專利名稱：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括位置檢測(cè)單元的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。
技術(shù)背景步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有例如尺寸小、轉(zhuǎn)矩高和壽命長的特征，因 此容易實(shí)現(xiàn)在開環(huán)控制下的數(shù)字位置控制操作。因此，步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)已經(jīng)被廣泛用于照相機(jī)和光盤裝置等信息家用設(shè)備以及打 -卩機(jī)和投影機(jī)等商用設(shè)備。然而，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速操作或者在高負(fù)載下進(jìn)行操 作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以下問題步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可能失步(step out)，并且 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)效率低于無刷電動(dòng)機(jī)或D C電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)效 率。為了解決上述問題，提供有傳統(tǒng)上已知的用于防止電動(dòng)機(jī) 失步的技術(shù)。根據(jù)該技術(shù)，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上安裝編碼器，并根 據(jù)轉(zhuǎn)子的位置通電/斷電，從而完成所謂的無刷DC電動(dòng)機(jī)的操作。曰本特公平06-067259和曰本特開2002-359997公開了這種電動(dòng)機(jī)。根據(jù)這些技術(shù)，通過根據(jù)速度將由安裝在電動(dòng)機(jī)中的 非接觸式傳感器獲得的信號(hào)的相位提前并且還根據(jù)該信號(hào)切換 電流以流過線圏來補(bǔ)償電流的上升延遲，從而能夠進(jìn)行高速操作。在上述專利文獻(xiàn)公開的電動(dòng)機(jī)中，需要安裝兩個(gè)高精度磁 性傳感器?，F(xiàn)在將說明該需要。圖ll示出了當(dāng)恒定電流流過線圈時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。因?yàn)殡?流可以分別以正向和反向流過兩個(gè)線圏，所以可以如圖ll所示產(chǎn)生四類轉(zhuǎn)矩分布。這些分布具有與正弦波形的基本相同的波形，并且在電角度上具有90。的相位差。所述電角度以360。表示正弦波的一個(gè)周期。當(dāng)轉(zhuǎn)子的極數(shù) 為n時(shí)，實(shí)際角度為(2x電角度)/n。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，順序通電以流過線圈，因此總是獲 得具有圖11中所示轉(zhuǎn)矩波形T1的高轉(zhuǎn)矩。此時(shí)，在基于來自磁 性傳感器的信號(hào)所確定的時(shí)刻，通電以流過線圈。如果兩個(gè)磁 性傳感器布置成相互間隔9 0 °電角度，則可以在最高效的時(shí)刻通 電。然而，如果磁性傳感器的設(shè)置位置存在誤差，則如圖ll中 的T 2所示轉(zhuǎn)矩波形劣化，從而降低電動(dòng)機(jī)效率。因此，在組裝電動(dòng)機(jī)時(shí)需要進(jìn)行校正磁性傳感器的設(shè)置位 置的處理，從而導(dǎo)致制造成本增加和電動(dòng)機(jī)質(zhì)量降低。如下所述，日本特許3621696解決了上述問題。在一個(gè)基片 (chip)設(shè)置有兩個(gè)磁敏極，該基片作為具有開口的磁性傳感器。 將磁敏極的中心連接到轉(zhuǎn)軸中心的直線之間的角度是將磁體的 相鄰磁極的中心連接到轉(zhuǎn)軸中心的直線之間角度的一半(1/2)。利用該結(jié)構(gòu)，能夠以基于組件級(jí)的間隔設(shè)置這兩個(gè)磁敏極。 另外，在最佳時(shí)刻通電以流過線圏，從而避免了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下 降。從這兩個(gè)萬茲每丈才及輸出的信號(hào)被生成為；f皮此具有90。的相位 差。因此，根據(jù)信號(hào)是正還是負(fù)來控制通電以流過線圏的時(shí)刻， 從而實(shí)現(xiàn)高效率的電動(dòng)機(jī)?；诖判詡鞲衅鞯拈_口確定磁性傳感器的位置，從而能夠 以高精度設(shè)置磁性傳感器的位置。然而，在日本特許3621696 中公開的方法具有以下問題設(shè)置磁性傳感器的自由度降低。 現(xiàn)在將說明該問題。如上所述，為了增加電動(dòng)機(jī)的效率，需要流過第一線圈的 電流與流過第二線圏的電流具有90。電角度的相位差。因此，根據(jù)日本特許3621696中公開的技術(shù)，將磁敏極的中心連接到轉(zhuǎn)軸 中心的直線之間的角度是將磁體的相鄰》茲極的中心連接到轉(zhuǎn)軸 中心的直線之間角度的 一 半(1/2)。更具體地， 一旦確定了電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和傳感器在徑向上的 位置，這兩個(gè)傳感器之間的距離就確定了 。因此，需要根據(jù)電 動(dòng)機(jī)的極數(shù)或磁體的尺寸來準(zhǔn)備各專用傳感器，從而難以降低 傳感器成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種用于自由選擇將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心連接到兩 個(gè),茲l丈才及的直線之間的角度的方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，包括 可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其包括在圓周方向上以多極方式磁化為n個(gè)極 的磁體；第一線圈；第二線圈；第一磁極檢測(cè)單元，其包括用 于感測(cè)在所述磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的磁場(chǎng)變化的第 一 磁敏極；第二 磁極檢測(cè)單元，其配置為具有用于感測(cè)在所述i茲體旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生 的磁場(chǎng)變化的第二磁敏極；以及控制單元，其配置為根據(jù)使用 包括由所述第 一磁極檢測(cè)單元檢測(cè)到的第 一檢測(cè)信號(hào)和由所述 第二磁極檢測(cè)單元檢測(cè)到的第二檢測(cè)信號(hào)的第 一 算法等式計(jì)算 出的第一校正信號(hào)來切換流過所述第一線圈的通電方向，以及 根據(jù)使用不同于所述第 一 算法等式的包括由所述第 一 磁極檢測(cè) 單元檢測(cè)到的所述第 一 檢測(cè)信號(hào)和由所述第二磁極檢測(cè)單元檢 測(cè)到的所述第二檢測(cè)信號(hào)的第二算法等式計(jì)算出的第二校正信 號(hào)來切換流過所述第二線圈的通電方向。通過以下參考附圖對(duì)典型實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他特征和方面將變得明顯。
包含在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā) 明的典型實(shí)施例、特征和方面，并與說明書一起用于解釋本發(fā) 明的原理。圖1是根據(jù)本發(fā)明第 一 典型實(shí)施例的示例步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的立體圖；圖2是圖1中所示沿著垂直于轉(zhuǎn)子中心軸并穿過磁性傳感器 的磁敏極的平面所截取的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的截面圖；圖3是示出圖l中所示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的示例驅(qū)動(dòng)電路的圖； 圖4是圖3中所示的示例角度校正單元的電路圖； 圖5是關(guān)于圖1中所示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性圖； 圖6是關(guān)于圖l中所示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性圖； 圖7是關(guān)于圖l中所示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性圖； 圖8是關(guān)于圖l中所示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性圖； 圖9是根據(jù)本發(fā)明第二典型實(shí)施例的示例步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的立 體圖；圖IO是圖9中所示沿著垂直于電動(dòng)機(jī)中心軸并穿過磁性傳 感器的平面所截^l的步進(jìn)電動(dòng)^L的截面圖；以及 圖ll是關(guān)于傳統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性圖。
具體實(shí)施方式
下面將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的各種典型實(shí)施例、特征和方面。第一典型實(shí)施例圖1是根據(jù)本發(fā)明第 一 典型實(shí)施例的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1的立體圖。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1包括具有磁體2的轉(zhuǎn)子3、第一線圈4a、第二線 圈4b、第一^茲輒5a、第二i茲扼5b、磁性傳感器6以及電動(dòng)機(jī)罩7。 第一線圏4a、第二線圏4b、第一磁軛5a、第二石茲軛5b、磁性傳 感器6以及電動(dòng)機(jī)罩7構(gòu)成定子。磁體2是圓筒形狀的永》茲體并且在圓周方向上以多極方式 箱f化為n個(gè)才及?！菲濗w2具有徑向上的；茲力關(guān)于角位置以正弦波形 變化的磁化模式。在本典型實(shí)施例中，磁體2被磁化為11= 8個(gè)極。支撐轉(zhuǎn)子3以相對(duì)于定子可旋轉(zhuǎn)并與磁體2成為一體。第一 線圏4a包括纏繞若干圏的并圍繞以轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)中心作為中心 軸的線軸纏繞的導(dǎo)線。第二線圈4 b包括纏繞若千圈的并圍繞以 轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)中心作為中心軸的線軸纏繞的導(dǎo)線。第一》茲扼5a包括可由第一線圏4a激勵(lì)的多個(gè)/茲極齒。如果 改變待激勵(lì)的極，則也可改變要施加到轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)矩。第二磁軛 5b包括可由第二線圈4b激勵(lì)的多個(gè)磁極齒。如果改變待激勵(lì)的 極，則也可改變要施加到轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)矩。磁性傳感器6是檢測(cè)磁體2的磁通量的非接觸式磁性傳感器 單元，如霍爾元件。磁性傳感器6包括配置為之間具有間隔d的 第 一磁敏極6a和第二磁敏極6b (參見圖2)。磁性傳感器6具有兩個(gè)各自輸出與穿過磁壽丈極6a或6b的石茲 通量密度成比例的電壓的輸出端子。如果穿過；茲敏極的磁通量 密度是N極，則相關(guān)聯(lián)的輸出端子輸出正電壓。如果該磁通量 密度是S極，則相關(guān)聯(lián)的輸出端子輸出負(fù)電壓。設(shè)置磁性傳感器6的角位置，以使得第 一 磁敏極6 a位于第一 磁扼5a的兩個(gè)相鄰的磁極齒之間的中點(diǎn)處。根據(jù)以下方法(下 面將要說明)校正來自第二磁敏極6b的信號(hào)，從而改變關(guān)于獲 得如圖ll中的T1所示的電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)矩時(shí)刻的電流。如果在磁性傳感器6的外圍設(shè)置軟》茲背-茲軛(soft magneticback yoke),則可以增加穿過磁性傳感器6的》茲通量密度，并且 還可以增加磁性傳感器6的輸出。電動(dòng)機(jī)罩7由包括非磁性材料的圓筒形部件制成。第 一 磁扼 5a和第二磁軛5b以彼此預(yù)定的相位差同軸固定到電動(dòng)機(jī)罩7。磁 性傳感器6以與每個(gè)磁軛成預(yù)定角度固定到電動(dòng)機(jī)罩7。為了便 于說明，圖l以部分?jǐn)嗔褕D形式示出了電動(dòng)機(jī)罩7。下面說明在步進(jìn)電動(dòng)才幾1中；茲性傳感器6的^茲敏極6a和6b在 旋轉(zhuǎn)方向上的位置關(guān)系。圖2是圖1中所示沿著垂直于轉(zhuǎn)子3的中心軸并穿過磁性傳 感器6的磁敏極6a和6b的平面所截取的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的截面圖。為 了圖解清晰，圖2僅示出了磁體2、轉(zhuǎn)子3以及磁性傳感器6之間 的位置關(guān)系。可以盡可能地靠近磁體2配置磁性傳感器6的磁敏極6 a和6 b 以便于增強(qiáng)信號(hào)輸出和減小噪聲影響。在本典型實(shí)施例中，磁 性傳感器6位于萬茲體2的表面上方與該表面有大約0.5mm的間 隔，同時(shí)磁性傳感器6不與磁體2相接觸。如果磁性傳感器6的磁敏極6a和6b之間的間隔增加，則磁性 傳感器6的尺寸也增加，從而難以使該電動(dòng)機(jī)小型化。為了避免 這 一 點(diǎn)，將磁敏極6a和6b之間的距離d設(shè)定為適當(dāng)值。在這種配置的電動(dòng)機(jī)中，將磁性傳感器6的兩個(gè)磁敏極6a 和6b的中心連接到轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)中心的直線之間的角度不總是 將磁體2的相鄰》茲極的中心連接到轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)中心的直線之間 角度的一半。更具體地，/人兩個(gè)磁敏極6a和6b輸出的信號(hào)的相位差不總 是90。電角度，因此導(dǎo)致圖2中所示的位置誤差a'。 (a。 = n/2xa'。 的電角度)。因此，如果根據(jù)這種信號(hào)通電/斷電以流過線圏4a 和4b ，則電動(dòng)才幾轉(zhuǎn)矩減小。然而，在本典型實(shí)施例中，根據(jù)下面將說明的方法，產(chǎn)生 具有9 0 。電角度的相位差的信號(hào)以避免電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的減小。圖3是示出圖l中所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)l的驅(qū)動(dòng)電路的圖。圖3 中所示的驅(qū)動(dòng)電路10用于驅(qū)動(dòng)具有上述結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)1 。驅(qū)動(dòng)電 路10包括橋式電路11 、控制器12以及角度校正單元13 。橋式電^各11響應(yīng)于輸入信號(hào)控制預(yù)定方向的電流以流過第 一線圈4a和第二線圈4b?？刂破?2響應(yīng)于從外部輸入的旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)和驅(qū)動(dòng)脈沖信 號(hào)來控制電流以流過橋式電路ll。在第一校正信號(hào)的符號(hào)變化 的時(shí)刻接通/斷開流過第 一 線圏4a的電流，而在第二校正信號(hào)的 符號(hào)變化的時(shí)刻接通/斷開流過第二線圈4b的電流。控制器12 對(duì)第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)并且在計(jì)數(shù)的信 號(hào)達(dá)到預(yù)定脈沖時(shí)斷電。注意，對(duì)于控制器12的特定操作方法沒有限制。根據(jù)電動(dòng) 機(jī)的應(yīng)用方法或控制方法，其它技術(shù)可以用于在達(dá)到預(yù)定速度 或預(yù)定位置時(shí)切換電流以流過線圈，或者改變?yōu)楹步 (micro-step)驅(qū)動(dòng)等的開環(huán)控制。角度校正單元13基于來自第一傳感器(第一磁敏極6a)和 第二傳感器(第二磁敏極6b)的傳感器信號(hào)和指定的旋轉(zhuǎn)方向 信號(hào)生成第 一校正信號(hào)和第二校正信號(hào)。如上所述，第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)之間的相位 差不總是90。電角度，并且信號(hào)具有oc。的位置誤差。如果將這些 信號(hào)直接用于控制時(shí)刻以對(duì)線圏通電/斷電，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩可能 減小。角度校正單元13對(duì)a。的位置誤差進(jìn)行校正并生成第 一校 正信號(hào)和與第一校正信號(hào)有90。相位差的第二校正信號(hào)。將第一 校正信號(hào)和第二校正信號(hào)經(jīng)由控制器12輸入到橋式電路11,以用作用于指示對(duì)線圈4 a和4 b通電/斷電的時(shí)刻的信號(hào)。下面將說明角度校正單元13。如上所述，將磁體2磁化以使 得其徑向上的磁力將是關(guān)于角位置的正弦波形。因此，將從第 一磁敏極6a獲得的信號(hào)表示為sine,其中e是電角度。如上所述，將第二磁敏極6b配置為與第 一 磁敏極6a有 (90-oc)。電角度的相位差。因此，將從第二磁敏極6b獲得的信號(hào) 定義為cos(9-a)?，F(xiàn)在，考慮系數(shù)A和B。將第一校正信號(hào)表示為第一傳感器 信號(hào)xcos(A)+第二傳感器信號(hào)xsin(A),而將第二校正信號(hào)定義 為第二傳感器信號(hào)xcos(B)-第一傳感器信號(hào)xsin(B)。由于第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)具有相同的周期， 因而通過將這些信號(hào)乘以預(yù)定系數(shù)所獲得的結(jié)果信號(hào)具有與它 們的原始信號(hào)相同的周期，并且僅有它們的相位差和幅度改變。 因此，通過使用第一傳感器信號(hào)和第二傳感器信號(hào)，存在用于 通過校正位置誤差a生成彼此具有90。相位差的信號(hào)的系數(shù)A和 B ， 如下所示sin(e)cos(A) + cos(e國a)sin(A) = Ylsin(e) (1)cos(G)-a)cos(B) - sin(6)sin(B) = Y2cos(e) (2)基于位置誤差a確定系數(shù)A和B。在此情況下，顯然A二0。 下面將更詳細(xì)地說明系數(shù)A和B的特定值。在此情況下，Yl和 Y2分別是第一校正信號(hào)和第二校正信號(hào)的幅度。由此根據(jù)上述方法校正該信號(hào)，從而生成無失步的電動(dòng)機(jī) 的電切換信號(hào)。類似于日本特公平06-067259和日本特開 2002-3599977>開的技術(shù)，首先生成基于/人》茲性傳感器6輸出的 信號(hào)的具有x。超前角(lead angle)的信號(hào)，通過根據(jù)所生成的信 號(hào)對(duì)線圏4a和4b通電/斷電可以增強(qiáng)電動(dòng)^/L的效率。下面將對(duì)其說明原因。流過該線圏的電流以其固有的延遲 上升。當(dāng)該電動(dòng)機(jī)以高速工作時(shí)，以短的間隔對(duì)該線圏進(jìn)行通 電/斷電。即，在電流沒有充分升高時(shí)，進(jìn)一步對(duì)該線圈進(jìn)行通電。為了減小該影響，生成了具有超前角的信號(hào)，使得足夠早 地通電以使充足的電流流過，并且即使在高速工作時(shí)也可以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以按照如下獲得4交正系數(shù)A和B以生成 作為第 一 校正信號(hào)和第二校正信號(hào)的信號(hào)sin(e)cos(A) + cos(e-oc)sin(A) = Ylsin(e+x) (3)cos(e-a)cos(B) - sin(e)sin(B) = Y2cos(e+x) (4) 基于位置誤差a和超前角x確定校正系數(shù)A和B。圖4是圖3中所示的角校正單元13的電路圖。在圖4中，當(dāng)可 變電阻R1、 R2、 R3和R4的值分別為R/R1 = cos(A), R/R2 = sin(A) R/R3 = cos(B)以及R/R4 = cos(B)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)等式(3)和等式 (4)。可變電阻R、 Rl、 R2、 R3和R4只取正值。然而，如圖4中 所示，通過根據(jù)系數(shù)A和B是正還是負(fù)來準(zhǔn)備sine和cos(e-a)的 反轉(zhuǎn)信號(hào)并選擇反轉(zhuǎn)信號(hào)，即使校正系數(shù)A和B是負(fù)值也可以實(shí) 現(xiàn)等式0)和(4)。sin(A)、 cos(A)、 sin(B)和cos(B)的值只表示系數(shù)A和B之間 的關(guān)系而不限定它們的幅度。例如，當(dāng)A= 30。以及B = 35°時(shí)， 系數(shù)可以是sin(30。)、 cos(30。)、 sin(35。)和cos(35。)，也可以是 各值的二倍。通過比較器二值化校正值。根據(jù)該信號(hào)的變化來 改變線圏的通電方向。如上所述，通過將相位從正常位置提前可以提高電動(dòng)機(jī)的 效率。這是因?yàn)闇p小了流過線圏的電流的響應(yīng)延遲的影響。在轉(zhuǎn)子3反向旋轉(zhuǎn)期間，生成與轉(zhuǎn)子3的正常旋轉(zhuǎn)方向相反 的方向上的超前角信號(hào)，從而獲得與正常旋轉(zhuǎn)的效果相類似的效果。才艮據(jù)所生成的信號(hào)通電以流過線圏4a和4b, 乂人而減小流 過線圏4a和4b的電流的響應(yīng)延遲。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子3反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以生成滿足如下等式(5)和 (6)的校正信號(hào)sin(e)cos(A) + cos(e隱oc)sin(A) = Ylsin(9-x) (5) cos(e-a)cos(B) - sin(e)sin(B) = Y2cos(6-x) (6) 下面將說明才交正系數(shù)A和B ?；谖恢谜`差a和超前角x確定 校正系數(shù)A和B。在考慮滿足等式(3)和(4)的校正系數(shù)A和B、位 置誤差a和超前角x之間的關(guān)系時(shí)，可以獲得圖5中所示的結(jié)果。 注意，圖5示出了位置誤差a為0。、 20。和45。的三種情況。可以由4吏用中介變量(intervening variable)t和s的等式(7)和 (8)來表達(dá)這些關(guān)系。順序地改變中介變量t和s的值。將此時(shí)的 超前角x的值用于橫軸，同時(shí)將校正系數(shù)A或B的值用于縱軸， 從而獲得圖5中所示的關(guān)系。使用等式(7)和(8)，可以確定基于 任意位置誤差a和超前角x的校正系數(shù)A和B。爿=—ra cos 2z1 o;--H——4cos^ " 2 cos 2/斗cos — 2(7) cos a.、-=,y +--^——斗cos — 2= —,s' +-斗cos — 2(8)使用由此獲得的校正系數(shù)A和B，基于等式(3)和(4)生成第一校正信號(hào)和第二校正信號(hào)。結(jié)果，即使第一傳感器信號(hào)和第 二傳感器信號(hào)之間的相位差不是90。，也可以生成從第一傳感器信號(hào)提前x。的第 一校正信號(hào)和與第 一校正信號(hào)具有90。相位差的第二校正信號(hào)。圖6示出了利用例如位置誤差ot = 20。和超前角x = 30°所獲 得的信號(hào)。從圖5可以明顯看出，校正系數(shù)A和B是A = -27.0 和B = -11.4,其中位置誤差a = 20。并且超前角x = 30°。可以使用校正系數(shù)A和B基于等式(3)和(4)獲得從第 一傳感 器信號(hào)提前30。的第 一校正信號(hào)和與第 一校正信號(hào)具有90。相位 差的第二校正信號(hào)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以讀取才交正系數(shù)(當(dāng)超前角乂 = -30。時(shí))以便進(jìn)行相同的過程。從圖5可以看出，校正系數(shù)是 A::， 37.8和B = 41.5。結(jié)果，可以獲得圖7中所示的校正信號(hào)。使用除9 0 。以外的任意值可以校正第二磁敏極6 b的位置誤 差a。然而，如果位置誤差a接近90。，則校正信號(hào)的幅度減小， 從而信噪比(S/N ratio)劣化。結(jié)果，電動(dòng)機(jī)將會(huì)對(duì)噪聲影響敏感， 從而容易引起錯(cuò)誤的工作。根據(jù)本典型實(shí)施例，盡管可以任意 校正位置誤差a,然而仍然希望位置誤差a的值小。圖8示出了例如位置誤差a = 70。和超前角x= 20。的信號(hào)。校 正信號(hào)的幅度是來自傳感器的信號(hào)的幅度的50%或更低。這表 示信噪比已經(jīng)劣化。在本典型實(shí)施例中，通過電路來校正兩個(gè)信號(hào)之間的相位 差使其總是90。。因此，將磁性傳感器6的兩個(gè)磁敏極6a和6b的 中心連接到轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)中心的直線之間的角度可能不是將磁 體2的兩個(gè)相鄰磁極的中心連接到轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)中心的直線之間 的角度的一半。因此，可以將兩個(gè)磁敏極6a和6b配置成之間具有任意的間隔。因此，即佳J茲體2的才及的個(gè)凄t不同、石茲體2的直徑不同或》茲體2和^磁性傳感器6之間的間隔不同，也可以4吏用相同的》茲性傳 感器。通用磁性傳感器6的應(yīng)用可以減少總的制造成本。在本典型實(shí)施例中，從磁敏極6a和6b到轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)中心的 距離不必基于兩個(gè)磁敏極6a和6b之間的間隔。因此，即使兩個(gè) 磁敏極6a和6b設(shè)置為之間具有給定的間隔，也可以將》茲性傳感 器6設(shè)置在強(qiáng)磁力的位置中，使得磁性傳感器6可以對(duì)噪聲不敏在本典型實(shí)施例中，根據(jù)用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁體的磁通量密度 的改變的方法來檢測(cè)轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)角度。因此，不必準(zhǔn)備用于檢 測(cè)位置的脈沖盤(pulse disc)或者編碼器》茲體等專用組件，從而 沒有增加轉(zhuǎn)子3的慣量、組件的數(shù)量和安裝步驟。在本典型實(shí)施例中，因?yàn)樾盘?hào)具有超前角，所以即使轉(zhuǎn)子3 的旋轉(zhuǎn)頻率增加，也可以補(bǔ)償流過線圏的電流的上升延遲，從 而增加電動(dòng)枳i效率。不僅可以如本典型實(shí)施例那樣使用模擬電路來校正位置誤 差a和提供超前角x,而且也可以為此使用數(shù)字電路。然而，當(dāng) 通過數(shù)字處理進(jìn)行上述處理時(shí)，花費(fèi)大量時(shí)間用于計(jì)算，并且 電路負(fù)荷增加。即，在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)期間需要不斷進(jìn)行計(jì)算處理， 并且特別當(dāng)電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，不能平穩(wěn)執(zhí)行計(jì)算處理。另一 方面，如果如本典型實(shí)施例那樣通過簡(jiǎn)單的模擬電路執(zhí)行計(jì)算， 因?yàn)楦鶕?jù)簡(jiǎn)單的處理生成校正信號(hào)，則即使在電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn) 期間也可以連續(xù)生成校正信號(hào)。在本典型實(shí)施例中，將霍爾元件用作磁性傳感器6。通常， 霍爾元件的輸出隨溫度而變化。然而，本典型實(shí)施例可為該變 化提供補(bǔ)償。將第一磁敏極6a和第二磁敏極6b靠近設(shè)置。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)溫度根據(jù)流過線圈4a和4b的電流而增加時(shí)，兩個(gè)磁敏 極6a和6b的溫度相似，從而它們的輸出以相似的速度改變。從等式(3)和(4)可明顯看出，當(dāng)?shù)谝淮琶魳O6a和第二磁敏極 6b的輸出以相似的速度改變時(shí)，校正信號(hào)的幅度以相似的速度 改變，而它們的周期和相位差不變。在本典型實(shí)施例中，在切換校正信號(hào)符號(hào)的時(shí)間點(diǎn)(零交 叉點(diǎn))通電以流過線圈4a和4b,而不考慮校正信號(hào)的幅度。只 要第 一磁敏極6a和第二磁敏極6b的輸出以相似的速度改變，即 使磁性傳感器的輸出隨溫度的變化而變化，也不存在對(duì)電切換 時(shí)刻的影響。如本典型實(shí)施例，-磁性傳感器6可以在單個(gè)傳感器中包括兩 個(gè)磁敏極。該結(jié)構(gòu)可以將兩個(gè)傳感器(兩個(gè)磁敏極)的特性差 別最小化?？梢詫⒋琶魳O之間的間隔設(shè)置為組件的尺寸。這使得電動(dòng) 機(jī)質(zhì)量穩(wěn)定并且對(duì)安裝誤差不敏感。此外，與使用兩個(gè)各自包 括 一 個(gè)磁敏極的傳感器的情況相比較，由于組件數(shù)量和導(dǎo)線數(shù) 量的減少，可以順利地將電動(dòng)機(jī)小型化。第二典型實(shí)施例圖9是根據(jù)本發(fā)明第二典型實(shí)施例的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)21的立體 圖。圖IO是圖9中所示沿著垂直于轉(zhuǎn)子3的中心軸并穿過磁性傳 感器的平面所截取的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)21的截面圖。相同的附圖標(biāo)記 用于與第一典型實(shí)施例中類似的那些組件，因此將不再重復(fù)其說明。在本典型實(shí)施例中，代替包括兩個(gè)磁敏極的磁性傳感器6， 使用各自包括一個(gè)磁敏極的第一磁性傳感器16a和第二磁性傳 感器16b。即，存在磁性傳感器的更多選擇。因?yàn)榭梢詫⒋判詡?感器獨(dú)立地設(shè)置在它們的位置中，所以可以增加位置的自由度。因此，可以與第 一磁性傳感器16a呈90。電角度設(shè)置第二磁 性傳感器16b。如果由于它們之間的干擾，不能將其設(shè)置為具有 90°相位差，則可以將其設(shè)置為具有Nxl80+90。 ( N是任意整數(shù)) 電角度的相4立差。此時(shí)，可能在電動(dòng)機(jī)組裝時(shí)發(fā)生的磁性傳感器安裝誤差可 能對(duì)電動(dòng)機(jī)性能有影響。當(dāng)磁性傳感器的設(shè)置位置偏移Amm 時(shí)，設(shè)置位置的偏移角度a'由下式表示a' tana' = A/R, 其中，R是從旋轉(zhuǎn)中心到磁性傳感器的距離。因此，電角度中 的位置誤差ot可以由以下等式來表示a = n/2xoc' = nA/2R。當(dāng)將電動(dòng)機(jī)形成為具有小的直徑并且具有多個(gè)極時(shí)，位置 誤差a增加。例如，在電動(dòng)機(jī)具有20個(gè)極的情況下，如果將該 磁性傳感器設(shè)置為距離旋轉(zhuǎn)中心3mm，則當(dāng)該傳感器設(shè)置位置 偏移0.1mm時(shí)位置誤差是0.33[Rad] = 19。，因此導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率減小。在電動(dòng)機(jī)組裝后^r測(cè)該偏移，并將其存儲(chǔ)在驅(qū)動(dòng)電路中， 然后根據(jù)類似于第 一 實(shí)施例的方法校正該偏移，從而提高電動(dòng)機(jī)效率。如果將電動(dòng)機(jī)進(jìn)一步小型化，則由于磁性傳感器之間或者 磁軛和磁性傳感器之間的干擾，不能以相互之間9 0 。電角度的相 位差設(shè)置兩個(gè)磁性傳感器16a和16b。在此情況下，如果根據(jù)本 典型實(shí)施例的校正方法以更高的自由度設(shè)置磁性傳感器，則可 以順利地將電動(dòng)機(jī)小型化。盡管已經(jīng)參照典型實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解， 本發(fā)明不局限于所公開的典型實(shí)施例。所附權(quán)利要求書的范圍 符合最寬的解釋，以包含所有修改、等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，包括可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其包括在圓周方向上以多極方式磁化為n個(gè)極的磁體；第一線圈；第二線圈；第一磁極檢測(cè)單元，其包括用于感測(cè)在所述磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的磁場(chǎng)變化的第一磁敏極；第二磁極檢測(cè)單元，其配置為具有用于感測(cè)在所述磁體旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的磁場(chǎng)變化的第二磁敏極；以及控制單元，其配置為根據(jù)使用包括由所述第一磁極檢測(cè)單元檢測(cè)到的第一檢測(cè)信號(hào)和由所述第二磁極檢測(cè)單元檢測(cè)到的第二檢測(cè)信號(hào)的第一算法等式計(jì)算出的第一校正信號(hào)來切換流過所述第一線圈的通電方向，以及根據(jù)使用不同于所述第一算法等式的包括由所述第一磁極檢測(cè)單元檢測(cè)到的所述第一檢測(cè)信號(hào)和由所述第二磁極檢測(cè)單元檢測(cè)到的所述第二檢測(cè)信號(hào)的第二算法等式計(jì)算出的第二校正信號(hào)來切換流過所述第二線圈的通電方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其特征在于， 根據(jù)所述第 一 檢測(cè)信號(hào)、所述第二檢測(cè)信號(hào)和由所述第 一 磁敏 極和所述第二磁敏極的位置誤差以及為所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備設(shè) 置的超前角所確定的第一校正值來計(jì)算所述第一校正信號(hào)，以 及根據(jù)所述第 一 檢測(cè)信號(hào)、所述第二檢測(cè)信號(hào)和由所述第一 磁敏極和所述第二》茲每文極的位置誤差以及為所述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè) 備設(shè)置的所述超前角所確定的不同于所述第一校正值的第二校 正值來計(jì)算所述第二校正信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其特征在于，所述第 一校正信號(hào)和所述第二校正信號(hào)彼此之間具有90。電角度的相位差。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其特征在于， 所述第一磁敏極和所述第二磁敏極被設(shè)置在一個(gè)基片內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其特征在于， 當(dāng)所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速增加時(shí)所述超前角增加。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的控制器根據(jù)基于第一磁極檢測(cè)信號(hào)和第二磁極檢測(cè)信號(hào)獲得的第一超前角信號(hào)來切換流過第一線圈的通電方向。該控制器根據(jù)基于所述第一磁極檢測(cè)信號(hào)和所述第二磁極檢測(cè)信號(hào)獲得的第二超前角信號(hào)來切換流過第二線圈的通電方向。因此，可以配置電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，使得可以自由選擇所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心關(guān)于兩個(gè)磁敏極的角度。
文檔編號(hào)H02P8/00GK101257274SQ200810007579
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者安田悠 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社