CN104885348A - 马达驱动设备 - Google Patents

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Abstract

一种马达驱动设备，包括：转子；第一磁轭，其包括第一磁性部；第一线圈，用于在通电的情况下，对所述第一磁性部进行励磁；第二磁轭，其包括第二磁性部；第二线圈，用于在通电的情况下，对所述第二磁性部进行励磁；检测部，其包括各自用于检测所述转子的转动位置的第一检测元件、第二检测元件、第三检测元件和第四检测元件；控制器，用于通过基于所述检测部的输出切换所述第一线圈和所述第二线圈的通电方向，来切换所述第一磁性部和所述第二磁性部所励磁的磁极。

Description

马达驱动设备
技术领域
本发明涉及包括位置检测器的马达驱动设备。
背景技术
由于步进马达的诸如小型、高转矩和长寿命等的各种优点，因此步进马达可以通过开环控制来容易地进行数字定位操作。这一事实使得步进马达例如广泛应用于诸如照相机和光盘装置等的信息装置以及诸如打印机和投影仪等的办公自动化设备。
然而，步进马达存在诸如高速转动时或负荷大时发生失步、以及相比无刷马达或DC马达效率变低等的明显缺点。
用以解决这些缺点的一个已知技术是通过使配备有步进马达的编码器进行响应于转子的位置来切换通电的所谓的无刷马达的操作来防止发生失步(参见日本专利06-067259和日本特开2002-359997)。该技术使得能够通过利用内置于马达的非接触式传感器所生成的并且响应于马达的速度而相位超前的信号对流经各线圈的电流进行切换以补偿电流上升时间的延迟，来进行高速操作。
图8示出在使恒定电流流经马达的各线圈的情况下作用于日本专利06-067259和日本特开2002-359997所公开的马达的转矩。可以使正方向的电流和负方向的电流分别流经两个线圈，由此得到四个不同的转矩曲线。每个这样的转矩具有大致正弦波形和表示为90度的电角度的相位差。如这里所使用的电角度是指通过使用正弦波形的一个周期即360度所表示的角度。在转子的磁极数量为n的情况下，将机械角度表示为电角度×2/n。
在马达的转动期间理想地顺次切换马达的通电在所有情况下均可以实现诸如图8A的粗线所示的T1等的高转矩。在这种切换中，利用从各磁性传感器产生的信号来确定线圈的通电的切换时刻。按90度的电角度的间隔配置两个磁性传感器使得可以以最佳效率切换通电。
发明内容
发明要解决的问题
然而，磁性传感器的安装位置的误差导致诸如图8B的T2所示的转矩曲线的精度损失，这导致马达的效率下降。这一情况需要在组装马达时调整磁性传感器的安装位置的额外处理。这成为成本增加和质量下降的一个原因。
日本特开2002-359997公开了设置从磁性传感器检测转子转动位置开始的延迟时间以容纳传感器配置误差和磁化角度的偏差，由此进行向各线圈的通电的切换。
然而，在延迟时间内出现急剧的负荷变化会导致在预期的转子转动位置和实际的转子转动位置之间产生差异，这导致发生失步。另外，为了进行稳定的延迟时间设置，仅需要在若干步骤期间利用正常的时间控制来驱动转子。在这些若干步骤期间的急剧的负荷变化可能导致发生进一步失步。
用于解决问题的方案
有鉴于这些问题，本发明的目的是提供一种马达驱动设备，其能够在无延迟时间的情况下设置多个超前角，因而不会导致发生失步。
作为本发明的方面的一种马达驱动设备，包括：转子，其包括磁体，所述磁体为圆筒形状，并且沿外周方向被分割成各自具有外周面的部分，其中各部分和邻接部分具有不同的极性；第一磁轭，其包括第一磁性部，其中所述第一磁轭与所述磁体的外周面相对；第一线圈，用于在通电的情况下，对所述第一磁性部进行励磁；第二磁轭，其包括第二磁性部，其中所述第二磁轭在相对于所述第一磁性部偏移了90度的电角度的位置处与所述磁体的外周面相对；第二线圈，用于在通电的情况下，对所述第二磁性部进行励磁；检测部，其包括各自用于检测所述转子的转动位置的第一检测元件、第二检测元件、第三检测元件和第四检测元件；以及控制器，用于通过基于所述检测部的输出切换所述第一线圈和所述第二线圈的通电方向，来切换所述第一磁性部和所述第二磁性部所励磁的磁极，其中，所述第一检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿第一转动方向转动、并且基于所述第一检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，相对于从各所述第一磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量小于相对于从各所述第一磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量，所述第二检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第二检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，相对于从各所述第二磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量小于相对于从各所述第二磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量，所述第三检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第三检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，相对于从各所述第一磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量大于相对于从各所述第一磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量，以及所述第四检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第四检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，相对于从各所述第二磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量大于相对于从各所述第二磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
发明的效果
本发明提供能够在无延迟时间的情况下设置多个超前角因而不会导致发生失步的马达驱动设备。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的马达驱动设备的框图。
图2是马达的外部立体图。
图3是马达转动角度和马达转矩的关系图。
图4A和4B是示出磁轭和磁体之间的相位关系的沿相对于马达轴成直角的方向的截面图。
图5A～5C示出在使恒定电流流经马达的线圈的情况下作用于马达的转矩。
图6A～6I是示出磁轭、磁性传感器和磁体之间的相位关系的沿相对于马达轴成直角的方向的截面图。
图7是马达控制方法的流程图。
图8A和8B示出在使恒定电流流经马达的线圈的情况下作用于马达的转矩。
具体实施方式
以下将参考附图来详细说明本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的实施例的马达驱动设备的框图，并且图2是马达的外部立体图。应当注意，将一些组件例示为剖面图以供说明。
转子3包括磁体2并且由控制电路(控制器)13进行转动控制。磁体2为圆筒形状，并且沿外周方向被分割成各自具有外周面的部分，其中各部分具有与邻接部分不同的极性。在本实施例中，磁体2被分割成八个部分、即八个磁化部分，但磁极数量例如可以为四个或十二个。
第一线圈4配置在磁体2的沿轴方向的一端。
包括软磁性材料的第一磁轭6与磁体2的外周面相对，在第一磁轭6和磁铁2的外周面之间具有间隙。第一磁轭6包括多个第一磁性部6a，该多个第一磁性部6a从圆柱状本体向轴方向延伸出并且按预定间隔配置在外周方向上。通过对第一线圈4通电来对第一磁性部6a进行励磁。
第一线圈4、第一磁轭6和与第一磁性部6a相对的磁体2共同构成第一定子单元。
第二线圈5配置在轴方向上的磁体2的与安装有第一线圈4的一端相对的另一端。
包括软磁性材料的第二磁轭7与磁体2的外周面相对，在第二磁轭7和磁体2的外周面之间具有间隙。第二磁轭7包括多个第二磁性部7a，该多个第二磁性部7a从圆柱状本体向轴方向延伸出并且按预定间隔配置在外周方向上。通过对第二线圈5通电来对第二磁性部7a进行励磁。
第二线圈5、第二磁轭7和与第二磁性部7a相对的磁体2共同构成第二定子单元。
由第一磁性部6a和第二磁性部7a所励磁的磁极(N极/S极)的切换，使得能够改变提供至转子3的转矩。
第一磁性传感器(第一检测元件)8、第二磁性传感器(第二检测元件)9、第三磁性传感器(第三检测元件)10、和第四磁性传感器(第四检测元件)11共同构成检测器。各磁性传感器是用于检测磁体2的磁通量的霍尔元件并且固定至马达盖12。
马达盖12固定并保持第一磁轭6和第二磁轭7，以使得第一磁性部6a和第二磁性部7a以相对于磁体2的磁化相位成大致90度的电角度的方式配置。
如这里所使用的电角度是指通过使用磁体2的磁力的一个周期即360度所表示的角度。在转子3的磁极数量为M并且机械角度为θ0的情况下，可以通过以下等式来表示电角度θ。
θ＝θ0×M/2
由于在本实施例中磁化后的磁极数量为8，因此90度的电角度等同于22.5度的机械角度。
以下将通过使用电角度来说明反馈通电切换模式的操作。
图3示出在使恒定电流流经马达1的线圈的情况下转子3的转动角度和马达1的转矩之间的关系。横轴表示电角度并且纵轴表示马达转矩。将使转子3顺时针地转动的转矩定义为正。
图4A和4B是沿相对于马达轴成直角的方向的截面图，其示出了各磁轭和磁体2之间的相位关系。
假设流经第一线圈4的正电流使第一磁性部6a磁化，并且流经第二线圈5的正电流使第二磁性部7a磁化。
利用图3中的符号“a”来表示如图4A所示的状态的相位。图4A示出从磁化后的磁极的中心到第一磁性部6a的距离和从这些磁极的中心到第二磁性部7a的距离相同的状态。在图4A所示的状态中，产生维持转动相位的力，但没有产生转动驱动力。这是因为，磁体2的S极被第一磁性部6a和第二磁性部7a吸引，因而保持处于这种状态。
第二磁性部7a从图4A所示的状态被励磁为S极，从而使转子3转动而进入图4B所示的状态。
在图4B中，以与图4A所示的状态相同的方式，产生维持转动相位的力，但不产生转动驱动力。更具体地，磁体2的S极和N极分别被第一磁性部6a和第二磁性部7a吸引，并且保持处于这种状态。
以与上述相同的方式，可以通过切换第一线圈4和第二线圈5的通电方向以切换第一磁性部6a和第二磁性部7a的极性，来使转子3连续转动。
以下将在没有产生这种转动驱动力的时刻第一磁性部6a和第二磁性部7a所励磁的磁极的切换称为电超前角为0度的通电切换。以下将在比该时刻早的时刻第一磁性部6a和第二磁性部7a所励磁的磁极的切换称为电超前角为γ度的励磁切换。
图5A～5C是示出以马达转动角度作为横轴、以在第一线圈4和第二线圈5通电的情况下所产生的马达转矩作为纵轴的图。利用电角度来表示横轴。
L1是在针对第一线圈4的通电方向为正并且针对第二线圈5的通电方向为正的情况下所观察到的转矩曲线。L2是在针对第一线圈4的通电方向为正并且针对第二线圈5的通电方向为反的情况下所观察到的转矩曲线。L3是在针对第一线圈4的通电方向为反并且针对第二线圈5的通电方向为反的情况下所观察到的转矩曲线。L4是在针对第一线圈4的通电方向为反并且针对第二线圈5的通电方向为正的情况下所观察到的转矩曲线。
图5A示出在电超前角为0度的情况下所观察到的状态。然而，在这种时刻顺次切换针对各线圈的通电方向不产生大的输出作为马达1的输出。其原因是：如利用斜线部分和粗线所示，在紧挨切换通电方向之前所观察到的相位中，马达转矩非常小。
图5B示出在电超前角为45度的情况下所观察到的状态。在这种状态下，在切换通电方向时所产生的马达转矩最大。
如图5C所示，在较早的时刻利用90度的电超前角切换针对各线圈的通电方向得到斜线部分所示的马达转矩。由此得到的转矩的值与在电超前角为0度时所获得的值相同。这意味着无法获得大的转动驱动力。
在本实施例中，通过使各磁性传感器相对于各磁轭配置于以下所述的相应位置，使得即使在切换通电方向时，也可以获得大的转动驱动力。
参考图6A～6I，利用作为图6A所示的状态的默认状态来说明马达1的实际操作。
(1)顺时针转动
(1-i)利用低超前角的驱动
将说明转子3的顺时针转动操作(第一通电模式)。通过利用从第一磁性传感器8产生的输出信号切换各第一磁性部6a的励磁状态并且通过利用从第二磁性传感器9产生的输出信号切换各第二磁性部7a的励磁状态，来进行这些操作。将转子3转动的顺时针方向定义为第一转动方向。
按以下组合切换各通电方向。
如果第一磁性传感器8检测到磁体2的S极，则各第一磁性部6a被励磁为N极。如果第一磁性传感器8检测到磁体2的N极，则各第一磁性部6a被励磁为S极。
如果第二磁性传感器9检测到磁体2的S极，则各第二磁性部7a被励磁为S极。如果第二磁性传感器9检测到磁体2的N极，则各第二磁性部7a被励磁为N极。
在图6A所示的状态中，第一磁性传感器8和第二磁性传感器9各自检测到磁体2的S极。结果，各第一磁性部6a被励磁为N极并且各第二磁性部7a被励磁为S极，这使得在转子3和磁体2这两者中产生顺时针的转动力。
在转子3从图6A所示的状态起顺时针转动的情况下，如图6B所示，磁体2的磁化后的磁极的中心Q1和各第一磁性部6a的中心变得彼此相对。
在转子3从图6B所示的状态起顺时针地转动的情况下，如图6C所示，从磁体2的磁化后的磁极的中心Q1到第一磁性部6a的距离和从磁体2的以与中心Q1相反的方式被磁化的磁极的中心Q2到第二磁性部7a的距离变得相等。
第一磁性传感器8被配置成如下：在基于第一磁性传感器8的输出来切换由各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。该配置使得第一磁性传感器8能够在从图6B所示的状态转变为图6C所示的状态时检测到磁体2的N极。在该转变时，第一线圈4通电以将各第一磁性部6a励磁为S极。另外，由于第二磁性传感器9检测到磁体2的S极，因此第二线圈5通电以将各第二磁性部7a励磁为S极，这使得在转子3和磁体2这两者中产生顺时针的转动力。
在转子3从图6C所示的状态起顺时针地转动的情况下，如图6D所示，磁体2的磁化后的磁极的中心Q2和第二磁性部7a的中心彼此相对。
在转子3从图6D所示的状态起顺时针地转动的情况下，如图6E所示，从磁体2的磁化后的磁极的中心Q2到第一磁性部6a的距离和从该中心Q2到第二磁性部7a的距离变得相等。
第二磁性传感器9被配置成如下：在基于第二磁性传感器9的输出来切换各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。该配置使得第二磁性传感器9能够在从图6D所示的状态转变为图6E所示的状态时检测到磁体2的N极。在该转变时，第二线圈5通电以将各第二磁性部7a励磁为N极。另外，由于第一磁性传感器8检测到磁体2的N极，因此第一线圈4通电以将各第一磁性部6a励磁为S极，这使得在转子3和磁体2这两者中产生顺时针的转动力。
如上所述，顺次切换通电以使转子3和磁体2连续地顺时针转动。
第一磁性传感器8被配置成如下：在基于第一磁性传感器8的输出来切换各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。这意味着第一磁性传感器8配置于如下位置：在该位置处，相对于从各第一磁性部6a的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量小于相对于从各第一磁性部6a的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量。第二磁性传感器9被配置成如下：在基于第二磁性传感器9的输出来切换各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。这意味着第二磁性传感器9配置于如下位置：在该位置处，相对于从各第二磁性部7a的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量小于相对于从各第二磁性部7a的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量。即使在基于各磁性传感器的输出来切换各线圈的通电方向时，这些配置也使得与在不切换各线圈的通电方向的情况下维持励磁的状态下所观察到的相位相比，相位偏差变小。因而，在正常步进驱动的情况下所观察到的转子3和磁体2的相位与在通过基于各磁性传感器的输出切换各线圈的通电来进行驱动的情况下所观察到的转子3和磁体2的相位之间不具有大的差。结果，即使在切换步进驱动和对各传感器的输出进行反馈控制的无刷驱动的情况下，也可以在无振动或振荡的状态下进行平滑的操作切换。期望利用这种电超前角的驱动，特别是在从停止状态起开始驱动的情况下或者在从驱动状态转变为停止状态时。
(1-ii)利用高超前角的驱动
转子3的转动速度越快，利用逆电动势或电感成分来磁化各磁性部分的速度越慢。因而，可以通过在较早的时刻切换针对转子3的转动位置的各线圈的通电方向来获得大的转动驱动力。
将说明转子3的顺时针转动操作(第二通电模式)。通过基于从第三磁性传感器10产生的输出信号切换各第一磁性部6a的励磁状态并且通过基于从第四磁性传感器11产生的输出信号切换各第二磁性部7a的励磁状态，来进行这些操作。
按以下组合切换各通电方向。
如果第三磁性传感器10检测到磁体2的S极，则各第一磁性部6a被励磁为N极。如果第三磁性传感器10检测到磁体2的N极，则各第一磁性部6a被励磁为S极。
如果第四磁性传感器11检测到磁体2的S极，则各第二磁性部7a被励磁为S极。如果第四磁性传感器11检测到磁体2的N极，则各第二磁性部7a被励磁为N极。
在图6A所示的状态中，第三磁性传感器10和第四磁性传感器11各自检测到磁体2的S极。结果，各第一磁性部6a被励磁为N极并且各第二磁性部7a被励磁为S极，这导致在转子3和磁体2这两者中产生顺时针的转动力。
在转子3从图6A所示的状态起顺时针地转动的情况下，如图6B所示，磁体2的磁化的磁极的中心Q1和各第一磁性部6a的中心变得彼此相对。
第三磁性传感器10被配置成如下：在基于第三磁性传感器10的输出来切换各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。该配置使得第三磁性传感器10能够在从图6A所示的状态转变为图6B所示的状态时检测到磁体2的N极。在该转变时，使第一线圈4通电以将各第一磁性部6a励磁为S极。另外，由于第四磁性传感器11检测到磁体2的S极，因此第二线圈5通电以将各第二磁性部7a励磁为S极，这使得在转子3和磁体2这两者中产生顺时针的转动力。
在转子3从图6B所示的状态起顺时针地转动的情况下，经由图6C所示的状态，如图6D所示，磁体2的磁化后的磁极的中心Q2和第二磁性部7a的中心彼此相对。
第四磁性传感器11被配置成如下：在基于第四磁性传感器11的输出来切换各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。该配置使得第四磁性传感器11能够在从图6C所示的状态转变为图6D所示的状态时检测到磁体2的N极。在该转变时，第二线圈5通电以将各第二磁性部7a励磁为N极。另外，由于第三磁性传感器10检测到磁体2的N极，因此第一线圈4通电以将各第一磁性部6a励磁为S极，这使得在转子3和磁体2这两者中产生顺时针的转动力。
如上所述，顺次切换通电以使转子3和磁体2连续地顺时针转动。
第三磁性传感器10被配置成如下：在基于第三磁性传感器10的输出来切换各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。这意味着第三磁性传感器10配置于如下位置：相对于从各第一磁性部6a的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量大于相对于从各第一磁性部6a的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量。第四磁性传感器11被配置成如下：在基于第四磁性传感器11的输出来切换各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。这意味着第四磁性传感器11配置于如下位置：相对于从各第二磁性部7a的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量大于相对于从各第二磁性部7a的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量。由于在转子3高速转动时各第二磁性部7a磁化的时刻是电超前角大致达到45度的时刻，因此该配置产生大的转动驱动力。结果，期望利用这种电超前角的驱动，特别是在转子3以高速顺时针地转动时。
(2)逆时针转动
(2-i)利用低超前角的驱动
将说明转子3的逆时针转动操作(第三通电模式)。通过利用从第三磁性传感器10产生的输出信号切换各第一磁性部6a的励磁状态并且通过利用从第四磁性传感器11产生的输出信号切换各第二磁性部7a的励磁状态，来进行这些操作。将转子3转动并且是第一转动方向的相反方向的逆时针方向定义为第二转动方向。
按以下组合切换各通电方向。
如果第三磁性传感器10检测到磁体2的S极，则各第一磁性部6a被励磁为N极。如果第三磁性传感器10检测到磁体2的N极，则各第一磁性部6a被励磁为N极。
如果第二磁性传感器9检测到磁体2的S极，则各第二磁性部7a被励磁为N极。如果第二磁性传感器9检测到磁体2的N极，则各第二磁性部7a被励磁为S极。
在图6A所示的状态中，第三磁性传感器10和第四磁性传感器11各自检测到磁体2的S极。结果，各第一磁性部6a被励磁为S极并且各第二磁性部7a被励磁为N极，这导致在转子3和磁体2这两者中产生逆时针的转动力。
在转子3从图6A所示的状态起逆时针地转动的情况下，如图6F所示，磁体2的磁化后的磁极的中心Q1和各第二磁性部7a的中心变得彼此相对。
在转子3从图6F所示的状态起逆时针地转动的情况下，如图6G所示，从磁体2的磁化后的磁极的中心Q1到第二磁性部7a的距离和从磁体2的以与中心Q1相反的方式被磁化的磁极的中心Q3到第一磁性部6a的距离变得相等。
第四磁性传感器11被配置成如下：在基于第四磁性传感器11的输出来切换由各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。该配置使得第四磁性传感器11能够在从图6F所示的状态转变为图6G所示的状态时检测到磁体2的N极。在该转变时，第二线圈5通电以将各第二磁性部7a励磁为S极。另外，由于第三磁性传感器10检测到磁体2的S极，因此第一线圈4通电以将各第一磁性部6a励磁为S极，这导致在转子3和磁体2这两者中产生逆时针的转动力。
在转子3从图6G所示的状态起逆时针地转动的情况下，如图6H所示，磁体2的磁化后的磁极的中心Q3和第一磁性部6a的中心彼此相对。
在转子3从图6H所示的状态起逆时针地转动的情况下，如图6I所示，从磁体2的磁化后的磁极的中心Q3到第一磁性部6a的距离和从该中心Q3到第二磁性部7a的距离变得相等。
第三磁性传感器10被配置成如下：在基于第三磁性传感器10的输出来切换各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。该配置使得第三磁性传感器10能够在从图6H所示的状态转变为图6I所示的状态时检测到磁体2的N极。在该转变时，第一线圈4通电以将各第一磁性部6a励磁为N极。另外，由于第四磁性传感器11检测到磁体2的N极，因此第二线圈5通电以将各第二磁性部7a励磁为S极，这导致在转子3和磁体2这两者中产生逆时针的转动力。
如上所述，顺次切换通电以使转子3和磁体2连续地逆时针转动。
第三磁性传感器10被配置成如下：在基于第三磁性传感器10的输出来切换各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。第四磁性传感器11被配置成如下：在基于第四磁性传感器11的输出来切换各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。即使根据各磁性传感器的输出来切换各线圈的通电方向，这些配置也使得与在不切换各线圈的通电方向的情况下维持励磁的状态下所观察到的相位相比，相位偏差减小。因而，在正常步进驱动的情况下所观察到的转子3和磁体2的相位与在通过基于各磁性传感器的输出切换各线圈的通电来进行驱动的情况下所观察到的转子3和磁体2的相位之间不具有大的差。结果，即使切换步进驱动和对各传感器的输出进行反馈控制的无刷驱动，也可以在无振动或振荡的状态下进行平滑的操作切换。期望利用这种电超前角的驱动，特别是在从停止状态起开始驱动的情况下或者在从驱动状态转变为停止状态时。
(2-ii)利用高超前角的驱动
转子3的转动速度越快，利用逆电动势或电感成分来磁化各磁性部分的速度越慢。因而，可以通过在较早的时刻切换针对转子3的转动位置的各线圈的通电方向来获得大的转动驱动力。
将说明转子3的逆时针转动操作(第四通电模式)。通过基于从第一磁性传感器8产生的输出信号切换各第一磁性部6a的励磁状态并且通过基于从第二磁性传感器9产生的输出信号切换各第二磁性部7a的励磁状态，来进行这些操作。
按以下组合切换各通电方向。
如果第一磁性传感器8检测到磁体2的S极，则各第一磁性部6a被励磁为S极。如果第一磁性传感器8检测到磁体2的N极，则各第一磁性部6a被励磁为N极。
如果第二磁性传感器9检测到磁体2的S极，则各第二磁性部7a被励磁为N极。如果第二磁性传感器9检测到磁体2的N极，则各第二磁性部7a被励磁为S极。
在图6A所示的状态中，第一磁性传感器8和第二磁性传感器9各自检测到磁体2的S极。结果，各第一磁性部6a被励磁为S极并且各第二磁性部7a被励磁为N极，这导致在转子3和磁体2这两者中产生逆时针的转动力。
在转子3从图6A所示的状态起顺时针地转动的情况下，如图6F所示，磁体2的磁化后的磁极的中心Q1和各第二磁性部7a的中心变得彼此相对。
第二磁性传感器9被配置成如下：在基于第二磁性传感器9的输出来切换各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。该配置使得第二磁性传感器9能够在从图6A所示的状态转变为图6F所示的状态时检测到磁体2的N极。在该转变时，第二线圈5通电以将各第二磁性部7a励磁为S极。另外，由于第一磁性传感器8检测到磁体2的S极，因此第一线圈4通电以将各第一磁性部6a励磁为S极，这导致在转子3和磁体2这两者中产生逆时针的转动力。
在转子3从图6F所示的状态起逆时针地转动的情况下，经由图6G所示的状态，如图6H所示，磁体2的磁化后的磁极的中心Q3和第一磁性部6a的中心彼此相对。
第一磁性传感器8被配置成如下：在基于第一磁性传感器8的输出来切换各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。该配置使得第一磁性传感器8能够在从图6G所示的状态转变为图6H所示的状态时检测到磁体2的N极。在该转变时，第一线圈4通电以将各第一磁性部6a励磁为N极。另外，由于第二磁性传感器9检测到磁体2的N极，因此第二线圈5通电以将各第二磁性部7a励磁为S极，这导致在转子3和磁体2这两者中产生逆时针的转动力。
如上所述，顺次切换通电以使转子3和磁体2连续地逆时针转动。
第一磁性传感器8被配置成如下：在基于第一磁性传感器8的输出来切换各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。第二磁性传感器9被配置成如下：在基于第二磁性传感器9的输出来切换各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。由于在转子3高速转动时各磁性部被磁化的时刻是电超前角大致达到45度的时刻，因此这些配置产生大的转动驱动力。结果，期望利用这种电超前角的驱动，特别是在转子3以高速逆时针地转动时。
如上所述，在顺时针转动的情况下，各传感器被配置成如下所述。第一磁性传感器8被配置成：在基于第一磁性传感器8的输出来切换各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。
第二磁性传感器9被配置成：在基于第二磁性传感器9的输出来切换各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。
第三磁性传感器10被配置成：在基于第三磁性传感器10的输出来切换各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。
第四磁性传感器11被配置成：在基于第四磁性传感器11的输出来切换各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。
另一方面，在逆时针转动的情况下，各传感器被配置成如下所述。第一磁性传感器8被配置成：在基于第一磁性传感器8的输出来切换各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。
第二磁性传感器9被配置成：在基于第二磁性传感器9的输出来切换各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。
第三磁性传感器10被配置成：在基于第三磁性传感器10的输出来切换各第一磁性部6a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。
第四磁性传感器11被配置成：在基于第四磁性传感器11的输出来切换各第二磁性部7a所励磁的磁极的情况下，针对转子3的转动位置的各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。
从实用的角度来看，考虑到诸如磁体2的磁化误差、传感器大小误差和磁轭误差等的因素，需要将各磁性传感器配置在可以获得大的转动驱动力的适当位置。
考虑到这些因素，在顺时针转动的情况下，各磁性传感器优选地按照如下方式进行配置。第一磁性传感器8被优选配置成：第一定子单元的励磁切换时刻落在电超前角为14.4～33.6度的范围内。第三磁性传感器10被优选配置成：各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为56.4～75.6度的范围内。第二磁性传感器9被优选配置成：各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为14.4～33.6度的范围内。第四磁性传感器11被优选配置成：各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为56.4～75.6度的范围内。
另一方面，在逆时针转动的情况下，各磁性传感器优选地按照如下方式进行配置。第一磁性传感器8被优选配置成：各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为56.4～75.6度的范围内。第三磁性传感器10被优选配置成：各第一磁性部6a的励磁切换时刻落在电超前角为14.4～33.6度的范围内。第二磁性传感器9被优选配置成：各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为56.4～75.6度的范围内。第四磁性传感器11被优选配置成：各第二磁性部7a的励磁切换时刻落在电超前角为14.4～33.6度的范围内。
此外，应考虑避免沿顺时针方向和逆时针方向这两者的转动的特性损失的情形。也就是说，各磁性传感器需要被配置成：连接第一磁性传感器8和第三磁性传感器10的线的中点位于各第一磁性部6a的励磁切换时刻达到45度的电超前角的位置。同样，各磁性传感器需要被配置成：连接第二磁性传感器9和第四磁性传感器11的线的中点位于各第二磁性部7a的励磁切换时刻达到45度的电超前角的位置。
在本实施例中，采用两个不同的传感器单元。一个传感器单元是包括第一磁性传感器8和第三磁性传感器10的单元。另一传感器单元是包括第二磁性传感器9和第四磁性传感器11的单元。在顺时针转动的情况下，第一磁性传感器8配置在各第一磁性部6a的励磁切换时刻达到21度的电超前角的位置，并且第三磁性传感器10配置在各第一磁性部6a的励磁切换时刻达到69度的电超前角的位置。第二磁性传感器9配置在各第二磁性部7a的励磁切换时刻达到21度的电超前角的位置，并且第四磁性传感器11配置在各第二磁性部7a的励磁切换时刻达到69度的电超前角的位置。
现在将参考图7的流程图来说明用于控制马达1的驱动的方法。
首先，假定设置了驱动转动量A。
在步骤S1中，选择转子3的转动方向。如果转动方向为顺时针，则处理进入步骤S2、或者如果转动方向为逆时针，则处理进入步骤S102。
在步骤S2中，进行第一通电模式下的通电。更具体地，分别基于第一磁性传感器8的输出和第二磁性传感器9的输出来切换各第一磁性部6a和各第二磁性部7a的励磁，以使转子3和磁体2顺时针地转动。
在步骤S3中，确定转子3的转动速度。可以通过使用各磁性传感器或者通过使用已知的速度检测器(图中未示出)来测量转子3的转动速度。如果转动速度小于预定速度，则处理进入步骤S4，或者如果转动速度等于或大于该预定速度，则处理进入步骤S5。
在步骤S4中，确定转子3的驱动转动量。如果总转动量达到比驱动转动量A小了预定量B的转动量，则处理进入步骤S7。
在步骤S5中，进行第二通电模式下的通电。更具体地，分别基于第三磁性传感器10的输出和第四磁性传感器11的输出来切换各第一磁性部6a和各第二磁性部7a的励磁，以使转子3和磁体2顺时针地转动。
在步骤S6中，确定转子3的驱动转动量。如果总转动量达到比驱动转动量A小了预定量B的转动量，则处理进入步骤S7。
在步骤S7中，进行采用第二通电模式下的通电。更具体地，分别基于第三磁性传感器10的输出和第四磁性传感器11的输出来切换各第一磁性部6a和各第二磁性部7a的励磁，以使转子3和磁体2逆时针地转动。在该逆时针转动期间，转子3和磁体2由于被施加了顺时针方向的驱动力而快速减速，但它们的逆时针转动因惯性质量而继续。可选地，可以在步骤S7中进行第四通电模式下的通电。
在步骤S8中，确定转子3的转动速度。在转子3减速为预定转动速度的情况下，处理进入步骤S9。
在步骤S9中，将驱动模式从通过反馈从各磁性传感器产生的输出来切换通电方向的无刷驱动切换为作为正常PM2型两相步进马达的驱动方法的利用脉冲信号的步进驱动。
在步骤S10中，如果总转动量达到驱动转动量A，则处理进入步骤S11。在步骤S11中，停止步进驱动以使转子3停止在目标位置处。
在步骤S102中，进行第三通电模式下的通电。更具体地，分别基于第三磁性传感器10的输出和第四磁性传感器11的输出来切换各第一磁性部6a和各第二磁性部7a的励磁，以使转子3和磁体2逆时针地转动。
在步骤S103中，确定转子3的转动速度。更具体地，可以通过使用各磁性传感器或者通过使用已知的速度检测器(图中未示出)来测量转子3的转动速度。如果转动速度小于预定速度，则处理进入步骤S104，或者如果转动速度等于或大于该预定速度，则处理进入步骤S105。
在步骤S104中，确定转子3的驱动转动量。如果总转动量达到比驱动转动量A小了预定量B的转动量，则处理进入步骤S107。
在步骤S105中，进行第四通电模式下的通电。更具体地，分别基于第一磁性传感器8的输出和第二磁性传感器9的输出来切换各第一磁性部6a和各第二磁性部7a的励磁，以使转子3和磁体2逆时针地转动。
在步骤S106中，确定转子3的驱动转动量。如果总转动量达到比驱动转动量A小了预定量B的转动量，则处理进入步骤S107。
在步骤S107中，进行第一通电模式下的通电。更具体地，分别基于第一磁性传感器8的输出和第二磁性传感器9的输出来切换各第一磁性部6a和各第二磁性部7a的励磁，以使转子3和磁体2顺时针地转动。在该顺时针转动期间，转子3和磁体2由于被施加了逆时针方向的驱动力而快速减速，但它们的顺时针转动因惯性质量而继续。可选地，可以在步骤S107中进行第二通电模式下的通电。
在步骤S108中，确定转子3的转动速度。在转子3减速至预定转动速度的情况下，处理进入步骤S109。
在步骤S109中，将驱动模式从通过反馈从各磁性传感器产生的输出来切换通电方向的无刷驱动切换为作为正常PM2型两相步进马达的驱动方法的利用脉冲信号的步进驱动。
在步骤S110中，如果总转动量达到驱动转动量A，则处理进入步骤S111。在步骤S111中，停止步进驱动以使转子3停止在目标位置处。
如上所述，在本实施例中，可以在无延迟时间的情况下设置多个超前角。该设置允许在顺时针和逆时针的这两个转动方向上进行具有两个不同的超前角的驱动控制。
此外，在从驱动状态转变为停止状态时，以具有在反向转动期间所观察到的通电超前角的相位进行通电使得能够进行快速减速，而这得到更高的停止控制性。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。
本申请要求2012年12月27日提交的日本专利申请2012-284086的优先权，在此通过引用包含其全部内容。
产业上的可利用性
本发明提供能够在无延迟时间的情况下设置多个超前角因而不会导致发生失步的马达驱动设备。
附图标记说明
1  马达
2  磁体
3  转子
4  第一线圈
5  第二线圈
6  第一磁轭
6a 第一磁性部
7  第二磁轭
7a 第二磁性部
8  第一磁性传感器
9  第二磁性传感器
10 第三磁性传感器
11 第四磁性传感器
12 马达盖
13 控制电路

Claims (6)

1.一种马达驱动设备，包括：
转子，其包括磁体，所述磁体为圆筒形状，并且沿外周方向被分割成各自具有外周面的部分，其中各部分和邻接部分具有不同的极性；
第一磁轭，其包括第一磁性部，其中所述第一磁轭与所述磁体的外周面相对；
第一线圈，用于在通电的情况下，对所述第一磁性部进行励磁；
第二磁轭，其包括第二磁性部，其中所述第二磁轭在相对于所述第一磁性部偏移了90度的电角度的位置处与所述磁体的外周面相对；
第二线圈，用于在通电的情况下，对所述第二磁性部进行励磁；
检测部，其包括各自用于检测所述转子的转动位置的第一检测元件、第二检测元件、第三检测元件和第四检测元件；以及
控制器，用于通过基于所述检测部的输出切换所述第一线圈和所述第二线圈的通电方向，来切换所述第一磁性部和所述第二磁性部所励磁的磁极，
其中，所述第一检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿第一转动方向转动、并且基于所述第一检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，相对于从各所述第一磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量小于相对于从各所述第一磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量，
所述第二检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第二检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，相对于从各所述第二磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量小于相对于从各所述第二磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量，
所述第三检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第三检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，相对于从各所述第一磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量大于相对于从各所述第一磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量，以及
所述第四检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第四检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，相对于从各所述第二磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为0度的位置的超前角的量大于相对于从各所述第二磁性部的励磁切换时刻起的电超前角为90度的位置的延迟角的量。
2.根据权利要求1所述的马达驱动设备，其中，
所述第一检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第一检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的各所述第一磁性部的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内，
所述第二检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第二检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的各所述第二磁性部的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内，
所述第三检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第三检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的各所述第一磁性部的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内，以及
所述第四检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第四检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的各所述第二磁性部的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内。
3.根据权利要求2所述的马达驱动设备，其中，
所述第一检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿作为所述第一转动方向的相反方向的第二转动方向转动、并且基于所述第一检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的各所述第一磁性部的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内，
所述第二检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第二转动方向转动、并且基于所述第二检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的各所述第二磁性部的励磁切换时刻落在电超前角为45～90度的范围内，
所述第三检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第二转动方向转动、并且基于所述第三检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的各所述第一磁性部的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内，以及
所述第四检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第二转动方向转动、并且基于所述第四检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的各所述第二磁性部的励磁切换时刻落在电超前角为0～45度的范围内。
4.根据权利要求1所述的马达驱动设备，其中，还包括：
速度检测部，
其中，在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且所述速度检测部所检测到的所述转子的转动速度小于预定转动速度的情况下，所述控制器基于所述第一检测元件的输出来切换所述第一线圈的通电方向并且基于所述第二检测元件的输出来切换所述第二线圈的通电方向，
在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且所述速度检测部所检测到的所述转子的转动速度等于或大于所述预定转动速度的情况下，所述控制器基于所述第三检测元件的输出来切换所述第一线圈的通电方向并且基于所述第四检测元件的输出来切换所述第二线圈的通电方向，
在使所述转子沿所述第二转动方向转动、并且所述速度检测部所检测到的所述转子的转动速度小于所述预定转动速度的情况下，所述控制器基于所述第三检测元件的输出来切换所述第一线圈的通电方向并且基于所述第四检测元件的输出来切换所述第二线圈的通电方向，以及
在使所述转子沿所述第二转动方向转动、并且所述速度检测部所检测到的所述转子的转动速度等于或大于所述预定转动速度的情况下，所述控制器基于所述第一检测元件的输出来切换所述第一线圈的通电方向并且基于所述第二检测元件的输出来切换所述第二线圈的通电方向。
5.根据权利要求2所述的马达驱动设备，其中，
所述第一检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第一检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的所述第一磁性部的励磁时刻落在电超前角为14.4～33.6度的范围内，
所述第二检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第二检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的所述第二磁性部的励磁时刻落在电超前角为14.4～33.6度的范围内，
所述第三检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第三检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的所述第一磁性部的励磁时刻落在电超前角为56.4～75.6度的范围内，以及
所述第四检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第一转动方向转动、并且基于所述第四检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的所述第二磁性部的励磁时刻落在电超前角为56.4～75.6度的范围内。
6.根据权利要求3所述的马达驱动设备，其中，
所述第一检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第二转动方向转动、并且基于所述第一检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的所述第一磁性部的励磁时刻落在电超前角为56.4～75.6度的范围内，
所述第二检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第二转动方向转动、并且基于所述第二检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的所述第二磁性部的励磁时刻落在电超前角为56.4～75.6度的范围内，
所述第三检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第二转动方向转动、并且基于所述第三检测元件的输出来切换所述第一磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的所述第一磁性部的励磁时刻落在电超前角为14.4～33.6度的范围内，以及
所述第四检测元件配置在如下位置：在使所述转子沿所述第二转动方向转动、并且基于所述第四检测元件的输出来切换所述第二磁性部所励磁的磁极的情况下，在该位置处，针对所述转子的转动位置的所述第二磁性部的励磁时刻落在电超前角为14.4～33.6度的范围内。
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