专利名称：电动机速度控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于无刷电机等的电动机速度控制装置，该控制装置由缠绕在定子上的驱动绕组中感应的感应电压产生速度信号，根据该速度信号进行控制使电动机转速达到目标值。
在无刷电机中，采用霍耳元件之类的磁极传感器检测转子的旋转角度位置，根据该检测结果对绕在定子上的驱动绕组进行通电控制，从而产生旋转磁场。用于这种类型电动机的速度控制装置通常检测随着转子的转动在缠绕在定子的各相驱动绕组上感应的感应电压，通过合成检测的感应电压，产生由矩形脉冲串构成的速度信号。然后，把速度信号的脉冲频率作电压变换得到的信号，与预先设定的基准电压比较，由此求得速度偏差。而且对施加于各相驱动绕组的电动机驱动电压进行修正，以消除该速度偏差。
这样，在电动机速度控制装置中，采用根据各相驱动绕组中感应的感应电压而生成的速度信号，进行电动机旋转速度的反馈控制。从而，为了进行高精度的速度控制，其前提是产生的速度信号正确反映电动机实际转速。
但是，在转子侧的驱动磁铁的磁化间距有误差时，就有产生的速度信号不能正确反映电动机实际转速的可能。即，转子侧环状驱动磁铁用磁化装置，在圆周方向以一定间距磁化。这时，例如若驱动磁铁中心与磁化装置侧的磁化头中心间存在偏差，则会在驱动磁铁侧形成磁化间距不同的部分。
又，在通过把带状磁铁材料两端部接合形成环状驱动磁铁时，会在接合部分和其它部分产生磁化间距的微小偏差。
在包含这种具有不同磁化间距处的驱动磁铁的无刷电机中，一旦合成各相驱动绕组中感应的感应电压产生速度信号(FG信号)，则上述磁化间距的变动表现为速度信号的脉冲周期变化。
例如，在示于图4(A)的三相无刷电机的场合，设在定子3侧，由3相的各驱动绕组U、V、W形成12极，包围该构成定子3的转子4侧的环状驱动磁铁7磁化成16极。这时，设斜线所示一对磁极部分的磁化间距与其它部分稍有不同。即，磁化间距的变动部分转子4每转一圈出现一次。
这时，由U、V、W各相驱动绕组的感应电压得到的U相信号、V相信号及W相信号如图4(C)所示。如图所示，若U相的驱动绕组首先通过磁化间距的变动部分(图4(A)的斜线部分)，则间距变动表现在感应电压中。在图4(C)中，虚线上升沿表示磁化间距没有变动的情况，实线箭头的上升沿表示磁化间距有变动的情况。同样地，磁化间距变动表现在各相驱动绕组产生的感应电压中。
结果，在由这些信号合成而得到的速度信号FG的脉冲周期中，含有因磁化间距变动而引起的误差。即，即使实际电动机的旋转是恒速旋转，速度信号的脉冲周期也不恒定，而成为变动的。根据该速度信号进行的电动机速度的反馈控制，是以速度信号的脉冲周期固定为方向进行控制，因而不能实现适当的控制。
为了消除上述弊端，例如可采用本申请相关的特开平6-165565号公报中记载的方法。在该公报所记载的速度控制方法中，着眼于下述观点在m相电动机中，上述误差每隔m个速度信号的脉冲周期地出现。因此该方法把速度信号至少进行m分频，由此产生去除了带有误差的脉冲后的分频信号，根据该分频信号进行速度的反馈控制。
若采用这种方法，可根据高精度反映实际电动机旋转状态的信号进行速度控制。但是，一旦对速度信号分频，控制增益就降低。由此，在采用上述方法的场合，存在速度控制不稳定的可能性。
本发明鉴于上述已有技术的缺陷，其目的在于提供一种不分频速度信号而去除驱动磁铁磁化间距误差引起的速度信号的脉冲周期变动，从而可进行高精度速度控制的电动机速度控制装置。
为了解决上述课题，本发明的速度控制装置，随着备有驱动磁铁的转子的旋转，检测比绕在定子上的驱动磁铁磁极数少的m相驱动绕组上各自感应的感应电压；根据该感应电压每隔360度电气角产生含m个矩形脉冲的速度信号；根据所述速度信号，控制向所述各驱动磁铁分别提供的电动机驱动电压；该速度控制装置构成包括在所述速度信号所含的脉冲中，检测每隔(P-1)个脉冲呈现的脉冲上升沿间的周期或下降沿间周期的周期检测手段；把检测的周期与预定的基准周期比较、产生速度误差信号的速度误差信号产生手段；根据所述速度误差信号，修正加至所述驱动绕组的所述电动机驱动电压，使所述转子的转速达到目标转速的驱动控制手段；设θp为m相驱动绕组中任意一相的驱动绕组相互形成的机械角，θm为与感应电压360度电气角相应的机械角，则p是满足式θp＝p×θm的整数。
通常，在m相电动机中得到的上述速度信号中，每隔360度电气角包含基于各相驱动绕组中感应的感应电压的m个脉冲，这些脉冲周期地产生。从而，由于磁化间距误差，每隔(P-1)个脉冲产生上升沿位置变动的脉冲。例如，3相电动机中，每隔一个脉冲，产生这样的脉冲。
这里，因上升沿的位置变动量是相同的，每隔(P-1)个脉冲产生的脉冲上升沿间的周期与不含这种误差的每隔(P-2)个脉冲产生的脉冲上升沿间的周期相同。换言之，只要电动机定速旋转，每隔(P-1)个脉冲产生的脉冲上升沿间周期总是固定的。
本发明着眼于上述观点，通过上述构成，检测每隔(P-1)个脉冲产生的脉冲上升沿的周期或下降沿的周期，根据该周期进行电动机速度的反馈控制。从而，根据本发明的电动机速度控制装置，可不受驱动磁铁的磁化间隙变动而产生的速度信号脉冲周期变动的影响，进行精度良好的速度控制。
图1(A)是可适用本发明的3相无刷电机主要构造部分的分解斜视图。
图1(B)是表示上述无刷电机的各相驱动绕组配列和驱动磁铁磁极配列关系的说明图。
图2是本发明的电动机速度控制装置的概略框图。
图3是图解地表示图2的电动机速度控制装置各部分信号波形的信号波形图。
图4是用于表示图2的速度控制装置动作的图。其中图4(A)是表示驱动磁铁磁化间距变动部分的说明图。
图4(B)是表示从图4(A)的状态旋转360度电气角状态的说明图。
图4(C)是图解地表示存在磁化间距变动部分时得到的速度控制装置各部分信号波形的信号波形图。
下文，参照附图，具体说明本发明适用的3相电动机的速度控制装置的实施例。
首先，在图1(A)中，以分解状态示出可适用本发明的3相无刷电机的机械构成的主要部分。该图所示的无刷电机1是外转子型，环状转子4旋转自如地以包围搭载在电路基板2上的定子3外周的状态安装。在定子3上以等角度间隔形成12个凸极5，在各凸极5上以U、V、W的顺序缠绕U、V、W相驱动绕组。在转子4侧备有装在杯状壳体6内侧的环状驱动磁铁7。在该驱动磁铁7中形成16个磁极。为了使组装作业性良好，该驱动磁铁，是通过将带状磁铁材料两端部接合而形成环形的状态，固定在杯状壳体6的内侧。从而，定子侧各相驱动绕组与转子侧磁极的配置关系为图1(B)所示的配列状态。
这里，驱动磁铁7的电路基板侧的环状端面7a也磁化为16极。在与该环状端面7a相对的电路基板2的表面，安装作为磁极传感器的霍尔元件HU、HV及HW。根据这些霍尔元件的输出产生施加至各相驱动绕组的电动机驱动电压。在电路基板2上搭载电动机控制用的IC芯片8。该IC芯片8中组装的含例如由微机构成的电动机速度控制装置的电路。
图2表示本实施例的无刷电机1的速度控制装置10的主要部分构成。本实施例的速度控制装置10检测随着转子4旋转各相驱动绕组LU、LV、LW中感应的感应电压，通过在速度检测电路11中合成检测到的各相的感应电压，产生速度信号FG。
图3中图解地表示比较并合成U、V、W各相绕组驱动电压和绕组中点电压而得到的感应电压的整形波形及由速度检测电路11得到的速度信号FG的波形。在该图中，(a)、(b)、(c)分别是各驱动绕组的驱动电压波形，用虚线在同图中表示绕组中点电压。又，(d)、(e)及(f)是由感应电压得到的各相输出电压。(g)是合成各相输出得到的FG输出。如图所示，速度信号FG是由具有与由各相驱动绕组得到的感应电压上升沿同步的上升沿的脉冲串组成的。电动机1定速控制时，脉冲周期固定。
再参照图2，速度控制装置10有控制电路12，由上所述产生的速度信号FG提供给控制电路12。控制电路12，在提供的速度信号FG所含的脉冲串中，求每隔一个脉冲出现的脉冲上升沿间的周期。参照图3说明，一旦提供脉冲P(K)，求自该脉冲上升沿t(K)至二个脉冲前提供的脉冲P(K-2)上升沿t(K-2)的周期T(K)。同样，一旦输入下一脉冲P(K+1)，则求出自该脉冲上升沿t(K+1)至二个脉冲前提供的脉冲P(K-1)的上升沿t(K-1)的周期T(K+1)。以后，同样地，顺次求出每隔一个脉冲上升沿的周期T(n)。
在控制电路12中，将如上所述求得的脉冲上升沿的周期T(n)与预置频率的基准时钟信号(例如720Hz的基准时钟信号)或其分频信号比较。在电动机1保持定速旋转状态时，由于周期T(n)是固定的，因而与基准时钟信号周期的误差为零。在电动机速度变动时，由于周期T(n)也变动，因而与基准时钟信号周期间产生误差。控制电路12输出通过把比较结果变换成与误差相应的电压变动而得到的速度误差信号12S。
速度误差信号12S提供给速度控制装置10的加法器13。还向加法器13提供用于电动机定速控制的速度基准电压Vref。从而，在加法器13中，速度误差信号12S与速度基准电压Vref相加，产生与电动机速度变动对应的速度偏差信号13S。
速度偏差信号13S提供给速度控制装置10的电动机驱动器14。该电动机驱动器14与通常熟知的元刷电机驱动器相同，根据由霍尔元件得到的转子位置检测信息，产生向各相的驱动绕组提供的驱动信号，同时，根据由加法器13提供的速度偏差信号13S修正该驱动信号，并把修正后的驱动信号提供给对应相的驱动绕组。
如图4(A)所示，设环状驱动磁铁7的磁化间隙，斜线所示部分与其它部分不同。在该图所示状态中，间距变动表现在U相驱动绕组LU中感应的电动势上。结果，如图4(C)所示，在速度信号FG的脉冲P(K-1)的上升沿t(K-1)中显示出磁化间距变动产生的超前影响。
一旦转子4旋转为图4(B)所示状态，即在旋转电气角360度的状态时，磁化间距变动部分(斜线部分)移动至U相驱动绕组LU的极间。由此，U相驱动绕组LU中感应的电动势中不再显示磁化间距变动。
与此相对，对于V相的驱动绕组LV，变动部分滞后480度电气角通过。从而，在该驱动绕组LV中感应的电动势中反映在电气角滞后480度位置上磁化间距变动产生的影响。即，在图4(C)中，在速度信号FG的脉冲P(K+3)的上升沿t(K+3)中呈现磁化间距变动引起的超前。W相的驱动绕组LW上感应的电动势情况也相同。
结果，在速度信号FG中，如脉冲P(K-1)、P(K+1)、P(K+3)所示，每隔一个脉冲上升沿t(K-1)、t(K+1)、t(K+3)……便呈现磁化间距变化引起的超前。
但是，在本实施例的速度控制装置10中，计算每隔一个脉冲上升沿的周期T(K)，根据该周期进行速度控制。如图4(C)所示，每隔一个脉冲的周期T(K)、T(K+1)、T(K+2)、T(K+3)……，在电动机保持定速旋转状态时，总是恒定周期，不呈现驱动磁铁7磁化间距变动带来的影响。从而，若根据本实施例的速度控制装置10，不管驱动磁铁7的磁化间距有无变动，均能始终实现高精度的电动机速度控制。
再者，本发明也适用于由于驱动磁铁磁化间距变动而使速度信号FG的上升沿滞后的情况。且，驱动磁铁的磁化间距变动在圆周方向多处发生时，本发明也同样适用。又，不言而喻，若有精度良好的检测速度信号FG下降沿间周期的装置，即使利用速度信号FG的下降沿进行速度控制，也能取得同样的效果。
其它实施例以上说明是把本发明适用于3相电动机的情况。但本发明对3相以外的其它电动机也同样适用。一般地，在m相电动机中，若设定驱动磁铁的磁极数比m多，则在含速度信号的脉冲列中，每隔(P-1)个脉冲中呈现的脉冲上升沿的周期不受驱动磁铁磁化间距变动的影响，若电动机速度固定，该周期即恒定。从而，可根据该周期进行电动机的速度控制。
如上文所说明的，根据本发明的电动机速度控制装置，不对各相驱动绕组中感应的电动势产生的速度信号分频，即可去除因驱动磁铁磁化间距变动引起的速度信号的误差。从而不降低控制增益而能实现精度良好的电动机速度控制。
权利要求
1.一种速度控制装置，随着备有驱动磁铁的转子的旋转，检测比绕在定子上的驱动磁铁磁极数少的m相驱动绕组上各自感应的感应电压；根据该感应电压每隔360度电气角产生含m个矩形脉冲的速度信号；根据所述速度信号，控制向所述各驱动磁铁提供的电动机驱动电压；其特征在于，该速度控制装置包括在所述速度信号所含的脉冲中，检测每隔(P-1)个脉冲呈现的脉冲上升沿间的周期或下降沿间周期的周期检测手段；把检测的周期与预定的基准周期比较、产生速度误差信号的速度误差信号产生手段；根据所述速度误差信号，修正加至所述驱动绕组的所述电动机驱动电压，使所述转子的转速达到目标转速的驱动控制手段；设θp为m相驱动绕组中任意一相的驱动绕组相互形成的机械角，θm为与感应电压360度电气角相应的机械角，则p是满足式θp＝p×θm的整数。
2.如权利要求1所述的电动机速度控制装置，其特征在于，所述周期检测手段检测每隔一个脉冲出现的脉冲上升沿间的周期或脉冲下降沿间的周期。
3.如权利要求1所述的电动机速度控制装置，其特征在于，所述驱动磁铁与所述驱动绕组卷绕的所述定子的凸极数之比为4∶3。
4.如权利要求2所述的电动机速度控制装置，其特征在于，所述驱动磁铁与所述驱动绕组卷绕的所述定子的凸极数之比为4∶3。
5.如权利要求1所述的电动机速度控制装置，其特征在于，所述驱动磁铁是通过结合带状磁铁材料的两端部而环状形成的。
全文摘要
本发明提出了一种可对无刷电机进行不受驱动磁铁的磁化间隙变化产生的误差影响、高精度的控制电动机速度的电动机速度控制装置。在该控制装置(10)中,速度检测电路(11)合成各相的驱动绕组(L
文档编号H02P6/16GK1191412SQ9810521
公开日1998年8月26日 申请日期1998年2月17日 优先权日1997年2月17日
发明者牛越功 申请人:三协精机制作所株式会社