專利名稱：三相無刷馬達驅(qū)動設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對三相無刷馬達的驅(qū)動設(shè)備進行控制的技術(shù)，具體講，本發(fā)明涉及一個轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，有關(guān)該轉(zhuǎn)子停止位置的檢測系統(tǒng)以及啟動系統(tǒng)方面的有效技術(shù)。例如。本發(fā)明涉及驅(qū)動一個主軸馬達以轉(zhuǎn)動存儲媒體，比如說硬盤之類的盤型存儲設(shè)備的控制技術(shù)方面的有效技術(shù)。下面，將把該存儲媒體稱為磁盤。


圖1是一個原理圖，示出了依據(jù)先前的一個開發(fā)項目的三相12極無刷馬達的結(jié)構(gòu)。
在圖1中，參數(shù)“1”表示轉(zhuǎn)子磁體，“2”表示定子鐵心，“3a”，“3b”與“3c”表示第一相繞組(例如，U相繞組)，“4a”，“4b”與“4c”表示第二相繞組(例如，V相繞組)，而“5a”，“5b”與“5c”表示第三相繞組(例如，W相繞組)。由于上述的三相無刷馬達驅(qū)動效率高并且轉(zhuǎn)矩波動小，因此常常被作為個人計算機中采用的各種類型的盤型設(shè)備的主軸馬達，其他類型的OA(辦公自動化)設(shè)備以及AV(音像)設(shè)備的主馬達來使用。
在上述的三相無刷馬達中，有一些是傳感器型的，包括一個位置檢測元件，如一個霍爾元件等，用于對轉(zhuǎn)子的位置進行檢測，以確定載流相，而其他的則是不包括任何位置檢測元件的所謂無傳感器型馬達。正如對這兩種類型所進行的比較，由于在生產(chǎn)，生產(chǎn)成本以及大小方面無傳感器型優(yōu)于傳感器型，近年來，對于無傳感器型的需求已經(jīng)增長。
再者，無傳感器型三相馬達的驅(qū)動要求專用技術(shù)，下面兩種類型的技術(shù)被認為是專用技術(shù)。
第一種類型的技術(shù)是無論轉(zhuǎn)子的停止位置如何，均在驅(qū)動電路中生成一個旋轉(zhuǎn)場，以便當轉(zhuǎn)子依照該旋轉(zhuǎn)場而開始轉(zhuǎn)動時能獲得一個非載流相的反向電磁力，并通過改變載流相來保持轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動的方法。根據(jù)第一種類型的方法，因為當轉(zhuǎn)子被驅(qū)動時，無論其停止位置如何，勵磁總是按照預編的程序從預定的相開始，這就有50％的可能性出現(xiàn)一個所謂的反向運動，即轉(zhuǎn)子按照與所要求的方向相反的方向轉(zhuǎn)動。結(jié)果，由于反向運動不僅會對馬達的驅(qū)動時間產(chǎn)生影響，而且還會對馬達本身或使用馬達的設(shè)備造成致命的損害。因此，就有必要盡可能的防止出現(xiàn)反向運動。
第二種類型的技術(shù)是當轉(zhuǎn)子被驅(qū)動時對轉(zhuǎn)子的停止部位進行搜尋，并根據(jù)該部位確定勵磁開始相的方法。根據(jù)該方法，就能夠防止反向運動出現(xiàn)。
對于不使用位置檢測傳感器如霍爾傳感器的無刷馬達轉(zhuǎn)子的停止位置進行檢測的方法已被公開，例如，在日本專利申請文獻(未經(jīng)審核)No.Tokukai-syo 63-69489與(美國專利No.4,876,491對應)，或日本專利申請文獻(已經(jīng)審核)No.Tokuko-hei 8-13196(與美國專利No.5,001,405對應)中已予公開。
按照這些方法，通過使用一個特征性的其感性系數(shù)隨著轉(zhuǎn)子的停止位置而微妙變化的定子繞組，在轉(zhuǎn)子未被驅(qū)動時，按照順序在短時間內(nèi)向定子繞組施加一個脈沖電流，并根據(jù)施加于定子繞組的電流的上升時間常數(shù)的變化來判定轉(zhuǎn)子的停止位置。
然而，由于該電流的上升時間常數(shù)的變化很小，因而該電流不能直接讀取，這就有必要在后面把電流轉(zhuǎn)換成電壓。然而由于所轉(zhuǎn)換成的電壓的值是從幾十mv至幾百mv的小值，因而該電壓就有一個缺陷，易受噪聲干擾。加之，比較電流上升時間常數(shù)的變化需要各種不同的電路，如用于測量時間的計數(shù)器，AD轉(zhuǎn)換器，或用于比較電壓的比較器等，就會出現(xiàn)不便的狀況，電路的規(guī)模變大。
本發(fā)明的一個目的是提供一項驅(qū)動三相無刷馬達的控制技術(shù)，該馬達結(jié)構(gòu)簡單，不易受噪聲等影響，不需要計數(shù)器，不需要AD轉(zhuǎn)換器等，并且能夠準確地判斷馬達的轉(zhuǎn)子相對于定子的停止位置，準確地判斷載流于之開始的繞組，并且當馬達被驅(qū)動時能夠正確地按照所要求的方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明著眼于感應停止時所生成的反沖電壓的寬度，即反沖時間的差，該差與轉(zhuǎn)子停止的位置相對應。因此，根據(jù)本發(fā)明就能夠確定反沖時間的長短，并據(jù)此確定轉(zhuǎn)子的停止位置。
也就是說，根據(jù)本發(fā)明，從一個繞組向另兩個繞組施加一個短脈沖電流，以便當轉(zhuǎn)子停止時該轉(zhuǎn)子不受驅(qū)動。然后，根據(jù)由繞組的感應差引起的反沖時間差確定轉(zhuǎn)子的停止位置，而繞組的感應差是隨著轉(zhuǎn)子停止位置的差而微妙地變化的。
更具體地講，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，具有三個相定子繞組和一個轉(zhuǎn)子的，通過改變施加于每個相定子繞組的電流來驅(qū)動三相無刷馬達的一個設(shè)備包括一個輸出電路，用于有選擇地向每個相定子繞組施加電流；一個反向電磁力檢測器，用于檢測在相定子繞組中的未施加電流的繞組中感生的反向電磁力，以輸出一個檢測信號；一個控制電路，用于根據(jù)從反向電磁力檢測器輸出的檢測信號對輸出電路進行控制；以及一個停止位置檢測器，用于當轉(zhuǎn)子未起感應并中途停止的時候，在一個預定時刻在向每個相定子繞組施加電流之后，使在每個相定子繞組中生成的反沖電壓的寬度進行相互比較，以檢測轉(zhuǎn)子的停止位置；其中，控制電路根據(jù)由停止位置檢測器檢測出的轉(zhuǎn)子的停止位置對輸出電路進行控制，以便向相定子繞組中的任一個繞組施加電流，以達到驅(qū)動三相無刷馬達的目的。
根據(jù)本發(fā)明的該方面的設(shè)備，在設(shè)備中無須使用霍爾元件，也無須提供諸如計數(shù)器，AD轉(zhuǎn)換器之類的電路，就能夠?qū)θ酂o刷馬達的轉(zhuǎn)子相對于定子的停止位置作出判斷，對電流首先施加到的相定子繞組作出判斷，并按照所要求的方向轉(zhuǎn)動該三相無刷馬達。
最好是，如上所述，在用于驅(qū)動的三相無刷馬達的該設(shè)備中，控制電路對輸出電路進行控制，以便在預定的時間向其任何一個相定子繞組均可與之連接的一個端子提供一個第一電壓，并且在同時，向其另外兩個相定子繞組均與之連接一個端子提供一個第二電壓，并且在第二電壓中止之后，停止位置檢測器根據(jù)第二電壓施加于其上的另外兩個相定子繞組中的每個繞組的反沖時間的長度對轉(zhuǎn)子的停止位置進行檢測。
例如，控制電路對輸出電路進行控制，以便在預定的時間向第一相定子繞組與之連接的它的一個端子提供一個第一電壓，并且在同時，向第二相定子繞組和第三相定子繞組均與之連接的它的一個端子提供一個比第一電壓低的第二電壓，而停止位置檢測器在第二電壓終止之后，根據(jù)第二相定子繞組和第三相定子繞組的反沖時間的長度，對轉(zhuǎn)子的停止位置進行檢測。
因此，當在第二相定子繞組與第三相定子繞組中同時生成反沖電壓并對它們進行相互比較時，就能夠在短時間內(nèi)對三相無刷馬達的轉(zhuǎn)子相對于定子的停止位置進行檢測。也就是說。能夠認為，電流是單獨地從第一相定子繞組送至第二相定子繞組并從第一相定子繞組送至第三相定子繞組的，并且是對分別在第二相定子繞組與第三相定子繞組中形成的反沖時間進行比較。但是，當電流從第一相定子繞組送至第二相定子繞組并同時從第一相定子繞組送至第三相定子繞組時，就能夠有效地對反沖時間的長度進行比較。(這里，第一電壓可以低于或高于第二電壓。
最好是，如上所述，在用于驅(qū)動三相無刷馬達的設(shè)備中，停止位置檢測器根據(jù)第二電壓加至的其他兩個相定子繞組中的每個繞組的反沖時間長度，在第二電壓結(jié)束之后，按照相對于繞組中第一電壓加至的任一繞組與相定子繞組中的相互提供第二電壓的其他兩個繞組的三個不同的組合對轉(zhuǎn)子的停止位置進行檢測。
因此，就能夠?qū)D(zhuǎn)子的停止位置進行準確的檢測。結(jié)果，由于電流被首先送至的相定子繞組是根據(jù)所檢測到的停止位置進行判定的，就能夠迅速地按照所要求的方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子。
最好是，如上所述，在用于驅(qū)動三相無刷馬達的設(shè)備中，預定的時間要長于相定子繞組中每個繞組的時間常數(shù)，并且短于轉(zhuǎn)子的感應時間。
因此，就能夠防止轉(zhuǎn)子移位，并更準確地檢測出轉(zhuǎn)子的停止位置。
圖2是一個方框圖，示出了用于驅(qū)動根據(jù)本發(fā)明的一個三相無刷馬達的電路的示范性結(jié)構(gòu)。
參數(shù)符“U”“V”和“W”表示包括纏繞在定子鐵心上的繞組的定子線圈，而“Q1”至“Q6”表示向定子線圈U，V和W提供驅(qū)動電流的輸出晶體管。參數(shù)“11”表示時鐘生成器，用于為該電路生成必要的時鐘信號以供驅(qū)動，“12”表示反沖檢測器，用于檢測當定子線圈U，V和W被終止供電時生成的反沖電壓，以確定轉(zhuǎn)子磁體的停止位置，“13”表示反向-EMF檢測器(反向電磁力檢測器)，用于根據(jù)線圈的反向電磁力的零交叉點來檢測轉(zhuǎn)子磁體的旋轉(zhuǎn)位置，而“14”表示一個控制邏輯線路，用于監(jiān)察與控制整個電路。
另外，例如，在圖1中所示的電路作為一個單片集成電路來安裝的情況下，為了對芯片溫度的異常升高進行檢測，除了上述的各種電路之外，還可以提供一個溫度檢測器，以備不時之需。
下面，將根據(jù)該實施例的，在具有上述結(jié)構(gòu)的電路驅(qū)動下的三相全波驅(qū)動無刷馬達的運動狀態(tài)作簡單解釋。
首先，只在一短時間段內(nèi)輸出晶體管Q1，Q4與Q6被同時接通。因此，轉(zhuǎn)子的停止位置是根據(jù)輸出晶體管Q1，Q4與Q6截止之后的反沖時間而測定的，也就是說，在這段時間內(nèi)，當輸出晶體管Q1，Q4與Q6導通時在定子線圈U，V和W中儲存的能量流回電源。
也就是說，在圖2所示的電路中，當輸出晶體管Q1，Q4與Q6同時導通時，通過輸出晶體管Q1從電源流至U相線圈的電流被分配給U相線圈與W相線圈，并且所分配的電流通過輸出晶體管Q4與Q6從V相線圈與W相線圈流入地線。在上述狀況下，當輸出晶體管Q1，Q4與Q6同時截止時，電流保持從每個線圈流入。因此，已通過輸出晶體管Q1從電源流至U相線圈的電流通過輸出晶體管Q2的一個基片二極管(一個基片或阱與源-漏極間的一個P-N結(jié))從地線流入，因為輸出晶體管Q1與Q2被截止。而且，已通過輸出晶體管Q4與Q6從V相線圈與W相線圈流至地線的電流通過輸出晶體管Q3與Q5的基片二極管流入電源。
結(jié)果，幾乎是電源電壓的U相輸出電壓一下子降至地電位，而幾乎是地電位的V相輸出電壓與W相輸出電壓一下子升至電源電壓。這種狀態(tài)一直保持到儲存在每一相中的能量被用盡為止。這里，如果線圈間的直流電阻并非幾乎是不平衡的，則根據(jù)其感應來判定V相線圈與W相線圈的反沖時間。因此，感應越大，反沖時間越長。
接著，只在一短時間段內(nèi)輸出晶體管Q3，Q6與Q2同時導通。在輸出晶體管Q3，Q6與Q2截止后，W相線圈與U相線圈的反沖時間進行相互比較。而且，在此之后，輸出晶體管Q5，Q2與Q4只在一個短的時間段內(nèi)同時導通。在輸出晶體管Q5，Q2與Q4截止之后，U相線圈與V相線圈的反沖時間進行相互比較。因此，通過三次對反沖時間的比較，就能夠大約每60度的電氣角度對轉(zhuǎn)子的停止位置進行一次判斷。
當能夠按照上述的方法對轉(zhuǎn)子的停止位置進行判斷時，電流被施于處在預定的旋轉(zhuǎn)方向的相線圈。同時，反向-EMF檢測器13對在非載流線圈中生成的反向電磁力進行檢測。然后，當反向-EMF檢測器13在預定的旋轉(zhuǎn)方向檢測到一個反向電磁力的零交叉點時，載流相發(fā)生改變。同時，控制邏輯線路14向反向-EMF檢測器13輸出一個屏蔽信號以防反向-EMF檢測器13錯誤地對反沖電壓進行檢測。
如上所述，因為恰好在反向-EMF檢測器13檢測到零交叉時改變載流相，就能夠保持轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。
下面，將參照圖3A至3F，對在把本發(fā)明應用于驅(qū)動三相12極無刷馬達的電路的情況下，對轉(zhuǎn)子的停止位置進行檢測的基本原理進行解釋。
圖3A至3F是三相12極無刷馬達的原理圖。在圖3A至3F中，參數(shù)“1”表示轉(zhuǎn)子磁體，而“2a”至“2i”表示定子的磁極。
首先，對圖2所示的電路中輸出晶體管Q1，Q4和Q6導通的狀態(tài)進行考慮。在這種狀態(tài)下，在U相定子磁極2a，2d與2g中呈現(xiàn)的極性與在V相定子磁極2b，2e與2h中以及在W相定子磁極2c，2f與2i中呈現(xiàn)的極性相互間是相反的。例如，如果電流沿著圖3A中所示的箭頭指示的方向在每個磁極中流動，則U相定子磁極2a，2d與2g被磁化成N極，而V相定子磁極2b，2e與2h以及W相定子磁極2c，2f與2i被磁化成S極。
在圖3A所示的狀態(tài)中，轉(zhuǎn)子磁體的S極正好位于U相定子磁極2a，2d和2g中每個磁極的前面，也就是說，在該狀態(tài)電氣角是0度。而且，在圖3B，3C，3D，3E和3F所示的狀態(tài)中，轉(zhuǎn)子磁體的位置沿逆時針方向每60度旋轉(zhuǎn)一次。
如圖3A至3F所示，即使轉(zhuǎn)子的位置改變并且定子繞組的載流不變，定子磁極的極性也不會改變。
如果轉(zhuǎn)子與定子處于圖3A所示的位置關(guān)系，即，轉(zhuǎn)子磁體的S極正好位于U相定子磁極中每個磁極的前面并且電氣角是0度，則從轉(zhuǎn)子的N極生成的磁通量的大約三分之二以及從轉(zhuǎn)子的S極生成的磁通量的大約三分之一通過V相定子磁極以及W相定子磁極的每個磁極。因此，在V相定子繞組的感應系數(shù)與W相定子繞組的感應系數(shù)之間不會出現(xiàn)差別。因此，當輸出晶體管Q1，Q4與Q6同時截止時，只是在兩個定子繞組的原有的不均衡的電感應系數(shù)與直流電阻的范圍內(nèi)在V相定子繞組的反沖時間與W相定子繞組的反沖時間之間出現(xiàn)差別。通常，反沖時間之間的差在百分之二以內(nèi)。
如果轉(zhuǎn)子與定子處于圖3D所示的位置關(guān)系，即，轉(zhuǎn)子磁體的N極正好位于U相定子磁體中每個磁極的前面并且電氣角是180度，則從轉(zhuǎn)子的S極生成的磁通量的大約三分之二以及從轉(zhuǎn)子的N極生成的磁通量的大約三分之一通過V相定子磁極以及W相定子磁極的每個磁極，這與在圖3A中所示的情況正好相反。因此，在V相定子繞組的反沖時間與W相定子繞組的反沖時間之間不會出現(xiàn)差別。
如果轉(zhuǎn)子與定子處于圖3B所示的位置關(guān)系，即，電氣角是60度，則轉(zhuǎn)子磁體的N極正好位于W相定子磁極中每個磁極的前面，并且轉(zhuǎn)子磁體的S極的大約三分之二以及轉(zhuǎn)子磁體的N極的大約三分之一位于V相定子磁極中的每個磁極的前面。
因此，在W相定子磁極的每個磁極中，因為從W相定子繞組生成的磁通量和從轉(zhuǎn)子生成的磁通量是相互迭加的，W相定子磁極就處于磁飽和狀態(tài)。因此，W相定子繞組的感應系數(shù)降低。
另一方面，在V相定子磁極的每個磁極中，因為轉(zhuǎn)子的S極對V相定子繞組有更大的影響，從V相定子繞組生成的磁通量和從轉(zhuǎn)子生成的磁通量就在磁力方向上互相影響，并且V相定子磁極處于與磁飽和狀態(tài)相反的狀態(tài)。因此，V相定子繞組的感應系數(shù)增大。
結(jié)果，當輸出晶體管Q1，Q4與Q6截止時，V相定子繞組的反沖時間要比W相定子繞組的反沖時間長。
如果轉(zhuǎn)子與定子處于圖3C所示的位置關(guān)系，即，電氣角為120度，則轉(zhuǎn)子磁體的S極正好位于V相定子磁極中每個磁極的前面，并且轉(zhuǎn)子磁體的N極的大約三分之二以及轉(zhuǎn)子磁體的S極的大約三分之一位于W相定子磁極中的每個磁極的前面。
因此，亦如圖3B所示的情況，W相定子繞組的感應系數(shù)降低，而V相定子繞組的感性系數(shù)增大。結(jié)果，當輸出晶體管Q1，Q4與Q6截止時，V相定子繞組的反沖時間要比W相定子繞組的反沖時間長。
如果轉(zhuǎn)子與定子處于圖3E所示的位置關(guān)系，即，電氣角為240度，則轉(zhuǎn)子磁體的S極正好位于W相定子磁體中每個磁極的前面，并且轉(zhuǎn)子磁體的N極的大約三分之二以及轉(zhuǎn)子磁體的S極的大約三分之一位于V相定子磁極中每個磁極的前面，這與圖3B中所示的情況相反。
因此，在W相定子磁極的每個磁極中，因為從W相定子繞組生成的磁通量與從轉(zhuǎn)子生成的磁通量在磁力方向上相互影響，W相定子磁極就處于與磁飽和狀態(tài)相反的狀態(tài)。因此，W相定子繞組的感應系數(shù)增大。
另一方面，在V相定子磁極的每個磁極中，因為轉(zhuǎn)子的N極對V相定子繞組有更大的影響，從V相定子繞組生成的磁通量和從轉(zhuǎn)子生成的磁通量互相迭加，并且V相定子磁極就處于磁飽和狀態(tài)。因此，V相定子繞組的感應系數(shù)降低。
結(jié)果，當輸出晶體管Q1，Q4與Q6截止時，V相定子繞組的反沖時間要比W相定子繞組的反沖時間短。
如果轉(zhuǎn)子與定子處于圖3F所示的位置關(guān)系，即，電氣角為300度，則轉(zhuǎn)子磁體的N極正好位于V相定子磁極中的每個磁極的前面，并且轉(zhuǎn)子磁體的S極的大約三分之二與轉(zhuǎn)子磁體的N極的大約三分之一位于W相定子磁極中每個磁極的前面，這與圖3C中所示的情況相反。
因此，亦如圖3E中所示的情況，W相定子繞組的感應系數(shù)增大，并且V相定子繞組中的感應系數(shù)下降。結(jié)果，當輸出晶體管Q1，Q4與Q6截止時，V相定子繞組的反沖時間要比W相定子繞組的反沖時間短。
圖4A至4C是波形圖，示出了當輸出晶體管Q1，Q4與Q6導通時，對U相與W相之間的反沖時間差進行檢測的結(jié)果，隨著轉(zhuǎn)子的停止位置從電氣角為0度至360度的變化，僅在一段短時間內(nèi)電流從U相流向V相與W相，并且輸出晶體管Q1，Q4，與Q6截止。
圖4A是一個波形圖，示出了電流流經(jīng)每個定子繞組時生成的轉(zhuǎn)矩常數(shù)曲線。圖4B是一個波形圖，示出了V相與W相之間的反沖時間差，即，從V相反沖時間減去W相反沖時間所獲得的結(jié)果。圖4C是一個波形圖，示出了用二進制表示該反沖時間差，以便當V相反沖時間比W相反沖時間長時用“H(1)”表示，并且當V相反沖時間比W相反沖時間短時用“L(0)”表示。
用二進制表示的值能夠容易地生成，比如說利用由反沖檢測器12生成的一個反沖脈沖信號驅(qū)動的一個D型觸發(fā)器電路來生成。
在圖4A至4C中表明，從電氣角0度至180度，V相反沖時間比W相反沖時間長，而從電氣角180度至360度，W相反沖時間比V相反沖時間長。而且，毋庸置疑，表示V相與W相之間的反沖時間差的波形與表示U相定子繞組的轉(zhuǎn)矩常數(shù)的波形具有相同的相位。
圖5A至5E是波形圖，除了在圖4A至4C中所示的結(jié)果之外，還示出了對當輸出晶體管Q3，Q6與Q2同時導通然后截止，并且只在一段短時間內(nèi)電流從V相流向W相和U相時所生成的W相與U相間的反沖時間差的檢測結(jié)果，并示出了當輸出晶體管Q5，Q2與Q4同時導通然后截止時生成的U相與V相間的反沖時間差的監(jiān)測結(jié)果。
如圖5A至5E中所示，當輸出晶體管按照定子繞組相互間的不同相的組合分三次導通并截止時，毋庸置疑，可以獲得與轉(zhuǎn)子的停止位置有關(guān)的三個二進制數(shù)據(jù)。結(jié)果，就能夠根據(jù)所獲得的三個二進制數(shù)據(jù)，對應每60度的電氣角，對轉(zhuǎn)子的停止位置判斷一次。
圖6A至6G是對轉(zhuǎn)子的停止位置進行檢測的示范性分時圖。
圖6A是時鐘信號分時圖，圖6B是U相電壓分時圖，圖6C是V相輸出電壓分時圖，圖6D是W相輸出電壓分時圖，圖6E是所獲得的U相反沖的一個脈沖的分時圖，圖6F是所獲得的V相反沖的一個脈沖的分時圖，而圖6G是獲得的W相反沖的一個脈沖的分時圖。
輸出晶體管Q1，Q4與Q6在步驟T1導通之后，它們在步驟T2截止。因此，由于反沖電壓KBv與反沖電壓KBw分別在V相輸出與W相輸出中生成，就要判斷反沖電壓KBv的所測得的脈沖時間Tv1或者反沖電壓KBw的所測得的脈沖時間Tw1哪個更長。
這樣，輸出晶體管Q2，Q3與Q6在步驟T3導通之后，在步驟T4它們截止。因此，由于反沖電壓KBu與反沖電壓KBw分別在U相輸出與W相輸出中生成。就要判斷反沖電壓KBu的所測得的脈沖時間Tu2或者反沖電壓KBw的所測得的脈沖時間Tw2哪個更長。
據(jù)此，輸出晶體管Q2，Q4與Q5在步驟T5導通之后，它們在步驟T6截止。因此，由于反沖電壓KBu與反沖電壓KBv分別在U相輸出與V相輸出中生成，就要判斷反沖電壓KBu所獲得的脈沖時間Tu3或者反沖電壓KBv所測得的脈沖時間Tv3哪個更長。
因此，就能夠根據(jù)通過三次比較所測得的脈沖時間所獲得的結(jié)果對于每60度的電氣角對轉(zhuǎn)子的停止位置進行一次判斷。
在檢測線圈的反向電磁力并改變載流相的控制系統(tǒng)中，由于輸出晶體管Q1至Q6導通與截止，反沖電壓就在每相的線圈中生成。因此，如果反向電磁力檢測器對上述的反向電壓進行檢測并向控制邏輯線路輸出檢測信號，控制邏輯線路就會錯誤地改變載流相。因此，就有必要防止反向電磁力檢測器對反沖電壓進行檢測。結(jié)果，在圖2所示的電路中，就有一個屏蔽信號從控制邏輯線路14送至反向-EMF檢測器13。
為了對反沖電壓進行檢測，在電路中提供了三個比較器，每個比較器包括兩個輸入端子。在每個比較器中，任何一個相線圈的輸出端子的電壓均可輸至比較器的兩個輸出端子中的一個端子，并且電源電壓Vcc與地電位的平均值電壓Vcc/2被輸至其兩個較入端子中的另一個端子，作為標準電壓。因此，當比較器用線圈輸出端子的電壓與標準電壓進行比較時，比較器就能從其輸出端子上輸出所測得的脈沖。
圖8是一個方框圖，示出了反沖檢測器12與反向-EMF檢測器13的一個具體例子。
在圖8中，參數(shù)符“U”，“V”與“W”表示定子繞組，“Q1”，“Q4”與“Q6”表示輸出晶體管，“COMP1”，“COMP2”與“COMP3”表示用于對反沖進行檢測的比較器，“COMP11”，“COMP12”與“COMP13”表示用于對反向電磁力進行檢測的比較器，而“AS1”，“AS2”與“AS3”表示屏蔽模擬開關(guān)電路。還有，參數(shù)符“L1”，“L2”與“L3”表示從用于對反沖進行檢測的比較器“COMP1”，“COMP2”與“COMP3”輸出的反沖檢測輸出信號，“A1”，“A2”與“A3”表示從用于對反向電磁力進行檢測的比較器“COMP11”，“COMP12”與“COMP13”輸出的檢測輸出信號，而MSK表示從控制邏輯線路14送至模擬開關(guān)電路“AS1”，“AS2”與“AS3”的屏蔽信號。。
比較器“COMP1”，“COMP2”與“COMP3”的閾值電壓，即輸至比較器“COMP1”，“COMP2”與“COMP3”的倒向輸入端子的標準電壓，被定為電源電壓Vcc與地電位的平均值。當反沖電壓在線圈“U”，“V”與“W”中生成時，從比較器“COMP1”，“COMP2”與“COMP3”輸出的反沖檢測輸出信號“L1”，“L2”與“L3”表明“H”(高電位)。比較器“COMP11”，“COMP12”與“COMP13”的閾值電壓被定為三相定子繞組的中心抽頭的電壓。還有，在電路中使用了具有滯后性能的比較器“COMP11”，“COMP12”與“COMP13”。
因此，當模擬開關(guān)電路AS1，AS2與AS3導通時，用于檢測反向電磁力的比較器“COMP11”，“COMP12”與“COMP13”的輸出端保持相同的電位。因此，當模擬開關(guān)電路“AS1”，“AS2”與“AS3”開通時，檢測到的輸出信號“A1”，“A2”與“A3”保持在模擬開關(guān)電路“AS1”，“AS2”與“AS3”被關(guān)閉之前的狀態(tài)。
圖7A與7B是流程圖，示出了在用于驅(qū)動應用了本發(fā)明的三相全波驅(qū)動的無刷馬達的控制電路中，從對轉(zhuǎn)子的停止位置進行檢測到運轉(zhuǎn)(穩(wěn)定轉(zhuǎn)動)的處理過程。
根據(jù)在圖7A與7B中所示的流程圖，在電路中當電源接通時，處理開始。首先，當馬達穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，控制邏輯線路對屏蔽信號1判斷多達10次以上，并把屏蔽信號1送至反向-EMF檢測器13(步驟1)。接著，當輸出晶體管“Q1”，“Q4”與“Q6”在預定的時間(例如，1.0ms)內(nèi)導通之后，它們同時截止(步驟2)。
接下來，由于反沖檢測器12對在V相與W相中生成的反沖電壓進行檢測，并輸出所測得的與反沖電壓的反沖時間對應的反沖脈沖，控制邏輯線路14則判斷V相的所測得的反沖脈沖的寬度與W相的所測得的反沖脈沖的寬度哪個更大(步驟5)。
當控制邏輯線路14判定V相所測得的反沖脈沖的寬度比W相的要大時，即“TV1”＞“Tw1”時(步驟5；是)，則預定的變量X被確定為“4”。另一方面，當控制邏輯線路14判定V相的所測得的反沖脈沖的寬度不大于W相的這一寬度時，即，“Tv1”＜“Tw1”時(步驟5；否)，則預定的變量X被確定為“0”。然后，變量X的值被臨時存在一個寄存器中。
為了判斷兩相所得的反沖脈沖的寬度中哪個更大，可以在電路中使用一個D型觸發(fā)器。更具體地講，兩個所測得的反沖脈沖中的一個波輸入到該D型觸發(fā)器的一個數(shù)據(jù)輸入端，而另一個波輸入到該D型觸發(fā)器的時鐘端。因此，在輸入晶體管Q1，Q4與Q6截止后，在時鐘端一側(cè)的所測得的反沖脈沖的下降時間，D型觸發(fā)器在數(shù)據(jù)輸入端一側(cè)鎖住所測得的反沖脈沖。
例如，在D型觸發(fā)器所測得的W相反沖脈沖的下降時間鎖住V相所測得的反脈沖的情況下，在D型觸發(fā)器將其鎖住之后，如果該觸發(fā)器的輸出是低電位，就意味著V相所測得的反沖脈沖在W相所測得的反沖脈沖的下降時間內(nèi)已降為低電位。因此，顯然，W相所測得的反沖脈沖大于V相所測得的反沖脈沖。
另一方面，在D型觸發(fā)器將其鎖住之后，如果該觸發(fā)器的輸出是高電位，就意味著V相所測得的反沖脈沖在W相所測得的反沖脈沖的下降時間內(nèi)也處于高電位。因此，顯然，W相所測得的反沖脈沖小于V相所測得的反沖脈沖。
在步驟S2之后，當輸出晶體管Q2，Q3與Q6在預定時間(例如，1。0ms)導通之后，它們同時截止(步驟S3)。接著，控制邏輯線路14判斷W相所測得的反沖脈沖的寬度與U相所測得的反沖脈沖的寬度中哪個更大(步驟S6)。
當控制邏輯線路14判定W相所測得的反沖脈沖的寬度比U相的大，即“tw2”＞“tu2”時(步驟S6，是)，則預定的變量Y被確定為“2”。另一方面，當控制邏輯線路14判定W相所測得的反沖脈沖的寬度不比U相的大，即“tw2”＜“tu2”時(步驟S6，否)，則預定的變量Y被確定為“0”。然后，變量Y的值被臨時存在寄存器中。
步驟S3之后，當輸出晶體管Q2，Q4與Q5在預定時間(例如，1.0ms)內(nèi)導通之后，它們同時截止(步驟S4)。接著，控制邏輯線路14判斷U相所測得的反沖脈沖的寬度與V相所測得的反沖脈沖的寬度中哪個更大(步驟S7)。
當控制邏輯線路14判定U相所測得的反沖脈沖的寬度比V相的大，即“tu3”＞“tv3”時(步驟S7，是)，則預定的變量Z被確定為“1”。另一方面，當控制邏輯線路14判定U相所測得的反沖脈沖的寬度不比V相的大，即“tu3”＜“tv3”時(步驟S7，否)，則預定的變量Z被確定為“0”。然后，變量Z的值被臨時存在寄存器中。
接下來，當檢測邏輯線路14對存于寄存器中的變量X，Y與Z做加法，求得A(A＝X+Y+Z)時，控制邏輯線路14就根據(jù)“A”對轉(zhuǎn)子的停止位置進行判斷，并對載流相進行判斷以便從能夠在停止位置生成最大轉(zhuǎn)矩的定子繞組提供電流(步驟S8)。
例如，在V相所測得的反沖脈沖比W相的大(X＝4)，W相所測得的反沖脈沖比U相的大(Y＝2)，并且V相所測得的反沖脈沖比U相的大(Z＝0)的情況下，控制邏輯線路14則根據(jù)“A”(＝X+Y+Z＝6)來判斷載流相以便從V相定子繞組向W相定子繞組提供電流。因此，當處理隨著箭頭“a”從圖7A中的步驟S8轉(zhuǎn)至圖7B中的步驟S31時，電流就從V相定子繞組送至W相定子繞組(步驟S31)。也就是說，輸出晶體管Q3與Q6導通。
然后，反向-EMF檢測器13對在作為非載流相的U相定子繞組中生成的反向電磁力Ubemf進行檢測(步驟S32)。當反向-EMF檢測器13檢測出U相的反向電磁力Ubemf從正向越過零點時(步驟S32；是)，控制邏輯線路14則確定屏蔽信號2，當轉(zhuǎn)子穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時該信號約為反沖時間長度的兩倍，并把該屏蔽信號2送至反向-EMF檢測器13(步驟S33)。同時，當輸出晶體管Q3保持導通并且輸出晶體管Q6截止時，則輸出晶體管Q2導通。因此，電流從V相定子繞組流向U相定子繞組(步驟S41)。
然后，反向-EMF檢測器13重新對在作為非載流相的W相定子繞組中生成的反向電磁力Wbemf進行檢測(步驟S42)。當反向-EMF檢測器13檢測出W相的反向電磁力從負向越過零點時(步驟42，是)。控制邏輯線路則再次確定屏蔽信號2，并把該屏蔽信號2送至反向-EMF檢測器13(步驟S43)。同時，當輸出晶體管Q2保持導通并且輸出晶體管Q3截止時，則輸出晶體管Q5導通。因此，電流從W相定子繞組流向V相定子繞組(步驟S51)如上所述，每當反向EMF檢測器13測出非載流相的反向電磁力越過零點時，該相即被改變。結(jié)果，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動得以保持。
在步驟S8，當“A”等于“5”時，處理隨著箭頭“b”轉(zhuǎn)至圖7B中的步驟S11，以開始從U相定子繞組向V相定子繞組提供電流。當“A”等于“4”時，處理隨著箭頭“C”轉(zhuǎn)至圖7B中的步驟S21，以開始從U相定子繞組向W相定子繞組提供電流。當“A”等于“3”時，處理隨著箭頭“d”轉(zhuǎn)至圖7B中的步驟S51，以開始從W相定子繞組向U相定子繞組提供電流。當“A”等于“2”時，處理隨著箭頭“e”轉(zhuǎn)至圖7B中的步驟S41，以開始從V相定子繞組向U相定子繞組提供電流。當“A”等于“1”時，處理隨著箭頭“f”轉(zhuǎn)至圖7B中的步驟S61，以開始從W相定子繞組向V相定子繞組提供電流。
因此，由于電流首先送至能夠生成最大轉(zhuǎn)矩的相，就能夠迅速地驅(qū)動并轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子。
還有，在步驟S8中，在“X＝0”，“Y＝0”并且“Z＝0”，即“Tv1”＜“Tw1”，“Tw2”＜“Tu2”并且“Tu3”＜“Tv3”的情況下，“A”等于“0”。再者，在步驟S8中，在“X＝4”，“Y＝2”并且“Z＝1”，即“Tv1”＞“Tw1”，“Tw2”＞“Tu2”并且“Tu3”＞“Tv3”的情況下，“A”等于“7”。然而，如果準確地對反沖電壓進行檢測，就不會出現(xiàn)上面的情況。因此，在本實施例中，在步驟8的“A”等于“0”或“7”的情況下，由于已斷定轉(zhuǎn)子的停止位置未被準確判斷，則對轉(zhuǎn)子停止位置判斷的處理轉(zhuǎn)至步驟S1并重新開始。這里，由于重新開始處理所必需的時間在10ms之內(nèi)，就能夠忽略對驅(qū)動時間的影響。
這里，步驟S8中的操作與判斷可作為與一個程序?qū)能浖煽刂七壿嬀€路14來執(zhí)行，或者由一個解碼器來執(zhí)行，以便根據(jù)其輸出信號進行轉(zhuǎn)移。
雖然已根據(jù)上述的實施例對本發(fā)明進行了解釋，但是，也應不言自明，本發(fā)明并不局限于本實施例，在不違背其要旨的前提下，可以對本發(fā)明作出變更與修改。
根據(jù)本發(fā)明，將會顯出以下效果。
本發(fā)明的電路根據(jù)反沖電壓對轉(zhuǎn)子的停止位置進行檢測。因此，如圖6A至6G所示，由于反沖電壓足夠地大，也就是說，實際上與電源電壓相同，反沖電壓就非常不容易受噪聲等因素的影響。因此，錯誤地對轉(zhuǎn)子停止位置作出判斷的可能性極低。而且，由于同時導通而后又終止的兩相的反沖時間要進行相互比較，就能夠利用簡單的結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)子相對于定子的準確的停止位置進行檢測，而不需要諸如計數(shù)器，AD轉(zhuǎn)換器之類的電路。加之，因為不使用霍爾元件就能準確地對轉(zhuǎn)子相對于定子的位置進行檢測，并且能夠判斷出載流由之開始的繞組，就可以獲得能夠按照所要求的方向正確旋轉(zhuǎn)的并且在開始轉(zhuǎn)動時不會引起反向轉(zhuǎn)動的三相無刷馬達。
2001年5月9日提出的日本專利申請No.Tokugan 2001-138199的全部公開的內(nèi)容，包括說明書，權(quán)利要求，附圖與概述，在此一并引入以作為參考。
權(quán)利要求
1.一個設(shè)備，用于通過改變施加于每個相定子繞組的電流的方式對包括三個相定子繞組和一個轉(zhuǎn)子的三相無刷馬達進行驅(qū)動，該設(shè)備包括一個輸出電路，用于有選擇地向每個相定子繞組輸送電流一個反向電磁力檢測器，用于對在相定子繞組中的電流未送至其中的那個繞組中感生的反向電磁力進行檢測，以輸出一個檢測信號；一個控制電路，根據(jù)從反向電磁力檢測器輸出的檢測信號對輸出電路進行控制；一個停止位置檢測器，用于在轉(zhuǎn)子未恢復原狀態(tài)或中途停止的情況下，在一個預定時間內(nèi)向每個相定子繞組送入電流之后，對在相定子繞組中生成的反沖電壓的寬度進行相互比較，以檢測轉(zhuǎn)子的停止位置；其中，控制電路對輸出電路進行控制以便根據(jù)由停止位置檢測器檢測出的轉(zhuǎn)子的停止位置向定子繞組中的任一個繞組提供電流，以驅(qū)動該三相無刷馬達。
2.如權(quán)利要求1中所要求的用于驅(qū)動三相無刷馬達的設(shè)備，其中的控制電路對輸出電路進行控制以便向它的相定子繞組中的任一個繞組與之連接的一個端子提供第一電壓，并且與此同時，在一個預定的時間內(nèi)向它的相定子繞組中的其它兩個繞組中的每個繞組均與之連接的一個端子提供第二電壓；停止位置檢測器在第二電壓終止之后，根據(jù)第二電壓加至的相定子繞組的其它兩個繞組中的每個繞組的反沖時間的長度，對轉(zhuǎn)子的停止位置進行檢測。
3.如權(quán)利要求2中所要求的用于驅(qū)動三相無刷馬達的設(shè)備，其中，在第二電壓終止之后，按照相定子繞組的第一電壓施于其上的任一個繞組與相定子繞組的相互提供第二電壓的其它兩個繞組間的三種不同的組合，停止位置檢測器根據(jù)相定子繞組的第二電壓施于它們中的每一個繞組的其他兩個繞組的反沖時間的長度，對轉(zhuǎn)子的停止位置進行檢測。
4.如權(quán)利要求1中所要求的用于驅(qū)動三相無刷馬達的設(shè)備，其中的預定時間比每個相定子繞組的時間常數(shù)要長，而比轉(zhuǎn)子恢復原狀態(tài)的時間要短。
5.如權(quán)利要求2中所要求的用于驅(qū)動三相無刷馬達的設(shè)備，其中的預定時間比每個相定子繞組的時間常數(shù)要長，而比轉(zhuǎn)子恢復原狀態(tài)的時間要短。
全文摘要
一個設(shè)備,用于驅(qū)動一個具有不易受噪聲等干擾并且不需要計數(shù)器,不需要AD轉(zhuǎn)換器等的簡單結(jié)構(gòu)的三相無刷馬達,并且能夠準確地判定該馬達的轉(zhuǎn)子相對于定子的停止位置,判定載流從之開始的相定子繞組,并且當該馬達被驅(qū)動時正確地按照所要求的方向轉(zhuǎn)動馬達。該設(shè)備從一個相定子繞組向其他兩個相定子繞組提供一個短脈沖電流,以便當轉(zhuǎn)子停止時該轉(zhuǎn)子不被驅(qū)動,并且根據(jù)由隨著轉(zhuǎn)子的停止位置的差別而微妙改變的相定子繞組感應系數(shù)的差引起的反沖時間的差對轉(zhuǎn)子的停止位置作出判斷。
文檔編號H02P6/22GK1384596SQ02119129
公開日2002年12月11日 申請日期2002年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月9日
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