的本發(fā)明的方法，不管電源應(yīng)用的方法如何，都可以被應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

附圖包括圖1-圖22，這些圖不一定是按比例繪制，其被簡(jiǎn)單描述如下：

圖1是本領(lǐng)域已知的典型馬達(dá)的圖，并且可以應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)。

圖2是圖1中馬達(dá)內(nèi)部的圖，示出了芯和永磁體。

圖3是示出了通過(guò)理想馬達(dá)的磁通量的圖。

圖4是示出了實(shí)際(非理想)馬達(dá)中馬達(dá)外部的磁通泄漏的圖。

圖5是示出了離開典型的馬達(dá)的芯配置的磁通線的圖。

圖6包括圖6a、圖6b和圖6c，示出了當(dāng)芯沿著三個(gè)不同的角位置旋轉(zhuǎn)時(shí)馬達(dá)殼體外的磁通圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的、具有安裝在馬達(dá)外部的霍爾效應(yīng)傳感器的馬達(dá)的圖。

圖8是示出了霍爾效應(yīng)傳感器信號(hào)v、理想信號(hào)vi和參考電壓vr的電壓與時(shí)間的曲線圖。

圖9是電壓與時(shí)間的曲線圖，示出了霍爾效應(yīng)傳感器信號(hào)v的第一周期，其中有示出假信號(hào)的隨機(jī)噪聲，并且還示出了理想信號(hào)vi和參考電壓vr。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的、具有槽以允許通過(guò)馬達(dá)殼體的磁通量泄漏的馬達(dá)的圖。

圖11是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的、具有關(guān)閉磁路并且使更多磁通通過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器的磁橋的馬達(dá)的圖。

圖12是電壓與時(shí)間的曲線圖，示出了由引起錯(cuò)誤讀數(shù)的換向引起的霍爾效應(yīng)傳感器信號(hào)v的下降，其中一個(gè)錯(cuò)誤讀數(shù)被標(biāo)記并且被識(shí)別。

圖13是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的、具有安裝在馬達(dá)內(nèi)部的霍爾效應(yīng)傳感器的馬達(dá)的圖。

圖14是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的、具有放置在馬達(dá)殼體中用于內(nèi)部安裝霍爾效應(yīng)傳感器的孔的馬達(dá)的圖。

圖15是電壓與時(shí)間的曲線圖，示出了由馬達(dá)換向引起的霍爾效應(yīng)傳感器信號(hào)的下降不再影響微控制器對(duì)霍爾效應(yīng)傳感器的正確讀數(shù)。

圖16是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的、具有用于馬達(dá)控制的反饋回路的馬達(dá)系統(tǒng)的圖。

圖17是簡(jiǎn)單的理想隔膜泵的圖。

圖18包括圖18a至圖18d，示出了圖17中的隔膜泵，其中圖18a示出了靜止的隔膜泵，圖18b示出了當(dāng)流體以與隔膜的正垂直位移進(jìn)入泵時(shí)；圖18c示出了當(dāng)水以與隔膜的負(fù)垂直位移離開泵時(shí)；以及圖18d示出了當(dāng)隔膜回到圖18a中的器原始位置時(shí)。

圖19包括圖19a和圖19b，示出了圖17中的隔膜泵，其中圖19a示出了靜止的隔膜泵，圖19b示出了隔膜泵經(jīng)過(guò)的距離或者垂直位移，這可以乘以隔膜的橫截面積以確定每周期移動(dòng)的流體量。

圖20是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的、具有相對(duì)于泵布置的圖16中所示的馬達(dá)系統(tǒng)的泵控制系統(tǒng)的圖。

圖21是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的、用于實(shí)現(xiàn)控制軟件的功能的步驟的流程圖。

圖22是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的、具有信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊以實(shí)現(xiàn)功能的裝置的圖。

不是每幅圖中的每個(gè)元素都用引線和參考數(shù)字標(biāo)注，以減少圖中的雜亂。

具體實(shí)施方式

圖1-6：基礎(chǔ)馬達(dá)配置

作為示例，圖1示出了具有軸2、永磁體3和鐵磁芯4的典型馬達(dá)1，可以在其中應(yīng)用或者實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)。圖2示出了具有永磁體3和鐵磁芯4的馬達(dá)1的內(nèi)部。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，馬達(dá)1包括其他沒(méi)有被標(biāo)記或者描述的零件和部件，因?yàn)樗鼈儾恍纬杀疚墓_的基礎(chǔ)發(fā)明的部分。此外，公開了關(guān)于典型ac馬達(dá)的典型馬達(dá)1，盡管本發(fā)明的范圍旨在包括關(guān)于dc馬達(dá)的實(shí)現(xiàn)，以及具有繞線定子的馬達(dá)等。

永磁體3、鐵磁芯4和馬達(dá)殼體7一起形成磁路。磁路產(chǎn)生磁通量。在理想情況下，磁通量離開頂部磁體的一極，穿過(guò)鐵磁芯4a，進(jìn)入底部磁體，通過(guò)底部磁體的相反極離開，并且最后經(jīng)過(guò)馬達(dá)殼體7回到頂部磁體的另一極，例如如圖3所示。(對(duì)“頂部”和“底部”的引用是相對(duì)于附圖中的圖的頂部和圖的底部。)

在理想情況之外的任何實(shí)際情況中，由磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以不被限制在馬達(dá)殼體7內(nèi)部。一些磁通離開馬達(dá)殼體7并且使用馬達(dá)1周圍的空間作為返回磁體的路徑。作為示例，圖4示出了可能出現(xiàn)在馬達(dá)殼體7外部的磁通泄漏。

作為另一個(gè)示例，還可以形成芯，以使得在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)期間由磁路形成的磁通圖隨著芯的旋轉(zhuǎn)而變化。當(dāng)磁通量進(jìn)入或者離開芯時(shí)，它以垂直于芯的幾何結(jié)構(gòu)的角度而變化。作為示例，圖5示出了磁通線離開典型芯齒。

離開芯的磁通的這種不對(duì)稱性在馬達(dá)殼體7外部表現(xiàn)為不均勻的磁通圖。磁通圖是周期的，可以被檢測(cè)，并且與軸的旋轉(zhuǎn)直接相關(guān)。圖6示出了當(dāng)芯通過(guò)3個(gè)不同的角位置旋轉(zhuǎn)時(shí)馬達(dá)7外部的磁通圖，例如，包括圖6a、圖6b和圖6c中所示的三個(gè)不同的角位置。

概括地說(shuō)，就具有與圖5所示的芯幾何結(jié)構(gòu)相似的非理想馬達(dá)而言，馬達(dá)殼體外部的磁場(chǎng)將作為芯的角位置的函數(shù)而變化。本發(fā)明提供了一種通過(guò)使用霍爾效應(yīng)傳感器(例如，如圖7所示以及下文詳細(xì)描述的)來(lái)檢測(cè)磁通量(如圖6所示)的變化以確定芯4的位置，并且因此確定馬達(dá)軸2的位置的方法。

圖7-15

根據(jù)一些實(shí)施例，本發(fā)明可以由馬達(dá)1、軸2、永磁體3、鐵磁芯4、信號(hào)處理器、微控制器或者具有合適的外圍設(shè)備的信號(hào)處理模塊102(例如，如圖22中所示)以及霍爾效應(yīng)傳感器6的一些組合構(gòu)成。作為示例，信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊102還可以包括圖16和圖20中所示的控制電路32，或者形成圖16和20所示的控制電路32的一部分。合適的外圍設(shè)備還可以包括圖22中的電路或者部件104，或者形成圖22中的電路或者部件104的一部分。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，霍爾效應(yīng)傳感器在本領(lǐng)域是已知的并且是用于測(cè)量磁場(chǎng)的設(shè)備。作為示例，圖7示出了霍爾效應(yīng)傳感器6可以被安裝在馬達(dá)殼體7外部，并且可以被配置為檢測(cè)當(dāng)芯旋轉(zhuǎn)時(shí)磁場(chǎng)發(fā)生的變化。霍爾效應(yīng)傳感器6的最佳位置取決于磁體位置和靜止的電樞位置，并且本發(fā)明的范圍不旨在限制霍爾效應(yīng)傳感器6的任何特定位置。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，霍爾效應(yīng)傳感器6被配置為感測(cè)產(chǎn)生的磁場(chǎng)并且提供或者發(fā)送信號(hào)，該信號(hào)由信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊102接收，其可以使用該信號(hào)來(lái)確定例如旋轉(zhuǎn)次數(shù)、馬達(dá)軸的旋轉(zhuǎn)速度，或者馬達(dá)軸2的加速度等的一些組合。

然而，在某些情況下，來(lái)自霍爾效應(yīng)傳感器6的信號(hào)可能被來(lái)自周圍環(huán)境的電磁噪聲影響。作為示例，圖8圖示了來(lái)自噪聲環(huán)境的信號(hào)會(huì)如何出現(xiàn)。虛線表示不存在任何外部噪聲的理想信號(hào)vi會(huì)如何表現(xiàn)。理想信號(hào)vi將呈正弦曲線變化，并且可以通過(guò)如元件102(圖22)的微控制器與參考電壓vr(如圖8中點(diǎn)劃線所示)進(jìn)行比較，以便確定馬達(dá)齒通過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器6的次數(shù)。每當(dāng)電壓高于然后低于參考電壓vr表示齒已經(jīng)通過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器6。

在圖8中，實(shí)線表示實(shí)際信號(hào)v在如元件102(圖22)的微控制器的輸入處可能看起來(lái)像什么。該信號(hào)v從其環(huán)境中拾取噪聲并且其電壓值已經(jīng)改變。這些圖中所示的噪聲是隨機(jī)的，但并不總是隨機(jī)的。這種噪聲對(duì)通過(guò)的齒的檢測(cè)是個(gè)問(wèn)題。作為示例，圖9更詳細(xì)地示出了圖8的第一周期。在圖9中，被信號(hào)v拾取的隨機(jī)噪聲可能導(dǎo)致如元件102(圖22)的微控制器錯(cuò)誤地檢測(cè)齒已經(jīng)通過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器6。舉例來(lái)說(shuō)，齒的這一次通過(guò)將被檢測(cè)成齒的兩次通過(guò)。

信號(hào)v中的噪聲在通過(guò)的齒的檢測(cè)中是個(gè)值得注意的問(wèn)題。本發(fā)明提供減少噪聲的幾種方法或者方式，以便精確地檢測(cè)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)。第一種方法涉及在馬達(dá)殼體7的側(cè)面切割成槽8，在其中放置或者布置霍爾效應(yīng)傳感器6，如圖10所示，例如，通過(guò)在馬達(dá)殼體7的外部安裝霍爾效應(yīng)傳感器6。槽8產(chǎn)生磁場(chǎng)的泄漏并且提供更強(qiáng)的信號(hào)以檢測(cè)上述效果。作為示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，槽8可以被配置或者形成為沿著馬達(dá)殼體的長(zhǎng)度穿過(guò)馬達(dá)殼體7的窄的矩形槽或者凹槽，例如，產(chǎn)生開口。本發(fā)明的范圍不旨在限制矩形槽或者凹槽的任何特定尺寸，例如，在它的長(zhǎng)度和寬度方面，其尺寸可以取決于馬達(dá)的整體大小，被感測(cè)的磁場(chǎng)總強(qiáng)度等。

更進(jìn)一步地，另一種方法還涉及例如可以使用鐵磁橋9，其可以建立在霍爾效應(yīng)傳感器上方以關(guān)閉磁路，并使更多的磁通經(jīng)過(guò)包含在鐵磁橋9和馬達(dá)殼體7之間的霍爾效應(yīng)傳感器6，例如，如圖11所示。注意圖10和圖11未按比例繪制，并且用于清楚地示出這些設(shè)備的使用，而不是如何將它們物理地布置在利用本文公開的本發(fā)明的實(shí)際設(shè)備中。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解電磁橋9可以被物理地安裝在馬達(dá)殼體7上，例如，使用現(xiàn)在已知的或者未來(lái)開發(fā)的安裝技術(shù)，包括使用螺絲/螺栓、環(huán)氧樹脂等。此外，還可以設(shè)想實(shí)施例，在這些實(shí)施例中，鐵磁橋9可以物理地安裝在一些其他結(jié)構(gòu)上，以便布置或者配置在馬達(dá)殼體7上，而不是物理地安裝在馬達(dá)殼體7上，例如，使用現(xiàn)在已知的或者未來(lái)開發(fā)的安裝技術(shù)，包括使用螺絲/螺栓、環(huán)氧樹脂等。進(jìn)一步地，作為示例，并且作為本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，鐵磁橋9可以被配置或者形成為延伸和/或跨越槽或者凹槽8，例如，沿著槽或者凹槽8的至少一部分長(zhǎng)度。本發(fā)明的范圍不旨在限制鐵磁橋9的任何特定尺寸，例如，在關(guān)于槽或者凹槽8的長(zhǎng)度、寬度和高度方面，槽或者凹槽8的尺寸可以取決于馬達(dá)的總體大小、被感測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度等。

此外，并且作為另一個(gè)示例，使用霍爾效應(yīng)傳感器公開了本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例，然而本發(fā)明的范圍旨在包括使用能夠測(cè)量可以使用的磁場(chǎng)的任何設(shè)備，例如，包括本領(lǐng)域現(xiàn)在已知的或者未來(lái)開發(fā)的其他類型或者種類的設(shè)備。

作為進(jìn)一步的示例，另一種方法可能涉及或者采取這樣的形式，即使用電子濾波部件來(lái)從由霍爾效應(yīng)傳感器提供的傳感器信號(hào)中去除瞬態(tài)信號(hào)。本發(fā)明的范圍旨在包括并且設(shè)想使用本領(lǐng)域已知的或者未來(lái)開發(fā)的電子濾波部件，包括使用信號(hào)平滑濾波器等的實(shí)施例。

作為另一個(gè)示例，圖13示出了另一種方法，該方法涉及或者采取這樣的形式，即在馬達(dá)殼體7中形成孔8a并且將霍爾效應(yīng)傳感器6安裝在馬達(dá)1中。在圖13中，霍爾效應(yīng)傳感器6可以安裝在例如安裝組件4b中或安裝組件4b上，該安裝組件4b相對(duì)于永磁體3和鐵磁芯4布置。作為示例，可以使用螺絲/螺栓或者環(huán)氧樹脂將霍爾效應(yīng)傳感器6安裝在安裝組件4b的一些部分上。此外，本發(fā)明的范圍不旨在限制如何將霍爾效應(yīng)傳感器6安裝到馬達(dá)1內(nèi)部，包括如何將霍爾效應(yīng)傳感器6安裝到安裝組件4b上。設(shè)想實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍旨在包括，霍爾效應(yīng)傳感器6安裝到馬達(dá)1內(nèi)部，包括將霍爾效應(yīng)傳感器6安裝到安裝組件4b上，例如，使用本領(lǐng)域現(xiàn)在已知的或者未來(lái)開發(fā)的其他類型或者種類的安裝技術(shù)。使用這種方法，由于馬達(dá)殼體7用作保護(hù)罩，可以最小化由霍爾效應(yīng)傳感器6的信號(hào)獲取的隨機(jī)噪聲；并且進(jìn)一步地由于霍爾效應(yīng)傳感器6與產(chǎn)生信號(hào)的部件的接近，可以最大化信號(hào)強(qiáng)度。然而，當(dāng)霍爾效應(yīng)傳感器6安裝或放置在馬達(dá)殼體7內(nèi)部時(shí)，可能存在由于馬達(dá)1的換向而導(dǎo)致在期間磁場(chǎng)強(qiáng)度將急劇減小的一段時(shí)間。作為示例，圖12示出了信號(hào)強(qiáng)度的下降可能導(dǎo)致錯(cuò)誤讀數(shù)。通過(guò)在特定位置放置霍爾效應(yīng)傳感器6可以減輕這個(gè)問(wèn)題，例如，如圖13中所示的位置。為了在圖13指示的位置放置霍爾效應(yīng)傳感器，可以在馬達(dá)殼體7鉆入孔8a或者在馬達(dá)殼體7中形成孔8a，例如，如圖14所示。當(dāng)霍爾效應(yīng)傳感器6在該位置時(shí)，來(lái)自霍爾效應(yīng)傳感器6的信號(hào)將表現(xiàn)為如圖15所示，并且不會(huì)干擾馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)。作為示例，圖15示出了曲線圖，該圖中的尖峰不會(huì)再導(dǎo)致錯(cuò)誤讀數(shù)，例如，由于本文公開的霍爾效應(yīng)傳感器的位置在馬達(dá)殼體7內(nèi)部。將圖15與圖12所示相比較。此外，設(shè)想實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍旨在包括使用諸如8a的孔將霍爾效應(yīng)傳感器6安裝在馬達(dá)殼體7內(nèi)部。作為示例，可以在將安裝組件4b布置或滑入馬達(dá)殼體7內(nèi)部之前，將霍爾效應(yīng)傳感器6安裝到安裝組件4b上。

圖16-20

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，通過(guò)使用具有馬達(dá)控制電路30的反饋回路中的霍爾效應(yīng)傳感器6的輸出可以完成精準(zhǔn)的馬達(dá)控制，例如，如圖16所示。馬達(dá)控制電路30包括控制電路32、馬達(dá)34和霍爾效應(yīng)傳感器36，這些被布置在反饋回路中以實(shí)現(xiàn)馬達(dá)控制。與上述一致的，控制電路32可以包括或者采取這樣的形式，即信號(hào)處理器、微控制器或者圖22中所示的信號(hào)處理模塊102。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，控制電路32可以被配置為沿著線31接收來(lái)自用戶的輸入、和沿著線36a接收來(lái)自霍爾效應(yīng)傳感器的信號(hào)，并且沿著線32a提供相應(yīng)的信號(hào)作為控制信令以控制馬達(dá)34的運(yùn)轉(zhuǎn)。馬達(dá)34被配置為響應(yīng)沿著線32a的控制信令、并且提供可以由線34a表示的馬達(dá)輸出，并且還提供一些形式的電磁信令，例如，包含由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)34的磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)的測(cè)量變化，其可以由線34b表示?；魻栃?yīng)傳感器36被配置為響應(yīng)于由線34b表示的由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)34的磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)的測(cè)量變化，并且沿著線36a提供來(lái)自霍爾效應(yīng)傳感器36的信號(hào)。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，控制電路32可以監(jiān)測(cè)馬達(dá)34的角位置、速度或者加速度，并且可以調(diào)整馬達(dá)34的輸入，以便馬達(dá)34以設(shè)備用戶想要的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。圖16示出了由反饋回路表示的該系統(tǒng)。

本專利申請(qǐng)公開的系統(tǒng)可以用于各種電源系統(tǒng)，包括但不限于交流電、直流電和脈寬調(diào)制。當(dāng)使用ac電源時(shí)，通過(guò)測(cè)量馬達(dá)的速度可以調(diào)節(jié)泵的速度，確定需要增大或者減小的速度，然后確定并且施加合適的電壓波形的占空比以獲得想要的功率。使用這種方案，當(dāng)電壓在其周期的波谷時(shí)，應(yīng)施加電壓以使電壓斜坡上升，而不是突然施加全電壓。

泵可以連接到馬達(dá)以創(chuàng)建系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中流體可以精確地并且可控地泵送。在下面的描述中，來(lái)自控制電路系統(tǒng)30的馬達(dá)34可以用于驅(qū)動(dòng)圖17所示的簡(jiǎn)單的理想活塞泵10，但是這個(gè)概念可用于許多不同類型的容積式泵。

圖17示出了簡(jiǎn)單的理想活塞泵10，具有以下部件：

活塞驅(qū)動(dòng)器11，被來(lái)自馬達(dá)控制電路30的馬達(dá)34驅(qū)動(dòng)。

活塞12，被認(rèn)為是剛性的，剛性地連接到活塞驅(qū)動(dòng)器11，

并且該活塞12與泵送室15形成完美密封。

入口止回閥13，水只能通過(guò)該入口止回閥13流入泵10。

泵入口14，通過(guò)止回閥13流入泵入口14的流體進(jìn)入泵室15。

泵出口16，水通過(guò)該泵出口16流出泵10，并且最終出口止回閥17將只允許水離開泵。

為了討論的目的，人們還將考慮被泵送的流體是不可壓縮的，盡管它不需要。

圖18示出了活塞泵10的運(yùn)轉(zhuǎn)。圖18a示出了兩個(gè)止回閥13、17都關(guān)閉的靜止的泵。圖18b示出了活塞驅(qū)動(dòng)器11在垂直方向上正向移動(dòng)，并且活塞12隨之移動(dòng)，使得泵送室15的體積增加。隨著泵送室15的體積的增加，跨越入口止回閥13產(chǎn)生壓力差(pinlet>pextension)，這使得流體穿過(guò)入口止回閥13流入泵送室15。圖18c示出了活塞驅(qū)動(dòng)器11開始向下推并且減小了泵送室15的體積，這使得泵送室15中的壓力增加，直到其超過(guò)出口壓力(pcompression>poutlet)并且打開出口止回閥17，允許水流出泵送室15。圖18d示出了在泵送的一個(gè)周期結(jié)束時(shí)的泵10。

在簡(jiǎn)單的理想活塞泵中，將從泵入口14移動(dòng)到泵出口16的流體的體積恰好等于當(dāng)活塞11在其較低位置到其較高位置時(shí)泵送室15的體積變化。該體積是垂直于沿著活塞驅(qū)動(dòng)器11的長(zhǎng)度的軸線的活塞11的橫截面積乘以活塞11在其較低和較高位置之間平行于該軸線移動(dòng)的距離。圖19顯示了該軸線和垂直距離。

驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)被馬達(dá)34控制并且與馬達(dá)34的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接相關(guān)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，馬達(dá)34的角度旋轉(zhuǎn)與活塞驅(qū)動(dòng)器11的直線平移之間的轉(zhuǎn)換可以通過(guò)多種方式完成，這將不會(huì)在這里討論，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍不旨在限制完成這樣的轉(zhuǎn)換的任何特定途徑或者方式。通過(guò)使用上文公開的馬達(dá)控制的方法，活塞11的直線平移可以被精確地控制，這反過(guò)來(lái)可以精確地控制流經(jīng)泵10的流體的量。利用控制電路32中適當(dāng)?shù)幕蛘吆线m的軟件，本發(fā)明允許用戶選擇通過(guò)泵的流速或者總流量，例如，通過(guò)示例的方式與在圖21中全部或者部分所示的一致。圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的整個(gè)系統(tǒng)40，其包括圖16所示的泵控制系統(tǒng)30與泵42的組合，泵對(duì)由線34a表示的馬達(dá)輸出做出響應(yīng)并且提供由線42a表示的泵輸出，該泵輸出可以采取分配來(lái)自泵42的流體流的形式。

圖21

在理想情況外，由所描述的泵分配的體積將不太可能精確地等于上述體積的變化。像活塞的彈性、通過(guò)止回閥的泄漏、馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)器之間的滑動(dòng)和一些其他缺點(diǎn)之類的因素將導(dǎo)致理想泵與實(shí)際泵之間的差異。當(dāng)正被泵送的流體性質(zhì)改變時(shí)，這些差異將會(huì)加劇。

為了進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng)的精確度，設(shè)備可以被放置在流動(dòng)路徑中，以監(jiān)測(cè)流體的行為并且將這個(gè)信息反饋給控制系統(tǒng)。這種設(shè)備的示例為流量表、壓力計(jì)、溫度計(jì)和可以用于提高系統(tǒng)精確度的測(cè)量流體性質(zhì)的任何其他設(shè)備。

這些設(shè)備中最直接的就是流量表。通過(guò)在該系統(tǒng)中安裝流量表并且將其輸出饋送到控制電路，可以將變化的馬達(dá)速度的影響直接與流速相關(guān)，并且可以實(shí)現(xiàn)精確的流量控制。

另一種可以被使用的設(shè)備是溫度傳感器。包括密度和黏度的流體特性高度依賴于流體的溫度，并且泵送系統(tǒng)的流率反過(guò)來(lái)高度依賴于這些流體特性。對(duì)于給定的流體和泵送系統(tǒng)，可以使用經(jīng)驗(yàn)方程或者值表將溫度、電壓和電流消耗與流量相關(guān)聯(lián)?？刂破骺梢允褂眠@些值來(lái)精確地推斷通過(guò)系統(tǒng)泵送的流體的量。作為示例，圖21示出了具有步驟50a、50b、50c、50d、50e、50e1、50e2、50f、50f1、50f2、50f3、50g和50h的軟件程序的流程圖，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)這些步驟。

圖22：信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊10a

作為示例，圖22以裝置100的形式示出了本發(fā)明，例如，具有信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊102。

信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊102至少可以被配置為接收包含關(guān)于由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)的測(cè)量變化的信息的信令；以及基于接收的信令確定包含關(guān)于馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度的信息的相應(yīng)的信令，與本文所述的一致，以及如圖22所示。作為示例，信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊102可以包括例如印制電路板組件(pcba)，或者形成pcba的一部分。

本發(fā)明的范圍旨在包括作為獨(dú)立的模塊或者處理器的信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊102，以及形成pcba一部分的信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊102，或者作為現(xiàn)在已知的或者未來(lái)開發(fā)的一些其他信號(hào)處理模塊的一部分等。

根據(jù)一些實(shí)施例，裝置100可能包括本文所述的其他特征中的一個(gè)或者多個(gè)，包括霍爾效應(yīng)傳感器6或者36、磁路、控制電路32、馬達(dá)1或者34、泵42等。設(shè)想實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍旨在包括裝置100，該裝置100包括或者采取這樣的形式，即如圖16所示的控制系統(tǒng)和如圖20所示的泵控制系統(tǒng)。

信號(hào)處理器102

作為示例，并且和本文所描述一致，可以將信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊102的功能實(shí)現(xiàn)為接收信令，處理其中的信令和/或確定相應(yīng)的信令，例如，使用硬件、軟件、固件或者其組合，盡管本發(fā)明的范圍不旨在限制其任何特定實(shí)施例。在典型的軟件實(shí)現(xiàn)中，信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊102可以包括或者采取一種或者多種基于微處理器的結(jié)構(gòu)的形式，該結(jié)構(gòu)具有微處理器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)，只讀存儲(chǔ)器(rom)、輸入/輸出設(shè)備以及連接它們的控制、數(shù)據(jù)和地址總線架構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠編程這樣的基于微處理器的實(shí)現(xiàn)以執(zhí)行本文所述的功能，以及本文所描述的其他功能，而無(wú)需進(jìn)行過(guò)度的實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的范圍不旨在限制使用現(xiàn)在已知的或者未來(lái)開發(fā)的技術(shù)的任何特定實(shí)現(xiàn)。此外，本發(fā)明的范圍旨在包括作為上述裝置的一部分、或者作為獨(dú)立模塊或者與用于實(shí)現(xiàn)另一個(gè)模塊的其它部件和/或的電路的組合的信號(hào)處理器。

作為示例，用于在這樣的信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊中接收信令的技術(shù)在本領(lǐng)域中是已知的技術(shù)，并且本發(fā)明的范圍不旨在限制現(xiàn)在已知的或者未來(lái)開發(fā)的任何特定類型或者種類的技術(shù)?；谶@種理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解、認(rèn)識(shí)并且能夠與本文所述一致地實(shí)現(xiàn)和/或調(diào)整信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊，而無(wú)需進(jìn)行過(guò)度的實(shí)驗(yàn)，以便接收包含關(guān)于由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的磁路產(chǎn)生的磁場(chǎng)的測(cè)量變化的信息的信令。

基于或者從接收的另一種類型信令來(lái)確定一種類型的信令的技術(shù)在本領(lǐng)域中也是已知的，并且本發(fā)明的范圍并不旨在限制現(xiàn)在已知的或者未來(lái)開發(fā)的任何特定類型或者種類的技術(shù)?；谶@種理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解、認(rèn)識(shí)或者能夠與本文所述一致地實(shí)現(xiàn)和/或調(diào)整信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊，而無(wú)需進(jìn)行過(guò)度的實(shí)驗(yàn)，以便基于接收的信令確定包含關(guān)于馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度的信息的相應(yīng)信令。

用于提供來(lái)自諸如模塊10a的信號(hào)處理器的信令的技術(shù)在本領(lǐng)域中也是已知的，并且本發(fā)明的范圍并不旨在限制現(xiàn)在已知的或者未來(lái)開發(fā)的任何特定類型或者種類的技術(shù)。基于這種理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解、認(rèn)識(shí)并且能夠與本文所述一致地實(shí)現(xiàn)和/或調(diào)整信號(hào)處理器、微控制器或者信號(hào)處理模塊，而無(wú)需進(jìn)行過(guò)度的實(shí)驗(yàn)，以便將相應(yīng)的信令提供為包含控制馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)的信息的控制信令。

還應(yīng)當(dāng)理解，裝置100可以包括用于實(shí)現(xiàn)與底層裝置相關(guān)聯(lián)的其它功能的一個(gè)或者多個(gè)其它信號(hào)處理器電路或者組件104，其不構(gòu)成本發(fā)明的一部分，因此在此不作詳細(xì)描述。作為示例，一個(gè)或者多個(gè)其他模塊、部件、處理電路或者電路系統(tǒng)可以包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、輸入/輸出電路系統(tǒng)和數(shù)據(jù)和地址總線，以用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理器或者設(shè)備或者部件等的信號(hào)處理功能。

可能的應(yīng)用

該技術(shù)可以用于任何要求精確馬達(dá)控制或者通過(guò)泵流體的精確控制的應(yīng)用。本公開所描述的泵是活塞泵，但是系統(tǒng)可以使用移動(dòng)流體并且由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的任何泵。這可以包括但不限于以下泵：活塞泵、隔膜泵、凸輪泵、滑動(dòng)葉片泵、齒輪泵、離心泵和可變形葉輪泵。

本發(fā)明范圍

雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變并且可以用等同物替代其元件。此外，在不脫離其實(shí)質(zhì)范圍的情況下，可以進(jìn)行修改以使特定情況或者材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，意圖是本發(fā)明不限于本文公開的作為實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的特定實(shí)施例。