電動機控制裝置的制作方法

專利名稱：電動機控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動機控制裝置，其用于傳送在產業搬運器械中所使用電動機的相勵磁切換信息。
背景技術：
在轉子側具有永久磁鐵、通過位置傳感器檢測其磁極而切換相勵磁進行驅動的無刷電動機現廣泛使用。該無刷電動機的電動機控制裝置被分為兩個大的結構。一個是檢測轉子旋轉位置的位置檢測器，另一個是驅動電動機的驅動器。圖22表示了現有技術電動機控制裝置的結構圖。
圖22中，驅動器602具有直流電源615，其通過介入配線部616給位置檢測器603提供電源，電力接受部617成為位置檢測器603的電源。位置檢測器603檢測電動機610轉子的磁極位置，并安裝了輸出相勵磁切換信號的位置傳感器(例如霍耳IC)611，612，613。驅動器602包括給電動機610的各相線圈供電的逆變器(inverter)電路690和控制逆變器電路690之供電開關的供電切換電路680。配線部616給位置檢測器603和驅動器602配線，由2根電源線和3根信號線共計5根電線構成。
包括6個功率晶體管的逆變器電路690從直流電源629接受電力供應，通過電線U，V，W連接到3相電動機610。
霍爾IC611，612，613檢測電動機610轉子的磁極位置，并輸出用于切換向電動機610各相線圈供電的相勵磁切換信號CS1，CS2，CS3。相勵磁切換信號CS1，CS2，CS3通過介入配線部616被輸出到驅動器部602。信號CS1，CS2，CS3一般是作為相互電角度具有120度相位差的矩形波脈沖輸出。
傳送到驅動器部602的相勵磁切換信號CS1，CS2，CS3通過介入緩沖器電路681，682，683被輸入到生成切換電動機610各相線圈的供電和相勵磁的信號的供電切換電路680。供電切換電路680以矩形波脈沖輸出逆變器電路690的6個功率晶體管的供電信號UH，VH，WH，UL，VL，WL。
圖23表示在上述構成例子中以稱為矩形波驅動的驅動方式來操作的時候的無刷電動機操作波形。
基于從檢測電動機轉子磁極位置的霍爾IC 611，612，613中所輸出矩形波脈沖的相勵磁切換信號CS1，CS2，CS3，供電切換電路680生成6個功率晶體管的供電信號，根據該信號，逆變器電路690進行開關操作。其結果，例如在電線U上流過如Iu的矩形波。
在上述現有技術中，將相勵磁切換信號從電動機部以3根并行信號傳送到驅動器部，但是，例如在日本專利公開公報的特開平10-206187號公報中，公開了通過并行-串行變換以2根差動輸出線進行傳送的例子。
在上述現有技術無刷電動機的控制裝置中，為了將直流電源615傳送到位置檢測器603需用2根、將相勵磁切換信號CS1，CS2，CS3傳送到驅動器602需用3根(或者在差動輸出線時為2根)共計需要5根(或者在差動輸出線時為4根)的配線，要求通過省線提高其組裝性。
霍爾IC，611，612，613的每一個由于是如圖24所示的將檢測磁極位置之霍爾元件636的輸出信號通過運算放大器637放大后從開路集電極638輸出的結構，因此在邏輯為高電平信號時，電流不流到傳送電線上，其變成高阻抗狀態。因此，容易引起抗噪聲的惡化，特別在傳送距離變長的情況下，更容易受到噪聲的影響。
因此，盡管也有使用屏蔽線的方法，但是，由相互絕緣的5根芯線構成的屏蔽線，由于價高多種情況難以得到，以及招致時間浪費和生產成本升高，其不是上策，現尋求生產效率的更大改善。

發明內容
本發明是解決這種現有技術的問題的發明，其目的是提供一種電動機控制裝置，更加提高可靠性，實現難以受到外部雜亂噪聲的影響的結構，以及減少相勵磁切換傳送信號的配線根數。
本發明的電動機控制裝置具有下面的構成。
作為電動機控制裝置，包括用于檢測電動機磁極的位置傳感器的位置檢測器、用于驅動上述電動機的驅動器、和給上述驅動器和上述位置檢測器提供電源電壓的配線部，其中上述位置檢測器包括在上述配線部的一端所連接的重疊波發送部；將上述位置傳感器的信號變換成串行信號的串行變換部；介入在上述串行變換部和上述重疊波發送部之間的位置檢測器側接口部；上述驅動器包括直流電源；在上述直流電源和上述配線部的其它端之間連接的重疊波接收部；將上述串行信號變換到并行信號的并行變換部；介入在上述重疊波接收部和上述并行變換部之間的驅動器側接口部；用上述并行信號驅動的供電切換電路；在此，上述串行信號被重疊到上述配線部后進行傳送，上述供電切換電路進行用于驅動上述電動機的相勵磁切換。


圖1是本發明第一實施例中的電動機控制裝置的電路結構圖；圖2是本發明第二實施例中的電動機控制裝置的電路結構圖；圖3是本發明第二實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖4是本發明第二實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖5是本發明第二實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖6是本發明第三實施例中的電動機控制裝置的電路結構圖；圖7是本發明第三實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖8是本發明第三實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖9是本發明第三實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖10是本發明第四實施例中的電動機控制裝置的電路結構圖；圖11是本發明第四實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖12是本發明第四實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖13是本發明第四實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖14是本發明第五實施例中的電動機控制裝置的電路結構圖；圖15是本發明第五實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖16是本發明第五實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖17是本發明第五實施例中的其它實施方式的電動機控制裝置的電路結構圖；圖18是本發明電動機控制裝置的串行變換的說明圖；圖19是表示本發明電動機控制裝置中霍爾IC的配置例1的圖；圖20是表示本發明電動機控制裝置中霍爾IC的配置例2的圖；圖21是表示本發明電動機控制裝置中霍爾IC的配置例3的圖；圖22是現有技術電動機控制裝置的電路結構圖；圖23是現有技術電動機控制裝置的工作波形圖；圖24是現有技術電動機控制裝置的霍爾IC的結構圖。
具體實施例方式
下面，使用

本發明的實施例。
(第一實施例)圖1是本發明電動機控制裝置的第一實施例，由驅動器2、位置檢測器3、和配線部16構成。驅動器2包括直流電源15，通過介入配線部16給位置檢測器3提供電源，電力接受部17成為位置檢測器3的電源。
電動機10使用所謂的無刷電動機，包括具有永久磁鐵的轉子(未圖示)。位置檢測器3包括位置傳感器(一般使用霍爾IC。以后表示為霍爾IC)11，12，13，檢測電動機10的磁極。該霍爾IC的輸出信號CS1，CS2，CS3被輸入到串行變換部40，得到經串行變換的相勵磁切換信息SCS。相勵磁切換信息SCS是進行了串行變換的信息，其能將現有技術例子中說明的3種信號CS1，CS2，CS3以每隔一定時間作為一個歸納信息進行傳送。該相勵磁切換信息SCS通過介入接口部50被輸入到重疊發送部30。該重疊發送部30由變壓器(transformer)或者軛流圈和電容器組合構成，其將串行信號重疊到配線部16。
驅動器2包括重疊接收部20，其通過介入接口部60接收在配線部16上重疊的相勵磁切換信息SCS。該相勵磁切換信息SCS在并行變換部70中被變換成并行信號，相勵磁切換信號CS1，CS2，CS3被輸入到供電切換電路80。與圖21所示現有技術例子相同，供電切換電路80經由6個功率晶體管構成的逆變器電路(未圖示)驅動電動機10。
直流電源15的電源電壓一般是5V，其通過由1根為5V、1根為0V的2根電線構成的配線部16從驅動器2向位置檢測器3的電力接受部17供給。此時，由于2根電源線經過重疊接收部20和重疊發送部30，其中有變壓器或者軛流圈的電感。由于這些電感設定的極小，對直流的影響可忽略。
在電力接受部17的前面，配置了0.1μF左右的電容器7，其防止噪聲進入電力接受部17。在成為接收側的驅動器2前端，配置了與配線部16之特性阻抗的阻抗值相同的終端電阻器6，防止在高速高頻下傳送時成為障礙的傳送線間傳送信號的反射。將電容器5串聯連接到終端電阻器6，只對信號成分的交流成分有效。
在有外來噪聲影響的情況下，由于將傳送線路做成對噪聲強的平衡傳送線路，如果將配線部16的2根電線進行雙絞將更有效。而且，通過將該配線部16的2根電線加上屏蔽，能夠保護傳送線免于外來噪聲的影響。
(第二實施例)
圖2是本發明電動機控制裝置的第二實施例，其是上述第一實施例的更加具體化。
圖2中，本發明的電動機控制裝置由驅動器102、位置檢測器103、和配線部16構成。驅動器102包括直流電源15，通過介入配線部16給位置檢測器103提供電源，電力接受部17成為位置檢測器103的電源。
位置檢測器103內裝了由一個信號線圈部131、在2根的配線部16上連接的2個電源線圈部132，133構成的位置檢測器側變壓器130。驅動器102內裝了由一個信號線圈部121、在2根的配線部16上連接的2個電源線圈部122，123構成的驅動器側變壓器120。位置檢測器側變壓器130和驅動器側變壓器120使用由10mm角左右的E型分割鐵氧體磁芯和繞線管(bobbin)構成的SMD(表面安裝型)類型，是在上述繞線管上將3根電線卷繞數圈至數十圈的結構。上述3根電線中，1根構成信號線圈部131或者121，2根構成電源線圈部132，133或者122，123。
信號線圈部131或者121的電感不十分大時，由于信號不能正確重疊到配線部16進行傳送，有時也存在只讓成為信號線圈部131或者121的1根電線比其余2根電線多卷繞數圈的情況。本實施例中，電源線圈部的2根電線是卷繞8圈，但信號線圈部的電線是卷繞16圈，例如在使用傳送速率5Mbps的曼徹斯特編碼時，實用上要確保必要水平即40μH左右的電感。
直流電源15的電源電壓一般是5V，其通過由1根為5V、1根為0V的2根電線構成的配線部16從驅動器102向位置檢測器103的電力接受部17供給。此時，盡管經過驅動器側變壓器120的電源線圈部122，123和位置檢測器側變壓器130的電源線圈部132，133，但是由于這些電源線圈部的圈數少，直流的影響可忽略。
電動機10是使用所謂的無刷電動機，包括具有永久磁鐵的轉子(未圖示)。位置檢測器103包括位置傳感器(一般使用霍爾IC。以后表示為霍爾IC)11，12，13，檢測電動機10的磁極。該霍爾IC的輸出信號CS1，CS2，CS3被輸入到串行變換部140，得到經串行變換的相勵磁切換信息SCS。該相勵磁切換信息SCS被輸入到接口部150。該接口部150內裝線驅動器(line driver)151，在線驅動器151差動輸出的信號被傳送到位置檢測器側變壓器130的信號線圈部131。相勵磁切換信息SCS是串行變換信息，能夠將現有技術例子中說明的3種信號CS1，CS2，CS3以每隔一定時間作為一個歸納信息進行傳送。圖18中表示了串行變換的相勵磁切換信息的一個例子。
線驅動器151是用于差動輸出的電路，能夠使用市售的接口用IC。傳送到信號線圈部131的相勵磁切換信息SCS通過位置檢測器側變壓器130的電磁感應作用被重疊到電源線圈部132，133。
重疊在電源線圈部132，133的相勵磁切換信息SCS經由配線部16被傳送到驅動器側變壓器120的電源線圈部122，123。該傳送的相勵磁切換信息SCS通過驅動器測變壓器120在信號線圈部121被分離提取到具有線接收器161的接口部160。該串行信號的相勵磁切換信息SCS被輸入到并行變換器170進行串行-并行變換，將無刷電動機控制中必需的并行信號即相勵磁變換檢測信號CS1，CS2，CS3輸入到供電切換電路180。線接收器161是用于差動輸入的電路，能夠使用市售的接口用IC。供電切換電路180經由6個功率晶體管構成的逆變器電路(未圖示)驅動電動機10。
在電力接受部17的前面，配置了0.1μF左右的電容器7，其防止噪聲進入電力接受部17。在成為接收側的驅動器2前端，配置了與配線部16之特性阻抗的阻抗值相同的終端電阻器6，防止在高速高頻下傳送時成為障礙的傳送線之間傳送信號的反射。作為終端電阻器6，使用與此次使用電纜之特性阻抗值相同的100Ω。但是，本實施例中，由于電源上使用直流電壓，將電容器5串聯連接到終端電阻器6，只對信號成分的交流成分有效。只有終端電阻器6時，電阻器6發熱，傳送波形不能傳送。
在有外來噪聲影響的情況下，由于將傳送線路做成對噪聲為強的平衡傳送線路，如果將配線部16的2根電線進行雙絞將更有效。而且，通過將該配線部16的2根電線加上屏蔽，能夠保護傳送線免于外來噪聲的影響。
圖3是有關本發明電動機控制裝置的第二實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
圖3將圖2中包含線驅動器151的接口部150和包含線接收器161的接口部160換成包含可雙向接收發送之收發器156，166的接口部155，165。而且，不同的是，在位置檢測器105中還配置終端電阻器9。收發器156，166是用于雙向差動輸入輸出的電路，可使用市售的接口用IC。
與圖2中從位置檢測器103單方向傳送到驅動器102的情況相反，圖3能夠將來自驅動器104的控制信號CNT傳送到位置檢測器105。控制信號CNT是在高功能型中所必需的信號，用于將驅動器104相勵磁切換信息SCS的接收時刻調整到與位置檢測器105上的發送通信同步。
圖4是有關本發明電動機控制裝置的第二實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
與圖2相比，圖4的不同是將用于獲得細微位置信息的相勵磁切換信號CS1，CS2，CS3作為模擬電壓信號輸出，還配置了用于A/D變換的A/D變換部190。數字變換后的3種相勵磁切換數字信號AD1，AD2，AD3進一步在串行變換部145進行并行-串行變換，并作為相勵磁切換A/D變換信息SAD發送。而且，具有上述細微位置信息的相勵磁切換A/D變換信息SAD在驅動器106的并行變換部175上通過串行-并行變換成為3種相勵磁切換數字信號AD1，AD2，AD3，并輸入到供電切換電路180。
圖5是有關本發明電動機控制裝置的第二實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
圖5是上述圖3和圖4的組合，位置檢測器109包括A/D變換部190，接口部159包含可雙方向接收發送的收發器(未圖示)。驅動器108的接口部169包含可雙方向接收發送的收發器(未圖示)。由此可將來自驅動器108的控制信號CNT傳送到位置檢測器109。控制信號CNT能夠將驅動器108的相勵磁切換A/D變換信息SAD的接收時刻調整到與位置檢測器109上的發送通信同步。
圖19到圖21記載了本實施例中生成無刷電動機相勵磁切換信號的霍爾IC(霍爾元件)的配置例子，分別表示了3個霍爾IC以120°間隔配置的結構例子(圖19)，2個霍爾IC以120°間隔配置的結構例子(圖20)，和2個霍爾IC以90°間隔配置的結構例子(圖21)。能夠適當選擇采用這些霍爾IC的配置結構。
(第三實施例)
圖6是本發明電動機控制裝置的第三實施例，是上述第一實施例的更加具體化。
圖6中，本發明的電動機控制裝置由驅動器202、位置檢測器203、和配線部16構成。驅動器202包括直流電源15，通過介入配線部16給位置檢測器203提供電源，電力接受部17成為位置檢測器203的電源。
位置檢測器203內裝了2個耦合電容器233，234，和包括在2根的配線部16上所連接的2個電源線圈部231，232的位置檢測器側軛流線圈230。驅動器202內裝了2個耦合電容器223，224，和包括在2根的配線部16上所連接的2個電源線圈部221，222的驅動器側軛流線圈220。軛流線圈220和230使用由E型或角型分割型鐵氧體磁芯和繞線管(bobbin)構成的SMD(表面安裝型)類型，是在上述繞線管上將2根電線卷繞數圈至數十圈的結構。
為了將信號正確地重疊到一對(2根)線的配線部16上進行傳送，位置檢測器側的耦合電容器233，234和驅動器側的耦合電容器223，224的靜電電容有必要確保足夠大的電容，有時靜電電容值也不用關注傳送線長度的情況。
直流電源15的電源電壓一般是5V，其通過由1根為5V、1根為0V的2根電線構成的配線部16被從驅動器202提供給位置檢測器203的電力接受部17。此時，盡管經過驅動器側軛流線圈220的電源線圈部221，222和位置檢測器側軛流線圈230的電源線圈部231，232，但是由于這些電源線圈部的圈數少，直流的影響可忽略。
電動機10是使用所謂的無刷電動機，安裝了具有永久磁鐵的轉子(未圖示)。位置檢測器203安裝了位置傳感器(一般使用霍爾IC。以后表示為霍爾IC)11，12，13，檢測電動機10的磁極。該霍爾IC的輸出信號CS1，CS2，CS3被輸入到串行變換部240，得到變換成串行信號的相勵磁切換信息SCS。該相勵磁切換信息SCS被輸入到接口部250。該接口部250內裝線驅動器(line driver)251，在線驅動器251差動輸出的信號被傳送到位置檢測器側的耦合電容器233，234。相勵磁切換信息SCS是串行變換信息，能夠將現有技術例子中說明的3種信號CS1，CS2，CS3以每隔一定時間作為一個歸納信息進行傳送。圖18表示了串行變換的相勵磁切換信息的一個例子。
線驅動器251是用于差動輸出的電路，能夠使用市售的接口用IC。傳送到耦合電容器233，234的相勵磁切換信息SCS通過耦合電容器233，234的耦合電容被重疊到配線部16。
重疊在2根線配線部16的相勵磁切換信息SCS通過2個驅動器側耦合電容器223，224被分離提取到具有線接收器261的接口部260。該串行信號的相勵磁切換信息SCS被輸入到并行變換器270進行串行-并行變換，將無刷電動機控制中必需的并行信號即相勵磁變換檢測信號CS1，CS2，CS3輸入到供電切換電路280。線接收器261是用于差動輸入的電路，能夠使用市售的接口用IC。供電切換電路280經由6個功率晶體管構成的逆變器電路(未圖示)驅動電動機10。
在電力接受部17的前面，配置了0.1μF左右的電容器7，其防止噪聲進入電力接受部17。在成為接收側的驅動器202的前端，配置了與配線部16之特性阻抗的阻抗值相同的終端電阻器6，防止在高速高頻下傳送時成為障礙的傳送線之間傳送信號的反射。作為終端電阻器6，使用與此次使用電纜之特性阻抗值相同的100Ω。但是，本實施例中，由于電源上使用直流電壓，將電容器5串聯連接到終端電阻器6，只對信號成分的交流成分有效。只有終端電阻器6時，電阻器發熱，傳送波形不能傳送。
在有外來噪聲影響的情況下，由于將傳送線路做成對噪聲為強的平衡傳送線路，如果將配線部16的2根電線進行雙絞將更有效。而且，通過將該配線部16的2根電線加上屏蔽，能夠保護傳送線免于外來噪聲的影響。
圖7是有關本發明電動機控制裝置的第三實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
圖7將圖6中包含線驅動器251的接口部250和包含線接收器261的接口部260換成包含可雙向接收發送之收發器256，266的接口部255，265。而且，不同的是，在位置檢測器205中還配置終端電阻器9。收發器256，266是用于雙向差動輸入輸出的電路，可使用市售的接口用IC。
與圖6中從位置檢測器203單方向傳送到驅動器202的情況相反，圖7能夠將來自驅動器204的控制信號CNT傳送到位置檢測器205。控制信號CNT是在高功能型中所必需的信號，用于將驅動器204相勵磁切換信息SCS的接收時刻調整到與位置檢測器205上的發送通信同步。
圖8是有關本發明電動機控制裝置第三實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
與圖6相比，圖8的不同是將用于獲得細微位置信息的相勵磁切換信號CS1，CS2，CS3作為模擬電壓信號輸出，還配置了用于A/D變換的A/D變換部290。數字變換后的3種相勵磁切換數字信號AD1，AD2，AD3進一步在串行變換部245進行并行-串行變換，并作為相勵磁切換A/D變換信息SAD發送。而且，具有上述細微位置信息的相勵磁切換A/D變換信息SAD在驅動器206的并行變換部275上通過串行-并行變換成為3種相勵磁切換數字信號AD1，AD2，AD3，并輸入到供電切換電路280。
圖9是有關本發明電動機控制裝置第三實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
圖9是上述圖7和圖8的組合，位置檢測器209安裝了A/D變換部290，接口部259包含可雙向接收發送的收發器(未圖示)。驅動器208的接口部269包含可雙向接收發送的收發器(未圖示)。由此可將來自驅動器208的控制信號CNT傳送到位置檢測器209。控制信號CNT能夠將驅動器208的相勵磁切換A/D變換信息SAD的接收時刻調整到與位置檢測器209上的發送通信同步。
圖19到圖21記載了本實施例中生成無刷電動機相勵磁切換信號的霍爾IC(霍爾元件)的配置例子，分別表示了3個霍爾IC以120°間隔配置的結構例子(圖19)，2個霍爾IC以120°間隔配置的結構例子(圖20)，和2個霍爾IC以90°間隔配置的結構例子(圖21)。能夠適當選擇采用這些霍爾IC的配置結構。
(第四實施例)圖10是本發明電動機控制裝置的第四實施例，其是上述第一實施例的更加具體化。
圖10中，本發明的電動機控制裝置由驅動器302、位置檢測器303、和配線部16構成。驅動器302包括直流電源15，通過介入配線部16給位置檢測器303提供電源，電力接受部17成為位置檢測器303的電源。
位置檢測器303內裝了2個耦合電容器333，334，和包括在2根線配線部16上所連接的2個電源線圈部331，332的位置檢測器側軛流線圈330。驅動器302內裝了由1個信號線圈部321，和在2根線配線部16上所連接的2個電源線圈部322，323構成的驅動器側變壓器320。驅動器側變壓器320使用由10mm角左右的E型分割鐵氧體磁芯和繞線管(bobbin)構成的SMD(表面安裝型)類型，是在上述繞線管上將3根電線卷繞數圈至數十圈的結構。上述3根電線中，1根構成信號線圈部321，2根構成電源線圈部322，323。
信號線圈部321的電感不十分大時，由于信號不能正確重疊到配線部16進行傳送，有時也存在只讓成為信號線圈部321的1根電線比其余2根電線多卷繞數圈的情況。本實施例中，電源線圈部的2根電線是卷繞8圈，但信號線圈部的電線是卷繞16圈，例如在使用傳送速率5Mbps的曼徹斯特編碼時，實用上要確保必要水平即40μH左右的電感。
直流電源15的電源電壓一般是5V，其通過由1根為5V、1根為0V的2根電線構成的配線部16從驅動器302向位置檢測器303的電力接受部17供給。此時，盡管成為經過驅動器側變壓器320的電源線圈部322，323和位置檢測器側軛流線圈330的電源線圈部331，332，但是由于這些電源線圈部的圈數少，直流的影響可忽略。
為了將信號正確地重疊傳送到一對(2根)線的配線部16上，位置檢測器側的耦合電容器333，334的靜電電容有必要確保是足夠大的電容，有時靜電電容值也不用關注傳送線長度的情況。
電動機10是使用所謂的無刷電動機，安裝了具有永久磁鐵的轉子(未圖示)。位置檢測器303安裝了位置傳感器(一般使用霍爾IC。以后表示為霍爾IC)11，12，13，檢測電動機10的磁極。該霍爾IC的輸出信號CS1，CS2，CS3被輸入到串行變換部340，得到變換成串行信號的相勵磁切換信息SCS。該相勵磁切換信息SCS被輸入到接口部350。該接口部350內裝線驅動器(line driver)351，在線驅動器351差動輸出的信號被傳送到位置檢測器側的耦合電容器333，334。相勵磁切換信息SCS是串行變換信息，能夠將現有技術例子中說明的3種信號CS1，CS2，CS3以每隔一定時間作為一個歸納信息進行傳送。圖18中表示了串行變換的相勵磁切換信息的一個例子。
線驅動器351是用于差動輸出的電路，能夠使用市售的接口用IC。傳送到耦合電容器333，334的相勵磁切換信息SCS通過耦合電容器333，334的耦合電容被重疊到配線部16。
重疊在2根線配線部16的相勵磁切換信息SCS被傳送到驅動器側變壓器320的電源線圈部322，323。該傳送的相勵磁切換信息SCS通過驅動器側變壓器320在信號線圈部321被分離提取到具有線接收器361的接口部360。該串行信號即相勵磁切換信息SCS被輸入到并行變換部370進行串行-并行變換，無刷電動機控制必需的并行信號即相勵磁變換檢測信號CS1，CS2，CS3輸入到供電切換電路380。線接收器361是用于差動輸入的電路，能夠使用市售的接口用IC。供電切換電路380經由6個功率晶體管構成的逆變器電路(未圖示)驅動電動機10。
在電力接受部17的前面，配置了0.1μF左右的電容器7，其防止噪聲進入電力接受部17。在成為接收側的驅動器302的前端，配置了與配線部16之特性阻抗的阻抗值相同的終端電阻器6，防止在高速高頻下傳送時成為障礙的傳送線之間傳送信號的反射。作為終端電阻器6，使用與此次使用電纜之特性阻抗值相同的100Ω。但是，本實施例中，由于電源上使用直流電壓，將電容器5串聯連接到終端電阻器6，只對信號成分的交流成分有效。只有終端電阻器6時，電阻器發熱，傳送波形不能傳送。
在有外來噪聲影響的情況下，由于將傳送線路做成對噪聲為強的平衡傳送線路，如果將配線部16的2根電線進行雙絞將更有效。而且，通過將該配線部16的2根電線加上屏蔽，能夠保護傳送線免于外來噪聲的影響。
圖11是有關本發明電動機控制裝置第四實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
圖11將圖10中包含線驅動器351的接口部350和包含線接收器361的接口部360換成包含可雙向接收發送之收發器356，366的接口部355，365。而且，不同的是，在位置檢測器305中還配置終端電阻器9。收發器356，366是用于雙向差動輸入輸出的電路，可使用市售的接口用IC。
與圖10中從位置檢測器303單方向傳送到驅動器302的情況相反，圖11能夠將來自驅動器304的控制信號CNT傳送到位置檢測器305。控制信號CNT是在高功能型中所必需的信號，用于將驅動器304相勵磁切換信息SCS的接收時刻調整到與位置檢測器305上的發送通信同步。
圖12是有關本發明電動機控制裝置第四實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
與圖10相比，圖12的不同是將用于獲得細微位置信息的相勵磁切換信號CS1，CS2，CS3作為模擬電壓信號輸出，還配置了用于A/D變換的A/D變換部390。數字變換后的3種相勵磁切換數字信號AD1，AD2，AD3進一步在串行變換部345進行并行-串行變換，并作為相勵磁切換A/D變換信息SAD發送。而且，具有上述細微位置信息的相勵磁切換A/D變換信息SAD在驅動器306的并行變換部375上通過串行-并行變換成為3種相勵磁切換數字信號AD1，AD2，AD3，并輸入到供電切換電路380。
圖13是有關本發明電動機控制裝置第四實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
圖13是上述圖11和圖12的組合，位置檢測器309安裝了A/D變換部390，接口部359包含可雙向接收發送的收發器(未圖示)。驅動器308的接口部369包含可雙向接收發送的收發器(未圖示)。由此可將來自驅動器308的控制信號CNT傳送到位置檢測器309。控制信號CNT能夠將驅動器308的相勵磁切換A/D變換信息SAD的接收時刻調整到與位置檢測器309上的發送通信同步。
圖19到圖21記載了本實施例中生成無刷電動機相勵磁切換信號的霍爾IC(霍爾元件)的配置例子，分別表示了3個霍爾IC以120°間隔配置的結構例子(圖19)，2個霍爾IC以120°間隔配置的結構例子(圖20)，和2個霍爾IC以90°間隔配置的結構例子(圖21)。能夠適當選擇采用這些霍爾IC的配置結構。
(第五實施例)圖14是本發明電動機控制裝置的第五實施例，是上述第一實施例的更加具體化。
圖14中，本發明的電動機控制裝置由驅動器402、位置檢測器403、和配線部16構成。驅動器402包括直流電源15，通過介入配線部16給位置檢測器403提供電源，電力接受部17成為位置檢測器403的電源。
位置檢測器403內裝了包括1個信號線圈部431和在2根線配線部16上所連接的2個電源線圈部432，433的位置檢測器側變壓器430。驅動器402內裝了2個耦合電容器423，424，和包括在2根線配線部16上連接的2個電源線圈部421，422的驅動器側軛流線圈420。位置檢測器側變壓器430使用由10mm左右的E型分割鐵氧體磁芯和繞線管(bobbin)構成的SMD(表面安裝型)類型，是在上述繞線管上將3根電線卷繞數圈至數十圈的結構。上述3根電線中，1根構成信號線圈部431，2根構成電源線圈部432，433。
信號線圈部431的電感不十分大時，由于信號不能正確重疊到配線部16進行傳送，有時也存在只讓成為信號線圈部431的1根電線比其余2根電線多卷繞數圈的情況。本實施例中，電源線圈部的2根電線是卷繞8圈，但信號線圈部的電線是卷繞16圈，例如在使用傳送速率5Mbps的曼徹斯特編碼時，實用上要確保必要水平即40μH左右的電感。
為了將信號正確地重疊傳送到一對(2根)線的配線部16上，驅動器側的耦合電容器423，424的靜電電容有必要確保是足夠大的電容，有時靜電電容值也不用關注傳送線長度的情況。
直流電源15的電源電壓一般是5V，其通過由1根為5V、1根為0V的2根電線構成的配線部16從驅動器402向位置檢測器403的電力接受部17供給。此時，盡管成為經過驅動器側軛流線圈420的電源線圈部421，422和位置檢測器側變壓器430的電源線圈部432，433，但是由于這些電源線圈部的圈數少，直流的影響可忽略。
電動機10是使用所謂的無刷電動機，安裝了具有永久磁鐵的轉子(未圖示)。位置檢測器403安裝了位置傳感器(一般使用霍爾IC。以后表示為霍爾IC)11，12，13，檢測電動機10的磁極。該霍爾IC的輸出信號CS1，CS2，CS3被輸入到串行變換部440，得到變換成串行信號的相勵磁切換信息SCS。該相勵磁切換信息SCS被輸入到接口部450。該接口部450內裝線驅動器(line driver)451，在線驅動器451差動輸出的信號被傳送到位置檢測器側變壓器430的信號線圈部431。相勵磁切換信息SCS是串行變換信息，能夠將現有技術例子中說明的3種信號CS1，CS2，CS3以每隔一定時間作為一個歸納信息進行傳送。圖18表示了串行變換的相勵磁切換信息的一個例子。
線驅動器451是用于差動輸出的電路，能夠使用市售的接口用IC。傳送到信號線圈部431的相勵磁切換信息SCS通過位置檢測器側變壓器430的電磁感應作用被重疊到電源線圈部432，433。
重疊在電源線圈部432，433上的相勵磁切換信息SCS通過經由配線部16的2個驅動器側耦合電容器423，424被分離提取到具有線接收器461的接口部460。該串行信號即相勵磁切換信息SCS被輸入到并行變換器470進行串行-并行變換，將無刷電動機控制中必需的并行信號即相勵磁變換檢測信號CS1，CS2，CS3輸入到供電切換電路480。線接收器461是用于差動輸入的電路，能夠使用市售的接口用IC。供電切換電路480經由6個功率晶體管構成的逆變器電路(未圖示)驅動電動機10。
在電力接受部17的前面，配置了0.1μF左右的電容器7，其防止噪聲進入電力接受部17。在成為接收側的驅動器402的前端，配置了與配線部16之特性阻抗的阻抗值相同的終端電阻器6，防止在高速高頻下傳送時成為障礙的傳送線之間傳送信號的反射。作為終端電阻器6，使用與此次使用電纜之特性阻抗值相同的100Ω。但是，本實施例中，由于電源上使用直流電壓，將電容器5串聯連接到終端電阻器6，只對信號成分的交流成分有效。只有終端電阻器6時，電阻器發熱，傳送波形不能傳送。
在有外來噪聲影響的情況下，由于將傳送線路做成對噪聲為強的平衡傳送線路，如果將配線部16的2根電線進行雙絞將更有效。而且，通過將該配線部16的2根電線加上屏蔽，能夠保護傳送線免于外來噪聲的影響。
圖15是有關本發明電動機控制裝置第五實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
圖15將圖14中包含線驅動器451的接口部450和包含線接收器461的接口部460換成包含可雙向接收發送之收發器456，466的接口部455，465。而且，不同的是，在位置檢測器405中還配置終端電阻器9。收發器456，466是用于雙向差動輸入輸出的電路，可使用市售的接口用IC。
與圖14中從位置檢測器403單方向傳送到驅動器402的情況相反，圖15能夠將來自驅動器404的控制信號CNT傳送到位置檢測器405。控制信號CNT是在高功能型中所必需的信號，是用于將驅動器404相勵磁切換信息SCS的接收時刻調整到與位置檢測器105上的發送通信同步。
圖16是有關本發明電動機控制裝置第五實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
與圖14相比，圖16的不同是將用于獲得細微位置信息的相勵磁切換信號CS1，CS2，CS3作為模擬電壓信號輸出，還配置了用于A/D變換的A/D變換部490。數字變換后的3種相勵磁切換數字信號AD1，AD2，AD3還在串行變換部445進行并行-串行變換，并作為相勵磁切換A/D變換信息SAD發送。而且，具有上述細微位置信息的相勵磁切換A/D變換信息SAD在驅動器406的并行變換部475上通過串行-并行變換成為3種相勵磁切換數字信號AD1，AD2，AD3，并輸入到供電切換電路180。
圖17是有關本發明電動機控制裝置第五實施例的其它實施方式，是上述第一實施例的更加具體化。
圖17是上述圖15和圖16的組合，位置檢測器409安裝了A/D變換部490，接口部459包含可雙向接收發送的收發器(未圖示)。驅動器408的接口部469包含可雙向接收發送的收發器(未圖示)。由此可將來自驅動器408的控制信號CNT傳送到位置檢測器409。控制信號CNT能夠將驅動器408的相勵磁切換A/D變換信息SAD的接收時刻調整到與位置檢測器409上的發送通信同步。
圖19到圖21記載了本實施例中生成無刷電動機相勵磁切換信號的霍爾IC(霍爾元件)的配置例子，分別表示了3個霍爾IC以120°間隔配置的結構例子(圖19)，2個霍爾IC以120°間隔配置的結構例子(圖20)，和2個霍爾IC以90°間隔配置的結構例子(圖21)。能夠適當選擇采用這些霍爾IC的配置結構。
權利要求
1.一種電動機控制裝置，包括具有用于檢測電動機磁極的位置傳感器的位置檢測器、用于驅動所述電動機的驅動器、和由所述驅動器向所述位置檢測器提供電源電壓的配線部，其特征在于，所述位置檢測器包括在所述配線部的一端所連接的重疊波發送部；將所述位置傳感器的信號變換成串行信號的串行變換部；介入在所述串行變換部和所述重疊波發送部之間的位置檢測器側接口部；所述驅動器包括直流電源；在所述直流電源和所述配線部的另一端之間連接的重疊波接收部；將所述串行信號變換到并行信號的并行變換部；介入在所述重疊波接收部和所述并行變換部之間的驅動器側接口部；用所述并行信號驅動的供電切換電路；在此，所述串行信號重疊到所述配線部后進行傳送，所述供電切換電路進行用于驅動所述電動機的相勵磁切換。
2.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述重疊波發送部包含位置檢測器側變壓器，所述位置檢測器側變壓器包括被連接到所述配線部一端的電源線圈部和被連接到所述位置檢測器側接口部的信號線圈部；所述重疊波接收部包含驅動器側變壓器，所述驅動器側變壓器包括被連接到所述配線部另一端的電源線圈部和被連接到所述驅動器側接口部的信號線圈部。
3.根據權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述檢測器側接口部包含發送電路，所述驅動器側接口部包含接收電路，所述串行信號由所述位置檢測器單方向傳送到所述驅動器。
4.根據權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述檢測器側接口部和所述驅動器側接口部都包含收發器，在所述串行信號由所述位置檢測器被傳送到所述驅動器的同時，用于調整通信同步的控制信號由所述驅動器被傳送到所述位置檢測器。
5.根據權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還具有A/D變換部，所述位置傳感器的信號經數字變換后，被輸入到所述串行變換部。
6.根據權利要求5所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置傳感器是3個或者2個霍爾元件，以120°間隔配置。
7.根據權利要求5所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置傳感器是2個霍爾元件，以90°間隔配置。
8.根據權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還具有電力接受部，所述位置檢測器側變壓器的電源線圈部串聯插入在所述配線部和所述電力接受部之間的正極和負極上，所述電力接受部構成所述位置檢測器的電源。
9.根據權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器側變壓器的電源線圈部串聯插入在所述直流電源的正極和負極上。
10.根據權利要求8所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還包括被并聯連接到所述電力接受部的電容器。
11.根據權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括被并聯連接到所述直流電源的電容器。
12.根據權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括具有與所述配線部之特性阻抗相等阻抗值的電阻器，所述電阻器與所述配線部并聯連接。
13.根據權利要求12所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括與所述電阻器串聯連接的電容器。
14.根據權利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述配線部由雙絞的2根電線或者帶有屏蔽的雙絞線的任何一個構成。
15.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述重疊波發送部包括被連接到所述配線部一端的檢測器側軛流線圈、和被連接在所述配線部的一端與所述位置檢測器側接口部之間的檢測器側耦合電容器；所述重疊波接收部包括在所述直流電源與所述配線部的另一端之間連接的驅動器側軛流線圈、和在所述配線部的另一端與所述驅動器側接口部之間連接的驅動器側耦合電容器。
16.根據權利要求15所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述檢測器側接口部包含發送電路，所述驅動器側接口部包含接收電路，所述串行信號從所述位置檢測器單方向傳送到所述驅動器。
17.根據權利要求15所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述檢測器側接口部和所述驅動器側接口部都包含收發器，在所述串行信號從所述位置檢測器被傳送到所述驅動器的同時，用于調整通信同步的控制信號從所述驅動器被傳送到所述位置檢測器。
18.根據權利要求15所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還具有A/D變換部，所述位置傳感器的信號經數字變換后，被輸入到所述串行變換部。
19.根據權利要求18所述的電動機控制裝置，特征在于，所述位置傳感器是3個或者2個霍爾元件，以120°間隔配置。
20.根據權利要求18所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置傳感器是2個霍爾元件，以90°間隔配置。
21.根據權利要求15的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還具有電力接受部，所述位置檢測器側軛流線圈串聯插入在所述配線部和所述電力接受部之間的正極和負極上，所述電力接受部構成所述位置檢測器的電源。
22.根據權利要求15所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器側軛流線圈串聯插入在所述直流電源的正極和負極上。
23.根據權利要求21所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還包括被并聯連接到所述電力接受部的電容器。
24.根據權利要求15所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括被并聯連接到所述直流電源的電容器。
25.根據權利要求15所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括具有與所述配線部之特性阻抗相等阻抗值的電阻器，所述電阻器與所述配線部并聯連接。
26.根據權利要求25所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括與所述電阻器串聯連接的電容器。
27.根據權利要求15所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述配線部由雙絞的2根電線或者帶有屏蔽的雙絞線的任何一個構成。
28.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述重疊波發送部包括被連接到所述配線部一端的檢測器側軛流線圈、和被連接在所述配線部的一端與所述位置檢測器側接口部之間的檢測器側耦合電容器；所述重疊波接收部包含驅動器側變壓器，所述驅動器側變壓器包括被連接到所述配線部另一端的電源線圈部和被連接到所述驅動器側接口部的信號線圈部。
29.根據權利要求28所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述檢測器側接口部包含發送電路，所述驅動器側接口部包含接收電路，所述串行信號從所述位置檢測器單方向傳送到所述驅動器。
30.根據權利要求28所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述檢測器側接口部和所述驅動器側接口部都包含收發器，在所述串行信號從所述位置檢測器被傳送到所述驅動器的同時，用于調整通信同步的控制信號從所述驅動器被傳送到所述位置檢測器。
31.根據權利要求28所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還具有A/D變換部，所述位置傳感器的信號經數字變換后，被輸入到所述串行變換部。
32.根據權利要求31所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置傳感器是3個或者2個霍爾元件，以120°間隔配置。
33.根據權利要求31所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置傳感器是2個霍爾元件，以90°間隔配置。
34.根據權利要求28所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還具有電力接受部，所述位置檢測器側軛流線圈串聯插入在所述配線部和所述電力接受部之間的正極和負極上，所述電力接受部構成所述位置檢測器的電源。
35.根據權利要求28所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器側變壓器的電源線圈部串聯插入在所述直流電源的正極和負極上。
36.根據權利要求34的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還包括被并聯連接到所述電力接受部的電容器。
37.根據權利要求28所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括被并聯連接到所述直流電源的電容器。
38.根據權利要求28所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括具有與所述配線部之特性阻抗相等阻抗值的電阻器，所述電阻器與所述配線部并聯連接。
39.根據權利要求38所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括與所述電阻器串聯連接的電容器。
40.根據權利要求28所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述配線部由雙絞的2根電線或者帶有屏蔽的雙絞線的任何一個構成。
41.根據權利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述重疊波發送部包含位置檢測器側變壓器，所述位置檢測器側變壓器包括被連接到所述配線部一端的電源線圈部和被連接到所述位置檢測器側接口部的信號線圈部；所述重疊波接收部包括在所述直流電源與所述配線部的另一端之間連接的驅動器側軛流線圈、和在所述配線部的另一端與所述驅動器側接口部之間連接的驅動器側耦合電容器。
42.根據權利要求41所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述檢測器側接口部包含發送電路，所述驅動器側接口部包含接收電路，所述串行信號從所述位置檢測器單方向傳送到所述驅動器。
43.根據權利要求41所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述檢測器側接口部和所述驅動器側接口部都包含收發器，在所述串行信號從所述位置檢測器被傳送到所述驅動器的同時，用于調整通信同步的控制信號從所述驅動器被傳送到所述位置檢測器。
44.根據權利要求41所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還具有A/D變換部，所述位置傳感器的信號經數字變換后，被輸入到所述串行變換部。
45.根據權利要求44所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置傳感器是3個或者2個霍爾元件，以120°間隔配置。
46.根據權利要求44所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置傳感器是2個霍爾元件，以90°間隔配置。
47.根據權利要求41所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還具有電力接受部，所述位置檢測器側變壓器的電源線圈部串聯插入在所述配線部和所述電力接受部之間的正極和負極上，所述電力接受部構成所述位置檢測器的電源。
48.根據權利要求41所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器側軛流線圈串聯插入在所述直流電源的正極和負極上。
49.根據權利要求47所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述位置檢測器還包括被并聯連接到所述電力接受部的電容器。
50.根據權利要求41所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括被并聯連接到所述直流電源的電容器。
51.根據權利要求41所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括具有與所述配線部之特性阻抗相等阻抗值的電阻器，所述電阻器與所述配線部并聯連接。
52.根據權利要求51所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述驅動器還包括與所述電阻器串聯連接的電容器。
53.根據權利要求41所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述配線部由雙絞的2根電線或者帶有屏蔽的雙絞線的任何一個構成。
全文摘要
本發明提供一種電動機控制裝置，由具有用于檢測電動機磁極的位置傳感器的位置檢測器、用于驅動電動機的驅動器、將電源電壓從驅動器向位置檢測器供給的配線部構成。位置檢測器包括被連接到配線部一端的重疊波發送部和將位置傳感器的信號變換成串行信號的串行變換部。驅動器包括被連接到配線部另一端的重疊波接收部和將串行信號變換成并行信號的并行變換部。由此將用于驅動電動機的相勵磁切換信息重疊在一對(2根)線的配線部上后進行傳送。
文檔編號H02P6/16GK1578102SQ20041002875
公開日2005年2月9日 申請日期2004年3月15日 優先權日2003年7月16日
發明者山崎浩一, 龜田晃史 申請人:松下電器產業株式會社