CN1146096A - 旋转位置检测装置及电动机装置 - Google Patents

Abstract

无刷电动机的旋转位置检测电路和电动机装置不利用反电动势电压。通过加法器分别地把具有高频率的传感信号加入到正弦波驱动信号和余弦波驱动信号上旋转和驱动电动机。通过带通滤波器从在电动机中流动的信号中分离出传感信号并对其进行调制，并且把它限定为旋转位置检测信号。在从带通滤波器来的传感信号中，其电流值对应于由电动机的磁铁旋转产生的阻抗的变化而变化。检测电流值的变化，能够检测旋转磁铁的旋转位置。

Description

旋转位置检测装置及电动机装置

本发明涉及用于检测所谓无刷电动机转子旋转位置的旋转位置检测装置，及包括该旋转位置检测装置的电动机装置。

近来，无刷电动机被使用在各种电子装置中，例如标准型重播专用存储盘，便携式磁带录象机及类似装置中。

无刷电动机使用电子开关对每相切换一导通时间并驱动同步电动机，虽然DC电动机也对每相切换导通时间。必须对该导通时间进行切换，以使得它在最大功率因数下进行工作。但是，在永磁铁类型的同步电动机的情况下，其定时是由安装在转子中的永磁铁(转子磁铁)的磁极位置来简单地确定的。为此原因，无刷电动机需要检测磁极位置(旋转位置)并对每相切换导通定时。为此，无刷电动机具有旋转检测元件，例元霍耳元件，磁阻效应元件及类似元件。并且，通过该旋转检测元件来检测转子的旋转位置，并由此基于该检测结果进行每相导通定时的切换。

但是，如果安装了上述的旋转检测元件，成本将变得昂贵，并需要用传输导线使检测信号从旋转检测元件传送到旋转控制系统。这就产生了使电动机本身变大的问题。

为此原因，就开发出能用无传感器驱动的旋转位置检测装置。该旋转位置检测装置检测无刷电动机每相中产生的反电势电压，并将检测到的输出信号传送到电动机驱动电路。

亦即是在电动机中，除了导电相之外的相作为发电机，这就产生反电势电压。因此，通过检测反电势电压可以检测转子的旋转位置。电动机驱动电路基于检测的反电势电压输出来检测转子的旋转位置，并且对每相切换相应于检测结果的导通定时。因此，电动机能检测转子的旋转位置及切换每相的导通定时，而不用安装旋转检测元件、如霍耳元件等。于是，可以省掉诸如霍耳元件等的旋转检测元件，这可使电动机本身变小及它的成本变低。

顺便地说，在不具有传统传感器的无刷电动机中，在电动机起动时刻或在低速旋转的情况下，反电势未产生出来，或即使产生了，其幅值很小。于是，在电动机起动时刻或在低速旋转的情况下，传统的旋转位置检测装置不能检测转子的旋转位置。此外，在对每相切换导通定时的时刻引起的脉冲噪声及类似噪音被大量地加到反电势电压上。这就产生了妨碍精确旋转位置检测的问题。

为此原因，使用反电势电压来检测旋转位置的无刷电动机不能使用在必需精确检测旋转位置的伺服控制中。此外，在无刷电动机用于伺服控制的情况下，必须安装旋转检测元件，以便精确地检测旋转位置。最后，就产生了电动机本身作得较大的缺点及另外一些不足。

从以下对附图中所描绘的优选实施例的说明将会阐明本发明进一步的目的及优点。

图1是表示根据本发明第一实施例的旋转位置检测装置的概要结构电路框图；

图2是解释与第一实施例的旋转位置检测装置相连接的无刷电动机结构的解体透视图；

图3是解释无刷电动机极齿之间间隔及转子磁极间隔的图；

图4是解释旋转位置检测装置的工作及第一实施例的编码脉冲发生操作的波形图；

图5是解释附加于使无刷电动机旋转及驱动的驱动信号的传感信号阻抗变化的概图；

图6是表示根据本发明第二实施例的旋转位置检测装置主要部分的电路框图；

图7是表示根据本发明第三实施例的旋转位置检测装置主要部分的电路框图；

图8是解释来自第三实施例的旋转位置检测装置的Z脉冲输出定时的波形图；

图9是解释第三实施例的旋转位置检测装置的变型例的概图；

图10是表示根据本发明第四实施例的旋转位置检测装置主要部分的电路框图；

图11是表示第四实施例的旋转位置检测装置的主要部分的电路框图；

图12是该第一变型例中用于检测校正数据以校正计数器的旋转位置检测数据的校正装置的概念图；

图13是表示第四实施例的旋转位置检测装置第二变型例的主要部分的电路框图；

图14是用于该第二变型例的校正数据的校正曲线的曲线图；

图15是表示根据本发明第五实施例的旋转位置检测装置的电路框图；

图16是解释第五实施例的旋转位置检测装置操作的流程图；

图17是表示根据本发明第六实施例的电动机装置的电路框图；

图18是表示电动机绕组磁轭相交链的磁通B与磁轭的导磁率μ关第的图；

图19是解释在驱动信号过零点定时上采样传感信号的方法的图；

图20是表示作为根据本发明第七实施例的电动机装置的电路框图；

图21是解释在电动机各相中驱动电流变成彼此相等的点的图；

图22是表示将偏置信号附加在驱动信号上的部分的概要结构的电路框图；

图23是表示两相结构的电动机各相中的驱动信号及传感信号的图；

图24是表示加上偏置信号的两相结构电动机的各相中的驱动信号及传感信号的图；

图25是表示由驱动信号上附加偏置信号获得的信号的图。

以下将参照附图来解释根据本发明的旋转位置检测装置的实施例及使用该旋转位置检测装置的电动机装置。

图1表示作为根据本发明第一实施例的旋转位置检测装置的概要结构。

如图1所示，根据本发明的第一实施例的旋转位置检测装置具有例如振荡器2及传感信号发生电路3。振荡器2输出一个为恒电流的正弦波驱动信号，及一个为恒定电流的与该正弦波驱动信号相差90度相位的余弦波驱动信号，以便将它们传到两相无刷电动机1的各相中。传感信号发生电路3输出具有的频率为每个驱动信号频率的若干倍的传感信号。振荡器2及传感信号发生电路3安装在所谓数字信号处理器(DSP)中。

旋转位置检测装置具有差分放大器4S及4C，加法器5S及5C，放大器6S及6C。差分放大器4S及4C用于放大及输出各驱信号与反馈的当前驱动信号之间的差，由此在恒电流下驱动无刷电动机1。加法器5S及5C将将来自传感信号发生电路3的传感信号加到来自各差分放大器4S及4C的各驱动信号上。放大器6S及6C以预定增益放大加有传感信号的各驱动信号。

该旋转位置检测装置具有驱动信号检测电路7及低通滤波器(LPF)8。驱动信号检测电路7检测驱动信号的电流值，这些电流值是当前输送给无刷电机1的各相的，并通过电阻以电压形式检测的。低通滤波器(LPF)8滤去驱动信号检测电路7检测的驱动信号中高频的传感信号，并将其反馈到每个差分放大器4S及4C。

该旋转位置检测装置具有带通滤波器(BPF)9，解调电路10及限制器11。带通滤波器(BPF)9分离出驱动信号检测电路7检测的驱动信号中的高频传感信号。解调电路10对由BPF9分离出的传感信号执行预定的解调处理，并将它作为无刷电动机1的旋转位置检测信号。限制器基于每个驱动信号产生一个切换脉冲，并将其输出。

然后，通过将旋转位置检测信号从解调电路10传送给伺服闭锁电路等，并相对于旋转位置检测信号控制电动机的旋转相位可构成电动机装置。

无刷电动机1是通称的步进电动机，如图2中所示，它由第一定子21，第二定子22及转子磁铁23组成，转子磁铁23相对第一及第二定子21及22可旋转地布置。

第一定子21由上磁轭24，下磁轭26及线圈25组成。上磁轭24为圆柱形的形状。下磁轭26为圆柱形的形状并且具有的外径稍微小于上磁轭24的内径。线圈架25被保持在当下磁轭26与上磁轭24对合时产生的内容积中。

在上磁轭24中，设有一支承孔24b，用于将转子铁心23的旋转轴23a支承在上磁轭的顶面24a的近中心位置上。在上磁轭24的顶面24a上设置了例如十二个极齿24e，它们为相同间隔的等腰三角形，并由此包围着支承孔24b。极齿24e各自垂直于顶面24a地向下伸。详细地说，极齿24e这样构成，即顶面24a被冲切，并由此形成十二个切口片，它们为等腰三角形并以相同间隔布置成一个圆，并使各个切口片垂直于顶面24a地向下弯曲。各个极齿24e在这样的弯曲状态时适合插入到线圈架25的圆柱部分25b中，并如后述地，与该圆柱部分25b的内壁相毗邻。此外，各个极齿24e布置的间隔等于转子磁铁23的磁化间隔(例如间隔λ)。

在上磁轭24中，设有一个具有一高度的侧面部分24C，以使得在上磁轭24与下磁轭26对合时能使线圈架25放置在上磁轭24及下磁轭26之间。在侧面部分24c中设有槽口24d，用于导入在第一定子21外侧的线圈架25上设置的凸块25a。

线圈架25由圆柱形状的圆柱部分25b，上端盘25c及下端盘25d构成。圆柱部分25b具有一直径，在其中转子磁铁23可旋转地插放。上端盘25c及下端盘25d各具有的直径略小于下磁轭26的内径。在上端盘25c及下端盘25d中各设有与圆柱部分25b的内径接近相等的孔部分。并且，上端盘25c设置在圆柱部分25b的一端面上，使得上端盘25c的孔部分与圆柱部分25b的孔彼此相一致。下端盘25d设置在圆柱部分25b的另一端面上，并使得下端盘25d的孔部分与圆柱部分25b的孔彼此相一致。

用于第一相的线圈25e被绕在具有上述构型的线圈架25的圆柱部分25b的外圆周上。并且，在下端盘25d上设有一凸块25a，用以引导绕在第一定子21外侧的圆柱部分25b外围上的线圈25e的一个端部。

如上所述，下磁轭26为圆柱形状并具有较小于上磁轭24内径的外径。在下磁轭26底面26a的近中心位置上设有孔部分26b，在其直径中转子磁铁23可转动地插放。在孔部分26b的外围上设置了例如十二个极齿26c，它们为等腰三角形，并具相同的间隔，由此围绕着孔部分26b，它们各垂直于底面26a地向上伸。详细地说，极齿26c这样构成，即与底面26a的孔部分26b相邻的区域被冲切，由此形成十二个切口片，它们为等腰三角形，并使得各个切口片垂直地沿孔部分26b向上伸。各个极齿26c在这样的弯曲状态时适合插入到线圈架25的圆柱部分25b中，并与该圆柱部分25b的内壁相毗邻。此外，各个极齿以与上极24中各极齿24e相同的间隔λ地布置。相应地，各极齿26c之间的间隔等于转子磁铁23的磁化间隔。另外，各极齿26c被设置在这样的位置上即使得上磁轭24的各极齿24e处于各极齿26c的中间，这就是，当上磁轭24与下磁轭26相对合时，上磁轭26的各极齿26c与下磁轭26的各极齿26c相穿插。

在下磁轭26的底面26a中以相同的间隔设有例如十个连接孔26d，并由此围绕着孔部分26b并如下所述地借助穿过连接孔26d的连接销来固定第一定子21及第二定子22。此外，下磁轭26具有外圆周26e，它略小于上磁轭24的外圆周24c。在外圆周26e中设有一个槽口部分26f，用于引导在第一定子21外侧的线圈架25的下端盘25d上设有的凸块25a。

在具有由上述各部分24，25及26构成的结构的第一定子21中，下磁轭26的槽口部分26f的位置与线圈架25的凸块25a的位置对齐，及线圈架25被放置在下磁轭26上，并使得下磁轭26的各极齿26c插入在线圈架25的圆柱部分25b中。并且，线圈架25的凸块25a的位置与上磁轭24的槽口24d的位置相对齐，及然后使上磁轭24与下磁轭26相对齐，并使得上磁轭24的各极齿24e被插入到线圈架25的圆柱部分25b中。相应地，在线圈架25的圆柱部分25b中，上磁轭24的各级齿24e与下磁轭26的各极齿26c彼此交替地穿插。线圈架25被放置在彼此相对合的上磁轭24及下磁轭26之间。第一定子21以此方式被形成。

第二定子22具有与上述第一定子21相逆的结构，及由上磁轭27、下磁轭29及线圈架28构成。上磁轭27为圆柱形的形状。下磁轭29为圆柱形的形状并具有的内径略大于上磁轭27的外径。在当下磁轭29与上磁轭27相对合时产生的内容积中保持线圈架28。

如上所述，上磁轭27为圆柱形状并具有校小于下磁轭29内径的外径。在上磁轭27顶面27a的近中心位置上设有孔部分27b，在其直径中转子磁铁23可转动地播放。在孔部分27b的外围上设置了例如十二个极齿27c，它们为等腰三角形，并具有相同的间隔，由此围绕着孔部分27b，它们各垂直于顶面27a地向上伸。详细地说，极齿27c这样地构成，即与顶面27a的孔部分27b相邻的区域被冲切，由此形成十二个切口片，它们为等腰三角形，并使得各个切口片垂直地沿孔部分27b向下伸。各个极齿27c在这样的弯曲状态时适合插入到线圈架28的圆柱部分28b，并与该圆柱部分28b的内壁相毗邻。此外，各个极齿27c以与转子磁极23的磁化间隔相同的间隔λ地布置。

在上磁轭27的顶面27a中以相同间隔设有例如十个连接孔27d，并由此围绕着孔部分27b，并借助穿过连接孔27d的连接销来固定第一定子21及第二定子22。此外上磁轭27具有外圆周27e，它略小于下磁轭29的外圆周29c。在外圆周27e中设有一个槽口部分27f，用于引导在第二定子22外侧的线圈架28的上端盘28c上设有的凸块28a。

线圈架28由圆柱形状的圆柱部分28b，上端盘28c及下端盘28d构成。圆柱部分28b具有一直径，在其中转子磁铁23可旋转地插放。上端盘28c及下端盘28d各具有其直径略小于上磁轭27的内径。在上端盘28c及下端盘28d中各设有与圆柱部分28b的内径接近相等的孔部分。并且，上端盘28c设置在圆柱部分28b的一端面上，使得上端盘28c的孔部分与圆柱部分28b的孔彼此相一致。下端盘28d设置在圆柱部分28b的另一端面上，并使得下端盘28d的孔部分与圆柱部分28b的孔彼此相一致。

用于第二相的线圈28e被绕在具有上述构型的线圈架28的圆柱部分28b的外圆周上。并且，在下端盘28d上设有一凸块28a，用以引导绕在第二定子22外侧的、圆柱部分25b外围上的线圈28e的一个端部。

在下磁轭29中，在下磁轭29的底面29a的近中心位置上设有一支承孔29b，用于可旋转地支承转子磁铁的旋转轴23a。此外，在下磁轭29的底面29a中，设置了例如十二个极齿29e，它们为相同间隔的等腰三角形，并由此包围着支承孔29b。极齿29e各自垂直于底面29a地向上伸。详细地说，极齿29e是这样构成的，即底面29被冲切，并由此形成十二个切口片，它们为等腰三角形并以相同的间隔布置成一个圆，并使各个切口片垂直于底面29a地向上弯曲。各个极齿29e在这样的弯曲状态时适合插入到线圈架28的圆柱部分28b中，如后所述，并与该圆柱部分28b的内壁相毗邻。此外，各个极齿29e布置的间隔是等于转子磁铁23的磁化间隔的间隔λ。此外，各个极齿29e这样地放置在位置上，即上磁轭27的各个极齿27c位于各极齿29e的中间，这就是，当上磁轭27与下磁轭相对合时，上磁轭27的各极齿27c与下磁轭29的各极齿29e相穿插。

在下磁轭29中，设有一个具有一高度的侧面部分29c，以使得当上磁轭27与下磁轭29对合时能使线圈架28放置在上磁轭27及下磁轭29之间。在侧面部分29c中设有槽口部分29d，用于导入在第二定子外侧的、线圈架28上设有的凸块28a。

在具有由上述各部分27，28及29构成的结构的第二定子22中，下磁轭29的槽口部分29d的位置与线圈架28的凸块28a的位置对齐，并使线圈架28放置在下磁轭29上，以使得下磁轭29的各极齿29e插入在线圈架28的圆柱部分28b中。并且，线圈架28的凸块28a的位置与上磁轭27的槽口部分27f的位置对齐，及然后使上磁轭27与下磁轭29相对齐，并使得上磁轭27的各极齿27c被插入到线圈架28的圆柱部分28b中。相应地，在线圈架28的圆柱部分28b中，上磁轭27的各极齿27c与下磁轭29的各极齿29e彼此交替地穿插。以及，线圈架28被放置在彼此相对合的上磁轭27及下磁轭29之间，第二定子22以此方式被形成。

在转子磁铁23中，它的外圆周23b被交替地磁化成S极及N极，如图3中所示。每个S极及N极的磁化长度为λ/2。当将极S和一个与所述极S相邻的极N相结合时，极化长度变为λ。如上所述，分别设置在第一定子21的上磁轭24及下磁轭26中的各极齿24e及26c之间的位置间隔，及分别设置在第二定子22的上磁轭27及下磁轭29中的各极齿27c及29e之间的位置间隔为等于转子磁铁23极化长度的λ。

如上所述，无刷电动机1具有第一及第二定子21及22和转子磁铁23，并如下述地组装。这就是，首先，转子磁铁23的一个转轴23a穿过线圈架28的圆柱部分28b被插入到设在第二定子22下磁轭29中的支承孔29b中。接着，将第一及第二定子21和22彼此对齐，以使得转子磁铁23的另一转轴23a穿过处于上述状态的第一定子21的线圈架25的圆柱部分25b被插入到上磁轭24中所设的支承孔24b中。并且，当第一及第二定子21和22彼此相对齐时，借助于连接销穿过设在第一定子21的下磁轭26上的连接孔26d及穿过设在第二定子22上磁轭27中的连接孔27d使各定子21及22相固定。无刷电动机1就以此方式被组装起来。

对每个定子21及22进行完善的抗磁化处理，以使得在一个定子上产生的磁性不会泄漏到另一定子中。此外，在无刷电动机1的上述组装状态中，由将线圈25e绕在第一定子21的线圈架25中所产生的第一相及由将线圈28e绕在第二定子22的线圈架28中所产生的第二相彼此隔开λ/4。

以下来解释根据本发明第一实施例的位置检测装置的操作。首先，在图1中，当确定要转动及驱动无刷电动机1时，振荡器2产生出正弦波驱动信号及余弦波驱动信号，它们彼此相位相差90度，及将它们分别送到差分放大器4S及4C的非反相输入端(+)。

由于如前所述地，在各定子21及22中的各磁轭24，26，27及28设置了各个十二极齿，驱动电流一个周期中的旋转角λ为极齿间距，即λ＝2π/12(弧度)。此外，在无刷电动机1以2400rpm旋转时，在此时的速度ω为ω＝2π(2400/60)＝80π(rad/sec)。相应地，在无刷电动机1以2400rpm旋转及被驱动时，每个驱动信号的频率f为：f＝ω/λ＝80π(2π/12)＝480(Hz)。将具有上述频率480Hz的正弦波驱动信号及余弦波驱动信号传送到各个差分放大器4S及4C的非反相输入端。

虽然以后还要解释，当前传送给无刷电动机1的驱动信号被反馈到各差分放大器4S及4C的反相输入端(-)。为此原因，每个差分放大器4S及4C检测反馈的当前驱动信号及正弦波驱动信号或余弦波驱动信号之间的差，并将它输出到每个加法器5S及5C。

另一方面，传感信号发生电路3产生具有的频率为每个驱动信号频率数倍的传感信号，例如其频率为10KHz，并且它相对每个驱动信号具有足够小的幅值，将它传送到每个加法器5S及5C。虽然传感信号的频率根据电动机是不同的，但最好是将一个线圈的容性分量的高频区域的频率作为上限传送。

加法器5S将高频的传感信号与正弦波驱动信号相加，并经由放大器6S将其传送到无刷电动机1。以及，加法器5C将高频的传感信号与余弦波驱动信号相加，并使它经由放大器6C传送给无刷电动机1。这就是，将所谓的从动分量作为偏置加到每个驱动信号上，所得信号被输送给无刷电动机1。

实际上，如图3中所示，被加上传感信号的正弦波驱动信号被传送到第一定子21。被加上传感信号的余弦驱动信号被传送到第二定子22。因此，每个定子21及22中的极齿24e，26c，27c及29e变成了一个电磁铁，它根据传送驱动信号的幅值改变成S极或N极。在图3中，[S/N或N/S]表示每个极齿24e，26c，27c及29e中的极性变化，这是根据每个驱动信号的幅值改变的。

如上所述，发送到第一定子21及第二定子22的各驱动信号是彼此相差90度的。由将线圈绕在第一定子21的线圈架25上产生的第一相及由将线圈28e绕在第二定子22的线圈架28上产生的第二相彼此相距λ/4。为此原因，通过发送各驱动信号产生的第一相磁场及第二相磁场的合成磁场变为旋转磁场。然后转子磁铁23被驱动及旋转，因为它被各个极齿24e，26c，27c，及29e的极性变化产生的磁吸力拉动。

在传送给无刷电动机1的每个驱动信号中的电流值将以通过驱动信号检测电路7的电阻7a上电压值的形成被检测并反馈到LPF8。LPF8从加有传感信号的每个驱动信号中提取适当的信号，并将该信号反馈到每个差分放大器4S及4C的反相输入端(-)，作为当前传送给无刷电动机1的驱动信号。每个差分放大器4S及4C检测如上述反馈的当前驱动信号及正弦波驱动信号或余弦波驱动信号之间的差值，并将其传送给每个加法器5S及5C。每个加法器5S及5C将传感信号与每个驱动信号相加，并将它传送到无刷电动机1。旋转位置检测装置通过使用锁相环结构(PLL结构)在恒定电流下驱动无刷电动机1。

以下将解释转子磁铁23及通过各极齿24e，26c，27c及29e作用在转子磁铁23上的传感信号之间的关系。顺便提及，这些关系在各磁轭24，26，27及29中是相同的。因此仅解释转子磁铁23及通过下磁轭26作用在转子磁铁23上的传感信号之间的关系，对其它的解释则可省略。

首先，加上正弦波驱动信号的并传送到无刷电动机1第一相的传感信号，如图4(a)所示，通过由转子磁铁23及具有梳齿26的下磁轭26(梳齿磁轭26)之间产生的如图5(a)及5(b)中的虚线所示的磁路，并在转子磁铁23及梳齿磁轭26之间形成一个路径。当该转子磁铁23在此状态下旋转时，磁路中磁阻根据转子磁铁23的旋转而变化，如图5(a)及5(b)中所示，并由此使电阻抗周期性地变化。并且，传感信号的电流值将根据该阻抗的变化增加或减少。

如上所述，每个传送给无刷电动机1的驱动信号的电流值以通过驱动信号检测电路7中电阻7a的电压值形式被检测，反馈到LPF8，并传送到BPF9。BPF9从来自驱动信号检测电路7中的驱动信号中滤去正弦波驱动信号及余弦波驱动信号，并由此仅分离出附加在各驱动信号上的各传感信号，如图4(b)中所示，及将它们分别送到解调电路10。解调电路10检测、解调及输出每个传感信号的包络线，如图4(c)及4(d)中所示。

从上述的解释中可显然看到，根据本发明的旋转位置检测装置通过对各传感信号的检测可以检测转子磁铁23的旋转位置，其中各传感信号的电流值根据由转子磁铁23的转动产生的阻抗的变化而变化。在每个驱动信号中，由于反电势电压的偏置作用电压幅值发生变化。但是根据该实施例的旋转位置检测装置执行恒电流驱动，并附加地在常通滤波器9上提取传感信号。因此可以不受到驱动信号变化影响地检测传感信号及可以精确地进行旋转位置检测。并且，当试图使用反电势电压来检测旋转磁铁的旋转位置时，在电动机起动时及低速旋转的情况下，反电势电压没有产生，或即使产生了，其幅值小，由此不能检测出旋转位置。但是，上述的传感信号可与无刷电动机1的转速无关地进行检测。因此，可以精确及可靠地检测转子磁铁23的旋转位置，甚至在电动机起动及甚至在低速转动情况下也是如此。并且，可以旋转及驱动作为无传感器的伺服电动机的所谓步进电动机，且不用安装旋转检测元件。此外，可以全面地对最大转速的下降、高保持电流及会损坏步进电动机的其它类似情况进行校正。

如果使用反电势电压，在对每相切换导通定时的时刻产生出的反冲噪音或类似干扰将附加在反电势电压上，其结果是阻碍了精确的旋转位置检测。然后，在无刷电动机用于需要精确位置检测的伺服控制过程的情况下，为了进行精确的旋转位置检测，必然最终设置旋转检测元件，结果产生电动机本身作得大的缺点。但是，根据本实施例的旋转位置检测装置能进行精确的旋转位置的检测，甚至当如上所述地在驱动信号中引起幅值变化时也是如此。其结果是，可以将无刷电动机1用于伺服控制过程，而不要安装旋转检测元件，并由此充分地有利于无刷电动机1变小，及通过减小另件数和安装区域可使其成本降低。

并且，该旋转位置检测装置可提供完善的、新的无刷电动的驱动方法来替代检测反电势的传统无刷电机驱动方法。

顺便地说，在上述第一实施例中解释了：根据本实施例的旋转位置检测装置是恒电流驱动型。但是，允许可为恒电压驱动型。或者，允许使用恒电流驱动型结合恒电压驱动型。在任何驱动类型中，该无刷电动机1的旋转位置均可如上地检测，即通过附加传感信号、驱动无刷电动机1及检测适当的传感信号。此外，还解释了通过驱动信号检测电路7检测当前驱动信号。但是，应允许从设在无刷电动机1的电压输出端子中提取当前驱动信号。

以下将解释根据本发明第二实施例的旋转位置检测装置。根据该第二实施例的旋转位置检测装置产生及输出一种编码脉冲，它是基于来自解调电路10的旋转位置检测信号指示无刷电动机1极数的脉冲。

这就是，如图6中所示，根据该第二实施例的旋转位置检测装置具有在解调电路10后面设有编码脉冲发生电路30的结构。根据该第二实施例的旋转位置检测装置具有与根据第一实施例的旋转位置检测装置相同的结构，不同的是附加了如图6中所示的编码脉冲发生电路30。为此原因，在解释根据该第二实施例的旋转位置检测装置时，仅解释该编码脉冲发生电路30，而对其它部分的解释则被省略了。此外，在编码脉冲发生电路30中，具有用于无刷电动机1第一及第二相的两个电路。但是，其区别仅是，由解调电路10发送用于第一相的旋转位置检测信号或发送用于第二相的旋转位置检测信号，而电路结构则是相同的。接着，在以下的说明中仅解释对其发送用于第一相的旋转位置检测信号的编码脉冲发生电路30，而不解释对其发送用于第二相的旋转位置检测信号的编码脉冲发生电路。

首先，该编码脉冲发生电路30包括一个阈值发生电路33，一个幅值电平校正部分31及一个比较器32。阈值发生电路33输出预定电平的阈值信号。幅值电平校正部分31进行预定幅值电平的校正并将核正信号输出给来自解调电路10的用于第一相的旋转位置检测信号。比较器32将由幅值电平校正部分31进行幅值电平校正的、用于第一相的旋转位置检测信号与来自阈值发生电路33的阈值信号进行比较，并产生及输出一个用于第一相的编码脉冲。

在具有上述结构的编码脉冲发生电路30中，来自解调电路10的如图4(C)中所示的用于第一相的旋转位置检测信号被送到幅值电平校正部分31。当无刷电动机1的转子磁铁与驱动信号频率同步地旋转时，用于第一相的旋转位置检测信号将变为周期为λ/2，如图4(C)中所示。但是，在转子磁铁的旋转停止或同步失调或其它情况下，上述λ/2的周期性能发生混乱，则输出具有周期为λ的旋转位置检测信号。此外，例如，当对在同步旋转时刻获得的具有周期为λ/2的旋转位置检测信号进行检测并基于预定电平的阈值仍保持它的原始状态及然后产生编码脉冲时，用于第一相的编码脉冲及用于第二相的编码脉冲在一种状态下被检测出来，即它们相位彼此相差180度，由此对判断旋转方向产生困难。为此原因，幅值电平校正部分31以这样的方式执行幅度电平的校正处理，即将在同步旋转时刻获得的周期为λ/2的第一相旋转位置检测信号和在同步情况下获得的具有周期λ的旋转位置检测信号变为具有常规周期λ的旋转位置检测信号并将它传送到比较器32。

预定电平的阈值信号从阈值发生电路33传送到比较器32。比较器32将具有常规周期λ的校正位置检测信号与预定电平的阈值信号相比校，并产生如图4(d)中所示的具有周期λ的第一相编码脉冲，及通过输出端子34将其输出。

对于第二相旋转位置检测信号进行上述的幅值电平的校正处理及比较处理，由此产生并输出如图4(e)中所示的具有周期λ的第二相编码脉冲。

相对于无刷电动机1转动一周时每个极数获得了旋转位置检测信号的大量波形。因此，可以通过对每个旋转位置检测信号执行预定幅值电平校正及通过将阈值信号与该电平相比较来获得以报数作为分辨率的具有周期λ的每个编码脉冲。其结果是，通过检测各编码脉冲之间的相位关系可以判断在常规方向及相反方向上的旋转方向，并也可以通过对任一编码脉冲计数来检测转数(旋转速度)及通过与低速齿轮机构相结合来确定任何定位。

以下将对根据本发明第三实施例的旋转位置检测装置进行说明。根据该第三实施例的旋转位置检测装置适用于根据来自解调电路10的旋转位置检测信号输出指示无刷电动机1“0”度旋转位置的脉冲(Z脉冲)。

这就是，根据第三实施例的旋转位置检测装置具有在解调电路后级上设有如图6中所示的编码脉冲发生电路及如图7中所示的Z脉冲发生电路43。根据该第三实施例的旋转位置检测装置具有与根据第二实施例的旋转位置检测装置相同的结构，不同的是附加了如图7中所示的Z脉冲发生电路。为此原因，在解释根据该第三实施例的旋转位置检测装置时，仅解释Z脉冲发生电路，则省略了对其它部分的解释。

Z脉冲发生电路43包括噪音去除电路(LPF)37，A/D转换器38，存储器39，最大值检测电路40及一致性检测电路41。用于第一相的旋转，位置检测信号从解调电路10传送给LPF37。A/D转换器38将来自噪音去除电路37的用于第一相的旋转位置检测信号转换成数字值并输出它。存储器39存储已转换成数字信号的相对于极数的第一相旋转位置检测数据。最大值检测电路40检测存储在存储器39中的第一相旋转位置检测数据中的最大值。以及，一致性检测电路41将检测的最大值与来自A/D转换器38的当前第一相旋转位置检测数据相比较，并在这两者彼此相一致的时刻上产生及输出Z脉冲。

在具有上述结构的Z脉冲电路43中，来自解调电路10的第一相旋转位置检测信号通过输入端子36被传送到LPF37。LPF37去除第一相旋转位置检测信号中的噪音分量，例如尖峰噪音等，并将它传送给A/D转换器38。A/D转换器38检测其中已滤去噪音的第一相旋转检测信号的数字值，并将其作为第一相旋转位置检测数据传送给存储器39。然后存储器39存储持续传送的相对报数的旋转位置检测数据。在此情况下，因为在第一相中设置了上述十二个极齿，相对于十二个单元的旋转位置检测数据被存储在存储器39中。最大值检测电路40检测存储器39中十二个旋转位置检测数据中具有最大值的数据，并将它作为最大值检测数据传送到一致性检测电路41。然后将来自A/D转换器38的旋转位置检测数据传送给一致性检测电路41。一致性检测电路41将来自A/D转换器38的旋转位置检测数据的值与来自最大值检测电路40的最大值检测数据的值相比较，并在这两个值被此相一致的时刻输出指示无刷电动机1“0”位置的Z脉冲，及经由输出端42输出。

如图8中所示，在旋转位置检测信号中，获得了电动机旋转一周时相对极对数的多个波形。但是这多个波形不总是有相同幅值。由于固定磁轭的形状误差及转子磁铁的偏心度等，故具有相应的幅值误差。这种幅值误差的出现被称为电动机的“个性”。在图8中所示电动机的情况下，相应于第四极的旋转位置检测信号在幅值上比其它旋转位置检测信号突出。为此原因，就可能将相对于一圈的预定位置定义的“0”，及产生在此旋转定时点“0”时产生的Z脉冲，如前所述，它是通过检测十二个旋转位置检测信号的最大值产生的(在图8中的情况下，在第四极上的旋转位置检测信号的最大值)，并当最大值幅值与当前旋转位置检测信号的幅值相一致的时刻输出该脉冲。

来自编码编冲发生电路30的编码脉冲，如对图6所解释的，具有相对于极数的分辨率。为此原因，可以通过根据Z脉冲及对编码的计数来规定电动机旋转的标准位置。在此情况，一旦编码脉冲计数器在Z脉冲的检测定时上复位，Z脉冲的输出定时就不会变化。此后，就可以精确掌握当前的旋转位置。

顺便地说，根据第一相编码脉冲与第二相编码脉冲之间的相位关系可以检测电动机的旋转方向。从检测到一个Z脉冲的时刻到下一个Z脉冲被检测的时刻的检测定时的位移对此没有影响。

在第三实施例的说明中，适于根据由解调电路10传送的第一相旋转位置检测信号来产生和输出Z脉冲。但是也可以根据第二相的旋转位置检测信号来产生和输出Z脉冲。此外，在最大值检测电路40中，适于在相对于十二个极数的旋转位置检测数据中检测最大值。但是，甚至在检测相对于十二个极数的旋转位置检测数据中检测其最小值的情况下，在一致性检测电路41中通过检测最小值检测数据及当前旋转位置检测信号之间的一致性及产生Z脉冲，可以获得与上述情况相似的效果。

作为第三实施例的一个变型例，可以设置如图9中所示的一个标准寄存器45及一个实际测量值寄存器46来取代存储器39及最大值检测电路40。这就是，各个寄存器45及46具有12个8位的存储区域(相对于极数的数目)。在标准寄存器45中堆存了如图8中所示的十二个旋转位置检测数据(V1至V2)，它们是当电动机转动一周时获得的。在实际测量寄存器46中依次地堆存着作为实际测量值的旋转位置检测数据(VNEW至VOLD11)，它们是在电动机旋转时获得的。

堆栈的标准值在先被堆存在标准值寄存45中。在这种情况下，例如，在一个第四磁极中的旋转位置检测数据是最大值(V4 MAX)。此外，每个为标准值的旋转位置检测数据的堆栈方向总是一个方向，而与电动机的旋转方向无关。一旦标准值被存储在所以的存储区域中，在这之后，它们仅仅被重复的读出并且不再被写入。与这相反，利用电动机的旋转能够连续地被获得的旋转位置检测数据被顺序地堆栈在实际测量的寄存器46中，每当新的旋转位置检测数据被传送时该数据被顺序地移位。此外，通过检测由第一相来的旋转位置检测信号和由第二相来的旋转位置检测信号之间的相位关系能够检测电动机的一个正的旋转方向或一个负的旋转方向。在电动机沿着正方向被旋转的情况下，数据在如图9中的一个箭头A的方向上顺序地被堆栈和被读出，并且在电动机沿着负方向被旋转的情况下，数据在如图9中的一个箭头B的方向上顺序地被堆栈和被读出。在这种方法中，堆栈的方向适合于根据电动机的旋转方向被转换。然而，当检测到Z脉冲的输出定时时，由于电动机的旋转方向被固定在一个方向上所以实际的测量值寄存器46的堆栈方向被固定在一个方向上。

在标准值寄存器45中堆栈的标准值与电动机的旋转相同步地被顺序地读出并且被传送给重合检测电路41。此外，每当一个新的旋转位置检测数据(V NEW)被传送时，实际测量值寄存器46把在先被堆栈的旋转位置检测数据(V OLD11，V OLD10，V OLD9…)移位并且将其传送给重合检测电路41。重合检测电路41把由标准值寄存器45传送的标准值与由实际测量值寄存器46顺序传送的旋转位置检测数据相比较，并且在当该值和该数据之间的一个相对关系变为最大时的一个时刻输出Z脉冲。实际上，在这种情况下，在当具有与第四磁极(V 4 MAX)的标准值相同的值的旋转位置检测数据被传送时的一个时刻Z脉冲被输出。

因此，能够自由地确定无刷电动机1的旋转位置。因而，能够得到一个与第三实施例类似的效果。顺便说一下，同样在这种情况下，一旦在Z脉冲的检测时编码器脉冲的计数器被复位，在Z脉冲的输出定时没有被变化的条件下，在这之后能够准确地抓住目前的旋转位置。此外，允许使用具有这种变型的第三实施例来产生Z脉冲。在这种情况下，能够在一个更准确的定时上产生Z脉冲。

在此，作为一个现有技术，已经公知了一种旋转角传感器(分辨器)，该传感器通过在一个90度的角上把两个定子线圈围绕着一个转子线圈放置，并把具有一个预定频率的A.C电压传送给转子线圈来检测由与一个转子的角位移相对应的定子线圈得到的感应电压的幅值输出，作为一个机械旋围角。此外，一个分辨器/数字变换器(R/D变换器)也已公知了，该变换器根据一个预定的算法把从分辨器来的模拟信号变换成数字信号。

根据第二实施例的旋转位置检测装置在相对于磁极数的分辨率中具有一个限制。然而，根据本发明的第四实施例的旋转位置检测装置能够获得等于或大于磁极数的分辨率。

也就是说，如在图10中所示，在根据本发明的第四实施例的旋转位置检测装置中，其本身的结构是一个类似于R/D变换器的结构。然而，该装置适合于输入由在图1中所示的解调电路10来的各个传感信号来代替由分辨器来的模拟信号，并且输入由传感信号产生电路3来的传感信号来代替作为标准信号输入的驱动信号。

在根据具有上述结构的本发明的第四实施例的旋转位置检测装置中，用于第一相(sinθ·sin(ωt＋ )的旋转位置检测信号从解调电路10通过一个输入端47传送给上述装置，如在图10中所示，用于第二相(cosθ·cos(ωt＋ )的旋转位置检测信号从解调电路10通过一个输入端48传送给上述装置，并且传感信号(sinωt)从传感信号产生电路3通过一个输入端49被传送给该装置。用于第一相的旋转位置检测信号被传送给一个第一乘法电路51，一个位置检测数据( )从一个在后面将解释的计数器58传送给该乘法电路51。用于第二相的旋转位置检测信号被传送给一个第二乘法电路52，该位置检测数据被传送给该乘法电路51。传感信号(ref)作为标准信号被传送给一个同步整流电路54。

第一乘法电路51把用于第一相的旋转位置检测信号乘以被限定为一个余弦波形的位置检测数据(cos

)，并且把这个放大信号传送给一个放大器53。此外，第二乘法电路52把用于第二相的旋转位置检测信号乘以被限定为一个正弦波形的位置检测数据(sin

)，并且把这个放大信号传送给一个放大器53。放大器53把从第一乘法电路51来的放大信号设置为正(+)，和把从第二乘法电路52来的放大信号设置为负(-)，并且使它们两彼此相乘，然后把这个放大信号 $(\sin \mathrm{\ω}(\sin \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\φ}-\cos \mathrm{\θ}\·\sin \mathrm{\φ})=\sin \mathrm{\ω}\·\sin (\mathrm{\θ}-\mathrm{\φ}))$ 传送给同步整流电路54。传感信号(sinωt)从传感信号产生电路3通过输入端49被传送给同步整流电路54作为标准信号。同步整流电路54对放大信号和作为一个标准的标准信号的两个波形进行整流，并将这两个波形整流的信号(sin(θ- ))传送给一个积分电路55。该积分电路55对这两个波形整流信号进行积分，并将该积分信号sin(θ－

)通过一个加法器56传送给一个电压控制振荡器(VCO)57。该VCO57对具有一个与积分信号对应频率的脉冲进行振荡，并把它传送给计数器58。该计数器58利用一个预定的数对该脉冲进行计数，然后产生和输出表示在无刷电动机1的磁极之间的旋转位置的旋转位置检测数据(

)。旋转位置检测数据在外部被输出，同时也被传送给第一和第二乘法电路51红52，并且如上所述被分别设置为cosθ和sinθ，以及分别与用于第一相的传感信号和用于第二相的传感信号相乘。顺便说一下，这个回路适合于通过下面的方式来操作即，积分信号变为θ－

＝0

在由这种合适的旋转位置检测装置输出的用于第一相的传感信号和用于第二相的传感信号之间的相位关系是与在由与一个转子的角位移相对应的定子线圈得到的感应电压的幅值输出之间的相位关系相同。因此，利用R/D变换器能够进行每个传感信号的数字变换。从该R/D变换器来的位置检测输出代表在电动机的磁极之间的旋转位置。其结果是，能够使用于电动机的旋转位置检测的分辨率等于或小于在磁极之间的一个间隙，因此改进了分辨率特性。

在图10中，允许通过一个输入端50输入Z脉冲，利用加法器56把这个Z脉冲和从积分电路55来的积分信号相加，并且根据这个相加的信号使VCO57振荡和驱动。在这种情况下，由于从Z脉冲已知了标准位置，所以在等于或小于两个磁极之间的间隙的分辨率上能够更精确地检测电动机的旋转位置。

顺便说一下，当进行这种R/D变换时，希望通过下面的方式来预先调整无刷电动机1和类似电动机的导线结构，即在每个磁极之间的旋转位置检测信号(阻抗波形)中是均匀的并且每个旋转位置检测信号被转换为用于一个相位角(位置)的理想正弦波的函数。

上述旋转位置检测的分辨率取决于从解调电路10来的各个旋转位置检测信号(阻抗输出)的一个误差、一个S/D的比和每个积分电路51和52的cos 和sin 的精确度。为此，常规的R/D变换器在电动机的一个连接边上调整一个导线结构。然而，这种调整是非常困难的。

在下面解释的根据第四实施例的旋转位置检测装置的第一变型例目的在于通过对每个旋转位置检测信号的误差和每个乘法电路51和52精确度进行电的校正来省略在电动机侧上导线结构的困难的调整和类似的调整，由此改进检测的精确度。

也就是说，如在图11中所示，根据该第一变型例的旋转位置检测装置具有这样一种结构，即一个第一校正电路59和一个第二校正电路60分别被设置在一个第一乘法电路51的前级和一个第二乘法电路52的前级。第一校正电路产生一个第一校正数据以便对从解调电路10来的用于第一相的旋转位置检测信号进行校正。第二校正电路产生一个第二校正数据以便对从解调电路10来的用于第二相的旋转位置检测信号进行校正。

相应于与该适合的旋转位置检测装置连接的电动机预先被测量的第一校正数据和第二校正数据被分别地存储在第一校正电路59和第二校正电路60中。实际上，如在下面所述的来测量各个校正信号。也就是说，如在图l2中所示，一个与一个校准电动机62连接的所谓旋转编码器61的转轴通过一个连接管63与一个作为一个目标的无刷电动机l的转轴连接，然后对于一个微小角该校准电动机62一步一步精确地被转动。同时，在图10中所示的R/D变换器与校准电动机62一起被操作，该R/D变换器被设置在无刷电动机1中。通过 ＝θ来固定一个环路，并且第一校正数据(Δc(

))和第二校正数据(Δs(

))顺序地被测量。用这种方法预先被准备的各个校正数据被存储在各个校正电路59和60中。当旋转位置检测数据(

)从计数器58被输出时，第一校正电路59根据第一校正数据(Δc(

))来校正该数据，并且将其传送给第一乘法电路51。当旋转位置检测数据( )从计数器58被输出时，第二校正电路60根据第二校正数据(ΔS( ))来校正该数据，并且将其传送给第二乘法电路52。第一乘法电路51把用于第一相的由输入端47输入的旋转位置检测信号与第一校正数据相乘，并且将其结果传送给乘法器53。同样，第二乘法电路52把用于第二相的由输入端48输入的旋转位置检测信号与第二校正数据相乘，并且将其结果传送给乘法器53。同样，如上所述，每个校正数据是一个相对于所连接的电动机预先被测量的值。因此它能够最适合地校正用于每相的旋转位置检测信号。结果，与从解调电路10来的各个旋转位置检测信号(阻抗输出)的误差、S/D的比和每个积分电路51和52的cos

和Sin 的精确度无关，并且不调整电动机的连接边上的导线结构，它能够获得具有高精确度和分辨率的旋转位置检测数据。

下面将解释说明根据第四实施例的旋转位置检测装置的第二个变型例。虽然在第一变型例的解释说明中，每个第一和第二校正数据预先不准备以便于对每相中的旋转位置检测信号进行校正，在根据第二变型例的旋转位置检测装置中，公用的校正数据被用于对每相中的旋转位置检测信号进行校正。

也就是说，如在图13中所示，根据该第二变型例的旋转位置检测装置具有这样一种结构，即一个校正电路64分别被设置在一个第一乘法电路51的前级和一个第二乘法电路52的前级。从一个计数器58来的用于校正旋转位置检测数据的公用校正数据被存储在校正电路64中。

在校正电路64中利用在图l2中解释的旋转编码器61预先存储一个公用校正数据(Δ

)，该数据(Δ )是一个根据代表在由如在图14中所示的一个计数器58输出的旋转位置检测数据(

)和通过适当地校正上述旋转位置检测数据(

)所获得的旋转位置检测数据( ′)之间关系的校正曲线来确定的值。当从计数器58输出旋转位置检测数据( )时，校正电路64根据公用校正数据对该数据进行校正，并由此产生校正旋转位置检测数据( $\mathrm{\φ}+\mathrm{\Δ\φ}={\mathrm{\φ}}^{\′}$ )和把该数据传送给乘法电路51和52。其结果是能够获得类似于第一变型例的效果。

顺便说一下，在各个变型例的解释中，通过利用旋转编码器61和校准电动机来产生校正数据。然而，例如，通过具有小精确编码功能，如包括在从一个用于图象的光盘重放的力象数据中的图象同步数据，包括在从一个用于音乐的标准型重放专用盘重放的音频数据中的伴同步数据，和类似的数据的装置，能够产生校正数据。在这种情况下，在无刷电动机1被转动的同时它被实时地测量。

下面将解释根据本发明的第五实施例的一个旋转位置检测装置。根据第五实施例的旋转位置检测装置在前面所述的旋转位置检测装置上安装一个如在图5中所示的齿槽效应驱动电路68以便于进行一个电动机的无齿槽效应、无抖动和恒定转矩的驱动。

在图15中，齿槽效应驱动电路68具有一个校正电路67、一个存储器66和一个控制电路65。校正电路67对从振荡器2来的正弦驱动信号和余弦驱动信号进行一个预定的校正处理并把处理后的信号传送给对应的差分放大电路4S和4C。存储器66存储一个最佳的驱动信号图形，该图形是每个驱动信号能够进行电动机的无齿槽效应、无抖动和恒定转矩的驱动的一种图形。控制电路65根据从解调电路10来的旋转位置检测信号、从LPF8来的当前驱动信号和从一个被加到电动机上的电子装置来的标准信号来检测对于一种状态为最佳的每个驱动信号的图形并将它存储在存储器66中，此外在实际驱动中从该存储器中读出该最佳驱动信号并且通过校正电路来控制每个驱动信号。

在正常旋转和驱动电动机之前，具有上述结构的齿槽效应驱动电路68变为一种检测最佳驱动信号图形的图形检测方式。该图形检测方式的操作在图16的一个流程图中被示出。例如，当一个主电源被接通时，在图16中所示的流程图启动并且进入到步骤S1。

在步骤S1，控制电路65控制校正电路67，以致于由振荡器2输出的每个驱动信号被输出同时维持每个原始状态(作为一个原始驱动信号)并且进入到步骤S2。在步骤S2，由于电动机通过原始的驱动信号被驱动，所以控制电路65根据从一个装在电动机上的电子装置来的并由一个输入端71输入的标准信号来检测一个抖动值(或对于一个齿槽效应的绝对值是允许的值)，并且一旦把该值存储在一个设置在控制电路65中的RAM中作为一个初始值，就进入到步骤S3。

实际上，作为一个标准信号，在被设置为电动机的一个负载的电子装置是一个图象装置，例如，一个音频带记录器、一个光音频盘和类似物的情况下，能够利用包括在一个图象信号中的一个水平同步信号或一个垂直同步信号，和在电子装置是一个音乐重放专用光盘的情况下，能够利用一个帧同步信号或一个RF信号。同样，从一个所谓的旋转编码器来的编码信号也是允许的。

在步骤S3，控制电路65根据通过一个输入端69输入的旋转位置检测信号来检测一个旋转角，并且控制校正电路67以便于把具有一个与旋转角对应的预定微级的校正信号(ΔI(θ))与每个驱动信号(I(θ))相加，也就是，(I(θ)→I(θ)＋ΔI(θ))。然后，控制电路6 5根据通过一个输入端6 9在对于一转的K个点(k是1到n)上输入的旋转位置检测信号来检测通过加入该校正信号和通过驱动电动机所得到的抖动值，并且一旦把该抖动值存储到RAM中，就进入到步骤S4，也就是，(I(k)→In(K)＋ΔI(k)：In(K)是在K点上的一个额定的电流值)。

在步骤S4，控制电路65读出存储在RAM中的一个原始抖动值和把该值与上述通过加入校正信号和驱动电动机所获得的抖动值相比较，并且判断在抖动值中是否有一个变化。如果是YES，控制电路进入到步骤S5。如果是NO，它表示在目前驱动信号中的值是适合的，由此控制电路65进入到步骤S7。然后，控制电路65把从LPF8来的通过一个输入端70输入的目前驱动信号的值存储在存储器66中，并且进入到步骤S8。

在步骤S5，控制电路65比较各个抖动值，并且判断在校正之后的抖动值是否变得小于在校正之前的抖动值。如果是NO，控制电路65进入到步骤S6。如果是YES，那么由于具有一种通过加入校正信号能够使抖动值变得更小的可能性，所以控制电路65返回的步骤S3。从步骤S3到步骤S5的程序被重复直到判断为NO为止。

在步骤S5，如果判断NO，它表示通过加入校正信号抖动值被增加了和表示在一个校正之前的驱动信号的值比目前驱动信号的值更适合。为此，在步骤S6，控制电路65在一个校正之前检测驱动信号的值，并且进入到步骤S7。在步骤S7，控制电路65把在上述一个校正之前的驱动信号的值存储在存储器中，然后进入到步骤S8。在步骤S8，控制电路65判断所有测量是否已被完成。如果是YES，控制电路65实际上完成了图形检测方式，如果是NO，进入到步骤S9。在步骤S9，由于所有测量没有被完成，控制电路65把校正信号的值(ΔI(k))改变成一个新的校正信号值(ΔI′(k))，然后返回到步骤S3。在这之后，控制电路65重复各个程序直到在步骤S8上判断为YES为止。

因此，处于最佳状态的驱动信号的值被存储在存储器66中，并由此产生最佳驱动信号图形。当在存储器66中产生最佳驱动信号图形时，控制电路65在正常旋转控制时读出最佳驱动信号图形，并且控制校正电路67，以致于根据最佳驱动信号图形适当地校正从振荡器2来的每个驱动信号。在存储器66中存储的最佳驱动信号图形是预先被测量的数据以便作为该状态的最佳驱动信号。为此，通过根据最佳驱动信号图形来校正每个驱动信号能够进行电动机的无齿槽效应、无抖动和恒定转矩的驱动。此外，甚至一种廉价的电动机能够进行这样一种无转矩钳住控制。其结果是，例如，它能够改进一种便携式播放机、一种光盘播放机或类似物的精确度，在这些播放机中使用了这样的廉价的电动机，并且能够使它们的费用更便宜。

顺便说一下，在电动机的正常旋转驱动时不需要检测这样一个最佳驱动信号图形。并且在图形检测方式中，在电动机被转动和从几转被驱动到几十转的同时能够完成该检测，并且它不占用很长时间。此外，校正信号的值例如，是一个具有在k＝1到n时一个周期的正弦波的值、一个在与一个电动机的磁极数对应的角上增加或减少的值、或是一个与谐波对应的承数。因此实际上能够给出一些估算，并由此能够使它们更快的地收敛。

这里如果校正信号的电平不是微小的，那么可能会在抖动量中感应出速度偏差。然而如果校正信号的电平是太微小了，那么收敛被延迟。为此，需要进行一个用于校正信号的所谓的加权设备和适当地改变这个加权设置系数。例如，通过利用一个在计算d(抖动值)/d(ΔI(k))的所谓线性网络方法中的Newton方法并把它限定为系数，或通过利用在一个中性网络中的剥皮(bark)扩展方法(BP方法)来进行加权设置。如果能够检测到使抖动值和类似值为最小的一个电流分布，那么能够应用任一种方法。

顺便说一下，在第五实施例中将解释测量抖动值或齿槽效应的绝对值。然而，在一个能够检测电动机振动的拾感器装置中设置合适的旋转位置检测装置的情况下，通过检测电动机的振动和然后产生最佳驱动信号图形能够获得类似于上述情况的效果。

在步骤S9，每一次循环校正信号的值被校正。然而，可允许按顺序对它进行校正(以1到n的顺序改变r)。

在电动机被正常地转动和驱动之前检测最佳驱动信号图形。然而，可允许预先检测与电动机对应的最佳驱动信号图形，把它存储在ROM中，并安置在一个产品中，并且在参照与在驱动电动机时的旋转速度对应的这个ROM表的同时转动和驱动该电动机。在这种情况下，需要该抖动值是恒定的并且与转动速度不成正经。然而，即使该抖动值被变化，通过在转动速度上进行上述的最佳化，可允许以一个表格基准的形式插入。

下面将解释一个电动机装置作为根据本发明的第六实施例。在该第六实施例中，如在图17中，从一个解调电路10来的传感信号的包络线被传送给一个传感器电压校正电路12，由此根据一个从振荡器2来的正弦波驱动信号来校正该传感信号的电压。

在图17中，通过每个驱动信号检测电路7S和7c来检测在电动机1的每相(一个正弦波和一个余弦波)中的电动机驱动信号。也就是说，通过一个放大器6S传送给无刷电动机1的传感信号被加入到正弦波驱动信号上的一个电流值通过驱动信号检测电路7S的一个电阻器7aS被检测作为一个电压值。通过一个放大器6C传送给无刷电动机1的传感信号被加入到余弦波驱动信号上的一个电流值通过驱动信号检测电路7C的一个电阻器7aC被检测作为一个电压值。包括通过驱动信号检测电路7S的一个电阻器7aS来检测的正弦波驱动信号在内的电动机驱动信号通过一个LPF(低通滤波器)8S被反馈给一个差分放大器4S的一个反向输入端(-)。包括通过驱动信号检测电路7C的一个电阻器7aC来检测的余弦波驱动信号在内的电动机驱动信号通过一个LPF(低通滤波器)8C被反馈给一个差分放大器4C的一个反向输入端(-)。此外，通过驱动信号检测电路7S的一个电阻器7aS来检测的信号被传送给一个BPF(带通滤波器)9S和具有一个高频的传感信号被分离并且被传送给一个解调电路10S，使包络线被检测。这个包络线被传送该一个传感器电压校正电路12S。正弦波驱动信号从LPF8S传送该传感器电压校正电路12S，然后根据正弦波驱动信号校正传感器电压。从传感器电压校正电路12S来的输出被传送给一个用于电动机伺服系统锁定的电路。然而，在这个例子中，通过把输出传送给一个相位差检测电路13S来检测在从振荡器2来的正弦波驱动信号和输出之间的相位差，并且这个检测的相位差信号被传送给放大器6S的一个增益控制端，通过控制放大器6S的这个增益来进行一个旋转相位控制。类似地，在利用驱动信号检测电路7C的电阻器7aC检测的信号的情况下，通过BPF9C分离出传感信号，并将它传送给一个解调电路10C，使包络线被检测并被传送给一个传感器电压校正电路12C。余弦波驱动信号从LPF8C传送给传感器电压校正电路12C。根据这个余弦波驱动信号来校正传感器电压。对于从传感器电压校正电路12C来的一个输出，利用一个相位差检测电路13C来检测在输出和余弦波驱动信号之间的相位差。这个检测的相位差信号被传送给放大器6C的一个增益控制端。

下面将解释借助于每个传感器电压校正电路12S和12C校正传感信号的包络线电压。由于一个磁轭的磁阻根据在电动机的线圈中流动的驱动电流来变化，所以进行这个校正是为了校正由根据磁阻的变化所检测的传感信号的电平变化所引起的旋转位置检测的误差。也就是，在图18中的曲线a表示一个在电动机的线圈磁轭上交链的磁通量B，和曲线b表示一个线圈磁轭的磁导率μ。在图18中的水平轴代表施加到线圈磁轭上的磁场H。如在图18中的曲线a中所示，在电动机的线圈磁轭上互连的磁通量B是由转子磁铁产生的一个外磁场Bmag和由在线圈中流动的电流，例如ia产生的磁场Bcoil的总和。已知电流i越大，磁导率μ越小，由此使磁阻变得越大。因此，在加到驱动信号上的传感信号从解调电路10S和10C中被分离的状态下，根据驱动信号检测的传感信号的电平被变化。结果，需要校正这个变化量。通过利用一个函数计算或一个表变换能够进行这种校正。

顺便说一下，在图17中所示的其它部分与在图1中所示的部分类似。由此，与在图1中所示的各个部分对应的部分给出相同的参考符号，并且省略了对它们的解释。

顺便说一下，具有一种过零方法作为一种电动机的旋转伺服方法。也就是，在驱动电流变为零的一个点上对一个传感器输出的包络线取样。根据该取样，当预先测量的驱动电流是0时，通过利用一个表或一个近似的函数来参照在一个传感器电压值和一个相位角之间的关系。计算转子的相位角。然后根据该计算值来确定一个驱动电流值和一个频率。

图19是一个解释在驱动信号过零点时对传感信号取样的一种方法的图。图19A示出了一个从振荡器2来的正弦波信号I_ocosωt。在图19B中所示的传感信号的包络线是在该正弦波信号I_ocosωt的过零点Z_p的一个计时的时间t_z上被取样的。一个取样保持信号被获得，如在图19C所示。该取样保持信号是一个电压信号(例如，限定为V_A)。该信号与一个预定的标准电压相比较，并且计算它们的差值ΔV(例如，ΔV＝V_R－V_A)。通过把该差值乘以一个预定的系数k来计算驱动信号的幅值的变化量Δi，如在图19D中所示。在这种情况下，当驱动电流是0时，传感器电压的校正是一个固定的状态。因此，不需要校正，或一个简单计算的校正是足够的。

作为校正上述传感器电压的一个基本操作，假设传感器电压总是根据在每相中的驱动信号的电流值来校正。然而，作为一个更简单的方法，通过把驱动信号的过零点设置到一个传感器电压包络线的取样点能够省略该校正，如上面所述。此外，作为另一个方法，下面的方法被考虑。也就是，在各相(正弦波驱动信号和余弦波驱动信号)中的驱动信号的电流值彼此相等的点被检测，并且传感器电压在该点上被取样。

图20和21是解释在个相中的驱动信号的电流值彼此相等的一个点上对传感器电压取样的一种方法的图，如上面所述。

图20是一个表示作为根据本发明的第七实施例的一个电动机装置的结构的方框图。在图20中，正弦波驱动信号和余弦波驱动信号从振荡器2传送给一个比较器14。图21是一个解释该比较器14操作的视图。对于在图21A中所示的一个正弦波驱动信号a和在图21B中所示的一个余弦波驱动信号b，当在各个相中的驱动信号a和b的电流值相互重合的一个定时，也就是当它们具有相同的值时的一个时间T_c被检测，然后取样的脉冲被输出。从比较器14输出的取样脉冲分别地传送给取样/保持(S/H)电路15S，15C，16S和16C。

取样/保持(S/H)电路15S从一个解调器10S取样和保持一个传感信号的包络线，并把它传送给一个传感器电压校正电路12S。取样/保持(S/H)电路15C从一个解调器10C取样和保持一个传感信号的包络线，并把它传送给一个传感器电压校正电路12C。取样/保持(S/H)电路16S从一个振荡器2取样和保持一个正弦波驱动信号，并把它传送给一个传感器电压校正电路12S并且控制一个校正量。从传感器电压校正电路12S来的信号被传送给一个放大器6S的一个增益控制端。取样/保持(S/H)电路16C从一个振荡器2取样和保持一个余弦波驱动信号，并把它传送给一个传感器电压校正电路12C并且控制一个校正量。从传感器电压校正电路12C来的信号被传送给一个放大器6S的一个增益控制端。其它的结构类似于在图1和图17中所示的结构。与它们对应的部分给出相同的参考符号，并且省略了对它们的解释。

根据本发明的第七个实施例，在各个相中的驱动电流值例如是等于c，因此，利用相同的电流值能够容易地进行一个传感器电流校正，并且由于取样定时是相同的，所以由抖动引起的误差也几乎没有。此外，能够利用这样一种区域以致于在各个相中的驱动电流不是0并且一个传感器的灵敏度是高的(一个磁铁的磁导率μ变化大的区域)。因此，一个传感器输出可足够地被获得，S/N比是极好的，并且伺服状态是稳定的。

当由于一个故障和类似的情况使电动机的伺服状态不正常时，为了在其故障被解决时迅速地恢复，需要把在各个相中的驱动电流设置到0，只把传感信号传送给电动机的线圈，检测在不正常时旋转的相位角并且加入相位上与速度同步的驱动电流。在伺服电动机或类似电动机的情况下，在一个伺服混乱的时间上立即停止电动机。然而，在一个主电动机或类似电动机的情况下，即使当一个锁定被扰乱时，需要在连续旋转的同时恢复。即使在这种情况下上述的方法也是有效的。

下面将解释一个电动机的旋转方向检测。

在一个具有等于或大于三相结构的电动机的情况下，能够检测一个旋转方向。然而，在具有两相结构的情况下，显然不能够检测旋转方向。原因是从每相获得的传感信号彼此相差180度的相位，并且即使旋转方向被改变，相位差也是相同的。因此，考虑到通过把偏置信号加入到驱动信号中和通过当偏置信号被加入时检测从电动机驱动信号分离出的传感信号之间的相位差来判断电动机的旋转方向。

图22是一个的表示为了在一个具有两相结构的电动机中检测一个旋转方向而加入偏置的一个结构的主要部分的方框图。在图22中，例如，通过在利用一个计时器17的预定计时上触发一个偏置脉冲产生电路18来产生一个偏置脉冲，并且将偏置脉冲传送给加法器19S和19C。从振荡器2来的正弦波驱动信号被传送给加法器19S，和从振荡器2来的余弦波驱动信号被传送给加法器19C。偏置信号被加入到这些驱动信号中，并且分别地被传送给差分放大器4S和4C。其它的结构与图1，17或20中所示的结构是类似的并且没有被示出。对它们的解释也被省略了。

如在图23中所示，在没有加入偏置脉冲的情况下，一个传感信号被加入到在图23A中所示的一个正弦波驱动信号上并传送给电动机线圈。传感信号被加入到如图23B所示检测的传感信号上和加入到在图23C中的余弦波驱动信号上，并且被传送给电动机线圈。该信号与检测的传感信号相位相差180度，如图23D所示。因此，即使旋转方向被改变，一个相位关系被表示在相同的状态下。与这个相反，如在图24中所示，在一个预定的偏置d被加入到驱动信号上的情况下，对在图24A中的驱动信号检测的在图24B中所示的传感信号与对在图24C中的驱动信号检测的在图24D中所示的传感信号在相位上相差90度。因此，例如当电动机以正常的方向旋转时，相位差是+90度，当电动机以相反的方向旋转时，相位差是-90度(或270度)。结果，它们能够被区分。

图25示出了一个从图22中的加法器19S(或从加法器19C)获得的一个偏置被加入到一个驱动信号上的例子。一个偏置脉冲被加入到在时间t₁和t₂之间及时间t₃和t₄之间的一个正弦波驱动信号上。当需要得到旋转方向时，它允许周期地加入这个偏置脉冲或单独地加入这个偏置脉冲。

顺便说一下，本发明不限于上述的实施例。例如，在上述各个实施例的解释中，适当的旋转位置检测装置被应用于无刷电动机1。然而，它也允许把该装置应用到一个所谓的有刷电动机上。另外，当然可以进行各种各样变型和改进，它们均属于本发明的精神和保护范围之内。

根据本发明的旋转位置检测装置能够提供一种完全新的无传感器驱动方法和在起动一个电动机时或甚至在低速旋转时能够准确和无误地检测一个旋转位置。此外，由于能够准确和无误地检测一个旋转位置，所以一个电动机能够被用于一个伺服控制而不需要安置一个旋转检测元件。结果，通过减少部件数量和使一个安置的区域更小能够使一个电动机更小和价格更便宜。

此外，由于利用了一种完全地解决了反电动势电压方法的缺陷的无传感器方法，所以根据本发明的一个电动机装置能够与基准点同步地进行旋转和驱动。

Claims (20)

1.一种旋转位置检测装置，其特征是：所述旋转位置检测装置包括：

一个周期信号输出装置，用于输出相互具有一个预定角异相的周期信号，以便传送给一个具有多相的电动机的各个相；

一个传感信号输出装置，用于输出具有比所述周期信号的频率更高频率的传感信号；

一个加法装置，用于把从所述传感信号输出装置来的传感信号加入到从所述周期信号输出装置来的周期信号上并且把它传送给所述电动机的每个相作为一个电动机驱动信号；和

一个旋转位置检测装置，用于检测传送给每个所述相的电动机驱动信号和从每个电动机驱动信号中分离出每个传感信号，并且把每个分离出的传感信号输出作为一个代表所述电动机的一个旋转位置的旋转位置检测信号。

2.根据权利要求1所述的旋转位置检测装置，其特征是所述周期信号是一个正弦波的恒定电流驱动信号。

3.根据权利要求2所述的旋转位置检测装置，其特征是所述旋转位置检测装置进一步包括一个标准位置检测信号输出装置，用于根据在所述电动机旋转一圈时相对于所述电动机的磁极数获得的所述旋转位置检测信号的电平来确定所述电动机的一个标准位置，和用于在这个确定的记时上输出一个标准的位置检测信号。

4.根据权利要求2所述的旋转位置检测装置，其特征是所述旋转位置检测装置进一步包括一个分辨器/数字变换器，用于根据从所述传感信号输出装置来的传感信号对从所述旋转位置检测装置来的每个传感信号进行数字化并将其输出。

5.根据权利要求2所述的旋转位置检测装置，其特征是所述旋转位置检测装置进一步包括一个存储装置，用于在所述电动机的一个负载的抖动分量或相对于抖动分量的信息变为最小时存储正弦波信号的一个值作为用于所述电动机的一个最佳驱动图形，和

一个控制装置，用于根据在所述存储装置存储的所述最佳驱动图形旋转和驱动所述电动机。

6.根据权利要求2所述的旋转位置检测装置，其特征是所述旋转位置检测装置检测传送给所述电动机的所述电动机驱动信号的一个过零点，在这个过零点检测计时上对从所述电动机驱动信号的分离出的传感信号进行取样并且检测旋转位置。

7.根据权利要求2所述的旋转位置检测装置，其特征是所述旋转位置检测装置根据从所述正弦波信号输出装置来的正弦波信号对从所述电动机驱动信号分离出的传感信号的电压进行校正。

8.根据权利要求7所述的旋转位置检测装置，其特征是所述旋转位置检测装置检测在所述电动机的各个相中的电流值彼此相等的一个点，在这个检测的计时上对从所述电动机驱动信号分离出的传感信号进行取样并且根据从所述正弦波信号输出装置来的正弦波信号对取样的值进行校正。

9.根据权利要求2所述的旋转位置检测装置，其特征是所述旋转位置检测装置在所述电动机的一个伺服状态被扰乱时把从所述正弦波信号输出装置来的正弦波信号设置到0，并且仅把从所述传感信号输出装置来的传感信号作为所述电动机驱动信号传送给所述电动机的每个相。

10.根据权利要求2所述的旋转位置检测装置，其特征是所述旋转位置检测装置瞬态地把一个偏置信号加入到所述电动机驱动信号上，当该偏置信号被加入时检测在从所述电动机驱动信号分离出的传感信号之间的一个相位差，并由此来判断一个电动机的旋转方向。

11.一种电动机装置，其特征是所述电动机装置包括：

一个正弦波信号输出装置，用于输出相互具有一个预定角异相的正弦波信号，以便传送给一个具有多相的电动机的各个相；

一个传感信号输出装置，用于输出具有比所述正弦波信号的频率更高频率的传感信号；

一个加法装置，用于把从所述传感信号输出装置来的传感信号加入到从所述正弦波信号输出装置来的正弦波信号上并且把它传送给所述电动机的每个相作为一个电动机驱动信号；和

一个旋转位置检测装置，用于检测传送给每个所述相的电动机驱动信号和从每个电动机驱动信号中分离出每个传感信号，并且把每个分离出的传感信号输出作为一个代表所述电动机的一个旋转位置的旋转位置检测信号；和

一个装置，用于对应于从所述旋转位置检测装置来的旋转位置检测信号对所述电动机进行一个旋转相位控制。

12.根据权利要求11所述的电动机装置，其特征是所述正弦波信号是一个恒定电流驱动信号。

13.根据权利要求12所述的电动机装置，其特征是所述电动机装置进一步包括一个标准位置检测信号输出装置，用于根据在所述电动机旋转一圈时相对于所述电动机的磁极数获得的所述旋转位置检测信号的电平来确定所述电动机的一个标准位置，和用于在这个确定的记时上输出一个标准的位置检测信号。

14.根据权利要求12所述的电动机装置，其特征是所述电动机装置进一步包括一个分辨器/数字变换器，用于根据从所述传感信号输出装置来的传感信号对从所述旋转位置检测装置来的每个传感信号进行数字化并将其输出。

15.根据权利要求12所述的电动机装置，其特征是所述电动机装置进一步包括一个存储装置，用于在所述电动机的一个负载的抖动分量或相对于抖动分量的信息变为最小时存储正弦波信号的值作为用于所述电动机的一个最佳驱动图形，和

一个控制装置，用于根据在所述存储装置存储的所述最佳驱动图形旋转和驱动所述电动机

16.根据权利要求12所述的电动机装置，其特征是所述电动机装置检测传送给所述电动机的所述电动机驱动信号的一个过零点，在这个过零点检测计时上对从所述电动机驱动信号的分离出的传感信号进行取样并且检测旋转位置。

17.根据权利要求12所述的电动机装置，其特征是所述电动机装置根据从所述正弦波信号输出装置来的正弦波信号对从所述电动机驱动信号分离出的传感信号的电压进行校正。

18.根据权利要求17所述的电动机装置，其特征是所述电动机装置检测在所述电动机的各个相中的电流值彼此相等的一个点，在这个检测的计时上对从所述电动机驱动信号分离出的传感信号进行取样并且根据从所述正弦波信号输出装置来的正弦波信号对取样的值进行校正。

19.根据权利要求12所述的电动机装置，其特征是所述电动机装置在所述电动机的一个伺服状态被扰乱时把从所述正弦波信号输出装置来的正弦波信号设置到0，并且仅把从所述传感信号输出装置来的传感信号作为所述电动机驱动信号传送给所述电动机的每个相。

20.根据权利要求12所述的电动机装置，其特征是所述电动机装置瞬态地把一个偏置信号加入到所述电动机驱动信号上，当该偏置信号被加入时检测在从所述电动机驱动信号分离出的传感信号之间的一个相位差，并由此来判断一个电动机的旋转方向。

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