電動機控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種使用根據(jù)磁阻效應元件的輸出得到的模擬的角度檢測輸出來切換三相的驅(qū)動電力的電動機控制裝置。來自第一磁檢測部(11)和第二磁檢測部(12)的輸出向作為差動放大器的第一至第四輸出電路(21、22、23、24)賦予，由此能得到正負彼此翻轉(zhuǎn)的近似于正弦波的檢測輸出(S1、S2)和正負彼此翻轉(zhuǎn)的近似于余弦波的檢測輸出(S3、S4)。這些檢測輸出(S1～S4)向開關電路(31)賦予，從檢測輸出(S1～S4)得到每90度周期的部分檢測輸出。通過偏置施加電路(33)向各個部分檢測輸出施加偏置電壓，得到近似于一次函數(shù)的角度檢測輸出。使用該角度檢測輸出來決定三相的驅(qū)動電流的供給時機。
【專利說明】電動機控制裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及使用與旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度成比例的近似于一次函數(shù)的模擬輸出來控 制三相的驅(qū)動電力的電動機控制裝置。

【背景技術】
[0002] 在控制三相電動機的電動機控制裝置中，與電動機的旋轉(zhuǎn)相位對應而向電動機線 圈施加U相、V相及W相這三相的驅(qū)動電力。
[0003] 以下的專利文獻1所記載的電動機控制裝置在運算處理裝置中運算電動機控制 信號，并利用被賦予了該電動機控制信號的邏輯電路來運算三相電動機的各相的驅(qū)動信 號。基于該驅(qū)動信號來控制預驅(qū)動電路，從而對三相電動機進行驅(qū)動控制。
[0004] 【專利文獻 1】TO2012/102113Al
[0005] 專利文獻1所記載的電動機控制裝置通過數(shù)字運算來生成驅(qū)動三相電動機的驅(qū) 動信號，因此電路結(jié)構復雜。而且，由于數(shù)字運算需要時間，因此若欲使電動機以高速旋轉(zhuǎn)， 則產(chǎn)生數(shù)字運算無法追隨轉(zhuǎn)速的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決上述以往的課題而提出，其目的在于提供一種能夠使用通過簡單 的電路結(jié)構得到的模擬輸出來切換三相的驅(qū)動電力、且能夠追隨高速旋轉(zhuǎn)的電動機控制裝 置。
[0007] 本發(fā)明涉及的電動機控制裝置設有：向電動機線圈施加三相的驅(qū)動電力的電動機 驅(qū)動器；檢測旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的角度檢測裝置，所述電動機控制裝置的特征在于，
[0008] 所述角度檢測裝置具有：伴隨著所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)而形成的旋轉(zhuǎn)磁場；得到作為 所述旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)的近似于正弦波的檢測輸出的第一磁檢測部；得到近似于 余弦波的檢測輸出的第二磁檢測部；根據(jù)所述近似于正弦波的檢測輸出和所述近似于余弦 波的檢測輸出來形成近似于一次函數(shù)的模擬的角度檢測輸出的模擬混合器，
[0009] 在所述電動機驅(qū)動器設有：根據(jù)所述角度檢測輸出來檢測所述旋轉(zhuǎn)軸的120度的 旋轉(zhuǎn)角度的分割檢測部；使時機與由所述分割檢測部檢測到的每120度的分割信號對應而 向所述電動機線圈施加三相的驅(qū)動電力的驅(qū)動電路。
[0010] 本發(fā)明的電動機控制裝置使用基于第一磁檢測部和第二磁檢測部的檢測輸出而 得到的模擬的角度檢測輸出，或者使用增益調(diào)整后的模擬的角度檢測輸出，按照旋轉(zhuǎn)軸的 每120度的旋轉(zhuǎn)來切換三相的驅(qū)動電力。因此，電路結(jié)構簡單，而且，即使在旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速 高的情況下，也能夠追隨其旋轉(zhuǎn)速度而生成三相的驅(qū)動電力。
[0011] 本發(fā)明優(yōu)選的是，在所述電動機驅(qū)動器設有基于所述角度檢測輸出而使三相的驅(qū) 動電力的占空比變化的脈沖控制電路。
[0012] 通過使三相的驅(qū)動電力的占空比變化，由此在向各相切換時，能夠減輕旋轉(zhuǎn)驅(qū)動 轉(zhuǎn)矩的脈動。而且，由于使用模擬的角度檢測輸出來直接控制三相電力，因此能夠使電路結(jié) 構簡單，能夠使旋轉(zhuǎn)軸順暢地旋轉(zhuǎn)。
[0013] 本發(fā)明中，在所述模擬混合器設有：從根據(jù)所述第一磁檢測部和所述第二磁檢測 部得到的模擬的檢測輸出中提取近似于一次函數(shù)的部分檢測輸出的開關電路；向任一個所 述部分檢測輸出施加偏置電力而使多個所述部分檢測輸出連續(xù)來作為角度檢測輸出的偏 置施加電路。
[0014] 通過設置開關電路和偏置施加電路，由此能夠生成在360度的角度范圍內(nèi)連續(xù)的 模擬的角度檢測輸出。
[0015] 本發(fā)明可以構成為，所述電動機控制裝置具有：
[0016] 從所述第一磁檢測部得到第一檢測輸出及相對于所述第一檢測輸出翻轉(zhuǎn)了正負 的極性的第二檢測輸出的輸出電路；
[0017] 從所述第二磁檢測部得到第三檢測輸出及相對于所述第三檢測輸出翻轉(zhuǎn)了正負 的極性的第四檢測輸出的輸出電路；
[0018] 對所述第一檢測輸出、所述第二檢測輸出、所述第三檢測輸出及所述第四檢測輸 出中的任意檢測輸出進行比較的比較器，
[0019] 基于來自所述比較器的比較輸出來決定所述開關電路的切換時機。
[0020] 例如，通過所述開關電路將第一檢測輸出、第二檢測輸出、第三檢測輸出及第四檢 測輸出分別按照90度的周期進行提取來得到所述部分檢測輸出。這種情況下，第一檢測輸 出、第二檢測輸出、第三檢測輸出及第四檢測輸出在以振幅的中點為起點±45度的范圍內(nèi) 被提取。
[0021] 本發(fā)明中，所述第一磁檢測部和第二磁檢測部由包含磁阻效應元件的橋接電路構 成，在所述第一磁檢測部所包含的第一磁阻效應元件和所述第二磁檢測部所包含的第二磁 阻效應元件中，靈敏度軸的方向相互正交。
[0022] 【發(fā)明效果】
[0023] 本發(fā)明的電動機控制裝置生成模擬的角度檢測輸出，通過該角度檢測輸出得到每 120度的時機來切換三相的驅(qū)動電力。因此，能夠使電路結(jié)構簡單。而且，不需要復雜的運 算，因此即使在旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速高的情況下，也能夠得到追隨著旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度的角度檢 測輸出，能夠高精度地控制三相的驅(qū)動電力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明的實施方式的電動機控制裝置的外觀圖。
[0025] 圖2是表示設于電動機控制裝置的旋轉(zhuǎn)檢測部的結(jié)構的俯視圖。
[0026] 圖3是表示角度檢測裝置的電路結(jié)構的電路框圖。
[0027] 圖4是表示來自第一磁檢測部和第二磁檢測部的四種檢測輸出的線圖。
[0028] 圖5是表示對來自第一磁檢測部和第二磁檢測部的檢測輸出進行提取而得到的 部分檢測輸出的線圖。
[0029] 圖6是表示使部分檢測輸出連續(xù)后的角度檢測輸出的線圖。
[0030] 圖7是表示圖6所示的角度檢測輸出與一次函數(shù)的誤差的分布的線圖。
[0031] 圖8是表示三相電動機的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部的說明圖。
[0032] 圖9是電動機驅(qū)動器的電路結(jié)構圖。
[0033]圖10是表示角度檢測輸出和三相的驅(qū)動電力的線圖。
[0034]【符號說明】
[0035] 1角度檢測裝置
[0036] 2旋轉(zhuǎn)體
[0037] 3檢測基板
[0038] 5電動機控制裝置
[0039] 6旋轉(zhuǎn)軸
[0040] 7旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部
[0041] 8旋轉(zhuǎn)檢測部
[0042] 11第一磁檢測部
[0043] 12第二磁檢測部
[0044] 21第一輸出電路
[0045] 22第二輸出電路
[0046] 23第三輸出電路
[0047] 24第四輸出電路
[0048] 30模擬混合器
[0049] 31開關電路
[0050] 32a、32b比較器
[0051] 33偏置施加電路
[0052] 41轉(zhuǎn)子磁體
[0053] 42定子磁軛
[0054] 43電動機磁體
[0055] 45電動機驅(qū)動器
[0056]H外部磁場
[0057]Ml、M2 磁體
[0058] P靈敏度軸
[0059]R(+s)、R(-s)第一磁阻效應元件
[0060]R(+c)、R(_c)第一磁阻效應兀件
[0061]S1、S2、S3、S4 檢測輸出
[0062]Slc、S2c、S3c、S4c部分檢測輸出

【具體實施方式】
[0063] 圖1所示的電動機控制裝置5具有旋轉(zhuǎn)軸6、對旋轉(zhuǎn)軸6進行驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部 7、檢測旋轉(zhuǎn)軸6的旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)檢測部8。
[0064] 如圖8所示，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部7構成無刷電動機的驅(qū)動部，具有與旋轉(zhuǎn)軸6 -起旋轉(zhuǎn)的 轉(zhuǎn)子磁體41。在轉(zhuǎn)子磁體41的內(nèi)側(cè)，三相的定子磁軛42相對于旋轉(zhuǎn)方向以120度的角度 配置，且在各定子磁軛42上連接有U相、V相及W相的電動機線圈43。
[0065] 旋轉(zhuǎn)檢測部8構成角度檢測裝置1的一部分。利用由角度檢測裝置1得到的角度 檢測輸出來控制電動機驅(qū)動器45,從該電動機驅(qū)動器45向電動機線圈43施加三相的驅(qū)動 電力。
[0066] 如圖2所示，在設于電動機控制裝置5的旋轉(zhuǎn)檢測部8設有與電動機的旋轉(zhuǎn)軸6 一起旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體2,在旋轉(zhuǎn)體2的內(nèi)側(cè)且在定子側(cè)固定有檢測基板3。
[0067] 在旋轉(zhuǎn)體2上以180度的角度間隔安裝有兩個磁體Ml、M2。磁體Ml的N極朝向 磁體M2,磁體M2的S極朝向磁體Ml，從磁體Ml朝向磁體M2形成磁場H。
[0068] 旋轉(zhuǎn)體2與電動機的旋轉(zhuǎn)軸6 -起向順時針方向（CW)旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，在旋轉(zhuǎn)體 2的內(nèi)側(cè)，形成磁場H向順時針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。
[0069] 在檢測基板3上搭載有第一磁阻效應元件R(+s)、R(-s)和第二磁阻效應元件 R(+c)、R(-c)來作為磁檢測元件。在圖2中，雖然檢測基板3和磁阻效應元件圖示得較大， 但是實際的檢測基板3和磁阻效應元件具有與磁體M1、M2的旋轉(zhuǎn)軌跡的直徑相比極小的尺 寸，在旋轉(zhuǎn)體2旋轉(zhuǎn)時，向檢測基板3上的各磁阻效應元件施加相同方向的旋轉(zhuǎn)磁場。
[0070] 需要說明的是，也可以將磁體Ml、M2固定在定子側(cè)來使得檢測基板3能夠與旋轉(zhuǎn) 軸6-起旋轉(zhuǎn)。
[0071] 在第一磁阻效應元件R(+s)、R(-S)和第二磁阻效應元件R(+c)、R(-C)中，靈敏度 軸P的方向相互正交。第一磁阻效應元件設置有兩種，R(+s)的靈敏度軸P的方向為X2方 向，R(_s)的靈敏度軸P的方向為Xl方向。第二磁阻效應元件設置有兩種，R(+c)的靈敏度 軸P的方向為Y2方向，R(_c)的靈敏度軸P的方向為Yl方向。
[0072] 磁阻效應元件是利用了巨磁阻效應的GMR元件、利用了隧道效應的TMR元件、或 AMR元件。
[0073] 如圖2所示，磁阻效應元件具有電極部4、4和位于電極部4、4之間的元件部5。元 件部5在X-Y平面的平面內(nèi)形成為曲流圖案（meanderpattern)，通過將固定磁性層/非 磁性層/自由磁性層層疊而構成。固定磁性層的固定磁化方向與所述靈敏度軸P的方向一 致。自由磁性層根據(jù)外部磁場H的方向而改變磁化的方向。
[0074] 磁阻效應元件的電阻根據(jù)固定磁化方向與自由磁性層的磁化的方向的相對角度 而變化。當外部磁場H向靈敏度軸P的方向施加時，磁阻效應元件的電阻值成為最小，當外 部磁場H向靈敏度軸P的相反方向施加時，電阻值成為最大。當外部磁場H向與靈敏度軸 P正交的方向施加時，磁阻效應元件的電阻值成為中點的值。
[0075] 固定磁性層通過與反鐵磁性層重疊并在磁場中被實施熱處理而固定磁化方向?；?者也可以將固定磁性層設置為作為磁性層/非磁性中間層/磁性層的層疊費里結(jié)構而將各 磁性層反平行地磁化固定而成的自釘扎型。這種情況下，通過對單方的磁性層進行磁場中 成膜，由此將磁化固定。
[0076] 如圖3所示，在角度檢測裝置1中，在檢測基板3上構成第一磁檢測部11和第二 磁檢測部12。
[0077] 第一磁檢測部11是由靈敏度軸P的方向相差180度的第一磁阻效應元件R(+s)、 R(_s)構成的全橋接電路。第二磁檢測部12是由靈敏度軸P的方向相差180度的第二磁阻 效應元件R(+c)、R(_c)構成的全橋接電路。
[0078] 如圖3所示，第一磁檢測部11的全橋接電路的中點輸出（中點輸出電壓）Ila和 Ilb向第一輸出電路21和第二輸出電路22賦予。第一輸出電路21是差動放大器，中點輸 出Ila與（+)輸入部連接，中點輸出Ilb與（-)輸入部連接。第二輸出電路22也是差動放 大器，中點輸出Ilb與（+)輸入部連接，中點輸出Ila與（-)輸入部連接。
[0079] 第二磁檢測部12的全橋接電路的中點輸出（中點輸出電壓）12a和12b向第三輸 出電路23和第四輸出電路24賦予。第三輸出電路23是差動放大器，中點輸出12a與（+) 輸入部連接，中點輸出12b與（-)輸入部連接。第四輸出電路24也是差動放大器，中點輸 出12b與⑴輸入部連接，中點輸出12a與㈠輸入部連接。
[0080] 當圖2所示的旋轉(zhuǎn)體2向順時針方向（CW)旋轉(zhuǎn)時，從第一輸出電路21得到第一 檢測輸出Sl，從第二輸出電路22得到第二檢測輸出S2。從第三輸出電路23得到第三檢測 輸出S3,從第四輸出電路24得到第四檢測輸出S4。
[0081] 圖4示出第一至第四檢測輸出Sl?S4的輸出波形。橫軸表示旋轉(zhuǎn)角度（Θ)，縱 軸表不輸出強度（電壓）。
[0082] 第一檢測輸出Sl與第二檢測輸出S2的極性（電壓的正負）翻轉(zhuǎn)，第三檢測輸出 S3與第四檢測輸出S4的極性也翻轉(zhuǎn)。第一檢測輸出Sl與第三檢測輸出S3的相位相差90 度，第二檢測輸出S2與第四檢測輸出S4的相位也相差90度。第一檢測輸出Sl和第三檢 測輸出S3中的一方是具有近似于正弦波的三角函數(shù)波的變化的輸出，另一方是具有近似 于余弦波的三角函數(shù)波的變化的輸出。
[0083] 圖4的橫軸表示旋轉(zhuǎn)體2的旋轉(zhuǎn)角度Θ，該旋轉(zhuǎn)角度Θ以將圖2所示的磁體Ml 的寬度中心與基準線Z-致的情況設為原點（0度）的方式來表示。圖2示出旋轉(zhuǎn)中的旋 轉(zhuǎn)體2的磁體Ml以原點（基準軸Z)為起點向順時針方向（CW)前進了 45度的狀態(tài)，此時 的第一至第四檢測輸出Sl?S4的輸出強度成為圖4中橫軸為45度時的輸出強度。在橫 軸為45度時，第一檢測輸出Sl的輸出強度和第二檢測輸出S2的輸出強度成為中點的值， 第三檢測輸出S3的輸出強度成為極大值，第四檢測輸出S4的輸出強度成為極小值。
[0084] 圖4所示的第一至第四檢測輸出Sl?S4的輸出波形的強度的絕對值及振幅取決 于電源電壓Vdd及在作為差動放大器的輸出電路21、22、23、24上設定的增益等。第一至第 四檢測輸出Sl?S4是將來自檢測旋轉(zhuǎn)磁場的第一磁檢測部11和第二磁檢測部12的檢測 輸出的變化直接反映出來的模擬輸出。
[0085] 如圖3所示，第一至第四檢測輸出Sl?S4向模擬混合器30賦予。模擬混合器30 具有開關電路31、比較器32a、32b、以及偏置施加電路33。
[0086] 第一比較器32a對第一檢測輸出Sl與第四檢測輸出S4的強度的大小進行比較， 并將其結(jié)果向開關電路31賦予。第二比較器32b對第一檢測輸出Sl與第三檢測輸出S3 的強度的大小進行比較，并將其結(jié)果向開關電路31賦予。
[0087] 開關電路31基于比較器32a、32b的比較結(jié)果來進行開關動作，將第一至第四檢測 輸出Sl?S4中的任一方作為所選擇的部分檢測輸出而提取。
[0088] 第一比較器32a的比較結(jié)果、第二比較器32b的比較結(jié)果、以及基于該比較結(jié)果而 由開關電路31提取的檢測輸出如以下的表1所示那樣。
[0089]【表1】
[0090]

【權利要求】
1. 一種電動機控制裝置，其設有： 向電動機線圈施加三相的驅(qū)動電力的電動機驅(qū)動器； 檢測旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的角度檢測裝置， 所述電動機控制裝置的特征在于， 所述角度檢測裝置具有：伴隨著所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)而形成的旋轉(zhuǎn)磁場；得到作為所述 旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)的近似于正弦波的檢測輸出的第一磁檢測部；得到近似于余弦 波的檢測輸出的第二磁檢測部；根據(jù)所述近似于正弦波的檢測輸出和所述近似于余弦波的 檢測輸出來形成近似于一次函數(shù)的模擬的角度檢測輸出的模擬混合器， 在所述電動機驅(qū)動器設有：根據(jù)所述角度檢測輸出來檢測所述旋轉(zhuǎn)軸的120度的旋轉(zhuǎn) 角度的分割檢測部；使時機與由所述分割檢測部檢測到的每120度的分割信號對應而向所 述電動機線圈施加三相的驅(qū)動電力的驅(qū)動電路。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電動機控制裝置，其中， 在所述電動機驅(qū)動器設有基于所述角度檢測輸出而使三相的驅(qū)動電力的占空比變化 的脈沖控制電路。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的電動機控制裝置，其中， 在所述模擬混合器設有：從根據(jù)所述第一磁檢測部和所述第二磁檢測部得到的模擬的 檢測輸出中提取近似于一次函數(shù)的部分檢測輸出的開關電路；向任一個所述部分檢測輸出 施加偏置電力而使多個所述部分檢測輸出連續(xù)來作為角度檢測輸出的偏置施加電路。
4. 根據(jù)權利要求3所述的電動機控制裝置，其中， 所述電動機控制裝置具有： 從所述第一磁檢測部得到第一檢測輸出及相對于所述第一檢測輸出翻轉(zhuǎn)了正負的極 性的第二檢測輸出的輸出電路； 從所述第二磁檢測部得到第三檢測輸出及相對于所述第三檢測輸出翻轉(zhuǎn)了正負的極 性的第四檢測輸出的輸出電路； 對所述第一檢測輸出、所述第二檢測輸出、所述第三檢測輸出及所述第四檢測輸出中 的任意檢測輸出進行比較的比較器， 基于來自所述比較器的比較輸出來決定所述開關電路的切換時機。
5. 根據(jù)權利要求4所述的電動機控制裝置，其中， 通過所述開關電路將所述第一檢測輸出、所述第二檢測輸出、所述第三檢測輸出及所 述第四檢測輸出分別按照90度的周期進行提取來得到所述部分檢測輸出。
6. 根據(jù)權利要求5所述的電動機控制裝置，其中， 所述第一檢測輸出、所述第二檢測輸出、所述第三檢測輸出及所述第四檢測輸出在以 振幅的中點為起點±45度的范圍內(nèi)被提取。
7. 根據(jù)權利要求1所述的電動機控制裝置，其中， 所述第一磁檢測部和第二磁檢測部由包含磁阻效應元件的橋接電路構成，在所述第一 磁檢測部所包含的第一磁阻效應元件和所述第二磁檢測部所包含的第二磁阻效應元件中， 靈敏度軸的方向相互正交。
【文檔編號】H02P6/10GK104426438SQ201410432781
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權日:2013年8月29日
【發(fā)明者】中村德男 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社