專利名稱：無刷直流電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無刷直流電動(dòng)機(jī)，特別是涉及不需要用于檢測(cè)永磁轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)。
由于無刷直流電動(dòng)機(jī)沒有機(jī)械接觸，同帶有電刷的直流電動(dòng)機(jī)相比，它具有較長(zhǎng)的壽命和較低的電噪聲水平。從而近來它被廣泛地應(yīng)用在需要高可靠性的工業(yè)設(shè)備和視頻、音頻裝置中。
通常，這種類型的無刷直流電動(dòng)機(jī)使用一個(gè)位置傳感器(例如，霍爾器件)，與電刷相對(duì)應(yīng)，來變換定子繞組的各相導(dǎo)通狀態(tài)。位置傳感器本身不便宜，而且在傳感器的安裝位置的調(diào)節(jié)中它要求很復(fù)雜并增加布線量，與有刷電動(dòng)機(jī)相比它導(dǎo)致了無刷直流電動(dòng)機(jī)的很高的成本。另外，由于位置傳感器必須安置在電動(dòng)機(jī)內(nèi)，通常使電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)被限制。近來，在設(shè)備的縮減(體積)的趨勢(shì)下，電動(dòng)機(jī)變得更小和更薄，并且不能得到足夠的用于安置位置傳感器(如霍爾器件)的位置。從而，就提出使用一些沒有位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)。
作為沒有位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)，例如，一種利用頻率發(fā)生器的輸出信號(hào)附加到電動(dòng)機(jī)上的方式是公知的。即用于根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生脈沖的頻率發(fā)生器的輸出脈沖，由一個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)計(jì)數(shù)值使預(yù)定電流圖形的驅(qū)動(dòng)電流順序地通過三相定子繞組，由此使永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(例如，日本專利公開號(hào)63-2662088)。
但是，在這種構(gòu)成中，由于在接通電源時(shí)不能確定轉(zhuǎn)子的初始位置，如上述現(xiàn)有技術(shù)所述，在無刷直流電動(dòng)機(jī)中就設(shè)置一個(gè)專門的置位信號(hào)發(fā)生電路，則當(dāng)電源接通時(shí)由置位信號(hào)使計(jì)數(shù)器置位，當(dāng)專門的置位電流加到定子繞組上時(shí)就使轉(zhuǎn)子與定子繞組能夠初步地處于一個(gè)特定的位置關(guān)系上。
然而，當(dāng)專門置位電流被加到定子繞組上以便于決定初始位置時(shí)，轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)子的位置在該特定位置附近振蕩，在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)停在該特定位置上。結(jié)果，由于不能在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換到運(yùn)行狀態(tài)則起動(dòng)時(shí)間是長(zhǎng)的，因?yàn)閺漠?dāng)接通電源時(shí)用于把專門置位電流加到定子繞組的置位式從而把轉(zhuǎn)子停到特定位置上，到用于根據(jù)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而對(duì)頻率發(fā)生器的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的正常位置檢測(cè)模式的操作，不能在短時(shí)內(nèi)完成。
因而這就不能被用于需要短起動(dòng)時(shí)間的情況(例如頻繁反復(fù)旋轉(zhuǎn)和停止的機(jī)器)。
在上述現(xiàn)有技術(shù)中的無刷直流電動(dòng)機(jī)中，由于轉(zhuǎn)子在置位模式中被強(qiáng)制地轉(zhuǎn)到一個(gè)特定位置上，轉(zhuǎn)子經(jīng)常反轉(zhuǎn)，這取決于轉(zhuǎn)子的初始位置。因此，它只能被用于允許有寬的反轉(zhuǎn)的機(jī)器中，使得使用范圍被大大地限制了。
進(jìn)而，在上述現(xiàn)有技術(shù)中所述的無刷直流電動(dòng)機(jī)，在置位模式中如果轉(zhuǎn)子與定子繞組的相對(duì)位置處于特定關(guān)系中，如果轉(zhuǎn)子被加載，根據(jù)負(fù)載的大小轉(zhuǎn)子和定子繞組的相對(duì)位置可能發(fā)生非常大的變化。因此，在置位模式中轉(zhuǎn)子不能固定在特定位置上。
因而，在上述現(xiàn)有技術(shù)所述的無刷直流電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)置位模式變換到正常位置檢測(cè)模式以根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)對(duì)頻率發(fā)生器的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的時(shí)候，加到定子繞組的電流相位大大偏離正常相位，就不能實(shí)現(xiàn)高效率的驅(qū)動(dòng)。因而，現(xiàn)有技術(shù)中的無刷直流電動(dòng)機(jī)只能被用于接通電源時(shí)電源時(shí)電動(dòng)機(jī)是空載的情況。
本發(fā)明的主要目的就是提供一種無刷直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)能夠當(dāng)電源接通時(shí)在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出轉(zhuǎn)子與定子繞組之間的位置關(guān)系，并且從電源接通時(shí)的相位配合模式迅速地變換到正常位置檢測(cè)模式以根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而對(duì)所產(chǎn)生的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。
本發(fā)明的目的也在于精確地檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的位置而不論負(fù)載的大小，如果當(dāng)電源接通時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)帶載的話;本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)在非常小的范圍內(nèi)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種無刷直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)雖然不需要位置傳感器也能夠以高效率驅(qū)動(dòng)，從而能夠在廣泛的范圍內(nèi)應(yīng)用。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種無刷直流電動(dòng)機(jī)，包括具有多個(gè)磁極的轉(zhuǎn)子;帶有多相以特定氣隙相對(duì)轉(zhuǎn)子布置的定子繞組;用于發(fā)生根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的多相傳感信號(hào)的傳感器裝置;用于從多相傳感器信號(hào)檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向并產(chǎn)生一個(gè)方向信號(hào)的方向檢測(cè)裝置;用于根據(jù)方向信號(hào)產(chǎn)生第一相位信號(hào)并且用于檢測(cè)與轉(zhuǎn)子位置相對(duì)應(yīng)的初始計(jì)數(shù)值的初始相位檢測(cè)裝置，用于設(shè)置與初始計(jì)數(shù)值相對(duì)應(yīng)的初始值的計(jì)數(shù)器裝置，根據(jù)至少一個(gè)傳感信號(hào)和方向信號(hào)增加或縮小計(jì)數(shù)值，并產(chǎn)生第二相位信號(hào);用于根據(jù)第一相位信號(hào)或第二相位信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)多相位置信號(hào)的波形發(fā)生裝置;以及用于根據(jù)多相位置信號(hào)給定子繞組供電的電源裝置。
通過上述構(gòu)成，本發(fā)明的無刷直流電動(dòng)機(jī)由計(jì)數(shù)器裝置對(duì)根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的傳感器裝置的輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于以該計(jì)數(shù)值為基礎(chǔ)產(chǎn)生位置信號(hào)，就不需要傳統(tǒng)無刷直流電動(dòng)機(jī)所具有的位置傳感器。
因而，與傳統(tǒng)無刷直流電動(dòng)機(jī)不同，不需要位置傳感器，并能降低傳感器的安置位置的調(diào)節(jié)的復(fù)雜程度并減少布線量，以此能夠有效地節(jié)約成本。
另外，由于電動(dòng)機(jī)不需要位置傳感器，電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上不受限制，從而可進(jìn)一步減小尺寸和厚度。
進(jìn)而，初始相位檢測(cè)裝置根據(jù)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向產(chǎn)生第一相位信號(hào)，同時(shí)波形發(fā)生裝置根據(jù)第一相位信號(hào)產(chǎn)生位置信號(hào)，由此檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置。因此，轉(zhuǎn)子的位置能被很小程度的轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)，而不依賴于轉(zhuǎn)子的初始位置。即使轉(zhuǎn)子帶載也能精確地檢測(cè)出轉(zhuǎn)子的位置。


圖1是表示本發(fā)明的無刷直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)成的方框圖;
圖2是表示本發(fā)明的方向檢測(cè)器電路的一個(gè)實(shí)施例的電路構(gòu)成圖;
圖3是圖2中的方向檢測(cè)器電路的部分的信號(hào)波形圖;
圖4是本發(fā)明的無刷直流電動(dòng)機(jī)的正常旋轉(zhuǎn)時(shí)的部分的信號(hào)波形圖;
圖5是表示本發(fā)明的無刷直流電動(dòng)機(jī)的正常旋轉(zhuǎn)時(shí)永磁轉(zhuǎn)子的磁極矢量φ和由定子繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)矢量I的關(guān)系的矢量圖;
圖6是表示由方向檢測(cè)器電路，計(jì)數(shù)器單元，初始相位檢測(cè)器和波形發(fā)生器所構(gòu)成的以組成本發(fā)明的無刷直流電動(dòng)機(jī)的方框圖;
圖7是在一個(gè)實(shí)施例中本發(fā)明的選擇器的工作的流程圖;
圖8是在一個(gè)實(shí)施例中在正常旋轉(zhuǎn)時(shí)位置檢測(cè)模式的處理過程的流程圖;
圖9是在一個(gè)實(shí)施例中用于相位配合運(yùn)行的流程圖;
圖10是為了說明在相位配合運(yùn)行轉(zhuǎn)動(dòng)量的磁極矢量φ和磁通勢(shì)矢量I的矢量圖;
圖11是為了說明相位配合運(yùn)行的磁極矢量φ和磁通勢(shì)矢量I的矢量圖;
圖12是為了說明相位配合運(yùn)行的磁極矢量φ和磁通勢(shì)矢量I的矢量圖;
圖13是表示永磁轉(zhuǎn)子和定子繞組形狀的示圖。
參照附圖，本發(fā)明的無刷直流電動(dòng)機(jī)的一些實(shí)施例將在下面詳細(xì)說明。
圖1是表示在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中無刷直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成的方框圖。圖1中的永磁轉(zhuǎn)子19和三相定子繞組181，182，183象圖13所示那樣布置。在圖13(a)中，同轉(zhuǎn)軸1302一起旋轉(zhuǎn)的永磁轉(zhuǎn)子19相對(duì)定子1301放置。在永磁轉(zhuǎn)子19上，如圖13(b)所示，多極(在此是8極)沿圓周方向以相等間隔布置成一個(gè)盤形。在定子1301上，如圖13(c)所示，許多平繞組(在此是6個(gè))181a，182a，183a，181b，182b，183b在一面上繞轉(zhuǎn)軸1302以相等間隔布置成一個(gè)盤形。相互相隔180度的平繞組被相互連接以構(gòu)成三相定子繞組181，182，183。圖1中的頻率發(fā)生器(傳感器裝置)11產(chǎn)生相互間具有不同相位的兩相頻率信號(hào)m1，m2，與永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)成比例。兩相頻率信號(hào)m1、m2饋入波形整形電路12以變換方波信號(hào)s1、s2，然后進(jìn)入方向檢測(cè)電路(方向檢測(cè)裝置)13。方向檢測(cè)電路13根據(jù)永磁轉(zhuǎn)子19的正向或反向旋轉(zhuǎn)方向發(fā)出一個(gè)方向信號(hào)d。計(jì)數(shù)器單元14接收方波信號(hào)s1和由方向檢測(cè)電路13發(fā)出的方向信號(hào)d，并根據(jù)永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向?qū)σ蕾囉来呸D(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的方波信號(hào)s1的脈沖數(shù)進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)或遞減計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器單元14發(fā)生相應(yīng)于計(jì)數(shù)值c的值作為第二相位值f2(第二相位信號(hào))。初始相位檢測(cè)單元15接收方向接收方向檢測(cè)電路13的方向信號(hào)d，在根據(jù)方向信號(hào)d的正或反方向進(jìn)行相位配合的時(shí)刻在定子繞組中所產(chǎn)生的旋動(dòng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)起來，通過計(jì)算確定永磁轉(zhuǎn)子19的初始位置，并且發(fā)出初始計(jì)數(shù)值Co給計(jì)數(shù)器單元14。初始相位檢測(cè)電路15不但把初始計(jì)數(shù)值Co發(fā)給計(jì)數(shù)器單14，而且在相位配合時(shí)刻把第一相位值f1(第一相位信號(hào))發(fā)給選擇器單元161。選擇器單元161根據(jù)加在端子163上的相位配合指令st選擇第一相位值f1或者第二相位f2，并且把經(jīng)選擇的相位值f發(fā)給位置信號(hào)發(fā)生器單元162。波形發(fā)生器單元(波形發(fā)生裝置)16由選擇器單元161和位置信號(hào)發(fā)生器單元162所組成。根據(jù)由選擇器單元161發(fā)出的經(jīng)選擇的相位值f，位置信號(hào)發(fā)生器單元162發(fā)出三相位置信號(hào)P1，P2，P3。電源單元17接收三相位置信號(hào)P1，P2，P3。三相位置信號(hào)P1，P2，P3分別由驅(qū)動(dòng)放大器171，172，173進(jìn)行放大，然后與位置信號(hào)P1，P2，P3的幅值比例的電流i1，i2，i3被加入定子繞組181，182，183。
因此，無刷直流電動(dòng)機(jī)這樣構(gòu)成永磁轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子)19;定子繞組181，182，183;頻率發(fā)生器(傳感器裝置)11;方向檢測(cè)電路(方向檢測(cè)裝置)13;初始相位檢測(cè)單元(初始相位檢測(cè)裝置)16，計(jì)數(shù)器單元(計(jì)數(shù)器裝置)14;波形發(fā)生器單元(波形發(fā)生器裝置)16和電源單元(電源裝置)17。
在這樣構(gòu)成的無刷直流電動(dòng)機(jī)中，下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的運(yùn)行。
首先說明的是永磁轉(zhuǎn)子19連續(xù)旋轉(zhuǎn)的情況(位置檢測(cè)模式)。圖2是在一個(gè)方向檢測(cè)電路13的實(shí)施例中的電路構(gòu)成圖，其部分的信號(hào)波形圖由圖3表示。
在圖2中，D型雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路21接收由波形整形電路12所發(fā)生的兩相方波信號(hào)S1，S2。方波信號(hào)S1饋入雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路21的數(shù)據(jù)輸入端D，而方波信號(hào)S2則饋入時(shí)鐘輸入端CK。
圖3(a)表示當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19以方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的方波信號(hào)S1，S2，圖3(b)表示當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19以反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)的方波信號(hào)S1，S2。D型雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路21在每個(gè)住時(shí)鐘輸入端CK上的輸入信號(hào)前沿把數(shù)據(jù)輸入端D的狀態(tài)保持，并且從輸出端Q發(fā)送該狀態(tài)。
因而，當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19象圖3(a)所示那樣以正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，D型雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路21的輸出Q總是處于高電位狀態(tài)(下面叫做H狀態(tài))。另一方面，當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19以反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，如圖3(b)所示那樣方波信號(hào)S1落后方波信號(hào)S290度，則輸出Q總是處于低電位狀態(tài)(下面稱為L(zhǎng)狀態(tài))。
如上面表明的，永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向可以由圖2中的方向檢測(cè)電路13進(jìn)行檢測(cè)。即當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19以正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，方向檢測(cè)電路13的輸出的方向信號(hào)d處于H狀態(tài)，而當(dāng)其以反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)就處于L狀態(tài)。
由波形整形電路12發(fā)出的方波信號(hào)S1和方向檢測(cè)電路13的方向信號(hào)d一起被饋入計(jì)數(shù)器單元14，從而計(jì)數(shù)器單元14根據(jù)方向信號(hào)d對(duì)方波形信號(hào)S1的脈沖進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)或遞減計(jì)數(shù)。就是，根據(jù)永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的方波信號(hào)S1的脈沖數(shù)根據(jù)永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向被進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)或遞減計(jì)數(shù)，從而永磁轉(zhuǎn)子19的的旋轉(zhuǎn)量能夠由計(jì)數(shù)器單元14的計(jì)數(shù)值來獲得。不過，計(jì)數(shù)器單元14的計(jì)數(shù)值在電源剛剛接通之后的初始狀態(tài)中是不穩(wěn)定的，則必須峙賦以一合適的初始計(jì)數(shù)值Co。
設(shè)置初始計(jì)數(shù)值Co的方法將在圖9中相對(duì)于相位配合模式運(yùn)行的說明而進(jìn)行詳細(xì)的描述。
圖4是本發(fā)明的無刷直流電動(dòng)機(jī)的正常旋轉(zhuǎn)的部分信號(hào)波形圖。
在圖4中，e1，e2，e3分別是在定子繞組181，182，183中所感應(yīng)的電壓波形。另一方面，P1，P2，P3是由波形發(fā)生單元16所產(chǎn)生的三相位置信號(hào)，其被發(fā)生成與根據(jù)永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)位置所產(chǎn)生的電壓波形e1，e2，e3幾乎同相位。位置信號(hào)P1，P2，P3是正弦形信號(hào)波形，電源單元17在三相上放大位置信號(hào)P1，P2，P3功率，正弦形的三相驅(qū)動(dòng)電流i1，i2，i3被加到定子繞組181，182，183的各相上。結(jié)果，由三相驅(qū)動(dòng)電流i1，i2，i3而在定子繞組181，182，183中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并且由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同永磁轉(zhuǎn)子19的磁極的相互作用而使永磁轉(zhuǎn)子得到旋轉(zhuǎn)力并轉(zhuǎn)動(dòng)起來。
圖5是表示由定子繞組181，182，183所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通勢(shì)矢量同永磁轉(zhuǎn)子19的磁極矢量的相位關(guān)系的矢量圖。在圖5中，φ代表表示永磁轉(zhuǎn)子19的磁極的磁極矢量，I是由定子繞組181，182，183所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通勢(shì)矢量。
圖5(a)是表示當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19以正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)磁極矢量φ和磁通勢(shì)矢量I的相位關(guān)系矢量圖。圖5(b)是表示當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19以反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)磁極矢量φ和磁通勢(shì)矢量I的相位關(guān)系的矢量圖。
磁極矢量通過與磁通勢(shì)矢量I的相互作用得到一旋轉(zhuǎn)力，并以圖5所標(biāo)明的方向旋轉(zhuǎn)，這里，為了使永磁轉(zhuǎn)子19連續(xù)旋轉(zhuǎn)，就需要根據(jù)磁極矢量φ的轉(zhuǎn)動(dòng)量以附圖所示方向使磁通勢(shì)矢量I進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。即磁通勢(shì)矢量I的相位總是在旋轉(zhuǎn)方向上超前磁極矢量φ的相位90度，并檢測(cè)磁極矢量φ的轉(zhuǎn)動(dòng)量，并必須根據(jù)該轉(zhuǎn)動(dòng)量來磁通勢(shì)矢量。(在矢量圖上表示的磁極矢量φ和磁通勢(shì)矢量I的角度稱為由電角表示的角度)。
圖6是表示由方向檢測(cè)電路13，計(jì)數(shù)器單元14，初始相位檢測(cè)單元15和波形發(fā)生單元16組成本發(fā)明的無刷直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)成圖。
在該實(shí)施例中，計(jì)數(shù)器單元14，初始相位檢測(cè)單元15和波形發(fā)生單元16是由計(jì)算單元(計(jì)算裝置)61，存貯器62和D/A轉(zhuǎn)換器(數(shù)-模轉(zhuǎn)換裝置)63，64，65所組成。計(jì)算單元61是根據(jù)下述的存貯在存貯器62的ROM(只讀存貯器)區(qū)域中的專用內(nèi)部程序來進(jìn)行工作，接受方波信號(hào)S1;方向信號(hào)d;由端子161饋入的方向指令md和由端子163饋入的相位配合指令st，通過利用RAM(隨機(jī)存取存貯器)區(qū)域按規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，由此獲得選擇的相位值f。因此，根據(jù)選擇的相位值f，計(jì)算單元61參照預(yù)先存貯在存貯器62的ROM區(qū)域中的一個(gè)周期的正弦波的函數(shù)表，根據(jù)已選擇的相位值f決定三相數(shù)字位置信號(hào)dp1，dp2，dp，從而將它們分別提供給D/A轉(zhuǎn)換器63，64，65。D/A轉(zhuǎn)換器63，64，65分別將三相數(shù)字位置信號(hào)dp1，dp2，dp3轉(zhuǎn)換成模擬值，從而產(chǎn)生三相位置信號(hào)P1，P2，P3。
下面說明存貯在存貯器62的ROM區(qū)域中的內(nèi)部程序。
首先在圖7中表示出用于使波形發(fā)生單元16的選擇器單元(選擇裝置)進(jìn)行工作的內(nèi)部程序的流程圖。
在步驟71，由端子163饋入的相位配合指令st進(jìn)入。然后在步驟72進(jìn)行處理。
在步驟72，根據(jù)在步驟71進(jìn)入的相位配合指令st的數(shù)據(jù)，在下一步驟中的選擇動(dòng)作被運(yùn)行。當(dāng)相位配合指令st指明相位配合模式時(shí)，實(shí)施相位配合模式(步驟73)的操作。當(dāng)相位配合指令st指明相位檢測(cè)模式時(shí)，執(zhí)行位置檢測(cè)模的操作(步驟74)。
在步驟73，運(yùn)行相位配合模式的操作。即，實(shí)施初始相位檢測(cè)單元15的操作和波形發(fā)生單元16的位置信號(hào)產(chǎn)生單元162的操作，從而檢測(cè)永磁轉(zhuǎn)子19的位置，同時(shí)根據(jù)永磁轉(zhuǎn)子19的位置計(jì)算初始計(jì)數(shù)值Co。以后，運(yùn)行回到步驟71的操作。
在步驟74，執(zhí)行位置檢測(cè)模式的操作。即，執(zhí)行計(jì)數(shù)單元14的操作和波形發(fā)生單元16的位置信號(hào)產(chǎn)生單元162的操作，并進(jìn)行正常旋轉(zhuǎn)和處理。以后，運(yùn)行返回到步驟71的處理過程。
通過執(zhí)行這些操作，根據(jù)從端子163進(jìn)入的相位配合指令st來選擇相位配合模式操作或者相位檢測(cè)模式操作。
即，根據(jù)相位配合信號(hào)st的內(nèi)容，選擇計(jì)數(shù)器單元14的輸出信號(hào)(第二相位值)或者初始相位檢測(cè)單元16的輸出信號(hào)(第一相位值)，作為位置信號(hào)發(fā)生單元162的輸入，從而通過上述那樣的處理實(shí)現(xiàn)選擇器單元(選擇裝置)161的操作。
下面通過參照?qǐng)D8所示的基本流程圖來說明在正常旋轉(zhuǎn)時(shí)被處理的位置檢測(cè)模式。
在步驟811，在相位配合模式中計(jì)算的初始計(jì)數(shù)值Co作為計(jì)數(shù)值C的初始值被賦值。即，計(jì)數(shù)值C作為初始計(jì)數(shù)值Co的值被賦值。然后，在步驟821進(jìn)行處理。在步驟811，包括初始值置位部分(初始值置位裝置)81。
步驟821等待方波信號(hào)S1的脈沖的到達(dá)。即，如果脈沖在方波信號(hào)S1進(jìn)入時(shí)還沒有到達(dá)，步驟821的處理重復(fù)進(jìn)行直到脈沖到達(dá)為止。當(dāng)方波信號(hào)S1的脈沖到達(dá)的時(shí)，進(jìn)行步驟822的處理。
在步驟822，進(jìn)入方向檢測(cè)電路13的方向信號(hào)d。然后進(jìn)行步驟823的處理。
在步驟823，當(dāng)方向信號(hào)d是H時(shí)，即，當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19以正方向旋轉(zhuǎn)是時(shí)，進(jìn)行步驟824的處理。當(dāng)方向信號(hào)d是L時(shí)，即，當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19以反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)行步驟825的處理。
在步驟824，計(jì)數(shù)值C的計(jì)數(shù)增加1。即，給計(jì)數(shù)值C加1的值是新的計(jì)數(shù)值。然后進(jìn)行步驟831的處理。
在步驟825，計(jì)數(shù)值C的計(jì)數(shù)減少1。即，從計(jì)數(shù)值C減去數(shù)值1來得到一個(gè)新的計(jì)數(shù)值C。然后進(jìn)行步驟831的處理。
這里，計(jì)數(shù)值增加和減少(計(jì)數(shù)值增加和減少裝置)是由步驟821、步驟822、步驟823、步驟824和步驟825組成，并且方波信號(hào)S1的脈沖是根據(jù)方向信號(hào)d來進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)或遞減計(jì)數(shù)。
在步驟831，端子141的方向指令md進(jìn)入，當(dāng)方向指令md是正轉(zhuǎn)指令時(shí)，進(jìn)行步驟832的處理。當(dāng)方向指令md是反轉(zhuǎn)指令時(shí)，進(jìn)行步驟833的處理。
在步驟832，一個(gè)特定值(相應(yīng)于45至135度，最好是90度的值，作為轉(zhuǎn)換成磁通勢(shì)矢量I的旋轉(zhuǎn)角度)被加到計(jì)數(shù)值C上，其和作為第二相位f2發(fā)出。然后進(jìn)行步驟841的處理。
在步驟833，一個(gè)特定值(相應(yīng)于45至135度，最好是90度的值，作為轉(zhuǎn)換成磁通勢(shì)矢量的旋轉(zhuǎn)角度)從計(jì)數(shù)值C上減去，以獲得第二相位值f2。然后進(jìn)行步驟841處理。
這里，相位調(diào)節(jié)單元(相位調(diào)節(jié)裝置)83由步驟831，步驟832和步驟833組成，圖1中的第一計(jì)數(shù)器部分(計(jì)數(shù)器裝置)14的運(yùn)行是由初始值賦值部分(初始值裝置)81、計(jì)數(shù)值增加或減少單元(計(jì)數(shù)值增加或減少裝置)82和相位調(diào)節(jié)單元(相位調(diào)節(jié)裝置)83所完成。
在步驟841，為了獲得位置信號(hào)P1，P2，P3，根據(jù)參照布置在存貯器62的ROM區(qū)域內(nèi)一個(gè)周期的正弦波函數(shù)表來計(jì)算三個(gè)地址a1，a2，a3。即，位置信號(hào)P1，P2，P3的相位每個(gè)移相120度(見圖4)，從而以下列等式計(jì)算三個(gè)地址a1，a2，a3a1＝f(2)……(1)a2＝f2+(120)……(2)a3＝f2-(120)……(3)在上述等式中，(120)是相應(yīng)于120度的特定地址值作為轉(zhuǎn)換成磁通勢(shì)矢量的旋轉(zhuǎn)角度。然后進(jìn)行步驟842的處理。
在步驟842，以在步驟841所得到的三個(gè)地址值a1，a2，a3為基礎(chǔ)，參照存貯在存貯器62的ROM區(qū)域中的正弦波函數(shù)表，從而獲得三相數(shù)字位置信號(hào)來計(jì)算三個(gè)地址dp1，dp2，dp3。然后進(jìn)行步驟843的處理。
在步驟843，在步驟842得到的三相數(shù)字位置信號(hào)dp1，dp2，dp3被發(fā)送給圖6所示的D/A轉(zhuǎn)換器63，64，65。在D/A轉(zhuǎn)換器63，64，65中，數(shù)字位置信號(hào)dp1，dp2，dp3被轉(zhuǎn)換成模擬值，則圖4所示的位置信號(hào)P1，P2，P3被發(fā)出。接著，運(yùn)行返回到步驟821的處理。
位置信號(hào)輸出單元(位置信號(hào)輸出裝置)84由步驟841，步驟842和步驟843組成。圖1中的位置信號(hào)產(chǎn)生單元162由位置信號(hào)輸出單元(位置信號(hào)輸出裝置)84，存貯器(存貯器裝置)62和D/A轉(zhuǎn)換器(數(shù)-模器轉(zhuǎn)換裝置)63，64，65所組成。進(jìn)而，波形發(fā)生單元16由圖7中的選擇器(選擇裝置)161和位置信號(hào)發(fā)送器162組成。
作為上述處理的結(jié)果，對(duì)應(yīng)于永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)，位置信號(hào)P1，P2，P3被發(fā)給電源單元17。在電源單元17中，正弦驅(qū)動(dòng)電流i1，i2，i3被加到定子繞組181，182，183中。
即，根據(jù)永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生方波信號(hào)S1，S2。在方向檢測(cè)電路13中，由這些方波信號(hào)S1，S2，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)的方向信號(hào)d。在計(jì)數(shù)值增加和減少單元182中，根據(jù)方波信號(hào)S1和方向信號(hào)d增加或減少計(jì)數(shù)值C。在永磁轉(zhuǎn)子19正轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)值C增加;而在永磁轉(zhuǎn)子19反轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)值減少。即，計(jì)數(shù)值C是一個(gè)對(duì)應(yīng)于永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)量的數(shù)值。在波形發(fā)生單元16中，作為位置信號(hào)P1，P2，P3，相應(yīng)于計(jì)數(shù)值C的位置信號(hào)被發(fā)送。從而，根據(jù)與永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)量所對(duì)應(yīng)的量值，位置信號(hào)引起相位旋轉(zhuǎn)。
在該方法中，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通勢(shì)矢量I和永磁轉(zhuǎn)子19的磁極矢量φ總量保持為如圖5所示的特定相位差。通過磁通勢(shì)矢量I和磁極矢量φ的相互作用，永磁轉(zhuǎn)子19得到一個(gè)轉(zhuǎn)矩并持續(xù)地旋轉(zhuǎn)。
初始值賦值單元81的初始計(jì)數(shù)值Co是這樣一個(gè)計(jì)數(shù)器14的計(jì)數(shù)值C的數(shù)值，以使得當(dāng)相位調(diào)節(jié)單元83中的特定地址值是0時(shí)磁極矢量φ和磁通勢(shì)矢量I能夠相互重合。在相位配合模式中計(jì)算該初始計(jì)數(shù)值Co。
在另一方面，在相位調(diào)節(jié)單元15中，根據(jù)方向指令md，特定值同計(jì)數(shù)值C相加或相減以計(jì)算第二相位值f2。通過這樣的計(jì)算，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通勢(shì)矢量I和永磁轉(zhuǎn)子19的磁極矢量φ的相位差可以根據(jù)方向指令md被置位成為+90度或-90度的相位差。因而，永磁轉(zhuǎn)子19能根據(jù)方向指令md正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。即，通過改變方向指令md，永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向能夠容易地變化。
在該方法中，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通勢(shì)矢量I和永磁轉(zhuǎn)子19的磁極矢量φ總是保持為圖5所示的900度相位差。通過磁通勢(shì)矢量I和磁極矢量φ的相互作用，永磁轉(zhuǎn)子19得到一個(gè)轉(zhuǎn)矩并持續(xù)地旋轉(zhuǎn)。
不過，在初始狀態(tài)中，例如當(dāng)電源接通時(shí)，計(jì)數(shù)器單元14的計(jì)數(shù)值C是不穩(wěn)定的，而且必須賦以計(jì)數(shù)值C的初始計(jì)數(shù)值Co。
下面詳細(xì)地說明本發(fā)明的無刷直流電動(dòng)機(jī)為給計(jì)數(shù)器單元14設(shè)定初始計(jì)數(shù)值Co和相位配合模式的工作。
圖1中的初始相位檢測(cè)單元15在電源接通時(shí)計(jì)數(shù)值C中不合適的時(shí)候，根據(jù)施加正向或反向的方向檢測(cè)電路13的方向信號(hào)d來使定子繞組181，182，183中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)起來，并檢測(cè)永磁轉(zhuǎn)子19的磁極。
通過參照?qǐng)D9所示的基本流程圖來說明當(dāng)電源接通進(jìn)或當(dāng)計(jì)數(shù)器單元14中的計(jì)數(shù)值不合適時(shí)的相位配合模式的運(yùn)行。
在步驟91，用于計(jì)數(shù)永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向變化次數(shù)的變量K的初始值D賦值為0。即，變量K的值是0。然后，在步驟921進(jìn)行處理。
在步驟921，方向檢測(cè)電路13的方向信號(hào)d被輸入。然后，進(jìn)行步驟922的處理。
在步驟922，當(dāng)方向信號(hào)d是H時(shí)，即，當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19以正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)行步驟923的處理。當(dāng)方向信號(hào)d是L時(shí)，即，當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)行步驟924的處理。
在步驟923，第一相位值f1的存數(shù)減1。即，從第一相位值f1減1的值被作為一個(gè)新的第一相位值f1。然后進(jìn)行步驟931的處理。
在步驟924，第一相位值f1被加1。即，從第一相位值f1加1后的值被賦值作為一個(gè)新的第一相位值f1。然后進(jìn)行步驟931的處理。
這里，相位值增加或減少部分(相位值增加或減少裝置)92由步驟921，步驟922，步驟923和步驟924組成。
在步驟931，為了獲得位置信號(hào)P1，P2，P3，在第一相位值f1的基礎(chǔ)上，通過參照放置在存貯器62的ROM區(qū)域中的一個(gè)周期的部分的正弦波函數(shù)表來計(jì)算三個(gè)地址值a1，a2，a3。即，由于位置信號(hào)P1，P2，P3的相位分別相差120度(見圖4)，即下列a1＝f1……(4)a2＝f1+(120)……(5)a3＝f1-(120)……(6)并計(jì)算三個(gè)地址值a1，a2，a3。在上述等式中，(120)是相對(duì)于120度的一個(gè)特定地址值以作為轉(zhuǎn)換成磁通勢(shì)矢量的旋轉(zhuǎn)角度。然后進(jìn)行步驟932的處理。
在步驟932，在步驟931所得到的三個(gè)地址值a1，a2，a3的基礎(chǔ)上，參照存貯在存貯器62的ROM區(qū)域中的正弦波函數(shù)表，獲得三相數(shù)字位置信號(hào)dp1，dp2，dp3。然后進(jìn)行步驟933的處理。
在步驟933，在步驟932得到的三相數(shù)字位置信號(hào)dp1，dp2，dp3被送給圖6所示的D/A轉(zhuǎn)換器63，64，65。在D/A轉(zhuǎn)換器63，64，65中，數(shù)字位置信號(hào)dp1，dp2，dp3轉(zhuǎn)換成模擬值，并發(fā)出圖4所示的位置信號(hào)P1，P2，P3。然后進(jìn)行步驟941的處理。
這里，位置信號(hào)輸出單元(位置信號(hào)輸出裝置)93由步驟931，步驟932和步驟933組成。
在步驟941，輸入方向檢測(cè)電路13的方向信號(hào)d。然后進(jìn)行步驟942的處理。
在步驟942，如果在步驟941輸入的方向信號(hào)d較以前一個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)有變化，進(jìn)行步驟943的處理。當(dāng)方向信號(hào)d不是較以前一個(gè)定時(shí)狀態(tài)有改變時(shí)，運(yùn)行返回到步驟921。
在步驟943，首先變量K加1。即，變量K加1的值被賦值作為一個(gè)新的變量K。接著，第一相位值f1的值被連續(xù)地存貯到對(duì)應(yīng)于變量K的值的存貯區(qū)域M[K]中。即，存貯區(qū)域M[K]的值被賦值作為第一相位值f1的值。然后，進(jìn)行步驟951的處理。
這里，相位值存貯部分(相位值存貯裝置)94由步驟941，步驟942和步驟943所組成。
在步驟951，變量K的值的大小同一個(gè)特定值Kmax進(jìn)行比較(這里Kmax是一個(gè)2或2以上的整數(shù)，最好是2)，當(dāng)變量K的值的大小較大時(shí)，進(jìn)行步驟952的處理。當(dāng)變量K的值的大小不是較大時(shí)，運(yùn)行返回到步驟921的處理。
在步驟952，以在存貯區(qū)域M[n](n＝1，2，…，Kmax)中存貯的值為基礎(chǔ)計(jì)算初始計(jì)數(shù)值Co。即，通過計(jì)算存貯在存貯區(qū)域M[n]中的值的算術(shù)平均值，來確定初始計(jì)數(shù)值Co。更好，計(jì)算算術(shù)平均值是從排除了初始存貯值M[1]的存貯值的平均數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從而確定初始計(jì)數(shù)值Co。最好，初始計(jì)數(shù)值Co是通過利用存貯值M[2]和M[3]計(jì)算算術(shù)平均值而得以確定。即，初始計(jì)數(shù)值Co被確定為Co＝(M[2]+MM[3])/2……(7)然后運(yùn)行返回到圖7中的步驟71的處理。
這里，初始相位計(jì)算部分(初始相位計(jì)算裝置)95是由步驟951和步驟952所組成。
通過用該方法進(jìn)行處理，永磁轉(zhuǎn)子19的位置能被檢測(cè)，而且在檢測(cè)時(shí)刻的永磁轉(zhuǎn)子19的轉(zhuǎn)動(dòng)量能夠大大減少。這點(diǎn)將在下面進(jìn)一步說明。
在上述構(gòu)成中，當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向是正向時(shí)相位值增加或減少部分92使第一相位值f1減少，而在反向時(shí)使第一相位值f1增加。在波形發(fā)生單元16中，根據(jù)第一相位值f1發(fā)出位置信號(hào)，從而當(dāng)磁極矢量φ正轉(zhuǎn)時(shí)磁通勢(shì)矢量I反轉(zhuǎn)，而當(dāng)磁極矢量φ反轉(zhuǎn)時(shí)磁通勢(shì)矢量I正轉(zhuǎn)。即，磁通勢(shì)矢量以與永磁轉(zhuǎn)子19的轉(zhuǎn)向相反的方向旋轉(zhuǎn)。
假定磁通勢(shì)矢量I設(shè)有以與永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向相反旋轉(zhuǎn)的特定相位發(fā)出，如圖10(a)所示，則通過與磁通勢(shì)矢量I的相互作用磁極矢量φ旋轉(zhuǎn)起來，并最終兩個(gè)矢量重合在一起。結(jié)果，磁極矢量φ的位置被檢測(cè)。不過，根據(jù)它的初始位置，永磁轉(zhuǎn)子19轉(zhuǎn)動(dòng)180度的最大值(圖10(a))。在本發(fā)明的實(shí)施例中，磁通勢(shì)矢量I是以與永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)。因此，借助磁極矢量φ的微小轉(zhuǎn)動(dòng)而使磁通勢(shì)矢量I和磁極矢量φ在相位上配合起來。該模式是由圖10(b)所示。即，通過使磁通勢(shì)矢量I以與磁極矢量φ的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁極矢量φ的轉(zhuǎn)動(dòng)量小的時(shí)候磁極矢量φ和磁通勢(shì)矢量I被配合起來，從而能夠在磁極矢量φ的轉(zhuǎn)動(dòng)量的極小狀態(tài)中來檢測(cè)磁極矢量φ的位置。
通過上述處理，如果永磁轉(zhuǎn)子19上有負(fù)載轉(zhuǎn)矩，永磁轉(zhuǎn)子19的位置能夠以高精度檢測(cè)。這點(diǎn)將在下面進(jìn)一步說明。
假定磁通勢(shì)矢量I是以一特定相位產(chǎn)生。當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不是零時(shí)，磁通勢(shì)矢量I和磁極矢量φ沒有配合，從而根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小保持為一個(gè)相位角θ。相位偏離方向如下當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19以正方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，如圖11(a)所示，磁極矢量φ在反方向上偏離磁通勢(shì)矢量I一個(gè)角度θ，而當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19以后反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，如圖11(b)所示，磁極矢量φ在正方向上偏離磁通勢(shì)矢量I一個(gè)角度θ。
因而，當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19加載時(shí)，僅僅旁路到定子繞組的特定相位電流，永磁轉(zhuǎn)子19的位置不能精確地檢測(cè)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過根據(jù)永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向以正方向或反方向旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)磁通勢(shì)矢量I，就計(jì)算出與永磁轉(zhuǎn)子19的位置相對(duì)應(yīng)的初始計(jì)數(shù)值Co。因而，永磁轉(zhuǎn)子19的位置能夠以高精度檢測(cè)。這里將在下面進(jìn)一步說明。
在該構(gòu)成中，磁通勢(shì)矢量I以與永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向相反的正方向旋轉(zhuǎn)。此外，每當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)方向變化，第一相位值f1就被存貯到相位值存貯單元94中。圖11(a)表示出在旋轉(zhuǎn)方向的第j次變化時(shí)刻的磁通勢(shì)矢量I和磁極矢量φ的模式。在圖11(a)中，磁極矢量φ逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過與磁通勢(shì)矢量I的相互作用而得到順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，并且表示出旋轉(zhuǎn)方向變成順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的瞬間。在旋轉(zhuǎn)方向的第j+1次(第j次之后)變化，圖11(b)表示出磁通勢(shì)矢量I和磁極矢量φ的模式。在圖11(b)中，磁極矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過與磁通勢(shì)矢量I的相互作用而得到逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，并表示出旋轉(zhuǎn)方向變成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的瞬間。假定在這里與磁極矢量φ的位置相對(duì)應(yīng)的第一相位值f1的值是θo，與圖11(a)中磁通勢(shì)矢量I和磁極矢量φ的相位角相對(duì)應(yīng)的第一相位值f1的值是θj，及與圖11(b)中磁通勢(shì)矢量I和磁極矢量φ的相位角相對(duì)應(yīng)的第一相位值f1的值是θj+i，存貯值M[j]如下M[j]＝θO+θjM[j+1]＝θO-θj+1……(8)其中j是一個(gè)正奇數(shù)。
相位值計(jì)算單元95進(jìn)行計(jì)算，得出Co＝(M[2]+M[3])/2＝((θO+θ2)+(θO-θ3))/2＝θO+(θ2-θ3)/2 ……(9)通過重復(fù)永磁轉(zhuǎn)子19的反向操作，相位角θj的大小和相位角θj+1的大小幾乎相等。因此，就有
θ2＝θ3……(10)從而就有Co＝o……(11)這樣，就獲得了計(jì)數(shù)器單元14的初始計(jì)數(shù)值Co。
此外，由于初始計(jì)數(shù)值Co是由永磁轉(zhuǎn)子19在正向或反向上旋轉(zhuǎn)時(shí)的第一相位值f1的存貯值M[K](K＝1，2，…，Kmax)所計(jì)算，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，只有等式(8)或(9)中的θj或θj+1的大小增加，通過等式(9)的計(jì)算就可以消除負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用。
而且，在實(shí)施例中，特別是通過利用相位值存貯單元94的存貯值M[2]和M[3]來計(jì)算初始計(jì)數(shù)值Co。由于存貯值M[1]的值大大依賴于磁極矢量φ和磁通勢(shì)矢量I的初始相位差，如果在初始計(jì)數(shù)值Co的計(jì)算中包括存貯值M[1]，如果有一個(gè)很大的初始相位差就會(huì)在磁極矢量φ的位置檢測(cè)中產(chǎn)生很大的誤差。此外，當(dāng)使用存貯值M[4]之后的值時(shí)，特定值Kmax必須賦以一個(gè)大值。在這種情況下，就需要永磁轉(zhuǎn)子19的許多翻轉(zhuǎn)作用，從而相位配合時(shí)間就大大延長(zhǎng)了。在該實(shí)施例中，通過使用存貯值M[2]和M[3]，位置檢測(cè)精度的提高和相位配合時(shí)間的縮短就都實(shí)現(xiàn)了。
通過利用多個(gè)存貯值也能夠提高位置檢測(cè)精度。
通過相位配合模式這樣操作，甚至能夠刷永磁轉(zhuǎn)子19的小轉(zhuǎn)動(dòng)量來檢測(cè)計(jì)數(shù)器14的初始計(jì)數(shù)值。甚至當(dāng)轉(zhuǎn)子19加載時(shí)，都能高精度地檢測(cè)永磁轉(zhuǎn)子19的位置。
此外，在永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)停止的時(shí)候，通過在計(jì)數(shù)器單元14中保持計(jì)數(shù)值，就沒有必要在重新開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)再次進(jìn)行相位配合，從而能夠在短時(shí)間內(nèi)起動(dòng)。不過，甚至在永磁轉(zhuǎn)子19的旋轉(zhuǎn)停止的時(shí)候通過允許頻率發(fā)生器發(fā)出信號(hào)，如果永磁轉(zhuǎn)子19在停止期間由外部因素旋轉(zhuǎn)起來，計(jì)數(shù)器單元14中的計(jì)數(shù)值根據(jù)旋轉(zhuǎn)被校正，從而除了在接通電源時(shí)之外就沒有必要進(jìn)行相位配合。
這樣，由于本發(fā)明的無刷直流電動(dòng)機(jī)在頻率發(fā)生器所產(chǎn)生的兩相有相位差的頻率信號(hào)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生三相位置信號(hào)，就沒有必要使用位置傳感器如霍爾傳感器。
同時(shí)，在實(shí)施例所涉及的存貯裝置62中，通過在存貯器中只存貯一個(gè)周期的正弦波函數(shù)表，地址值由不同的相位部分改變并參照函數(shù)表，從而三相位置信號(hào)被發(fā)給圖6所示的三個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器63，64，65。不過，不用說，只用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器也能夠連續(xù)地轉(zhuǎn)換成模擬值，把所得到的模擬值保持在三個(gè)取樣保持電路中，從而產(chǎn)生為三相位置信號(hào)。而且，取代在存貯器中只存貯一個(gè)周期正弦波的函數(shù)表，不用說，能夠在單獨(dú)的函數(shù)表中存貯三相正弦波，從而在三個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器63，64，65中直接產(chǎn)生與三相位置信號(hào)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。在位置配合模式中，磁通勢(shì)矢量I的轉(zhuǎn)速幾乎是恒定的，但該轉(zhuǎn)速也是可以變化的。況且，在實(shí)施例中，使用了一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)，但事實(shí)上，相數(shù)并不限于三相。在不違背本發(fā)明的實(shí)質(zhì)情況下各種其它的構(gòu)型都是可能的。
權(quán)利要求
1.一種無刷直流電動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)具有多個(gè)磁極的轉(zhuǎn)子；具有放置在相對(duì)轉(zhuǎn)子的特定氣隙中的多相定子繞組；用于根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生表示轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的多相傳感器信號(hào)的傳感器裝置；用于從多相傳感器信號(hào)來檢測(cè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向并產(chǎn)生方向信號(hào)的方向檢測(cè)裝置；用于根據(jù)方向信號(hào)發(fā)出一個(gè)第一相位信號(hào)，并用于檢測(cè)與轉(zhuǎn)子位置相對(duì)應(yīng)的初始計(jì)數(shù)值的初始相位檢測(cè)裝置；用于在其中賦以對(duì)應(yīng)于初始計(jì)數(shù)值的初始值，根據(jù)至少一個(gè)傳感器信號(hào)和方向信號(hào)增加或減少計(jì)數(shù)數(shù)值，并產(chǎn)生一個(gè)第二相位信號(hào)的計(jì)數(shù)器裝置；用于根據(jù)第一相位信號(hào)或第二相位信號(hào)產(chǎn)生多相位置信號(hào)的波形發(fā)生裝置；以及用于根據(jù)多相位置信號(hào)來給定子繞組供電的電源裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無刷直流電動(dòng)機(jī)，其中初始相位檢測(cè)裝置包括用于根據(jù)方向信號(hào)增加或減少第一相位信號(hào)的相位信號(hào)增加或減少裝置;用于根據(jù)方向信號(hào)的變化存貯多個(gè)第一相位信號(hào)的相位信號(hào)存貯裝置;以及用于從至少兩個(gè)存貯在相位值存貯裝置中的第一相位信號(hào)來計(jì)算初始計(jì)數(shù)值的初始相位計(jì)算裝置;
3.根據(jù)權(quán)利要求1的無刷直流電動(dòng)機(jī)，其中波形發(fā)生裝置包括用于選擇第一相位信號(hào)或第二相信號(hào)以得到被選擇的相位信號(hào)的選擇裝置;和用于根據(jù)被選擇的相位信號(hào)來產(chǎn)生多相位置信號(hào)的位置信號(hào)產(chǎn)生裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的無刷直流電動(dòng)機(jī)，其中位置信號(hào)產(chǎn)生裝置包括具有在其中預(yù)先存貯正弦信號(hào)的存貯器裝置;用于根據(jù)被選擇的相位信號(hào)而獲得存貯在貯器裝置中的多相正弦信號(hào)的位置信號(hào)輸出裝置;及用于從由位置信號(hào)輸出裝置獲得的多相正弦信號(hào)產(chǎn)生多相位置信號(hào)的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的無刷直流電動(dòng)機(jī)，其中存貯器裝置具有預(yù)先存貯在內(nèi)的一周期或1/2周期或1/4周期的正弦信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的無刷直流電動(dòng)機(jī)，其中計(jì)數(shù)器裝置包括用于根據(jù)初始計(jì)數(shù)值賦以初始值的初始值賦值裝置;用于根據(jù)至少一個(gè)傳感器信號(hào)和方向信號(hào)增加或減少計(jì)數(shù)值的計(jì)數(shù)值增加或減少裝置;和用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向指令把計(jì)數(shù)值增加或減少裝置的計(jì)數(shù)值同一個(gè)特定值相加或相減的相位調(diào)節(jié)裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的無刷直流電動(dòng)機(jī)，其中相位調(diào)節(jié)裝置根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向指令通過加或減計(jì)數(shù)值增加或減少裝置的計(jì)數(shù)值而使定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)相位，到離永磁轉(zhuǎn)子的磁極相位90度的電角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的無刷直流電動(dòng)機(jī)，其中傳感器裝置在轉(zhuǎn)子還停止的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)表示轉(zhuǎn)子狀態(tài)的傳感器信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的無刷直流電動(dòng)機(jī)，其中初始相位檢測(cè)裝置只是當(dāng)電源接通時(shí)才工作。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的無刷直流電動(dòng)機(jī)，其中初始相位檢測(cè)裝置通過使定子繞組中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在正或反方向上擺動(dòng)，檢測(cè)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子位置的初始計(jì)數(shù)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的無刷直流電動(dòng)機(jī)，其中計(jì)數(shù)器裝置、初始相位檢測(cè)裝置和波形發(fā)生裝置的工作是由包括下列部分的計(jì)算裝置完成的用于存貯特定處理程序的存貯器裝置;和用于根據(jù)特定處理程序來執(zhí)行處理的計(jì)算裝置。
全文摘要
無刷直流電動(dòng)機(jī)包括多極轉(zhuǎn)子；相對(duì)轉(zhuǎn)子布置在氣隙的多相定子繞組；根據(jù)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)態(tài)的多相傳感器信號(hào)的傳感器；從傳感器信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向發(fā)出方向信號(hào)的方向檢測(cè)器；根據(jù)方向信號(hào)發(fā)出第一相位信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子位置的初始計(jì)數(shù)值的初始相位檢測(cè)器；賦以相對(duì)初始計(jì)數(shù)值的初始值，根據(jù)傳感器信號(hào)和方向信號(hào)增減計(jì)數(shù)值發(fā)出第二相位信號(hào)的計(jì)數(shù)器；根據(jù)第一或第二相位信號(hào)產(chǎn)生多相位置信號(hào)的波形發(fā)生器，根據(jù)位置信號(hào)給定子繞組供電的電源。
文檔編號(hào)H02P6/18GK1076813SQ93102689
公開日1993年9月29日 申請(qǐng)日期1993年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月10日
發(fā)明者上田英司, 稻治利夫 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社