CN1181849A - 用于多相无刷永磁电动机的开关方式的正弦波驱动器 - Google Patents

Abstract

一种开关方式的正弦波驱动电路,根据基本上正弦的开关转换驱动信号向DC无刷电动机选择性地输出驱动电流并由其吸收该驱动电流。信号波形监测电路监测在电动机绕组上形成的电信号并输出电动机相位基准信号;相位时钟发生器,提供与电动机同步的时钟信号。利用电动机时钟信号令相位计数器按时钟计时并利用电动机相位基准信号复零。相位计数器,对预定的相位间隔计数,并产生相位计数值和相位极性信号。电动机状态译码器,响应于相位极性信号而产生状态控制信号。正弦波逻辑电路利用相位计数值寻址,并对多相中的每一相输出数字式的多相正弦波数值。多相脉冲宽度调制器电路,通过产生具有由该正弦波数值控制的占空因数周期的相位脉冲响应于多相正弦波数值。和逻辑解码器,通过将相位脉冲解码为相位驱动脉冲并提供相位驱动脉冲,响应于状态控制信号,以便控制多相电动机驱动器桥式电路使电动机旋转。

Description

用于多相无刷永磁电动机的 开关方式的正弦波驱动器

本发明涉及一种用于驱动多相无刷永磁电动机的电子电路。更确切地说，本发明涉及一种用于驱动无刷永磁电动机例如磁盘驱动器的主轴电动机的开关方式的正弦波驱动器电路，通过转换正和负(全波)正弦波激磁可导致明显降低由电动机发出的电及声噪声以及能够同时精确调节电动机的速度。

众所周知，采用电子方式换向的DC无刷永磁电动机作为磁盘驱动器内部的直接驱动的主轴电动机。这些电动机通常包括由各叠层的铁制定子磁极部分构成的固定的圆筒形的定子结构，而各磁极部分由面向一构成磁盘主轴盘毂的内侧结构部分的旋转圆柱形永久磁铁环的一些槽分开。每一磁极有一个绕其缠绕的线圈，该线圈接受来自电动机驱动电路的转换的驱动电流。永久磁铁环限定了面向定子各磁极部分的交替的永久磁铁的南北磁极。由于在永久磁铁转子和定子组件之间稳定的旋转角度或位置变化使得起动时的滞留转矩或“齿槽效应”转矩显现出来。为了降低齿槽效应转矩，在磁盘驱动器的永磁主轴电动机结构设计中经常采用数量不均的磁极和槽。

磁盘驱动器主轴电动机的一种十分流行的形式是所谓的8极/9槽式主轴电动机。这种不均的磁极/槽配置方式优于其它配置方式是因为其会使齿槽效应转矩降到最低。例如可参阅授予Crapo的题为“具有低齿槽效应转矩的磁盘驱动器主轴电动机”的4847712号美国专利，本文引用它的公开内容可供参考。在某些应用场合例如在磁盘驱动器中的磁头定位驱动机构场合，已经利用由增量式定位步进电动机形成的滞留作用来保证磁头精确定位。然而，对于磁盘驱动器主轴，各稳定的位置形成静态作用力，除了克服正常的起动摩擦力之外，还必须对此予以克服。在电动机旋转过程中，电动机的滞留转矩也会以有害的振动的形式呈现。

在希望磁盘主轴电动机具有低的齿槽效应转矩特性的同时，在运行过程中同时样希望使净余径向力降低到最小。当磁盘主轴按照不断增加的转速方式旋转，接近甚至超过每分10000转(10000RPM)时，这一点特别重要。由于转速非常高，不断提出各种更新颖的主轴轴承系统，特别是流体动力轴承。这些轴承对于不平衡的力或净余径向力是十分敏感的，并且使用上述常规的8磁极9槽的主轴电动机结构不能使之好地工作，这是因为净余径向力导致静态阻力或难于起动，以及在轴承系统的旋转运行过程中由在轴颈轴承处的轴和轴套的磨损形成不均匀的摆动和偏以旋转。在共同转让的由Huang等人在1995年11月20日申请的待审的序号为08/560726的美国专利申请(题为“具有极小净余径向力和低齿槽效应转矩的高速10极12槽的DC无刷电动机”)中，介绍了一改进的DC无刷永磁电动机结构设计，在此编入它的公开内容供参考。

另一种改进的用于降低来自主轴电动机的噪声的方案介绍在共同代理的由Viskochil在1995年6月15日提出申请待审的序号为08/490962的美国专利申请(题为“具有全模式(overmold)线圈支承的电动机”)中，在此编入它的公开内容供参考。虽然在作为参考的专利申请中所介绍的电动机结构设计在降低振动和声音噪声方面有明显改进，但它们仅讨论机电问题，且另外的技术方案集中于为了降低振动和发出的声音而对施加到这些电动机线圈上的开关转换的DC驱动信号进行整形。

可以将多相DC无刷永磁电动机正确地从电方面认为是一种同步的交流(AC)电动机的类型，该电动机通常不是通过正弦AC波形电压激磁来驱动的。DC无刷电动机通常是利用不连续的一般为矩形波形最好是粗略接近正弦驱动波形电压来驱动。利用使耗散的热量(仅在波形电压的转换边沿期间产生)降至最低的数字开关晶体管驱动器，易于产生边沿急剧转换变化的阶跃函数的方式的驱动信号。

开关转换的DC驱动信号的采用引起电动机绕组电流和电压的很大的变化率，并且由于具有比所需的正弦电动机激磁波形基波高得多的频率分量，由各绕组以及互连引线以及驱动器电子线路导致辐射AC电磁场。这些杂散的AC电磁场形成电噪声和电磁干扰(EMI)。例如在磁盘驱动器中，低电平读出通道磁通转变传感前置放大器可能在结构上十分接近DC无刷主轴电动机，以及形成的电噪声可能严重地降低前置放大器的性能。此外，当驱动电流在电动机各绕组之间不连续地转换而不是使它们按正弦变化时，产生的电动机转矩对定子铁芯通路和绕组的作用点急剧地变化；以及这些急剧变化的力使定子变形和振动，形成十分有害的声噪声，特别是对于使用人通常十分接近的个人计算机或台式商用机的场所更是如此。已经提出以及某种程度上解决了上述电波整形问题以降低EMI和电动机声发射水平的是，共同代理的授予Oswald的题为“用于DC无刷主轴电动机的数字-模拟式驱动器”的5210474号美国专利，在此编入它的公开内容供参考。Oswald的专利公开了一种用于例如磁盘驱动器的三相DC无刷主轴电动机的产生多相的一般为梯形的激磁波形的驱动器电路。虽然Oswald的专利建议：通过使用查询表和线路改进方案可以产生正弦驱动波形，但没有详细介绍低成本高效或实用的电路实施方案，没有提出利用开关转换的正弦波激磁来降低EMI的解决方案。本发明解决了EMI问题，并通过采用对于无刷永磁电动机提供采用即时速度调节方式的转换的正弦波电动机激磁方案来对Oswald的专利进行重大的改进。

授予Yoshino等人的题为“电动机控制电路和利用该电路的电动机驱动系统”的539290号美国专利提出了产生三相梯形驱动波形的电动机驱动电路的另一实例，在此编入它的公开内容供参考。

利用纯正弦波激磁的用于磁盘驱动器主轴电动机的各种标准发生器是已知的。然而，这种类型的多相正弦波驱动器很大并且包括按照线性方式和高功率值工作的放大器，导致形成高的平均电流和耗散大量的热量。因而，这种线性正弦波驱动器很大并且仅能在相当高的成本下实现。所以，例如把它们装在用DC供电的磁盘驱动器内是不实用的。

虽然按开关方式工作的正弦波驱动器出现另一种有吸引力的方案，但采用数字信号处理器(DSP)的正弦波驱动器将增加磁盘驱动器电动机驱动装置的成本并且还需要由于磁盘驱动器造成的附加处理时间。因此，迄今为止并不满足为了使发出的声音最小而对多相DC无刷永磁电动机的开关式驱动器的需求，这种驱动器同已经包含在磁盘驱动器等中已知的矩形/梯形波主轴电动机相比，其所需的复杂程度和成本没有明显的增加。

本发明的总的目的是提供一种能够克服前述电动机驱动器的局限性和缺点的用于多相无刷永磁电动机的开关转换式正弦波功率驱动器。

本发明的一个目的是提供一种用于使多相无刷永磁电动机运行的驱动器电路，其利用开关转换的正弦波驱动电流，采用的方式能明显降低声噪声能(而按照别的电路会响应于常规的驱动信号而在电动机内部产生该噪声的)并且不会产生成问题的EMI。

本发明的另一个目的是提供一种用于向多相无刷永磁电动机供电的驱动器电路，通过利用开关转换的正弦波驱动电流来实现，该电流的能级通过利用来自电动机速度控制环路的经补偿的速度误差值来调制，以便形成电动机速度的同步调节。

本发明的再一个目的是提供一种用于多相无刷永磁电动机的驱动器电路，它通过向电动机提供开关转换的正弦波多相驱动电流而改进前述的梯形波驱动器，无需利用消耗功率的线性放大器来产生驱动电流。

本发明的再一个目的是提供一种适用于包含在很大规模数字集成电路内的实用的开关转换式正弦波驱动电路。

本发明的再一个目的是提供一种用于驱动范围广泛的各种各样的多相无刷永磁电动机的开关转换式正弦波驱动器电路，实际上对于电动机的运行速度可从近于静止到极大的电动机速度的范围不加限制。

本发明的再一个目的是提供一种用于多相无刷永磁电动机的简化逻辑的开关转换式正弦波功率驱动器。

本发明的再一个目的是提供一种用于多相无刷永磁电动机的开关转换式正弦波驱动器，其能在一个脉冲宽度调制控制间隔内使驱动器与电动机实现同步。

本发明的再一个目的是提供一种用于驱动各种各样的遵循不同结构且具有不同容限和运行状态的多相电动机的，进行数字调制的驱动器。

本发明的再一个目的是提供一种用于例如三相(U，V，W)无刷永磁电动机的开关转换式正弦波驱动器，在运行过程中，遵循关系式Sin(U)+Sin(V)+Sin(W)＝0。

根据本发明的一个方面，提供一种用于多相无刷永磁电动机的开关转换式正弦波驱动器电路。该电动机具有例如三相或成组的定子线圈U、V和W，它们按照关系式Sin(U)+Sin(V)+Sin(W)＝0利用开关转换的基本上为正弦的驱动信号来驱动。在这种实例中，该驱动器电路包括一多相电动机驱动器桥式电路，用于按照由电流源通过所选择的3组定子线圈的组合，到一电流返回回路的基本上为正弦的开关转换的驱动信号，选择性地输出和吸收多相驱动电流，使电动机运行在受控的角速度下。一信号波形监测电路连接到定子线圈组，以便监测其中出现的电流信号并输出电动机相位参考信号。一相位时钟发生器提供与电动机同步的时钟信号。利用电动机时钟信号使相位计数器按时钟计时，以及利用电动机相位参考信号复零，以及该相位计数器对在电动机运行过程中的每个旋转周期内的预定的相位间隔进行计数，产生相位计数值和相位极性信号。电动机状态解码器通过产生状态控制信号而响应于相位极性信号。利用相位计数值对正弦逻辑电路进行寻址并输出每相的数字式的多相正弦量的值。多相脉冲宽度调制器电路通过产生由正弦量值控制的一定占空因数的周期而响应于该多相正弦量值。一逻辑解码器响应于状态控制信号，其方法是将相位脉冲解码为相位驱动脉冲，并提供该相位驱动脉冲以控制多相电动机驱动器桥式电路，以便利用开关转换的基本正弦驱动信号使电动机旋转。

按照本发明的上述的一个方面，利用与经补偿的电动机速度误差成比例的时钟速率通过调制相位脉冲进行电动机速度调节。在执行附加的速度调节功能时，利用在驱动器电路内部的某些功能。例如，信号波形监测电路可检测电信号的过零点并产生信号，且该驱动器电路还包含：一个驱动电流检测电路，用于检测和保持由多相电动机驱动器桥式电路提供的驱动电路；一个速度误差用数模变换器，它响应于在每个电动机周期内达到的相位计激器的低计数和/或高计数值，用于产生电动机速度误差值；一个差分放大器，用于由电动机速度值对检测的和保持的驱动电流求差分，以产生电流指令值；一个速度环路比较器，用于补偿该电流指令值；以及一个模/数变换器，用于将经补偿的电流指令值变换为经补偿的数字式的误差指令值。该驱动器电路还包含：一个可编程的有定占空因数的时钟，用于按照利用数字式误差指定令调制的时钟速率使多相脉冲宽度调制器电路进行按时钟计时，以便按照预定的角速度维持和调节电动机速度，因此同步地向电动机提供正弦波相位驱动脉冲并进行电动机速度调节。

按照本发明的一个相关方面，提供一种利用开关转换的正弦波驱动电流向无刷永磁电动机供电并使之旋转的方法。该电动机控制方法包含的步骤有：

利用信号波形监测电路监测在多个电动机绕组出现的电信号，产输出用于电动机每相的相位参考信号；

响应于多个相位参考信号，由一相位时钟发生器提供电动机同步的时钟信号；

通过利用电动机时钟信号使相位计数器装置计时以及利用相位基准信号使相位计数器复零，确定预定的电动机相位间隔和产生对于电动机每相间隔的相位计数值和相位极性信号；

利用电动机状态解码器响应于相位极性信号，产生状态控制信号；

由利用相位计数值寻址的正弦波查询逻辑单元对于电动机每相间隔输出数字式多相正弦波量值；

利用多相脉冲宽度调制器响应于数字式多相正弦波量值，产生由该正弦波量值控制的具有一定占空因数的周期的相位脉冲；

利用逻辑解码器装置响应于状态控制信号，将相位脉冲解码为开关转换的相位正弦波驱动脉冲；以及

利用多相电动机驱动器桥式电路按照开关转换的相位正弦波驱动信号，选择性地向多个电动机绕组送出和由其吸收驱动电流，以便利用该开关转换的正弦波驱动电流向电动机供电和使之旋转。

本技术领域的熟练人员通过分析结合附图表示的一优选实施例的如下详细介绍，会更完整地理解和认识本发明的这些以及其它一些目的、优点、方面和特征。

图1是一种硬盘驱动器的简化的系统方块图，这种类型的驱动器由于在主轴电动机和音圈驱动机构的驱动器电路内包含本发明而改进了它的性能。

图2是沿由本发明的驱动器电路控制类型的多相无刷永磁主轴电动机的旋转轴线所取的纵断面的简化示意性的结构图。

图3是用于根据本发明原理的三相无刷DC电动机的开关转换式正弦波驱动器电路的总系统方块图。

图4是图3中的驱动器电路的相位计数器和其下游侧电路的更详细的方块图。

图5是沿一共同的时间基准线分布的一系列的模拟量的正弦波和数字式的控制脉冲波形图，表示根据本发明原理的图3中的3相无刷直流电动机中的三相U、V和W中的每一相的一个周期。

图6是表示图3中的驱动器电路的工作状态的三相阀值和极性表。

图7是图3中所示的3相H形桥式功率级DMOS驱动器电路的更详细的方块图。

图8是表示按照一个完整周期范围内的例如15度的间隔施加到图7中的三相中的每一相上的开关转换的PWM驱动信号的波形图，借此描述本发明的原理。

图9A和9B是用于说明利用本发明所能执行的电动机速度控制调节功能的波形图。图9A表示速度误差值产生的情况，其中的实际的电动机速度位于基准值之上，而图9B表示速度误差值产生的情况，其中实际的电动机速度低于基准值。

本发明的原理虽然可以适用于驱动多相无刷永磁电动机(通常称为DC无刷电动机)，但在图1所示的磁盘驱动器结构10中的主轴电动机和音圈驱动机构的驱动器专用集成电路(ASIC)12内部获得优先应用。

为了更完整性理解优选的工作环境，简单介绍磁盘驱动器的结构。磁盘驱动器结构10包含-由ASIC 12驱动的DC无刷主轴电动机14，其使至少一个数据存储磁盘16按照预定的角速度相对于基座21旋转。一支承非常接近磁盘16的数据存储表面的数据传感器的磁头滑臂18以可旋转方式由一包括承载梁和万向支架(未单独表示)的磁头支臂20支承。磁头支臂20例如利用音圈旋转驱动机构电动机22使之相对基座21和磁盘旋转。主轴电动机14和音圈驱动机构电动机22两者分别经过供电/控制通道24和26由主轴电动机和音圈驱动机构驱动器电路12控制。磁盘驱动器结构10通常还包含：读出前置放大器/写入驱动器28、读/写通道ASIC30、磁盘驱动控制器ASIC32，以及一DRAM缓冲器芯片34，其用于暂时存储用户的数据块和存储用于置入式磁盘驱动监控的微控制器38的指令，磁盘驱动控制器ASIC32包括：主接口电路，代表-用于将驱动器10经过接口总线36连接到主计算机外围设备的适当接口；数据顺序器/管理器电路，用于将处理的数据经过读/写通道30和读出前置放大器/写入驱动器28传输到磁盘16和由其输出；存储器控制器，用于控制在缓冲存储器34的寻址和刷新操作；以及一连接到驱动器微处理器38的接口。用户数据通道通常用以箭头终止的粗黑体线表示，这些通道能使用户数据块以受控方式在主机和磁盘存储表面之间传输。用一般直线表示各种控制线，例如微处理器控制总线40和DRAM存储器寻址、刷新和控制总线42，它们传送遍及磁盘驱动器结构的控制和状态量值信号。

图2表示举例性的磁盘驱动用多相主轴电动机例如电动机14的结构断面。在这一特定实例中，电动机14包含：中心轴43、安装在轴43上的轴承组件44，以及磁盘盘毂45，至少把一个旋转存储磁盘16安装到其上。一通常为圆柱形的定子线圈组件46安装在与轴43同心的基座21中。永磁转子47固定到一铁磁材料的磁通返回环48上，该环48再固定到盘毂45的内侧圆柱形壁上。如图所示，电动机14并未包含反映转子位置的霍尔效应位置传感器或其它传感器，在本实例中有意识地将它们略去。虽然，在图2中表示的是两个定子线圈，但应当理解，实际上可有多个定子磁极部分和线圈，并且将各线圈适当地连接成为具有返回连接点的Y形连接三相电动机。按照这样构成和连接的主轴电动机14具有在Y形连接的3相电动机的固定件中的4个电连接部分。在电动机14中可以采用各种各样的磁极一槽配置方式。目前优选的主轴电动机实施例能够在降低发出的声音同时，还能达到很高的转速，这类电动机在上面引用作为参考的待审的序号为08/560726的美国申请中作了介绍。主轴电动机定子可以被密封以进一步降低发出的声音，例如在待审的序号为08/490962的美国专利申请中所介绍的，也如上所述可供参考。

下面转阅图3，该图利用与3相主轴电动机14相关的功能方块图表示主轴电动机驱动器电路50，各个绕组相别为相U、相V和相W，以及还有中心抽头返回线CT。虽然主轴电动机驱动器电路50可以是用作一通用电动机驱动器的单一电路芯片，但最好是，该电动机驱动器电路50作为主轴电动机和音圈驱动机构的驱动器ASIC12的一部分包含在图1中的磁盘驱动器10的内部。因此，ASIC12处于驱动器微处理器38的总的监控之下。在主轴电动机14的起始的旋转运行过程中，微处理器38繁重地从事于确定处在静止的主轴电动机的起始位置以及计算起始旋转驱动参数并将其作用于ASIC12，以使电动机14沿所需的方向开始旋转，朝所需的工作速度加速。当达到所需的工作速度时，下文将解释的速度控制环路60向电动机14提供自动速度调节，而开关转换式正弦波驱动电路产生并提供开关转换的正弦波驱动信号，以便向电动机供电。

电路50包含一向电动机绕组提供开关转换的正弦波电流的三相全波(用于电动机每一绕组的输出和吸收电流开关)功率级DMOS驱动器桥式电路52。如图7所示，桥式电路52包含3个输出电流的功率FET，即UH、VH和WH，以及3个吸收电流的功率FET，即UL，VL和WL。有3对FET，每一对包含一输出侧FET和吸收侧FET，它们被连接成驱动3相电动机14中的电动机的三相U、V和W中的每一相。根据本发明的原理，驱动器桥式电路52中的各FET晶体管按照由逻辑解码器54提供的开关转换的驱动脉冲，选择地向电动机14输出三相正弦波驱动电流并吸收该电流。驱动器桥式电路52由电流源通过定子线圈的转换组合而输出功率，并且以相似的方式将电流吸收进入电流返回回路，以便使电动机14(在图3中以电路示意图的形式表示)运行在预定的角速度下。在本说明书中，下面将更详细地介绍逻辑解码器电路54和驱动器桥式电路52。

过零检测电路56被连接成：通过参照电动机的公用节点CT监测电动机14中的三相U、V和W。通过检查在图5中表示的三相驱动电流，立即明了在电动机运行的360。的周期过程中每个波形以相同方式穿过零轴线。转阅图3，在电路56中最好包含3个电压比较器(连同其它脉冲门控和整形电路)。在正常运行中，驱动器电路50向电动机的各相U、V、W提供三相开关转换的正弦驱动电流，以便在任何瞬时，在公共节点CT形成一等于零电压的参考电平的各驱动信号的带符号的矢量和(Sin(U)+Sin(V)+Sin(W)＝0(公共节点CT))。因此，公共节点CT形成一适当的参考电平，每相U、V和W可以相对它进行比较，以便利用比较器确定每个过零点。如图5中的波形图E所示，每次过零都被处理成产生一控制脉冲。因此，相U沿正方向在0和360度处过零，沿负方向在180度处过零。相V沿正方向在120度处过零，沿负方向在300度处过零。以及相W沿正方向在240度处过零，沿负方向在60度处过零。在图5中的波形图A中在重叠的U、V和W正弦波中示有6个过零点，电动机14每旋转一周形成如图5中的波形图E所示的6个过零脉冲。

过零检测电路56满足两个重要然而十分不同的目的。第一个目的是向电动机驱动器电路50内的电动机速度调节控制环路60中的模拟式电流检测/采样和保持电路58，提供正/负过零控制序列信号(图5中的波形图E)。该速度控制环路还包含一含有3个上行计数器64、66和68(如图4中所示)的相位计数器组件62。下文结合图4将更详细地介绍各相位计数器组件62。第二个目的是为每相提供正前沿过零脉冲，以便将相位计数器组件62内的3个相位计数器复零。对于电动机的相U、V和W正向转变沿的过零点，分别在图5中的波形图B、C、D表示这些正向边沿过零脉冲。

现在介绍速度调节环路60的结构和功能。由相位计数器组件62沿通道70提供3个低位的的6比特计数值并锁存在组件62中的3个速度误差寄存器中。在过零点的下降沿并不将各相计数器62复零，以便适应设计和制造公差，因为在电动机的产品运行中在各个电动机内以及在不同电动机结构设计之间是可能存在这些公差的。该锁存的计数值然后顺序地作为数字值顺序地被提供到在组件62中的单一的按时间多路转换的脉冲宽度调制器。每旋转一周的这3相信号在组件72中被求和与平均，然后送到一模拟式的动态补偿组件74。模拟式补偿组件74对该模拟量的速度误差信号加以环路补偿，并将经补偿的信号作为正输入而提供到差分放大器76。由电流检测/采样和保持电路58提供负输入，所形成的差代表一个电流误差指令值，该值在组件76中进行补偿，然后在模数变换器78变换为5比特数字控制信号，且沿通道80作为经补偿的电流误差而输出到可编程时钟驱动器电路82。

时钟驱动器电路82沿通道80输出一与经补偿的电流误差成比例的脉冲宽度调制器时钟信号，因此对利用在组件84中的脉冲宽度调制计数器产生的循序的U、V和W正弦波的脉冲的变化的占空因数进行微调。如果电动机14慢于一参考速度，则利用环路60检测这种状态，并且在通道80上的经补偿的电流误差使调制器时钟62被减慢并使施加的驱动电动机用的每个调制脉冲的平均占空因数稍微延长。另一方面，如果电动机14运行在参考速度之外，则电流误差使每个调制脉冲的平均占空因数降低，因此向电动机14提供较少的能量，使其角速度减慢。下文将解释电动机速度控制环路60的更多的方面和细节。

转阅图4，可以看出分相计数器组件62包含3个上行计数器62U、62V和62W。通过提供这3个计数器，每相一个，在特定电动机内的相位移误差可以被处理，其中的各相可以不严格地差120°(电角度)。利用U相过零信号使U相计数器62U复零，并按由在通道104上形成的分相时钟信号控制的速率以数字方式开始上行计数。每个计数器最好具有至少11比特(0-9个数据比特和一个极性比特)宽度，因此，在达到最大二进制计数值之前能够计数达2⁹(十进制512)。当最大计数值达到时，计数器62不再滚动翻转，并且保持它们的计数值，直到在收到一复零脉冲(图5中的波形图B、C或D)之前的短暂时间处，在收到脉冲的时间点计数器被复零。当收到复零脉冲时，接收复零脉冲的计数器按照在通道104上的分相时钟信号固定的时钟速率开始上行计数。

每个上行计数器62U、62V、62W适于由微处理器38预置，以迫使各计数器进入某种起始极性状态。这些状态能使电动机14沿所需的转向起动并且在有效地取代速度控制环路60的微处理器直接控制之下起始换向。由于在主轴电动机中在永磁磁极和定子槽之间存在不均一的相互关系，需要确定转子相对于定子各槽分布图形的起始静置位置。这种起始确定是通过向所选择的低于-足以使电动机旋转的数值的各对电动机绕组提供当前指令来实现的。起动计时器，并且测量由施加当前指令，到由在过零检测检测器电路56内部的比较器测量的电压变化的持续时间。这一时间对于每对绕组是不同的，在微处理器存储器中构成数值表。一旦完成该表，就确定转子相对于定子的角位置，并可以形成适当的驱动顺序及输入各上行计数器62U、62V和62W。然后开始顺序换向使电动机14开始旋转。电动机速度的微处理器直接控制可以持续到电动机14达到其预期的运行速度。

沿通道104向每个时钟计数器62U、62V和62W提供相位时钟信号，其计数速率能使每个计数器对每相周期的相位增量(例如每一计数值反映电动机旋转1,422(512/360)度)进行计数。因此，计数器62U对在图5的波形图B中的复零脉冲的各前沿之间的增量计数；计数器62V对在图5的波形图C中的复零脉冲的各前沿之间的增量计数；计数器62W对在图5的波形图D中的复零脉冲的各前沿之间的增量计数。相位时钟信号是由顺序器时钟解码器电路102沿通道104传输的，该电路102接收由系统时钟产生的相位时钟信号并且在至少电动机起始旋转运行的过程中例如受微处理器38的控制。因此，沿通道104出现的相位时钟信号与指令的电动机的速度同步。实际的相位时钟取决于特定主轴电动机14的极数和槽数以及标称的电动机速度，以及在顺序器时钟解码器102中的相位钟分频器电路可利用驱动用的微处理器38进行编程以适应不同的主轴电动机结构参数的宽范围的要求。

来自计数器62U、62V和62W的三个相位计数值中的6个高位的位(位置4-9的位)与电动机的几何参数相一致，并输送到一表查询顺序器88。该表查询顺序器88的一个功能是保持每个接收的计数值，并且标记每个计数值以便寻址正弦波值表电路92。为了不再需要3个单独的正弦波值表，顺序器88在一定的时钟间隔内按照相同的相位时钟频率，将相位信息变换为相位移的顺序的信息。该表查询顺序器88由沿通道106由顺序器时钟解码器102提供的时钟信号锁定，并按照一个例如等于相位时钟用4除所得值的速率运行。表查询顺序器88然后选择并顺序地将每一相位计数值提供到正弦波查询表逻辑单元92。换句话说，表查询顺序器88的时间被分份成各相计数值，使得正弦波值表逻辑单元92按照每一时间分段，将来自3个上行计数器62U、62V和62W的计数值变换为用数字表示的正弦波。

利用正弦波值表逻辑单元92不需要波形的极性信息，因为在下文将解释的下游侧数据选择处理过程中才考虑极性。此外，由于正弦波表的数值例如围绕90°是对称的，表查询顺序器还可用作一数据简化器，将由计数器62输入的高位的6位计数值简化为5位，用以寻址该正弦波值表逻辑单元92。因此，关于每相从90°到180°的斜率，正弦表是由0到90°的正弦波斜率表来实现的，并且实现计数的操作是在表查询顺序器88中进行的。因此，利用这种方案对于将正弦波值表逻辑单元限制于每相(U、V、W)的完整周期的一个象限(例如0°-90°)是非常实用的。

一旦对于一特定的相位计数值已经查询到正弦波数值，即将其锁存到直接在正弦波值表逻辑单元92下游侧的数据寄存器组件96中3个正弦波寄存器中适当的一个中。因此，这些数据寄存器保存了关于3相脉冲的5位正弦波数值，即：U-DATA，V-DATA和W-DATA。U-DATA沿通道108输出到一个直接引向PWM计数器组件84的通道108；以及U-DATA还沿通道108还输入一数据选择和加法器112，以及一数据选择多路转换器-加法器组件120。V-DATA沿通道110输出并输入数据选择和加法器112以及数据选择一多路转换器-加法器组件120。W-DATA沿通道118输出到数据选择一多路转换器-加法器组件120。

由于实际采用在每一驱动相的完整周期范围内的正弦波表逻辑数值，需要提供每一正弦波的极性量值。相位计数器62U、62V和62W中的高位的位的位置方便地提供3个反映极性的位POLU，POLV和POLW。通过分析图5，很明显，对于每相计数值的负半周，每一高位的位的位置变为准确。这些反映极性的位被提供到一状态解码器116，其将来自计数器62U、62V和62W的计数值的各相状态解码为在电动机旋转一周内的代表例如60°增量的6个相位阶段。这些各相状态利用图8中的波形曲线A来识别，并且可参照图6进一步理解。

图6是解释状态解码器116的工作情况的阈值和极性表。该状态表116将控制量值经总线114输出到该数据选择和加法器电路112以及到数据选择一多路转换一加法器电路120。这些数值中的第一个确定是否应当将U_Data(数据以下类同)加到V_Data或者是否应当将V_Data直接通过该数据选择和加法器电路112。数据选择和加法器电路112的输出量“B_DATA”并经过通道122输入PWM计数器84。其它两个数值确定是否应当将U_Data加到W_Data或者应当将V_Data加到W_Data上或者W_Data当直接通过该数据选择-多路转换器-加法器电路120。数据选择-多路转换器电路120的输出是“C-DATA”并经过通道124输入PWM计数器84。如果沿通道114发出求和信号，则形成的和为6位宽，并且在这种情况下，沿通道122作为B_DATA以及沿通道124作为C_DATA提供6位数值。否则，B_DATA和C_DATA为5位。

在图6中表示用于每60°(电角度)的控制增量的总线114中的三条控制线的状态。在控制线上的零数值代表所指示的过程在电路112或120内并未进行，虽然，一个数值指示在所指示的电动机相位增加的过程中正在进行该过程。由于选择-多路转换器-加法器电路120在派生C_DATA时进行的是或者将U加到W的过程，或者将V加到W的过程，该表表明在任一特定的60°(电角度)控制增量内，这些相加过程是彼此排斥的。

可编程时钟分频器电路82确定一多路转换器用时钟，用于组件84中的3个PWM计数器84A、84B和84C。多路转换器同时钟与沿通道80由电动机速率控制环路60形成的经补偿的电流误差成比例。时钟分频器电路82接收两个时钟控制信号，即来自电动机速度控制环路60的经过通道80的上述电流控制信号，以及经过通道128的固定高频系统时钟信号(其与电动机转速同步)。该系统时钟可以由磁盘驱动器10内的基振荡器产生。

PWM计数器84A，84B和84C的时钟速率是当按经补偿的电流误差测量时的电动机速度的函数，从而对每一PWM84的占空因数进行调节，将电动机速度调节到由该速度控制环路控制的所需数值，同时继续将开关转换的正弦波驱动电流提供到电动机的三相。通常，电动机速度控制环路设计将PWM的占空因数确定为对于该特定相角的标称值或50％(占空因数)，以及将经补偿的电流误差有效地加到在该相角下的标称的占空因数上或从其减去。在标称的占空因数下，当电动机14旋转时将其确定在所需的角速度下，对PWM84的占空因数不进行任何电流误差的调节。

可编程PWM计时器组件130经过通道128接收一运行在特定单一基准频率的系统时钟脉冲。PWM计时器130基本上是一独立运行的计数器，其对经编程的计数值进行计数然后滚动翻转。每当PWM计时器滚动翻转时，产生一重新起动PWM计数器84A，84B和84C的起动计数控制信号。PWM计数器130的滚动间隔基本上确定了关于分频器电路50的标称的完整周期的驱动间隔。

PWM计数器84A，84B和84C是下行计数器。每个计数器84A和84B，84C输入根据该起动信号的计数值并立即开始下行计数。该计数值确定特定PWM功能的占空因数。计数器84A输入A_DATA作为其计数值，计数器84B输入B_DATA作为其计数值。计数器84C输入C_DATA作为其计数值。在收到该起动脉冲时，计数器84A、84B和84C一致开始下行计数。每当计数器84开始动作时，按照由多路转换器时钟确定的速率进行下行计数，而该时钟是由可编程时钟分频器82沿通道126输出的。在每一电相位信号作用期间，PWM计数器组件84向逻辑解码器组件54输出序列的A_PWM、B_PWM以及C_PWM数据脉冲。当每个计数器计数达到零时，终止计数并等待重新输入并由来自PWM计时器30的下一个起动脉冲开始下行计数。

状态解码器电路116响应于A_PWM、B_PWM和C_PWM各转换脉冲，其方法是产生6个逻辑驱动控制状态信号，经过3位总线134输送，以控制逻辑解码器54。通过检查6个逻辑驱动状态中的如图6所示的6个驱动状态表部分，在任一相位增量内仅3个状态是有效的，并且在该增量阶段3个状态是空间的。逻辑解码器电路116还能够对由PWM计数器组件84接收的A_PWM、B_PWM和C_PWM脉冲进行异或功能运算。例如，在起始的0°到60°的电相角范围期间，来自状态解码器电路116的逻辑控制信号使状态解码器向U相电流输出源(高侧)驱动器UH(图7)输出A_PWM数据。在这个相位间隔阶段，U相电流吸收(低侧)驱动器UL，V相电流输出驱动器VH以及W相电流吸收驱动器全都关断。V相电流吸收驱动器VL接收C PWM数据，W相电流输出驱动器WH根据(B_PWMC_PWM)接收控制脉冲，其中代表根据P_PWM和C_PWM数据由逻辑解码器电路54实现的异或功能。在其余的各60°间隔期间，提供到各驱动器上的数据被列出，如在图6的表所示。

通过参照图8所示的各波形图可以更完整地理解和认识正弦波驱动器电路50的工作情况。对于在电动机的整个360°旋转周期的范围内的各分开15°(电角度)的每一侧绘示开关转换的驱动波形。正脉冲表示电流输出侧UH，VH或WH是有效的，而负脉冲表示电流吸收侧UL、VL或WL是有效的。例如，分析在14，30，45，60，75的90度的U相驱动信号。参照图5很明显，U相由在0°的过零点幅值朝在90°的峰值增加。因此，在15°处，U相驱动信号在一相对短的脉冲持续时间是正的(电流输出侧驱动器UH导通)。在30°处，U相正驱动信号由在15°对所处的状态被延长。在45°处，U相驱动脉冲继续延长，如此等等，直到达到在90°处的峰值阶段。在此之后，U相正驱动脉冲变窄，直到达到在180°处的波形过零点。在此之后，波形变负(U相电流吸收侧驱动器UL是有效的，而U相电流输出侧驱动器UH是关断的)，以及U相负驱动脉冲延长直到达到在270°处的负的峰值，随后，它们当达到下一个过零点时开始变短。对于V相和W相得到相同的状态。根据本发明的原理，实际的脉冲宽度接近正弦函数，因此经过开关转换的各对电动机绕组提供的最终的驱动电流接近正弦波，符合关系式Sin(U)+Sin(V)+Sin(W)＝0。此外，应认识到，最终形成的驱动信号按照同步的全波整流方式起作用，使得至少其中的两个电动机线圈总是被驱动，并且驱动状态导至在每一转换驱动间隔形成基本相等的正负(高低)脉冲的占空因数。

通过分析图9A和9B可以更完整地理解和认识速度控制环路60的工作情况。这两张图主要绘出指令的正弦波驱动电流和实际的电动机响应特性。在图9A中，实际的电动机旋转相位周期U(图中标为B)领先标为B’的指定的或基准相，表示超速状况，而在图9B中，指定的相B”领先实际的电动机旋转相B，表示欠速状况。在图9A和9B中，指令的相B’和B”(电动机U相)用作由PWM计数器组件84、逻辑解码器54以驱动器桥式电路52的输出的一个驱动脉冲，以便驱动电动机14。

在图9A和9B中的波形图A重复了图5中的波形B的U相过零信号，并表示在电动机速度控制实例中过零点上升沿的重要性。每个波形A中的计数脉冲的上升沿标志着电动机74中一相的完结周期的标称的终点，以及在各顺序的上升沿之间的间隔表示电动机的一个完整的旋转周期的计量值。

图9A和9B中的波形图C代表一除了分相计数器62之一的高位的位的位置以外的所有的相位计数值。计数器62的高位的反映极性的位在图9A和9B中由波形图D绘出。如在图9A的实例所示，如果相位计数器在波形图A的过零脉冲的上升沿未完成计数，就把在波形图A的上升沿的瞬间由计数器62所达到的计数值锁存到组件72中的一个速度误差寄存器中，用作速度误差的补数，利用该上升沿使相位计数器62复零，并在下一个计数周期内开始上行计数。由于由相位计数器在B中的标称过零点处所达到的计数值保存在一个寄存器中，可以与在过零点复零时锁存的更大的计数值取差分值。这个差(补数)是粗略的电动机速度误差的计量值并在图9A中标以“误差超前”。然后将这一差值与其误差计数值进行平均，并利用在组件72中的电路变换为带符号的模拟量的速度误差值，并且按照前面解释的方式利用以产生沿通道80的经补偿的当前误差，其改变正弦波PWM84的时钟速率。

与之相似，在图9B中，利用相位计数器62计数的指令的电动机相B”邻先所测量的电动机旋转位置B，电动机14按照比由PWM计数器84选择的指定速度为慢的速度旋转。在这种情况下，波形图C表示所选择的计数器62已经达到最大计数值并滚动翻转，并在单一的标称旋转周期内重新开始上行计数，持续进行直到达到波形图A的过零点。在实际的电动机旋转间隔内的这一第三计数值标以“误差-滞后”，然后被锁存到组件72中的寄存器并提供粗略的电动机速度误差的直接测量值。处理方式与结合图9A的上述的误差  滞后状况相同。同时，该表查询顺序器88和正弦波表92的相位数据并未滚动而是保持为零，直到如由波形图A所判断的已达到沿上升沿的过零点为止。在这一点，各分相计数器开始由零上行计数。

为了限制来自驱动器50的EMI，最好将各PWM计数器84的转换(slew)速率限制到每毫秒例如10伏。利用一转换带率限制脉冲发生器以及通过适当地接地和在磁盘驱动器10内部的常规屏蔽，使EMI由驱动器电路50或电动机14到磁头通道电路18、28或30只有很小的相似。

对于本技术领域的熟练人员来说，在不脱离本发明的构思和由如下权利要求更具体指出其范围的前提下，通过分析优选实施例的上述介绍很明显可以进行很多变化和改进。其中的说明和公开的内容仅用于描述本发明，不应当成为对本发明范围的限定，该范围是由如下的权利要求更具体指出的。

Claims (25)

1.一种用于多相无刷永磁电动机的开关方式的正弦波驱动器电路，包含：

一个信号波形监测电路，用于监测在电动机中的多个电动机绕组中一个处形成的电信号，以输出一相位基准信号；

一个相位时钟发生器，响应于该相位基准信号，用以提供一个与电动机同步的时钟信号；

一个相位计数器装置，利用电动机时钟信号计时并由相位基准信号复零，用以对在电动机相位间隔内的电动机相位计数值计数，

一个正弦波查询逻辑单元，利用电动机相位计数值寻址，用于输出数字式的多相正弦波数值，

多相脉冲宽度调制器，响应于该数字式多相正弦波数值，用以产生由该正弦波数值控制的具有一定占空间数周期的相位脉冲；以及

一个多相电动机驱动器桥式电路，用于根据各相位脉冲选择性地向多个电动机绕组输出驱动电流和由其吸收驱动电流，以便利用开关转换的正弦波驱动器向电动机供电并使之旋转。

2.根据权利要求1所述的开关方式的正弦波驱动器电路，其中的多相无刷永磁电动机包含3个定子绕组U、V和W，以及其中的多相电动机驱动器桥式电路根据该基本上满足关系式：Sin(U)+Sin(V)+Sin(W)＝0的开关转换的分相正弦波驱动信号，选择性地向三个电动机绕组U、V和W输出驱动电流并由其吸收驱动电流。

3.根据权利要求1所述的开关方式的正弦波驱动器电路，其中的信号波形监测电路监测在多个电动机绕组处形成的电信号，用于输出电动机每相的相位基准信号；

其中的相位时钟发生器响应于多个相位基准信号，用于提供与电动机同步的时钟信号；

其中的相位计数器装置利用电动机时钟信号计时并利用相位基准信号复零，用于确定预定的电动机各相位间隔和用于对每一电动机相位间隔产生相位计数值和相位极性信号；

还包含电动机状态解码器装置，它响应于相位极性信号，用于产生状态控制信号；

其中利用相位计数值寻址该正弦波查询逻辑单元，以便输出用于电动机每相间隔的数字式多相正弦波数值；

还包含逻辑解码器装置，它响应于状态控制信号，用于将各相位脉冲解码为开关转换的正弦波相位驱动脉冲；

以及其中的多相电动机驱动器桥式电路根据开关转换的相位正弦波驱动脉冲选择性地向多个电动机绕组输出驱动电流以及由其吸收驱动电流，以便向电动机供电并使其旋转。

4.根据权利要求1所述的开关方式的正弦波驱动器电路，其中，用于监测在电动机的多个电动机绕组中之一形成的电信号的信号波形监测电路，包含用于监测电动机的实际转速的电路，以及还包含一电动机速度调节控制环路，该环路包含：

比较电路，用于将电动机的实际转速与基准电动机速度值比较，以便产生电动机速度误差值，以及

脉冲宽度调制器时钟控制电路，它响应于该电动机速度误差值，用于根据电动机速度误差值调节多相脉冲宽度调制器的时钟，以便在多相电动机驱动器桥式电路产生经速度补偿的开关转换的正弦波驱动电流。

5.根据权利要求1所述的开关方式的正弦波驱动器电路，其中的信号波形监测电路还包含过零检测电路，用于检测加在多个电动机绕组两端的电压的过零采样点，

电流检测采样和保持电路，用于对来自多相电动机驱动器桥式电路的驱动电流值经过零采样点进行采样和保持，以提供一实际的电流值，

差分电路，用于在一差分电路中由电动机速度误差值减去实际的电流值，以产生电流误差值，

补偿电路，用于补偿该电流误差值，以产生经补偿的电流误差，以及

时钟分频器电路，用于利用经补偿的电流误差的函数调节时钟信号，以便控制多相脉冲宽度调制器。

6.一种用于多相无刷永磁电动机的开关方式的正弦波驱动器电路，包含

信号波形监测电路，用于监测在电动机的多个电动机绕组形成的电信号，以便输出用于电动机每相的相位基准信号；

相位时钟发生器，响应于多个相位基准信号，以便提供与电动机同步的时钟信号；

相位计数器装置，利用电动机时钟信号计时和利用相位基准信号复零，用于确定预定的电动机相位间隔以及用于对每一电动机相位间隔产生相位计数值和相位极性信号；

电动机状态解码器装置，响应于相位极性信号，用于产生状态控制信号；

正弦波查询逻辑单元，利用相位计数值寻址，用于对每一电动机相位间隔输出数字式多相正弦波数值；

多相脉冲宽度调制器，响应于该数字式多相正弦波数值，用于产生由正弦波数值控制的具有一定占空因数周期的分相脉冲；

逻辑解码器装置，响应于状态控制信号，用于将相位脉冲解码为开关转换的分相正弦波驱动脉冲；以及

多相电动机驱动器桥式电路，用于根据开关转换的正弦波驱动信号选择性地向多个电动机绕组输出驱动电流以及由其吸收该驱动电流，以便利用开关转换的正弦波驱动电流向电动机供电并使之旋转。

7.根据权利要求6所述的开关方式的正弦波驱动电路，其中的多相无刷永磁电动机包含3个电气相(U、V和W)。

8.根据权利要求7所述的开关方式的正弦波驱动电路，其中的多相电动机驱动器桥式电路根据开关转换的相正弦波驱动信号向多个电动机绕组输出驱动电流和由其吸收该驱动电流，以便利用基本上符合关系式：Sin(U)+Sin(V)+Sin(W)＝0的开关转换的正弦波驱动信号向电动机供电并使之旋转。

9.根据权利要求6所述的开关方式的正弦波驱动电路，其中的信号波形监测电路检测电信号的过零点并产生信号，以及还包含驱动电流检测电路，响应于过零点，用于检测并保持由多相电动机驱动器桥式电路提供的驱动电流；速度误差的数模变换装置，响应于相位计数器装置，用于产生电动机速度值；差分放大器，用于对根据电动机速度值的各检测和保持的驱动电流求差值，以便产生电流指令值；以及模数变换器，用于将电流指令值变换为数字式的占空因数数值；以及还包含可编程占空因数的时钟装置，其由数字式的占空因数数值调制，用于对多相脉冲宽度调制装置进行时钟计时，以便以预定的角速度维持和调节电动机速度。

10.根据权利要求6所述的开关方式的正弦波驱动器，其中的正弦波查询逻辑单元输出在电动机旋转的90°的范围内的数字式的多相正弦波数值，以及包含选择、多路转换、加法电路，响应于电动机状态解码器，用于对所选的一些所述数字式的多相正弦波数值进行选择，多路转换和相加，以便提供在电动机旋转的360°的范围内的正弦波数值。

11.一种开关方式的正弦波驱动器电路，用于一种具有由多相基本正弦的开关转换的驱动信号驱动的多个定子线圈的多相无刷DC电动机，该驱动器包含：

多相电动机驱动器桥式电路，用于按照来自电流源通过所选择的多个定子线圈的各种组合，到电流返回回路的基本上正弦的开关转换的驱动信号，选择性地输出和吸收多相驱动电流，以便使电动机运行在预定的角速度，

信号波形监测电路，连接到定子线圈，用于监测在该处分布形成的电信号，以及用于输出电动机相位基准信号，

相位时钟发生装置，用于产生与电动机旋转相关的电动机同步时钟信号，

相位计数器装置，利用电动机同步时钟计时和利用电动机相位基准信号复零，用于在电动机运行过程中对每相电动机的相位间隔进行计数，以及用于产生相位计数值和相位极性信号，

状态解码器装置，响应于相位极性信号，用于产生状态控制信号，

正弦波逻辑电路，由相位计数值寻址，用对多相中的每一相输出数字式多相正弦波数值，

多相脉冲宽度调制装置，响应于该多相正弦波数值，用于产生具有由正弦波数值控制的占空因数的相位脉冲，和

逻辑解码器装置，响应于状态控制信号，用于将相位脉冲解码为相位驱动脉冲和用于提供相位驱动信号，以便控制多相电动机驱动器桥式电路。

12.根据权利要求11所述的开关方式的正弦波驱动器电路，其中的多相电动机包含3个电气相U、V和W。

13.根据权利要求12所述的开关方式的正弦波驱动器电路，其中的多相电动机驱动器桥式电路按照基本上满足关系式：Sin(U)+Sin(V)+Sin(W)＝0的相位驱动脉冲，选择性地向多个电动机绕组输出驱动电流和由其吸收该驱动电流。

14.根据权利要求12所述的开关方式的正弦波驱动器电路，其中的信号波形监测电路，检测电信号的过零点并产生过零点信号，以及还包含：驱动电流检测电路，响应于过零点，用于检测和保持由多相电动机驱动器桥式电路提供的驱动电流；速度误差的数模变换装置，响应于相位计数器装置，用于产生电动机速度数值；差分放大器，用于根据电动机速度数值对检测和保持的驱动电流取差分值，以便产生电流指定值；以及模数变换器，用于将电流指定值变换为数字式的占空因数值；以及还包含可编程占空因数时钟装置，利用该数字式占空因数值调制，用于对多相脉冲宽度调制装置由时钟计时，以便以预定的角速度维持和调节电动机速度。

15.根据权利要求12所述的开关方式的正弦波驱动器电路，其中的正弦波查询逻辑电路在电动机旋转的90°的范围内输出数字式的多相正弦波数值；以及包含一选择、多路转换和加法电路，响应于状态解码器装置，用于对所选择的所述数字式多相正弦波数值中的一些数值，进行选择、多路转换和相加，以便提供在电动机旋转的360°的范围内的正弦波数值。

16.一种开关方式的正弦波驱动器电路，用于具有3n个定子线圈的三相无刷电动机，其中n是等于或大于1的整数，该电动机由三相开关转换的基本正弦的驱动信号驱动，其转子包含一个具有多个永磁磁极的排列结构，它的磁场与由定子线圈产生的磁场相互作用以旋转该转子，该驱动器电路包含：

电动机驱动器桥式电路，用于根据来自电流源的通过所选择的多个定子线圈的一些组合和通过电流返回电源的开关转换的基本正弦的驱动信号，选择性地向三相定子线圈中的每一线圈输出和吸收驱动电流，以便使电动机运行在预定的角速度下，

信号波形监测装置，连接到定子线圈，以监测在该处分布形成的电信号，用于输出标志三相之中的每一相的过零点的电动机相位基准信号，

相位时钟发生装置，响应于电动机转速，用于产生与电动机旋转相关的电动机时钟信号，

三个相位计数器，每个计数器利用电动机时钟信号按时钟记时和利用其中一个电动机相位基准信号复零，用于在电动机运行过程中对电动机中的每一相的相位间隔进行计数和用于产生电动机旋转相位计数值和电动机旋转相位极性信号，

状态解码器，响应于相位极性信号，用于产生状态控制信号，

表查询顺序器，响应于由三个相位计数器产生的相位间隔，用于顺序地将相位计数值提供到一正弦波逻辑表，

正弦波逻辑表，用于对三相中的每一相输出数字式正弦波数值，

三相正弦波数据寄存器，用于接收和保持三相的数字式正弦波数值，

选择器装置，被连接成接收和选择数字式正弦波数值的各种组合，

异步时钟装置，用于产生与电动机旋转异步的脉冲宽度调制时钟信号，

三相脉冲宽度调制装置，利用脉冲宽度调制时钟信号按时钟计时，和响应于数字式正弦波数值和选择的数字式正弦波数值的各种组合，用于产生成组的三相脉冲，它们的周期是由脉冲宽度调制时钟信号决定的，且它们的占空因数是由正弦波数值控制的，

逻辑解码器装置，响应于状态控制信号，用于将相位脉冲解码为相位驱动控制量值和用于提供该相位驱动控制信号，以控制三相电动机驱动器桥式电路，从而驱动所选择的多个定子线圈的各种组合。

17.一种磁盘驱动器，包括一个利用多相无刷永磁式磁盘旋转电动机按预定角速度旋转的数据存储磁盘；一个数据传感器，以与数据存储磁盘配合的数据传感的关系工作；以及一些驱动器机电机构，用于在磁盘驱动器工作过程中在主计算机外围设备和数据存储磁盘之间传输数据块，该磁盘驱动器还包含开关方式的正弦波驱动器电路，用于磁盘旋转电动机，该电路包含：

信号波形监测电路，用于监测在电动机中的多个电动机绕组中形成的电信号，以便输出电动机每一相的相位基准信号；

相位时钟发生器，响应于多个相位基准信号，用于提供与电动机同步的时钟信号；

相位计数器装置，利用电动机时钟信号按时钟计时，利用相位基准信号复零，用于确定预定的电动机相位间隔和用于产生相位计数值和生成每一电动机相位间隔的相位极性信号；

电动机状态译码器装置，响应于相位极性信号，用于产生状态控制信号；

正弦波查询逻辑单元，利用相位计数值寻址，用于对电动机每一相位间隔输出数字式多相正弦波数值；

多相脉冲宽度调制器，响应于数字式多相正弦波数值，用于产生具有由正弦波数值控制的占空因数周期的相位脉冲；

逻辑解码器装置，响应于状态控制信号，用于将相位脉冲解码为开关转换的正弦波相位驱动脉冲；以及

多相电动机驱动器桥式电路，用于按照开关转换的正弦波相位驱动信号，选择性地向多个电动机绕组输出和吸收驱动电流，以便利用开关转换的正弦波驱动信号向磁盘旋转用电动机供电和旋转。

18.根据权利要求17所述的磁盘驱动器，其中的多相磁盘旋转用电动机包含在电动机的每周旋转过程中限定的三个电气相(U、V和W)。

19.根据权利要求18所述的磁盘驱动器，其中的多相电动机驱动器桥式电路根据开关转换的正弦波相位驱动信号，选择性地向多个电动机绕组输出驱动电流和由其吸收该驱动的流，以便基本上按照关系式：Sin(U)+Sin(V)+Sin(W)＝0，向电动机供电并使之旋转。

20.根据权利要求17所述的磁盘驱动器，其中的信号波形监测电路检测电信号的过零点并产生其信号；并还包含驱动电流检测电路，其响应于过零点，用于检测和保持由多相电动机驱动器桥式电路提供的驱动电流；速度误差数模变换装置，响应于相位计数器装置，用于产生电动机速度值；差分放大器，用于根据电动机速度值对各检测和保持的驱动电流允取差分值，以产生电流指定值；以及一模数变换器，用于将电流指令值变换为数字式的占空因数值；以及还包含：可编程占空因数时钟装置。利用数字式的占空因数值调制，用于对多相脉冲宽度调制装置按时钟计时，以便以预定的角速度维持和调节电动机速度。

21.根据权利要求17所述的磁盘驱动器，其中的正弦波查询逻辑单元输出在电动机旋转的90°的范围内的数字式的多相正弦波数值，并包含一选择、多路转换和加法器电路，其响应于电动机状态解码器，用于对所选择的所述各数字式多相正弦波数值中的一些数值进行选择、多路转换和相加，以便提供在电动机旋转的360°的范围内的正弦波数值。

22.根据权利要求17所述的磁盘驱动器，不包含机装磁盘驱动器微处理器，其被连接到开关方式的正弦波驱动器电路，用于确定电动机的静置位置和用于将起动脉冲值输入相位计数器装置，以便沿受控的旋转方向起动该磁盘旋转电动机的旋转。

23.一种利用开关转换的正弦波驱动电流向无刷永磁电动机供电并使其旋转的方法，包含的步骤有：

利用信号波形监测电路监测在多个电动机绕组处形成的电信号，并输出电动机每相的相位基准信号；

响应于多个相位基准信号，由相位时钟发生器提供与电动机同步的时钟信号；

通过利用电动机时钟信号对相位计数器装置按时钟计时和利用相位速准信号将相位计数器装置复零，确定预定的电动机相位间隔并产生相位计数值和生成电动机每一相位间隔的相位极性信号；

响应于相位极性信号，利用电动机状态解码器装置产生状态控制信号；

对由利用相位计数值寻址的正弦波查询逻辑单元输出的电动机每一相位间隔，输出数字式多相正弦波数值；

响应于多相正弦波数值，利用多相脉冲宽度调制器，产生具有由正弦波数值控制的占空因数周期的相位脉冲；

响应于状态控制信号，利用逻辑解码器装置将相位脉冲解码为开关转换的正弦波相位驱动脉冲；以及

利用多相电动机驱动器桥式电路按照开关转换的正弦波相位驱动信号，选择性地向多个电动机绕组输出驱动电流并由其吸收该驱动电流，以便利用开关转换的正弦波驱动电流向电动机供电并使其旋转。

24.根据权利要求23所述的方法，还包含下述步骤：

监测电动机的实际速度，

将电动机的实际速度与基准电动机速度值比较，以便产生电动机速度误差值，以及

利用电动机速度误差值控制多相脉冲宽度调制器，以便在多相电动机驱动器桥式电路产生进行速度补偿的开关转换的正弦波驱动电流。

25.根据权利要求24所述的方法，还包含下述步骤：

利用信号波形监测电路检测分布在多个电动机绕组两端的电压的过零采样点，

在过零采样点对来自多相电动机驱动器桥式电路的驱动电流值进行采样并保持，以形成实际电流值，

在一差分电路中由电动机速度误差值减去实际电流值，以及产生电流误差值，

补偿该电流误差值，以便产生经补偿的电流误差，以及

利用经补偿的电流误差调制一脉冲宽度调制器时钟信号，以便控制多相脉冲宽度调制器。

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