多相无刷电机驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术是一个驱动多相无刷电机装置．在这个装置中电机转矩中出现的波动，被一个信号电流去驱动电机所消除．这个信号的相位与力矩波动相位相反，而波形与力矩波动波形对称．所以无沦电机运行在何种速度上．电机可以精确地运行．在本发明专利技术中，为了得到如此的信号电流波形．感应在定子绕组中的反电势被测量．测得反电势的信号指示电平．按照电机的负载和转速，作为控制信号，去控制电机的驱动电流．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到一个驱动多相无刷电机的装置。作为一个例子在录像机中应用。目前，多相无刷直流电机最经常用在录像机中作主导轴的驱动电机和圆筒驱动电机。在无刷直流电机里，转子由永久磁铁做成，不同相的电枢绕组元件，例如，三相绕组被安置在定子上。当电流提供到定子绕组里，它与安装在转子上的永久磁铁所产生的磁场作用，由于电磁感应原理，便产生推动转子旋转的力矩。在这种电机里，定子各相绕组，依靠转子旋转时所处的角位置，有选择地供电，从而能够连续发出旋转力矩。三相无刷直流电机是多相无刷直流电机最典型的例子，它的结构和工作方式，将在说明本专利技术之前，详细地叙述。以往都是双极性驱动型三相无刷直流电机，其驱动电路于图1，在这种双极性驱动型无刷直流电机里，电流以两个方向供给定子绕组。参照图1，无刷直流电机包括了一个永久磁铁转子1，和三相定子绕组L1，L2和L3;一个转子位置检测器11用来测量转子1的瞬时角位置，信号发生器12产生一个信号，根据转子位置检测器11的输出，有选择地驱动晶体管4到9的一个组合电路，晶体管4到9的集电极连在一起接到电源10上。在图1中，晶体管4到9的上半部中的一个和下半部中的一个同时接通，致使电流在予定的时间期间，从电源10经过导通的晶体管，送到定子三个绕组L1到L3中的两个之中。电流提供给定子上的那两个绕组是由那两个晶体管导通来决-->定，在予定的时刻（它由转子1转动的角位置决定）。信号发生器12产生晶体管驱动信号，以便驱动晶体管4到9中的一组（两个），供给每个定子绕组L1到L3，电流的大小，是由电机所希望的转速来决定。在以往的无刷直流电机中，永久磁铁产生的磁通密度它横切绕组，以电角度的形式，按严格的正弦变化。从而，由电磁感应所产生的旋转力，也由转子1的旋转角位置来决定，因此，电机转子1，旋转所产生的力距，包含着波动力矩，即，转速是不稳定的，这种力矩波动给电机带来一系列特殊问题，譬如，录像机电机要求精确的恒定速度，但力矩波动问题在多相无刷电机中必然会出现。现在，我们参照图2和图3来叙述引起力矩波动的机理。在图1中所示，是三相无刷直流力矩电机的转子1和定子绕组L1到L3之间的关系，我们将它展开如图2所示。为了便于解释，我们假设转子固定不动，而定子绕组L1到L3是可以运动的，这种情况与实际情况正好相反。借助图2，指示数2和3分别代表转子边的轭和定子边的轭，而且定子绕组L1到L3横切由永久磁铁的相邻S和N极流出来的磁力线，这些磁力线经过轭部2和3。在定子绕组L1到L3的每个中，黑点符号表示电流流动方向是由图背面正交地流向图面前方，X型符号表示电流流动方向是由图面垂直流向背面。现在，假设定子绕组是可以运动的。因此，图2表明，随着时间由t1到t2，t2到t3，t3到t4的推移，定子绕组L1到L3是如何相对转子1移动的。如前面说过的那样，定子绕组L1到L3相对转子1移动，是为了便于解释而假设的，而实际情况是转子相对定子绕组L1到L3移动，因此，在图2中定子绕组L1到L3向右-->移动，产生一个正向力矩，使电机旋转。换一种方式也可反过来说，即：定子绕组L1到L3保持不动，由转子1向左边移动，同样产生一个正向力矩。由永久磁铁所建立的磁场，象图2中表示的那样，按严格正弦形式分布，这里横座标代表电角度Q，纵轴代表磁通密度φ，定子绕组L1，L2和L3的每个线圈其跨距是180°电度（即，高于永久磁铁的N或S极的任何一个之宽度）。并且定子绕组L1，L2和L3以彼此之间相差120°电度安置在定子上。图3示出电流I1到I3是如何分别送到定子绕组L1到L3中，由于各电流I1到I3供电的结果产生力矩T1到T3，示于图1中的电机合成力矩To（＝T1+T2+T3）它随着时间而波动。现在，假设时间为t1时刻，电机驱动电流I1和I2，提供到各自对应的定子绕组L1和L2中，如图2所示，在t1时刻定子绕组L1的导入端取在电角度为Q1的位置上，即，假设予定的基极驱动电流，由信号发生器12供给晶体管6和8，那么，当基极驱动电流送到它们（例如6和8）的基极时，晶体管6和8被导通，一个确定的电流从电源10→晶体管6→绕组L1→绕组L2→晶体管8到地的路径流通。与此同时，剩余的其他晶体管全部处于断开状态，当定子绕组L1的导入端在时刻t2达到电角度Q2位置时，定子绕组L2被切断而定子绕组L3被接入，即，现在晶体管6和7导通，一个确定的电流从电源10→晶体管6→绕组L1→绕组L3→晶体管7到地的路径流通，当定子绕组L1的导入端，在时间t3到达电角度位置Q3时，晶体管5和7导通，而其余的晶体管全部断开，一个确定的电流被送到定子绕组L2和L3中。在上述方法中，晶体管由-->信号发生器12发出的信号进行控制，使它们有选择地导通和断开，在每一时刻，定子绕组与转子之间的位置关系是固定的，一个确定的电流送到相应的定子绕组中，使电机连续旋转。在所指的例子中，供电到定子绕组，是在每隔60°电度的角距间隔进行切换。因此绕组有六种接通方式，电机转一转（360°）这些状态变化一个周期（对两极电机而言）。为了测量定子绕组与转子之间的位置关系，一种大家熟悉的霍尔效应位置检测器可以采用。也可采取在位置Q1到Q3之间的电角度中，供电给定子绕组，采取绕过Q2在120°电度的范围内通电的方式更为可取，因为这儿磁通密度最大，从而可获得高效率。如图3所示，在时间T1到T2的期间，由送到定子绕组L1中的电流，和由转子1发出的磁通密度相互作用而产生。还看到，力矩T1的幅值依赖于横切绕组L1导入端的磁通密度φ1。在图3中，Io指的是一个主要对应于某个固定电机转速的电流值。同样，在图3中的T1到T2的期间，力矩T2是由送到定子绕组L2中的电流I2，和转子1产生的磁通互相作用而产生，（在这种情况，横切定子绕组L2导入端的磁通密度φ2，相对φ1相移了120°电度）。在这个期间中，定子绕组3没有通电，所以力矩T3等于零。在由T2到T3的时间期间中，通过晶体管切换定子绕组使L1断开，L3接通，从而产生力矩T1和T3。在T3到T4的期间里通过晶体管切换定子绕组使L1断开，L2接通，从而产生力矩T2和T3。虽然送到定子绕组L1中的电流在t4时刻反向，但与此同时，横切绕组L1导入端的磁通也反向，如图2中所示。因此，所产生的-->力矩T1的方向仍然不变（保持正方向）。电流I1，I2，I3分别送到定子绕组L1，L2和L3中，产生合成力矩To＝T1+T2+T3。然而，在这个施加到转子1上的合成力矩中，在60°电度间出现力矩波动，这种波动示于图3的最下部。因此，以往的无刷直流电机有需要用飞轮来吸收转速不稳的缺点。这种缺点是由力矩波动造成的。在此力矩波动周期短的时间内，瞬时启动电机（例如，在录像装置的精密低速播放状况，磁带需要瞬时启动到它的额定速度）像这种要求具有高精度，又需要瞬时启动的问题，用这样的电机是不可能达到的。后来，日本实用专利公布了东京Shib2uy2电气公司Ltd.所专利技术的一种方法（这个专利技术于1978年12月在日本申请，专利号No.55-79694）。这个方法是采用一种与上述力矩变化相位相反的驱动电流来驱动无刷直流电机，为的是补偿电机的力矩变化。按照这个专利技术的方法，予先将电机旋转角位置和有关联的力矩变化之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个驱动多相无刷电机（包括一个定子组合体）的装置。所说装置包括：１）检测器（１１）：为了测量所说转子转角位置；２）信号发生器（１２）：根据所说位置检测器测出的位置信号，信号发生器（１２）发出控制信号，对所说电机的每个定子绕组（Ｌ ↓［１］，Ｌ↓［２］，Ｌ↓［３］，按予定方式供电；３）电机驱动电路（４－９，２０－２３），为的是在所说信号发生器发出的信号控制下，从电源（１０）对所说电机的所说的每一个定子绕组，供给驱动电流；所叙述装置的特征包括：４）补偿信号发生电 路（１３，１４，１５，１３，１５０；１３０，１５１，）：当所说转子转动时，测量所说定子绕组中感应的反电势（电压）并根据测得的反电势指示信号，和所说电机转速指示信号，产生一个补偿所说电机力矩波动的信号；５）电流控制电路（１８，１９）， 叠加力矩波动补偿信号到一个指示所说电机予定转速的指令信号上，并且根据叠加信号通过所说电机驱动电路，控制电机驱动电流。

【技术特征摘要】
1、一个驱动多相无刷电机(包括一个定子组合体)的装置。所说装置包括：1)检测器(11)：为了测量所说转子转角位置；2)信号发生器(12)：根据所说位置检测器测出的位置信号，信号发生器(12)发出控制信号，对所说电机的每个定子绕组(L1，L2，L3)，按予定方式供电；3)电机驱动电路(4-9，20-23)，为的是在所说信号发生器发出的信号控制下，从电源(10)对所说电机的所说的每一个定子绕组，供给驱动电流；所叙述装置的特征包括：4)补偿信号发生电路(13，14，15；13，150；130，151，)：当所说转子转动时，测量所说定子绕组中感应的反电势(电压)并根据测得的反电势指示信号，和所说电机转速指示信号，产生一个补偿所说电机力矩波动的信号；5)电流控制电路(18，19)，叠加力矩波动补偿信号到一个指示所说电机予定转速的指令信号上，并且根据叠加信号通过所说电机驱动电路，控制电机驱动电流；2、按权利要求1所要求的驱动多相无刷电机的装置特征是：所说电机转速的指示信号，是基于测得所说反电势的指示信号的DC电平而产生的;3、按权利要求2所要求的驱动多相无刷电机的装置特征是：所说补偿信号发生电路包括：为了测量供给所说电机的驱动电流的元件（16）;检测器（13;130）用以测量感应在所说定子绕组中的反电势;滤波器（14）用来提取所说检测器所测量输出的DC电平;和一个可变增益放大器（15;150;151），接受所说检测器的测量输出作为它的输入信号，基于所说驱动电流检测器和由所说的滤波器取来的DC电平，对输入信号进行有控制的放大，从而产生一个所说的补偿信号。4、按权利要求3所要求的驱动多相无刷电机的装置特征是：补偿信号发生器电路中进一步包含了内部电阻补偿器（28;64），为的是减去从所说检测器测出的定子绕组内阻上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤隆康，西岛英南，福岛勇夫，
申请(专利权)人：日立制作所株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]