CN101189789B - 电动机驱动装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

提高无传感器驱动的无刷电动机起动时的敏感性；起动程序，通过每隔2ms依次使对各电动机线圈的通电模式不同的六个阶段(阶段0～5)发生过渡而向振动电动机进行通电，从而起动振动电动机；通过该阶段的过渡，形成各电动机线圈的电动机驱动电路侧的电位(U相、V相、W相)在三个阶段部分成为H电平，在接下来的两个阶段部分成为L电平，在接下来的一个阶段部分成为L电平和H电平之间的中间电位(Z电平)的电压波形，并且，在各电动机线圈之间，对于三相中的第二相，形成从三相中的第一相偏移两个阶段部分的电压波形，对于三相中的第三相，形成进一步偏移两个阶段部分的电压波形。

Description

电动机驱动装置及电子设备

技术领域

本发明涉及的是，驱动振动电动机的电动机驱动装置、以及设有振动电动机和电动机驱动装置的电子设备。

背景技术

便携式电话机上，搭载有通过振动告知来电的振动电动机。该振动电动机在电动机主体的旋转轴上设置偏心砝码，并在电动机进行旋转动作时通过偏心砝码的微小离心旋转产生振动力。

作为振动电动机，也使用设有电刷和换向器的DC电动机，但是存在着因电刷和换向器之间的滑动接点部分的机械磨损及电蚀而引起的寿命降低的问题，因此为了实现长寿命化，以使用无刷(brushless)电动机为佳。

作为无刷电动机，采用霍尔元件等的传感器进行驱动的电动机被广泛利用，但是由于搭载于便携式电话机上的振动电动机被搭载于空间有限的框体内，因此必须尽可能小型化，而为了实现小型化以将无刷电动机进行无传感器(sensorless)驱动为佳。

专利文献1：日本公开公报、特开平6-153580号

发明内容

在便携式电话机中，存在根据来电旋律使振动电动机振动的情况。而且，在进行这样的电动机驱动的情况下，如果电动机起动时的敏感性不良的话，来电旋律和振动电动机的振动会不吻合，而且使用者也能够察觉到这种不吻合的发生。

然而，检测出产生于电动机线圈上的逆电压(back voltage)后识别转子部的旋转位置的无传感器驱动的无刷电动机，存在着在起动时的敏感性方面不利的问题。

因此，本发明的目的在于，对无传感器驱动的无刷电动机提高起动时的敏感性。

本发明的电动机驱动装置，将作为各电动机线圈被星形联结的内转子(innerrotor)型三相无刷电动机的振动电动机进行无传感器驱动，其中，该电动机驱动装置设有：具有接通(ON)、断开(OFF)向上述各电动机线圈的通电的多个开关元件的电动机驱动电路，和将上述振动电动机进行起动的起动程序；该起动程序，通过每隔规定时间依次使对上述各电动机线圈的通电模式(pattern)不同的六个阶段(stage)发生过渡而向上述振动电动机进行通电，从而控制上述电动机驱动电路；上述起动程序通过上述阶段的过渡，形成上述各电动机线圈的上述电动机驱动电路侧的电位在三个阶段部分成为H电平、接下来的两个阶段部分成为L电平、接下来的一个阶段部分成为L电平和H电平之间的中间电位的电压波形，并且，在上述各电动机线圈之间，对于三相中的第二相，形成从三相中的第一相偏移两个阶段部分的电压波形，对于三相中的第三相，形成进一步偏移两个阶段部分的电压波形。

现有技术下所采用的技术是，在将作为无刷电动机的振动电动机进行无传感器驱动时，形成各电动机线圈的电动机驱动电路侧的电位在六个阶段中的三个阶段部分成为H电平、接下来的三个阶段部分成为L电平的电压波形，并且，该电压波形在各电动机线圈之间使相位每隔两个阶段发生偏移，从而进行起动。

但是，形成各电动机线圈的电动机驱动电路侧的电位在三个阶段部分成为H电平、接下来的两个阶段部分成为L电平、接下来的一个阶段部分成为L电平和H电平之间的中间电位(Z电平)的电压波形，并且，该电压波形在各电动机线圈之间使相位每隔两个阶段发生偏移，从而进行起动的技术尚未公开。

通过利用这种本发明的通电控制来起动振动电动机，本发明人验证了能够平稳地起动振动电动机，而且与现有技术相比能够提高振动电动机起动时的敏感性(详细情况，参照后述的实施例)。

附图说明

图1是表示成为本发明一实施形态的电动机驱动装置的对象的振动电动机的一构成例的概略纵剖面图(a)，概略横剖面图(b)。

图2是本实施形态的电动机驱动装置的电路图。

图3是说明通过电动机驱动装置进行的振动电动机的控制内容概要的流程图。

图4是说明重叠的初始起动的子程序的流程图。

图5是对通过重叠的初始起动的振动电动机的起动进行说明的时间图。

图6是对现有技术下的振动电动机的起动进行说明的时间图。

图7是表示实施例的比较对象实验结果的说明图。

图8是表示图7的结果中的各测定次数的数据的说明图。

符号说明

1    振动电动机

101  电动机驱动装置

102  电动机驱动电路

SU1、SU2、SV1、SV2、SW1、SW2  开关元件

U、V、W  电动机线圈

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一具体实施方式进行说明。

图1是表示成为本实施形态的电动机驱动装置的对象的振动电动机的一构成例的概略纵剖面图(a)、概略横剖面图(b)。另外，图1(a)的剖面图和图1(b)的剖面图中的切断位置，分别以各图的A-A线及B-B线进行表示。

如图1(b)所示，在振动电动机1中，内转子部的磁铁2的形状为，将非有效磁通范围部分两端均等地进行切除后的剖面呈略长方形的板状磁铁，其中，非有效磁通范围部分位于，相对于在径向上N·S磁场被定向的各向异性磁铁材料的磁极方向垂直相交的方向上。材料的组成以Nd-Fe-B系、或Sm-Co系的稀土元素类磁铁为佳，稀土元素类磁铁的磁特性出色，而且也能够对应小直径化带来的尺寸缩小。另外，如由图1(b)所示，磁铁2自身整体具有相对于旋转中心轴6对称的剖面形状，动态上也保持转子部的平衡。

另外，相反地作为转子部的不平衡部件，另行在将上述磁铁2的略呈长方形形状材料的圆形部分进行切除并轻量化后的一方的部分(即，切除圆弧后的一方的领域)上，将作为由较磁铁材料比重高的高比重非磁性材料构成的重量惯性体的棒状偏心砝码3作为使转子部偏重心的重锤，与磁铁2安装成整体。也就是说，通过使小型电动机中的磁铁2的磁特性保持不变，并在对偏重心有效的磁铁2的一侧的一部分上安装高比重材料的偏心砝码3，能够扩大从转子部的旋转轴中心起的重心半径，作为内转子型的振动电动机可以构成空间性出色的偏心转子部。高比重的钨(w)合金比重越接近18，越能得到该效果。

在上述转子部的外周，高精度地配置有被固定配置于外壳5的内壁的励磁线圈4。此时，如图1(a)所示，转子部通过位于外壳5的被拉入的小直径部侧的轴承8、和位于外壳5的另一端部末端凸缘7的轴承8的两轴来轴支撑旋转轴6。另外，同时，转子部的推力方向的支持为，通过末端凸缘7侧的推力轴承9和另一方侧的衬垫10来控制并支持的形式。

另一方面，励磁线圈4通过作为挠性电路板的馈电端子12被馈电，且馈电端子12在端子11上被固定。该馈电端子12与设备主体侧的后述电动机驱动装置101(参照图2)连接。

在本实施形态中，振动电动机1是各电动机线圈U、V、W(后述)被星形联结的内转子型三相无刷电动机，由于如后述那样被无传感器驱动，因此未设有霍尔元件等的传感器。

通过无刷化，能够形成不设有由电刷及换向器构成的物理电整流机构的长寿命的电动机构造。无刷化，在电动机的特性上不需要担心因滑动接点部分的机械磨损及电蚀造成的寿命下降，实质上轴承滑动处的磨损——即以两端支持转子部的轴承部分的部件寿命，相比作为上述滑动接点部的电刷、换向器寿命长，其结果是能够使电动机的可靠性提高。

图2是表示驱动振动电动机1的电动机驱动装置101的大致构成的电路图。

上述振动电动机1和该电动机驱动装置101，被搭载于便携式电话机及其他电子设备上。

在振动电动机1中，符号U、V、W为被星形联结的三个电动机线圈。符号C表示该被星形联结的三个电动机线圈U、V、W的中点(共同点)(common)。

电动机驱动装置101，由电动机驱动电路102、控制电路103、微型电子计算机104构成。

电动机驱动电路102通过端子TU、TV、TW、TC与振动电动机1连接，并设有接通、断开振动电动机1的电动机线圈U、V、W的通电的六个开关元件SU1、SU2、SV1、SV2、SW1、SW2。开关元件SU1、SU2、SV1、SV2、SW1、SW2，可以由MOSFET、晶体三极管等的半导体开关构成。

开关元件SU1、SU2，开关元件SV1、SV2，及开关元件SW1、SW2分别驱动电动机线圈U、电动机线圈V及电动机线圈W。

也就是说，通过使开关元件SU1、SV1、SW1中的至少任意一个和开关元件SU2、SV2、SW2中的任意一个接通，电流从电源流向电动机线圈U、V、W，从而能够实现后述图4的阶段0～5中的任意通电模式。该通电模式，存在阶段0～5的六个模式。

例如，在图4所示的阶段0中，U相为H电平(level)的电压(V伏特(＝例如，3.7伏特))，V相为L电平的电压(0伏特)，W相为H电平的电压(V伏特)，该电压能够通过接通开关元件SU1、SW1及SV2来实现。另外，图4所示的H电平、L电平、Z电平的各电压，分别表示端子TU、TV、TW的电位。

另外，在阶段1中，U相为H电平的电压(V伏特)，V相为Z电平的电压(1/2V伏特)，W相为L电平的电压(0伏特)，该电压能够通过接通开关元件SU1及SW2来实现。

符号111～113是成为用于无传感器驱动振动电动机1的位置检测电路的比较电路，各个非倒相输入端子分别与电动机线圈U、V、W连接，各个倒相输入端子与共同点C连接。振动电动机1的转子部旋转位置，可以通过利用比较电路111～113检测出产生于电动机线圈U、V、W的逆电压来进行判断。

在利用各比较电路111～113检测磁铁2的磁极(两极)的情况下，转子部每旋转60度，来自任意的比较电路111～113的检测信号便发生变化。

控制电路103，分别向各开关元件SU1、SU2、SV1、SV2、SW1、SW2输出门信号UH、UL、VH、VL、WH、WL，从而控制电动机驱动电路102。另外，控制电路103也可以从比较电路111～113接收检测信号，并根据该检测信号来控制电动机驱动电路102。

进一步具体说明的话，控制电路103设有：输出门信号UH、UL、VH、VL、WH、WL从而转换各开关元件SU1、SU2、SV1、SV2、SW1、SW2的接通及断开的转换电路、和根据来自微型电子计算机104的PWM信号PWM控制振动电动机1的PWM控制电路等。转换电路通过在后述微型电子计算机104的计时电路中计数时间经过规定时间(后述的2ms)的时点，依次转换各开关元件SU1、SU2、SV1、SV2、SW1、SW2的接通及断开的模式，能够相继向后述的阶段0～5过渡。

微型电子计算机104输出各种控制信号，使控制电路103控制振动电动机1。另外，设有计时规定时间(后述的2ms)的计时电路。

接下来，对使用具有以上电路构成的电动机驱动装置101而进行的、振动电动机1的旋转控制进行说明。

图3是说明振动电动机1的控制内容概要的流程图。如图3所示，振动电动机1的旋转控制是，首先在一定期间内进行重叠(overlap)的初始起动(步骤S1)。该步骤实现起动程序。由此，在起动振动电动机1后，进行正常运行(步骤S2)，并停止振动电动机1的运行。正常运行(步骤S2)实现PWM控制电路，PWM控制并旋转驱动通过步骤S1而被起动的振动电动机1。以下，作为一个例子，对磁铁2的磁极为两极的情况下的步骤S1的详细情况进行说明。

图4是重叠的初始起动(步骤S1)的子程序的流程图。在振动电动机1进行起动时，每隔规定时间(本例中为2ms)便依次向对各电动机线圈U、V、W的通电模式不同的六个阶段(阶段0～5)过渡，从而控制电动机驱动电路102。

步骤S11～S16分别表示阶段0～5。在阶段0中，使端子TU的电位为H电平、端子TV的电位为L电平、端子TW的电位为H电平(步骤S11)。在阶段1中，使端子TU的电位为H电平、端子TV的电位为Z电平、端子TW的电位为L电平(步骤S12)。在阶段2中，使端子TU的电位为H电平、端子TV的电位为H电平、端子TW的电位为L电平(步骤S13)。在阶段3中，使端子TU的电位为L电平、端子TV的电位为H电平、端子TW的电位为Z电平(步骤S14)。在阶段4中，使端子TU的电位为L电平、端子TV的电位为H电平、端子TW的电位为H电平(步骤S15)。在阶段5中，使端子TU的电位为Z电平、端子TV的电位为L电平、端子TW的电位为H电平(步骤S16)。

通过进行这种通电，U相(端子TU)、V相(端子TV)、W相(端子TW)形成如图5所示那样的电压波形。

在重叠的初始起动中，每隔2ms便依次向阶段0～5过渡，从前一阶段向下一阶段过渡的条件仅是时间的经过(例如，2ms)，与转子部的无传感器检测无关。

如图5所示，U相(端子TU)、V相(端子TV)、W相(端子TW)的电位(即，各电动机线圈U、V、W的电动机驱动电路102侧的电位)是，首先对于U相(端子TU)，形成阶段0～2的三个阶段部分为H电平、接下来的阶段3、4的两个阶段部分为L电平、接下来的阶段5的一个阶段部分为Z电平的波形。对于V相(端子TV)，形成从U相(端子TU)偏移两个阶段部分(120度)的波形，对于W相(端子TW)，形成进一步偏移两个阶段部分(120度)的波形。这样的重叠的初始起动，持续进行12ms直至将阶段0～5进行一轮为止。通过阶段0～5被进行一轮，转子部基本上进行了一回转。

图6表示利用现有技术下的电动机驱动装置的、U相(端子TU)、V相(端子TV)、W相(端子TW)的电位(即，各电动机线圈U、V、W的电动机驱动电路102侧的电位)。从图5和图6的比较中明确可知，本实施形态的电压波形和现有技术下的电压波形的不同点在于，相对于现有技术下使用一般的180度通电，在本实施形态中阶段1的V相(端子TV)、阶段3的W相(端子TW)、阶段5的U相(端子TU)为Z电平(现有技术下均为L电平)。

本发明人通过利用如图5所示的通电模式向振动电动机1通电后谋求起动，验证了能够平稳地起动振动电动机1，而且与图6的情况相比能够提高振动电动机1起动时的敏感性(详细情况在后述实施例中进行说明)。

另外，以上所说明的电动机驱动装置101、振动电动机1，可以搭载于各种电子设备上。例如，在电子设备为便携式电话机的情况下，电动机驱动装置101通过反复进行图3的步骤S1、S2的处理，能够产生与来电旋律吻合的振动(此时，在图3的处理开始的时点，步骤S2中的PWM信号是微型电子计算机104向控制电路103发送的)。如果采用本实施形态的电动机驱动装置101的话，即使采用这种使用方法，由于作为无传感器驱动的无刷电动机的振动电动机1起动时的敏感性高，因此，所产生的振动不会迟于来电旋律，能够实现振动的产生对于来电旋律的高跟踪性。

实施例

本发明人将电动机驱动装置101利用于上述振动电动机1，进行了比较对照实验。以下，对该比较对照实验的内容进行说明。

图7表示实验结果。本实验在两个不同的条件下(状态1和2的两个模式)，分别利用电动机驱动装置101来驱动振动电动机1，从而比较电动机起动时的上升性。状态1表示本发明的实施例，状态2为现有技术例。另外，磁铁2的磁极为两极。

在图7中，所谓的“起动运行”表示振动电动机1起动时的运行(相当于上述步骤S1)，且如“PWM100％”所示那样，将利用电动机驱动装置101进行通电控制时的PWM控制的工率(duty)设定为100％。所谓的“2ms×6(一回转)180度通电”表示，一个阶段的持续时间为“2ms”，利用所谓的“180度通电”进行“6”个阶段部分——即电动机“一回转”部分的运行。另外，在状态1中，所谓的“特殊波形”表示采用了上述图5的波形，在状态2中，所谓的“正常180度通电波形”表示，采用了现有技术下一般的180度通电——即上述图6的波形。

所谓的“正常运行”是步骤S2的正常运行，将PWM控制的工率设定为80％而进行了现有技术下一般的120度通电。该正常运行在状态1、2中，以同一条件进行。

所谓的“转数的变化”表示，从通电开始时点分别经过40ms、60ms、90ms的时点上的振动电动机1的转数。

所谓的“上升时间”表示，振动电动机1从通电开始时点开始至达到额定转数的50％为止所需要的时间。

另外，测定结果的各数据，是在图2的电路构成中，通过利用电流探测器(probe)将电动机驱动电路102的电源的电源电流读入示波器而得到的。也就是说，由于该电源电流与振动电动机1的转数的上升成反比例地降低，因此，以起动电流为标准，将电流值成为起动电流和额定电流的中间值(50％)的时点判断为达到额定转数的50％的时点，且从通电开始时点至达到上述额定转数的50％的时点为止的时间成为“上升时间”。另外，通过计测从通电开始时点经过40ms、60ms、90ms的时点上的端子TU(或端子TV或TW)的电压输出波形的周期，能够测定“转数的变化”。

图7的状态1、2的各结果均表示三次测定值的平均值，图8表示各状态1、2的测定次数1～3中的原始数据。

观察图7的结果的话可知，相对于状态2的“上升时间”需要59msec，状态1的“上升时间”缩短至54msec，与状态2相比在状态1中能够将“上升时间”缩短一成左右。

这样，验证了通过在向振动电动机1的通电模式中采用图5所示的状态1，与现有技术相比能够实现“上升时间”的缩短。

Claims (3)

1.一种电动机驱动装置，是振动电动机进行无传感器驱动的电动机驱动装置，该振动电动机为各电动机线圈被星形联结的内转子型三相无刷电动机，其特征在于，

上述电动机驱动装置设有：具有接通、断开向上述各电动机线圈的通电的多个开关元件的电动机驱动电路，和

将上述振动电动机进行起动的起动程序；

上述起动程序，通过每隔规定时间依次使对上述各电动机线圈的通电模式不同的六个阶段发生过渡而向上述振动电动机进行通电，从而控制上述电动机驱动电路；

上述起动程序通过上述阶段的过渡，形成上述各电动机线圈的上述电动机驱动电路侧的电位在三个阶段部分成为H电平、接下来的两个阶段部分成为L电平、接下来的一个阶段部分成为L电平和H电平之间的中间电位的电压波形，并且，在上述各电动机线圈之间，对于三相中的第二相，形成从三相中的第一相偏移两个阶段部分的电压波形，对于三相中的第三相，形成进一步偏移两个阶段部分的电压波形。

2.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于进而设有，在上述振动电动机利用上述起动程序起动后控制上述电动机驱动电路，从而PWM控制上述振动电动机的PWM控制电路。

3.一种电子设备，其特征在于，设有：

作为各电动机线圈被星形联结的内转子型三相无刷电动机的振动电动机、和驱动上述振动电动机的权利要求1或2所述的电动机驱动装置。

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