無傳感器的電動機驅動電路的製作方法
2023-06-08 15:25:01 1
專利名稱：無傳感器的電動機驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及無傳感器的電動機驅動電路的改進。
用於驅動，例如，兩相無電刷電動機的無傳感器的電動機驅動電路是眾所周知的。用於驅動兩相無電刷電動機的這類電路使用諸如霍爾元件之類的旋轉檢測元件和利用勵磁線圈中產生的感應電壓(反電動電壓)對勵磁線圈中的驅動電流的傳導(導電)進行轉換。
這類通用無傳感器電動機驅動電路通過檢測勵磁線圈中的感應電壓和根據極性反轉的計時提供某種延遲量來實現導電的轉換。
然後用濾波器濾除在導電轉換時刻產生的尖峰電壓(回掃電壓fly-back)。
此外，若在勵磁線圈中導電之後電動機轉子未被直接起動，則意為電動機轉子已處於靜止位置(稱之為基準位置)，若在某一時間周期內未檢測到勵磁線圈的感應電壓，則產生一起動脈衝並強迫轉換導電模式(pattern)。
關於對極性反轉進行計時方面提供一個規定延時，提供用於去除尖峰電壓的濾波器，以及產生起動脈衝的這些方法可被分為模擬法和數字法。
模擬法電路利用RC時間常數實行相位延遲，去除尖峰電壓和產生起動脈衝。另一方面，用於數字法的電路，幾乎全用微處理器。
由於微處理器的成本緣故由規模大電路系統中是可能使用數字法的，但在小規模電路應用中不可行。因此採用模似法，而不是數字法，更為普通。
不過，在摸似法中，必須對RC時間常數電路的每個元件均要以最適宜方式設定時間常數，但這證明是困難的，因為每個元件的時間常數之間會有幹擾。此外還需要大量的電阻和電容，這意味著需要大量的零部件。
由於本發明是為解決上述諸問題而提出的，故本發明的目的是提供一種無傳感器的電動機驅動電路，該電路與用模似法構成的電路相比，外部零件數較少，成本被降低以及對勵磁線圈進行最合適的驅動電流轉換而與電動機的轉速無關。
因此，一種無傳感器電動機驅動電路包括用於根據勵磁線圈感應電壓檢測轉動中轉子的基準位置的檢測電路，用於利用檢測電路輸出信號產生微分脈衝的微分脈衝產生電路，能產生時鐘脈衝，具有相位比較器用以在時鐘脈衝已被分頻後將微分脈衝同時鐘脈衝加以比較的鎖相環電路，一個起動脈衝發生器，用以對時鐘脈衝進行計數並當予定計數時段內不產生微分脈衝時產生起動脈衝，一個閂鎖電路，用以產生一延遲脈衝——該脈衝從轉子的基準位置起通過對時鐘脈衝進行計數或利用起動脈衝延遲了一個規定量，一個發生電路用於根據延遲脈衝為勵磁線圈產生導電轉換信號以及一個驅動電路用以依據導電轉換信號造成勵磁線圈中的導電。
該無傳感器電動機驅動電路也可進一步配置一掩蔽信號發生器，用以通過對時鐘周期的計數產生一個抑制導電轉換期間所產生的模仿脈衝(imitation pulse)的周期。
PLL電路響應轉子的轉速控制閂鎖延遲電路的延遲量和掩蔽信號發生器的模仿脈衝抑制周期。
本發明的電動機可為用於旋轉一種旋轉磁頭裝置的旋轉鼓的兩相雙向無傳感器電動機。
本發明的電動機也可為用於旋轉光碟的兩相雙向無傳感器電動機。
按照這一結構，檢測器3基於勵磁線圈1和2的感應電壓檢測轉子R的在基準位置。
當轉子R旋轉時，在線圈中感生交交電流電壓。然而，基準位置即是當交變電流電壓為零伏時的轉子R的位置。
當勵磁線圈1或2任一個導電時，磁力施加在轉子R上，轉子R將旋轉。當轉子R旋轉時，反電勢電壓6S-2和6S-4在檢測器3處測出。
微分脈衝發生器7利用來自檢測器3的輸出信號3S-1和3S-2產生微分脈衝7S。能產生時鐘信號8S的PLL電路8的相位比較器40將微分脈衝7S同時鐘信號8S的分頻型式的脈衝8P相比較。
閂鎖延遲電路9產生延遲脈衝9S，該脈衝通過時鐘8S的計數周期從轉子R的基準位置起延遲了一個規定量。電路6和12基於延遲脈衝9S對勵磁線圈1和2產生導電轉換信號13S-1於13S-4，於是勵磁線圈1和2被迫轉換至下一導電模式。
在以上過程中，當轉子R由於導電而旋轉時，若轉子R已經在磁力作用下處於該位置(中性位置)——予期的停止位置，則轉子R便處於基準位置。則即使勵磁線圈1和2中導電，轉子R也不運動從而不產生感應電壓。在此情況下，觸發脈衝發生器10在一規定計數周期內未出現微分脈衝7S時，計8S的時鐘周期數並產生觸發脈衝10S。然後閂鎖延遲電路9基於該觸發脈衝10S產生延遲脈衝9S。於是電路6和12產生導電轉換信號13S-1至l3S-4，勵磁線圈1和2被迫轉換至下一導電模式。
對掩蔽信號發生器11而言，產生由時鐘脈衝8S的周期計數的用於抑制在導電轉換期間所產生的模仿脈衝的周期T是可取的。
人們還希望PLL電路8隨著轉子R的轉速，去控制閂鎖延遲電路9的延遲量和掩蔽信號發生器11的模仿脈衝抑制周期T。
圖1是表示本發明第一實施例的無傳感器電動機驅動電路的方塊示意圖2是表示圖1無傳感器電動機驅動電路的各信號時序的時序圖；圖3是表示圖1之PLL電路結構的一個實例的視圖；圖4是表示單一驅動電路的導電波形實例和導電轉換時刻的反饋電壓和零交叉點的實例的視圖；以及圖5是表示圖2解碼器的邏輯電路導電碼視圖；圖6是表示用於圖1無傳感器電動機驅動電路的解碼器的邏輯電路視圖；圖7是表示本發明第二實施例的解碼器邏輯電路的導電碼視圖。
以下根據諸附圖詳細說明本發明的諸最佳實施例。
以下描述的實施例是本發明的一個具體適宜的實例。因此，附帶有各種技術上可取的限制，但本發明的範圍決不局限於這方面，特別不局限於下列說明中所列舉的要點方面。
圖1是表示用於本發明第一最佳實施例的無傳感器電動機驅動電路的視圖，其數碼2表示兩相雙向勵磁型無傳感器電動機驅動裝置。
在圖1中，兩相雙向無傳感器電動機(此後稱其為無傳感器電動機120是由無傳感器電動機驅動器100驅動的。
該無傳感器電動機120可用於旋轉例如磁帶錄相機(VTR)等所用旋轉磁頭裝置的磁鼓，或用作光碟設備中用於旋轉光碟的電動機。
該無傳感器電動機120具有兩個驅動線圈(此後稱為勵磁線圈)1和2以及一個轉子R。轉子R有北極N和南極S。感應電壓6S-1和感應電壓(反-電動電壓)6S-2是從勵磁線圈1得來，同時感應電壓6S-3和感應電壓(反電動電壓)6S-4是從勵磁線圈2得來。
圖1的無傳感器電動機驅動器是由以下諸元件構成。
由於轉子R的旋轉而由兩相勵磁線圈1或勵磁線圈2所產生的反電動電壓6S-2和6S—4是由檢測器3取得以及轉子R的基準位置是根據該檢測器3的輸出檢測的。
當轉子旋轉時，在兩線圈中感應出交流電壓，但當該交流電壓變為零伏時，轉子R的基準位置便是轉子R的該位置。
在這些反電動電壓6S-2和6S-4的基礎上，檢測器3將比較器信號3S-1和比較器信號3S-2送至選擇器4和微分脈衝發生器7。該選擇器4通過開關5和解碼器12被連到驅動器6。
圖1的微分脈衝發生器是一種微分脈衝產生裝置，當比較器信號3S-1和3S-2之任一個反轉時，便產生單一微分脈衝7S(例如，如圖2中由箭頭F1和F2所指的)。即，每當兩相勵磁線圈1和2的反電動電壓6S-2和6S-4的任一個通過零時，便產生一個微分脈衝7S。於是該微分脈衝7S被輸入至鎖相環(此後稱為PLL)電路8，閂鎖延遲電路9，觸發脈衝發生器10，掩蔽信號發生器11和延遲電路14。
圖1的PLL電路8是用於根據微分脈衝7S產生，例如圖2所示的十六倍時鐘脈衝信號8S。PLL電路8輸出圖2所示與微分脈衝7S同步的時鐘脈衝8S。
圖3是該PLL電路8的一個實例結構的視圖。
相位比較器40將來自微分脈衝發生器7的微分脈衝7S取作輸入。相位比較器40通過低通濾波器(此後稱為LPF)42連接到壓控振蕩器(此後稱為VCO)。相位比較器40將對由VCO44輸出的時鐘脈衝信號8S進行分頻得到的脈衝8P(參見圖2)同從微分脈衝發生器7輸出的微分脈衝7S(參見圖2)加以比較，然後輸出圖3的輸出信號40a。
圖3的VCO44通過1/N分頻器46連接到相位比較器40。該1/N分頻器將來自VCO44的時鐘脈衝信號8S進行1/N分頻並將脈衝8p供至相位比較器40。
輸出信號40a的頻率分量低於一固定頻率的那部分通過低通濾波器42。VCO44受低通濾波器42的輸出42a的控制，對應於該輸出42a的頻率的時鐘脈衝信號8S便產生。
這樣，VCO44產生時鐘脈衝信號8S——該信號頻率是，例如，來自微分脈衝發生器7的微分脈衝7S的16倍頻。在此期間，若低通濾波器42的輸出42a的電壓為高電平，則輸出高頻時鐘脈衝信號8S，若輸出42a的電壓為低，則輸出低頻時鐘脈衝信號8S。
此外，圖1所示閂鎖延遲電路9(閂鎖電路)具有一內部計數器，用於對時鐘脈衝信號8S進行計數並產生，例如，一個將來自微分脈衝發生器7的微分脈衝7S延遲3時鐘周期的閂鎖延遲脈衝9S。該閂鎖延遲脈衝9S是從轉子R的基準位置起延遲了一規定量的脈衝。
圖1中的掩蔽信號發生器11被如此安排以使從微分脈衝7S被接通起直到閂鎖延遲脈衝9S已通過並已經過一個規定時鐘數周期止掩蔽信號11S均被接通。就圖4中所示那種U-相(對兩相來說，一個取U相，另一個取V相)勵磁線圈1的勵磁波形而言，該掩蔽信號發生器11是為避免由於流過線圈1的電流的轉換而產生的電壓尖峰的零交叉點ZC1的那種信號被輸入到圖1中的選擇器4的邏輯電路。該零交叉點ZC1的信號是一個其產生不取決於無傳感器電動機的旋轉的信號。掩蔽信號發生器11的模仿脈衝抑制周期T是用於抑制在勵磁線圈1和2之間的導電轉換期間所產生的模仿脈衝(圖4所示尖峰電壓)的一個周期。
圖1所示觸發脈衝發生器10對來自PLL電路8的時鐘脈衝信號8S進行計數並若在時鐘的予定數周期內未產生微分脈衝7S時，產生觸發脈衝10S，以替代微分脈衝7S。
觸發脈衝10S在閂鎖延遲電路9和掩蔽信號發生器11基於該觸發脈衝10S而以象產生微分脈衝7S時的相同方式操作情況下，驅動閂鎖延遲電路9和掩蔽信號發生器11。
延遲電路14根據來自微分脈衝發生器7的微分脈衝7S和來自PLL電路8的時鐘脈衝信號8S將圖1所示延遲信號14S輸出至解碼器12。
該延遲信號14S為圖5所示勵磁線圈1和2的導電轉換信號13S-1至13S-4建立一重疊周期TOR。這樣，在繼續接通的一相(勵磁線圈1或2)和將要斷開的另一相(勵磁線圈2或1)之間存在一個延遲以致實現該重疊導電。
具體地說，導電轉換信號13S-2(B)變成接通，在下一跟隨的導電轉換信號13S-3(C)接通和導電轉換信號13S-2(B)繼續接通時，取導電轉換信號13-S(C)和延遲信號14S的邏輯乘積。於是若延遲信號14S達到斷開，則導電轉換信號13S-2(B)同時變成斷開。在此期間，導電轉換信號13S-2(B)和導電轉換信號13S-3(C)重疊和導通。
在重疊周期TOR中所包含的各相的導電角EA，例如，為135°。該導電重疊是為當起動轉子R時加速或減速時獲得增大的轉矩。於是，當轉子R已達到旋轉的規定轉數時，延遲信號14S便停止供給解碼器12，重疊導電被停止而且被轉換成通常的90°導電角。
轉換時，延遲信號14S(E)被接通一段規定的時間周期。例如，延遲信號14S(E)是從感應電壓的零交叉點被延遲(理想地成45°)並輸出。該理想情況是若閂鎖延遲信號9S比閂鎖輸出快了延遲信號14S持續時間的一半。
例如，在CD-ROM等中，為增大轉矩從而可減少存取時間便利用了這種導電重疊。
下面描述用於勵磁線圈1和2的驅動電流的導通數據流。
當掩蔽信號發生器11的掩蔽信號11S被斷開時，輸入至圖1選擇器4的比較器信號3S-1和3S-2直接通過選擇器4。當接通掩蔽信號11s時，則在正好掩蔽信號11S變成導通以前，所述數據被閂鎖和作為選擇數據信號4S-1和4S-2輸出至開關5。
選擇數據信號4S-1和4S-2在開關5處被閂鎖延遲脈衝9S閂鎖，即，選擇數據信號4S-1和4S-2例如在微分脈衝7之後三個時鐘周期被閂鎖。
圖6中的轉換輸出5S-1(對應於U-相)和5S-2(對應於V相)是基於解碼器12的邏輯電路根據導電碼而被解碼並送至圖1的驅動器6作為導電轉換信號13S-1至13S-4。
於是圖1的驅動器6利用附圖中未示的電晶體轉換，實現圖5所示的那種相位轉換並使圖1的勵磁線圈1和2導電。
這樣，用於使勵磁線圈1和2導電的數據流可在取從PLL電路8產生的時鐘脈衝信號8s作為基準的一個無傳感器電動機驅動器100範圍內得到控制。
下面將描述圖1無傳感器電動機驅動電路100的操作。
(1)當導電期間，轉子R旋轉時。
當就無傳感器電動機驅動器100而言存在導電和圖1的轉子正在旋轉時，驅動電流流過兩個勵磁線圈1和2的一個或另一個。若勵磁線圈1或2的一個或另一個導電，則轉子R將被，例如，若它正在導電的勵磁線圈1的磁力所吸引，而且轉子R將輕微旋轉。在這樣做的過程中，檢測器3將如前所述地檢測勵磁線圈1的感應電壓。作為反電動電壓6S-2和6S-4的波形的一個實例示於圖2中。
然後圖1的檢測器3檢測這些反電動電壓6S-2和6S-4並輸出比較器信號3S-1和3S-2。於是微分脈衝發生器7基於這些比較器信號而產生圖2的微分脈衝7S。然後該微分脈衝7S被加到PLL電路8，閂鎖電路9，觸發脈衝發生器10，掩蔽信號發生器11和延遲電路14。於是選擇器4產生選擇器數據信號4S-1和4S-2。
於是圖1的PLL電路8產生最低頻率的時鐘脈衝信號8S，該時鐘脈衝信號8S被加到閂鎖延遲電路9，驅動脈衝發生器10，掩蔽信號發生器11和延遲電路14。
閂鎖延遲電路9和掩蔽信號發生器11基於該微分脈衝7S工作同時閂鎖延遲電路9產生閂鎖延遲脈衝9S。在開關電路5，該閂鎖延遲脈衝9S將選擇器數據信號4S-1和4S-2閂鎖一個規定的時鐘周期數，例如在微分脈衝7之後的3個時鐘周期。開關電路5的輸出因而由於選擇數據信號4S-1和4S-2被迫轉換成下一相位。
該轉換輸出5S-1和5S-2由於該閂鎖延遲脈衝9S被迫轉換至下一相位的結果是導電轉換信號13S-1至13S-4通過解碼器12被加到驅動器6，勵磁線圈1和2導電和轉子R旋轉。當轉子R開始旋轉時，上述系列操作被重複而且轉子R的旋轉加速。與此同時，圖2中所示感應電壓通過零交叉點ZC的速度增大而圖2中所示微分脈衝7S的產生之間的間距變得較短。
(2)當由導電引起的旋轉並未開始，轉子R在導電時已處靜止位置。
若，在勵磁線圈1和2導電後希望轉子R暫時被吸引並已處在靜止位置，則轉子R不動，與此同時，不產生感應電壓6S-1和6S-3以及反電動電壓6S-2和6S-4。
甚至當導電時轉子R也不動時，圖1中的PLL電路8仍產生最低頻率下的時鐘脈衝信號8S。於是該時鐘脈衝8S被加到閂鎖延遲電路9，驅動脈衝發生器10，掩蔽信號發生器11和延遲電路14。
觸發脈衝發生器10接收和對該時鐘脈衝信號8S計數，並當該計數達到予定數時產生觸發脈衝10S，以取代微分脈衝7S。然後該觸發脈衝10S被加到閂鎖延遲電路9和掩蔽信號發生器11。
閂鎖延遲電路9和掩蔽信號發生器10基於該觸發脈衝10S而被驅動，閂鎖延遲電路產生閂鎖延遲脈衝9S。該閂鎖延遲脈衝9S於是在開關電路5閂鎖選擇數據信號4S-1和4S-2。開關電路5的輸出便通過選擇數據信號4S-1和4S-2而被迫轉換至下一相位。
通過該閂鎖延遲脈衝9S使轉換輸出5S-1和5S-2被迫轉換至下一相位的結果是導電轉換信號13S-1至13S-4通過解碼器12被加至驅動器6，勵磁線圈1和2導通和轉子R旋轉。當轉子R開始旋轉時，上述系列操作被重複並加速轉子R的旋轉。與此同時，圖2中所示感應電壓通過零變叉點ZC的速度增大，而且圖2所示微分脈衝7S的產生之間的間隔變得較短。
就上述本發明的實施例而言，當與傳統模擬驅動電路相比時，由於外部附件數減少，可能降低成本，同時安裝步驟的數量可能減少。
此外，在本發明的該實施例中，由於對每個勵磁線圈相位採用大於90°的導電角而實現了重疊導通故可獲得例如30％的轉矩的增大以獲得例如在起動時的轉矩的必要增大，因此本發明的這一實施例最適於CD-ROMs(只讀存儲器小型盤(compact disk))等。然而，節能方面的應用也許也是可能的，因為當轉子以增大的轉矩在恆定速度下旋轉時，本發明的該實施例幾乎不受轉矩脈動的影響。
當將本發明這一實施例同傳統模擬驅動電路比較時，定時是穩定的，時限方面的改變是用邏輯電路實現的。所以就安裝而言，使與模式相一致的時限上的改變可容易地甚至在安裝後進行。
就本發明的該實施例而言，無論電動機轉子R的轉速如何總能實現最適宜的驅動電流轉換。
此外利用閂鎖延遲電路9可這樣完成相位延遲，以致可在無傳感器電動機120的極性反轉和可轉換導電的這一時限內提供延遲。
本發明的該實施例還運用一掩蔽信號發生器11，該發生器可用於掩蔽，因而防止在勵磁線圈1和2發生導電轉換時產生尖峰電壓期間的尖峰。這就消除了由於這些尖峰電壓產生的零交叉點的錯誤檢測。
再者，在勵磁線圈1和2中導電之後不直接驅動轉子R的情況下，若在某一時間周期內未檢測到感應電壓，則觸發脈衝發生器10產生觸發脈衝10S以替代微分脈衝7S，同時勵磁線圈1和2被迫轉換至下一導電模式。
所有這些元件是作為在單一無傳感器電動機驅動電路100內的數據電路構成的。
下面，本發明第二實施例示於圖7中。圖7中的實施例在解碼器的導電碼方面是不同的。
就圖5實施例的解碼器邏輯電路的導電碼而言，延遲信號14S根據導電轉換信號13S-1至13S-4建立重疊(overlap)周期TOR，並有從一個相(勵磁線圈1或2)變成導通直到下一相(勵磁線圈2或1)變成斷開為止的一個延遲量，以致可實現重疊導電。
關於這一點就圖7實施例中的解碼器邏輯電路的導電碼而言，圖1的延遲電路14不存在，延遲信號14S未被加到解碼器12，未對導電轉換信號13S-1至13S-4建立重疊周期TOR。換言之，如圖7所示，導電時限內四個導電轉換信號13S-1至13S-4是通過組合轉換輸出5S-1和5S-2的數據而產生的而未實現重疊導電。
若藉助導電轉換信號13S-1使電流沿圖1勵磁線圈1的向前方向流動，然後通過導電轉換信號13S-2使電流以相反方向流動。此外，若通過導電轉換信號13S-3使電流在圖1的勵磁線圈2的向前方向上流動，通過導電轉換信號13S-4使電流在相反方向上流動。
本發明決不局限於上述諸實施例。
本發明的無傳感器電動機驅動電路不限於二相電動機並也能應用於3相無傳感器電動機。此外，二相電動機可不僅為無心電動機或鐵芯型電動機，也可能應用於PM型心軸電動機(Spindle motors)或HB(hybrid)型步進電動機。
權利要求
1.一種無傳感器電動機驅動電路，用以驅動具有轉子和用於該轉子的多個勵磁線圈的電動機，所述電路包括檢測裝置，用於依據勵磁線圈的感應電壓檢測旋轉著的轉子的基準位置；微分脈衝發生裝置，用於利用檢測裝置輸出信號產生微分脈衝；能產生時鐘脈衝的鎖相環電路，它具有用於在時鐘脈衝已被分頻後，將微分脈衝同時鐘脈衝進行比較的相位比較器；觸發脈衝發生器，用於對時鐘脈衝進行計數並當在予定計數時限內不產生微分脈衝時產生觸發脈衝；閂鎖電路，用於通過對時鐘脈衝計數或利用觸發脈衝產生一個從轉子基準位置起延遲了予定量的延遲脈衝；發生電路，用於依據延遲脈衝產生勵磁線圈的導電轉換信號；以及驅動器電路，用於依據導電轉換信號造成勵磁線圈中的導電。
2.根據權利要求1的無傳感器電動機驅動電路，其特徵在於還配置有一掩蔽信號發生器，用於通過對時鐘周期計數產生一個抑制導電轉換期間所產生的模仿脈衝的周期。
3.根據權利要求2的無傳感器電動機驅動電路，其特徵在於PLL電路響應轉子的轉速控制閂鎖延遲電路的延遲量和掩蔽信號發生器的模仿脈衝抑制周期。
4.根據權利要求1的無傳感器電動機驅動電路，其特徵在於電動機是一個兩相雙向無傳感器電動機，用於旋轉一個旋轉磁頭裝置的轉鼓。
5.根據權利要求1的無傳感器電動機驅動電路，其特徵在於電動機是用於旋轉光碟的一個兩相雙向無傳感器電動機。
全文摘要
一種無傳感器電動機驅動電路，包括檢測裝置，依據勵磁線圈的感應電壓檢測旋轉著的轉子的基準位置；微分脈衝發生裝置，利用檢測裝置輸出信號產生微分脈衝；能產生時鐘脈衝的鎖相環電路，它具有用於在時鐘脈衝已被分頻後，將微分脈衝同時鐘脈衝比較的相位比較器；觸發脈衝發生器，對時鐘脈衝計數並當預定計數時限內不產生微分脈衝時產生觸發脈衝；閂鎖電路，產生一個從轉子基準位置起延遲了預定量的延遲脈衝；依據延遲脈衝產生勵磁線圈的導電轉換信號的發生電路；和，依據該轉換信號引起勵磁線圈導電的驅動器電路。
文檔編號H02P6/18GK1132960SQ95118108
公開日1996年10月9日 申請日期1995年10月17日 優先權日1994年10月17日
發明者稻垣衡一 申請人:索尼公司