无电刷电动机的制作方法

专利名称：无电刷电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及无电刷电动机的驱动控制技术。
技术背景作为无电刷电动机，例如已知有在JPA 2001—298982中记载的无电 刷电动机。在以往的无电刷电动机中，通常使用矩形波作为驱动信号。在使用 矩形波的驱动信号时，有可能因驱动信号极性反转时产生的过电流而导 致电动机过热。因此，在以往的无电刷电动机中，通常设有用于限制过 电流的电路。图23表示在以往的无电刷电动机中使用的过电流限制电路的一个 例子。在该电路中，在驱动无电刷电动机的线圈C的桥电路HB的接地 侦lj，设有过电流检测用晶体管PT和过电流传感器ECS。当过电流流过桥 电路HB时，利用过电流传感器ECS检测出过电流流过的情况。驱动电 路根据该过电流传感器ECS的输出信号来限制对线圈C施加的施加电压 和施加电流。原本期望的是仅在负荷过大等出现异常事态时才进行过电流的限 制。但是，由于在电动机起动时将流过相当大的电流，因此，有时在起 动时电流限制就开始动作而导致过分地限制电流。当这样在起动时过分
地限制电流时，存在有时无法产生足够的转矩这样的问题。 发明内容本发明的目的在于，提供一种在无电刷电动机中不会过分地限制电 流而能够防止电动机过热的技术。本发明的一个方面的无电刷电动机具有具有多个电磁线圈的线圈列；具有多个永久磁铁的磁铁列；磁传感器，其用于检测上述磁铁列和上述线圈列的相对位置； 驱动控制电路，其利用上述磁传感器的输出来驱动上述线圈列；以及温度传感器，其用于检测与上述线圈列的线圈温度和上述驱动元件 的温度中的任意一方相关联的检测对象温度，在由上述温度传感器检测到的检测对象温度超过了规定的第1阈值 时，上述驱动控制电路使提供给上述线圈列的驱动电压的实效值降低。根据该无电刷电动机，在由温度传感器检测到的检测对象温度超过 了规定的第1阈值时使提供给线圈列的驱动电压的实效值降低，因此， 与以往那样设置过电流限制电路的情况相比，不会在起动时过分地限制 电流，且可以防止电动机过热。上述驱动控制电路也可以在上述检测对象温度超过了上述规定的第 1阈值时，停止向上述线圈列的驱动电压的供给。在该结构中，可更可靠地防止线圈过热。也可以是上述驱动控制电路具有驱动电路，其由用于向上述线圈列提供电流的多个驱动晶体管构成;以及驱动信号生成电路，其用于生成控制上述驱动电路的上述多个驱动 晶体管的驱动信号，上述驱动信号生成电路具有过热限制电路，其根据上述温度传感器的输出，生成表示上述检测
对象温度是否超过了上述规定的第1阈值的过热限制信号；励磁区间设定部，其至少根据上述过热限制信号，设定应对上述线 圈列进行励磁的励磁区间、和不应对上述线圈列进行励磁的非励磁区间； 以及PWM控制电路，其执行利用了上述磁传感器的输出的模拟变化的PWM控制，在上述励磁区间将PWM信号提供给上述桥电路，并且，在 上述非励磁区间停止上述PWM信号的提供，在上述过热限制信号表示上述检测对象温度超过了上述规定的第1 阈值时，上述励磁区间设定部縮短上述励磁区间并且延长上述非励磁区 间。在该结构中，通过改变励磁区间和非励磁区间的设定，可以防止电 动机过热。也可以是上述励磁区间设定部不仅根据上述过热限制信号，还根据 从外部提供的无电刷电动机的动作电压的指令值，来设定上述励磁区间 和上述非励磁区间。在该结构中，通过适当地设定励磁区间，可以调节电动机的输出， 此外，在检测对象温度高于第1阈值时，也可以容易地防止线圈过热。也可以是上述励磁区间设定部具有第1区间设定部，其根据上述无电刷电动机的动作电压的指令值来 设定上述励磁区间和上述非励磁区间，并且，输出表示上述励磁区间和上述非励磁区间的励磁区间信号；以及逻辑电路，其取得上述励磁区间信号和上述过热限制信号的逻辑积，并且，将上述逻辑积的结果提供给上述PWM控制电路。也可以是上述温度传感器包含在安装有上述驱动元件的功率半导体 元件内。在该结构中，由于可高精度地检测驱动元件的温度，因此不会过分 地限制电流且可防止电动机过热。或者，也可以是上述温度传感器设置在设于上述驱动元件上的散热 部件中。
在该结构中，由于可检测散热部件的温度，因此可以适当地防止电 动机的驱动元件过热。本发明的另一个方面的无电刷电动机具有具有多个电磁线圈的线圈列；具有多个永久磁铁的磁铁列；磁传感器，其用于检测上述磁铁列和上述线圈列的相对位置；驱动控制电路，其利用上述磁传感器的输出，使用驱动元件来驱动 上述线圈列；以及温度传感器，其用于检测与上述线圈列的线圈温度和上述驱动元件 的温度中的任意一方相关联的检测对象温度，在由上述温度传感器检测到的检测对象温度超过了规定的第1阈值 时，上述驱动控制电路使提供给上述线圈列的驱动电压的实效值降低， 并且，上述驱动控制电路调节上述驱动电压，以使得上述检测对象温度 越高上述实效值的降低幅度越大。根据该无电刷电动机，在由温度传感器检测到的检测对象温度超过 了规定的第1阈值时使提供给线圈列的驱动电压的实效值降低，因此， 与以往那样设置过电流限制电路的情况相比，不会过分地限制电流，且 可以防止电动机过热。此外，调节驱动电压，以使得检测对象温度越高 上述实效值的降低幅度越大，因此，例如在电动机旋转过程中温度上升 时，也可适当地调节驱动电压。也可以是上述驱动控制电路在上述检测对象温度超过了大于上述第 1阈值的规定的第2阈值时，停止向上述线圈列的驱动电压的供给。在该结构中，可更可靠地防止线圈过热。此外，也可以是上述驱动控制电路具有驱动电路，其由用于向上述线圈列提供电流的多个驱动晶体管构成;以及驱动信号生成电路，其用于生成控制上述驱动电路的上述多个驱动 晶体管的驱动信号，上述驱动信号生成电路具有
温度监视电路，其根据上述温度传感器的输出，生成信号电平随着 上述检测对象温度而变化的温度监视信号；波形信号生成部，其至少根据上述温度监视信号和上述磁传感器的 输出，生成表示出与上述磁传感器的输出的模拟变化相同的变化、且具 有与上述温度监视信号的信号电平成比例的振幅的波形信号；以及PWM控制电路，其执行利用了上述波形信号的PWM控制，生成表 示出与上述波形信号的变化相同的实效电压变化的上述驱动信号。在该结构中，按照检测对象温度使用于PWM的波形信号的振幅变 化，从而可以适当地防止电动机过热。也可以是上述波形信号生成部不仅根据上述温度监视信号，还根据 从外部提供的无电刷电动机的动作电压的指令值，来设定上述波形信号 的振幅。在该结构中，可以根据动作电压的指令值和检测对象温度这两者来 适当地调节电动机的输出。另外，本发明能以多种方式来实现，例如，能以无电刷电动机及其 控制方法(或者驱动方法)、使用它们的致动器或电子设备、家电设备、 移动体等方式来实现。


图1A 1C是表示第1实施例中的无电刷电动机的电动机主体结构 的剖视图。图2A 2D是表示电动机动作时的磁铁列和线圈列的位置关系的说 明图。图3A 3C是表示传感器输出和驱动信号的例子的说明图。 图4A、 4B是表示第1实施例的无电刷电动机的驱动控制电路的结 构的框图。图5是表示驱动电路的内部结构的图。图6A 6E是表示驱动信号生成部的内部结构和动作的说明图。 图7A 7C是表示磁传感器输出波形和驱动信号波形的对应关系的说明图。图8是表示PWM部的内部结构的框图。图9是表示电动机正转时PWM部的动作的时序图。图IO是表示电动机反转时PWM部的动作的时序图。图IIA、 IIB是表示励磁区间设定部的内部结构和动作的说明图。图12是表示无电刷电动机的驱动控制电路的其它结构的框图。图13A、 13B是表示温度传感器的其它安装例的说明图。图14是表示本实施例的无电刷电动机的驱动控制电路的结构的框图。图15是表示驱动电路的内部结构的图。图16A 16E是表示驱动信号生成部的内部结构和动作的说明图。图17是表示温度监视信号Za和温度信号之间的关系的曲线图。图18是表示励磁区间设定部的内部结构的说明图。图19是表示无电刷电动机的驱动控制电路的其它结构的框图。图20是表示采用本发明的实施例的电动机的投影仪的说明图。图21A 21C是表示采用本发明的实施例的电动机的燃料电池式便携电话的说明图。图22是表示作为采用本发明的实施例的电动机/发电机的移动体的一个例子的电动自行车(电动助力自行车)的说明图。图23是表示在以往的无电刷电动机中使用的过电流限制电路的一个例子的说明图。
具体实施方式
下面，按照以下顺序来说明本发明的实施方式。A. 电动机的结构和动作的概要；B.驱动控制电路的结构;C. 其它实施例；D. 变形例。A.电动机的结构和动作的概要
图1A 1C是表示作为本发明的一个实施例的无电刷电动机的电动 机主体结构的剖面图。该电动机主体100具有外形分别为大致圆盘状的 定子部10和转子部30。在定子部10 (图1C)上，设有在电路基板120 上的2组电磁线圈11、 12; 2个磁传感器40A、 40B;以及2个温度传感 器50A、 50B。第1磁传感器40A是第1组线圈ll用的传感器，第2磁 传感器40B是第2组线圈12用的传感器。以下，将2组电磁线圈11、 12 称作"A相线圈11"、 "B相线圈12"。第1温度传感器50A是用于测定A相线圈11的温度的传感器，第2 温度传感器50B是用于测定B相线圈12的温度的传感器。优选的是在与 线圈11、 12相接触的状态下设置这些温度传感器50A、 50B，但也可以 设置在线圈ll、 12的附近。另外，优选的是对各相的线圈组分别设置至 少一个温度传感器。由此，当在任意相的线圈中流过较大的电流时，可 以防止线圈过热。在转子部30 (图1B)上，设有2个磁铁32，转子部30的中心轴构 成旋转轴112。这些磁铁32的磁化方向为在图1B中与纸面垂直的方向， 这相当于图1A中的上下方向。图2A 2D是表示电动机动作时的磁铁列和线圈列的位置关系的说 明图。另外，在这些附图中，为便于图示，虽然描绘成存在多个磁铁32， 但实际的磁铁数量如图1B所示为2个。不过，作为磁铁数量和线圈数量， 能够采用任意的适当的整数。如图2A所示，磁铁32是按一定的磁极间 距Pm配置的，相邻的磁铁彼此在相反方向上磁化。并且，构成l相的线 圈组的2个线圈按一定的间距Pc配置，总是在相同方向上励磁。相邻相 的线圈彼此隔开同相线圈间的间距Pc的1/2。同相线圈间的间距Pc等于 磁极间距Pm。按电气角来说，磁极间距Pm相当于n。另外，电气角2 :i对应于当驱动信号的相位变化了 2 :i时移动的机械角度或距离。在本实 施例中，当驱动信号的相位变化了 2"时，转子部30移动磁极间距Pm 的2倍。图2A示出相位为0或2:i时的状态。并且，图2B 2D分别示出相 位为兀/2、兀、3n/2时的状态。另外，在图2A、 2C中省略了A相线圈11的剖面线，这是因为在这些定时A相线圈11的驱动信号的极性反转(即，励磁方向反转)。同样地，在图2B、 2D的定时，B相线圈12的驱 动信号的极性反转。图3是表示传感器输出和驱动信号的例子的说明图。图3A表示A 相磁传感器40A的传感器输出SSA和B相磁传感器40B的传感器输出 SSB。另夕卜，作为磁传感器40A、 40B，能够利用具有模拟输出的霍尔IC 传感器。图3B表示施加给A相线圈11的实效驱动电压VA、和施加给B 相线圈12的实效驱动电压VB的一个例子。优选的是这些实效驱动电压 VA、 VB具有与各个磁传感器输出SSA、 SSB相似的形状。图3C表示通 过利用磁传感器输出SSA、 SSB的PWM控制分别生成的2相驱动信号 的例子。图3B所示的实效驱动电压VA是利用A相驱动信号DRVA1、 DRVA2而得到的实效电压。另夕卜，A相的第1驱动信号DRVA1是仅当 磁传感器输出SSA为正时才产生脉冲的信号，第2驱动信号DRVA2是 仅当磁传感器输出SSA为正时才产生脉冲的信号，在图3C中，组合这 些内容来记载。并且，为方便起见，将第2驱动信号DRVA2描绘为负侧 的脉冲。B相也相同。B.驱动控制电路的结构图4A是表示本实施例的无电刷电动机的驱动控制电路的结构的框 图。驱动控制电路200具有CPU220、驱动信号生成部240、 2相驱动电 路250A、 250B、 AD转换部260以及过热限制部270。 AD转换部260将 2个磁传感器输出SSA、SSB转换为数字多值信号后提供给驱动信号生成 部240。驱动信号生成部240根据这2个磁传感器输出SSA、 SSB而生成 2相驱动信号(图3C)。驱动电路250A、 250B根据这2相驱动信号来驱 动电动机主体100内的2相电磁线圈组11、 12。图4B表示磁传感器40A的内部结构的一个例子。B相用磁传感器 40B也具有与其相同的结构。该磁传感器40A具有霍尔元件42、偏置调 节部44和增益调节部46。霍尔元件42测定磁通密度X。偏置调节部44 对霍尔元件42的输出X加上偏置值b，增益调节部46对其乘上增益值a。 例如，通过以下的式(1)或式(2)来提供磁传感器40A的输出SSA (=Y)。Y=a X+b …(1)Y=a (X+b) …(2)利用CPU 220在磁传感器40A内设定磁传感器40A的增益值a和偏 置值b。通过将增益值a和偏置值b设定为适当值，可以将磁传感器输出 SSA校正为良好的波形形状。B相磁传感器40B也相同。如图4A所示，2个温度传感器50A、 50B的输出信号TA、 TB被提 供给过热限制部270。过热限制部270判定这些输出信号TA、 TB的值是 否超过了规定阈值，生成过热限制信号OHL。例如，过热限制信号OHL 是输出信号TA、 TB均在规定阈值以下时为高电平、输出信号TA、 TB 的至少一方超过了规定阈值时为低电平的1位信号。可以理解为，过热 限制信号OHL是表示A相线圈11和B相线圈12中的任意一方的线圈 温度是否超过了规定的阈值温度的信号。该过热限制信号OHL被提供给 驱动信号生成部240。如后所述，驱动信号生成部240在过热限制信号 OHL为低电平时限制线圈11、 12的实效施加电压。另外，在本实施例的驱动控制电路200中没有设置在图14中说明的 电流限制电路。因此，通过温度传感器50A、 50B和过热限制部270的动 作来防止线圈过热。图5表示驱动电路的内部结构。各相驱动电路250A、 250B分别构 成H型桥电路。例如，A相驱动电路250A根据驱动信号DRVA1、 DRVA2 来驱动A相线圈11。附加有标号IA1、 IA2的箭头分别表示通过驱动信 号DRVA1、 DRVA2而流过的电流的方向。其他相也相同。另夕卜，作为驱 动电路，可以使用由多个驱动晶体管构成的多种结构的电路。图6是表示驱动信号生成部240 (图4A)的内部结构和动作的说明 图。另外，此处为便于图示，仅示出A相用电路要素，但对于B相用也 设有相同的电路要素。驱动信号生成部240具有基本时钟生成电路510、 1/N分频器520、 PWM部530、正反方向指示值寄存器540、乘法器550、编码部560、电 压指令值寄存器580以及励磁区间设定部590。 A相磁传感器输出SSA
被提供给编码部560和励磁区间设定部590。过热限制信号OHL被提供 给励磁区间设定部590。基本时钟生成电路510是产生具有规定频率的时钟信号PCL的电 路，例如由PLL电路构成。分频器520产生具有该时钟信号PCL的1/N 频率的时钟信号SDC。 N的值被设定为规定的一定值。由CPU 220预先 对分频器520设定该N的值。PWM部530根据时钟信号PCL、 SDC、从 乘法器550提供的乘法值Ma、从正反方向指示值寄存器540提供的正反 方向指示值RI、从编码部560提供的正负符号信号Pa、和从励磁区间设 定部590提供的励磁区间信号Ea，生成A相驱动信号DRVA1、 DRVA2 (图3C)。将在后面叙述该动作。由CPU 220在正反方向指示值寄存器540内设定表示电动机旋转方 向的值RI。在本实施例中，当正反方向指示值RI为低电平时电动机正转， 当为高电平时电动机反转。如以下那样确定提供给PWM部530的其它信 号Ma、 Pa、 Ea。磁传感器40A的输出SSA被提供给编码部560。编码部560对磁传 感器输出SSA的范围进行转换，并且将传感器输出的中位点的值设定为 0。其结果，由编码部560生成的传感器输出值Xa取正侧的规定范围(例 如+ 127 0)和负侧的规定范围(例如0 一127)的值。不过，从编码 部560提供给乘法器550的是传感器输出值Xa的绝对值，其正负符号作 为正负符号信号Pa被提供给PWM部530。电压指令值寄存器580存储由CPU 220设定的电压指令值Ya。该电 压指令值Ya与后述的励磁区间信号Ea —起作为用于设定电动机的施加 电压的值而发挥作用，例如取0 1.0的值。假设不设置非励磁区间而以 将整个区间设为励磁区间的方式来设定励磁区间信号Ea时，Ya=0表示 将施加电压设为O, Ya-1.0表示将施加电压设为最大值。乘法器550对 从编码部560输出的传感器输出值Xa和电压指令值Ya进行相乘后取整， 向PWM部530提供该相乘值Ma。图6B 6E表示相乘值Ma取各种值时的PWM部530的动作。此处， 假设整个区间为励磁区间而没有非励磁区间。PWM部530是这样的电路 在时钟信号SDC的1个周期的期间内，产生1个占空比为Ma/N的脉冲。 即，如图6B 6E所示，随着相乘值Ma增大，A相驱动信号DRVA1、 DRAV2的脉冲的占空比增加。另外，第1驱动信号DRVA1是仅当磁传 感器输出SSA为正时才产生脉冲的信号，第2驱动信号DRVA2是仅当 磁传感器输出SSA为正时才产生脉冲的信号，在图6B 6E中，组合这 些内容来记载。并且，为方便起见，将第2驱动信号DRVA2描绘为负侧 的脉冲。图7A 7C是表示磁传感器输出波形和由PWM部530生成的驱动 信号波形的对应关系的说明图。在图中，"Hiz"表示将电磁线圈设为未 励磁状态的高阻抗状态。如图6中说明的那样，A相驱动信号DRVA1、 DRVA2是通过利用磁传感器输出SSA的模拟波形的PWM控制而生成 的。因此，可以使用这些A相驱动信号DRVA1、 DRVA2，向各线圈提供 表示与磁传感器输出SSA的变化对应的电平变化的实效电压。PWM部530进一步构成为，仅在从励磁区间设定部590提供的励磁 区间信号Ea所表示的励磁区间内输出驱动信号，在励磁区间以外的区间 (非励磁区间)内不输出驱动信号。图7C表示利用励磁区间信号Ea来 设定励磁区间EP和非励磁区间NEP时的驱动信号波形。在励磁区间EP 中仍然产生图7B的驱动信号脉冲，在非励磁区间NEP中不产生驱动信 号脉冲。在如此设定励磁区间EP和非励磁区间NEP时，在传感器输出 的中位点附近(其相当于反电动势波形的中位点附近)不对线圈施加电 压，所以可以进一步提高电动机的效率。另外，优选的是将励磁区间EP 设定为以传感器输出波形(其与反电动势波形大致相等)的峰值为中心 的对称区间，优选的是将非励磁区间NEP设定为以传感器输出波形的中 位点(中心点)为中心的对称区间。另外，如上述那样，在将电压指令值Ya设定为小于l的值时，相乘 值Ma与电压指令值Ya成比例地变小。从而，通过电压指令值Ya也可调节实效的施加电压。从上述说明可以理解，在本实施例的无电刷电动机中，可以利用电 压指令值Ya和励磁区间信号Ea这两者来调节施加电压。优选在驱动控 制电路200 (图4A)内的存储器中预先以表的形式存储期望的施加电压、 电压指令值Ya和励磁区间信号Ea之间的关系。由此，当驱动控制电路 200从外部接收到期望的施加电压的目标值时，CPU 220可根据该目标 值，对驱动信号生成部240设定电压指令值Ya和励磁区间信号Ea。另外， 在调节施加电压时，也可以无需利用电压指令值Ya和励磁区间信号Ea 这两者，而仅利用任意一方。图8是表示PWM部530(图6)的内部结构的一个例子的框图。PWM 部530具有计数器531、 EXOR电路533和驱动波形形成部535。这些部 分如下述那样动作。图9是示出电动机正转时的PWM部530的动作的时序图。在该图 中，示出了 2个时钟信号PCL、 SDC、正反方向指示值RI、励磁区间信 号Ea、相乘值Ma、正负符号信号Pa、计数器531内的计数值CM1、计 数器531的输出Sl、 EXOR电路533的输出S2、和驱动波形形成部535 的输出信号DRVA 1、 DRVA2。计数器531在时钟信号SDC的每1个期 间内，与时钟信号PCL同步地反复进行减计数动作，直到计数值CM 1 变为O。计数值CM 1的初始值被设定为乘法值Ma。另外，在图9中， 为便于图示，将相乘值Ma描绘为负值，但在计数器531中使用的是其绝 对值IMai。关于计数器531的输出Sl，在计数值CM 1不为0时被设定为 高电平，在计数值CM1成为0时下降为低电平。EXOR电路533输出表示正负符号信号Pa和正反方向指示值RI的 异或值的信号S2。在电动机正转时，正反方向指示值RI为低电平。从而， EXOR电路533的输出S2成为与正负符号信号Pa相同的信号。驱动波 形形成部535根据计数器531的输出Sl和EXOR电路533的输出S2， 生成驱动信号DRVA 1和DKVA 2。即，将计数器531的输出Sl中的在 EXOR电路533的输出S2是低电平的期间的信号作为第1驱动信号 DRVA 1输出，将输出Sl中的在输出S2是高电平的期间的信号作为第2 驱动信号DRVA2输出。另外，在图9的右端部附近，励磁区间信号Ea 下降为低电平，由此设定了非励磁区间NEP。从而，在该非励磁区间NEP 中，驱动信号DRVA1、 DRVA2均不输出，维持高阻抗状态。 图10是示出电动机反转时的PWM部530的动作的时序图。在电动 机反转时，正反方向指示值RI被设定为高电平。其结果，与图9相比2 个驱动信号DRVA1、 DRVA2相替换，其结果，可理解电动机将反转。图11示出励磁区间设定部590的内部结构和动作的说明图。励磁区 间设定部590具有电子可变电阻器592、电压比较器594、 596、 OR电路 598以及AND电路599。由CPU 220设定电子可变电阻器592的电阻值 Rv。电子可变电阻器592的两端电压V1、 V2被施加到电压比较器594、 596的一个输入端子。磁传感器输出SSA被提供给电压比较器594、 596 的另一个输入端子。电压比较器594、 596的输出信号Sp、 Sn被输入到 OR电路598。 OR电路598的输出EEa与过热限制信号OHL —起被输入 到AND电路599。 AND电路599的输出是用于区别励磁区间和非励磁区 间的励磁区间信号Ea。图11B表示过热限制信号OHL为高电平时的励磁区间设定部590 的动作。通过调节电阻值Rv来变更电子可变电阻器592的两端电压VI、 V2。具体而言，将两端电压V1、 V2设定为相对于电压范围的中央值(= VDD/2)的差分相等的值。在磁传感器输出SSA比第1电压VI高时， 第1电压比较器594的输出Sp成为高电平，另一方面，在磁传感器输出 SSA比第2电压V2低时，第2电压比较器596的输出Sn成为高电平。 励磁区间信号Ea (=EEa)是取这些输出信号Sp、 Sn的逻辑和的信号。 因此，如图11B的下部所示，能够将励磁区间信号Ea用作表示励磁区间 EP和非励磁区间NEP的信号。通过由CPU 220调节可变电阻值Rv来进 行励磁区间EP和非励磁区间NEP的设定。然而，如前所述，当A相线圈ll和B相线圈12中的任意一方的温 度超过了规定阈值温度时，过热限制信号OHL成为低电平。在该情况下， 不管OR电路598的输出EEa的电平怎样，励磁区间信号Ea总是为低电 平。其结果，不对线圈11、 12施加电压，可防止线圈11、 12过热。从上 述说明可以理解，励磁区间设定部590的电路结构可以分为如下的2个 电路部分不管过热限制信号OHL怎样都生成图11B所示的第1励磁区 间信号EEa (也称作"预备的励磁区间信号")的第1区间设定部(由要
素592、 594、 596、 598构成)、以及取该第1励磁区间信号EEa和过热 限制信号OHL的逻辑积的逻辑运算电路599。通过电阻值Rv来设定第1 励磁区间信号EEa，并且，根据从外部提供的无电刷电动机的动作电压 的指令值(目标值)来设定电阻值Rv。因此，可理解为根据从外部提供 的无电刷电动机的动作电压的指令值来设定第1励磁区间信号EEa。如上所述，在上述实施例的无电刷电动机中，通过温度传感器50A、 50B和过热限制部270的动作来防止各相线圈11、 12过热。因此，不需 要设置以往那样的电流限制电路。此外，由于能够防止在起动时过分地 限制电流，所以还可以防止起动时无法产生足够的转矩这样的缺陷。艮P， 当如以往那样在SN极的磁极交叉的区域进行基于矩形波形驱动的电力 供给时，产生短路电流，从而必须有电流限制电路。但是，在本实施例 中，在该交叉的区域中如图7所示基于正弦波形驱动的电力供给被抑制 而不会产生短路电流，因此不需要电流限制电路。此外，由于在设计上 确定用于在起动时得到起动转矩的起动电流和电磁线圈的阻抗，因此在 设计上不需要过电流保护。此外，当产生在设计上没有预期的过负荷时， 能够通过温度检测来抑制设计时间以上的过电流。图12是表示无电刷电动机的驱动控制电路的其它结构的框图。该驱 动控制电路200a在图4A所示的驱动控制电路200的驱动电路250A、 250B上分别设置了温度传感器60A、 60B。此外，电动机主体100a从图 4A的电动机主体100省略了温度传感器50A、 50B。其它结构与图4A所 示的电路相同。温度传感器60A、 60B用于检测构成驱动电路250A、 250B 的驱动元件(驱动晶体管)的温度。图13A表示温度传感器60A的安装例。在该例子中，在散热基板252 上载置有构成驱动电路250A的功率半导体元件，在该功率半导体元件内 安装有温度传感器60A。在另一个驱动电路250B中也同样安装有温度传 感器60B (省略图示)。作为温度传感器60A、 60B，例如能够使用二极 管元件。由于二极管元件的电流电压特性依赖于温度，所以可通过测定 二极管元件的电流电压特性来检测温度。在该情况下，优选的是在过热 限制部270 (图12)内设置用于根据二极管元件的电流电压特性来确定
温度的温度确定电路。过热限制部270判定根据温度传感器60A、 60B 的输出所确定的温度是否超过了规定阈值，生成过热限制信号OHL。该 功能与在图4中说明的相同。另外，优选的是过热限制部270内的温度 确定电路具有用于补偿本身的温度特性的温度补偿功能。图13B表示温度传感器的其它安装例。在该例子中，在驱动电路 250A、 250B上设有散热板254，在该散热板254上设置有温度传感器60。 另外，在该例子中，温度传感器60是1个，但也可以在各驱动电路250A、 250B的附近分别各设置1个温度传感器。温度传感器60不用于测定驱 动电路250A、 250B的驱动元件自身的温度，而用于测定随着驱动元件的 温度而变化的散热板254的温度。从该例子可以理解，也可以不需要测 定驱动元件自身的温度，而检测与驱动元件的温度相关联的检测对象温 度(即与驱动元件的温度一起升降的温度)来进行过热限制。这一点对 于上述线圈温度也一样。C.其它实施例图14是表示另一个实施例的无电刷电动机的驱动控制电路的结构 的框图。该驱动控制电路200b具有如下结构将图4A所示的电路的过 热限制部270置换为AD转换部280，并且追加了警告显示部2卯。温度 传感器50A、 50B的输出信号TA、 TB (称作"温度信号")被AD转换 部280转换成数字多值信号，将其提供给驱动信号生成部240。驱动信号 生成部240根据磁传感器输出SSA、 SSB和温度信号TA、 TB，生成2 相的驱动信号(图3C)。另外，在本实施例的驱动控制电路200b中没有设置在图23中说明 的电流限制电路。因此，通过温度传感器50A、 50B和驱动信号生成部 240的动作来防止线圈过热。图15表示驱动电路的其它结构。各相驱动电路250A、 250B分别具 有构成H型桥电路的4个晶体管301 304。在上臂(arm)的晶体管301、 303的栅电极之前设有电平转换器(levelshifter) 311、 313。不过，也可 以省略电平转换器。图16是表示图14所示的驱动信号生成部240的内部结构和动作的
说明图。另外，此处为便于图示，仅示出了 A相用的电路要素，但对于 B相用也设有相同的电路要素。该驱动信号生成部240具有在图6A所示的电路中追加了温度监视部 570的结构。温度信号TA、 TB被提供给温度监视部570。该驱动信号生 成部240的动作与图6A所示的电路大致相同，但以下说明的方面略微不 同。电压指令值寄存器580存储由CPU220所设定的电压指令值Ya。该 电压指令值Ya作为与由温度监视部570所生成的温度监视信号Za(也称 作"温度增益Za") —起来设定电动机的施加电压的值而发挥作用。图17是表示由温度监视部570所生成的温度监视信号Za和温度信 号之间的关系的曲线图。横轴表示用温度信号TA或TB表示的温度(也 称作"检测对象温度")，纵轴表示温度监视信号Za的电平。在检测对象 温度达到规定的第1阈值TT1前的低温度范围内，温度监视信号Za维持 在1.0 (最大值)。当检测对象温度为第1阈值TT1以上时，单调地递减 温度监视信号Za的电平，使得检测对象温度越高则温度监视信号Za越 小。此外，当检测对象温度为规定的第2阈值TT2以上时，温度监视信 号Za为O。另外，在本实施例中，2个温度信号TA、 TB被输入给温度 监视部570，但作为检测对象温度，可以使用2个温度信号TA、 TB所表 示的温度中的一个(高的值或低的值)。将这样生成的温度监视信号Za 从温度监视部570提供给乘法器550。乘法器550对从编码部560输出的传感器输出值Xa、电压指令值 Ya和温度监视信号Za这3个值进行相乘后取整，向PWM部530提供该 相乘值Ma。图17B 17E表示相乘值Ma取各种值时的PWM部530的动作。如 前所述，相乘值Ma是3个值Xa、 Ya和Za的相乘结果。因此，相乘值 Ma是表示出与磁传感器输出SSA的模拟变化(图3A)相同的变化、并 且具有与电压指令值Ya和温度监视信号Za这两者的信号电平成比例的 振幅的数字信号。另外，磁传感器输出SSA通常是接近于正弦波的信号， 因此，用相乘值Ma表示的数字信号也是具有接近于正弦波的波形的信
号。因此，在本实施例中，将用相乘值Ma表示的数字信号称作"波形信 号"。另外，也可以省略指令值寄存器580而不使用电压指令值Ya。在该 情况下，相乘值Ma成为表示出与磁传感器输出SSA的模拟变化相同的 变化、并且具有与温度监视信号Za成比例的振幅的数字信号。PWM部530 (图6)通过PWM控制来生成表示出与该相乘值Ma 的变化(即波形信号的变化)相同的实效电压变化的驱动信号。因此， 驱动信号的实效电压与温度监视信号Za成比例。其结果，当检测对象温 度成为第1阈值TT1 (图17)以上时，检测对象温度越高则线圈的驱动 信号的实效电压越低，从而防止电动机过热。此外，由于温度监视信号 Za的电平随着检测对象温度的上升而逐渐下降，所以可防止过分地限制 电流。例如，在电动机正在旋转的过程中电动机的负荷变大，其结果检 测对象温度上升的情况下，根据图17的特性驱动电压逐渐降低，所以可 防止过热。另外，在图17的例子中，在检测对象温度大于第1阈值TT1的温度 范围内，设定有警告等级AL不同的4个警告温度范围。可以在检测对象 温度达到了警告温度范围时，由警告显示部290 (图16A)按照这些警告 等级AL来显示警告。作为警告显示，例如可以利用表示警告等级AL的 数字、用不同颜色表示警告等级AL的多种显示。只要进行这样的警告显 示，电动机的使用者立即就可以识别出电动机正处于过度状态的情况。在图7 图11中说明的动作和电路结构在本实施例中也相同。其中， 在本实施例中，图7A 7C的波形相当于Ya-l、 Za=l时的波形。从上述说明可以理解，在本实施例的无电刷电动机中，当温度监视 信号Za的值维持在1.0时，也可以利用电压指令值Ya和励磁区间信号 Ea这两者来调节施加电压。优选的是，以表的形式将期望的施加电压与 电压指令值Ya和励磁区间信号Ea之间的关系预先存储到驱动控制电路 200b (图14)内的存储器中。由此，在驱动控制电路200b从外部接收到 期望的施加电压的目标值时，CPU 220可以按照该目标值对驱动信号生 成部240设定电压指令值Ya和励磁区间信号Ea。另外，在调节施加电压 时，也可以无需利用电压指令值Ya和励磁区间信号Ea这两者，而仅利用其中任意一者。图18是表示励磁区间设定部590的内部结构和动作的说明图。该励磁区间设定部590具有从图IIA所示的电路中省略掉AND电路599的结 构。因此，OR电路598的输出Ea成为用于区别励磁区间和非励磁区间 的励磁区间信号Ea。如上所述，在上述实施例的无电刷电动机中，通过温度传感器50A、 50B和温度监视部570 (图16)的动作来防止各相线圈11、 12过热。因 此，无需设置以往那样的电流限制电路。此外，由于也能够防止在起动 时过分地限制电流，所以还可以防止起动时无法产生足够的转矩这样的 缺陷。即，当如以往那样在SN极的磁极交叉的区域进行基于矩形波形驱 动的电力供给时，产生短路电流，从而必须有电流限制电路。但是，在 本实施例中，在该交叉的区域中如图7所示基于正弦波形驱动的电力供 给被抑制而不会产生短路电流，因此不需要电流限制电路。此外，由于 在设计上确定用于在起动时得到起动转矩的起动电流和电磁线圈的阻 抗，因此在设计上不需要过电流保护。此外，当产生在设计上没有预期 的过负荷时，能够通过温度检测来抑制设计时间以上的过电流。图19是表示无电刷电动机的驱动控制电路的另一个结构例的框图。 该驱动控制电路200c在图14所示的驱动控制电路200b的驱动电路 250A、 250B中分别设置了温度传感器60A、 60B。此外，电动机主体100a 从图14的电动机主体100中省略掉了温度传感器50A、 50B。其他结构 与图14所示的电路相同。温度传感器60A、 60B用于检测构成驱动电路 250A、 250B的驱动元件(驱动晶体管)的温度。使用该驱动控制电路， 也能得到与上述各种实施例相同的效果。D.变形例另外，本发明不限于上述实施例和实施方式，在不脱离其宗旨的范 围内可实施各种方式，例如可实现如下那样的变形。 Dl.变形例1:在图1 图13所说明的实施例中，当检测对象温度(线圈温度或者 驱动元件温度)超过了规定的阈值温度时停止向线圈提供施加电压，但
也可以取而代之而使施加到线圈的实效驱动电压降低。可通过如下方式 来实现这样的控制从图11所示的励磁区间设定部590的结构中省略AND电路599，取而代之设置按照过热限制信号OHL的电平来再调节可 变电阻器592的电阻值Rv的电阻值调节电路。此外，也可以使用励磁区间设定部590以外的电路结构来实现线圈 的驱动电压的实效值的限制。例如，还可以使PWM部530构成为，在过 热限制信号OHL为低电平的情况下PWM部530 (图6)停止PWM控制 动作。此外，在图14 图19所说明的各种实施例中，按照检测对象、温度 (线圈温度或者驱动元件温度)变更温度监视信号Za的电平，与之相应 地减小线圈的实效驱动电压，但也可以使用其他电路来使施加到线圈的 实效驱动电压降低。例如，可通过如下方式来实现这样的电路结构在 图18所示的励磁区间设定部590的结构中，设置按照检测对象温度(或 者温度监视信号Za)的电平来再调节可变电阻器592的电阻值Rv的电 阻值调节电路。D2.变形例2:在上述实施例中，利用了模拟磁传感器，但也可以使用具有多值模 拟输出的数字磁传感器，以代替模拟磁传感器。模拟磁传感器和具有多 值输出的数字传感器在具有表示模拟变化的输出信号的方面是相同的。 另外，在本说明书中，"表示模拟变化的输出信号"广义地包括了具有3 值以上的多个电平的数字输出信号和模拟输出信号这两者，而不是开/关 的2值输出。D3.变形例3:作为PWM电路，可采用图6所示电路以外的多种电路结构。例如， 也可以利用通过比较传感器输出和基准三角波来进行PWM控制的电路。 并且，也可以通过PWM控制以外的方法来生成驱动信号。并且，也可以 采用通过PWM控制以外的方法来生成驱动信号的电路。例如，也可以采 用放大传感器输出来生成模拟驱动信号的电路。D4.变形例4:
在上述实施例中，说明了 2极2相电动机的例子，但电动机的极数 和相数分别可以采用任意的数。 D5.变形例5:本发明可应用于风扇电动机、钟表(指针驱动)、滚筒式洗衣机(单 向旋转)、快速滑行车和振动电动机等多种装置的电动机。风扇电动机例 如可以用作数字显示装置、车载设备、燃料电池式个人计算机、燃料电 池式数字照相机、燃料电池式摄像机、燃料电池式便携电话等使用燃料 电池的设备、以及投影仪等各种装置的风扇电动机。本发明的电动机还 可以用作各种家电设备和电子设备的电动机。例如，在光存储装置、磁 存储装置、多面反射镜驱动装置等中，可以将本发明的电动机用作主轴 电动机。此外，本发明的电动机还可以用作移动体用的电动机。图20是表示采用本发明的实施例的电动机的投影仪的说明图。该投 影仪600具有发出红、绿、蓝3种颜色的光的3个光源610R、 610G、 610B;分别对这3种颜色的光进行调制的3个液晶光阀640R、640G、640B; 对调制后的3种颜色的光进行合成的十字分色棱镜(cross dichroic prism) 650;将合成后的3种颜色的光投射到屏幕SC的投射透镜系统660;用 于对投影仪内部进行冷却的冷却风扇670;以及控制投影仪600整体的控 制部680。作为驱动冷却风扇670的电动机，可以使用上述各种旋转式无 电刷电动机。图21A 21C是表示采用本发明的实施例的电动机的燃料电池式便 携电话的说明图。图21A表示便携电话700的外观，图21B表示内部结 构的例子。便携电话700具有控制便携电话700的动作的MPU 710、风 扇720以及燃料电池730。燃料电池730向MPU 710和风扇720提供电 源。风扇720用于为了向燃料电池730提供空气而从便携电话700外部 向内部送风，或者将由燃料电池730生成的水分从便携电话700内部向 外排出。另外，也可以如图21C所示将风扇720配置在MPU710上方， 对MPU710进行冷却。作为驱动风扇720的电动机，可以使用上述各种旋转式无电刷电动机。图22是表示作为采用本发明的实施例的电动机/发电机的移动体的 一个例子的电动自行车(电动助力自行车)的说明图。该自行车800在前轮设置有电动机810，在车座的下方的框架上设有控制电路820和充电 池830。电动机810通过利用来自充电池830的电力来驱动前轮，来对行 驶进行助力。另外，在制动时由电动机810再生的电力被充电到充电池 830。控制电路820是控制电动机的驱动和再生的电路。作为该电动机810， 可以利用上述各种无电刷电动机。
权利要求
1.一种无电刷电动机，该无电刷电动机具有具有多个电磁线圈的线圈列；具有多个永久磁铁的磁铁列；磁传感器，其用于检测上述磁铁列和上述线圈列的相对位置；驱动控制电路，其利用上述磁传感器的输出，使用驱动元件来驱动上述线圈列；以及温度传感器，其用于检测与上述线圈列的线圈温度和上述驱动元件的温度中的任意一方相关联的检测对象温度，在由上述温度传感器检测到的检测对象温度超过了规定的第1阈值时，上述驱动控制电路使提供给上述线圈列的驱动电压的实效值降低。
2. 根据权利要求l所述的无电刷电动机，其中，上述驱动控制电路 在上述检测对象温度超过了上述第1阈值时，停止向上述线圈列的驱动 电压的供给。
3. 根据权利要求l所述的无电刷电动机，其中， 上述驱动控制电路具有驱动电路，其由用于向上述线圈列提供电流的多个驱动晶体管构成;以及驱动信号生成电路，其用于生成控制上述驱动电路的上述多个驱动 晶体管的驱动信号，上述驱动信号生成电路具有过热限制电路，其根据上述温度传感器的输出，生成表示上述检测 对象温度是否超过了上述第1阈值的过热限制信号；励磁区间设定部，其至少根据上述过热限制信号，设定应对上述线 圈列进行励磁的励磁区间、和不应对上述线圈列进行励磁的非励磁区间； 以及PWM控制电路，其执行利用了上述磁传感器的输出的模拟变化的 PWM控制，在上述励磁区间将PWM信号提供给上述桥电路，并且，在 上述非励磁区间停止上述PWM信号的提供，在上述过热限制信号表示上述检测对象温度超过了上述第1阈值 时，上述励磁区间设定部縮短上述励磁区间并且延长上述非励磁区间。
4. 根据权利要求3所述的无电刷电动机，其中，上述励磁区间设定 部不仅根据上述过热限制信号，还根据从外部提供的无电刷电动机的动 作电压的指令值，来设定上述励磁区间和上述非励磁区间。
5. 根据权利要求4所述的无电刷电动机，其中，上述励磁区间设定部具有第1区间设定部，其根据上述无电刷电动机的动作电压的指令值来 设定上述励磁区间和上述非励磁区间，并且，输出表示上述励磁区间和上述非励磁区间的励磁区间信号；以及逻辑电路，其取得上述励磁区间信号和上述过热限制信号的逻辑积， 并且，将上述逻辑积的结果提供给上述PWM控制电路。
6. 根据权利要求1所述的无电刷电动机，其中，在由上述温度传感 器检测到的检测对象温度超过了上述第1阈值时，上述驱动控制电路使 提供给上述线圈列的驱动电压的实效值降低，并且，上述驱动控制电路 调节上述驱动电压，以使得上述检测对象温度越高上述实效值的降低幅 度越大。
7. 根据权利要求6所述的无电刷电动机，其中，上述驱动控制电路 在上述检测对象温度超过了大于上述第1阈值的规定的第2阈值时，停 止向上述线圈列的驱动电压的供给。
8. 根据权利要求6所述的无电刷电动机，其中， 上述驱动控制电路具有驱动电路，其由用于向上述线圈列提供电流的多个驱动晶体管构成；以及驱动信号生成电路，其用于生成控制上述驱动电路的上述多个驱动 晶体管的驱动信号，上述驱动信号生成电路具有温度监视电路，其根据上述温度传感器的输出，生成信号电平随着 上述检测对象温度而变化的温度监视信号；波形信号生成部，其至少根据上述温度监视信号和上述磁传感器的 输出，生成表示出与上述磁传感器的输出的模拟变化相同的变化、且具 有与上述温度监视信号的信号电平成比例的振幅的波形信号；以及PWM控制电路，其执行利用了上述波形信号的PWM控制，生成表 示出与上述波形信号的变化相同的实效电压变化的上述驱动信号。
9. 根据权利要求8所述的无电刷电动机，其中，上述波形信号生成 部不仅根据上述温度监视信号，还根据从外部提供的无电刷电动机的动 作电压的指令值，来设定上述波形信号的振幅。
10. 根据权利要求1所述的无电刷电动机，其中，上述温度传感器 包含在安装有上述驱动元件的功率半导体元件内。
11. 根据权利要求1所述的无电刷电动机，其中，上述温度传感器 设置在设于上述驱动元件中的散热部件中。
12. —种装置，该装置具有权利要求l所述的无电刷电动机；以及由上述无电刷电动机驱动的被驱动部件。
13. 根据权利要求12所述的装置，其中，上述装置是电子设备。
14. 根据权利要求12所述的装置，其中，上述装置是投影仪。
15. 根据权利要求12所述的装置，其中，上述装置是具有向上述无 电刷电动机提供电源的燃料电池的燃料电池使用设备。
16. —种无电刷电动机的控制方法，上述无电刷电动机具有具有 多个电磁线圈的线圈列；具有多个永久磁铁的磁铁列；以及温度传感器， 其用于检测与上述线圈列的线圈温度和驱动上述线圈列的驱动元件的温 度中的任意一方相关联的检测对象温度，在上述控制方法中，在由上述温度传感器检测到的检测对象温度超过了规定的阈值时， 使提供给上述线圈列的驱动电压的实效值降低。
全文摘要
本发明提供一种无电刷电动机。上述无电刷电动机具有线圈列、磁铁列、磁传感器、驱动线圈列的驱动控制电路、以及检测与线圈温度或驱动元件温度相关联的检测对象温度的温度传感器。在由温度传感器检测到的线圈温度超过了规定的阈值时，驱动控制电路使提供给线圈列的驱动电压的实效值降低。
文档编号H02K29/08GK101150278SQ20071015337
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月18日 优先权日2006年9月19日
发明者竹内启佐敏 申请人:精工爱普生株式会社