电动机驱动方法及驱动装置的制作方法

文档序号:7288380阅读:186来源:国知局
专利名称:电动机驱动方法及驱动装置的制作方法
技术领域
本发明涉及驱动从共用电源供电的多台电动机用的电动机驱动方法及驱动装置。更详细地,则为涉及其中一台电动机是在用直接PWM驱动方式驱动的无刷电机时,能可靠防止因其产生的再生反向电流引起的弊端的电动机驱动方法及驱动装置。
装有多台电动机的设备,例如视频记录重放装置装有多台电动机,包括作为主导轴电动机的无刷电机、记录媒体装载及卸载用的带刷电机及同位标磁道磁头驱动用的无刷电机。其中,主导轴电动机用的无刷电机为了节省驱动电能,一般采用直接PWM(Pulse Width Modulation脉宽调制)驱动方式驱动。
该直接PWM驱动方式是这样一种驱动方式,使切换驱动线圈的通电的功率晶体管以短于通电切换周期的周期进行导通、截止,在切断外部电流的截止区间,由于驱动线圈产生的反向电压而流过再生电流,来维持驱动转矩。如果用该方式驱动无刷电机,因为在驱动线圈流过再生电流期间,不必从外部供给电流,所以对于电动机驱动的节能很有效。
在此参照图2至图4,对传统无刷电机的直接PWM驱动方式进行说明。
图2(a)、(b)中示出利用3相无刷电机直接PWM驱动方式其中1相的线圈电流波形及线圈电压波形,图3(a)、(b)中示出了直接PWM通电时(图2的a部)线圈电流波形及线圈电压波形的详细波形。
图3中的b部是驱动线圈通电切换用的功率晶体管处于导通状态,从电动机电源VM供给电流的区间。此时,图3(a)所示1相驱动线圈的电流波形以线圈的时间常数增大。与此相对,而在图3中的c部,驱动线圈通电切换用的功率晶体管处于截止状态,所以是驱动线圈本身产生反向电压而流过再生电流的区间。此时,1相驱动线圈的电流波形以线圈的时间常数减小。
图4(a)示出图3中的b部所示驱动线圈通电切换用的功率晶体管导通时的电动机电流(IMb)的路径。在该状态,电动机电流走的路径为,通过电源电压(VM)侧的功率晶体管Q1流到驱动线圈Lu、Lv,再通过电动机接地(M-GND)侧的功率晶体管Q4,返回电动机电源。接地侧的功率晶体管Q4保持导通状态直至通电切换到另一相为止,但驱动电压侧的功率晶体管Q1如图3所示反复导通、截止。
图4(b)示出图3中c部的电动机电流(IMc)的路径。此时,随着功率晶体管Q1的截止,各驱动线圈中产生反向电压E1、E2,再生电流IMC从功率晶体管Q4通过电动机接地(M-GND)线流向附在另一接地侧功率晶体管Q3上的二极管D3。该电流成为流过驱动线圈的电动机电流。
在这样的直接PWM驱动方式中,因为一部分电动机电流由自己产生的再生电流提供,所以能节约从外部供给的电流。
如上所述,利用传统的直接PWM驱动方式的电动机驱动方法,虽然对电动机驱动的节能有效,但存在再生电流不在驱动电路内流动而反向流至电动机电源(VM)侧的危险。
例如,如果在图4(b)的定时中进行驱动线圈的通电切换,功率晶体管Q4一变为截止,则由于各驱动线圈产生的反向电压E1’、E2’,就会在如图5(a)所示的路径中流过再生电流IMc’。此时,如果电动机电源VM侧的吸收能力不足,则反向流动的再生电流IMc’就无去处,电动机电源VM就会以被反向电压E1’、E2’拉抬的形式急剧上升。如果电动机电源上升并超过电动机驱动电路的承受压力,驱动电路就会发生耐压破坏。尤其是在无刷电机反转制动模式的情况下,因图5(a)所示PWM截止时间变长,所以电动机电源VM容易上升,故易发生驱动电路的耐压破坏。
因此,有必要如图5(b)所示,在电动机电源线L(VM)与电动机接地线L(M-GND)之间,追加例如100μF以上的电解电容C或高电流容量的齐纳二极管Dz等,吸收再生电流IMc’,保护驱动电路免遭耐压破坏。但是,追加这样的保护电路又会提高成本。
本发明的目的在于,提供一种不追加保护电路就能免除再生反向电流引起的弊端的电动机驱动方法及驱动装置。
为了解决上述问题,本发明的电动机驱动方法,其特征在于,具有第一电动机和第二电动机及共用电动机电源,通过共用电动机电源线从所述共用电动机电源对所述第一和第二电动机的驱动电路供电,同时,所述第一电动机的驱动由直接PWM驱动方式进行,所述第二电动机的驱动由与所述直接PWM驱动方式不同的方式进行,并使所述第一电动机侧产生的再生反向电流通过所述共用电动机电源线流到所述第二电动机侧。
若采用本发明的方法,例如如视频记录重放装置那样,在同一系统内存在直接PWM驱动方式的无刷电机和普通驱动方式的电动机时,使它们共用电动机电源线,并使直接PWM驱动方式的无刷电机侧产生的再生反向电流通过其共用电动机电源线流入另一侧的普通驱动方式的电动机,使得在该电动机侧吸收。其结果是,不必使用昂贵的追加部件,就能防止电动机驱动电路的耐压破坏。
此时理想的是,在所述第二电动机停止中,第一电动机即直接PWM驱动方式的无刷电机转换到反转制动模式时,与向该反转制动模式的转换同步,使普通驱动方式的第二电动机起动。
另外理想的是,在所述第二电动机运转中,直接PWM驱动方式的无刷电机转换到反转制动模式时,与向该反转制动模式的转换同步,使普通驱动方式的第二电动机暂时性加速。
因为在反转制动模式时,容易因再生反向电流引起电动机电源电压急剧上升,所以,在第一电动机反转制动模式时,如果使另一第二电动机起动或加速,就能将产生的再生反向电流作为该第二电动机驱动电流的一部分有效地消耗,所以能可靠吸收该再生反向电流。
本发明的利用上述驱动方法驱动电动机的电动机驱动装置,其特征在于,由所述直接PWM驱动方式驱动所述第一电动机的第一电动机驱动电路,以及驱动所述第二电动机的第二电动机驱动电路,都形成在同一IC芯片上。
如果将两个驱动电路都做在同一IC芯片上,则与将它们作为分立电路分别形成在各自的基片上时相比,能大大降低配线电阻损失,所以,在普通驱动方式驱动的第二电动机一侧能高效吸收已产生的再生反向电流。其结果是,能将电动机电源线的电压上升抑制到最低限度。


图1所示为应用本发明的电动机驱动装置之一示例的示意方框图。
图2所示为说明传统3相无刷电机的直接PWM驱动方式用的电流及电压波形图。
图3所示为放大示出图2中一部分波形的电流及电压波形图。
图4所示为说明传统3相无刷电机的直接PWM驱动方式用的等效电路方框图。
图5所示为说明传统3相无刷电机直接PWM驱动方式中再生反向电流引起的弊端用的方框图,以及示出再生反向电流对策例的局部方框图。
以下参照附图,对应用本发明的方法的电动机驱动装置进行说明。
图1为表示本实施例的电动机驱动装置主要部分的示意方框图。本例的电动机驱动装置1具有具备采用直接PWM驱动方式的驱动电路2的无刷电机(第一电动机)3,具备采用普通驱动方式的驱动电路4的带刷电动机5(第二电动机),以及具备采用普通驱动方式的驱动电路6的无刷电机7(第三电动机)。直接PWM驱动方式的无刷电机3和普通驱动方式的无刷电机7均为3相电动机,具有3相驱动线圈,但图中省略了在图示的时间,在通电状态不用的线圈,以及对此进行通电切换控制用的功率晶体管等的电路元件。
在本例中,使3台电动机3、5、7的驱动电路2、4、6的工作电压电平一致,例如为24V。此外,从共用的驱动电流VM供电,这些馈电线即电动机电源线L(VM)及电动机接地线L(M-GND)是共用的。还有,这3台电动机3、5、7的驱动电路2、4、6都做在同一IC芯片(未图示)上。
此外,在本例的驱动装置1中,当直接PWM驱动方式的无刷电机3转换到反转制动模式时,将向该模式转换的信号即制动信号BK输出到相邻配置的带刷电机5的驱动电路4。在带刷电机5的驱动电路4中,收到制动信号BK时,如果该带刷电机5正在旋转,就使产生的再生反向电流IMc’通过共用电源线L(VM),流入相邻的由普通驱动方式驱动的带刷电机5的驱动电路4,或者流入无刷电机7的驱动电路6,作为这两台电动机中的驱动电流的一部分而利用。
此外,当收到制动信号BK时,如果带刷电机5正处于停止状态,则暂时使该电动机5强制起动。即规定了这样的程序如果制动信号BK从包括无刷电机3的驱动电路2中的PWM控制电路21在内的控制电路22,提供给相邻配置的构成带刷电机5的驱动电路4的控制电路41,则该带刷电机5的驱动电路4在电动机在停止中时,强制使该电动机5暂时性起动。
在该构成的电动机驱动装置1中,其采用直接PWM驱动方式的无刷电机3的通电控制是与前面参照图2至图4说明过的情况一样的,在PWM截止时间(图3的c部区间),如图4(b)所示,由于驱动线圈的反向电压,流过再生电流IMC。
在此,如果在如该图4(b)所示的时间内,进行驱动线圈的通电切换,功率晶体管Q4变为截止,则由于驱动线圈Lu、Lv产生的反向电压E1’、E2’,再生电流IMc’流过图1所示的路径。此时,已产生的再生电流IMc’流过共用电源线L(VM),流入相邻的由普通驱动方式驱动的带刷电机5的驱动电路4和/或无刷电机7的驱动电路6,作为这两台电动机中的驱动电流的一部分而利用。因此,能防止如传统技术那样,再生反向电流IMc’返回电动机电源VM而使该电源电压升高至各电动机驱动电路2、4、6的允许耐压以上。
这样,在本例中,在PWM截止时间变长、电动机电源电压因再生反向电流而容易升高的反转制动模式时,强制起动相邻的电动机5,将产生的再生反向电流作为驱动电流的一部分而积极吸收。因此,能可靠防止电动机电源因再生反向电流而上升、致使电动机驱动电路耐压破坏这一弊端。
另外,在电动机5正在运转的情况下,为了有效地吸收再生反向电流,在对电动机5的动作无不良影响的范围内,也可以使该电动机5暂时性加速。此外,也可以同样驱动控制另一台无刷电机7,对两台电动机5、7一起进行驱动控制。
还有,在本例中,除了利用直接PWM驱动方式的无刷电机之外,还设有2台电动机,但是,设有1台电动机或设有3台以上电动机时,同样可以应用本发明。
如上所述,采用本发明的电动机驱动方法,使直接PWM驱动方式的无刷电机与普通驱动方式的电动机共用电动机电源线,可以使工作电压电平合并。因此,直接PWM方式驱动的无刷电机中产生的再生反向电流能由普通方式驱动的电动机一侧吸收,所以,能避免电动机驱动电压因再生反向电流而上升、致使电动机驱动电路发生耐压破坏这一弊端。因此,不必追加昂贵的部件,就可防止电动机驱动电路发生耐压破坏。
此外,在本发明中,在因再生反向电流使电动机驱动电压容易上升的PWM截止时间较长的反转制动模式时,因为强制使普通驱动方式的电动机暂时性起动,或者,使运转中的普通驱动方式的电动机暂时性加速,所以,能将再生反向电流在普通驱动方式的电动机一侧有效地吸收。
还有,本发明的电动机驱动装置,因为两种电动机驱动电路都做在同一块IC芯片上,所以,可以减少连接两驱动电路的电动机电源线及电动机接地线的配线电阻损失。这样,直接PWM驱动方式的无刷电机侧产生的再生反向电流可以被另一普通驱动方式的电动机一侧有效地吸收,电动机驱动电压的上升可以抑制在最低限度内。
权利要求
1.一种电动机驱动方法,所述电动机具有第一电动机和第二电动机及所述第一电动机和第二电动机的共用电动机电源,所述第一电动机是无刷电机,其特征在于,从所述电动机电源对所述第一和第二电动机的驱动电路的供电,通过共用电动机电源线进行,同时,所述第一电动机的驱动由直接PWM驱动方式进行,该直接PWM驱动方式是这样构成的使以双向通电方式切换各相驱动线圈的通电的功率晶体管,以比通电切换的周期更短的周期导通、截止,在上述功率晶体管截止区间,因所述驱动线圈产生的反向电压而流过再生电流,以此维持驱动转矩,以与所述直接PWM驱动方式不同的方式驱动所述第二电动机,使所述第一电动机产生的再生反向电流通过所述共用电动机电源线流到所述第二电动机。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动方法,其特征在于,在所述第二电动机停止中,所述第一电动机转换到反转制动模式时,与向该反转制动模式的转换同步,使所述第二电动机起动。
3.根据权利要求2所述的电动机驱动方法,其特征在于,所述第一电动机驱动电路的构成为具有包括PWM控制电路在内的控制电路,该控制电路在向所述反转制动模式转换时,将该模式的指令信号供给构成所述第二电动机驱动电路的控制电路。
4.根据权利要求2所述的电动机驱动方法,其特征在于,所述第一电动机转换到反转制动模式时,所述第二电动机的起动是暂时性的强制起动。
5.根据权利要求1所述的电动机驱动方法,其特征在于,在所述第二电动机运转过程中,当所述第一电动机转换到反转制动模式时,与向该反转制动模式的转换同步,使所述第二电动机暂时性加速。
6.根据权利要求1所述的电动机驱动方法,其特征在于,所述第一和第二电动机的驱动电路也使用共同的电动机接地线,并使所述第一和第二电动机中的驱动电路的工作电压电平一致。
7.利用根据权利要求1所述驱动方法驱动电动机的电动机驱动装置,其特征在于,由所述直接PWM驱动方式驱动所述第一电动机的第一电动机驱动电路,以及驱动所述第二电动机的第二电动机驱动电路,都形成在同一块IC芯片上。
全文摘要
电动机驱动方法及装置,该驱动装置1把直接PWM驱动方式的无刷电机3、普通驱动方式的带刷电机5及无刷电机7的工作电压电平合而为一,通过共用电动机电源线L(VM)及电动机接地线L(M-GND)供电。无刷电机3的驱动电路2产生的再生反向电流IMc′流过共用电动机电源线,流入采用普通驱动方式的带刷电机5及无刷电机7的各驱动电路4、6,用作它们的驱动电流的一部分。因此能可靠防止因再生反向电流引起电动机电源电压上升,而导致电动机驱动电路耐压破坏的弊端。
文档编号H02P6/12GK1323097SQ0111696
公开日2001年11月21日 申请日期2001年5月9日 优先权日2000年5月10日
发明者内藤速人 申请人:株式会社三协精机制作所
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