电动机的驱动控制电路和具有该驱动控制电路的电动机的制作方法

专利名称：电动机的驱动控制电路和具有该驱动控制电路的电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动机的控制，特别是涉及可改变对电磁线圈的供给电 压的技术。
背景技术：
作为利用永久磁铁和电磁线圈的电动机，例如公知下述专利文献1 所记载的无刷电动机。
专利文献1日本特开2001—2989S2号公报
在无刷电动机的控制中，使用由多个开关晶体管构成的驱动电路， 并通过开关晶体管的接通/断开控制来对电磁线圈施加电压。
另外，作为提供给电动机的供给电压，有时根据电动机的用途使用 不同的电压值。以往存在这样的问题，即在供给电压不同的情况下， 电动机的驱动控制电路也必须使用与该供给电压对应的专用电路。因此， 一直以来期望有一种能灵活应对供给电压的变化的电动机控制技术。

发明内容
本发明的目的是提供一种能灵活应对供给电压的变化的电动机控制 技术。
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而作成的，可作为以下的 方式或应用例来实现。 一种驱动控制电路，其是控制具有电磁线圈的电动机 的驱动控制电路，该驱动控制电路具有
驱动电路，其具有用于接通/断开从外部提供的供给电压与所述电磁 线圈之间的连接的开关元件，并通过所述开关元件的接通/断开将所述供 给电压间歇地提供给所述电磁线圈；开关信号生成电路，其生成用于对所述开关元件进行接通/断开控制
的开关信号；以及
供给电压设定部，其将具有与所述供给电压对应的值的供给电压指 令值提供给所述开关信号生成电路，
所述开关信号生成电路通过根据所述供给电压指令值调节所述开关 信号的脉冲宽度，来调节施加给所述电磁线圈的有效电压。
根据该驱动控制电路，由于开关信号生成电路通过根据供给电压指 令值调节开关信号的脉冲宽度来调节施加给电磁线圈的有效电压，因而 即使电动机的供给电压变化，也能使用相同的驱动控制电路来适当控制 电动机。根据应用例1所述的驱动控制电路，所述开关信号生 成电路将所述开关信号的脉冲宽度调节成，与所述供给电压的值无关地， 使施加给所述电磁线圈的有效电压具有规定的恒定值。
根据该结构，与电动机的供给电压值无关地，能以规定的恒定输出 驱动电动机。根据应用例1或2所述的驱动控制电路，所述开关信 号生成电路包含
波形信号生成部，其生成表示周期性的波状变化且具有与所述供给 电压的值成反比的振幅的波形信号；以及
PWM控制电路，其执行利用所述波形信号的PWM控制，生成表示 与所述波形信号的变化相同的有效值变化的所述开关信号。
根据该结构，可在随着PWM控制效率良好地驱动电动机的同时， 根据电动机的供给电压适当控制电动机。根据应用例3所述的驱动控制电路，所述波形信号生 成部将所述波形信号作为这样的信号来生成，该信号表示与设置在所述 电动机上的磁传感器的输出的模拟变化成正比的变化，并具有与所述供 给电压的值成反比的振幅。
根据该结构，可根据磁传感器的输出和供给电压值生成与供给电压 对应的适当的波形信号，可根据该波形信号生成适当的开关信号。[应用例5]根据应用例4所述的驱动控制电路，所述供给电压指
令值具有与所述供给电压的值成反比的值，
所述波形信号生成部具有乘法部，该乘法部通过将表示设置在所述 电动机上的磁传感器的输出的传感器输出值和所述供给电压指令值相 乘，来生成所述波形信号。
根据该结构，只需将传感器输出值和供给电压指令值相乘，就能生 成波形信号。根据应用例5所述的驱动控制电路，所述乘法部具有 多级乘法器，该多级乘法器用于通过将所述传感器输出值、所述供给电 压指令值和其他至少1个电压指令值相乘来生成所述波形信号。
根据该结构，可使用其他至少1个电压指令值来任意控制施加给电 磁线圈的有效电压。根据应用例1至6中的任一项所述的驱动控制电路， 所述供给电压设定部构成为可将所述供给电压的值指定为规定的多个值 之一。根据应用例1至6中的任一项所述的驱动控制电路， 所述供给电压设定部构成为可将所述供给电压的值指定为规定范围内的 任意值。 一种电动机，该电动机具有
线圈阵列，其具有多个电磁线圈；
磁铁阵列，其具有多个永久磁铁；以及 应用例1至8中的任一项所述的驱动控制电路。 另外，本发明能以各种方式实现，例如，能以电动机、电动机的控 制方法或控制电路、以及使用它们的致动器等的方式实现。


图1是示出实施例中的电动机的电动机主体结构的截面图。 图2是示出磁铁阵列和线圈阵列的位置关系、以及磁传感器输出和 线圈的反电动势波形的关系的说明图。图3是示出实施例的电动机的驱动控制电路的结构的框图。
图4是示出驱动电路的内部结构的图。
图5是示出驱动信号生成部的内部结构和动作的说明图。
图6是将不进行供给电压调节的情况和进行了供给电压调节的情况
的电动机特性相比较来示出的说明图。
图7是示出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是示出PWM部的内部结构的框图。
图9是示出电动机正转时的PWM部的动作的时序图。
图IO是示出电动机反转时的PWM部的动作的时序图。
图11是示出励磁区间设定部的内部结构和动作的说明图。
图12是示出驱动信号生成部的另一结构的说明图。
图13是示出利用本发明的实施例的电动机的投影仪的说明图。
图14是示出利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15是示出作为利用本发明的实施例的电动机/发电机的移动体的 一例的电动自行车(电动助力自行车)的说明图。
图16是示出利用本发明的实施例的电动机的机械手的一例的说明图。
标号说明
10:定子部；11 14:电磁线圈；20:磁轭；30:转子部；31 34: 永久磁铁；36:磁轭；40:磁传感器；42:霍尔元件；44:偏置调节部； 46:增益调节部；100:电动机主体；102:壳体；112:旋转轴；114: 轴承部；120:电路基板；200:驱动控制电路；202:电源端子；220: CPU; 240:驱动信号生成部；250:驱动电路；251 254:开关晶体管； 260:电源调节器；270:供给电压设定部；311， 313:电平移动器；510: 基本时钟生成电路；520:分频器；530: PWM部；531:计数器；533: EXOR电路；535:驱动波形形成部；540:正反方向指示值寄存器；550: 乘法器；551:乘法器；560:编码部；570: AD转换部；580:供给电压 指令值寄存器；581:施加电压指令值寄存器；590:励磁区间设定部；592:电子可变电阻器；594， 596:电压比较器；598: OR电路；600:
投影仪；610R， 610G， 610B:光源；640R、 640G、 640B:液晶光阀；
650:交叉分色棱镜；660:投影透镜系统；670:冷却风扇；680:控制 部；700:便携电话；710: MPU; 720:风扇；730:燃料电池；800:电 动自行车(电动助力自行车)；810:电动机；820:控制电路；830:充 电电池；900:机械手；910:臂；920:臂；930:电动机。
具体实施例方式
下面，按以下顺序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和动作；
C. 驱动控制电路的另一结构；
D. 变形例。
A.电动机的结构和动作的概要
图1 (A)、 1 (B)是示出本发明的一个实施例的单相无刷电动机的 电动机主体结构的截面图。该电动机主体100具有外形分别是大致圆筒 状的定子部10和转子部30。定子部10具有呈大致十字状排列的4个 线圈11 14，以及配置在2个线圈11、 12之间的中央位置的磁传感器 40。磁传感器40用于检测转子部30的位置(即电动机的相位)。在各线 圈11 14上设置有由磁性体材料形成的磁轭20。该磁轭20是为了回避 所谓死锁点(不能起动点)而设置的。线圈11 14和磁传感器40被固 定在电路基板120 (图l (B))上。电路基板120被固定在壳体102上。 另外，壳体102的盖省略图示。
转子部30具有4个永久磁铁31 34，转子部30的中心轴构成旋转 轴112。该旋转轴112由轴承部114 (图1 (B))支撑。各磁铁的磁化方 向是从旋转轴112呈放射状朝向外侧的方向。在磁铁31 34的外周设置 有磁轭36。然而，也可以省略该磁轭36。
图2是示出磁铁阵列和线圈阵列的位置关系、以及磁传感器输出和 线圈的反电动势波形的关系的说明图。如图2 (A)所示，4个磁铁31 34以恒定的磁极间距Pm配置，邻接磁铁之间在反方向被磁化。并且， 线圈11 14以恒定的间距Pc配置，邻接线圈之间在反方向被励磁。在 该例中，磁极间距Pm等于线圈间距Pc，在电角度上相当于7C。另外，电 角度2兀对应于当驱动信号的相位变化了 2TT时所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兀时，转子部30移动磁极间距 Pm的2倍。
4个线圈11 14中的第l和第3线圈11、 13由相同相位的驱动信号 来驱动，第2和第4线圈12、 14由相位与第l和第3线圈11、 13的驱 动信号偏离了 180度(=71)的驱动信号来驱动。在通常的两相驱动中， 2个相(A相和B相)的驱动信号的相位偏离90度(=兀/2)，不存在相 位偏离是180度(=71)的情况。并且，在电动机的驱动方法中，相位偏 离180度(=兀)的2个驱动信号往往被视为是相同相位。因此，本实施 例的电动机中的驱动方法可认为是单相驱动。
图2 (A)示出在电动机停止时的磁铁31 34和线圈11 14的位置 关系。在本实施例的电动机中，设置在各线圈11 14上的磁轭20设置 在比起各线圈的中心朝转子部30的正转方向少许偏离的位置。因此，在 电动机停止时，各线圈的磁轭20被磁铁31 34吸引，转子部30停止在 磁轭20与各磁铁31 34的中心相对的位置。结果，在各线圈11 14的 中心偏离各磁铁31 34的中心的位置处电动机停止。并且，此时，磁传 感器40也位于少许偏离邻接磁铁的边界的位置。在该停止位置的相位是 a。相位a可设定为非零的任意值。例如，相位a可以设定为接近零的较 小的值(例如约5度 10度)，或者可以设定为接近Ti/2的奇数倍的值(反 电动势的峰值位置附近)。
图2 (B)示出线圈中产生的反电动势波形的例子，图2 (C)示出 磁传感器40的输出波形的例子。磁传感器40可产生与电动机运转时的 线圈的反电动势大致相似形状的传感器输出SSA。然而，磁传感器40的 输出SSA在电动机停止时也示出非0的值(除了相位是7C的整数倍时以 外)。另外，线圈的反电动势具有与电动机的转速一起上升的倾向，而波 形形状保持为大致相似形状。作为磁传感器40，例如可采用利用霍尔效应的霍尔IC。在该例中，传感器输出SSA和反电动势Ec均是正弦波或 者接近正弦波的波形。如后所述，该电动机的驱动控制电路利用传感器 输出SSA，将与反电动势Ec大致相似波形的电压施加给各线圈11 14。
另外，电动机作为将机械能和电能相互转换的能量转换装置执行功 能。而且，线圈的反电动势是电动机的机械能被转换成电能后的结果。 因此，在将施加给线圈的电能转换成机械能的情况(即驱动电动机的情 况)下，通过施加与反电动势相似波形的电压，可效率最佳地驱动电动 机。另外，"与反电动势相似波形的电压"意味着产生与反电动势相反方 向的电流的电压。
B.驱动控制电路的结构和动作
图3 (A)是示出本实施例的无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、驱动电路 250、电源调节器260以及供给电压设定部270。然而，也可以省略CPU 220。在省略了CPU 220的情况下，在本实施例中所说明的CPU 220的 功能由其它电路(逻辑电路或非易失性存储器等)来实现。或者，可以 取代CPU 220而设置通信电路或接口电路，利用该电路从外部装置接收 各种动作指示，并将指示转发到驱动控制电路200内部的电路要素。
作为直流电压的供给电压VSUP从外部被提供给驱动控制电路200 的电源端子202。作为该供给电压VSUP的值，可利用各种值。在本实施 例中，假定供给电压VSUP可利用8V、 IOV、 12V、 14V这4种值。电 源调节器260根据该供给电压VSUP生成具有规定的电压值(例如5V) 的电源电压VDD，并将其提供给驱动信号生成部240和CPU 220。
驱动信号生成部240是这样的电路，即根据电动机主体100内的 磁传感器40的输出信号SSA生成单相驱动信号DRVA1、 DRVA2并将其 提供给驱动电路250。在本说明书中，驱动信号DRVA1、 DRVA2也称为 "开关信号"，驱动信号生成部240也称为"开关信号生成电路"。驱动 电路250按照驱动信号DRVA1、DRVA2驱动电动机主体100内的电磁线 圈11 14。另外，供给电压VSUP直接作为电源电压被提供给驱动电路 250。供给电压设定部270是用于由用户指定提供给电源端子202的供给 电压VSUP的值的电路。供给电压设定部270将具有与所指定的供给电 压VSUP的值对应的值的供给电压指令值Ya通知给驱动信号生成部240。 供给电压设定部270可构成为具有可由用户进行操作来指定供给电压 VSUP的任意的操作部。例如，供给电压设定部270可使用固定电阻开关、 DIP开关(双列直插式开关)、可变电阻、可写入非易失性存储器等的各 种电子部件来实现。或者，供给电压设定部270还可采用这样的电路， 即检测提供给电源端子202的供给电压VSUP的值，并根据该检测值 自动确定供给电压指令值Ya。并且，供给电压设定部270还可以构成为 使用I2C总线等的通信电路或接口电路，可从外部装置设定供给电压指令 值Ya。
图3 (B)示出磁传感器40的内部结构的一例。该磁传感器40具有 霍尔元件42、偏置调节部44以及增益调节部46。霍尔元件42测定磁通 密度X。偏置调节部44将霍尔元件42的输出X加上偏置值b，增益调 节部46对其乘以增益值a。磁传感器40的输出SSA (=Y)例如由以下 的式(1)或式(2)给出。
Y=a，X+b …(1)
Y=a (X+b) …(2)
磁传感器40的增益值a和偏置值b由CPU 220设定在磁传感器40 内。通过将增益值a和偏置值b设定为适当的值，可将传感器输出SSA 校正为优选的波形形状。
图4示出驱动电路250的内部结构。该驱动电路250具有构成H型 桥接电路的4个晶体管251 254。在上桥臂的晶体管251、 253的栅电极 的前方设置有电平移动器311、 313。然而，也可以省略电平移动器。驱 动电路250的晶体管251 254根据作为开关信号执行功能的驱动信号 DRVA1、 DRVA2而导通/截止，结果，供给电压VSUP被间歇地提供给电 磁线圈11 14。附有标号IA1、 IA2的箭头分别表示在驱动信号DRVA1、 DRVA2是高电平的情况下流动的电流方向。另外，驱动电路可利用由多 个开关元件构成的各种结构的电路。图5是示出驱动信号生成部240 (图3 (A))的内部结构和动作的说 明图。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、 AD 转换部570、供给电压指令值寄存器580以及励磁区间设定部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值被设定为规定的恒定值。该N值由CPU220 设定在分频器520内。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、以及从励磁区间设定部 590提供的励磁区间信号Ea，生成单相驱动信号DRVA1、 DRVA2。该动 作在后面描述。
在正反方向指示值寄存器540内，由CPU 220设定表示电动机的旋 转方向的值RI。在本实施例中，当正反方向指示值RI是低电平时电动机 正转，当RI是高电平时电动机反转。提供给PWM部530的其他信号 Ma、 Pa、 Ea按以下确定。
磁传感器40的输出SSA被提供给AD转换部570。该传感器输出 SSA的范围例如是从GND (接地电位)到VDD (电源电压)，其中点(= VDD/2)是输出波形的中点(通过正弦波的原点的点)。AD转换部570 对该传感器输出SSA进行AD转换，生成传感器输出的数字值。AD转 换部570的输出范围例如是FFh Oh (后缀"h"表示是16进制)，中央 值80h相当于传感器波形的中点。
编码部560对AD转换后的传感器输出值的范围进行转换，并将传 感器输出值的中点的值设定为O。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。然而，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。
供给电压指令值寄存器580存储从供给电压设定部270提供的供给 电压指令值Ya。该供给电压指令值Ya作为调节电动机的施加电压的值执行功能，例如可设定为0 1.0的值。Ya=0意味着使施加电压为零，Ya =1.0意味着使施加电压为最大值。然而，在本实施例中，由于供给电压 指令值Ya被设定为将规定的基准电压值Vref (Vref是非0的值)除以供 给电压值VSUP后的值(Ya二Vre^VSUP)，因而指令值Ya采用非0的值。 乘法器550将从编码部560输出的传感器输出值Xa和供给电压指令值 Ya相乘并进行取整，将该乘法值Ma提供给PWM部530。
图5 (B) (E)示出在乘法值Ma取各种值的情况下的PWM部 530的动作。PWM部530是在时钟信号SDC的1个周期期间内产生占空 比是Ma/N的1个脉冲的电路。B卩，如图5 (B) (E)所示，随着乘法 值Ma增加，驱动信号DRVA1、 DRVA2的脉冲的占空比(即脉冲宽度) 增加。另外，第1驱动信号DRVA1是只有当传感器输出SSA是正的时 才产生脉冲的信号，第2驱动信号DRVA2是只有当传感器输出SSA是 正的时才产生脉冲的信号，而在图5 (B) (E)中将它们一起记载。 并且，为方便起见，将第2驱动信号DRVA2描绘为负侧的脉冲。
如上所述，乘法值Ma是传感器输出SSA的绝对值Xa和供给电压 指令值Ya的乘法结果，驱动信号DRVA1、 DRVA2是具有与该乘法值 Ma成正比的脉冲宽度的开关信号。因此，驱动信号DRVA1、 DRVA2的 脉冲宽度具有与供给电压指令值Ya成正比的脉冲宽度。并且，施加给电 磁线圈11 14的有效电压与驱动信号DRVA1、 DRVA2的脉冲宽度成正 比。因此，施加给电磁线圈11 14的有效电压是与供给电压指令值Ya 成正比的值。
图6将不进行供给电压调节的情况和进行了供给电压调节的情况的 电动机特性相比较来示出。这里，"不进行供给电压调节的情况"意味着 与供给电压VSUP的值无关地将供给电压指令值Ya维持在1.0的情况。 另一方面，"进行了供给电压调节的情况"意味着根据供给电压VSUP的 值改变了供给电压指令值Ya的情况。另外，作为电动机特性，示出了线 圈的电阻R、有效电压Veff、有效电流Ieff (=Veff/R)、以及供给电压指 令值Ya。
在图6的例子中，假定供给电压VSUP使用8V、 IOV、 12V、 14V这4种值中的1种。并且，电动机的电磁线圈的电阻R是6.4Q。在不进 行电压调节的情况下，施加给电磁线圈的有效电压Veff等于将供给电压 VSUP除以V^后的值。另一方面，在进行电压调节的情况下，施加给电 磁线圈的有效电压Veff等于将供给电压指令值Ya与供给电压VSUP相乘 的值除以*后的值。反过来说，供给电压指令值Ya被设定为将规定的 基准电压值Vref (这里是8V)除以供给电压VSUP后的值。例如，在供 给电压VSUP是8V的情况下，供给电压指令值Ya为1.0，在供给电压 VSUP是10V的情况下，供给电压指令值Ya为0.8。在进行了这种电压 调节的情况下，施加给电磁线圈的有效电压Veff的值与供给电压VSUP 的值无关地总是为5.7V的恒定值。因此，即使在供给电压VSUP采用了 任意值的情况下，也总是能以相同的电动机特性使电动机动作。
另外，作为上述的基准电压值Vref，可使用能应用于同一电动机和 同一驱动控制电路的供给电压VSUP的范围中的任意值。然而，只要基 准电压值Vref使用供给电压VSUP的范围中的最小值，就能将有效电流 Ieff维持在与该最小电压值对应的值，因而可防止过度的电流流入线圈。
图7 (A) (C)是示出传感器输出波形和由PWM部530生成的 驱动信号的波形的对应关系的说明图。图中，"Hiz"意味着使电磁线圈 处于未励磁状态的高阻抗状态。如图5中所说明那样，驱动信号DRVA1、 DRVA2是通过利用传感器输出SSA的模拟波形的PWM控制而生成的。 因此，可使用这些驱动信号DRVA1、 DRVA2来将表示与传感器输出SSA 的变化对应的电平变化的有效电压提供给各线圈。
PWM部530还构成为，仅向由从励磁区间设定部590提供的励磁区 间信号Ea表示的励磁区间输出驱动信号，对于励磁区间以外的区间(非 励磁区间)不输出驱动信号。图7 (C)示出在使用励磁区间信号Ea设 定了励磁区间EP和非励磁区间NEP的情况下的驱动信号波形。在励磁 区间EP中原样产生图7 (B)的驱动信号脉冲，在非励磁区间NEP中不 产生驱动信号脉冲。这样，通过设定励磁区间EP和非励磁区间NEP，在 反电动势波形的中点附近(即，传感器输出的中点附近)不对线圈施加 电压，因而可进一步提高电动机效率。另外，优选的是，励磁区间EP被设定为以反电动势波形的峰值为中心的对称区间，并且优选的是，非励
磁区间NEP被设定为以反电动势波形的中点(中心点)为中心的对称区 间。另外，可以省略励磁区间设定部590。
图8是示出PWM部530 (图5)的内部结构一例的框图。PWM部 530具有计数器531、 EXOR电路533以及驱动波形形成部535。它们 按以下进行动作。
图9是示出电动机正转时的PWM部530的动作的时序图。该图中 示出2个时钟信号PCL、 SDC;正反方向指示值RI;励磁区间信号Ea; 乘法值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;以及驱动波形形成部535的输出 信号DRVA1、 DRVA2。计数器531针对时钟信号SDC的每一期间，与 时钟信号PCL同步来重复对计数值CM1进行递减计数直到0的动作。 计数值CM1的初始值被设定为乘法值Ma。另外，在图9中，为了便于 图示，作为乘法值Ma也示出了负值，然而计数器531使用的是其绝对值 |Ma| 。计数器531的输出Sl在计数值CM1非0的情况下被设定为高电 平，当计数值CM1为0时下降到低电平。
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 异或的信号S2。在电动机正转的情况下，正反方向指示值RI是低电平。 因此，EXOR电路533的输出S2是与正负符号信号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DRVA1、DRVA2。即，将计数器531的输出Sl中的EXOR 电路533的输出S2是低电平期间的信号作为第1驱动信号DRVA1来输 出，将输出S2是高电平期间的信号作为第2驱动信号DRVA2来输出。 另外，在图9的右端部附近，励磁区间信号Ea下降到低电平，由此设定 非励磁区间NEP。因此，在该非励磁区间NEP中，驱动信号DRVA1、 DRVA2均不被输出，而被维持在高阻抗状态。
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。结果，2个驱动信号 DRVA1、 DRVA2与图9所示DRVA1、 DRVA2调换，结果，可理解为电动机反转。
图11是示出励磁区间设定部5卯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以及 OR电路598。电子可变电阻器592的电阻值Rv由CPU 220设定。电子 可变电阻器592的两端电压V1、 V2被提供给电压比较器594、 596的一 个输入端子。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的输出是用于将励磁区间和非励磁区间区别开的励磁区间信 号Ea。
图11 (B)示出励磁区间设定部590的动作。电子可变电阻器592 的两端电压V1、 V2是通过调节电阻值Rv来改变的。具体地说，两端电 压V1、 V2被设定为与电压范围的中央值(=VDD/2)的差值相等的值。 在传感器输出SSA高于第1电压VI的情况下，第1电压比较器594的 输出Sp成为高电平，另一方面，在传感器输出SSA低于第2电压V2的 情况下，第2电压比较器596的输出Sn成为高电平。励磁区间信号Ea 是取这些输出信号Sp、 Sn的逻辑和后的信号。因此，如图ll (B)的下 部所示，励磁区间信号Ea可用作表示励磁区间EP和非励磁区间NEP的 信号。励磁区间EP和非励磁区间NEP的设定通过由CPU 220调节可变 电阻值Rv来进行。
如上所述，在本实施例的电动机中，由于用户可在供给电压设定部 270内指定供给电压VSUP的值，因而可使用任意的供给电压VSUP来使 电动机以同一特性进行动作。因此，作为风扇电动机等的电动机的制造 商方面，在相同功率容量的电动机中，可通过部件种类的通用化来对部 件管理/部件采购进行一元管理，通过制造工序的通用化而使生产性提高， 结果可取得能容易实现低价格化的效果。并且，在利用电动机来进行设 计方面，可使在使用电压不同的设置场所中使用的多个电动机通用化， 可通过进行与驱动电压对应的设定来提高采购的一元化和生产性，结果 可取得能容易实现低价格化的效果。在利用电动机进行设计方面，还能 在系统上容易实现在电动机的规定电压内达到规定转速外的转速(停
16止 最大规定转速)的任意转速控制。
C. 驱动控制电路的另一结构
图12是示出驱动信号生成部的另一结构的说明图。该驱动信号生成
部240a具有对图5所示的电路240追加了乘法器551、施加电压指令值 寄存器581以及施加电压设定部271的结构。施加电压设定部271是设 定施加电压指令值Za的电路。施加电压指令值Za例如可用于在电动机 的动作中改变应施加给电磁线圈的有效电压。并且，作为施加电压设定 部271的具体电路结构，可采用与供给电压设定部270相同的电路结构。 施加电压指令值Za从施加电压设定部271被提供给施加电压指令值寄存 器581并由其保持。乘法器551将设定电压指令值Ya和施加电压指令值 Za相乘，并将该乘法值(YaXZa)提供给乘法器550。乘法器550将该 值(YaXZa)和传感器输出值Xa相乘，并将乘法值Ma ( =XaX YaXZa) 提供给PWM部530。
这样，只要将乘法器设定为两级，就能使用2个指令值Ya、 Za来控 制施加给电磁线圈的有效电压。例如，可将第l指令值Ya用作制造商用 的规定电压设定用的指令值，另一方面，可将第2指令值Za用作用于由 使用电动机的系统的组装商对电压进行可变控制的指令值。另外，还能 将电路构成为，可使用3级以上的乘法器，并可使用3个以上的指令值。 即，用于计算成为PWM控制对象的乘法值Ma的乘法部可以由1个乘法 器构成，或者可以将多个乘法器构成为多级。
D. 变形例
另外，本发明不限于上述实施例和实施方式，可在不背离本发明主 旨的范围内在各种方式中实施，例如还能进行如下的变形。 Dl.变形例1:
作为生成开关信号的电路，可采用图5所示的驱动信号生成部240 的结构以外的各种电路结构。例如，可以利用通过将传感器输出和基准 三角波相比较来进行PWM控制的电路。并且，可以釆用PWM控制以外 的方法生成开关信号。 一般，作为开关信号生成电路，可采用这样的各 种电路，即通过根据供给电压调节开关信号的脉冲宽度，来调节施加给电磁线圈的有效电压。
在上述实施例中的驱动控制电路中，如图6所说明的那样，开关信
号DRVA1、DRVA2的脉冲宽度被调节成，不管供给电压VSUP的值如何， 使施加给电磁线圈的有效电压具有规定的恒定值。然而，也可以是这样， 即在供给电压VSUP的值不同的情况下，使得施加给电磁线圈的有效 电压也具有不同的值(换句话说，使得电动机输出为不同的值)。这种结 构例如可通过这样来实现，即供给电压设定部270按照能得到根据不 同的供给电压VSUP而预先设定的不同的有效电压的方式来确定供给电 压指令值Ya的值。 D2.变形例2:
在上述实施例中，作为供给电压VSUP可选择多个规定值(8V， IOV， 12V， 14V)中的任一方，然而可以取而代之，可将供给电压VSUP设定 为规定范围的任意值。
D3.变形例3:
在上述实施例中利用了模拟磁传感器，然而可以取代模拟磁传感器 而使用具有多值模拟输出的数字磁传感器。模拟磁传感器和具有多值输 出的数字磁传感器的共同点是具有表示模拟变化的输出信号。另外，在 本说明书中，"表示模拟变化的输出信号"是在广义上使用的，该广义包 含具有3值以上的多电平的数字输出信号和模拟输出信号的双方，而不 是接通/断开的2值输出。并且，还能取代磁传感器而使用另一位置传感 器来生成表示模拟变化的输出信号。
D4.变形例4:
本发明不限于在上述实施例中所说明的单相无刷电动机，可应用于 任意相数和极数的电动机。 D5.变形例5:
本发明可应用于风扇电动机、钟表(针驱动)、滚筒式洗衣机(单一 旋转)、云霄飞车(JetCoaster)、振动电动机等的各种装置的电动机。在 将本发明应用于风扇电动机的情况下，各种效果(低耗电、低振动、低 噪声、低旋转不稳、低发热、高寿命)特别显著。这种风扇电动机例如可用作数字显示装置、车载设备、燃料电池式个人计算机、燃料电池式 数字相机、燃料电池式摄像机、燃料电池式便携电话等的燃料电池使用 设备、投影仪等的各种装置的风扇电动机。本发明的电动机还可用作各 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、 多面镜驱动装置等中，可将本发明的电动机用作主轴电动机。并且，本 发明的电动机还可用作移动体和机械手用的电动机。
图13是示出利用本发明的实施例的电动机的投影仪的说明图。该投
影仪6O0具有发出红、绿、蓝这3色的色光的3个光源610R、 610G、 610B;对该3色的色光分别进行调制的3个液晶光阀640R、 640G、 640B; 将调制后的3色的色光进行合成的交叉分色棱镜(cross dichroic prism) 650;将合成后的3色的色光投影到屏幕SC上的投影透镜系统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的整体的 控制部680。作为驱动冷却风扇670的电动机，可利用上述各种无刷电动 机。
图14 (A) (C)是示出利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14 (A)示出便携电话700的外观，图14 (B) 示出内部结构的例子。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将电源提供给 MPU 710和风扇720。风扇720用于从便携电话700的外部向内部送风 以向燃料电池730提供空气，或者用于将在燃料电池730内生成的水分 从便携电话700的内部向外排出。另外，也可以将风扇720如图14 (C) 所示配置在MPU710的上方，对MPU710进行冷却。作为驱动风扇720 的电动机，可利用上述各种无刷电动机。
图15是示出利用本发明的实施例的电动机/发电机的移动体的一例 的电动自行车(电动助力自行车)的说明图。该自行车800在前轮上设 置有电动机810，在鞍架下方的框架上设置有控制电路820和充电电池 830。电动机810通过利用来自充电电池830的电力驱动前轮来辅助行驶。 并且，在刹车时由电动机810再生的电力被充给充电电池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，可利用上述各种无刷电动机。
图16是示出利用本发明的实施例的电动机的机械手的一例的说明
图。该机械手900具有第1和第2臂910、 920;以及电动机930。该 电动机930是在使作为被驱动构件的第2臂920水平旋转时使用的。作 为该电动机930，可利用上述各种无刷电动机。
权利要求
1.一种驱动控制电路，其是控制具有电磁线圈的电动机的驱动控制电路，该驱动控制电路具有驱动电路，其具有用于接通/断开从外部提供的供给电压与所述电磁线圈之间的连接的开关元件，并通过所述开关元件的接通/断开将所述供给电压间歇地提供给所述电磁线圈；开关信号生成电路，其生成用于对所述开关元件进行接通/断开控制的开关信号；以及供给电压设定部，其将具有与所述供给电压对应的值的供给电压指令值提供给所述开关信号生成电路，所述开关信号生成电路通过根据所述供给电压指令值调节所述开关信号的脉冲宽度，来调节施加给所述电磁线圈的有效电压。
2. 根据权利要求l所述的驱动控制电路，所述开关信号生成电路将 所述开关信号的脉冲宽度调节成，与所述供给电压的值无关地，使施加 给所述电磁线圈的有效电压具有规定的恒定值。
3. 根据权利要求1或2所述的驱动控制龟路，所述开关信号生成电路包含波形信号生成部，其生成表示周期性的波状变化且具有与所述供给 电压的值成反比的振幅的波形信号；以及PWM控制电路，其执行利用所述波形信号的PWM控制，生成表示 与所述波形信号的变化相同的有效值变化的所述开关信号。
4. 根据权利要求3所述的驱动控制电路，所述波形信号生成部将所 述波形信号作为这样的信号来生成，该信号表示与设置在所述电动机上 的磁传感器的输出的模拟变化成正比的变化，并具有与所述供给电压的 值成反比的振幅。
5. 根据权利要求4所述的驱动控制电路，所述供给电压指令值具有 与所述供给电压的值成反比的值，所述波形信号生成部具有乘法部，该乘法部通过将表示设置在所述电动机上的磁传感器的输出的传感器输出值和所述供给电压指令值相 乘，来生成所述波形信号。
6. 根据权利要求5所述的驱动控制电路，所述乘法部具有多级乘法器，该多级乘法器用于通过将所述传感器输出值、所述供给电压指令值 和其他至少1个电压指令值相乘来生成所述波形信号。
7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的驱动控制电路，所述供给电压设定部构成为可将所述供给电压的值指定为规定的多个值之一。
8. 根据权利要求1至6中的任一项所述的驱动控制电路，所述供给 电压设定部构成为可将所述供给电压的值指定为规定范围内的任意值。
9. 一种电动机，该电动机具有-线圈阵列，其具有多个电磁线圈； 磁铁阵列，其具有多个永久磁铁；以及 权利要求1至8中的任一项所述的驱动控制电路。
10. —种装置，该装置具有-权利要求9所述的电动机，以及 由所述电动机驱动的被驱动构件。
11. 一种移动体，该移动体具有权利要求9所述的电动机。
全文摘要
本发明提供一种电动机的驱动控制电路和具有该驱动控制电路的电动机。其课题在于，提供能灵活应对供给电压的变化的电动机控制技术。驱动控制电路(200)具有驱动电路(250)，其用于将供给电压VSUP间歇地提供给电磁线圈；开关信号生成电路(240)，其生成提供给驱动电路(250)的开关信号；以及电压设定部(270)，其将供给电压指令值Ya提供给开关信号生成电路(240)。开关信号生成电路(240)通过根据供给电压指令值Ya调节开关信号DRVA1、DRVA2的脉冲宽度，来调节对电磁线圈施加的有效电压。
文档编号H02K29/08GK101316087SQ20081010935
公开日2008年12月3日 申请日期2008年5月27日 优先权日2007年5月28日
发明者竹内启佐敏 申请人:精工爱普生株式会社