專利名稱：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各種電動(dòng)機(jī)，所述各種電動(dòng)機(jī)把產(chǎn)生磁極的線圈線狀排 列，通過依次切換流過線圈的電流，使由永磁或強(qiáng)磁性體構(gòu)成的轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)，或者使滑動(dòng)部移動(dòng)，并且涉及在該電動(dòng)機(jī)中使用的磁結(jié)構(gòu)體，還涉 及將該電動(dòng)機(jī)用作驅(qū)動(dòng)源的驅(qū)動(dòng)體。本發(fā)明可適用于作為所述驅(qū)動(dòng)體的 電動(dòng)汽車、電動(dòng)二輪車、電動(dòng)輪椅等，以及其它電動(dòng)玩具、電動(dòng)飛機(jī)、 小型電動(dòng)設(shè)備以及MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))。
背景技術(shù)：
利用交流等的頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)的AC電動(dòng)機(jī)主要分為同步電動(dòng)機(jī)和感 應(yīng)電動(dòng)機(jī)兩類。同步電動(dòng)機(jī)是在轉(zhuǎn)子中使用永磁或鐵等強(qiáng)磁性體的層疊 磁心，以與由電源頻率決定的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度相同的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的電 動(dòng)機(jī)。
根據(jù)轉(zhuǎn)子的不同，有使用永磁的磁鐵型和巻繞有線圈的繞線型、以 及使用鐵等強(qiáng)磁性體的電抗型電動(dòng)機(jī)。其中磁鐵型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的永磁 受到定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用而旋轉(zhuǎn)。另一方面，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是在筐形的轉(zhuǎn) 子中導(dǎo)線由于電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生另外的磁場(chǎng)而旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。
在所述電動(dòng)機(jī)中，也有不旋轉(zhuǎn)而作直線移動(dòng)或者在平面內(nèi)自由移動(dòng) 的電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)普遍稱為線性電動(dòng)機(jī)，使產(chǎn)生磁極的線圈直線狀 排列，并通過依次切換流過的電流使其上放置的永磁或強(qiáng)磁性體移動(dòng)。 按直線狀配置的線圈組為定子，轉(zhuǎn)子為平坦形狀，在定子上滑動(dòng)，因而 相當(dāng)于滑動(dòng)部。作為所述磁鐵型的同步電動(dòng)機(jī)，例如有日本特開平8 — 51745號(hào)公報(bào) (專利文獻(xiàn)l)中所述的小型同步電動(dòng)機(jī)。該小型同步電動(dòng)機(jī)如專利文獻(xiàn)
1的圖1所示，具備巻繞有勵(lì)磁線圈7的定子磁心6;以及轉(zhuǎn)子3，該
轉(zhuǎn)子3具有在內(nèi)部?jī)?nèi)置有磁鐵1且在周面上等間隔排列有NS極的轉(zhuǎn)子磁 心2。

發(fā)明內(nèi)容
但是現(xiàn)有技術(shù)中說明的電動(dòng)機(jī)，與產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩相比重量變重，而若 提高產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩則會(huì)存在大型化的問題。因此，本發(fā)明目的在于提供一種 轉(zhuǎn)矩與重量的平衡性優(yōu)良并適合于小型化的電動(dòng)機(jī)。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供了一種電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，該電動(dòng) 機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路為AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，所述AC電動(dòng)機(jī)包含配置在定子上 的線圈體的組、配置在移動(dòng)體上的永磁、以及傳感器；所述線圈體具有 多個(gè)線圈；所述永磁具有多個(gè)磁極要素，所述多個(gè)磁極要素相對(duì)于所述 線圈體而配置為交替異極；所述傳感器輸出電平對(duì)應(yīng)于所述永磁的移動(dòng) 所引起的周期性磁場(chǎng)變化而變化的檢測(cè)信號(hào)；所述驅(qū)動(dòng)電路具有頻率電 壓轉(zhuǎn)換部、電平調(diào)整電路、窗口比較器和線圈驅(qū)動(dòng)電路；所述頻率電壓 轉(zhuǎn)換部輸出與所述檢測(cè)信號(hào)相應(yīng)的電壓；所述電平調(diào)整電路輸出與所述 頻率電壓變換部的輸出電壓相應(yīng)電平的磁滯電平信號(hào)；窗口比較器輸出 根據(jù)所述傳感器的檢測(cè)信號(hào)和所述磁滯電平信號(hào)的電平比較結(jié)果而設(shè)定 了占空比的脈沖串狀的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述線圈驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào) 向所述線圈體供應(yīng)勵(lì)磁電流。


圖1是表示本發(fā)明的磁性體結(jié)構(gòu)的示意圖和動(dòng)作原理的圖。
圖2是接著圖1表示動(dòng)作原理的圖。
圖3是表示電磁線圈的連接狀態(tài)的等效電路圖。
圖4是電動(dòng)機(jī)的立體圖。
圖5是向線圈組供給勵(lì)磁電流的驅(qū)動(dòng)電路的框圖。圖6是用于將傳感器的數(shù)字輸出直接反饋給線圈驅(qū)動(dòng)電路的控制電 路的框圖。
圖7是控制電路的控制波形圖。
圖8是表示根據(jù)傳感器的數(shù)字輸出的PWM控制處理動(dòng)作的波形圖。 圖9是用于將傳感器的模擬輸出直接反饋給線圈驅(qū)動(dòng)電路的控制電
路的框圖。
圖IO是控制電路的控制波形圖。
圖11是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的模擬輸出值的磁滯電平控制的控制電路 的框圖。
圖12是磁滯電平較小時(shí)的控制波形圖。
圖13是磁滯電平較大時(shí)的控制波形圖。
圖14是基于模擬輸出傳感器的PWM控制電路的框圖。
圖15是表示該P(yáng)WM控制動(dòng)作的波形圖。
圖16是表示線圈驅(qū)動(dòng)電路的另一例子的框圖。
圖17是其驅(qū)動(dòng)波形圖。
圖18是將本發(fā)明應(yīng)用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)的框圖。
圖19是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的傳感器直接驅(qū)動(dòng)方式的波形圖。
圖20是基于包括具有磁滯調(diào)整用電子VR的窗口比較器的模擬方式
傳感器的數(shù)字再生/發(fā)電控制的框圖。
圖21是表示磁滯調(diào)整電子VR較小時(shí)再生能量變?yōu)樽畲鬆顟B(tài)時(shí)的波形圖。
圖22是表示磁滯調(diào)整用電子VR最大時(shí)再生能量變?yōu)樽钚〉臓顟B(tài)的 波形圖。
圖23是表示來自各相線圈的受電控制的功能框圖。 圖24是表示再生電流的能量轉(zhuǎn)換部的框圖。
圖25是表示各相線圈和由永磁構(gòu)成的轉(zhuǎn)子在徑向相面對(duì)的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施方式
圖1和圖2是表示本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作原理的圖。該電動(dòng)機(jī)具有 在第一線圈組(A相線圈)IO和第二線圈組(B相線圈)12之間插入有 第3永磁14的結(jié)構(gòu)。這些線圈和永磁可以構(gòu)成為環(huán)狀(圓弧形、圓形) 或者直線狀的任一形式。在它們構(gòu)成為環(huán)狀的情況下，永磁或者線圈相 的任一方作為轉(zhuǎn)子發(fā)揮功能，而當(dāng)它們形成為直線狀時(shí)，其中任一方成 為滑動(dòng)部。
第一線圈組IO具有把能夠交替地使異極勵(lì)磁的線圈16以預(yù)定間隔、 優(yōu)選為均等間隔順序排列的結(jié)構(gòu)。該第一線圈組的等效電路圖如圖5所 示。根據(jù)圖1和圖2，如后所述，在2相的勵(lì)磁線圈中，在起動(dòng)旋轉(zhuǎn)中 (2tc)始終使全部線圈以所述的極性交替勵(lì)磁。因此，能夠以高轉(zhuǎn)矩對(duì) 轉(zhuǎn)子或滑動(dòng)部等被驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、使之旋轉(zhuǎn)。
如圖3 (1)所示，異極被交替勵(lì)磁的多個(gè)電磁線圈16 (磁性單位) 等間隔地串聯(lián)連接。符號(hào)18A是表示對(duì)該磁線圈施加頻率脈沖信號(hào)的驅(qū) 動(dòng)電路的模塊。進(jìn)行預(yù)先設(shè)定，使得當(dāng)從該驅(qū)動(dòng)電路向電磁線圈16流過 用于使線圈勵(lì)磁的勵(lì)磁信號(hào)時(shí)，使相鄰的線圈之間磁極方向交替變化， 使各線圈勵(lì)磁。也可以如圖3 (2)所示使電磁線圈16并聯(lián)連接。該線圈 的結(jié)構(gòu)對(duì)于A、 B相線圈均相同。
當(dāng)從該勵(lì)磁電路18A向電磁線圈16施加具有使所供給的勵(lì)磁電流的
極性方向以預(yù)定周期交替切換的頻率的信號(hào)時(shí)，如圖1和圖2所示，A 相線圈組10形成與轉(zhuǎn)子14面對(duì)的一側(cè)的極性按N極—S極—N極交替 變化的磁圖案。當(dāng)頻率信號(hào)成為逆極性時(shí)，產(chǎn)生第1磁性體在第3磁性 體側(cè)的極性按S極—N極—S極交替變化的磁圖案。其結(jié)果，A相線圈組 10中出現(xiàn)的勵(lì)磁圖案周期性變化。
B相線圈組的結(jié)構(gòu)與A相線圈組相同，但是不同點(diǎn)在于B相線圈組 的電磁線圈18相對(duì)于A相線圈組16錯(cuò)位地排列。即，進(jìn)行偏移配置， 使A相線圈組的線圈的排列間距與B相線圈組的排列間距保持預(yù)定的間 距差(角度差)。該間距差優(yōu)選為Ti/6，即，使永磁14對(duì)應(yīng)于勵(lì)磁電流的 頻率的一個(gè)周期(2ti)相對(duì)于線圈16、 18移動(dòng)的角度(一個(gè)旋轉(zhuǎn))的例 如兀/ (2/M), M為永磁(N+S)的組數(shù)，M=3。下面對(duì)永磁進(jìn)行說明。如圖1和圖2所示，由永磁構(gòu)成的轉(zhuǎn)子14配 置于二相的線圈組之間，交替地具有相反極性的多個(gè)永磁20 (以斜線標(biāo) 出)以預(yù)定間隔優(yōu)選為均等間隔排列成線狀(圓弧狀)。所謂圓弧狀包括 完全的圓和橢圓等閉合環(huán)，此外也包括非特定環(huán)狀結(jié)構(gòu)或者半園和扇形。
A相線圈組10和B相線圈組12等距離配置，在A相線圈組和B相 線圈組的中間配置有第3磁性體14。永磁20的永磁排列間距，與A相 線圈IO和B相線圈12的磁線圈的排列間距大致相同。
下面參照?qǐng)D1和圖2對(duì)在第1磁性體10和第2磁性體12之間配置 了所述的第3磁性體14的磁體結(jié)構(gòu)的動(dòng)作進(jìn)行說明。通過所述的勵(lì)磁電 路(圖3中的18。后面敘述)在某一瞬間在A相線圈和B相線圈的電磁 線圈16、 18上產(chǎn)生圖1 (1)所示的勵(lì)磁圖案。
此時(shí)，在A相線圈10的朝向永磁14側(cè)的表面的各線圈16上以 —S—N—S—S—的圖案產(chǎn)生磁極，在B相線圈12的朝向永磁14側(cè) 的表面的線圈18上以—N—S—N—S—N—的圖案產(chǎn)生磁極。永磁和各相 線圈的磁關(guān)系如圖所示，在同極間產(chǎn)生斥力而在異極間產(chǎn)生吸引力。
下一瞬間如(2)所示，當(dāng)通過驅(qū)動(dòng)電路18施加于A相線圈的脈沖 波的極性反轉(zhuǎn)時(shí)，在(1)的A相線圈IO的線圈16中產(chǎn)生的磁極與永磁 20的磁極之間產(chǎn)生斥力，另一方面，在B相線圈12的線圈18中產(chǎn)生的 磁極與永磁20的表面的磁極之間產(chǎn)生吸引力，因此，如圖l (1)至圖2 (5)所示，永磁14向圖示右方向依次移動(dòng)。
對(duì)B相線圈12的線圈18施加與A相線圈的勵(lì)磁電流發(fā)生了相位偏 移的脈沖波，如圖2的(6)至(8)所示，B相線圈12的線圈18的磁 極與永磁20的表面的磁極相排斥，使永磁14進(jìn)一步向右方向移動(dòng)。(1) 至(8)表示轉(zhuǎn)子14進(jìn)行對(duì)應(yīng)于兀的旋轉(zhuǎn)的情況，而(9)及(9)以后 同樣地表示進(jìn)行與剩余的?！?兀對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)。這樣，通過對(duì)A相線圈組 和B相線圈組供給相位錯(cuò)開的預(yù)定頻率的驅(qū)動(dòng)電流(電壓)信號(hào)而使轉(zhuǎn) 子旋轉(zhuǎn)。
另外，若A相線圈組和B相線圈組以及永磁成為圓弧狀，則圖l所 示的磁結(jié)構(gòu)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，如果它們形成為直線狀，則該磁結(jié)構(gòu)構(gòu)成線性電動(dòng)機(jī)。除了殼體、轉(zhuǎn)子等永磁和電磁線圈之外的部分，使用作為 非磁性體的樹脂(含碳類)、陶瓷類來實(shí)現(xiàn)輕量化，不使用磁軛而使磁回 路成為開放狀態(tài)，從而避免鐵損，可實(shí)現(xiàn)功率/重量比優(yōu)良的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)體。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，永磁能夠從A相線圈和B相線圈接受磁力而移動(dòng)，因 此使永磁產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩增大，從而使轉(zhuǎn)矩/重量平衡性優(yōu)良，因此能夠提供 可以高轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)的小型輕量電動(dòng)機(jī)。
圖3的(1)是多個(gè)線圈組串聯(lián)形成的情況下的A相線圈和B相線 圈的各回路，(2)是多個(gè)線圈組并聯(lián)形成的情況下的A相線圈和B相線 圈的各回路。
圖4是電動(dòng)機(jī)的立體圖，(1)是該電動(dòng)機(jī)的立體圖，(2)是轉(zhuǎn)子(第 3磁性體)的概略平面圖，(3)是其側(cè)視圖，(4)表示A相電磁線圈(第 1磁性體)，(5)表示B相電磁線圈(第2磁性體)。標(biāo)記的符號(hào)與前述 圖中對(duì)應(yīng)的構(gòu)成部分相同。
該電動(dòng)機(jī)具有相當(dāng)于定子的一對(duì)A相磁性體10和B相磁性體12， 并且具有構(gòu)成轉(zhuǎn)子的所述第3磁性體14，在A相磁性體與B相磁性體之 間配置有轉(zhuǎn)子14，該轉(zhuǎn)子14可以以軸37為中心自由旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸37被 壓入位于轉(zhuǎn)子中心的旋轉(zhuǎn)軸用開口孔中，使得轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)軸一體旋轉(zhuǎn)。 如圖4的(2)、 (4)、 (5)所示，在轉(zhuǎn)子上沿周向均等地設(shè)置了六個(gè)永磁， 并且使永磁的極性交替地變反，在定子上沿周向均等地設(shè)置了六個(gè)電磁 線圈。
使A相傳感器34A和B相傳感器34B的相位偏移(相當(dāng)于兀/6的距 離)，設(shè)置于A相磁性體(第1磁性體)的殼體內(nèi)面?zhèn)缺凇ｊP(guān)于A相傳 感器34A和B相傳感器34B，為了對(duì)供給到A相線圈16的頻率信號(hào)和 供給到B相線圈18的頻率信號(hào)設(shè)置預(yù)定的相位差，按如上所述使設(shè)置了 傳感器的相位偏移。
作為傳感器，可以根據(jù)伴隨永磁的運(yùn)動(dòng)的磁極變化來檢測(cè)永磁的位 置，優(yōu)選利用霍爾效應(yīng)(Hall effect)的霍爾元件。通過使用該傳感器， 在把從永磁的S極到下一次的S極設(shè)為2;r時(shí)，無論永磁位于何處都能夠 通過霍爾元件檢測(cè)出永磁的位置。作為霍爾元件，除了產(chǎn)生脈沖的方式的元件以外，也可以是根據(jù)磁極強(qiáng)度輸出模擬值的方式的元件。
圖5 (1)和(2)是由A相線圈組構(gòu)成的A相磁性體和由B相線圈 組構(gòu)成的B相磁性體的各自的驅(qū)動(dòng)電路。
該電路包含應(yīng)對(duì)A相電磁線圈或者B相電磁線圈施加傳感器的輸出 波形作為勵(lì)磁電流的切換晶體管TR1至TR4?，F(xiàn)在，當(dāng)作為信號(hào)A相傳 感器的輸出為"H"時(shí)，在TR1的柵極施加"L"，在TR2的柵極施加"L"， 在TR3的柵極施加"H"，在TR4的柵極施加"H"。這樣，TR1和TR4導(dǎo) 通，作為具有IA1方向的來自傳感器的輸出的勵(lì)磁電流被施加于A相線 圈。另一方面，當(dāng)作為信號(hào)A相傳感器的輸出為"L"時(shí)，在TR1的柵極 施加"H"，在TR2的柵極施加"H"，在TR3的柵極施加"L"，在TR4的柵 極施加"L"。這樣，TR2和TR3導(dǎo)通，具有IA2方向的勵(lì)磁電流被施加于 A相線圈。另外，當(dāng)TR1和TR3被施力卩"H"， TR2和TR4被施加"L"時(shí)， 成為HiZ狀態(tài)，不對(duì)電磁線圈供給電流。關(guān)于對(duì)(2)的B相線圈的勵(lì)磁 也是同樣的。
圖6是對(duì)如圖5所示A相驅(qū)動(dòng)電路和B相驅(qū)動(dòng)電路供給的控制信號(hào) 的處理電路。來自A相傳感器35A的數(shù)字輸出供給至EX—NOR門80， 來自B相傳感器35B的數(shù)字輸出供給至EX—NOR電路82。符號(hào)92是 控制信號(hào)的形成單元，該控制信號(hào)用于選擇將來自傳感器的輸出直接供 給到所述的驅(qū)動(dòng)電路或者使傳感器輸出值的占空比變化(PWM);符號(hào) 93是控制信號(hào)的形成單元，該控制信號(hào)用于決定由永磁構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的旋 轉(zhuǎn)方向?yàn)檎D(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。只要在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)使A相線圈和B相線圈的一 方的圖案(極性)變反即可。這些各單元通過微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。符號(hào)88 是PWM轉(zhuǎn)換部，通過PWM控制將來自傳感器輸出的模擬量轉(zhuǎn)換為邏輯 量(電流控制)，進(jìn)行控制，從而能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。符號(hào)90 是切換電路部，其對(duì)選擇由所述符號(hào)88形成的信號(hào)或者從傳感器獲得的 直接信號(hào)供給至A相驅(qū)動(dòng)84和B相驅(qū)動(dòng)86進(jìn)行切換。
圖7表示各相傳感器的輸出波形和向各相線圈的驅(qū)動(dòng)電路供給的勵(lì) 磁信號(hào)圖案。通過使A相傳感器和B相傳感器彼此的設(shè)置位置相位錯(cuò)開， 而使其輸出值中也出現(xiàn)相位差。所述的8的控制電路將A相傳感器的輸出(1)作為直接驅(qū)動(dòng)波形供給至A相線圈的驅(qū)動(dòng)器84。 Al相驅(qū)動(dòng)波形 (3)為具有圖5的A相線圈組的端子A1—端子A2的電流方向的控制 信號(hào)，A2相驅(qū)動(dòng)波形(4)為具有A2端子—Al端子的電流方向的控制 信號(hào)。如圖5所示，根據(jù)A相傳感器輸出形成A1相波形和A2相波形的 多個(gè)線圈勵(lì)磁圖案，將其向勵(lì)磁電路(線圈驅(qū)動(dòng)電路)輸出。B相線圈 也同樣。圖7表示將傳感器輸出直接供給至驅(qū)動(dòng)電路的情況。
現(xiàn)在，假設(shè)不管轉(zhuǎn)子的永磁的位置如何，A相傳感器輸出和B相傳 感器輸出均為L(zhǎng)電平，由于A2相驅(qū)動(dòng)波形和B2相驅(qū)動(dòng)波形的各自的電 平處于"H"，通過將其提供給驅(qū)動(dòng)電路，使A相線圈組和B相線圈組均 被勵(lì)磁，從而使具有永磁的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。即，無論永磁停止在哪個(gè)位置上， 通過將傳感器輸出直接反饋至驅(qū)動(dòng)器，能夠使轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。這樣，由 于能夠?qū)鞲衅鬏敵鲋苯臃答佒硫?qū)動(dòng)電路，從而能夠簡(jiǎn)化控制電路的結(jié) 構(gòu)。
圖8是表示對(duì)線圈組進(jìn)行PWM驅(qū)動(dòng)的控制波形圖。(1) 一 (6)與 圖7相同。(7)表示施加于A相線圈組的兩端電位上的正弦波輸出，利 用占空比指令值使該正弦波的頻率變化。通過取得該正弦波輸出與A相 線圈兩端的數(shù)字輸出值((l)和(3)的合成)的"AND"值，能夠?qū)相 線圈的輸出值轉(zhuǎn)換為占空比。B相線圈組也同樣。
圖9是表示通過模擬方式傳感器使驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)的控制電路，即 將傳感器的模擬輸出值直接供給到勵(lì)磁線圈的框圖。符號(hào)ioo是傳感器 輸出的放大器。通過轉(zhuǎn)子的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)電路101來控制傳感器輸出的極 性。102和104為自動(dòng)增益控制。圖10表示各相傳感器的模擬輸出值和
被供給該模擬輸出值的各相線圈組的驅(qū)動(dòng)電壓波形。
圖11表示基于模擬方式傳感器的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路，130是作為磁滯電 平(hysteresis level)設(shè)定單元的一例的、使用與由窗口比較器獲得的反 轉(zhuǎn)信號(hào)有關(guān)的電路結(jié)構(gòu)的單元(以下將其稱為"窗口比較器")，其被輸入 A相傳感器35A輸出和B相傳感器輸出35B，將它們與可變電阻控制電 路136的輸入值進(jìn)行比較，決定磁滯電平。符號(hào)132是開關(guān)電路，用于 切換是以Al相驅(qū)動(dòng)波形84A還是以A2相驅(qū)動(dòng)波形來對(duì)A線圈進(jìn)行控制，B相線圈也同樣。符號(hào)134是將A相傳感器的輸出值的頻率轉(zhuǎn)換為 電壓值的FV轉(zhuǎn)換部，通過將134的輸出供給到所述電子VR控制電路 136，來決定電阻值，設(shè)定磁滯電平。即，通過改變磁滯電平，能夠?qū)﹄?動(dòng)機(jī)特性的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。例如，在起動(dòng)時(shí)使磁滯電平為最小，犧牲效 率，以轉(zhuǎn)矩優(yōu)先來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。而在電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，切換為使 磁滯電平最大、以高效率優(yōu)先的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。也可以通過CPU來控制磁 滯調(diào)整用量(v)?？刂齐娐?3能夠?qū)σ韵履Ｊ竭M(jìn)行選擇使A相線圈和 B相線圈勵(lì)磁，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的模式；和使任一相勵(lì)磁來使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的模 式。
圖12是使處于停止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的情況下的控制波形圖，當(dāng)使磁 滯電平為最小時(shí)，通過窗口比較器130對(duì)傳感器輸出值和磁滯電平進(jìn)行 比較，將傳感器的輸出值轉(zhuǎn)換為邏輯量，切換高占空比的勵(lì)磁信號(hào)，從 多路器132供給到A相線圈組和B相線圈組，電動(dòng)機(jī)以高轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。如 圖13所示，若在轉(zhuǎn)子穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下使磁滯電平最大，則對(duì)各相線圈 組施加低占空比的勵(lì)磁信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小，然而能夠使電 動(dòng)機(jī)以高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖14表示利用模擬方式傳感器輸出而不利用磁滯電平控制來進(jìn)行 PWM控制的情況下的電路結(jié)構(gòu)。從PLL電路162將基本頻率信號(hào)被分 頻后的比較波供給到PWM轉(zhuǎn)換部160，對(duì)該比較波與來自A相傳感器以 及B相傳感器的模擬檢測(cè)值進(jìn)行比較，將調(diào)整了占空比后的信號(hào)波供給 到各相線圈組。通過利用自動(dòng)增益控制102、 104來調(diào)整模擬輸出值的峰 值，以及控制PLL電路162的比較用信號(hào)的頻率，并且對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)要 求的轉(zhuǎn)矩使用CPU等對(duì)它們進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定，從而能夠如圖15所示， 由傳感器輸出獲得PWM輸出值。另外，雖然在前述實(shí)施方式中以永磁 組作為轉(zhuǎn)子進(jìn)行了說明，但是也可以是線性電動(dòng)機(jī)那樣的直線狀運(yùn)動(dòng)的 例子。
圖16表示驅(qū)動(dòng)電路的第二例，將在圖5的電路中由A相線圈和B 相線圈分別形成的驅(qū)動(dòng)電路作為單個(gè)驅(qū)動(dòng)電路?，F(xiàn)在參照?qǐng)D17進(jìn)行說明， 在Tl期間中，通過傳感器輸出使TR1和TR7導(dǎo)通，從電源供給的IA1方向的勵(lì)磁電流從晶體管TR1流過A相線圈16，并經(jīng)由晶體管TR7流 向地。在T2期間中，使TR3和TR7導(dǎo)通，來自電源的勵(lì)磁電流沿著IB1 方向通過B相線圈，通過TR7后流向地。在T3期間，TR2導(dǎo)通，TR8 導(dǎo)通，來自電源的勵(lì)磁電流沿著IA2方向流動(dòng)，然后流向地。在T4期間， TR4導(dǎo)通，TR8導(dǎo)通，來自電源的勵(lì)磁電流沿著IB2方向流動(dòng)，然后流 向地。
圖18是在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用本發(fā)明的傳感器直接驅(qū)動(dòng)方式，即將來 自傳感器的檢測(cè)信號(hào)直接輸入線圈驅(qū)動(dòng)用的驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)方式時(shí)的電 路圖。符號(hào)190是具有多個(gè)永磁的轉(zhuǎn)子，192為A—A'相線圈、194為B 一B，相線圈、34A為A相傳感器、34B為B相傳感器。圖19為線圈驅(qū)動(dòng) 時(shí)序圖，將A相傳感器的輸出作為線圈勵(lì)磁用電流供給到A—A'相線圈 驅(qū)動(dòng)電路，將B相傳感器的輸出供給到B—B'相線圈的驅(qū)動(dòng)電路。在圖 19中，在涂黑的期間可通過極性的切換對(duì)轉(zhuǎn)子的正反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。根據(jù) 該實(shí)施方式，消除了由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷變化導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)屈服點(diǎn)。
圖20是基于具有窗口比較器130的模擬方式傳感器的數(shù)字再生/發(fā) 電控制的框圖，其中該窗口比較器130具有磁滯調(diào)整用電子VR。在A相 傳感器34A的輸出大于等于磁滯電平的變動(dòng)幅度時(shí)，對(duì)"OR"電路200輸 出A相TP或A相BT的"H"值，該"H"值作為A相再生許可信號(hào)輸出給 后述的受電控制電路。B相傳感器34B的輸出也同樣。符號(hào)202為"OR" 電路。
圖21是表示磁滯調(diào)整電子VR較小時(shí)再生能量為最大的狀態(tài)時(shí)的波 形圖，圖22是表示磁滯調(diào)整用電子VR最大時(shí)再生能量為最小的狀態(tài)的 波形圖。在高負(fù)荷時(shí)(強(qiáng)再生制動(dòng)狀態(tài))，各相的再生許可信號(hào)的占空比 高，在再生許可信號(hào)為"H"的期間將來自A相和B相的各線圈的再生電 流供給負(fù)荷(電池)。此為圖21的狀態(tài)。另一方面，在低負(fù)荷時(shí)(弱再 生制動(dòng)狀態(tài))，如圖22所示，各相的許可信號(hào)的占空比小，在再生許可 信號(hào)為"H"的期間將來自各相線圈的再生電流供給負(fù)荷。
圖23是表示來自各相線圈的受電控制的功能框圖，根據(jù)A相再生許 可信號(hào)的H或L的切換，當(dāng)所述信號(hào)被供給時(shí)，通過反相器232A、 232B使晶體管230和232交替導(dǎo)通，在"+"送電端子和"-"送電端子之間產(chǎn)生 經(jīng)整流單元231整流并經(jīng)平滑電路240平滑化的再生電流。在B相線圈 側(cè)也同樣。圖24是再生電流的能量轉(zhuǎn)換部，240為DC/DC變換部，242 為DC/AC變換部，244為化學(xué)變換部(電池)。
另外，所述結(jié)構(gòu)如圖25 (1)和(2)所示，適用于A相線圈16和 B相線圈18以及由永磁構(gòu)成的轉(zhuǎn)子20在徑向相面對(duì)的結(jié)構(gòu)。(1)是電 動(dòng)機(jī)的平面圖，(2)是(1)的A—A'剖面圖。對(duì)定子以A相、B相兩相 進(jìn)行了說明，但是也能夠僅使用單相來進(jìn)行單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)和再生，雖然轉(zhuǎn) 速/轉(zhuǎn)矩會(huì)降低。通過改變轉(zhuǎn)子與定子的A相、B相之間的距離，使磁場(chǎng) 強(qiáng)度改變，從而能夠改變轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩特性。通過改變定子的A相/B相的設(shè) 計(jì)位置角度，也能夠改變轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩特性。
根據(jù)這里說明的實(shí)施方式，將檢測(cè)伴隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)變化的各 相傳感器的輸出，分別直接供給錯(cuò)開角度來設(shè)定的2相的電磁線圈，從 而在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)開始的轉(zhuǎn)矩要求運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能夠以微弱電流(micro order level)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1、一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為AC電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，所述AC電動(dòng)機(jī)包含配置在定子上的線圈體的組、配置在移動(dòng)體上的永磁、以及傳感器；所述線圈體具有多個(gè)線圈；所述永磁具有多個(gè)磁極要素，所述多個(gè)磁極要素相對(duì)于所述線圈體而配置為交替異極；所述傳感器輸出電平對(duì)應(yīng)于所述永磁的移動(dòng)所引起的周期性磁場(chǎng)變化而變化的檢測(cè)信號(hào)；所述驅(qū)動(dòng)電路具有頻率電壓轉(zhuǎn)換部、電平調(diào)整電路、窗口比較器和線圈驅(qū)動(dòng)電路；所述頻率電壓轉(zhuǎn)換部輸出與所述檢測(cè)信號(hào)相應(yīng)的電壓；所述電平調(diào)整電路輸出與所述頻率電壓轉(zhuǎn)換部的輸出電壓相應(yīng)電平的磁滯電平信號(hào)；所述窗口比較器輸出根據(jù)所述傳感器的檢測(cè)信號(hào)和所述磁滯電平信號(hào)的電平比較結(jié)果而設(shè)定了占空比的脈沖串狀的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述線圈驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)向所述線圈體供應(yīng)勵(lì)磁電流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述移動(dòng)體具有 多個(gè)如下結(jié)構(gòu)即不同的兩個(gè)永磁的異極排列構(gòu)成對(duì)，當(dāng)成對(duì)的所述異 極排列之間的位置為2兀時(shí)，所述傳感器能夠?qū)λ?兀之間的任意位置 進(jìn)行線性檢測(cè)，并且該傳感器針對(duì)所述電磁線圈而設(shè)置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述傳感器為輸 出模擬檢測(cè)值的霍爾元件傳感器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其中，通過CPU來控 制所述電平調(diào)整電路。
5、 一種AC電動(dòng)機(jī)，其由根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn) 行控制。
6、 一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其具備根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
全文摘要
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，所述AC電動(dòng)機(jī)包含配置在定子上的線圈體的組、配置在移動(dòng)體上的永磁、以及傳感器；線圈體具有多個(gè)線圈；永磁具有多個(gè)磁極要素，該多個(gè)磁極要素相對(duì)于線圈體而配置為交替異極；傳感器輸出電平對(duì)應(yīng)于永磁的移動(dòng)所引起的周期性磁場(chǎng)變化而變化的檢測(cè)信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路具有頻率電壓轉(zhuǎn)換部、電平調(diào)整電路、窗口比較器和線圈驅(qū)動(dòng)電路；頻率電壓轉(zhuǎn)換部輸出與檢測(cè)信號(hào)相應(yīng)的電壓；電平調(diào)整電路輸出與頻率電壓轉(zhuǎn)換部的輸出電壓相應(yīng)電平的磁滯電平信號(hào)；窗口比較器輸出根據(jù)傳感器的檢測(cè)信號(hào)和磁滯電平信號(hào)的電平比較結(jié)果而設(shè)定了占空比的脈沖串狀的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；線圈驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)向線圈體供應(yīng)勵(lì)磁電流。
文檔編號(hào)H02P7/00GK101436842SQ20081018590
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月12日
發(fā)明者竹內(nèi)啟佐敏 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社