专利名称：电机、使用多个电机的驱动系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及利用永久磁体和电磁线圈的电机、使用多个电机的驱动 系统及其控制方法。
背景技术：
利用永久磁体和电磁线圈的电机是已知的，其例如已在JP2001-298982A和JP2003-111483A中公开。在电机的现有技术中，使用来自数字磁传感器的开/关信号来执行电 机控制。具体地，使用来自数字磁传感器的开/关信号来确定用于反转施 加到电磁线圈的电压的极性的时刻。具有模拟输出的磁传感器(所谓的模拟磁传感器)也是可得到的。 然而，在使用模拟磁传感器来控制电机的情况下，由于电机中各种制造 错误，传感器输出中可出现不容忽视的错误，使得在某些情况下不能满 意地执行电机控制。可影响模拟磁传感器输出的电机的制造错误示例有 磁传感器的安装位置错误；由于永久磁体的磁化错误造成的N极/S极边 界位置错误；以及磁传感器内部元件的安装位置错误。然而，到目前为 止，还没有提出令人满意的技术，能使用模拟磁传感器在考虑到这些错 误的同时实现精确的电机控制。该问题不限于使用模拟磁传感器的情况， 在使用具有多值模拟输出的数字磁传感器的情况下，也会遇到该问题。附带地，使用多个电机的驱动系统已在机器人、移动物体(例如车 辆)等中实现。然而，在过去，为了实现控制多个电机的目的，在各个电机和整个 系统控制器之间必须提供大量控制线。
发明内容
本发明的第一个目标是提供一种在考虑到与磁传感器的输出相关的 错误的同时实现精确的电机控制的技术。本发明的第二个目标是提供用于简化使用多个电机的驱动系统的结 构和控制过程的技术。根据本发明的一个方面，提供了一种电机，该电机包括具有多个 电磁线圈的线圈阵列；具有多个永久磁体的磁体阵列；多个磁传感器， 各传感器输出根据磁体阵列和线圈阵列的相对位置以模拟方式变化的输 出信号；驱动控制电路，利用多个磁传感器的输出信号中的模拟变化， 生成应用电压以应用到线圈阵列；和输出波形校正单元，配置为在电机 操作期间分别校正多个磁传感器的输出信号的波形，使得磁传感器的输 出信号呈现指定的波形形状。输出波形校正单元具有用于存储输出波形 校正值的存储器。分别将ID码分配到多个磁传感器。输出波形校正单元 从外部设备接收用于各磁传感器的输出波形校正值以及用于各磁传感器 的ID码，并且将用于各磁传感器的输出波形校正值存储在存储器中。该电机装备有输出波形校正单元，该输出波形校正单元用于执行磁 传感器的输出波形的校正，以给出指定形状的波形，从而所述驱动控制 电路利用磁传感器的输出信号中的模拟变化将优选波形的应用电压施加 到线圈阵列。结果，即使磁传感器的输出包括错误，也可实现精确的电 机控制。而且，因为多个磁传感器通过ID码彼此标识，并且从外部设备 接收输出波形校正值和ID码，所以多个磁传感器的输出信号可分别校正 为它们的期望波形。输出波形校正单元可执行各磁传感器的输出信号的增益校正和偏移 校正。增益校正和偏移校正将容易地把磁传感器的输出波形校正为期望的 波形形状。输出波形校正单元的存储器可包括非易失性存储器，该非易失性存 储器用于将增益校正值和偏移校正值存储为输出波形校正值。使用该设置， 一旦确定了增益校正值和偏移校正值，在任何时候都 可获得期望的传感器输出。 电机还可包括通信单元，该通信单元被配置为与外部设备交换磁传 感器的输出波形校正值和ID码。使用该设置，例如当制造电机时，可将校正值从外部设备发送到电 机并且存储。根据本发明的另一方面， 一种驱动系统包括多个电机，各电机均 包括驱动控制电路；和经由共享通信线耦合到所述多个电机的系统控制 器。各电机的驱动控制电路具有存储识别码以标识每个电机的识别码寄 存器。系统控制器具有个别控制模式，在个别控制模式中，通过经由共 享通信线向单个的电机发送命令和识别码来控制单个电机的操作。根据该驱动系统，在个别控制模式中，系统控制器通过经由共享通 信线向单个的电机发送命令和识别码来控制单个电机的操作，因而不需 要提供大量控制线，从而可以简化系统结构。系统控制器还可具有同时控制模式，以通过经由共享通信线发送共 享命令来同时地控制多个电机的操作，该共享命令由多个电机共享。使用该结构，可在同时控制模式中同时地操作多个电机，从而可在 相同时刻下协同地操作多个电机。当向多个电机发送共享命令时，系统控制器可以只发送共享命令， 而不必发送识别码。使用该结构，可同时地控制多个电机的操作，并且简化了共享命令 的发送。系统控制器能够在发送共享命令之前经由共享通信线向单个电机发 送命令和识别码，从而在单个电机的驱动控制电路中建立由多个以时间 顺序排列的控制步骤组成的同时控制序列。每次从系统控制器接收了共 享命令时，各电机可更新或增加同时控制序列的控制步骤，并且根据所 更新控制步骤执行操作。使用该结构，可根据为每个电机预先建立的同时控制序列同时地修 改多个电机的操作状态。可在多个电机中建立相互不同的序列作为同时控制序列。使用该结构，可建立分别适于单个电机的控制序列。
通信线可以是在相同数据线上发送地址和命令的串行通信线。电机 的识别码可一对一地与系统控制器经由通信线发送的电机的地址相关 联，由此电机的地址起到电机识别码的作用。使用该结构，可用较少量的线路将命令发送到单个电机。 系统控制器能够经由通信线从单个电机获得操作参数或设置。 使用该结构，系统控制器可能验证单个电机的操作状态和设置状态。 本发明可以针对不同形式的实践而进行简化，例如电机以及控制电机的方法和电路；校正电机传感器的方法和装置；致动器、电子装置以 及采用该致动器和该电子装置的电器；驱动系统及其控制方法；用于本 发明目的的计算机程序等。
图1A到ID是示出了实施方式1中的电机的电机单元的结构的截面图; 图2A和2B示出了实施方式1中线圈阵列和磁体阵列的位置关系； 图3示出了磁传感器波形；图4是描绘线圈应用电压和反电动势(back electromotive force)的 关系的示意图；图5A和5B示出了线圈连接方法；图6A到6D示出了实施方式1中电机操作的基本原理；图7A和7B是描绘实施方式1的电机的驱动控制电路的结构的框图；图8是描绘驱动电路的内部结构的图；图9是描绘磁传感器的内部结构的图；图10A到IOE示出了 PWM控制器的内部结构和操作；图IIA到IIF示出了传感器输出波形和驱动信号波形之间的对应关系;图12是描绘PWM单元的内部结构的框图；图13是描绘在电机正向旋转期间PWM单元的操作的时序图；图14是描绘在电机反向旋转期间PWM单元的操作的时序图；图15A和15B示出了励磁间隔设置单元的内部结构和操作；图16A到16C示出了传感器输出的偏移校正的细节；
图17A到17C示出了传感器输出的增益校正的细节；图18是描绘传感器输出的校准过程的流程图；图19是详细描绘偏移校正过程的流程图；图20是详细描绘增益校正过程的流程图；图21是描绘用于校准的驱动控制电路的变型例的框图；图22是描绘实施方式1的变型例中磁传感器和驱动信号生成电路的框图；图23是描绘驱动信号生成电路的另一变型例的框图；图24是描绘用于执行偏移校正的另一过程的流程图；图25是描绘用于执行增益校正的另一过程的流程图；图26是描绘用于执行增益校正的又一过程的流程图；图27是描绘实施方式2中驱动系统结构的框图；图28是描绘各单个电机中提供的驱动控制电路的结构的框图；图29是示出了用于电机的个别控制的过程的流程图；图30是示出了当接收命令时单个电机中的控制过程的流程图；图31是示出了个别控制模式中通信序列的时序图；图32是示出了多个电机的同时控制的过程的流程图；图33是详细示出步骤S100的过程的流程图；图34A和34B示出了示例性同时控制序列；图35是示出了同时控制模式中的通信序列的时序图；图36是示出了当接收同时控制命令时电机中的控制过程的流程图；图37是描绘驱动控制电路的另一结构的框图；图38是描绘驱动系统的另一结构的框图；和图39是描绘图38中驱动系统的电机驱动控制电路结构的框图。
具体实施方式
将以下面所示的顺序来论述本发明的实施方式。 1.实施方式l l-A.电机的结构
l-B.驱动控制电路的结构l-C.传感器输出的校正l-D.驱动控制电路的变型例l-E.用于实现传感器输出校正的其它过程2. 实施方式23. 其它变型例 1.实施方式l l-A.电机的结构图1A是示出了本发明的一种实施方式的电机的电机单元的结构的 截面图。该电机单元100具有定子单元10和转子单元30，通常都为圆盘 形状。转子单元30具有由许多磁体组成的磁体阵列34M，并且附于旋转 轴112。磁体阵列34M的磁化方向是垂直方向。定子单元10具有位于 转子单元30之上的相位A线圈阵列14A;以及位于转子单元30之下的 相位B线圈阵列24B。图1B到图1D以分立的形式分别描绘了定子单元10的第一线圈阵 列14A、转子单元30，以及定子单元10的第二线圈阵列24B。在该示例 中，相位A线圈阵列14A和相位B线圈阵列24B都具有六个线圈；同样， 磁体阵列34M具有六个磁体。然而可将线圈和磁体的数量设置为任意值。图2A描绘了线圈阵列14A、 24B和磁体阵列34M的位置关系。相 位A线圈阵列14A附于支持部件12A，而相位B线圈阵列24B附于支持 部件22B。相位A线圈阵列14A包括以相反方向励磁并且以恒定节距 (pitch) Pc交替布置的两类线圈14A1、 14A2。在图2A中示出的状态下， 励磁三个线圈14A1，使得它们的磁化方向(从N极到S极的方向)向下； 励磁其它三个线圈14A2，使得它们的磁化方向向上。同样，相位B线圈 阵列24B由以相反方向励磁并且以恒定节距Pc交替布置的两类线圈 24B1、 24B2组成。在本文中，"线圈节距(coil pitch) Pc"被定义为相位 A线圈阵列的线圈节距，或者相位B线圈阵列的线圈节距。转子单元30的磁体阵列34M附于支持部件32M。该磁体阵列34M 的永久磁体的磁化方向分别垂直于磁体阵列34M的放置方向；磁体阵列 34M的放置方向是图2A中的左右方向。磁体阵列34M的磁体以恒定磁 极节距Pm来布置。在该示例中，磁极节距Pm等于线圈节距Pc,并且 在电角度方面等于;r。 2;r的电角度与提供给线圈阵列的驱动信号的相位 改变2;r时的机械角度或距离相关联。在本实施方式中，当相位A线圈阵 列14A和相位B线圈阵列24B的驱动信号的相位改变2;r时，磁体阵列 34M进行两倍于线圈节距Pc的位移。相位A线圈阵列14A和相位B线圈阵列24B位于电角度彼此相差 兀/2的位置。相位A线圈阵列14A和相位B线圈阵列24B仅在位置上不 同，而在其它方面具有基本上相同的结构。因此，下面将仅论述相位A 线圈阵列14A的实施例，除非在论述线圈阵列期间存在特殊的需要。图2B描绘了提供给相位A线圈阵列14A和相位B线圈阵列24B的 AC驱动信号的示例波形。分别向相位A线圈阵列14A和相位B线圈阵 列24B提供两相AC信号。相位A线圈阵列14A和相位B线圈阵列24B 的驱动信号彼此相移;r/2。图2A的状态对应于零相位或2;r状态。如图2A中所示，电机单元100还具有用于相位A线圈阵列14A的 模拟磁传感器16A和用于相位B线圈阵列24B的模拟磁传感器16B。以 下将它们称为"相位A传感器"和"相位B传感器"。相位A传感器16A 位于相位A线圈阵列14A的两个线圈之间中心的位置;相位B传感器26B 位于相位B线圈阵列24B的两个线圈之间中心的位置。在本实施方式中， 利用这些传感器16A、 26B的模拟输出来生成图2B中描绘的AC驱动信 号。例如，利用霍尔效应的霍尔IC可以用作传感器16A、 26B。图3是描绘磁传感器波形的图。在该示例中，相位A传感器输出SSA 和相位B传感器输出SSB都是正弦波。这些传感器输出的波形形状基本 上等同于相位A线圈阵列14A和相位B线圈阵列24B的反电动势的波形 形状。反电动势波形取决于线圈的形状以及磁体和线圈的位置关系，但 是通常是正弦波或者非常接近于正弦波的形状。"反电动势"还可称为"感 生电压"。通常，电机起着在机械能和电能之间进行转换的能量转换设备的作 用。线圈的反电动势代表转换为电能的电机的机械能。因此，在将施加 到线圈的电能转换为机械能的情况下(即在电机被驱动的情况下)，可借 助于应用具有与反电动势的波形相同的波形的电压，用最大效率来驱动 电机。如下面将论述的，"具有与反电动势的波形相同的波形的电压"意 味着在与反电动势相反的方向中生成电流的电压。图4是描绘线圈应用电压和反电动势的关系的示意图。这里，以反电动势Ec和电阻来模拟线圈。在该电路中，伏特计V与应用电压E1和 线圈并联。当电压E1施加到电机以驱动电机时，在与应用电压E1相反 的电流方向上生成反电动势Ec。当旋转电机的同时打开开关SW时，可 用伏特计V测量反电动势Ec。打开开关SW时测得的反电动势Ex的极 性将与闭合开关SW时测得的应用电压E1的极性相同。上文中短语"应 用具有与反电动势的波形相同的波形的电压"指应用具有与伏特计V所 测量的反电动势Ec相同的极性和波形的电压。如上所述，当驱动电机时，可借助于应用具有与反电动势的波形相 同的波形的电压，而以最大效率来驱动电机。可以理解，在接近于正弦 曲线反电动势波形的中间点处(在接近于0电压处)，能量转换效率相对 低，并且相反地，在接近于反电动势波形的峰值处，能量转换效率相对 高。在通过施加具有与反电动势的波形相同的波形的电压来驱动电机的 情况下，在能量转换效率相对高的时段期间施加相对高的电压，因而改 进电机的效率。另一方面，如果用简单的矩形波形来驱动电机，在接近 反电动势基本上为O的位置处(在它波形的中间点处)施加可观的电压， 从而电机的效率将较低。而且，当在这种低能量转换效率的时段期间施 加电压时，将出现振动和噪声的问题。根据前面的论述可以理解，通过施加具有与反电动势的波形相同的 波形的电压来驱动电机的优点在于能提高电机的效率，并且将减少振动 和噪声。图5A和5B是描绘相位A线圈阵列Al的两类线圈14A1、 12A2的 连接方法的图。使用图5A的连接方法，相位A线圈阵列A1中包括的所 有线圈串联到驱动控制电路300。另一方面，使用图5B的连接方法，多 个串行连接的成对线圈14A1、 12A2被并行连接。无论使用哪种方法， 将总是用相反的极性磁化两类线圈14A1、 12A2。图6A到6D描绘了本实施方式的电机的操作。在该示例中，描绘了 磁体阵列34M相对于线圈阵列14A、 24B随时间的向右位移。附图中的 左右方向可理解为对应于图1A中示出的转子单元30的旋转方向。图6A描绘了当相位正好在2;r之前时刻的状态。在线圈和磁体之间 绘制的实线箭头表示吸引方向，并且虚线箭头表示排斥方向。在该状态 下，相位A线圈阵列14A不会在操作方向上(附图中的左右方向)对磁 体34M施加驱动力，并且磁力在将磁体阵列34M向相位A线圈阵列14A 拉动的方向上起作用。因此，在与2;r相位一致的时刻，施加给相位A线 圈阵列14A的电压优选地为零。另一方面，相位B线圈阵列24B不会在 操作方向上对磁体34M施加驱动力。而且，因为相位B线圈阵列24B不 仅向磁体阵列34M施加吸引力而且施加排斥力，因而，由相位B线圈阵 列24B在垂直方向上(垂直于磁体阵列34M的操作方向的方向)向磁体 阵列34M施加的合力(net force)为零。因此，在与2;r相位一致的时刻， 优选的是，应用到相位B线圈阵列24B的电压将达到峰值。如图6B中所示，相位A线圈阵列14A在与2;r相位一致的时刻反转 极性。图6B描绘了相位为;r/4的状态；此时相位A线圈阵列14A的极 性与图6A中极性相反。在该状态下，相位A线圈阵列14A和相位B线 圈阵列24B在操作方向上将相同的驱动力施加给磁体阵列34M。图6C 描绘了相位正好在;r/2之前的状态。在该状态下(该状态与图6A状态相 反)，仅相位A线圈阵列14A在操作方向上将驱动力施加给磁体阵列 34M。在与;r/2相位一致的时刻，反转相位B线圈阵列24B的极性，产 生图6D中描绘的极性。图6D描绘了相位为3 的状态。在该状态下， 相位A线圈阵列14A和相位B线圈阵列24B在操作方向上将相同的驱动 力施加给磁体阵列34M。根据图6A到6D，可以理解，在相位A线圈阵列14A的线圈与磁体 阵列34M的磁体相对的时刻，相位A线圈阵列14A的极性切换。相位B 线圈阵列以相同方式动作。结果，将从所有线圈基本上不变地生成驱动 力，从而可以生成高电平的转矩。
在相位在"和2;r之间的时段内的操作基本上与图6A到6D中示出 的相同，并且不需要详细描述。然而，应当注意，相位A线圈阵列14A 的极性在与;r相位一致的时刻再次反转，并且相位B线圈阵列24B的极 性在与3W2相位一致的时刻再次反转。根据前面的论述可以理解，本实施方式的电机通过利用磁体阵列 34M和线圈阵列14A、 24B之间的吸引力和排斥力，在操作方向上提供 了磁体阵列34M的驱动力。具体地，在本实施方式中，因为线圈阵列14A、 24B位于磁体阵列34M的相反侧，到磁体阵列34M两侧的磁通量将用于 生成驱动力。因此，相比于如在传统电机中仅利用磁体一侧生成驱动力 的情况，磁通量的利用率更高，从而提供了具有良好效率和高转矩的电 机。然而，省略两个线圈阵列14A、 24B中的一个也是可能的。优选地，在实践中，支持部件12A、 22B、 32M将分别用非磁性材 料形成。此外，优选地，在实践中，在本实施方式的电机单元的各种元 件中，电布线(包括线圈和传感器)、磁体、以及旋转轴及其轴承以外的 所有元件将用非磁性和电绝缘的材料制成。通过省去磁体制造的磁心， 可能实现平稳和一致的操作，不会出现齿槽效应(cogging)。通过省去作 为磁电路一部分的轭，励磁损失(涡流损失)将保持在非常低的水平， 并且获得具有良好效率的电机。l-B.驱动控制电路的结构图7A和图7B示出了实施方式1的电机的驱动控制电路的结构。图 7A描绘了在传感器波形校准期间的结构，图7B描绘了在实际使用期间 的结构。"传感器波形校准"与"传感器输出波形校正"同义地使用。如图7A中所示，在校准期间，用于校准目的的驱动控制电路200 连接到电机单元100的连接器卯。该驱动控制电路200具有电源电路210、 CPU 220、 I/O接口 230、 PWM控制器240、驱动器电路250、和通信单 元260 。电源电路210向驱动控制电路200中的电路和电机单元100供电。 CPU 220通过在驱动控制电路200中的各种电路中进行设置来控制驱动 控制电路200的操作。I/O接口 230具有接收从电机单元100提供的传感 器输出SSA、 SSB并且将它们提供到CPU 220的功能。CPU 220决定所 接收的传感器输出SSA、 SSB是否具有期望的波形形状，并且确定将给 出所述期望波形形状的偏移校正值Poffset和增益校正值Pgain。于进行该 确定的方法将随后详细论述。以下，偏移校正值将简称为"偏移"，并且 增益校正值将简称为校正值将简称为"增益"。PWM控制器240生成用于驱动线圈的PWM信号。驱动器电路250 是用于驱动线圈的桥接电路。PWM控制器240和驱动器电路250的电路 设计和操作将随后论述。通信单元260具有将通过校准而确定的偏移校 正值Poffset和增益校正值Pgain呈现给传感器16A、 26B并且存储在存 储器中的功能。通信单元260还具有将传感器16A、 26B中存储的校正 值Poffset、 Pgain发送到外部设备的功能。为了区别用于相位A传感器 16A的校正值和用于相位B传感器26B的校正值，通信单元260连同校 正值发送和接收用于每个传感器的ID码(识别信号)。在以该方式使用 ID码发送校正值的情况下，可经由单个通信总线发送用于多个传感器的 校正值，同时相互区分它们。如图7B中所示，在电机的实际使用期间，不同于校准期间使用的驱 动控制电路的驱动控制电路300被连接到电机单元100的连接器90。该 驱动控制电路300对应于用于校准的驱动控制电路200，只是省略了通信 单元260。在图7A和7B中示出的结构中可省略CPU 220。如果省略了 CPU 220，将通过其它电路(例如逻辑电路和/或非易失性存储器)来执 行本实施方式中描述的CPU 220的功能。另选的是，可用通信电路或接 口电路来代替CPU 220，该通信电路或接口电路从外部设备接收各种指 令并且将这些指令转送到设备控制电路200或300内的电路元件。图8是描绘驱动器电路250的内部结构的图。相位A驱动器电路252 是H桥接电路，其响应于AC驱动信号DRVA1、 DRVA2来驱动相位A 线圈阵列14A。在描绘驱动信号的框的末端部的白色圆圈表示负逻辑， 信号被反相。标注为IA1、 IA2的箭头分别表示驱动信号DRVA1、 DRVA2 的电流的方向。相位B驱动器电路254的结构与相位A驱动器电路252 的相同；示出了驱动信号DRVB1、 DRVB2的电流IB1、 IB2。图9是描绘实施方式1中使用的磁传感器16A的内部结构的图。因 200780008766.2说明书第12/31页为相位A传感器16A和相位B传感器26B具有相同的结构，下面将仅论 述相位A传感器16A。磁传感器16A具有磁传感器元件410、偏移校正电路420、增益校正 电路430、偏移存储器440、增益存储器450、放大器460、 ID码寄存器 470、和通信单元480。磁传感器元件410例如是霍尔元件。在校准期间(图7A)，通信单元480与驱动控制电路200通信并且 连同传感器ID—起接收用于传感器输出的偏移校正值Poffset和增益校正 值Pgain。对传感器唯一的ID可记录在传感器内部的ID码寄存器470中， 或者可使用外部开关设置ID。在图9的示例中，可使用外部开关472 (例 如DIP开关)设置ID。然而，可由DIP开关之外的各种其它装置中的任 何一个来将ID码记录在电机中。例如，去除外部开关472并且代替地用 非易失性存储器构造ID码寄存器470将是可能的。在驱动控制电路200 提供的ID匹配ID码寄存器470中的ID的情况下，通信单元480将分别 在存储器440、 450中存储偏移校正值Poffset和增益校正值Pgain。偏移 校正电路420和增益校正电路430将根据这些校正值Poffset、 Pgain来校 正磁传感器元件410的波形。校正的传感器输出由放大器460放大，并 且输出为传感器输出SSA。根据前面的论述可以理解，图9的电路元件420、 430、 440、 450的 作用相当于输出波形校正单元，用于校正传感器16A的输出波形。优选 地，在实践中，存储器440、 450将由非易失性存储器组成。图IOA到图10E示出了PWM控制器240 (图7A)的内部结构和操 作。PWM控制器240具有基本时钟生成电路510、 1/N分频器520、 PWM 单元530、移动方向寄存器540、乘法器550、 552、编码器560、 562、 AD转换器570、 572、电压控制值寄存器580和励磁间隔设置单元590。基本时钟生成电路510是生成指定频率的时钟信号PCL的电路，并 且例如由PLL电路组成。分频器520生成频率为时钟信号PCL的频率的 1/N的时钟信号SDC。 N的值设置为指定常量。该N值已由CPU 220 (图 7A)在分频器520中事先确定。PWM单元530响应于时钟信号PCL、 SDC，乘法器550、 552提供的乘法值，移动方向值寄存器540提供的移 动方向值RI、编码器560、 562提供的正/负号信号Pa、 Pb，和励磁间隔 设置单元5卯提供的励磁间隔信号Ea、Eb，来生成AC驱动信号DRVA1、 DRVA2、 DRVB1、 DRVB2 (图8)。该操作将随后论述。由CPU 220在移动方向值寄存器540中确定表示电机的旋转方向的 值RI。在本实施方式中，当移动方向值RI是L电平时，电机正向旋转， 而当它是H电平时，电机反向旋转。以如下所述的方式确定提供给PWM单元530的其它信号Ma、 Mb、 Pa、 Pb、 Ea、 Eb。乘法器550、编码器560、和AD转换器570是相位A 中使用的电路；乘法器552、编码器562、和AD转换器572是相位B中 使用的电路。因为这些电路组具有相同的操作，以下的论述将主要集中 于相位A电路的操作。磁传感器输出SSA被提供给AD转换器570。该传感器输出SSA具 有一定范围，例如从GND (接地电势)到VDD (电源电压)，中间点 (=VDD/2)是输出波形的中间点(正弦波在该点通过原点)。AD转换器 570对该传感器输出SSA执行AD转换以生成传感器输出的数字值。DA 转换器570的输出具有一定范围，例如从FFh到Oh ("h"后缀表示十六 进制)，80h的中值对应于输出波形的中间点。编码器560对AD转换之后的传感器输出值的范围进行转换，并且 将输出波形的中间点的值设置为O。结果，由编码器560生成的传感器输 出值Xa具有正侧的指定范围(例如+127到0)和负侧的指定范围(例如 0到-127)。然而，由编码器560提供给乘法器560的值是传感器输出值 Xa的绝对值；其正/负号作为正/负号信号Pa提供给PWM单元530。电压控制值寄存器580存储CPU 220确定的电压控制值Ya。该电压 控制值Ya，连同随后论述的励磁间隔信号Ea，起着设置电机的应用电压 的值的作用；例如Ya可取0到1.0的值。假设以所有时间间隔都是励磁 间隔、没有提供非励磁间隔的方式设置了励磁间隔信号Ea，则Ya^O意 味着应用电压为零，并且Ya-l.O意味着应用电压是最大值。乘法器550 执行电压控制值Ya和从编码器560输出的传感器输出值Xa的乘法，并 且转换为整数；其乘法值Ma提供给PWM单元530。 图10B到图10E描绘了在乘法值Ma为各种不同值的情况下PWM 单元530的操作。这里，假设所有时间间隔都是励磁间隔，没有非励磁 间隔。PWM单元530是在时钟信号SDC的每个周期内生成占空因数为 Ma/N的一个脉冲的电路。具体地，如图10B到图10E中所示，与乘法值 Ma的增加相关联，驱动信号DRVA1、 DRVA2的脉冲占空因数也增加。 第一驱动信号DRVA1是仅当传感器输出SSA为正时生成脉冲的信号， 而第二驱动信号DRVA2是仅当传感器输出SSA为负时生成脉冲的信号； 在图10B到10E中，这些被一起示出。为了方便，第二驱动信号DRVA2 示出为负脉冲。图IIA到图IID描绘了传感器输出波形和PWM单元530所生成的 驱动信号的波形之间的对应关系。在图中，"Hiz"表示高阻抗。如图10A 到图10E所示，由PWM控制器不加改变地使用相位A传感器输出的模 拟波形生成相位A驱动信号DRVA1、 DRVA2。这对于相位B驱动信号 DRVB1、 DRVB2也是成立的。因此，可向相位A线圈和相位B线圈提 供有效电压，该有效电压表现了与传感器输出SSA、 SSB中的变化相对 应的电平变化。PWM单元530还被设计为在由励磁间隔设置单元590提供的励磁间 隔信号Ea、 Eb所表示的励磁间隔期间输出驱动信号，并且使得在励磁间 隔之外的时间间隔(非励磁间隔)期间不输出驱动信号。图11E和11F 描绘了在已由励磁间隔信号Ea、Eb确定了励磁间隔EP和非励磁间隔NEP 的情况下所产生的驱动信号波形。在励磁间隔EP中，图11C和11D的 驱动信号脉冲不予改变地生成；在非励磁间隔NEP中，不生成脉冲。通 过以这样的方式确定励磁间隔EP和非励磁间隔NEP，在接近反电动势波 形的中间点处(即，在接近传感器输出的中间点处)不会有施加到线圈 的电压，因而使得电机效率可能进一步提高。优选地，在实践中，将在 关于反电动势波形(感生电压波形)的峰值对称的时间间隔中确定励磁 间隔EP，并且将在关于反电动势波形的中间点对称的时间间隔中确定非 励磁间隔NEP。如前所述，如果电压控制值Ya被设置为小于1，乘法值Ma将小于
电压控制值Ya。因此，通过电压控制值Ya对应用电压进行有效调节也是 可能的。根据前面的论述可以理解，使用本实施方式的电机，可能使用电压 控制值Ya和励磁间隔信号Ea两者来调节应用电压。这对于相位B也是 成立的。优选地，在实践中，优选的应用电压与电压控制值Ya、励磁间 隔信号Ea之间的关系将预先以表格的形式存储在驱动控制电路300的存 储器中。通过这么做，在驱动控制电路300从外部接收了优选应用电压 时，CPU 220可能响应于驱动信号来设置PWM控制器240中的电压控制 值Ya和励磁间隔信号Ea。调节应用电压将不再需要同时使用电压控制值 Ya和励磁间隔信号Ea，任意使用两者之一即可。图12是描绘PWM单元530 (图10A)的内部结构的框图。PWM单 元530具有计数器531、 532， EXOR电路533、 534，和驱动波形成形单 元535、 536。计数器531、 EXOR电路533、和驱动波形成形单元535是 用于相位A的电路；计数器532、 EXOR电路534、和驱动波形成形单元 536是用于相位B的电路。下面将描述它们的操作。图13是描绘在电机正向旋转期间PWM单元530的操作的时序图。 图13示出了两个时钟信号PCL和SDC、移动方向值RI、励磁间隔信号 Ea、乘法值Ma、正/负号信号Pa、计数器531中的计数器值CM1 、计数 器531的输出SI、 EXOR电路533的输出S2、和驱动波形成形单元535 的输出信号DRVA1、 DRVA2。对时钟信号SDC的每个周期，计数器531 与时钟信号PCL同步地重复将计数值CM1递减到0的操作。计数值CM1 的初始值设置为乘法值Ma。为了图示的方便，在图13中也示出了负乘 法值Ma;但是计数器531使用其绝对值lM^。当计数值CM1不为0时，计数器531的输出S1被设置为H电平，而当计数值CM1为0时，降为 L电平。EXOR电路533输出表示正/负号信号Pa和移动方向值RI的异或的 信号S2。当电机正转时，移动方向值RI是L电平。因此，EXOR电路 533的输出S2将为与正/负号信号Pa相同的信号。驱动波形成形单元535 依据计数器531的输出Sl和EXOR电路533的输出S2生成驱动信号DRVA1、 DRVA2。特定地，在计数器531的输出Sl中，在EXOR电路 533的输出S2为L电平的时间间隔期间的信号被输出为驱动信号 DRVA1，并且在EXOR电路533的输出S2为H电平的时间间隔期间的 信号被输出为驱动信号DRVA2。励磁间隔信号Ea下降到L电平，接近 图13中的右端，因而建立了非励磁间隔NEP。因此在该非励磁间隔NEP 期间，驱动信号DRVA1、DRVA2两者都不输出，并且维持了高阻抗状态。图14是描绘在电机的反向旋转期间PWM单元530的操作的时序图。 当电机反转运行时，移动方向值RI是H电平。结果，两个驱动信号 DRVA1、 DRVA2的位置与图13中的位置相切换，并且将会观察到电机 反向运行的结果。PWM单元530的相位B电路532、 534、 536的操作与 上面论述的相同。图15A和15B示出了励磁间隔设置单元590的内部结构和操作。励 磁间隔设置单元590具有电子可变电阻器592、电压比较器594、 596和 OR电路598。由CPU 220设置电子可变电阻器592的电阻Rv。电子可 变电阻器592的两个接线端处的电压VI、 V2提供给电压比较器594、 596 的每一个的一个输入接线端。传感器输出SSA提供给电压比较器594、 596的另一个输入接线端。在图15A中，为了方便，已经从图示中去除 了相位B电路。电压比较器594、 596的输出信号Sp、 Sn被输入到OR 电路59S。 OR电路598的输出为励磁间隔信号Ea，用于区别励磁间隔与 非励磁间隔。图15B描绘了励磁间隔设置单元590的操作。通过调节电阻Rv改 变电子可变电阻器592的接线端处的电压V1、 V2。特定地，将接线端电 压V1、 V2设置为与电压范围的中值(-VDD/2)等差的值。如果传感器 输出SSA高于第一电压V1，那么第一电压比较器594的输出Sp转到H 电平，而如果传感器输出SSA低于第二电压V2，那么第二电压比较器 596的输出Sn转到H电平。励磁间隔信号Ea假定为这些输出信号Sp、 Sn的逻辑和。因此，如图15B中底部所示，励磁间隔信号Ea可以用作 指示励磁间隔EP和非励磁间隔NEP的信号。通过借助CPU 220调节可 变电阻Rv来建立励磁间隔EP和非励磁间隔NEP。l-C.传感器输出的校正图16A到16C示出了传感器输出的偏移校正的细节。图16A示出了 传感器输出的期望波形SSideal。图16B描绘了从期望波形SSideal上移 的传感器输出SSup和下移的传感器输出SSdown的示例。在这种情况中， 通过将垂直偏移Poffsetl应用到移动的传感器输出(例如SSup)，它可被 校正为近似期望波形SSideal的波形。以这样的方式来实现该校正例如， 输出波形的中间点(输出电平呈现其中值的位置)从传感器输出电压范 围(GND到VDD)的中值VDD/2落入指定的可允许范围内。图16C描绘了从期望波形SSideal右移的传感器输出SSright和左移 的传感器输出SSleft的示例。在这种情况下，通过将侧向偏移Poffset2 应用到移动的传感器输出(例如SSright)，它可被校正为近似于期望波形 SSideal的波形。以这样的方式来实现该校正输出波形的中间点(输出 电平呈现其中值的位置)的相位从传感器输出电压范围(GND到VDD) 的中值VDD/2的相位落入所指定的可允许范围内。通过在指定的基准位 置(适当地应该是输出波形的中间点的位置)处停止电机的转子，并且 检查传感器输出是否等于传感器输出电压范围的中值VDD/2，可确定是 否将传感器输出向侧向偏移。通过该方式，可校正垂直偏移Poffsetl和侧向偏移Poffset2两者。但 是，在许多情况下，为实用目的校正这两类偏移中的仅仅一种就足够了。 因此，在下面描述的过程中，假定在两类偏移中，仅仅垂直偏移Poffsetl 需要被校正。图17A到17C示出了传感器输出的增益校正的细节。图17A描绘了 传感器输出的期望输出波形SSideal;它与图16A中的相同。图17B描绘 了具有比期望输出波形SSideal小的峰值的传感器输出波形SSmall。在这 种情况下，通过将传感器输出波形SSmali乘以大于1的增益Pgain，它 可被校正为近似于期望波形SSideal的波形。更具体地，以这样的一种方 式来实现该增益校正校正后传感器输出的峰值落入指定的可允许范围 内。图17C描绘了具有比期望输出波形SSideal的峰值大的传感器输出波 形SSlarge。利用这种传感器输出波形SSlarge，因为将会超过电压范围的
最大值VDD (即电源电压)的点在VDD处停下来，所以观测到峰值具有如由点划线所表示的变平的波形。在这种情况下，通过将传感器输出波形SSlarge乘以小于1的增益Pgain，可以将其校正为近似于期望波形 SSideal的波形。图18是描绘传感器输出的校准过程的流程图。在步骤S100中，在 电机单元100 (图7A)中安装了用于校准目的的驱动控制电路200。在 步骤S200中，执行如图16B中所述的偏移校正，并且在步骤S300中执 行如图17B和17C中所述的增益校正。在步骤S400中，采用用于实际 使用的电路300 (图7B)来替换驱动控制电路。图19是详细描绘偏移校正过程的流程图。尽管下面的描述适合于相 位A传感器的偏移校正，但将会以相同的方式为相位B传感器执行校正。 当为一个磁传感器执行偏移校正时，由CPU 220来初始指定作为校正目 标的磁传感器的ID，并且为所指定的磁传感器发起校正过程。在步骤S210中，在磁传感器16A处于磁体N/S极边界的位置的地 方旋转和停止转子单元30 (图1A)。例如，在电机单元盖打开的情况下 可人工实现该操作。在步骤S220中，将偏移Poffset的初始值从驱动控制 电路200发送到磁传感器16A并存储在磁传感器16A中的偏移存储器440 (图9)中。Poffset的初始值可为任意值。但是优选地，在实践中，初始 值将被设置为正的非零值，以便允许借助偏移校正增加或减少偏移 Poffset。在步骤S230中，测量由磁传感器16A输出的输出信号SSA的电压 Ebc。在步骤S240中，判定所测出的电压Ebc是否等于或大于可允许范 围的最小值Elmin (见图16B)。如果电压Ebc小于可允许范围的最小值 Elmin，那么既然电压Ebc落入可允许范围外，所以例程移动到步骤S250、 偏移值Poffset加一，并且接着在步骤S280中，将偏移值Poffset写入到 磁传感器16A。另一方面，如果在步骤S240中电压Ebc等于或大于可允 许范围的最小值Elmin，那么接着在步骤S260中判定电压Ebc是否等于 或小于可允许范围的最大值Elmax。如果电压Ebc大于可允许范围的最 大值Elmax，那么既然电压Ebc落入可允许范围外，所以例程移动到步 骤S270、偏移值Poffset减一，并且接着在步骤S280中，将偏移值Poffset 写入到磁传感器16A。另一方面，如果在步骤S260中，电压Ebc等于或 小于可允许范围的最大值Elmax，那么电压Ebc落入可允许范围内，并 且因此图19的过程终止。图20是详细描绘步骤S300中的增益校正过程的流程图。关于增益 校正，也将仅讨论相位A传感器的校正。当为一个磁传感器执行增益校 正时，由CPU220来初始指定作为校正目标的磁传感器的ID，并且为所 指定的磁传感器发起校正过程。在步骤S310中，在磁传感器16A处于与磁体S极或N极直接相对 的位置旋转和停止转子单元30 (图1A)。这个位置是磁传感器16A具有 最大磁通量密度的位置。例如，可在电机单元盖打开的情况下人工实现 此操作。在步骤S320中，将增益Pgain的初始值从驱动控制电路200发 送到磁传感器16A并存储在磁传感器16A中的增益存储器450 (图9) 中。尽管任何值都可用作为增益Pgain的初始值，但是在优选实践中它将 被设置为正的非零值。在步骤S330中，测量磁传感器16A的输出信号SSA的电压Ebm。 在步骤S340中，判定所测出的电压Ebm是否等于或大于可允许范围的 最小值E2min (见图17B)。如果电压Ebm小于可允许范围的最小值 E2min，那么电压Ebm落入可允许范围外，所以例程移动到步骤S350、 增益值Pgain加一，并且接着在步骤S380中，将增益值Pgain写入到磁 传感器16A。另一方面，如果在步骤S340中电压Ebm等于或大于可允 许范围的最小值E2min，那么接着在步骤S360中判定电压Ebm是否等于 或小于可允许范围的最大值E2max。如果电压Ebm大于可允许范围的最 大值E2max，那么电压Ebm落入可允许范围外，所以例程移动到步骤 S370、增益值Pgain减一，并且接着在步骤S380中，将增益值Pgain写 入到磁传感器16A。另一方面，如果在步骤S360中，电压Ebm等于或 小于可允许范围的最大值E2max，那么电压Ebm落入可允许范围内，并 且因此图20的过程终止。优选地，在实践中，在增益校正期间可允许范围的最大值E2max将 会是稍微小于传感器输出的最大可能值(即电源电压VDD)的值。因为传感器输出电压不可能超过电源电压VDD，所以如果将可允许范围的最 大值E2max设置为电源电压VDD，那么存在不能确定校正之前的传感器 输出SSA的峰值是否如由图17C中的点划线所描绘的变平的可能性。这样，利用本发明的电机，为各个磁传感器16A、 26B分别实现输 出波形的偏移校正和增益校正是可能的。而且，驱动控制电路300利用 传感器模拟输出中的连续变化生成驱动信号。因此，通过将磁传感器16A、 26B的输出校正为指定的波形形状，可实现承受最小噪声和振动的高效 率电机。l-D.驱动控制电路的变型例图21是描绘用于校准的驱动控制电路的变型例的框图。该驱动控制 电路200a类似于图7A中描绘的驱动控制电路200，但是省略了电源电 路210、 PWM控制器240、和驱动器电路250。到电机单元100a的电力 经由连接器90直接提供到电机单元100a。 PWM控制器240和驱动器电 路250在电机单元100a的内部提供。使用该布置，也可校正传感器波形 并且以高效率操作电机，与图7A和7B中描绘的电机方式相同。图22是描绘实施方式1的另一变型例中磁传感器和驱动信号生成电 路的框图。在该变型例中，磁传感器16A、 26B仅包含磁传感器元件； 图9中描绘的磁传感器内的其它电路元件420到480不包括在这些磁传 感器中。驱动信号生成电路600具有放大器610、 620， AD转换器612、 622，偏移校正电路614、 624，增益校正电路616、 626， PWM控制器 240，校正值存储器660，和通信单元670。偏移校正电路614、 624与图 9中示出的偏移校正电路420相同，并且增益校正电路616、 626与图9 中示出的增益校正电路430相同。校正值存储器660存储涉及相位A传 感器16A和相位B传感器26B两者的偏移校正值和增益校正值，这些值 与各自的ID码相关联。PWM控制器240与图IOA中示出的相同。通信 单元670经由I/O接口 230耦合到CPU220。在校准期间，传感器16A、 26B的输出由放大器610、 620放大，由AD转换器232转换为数字信号， 并且经由I/O接口 230提供给CPU 220。
使用图22的电路设计，例如可能在电机单元中安装驱动信号生成电路600和驱动器电路250，并且包括CPU 220、 I/O接口 230、和AD转 换器232的电路可与电机单元的连接器90 (图7A)连接。使用该电路设 计，如同使用之前论述的实施方式一样，可校正传感器波形并且高效率 地操作电机。图23是描绘驱动信号生成电路的变型例的框图。在该驱动信号生成 电路600a中，用前置放大器630和放大器640代替图22中示出的驱动 信号生成电路600的PWM控制器240。而其他结构与图22中示出的相 同。前置放大器630和放大器640通过不予改变地放大校正后模拟传感 器输出来生成驱动信号。通过该方式，即使在使用模拟电路来放大传感 器输出并且不进行PWM控制的情况下，通过执行上述传感器波形的校 正，仍可高效率地操作电机。l-E.用于实现传感器输出校正的其它过程图24是描绘用于执行偏移校正的另一过程的流程图。在步骤S1200 中，CPU 220旋转转子30。在图24的过程中，在转子30连续旋转的情 况下，CPU 220执行从步骤S1210开始的偏移校正。在步骤S1210中， 偏移Poffset的初始值从驱动控制电路200发送到磁传感器16A,并且存 储在磁传感器16A的偏移存储器440 (图9)中。该过程与图19的步骤 S220相同。在步骤S1220,获得传感器输出的最大电压Ebcmax和最小电压 Ebcmin。这些电压Ebcmax、 Ebcmin例如对应于图16B中示出的传感器 输出SSup (或SSdown)的上峰值和下峰值。在步骤S1230中，计算最 大电压Ebcmax和最小电压Ebcmin的平均值Ebctyp。该平均值Ebctyp 是对应于传感器输出波形的中间点的电压值。步骤S1240到S1280基本上等同于图19的步骤S240到S280，但是 用上述的平均值Ebctyp代替了图19的电压值Ebc。特定地，在步骤S1240 到步骤S1280中，调节偏移值Poffset，使得平均值Ebctyp位于图16B中 所示的可允许范围内。根据该示例可以理解，还可能利用传感器电压的峰值电压来执行偏移
校正。在图24的过程中，不需要如在图19的过程中那样在对应于传感器 输出波形的兴趣点的位置处定位转子，并且其优点在于校正操作更容易。图25是描绘用于执行增益校正的另一过程的流程图。在步骤S1300， CPU 220旋转转子30。在图25的过程中，在转子30连续旋转的情况下， CPU 220执行从步骤S1310开始的偏移校正。在步骤S1310中，增益Pgain 的初始值从驱动控制电路200发送到磁传感器16A，并且存储在磁传感 器16A的增益存储器450 (图9)中。该过程与图20的步骤S320相同。在步骤S1320中，获得传感器输出的最大电压Ebmmax指定的次数。 该最大电压Ebmmax例如对应于图17B中示出的传感器输出SSsmall(或 图17C的SSlarge)的上峰值。另选地，代替上峰值，可获得下峰值指定 的次数。上峰值出现在转子的一次旋转的过程中的次数等于电机的极数 量P的一半。使用图1A至IJ1D中描绘的6极电机，上峰值将在一次旋转 的过程中出现三次。在步骤S1320中，优选地，在实践中，将对最大电 压Ebmmax采样(PXN) /2次。这里，N是指定的等于或大于1的整数， 优选为2或更大。在步骤S1230中，为(PXN) /2个采样的最大电压 Ebmmax计算平均值Ebmave。步骤S1340到S1380基本上等同于图20的步骤S340到S380，但是 用上述的平均值Ebmave代替图20的电压值Ebm。特定地，在步骤S1340 到S1380中，调节增益值Pgain，使得平均值Ebmave位于图17B中示出 的可允许范围内。在图25的过程中，不需要如在图20的过程中那样在对应于传感器 输出波形的兴趣点的位置处定位转子，并且其优点在于校正操作更容易。 而且，因为使用几个峰值电压的平均值执行增益校正，可总体考虑多个 磁体以确定理想增益。图26是描绘用于执行增益校正的又另一过程的流程图。在图26的 过程中，由步骤S1335、 S1345、和S1365代替图25的步骤S1330、 S1340、 和S1360，其他过程与图25中的相同。在步骤S1335中，从(PXN) /2个最大电压Ebmmax中选择最大电 压Ebmpk。在步骤S1345和S1365中，使用该最大电压Ebmpk执行增益 校正。也有可能以该方式导出适当的增益校正值Pgain。图26的步骤S1345和S1365中使用的阈值E2min和E2max的值可不同于图25的步骤S1340和S1360中使用的阈值E2min和E2max的值。 2.实施方式2图27是描绘实施方式2中驱动系统的结构的框图。该驱动系统装备 有多个电机100b。这里，由M表示电机的数量，其中M是等于或大于2 的整数。多个电机100b经由电源线PL连接到驱动电压1200，并且还经 由控制线CL连接到系统控制器1300。电源线PL和控制线CL由多个电 机100b共享。另选地，电源线PL可单独地连接到电机。向每个电机100b分配唯一ID码(识别码)，以将其从其它电机中识 别出。如随后所述，系统控制器1300使用该ID码以经由控制线CL向单 个电机100b发送命令。图28是描绘每个单个电机100b中提供的驱动控制电路的结构的框 图。该驱动控制电路1600使用电机100b中的模拟磁传感器16A、 26B 的传感器输出以生成AC驱动信号，用于驱动磁体线圈14A、 24B。在实 施方式2中，两相无刷DC电机用作为电机lOOb;附加到传感器16A、 26B和线圈14A、 14B的符号末端的后缀"A"和"B"分别表示用于相 位A和相位B。电机单元的结构和驱动方法可以与之前参考图1A到6D 所描述的实施方式1的结构和驱动方法相同。驱动控制电路画具有放大器1610、 1620， AD转换器1612、 1622， 偏移校正电路1614、 1624，增益校正电路1616、 1626， P丽控制器1630， 驱动器电路1640，存储器1660，电路电源1650，通信单元1670，和ID 码寄存器1680。偏移校正电路1614、 1624是用于执行传感器输出SSA、 SSB的偏移校正的电路；增益校正电路1616、 1626是用于执行传感器输 出SSA、 SSB的增益校正的电路。这里，传感器输出的偏移校正和增益 校正与实施方式1中描述的相同。有可能借助于执行这些校正操作来增 加电机的效率。在用于确定偏移校正值和增益校正值(称为"校准")的 过程期间，传感器16A、 16B的输出SSA、 SSB由放大器1610、 1620放 大，由AD转换器1612、 1622转换为数字信号，然后临时存储在存储器 1660中并且经由通信单元1670提供给系统控制器1300。PWM控制器1630是利用经偏移校正和增益校正的传感器输出执行 PWM控制、并且生成驱动信号的电路。提供给PWM控制器1630的电 机速度控制器1631为使电机速度与目标速度一致，执行速度优先控制。 转矩控制器1632为使电机转矩与目标转矩一致，执行转矩优先控制。旋 转方向控制器1632为将电机的旋转方向设置为正常旋转或反向旋转中任 何一个的方向，执行控制。驱动器电路1640是所谓的H桥接电路。可使 用测量线圈电压和电流的传感器(未示出)捡测电机转矩。可使用根据 传感器16A、 26B的输出信号检测速度和旋转方向的旋转检测电路(未 示出)来检测电机速度和旋转方向。作为PWM控制器1630，可使用等 同于实施方式1的PWM控制器240的PWM控制器。存储器1660存储涉及相位A传感器16A和相位B传感器26B两者 的偏移校正值和增益校正值，以及PWM控制器1630使用的各种设置。 因为优选地是即使当关掉电源时，也存储偏移校正值和增益校正值，所 以用于存储这些值的存储器的部分将优选地构成为非易失性存储器。通信单元1670经由通信线CL耦合到系统控制器1300的I/O接口 1330。除了该接口 1330之外，系统控制器1300还包括CPU 1320和存储 器(未示出)。基于计算机程序，CPU 1320执行后述各种控制过程。在ID码寄存器1680中，记录标识单个电机的ID码，或者借助于外 部开关设置ID码。在图28的示例中，可能使用DIP开关1682设置ID 码。然而，可能通过DIP开关之外的各种其它装置在电机中记录或设置 ID码。例如，可能去除DIP开关而代替地从非易失性存储器构造ID码 寄存器1680。使用该ID码，有可能实现系统控制器1300和每个电机的 通信单元1670之间的单独通信。该特定通信方法将在随后论述。图29是示出了实施方式2中用于电机的个别控制(individual control) 的过程的流程图。在步骤S10中，由用户接通到整个系统的电源，因此 在步骤S20中系统控制器1300进行单个电机的初始设置。例如，可经由 这些初始设置来设置用于每个电机内的控制的各种系数或常数(例如上 限电机速度等)，以及初始操作参数(表示目标电机速度、目标转矩、旋
转方向等的参数)。在初始设置过程期间，系统控制器1300连同单个电机的ID发送初始设置，从而为单个电机确定初始设置。在步骤S30和S40中，系统控制器1300选择M个电机中的任何一 个，并且通过向所选电机发送控制命令或控制指令来执行该电机的控制。 作为控制命令，可能使用指示目标电机速度变化、目标转矩变化、旋转 方向变化、制动或恢复的开始/停止、电机停止等等的命令。在步骤S30 中，系统控制器1300确定要控制M个电机中的哪一个，并且在步骤S40 中向该电机发送控制命令。在此时每个电机内的控制过程将在随后论述。在步骤S50中，当完成与所选电机的通信时，例程返回到步骤S30， 并且再次执行步骤S30和S40。在要停止驱动系统的情况下，在步骤S60 中系统控制器1300向电机发送命令以停止驱动所有电机。然后，在步骤 S70，由用户关掉系统电源。图30是示出当接收了命令时单个电机中的控制过程的流程图。在步 骤TIOI到T107中，电机中的通信单元1670 (图28)确定已接收的命令 的类型；并且在步骤Tll 1到Tl 17中，通信单元1670或PWM控制器1630 执行命令所指定的控制或设置。各种设置存储在存储器1660中。对于电机的个别控制，可将命令(例如下面作为示例列出的七个命 令)从系统控制器1300发送到单个电机。(1) 初始化命令确定单个电机内的用于控制的各种系数或常数(例 如上限电机速度等)、以及初始操作参数(表示目标电机速度、目标转矩、 旋转方向等的参数)的命令。(2) 电机速度命令在执行速度优先控制的情况下，用于改变目标 电机速度的命令。(3) 转矩命令在执行转矩优先控制的情况下，用于改变目标转矩 的命令。(4) 中断条件命令规定事件(例如超出上限电流)的命令，与该事件相关联的是单个电机将向系统控制器1300发出中断请求。(5) 同时控制条件命令用于为单个电机建立在多个电机的同时控制模式中使用的控制序列的命令，随后论述。(6) 移动方向命令用于改变电机旋转方向的命令。(7) 停止命令用于停止电机的命令。 图31是示出使用通信线CL的通信序列的时序图。在单个电机控制模式中利用该通信序列。在本实施方式中，通信线CL是由串行数据线SDA和串行时钟线SCL组成的两线串行通信线。例如可使用I2C总线 (Phillips的商标)实现这种串行通信线。然而，因为随后要论述的同时 控制模式未在fC总线规范中指定，因而要修改该部分的协议。在经由通 信线CL通信期间，系统控制器1300起主设备的作用，并且单个电机起 从属设备的作用。在系统控制器1300和单个电机之间发送数据期间，电机地址和数据 在Start命令ST和End命令ED之间与串行时钟SCL同步地发送。通过 将串行数据SDA降为Low同时串行时钟SCL为High来发出Start命令 ST。通过将串行数据SDA降为Low同时串行时钟SCL为Low，并且随 后当串行时钟SCL为High时，将串行数据SDA升为High,来发出End 命令ED。在发出Start命令ST之后，发送7位从属地址SLAD和1位发送方 向R/W。寻址从属地址SLAD以标识单个电机，并且一对一地将从属地 址SLAD与电机中确定的ID码相关联。可使用各种方法进行这些关联， 例如可将整个从属地址SLAD设置成与单个电机的ID码相同的值；或者 将从属地址SLAD的几个较低位设置成与单个电机的ID码相同的值。在 整个从属地址SLAD不等于ID码的情况下，两者之间的关联将预先存储 在电机中的存储器1660中。可认为从属地址SLAD基本上等同于ID码。 这里使用的"识别码"在某种意义上包括一对一地与电机中的ID码关联 (如使用该从属地址SLAD的情况一样)的识别码和可被视为与电机中 的ID码相同的识别码。在实施方式2中，从属地址SLAD的初始位设置为值1。这是用于 实现同时控制的目的，将在随后描述。在数据要从系统控制器1300 (主)发送到单个电机(从)的情况下， 在从地址SLAD之后发送的发送方向R/W设置为Low (WRITE);并且
相反地，当数据从电机向系统控制器1300发送时设置为High (READ)。 在发送方向R/W之后，用应答ACK响应从地址SLAD指定的电机。在图31的示例中，在发送方向R/W之后的应答ACK之后发送8位 子地址SBAD。该子地址SBAD例如可能用于标识电机的存储器1660中 存储的各个种类的数据。然而，可省略该子地址SBAD。在子地址SBAD 之后，用另一应答ACK响应该电机。一旦以该方式指定了电机的地址，则数据DT随后在电机和系统控 制器1300之间发送，随之又是另一个应答ACK。从系统控制器1300发 送到单个电机的数据DT可包含图30中所描述的各种命令。另一方面， 从单个电机发送到系统控制器1300的数据DT可包含已为各电机作出的 设置，由各电机中的传感器所检测的操作参数(速度、旋转方向、转矩 等)中断到系统控制器1300。在实施方式2中，在以该方式由系统控制器1300向单个电机发送命 令的情况下，因为命令连同用于单个电机的识别码(从地址) 一起发送， 因而可经由共享通信线CL单独地控制多个电机。而且，因为系统控制器 1300可从单个电机获得数据，因而可检査单个电机的操作状态和设置。图32是示出了多个电机的同时控制的过程的流程图。在步骤S2100 中，系统控制器1300以同时控制模式建立用于电机的控制序列。图33是详细示出了步骤S2100的过程的流程图。在步骤S2101 — 2103中，系统控制器1300 —次一个地顺序选择M个电机并且发送同时 控制条件命令，建立同时控制模式中用于电机的控制序列。图34A和图34B示出了示例性同时控制序列。同时控制模式也称为 "公共控制模式"。在图34A中示出的示例1中，为M个电机中的每一 个电机建立由N+1个命令步骤STEDN组成的控制序列。这里，"命令步 骤STEDN"指当执行同时控制时，用于按时间序列的顺序执行的控制步 骤。在同时控制模式中，电机控制从STEDN=0开始并且在STEDN-N结 束。这里，N表示l或更大的整数。M个电机同时地执行给定命令步骤 STEDN所指定的操作。例如，当STEDN-O时，电机1经受反向旋转， 电机2经受正向旋转，并且其它电机保持停止。当STEDN-1时，电机l 保持反向旋转，电机2制动(或恢复)，电机3开始正向旋转，并且电机M执行制动(或恢复)。每次由系统控制器1300发出同时命令或共享命 令时(随后论述)，在每个电机中更新或增加命令步骤STEDN。在图34B中示出的示例2中，M个电机在各命令步骤中执行相同的 操作。根据这些示例可以理解，可针对单个电机进行相互独立的序列编 程，也可针对所有电机进行相同序列的编程。在每个电机的存储器1660 中建立诸如这些序列的同时控制序列。用于M个电机的同时控制序列称 为"同时控制序列集"。优选地，在实践中，系统控制器1300将在其存 储器中(未示出)存储一个或多个同时控制序列集。在存储了多个同时 控制序列集的情况下，可选择性地实现各种类型的同时控制。同时控制序列可存储在每个电机中的存储器中，而不是存储在系统 控制器1300中。使用该设置，系统控制器1300可通过在同时控制模式 的开端处指定要使用多个序列集中的哪一个，来容易地选择要使用的控 制序列。一旦已为单个电机分别建立了同时控制序列，将根据下面所述的命 令执行同时控制模式中的控制。图35是示出了同时控制模式中的通信序列的时序图。当要执行同时 控制时，系统控制器1300发出开始(Start)命令ST，随后发出结束(End) 命令ED。与图31中示出的在开始命令ST和结束命令ED之间发出地址 和数据的普通通信序列不同，在执行同时控制期间，在开始命令ST和结 束命令ED之间不发出地址和数据。以下这种不伴有地址和数据的一组命 令ST和ED将称为"ST/ED命令"，或在某些情况下称为"同时控制命 令"或"共享命令"。当电机初始地接收ST/ED命令时，每个电机中的命 令步骤STEDN设置为0，并且执行由STEDN=0建立的控制(参见图34A 或34B)。随后，每次系统控制器1300发出ST/ED命令时，多个电机分 别增加命令步骤STEDN，并且执行命令步骤STEDN所建立的控制。图35描绘了同时控制在STEDN-2终止，之后执行电机的个别控制 的示例情况。在实施方式2中，因为所有电机的从属地址的初始位被设 置为1，所以在从地址在Start命令ST之后发出的情况下，每个电机将立
即知道当前模式不再是同时控制模式。因此，每个电机可立即区别个别 控制模式和同时控制模式。而且，系统控制器1300可清楚地区别个别控 制模式和同时控制模式，并且容易地执行它们。还可使用作为用于区别个别控制模式和同时控制模式的方法的任何 其它方法。然而优选地，在实践中，在同时控制模式期间将不会发送用 于单个电机的识别码。例如，在同时控制模式中，可连同所谓的共享识 别码(电机可识别为发送到所有电机的码) 一起发送同时控制命令，代 替发送单个电机的识别码。图36是示出了当接收同时控制命令(ST/ED命令)时电机中的控制 过程的流程图。 一旦在步骤T200中初始接收了 ST/ED命令，命令步骤 STEDN在步骤S210中将被设置为0。随后，当在步骤T220中接收了同 时控制命令(ST/ED命令)时，确定各电机中的命令步骤STEDN是否己 达到最大值N;如果尚未达到最大值N，在步骤T240中增加命令步骤 STEDN。另一方面，如果达到最大值N，立即终止同时控制模式。在步 骤T210和T240中，电机中的PWM控制器1630分别执行由命令步骤 STEDN所建立的控制内容。如上所示，在实施方式2中，可借助于使用共享通信线CL从系统 控制器1300向多个电机发送的命令实现电机的个别控制和多个电机的同 时控制两者。在电机个别控制期间，可能仅选择需要改变操作状态的电 机，并且仅改变该特定电机的操作。另一方面，在电机同时控制期间， 因为可同时改变多个电机的操作(即在相同时刻)，可能容易地实现多个 电机的协同控制。图37是描绘实施方式2中的驱动控制电路的另一结构的框图。在该 驱动控制电路1600a中，图28中示出的电路1600的PWM控制器1630 和驱动器电路1640 (H桥接电路)被前置放大器1630a和放大器1640a 代替；其余结构与图28中相同。前置放大器1630a和放大器1640a不经 修改地放大经校正的模拟传感器输出来生成驱动信号。在以该方式使用 没有PWM控制的模拟电路来放大传感器输出的情况下，可通过执行之 前论述的传感器波形的校正来高效率地运行电机。 图38是描绘驱动系统的另一结构的框图。在该驱动系统中，多个电机100c经由共享通信线PL连接到系统控制器1300a。系统控制器1300a 还装备有电力线调制解调器1310，以使用电力线PL执行通信。图39是描绘图38中示出的驱动系统的电机驱动控制电路的结构的 框图。该驱动控制电路1600b具有与图28中相同的结构，只是将电力线 调制解调器1672添加到图28中示出的电路1600。通过该方式，可使用 作为共享通信线的电力线PL构造驱动系统。3.变型例本发明不限于以上描述的实施方式，并且可通过各种其它方式简化 进行应用，而不会偏离其精神。例如，诸如下列的修改将是可能的。 变型例1在前述实施方式中，假设经由传感器输出波形的校正执行增益校正 和偏移校正两者；然而也可仅校正其中之一。另选地，可使用一些其它 类型的校正将传感器输出波形校正为期望的波形形状。在前述实施方式 中，假设传感器输出和反电动势波形是正弦波；然而，本发明还可能在 这些波形稍微不同于正弦波的情况下实现。在驱动系统中使用的电机还可能是不执行传感器输出的偏移校正和 增益校正的电机。变型例2尽管在前述实施方式中使用了模拟磁传感器，但可以使用具有多值 模拟输出的数字磁传感器，代替模拟传感器。与模拟磁传感器类似，具 有多值模拟输出的数字磁传感器也具有以模拟方式变化的输出信号。这 里，"以模拟方式变化的输出信号"在广泛的意义上包括模拟输出信号和 具有三个或更多电平、不是On/Off 二元输出的多电平数字输出信号。变型例3在实施方式1中，分别使用用于校准的驱动控制电路和用于实际使 用的驱动控制电路，但是也可在校准期间使用实际使用的驱动控制电路， 而不加改变，并且将校准电路连接到连接器90。具有在电机中登记传感 器输出波形的校正值的功能的任何电路都用作为该校准电路。
变型例4可为PWM电路或PWM控制器使用图IO中所示电路之外的各种电路结构。例如，可使用通过将传感器输出与三角参考波相比较而执行PWM控制的电路。在该情况下，在PWM控制期间，将根据优选的应用 电压调节传感器输出的增益;该增益调节不同于图17中描述的增益校正。 换言之，图17中描述的增益校正用于将传感器输出调节为期望的波形， 而不管所期望的应用电压电平如何。 变型例5在之前论述的实施方式2中，论述了能够独立控制电机和同时控制 多个电机的驱动系统；然而，本发明可在能够执行独立控制或同时控制 中任何一个或者这两者的驱动系统中实现。变型例6在之前论述的实施方式2中，在发起同时控制之前，在每个电机中 建立用于同时控制的序列；然而，可能通过一些其它方法执行同时控制。 例如，可通过同时向多个电机发送给定的操作参数使用共享命令来执行 同时控制。借助于这种结构，将使得多个电机同时执行相同操作。而且，在执行多个电机的同时控制的情况下，不需要同时控制系统 中包含的所有电机，而仅需控制从它们中选择的特定的多个电机。使用 该结构，可同时控制和操作多个特定电机，同时使得其它电机继续各自 的操作。因此可总体上在系统中实现更复杂的驱动。变型例7在前述实施方式中，描述了六极两相无刷DC电机，但是可能用除 此之外的各种种类的电机实现本发明。例如，极数量和相位数量可以是 任何任意选择的整数。还可混合使用不同类型的电机作为组成驱动系统 的多个电机。工业适用性本发明可适用于电机、使用电机的致动器、和装备有多个电机或致 动器的驱动系统。
权利要求
1. 一种电机，该电机包括具有多个磁线圈的线圈阵列；具有多个永久磁体的磁体阵列；多个磁传感器，各磁传感器输出根据所述磁体阵列和所述线圈阵列的相对位置而以模拟方式变化的输出信号；驱动控制电路，利用所述多个磁传感器的输出信号中的模拟变化，生成应用电压以应用到线圈阵列；和输出波形校正单元，配置为在电机操作期间分别校正所述多个磁传感器的输出信号的波形，使得磁传感器的输出信号呈现指定的波形形状；其中所述输出波形校正单元具有用于存储输出波形校正值的存储器，分别将ID码分配到所述多个磁传感器，并且所述输出波形校正单元从外部设备接收用于各磁传感器的输出波形校正值和用于各磁传感器的ID码，并且将用于各磁传感器的输出波形校正值存储在存储器中。
2. 根据权利要求l所述的电机，其中输出波形校正单元执行各磁传感器的输出信号的增益校正和偏移校正。
3. 根据权利要求2所述的电机，其中所述输出波形校正单元的存储器包括非易失性存储器，所述非易失 性存储器用于将增益校正值和偏移校正值存储为输出波形校正值。
4. 根据权利要求1到3中任何一个所述的电机，所述电机还包括-通信单元，配置为与外部设备交换磁传感器的输出波形校正值和ID码。
5. —种驱动系统，所述驱动系统包括-多个电机，各电机包括驱动控制电路；和 经由共享通信线耦合到多个电机的系统控制器； 其中各电机的驱动控制电路具有存储用以识别各电机的识别码的识别码寄存器，并且所述系统控制器具有个别控制模式，其中通过经由共享通信线向单 个的电机发送命令和识别码来控制单个电机的操作。
6. 根据权利要求5所述的驱动系统，其中所述系统控制器还具有同时控制模式，以用于通过经由共享通信线 发送共享命令来同时地控制多个电机的操作，该共享命令由所述多个电 机共享。
7. 根据权利要求6所述的驱动系统，其中当向所述多个电机发送共享命令时，所述系统控制器发送共享命令， 不必发送识别码。
8. 根据权利要求6或7所述的驱动系统，其中 所述系统控制器能够在发送共享命令之前经由所述共享通信线向单个电机发送命令和识别码，从而在单独电机的驱动控制电路中建立由多 个以时序排列的控制步骤组成的同时控制序列，并且每次从所述系统控制器接收了共享命令，各电机更新同时控制序列 的控制步骤，并且根据更新的控制步骤执行操作。
9. 根据权利要求8所述的驱动系统，其中 在多个电机中建立相互不同的序列作为同时控制序列。
10. 根据权利要求5到9中任何一个所述的驱动系统，其中 所述通信线是在相同数据线上发送地址和命令的串行通信线，并且 电机的识别码一对一地与所述系统控制器经由通信线发送的电机的地址相关联，由此电机的地址起所述电机的识别码的作用。
11. 根据权利要求5到10中任何一个所述的驱动系统，其中 所述系统控制器能够经由通信线从单个电机获得操作参数或设置。
12. —种控制驱动系统的方法，该驱动系统具有多个电机和系统控 制器，各所述电机包括驱动控制电路，所述系统控制器经由共享通信线 耦合到所述多个电机，所述方法包括以下步骤-在各电机的驱动控制电路中确定用于识别各电机的识别码；和 通过经由通信线从系统控制器向单个电机发送命令和识别码，来控 制单个电机的操作。
全文摘要
根据本发明一个方面的电机具有输出波形校正单元，该输出波形校正单元用于在电机操作期间校正磁传感器的输出信号的波形。分别将用于识别目的的ID码分配到多个磁传感器。输出波形校正单元从外部设备接收用于磁传感器的输出波形校正值和ID码，并且将用于磁传感器的输出波形校正值存储在存储器中。根据本发明另一方面的驱动系统具有多个电机和经由共享通信线耦合到该多个电机的系统控制器。各电机具有存储用以识别各电机的识别码的识别码寄存器。系统控制器具有个别控制模式，在该个别控制模式中通过经由共享通信线向单个的电机发送命令和识别码来控制单个电机的操作。
文档编号H02P6/16GK101401293SQ20078000876
公开日2009年4月1日 申请日期2007年6月7日 优先权日2006年7月10日
发明者竹内启佐敏 申请人:精工爱普生株式会社