專利名稱:無刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
本發(fā)明涉及一種無刷(BL)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，具體些說，本發(fā)明涉及一種利用霍爾元件以降低在相切換時(shí)的噪聲的BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，更具體些說，本發(fā)明涉及一種常規(guī)BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路它采用霍爾元件產(chǎn)生具有預(yù)定的所需波形的輸出激勵(lì)信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)BL電動(dòng)機(jī)的定子線圈。
目前已有一些激勵(lì)常規(guī)BL電動(dòng)機(jī)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這種開關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有時(shí)利用開關(guān)晶體管切換這類常規(guī)BL電動(dòng)機(jī)的激勵(lì)或相。用這樣一種開關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，由于相切換時(shí)的電流突變會(huì)引起B(yǎng)L電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的高頻機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生相當(dāng)大的噪聲，發(fā)生在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流上升沿處的變化引起的噪聲最為明顯。通常采用電容器抑制噪聲的生成，將容量相當(dāng)大的電容器，諸如電介電容器，與定子線圈并聯(lián)連接以減緩相切換期間的電流變化。
這種采用電容器的常規(guī)方法有一些缺點(diǎn)。例如此法對(duì)轉(zhuǎn)數(shù)小的電動(dòng)機(jī)無效，而當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)大時(shí)，使用電容器會(huì)使所產(chǎn)生激勵(lì)電流發(fā)生相的滯后，從而引起無效電流流動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)的效率降低。
目前還有一種采用正弦激勵(lì)電流的BL電動(dòng)機(jī)的線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這種電路雖對(duì)降低噪聲有效，但與開關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，由這種線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)效率將明顯地降低。
因此，改進(jìn)BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，使電動(dòng)機(jī)保留可與開關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比的效率，而與此同時(shí)降低相切換期間的噪聲，是一個(gè)有待介決的問題。
這樣，本發(fā)明的總目的就是提供一種BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，它具有可與開關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比的電動(dòng)機(jī)效率，同時(shí)降低相切換期間的噪聲。
本發(fā)明的另一個(gè)總目的是提供一種BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，它通過更換驅(qū)動(dòng)電路來達(dá)到上述要求，而不改變常規(guī)BL電動(dòng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一個(gè)附加目的是提供一種BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，它采用霍爾元件的輸出信號(hào)作位置檢測(cè)，產(chǎn)生具有預(yù)定特性的波形，以抑制切換期間的噪聲，同時(shí)保持開關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率。
從以下詳細(xì)的發(fā)明說明書及所附的權(quán)利要求
，參照附圖，即可明白本發(fā)明的這些和另外一些目的。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題和實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一個(gè)具有三相雙向、120°激勵(lì)系統(tǒng)的BL電動(dòng)機(jī)作為例子。根據(jù)本發(fā)明，由一組霍爾元件提供檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的輸出信號(hào)，并通過伴隨電路提供一個(gè)邊沿部分與該輸出信號(hào)邊沿部分的傾斜波形相似的激勵(lì)信號(hào)。將這些激勵(lì)信號(hào)供給BL電動(dòng)機(jī)的定子線圈，從而使切換期間產(chǎn)生的噪聲得到抑制，而效率與開關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相同。
霍爾元件的波形取決于BL電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)子磁體的磁通的變化，因此霍爾元件的輸出信號(hào)波形幾乎呈梯形，它取決于轉(zhuǎn)子磁體與霍爾元件間的距離、轉(zhuǎn)子磁體上非磁性區(qū)的位置或尺寸以及其它因素。根據(jù)本發(fā)明，激勵(lì)信號(hào)邊沿部分的形成是通過電平移動(dòng)或?qū)魻栐敵鲂盘?hào)的邊沿部分加以放大以提供所需的波形。因此，激勵(lì)信號(hào)的邊沿部分不產(chǎn)生突變，從而抑制了噪聲的生成。因?yàn)檩敵霾ㄐ问歉鶕?jù)本發(fā)明加以利用的，即使BL電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)變化，也不會(huì)發(fā)生相的改變。而且，因?yàn)椴捎玫氖翘菪悟?qū)動(dòng)信號(hào)，電動(dòng)機(jī)的效率并不降低。
按照本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的一種BL電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括一組霍爾元件，用于檢測(cè)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁體中磁通的變化。連接到霍爾元件的一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生多相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，供給多相BL電動(dòng)機(jī)的定子繞組。每一個(gè)多相驅(qū)動(dòng)信號(hào)有一對(duì)傾斜的邊沿部分和一段介于這對(duì)直接由檢測(cè)到的磁通變化形成的傾斜的邊沿部分之間的相對(duì)平坦的部分，因此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)通常呈梯形。驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路最好包含一個(gè)信號(hào)箝位電路，以便形成一般為梯形的多相驅(qū)動(dòng)信號(hào)的平坦部分。與此同時(shí)，多相驅(qū)動(dòng)信號(hào)相鄰的一對(duì)對(duì)傾斜邊沿部分的一部分形成一個(gè)重疊的驅(qū)動(dòng)區(qū)。多相驅(qū)動(dòng)信號(hào)的傾斜的邊沿部分所對(duì)的電角度在2°el至30°el范圍以內(nèi)。
在一個(gè)典型的實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路包括一組順序相聯(lián)的與霍爾元件相連接的緩沖放大電路、箝位電路、非加法器混合電路、模擬開關(guān)電路和輸出放大器，一組這樣的串聯(lián)電路各自與一組霍爾元件并聯(lián)連接。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路進(jìn)一步包括開關(guān)脈沖產(chǎn)生電路，它們根據(jù)檢測(cè)到的磁通變化產(chǎn)生控制模擬開關(guān)電路的開關(guān)脈沖。在另一個(gè)實(shí)施方案中，串聯(lián)電路中的非加法器混合電路為信號(hào)混合電路所代替。通過以下的本發(fā)明說明書，結(jié)合附圖，即可明白本發(fā)明的這些和另外一些特點(diǎn)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，用于形成霍爾元件的輸出信號(hào)的波形形成電路的電路圖;
圖2A和2B為在圖1的電路中所標(biāo)出的各點(diǎn)上的波形圖，它們表明了各個(gè)霍爾元件的輸出波形;
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)電路的電路圖，該電路的作用是從圖1的輸出生成激勵(lì)信號(hào);
圖4為一個(gè)開關(guān)脈沖發(fā)生器的電路圖，開關(guān)脈沖發(fā)生器提供開關(guān)信號(hào)，為圖3中的電路所用;
圖5的波形圖系用于說明圖4的開關(guān)脈沖發(fā)生電路的工作情況;
圖6，包括圖6A-H的波形圖，系用于說明圖3電路中激勵(lì)波形的生成;
圖7為根據(jù)本發(fā)明的電路的另一個(gè)實(shí)施方案的部分電路圖;
圖8為根據(jù)本發(fā)明的部分電路的另一個(gè)實(shí)施方案的電路圖;
圖9，包括圖9A-9E的波形圖，系用于說明在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中的一個(gè)激勵(lì)波形的生成;而圖10，包括圖10A-10G，則是另一個(gè)波形圖，用于說明本發(fā)明還有另外一個(gè)實(shí)施方案中激勵(lì)波形的生成。
按以下一般順序說明本發(fā)明諸實(shí)施方案。首先，結(jié)合圖1和圖2敘述霍爾元件輸出信號(hào)波形的形成。其次敘述用于生成激勵(lì)波形的圖3的電路，接著參照?qǐng)D4說明產(chǎn)生開關(guān)脈沖的電路。然后結(jié)合圖5和6敘述生成激勵(lì)波形的工作情況，接著結(jié)合圖7和8說明另一個(gè)實(shí)施方案?；魻栐敵鲂盘?hào)波形的成形將進(jìn)一步結(jié)合圖9和10予以敘述。
a.霍爾元件輸出信號(hào)的波形的成形圖1給出了本發(fā)明中使用的一個(gè)電路，用于使來自霍爾元件的輸出信號(hào)波形成形。提供一組霍爾元件1a、1b和1c，用于產(chǎn)生與來自BL電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁體的磁通成正比的輸出電壓。每個(gè)霍爾元件1a、1b和1c由一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓所驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)電壓取自一個(gè)外部電源Vs，它被加到電源端子2，經(jīng)過電阻3與每個(gè)霍爾元件的一個(gè)輸入端作公共連接。在圖1的實(shí)施方案中，電壓Vs與供給BL電動(dòng)機(jī)定子線圈的電壓保持同一個(gè)電平。
每個(gè)霍爾元件1a、1b和1c的輸出由運(yùn)算放大器對(duì)4a、5a;4b、5b和4c、5c分別加以放大。在放大器4a、4b和4c中差分信號(hào)被轉(zhuǎn)換成單端信號(hào)，以便由反相放大器5a、5b和5c予以反相。這樣，在放大器4a的輸出就得到一個(gè)檢測(cè)信號(hào)A而同時(shí)在放大器5a的輸出則得到一個(gè)互補(bǔ)的檢測(cè)信號(hào)
A，檢測(cè)信號(hào)A和
A的相位相反。
類似地，在放大器4b和4c的輸出分別提供了檢測(cè)信號(hào)B和C同時(shí)在放大器5b和5c的輸出則提供了其相位各與檢測(cè)信號(hào)B和C相反的互補(bǔ)檢測(cè)信號(hào)
B和
C。
圖2A給出了如圖1所示在放大器4a、4b和4c的輸出提供的各自的檢測(cè)信號(hào)A、B和C之間的相位關(guān)系。在圖2A中，實(shí)線所示的波形代表檢測(cè)信號(hào)A，點(diǎn)一劃線所示的波形代表檢測(cè)信號(hào)B，而用虛線表示的波形則代表檢測(cè)信號(hào)C。由圖1的電路所產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)A、B和C通常均各呈梯形，具有一段平坦的中部，并在其上迭加了一個(gè)Vs/2的工作電平。各個(gè)檢測(cè)信號(hào)A、B和C相互間相位差120°電角度。每個(gè)檢測(cè)信號(hào)波形A、B和C的前后沿都發(fā)生傾斜提供一個(gè)與轉(zhuǎn)子磁體的非磁區(qū)尺寸，轉(zhuǎn)子磁體和霍爾元件之間的間隙和其它因素相對(duì)應(yīng)的波形。
如圖1所示，檢測(cè)信號(hào)A被送到二極管箝位電路6a，而其互補(bǔ)信號(hào)
A則被送到二極管箝位電路7a。與此類似，檢測(cè)信號(hào)B、
B、C和
C各自被送到二極管箝位電路6b、7b、6c和7c。二極管箝位電路6a、6b和6c的作用是使檢測(cè)信號(hào)A、B和C的最大電平標(biāo)準(zhǔn)化為一個(gè)箝位電壓，這個(gè)箝位電壓由外部的一個(gè)箝位電壓源經(jīng)端子8加到每個(gè)二極管箝位電路6a、6b和6c。加到端子8的箝位電壓大小由表達(dá)式(3Vs/4-VF)確定，其中VF為二極管的正向壓降。加到端子9的電壓量的表達(dá)式為(Vs/4+VF)。端子8與每個(gè)二極管箝位電路7a、7b和7c有電路聯(lián)系。
二極管箝位電路6a的輸出信號(hào)送至運(yùn)放10a的一個(gè)輸入，該運(yùn)放用作緩沖放大器，提供輸出信號(hào)a。與此類似，二極管箝位電路7a、6b、7b、6c和7c的輸出信號(hào)各自送至運(yùn)放11a、10b、11b、10c和11c的一個(gè)輸入，每個(gè)運(yùn)放均與緩沖放大器10a一樣，作緩沖放大器用。緩沖放大器10a、11a、10b、11b、10c和11c的輸出信號(hào)各用字母a、
a、b、
b、c和
c表示，作為例子，其中信號(hào)a與信號(hào)
a的相位相反。信號(hào)a、b和c如圖2B所示。
所以圖1的輸出信號(hào)通常都是梯形檢測(cè)信號(hào)，最大值為(3/4)·Vs，最小值為(1/4)Vs，中間電平為Vs/2，而信號(hào)a在圖2B中用實(shí)線表示。如圖2B所示，用字母b和c表示的運(yùn)放10b和10c的輸出通常也呈梯形，具有與信號(hào)a類似的最大、最小和中間電平。與此類似，與檢測(cè)信號(hào)a、b和c相位相反的互補(bǔ)信號(hào)
a、
b和
c各為運(yùn)放11a、11b和11c的輸出，不過在圖2B中并未明確畫出。
上述檢測(cè)信號(hào)a、b、c和
a、
b、
c被用于生成激勵(lì)BL電動(dòng)機(jī)定子線圈的波形，這將可從本說明書后面對(duì)圖3和6的討論中更好地了介。檢測(cè)信號(hào)A、
A、B、
B、C和
C形成開關(guān)脈沖，將結(jié)合圖4和5加以討論。
b.激勵(lì)波形生成電路圖3給出了一個(gè)為圖1的實(shí)施方案產(chǎn)生激勵(lì)波形的電路。圖1提供的檢測(cè)信號(hào)a、b和c以及它們的互補(bǔ)檢測(cè)信號(hào)
a、
b和
c為圖3的電路提供輸入。圖3電路的輸出信號(hào)分別供給定子線圈L1、L2和L3。在圖3所示的實(shí)施方案中，給出了一個(gè)三相雙向激勵(lì)電路的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)定子線圈L1、L2和L3的一端連接在一起，而每個(gè)定子線圈的另一端則分別接到電路的輸出端30a、30b和30c。定子線圈L2和L3激勵(lì)波形的線路結(jié)構(gòu)，其電路說明實(shí)質(zhì)上與定子線圈L1的是相同的，且按同樣方式工作，故將只對(duì)定子線圈L1激勵(lì)波形的線路結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的敘述。
霍爾元件1a的檢測(cè)信號(hào)a和與霍爾元件1b的檢測(cè)信號(hào)b反相的檢測(cè)信號(hào)
b各自接到一個(gè)由一對(duì)二極管和一個(gè)電阻組成的非相加混合電路12a，其接法如圖中所示。因此非相加混合電路12a將產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，其大小等于信號(hào)a和
b兩者中較大的那個(gè)。非相加混合電路12a的輸出信號(hào)接到運(yùn)放14a的一個(gè)輸入端，運(yùn)放的作用是緩沖和抵銷二極管的正向壓降(VF)。
與檢測(cè)信號(hào)a反相的檢測(cè)信號(hào)
a和檢測(cè)信號(hào)b分別接到圖中所示的與混合電路12a類似的由二極管和電阻組成的非相加混合電路13a的輸入。非相加混合電路13a將產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，其大小等于檢測(cè)信號(hào)
a和b兩者之中較小的那個(gè)。非相加混合電路13a的輸出信號(hào)接到與運(yùn)放14a類似的運(yùn)放15a，以緩沖和抵銷二極管的正向壓降。
運(yùn)放14a和15a的輸出信號(hào)分別接到運(yùn)放16a和17a的反相輸入端。運(yùn)放16a和17a用作反相放大器，以偏移直流工作電平。運(yùn)放16a的反相端通過一個(gè)電阻與端子18相連接，在此端子上加了一個(gè)Vs/4的直流電壓，與運(yùn)放16a的輸入信號(hào)相加。與此類似，加在端子19上的一個(gè)(3/4)Vs的直流電壓與運(yùn)放17a的輸入信號(hào)相加。運(yùn)放16a和17a各自的同相端接一個(gè)量值為Vs/2的電壓。
運(yùn)放16a和17a的輸出端分別接到模擬開關(guān)20a和21a模擬開關(guān)各自由圖4電路所提供的加在端子31和32上的切換信號(hào)控制。
模擬開關(guān)20a的輸出信號(hào)經(jīng)過充當(dāng)緩沖放大器的運(yùn)放22a送到模擬開關(guān)24a。模擬開關(guān)24a的輸出信號(hào)送到充當(dāng)本電路輸出級(jí)的一個(gè)npn型晶體管26a的基極。模擬開關(guān)21a的輸出信號(hào)以類似的方式經(jīng)運(yùn)放23a和模擬開關(guān)25a送到輸出級(jí)的-pnp型晶體管28a的基極。當(dāng)從端子31來的開關(guān)脈沖為高電平時(shí)，模擬開關(guān)20a和24a各自導(dǎo)通。與此類似，當(dāng)在端子32上的開關(guān)脈沖為高電平時(shí)，模擬開關(guān)21a和25a各自導(dǎo)通。因此，模擬開關(guān)各自成對(duì)地由加在端子31和32上的信號(hào)控制。
晶體管26a的發(fā)射極接至一個(gè)npn型晶體管27a的基極，而晶體管28a的發(fā)射極則接至一個(gè)pnp型晶體管29a的基極。晶體管27a的集電極與加有電源電壓Vs的電源端相連接，而晶體管29a的集電極則接到一個(gè)參考電位源，例如地。晶體管27a和29a的發(fā)射極共同接到輸出端30a。從輸出端到運(yùn)放22a和23a的輸入有一條反饋迴路，因此在輸出端30a產(chǎn)生的輸出電壓將不包含晶體管基極一發(fā)射極的壓降，而等于運(yùn)放22a和23a的輸入電壓。
同樣，為輸出端30b和30c分別提供了類似于上述在輸出端30a生成輸出電壓的線路結(jié)構(gòu)。具體地說，為輸出端30b的線路提供了一個(gè)類似的電路，該電路有檢測(cè)信號(hào)b、
c和
b、c作輸入，而為輸出端30c提供的另一個(gè)電路則有c、
a和
c、a作輸入。因此，取自輸出端30b的輸出電壓是從圖1的電路輸出的檢測(cè)信號(hào)b、
c和
b、c形成的，而從輸出端30c引出的輸出電壓則是由信號(hào)c、
a、
c和a所形成。因此，在圖3的其余電路中所示的附上字母b和c的元件，其功能和操作均與上述有關(guān)的用相同數(shù)字標(biāo)注的元件相類似。應(yīng)當(dāng)指出的是提供了一個(gè)端子33，作為控制模擬開關(guān)20b和24b的開關(guān)脈沖的輸入端，而輸入端34則接收控制模擬開關(guān)21b和25b的開關(guān)脈沖。與此類似，為端子35提供了控制模擬開關(guān)20c和24c的開關(guān)脈沖，而為端子36則提供了控制模擬開關(guān)21c和25c的開關(guān)脈沖。
c.開關(guān)脈沖的生成圖4給出了一個(gè)加到圖3的端子31-36上的開關(guān)脈沖生成電路。如圖4所示，一組電平比較器41-46的同相端接在一起，它們的反相端分別與一組同樣的電平比較器51-56的同相端相連接比較器51-56的反相端接在一起。每個(gè)電平比較器41-46的一個(gè)輸入端加有(3/4)Vs的參考電壓。當(dāng)加在另一個(gè)輸入端的每個(gè)輸入電壓的電平低于(3/4)Vs時(shí)，電平比較器41-46產(chǎn)生高電平輸出，反之則產(chǎn)生低電平輸出。每個(gè)電平比較器51-56的另一個(gè)輸入端加有(1/4)Vs的參考電壓，它們?cè)谄涿恳粋€(gè)輸入端的輸入電壓電平高于(1/4)Vs時(shí)產(chǎn)生高電平輸出，反之則產(chǎn)生低電平輸出。
從霍爾元件1a、1b和1c來的檢測(cè)信號(hào)A、B和C由圖1的電路加到每一個(gè)電平比較器41、42和43的另一個(gè)輸入端和每一個(gè)電平比較器51、52和53的一個(gè)輸入端。與此類似，為每一個(gè)電平比較器44、45和46的另一個(gè)輸入端和每一個(gè)電平比較器54、55和56的一個(gè)輸入端提供了反相檢測(cè)信號(hào)
A、
B和
C。電平比較器51和電平比較器55的輸出提供給與門61，而比較器52和56的輸出提供給與門63。比較器53和54的輸出則提供給與門65。與此類似，電平比較器41和45的輸出接到與門62電平比較器42和46的輸出接到與門64，而比較器43和44的輸出則提供給與門66。與門61、63和65分別在對(duì)應(yīng)于圖3的開關(guān)脈沖端子31、33和35提供輸出，與此類似，與門62、64和66在端子32、34和36提供輸出脈沖，它們分別向圖3所示的相應(yīng)的輸入端提供開關(guān)脈沖。作為例子，將參照?qǐng)D5敘述為在端子31和32產(chǎn)生開關(guān)脈沖的圖4電路的工作情況。
如圖5所示，根據(jù)實(shí)線所示的信號(hào)A和虛線所示的信號(hào)
B，以及前面指出的參考電壓為(1/4)Vs和(3/4)Vs的電平關(guān)系當(dāng)A小于(3/4)Vs時(shí)，電平比較器41的輸出呈高電平，當(dāng)
B小于(3/4)Vs時(shí)，電平比較器45的輸出呈高電平。當(dāng)檢測(cè)信號(hào)A大于(1/4)Vs時(shí)，電平比較器51的輸出呈高電平，而當(dāng)
B大于(1/4)Vs時(shí)，電平比較器55的輸出呈高電平。因此，由與門61在端子31產(chǎn)生的開關(guān)脈沖和由與門62在端子32所形成的開關(guān)脈沖將如圖5中用相應(yīng)的數(shù)字標(biāo)注的開關(guān)脈沖所示。這樣，如同前面所述，模擬開關(guān)20a、24a和模擬開關(guān)21a和25a將在這些開關(guān)脈沖為高電平的期間導(dǎo)通。
類似的分析同樣適用于加到與門62和63的為在端子33、34、35和36產(chǎn)生開關(guān)脈沖的有關(guān)信號(hào)電平。
d.激勵(lì)波形的生成圖6，包括圖6A-H，提供了一個(gè)圖解，通過例子來說明采用圖4的開關(guān)電路在圖3的輸出端30a生成輸出電壓或激勵(lì)波形的過程。當(dāng)信號(hào)a和
b送到非相加混合電路12a時(shí)，在運(yùn)放14a的輸出將產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，其大小取兩個(gè)輸入信號(hào)之中較大的值，如圖6A所示。與此類似，當(dāng)信號(hào)
a和b送到非相加混合電路13a時(shí)，在運(yùn)放15a的輸出將產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，其大小取兩個(gè)輸入信號(hào)電平之中較小的值，如圖6B所示。如圖6A所示，運(yùn)放14a的輸出信號(hào)是一個(gè)中間電平為(1/2)Vs，最大值為(3/4)Vs和最小值為(1/4)Vs的信號(hào)，如前所述。如圖6B所示，運(yùn)放15a的輸出信號(hào)是一個(gè)具有類似電平系列的信號(hào)。由于圖6A所示的(1/4)Vs電平向上移動(dòng)和隨后的倒相，在放大器16a的輸出產(chǎn)生了一個(gè)電平為〔(1/2)Vs～Vs〕的信號(hào)，如圖6C所示。由于圖6B所示的(1/4)Vs向下移動(dòng)和倒相，在運(yùn)放17a的輸出產(chǎn)生了一個(gè)電平為〔0～(1/2)Vs〕的信號(hào)，如圖6D所示。
在圖6E所示的來自端子31的開關(guān)脈沖控制下，圖6C中所示信號(hào)中幾乎全部的高電平周期提供給了模擬開關(guān)20a和24a的輸出，在圖6F所示的來自端子32的開關(guān)脈沖控制下，圖6D所示信號(hào)中幾乎全部的低電平周期提供給了模擬開關(guān)21a和25a的輸出所以，在輸出端30a產(chǎn)生了由兩個(gè)信號(hào)波形在模擬開關(guān)24a和25a控制下合并得到的輸出電壓，如圖6G所示。
利用來自圖4電路中適當(dāng)?shù)拈T控電壓信號(hào)，可以用類似上述的在端子30a形成輸出信號(hào)的方式，各自形成輸出電壓，驅(qū)動(dòng)輸出端30b和30c。因此如圖6H所示用實(shí)線畫出的波形表示在輸出端30a產(chǎn)生的輸出電壓，用虛線畫出的波形表示輸出端30b產(chǎn)生的輸出電壓，而用點(diǎn)-劃線畫出的波形則表示出現(xiàn)在輸出端30C的輸出電壓。在圖6H中可以看到，每個(gè)定子線圈L1、L2和L3的激勵(lì)是順序完成的，激勵(lì)范圍稍大于120°。
再次參看圖3，并設(shè)在輸出端30a的電壓信號(hào)為Vs，輸出端30b的電壓為(1/2)Vs，以及輸出端30c的電壓為零期間建立了流經(jīng)定子線圈L1和L2的電流為I1，流經(jīng)定子線圈L1和L3的電流為I2(其中I1＞I2)。然后I1逐漸減小，伴隨著I2逐漸增加，輸出端30b的電壓和輸出端30c的電壓均等于(1/2)Vs，以提供(I1＝I2)的關(guān)系。I1的進(jìn)一步減小伴隨著I2的進(jìn)一步增加，建立了(I1＜I2)的情況。換句話說，相的切換是逐漸進(jìn)行的，抑制了相切換時(shí)由于突然的電流變化產(chǎn)生的噪聲。此外，相切換時(shí)遇到的力矩衰減可以在一個(gè)電周波的每120°相切換時(shí)間用重疊的激勵(lì)段加以消除。
雖然在圖6H中激勵(lì)波形在(3/4)Vs和(1/4)Vs點(diǎn)相交，但可修改設(shè)計(jì)使交點(diǎn)高于(3/4)Vs，低于(1/4)Vs。而且，在激勵(lì)波形為不變的(1/2)Vs電平期間，定子線圈L1、L2和L3中之一無電流流過，使電動(dòng)機(jī)的效率改善，并防止產(chǎn)生不平衡力矩。
上述實(shí)施方案的檢測(cè)信號(hào)a、b和c的幅值(1/2)Vs是參照加在定子線圈L1、L2和L3的電壓Vs形成的，但當(dāng)檢測(cè)信號(hào)a、b和c的幅值為V1時(shí)，可通過把幅值為(V1＝Vs/2n)(式中n為一個(gè)整數(shù))的檢測(cè)信號(hào)放大，提供激勵(lì)所需的信號(hào)。還可以指出，已制作了一個(gè)實(shí)際的電路，使激勵(lì)波形傾斜部分的傾角可變從而使圖6H中所示的陰影線區(qū)域可在電角度約為2°到30°的范圍內(nèi)變化。
e.可供選擇的實(shí)施方案圖7和8給出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，這個(gè)可供選擇的方案在生成激勵(lì)波形時(shí)利用了圖9A中所示的α、β和γ信號(hào)，它們是由圖2中所示的三個(gè)霍爾元件的檢測(cè)信號(hào)A、B和C中取二個(gè)檢測(cè)信號(hào)相減得到的。具體些說，信號(hào)α是由檢測(cè)信號(hào)A減去檢測(cè)信號(hào)B得到的，即(A-B)，信號(hào)β由(B-C)產(chǎn)生，而信號(hào)γ則由(C-A)所產(chǎn)生。以下以一相為例說明用信號(hào)α、β和γ如何生成激勵(lì)波形。
圖7給出了一個(gè)用于產(chǎn)生信號(hào)α的加法電路的例子。加法電路含有一個(gè)運(yùn)放70，加給它的輸入信號(hào)是檢測(cè)信號(hào)A和與檢測(cè)信號(hào)B反相的檢測(cè)信號(hào)
B，從而通過加法電路產(chǎn)生等于(A+
B＝A-B)的信號(hào)α，信號(hào)α的中間電平為(1/2)Vs，與信號(hào)β和γ相類似。
如圖8所示，輸入端71上的信號(hào)α接到運(yùn)放72和運(yùn)放73的反相端。運(yùn)放72產(chǎn)生一個(gè)電壓值為(+V2/2)的電平偏移和反相的信號(hào)α2，運(yùn)放73產(chǎn)生一個(gè)電壓值為(-V2/2)的電平偏移和反相信號(hào)α1。因此在圖9B所示的信號(hào)α1和α2的波形相差一個(gè)V2的量。
信號(hào)α2接到一個(gè)模擬開關(guān)74和一個(gè)電平比較器76，信號(hào)α1接到一個(gè)模擬開關(guān)75和一個(gè)電平比較器77。電平比較器76產(chǎn)生如圖9c中所示的開關(guān)脈沖，它在信號(hào)α2的電平大于(1/2)Vs參考電平期間呈高電平，另一方面，電平比較器77產(chǎn)生如圖9D所示的開關(guān)脈沖，它在信號(hào)α1的電平小于(1/2)Vs參考電平期間呈高電平。因此，模擬開關(guān)74在來自電平比較器76的開關(guān)脈沖保持高電平期間導(dǎo)通，把一個(gè)周期中電平大于(1/2)Vs的一段信號(hào)α2的波形送到輸出端78。模擬開關(guān)75在來自電平比較器77的開關(guān)脈沖保持高電平期間導(dǎo)通，從而把一個(gè)周期中電平小于(1/2)Vs的一段信號(hào)α1的波形送到輸出端79。
定子線圈通過類似于上述實(shí)施方案中的輸出電路分別與輸出端78和79相連接。由輸出電路在輸出端78和79產(chǎn)生的輸出電壓被合并在一起提供如圖9E中所示的電壓波形。圖9E中所示的激勵(lì)波形與圖6G中所示的波形是類似的，其結(jié)果是避免了相切換時(shí)電流的突變，而且在形成定子線圈中無電流流動(dòng)的間隔時(shí)激勵(lì)電平是重疊的。因此，在這個(gè)可供選擇的實(shí)施方案中激勵(lì)波形的傾角和激勵(lì)角是根據(jù)如上所述的一個(gè)偏量，一個(gè)電平比較器的參考電壓等而設(shè)定的。
f。改型本發(fā)明不僅適用于三相雙向激勵(lì)系統(tǒng)的BL電動(dòng)機(jī)，而且也適用于具有三相120°和單向激勵(lì)系統(tǒng)、二相90°激勵(lì)系統(tǒng)、和四相90°激勵(lì)系統(tǒng)的BL電動(dòng)機(jī)。
對(duì)本發(fā)明應(yīng)用于一個(gè)二相雙向90°激勵(lì)系統(tǒng)的BL電動(dòng)機(jī)的情況，激勵(lì)波形的生成如圖10的波形圖所示。圖10A給出了兩個(gè)霍爾元件的檢測(cè)信號(hào)A和B。例如，設(shè)檢測(cè)信號(hào)A和B的幅值為Vs，用類似于上述最初的實(shí)施方案的方式檢測(cè)出檢測(cè)信號(hào)A和B兩者的最大值，以形成如圖10B所示的信號(hào)，檢測(cè)出兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)A和B的最小值，得到如圖10C的信號(hào)。
如圖10D和10E所示的這些開關(guān)脈沖是由霍爾元件的檢測(cè)信號(hào)A和B產(chǎn)生的，這樣，圖10B所示的信號(hào)被反相和電平偏移，并在一個(gè)周期中圖10E所示的開關(guān)脈沖保持高電平期間提供信號(hào)的波形。把由開關(guān)控制的兩個(gè)波形合并在一起，就得到了圖10F所示的激勵(lì)波形。這樣，供給定子線圈的激勵(lì)電壓就如圖10G中用實(shí)線和虛線表示的波形所示。圖10F和10G所示的激勵(lì)波形因而在相切換時(shí)具有一個(gè)緩慢的電流變化和類似于以前所述的兩個(gè)實(shí)施方案的特點(diǎn)。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樵谙嗲袚Q時(shí)的電流變化是緩慢的，在開關(guān)系統(tǒng)中產(chǎn)生的噪聲得到了抑制。因?yàn)楸景l(fā)明用霍爾元件檢測(cè)信號(hào)的傾斜波形作為激勵(lì)波形的傾斜部分，所以無需電容器，從而降低了造價(jià)。此外，即使是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)小，諸如在啟動(dòng)的時(shí)候，噪聲仍然受到抑制。再者，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)如線性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的那樣，使電動(dòng)機(jī)的效率降低。而且本發(fā)明可以提供這樣一種系統(tǒng)，它僅需替換驅(qū)動(dòng)電路而不改變無刷電動(dòng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
因此，本發(fā)明并不只限于上述實(shí)施方案，因?yàn)樵诟胶蟮谋景l(fā)明的權(quán)利要求
的精神和范圍以內(nèi)可能做很多修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于包括；用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁體磁通變化的一組霍爾元件，以及；接到所述霍爾元件的一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生加到一個(gè)N相BL電動(dòng)機(jī)定子繞組的N相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中每一個(gè)所述的N相驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接由所述的檢測(cè)到的磁通變化所形成，該信號(hào)有一對(duì)傾斜的邊沿部分和一個(gè)介于該一對(duì)傾斜的邊沿部分之間的相對(duì)平坦的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的一種BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，其中所述的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路包括一個(gè)信號(hào)箝位電路，它形成N相驅(qū)動(dòng)信號(hào)中所述的平坦部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2中所述的一種BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，其中相鄰的兩個(gè)N相驅(qū)動(dòng)信號(hào)的每個(gè)所述的傾斜邊沿部分形成了一個(gè)重疊的驅(qū)動(dòng)區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3中所述的一種BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，其中每個(gè)N相驅(qū)動(dòng)信號(hào)的每個(gè)所述的傾斜的邊沿部分的電角度在2°el至30°el范圍以內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的一種Bl電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，其中所述的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路包括一組順序串聯(lián)連接的接到所述的霍爾元件的緩沖放大器電路、箝位電路、非相加混合電路、模擬開關(guān)電路和輸出放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5中所述的一種BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，其中所述的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路進(jìn)一步包括開關(guān)脈沖產(chǎn)生電路，用于根據(jù)檢測(cè)到的磁通變化產(chǎn)生開關(guān)脈沖，供給所述模擬開關(guān)電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的一種BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，其中所述的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路包括一組串聯(lián)的接到所述的霍爾元件的緩沖放大器電路、信號(hào)混合電路、模擬開關(guān)電路和輸出放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7中所述的一種BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，其中所述的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路包括根據(jù)來自所述的信號(hào)混合電路輸出產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)供給所述的模擬開關(guān)電路的裝置。
9.一種BL電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于包括具有一組霍爾元件的裝置，該裝置用于檢測(cè)BL電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和提供表明該位置的激勵(lì)信號(hào);形成所述的激勵(lì)信號(hào)波形的電路裝置，使其形成的激勵(lì)信號(hào)的邊沿部分沒有突變，和把上述形成的激勵(lì)信號(hào)供給BL電動(dòng)機(jī)定子線圈，從而抑制噪聲產(chǎn)生的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9中所述的電路，其中所述的波形形成電路裝置形成所述的激勵(lì)波形，該波形含有一對(duì)傾斜的邊沿部分和一個(gè)介于這對(duì)傾斜的邊沿部分之間的相對(duì)平坦的部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10中所述的電路，其中所述的波形形成電路裝置含有一個(gè)信號(hào)箝位電路以形成所述的形成波形中平坦部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11中所述的電路，其中所述的波形形成電路裝置包含在相鄰的一對(duì)由上述形成的波形提供的傾斜區(qū)之間形成一個(gè)重疊驅(qū)動(dòng)區(qū)的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12中所述的電路，其中所述的傾斜邊沿部分所對(duì)的電角度在2°el至30°el范圍以內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求
9中所述的電路，其中所述的波形形成電路裝置包括一組順序串聯(lián)連接的接至霍爾元件的緩沖放大電路、箝位電路、非相加混合電路、模擬開關(guān)電路和輸出放大器，一組這樣的串聯(lián)電路各自與一組霍爾元件并聯(lián)連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14中所述的電路，其中所述的波形形成電路裝置還包括根據(jù)由所述的霍爾元件檢測(cè)到的磁通變化用于產(chǎn)生開關(guān)脈沖供給模擬開關(guān)電路的開關(guān)脈沖產(chǎn)生電路。
16.根據(jù)權(quán)利要求
9中所述的電路，其中所述的波形形成電路包括一組順序串聯(lián)連接的接到霍爾元件的緩沖放大電路、箝位電路、混合電路、模擬開關(guān)電路和輸出放大器，一組這樣的串聯(lián)電路各自與一組霍爾元件并聯(lián)連接。
專利摘要
一種無刷電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路包括一組用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁體磁通變化的霍爾元件。一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生適合電動(dòng)機(jī)定子繞組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。每一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接由檢測(cè)到的磁通變化所形成，具有一對(duì)傾斜的邊沿部分和一個(gè)介于傾斜的邊沿部分之間的相對(duì)平坦的部分。電路能有效地抑制相切換期間的噪聲。
文檔編號(hào)H02P6/14GK86106600SQ86106600
公開日1987年3月18日 申請(qǐng)日期1986年9月20日
發(fā)明者新倉英生, 名苗裕一 申請(qǐng)人:索尼公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan