CN1736020A

CN1736020A - 马达驱动设备、由同一设备驱动的马达、以及使用同一马达的装置

Info

Publication number: CN1736020A
Application number: CNA038258390A
Authority: CN
Inventors: 杉浦贤治; 八十原正浩
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: CN1736020B; WO2004075392A1; EP1576720B1; DE60314288T2; US20060071621A1; US7218072B2; DE60314288D1; EP1576720A1

Abstract

一种马达驱动设备包括：马达，具有三相驱动线圈；功率馈送器，用于对所述线圈进行供电；以及功率馈送控制器，用于控制功率馈送方法。在从马达停止状态开始、并且在以给定速度驱动马达时结束的第一馈送周期期间，该控制器通过导通或截止功率馈送器中的晶体管，而将在将电压施加到所述线圈的周期中的所述线圈的电位控制为电源电压电位或接地电位。在以高于给定速度的速度驱动马达的第二馈送周期期间，该控制器控制电位，使得通过截止晶体管而使所述线圈开路，或者电位变为电源电压电位。此结构允许所述马达驱动设备以较小的噪声、并具有较小的振动地驱动所述马达。

Description

马达驱动设备、由同一设备驱动的马达、以及使用同一马达的装置

技术领域

本发明涉及在例如信息装置(如复印机、打印机、光学介质装置、以及硬盘装置)或电器(如空调机、空气过滤器、热水供应机)中采用的、适于驱动马达的马达驱动设备。本发明还涉及由前述马达驱动设备驱动的马达，并涉及使用前述马达的装置。

背景技术

由于无刷DC马达的优点，如长服务寿命、高可靠性、以及速度控制的简易性，所以，无刷DC马达被广泛地用作空调机和信息装置的驱动马达。图17为传统的马达驱动设备的电路图，而图18示出了相对于马达旋转角度(电角度)的、图17中示出的电路的各个部分的信号波形。

如图17所示，马达驱动设备通过由霍尔元件构成的多个位置检测器901、903、以及905来检测转子位置。三相分配器890从所述位置检测器接收位置信号Hu、Hv和Hw，并将三相分配信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0输出到PWM调制器(脉宽调制器)840。速度设置器860将速度设置信号S输出到比较器850的第一输入端子。三角波振荡器847将载波信号CY输出到比较器850的第二输入端子，比较器850将信号S与信号CY相比较，以便将具有响应于信号S的脉宽的信号输出到PWM调制器840中。随后，PWM调制器840将信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0调制为具有响应于信号S的脉宽的信号，并将调制后的信号提供到门驱动器830。功率馈送器820接收从门驱动器830提供的信号，并将形成功率馈送器820的六个晶体管控制为依次导通或截止。

由此，响应于诸如图18中示出的信号U、V、W的转子位置，而依次切换馈送到被置于定子上的三相线圈811、813和815的功率，由此旋转马达。

在前述传统电路的情况中，在启动马达时，必须以下面的方式来保持电路功能：门驱动器中的缓冲器831、833和835的输出端子s1h、s2h和s3h应当在给定间隔处于与接地相同的电位，使得电路功能被不断保持，以从缓冲器831、833和835的各个输出端子g1h、g2h和g3h提供信号。因为缓冲器831、832、833、834、835和836分别接收信号G1H、G1L、G2H、G2L、G3H和G3L，所以，应当将基本上足够用来操作晶体管821、822、823、824、825和826的电压提供到各个输出端子g1h、g1L、g2h、g2L、g3h和g3L。

在那些输出端子之中，如果来自端子g1L、g2L和g3L的输出与接地有相当大的电压差，那么，因为晶体管822、824和826的源极端子被耦接到地，所以，所述输出可导通晶体管822、824和826。然而，来自端子g1h、g2h和g3h的输出必须与端子s1h、s2h和s3h，而不是接地有相当大的电压差。由于耦接到晶体管821、823和825的源极端子的端子s1h、s2h和s3h也被分别耦接到驱动线圈811、813和815，所以，端子s1h、s2h和s3h的电压响应于晶体管821、822、823、824、825和826的“通-断”而变化。在此情况中，在晶体管821、823和825导通时，端子s1h、s2h和s3h的电压变为等于电源电压Vd。如果未从外部提供高于Vd的电压，则有必要产生高于Vd的电压。为此目的，将电容器(未示出)耦接到各个端子s1h、s2h和s3h，并且，在那些端子的电位变为等于接地的电位时，各个电容器被充电，以具有足以在下次操作晶体管821、823和825的电压。随后，缓冲器831将充电电压与端子s1h的电压的相加电压输出到端子g1h。随后，缓冲器833将充电电压与端子s2h的电压的相加电压输出到端子g2h。随后，缓冲器833将充电电压与端子s3h的电压的相加电压输出到端子g3h。这样，端子s1h、s2h和s3h的电位必须在给定间隔等于接地的电位，以便对各个电容器充电。如果电容器未被充分地充电，则晶体管821、823和825不能被导通，并且，结果，不能正常地对三相线圈811、813和815馈送功率，导致马达不能转动。

具体地，该电路以下面的方式操作：当在功率馈送器820中预备的晶体管821、823和825处于截止状态时，晶体管822、824和826导通，由此，端子s1h、s2h和s3h被强制变为接地电位。然而，在此操作中，由于驱动线圈811、813和815通过晶体管822、824和826而彼此耦接，所以，马达处于制动状态。此制动状态在常规驱动中不会出问题，然而，在减小马达速度的情况中，由于制动状态而使得该速度迅速减小，由此产生引起噪声的大振动。

在日本专利申请未审查公开第2002-27777号中公开了另一种传统的马达驱动设备。此马达驱动设备以下面的方式来控制马达的转矩：公开了减小马达的振动和噪声的方法。在改变马达的目标速度时，暂时使转矩模式的转矩补偿量的宽度变得比给定值窄，并且，在达到目标速度、且经过了给定时间之后，将转矩补偿量恢复为给定值。

前述传统的马达驱动设备通过上面讨论的方法，可在操作期间减小马达的振动和噪声。然而，此方法需要用于使转矩模式的转矩补偿量的宽度变得比给定值窄、并且在达到目标速度且经过了给定时间之后将其恢复为给定值的复杂的电路。此方法还涉及复杂的控制。

在马达减速时，所述振动可与采用该马达的装置发生共振，或者，该马达的振动传动到该装置，并引起该装置振动，导致该操作可能会阻止整体装置的性能和质量改进。

发明内容

本发明涉及上面讨论的问题，并且目的在于提供一种简单结构的马达驱动设备，其可抑制在驱动马达时生成的振动和噪声。

本发明的马达驱动设备包括以下组件：

(a)马达，包括三相驱动线圈；

(b)功率馈送器，用于将功率馈送到该驱动线圈；以及

(c)功率馈送控制器，用于控制由功率馈送器施加到该驱动线圈的功率馈送方法，并包括以下控制步骤：

在第一馈送周期，即，从马达停止状态开始、并且在以给定速度驱动马达时结束期间，通过导通或截止被置于功率馈送器中的晶体管，而将在将电压施加到驱动线圈时的各个线圈的电位控制为电源电压电位或接地电位中的任一个，以及

在第二馈送周期，即，以高于给定值的速度驱动马达期间，通过截止被置于功率馈送器中的晶体管，而将在将电压施加到驱动线圈时的各个线圈的电位控制为电源电压电位的电位、或者使驱动线圈开路。

此结构允许在本质上减小马达在操作中的振动和噪声。

附图说明

图1示出了根据本发明的第一示范实施例的马达驱动设备的电路图；

图2图解了图1中示出的马达驱动设备的操作；

图3示出了包括宽角功率馈送信号生成器的马达驱动设备的电路图；

图4图解了图3中示出的马达驱动设备中的宽角功率馈送信号生成器的操作；

图5图解了在图3中示出的马达驱动设备中如何输出重叠周期检测信号OL；

图6示出了馈送给在图3中示出的马达驱动设备中的各个相位线圈端子的波形；

图7示出了馈送给在图3中示出的马达驱动设备中的各个相位线圈的波形；

图8示出了根据本发明的第二示范实施例的马达驱动设备的电路图；

图9A和图9B图解了图8中示出的马达驱动设备的操作；

图10A和图10B图解了根据本发明的第三示范实施例的装置(空调机)的结构；

图11图解了根据本发明的第三示范实施例的装置(热水供应机)的结构；

图12图解了根据本发明的第三示范实施例的装置(空气过滤器)的结构；

图13图解了根据本发明的第三示范实施例的装置(打印机)的结构；

图14图解了根据本发明的第三示范实施例的装置(复印机)的结构；

图15图解了根据本发明的第三示范实施例的装置(光学介质装置)的结构；

图16图解了根据本发明的第三示范实施例的装置(硬盘装置)的结构；

图17示出了传统的马达驱动设备的电路图；和

图18图解了图17中示出的驱动设备的操作。

具体实施方式

下文中，通过参照附图来说明本发明的示范实施例。

示范实施例1

图1示出了根据本发明的第一示范实施例的马达驱动设备的电路图，而图2图解了图1中示出的马达驱动设备的操作。

在此实施例中，说明了下面的情况：在第一和第二馈送周期期间，通过具有120度电角度的矩形馈送波形来给三相驱动线圈馈送功率。

在图1中，马达10包括三相驱动线圈，即，U相位线圈11、V相位线圈13和W相位线圈15，并且，那些线圈以下面的方式而被连接到功率馈送器20。馈送器20通过三个场效应晶体管(FET)21、23和25而形成上臂，并通过FET 22、24和26而形成下臂。U相位线圈11的第一端子被连接到FET21和22的连接点。V相位线圈13的第一端子被连接到FET 23和24的连接点。W相位线圈15的第一端子被连接到FET 25和26的连接点。三相线圈的各个第二端子被相互连接，由此形成中性点N。

dc电源(未示出，并且电源电压为Vdc)的正馈送端子分别被耦接到形成馈送器20的上臂的晶体管，而dc电源(未示出)的负馈送端子被耦接到地。形成馈送器20的下臂的晶体管也被耦接到地。此电路结构允许dc电源通过形成馈送器20的上臂的一组晶体管、以及形成馈送器20的下臂的另一组晶体管而对三相线圈供电。

位置检测器101、103和105由霍尔元件或霍尔IC构成，并检测原动机(mover)相对于每个相位线圈11、13和15的位置(未示出该原动机。其为直线型马达(linear type motor)的元件，并对应于旋转马达的转子，下文中使用“转子”来替代“原动机”)。馈送信号生成器90从检测器101、103和105接收位置检测信号Hu、Hv和Hw，并将如图2所示的信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0输出到PWM调制器40。在这些信号处于电平“H”时，构成馈送器20的晶体管21、22、23、24、25和26被导通，并且，相反，在这些信号处于电平“L”时，那些晶体管被截止。信号UH0、VH0和WH0彼此具有120度电角度的相位差。信号UL0、VL0和WL0也彼此具有120度电角度的相位差。

馈送信号生成器90还与速度检测器70连接，以便该生成器90在第一馈送周期期间(即，从马达停止状态到给定速度状态)输出在图2中的左侧示出的第一馈送波形，而在第二馈送周期期间，即在基于从检测器70提供的馈送周期检测信号OL1而以高于给定速度的速度驱动马达时，输出在图2中的右侧示出的第二馈送波形。

PWM调制器40具有“与”门41、43和45。PWM调制器40还具有一端反相输入的“与”门42、44和46。门41、43和45的各个第一输入端子接收信号UH0、VH0和WH0。门41、43和45的各个第二输入端子被共同相互连接，并还被耦接到比较器50的输出端子。门42、44和46的各个第一输入端子接收信号UL0、VL0和WL0。门42、44和46的各个第二输入端子(即，反相输入端子)被分别耦接到门41、43和45的输出端子。比较器50将速度指示信号S的电压与从三角波振荡器47提供的三角波信号CY相比较。同时，三角波信号CY为脉宽调制的载波信号，并且，其频率范围为从几kHz到几百kHz，其比信号S的频率范围更高。

门驱动器30具有缓冲器31、32、33、34、35和36。缓冲器31、33和35分别从门41、43和45接收输出信号G1H、G2H和G3H。缓冲器32、34和36分别从门42、44和46接收信号G1L、G2L和G3L。

缓冲器31、32、33、34、35和36将信号g1h、g1L、g2h、g2L、g3h和g3L从输出端子输出到晶体管21、22、23、24、25和26的各个栅极。

缓冲器31、33和35的各自的另一个输出端子(输出信号s1h、s2h和s3h)被耦接到晶体管21和22的连接点、晶体管23和24的连接点、以及晶体管25和26的连接点。

控制由馈送器20完成的对三相驱动线圈11、13和15的功率馈送的方法的功率馈送控制器100包括：位置检测器101、103和105、速度检测器107、馈送信号生成器90、PWM调制器40、以及门驱动器30。

通过参照图2来说明根据第一实施例的前述马达驱动设备的操作，图2图解了馈送控制器100的操作。如图2的时序图所示，位置检测信号Hu、Hv和Hw彼此具有120度电角度的相位差。

馈送信号生成器90基于图2中示出的时序图，通过使用信号Hu、Hv和Hw而生成馈送波形信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0。将那些信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0经由PWM调制器40和门驱动器30而提供到功率馈送器20，从而驱动马达10。在驱动马达10时，在从马达停止状态开始直到以给定速度驱动马达结束的第一馈送周期期间，馈送控制器100进行控制，使得如图2的左侧中所示，在120度电角度的馈送周期中对三相驱动线圈的端子U、V和W进行馈送。

在此情况中，将信号G1H、G1L、G2H、G2L、G3H和G3L经由对应的缓冲器31、32、33、34、35和36而提供到对应的晶体管21、22、23、24、25和26。在120度的馈送周期期间，晶体管21、23和25被导通或被截止，而晶体管22、24和26被截止或被导通。控制各个驱动线圈的端子U、V、W，使得它们的电位变为电源电压电位或接地电位中的一个。

更具体地，在信号G1H处于电平“H”时，使信号G1H经过缓冲器31而形成的信号“g1h”也转为电平“H”。此时，信号G1L处于电平“L”，而使信号G1L经过缓冲器32而形成的信号“g1L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管21被导通，而晶体管22被截止，使得驱动线圈的端子U具有基本上等于电源电压Vdc的电位的电位。实际上，驱动线圈端子U具有电源电压Vdc减去与晶体管21的源极和漏极之间的导通电压量相对应的压降的电位。相对于电源电压Vdc，源极和漏极之间的此导通电压小到可以忽略不计。还可将前述操作应用于驱动线圈端子V和W。因此，在后面论述的权利要求中，使用下面的表述：“将各个线圈的电位设置为等于电源电压电位”。

相反，在信号G1H处于电平“L”时，使信号G1H经过缓冲器31而形成的信号“g1h”也转为电平“L”。此刻，信号G1L处于电平“H”，而使信号G1L经过缓冲器32而形成的信号“g1L”也转为电平“H”。在此状态下，晶体管21被截止，而晶体管22被导通，使得驱动线圈端子U具有基本上等于接地电位的电位。实际上，驱动线圈端子U具有电源电压Vdc加上与晶体管22的源极和漏极之间的导通电压量的电位。相对于电源电压Vdc，源极和漏极之间的此导通电压小到可以忽略不计。还可将前述操作应用于驱动线圈端子V和W。因此，在后面论述的权利要求中，使用下面的表述：“将各个线圈的电位设置为等于接地电位”。

以类似方式，在信号G2H处于电平“H”时，使信号G2H经过缓冲器33而形成的信号“g2h”也转为电平“H”。此时，信号G2L处于电平“L”，而使信号G2L经过缓冲器34而形成的信号“g2L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管23被导通，而晶体管24被截止，使得驱动线圈的端子V具有基本上等于电源电压Vdc的电位的电位。相反，在信号G2H处于电平“L”时，使信号G2H经过缓冲器33而形成的信号“g2h”也转为电平“L”。此刻，信号G2L处于电平“H”，而使信号G2L经过缓冲器34而形成的信号“g2L”也转为电平“H”。在此状态下，晶体管23被截止，而晶体管24被导通，使得驱动线圈端子V具有基本上等于接地电位的电位。

以类似方式，在信号G3H处于电平“H”时，使信号G3H经过缓冲器35而形成的信号“g3h”也转为电平“H”。此时，信号G3L处于电平“L”，而使信号G3L经过缓冲器36而形成的信号“g3L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管25被导通，而晶体管26被截止，使得驱动线圈的端子W具有基本上等于电源电压Vdc的电位的电位。相反，在信号G3H处于电平“L”时，使信号G3H经过缓冲器35而形成的信号“g3h”也转为电平“L”。此刻，信号G3L处于电平“H”，而使信号G3L经过缓冲器36而形成的信号“g3L”也转为电平“H”。在此状态下，晶体管25被截止，而晶体管26被导通，使得驱动线圈端子W具有基本上等于接地电位的电位。

更具体地，端子s1h、s2h和s3h与各个电容器(未示出)的第一端子耦接。各个电容器的第二端子经由由电阻器以及除了dc电源Vdc之外的另一个dc电源构成的串联电路(未示出)而被耦接到地。此电路形成用于对各个电容器充电的电容器充电电路。在端子s1h、s2h或s3h变为等于接地电位时，此充电电路通过足以操作晶体管21、23或25的电位来对各个电容器充电。随后，在信号G1H、G2H或G3H转变为电平“H”时，在端子g1h和s1h、端子g2h和s2h、或端子g3h和s3h之间施加充电电压，由此导通晶体管21、23或25。

如上面所讨论的，在来自缓冲器31、33和35的输出不断改变电平“H”和电平“L”时，缓冲器32、34和36以与来自缓冲器31、33和35的输出相对应的顺序交替地不断输出电平“L”和电平“H”。由此，晶体管22、24和26在规则间隔导通，使得端子s1h、s2h和s3h有规律地变为接地电位。结果，缓冲器的功能被不断保持。

接下来，在第二馈送周期期间，即以高于给定速度的速度来驱动马达，如图2的右侧中所示，馈送控制器100控制对马达10的三相驱动线圈端子U、V和W的功率馈送。将信号G1H、G1L G2H、G2L、G3H和G3L经由对应的缓冲器31、32、33、34、35和36而提供到对应的晶体管21、22、23、24、25和26。在120度电角度的馈送周期期间，晶体管21、23和25被导通或截止，而晶体管22、24和26被截止。控制各个驱动线圈的端子U、V、W，使得它们的电位变为电源电压电位或端子开路中的任一个。

更具体地，在信号G1H处于电平“H”时，使信号G1H经过缓冲器31而形成的信号“g1h”也转为电平“H”。此时，信号G1L处于电平“L”，而使信号G1L经过缓冲器32而形成的信号“g1L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管21被导通，而晶体管22被截止，使得驱动线圈的端子U具有基本上等于电源电压Vdc的电位的电位。另一方面，在信号G1H处于电平“L”时，使信号G1H经过缓冲器31而形成的信号“g1h”也转为电平“L”。此刻，信号G1L保持为电平“L”，而使信号G1L经过缓冲器32而形成的信号“g1L”也保持为电平“L”。在此状态下，晶体管21和22被截止，使得驱动线圈端子U为开路。

以类似方式，在信号G2H处于电平“H”时，使信号G2H经过缓冲器33而形成的信号“g2h”也转为电平“H”。此时，信号G2L处于电平“L”，而使信号G2L经过缓冲器34而形成的信号“g2L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管23被导通，而晶体管24被截止，使得驱动线圈的端子V具有基本上等于电源电压Vdc的电位的电位。另一方面，在信号G2H处于电平“L”时，使信号G2H经过缓冲器33而形成的信号“g2h”也转为电平“L”。此刻，信号G2L保持为电平“L”，而使信号G2L经过缓冲器34而形成的信号“g2L”也保持为电平“H”。在此状态下，晶体管23和24被截止，使得驱动线圈端子V为开路。

以类似方式，在信号G3H处于电平“H”时，使信号G3H经过缓冲器35而形成的信号“g3h”也转为电平“H”。此时，信号G3L处于电平“L”，而使信号G3L经过缓冲器36而形成的信号“g3L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管25被导通，而晶体管26被截止，使得驱动线圈的端子W具有基本上等于电源电压Vdc的电位的电位。另一方面，在信号G3H处于电平“L”时，使信号G3H经过缓冲器35而形成的信号“g3h”也转为电平“L”。此刻，信号G3L保持为电平“L”，而使信号G3L经过缓冲器36而形成的信号“g3L”也保持为电平“L”。在此状态下，晶体管25和26被截止，使得驱动线圈端子W为开路。

在图2中，x轴表示电角度，使得在第一馈送周期中的120度的馈送周期等于在第二馈送周期中的该周期；然而，第二馈送周期具有比第一馈送周期中的速度高的速度。由此，第二周期中的该馈送周期在时间方面短于第一周期中的馈送周期。因此，在第二馈送周期中，以如图2的右侧中所示的、比第一馈送周期短的间隔、通过导通信号G1L、G2L和G3L而以短间隔有规律地导通晶体管22、24和26。随后，分别耦接到端子s1h、s2h和s3h的电容器(未示出)以短间隔而有规律地被充电，使得所述电容器从来不会放电，而保持必要的电压。由此，在下次导通晶体管21、23和25时，缓冲器31从端子g1h输出充电电压加上端子s1h上的电压。以类似方式，缓冲器33从端子g2h输出充电电压加上端子s2h上的电压，而缓冲器35从端子g3h输出充电电压加上端子s3h上的电压。由此，缓冲器31、33、35保持足够用于输出信号g1h、g2h和g3h的信号电压的电压，以便它们可维持缓冲器的功能。

不需要象传统设备所做的那样使端子s1h、s2h和s3h强制等于接地电位。换句话说，在晶体管21、23和25被截止时，停止从那些晶体管提供电流；然而，由于线圈的特性，流过线圈的电流趋向保持流动。此电流流动使以并联方式与晶体管22、24和26耦接、并且其阳极耦接到地的二极管(未示出)导通，由此使电流通过驱动线圈。所述二极管的导通使三相驱动线圈U、V和W具有接地电位，使得端子s1h、s2h和s3h也具有接地电位。结果，缓冲器可保持它们的功能。

因此，在第二馈送周期中，由于三相驱动线圈U、V和W并未象传统设备所做的那样相互耦接，所以，即使马达减速，该马达也不会落入制动状态，并且，该速度将不会迅速减小。结果，该马达有利地以较低噪声、且具有较小振动地工作。

可通过硬件(如模拟电路或数字电路)、或通过使用微处理器或数字信号处理器的软件，而实现在此第一实施例中完成的各种信号处理。自不必说，还可以IC或LSI的形式来实现该信号处理。

由马达驱动设备来驱动本发明的马达，并且，根据上面讨论的第一示范实施例的马达驱动设备可被用作该马达驱动设备。马达驱动设备的使用允许本发明的马达有利地以较低噪声、且具有较小振动地工作。本发明的装置采用由马达驱动设备驱动的马达。根据本发明的第一实施例的马达驱动设备可被用作此马达驱动设备。马达驱动设备的使用允许本发明的装置有利地以较低噪声、且具有较小振动地工作。

示范实施例2

图3示出了包括宽角馈送信号生成器的马达驱动设备的电路图。图4图解了图3中示出的马达驱动设备中的宽角馈送信号生成器的操作。图5图解了在图3中示出的马达驱动设备中如何输出重叠周期检测信号OL。图6示出了馈送给在图3中示出的马达驱动设备中的各个相位线圈端子的波形。图7示出了馈送给在图3中示出的马达驱动设备中的各个相位线圈的波形。图8示出了根据本发明的第二示范实施例的马达驱动设备的电路图。图9A和图9B示出了图8中示出的马达驱动设备的操作。

在描述根据第二实施例的马达驱动设备之前，首先描述包括宽角馈送信号生成器的马达驱动设备。在此描述中，要由150度电角度的宽角馈送波形来馈送给三相驱动线圈。

在图3中，以下面的方式将三相驱动线圈(即，U相位线圈11、V相位线圈13、W相位线圈15)连接到功率馈送器220。馈送器220通过三个场效应晶体管(FET)221、223和225而形成上臂，并通过FET 222、224和226而形成下臂。U相位线圈11的第一端子被连接到FET 221和222的连接点。V相位线圈13的第一端子被连接到FET 223和224的连接点。W相位线圈15的第一端子被连接到FET 225和226的连接点。三相线圈的各个第二端子被相互连接，由此形成中性点N。

dc电源(未示出)将其输出电压Vdc施加到馈送器220，并经由馈送器220而对三相线圈供电。

位置检测器101、103和105由霍尔元件或霍尔IC构成，并检测原动机相对于每个相位线圈11、13和15的位置(未示出该原动机。其为直线型马达的元件，并对应于旋转马达的转子，下文中使用“转子”来替代“原动机”)。宽角馈送信号生成器290从检测器101、103和105接收位置检测信号Hu、Hv和Hw，并输出信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0。如图4所示，在150度电角度期间，这些信号处于电平“H”。在这些信号处于电平“H”时，构成馈送器220的晶体管221、222、223、224、225和226被导通，并且，相反，在这些信号处于电平“L”时，那些晶体管被截止。信号UH0和UL0在30度内具有共同的电平“L”的周期。它们在150度电角度中呈现互补关系，以便处于电平“H”。信号VH0和VL0、信号WH0和WL0具有与信号UH0和UL0相同的关系。此外，信号UH0、VH0和WH0彼此具有120度电角度的相位差。信号UL0、VL0和WL0也彼此具有120度电角度的相位差。

PWM调制器240具有“与”门241、243和245。这些门的各个第一输入端子接收信号UH0、VH0和WH0。这些门的各个第二输入端子被共同相互连接，并还被耦接到比较器250的输出端子，比较器250将信号L0的电压与从三角波振荡器247提供的三角波信号CY相比较。基于从速度设置器260提供的速度指示信号S而提供信号L0。同时，三角波信号CY为脉宽调制的载波信号，并且，其频率范围为从几kHz到几百kHz，其比信号S或信号L0的频率范围更高。

由选择器280通过选择第一值L1或第二值L2中的一个而得到信号L0，基于从速度设置器260提供的信号S而产生所述第一值L1和第二值L2两者。通过从宽角馈送信号生成器290提供的重叠周期检测信号OL而确定此选择。

通过由电阻器271和272构成的电平设置器270来划分信号，而得到第一值L1。直接从信号S得到第二值L2。将电阻器271和272的值设置为使得L1对L2的比为sin(π/3)∶1(约为0.866∶1)。

门驱动器230具有缓冲器231、232、233、234、235和236。缓冲器231、233和235分别从门241、243和245接收输出信号G1H、G2H和G3H。缓冲器232、234和236分别从宽角馈送信号生成器290接收信号UL0、VL0和WL0。那些缓冲器中的每一个将信号输出到晶体管221、222、223、224、225和226的各个栅极。

上面讨论的元件220、230、240、290、101、103和105构成宽角功率馈送设备201。上面讨论的元件247、250、260、270和280构成馈送量控制器202。

通过参照图4至图7来说明根据第二实施例的马达驱动设备的操作。图4图解了宽角馈送信号生成器290的操作。如图4所示，生成器290输出在150度电角度中处于电平“H”的信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0。基于从各个位置检测器101、103和105提供的位置检测信号Hu、Hv、和Hw而产生这些信号。

通常，信号Hu、Hv、Hw彼此具有120度电角度的相位差。因此，如果在理论上混合这些信号，则不可能生成在150度中处于电平“H”的信号。然而，例如，测量信号Hu、Hv、和Hw中的至少一个(例如，信号Hu)的一个周期，随后以每15度电角度的间隔来划分所述一个周期。如果信号Hu经过了这些过程，则可产生被提供有这种电插值(electrical interpolation)的信号Hcl。随后，利用信号Hcl来产生在150度电角度中处于电平“H”的信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0。图4示出了此操作的时序图。

自不必说，可利用并混合所有信号Hu、Hv、和Hw，以便得到具有更高频率的复合信号。可使用此信号的一个周期。然而，在考虑到安装检测器101、103和105的机械精度，绝对或相对精度中的任意一个时，使用三个信号中的一个信号是更为实际的。不总是以每15度电角度的间隔来划分一个周期，可以更小的间隔来划分它。在此第二实施例中，对信号Hu提供以每15度的间隔进行的划分的电插值，由此产生信号Hcl。

在通过根据图4中示出的时序图而产生的信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0来驱动马达10时，在下面的条件下，给各个三相线圈的端子U、V和W馈送功率：(a)彼此有120度电角度的相位差；以及(b)在150度中馈送(施加电压)和在30度中暂停的周期。

在进行这种馈送时，以30度相位差的间隔、在30度电角度中，依次产生相邻的两个相位线圈处于相同的馈送条件(以正馈送方向或负馈送方向而对相邻的相位线圈两者进行馈送)的重叠周期。如图5所示，在这些重叠周期期间，重叠周期检测信号OL处于电平“H”。

在此第二实施例中，当信号OL处于电平H时，通过电平设置器270和选择器280的操作，从速度设置器260提供的信号S被乘以sin(π/3)(约为0.866)，并成为被视作信号L0的第一值L1。随后基于值L1而对信号L0进行PWM调制。在重叠周期之外的周期期间，信号OL处于电平L。在信号OL处于电平L的期间，将本身是信号S的第二值L2视为信号L0，并基于值L2而对其进行PWM调制。

结果，对马达10的各个相位线圈的每个端子U、V和W馈送功率绘出了如图6所示的波形。在150度馈送周期中，在重叠周期期间比在非重叠周期期间馈送稍小的功率(sin(π/3)，(约为0.866))。

在通过这种馈送波形来驱动线圈端子U、V和W时，在各个相位线圈11、13和15的中性点N处呈现出图7中示出的波形(N)。此时，根据中性点N与各个线圈端子U、V和W之间的电压差，而对这些各个相位线圈进行馈送。例如，根据图7中示出的信号U-N的波形来对U相位线圈11进行馈送。

此信号U-N逐步采用下面的值，并且，这些值为近似值、并沿着正弦波信号其中，θ＝nπ/6，n为整数。这些值如下：“-(2/3)sin(π/3)”、“-(1/2)”、“-(1/3)sin(π/3)”、“0(无馈送)”、“(1/3)sin(π/3)”、“(1/2)”、以及“(2/3)sin(π/3)”。

信号U-N逐步采用这些值的原因在于：通过重叠周期检测信号OL，来切换在其比例被设置为“sin(π/3)∶1”的第一值L1和第二值L2之中的选择，由此对各个相位线圈馈送功率。

对V相位线圈13、和W相位线圈15提供类似操作。尽管未在图中示出它们，但信号V-N和W-N采用沿正弦波信号的值、以及阶状波形的形状。在由这种馈送波形来驱动每个相位线圈时，可将转矩脉动(torque ripple)抑制为与由正弦波驱动时的转矩脉动相同的低电平。

宽角馈送信号生成器290通过使用根据图4中示出的时序图的信号Hu、Hv和Hw而产生馈送波形信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0。将那些信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0经由PWM调制器240和门驱动器230而提供到功率馈送器220，由此驱动马达10。

在下文中，基于包括前述宽角馈送信号生成器的马达驱动设备而说明根据第二示范实施例的马达驱动设备。

图8示出了根据本发明的第二实施例的马达驱动设备的电路图。根据第二实施例的马达驱动设备与图3中示出的马达驱动设备在两点上有所不同，并且，所述两点中的一个为PWM调制器的结构。根据第二实施例的马达驱动设备的PWM调制器248具有下面的结构：

PWM调制器248具有“与”门241、243和245。PWM调制器248还具有一端反相输入的“与”门242、244和246。门241、243和245的各个第一输入端子接收信号UH0、VH0和WH0。门241、243和245的各个第二输入端子被共同相互连接，并还被耦接到比较器250的输出端子。门242、244和246的各个第一输入端子接收信号UL0、VL0和WL0。门242、244和246的各个第二输入端子(即，反相输入端子)被分别耦接到门241、243和245的输出端子。

门驱动器230具有缓冲器231、232、233、234、235和236。缓冲器231、233和235分别从门241、243和245接收输出信号G1H、G2H和G3H。缓冲器232、234和236分别从门242、244和246接收信号G1L、G2L和G3L。

根据第二实施例的马达驱动设备与图3中示出的马达驱动设备之间的另一个不同点为下面这一点：速度检测器275将信号OL1输出到宽角馈送信号生成器290。检测器275检测马达在操作中的速度。生成器290可识别出设置为第一馈送周期和第二馈送周期之间的阈值的速度。生成器290分别在第一馈送周期中和在第二馈送周期中输出不同的信号波形。更具体地，输出信号UH0、UL0、VH0、VL0、WH0和WL0在第一馈送周期期间采用图9A中示出的波形，而在第二馈送周期期间采用图9B中示出的波形。与图3中示出的电路图相比，其它结构保持不变。

下文中，通过参照图9A和9B而说明根据第二示范实施例的前述马达驱动设备的操作，图9A和图9B图解了功率馈送器200的操作。

首先，图9A中示出的时序图示出了第一馈送周期，即从马达停止状态开始直到以给定速度驱动马达结束。在图9A中，在150度电角度的馈送周期期间，晶体管221、222、223、224、225和226导通或截止。响应于那些导通(ON)或截止(OFF)，将各个驱动线圈端子U、V和W控制为电源电压电位或接地电位。

更具体地，在信号G1H处于电平“H”时，使信号G1H经过缓冲器231而形成的信号“g1h”也转为电平“H”。此时，信号G1L处于电平“L”，而使信号G1L经过缓冲器232而形成的信号“g1L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管221被导通，而晶体管222被截止，使得驱动线圈的端子U具有基本上等于电源电压Vdc的电位的电位。实际上，驱动线圈端子U具有电源电压Vdc减去与晶体管221的源极和漏极之间的导通电压量相对应的压降的电位。相对于电源电压Vdc，源极和漏极之间的此导通电压小到可以忽略不计。还可将前述操作应用于驱动线圈端子V和W。因此，在后面论述的权利要求中，使用下面的表述：“将各个线圈的电位设置为等于电源电压电位”。

相反，在信号G1H处于电平“L”时，使信号G1H经过缓冲器231而形成的信号“g1h”也转为电平“L”。此刻，信号G1L处于电平“H”，而使信号G1L经过缓冲器232而形成的信号“g1L”也转为电平“H”。在此状态下，晶体管221被截止，而晶体管222被导通，使得驱动线圈的端子U具有基本上等于接地电位的电位。实际上，驱动线圈端子U具有电源电压Vdc加上晶体管222的源极和漏极之间的导通电压量的电位。相对于电源电压Vdc，源极和漏极之间的此导通电压小到可以忽略不计。还可将前述操作应用于驱动线圈端子V和W。因此，在后面论述的权利要求中，使用下面的表述：“将各个线圈端子的电位设置为等于接地电位”。

以类似方式，在信号G2H处于电平“H”时，使信号G2H经过缓冲器233而形成的信号“g2h”也转为电平“H”。此时，信号G2L处于电平“L”，而使信号G2L经过缓冲器234而形成的信号“g2L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管223被导通，而晶体管224被截止，使得驱动线圈的端子V具有基本上等于电源电压Vdc的电位。相反，在信号G2H处于电平“L”时，使信号G2H经过缓冲器233而形成的信号“g2h”也转为电平“L”。此刻，信号G2L处于电平“H”，而使信号G2L经过缓冲器234而形成的信号“g2L”也转为电平“H”。在此状态下，晶体管223被截止，而晶体管224被导通，使得驱动线圈端子V具有基本上等于接地电位的电位。

以类似方式，在信号G3H处于电平“H”时，使信号G3H经过缓冲器235而形成的信号“g3h”也转为电平“H”。此时，信号G3L处于电平“L”，而使信号G3L经过缓冲器236而形成的信号“g3L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管225被导通，而晶体管226被截止，使得驱动线圈的端子W具有基本上等于电源电压Vdc的电位的电位。相反，在信号G3H处于电平“L”时，使信号G3H经过缓冲器235而形成的信号“g3h”也转为电平“L”。此刻，信号G3L处于电平“H”，而使信号G3L经过缓冲器236而形成的信号“g3L”也转为电平“H”。在此状态下，晶体管225被截止，而晶体管226被导通，使得驱动线圈端子W具有基本上等于接地电位的电位。

如上面所讨论的，当来自缓冲器231、233和235的输出不断改变电平“H”和电平“L”时，缓冲器232、234和236以与来自缓冲器231、233和235的输出相对应的顺序交替地不断输出电平“L”和电平“H”。由此，晶体管222、224和226在规则间隔导通，使得端子s1h、s2h和s3h有规律地变为接地电位。结果，缓冲器的功能被不断保持。

接下来，在第二馈送周期，即以高于给定速度的速度来驱动马达期间，如图9B所示，馈送控制器200控制对马达10的三相驱动线圈端子U、V和W的功率馈送。将信号G1H、G1L、G2H、G2L、G3H和G3L经由对应的缓冲器231、232、233、234、235和236而提供到对应的晶体管221、222、223、224、225和226。在150度电角度的馈送周期期间，晶体管221、223和225被导通或截止，而晶体管222、224和226被截止。控制各个驱动线圈的端子U、V、W，使得它们的电位变为电源电压电位、或端子开路。

更具体地，在信号G1H处于电平“H”时，使信号G1H经过缓冲器231而形成的信号“g1h”也转为电平“H”。此时，信号G1L处于电平“L”，而使信号G1L经过缓冲器232而形成的信号“g1L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管221被导通，而晶体管222被截止，使得驱动线圈的端子U具有基本上等于电源电压Vdc的电位的电位。另一方面，在信号G1H处于电平“L”时，使信号G1H经过缓冲器231而形成的信号“g1h”也转为电平“L”。此刻，信号G1L保持为电平“L”，而使信号G1L经过缓冲器232而形成的信号“g1L”也保持为电平“L”。在此状态下，晶体管221和222被截止，使得驱动线圈端子U为开路。

以类似方式，在信号G2H处于电平“H”时，使信号G2H经过缓冲器233而形成的信号“g2h”也转为电平“H”。此时，信号G2L处于电平“L”，而使信号G2L经过缓冲器234而形成的信号“g2L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管223被导通，而晶体管224被截止，使得驱动线圈的端子V具有基本上等于电源电压Vdc的电位的电位。另一方面，在信号G2H处于电平“L”时，使信号G2H经过缓冲器233而形成的信号“g2h”也转为电平“L”。此刻，信号G2L保持为电平“L”，而使信号G2L经过缓冲器234而形成的信号“g2L”也保持为电平“H”。在此状态下，晶体管223和224被截止，使得驱动线圈端子V为开路。

以类似方式，在信号G3H处于电平“H”时，使信号G3H经过缓冲器235而形成的信号“g3h”也转为电平“H”。此时，信号G3L处于电平“L”，而使信号G3L经过缓冲器236而形成的信号“g3L”也转为电平“L”。在此状态下，晶体管225被导通，而晶体管226被截止，使得驱动线圈的端子W具有基本上等于电源电压Vdc的电位的电位。另一方面，在信号G3H处于电平“L”时，使信号G3H经过缓冲器235而形成的信号“g3h”也转为电平“L”。此刻，信号G3L保持为电平“L”，而使信号G3L经过缓冲器236而形成的信号“g3L”也保持为电平“L”。在此状态下，晶体管225和226被截止，使得驱动线圈端子W为开路。

在图9A和9B中，x轴表示电角度，使得在第一馈送周期中的150度的馈送周期中的馈送周期等于在第二馈送周期中的该周期；然而，第二馈送周期具有比第一馈送周期中的速度高的速度。由此，第二周期中的150度的馈送周期在时间方面短于第一周期中的该馈送周期。因此，在第二馈送周期中，以如图9所示的间隔通过所述晶体管的导通信号G1L、G2L和G3L来维持缓冲器功能。不需要象传统设备所做的那样使端子s1h、s2h和s3h强制等于接地电位。因为流过驱动线圈的电流使三相驱动线圈U、V和W具有接地电位，所以，使得端子s1h、s2h和s3h也具有接地电位。结果，所述缓冲器可保持它们的功能。此机制类似于第一实施例的该机制。

在第二馈送周期中，由于三相驱动线圈U、V和W并未象传统设备所做的那样相互耦接，所以，即使马达减速，该马达也不会落入制动状态，并且，该速度将不会迅速减小。结果，该马达有利地以较低噪声、且具有较小振动地工作。

由马达驱动设备来驱动本发明的马达，并且，根据上面讨论的第二示范实施例的马达驱动设备可被用于此马达驱动设备。马达驱动设备的使用允许本发明的马达有利地以较低噪声、且具有较小振动地工作。本发明的装置采用由马达驱动设备驱动的马达。根据本发明的第二实施例的马达驱动设备可被用作此马达驱动设备。马达驱动设备的使用允许本发明的装置有利地以较低噪声、且具有较小振动地工作。

如上面所讨论的，第一实施例描述了在第一和第二馈送周期中使用120度电角度的矩形馈送波形的情况，而第二实施例描述了在第一和第二馈送周期中使用150度电角度的宽角馈送波形的情况。此外，可通过在第一和第二馈送周期期间的电压施加波形(voltage-applied-waveform)中的、范围从120至180度电角度的馈送角度，来实现与第一个第二实施例的情况的类似优势。

第二实施例描述了在第一和第二馈送周期两者中使用宽角馈送波形的情况；然而，如果在第一或第二馈送周期中的任一个中使用宽角馈送波形、并且在剩下的馈送周期中使用120度电角度的馈送波形，则可获得类似的优势。例如，如果考虑到诸如马达的噪声、振动、以及效率的所有因素，那么，要在第一馈送周期期间由120度的矩形波形驱动、而在第二馈送周期期间由150度的宽角馈送波形驱动的本发明的马达驱动设备可为适于实际使用的优选实施例中的一个。

示范实施例3

图10A至图16图解了根据本发明的第三示范实施例的装置的结构。

图10A和图10B图解了空调机的结构。图10A示出了空调机的室内单元的示意图。该室内单元包括马达301，其转动要用于吹风的交叉流动(cross-flow)风扇。马达301具有要由根据第一或第二实施例的马达驱动设备来驱动的结构，使得空调机的室内单元以较低噪声、并具有较低振动地工作。

图10B示出了空调机的室外单元的示意图，并且，该室外单元包括马达302，其转动风扇。马达302具有要由根据第一或第二实施例的马达驱动设备来驱动的结构，使得空调机的室外单元以较低噪声、并具有较低振动地工作。

图11示出了热水供应机的结构，其包括马达303，其转动风扇，以便吹送燃烧所需的空气。马达303具有要由根据第一或第二实施例的马达驱动设备来驱动的结构，使得热水供应机以较低噪声、并具有较低振动地工作。

图12示出了空气过滤器的结构，其包括马达304，用于转动空气流通扇。马达304具有要由根据第一或第二实施例的马达驱动设备来驱动的结构，使得空气过滤器以较低噪声、并具有较低振动地工作。

图13示出了打印机的结构，其包括马达305，用于馈送纸页。马达305具有要由根据第一或第二实施例的马达驱动设备来驱动的结构，使得打印机以较低噪声、并具有较低振动地工作。

图14示出了复印机的结构，其包括马达306，用于馈送纸页。马达306具有要由根据第一或第二实施例的马达驱动设备来驱动的结构，使得复印机以较低噪声、并具有较低振动地工作。

图15示出了例如致密盘驱动装置的光学介质装置的结构，其包括马达307，用于转动光盘。马达307具有要由根据第一或第二实施例的马达驱动设备来驱动的结构，使得光学介质装置以较低噪声、并具有较低振动地工作。

图16示出了硬盘装置的结构，其包括马达308，用于转动硬盘。马达308具有要由根据第一或第二实施例的马达驱动设备来驱动的结构，使得硬盘装置以较低噪声、并具有较低振动地工作。

如上面所讨论的，本发明允许马达以较低噪声、并具有较低振动地工作，并且，在减速时，本发明允许在本质上抑制噪声和振动的因素，以便防止马达急剧减速。可将实现前述优势的马达驱动设备安装到各种装置中，由此使该装置以较低噪声、并具有较低振动地工作。

工业应用性

本发明公开了简单结构的马达驱动设备，其以较低噪声、并具有较低振动地操作马达。本发明涉及要由本发明的马达驱动设备驱动的马达，使得该马达可以较低噪声、并具有较低振动地工作。本发明还涉及包括要由本发明的马达驱动设备驱动的马达的装置，以便可将该马达驱动设备应用于各种装置，使得那些装置以较低噪声、并具有较低振动地工作。

Claims

1、一种马达驱动设备，包括：

(a)马达，包括三相驱动线圈；

(b)功率馈送器，用于将功率馈送到所述驱动线圈；以及

(c)功率馈送控制器，用于控制由所述功率馈送器将功率馈送到所述驱动线圈的方法，

其中，在从马达停止状态开始、并且在以预定速度驱动马达时结束的第一馈送周期期间，所述功率馈送控制器通过导通或截止在所述功率馈送器中预备的晶体管，而控制在将电压施加到所述驱动线圈的周期中的所述各个线圈的电位被设置为等于电源电压电位和接地电位中的一个，以及

其中，在以高于预定速度的速度驱动马达的第二馈送周期期间，所述功率馈送控制器控制在将电压施加到所述驱动线圈的周期中的所述各个线圈的电位，使得通过截止所述晶体管而使所述驱动线圈开路，或者将所述电位设置为等于电源电压电位。

2、如权利要求1所述的马达驱动设备，其中，在第一馈送周期和第二馈送周期中的至少一个中使用的功率馈送角度属于不小于120度且不大于180度的电角度。

3、如权利要求1所述的马达驱动设备，还包括：宽角功率馈送设备，用于在150度电角度的馈送周期中将功率馈送到所述驱动线圈，其中，所述宽角功率馈送设备检测所述驱动线圈之中的相邻驱动线圈落入同一馈送状态的重叠周期，并且，其中，所述功率馈送器在重叠周期期间将第一量馈送到所述驱动线圈，而在重叠周期之外的周期期间将第二量馈送到所述驱动线圈。

4、如权利要求3所述的马达驱动设备，其中，第一量对第二量的比为sin(π/3)∶1。

5、一种由马达驱动设备驱动的马达，所述马达驱动设备包括：

(a)马达，包括三相驱动线圈；

(b)功率馈送器，用于将功率馈送到所述驱动线圈；以及

6、如权利要求5所述的马达，其中，在第一馈送周期和第二馈送周期中的至少一个中使用的功率馈送角度属于不小于120度且不大于180度的电角度。

7、如权利要求5所述的马达，其中，所述马达驱动设备还包括：宽角功率馈送设备，用于在150度电角度的馈送周期中将功率馈送到所述驱动线圈，其中，所述宽角功率馈送设备检测所述驱动线圈之中的相邻驱动线圈落入同一馈送状态的重叠周期，并且，其中，所述功率馈送器在重叠周期期间将第一量馈送到所述驱动线圈，而在重叠周期之外的周期期间将第二量馈送到所述驱动线圈。

8、如权利要求7所述的马达，其中，第一量对第二量的比为sin(π/3)∶1。

9、一种包括由马达驱动设备驱动的马达的装置，所述马达驱动设备包括：

(a)马达，包括三相驱动线圈；

(b)功率馈送器，用于将功率馈送到所述驱动线圈；以及

10、如权利要求9所述的装置，其中，在第一馈送周期和第二馈送周期中的至少一个中使用的功率馈送角度属于不小于120度且不大于180度的电角度。

11、如权利要求9所述的装置，其中，所述马达驱动设备还包括：宽角功率馈送设备，用于在150度电角度的馈送周期中将功率馈送到所述驱动线圈，其中，所述宽角功率馈送设备检测所述驱动线圈之中的相邻驱动线圈落入同一馈送状态的重叠周期，并且，其中，所述功率馈送器在重叠周期期间将第一量馈送到所述驱动线圈，而在重叠周期之外的周期期间将第二量馈送到所述驱动线圈。

12、如权利要求11所述的装置，其中，第一量对第二量的比为sin(π/3)∶1。