[发明专利]用于多相无刷永磁电动机的开关方式的正弦波驱动器

说明书

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。