单相无刷直流电动机驱动电路的制作方法

专利名称：单相无刷直流电动机驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及可逆单相无刷直流(DC)电动机的驱动电路。
背景技术：
单相无刷直流电动机的驱动电路包括用于检测转子的磁极位置的传感 器以及基于传感器所检测的磁极位置来控制开关电路的电动机驱动集成电 路。在使用H电桥作为开关电路的情况下，交替地驱动对角放置的开关电 路以便向电动机线圈供应双向电流。
作为用于正向和反向旋转单相无刷直流电动机的方法，已知在一种方 法中将用于检测磁极位置的霍尔(Hall)传感器的输出信号通过能够将输出 信号倒相或不倒相的电路输入到电动机驱动集成电路中(见，例如，曰本 专利共同未决申请号No.2005-261140)。
但是使用上述现有技术的配置，当正向或方向启动电动机时难以生成 启动转矩。另一个问题在于必须确定启动方向。

发明内容
鉴于以上描述，本发明提供了一种单相无刷直流电动机，其能够在正 向和反向地旋转单相无刷电动机的时候可靠地执行启动操作。
根据本发明的实施例，提供了一种用于驱动单相无刷直流电动机的电 动机驱动电路，单相无刷直流电动机包括具有磁极的可旋转磁转子、配备 有槽和齿的定子铁芯以及固定在槽中的电动机线圈，齿面对磁转子排列，
电动机驱动电路包括多个磁极位置检测器，用于输出指示磁转子的磁极 位置的检测信号；旋转方向指令电路，用于发出磁转子的旋转方向指令； 选择器电路，用于基于来自旋转方向指令电路的指令，选择性地输出磁极 位置检测器的检测信号；开关电路，用于驱动电动机线圈；以及控制电路， 用于基于从选择器电路选择性地输出的检测信号，控制开关电路，从而控制流过电动机线圈的电流的方向和大小。
磁极位置检测器包括第一磁极位置检测器和第二磁极位置检测器，第 一磁极位置检测器排列在齿之间的中间位置，提前角在大约为零的预定范 围内，第二磁极位置检测器在磁转子的正向旋转方向上相对于第一磁极位 置检测器具有预定的提前角。
在旋转方向指令电路指示正向旋转的正向旋转启动时间，选择器电路 选择并且输出第二磁极位置检测器的检测信号，并且控制电路通过响应于 从选择器电路输出的检测信号控制开关电路来使磁转子启动，从而电流以 允许齿对磁转子的面对的磁极施加排斥力的方向流过电动机线圈。
在旋转方向指令电路指示反向旋转的反向旋转启动时间，选择器电路 选择并且输出第一磁极位置检测器的检测信号，并且控制电路通过响应于 从选择器电路输出的第一磁极位置检测器的检测信号控制开关电路来使磁 转子启动，从而电流以允许齿对磁转子的面对的磁极施加吸引力的方向流 过电动机线圈。
单相无刷直流电动机驱动电路包括用于在电动机启动过后指定时间段 之后输出信号的定时器，其中，磁极位置检测器还包括第三磁极位置检测 器，其在磁转子的反向旋转方向上相对于第一磁极位置检测器具有提前角， 其中，选择器电路响应于从旋转方向指令电路发出的指令和来自定时器的 信号，选择多个磁极位置检测器中的一个，并且选择器电路在电动机反向 旋转启动时间过后指定时间段之后选择并且输出第三磁极位置检测器的检 测信号。
单向无刷直流电动机驱动电路还可以包括用于使选择器电路能够选择 磁极位置检测器中的一个的传感器选择电路以及用于改变电动机输出功率 的输出改变电路，其中，在旋转方向指令电路指示反向旋转的时间，选择 器电路根据电动机输出功率，选择从第一磁极位置检测器或第三磁极位置 检测器发出的检测信号。
磁极位置检测器包括第四磁极位置检测器，其在磁转子的正向旋转方 向上相对于第二磁极位置检测器具有提前角，并且其中，在旋转方向指令 电路指示正向旋转的时间，选择器电路根据电动机输出功率，选择从第二 磁极位置检测器或第四磁极位置检测器发出的检测信号。每个齿具有在电动机的轴向看来左右方向上不对称的大致T形形状， 并且其中，在磁转子停止期间磁转子的磁极的磁心从齿的中心向正向旋转 方偏移。
本发明提供的有利效果在于其可以提供配置简单并且能够可靠地执行 正向和方向启动操作的单相无刷直流电动机驱动电路。


结合附图，从以下实施例的描述，本发明的目的和特征将变得显而易 见，其中-
图1是示出了本发明可应用于的单相无刷直流电动机的结构以及磁传 感器的配置的示意性的剖面图2是示出了根据本发明的第一到第三实施例的单相无刷直流电动机 的方框图3是示出了根据本发明的第一到第三实施例的驱动电路的主要部件 的电路图4是示出了当第一实施例的驱动电路正向旋转单相无刷直流电动机 时，该电动机的齿、磁转子和磁传感器之间的相对位置关系的示意性的剖 面图5是示出了当第一实施例的驱动电路反向旋转单相无刷直流电动机 时，该电动机的齿、磁转子和磁传感器之间的相对位置关系的示意性的剖 面图6是示出了当第二实施例的驱动电路反向旋转单相无刷直流电动机 时，该电动机的齿、磁转子和磁传感器之间的相对位置关系的示意性的剖 面图7是示出了当第三实施例的驱动电路正向旋转单相无刷直流电动机 时，该电动机的齿、磁转子和磁传感器之间的相对位置关系的示意性的剖 面图。
具体实施例方式
在下文中，将参考作为本文的一部分的附图来详细描述本发明的实施
6例。
第一实施例
图1是示出了根据本发明的电动机驱动电路可应用于的单相无刷直流 电动机的结构和磁传感器(或磁极位置检测器)的配置的示意性的截面图。 电动机结构和传感器配置不限于所述的实例，而是可以适当地改变。
参考图1，单相无刷直流电动机1包括具有多个磁极的可旋转磁转子
2、配备有多个槽5和齿4a和4b的定子铁芯3以及固定在槽5中的电动机 线圈6，齿4a和4b面对磁转子2排列。电动机线圈6以相反的绕向缠绕在 齿4a和4b上。
如图1所示，用于输出指示磁转子2的磁极位置的检测信号的磁极位 置检测器，即，磁传感器7 (第一磁极位置检测器)、磁传感器8 (第二磁 极位置检测器)、磁传感器9 (第三磁极位置检测器)和磁传感器IO (第四 磁极位置检测器)，安装在磁转子2的磁场范围附近。
在齿4a及其相邻的齿4b的之间的中间位置，磁传感器7排列在提前 角大约为零的指定范围内。磁传感器8在电动机的正向旋转方向上相对于 磁传感器7的位置具有预设定的提前角。磁传感器9在电动机的反向旋转 方向上相对于磁传感器7的位置具有预定的提前角。磁传感器10在电动机 的正向旋转方向上相对于磁传感器8具有另一个预定提前角。
图2是示出了用于驱动单相无刷直流电动机1的驱动电路的方框图。 如图2所示，驱动电路包括多个磁传感器7、 8、 9和10，用于输出指示 磁转子2的磁极位置的检测信号；旋转方向指令电路ll，用于发出磁转子 2的旋转方向指令；选择器电路12，用于基于旋转方向指令电路11的指令， 选择性地输出磁传感器7的检测信号；开关电路13，用于驱动电动机线圈 6;以及控制电路14，用于基于由选择器电路12所选择的位置检测信号， 控制开关电路13，从而控制流过电动机线圈6的电流的方向和大小。旋转 方向指令电路ll向选择器电路12和控制电路14提供，例如，旋转方向指 令信号。
驱动电路还包括用于在电动机启动时间过后指定时间段之后输出信 号的定时器15;使选择器电路12能够选择磁传感器7-10中的一个的传感 器选择电路16;以及用于改变电动机输出功率的输出改变电路17。
7但是在第一实施例中，可以省略磁传感器9-10、定时器15、传感器选 择电路16和输出改变电路17。
在开关电路13中，H电桥电路由开关元件形成，即，P沟道FET23a 和23b以及N沟道FET 24a和24b。电动机线圈6连接在FET 23a和23b 的结合点与FET 24a和24b的结合点之间。
在开关电路13中，将FET23a和23b的源极连接到电动机驱动电源的 正电势21。将FET24a的漏极连接到FET23a的漏极，而将FET 24b的漏 极连接到FET 23b的漏极。将FET 24a和24b的源端连接到电动机驱动电 源负电势22 (在下文中称为地电势22)。将FET 23a、 23b、 24a和24b的 栅极连接到控制电路14。分别将用于控制FET的通断操作的门控信号从控 制电路14提供到FET。
在旋转方向指令电路11指示反向旋转的启动时间，选择器电路12选 择并且输出磁传感器8的磁极位置检测信号。响应于选择器电路12的输出， 控制电路14通过控制开关电路13来使磁转子2启动，从而电流以允许齿 4a和4b对磁转子2的面对的磁极施加排斥力的方向供应给电动机线圈6。
在旋转方向指令电路11指示反向旋转的启动时间，选择器电路12选 择并且输出磁传感器7的磁极位置检测信号。响应于选择器电路12的输出， 控制电路通过控制开关电路13来使磁转子2启动，从而电流以允许齿4a 和4b对磁转子2的面对的磁极施加吸引力的方向供应给电动机线圈6。
图3是示出了图2中所示的旋转方向指令电路11、选择器电路12、定 时器15和传感器选择电路16的细节的电路图。
选择器电路12包括二极管Dl、 D2、 D3和D4，它们的阳极分别连接 到磁传感器IO、 8、 7和9。 二极管D1、 D2、 D3和D4的阴极以连线的方 式相互连接，从而生成单个输出信号，然后将该输出信号作为过去选择磁 传感器输出供应给控制电路14。电动控制的开关SW7、 SW6、 SW5和SW4 的一个末端连接到二极管D1、 D2、 D3和D4的阳极并且另一个末端接地。
当开关SW7、 SW6、 SW5和SW4接通时，开关SW7、 SW6、 SW5和 SW4将与它们相连接的磁传感器10、 8、 7和9的输出接地，从而控制输出 不供应给控制电路14。仅选择断开开关SW7、 SW6、 SW5和SW4中的一 个，从而可以将与所选择的单个开关的一个末端相连接的磁传感器的输出通过二极管Dl、 D2、 D3和D4中的一个供应给控制电路14。旋转方向指
令电路11、定时器15和传感器选择电路16生成用于接通或断开开关SW4
到SW7的控制信号，从而允许选择器电路12选择磁传感器7到10中的一 个。
旋转方向指令电路11包括开关SW2，可以手动或电动地操作SW2来 指示期望的旋转方向。接通开关SW2来指示将正向旋转作为旋转方向，断 开开关SW2来指示将反向旋转作为旋转方向。开关SW2的一个末端连接 到控制电源18，并且另一个末端通过电阻器R3接地。所以，当开关SW2 接通时在开关SW2的另一个末端与电阻器R3之间的结合点生成正向旋转 指令信号，该正向旋转指令信号保持正电势；而当开关SW2断开时在开关 SW2的另一个末端与电阻器R3之间的结合点生成反向旋转指令信号，该 反向旋转指令信号保持地电势。将正向/反向旋转指令信号供应给二极管D7 和D8的阳极。分别从二极管D7和D8的阴极生成用于控制开关SW4和 SW5的信号。
还将在开关SW2的另一个末端与电阻器R3之间的结合点生成正向/反 向旋转信号供应给NOT电路NT2和NT3。 NOT电路NT2和NT3将正向/ 反向旋转指令信号的电势反转，并且将其供应给二极管D9和D10的阳极。 分别从二极管D9和D10的阴极生成用于控制开关SW6和SW7的信号。
所以，当开关SW2接通时，磁传感器7和9的输出接地；并且当开关 SW2断开时，磁传感器10和8的输出接地。
传感器选择电路16包括开关SW3，开关SW3是可手动或电动操作的。 开关SW3的其中一个末端连接到控制电源18的电压，并且另一个末端通 过电阻器R4接地。所以，在开关SW3的另一个末端与电阻器R4之间的结 合点生成传感器选择信号，当开关SW3接通时该传感器选择信号保持正电 势，而当开关SW3断开时传感器选择信号保持地电势。将传感器选择信号 供应给NOT电路NT4和NT5的阳极和二极管Dl 1的阳极。NOT电路NT4 的输出作为用于控制开关SW8的信号。
从二极管Dll的阴极生成用于控制开关6的信号。将NOT电路NT5 的输出连接到二极管D12的阳极。从二极管D12的阴极生成用于控制开关 SW7的信号。定时器15包括开关SW1、电阻器R1、电阻器R2和电容器C1。可以 手动或电动地操作开关SW1以便允许定时器15开始对过去的时间计时。 开关SW1的一个末端连接到控制电源18的电压，并且另一个末端连接到 电阻器R1的一个末端。电阻器R1的另一个末端连接到电阻器R2的一个 末端和电容器Cl的一个末端。电阻器R2的另一个末端和电容器Cl的另 一个末端接地。电阻器R1的另一个末端还连接到开关SW8的一个末端， 而开关SW8的另一个末端接地。
开关SW8的控制信号是结合传感器选择电路16所述的NOT电路NT4 的输出(反转的传感器选择信号)。在传感器选择电路16不指示电动机1 生成输出功率的情况下，开关SW8 —直接通。所以，定时器15 —直不起 作用，同时NOT电路NT1的输入和二极管D6的阳极保持为地电势。将 NOT电路NTl的输出作为控制信号，通过二极管D5供应给开关SW4。从 而，开关SW4接通，并且忽略磁传感器9的输出。
如果当传感器选择电路16发出正电势的传感器选择信号来断开开关 SW8时，开关SW1是接通的，那么开始通过电阻器R1对电容器C1充电， 从而增加电容器C1的电压。在由电阻器R1和R2以及电容器C1所确定的 时间常数成正比的规定时间段过去之后，电容器C1的电压超过NOT电路 NT1的门限电压值，变成时间流逝信号。如果向二极管D6输出时间流逝信 号，那么开关SW5接通并且此后忽略磁传感器7的输出。
在旋转方向指令电路11指示反向旋转从而断开开关SW4和SW5并且 接通开关SW6和SW7的情况下，定时器15可有效使用。
接下来参考图4，将描述根据本实施例的单相无刷直流电动机1的正向 旋转操作。
在电动机1的正向旋转启动时间，定子的齿4a和4b与磁转子2的磁 极之间的位置关系保持得如图4中的步骤Sl'所示。齿4a和4b中的每一个 具有可变的厚度和形状(例如，切口等等)，从而磁阻可以在左右方向上不 对称。在对电动机1供电之前，电动机1停止在磁转子2的磁心从齿4a和 4b的中心向正向旋转方(向图4中的顺时针方)偏移的状态中。
如果旋转方向指令电路11的开关SW2接通，那么将控制电源18的电 压通过二极管D7和D8施加到开关SW4和SW5上，以便接通开关SW4
10和SW5。因此，磁传感器9和7的输出电压与地电势22具有相同的电势。 在传感器选择电路16的开关SW3断开的情况下，分布在电阻器R4的 两个末端上的电压具有与地电势22相同的电势。将NOT电路NT5所反转 的正电压通过二极管D12施加到开关SW7，从而开关SW7接通。因此， 磁传感器10的输出电压与电电势22具有相同的电势。结果，仅将磁传感 器8的输出通过二极管D2供应给控制电路14。
在步骤S1'，磁传感器8检测到其所面对的磁转子2的磁极是N极。响 应于从磁传感器8生成的信号和来自旋转方向指令电路11的正向旋转指令 信号，控制电路14接通(例如)FET 23a和24b，以便将齿4a和4b磁化 从而电流可以按照使得齿4b为N极并且使得齿4a为S极的方向流过电动 机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成排斥力，以便将转矩施 加到磁转子2上，结果，磁转子2开始正向旋转(即，图4中的顺时针方 向)。
在接下来的步骤S2'，磁传感器8检测到磁转子2的面对的磁极是N极。 响应于从磁传感器8生成的信号，控制电路14接通FET23a和24b，以便 将齿4a和4b磁化从而电流可以按照使得齿4b为N极并且使得齿4a为S 极的方向流过电动机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成吸引 力，以便将转矩施加到磁转子2上，结果，磁转子2继续正向旋转(即， 图4中的顺时针方向)。
在接下来的步骤S3'，磁传感器8检测到磁转子2的面对的磁极已变成 了 S极。响应于从磁传感器8生成的信号，控制电路14断开FET23a和24b， 并且停止向电动机线圈6供应电流，从而停止将齿4a和4b磁化。然而， 磁转子2由于它的惯性力以及在齿4a和4b与磁转子2之间在磁阻的影响 下生成的吸引力，继续进行正向旋转。当磁转子2的磁心与齿4a和4b的 中心重合时，控制电路14接通FET 23b和24a，以便将齿4a和4b磁化从 而电流可以按照使得齿4b为S极并且使得齿4a为N极的方向流过电动机 线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成排斥力，以便将转矩施加 到磁转子2上，结果，磁转子2继续正向旋转(即，图4中的顺时针方向)。
在接下来的步骤S4'，磁传感器8检测到磁转子2的面对的磁极是S极。 响应于从磁传感器8生成的信号，控制电路14接通FET 23b和24a，以便将齿4a和4b磁化，从而电流可以按照使得齿4b为S极并且使得齿4a为N 极的方向流过电动机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成吸引 力，以便将转矩施加到磁转子2上，结果，磁转子2继续正向旋转(即， 图4中的顺时针方向)。在接下来的步骤S5'，磁传感器8检测到磁转子2的面对的磁极已变成 了 N极。响应于从磁传感器8生成的信号，控制电路14断开FET 23b和 24a，并且停止向电动机线圈6供应电流，从而停止将齿4a和4b磁化。然 而，磁转子2由于它的惯性力以及在齿4a和4b与磁转子2之间在磁阻的 影响下生成的吸引力，继续进行正向旋转。当磁转子2的磁心与齿4a和4b 的中心重合时，控制电路14接通FET23a和24b，以便将齿4a和4b磁化， 从而电流可以按照使得齿4b为N极并且使得齿4a为S极的方向流过电动 机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成排斥力，以便将转矩施 加到磁转子2上，结果，磁转子2继续正向旋转(即，图4中的顺时针方 向)。此后，重复步骤S2'到S5'，以便允许磁转子2继续进行正向旋转。接下来参考图5，将描述根据本实施例的单相无刷直流电动机1的反向 旋转操作。在电动机1的反向旋转启动时间，定子的齿4a和4b与磁转子2的磁 极之间的位置关系保持得如图5中的步骤Sl所示。齿4a和4b中的每一个 具有可变的厚度或形状(例如，切口等等)，从而磁阻可以在左右方向上不 对称。在对电动机1供电之前，电动机1停止在磁转子2的磁心从齿4a和 4b的中心向正向旋转方向(图5中的顺时针方)偏移的状态中。如果旋转方向指令电路ll的开关SW2断开，那么分布在电阻器R3的 对立末端上的电压与地电势22具有相同的电势。将NOT电路NT2和NT3 所反转的正电压通过二极管D9和D10施加到开关SW6和SW7上，以便 接通开关SW6和SW7。因此，磁传感器8和10的输出电压与地电势22具 有相同的电势。当传感器选择电路16的开关SW3断开时，分布在电阻器 R4的两个末端上的电压具有与地电势22相同的电势。将NOT电路NT4 所反转的正电压施加到开关SW8，从而开关SW8接通。因此，分布在电阻 器R2的两个末端上的电压具有与地电势22相同的电势。将NOT电路NT1 所反转的正电压通过二极管D5施加到开关SW4上，以便接通开关SW4。因此，磁传感器9的输出电压具有与地电势22相同的电势。结果，仅将磁 传感器7的输出通过二极管D3供应给控制电路14。在步骤S1，磁传感器7检测到其所面对的磁转子2的磁极是N极。响 应于从磁传感器7生成的信号和来自旋转方向指令电路11的反向旋转指令 信号，控制电路14接通，例如，FET23b和24a，以便将齿4a和4b磁化， 从而电流可以按照使得齿4b为S极并且使得齿4a为N极的方向流过电动 机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成吸引力，以便将转矩施 加到磁转子2上，结果，磁转子2开始反向旋转(即，图5中的逆时针方 向)。在接下来的步骤S2，磁传感器7检测到磁转子2的面对的磁极变成S 极。响应于从磁传感器7生成的信号，控制电路14断开FET 23b和24a， 并且停止向电动机线圈6供应电流，从而停止将齿4a和4b磁化。然而， 磁转子2由于它的惯性力以及在齿4a和4b与磁转子2之间在磁阻的影响 下生成的吸引力，继续进行反向旋转。当磁转子2的磁心与齿4a和4b的 中心重合时，控制电路14接通FET 23a和24b，以便电流可以按照使得齿 4b为N极并且使得齿4a为S极的方向流过电动机线圈6，从而将齿4a和 4b磁化。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成排斥力，以便将转矩施 加到磁转子2上，结果，磁转子2继续反向旋转(即，图5中的逆时针方 向)。在接下来的步骤S3，磁传感器7检测到磁转子2的面对的磁极已变成 了 S极。响应于从磁传感器7生成的信号，控制电路14接通FET 23a和24b， 以便将齿4a和4b磁化，从而电流可以按照使得齿4b为N极并且使得齿 4a为S极的方向流过电动机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间 生成吸引力，以便将转矩施加到磁转子2上，结果，磁转子2继续反向旋 转(即，图5中的逆时针方向)。在接下来的步骤S4，磁传感器7检测到磁转子2的面对的磁极己变成 N极。响应于从磁传感器7生成的信号，控制电路14断开FET23a和24b， 并且停止向电动机线圈6供应电流，从而停止将齿4a和4b磁化。然而， 磁转子2由于它的惯性力以及在齿4a和4b与磁转子2之间在磁阻的影响 下生成的吸引力，继续进行反向旋转。当磁转子2的磁心与齿4a和4b的13中心重合时，控制电路14接通FET 23b和24a，以便将齿4a和4b磁化， 从而电流可以按照使得齿4b为S极并且使得齿4a为N极的方向流过电动 机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成排斥力，以便将转矩施 加到磁转子2上，结果，磁转子2继续反向旋转(即，图5中的逆时针方 向)。在接下来的步骤S5，磁传感器7检测到磁转子2的面对的磁极是N极。 响应于从磁传感器7生成的信号，控制电路14接通FET23b和24a，以便 将齿4a和4b磁化，从而电流可以按照使得齿4b为S极并且使得齿4a为N 极的方向流过电动机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成吸引 力，以便将转矩施加到磁转子2上，结果，磁转子2继续反向旋转(即， 图5中的逆时针方向)。此后，重复步骤S2到S5，以便允许磁转子2继续 进行反向旋转。通过上面对第一实施例的描述，能够提供配置简单并且能够可靠地执 行正向和反向启动操作的单相无刷电动机驱动电路。 第二实施例接下来，将根据第二实施例来描述用于驱动单相无刷直流电动机1的 驱动电路。在第二实施例的描述中，用相同的参考符号来指代与第一实施 例的部件具有相同的配置和操作效果的组件部件。第一实施例中在这方面 上的详细描述将以参考的形式并入第二实施例。第二实施例的配置与第一实施例的配置的不同之处在于磁传感器9 (第三磁极位置检测器)和定时器15在第二实施例中是至关重要的。另一 个差别在于选择器电路12根据旋转方向指令电路11和定时器15来选择 磁传感器。在反向旋转启动时间选择磁传感器7 (或第一磁极位置检测器) 在该启动时间过去规定的时间段后选择磁传感器9。鉴于前述差别，将参考图1到3和6来描述单相无刷直流电动机驱动 电路。在电动机1的反向旋转期间，旋转方向指令电路11的开关SW2仍然 断开，并且分布在电阻器R3的对立末端上的电压与地电势22具有相同的 电势。将NOT电路NT2和NT3所反转的正电压通过二极管D9和D10施 加到开关SW6和SW7上，从而接通开关SW6和SW7。因此，磁传感器8和10的输出电压与地电势22具有相同的电势。如果传感器选择电路16的 开关SW3接通，那么NOT电路NT4将控制电源18的电压反转，然后施加 到开关SW8，从而开关SW8断开。然后，如果定时器15的开关SW1接通， 那么控制电源18的电压经验电阻器R1耦合到电容器C1。将电容器C1充 电，充电的时间为由电阻器R1、电阻器R2和电容器C1所确定的规定时间 常数。术语"规定时间常数"表示直到电动机1的旋转变得平稳所需要的 时间，其等于或大于50msec并且优选的是lsec或更大。定时器15的开关 SW1可用于与传感器选择电路16的开关SW3的通断操作相一致地接通和 断开。
在电容器C1的充电电压值等于或小于NOT电路NT1的门限电压值的 情况下，将NOT电路NT1所反转的正电压经由二极管D5施加到开关SW4 上，以便接通开关SW4。因此，磁传感器9的输出电压具有与地电势22相 同的电势。结果，仅将磁传感器7的输出通过二极管D3供应给控制电路 14。此时通过重复图5中所示的以及结合第一实施例所述的步骤S2到S5 来执行反向旋转。
如果在规定时间常数内对电容器C1充电的充电电压值大于NOT电路 NT1的门限电压值，那么NOT电路NT1所反转的输出与地电势22具有相 同的电势。类似地，二极管D5的输出电压与地电势22具有相同的电势。 因此，开关SW4断开，从而磁传感器9的输出可以通过二极管D4供应到 控制电路14。此外，将电容器C1的充电电压值通过二极管D6施加到开关 SW5以便接通开关SW5。因此，磁传感器7的输出电压具有与地电势22 相同的电势。结果，仅将磁传感器9的输出通过二极管D4供应给控制电路 14。
在图6中所示的步骤Sll中，磁传感器9检测到其所面对的磁转子2 的磁极是S极。响应于从磁传感器9生成的信号和来自旋转方向指令电路 ll的反向旋转指令信号，控制电路14接通，例如，FET23a和24b，以便 将齿4a和4b磁化，从而电流可以按照使得齿4b为N极并且使得齿4a为S 极的方向流过电动机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成排斥 力，以便将转矩施加到磁转子2上，结果，磁转子2继续反向旋转(即， 图6中的逆时针方向)。
15在接下来的步骤S12，磁传感器7检测到磁转子2的面对的磁极变成N 极。响应于从磁传感器9生成的信号，控制电路14断开FET23a和24b， 并且停止向电动机线圈6供应电流从而停止将齿4a和4b磁化。然而，磁 转子2由于它的惯性力以及在齿4a和4b与磁转子2之间在磁阻的影响下 生成的吸引力，继续进行反向旋转。当磁转子2的磁心与齿4a和4b的中 心重合时，控制电路14接通FET 23b和24a，以便将齿4a和4b磁化，从 而电流可以按照使得齿4b为S极并且使得齿4a为N极的方向流过电动机 线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成排斥力，以便将转矩施加 到磁转子2上，结果，磁转子2继续反向旋转(即，图6中的逆时针方向)。在接下来的步骤S13，磁传感器9检测到磁转子2的面对的磁极是N 极。响应于从磁传感器9生成的信号，控制电路14接通FET 23b和24a， 以便将齿4a和4b磁化，从而电流可以按照使得齿4b为S极并且使得齿4a 为N极的方向流过电动机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生 成排斥力，以便将转矩施加到磁转子2上，结果，磁转子2继续反向旋转 (即，图6中的逆时针方向)。在接下来的步骤S14，磁传感器9检测到磁转子2的面对的磁极已变成 S极。响应于从磁传感器9生成的信号，控制电路14断开FET 23b和24a， 并且停止向电动机线圈6供应电流，从而停止将齿4a和4b磁化。然而， 磁转子2由于它的惯性力以及在齿4a和4b与磁转子2之间在磁阻的影响 下生成的吸引力，继续进行反向旋转。当磁转子2的磁心与齿4a和4b的 中心重合时，控制电路14接通FET 23a和24b，以便将齿4a和4b磁化， 从而电流可以按照使得齿4b为N极并且使得齿4a为S极的方向流过电动 机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成排斥力，以便将转矩施 加到磁转子2上，结果，磁转子2继续反向旋转(即，图6中的逆时针方 向)。此后，重复步骤S11到S14，以便允许磁转子2继续进行反向旋转。由于磁传感器9附着在齿4a附近相对于磁传感器7在磁转子2的反向 旋转方向上具有提前角，所以与第一实施例相比能够极大地增加电动机效 率，其中在第一实施例中使用磁传感器反向旋转电动机l。此外，可以使磁传感器9的提前角与电动机1的高速反向旋转匹配， 并且可以将传感器选择电路16的开关SW3与控制电路14中的输出改变电路17的输出改变指令(例如，PWM (脉宽调制)信号等等)相关联。例如， 如果将传感器选择电路16的开关SW3配置为在向控制电路14供应高电动 机输出功率指令时接通，或者作为另一种选择，如果将控制电路14中的输 出改变电路17配置为当开关SW3接通时控制电动机1生成高电动机输出 功率，那么在电动机l的旋转速率(ipm)与高电动机输出功率一起升高的 情况下，能够极大地增强电动机效率。
通过上述第二实施例，可以使用配置简单的驱动电路来提供在反向旋 转期间具有高效率的单相无刷直流电动机l。另外，能够根据反向旋转期间 的电动机输出，提供具有高效率的单相无刷直流电动机1。
第三实施例 .
接下来参考图1到3和图7，将根据第三实施例来描述用于驱动单相无 刷直流电动机1的驱动电路。在第三实施例的描述中，用相同的参考符号 来指代与第一实施例的组件部件具有相同的配置和操作效果的组件部件。 第一实施例中在这方面上的详细描述将以引用的方式并入第三实施例。
第三实施例的配置与第一实施例的配置的不同之处在于磁传感器10 (第四磁极位置检测器)、传感器选择电路16和输出改变电路17在第三实 施例中是至关重要的。另一个差别在于选择器电路12在旋转方向指令电 路11和传感器选择电路16的控制之下选择磁传感器。在正向旋转启动时 间选择磁传感器8 (第二磁极位置检测器)并且在传感器选择电路16的开 关SW3接通后选择磁传感器10。
在电动机1的正向旋转期间，旋转方向指令电路11的开关SW2仍然 接通，并且将控制电源18的电压通过二极管D7和D8施加到开关SW4和 SW5，以便接通开关SW4和SW5。因此，磁传感器9和7的输出电压具有 与地电势22相同的电势。在传感器选择电路16的开关SW3断开的情况下， 分布在电阻器R4的两个末端上的电压具有与地电势22相同的电势。将NOT 电路NT5所反转的正电压通过二极管D12施加到开关SW7，以便将开关 SW7接通。因此，磁传感器10的输出电压与地电势22具有相同的电势。 结果，仅将磁传感器8的输出通过二极管D2供应给控制电路14。此时通 过重复图4中所示的以及结合第一实施例所述的步骤S2'到S5'来执行正向 旋转。如果传感器选择电路16的开关SW3接通，那么将控制电源18的电压 通过二极管D11施加到开关SW6，以便接通开关SW6。因此，磁传感器8 的输出电压具有与地电势22相同的电势。另外，通过NOT电路NT5反转 控制电源18的输出电压，NOT电路NT5的输出与地电势22具有相同的电 势。类似地，二极管D12的输出电压与地电势22具有相同的电势。因此， 开关SW7断开，从而仅将磁传感器10的输出通过二极管D1供应给控制电 路14。在图7中所示的步骤Sll，中，磁传感器10检测到其所面对的磁转子2 的磁极是N极。响应于从磁传感器IO生成的信号和来自旋转方向指令电路 ll的正向旋转指令信号，控制电路14接通，例如，FET23a和24b，以便 将齿4a和4b磁化从而电流可以按照使得齿4b为N极并且使得齿4a为S 极的方向流过电动机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成排斥 力，以便将转矩施加到磁转子2上，结果，磁转子2开始正向旋转(即， 图7中的顺时针方向)。在接下来的步骤S12'，磁传感器10检测到磁转子2的面对的磁极已变 成S极。响应于从磁传感器10生成的信号，控制电路14断开FET 23a和 24b，并且停止向电动机线圈6供应电流，从而停止将齿4a和4b磁化。然 而，磁转子2由于它的惯性力以及在齿4a和4b与磁转子2之间在磁阻的 影响下生成的吸引力，继续进行正向旋转。当磁转子2的磁心与齿4a和4b 的中心重合时，控制电路14接通FET 23b和24a，以便将齿4a和4b磁化 从而电流可以按照使得齿4b为S极并且使得齿4a为N极的方向流过电动 机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成排斥力，以便将转矩施 加到磁转子2上，结果，磁转子2继续正向旋转(即，图7中的顺时针方 向)。在接下来的步骤S13'，磁传感器10检测到磁转子2的面对的磁极是S 极。响应于从磁传感器10生成的信号，控制电路14接通FET23b和24a， 以便将齿4a和4b磁化从而电流可以按照使得齿4b为S极并且使得齿4a 为N极的方向流过电动机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生 成排斥力，以便将转矩施加到磁转子2上，结果，磁转子2继续正向旋转 (即，图7中的顺时针方向)。在接下来的步骤S14'，磁传感器10检测到磁转子2的面对的磁极已变 成了 N极。响应于从磁传感器10生成的信号，控制电路14断开FET 23b 和24a，并且停止向电动机线圈6供应电流从而停止将齿4a和4b磁化。然 而，磁转子2由于它的惯性力以及在齿4a和4b与磁转子2之间在磁阻的 影响下生成的吸引力，继续进行正向旋转。当磁转子2的磁心与齿4a和4b 的中心重合时，控制电路14接通FET23a和24b，以便将齿4a和4b磁化， 从而电流可以按照使得齿4b为N极并且使得齿4a为S极的方向流过电动 机线圈6。然后，在齿4a和4b与磁转子2之间生成排斥力，以便将转矩施 加到磁转子2上，结果，磁转子2继续正向旋转(即，图7中的顺时针方 向)。此后，重复步骤S11，到S14'，以便允许磁转子2继续进行正向旋转。
此外，可以使磁传感器IO与电动机1的高速反向旋转之间产生提前角， 并且可以将传感器选择电路16的开关SW3与控制电路14中的输出改变电 路17的输出改变指令(例如，PWM (脉宽调制)信号等等)相关联。例如， 如果将传感器选择电路16的开关SW3配置为在向控制电路14供应高电动 机输出功率指令时接通，或者作为另一种选择，如果将控制电路14中的输 出改变电路17配置为当开关SW3接通时控制电动机生成高电动机输出功 率，那么在电动机l的旋转速率(rpm)与高电动机输出功率一起升高的情 况下，能够极大地增强电动机效率。
通过上述第三实施例，可以使用配置简单的驱动电路来根据正向旋转 期间的电动机输出提供具有高效率的单相无刷直流电动机1。
虽然根据传感器选择电路16的开关SW3选择在高速旋转中唯一使用 磁传感器9和10，但是通过增加开关的数量以及与开关相对应的磁传感器 的数量，可以根据不同的电动机输出优化电动机效率。
虽然以上描述了优选的实施例，但是本发明不限于此。例如，虽然根 据优选实施例的用于驱动单相无刷直流电动机1的驱动电路应用FET作为 开关电路13的开关元件，但是使用NPN型的或PNP型的双极性晶体管或 IGBT也能等效实现简单的电路配置。
此外，前述实施例中所应用的开关可以由晶体管、FET、继电器等等形成。
虽然在前述实施例中所使用的定时器是由包括电容器和电阻器的时间
19常数电路形成的，但是使用专用定时器IC或微机所发出的指令也可以实现该定时器。
权利要求
1、一种用于驱动单相无刷直流电动机的电动机驱动电路，所述单相无刷直流电动机包括具有磁极的可旋转磁转子、配备有槽和齿的定子铁芯以及固定在所述槽中的电动机线圈，所述齿面对所述磁转子排列，所述电动机驱动电路包括多个磁极位置检测器，用于输出指示所述磁转子的磁极位置的检测信号；旋转方向指令电路，用于发出所述磁转子的旋转方向指令；选择器电路，用于根据来自所述旋转方向指令电路的指令，选择性地输出所述磁极位置检测器的检测信号；开关电路，用于驱动所述电动机线圈；控制电路，用于根据从所述选择器电路选择性输出的检测信号，控制所述开关电路，以便控制流过所述电动机线圈的电流的方向和大小，其中，所述磁极位置检测器包括第一磁极位置检测器和第二磁极位置检测器，所述第一磁极位置检测器排列在所述齿之间的中间位置在提前角大约为零的预定范围之内，所述第二磁极位置检测器在所述磁转子的正向旋转方向上与所述第一磁极位置检测器具有预定的提前角，其中，在所述旋转方向指令电路指示正向旋转的正向旋转启动时间，所述选择器电路选择并且输出所述第二磁极位置检测器的检测信号，并且所述控制电路通过响应于从所述选择器电路输出的所述检测信号控制所述开关电路来使所述磁转子启动，从而电流以允许所述齿对所述磁转子的面对的磁极施加排斥力的方向流过所述电动机线圈，其中，在所述旋转方向指令电路指示反向旋转的反向旋转启动时间，所述选择器电路选择并且输出所述第一磁极位置检测器的检测信号，并且所述控制电路通过响应于从所述选择器电路输出的所述第一磁极位置检测器的检测信号控制所述开关电路来使所述磁转子启动，从而电流以允许所述齿对所述磁转子的面对的磁极施加吸引力的方向流过所述电动机线圈。
2、 如权利要求l所述的单相无刷直流电动机驱动电路，还包括定时器，用于在所述电动机启动过后指定时间段之后输出信号，其中，所述磁极位置检测器还包括第三磁极位置检测器，所述第三磁极位置检测器在所述磁转子的反向旋转方向上与所述第一磁极位置检测器具有提前角，其中，所述选择器电路响应于从所述旋转方向指令电路发出的指令和 来自所述定时器的信号，选择多个磁极位置检测器中的一个，并且所述选 择器电路在所述磁转子的反向旋转启动时间起的指定时间段之后选择并且 输出所述第三磁极位置检测器的检测信号。
3、 如权利要求2所述的电动机驱动电路，还包括传感器选择电路，用于使所述选择器电路能够选择所述磁极位置检测 器中的一个，输出改变电路，用于改变电动机输出功率，其中，在所述旋转方向指令电路指示反向旋转的时间，所述选择器电 路根据所述电动机输出功率，选择从所述第一磁极位置检测器或所述第三 磁极位置检测器发出的检测信号。
4、 如权利要求3所述的电动机驱动电路，其中所述磁极位置检测器包括第四磁极位置检测器，其在所述磁转子的正 向旋转方向上与所述第二磁极位置检测器具有提前角，在所述旋转方向指令电路指示正向旋转的时间，所述选择器电路根据 所述电动机输出功率，选择从所述第二磁极位置检测器或所述第四磁极位 置检测器发出的检测信号。
5、 如权利要求1到4中任意一个所述的单相无刷直流电动机驱动电路，其中每个所述齿具有在所述电动机的轴向看来左右方向上不对称的大致T形形状，在所述磁转子停止期间，所述磁转子的磁极的磁心从所述齿的中心向正向旋转一侧偏移。
全文摘要
一种用于驱动单相无刷直流电动机的电动机驱动电路，单相无刷直流电动机包括具有磁极的可旋转磁转子、配备有槽和齿的定子铁芯以及固定在该槽中的电动机线圈，该齿面对该磁转子排列。该单向无刷直流电动机驱动电路还包括多个磁极位置检测器，用于输出指示磁转子的磁极位置的检测信号；旋转方向指令电路，用于发出该磁转子的旋转方向的指令；选择器电路，用于选择性地输出该磁极位置检测器的检测信号；开关电路，用于驱动该电动机线圈；控制电路，用于根据来自该选择器电路的选择性输出的检测信号，控制该开关电路，从而控制流过该电动机线圈的电流的方向和大小。
文档编号H02P6/22GK101635549SQ20091016166
公开日2010年1月27日 申请日期2009年7月24日 优先权日2008年7月25日
发明者植田英稔 申请人:松下电工株式会社