CN1086520C - 三相无刷伺服电动机 - Google Patents

Abstract

一种三相元刷伺服电动机，其特征是，磁铁单元在三相无刷伺服电动机中以转速旋转时，按照霍耳效应在三个霍耳装置中产生三相交流电信号。每个交流电信号中的直线上升部分和直线下降部分的倾角表示磁铁单元的转速，直线上升部分和直线下降部分从三相交流电信号抽出，产生间接表示转速的第一波形经加工的信号，第一波形经加工的信号经过微分产生直接表示转速的第二波形经加工的信号。因而，电动机转速可以保持在目标转速无需任何转速探测编码器。

Description

三相无刷伺服电动机

本发明一般涉及一种三相无刷伺服电动机，而更具体的涉及一种其中进行伺服控制以控制转速不易受干扰变化。

在三相无刷伺服电动机中的转速(或转数)随扰动而改变。因此，传统三相无刷伺服电动机的转速总是用一个转速探测编码器来检测，并对施加在传统三相无刷伺服电动机上的电动机线圈电压进行控制以把转速调定到常值。

图1是传统三相无刷伺服电动机系统的立体图。

如图1所示，传统三相无刷伺服电动机10包括：

一个三相无刷伺服电动机11；

一个转速探测编码器21，用以检测表示三相无刷伺服电动机11中的特定转速的转速信号Sr；

一个连接装置31，用以连接三相无刷伺服电动机11与转速探测编码器21；

一个频率到电压转换单元32，用以将由转速探测编码器21探测到的转速信号Sr的脉冲频率转换为转换后的转速信号Sc，该信号Sc表明不变电压值取决于特定转速的值；以及

一个电动机驱动电路33用以将一个表示电动机线圈电压的电动机线圈电压信号Sv施加到三相无刷伺服电动机11以将特定的转速控制到目标转速值，Sv的值按照由频率到电压转换单元32传输来的转换过的转速信号Sc和由三相无刷伺服电动机11传输来的定时信号St来决定。

三相无刷伺服电动机11包括：

一个轴12通过连接装置31连接到三相无刷伺服电动机11与转速探测编码器21；

一个包括N极和S极在外侧交错的若干磁铁呈扇形安排在轴12周围的磁铁单元13；

三个电动机线圈14(14a、14b、14c)，围绕轴12，互相间电气角为120°，用以使磁铁单元13按照从电动机驱动电路33输出的电动机线圈电压信号Sv所引起的电磁效应绕轴12旋转；

一个背轭15罩住磁铁单元13；以及

三个霍耳装置16(16a、16b、16c)围绕轴12，互相间电气角为120°，用以按照由霍耳装置16和磁铁单元13间的互相作用所引起的霍耳效应感生出一个由相位互相错开电气角为120°的第一个交流电压信号、第二个交流电压信号和第三个交流电压信号所组成的三相交流电压信号，并向电动机驱动电路33输出所述三相交流电压信号作为定时信号St。

转速探测编码器21包括：

通过轴12随磁铁单元13一起转动的转盘22；

转盘22中围绕轴12呈圆周安排的一组缝23；

发光器件24，安排在转盘22上，用以发光以通过各缝23间歇地传出光线；

受光装置25，安排在转盘22下，用以接收通过各缝23间歇地传出的光线并产生来自光束许多有规则间歇的脉冲的转速信号Sr，脉冲的频率表示由转速信号Sr表明的特定的转速。

在上述结构中，当一个电动机线圈电压信号Sv从电动机驱动电路33施加到电动机线圈14时，磁铁单元13根据电磁效应以对应于由电动机线圈电压信号Sv所指示的电动机线圈电压的特定转速进行旋转。磁铁单元13的旋转通过轴12传输到转速探测编码器21，而转盘22以与磁铁单元13同样的特定转速旋转。因此，从发光器件24通过缝23发射到受光装置25的光以预先规定的时间间隔遮断，以规定的时间间隔产生许多通过缝23传输的光束，使在转速探测编码器21得到如图2(a)所示的转速信号Sr。在转速信号Sr中，以相应于特定转速的特定频率安排有许多脉冲。之后一个表示相应于磁铁单元13的特定转速的恒定电压的转换过的转速信号Sc由转速信号Sr产生在频率到电压转换单元32中，并输出到电动机驱动电路33。转换过的转速信号Sc如图2(b)所示。

同样，在磁铁单元13以特定转速旋转时，按照与磁铁单元13交互作用引起的霍耳效应在每个霍耳元件中感应出一个电位差，每当磁铁单元13的N或S极经过霍耳元件16时所述电位差的电平就发生变化，而且在霍耳元件16中产生相位相差各120°电气角的三个交流电压作为三个交流电压信号Sav1、Sav2、Sav3，而且一个由这三个交流电压信号构成的三相交流电压信号施加到电动机驱动电路33作为定时设定信号St。定时设定信号St的波形图如图2(c)所示。

之后，在电动机驱动电路33中，要施加到电动机线圈14的电动机线圈电压的定时按三相交流电压调整，而电动机线圈电压的电平按转换过的转速信号Sc调整。表示电动机线圈电压的电动机线圈电压Sv信号如图2(d)、2(e)、2(f)所示。如果转换过的转速信号Sc表示目标转速值，如图2(d)所示，则表示标准电动机线圈电压的电动机线圈电压信号Sv由电动机驱动电路33输出到电动机线圈14以使磁铁单元13以同样的特定转速旋转。然而，如果三相无刷伺服电动机11中的转速因扰动而变化，则转换过的转速信号Sc不表示目标转速值。如果转换过的转速信号Sc表示高于目标转速值的特定转速，则需要将磁铁单元13的转速减低。因此，如图2(e)所示，表示低于标准的电动机线圈电压的电动机线圈电压信号Sv由电动机驱动电路33输出到电动机线圈14以使磁铁单元13以低于特定转速的转速旋转。相反，如果转换后的转速信号Sc表示低于目标转速值的特定转速，则需要将磁铁单元13的转速提高。因此，如图2(f)所示，表示高于标准的电动机线圈电压的电动机线圈电压Sv由电动机驱动电路33输出到电动机线圈14以使磁铁单元13以高于特定转速的转速旋转。

因而，因为磁铁单元13的转速通过用转速探测编码器21、频率到电压转换单元32与电动机驱动电路33控制到目标转速值，故三相无刷伺服电动机11中的转速可以保持在常值。

然而，要控制磁铁单元13的转速，需要转速探测编码器21。因而，因为转速探测编码器21很贵，就有一个传统三相无刷伺服电动机10不能廉价制造的问题。此外，因为转速探测编码器21很重，就有一个传统三相无刷伺服电动机10转动惯量大的问题。而且，因为转速探测编码器21尺寸大，就有一个传统三相无刷伺服电动机10不能制成小型的问题。

本发明的一个目的是适当考虑这种传统的三相无刷伺服电动机的缺点，提供一种尺寸小，转动惯量小，以低价制造的三相无刷伺服电动机。

本发明的目的通过提供一种三相无刷伺服电动机来达到，其中包括：

以特定速度进行驱动操作的无刷电动机；

用以将驱动信号施加到无刷电动机以使无刷电动机进行所述驱动操作的电动机驱动装置；

用以按照无刷电动机的所述驱动操作产生由相位错开各120°电气角的第一交流电压信号、第二交流电压信号第三交流电压信号组成的三相交流信号的三相交流信号产生装置，该三相交流信号的一个特定的部分间接指示特定的速度；

用以加工由三相交流信号产生装置所产生的三相交流信号以从三相交流信号的特定部分生成经加工的速度信号的波形处理装置，经加工的速度信号直接指示特定的速度；和

用以控制电动机驱动装置以便根据波形加工装置所产生的经加工的速度信号调整施加到无刷电动机的驱动信号的速度控制装置，从而将无刷电动机所进行的驱动操作的特定速度调整到目标速度；

在以上的结构中，当电动机驱动装置施加一个驱动信号到无刷电动机时，无刷电动机就在特定的速度进行驱动操作。在这种情况下，特定的速度非所希望地由扰动改变而偏离目标速度。因而需要在一个伺服控制装置中把特定的速度调节到目标速度。

在伺服控制装置中，当无刷电动机进行驱动操作时，相位相差各120°电气角的三个交流信号在三相交流信号产生装置中在三个交流电压信号的一个特定的部分间接指示特定的速度条件下产生作为三个交流电压信号，例如，第一交流信号的一个特定的部分的倾角、第二交流信号的一个特定的部分的倾角、

第三交流信号的一个特定的部分的倾角分别表示特定的速度。

之后，三相交流信号由波形加工装置加工以产生一个直接表示来自三个交流信号的特定部分的特定的速度的经加工的速度信号。例如，第一交流信号的一个特定的部分、第二交流信号的一个特定的部分、第三交流信号的一个特定的部分从三相交流信号中抽取，而交流信号的特定的部分加以微分以直接表示特定的部分的倾角。

之后，施加到无刷电动机的驱动信号在速度控制装置的控制下按照经加工的速度信号调整，以将在驱动操作中的特定速度调整到目标速度。

因而，即使没有安排任何速度探测编码器，因为表示特定速度的经加工的速度信号是在无刷电动机操作时产生的，驱动操作中的特定速度可以按经加工的速度信号调整到目标速度，所以即使无刷电动机的驱动操作受到扰动的不利影响，该特定速率也可以保持目标速度。

此外，因为在三相无刷伺服电动机中不需要任何速度探测编码器，三相无刷伺服电动机可以廉价生产，三相无刷伺服电动机可以做到尺寸小，三相无刷伺服电动机可以做到转动惯量小。

每个由三相交流信号产生装置产生的组成三相交流信号的每个交流信号最好在三相交流信号的每个周期分成六个加工时间单元的六个子信号，而波形加工装置包括：

算术逻辑装置，用以对每个加工时间单元，作第一个判断，判断第一个交流信号的电平A是否高于第二个交流信号的电平B，作第二个判断，判断第二个交流信号的电平B是否高于第三个交流信号的电平C以及作第三个判断，判断第三个交流信号的电平C是否高于第一个交流信号的电平A，当满足A＞B与C＞A而不满足B＞C时，抽出第一个交流信号的子信号，当满足A＞B而不满足B＞C或C＞A时，抽出第三个交流信号的子信号并倒相，当满足A＞B与B＞C而不满足C＞A时，抽出第二个交流信号的子信号，当满足B＞C而不满足A＞B或C＞A时，抽出第一个交流信号的子信号并倒相，当满足B＞C与C＞A而不满足A＞B时，抽出第三个交流信号的子信号，当满足C＞A而不满足A＞B或B＞C时，抽出第二个交流信号的子信号并倒相，并且将抽出的子信号和抽出并倒相的子信号以三相交流信号的每个周期抽出的次序串联以产生第一个波形加工信号，相应于三相交流信号的的特定部分的抽出的子信号和抽出并倒相的子信号，以及表示特定的速度的抽出的子信号和抽出并倒相的子信号的倾角；以及

微分装置用以将算术逻辑装置所产生的第一个波形加工的信号微分以产生加工的速度信号；

在上述结构中，每个相应于交流信号直线上升(或直线下降)的直线部分的子信号表示特定的速度，而一个相应于交流信号直线上升(或直线下降)的直线部分的子信号的电平位于三相交流信号的每个加工时间单元的其他两个不相应于交流信号直线上升(或直线下降)的直线部分的子信号之间。因此，在算术逻辑装置中，要抽出每个加工时间单元的相应于交流信号直线上升(或直线下降)的直线部分的子信号，就进行下列算术逻辑运算。具体地说，当满足A＞B与C＞A而不满足B＞C时，因为电平A位于电平C和B之间，故抽出第一个交流信号相应于电平A的第一子信号。当满足A＞B而不满足B＞C或C＞A时，因为电平C位于电平A和B之间，故抽出第三个交流信号相应于C电平第二个子信号。当满足A＞B与B＞C而不满足C＞A时，因为电平B位于电平C和A之间，故抽出第二个交流信号相应于电平B的第三个子信号。当满足B＞C而不满足A＞B或C＞A时，因为电平A位于电平C和B之间，故抽出第一个交流信号相应于电平A的第四个子信号。当满足B＞C与C＞A而不满足A＞B时，因为电平C位于电平A和B之间，故抽出第三个交流信号相应于电平C的第五个子信号。当满足C＞A而不满足A＞B或B＞C时，因为电平B位于电平C和A之间，故抽出第二个交流信号相应于电平B的第六个子信号。而且，因为第一、三、五个子信号的相位与第二、四、六个子信号的相位相反，故第二、四、六个子信号是倒相的。

因此，第一个子信号、倒相的第二个子信号、第三个子信号、倒相的第四个子信号、第五个子信号、和倒相的第六个子信号按三相交流信号的每个周期的次序互相串联而产生第一个波形加工的信号。

之后，第一个波形加工的信号由微分装置微分以产生加工的速度信号。

因为第一个子信号的倾角、倒相的第二个子信号的倾角、第三个子信号的倾角、倒相的第四个子信号的倾角、第五个子信号的倾角、倒相的第六个子信号的倾角分别表示特定的速度，倾角可以直接由经加工的速度信号表示。

每个构成由三相交流信号产生装置所产生的三相交流信号的交流信号最好也在三相交流信号的每个周期分成六个加工时间单元的六个子信号，而波形加工装置包括：

算学逻辑装置，用以对每个加工时间单元，检验在第一个交流信号的电平A、第二个交流信号的电平B、和第三个交流信号的电平C之间的大小关系，在C＞A＞B时，抽出第一个交流信号的子信号，在A＞C＞B时，抽出第三个交流信号的子信号并倒相，在A＞B＞C时，抽出第二个交流信号的子信号，在B＞A＞C时，抽出第一个交流信号的子信号并倒相，在B＞C＞A时，抽出第三个交流信号的子信号，在C＞B＞A时，抽出第二个交流信号的子信号并倒相，并且将抽出的子信号和抽出并倒相的子信号以三相交流信号的每个周期抽出的次序串联以产生第一个波形加工信号，相应于三相交流信号的的特定部分的抽出的子信号和抽出并倒相的子信号，以及表示特定的速度的抽出的子信号和抽出并倒相的子信号的倾角；以及

微分装置用以将算术逻辑装置所产生的第一个波形加工的信号微分以产生加工的速度信号；

在上述结构中，相应于第一个交流信号的电平A的第一个子信号在C＞A＞B时抽出，相应于第三个交流信号的电平C的第二个子信号在A＞C＞B时抽出并倒相，相应于第二个交流信号的电平B的第三个子信号在A＞B＞C时抽出，相应于第一个交流信号的电平A的第四个子信号在B＞A＞C时抽出并倒相，相应于第三个交流信号的电平C的第五个子信号在B＞C＞A时抽出，相应于第二个交流信号的电平A的第六个子信号在C＞B＞A时抽出并倒相，

之后，第一个子信号、倒相的第二个子信号、第三个子信号、倒相的第四个子信号、第五个子信号、倒相的第六个子信号按三相交流信号的每个周期的次序互相串联而由算学逻辑装置产生第一个波形加工的信号。

之后，第一个波形加工的信号由微分装置微分以产生加工的速度信号。

因为第一个子信号的倾角、倒相的第二个子信号的倾角、第三个子信号的倾角、倒相的第四个子信号的倾角、第五个子信号的倾角、倒相的第六个子信号的倾角分别表示特定的速度，故倾角可以直接由经加工的速度信号表示。

其中：

图1是已有三相无刷伺服电动机的立体图；

图2(a)是已有传三相无刷伺服电动机的转速探测编码器中产生的转速信号的波形图；

图2(b)是已有三相无刷伺服电动机的频率-电压转换装置中产生的转换的转速信号的波形图；

图2(c)是表示已有三相无刷伺服电动机的霍耳装置中产生的表示三相交流电压的定时设定信号波形图；

图2(d)是当磁铁单元的转速为标准值时已有三相无刷伺服电动机的电动机驱动电路所产生的电动机线圈电压信号的波形图；

图2(e)是当磁铁单元的转速高于标准值时电动机驱动电路所产生的电动机线圈电压信号的波形图；

图2(f)是当磁铁单元的转速低于标准值时电动机驱动电路所产生的电动机线圈电压信号的波形图；

图3是按照本发明的一个实施例的三相无刷伺服电动机的立体图；

图4(a)是三相无刷伺服电动机的霍耳装置中产生的霍耳装置信号的波形图；

图4(b)是按本发明的实施例的算术逻辑装置从霍耳装置信号中交替提取的一系列直线上升部分和直线下降部分的波形图；

图4(c)是按本发明的实施例的算术逻辑装置从霍耳装置信号中产生的第一个波形加工的信号的波形图；

图4(d)通过将第一个波形加工的信号微分而产生的第二个波形加工的信号的波形图；

图4(e)表示由将第一个逻辑A＞B，第二个逻辑B＞C，第S3个逻辑A＞B组合而确定的抽出的电压部分；

图5是按本发明的实施例的从霍耳装置信号中产生第一个波形加工信号的算术逻辑装置的流程图；

图6表示抽出的子信号和抽出逻辑(BIT0，BIT1，BIT2)之间的关系；

图7表示磁极和三个霍耳装置之间的位置关系；

图8是按本发明的实施例的修正，用以从霍耳装置信号中产生第一个波形加工信号的算术逻辑的流程图；

图9表示按本发明的实施例的修正，电压电平次序和抽出的子信号之间的关系。

按本发明建议的三相无刷伺服电动机的实施例参照附图说明如下。

是按照本发明的一个实施例的三相无刷伺服电动机的立体图。

如图3所示，三相无刷伺服电动机40包括：

三相无刷伺服电动机11，包括轴12、磁铁单元13、三个电动机线圈14(14a、14b、14c)，背轭15和三个霍耳装置16(16a、16b、16c)；

电动机驱动电路33；

用以接收来自三相无刷伺服电动机11的霍耳装置16所输出的霍耳装置信号Sh并加工由霍耳装置信号Sh所表示的三相交流电压的波形的波形加工电路41，以产生表示磁铁单元13的特定转速的第二个波形经加工的信号Sp2；

误差检测电路42，用以按照波形加工电路41中产生的第二个波形经加工的信号Sp2检测磁铁单元13的特定转速与目标转速值Vt之差作为转速误差Er；

由中心加工单元构成的电动机控制单元43，用以按照在误差检测电路42中检测到的转速误差Er来控制电动机驱动电路33使磁铁单元13以目标转速值Vt旋转。

波形加工电路41包括：

由算术逻辑装置构成的交流电压抽出和倒相单元44，用以从每个组成三相交流电压的交流电压抽出直线上升部分和直线下降部分对每个抽出的直线下降部分的相位倒相，并通过串联安排直线上升部分和直线下降部分产生具有锯齿波形的第一波形加工信号Sp1；以及

微分电路45，用以将在交流电压抽出和倒相单元44中产生的第一波形加工信号Sp1微分，以产生第二波形加工信号Sp2。

在以上的结构中，说明三相无刷伺服电动机40的运行。

当电动机线圈电压信号Smc从电动机驱动电路33施加到电动机线圈14时，磁铁单元13以相应于由电动机线圈电压信号Smc按电磁效应表示的电动机线圈电压的特定转速旋转，表示第一个交流电压的第一个交流电压信号Sav1根据霍耳效应感生在霍耳装置16a中，表示第二个交流电压的第二个交流电压信号Sav2根据霍耳效应感生在霍耳装置16b中，表示第三个交流电压的第三个交流电压信号Sav3根据霍耳效应感生在霍耳装置16c中。这里，安放霍耳装置16以将信号移相使信号Sav1、Sav2、Sav3互相差各120°电气角。信号Sav1、Sav2、Sav3的组合作为霍耳装置信号Sh传输到波形加工电路41。同样，信号Sav1、Sav2、Sav3的组合作为定时信号St传输到电动机驱动电路33。这种霍尔装置信号sh如图4(a)所示。

如图4(a)所示，每个周期中，霍耳装置信号Sh有六个交叉点Pc，三个交流电压信号Sav1、Sav2、Sav3中的两个在此交叉，而两个相邻交叉点之间的时间段定义为一个加工时间单元Tu。因此，霍耳装置信号Sh的每个周期分为六个加工时间单元Tu1到Tu6。因为霍耳装置信号Sh的每个交流电压信号是由一系列正负电平交错变化的近乎是三角形的脉冲所组成，故每个交流电压信号的每个周期有一个几乎是直线的电平上升部分(以下称直线上升部分)、一个曲线的顶部电平部分、一个几乎是直线的电平下降部分(以下称直线下降部分)、和一个曲线的底部电平部分、

在波形加工电路41的交流电压抽出和倒相单元44，如图4(b)所示，对每个霍耳装置信号Sh的周期，从霍耳装置信号Sh抽出在加工时间单元Tu1的第一个交流电压信号Sav1的第一个直线上升部分Lr1，在加工时间单元Tu2的第三个交流电压信号Sav3的第三个直线下降部分Lf3，在加工时间单元Tu3的第二个交流电压信号Sav2的第二个直线上升部分Lr2，在加工时间单元Tu4的第一个交流电压信号Sav1的第一个直线下降部分Lf1，在加工时间单元Tu5的第三个交流电压信号Sav3的第三个直线上升部分Lr3，在加工时间单元Tu6的第二个交流电压信号Sav2的第二个直线下降部分Lf2。之后，第三个直线下降部分Lf3的相位、第一个直线下降部分Lf1的相位和第二个直线下降部分Lf2的相位经过倒相以产生一个倒相的第三个直线下降部分Lf3、倒相的第一个直线下降部分Lf1和倒相的第二个直线下降部分Lf2。第一个直线上升部分Lr1，倒相的第三个直线下降部分Lf3、第二个直线上升部分Lr2，倒相的第一个直线下降部分Lf1，第三个直线上升部分Lr3和倒相的第二个直线下降部分Lf2以霍尔装置信号sh的每个周期的次序互相连接。因而，如图4(c)所示，得到锯齿波形的第一个波形经加工的信号Sp1。这里，第一个波形经加工的信号Sp1中每个直线上升部分(或直线下降部分)的倾角表示磁铁单元13的特定转速。理由如下。

如图7所示，譬如，在加工时间单元Tu3从时间T0到T1的过程中(参见图4(a))，磁铁单元13的N和S之间的边界刚刚经过第二个霍耳装置16b。所以，在霍耳装置16b中感生的霍耳电压的变化程度(单位时间的电压变化)相当于磁铁单元13的特定转速，所以每个直线上升部分(或直线下降部分)的倾角表示磁铁单元13的特定转速。

在交流电压抽出和倒相的单元44中对霍耳装置信号Sh进行抽出和倒相的算术逻辑参照图5而加以说明。

图5是按照本发明的该实施例用以从霍耳装置信号Sh产生第一个波形经加工的信号Sp1的算术逻辑的流程图。这里，每个加工时间单元中的第一个交流电压信号Sav1的电压电平由A表示，每个加工时间单元中的第二个交流电压信号Sav2的电压电平由B表示，而每个加工时间单元中的第三个交流电压信号Sav3的电压电平由C表示。

如图5所示，在步骤S1中判断在一个加工时间单元内是否符合第一个逻辑A＞B，如果符合A＞B则在步骤S2中设定BIT0＝1，如果不符合A＞B则在步骤S3中设定BIT0＝0。之后，在步骤S4中判断在一个加工时间单元内是否符合第二个逻辑B＞C，如果符合B＞C则在步骤S5中设定BIT1＝1，如果不符合B＞C则在步骤S6中设定BIT1＝0。之后，在步骤S7中判断在一个加工时间单元内是否符合第S3个逻辑C＞A，如果符合C＞A则在步骤S8中设定BIT2＝1，如果不符合C＞A则在步骤S9中设定BIT2＝0。之后，按照抽出逻辑(BIT0，BIT1，BIT2)确定抽出的子信号。抽出的子信号和抽出逻辑(BIT0，BIT1，BIT2)之间的关系如图6所示。如果在步骤S10符合(BIT0，BIT1，BIT2)＝101，相应于第一个交流电压信号Sav1的电压电平A的子信号(第一个直线上升部分Lr1)从步骤S11抽出。如果在步骤S12符合(BIT0，BIT1，BIT2)＝100，相应于第三个交流电压信号Sav3的电压电平C的子信号(第三个直线下降部分Lf3)从步骤S13抽出并倒相。如果在步骤S14符合(BIT0，BIT1，BIT2)＝110，相应于第二个交流电压信号Sav2的电压电平B的子信号(第二2个直线上升部分Lr2)从步骤S15抽出。如果在步骤S16符合(BIT0，BIT1，BIT2)＝010，相应于第一个交流电压信号Sav1的电压电平A的子信号(第一个直线下降部分Lf1)从步骤S17抽出并倒相。如果在步骤S18符合(BIT0，BIT1，BIT2)＝011，相应于第三个交流电压信号Sav3的电压电平C的子信号(第三个直线上升部分Lr3)从步骤S19抽出。如果在步骤S20符合(BIT0，BIT1，BIT2)＝001，相应于第二个交流电压信号Sav2的电压电平B的子信号(第二个直线下降部分Lf2)从步骤S21抽出并倒相。步骤1到S21对霍尔装置信号sh的每个加工的时间单元都重复。因此，如图4(e)所示，对于每个霍尔装置信号sh的周期得到一系列电压部分A，C，B，A，C与B。

之后，为了得到第一个波形经加工的信号Sp1中每个直线上升部分的倾角，将第一个波形经加工的信号Sp1在微分电路45中微分，以得到如图4(d)所示的第二个波形经加工的信号Sp2。第二个波形经加工的信号Sp2的电压直接表示磁铁单元13的特定转速。这里，由第一个交流电压信号Sav1表示的磁铁单元13的转速，由第二个交流电压信号Sav3表示的磁铁单元13的转速和由第三个交流电压信号Sav2表示的磁铁单元13的转速一般互相不同，因为霍耳装置16的霍耳效应性能互相不同。所以，在本实施例中，磁铁单元13的特定转速调定到由信号Sav1、Sav2、Sav3所表示的转速的平均转速。

之后，第二个波形经加工的信号Sp2传输到误差探测电路42，而磁铁单元13的特定转速与目标转速值Vt相比较以检测磁铁单元13的特定转速与目标转速与目标转速值Vt之差。之后，其差作为转速误差Er传送到控制单元43，而施加到电动机线圈14的电动机线圈电压信号Smc的电平在控制单元43的控制下，在电动机驱动电路33中调整以尽量减少转速误差Er。这就是说，三相无刷伺服电动机40所进行的伺服控制使磁铁单元13的特定转速等于目标转速值Vt。同样，在电动机线圈电压信号Smc中的电平变化定时在伺服控制中按照在电动机驱动电路33中的的定时信号St调整。

因此，即使在三相无刷伺服电动机40中不安排任何转速探测编码器，因为表示磁铁单元13的特定转速的第二个波形经加工的信号Sp2是由三相无刷伺服电动机11中生成的霍耳装置信号Sh产生的，所以磁铁单元13的特定转速可以保持在目标转速值Vt。

而且，因为在三相无刷伺服电动机40中不需要任何转速探测编码器，三相无刷伺服电动机40可以以低成本生产，三相无刷伺服电动机40可以制成小尺寸的，而且三相无刷伺服电动机40可以制成小转动惯量的。

在本实施例中，图4(e)、图5、图6所示的算术逻辑用以抽出和倒相，以从霍耳装置信号Sh产生有锯齿波形的第一个波形经加工的信号Sp1。然而，本发明并不限于这种算术逻辑。另一种用于抽出和倒相的算术逻辑作为本实施例的修改加以说明。

图8是另一种算术逻辑的流程图，用以从霍耳装置信号Sh按照本实施例的修改产生第一个波形经加工的信号Sp1。

如图8所示，在步骤31中判定电压电平次序C＞A＞B是否符合，而如果是C＞A＞B，则在步骤32中抽出相应于第一个交流电压信号Sav1的电压A的子信号(或第一个直线上升部分Lr1)。当不满足C＞A＞B时，则在步骤33中判定电压电平次序A＞C＞B是否符合，而如果A＞C＞B，则在步骤34中抽出相应于第三个交流电压信号Sav3的电压C的子信号(或第三个直线下降部分Lf3)并倒相。当不满足A＞C＞B时，则在步骤35中判定电压电平次序A＞B＞C是否符合，而如果A＞B＞C，则在步骤36中抽出相应于第二个交流电压信号Sav2的电压B的子信号(或第二个直线上升部分Lr2)。当不满足A＞B＞C时，则在步骤37中判定电压电平次序B＞A＞C是否符合，而如果B＞A＞C，则在步骤38中抽出相应于第一个交流电压信号Sav1的电压A的子信号(即第一个直线下降部分Lf1)并倒相。当不满足B＞A＞C时，则在步骤39中判定电压电平次序B＞C＞A是否符合，而如果B＞C＞A，则在步骤40中抽出相应于第三个交流电压信号Sav3的电压C的子信号(或第三个直线上升部分Lr3)。当不满足B＞C＞A时，则在步骤41中判定电压电平次序C＞B＞A是否符合，而如果C＞B＞A，则在步骤42中抽出相应于第二个交流电压信号Sav2的电压B的子信号(或第二个直线下降部分Lf2)并倒相。抽出的子信号与电压电平次序的关系如图9所示。因此，对于每个霍尔装置信号sh的周期得到一系列电压部分A，C，B，A，C与B。

而且在本实施例中，磁铁单元13的特定转速调定到信号Sav1、Sav2、Sav3所表示的转速的平均转速，而三相无刷伺服电动机40的伺服控制按照霍尔装置信号sh的每个周期的转速误差Er执行。然而，可以对每个信号Sav1、Sav2、Sav3执行三相无刷伺服电动机40的伺服控制。这就是说，对于每个加工时间单元从相应的交流电压信号Sav1、Sav2、Sav3产生第二个波形经加工的信号Sp2，对于每个时间单元调定转速误差Er，而对每个霍尔装置信号sh的加工时间单元执行伺服控制。

在较佳实施例中图示并说明了本发明的原理后，本领域中普通技术人员应该显然看出本发明可以在装置和具体方面作修改而不离开这个原理。凡落入所附权利要求书范围内的修改均应受到本申请请求的专利保护。

Claims (7)

1.一种三相无刷伺服电动机，包括：

一种无刷电动机，用以执行特定速度的驱动操作；

电动机驱动装置，用以将驱动信号施加到无刷电动机以使无刷电动机执行驱动操作；

三相交流信号发生装置，用以根据无刷电动机的驱动操作产生相差各120°电气角的第一个交流电压信号、第二个交流电压信号和第三个交流电压信号组成的三相交流信号，三相交流信号的特定部分间接表示特定的速度；

波形加工装置，用以加工由三相交流信号发生装置所产生的三相交流信号，以从三相交流信号的特定部分产生经加工的速度信号，经加工的速度信号直接表示特定的速度；以及

速度控制装置，用以控制电动机驱动装置，以便按照由波形加工装置所产生的经加工的速度信号调整施加到无刷电动机的驱动信号从而把由无刷电动机所执行的驱动操作中的特定速度调整到目标速度。

2.根据权利要求1所述的三相无刷伺服电动机，其中组成由三相交流信号发生装置所产生的三相交流信号的每个交流信号对三相交流信号的每个周期分成六个加工时间单元的六个子信号，所述波形加工装置包括：

算术逻辑执行装置，用以在每个加工时间单元执行如下判断：第一个判断，判断第一个交流信号的电平A是否高于第二个交流信号的电平B；第二个判断，判断第二个交流信号的电平B是否高于第三个交流信号的电平C，以及第三个判断，判断第三个交流信号的电平C是否高于第一个交流信号的电平A，如果符合A＞B和C＞A，而不符合B＞C，则抽出第一个交流信号的子信号，如果符合A＞B，而不符合B＞C或C＞A，则抽出第三个交流信号的子信号并倒相，如果符合A＞B和B＞C，而不符合C＞A，则抽出第二个交流信号的子信号，

如果符合B＞C，而不符合A＞B或C＞A，则抽出第一个交流信号的子信号并倒相，如果符合B＞C和C＞A，而不符合A＞B，则抽出第三个交流信号的子信号，如果符合C＞A，而不符合A＞B或B＞C，则抽出第二个交流信号的子信号并倒相，并将抽出的和抽出并倒相的子信号以三相交流信号的每个周期抽出次序串联以产生第一个波形经加工的信号，抽出的和抽出并倒相的子信号对应于三相交流信号的特定部分，而抽出的和抽出并倒相的子信号的倾角表示特定的速度；以及

微分装置，用以将由算术逻辑执行装置所产生的第一个波形经加工的信号微分以产生经加工的速度信号。

3.根据权利要求1所述的一种三相无刷伺服电动机，其中组成由三相交流信号发生装置所产生的三相交流信号的每个交流信号对三相交流信号的每个周期分成六个加工时间单元的六个子信号，而波形加工装置包括：

算术逻辑执行装置，用以在每个加工时间单元检验第一个交流信号的电平A，第二个交流信号的电平B和第三个交流信号的电平C之间的大小关系，如果C＞A＞B，则抽出第一个交流信号的子信号，如果A＞C＞B，则抽出第三个交流信号的子信号并倒相，如果A＞B＞C，则抽出第二个交流信号的子信号，如果B＞A＞C，则抽出第一个交流信号的子信号并倒相，如果B＞C＞A，则抽出第三个交流信号的子信号，如果C＞B＞A，则抽出第二个交流信号的子信号并倒相，并将抽出的和抽出并倒相的子信号以三相交流信号的每个周期的抽出次序串联以产生第一个波形经加工的信号，抽出的和抽出并倒相的子信号对应于三相交流信号的特定部分，而抽出的和抽出并倒相的子信号的倾角表示特定的速度；以及

微分装置，用以将由算术逻辑执行装置所产生的第一个波形经加工的信号微分以产生经加工的速度信号。

4.根据权利要求1所述的一种三相无刷伺服电动机，其中速度控制装置包括：

一个误差探测装置。用以探测目标速度与由波形加工装置所产生的经加工的速度信号所表明的特定速度之间的差作为误差；以及

一个控制装置用以控制电动机驱动装置，以调整施加到无刷电动机的驱动信号并使误差探测装置所探测到的误差为零。

5.根据权利要求1所述的三相无刷伺服电动机，其中无刷电动机包括：

一个N与S极交错排列的磁铁单元；和

三个电动机线圈，驱动信号由电动机驱动装置施加在其上，以使磁铁单元按照由驱动信号和磁铁单元的磁场所引起的电磁效应以特定的转速旋转，

三相交流信号发生装置，包括：

第一个霍耳装置，用以感生一个电位差，其电平根据由与旋转的磁铁单元的相互作用所引起的霍耳效应每当磁铁单元的N或S极经过第一个霍耳装置时改变，并向波形加工装置输出该电位差的变化电平作为三相交流信号的第一个交流信号；

第二个霍耳装置，用以感生一个电位差，其电平根据由与旋转的磁铁单元的相互作用所引起的霍耳效应每当磁铁单元的N或S极经过第二个霍耳装置时改变，并向波形加工装置输出该电位差的变化电平作为三相交流信号的第二个交流信号；

第三个霍耳装置，用以感生一个电位差，其电平根据由与旋转的磁铁单元的相互作用所引起的霍耳效应每当磁铁单元的N或S极经过第三个霍耳装置时改变，并向波形加工装置输出该电位差的变化电平作为三相交流信号的第三个交流信号；和

元刷电动机中的磁铁单元的特定旋转速度，在速度控制装置的控制下调整到目标速度。

6.根据权利要求1所述的三相无刷伺服电动机，其中组成由三相交流信号发生装置所产生的三相交流信号的每个交流信号对三相交流信号的每个周期分成六个加工时间单元的六个子信号，而对于三相交流信号的每个周期经加工的速度信号由波形加工装置产生，而且由无刷电动机所完成的驱动操作的特定速度在每个周期由速度控制装置调整到目标速度。

7.根据权利要求1所述的三相无刷伺服电动机，其中组成由三相交流信号发生装置所产生的三相交流信号的每个交流信号对三相交流信号的每个周期分成六个加工时间单元的六个子信号，对于三相交流信号的每个加工时间单元，经加工的子信号由波形加工装置从第一交流信号，第二交流信号和第三交流信号中循环选中的一个交流信号产生，而由无刷电动机进行的驱动操作中的特定的速度通过速度控制装置按照每个加工时间单元的经加工的速度信号调整到目标速度。

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