专利名称：无刷电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无传感器型无刷电机，它受场减弱控制器的驱动和控制，以便获得高旋转速度和/或高输出转矩。
无刷电机是通过检测电机的旋转位置来驱动和控制的。在无传感器型无刷电机中，旋转位置通常是通过不采用位置传感器，而确定电机线圈上出现的感应电压(电磁力)的变化来检测的。
普通的无传感器型无刷电机见未经审查而出版的日本专利申请(TOKKAI)SHO 61-112590和经审查而出版的日本专利申请(TOKKO)SH059-36519和(TOKKO)SHO 58-25038。
图5所示的电路图描述了一种普通的无传感器型无刷电机。
图5中，普通的无传感器型无刷电机31包含转子32和电枢线圈33，转子32具有一磁铁，电枢线圈33与转子32的磁铁产生的磁场磁通联接。电枢线圈33由三个线圈33a、33b、33c组成，分别定义为A相、B相和C相。三个线圈33a、33b和33c呈三相星形连接形式。三线圈33a、33b和33c通过半导体换向器装置(commutator device)35与直流电源34相连，从而向三线圈33a、33b和33c供电，相间相位差为120°。向三线圈33a、33b和33c供电时，由三线圈33a、33b和33c产生的磁场旋转转子32。
半导体换向器装置35有六个开关元件部分，每一个由一个MOS FET和一个MOS FET的保持二极管组成。即，半导体换向器装置35中有六个MOSFET 36a，…36f和对应的六个保护二极管37a，…37f。
六个MOS FET 36a…36f在半导体换向器装置35中呈三相桥接形式。MOS FET 36a、36b和36c的各漏极与直流电源34的正极相连，MOS FET36d、36e和36f的每一源极与直流电源34的负极相连。另外，MOS FET36a的源极和MOS FET36d的漏极与半导体换向器装置35的输出端35a相连。与此类似，MOS FET 36b的源极和MOS FET 36e的漏极与输出端35b相连，同时，MOSFET36c的源极和MOS FET 36f的漏极与输出端35c相连。六MOS FET36a…36f的各栅极接收从下述控制电路单元39发出的控制信号。从而六MOSFET36a…36f中的每一开关状态受控制电路单元39的控制。
输出端35a与线圈33a的一端33d相连。与此类似，输出端35b与线圈33b的一端33f相连，同时，输出端35c与线圈33c的一端33e相连。
三个端子33d、33f和33e与位置信号检测电路单元38相连。位置信号检测电路单元38检测三相中每一相与转子32的旋转位置对应的位置信号。各相位的三个位置信号是按照分别在三端子33d、33f和33e处感应的三个电压信号VA、VB和VC得到的。位置信号检测电路单元38向控制电路单元39发出三个位置信号。控制电路单元39按照这三个位置信号，向六个MOS FET 36a…36f的各栅极发送六个控制信号。从而如上文中所述的那样，六个MOS FET36a…36f的每一开关状态受控制电路单元39的控制，使转子32旋转。
下面结合图6A至6I，具体描述普通无刷电机31的驱动方法。
图6A是MOS FET36a开关状态的波形图。图6B是MOS FET36b开关状态的波形图。图6C是MOSFET 36c的开关状态的波形图。图6D是MOSFET36d的开关状态的波形图。图6E是MOS FET 36e开关状态的波形图。图6F是MOS FET36f开关状态的波形图。图6G是描述电压信号VA的波形图。图6H是描述电压信号VB的波形图。图6I是描述电压信号VC的波形图。图6A至6F中，横坐标表示时间，纵坐标表示开关状态。图6G至6I中，横坐标表示时间，纵坐标表示电压。图6A至6I中，时序位置(用纵向虚线表示)相互对齐。普通的无刷电机31通过六个时间间隔T1至T6的重复而受到驱动和控制。
如图6A…6F中所示的那样，在时间间隔T1中，MOS FET36a和36e处理“接通”状态，MOS FET36b、36c、36d和36f处在“关闭”状态。所以，在时间间隔T1中，电流连续流过线圈33a(图5)和33b(图5)。另外，在时间间隔T1的很短的起始时间内，电流通过二极管37f(图5)流入线圈33c(图5)，在随后的时间内，电流不流入线圈33c。所以，在时间间隔T1内，如图6G中所示，电压信号VA保持在直流电源34的输出电压VDD上，电压信号VB如图6H所示那样保持在零伏。另外，如图6I所示，当电流通过二极管37f流入线圈33c时，电压信号V。保持在零伏，当电流停止时，电压信号VC增大到接近输出电压VDD。随后，电压信号VC逐渐减小到由于在无电流时间T1′内，转子32的旋转而产生的感应电压所引起的零伏。
如图6A…6F所示，在时间间隔T2内，MOS FET36a和36f处在“接通”状态，MOS FET 36b、36c、36d和36e处在“关断”状态。所以，在时间间隔T2内，电流连续流过线圈33a和33c。另外，在T2时间间隔T2的很短的开始时间内，电流通过二极管37b(图5)流过线圈33b，随后，电流不流入线圈33b。从而在时间间隔T2内，电压信号VA保持在图6G所示的输出电压VDD，电压信号VC保持在图6I所示的零伏。另外，如图6H所示，当电流通过二极管37b流入线圈33b时，电压信号VB保持在输出电压VDD，当电流停止时，电压信号VB减小到近似为零伏。随后，电压信号VB在无电流时间T2′内逐渐增大到由转子32的旋转产生的感应电压所引起的输出电压VDD。
如图6A…6F中所示，在时间间隔T3中，MOS FET36b和36f处在“接通”状态，MOS FET36a、36c、36d和36e处在“关断”状态。所以，在时间间隔T3中，电流连续流入线圈33b和33c。另外，在时间间隔T3很短的开始时间内，电流通过二极管37d(图5)流入线圈33a，随后，电流不再流入线圈33a。从而在时间间隔T3内，电压信号VB保持在图6H所示的输出电压VDD，电压信号VC保持在图6I所示的零伏。另外，如图6G所示的那样，当电流通过二极管37d流入线圈33a时，电压信号VA保持在零伏，而当电流停止时，电压信号VA增大到接近输出电压VDD。随后，电压信号VA逐渐减小到在无电流时间T3′内转子32的旋转产生的感应电压所引起的零伏。
如图6A…6F中所示的那样，在时间间隔T4中，MOS FET36b和36d处在“接通”状态，MOS FET36a、36c、36e和36f处在“关断”状态。所以，在时间间隔T4中，电流连续流入线圈33b和33a。另外，在时间间隔T4很短的开始时间内，电流通过二极管37c(图5)流入线圈33c，且随后，电流不再流入线圈33c。从而在时间间隔T4内，电压信号VB保持在如图6H所示的输出电压VDD处，电压信号VA保持在图6G所示的零伏。另外，如图6I所示，当电流通过二极管37c流入线圈33c时，电压信号VC保持在输出电压VDD，当电流停止时，电压信号VC减小到接近零伏。随后，电压信号VC逐渐增大到无电流时间T4′内转子32旋转产生的感应电压所引起的输出电压VDD。
如图6A…6F所示，在时间间隔T5内，MOS FET36c和36d处在“接通”状态，MOS FET36a、36b和36e和36f处在“关断”状态。所以，在时间间隔T5中，电流连续流入线圈33c和33a。另外，在时间间隔T5很短的开始时间内，电流通过二极管37e(图5)流入线圈33b，随后，电流不再流入线圈33b。从而在时间间隔T5内，电压信号VC如图6I所示保持在输出电压VDD，电压信号VA如图6G所示保持在零伏。另外，如图6H所示，当电流通过二极管37e流入线圈33b时，电压信号VB保持在零伏，当电流停止时，电压信号VB增大到接近输出电压VDD。随后，电压信号VB逐渐减小到无电流时间T5内转子32的旋转所产生的感应电压所引起的零伏。
如图6A…6F所示，在时间间隔T6内，MOS FET36c和36e处在“接通”状态，MOS FET36a、36b、36d和36f处在“关断”状态。所以，在时间间隔T6内，电流连续流入线圈33c和33b。另外，在时间间隔T6很短的开始时间内，电流通过二极管37a(图5)流入线圈33a，随后，电流不再流入线圈33a。从而在时间间隔T6内，电压信号VC保持在如图6I所示的输出电压VDD，电压信号VB保持在图6H所示的零伏。另外，如图6G所示，当电流通过二极管37a流入线圈33a时，电压信号VA保持在输出电压VDD，而当电流停止时，电压信号VA减小到接近零伏。随后，电压信号VA逐渐增大到无电流时间T6′内转子32旋转产生的感应电压引起的输出电压VDD。
位置信号检测电路单元38将3个电压信号与电枢线圈33的中点33g(图5)处出现的中点电压比较，并对各比较结果进行线性积分。另外，位置信号检测电路单元38将积分结果与阈值电压(零伏)比较，从而获得三个位置信号。控制电路单元39按照从位置信号检测电路单元38发射的三个位置信号，形成六个控制信号，从而控制六个MOS FET36a…36f的各开关状态。
正如上文中指出的那样，在普通的无传感器型无刷电机31中，与转子32的旋转位置对应的三个位置信号是分别按照三个电压信号VA、VB和VC来形成的。另外，六种控制信号是按照三种位置信号形成的，以便控制六种MOSFET36a…36f的各开关状态。然而，人们知道，为了获得上述三种位置信号，需要下述条件(1)和(2)。
(1)按照转子32旋转的感应电压出现在端子33d、33f和33e处，并包括在三种电压信号VA、VB和VC内。
(2)感应电压超过(cross)电枢线圈33的中点33g处出现的中点电压。
由于这个原因，感应电压和中点电压之间的交叉点(crossing point)总是同一个位置，并且该位置与无刷电机负载的变化无关。另外，交叉点与转子32的旋转位置对应。其详细原因的描述见前述经审查出版的日本专利申请(TOKKO)SHO 59-36519。
然而，在前述驱动方法中，控制电枢线圈33上要施加的电流的相位，使之与按照转子32的旋转的感应电压的相位相同。所以，在这种普通的驱动方法中，提高旋转速度和/或输出转矩受到限制。
正如在未经审查出版的日本专利申请(TOKKAI)HEI 4-281383中详细描述的那样，与普通的驱动方法相反，人们知道，无刷电机31是受场减弱控制器控制和驱动的，以便获得高旋转速度和/或高输出转矩。在场减弱控制器中，控制要施加到电枢线圈33上电流的相位，从而电流相位与按照转子32旋转的感应电压的相位比较而超前。例如，在场减弱控制器中，电流相位一个一个地超前，直到无刷电机31的旋转速度达到要求的旋转速度。在高旋转速度驱动无刷电机31的情况下，在电枢线圈33中流动的实际电流的相位滞后于指令电流的相位。所以，实际电流的相位经一相位调整电路而超前，从而实际电流的相位和指令电流的相位之间的相位差变小。
然而，如果无刷电机31是由场减弱控制器驱动的，那么，就存在这样一个问题，即，在上述无电流时间T1′…T6′(图6)中，超前电流(leading current)通过二极管37a…37f中的任何一个而流入三个线圈33a、33b和33c中的任何一个。结果，各电压信号VA、VB和VC不仅包括在按照转子32的旋转的感应电压中，还包括在其他感应电压中，如按照流入三线圈33a、33b、33c中电流变化的感应电压中。即，在无电流时间T1中，超前电流通过二极管37c流入线圈33c，所以，电压信号VC保持在输出电压VDD。在无电流时间T2′中，超前电流通过二极管37e流入线圈33b，从而电压信号VB保持在零伏。在无电流时间T3′内，超前电流通过二极管37a流入线圈33a，从而电压信号VA保持在输出电压VDD。在无电流时间T4′内，超前电流通过二极管37f流入线圈33c，从而电压信号VC保持在零伏。在无电流时间T5′内，超前电流通过二极管37b流入线圈33b，从而电压信号VB保持在输出电压VDD。在无电流时间T6′内，超前电流通过二极管37d流入线圈33a，从而电压信号V4保持在零伏。
从而电压信号VA、VB和VC的每一波形不会出现按照转子32旋转的感应电压。所以，即使将电压信号VA、VB和VC与中点电压比较，也不能获得与转子32的旋转位置相对应的位置信号。
例如，如果在电压信号VA的波形中出现按照转子32旋转的感应电压，则电压信号VA的波形如图7A所示。图7A中，横坐标表示时间，纵坐标表示电压。另外，按照转子32旋转的感应电压代表电压信号VA的倾斜部分。此外，如果电压信号VA中不出现按照转子32旋转的感应电压，则电压信号VA的波形如图7B所示。图7B中，横坐标代表时间，纵坐标代表电压。
图7B的情况下流入线圈33a中的电流波形和端子33d处电压的波形分别见图8A和8B中所示。图8A中，横坐标代表时间，纵坐标代表电流。图8B中，横坐标代表时间，纵坐标代表电压。图8A和8B中，时序位置(以纵向虚线表示)相互对齐。
如图8A和8B所示，在时间间隔P1内，超前电流通过二极管37a，沿着从中点33g到端子33d的方向流入线圈33a，从而端子33d处的电压与输出电压VDD相同。在时间间隔P2内，超前电流通过二极管37d，沿着从端子33d到中点33g的方向流入线圈33a，从而端子33d处的电压等于零伏。在时间间隔P3内，电流通过MOS FET 36a，沿着从端子33d到中点33g的方向流入线圈33a，从而端子33d处的电压与输出电压VDD相同。在时间间隔P4内，超前电流通过二极管37d，沿着从端子33d到中点33g的方向流入线圈33a，从而端子33d处的电压等于零伏。在时间间隔P5内，超前电流通过二极管37a，沿着从中点33g到端子33d的方向流入线圈33a，从而端子33d处的电压与输出电压VDD相同。在时间间隔P6内，电流通过MOS FET36d，沿着从中点33g到端子33d的方向流入线圈33a，从而端子33d处的电压等于零伏。由于电流相位的超前(lead)变大，流入线圈33a内的超前电流更加增大。
如果电流的相位比按照转子32旋转的感应电压的相位超前，则不可能对无刷电机31实施控制。例如，如果电流的相位比上述感应电压的相位超前超过90°，则在无刷电机31中会出现失去同步的问题。
本发明的目的在于提供一种能够解决上述问题的无刷电机。
为了实现上述目的，按照本发明的无刷电机包含具有一磁铁的转子，具有三个线圈的电枢，三线圈连接成三相星形连接，电枢线圈排列成与磁铁产生的磁场相联，具有六个连接成三相桥接的开关元件的半导体换向器装置，半导体换向器装置的三个输出端分别与三个线圈相连，至少一个电流影响检测器，用来检测流入电枢线圈中电流变化产生的感应电压的影响，位置信号检测电路装置，用来接收电枢线圈处出现的电压信号和从至少一个电流影响检测器发出的输出信号，位置信号检测电路装置按照电压信号和输出信号，检测与转子旋转位置对应的位置信号，相位信号输出电路装置，用来响应于从位置信号检测电路装置发出的位置信号，确定电枢线圈中提供的电流相位，以及控制电路装置，用来响应于从相位信号输出电路装置发出的相位信号，向六个开关元件发送六个控制信号。
按照本发明的上述无刷电机，至少一个电流影响检测器检测流入电枢绕组中电流变化所引起的感应电压。另外，位置信号检测电路装置按照电枢绕组处出现的电压信号和从至少一个电流影响检测器发送的输出信号，检测与转子旋转位置对应的位置信号。从而即使当无刷电机受场减弱控制器的驱动和控制时使超前电流流入电枢绕组内，也可以消除电压信号中超前电流产生的感应电压的影响。结果，按照转子旋转的感应电压仅出现在电压信号中，并且可以准确地获得与转子旋转位置对应的位置信号。
本发明的新特征在权利要求中均有描述，在结合附图对本发明进行了详细描述以后，将更有利于读者理解本发明的结构、内容及其新特征。
图1是本发明无刷电机的电路图。
图2是本发明电磁装置的透视图。
图3是本发明电枢绕组等效电路的电路图。
图4是本发明位置信号检测电路单元的具体电路图。
图5是普通无传感器型无刷电机的电路图。
图6A是MOS FET 36a开关状态的波形图。
图6B是MOS FET 36b开关状态的波形图。
图6C是MOS FET 36c开关状态的波形图。
图6D是MOS FET 36d开关状态的波形图。
图6E是MOS FET 36e开关状态的波形图。
图6F是MOS FET 36f开关状态的波形图。
图6G是电压信号VA的波形图。
图6H是电压信号VB的波形图。
图6I是电压信号VC的波形图。
图7A是电压信号VA的波形中出现感应电压时电压信号VA的波形图。
图7B是电压信号VA的波形中不出现感应电压时，电压信号VA的波形图。
图8A是图7B所示的状态下，流入线圈33a中电流的波形图。
图8B是图7B所示的状态下，端子33d处电压的波形图。
下面结合附图描述本发明的较佳实施例。
图1是本发明无刷电机的电路图。
图1中，无刷电机1包含一转子2，转子2有一磁铁，和一电枢绕组3，电枢绕组3与转子2的磁铁产生的磁场磁通量相联。电枢绕组3由三个线圈3a、3b和3c组成，分别定义为A相、B相和C相。三个线圈3a、3b和3c连接成三相星形接法。三线圈3a、3b和3c通过半导体换向器装置5与直流电源4相连，从而向三线圈3a、3b和3c供电流，相与相之间相差120°。当向三线圈3a、3b和3c提供电流时，转子2由于其自身的磁通量与三线圈3a、3b和3c中电流产生的磁场之间的磁相互作用而旋转。
半导体换向器装置5有六个开关元件部分，每一部分由一MOS FET和一MOS FET的保护二极管组成。即，在半导体换向器装置5中有六个MOSFET6a…6f和各六个MOS FET 6a…6f的六个保护二极管7a…7f。
在半导体换向器装置5中，六个MOS FET6a…6f呈三相桥接。MOS FET6a、6b和6c的每一漏极与直流电源4的正极相连，MOS FET 6d、6e和6f的每一源极与直流电源4的负极相连。另外，MOS FET6a的源极和MOS FET6d的漏极与半导体换向器装置5的输出端5a相连。与此类似，MOS FET6b的源极和MOS FET6e的漏极与输出端5b相连，同样，MOS FET6c的源极和MOSFET6f的漏极与输出端5c相连。六个MOS FET6a…6f的每一栅极接收从下述控制电路单元1 3发出的控制信号。从而六个MOS FET 6a…6f的每一开关状态由控制电路单元13来控制。
输出端5a通过连线23a与线圈3a的端子3d相连。与此类似，输出端5b通过连线23b与线圈3b的端子3f相连，输出端5c通过连线23c与线圈3c的端子3e相连。这些端子3d、3f和3e分别通过连线23a、23b和23c与位置信号检测电路单元11相连。从而位置信号检测电路单元11分别接收在电枢绕组3的三个端子3d、3f和3e处感应的三个电压信号VA、VB和VC。此外，位置信号检测电路单元11分别接收从三个电磁装置10a、10b和10c发出的三个输出信号V1a、V1b和V1c。
位置信号检测电路单元11按照三个电压信号VA、VB和VC以及三个输出信号V1a、V1b和V1c，检测与转子2的旋转位置相应的三个位置信号。在位置信号检测电路单元11中，三输出信号V1a、V1b和V1c是用在辅助计算中的。辅助计算是减法运算，用来分别从三个电压信号VA、VB和VC中减去三个输出信号V1a、V1b和V1c。所以，位置信号检测电路单元11形成检测三位置信号的位置信号检测装置。
三个电磁装置10a、10b和10c分别位于三连线23a、23b和23c处。三电磁装置10a、10b和10c检测分别由流入三线圈3a、3b和3c的三个电流的变化(微分值)所感应的三个感应电压。三个电磁装置10a、10b和10c向位置信号检测电路单元11输出三个感应电压，分别作为三个输出信号V1a、V1b和V1c。所以，三个电磁装置10a、10b和10c用作电流影响检测器，检测三线圈3a、3b和3c中流过的各电流变化所产生的各感应电压的影响。
三电磁装置10a、10b和10c具有同样的结构，下面以电磁装置10a为例参考图2来说明。
图2是本发明电磁装置的透视图。
如图2所示，电磁装置10a包含一环形铁心21，和一缠绕在环形铁心21上呈螺线管形状的线圈22。环形铁心21位于导线23a处，从而导线23a从环形铁心21的内侧穿过。因而电磁装置10a和导线23a构成一电流互感器；其中，导线23a用作初级线圈，线圈22用作次级线圈。结果，当电流i流入线圈3a时，用电磁装置10a的互感M，可以将线圈22端子24和25两端的电压表述成M(di/dt)。另外，在电磁装置10a中，互感M被设置成等于线圈3a的自感L。
如图1所示，位置信号检测电路单元11与相位信号输出电路单元12相连，并向相位信号输出电路单元12输出三个位置信号。为了获得高旋转速度和/或高输出转矩，相位信号输出电路单元12分别确定相应于三个位置信号的流入三线圈3a、3b和3c的电流的相位。同时，相位信号输出电路单元12向控制电路单元13输出三个相位信号。控制电路单元3向应于从相位信号输出电路单元12发出的三个相位信号，向六个MOS FET6a…6f的各栅极发出六个控制信号。因而超前电流流入三线圈3a、3b和3c，且通过场减弱控制来驱动无刷电机1。
例如，相位信号输出电路单元12将无刷电机1的实际旋转速度与指令旋转速度比较。如果实际旋转速度小于指令旋转速度，则相位信号输出电路单元12向控制电路单元13输出三个相位信号，从而使电流相位逐渐超前一预定量(例如1°)。而当实际旋转速度变成等于指令旋转速度时，相位信号输出电路单元12向控制电路单元13输出三个相位信号，从而电流相位保持在固定的相角。因而通过场减弱控制来驱动无刷电机1。
按照无刷电机1，三个电磁装置10a、10b和10c检测流入三线圈3a、3b和3c内三个电流变化所产生的三个感应电压，并向位置信号检测电路单元11输出三个感应电压，分别作为三输出信号V1a、V1b和V1c。另外，位置信号检测电路单元11分别从三个电压信号VA、VB和VC减去三个输出信号V1a、V1b和V1c。因而，在三个电压信号VA、VB和VC中，可以消除流入三线圈3a、3b和3c中三个电流变化产生的感应电压的影响。所以，即使当无刷电机1受场减弱控制器的驱动和控制而超前电流流入三线圈3a、3b和3c，也可以消除三电压信号VA、VB和VC中超前电流产生的感应电压的影响。结果，按照转子2的旋转的感应电压仅出现在三电压信号VA、VB和VC中，可以精确地获得与转子2的旋转位置对应的位置信号。
下面参考图3说明三电压信号VA、VB和VC，图中详细给出了电枢绕组3的等效电路图。
图3中，eBEF-A、eBEF-B、eBEF-C分别表示按照转子2的旋转，三线圈3a、3b和3c中的感应电压。L(diA/dt)表示当电流iA流入线圈3a时，线圈3a中的感应电压。与此类似，L(diB/dt)表示当电流iB流入线圈3b时，线圈3b中的感应电压，同时，L(diC/dt)表示当电流iC流入线圈3c时，线圈3c中的感应电压。另外，RA·iA表示当电流iA流入线圈3a时的电压降，其中，RA表示线圈3a的电阻。与此类似，RB·iB表示当电流iB流入线圈3b时的电压降，其中，RB表示线圈3b的电阻。同样，RC·iC表示当电流iC流入线圈3c时的电压降，其中，RC表示线圈3C的电阻。VN表示中点电压。
举例来说，图3中，电压信号VA是用下述等式(1)表示的(1)VA=eBEF-A+L(diA/dt)+RA·iA+VN下面参考等式(1)来说明位置信号检测电路单元11(图1)的功能。
当电流iA流入线圈3a时，电磁装置10a(图2)在端子24和25(图2)之间形成电压M(diA/dt)，并向位置信号检测电路单元11输出电压M(diA/dt)，作为输出信号V1a。位置信号检测电路单元11从电压信号VA中减去输出信号V1a。即，等式(1)被修改成下述等式(2)(2) VA-M(diA/dt)=eBEP-A+L(diA/dt)+RA·iA+VN-M(diA/dt)在等式(2)的右边，电压M(diA/dt)等于电压L(diA/dt)。另外，电压降RA·iA与感应电压eBEF-A相比是可忽略不计的。所以，可以忽略电压降RA·iA。结果，等式(2)改写成下述等式(3) 另外，当从等式(3)的两边减去中点电压时，等式(3)变成下述等式(4) 因此，位置信号检测电路单元11用等式(4)，检测按照转子2(图1)的旋转的感应电压，并检测与转子2旋转位置对应的位置信号。
下面参照图4说明位置信号检测电路单元11的具体结构。图4是本发明位置信号检测电路单元的具体电路图。
图4中，在由电容V1A断开电压信号VA的DC分量以后，电压信号VA由电阻R1A和R2A分压，电压信号VA被输入到由运算放大器组成的缓冲器BFA。电压信号VA′是从缓冲器BFA的输出端发出的。缓冲器BFA的输入端与保护二极管D1A和D2A相连。
与此类似，电压信号VB在由电容器C1B阻断DC分量以后，被电阻R1B和R2B分压，电压信号VB被输入到由运算放大器组成的缓冲器BFB。电压信号VB是从缓冲器BFB的输出端发出的。缓冲器BFB的输入端与保护二极管D1B和D2B相连。
同样，在由电容器C1C阻断电压信号VC的DC分量以后，电压信号VC由电阻R1C和R2C分压，电压信号VC被输入到由运算放大器组成的缓冲器BFC。电压信号VC′是从缓冲器BFC的输出端发出的。缓冲器BFC的输入端与保护二极管D1C和D2C相连。
缓冲器BFA、BFB物BFC的输出端分别与电阻R3A、R3B和R3C的一端相连。电阻R3A、R3B和R3C的另一端在一个公共连接点上相互连接。所以，与中点电压VN对应的伪中点电压VN′出现在公共连接点处。伪中点电压V′N由反相放大器NA反相，反相放大器NA由运算放大器OP1和电阻R4和R5组成。
缓冲器BFA、电磁装置10a和运算放大器OP1的输出端与带有积分器的加法器ADA的输入端相连，带有积分器的加法器ADA由运算放大器OP2A、电阻R6A…R9A和电容C2A组成。带有积分器的加法器ADA对电压信号VA′、输出信号V1a和反相伪中点电压-V′N取和。从而在带有积分器的加法器ADA的输出端处获得感应电压eBEF-A。电磁装置10a的输出端与带有积分器的加法器ADA相连，从而输出信号V1a从电压信号VA′中去极(depolarized)。所以，与上述说明中在带有积分器的加法器ADA中加入电压信号V′A、输出信号V1a和反相伪中点电压-V′N的情况相反，输出信号V1a是从电压信号V′A中减去的。
带有积分器的加法器ADA的输出端与具有滞后作用的比较器CPA相连。比较器CPA是由运算放大器OP3A和电阻R10A…R12A组成的，并将感应电压eBEF-A与一预定阈值比较。从而在比较器CPA的输出端获得A相的位置信号。该位置信号在滞后感应电压eBEF-A和中点电压VN之间的交叉点一个给定相角的点处上升或下降。
与此类似，缓冲器BFB、电磁装置10b和运算放大器OP1的输出端与带有积分器的加法器ADB的输入端相连，带有积分器的加法器ADB由运算放大器OP2B、电阻R6B…R9B和电容器C2B组成。带有积分器的加法器ADB对电压信号VB、输出信号V1b和反相伪中点电压-V′N取和。从而在带有积分器的加法器ADB的输出端处获得感应电压eBEF-B。电磁装置10b的输出端与带有积分器的加法器ADB相连，从而输出信号V1b从电压信号V′B中去极。所以，与上述说明中在带有积分器的加法器ADB中加入电压信号V′B、输出信号V1b和反相伪中点电压-V′N的情况相反，输出信号V1b被从电压信号V′B′中减去。
带有积分器的加法器ADB的输出端与具有滞后作用的比较器CPB相连。比较器CPB由运算放大器OP3B和电阻R10B…R12B组成，并将感应电压eBEF-B与一预定阈值比较。因而在比较器CPB的输出端获得B相的位置信号。该位置信号在感应电压eBEF-B和中点电压VN之间一交叉点滞后一给定相角的某点处上升或下降。
同时，缓冲器BFC、电磁装置10c和运算放大器OP1的输出端与带有积分器的加法器ADC的输入端相连，带有积分器的加法器ADC由运算放大器OP2C、电阻R6C…R9C以及电容C2C组成。带有积分器的加法器ADC对电压信号V′C、输出信号V1C和一反相伪中点电压-V′N取和。从而在带有积分器的加法器ADC的输出端处获得感应电压eBEF-C。电磁装置10C的输出端与带有积分器的加法器ADC相连，从而从电压信号V′C中将输出信号Vic去极化。所以，与上述说明中在带有积分器的加法器ADC中对电压信号V′C、输出信号V1C以及反相伪中点电压-V′N取和的情况相反，从电压信号V′C中减去输出信号V1C。
带有积分器的加法器ADC的输出端与具有滞后作用的比较器CPC相连。比较器CPC由运算放大器OP3C和电阻R10C…R12C组成，并将感应电压eBEF-C与一预定值比较。从而在比较器CPC的输出端处获得C相的位置信号。这一位置信号在感应电压eBEF-C和中点电压VN之间交叉点之后滞后一给定相角的某一处上升或下降。
相位信号输出电路单元12考虑到三位置信号的相位滞后和场减弱控制产生的电流超前，分别响应于三位置信号，确定流入三线圈3a、3b和3c内的电流的相位。
在各加法器ADA、ADB和ADC中，从各感应电压eBEF-A、eBEF-B和eBEF-C中去除按照脉宽调制的开关噪声。由于脉宽调制的操作原理不是本发明的主题内容，脉宽调制的操作说明在此从略。
除了上述说明之外(其中电磁装置10a、10b和10c的互感M被分别设定成与线圈3a、3b和3c的自感相等)，可以构筑另一例子以调整各加法器ADA、ADB和ADC的结构，从而使M(di/dt)等于L(di/dt)。即，通过电阻R6A、R6B、R6C、R7A、R7B和R7C的调整，来变更加法器ADA、ADB和ADC中加法计算的系数，从而使M(di/dt)等于L(di/dt)。
在上述说明中，三电磁装置10a、10b和10c是分别为电枢线圈3的三相线圈3a、3b和3c而安装的。而三输出信号V1a、V1b和V1c是分别从三电磁装置10a、10b和10c输出到位置信号检测电路单元11的，且三位置信号是由位置信号检测电路单元11形成的。所以六个MOS FET 6a…6f的每一开关信号是按三相的每一相似模拟信号形成的。另一种情况是，如果开关信号是以数字信号形成的，则其中一个位置信号可以是由一个电磁装置发出的一个输出信号形成的。如果开关信号是以数字信号形成的，则需要一个熟知的数字电路用一个位置信号来形成所有的开关信号。然而，也可以省略两个加法器(如图4中的ADB和ADC)。所以，如果开关信号是以数字信号形成的，则可以使位置信号检测电路单元11的结构简单化。
然而，也可以不采用中点电压VN，用输出信号V1a、V1b和V1c来形成位置信号。
除了上述说明以外(其中六个MOS FET6a…6f在半导体换向器装置5中用作开关元件)，则可以采用另一种结构，使六只双极晶体管(bipolartransistor)在半导体换向器装置5中用作开关元件。
尽管本发明是结合前述较佳实施例进行描述的，但是应当理解，这种描述内容不能理解为是限制。在阅读了本说明内容以后，对本领域技术人员来说十分明显的是，可以对本发明作各种变异和修改是不容怀疑的。因此，后文的权利要求应当被理解在本发明的精神和范围内覆盖了所有的变异和修改形式。
权利要求
1.一种无刷电机，其特征在于，它包含具有一磁铁的转子，具有呈三相星形连接的三线圈的电枢线圈，所述电枢线圈排列成与所述磁铁产生的磁场相连，具有呈三相桥接的六只开关元件的半导体换向器装置，所述半导体换向器装置的三输出端分别与所述三线圈连接，至少一个电流影响检测器，用来检测流入所述电枢线圈中电流变化产生的感应电压的影响，位置信号检测电路装置，用来接收所述电枢线圈处出现的电压信号和从所述至少一个电流影响检测器发出的输出信号，所述位置信号检测电路装置按照所述电压信号和所述输出信号，检测与所述转子旋转位置对应的位置信号，相位信号输出电路装置，用来响应于从所述位置信号检测电路装置发出的所述位置信号，确定所述电枢线圈中提供的电流的相位，以及控制电路装置，用来响应于从所述相位信号输出电路装置发出的相位信号，向所述六只开关元件发送六控制信号。
2.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于，所述位置信号检测电路装置从所述电压信号中减去所述输出信号。
全文摘要
一种无刷电机，具有至少一个电流影响检测器(10a，10b，10c)，用来检测流入电枢线圈(3)中电流变化所产生的感应电压的影响。另外，位置信号检测电路装置(11)按照电枢线圈(3)处出现的电压信号和从至少一个电流影响检测器(10a，10b，10c)发出的输出信号，检测与转子(2)的旋转位置对应的位置信号。
文档编号H02P6/14GK1146097SQ9611131
公开日1997年3月26日 申请日期1996年7月26日 优先权日1995年7月28日
发明者村上浩, 楢崎和成, 本田幸夫, 角谷直之, 神藤正行, 伊藤浩, 浅野能成 申请人:松下电器产业株式会社