CN1520021A

CN1520021A - 电动机的控制装置

Info

Publication number: CN1520021A
Application number: CNA2004100033707A
Authority: CN
Inventors: 前田记宽
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: TWI316785B; US20040183490A1; JP2004229462A; US6922032B2; KR20040068872A; TW200417130A; CN1330084C

Abstract

本发明的电动机控制装置在双极驱动的无传感器三相电动机的驱动中，在制动时，也能在从感应电压正确地检测出转数及旋转位置的同时，使电动机的旋转迅速且正确地停止，在以较低转速(约2000RPM以下)使用的双极驱动的无传感器三相电动机的驱动中，在制动时，也从感应电压正确地检测出转数及旋转位置，以正确的相位进行反转制动，此外，在小于等于设定转数信号时进行短路制动，由此防止以错误的定时进行相切换及由于惯性转至相反方向。

Description

电动机的控制装置

技术领域

本发明涉及用于CD或DVD等磁盘装置的以较低速进行旋转的电动机的控制装置，尤其涉及在正确地检测旋转位置及转数的同时，迅速且正确地从旋转状态制动为停止状态的电动机的控制装置。

背景技术

专利文献1：特开平10-98894号公报

专利文献2：特开平8-275571号公报

以往，作为使定子上设有各相驱动线圈的三相电动机从旋转状态停止下来的方法有短路制动方法和反转制动方法，所谓短路制动方法是使全部驱动线圈短路的方法。所谓反转制动方法是：使对电动机的各相驱动线圈的通电状态不同于通常驱动状态，使在通电中的驱动线圈中产生大于等于电源电压的时段的反电动势来进行制动。

作为转速较慢的电动机的制动方法，一般采用能从正转状态向停止状态进行有效制动的反转制动方法。

但是，近来，随着对磁盘高速写入/读出数据的要求，进行了磁盘的高速旋转化(如10,000RPM)，反转制动方法的适用受到限制。也就是说，在对高速旋转电动机的制动中采用反转制动方法时，驱动线圈的反电动势的振幅变大而超过电源电压。其结果产生了不容忽视的问题，即：必须强化电动机的绝缘强度、功耗变大且发热。

针对这种情况，专利文献1中提出将单极驱动的三相电动机的转速信号与规定的转数阈值相比较，当转速信号为比该阈值高的所谓高速旋转域时，将全部驱动线圈的一端接地、进行短路制动；之后，当转速信号变为比该阈值低的所谓低速旋转域时，将制动方法从短路制动切换为反转制动。由此对高速旋转电动机进行制动(参照专利文献1)。

此外，已经知道如下技术：在根据旋转传感器(霍尔元件)的位置检测信号切换对驱动线圈的通电方向并使其旋转的单相电动机的驱动中，在使其停止时，在切换通电方向使其反转的的同时，通过旋转传感器检测到已变为规定转数，停止切换，将对驱动线圈的通电方向固定为单方向，使其停止(参照专利文献2)。

然而，以往的专利文献1的技术在变为低速旋转域时虽切换为反转制动，但在此反转制动中，要检测电动机的旋转位置并控制相切换定时。也就是说，无传感器电动机根据感应电压的极性变化检测其旋转位置，在该检测到的定时进行相切换。但是，随着电动机的转数变低，感应电压变小，因此容易误检测出其相切换定时，有可能造成以错误的定时进行切换。此外，还会出现如下问题：由于惯性而旋转到相反方向、检测出由新产生的反向旋转产生的感应电压而导致电动机失控。这种状况若发生在停止操作后马上进行光盘更换的音频装置上，则存在伤害手指的危险和不体面的问题。此外，在其后立即进行播放时也会出现问题。

此外，文献1的技术在三相Y接线的驱动线圈中，在2个驱动线圈同时被正向及负向供电的双极驱动的情况下，由于Y接线的中点电位变动，无法正确检测各相的感应电压，因此不适用。

此外，以往的专利文献2的技术在单相电动机制动时将对驱动线圈的通电方向固定为单一方向，而且也存在需要用于检测旋转位置的霍尔元件的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是在磁盘装置等中使用的电动机的驱动中，在制动时，也从感应电压检测转数及旋转位置的同时，通过在小于等于规定转数时进行短路制动，使电动机的旋转迅速且正确地停止。

本发明的电动机控制装置是由相互具有规定相位差的输出信号驱动具有多相线圈的电动机的电动机控制装置，其特征是设有：多个比较装置，其对所述多相线圈的各线圈的端子电位和所述多相线圈的中点电位分别进行比较；驱动定时信号生成装置，其根据所述各比较装置得到的比较结果，生成用于输出所述各输出信号的定时信号；转数检测装置，其根据所述比较装置得到的比较结果，检测所述电动机的转数，在停止所述电动机的旋转时，控制所述驱动定时信号生成装置进行反转制动，直到通过所述转数检测装置检测出所述电动机的转数下降到规定转数，之后控制所述驱动定时信号生成装置进行短路制动，直到电动机停止旋转。

附图说明

图1所示为本发明的实施方式的电路结构图；

图2为图1的通常驱动时的定时图；

图3为图1的反转制动时的定时图。

符号说明

M：三相无传感器电动机；INVu：U相逆变器；INVv：V相逆变器；INVw：W相逆变器；Quu～Qwu：上晶体管；Qud～Qwd：下晶体管；CPu～CPw：比较器；10：控制器：11：起动指令装置；12：反转制动指令装置；13：转数设定装置；14：PWM-DUTY运算电路；15：短路制动(SB)转数设定装置；21：起动电路；22：振荡电路；23：频率比较电路；24：三相合成电路；30：驱动定时生成电路；40：晶体管驱动电路；Vu：U相连接点电位；Vv：V相连接点电位；Vw：W相连接点电位；Vcom：中点电位；Uφ～Wφ：同步定时信号；ST：起动信号；Brb：反转制动信号；PWM：驱动定时信号；FS：SB设定转数信号；FI：运行转数；FD：检测转数；Brs：短路制动信号。

具体实施方式

以下参照图1～图3，就本发明的无传感器电动机的控制装置的实施方式进行说明。图1所示为本发明的实施方式的电路结构图；图2为图1的通常驱动时的定时图；图3为反转制动时的定时图。

图1中，三相无传感器电动机M的U相、V相、W相驱动线圈被星状(Y型)连接，该电动机M设有各驱动线圈端子及将它们进行Y型连接的Y连接中点端子。这些驱动线圈端子分别连接于逆变器INVu、INVv、INVw的输出端子。

U相逆变器INVu在电源与接地之间串联连接上晶体管Quu和下晶体管Qud，其连接点连接在U相驱动线圈端子上。此连接点的电位形成U相连接点电位Vu。

V相逆变器INVv、W相逆变器INVw也与U相逆变器INVu结构一样，如图所示地分别进行连接。这些逆变器INVu、INVv、INVw的上晶体管Quu～Qwu由P型MOS晶体管构成，下晶体管Qud～Qwd由N型MOS晶体管构成。上下晶体管都为N型MOS晶体管也可以，或使用双极晶体管也可以。

这些逆变器INVu、INVv、INVw的上下晶体管Quu～Qwd被来自晶体管驱动电路40的通电逻辑信号控制为：用双极驱动方式，以三相120°的相位差对无传感器电动机M进行120°通电。

U相比较器Cpu对U相连接点电位Vu和Y连接中点端子的中点电位Vcom进行比较，将同步于相切换定时的U相同步定时信号Uφ输出。V相比较器CPv、W相比较器CPw同样对V相连接点电位Vv、W相连接点电位Vw和Y连接中点端子的中点电位Vcom进行比较，输出V相同步定时信号Vφ、W相同步定时信号Wφ。

这些同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ作为表示各相的切换定时的信号被提供给驱动定时生成电路30。

此外，同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ还被提供给三相合成电路24。此三相合成电路24对同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ进行合成，输出检测转数FD。

控制器10负责本发明的控制装置的控制，由微电脑等构成。此控制器10设有：输出起动信号ST的起动指令装置11；输出反转制动信号Brb的反转制动指令装置12；生成运行转数FI的转数设定装置13；PWM-DUTY运算装置14，其输入运行转数FI和检测转数FD，根据该两个输入计算脉宽调制(PWM)控制的占空比，作为驱动定时信号PWM输出；SB转数设定装置15，其生成并输出比运行转数FI(如1000～2000RPM)低得多的转数(如数10～100RPM)的短路制动(SB)设定转数信号FS。

起动电路21在由控制器10提供给起动信号ST后，根据来自振荡电路22的时钟信号，形成具有120°相位差且仅在各120°相位差时段成为高(H)电平的矩形波，提供给驱动定时生成电路30。振荡电路22的时钟信号可根据需要提供给驱动定时生成电路30及其他位置。此外，在能从其他装置如控制器10获得时钟信号的情况下，可以省略振荡电路22。

频率比较电路23将检测转数FD与SB设定转数信号FS进行数字化比较，当检测出检测转数FD从大于SB设定转数信号FS的状态变为小于SB设定转数信号FS的状态时，产生短路制动信号Brs，提供给驱动定时生成电路30。除此以外，驱动定时生成电路30还被提供给上述反转制动信号Brb、驱动定时信号PWM。

参照图2及图3，对如上结构的本发明的无传感器电动机控制装置的动作进行说明。

当由控制器10的起动指令装置11向起动电路21提供起动信号ST时，起动电路21便形成具有120°相位差且仅在各120°相位差时段成为H电平的矩形波，提供给驱动定时生成电路30。在驱动无传感器电动机M正旋转时，依次按U相、V相、W相的顺序产生成为H电平的矩形波，经驱动定时生成电路30及晶体管驱动电路40，将通电逻辑信号提供给逆变器INVu～INVw。由此，无传感器电动机M在正旋转方向形成旋转磁场，无传感器电动机M开始进行正旋转。

无传感器电动机M在正旋转状态时，如图2所示，各相U、V、W的连接点电位Vu、Vv、Vw及中点电位Vcom随其旋转位置的改变而变化。

如图2那样将1周期T0(360°)划分为每个60°的时段T1～T6，对各时段T1～T6的动作状态进行说明。

时段T1中，U相的下晶体管Qud和W相的上晶体管Qwu为导通、其他为截止，驱动电流从W相向U相流动。此时，V相为无供电状态。时段T2中，W相的上晶体管Qwu和V相的下晶体管Qvd为导通、其他为截止，驱动电流从W相向V相流动。此时，U相为无供电状态。时段T3中，U相的上晶体管Quu和V相的下晶体管Qvd为导通、其他为截止，驱动电流从U相向V相流动。此时，W相为无供电状态。以下同样继续进行时段T4、T5、T6。

另外，因为可根据驱动定时信号PWM进行脉宽控制，所以上晶体管Quu～Qwu(或下晶体管Qud～Qwd)可在导通时段根据其脉宽进行导通/截止。

试以U相为例来观察各时段T1～T6，预先在时段T1、T6中向负向供电；时段T3、T4中向正向供电；时段T2、T5中为无供电状态。此无供电状态下，U相端子的电位Vu表现为在U相驱动线圈产生的感应电压上加上中点电位Vcom后的电位。由于在该时刻被供电的V相、W相的供电电压和感应电压的影响，此中点电位Vcom随旋转位置(即时间)的变化而变动。

进而，用U相比较器Cpu对U相端子的电位Vu和中点电位Vcom进行比较。于是，在U相比较器CPu的比较输出进行反转的点①、点②上得到反转的U相同步定时信号Uφ，得到正确的U相切换定时。V相及W相也相同。由此便能正确地检测双极驱动的无传感器电动机的旋转位置。

将这样得到的U相、W相、V相的同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ提供给驱动定时生成电路30，将基于同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ形成的驱动定时信号等提供给晶体管驱动电路40。

此外，三相合成电路24中，在PWM-DUTY运算电路14对由同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ形成的检测转数FD和运行转数FI进行比较，在检测转数FD被调整为与运行转数FI相等后的驱动定时信号PWM，也经驱动定时生成电路30被提供给晶体管驱动电路40。

晶体管驱动电路40中，可通过基于驱动定时信号PWM形成的对上下晶体管Quu～Qwd的通电逻辑信号，控制逆变器INVu～INVw，以运行转数FI正向驱动无传感器电动机M。

接着，对使在正向旋转中的无传感器电动机M停止时的动作，参照图3进行说明。在运行中的状态下，由控制器10的反转制动指令装置12产生反转制动信号Brb(例如为H电平)，提供给驱动定时生成电路30。

在驱动定时生成电路30中，由于被供给了反转制动信号Brb，U相、V相、W相的驱动顺序和通常驱动时一样，但对各相的供电电压电平被切换为相反状态。也就是说，相反地供给正电压和负电压。

这样，通过将对正向旋转中的无传感器电动机M的供电电压的电平切换为相反状态，无传感器电动机M被急剧制动，转速降低。在此制动过程中，仅仅是对无传感器电动机M的供电电压电平变为相反状态，逆变器INVu～INVw的控制动作同样进行。

此反转制动时的U相端子的电位Vu、V相端子的电位Vv、W相端子的电位Vw和中点电位Vcom如图3所示。分别在U相比较器CPu、V相比较器CPv、W相比较器CPw对这些电位Vu、Vv、Vw和中点电位Vcom进行比较。从而，得到作为它们的比较输出的U相同步定时信号Uφ、V相同步定时信号Vφ、W相同步定时信号Wφ，获得正确的U相、V相、W相的切换定时。

对无传感器电动机M的供电相位也由同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ决定。由于通过此反转制动驱动对无传感器电动机M进行强力制动，因此其转数相当快地降下来。

但是，进行反转制动所需的同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ是通过将各相为无供电状态下的感应电压与中点电位Vcom进行比较而获得的(以图3的U相为例，时段T2及时段T5的③、④)。此感应电压的大小由横切驱动线圈的磁通变化决定，因此该感应电压随转速下降而变小。

因此，即使在本发明这样的通过将感应电压与中点电位Vcom相比较获得同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ的情况下，仍存在下述可能，即由于随着电动机转数的下降感应电压变小，容易误检测其相切换定时，导致以错误的定时进行切换；或者，由于无传感器电动机M的惯性而旋转到反方向，检测出新产生的反旋转产生的感应电压，导致电动机失控。

但是，本发明中，基于三相的同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ，预先由三相合成电路24对检测转数FD进行检测，将此检测转数FD与SB转数设定装置15设定的SB设定转数信号FS在频率比较电路23进行比较。从而当检测转数FD低于SB设定转数信号FS时，发生短路制动信号Brs，提供给驱动定时生成电路30。

接收到短路制动信号Brs的驱动定时生成电路30，经晶体管驱动电路40将逆变器INVu～INVw、无传感器电动机M的三相驱动线圈全部变为短路状态进行短路制动。作为此短路方法，是将上晶体管Quu～Qwu全部截止、下晶体管Qud～Qwd全部导通。或是相反，将上晶体管Quu～Qwu全部导通、下晶体管Qud～Qwd全部截止。

进行此短路制动的SB设定转数信号FS被设定为比通常的运行转数(约1000～2000RPM)小得多的转数，例如为CD标签的内容用眼能看到的程度的转数(数10～100RPM)。

这样，本发明的控制装置通过互为120°(电角)的相位差的三相信号，使在U相、V相、W相逆变器INVu～INVw的上下晶体管Quu～Qwd上分别产生三相6模式的通电逻辑信号，驱动具有三相驱动线圈的无传感器电动机M，该控制装置设有下列装置，即：将上述U相逆变器INVu的上下晶体管Quu、Qud的连接点电位Vu与上述三相驱动线圈的中点电位Vcom进行比较并输出U相同步定时信号Uφ的第1比较器CPu；将上述V相逆变器INVv的上下晶体管Qvu、Qvd的连接点电位Vv与上述三相驱动线圈的中点电位Vcom进行比较并输出V相同步定时信号Vφ的第2比较器CPv；将上述W相逆变器INVw的上下晶体管Qwu、Qwd的连接点电位Vw与上述三相驱动线圈的中点电位Vcom进行比较并输出W相同步定时信号Wφ的第3比较器CPw；至少输入驱动定时信号PWM、上述U相同步定时信号Uφ、上述V相同步定时信号Vφ、上述W相同步定时信号Wφ、反转制动信号Brb、短路制动信号Brs并输出三相驱动定时信号的驱动定时信号生成装置30；输入上述三相驱动定时信号并将上述通电逻辑信号施加在上述U相、V相、W相的逆变器INVu～INVw的上下晶体管Quu～Qwd上的晶体管驱动装置40；将短路制动设定转数信号FS与基于上述U相、V相、W相同步定时信号而检测出的检测转数FD进行比较，当上述检测转数FD低于上述短路制动设定转数信号FS时输出上述短路制动信号Brs的转数比较装置23。在停止上述电动机的旋转时，首先通过供给上述反转制动信号Brb，控制上述U相、V相、W相的逆变器INVu～INVw的上下晶体管Quu～Qwd进行反转制动，接着通过供给上述短路制动信号Brs，控制上述U相、V相、W相的逆变器INVu～INVw的上下晶体管Quu～Qwd进行短路制动。

因而，本发明在使无传感器电动机M停止时，在从各相的感应电压和中点电位能够可靠检测极性切换定时(即同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ)的转数FS的范围内，通过反转制动进行制动，在比有可能无法正确检测极性切换定时的转数慢的范围内，通过短路制动进行制动。因而，本发明与以往的技术相比，能使无传感器电动机的旋转迅速且正确地停止。

此外，通过用比较器CPu、CPv、CPw分别对各相的电位Vu、Vv、Vw和中点电位Vcom进行比较，能够在获得切换同步定时信号Uφ、Vφ、Wφ的同时，简便且正确地获得旋转频率FD。

此外，在运行转数FI例如比2000转快的情况下，使电动机制动时，首先，采用短路制动使转速下降到约1000RPM程度(第1转数)。因为在短路制动中得不到检测转数FD，所以在规定时间段内进行短路制动。之后，采用反转制动进一步减速至数10～100RPM程度的低速(第2转数)，然后再次用短路制动使其停止。

这样，在电动机的转数超过第1转数的高速的情况下，通过以短路制动、反转制动、短路制动的顺序进行该停止，能够使高转数的电动机不产生异常电压地迅速且正确地停止。

根据本发明的电动机的控制装置，在用于磁盘装置的电动机的驱动中，在制动时，也从感应电压检测转数及旋转位置，以正确的相位进行反转制动，而在小于等于设定转数信号时进行短路制动。因而，不存在以往那样以错误的定时进行相切换，或由于惯性旋转到反方向、电动机失控的问题，能够使电动机的旋转迅速且正确地停止。

Claims

1.一种电动机控制装置，是由相互具有规定相位差的输出信号驱动具有多相线圈的电动机的电动机控制装置，其特征是设有：

多个比较装置，其对所述多相线圈的各线圈的端子电位和所述多相线圈的中点电位分别进行比较；

驱动定时信号生成装置，其根据所述各比较装置得到的比较结果，生成用于输出所述各输出信号的定时信号；

转数检测装置，其根据所述比较装置得到的比较结果，检测所述电动机的转数，

在停止所述电动机的旋转时，控制所述驱动定时信号生成装置进行反转制动，直到通过所述转数检测装置检测出所述电动机的转数下降到规定转数，之后控制所述驱动定时信号生成装置进行短路制动，直到电动机停止旋转。