CN103339850A - 电动机控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动机控制电路，该电动机控制电路对电动机的速度进行可变控制，能自动地设定与所设定的电动机的速度相对应的合适的进角值。本发明所涉及的电动机控制电路(10)包括：进角设定单元，该进角设定单元对基准进角值与进角修正值进行求和来输出进角设定信号，其中，该进角修正值通过将修正量与比例系数相乘来得到；以及进角设定修正单元，该进角设定修正单元将修正基准周期(Ref_count)与从外部输入的基准信号(EXC)的周期之比作为修正量，并将该修正量与进角值设定单元所具备的规定的比例系数(Ks)相乘来得到进角修正值，并利用该进角修正值来对基准进角值进行修正。

Description

电动机控制电路
技术领域
本发明涉及一种对电动机的转速进行可变控制的电动机控制电路。
背景技术
近年来，复印机、页式打印机等OA设备正向彩色化、精细化、数字化发展，随之需要这些设备中所使用的电动机在较宽的转速范围内、以及在较高的转速精度下进行动作。在对这种电动机进行控制的控制电路中，需要在较宽的转速范围内的各个转数下具备最合适的控制性能。
此外，对于这种电动机的驱动方式，从静音化等观点来看，从现有的矩形波驱动开始，使施加在电动机绕组上的电压为正弦波的正弦波驱动正逐渐得到普及。并且，为了在这种正弦波驱动下维持较高的效率，已知有一种重要的进角控制，该进角控制对绕组电流的相位相对于发动机感应电压的相位的延迟进行调整。
以往，作为具备进角控制的电动机控制电路，提出了图3所示那样的控制器107(例如参照专利文献1)。图3所示的控制器107是对液压式动力转向***中所使用的三相无刷电动机(以下简称为电动机)160进行控制的电动机控制电路的示例。
该控制器107包括目标转数运算单元173，该目标转数运算单元173基于来自舵角传感器111及车速传感器112的输入来计算目标转数；以及转数运算单元174，该转数运算单元174基于来自旋转位置检测传感器171的输入来计算电动机的转数，目标转数和实际转数的偏差被输入至转数控制单元175。并且，转数控制单元175及PWM控制单元176利用比例控制和积分控制来设定控制电压，由此，通过驱动电路172来控制电动机106的转数。
并且，在控制器107中，相位控制单元177基于由转数控制单元175所求得的比例项、积分项等控制参数来求得驱动电路172的最佳通电相位角，并将该结果发给PWM控制单元176，由此来进行进角控制。
另外，以往，对在较宽范围内变化速度进行控制的电动机控制电路中也存在有以下这种电动机控制电路，其具有预先设定的两个进角值，并根据输入至进角值设定端子的电压电平的高/低来对进角值设定进行切换。例如，在图4所示的进角设定电路的示例中，根据PSO端子的状态的开路/短路(GND)来对输入至PS端子(进角值设定端子)的电压电平的高/低进行设定，并根据该设定的切换来切换进角值的设定。通常根据电动机的转速等，并经由电动机控制电路的接口，来从外部提供这种对PSO端子的状态进行切换的信号。
现有技术文献
专利文献
特許文献1：日本专利特开2005-192338号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在图3所示的控制器107中，由于电动机旋转中的控制指令会因负载变动等而经常变动，因此，尽管通过与负载及转数相对应的进角控制使驱动效率得到了改善，但还是会因上述原因而存在转数产生微妙变动的问题。例如，在打印机的感光鼓驱动中，这种转数的微妙变动(转数WOW)是印刷错位等的主要原因，会对印刷质量造成影响。此外，在图4所示那样的、根据输入至进角值设定端子的信号电平来切换进角值的结构中，在例如为了执行精度更高的控制而使对应的进角值的数量增加的情况下，需要采用具有较多电阻及开关元件等的复杂的切换电路。
本发明是有鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种电动机控制电路，该电动机控制电路对电动机的速度进行可变控制，并能自动地设定与所设定的电动机的速度相对应的、合适的进角值。
为解决问题所采用的技术方案
下面的发明的实施方式是对本发明的结构所进行的例示，为了方便对本发明的多种结构进行理解，逐项分开进行说明。各项并非是对本发明的技术范围进行限定，参考实施发明的最佳方式、并将各项的构成要素的一部分替换、删除、或者添加其它构成要素后得到的技术方案也包含在本发明申请的技术范围中。
(1)、一种电动机控制电路，该电动机控制电路从安装在电动机上的速度检测单元输入与所述电动机的速度成比例的频率的检测信号，并从外部输入具有与目标速度相当的频率的基准信号，并将所述检测信号的周期与所述基准信号的周期进行比较来对所述电动机的速度进行可变控制，其特征在于，包括：进角设定单元，该进角设定单元对基准进角值与进角修正值进行求和来输出进角设定信号，其中，该进角修正值通过将修正量与比例系数相乘来得到；以及进角设定修正单元，该进角设定修正单元将修正基准周期与所述基准信号的周期之比作为所述修正量，并将所述修正量与所述比例系数相乘来得到所述进角修正值(权利要求1)
根据该项所记载的电动机控制电路，能够根据从外部输入的基准信号的周期的变动来对进角值进行自动修正，并且在对电动机的速度进行可变控制的电动机控制电路中，当电动机的速度伴随着目标速度的变动而变动时，能使各个速度下的驱动效率最优化。
此外，在该项所记载的电动机控制电路中，基于从外部输入的基准信号的周期来对进角设定进行修正，因此，能在该设定不会对电动机旋转变动造成影响的前提下进行进角控制。
另外，在该项所记载的电动机控制电路中，由于在电动机控制电路的内部自动进行与目标速度相对应的进角设定的修正，因此，无需进角值的切换电路、用于从外部输入该切换信号的接口等，能以简单且廉价的结构来使驱动效率最优化。
(2)、在(1)项所记载的电动机控制电路中，其特征在于，包括周期检测计数器，该周期检测计数器输入所述基准信号，并输出基于所述基准时钟计数所得的与所述基准信号的周期相当的基准周期计数值，所述进角修正单元具有与该修正基准周期相对应的修正基准计数值作为所述修正基准周期并具有除法单元，该除法单元通过将所述修正基准计数值除以所述基准周期计数值来计算所述修正量(权利要求2)
根据该项所记载的电动机控制电路，能够以不使用模拟电路(例如，积分放大器、电阻、电容器)的完全的数字处理电路的形式来构成能根据从外部输入的基准信号的周期的变动从而对进角值进行自动修正的电动机控制电路。特别是在将电动机控制电路作成集成电路(IC)的情况下，能灵活应用微细加工工艺来以较少的面积构成更多的数字电路，从而能以较小的芯片面积以及低成本的IC来实现高性能的电动机控制电路。
(3)、在(1)或(2)项所记载的电动机控制电路中，其特征在于，所述进角设定修正单元具有多个所述修正基准周期(权利要求3)
根据该项所记载的电动机控制电路，能够灵活且容易地对速度可变范围较宽的电动机进行最佳的进角设定的修正。
发明效果
本发明所涉及的电动机控制电路采用以上结构，因此，在对电动机的速度进行可变控制的电动机控制电路中，能自动地对与所设定的电动机速度相对应的适当的进角值进行设定，来使其驱动效率最优化。
附图说明
图1是示意性表示包含本发明的一个实施方式的电动机控制电路的电动机驱动***的框图。
图2是表示本发明的一个实施方式的电动机控制电路的主要部分的功能框图。
图3是表示现有的电动机控制电路的一个示例的电路结构图。
图4是表示现有的电动机控制电路的另一个示例的电路结构图。
标号说明
10：电动机控制电路
12：电动机
14：频率发生器(速度检测单元)
16：周期检测计数器
18：乘法单元
19：加法单元
20：除法单元
具体实施方式
下面，根据附图说明本发明的实施方式。
图1是示意性表示了本实施方式中的电动机控制电路10的、电动机驱动***的图。图1所示的电动机驱动***包含电动机12和电动机控制电路10，电动机12上安装有频率发电机(Frequency Generator，以下也称为FG)14作为速度检测单元。从FG14向电动机控制电路10输入与电动机12的速度(转速)成比例的频率的检测信号(以下也称为FG信号)，并从外部(例如电动机控制电路10的上级***)向电动机控制电路10输入基准信号EXC。
在图1所示的电动机驱动***中，基准信号EXC是具有与电动机的目标速度相当的频率的信号，并设想例如根据电动机12的各种动作状况来改变该频率(即目标速度)。下面，参照图2对电动机控制电路10的结构进行详述。
图2是表示本实施方式的电动机控制电路10的主要部分的功能框图。电动机控制电路10具备输入基准信号EXC的周期检测计数器16，并向该周期检测计数器16提供一定周期的基准时钟CLK。这里，电动机控制电路10优选为在其内部具备基准时钟CLK的发生单元(图中省略)，但本发明所涉及的电动机控制电路10也可以从其外部输入基准时钟CLK。
电动机控制电路10还包括进角设定单元，该进角设定单元包含加法单元19；乘法单元18，该乘法单元18具备规定的比例系数Ks；以及进角设定修正单元，该进角设定修正单元包含除法单元20。
另外，本实施方式中的电动机控制电路10对FG信号的周期与基准信号EXC的周期进行比较来对电动机10的速度进行可变控制(例如速度控制及相位控制)，并因此具备所需的速度控制单元及相位控制单元等构成要素，但由于这些构成要素可以采用公知的合适结构，因此省略其图示及说明。
本实施方式中，对于周期检测计数器16，只要是根据基准时钟CLK来对输入信号的周期进行计数，并输出所计得的值(计数值)即可，且具体结构可以是任意适当的结构。例如，周期检测计数器16也可以包括自运行计数器，该自运行计数器在构成基准时钟CLK的每一个脉冲信号的输入时进行计数；以及输入捕捉寄存器，该输入捕捉寄存器对输入信号的上升进行检测，从而对该时刻的自由运行计数器的计数值进行保持，通过对接下来的两个时刻所保持的计数值的差进行计算，来将输入信号的一个周期内所输入的基准时钟CLK的脉冲数作为与输入信号的周期相当的计数值进行输出。
在电动机控制电路10中，进角设定单元具有预先设定的基准进角值，将该基准进角值输入至加法单元19，在加法单元19中，将其与后述的对修正量乘以比例系数后得到的进角修正值进行求和，并将所得到的进角设定信号输出。
另一方面，从周期检测计数器16输出与基准信号EXC的周期相当的基准周期计数值EXC_count。并且，电动机控制电路10的进角设定修正单元将根据基准进角值而预先设定的修正基准周期作为对应的修正基准计数值Ref_count来进行保持，将基准周期计数值EXC_count与修正基准计数值Ref_count输入到除法单元20，在除法单元20中，利用“Ref_count/EXC_count”来计算修正量，以作为修正基准周期与基准信号的周期的比。将该修正量输入到乘法单元18，并与规定的比例系数Ks相乘，从而计算出进角修正值。然后，从乘法单元18将进角修正值输出到进角设定单元的加法单元19。由此，基准进角值得以修正。
由此，在电动机控制电路10中，利用进角修正值并根据基准信号EXC的周期(基准周期计数值EXC_count)来对用于进行进角设定的基准进角值进行自动修正，因此，即使在基准信号EXC的周期(即，从外部输入的目标速度)产生变动的情况下，也能针对各个速度进行适当的进角设定，进而能使电动机的驱动效率最优化。
另外，在电动机控制电路10的进角设定修正单元中，如上所述，使用“修正基准周期/基准信号EXC的周期”(Ref_count/EXC_count)来作为修正量(这相当于设定与“1/修正基准周期”成比例的修正基准速度，利用修正基准速度对与“1/基准信号EXC的周期”成比例的目标速度进行归一化，并将得到的值用作修正的目标速度)。该结构如以下说明的那样，尤其适用于速度可变范围较宽的电动机的控制。
即，在速度可变范围较宽的电动机的控制中，为了使电动机的驱动效率最优化，可能会根据目标速度所属的多个速度范围(例如，低速区域、中速区域、高速区域等)而分别需要不同的进角设定。针对这种需要，电动机控制电路10也可以具备多个适当的修正基准周期(例如，低速区域用、中速区域用、高速区域用的各个修正基准周期)来分别与多个速度区域相对应，并根据目标速度所属的速度区域来切换修正量计算中所使用的修正基准周期(具体而言，就是对应的修正基准计数值Ref_count)。
此时，电动机控制电路10优选为使修正基准周期的切换与基准信号EXC的周期(基准周期计数值EXC_count)联动起来，自动进行。
由此，即使是目标速度在较宽的范围内变动的情况，也能灵活且容易地对进角值的修正量进行切换，以使电动机的驱动效率最优化。而且，即使在速度区域数增加的情况下，也无需增加电动机控制电路10的元器件数量，可以通过增加作为数据而保存在进角设定修正单元中的修正基准周期来容易地应对。
另外，电动机控制电路10也可以具备公知的驱动电路(省略图示)，该驱动电路基于从加法单元19输出的进角设定信号(以及从未图示的其它控制单元(例如速度控制单元及相位控制单元)输出的控制信号)来驱动电动机12。
上述结构的电动机控制电路10获取FG信号的周期来作为计数值(即数值数据)，在之后的处理中，都可以作为数值数据的运算处理来执行，因此，不使用模拟电路，能实现完全的数字处理电路。此时，对于电动机控制电路10的各个构成要素，只要实现了参照图2所说明的各功能模块的功能即可，可以利用任意合适的硬件或软件、或者它们的组合来实现。尤其是在将电动机控制电路10作为集成电路(IC)的情况下，电动机控制电路10的这种特征有助于利用芯片面积较小且低成本的IC来实现高性能的电动机控制电路。
如上所述，根据优选的实施方式对本发明进行了说明，但是本发明并不仅限于上述实施方式。例如，本发明包括利用具有相同功能的模拟电路来构成电动机控制电路的任意构成要素的情况。

Claims (3)

1.一种电动机控制电路，该电动机控制电路从安装在电动机上的速度检测单元输入与所述电动机的速度成比例的频率的检测信号，并从外部输入具有与目标速度相当的频率的基准信号，并将所述检测信号的周期与所述基准信号的周期进行比较来对所述电动机的速度进行可变控制，其特征在于，包括：
进角设定单元，该进角设定单元对基准进角值与进角修正值进行求和来输出进角设定信号，其中，该进角修正值通过将修正量与比例系数相乘来得到；以及进角设定修正单元，该进角设定修正单元将修正基准周期与所述基准信号的周期之比作为所述修正量，并将所述修正量与所述比例系数相乘来得到所述进角修正值。
2.如权利要求1所述的电动机控制电路，其特征在于，
包括周期检测计数器，该周期检测计数器输入所述基准信号，并输出基于所述基准时钟计数所得的与所述基准信号的周期相当的基准周期计数值，所述进角修正单元具有与该修正基准周期相对应的修正基准计数值作为所述修正基准周期并具有除法单元，该除法单元通过将所述修正基准计数值与所述基准周期计数值相除来计算所述修正量。
3.如权利要求1或2所述的电动机控制电路，其特征在于，
所述进角设定修正单元具有多个所述修正基准周期。
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