[發(fā)明專利]無刷直流馬達(dá)的無感測(cè)啟動(dòng)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610151712.9
• 申請(qǐng)日: 2006-09-08
• 公開（公告）號(hào): CN101141105A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張晏銓;鄒應(yīng)嶼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 圓創(chuàng)科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H02P6/20
• 分類號(hào): H02P6/20;H02P6/16
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 夏青

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種無刷直流馬達(dá)的無感測(cè)啟動(dòng)方法。

【背景技術(shù)】

隨著科技的進(jìn)步，馬達(dá)在日常生活應(yīng)用中扮演愈來愈重要的角色，例如光驅(qū)的主軸馬達(dá)、影像掃描儀的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、或是電動(dòng)玩具與汽車雨刷的馬達(dá)等等。永磁式的無刷直流馬達(dá)由于沒有碳刷，因此較直流馬達(dá)容易維護(hù)，且效率較高、體積較小，如此許多的優(yōu)點(diǎn)使得無刷直流馬達(dá)被廣泛的使用。

永磁式的無刷直流馬達(dá)之傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法是藉由霍爾組件檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置與速度，以進(jìn)行位置或速度控制，然而霍爾組件容易受外界環(huán)境的影響，造成感測(cè)準(zhǔn)確度降低，因此無感測(cè)的驅(qū)動(dòng)方法遂成為發(fā)展的主流。在無感測(cè)的驅(qū)動(dòng)方法下，通常藉由反抗電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)轉(zhuǎn)子之位置，然而在低轉(zhuǎn)速或是馬達(dá)靜止的情況下，反抗電動(dòng)勢(shì)幾乎為零，導(dǎo)致無法檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。因此，如何在無感測(cè)的驅(qū)動(dòng)方法下，穩(wěn)定地啟動(dòng)馬達(dá)成了很重要的課題之一。

在已提出的啟動(dòng)方法中，開回路啟動(dòng)最為廣泛應(yīng)用，直接對(duì)馬達(dá)三相送出三相頻率漸增的弦波，則由于同步馬達(dá)的特性，轉(zhuǎn)速也會(huì)漸漸增加。然而，由于轉(zhuǎn)子的初始位置未知，啟動(dòng)時(shí)未必能產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩，因此有可能會(huì)啟動(dòng)失敗。為了避免以上的情況發(fā)生，在啟動(dòng)時(shí)可先對(duì)定子線圈激磁，使得馬達(dá)轉(zhuǎn)子固定在某個(gè)已知方向上，隨后才進(jìn)行開回路啟動(dòng)，藉以避免啟動(dòng)失敗的情況發(fā)生。然而，此方法在對(duì)線圈激磁時(shí)可能會(huì)有馬達(dá)反轉(zhuǎn)的情況發(fā)生，因此在應(yīng)用上受到限制。第三種方法為先檢測(cè)馬達(dá)的初始位置，隨后才利用開回路的方法啟動(dòng)，此方法可避免啟動(dòng)失敗與馬達(dá)反轉(zhuǎn)的情況。

截至目前為止關(guān)于馬達(dá)轉(zhuǎn)子之初始位置已有許多種檢測(cè)技術(shù)被提出，其檢測(cè)原理大多根據(jù)線圈電感為轉(zhuǎn)子位置之函數(shù)。然而，這些方法需要較復(fù)雜的算法或反饋三相電壓與電流。在美國(guó)專利第6,946,808號(hào)、名稱為“Motor?Drive?Control?Circuit?And?Motor?DriveApparatus”中，轉(zhuǎn)子初始位置的檢測(cè)是先施加特定的檢測(cè)信號(hào)，隨后根據(jù)線圈中性點(diǎn)的電壓變化判斷轉(zhuǎn)子位置，此方法的優(yōu)點(diǎn)是容易以模擬電路實(shí)現(xiàn)。然而，就一般馬達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，馬達(dá)的中性點(diǎn)電壓并非馬達(dá)本體的標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出接口，因此信號(hào)不易取得。

【發(fā)明內(nèi)容】

在開回路啟動(dòng)馬達(dá)時(shí)，通常不需要非常精確地知道轉(zhuǎn)子初始位置，只需判斷出轉(zhuǎn)子位置所在之區(qū)域便足以順利啟動(dòng)馬達(dá)。因此，依據(jù)本發(fā)明提供一種無刷馬達(dá)的無感測(cè)啟動(dòng)方法，以簡(jiǎn)單流程且低成本的優(yōu)點(diǎn)，不需額外使用位置傳感器與復(fù)雜算法，僅藉由反饋馬達(dá)電流之峰值，即可檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始位置。在一較佳實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子初始位置之分辨率可達(dá)30度的電氣角。依據(jù)本發(fā)明之方法可在馬達(dá)靜止時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，且在檢測(cè)期間不會(huì)造成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的情形，可改善現(xiàn)有的無刷直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方法之啟動(dòng)失敗或啟動(dòng)時(shí)發(fā)生反轉(zhuǎn)的缺點(diǎn)。

依據(jù)本發(fā)明之一方面，提供一種無刷馬達(dá)的無感測(cè)啟動(dòng)方法，具有初始位置檢測(cè)階段、開回路控制階段、以及閉回路控制階段。初始位置檢測(cè)階段用以檢測(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)子的初始位置，其中該馬達(dá)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速維持為零。開回路控制階段用以根據(jù)該馬達(dá)轉(zhuǎn)子的該初始位置而驅(qū)動(dòng)該馬達(dá)轉(zhuǎn)子，使該馬達(dá)轉(zhuǎn)子的該轉(zhuǎn)速逐漸增大至預(yù)定的臨界轉(zhuǎn)速。閉回路控制階段用以驅(qū)動(dòng)該馬達(dá)轉(zhuǎn)子，使該馬達(dá)轉(zhuǎn)子的該轉(zhuǎn)速?gòu)脑擃A(yù)定的臨界轉(zhuǎn)速增大至目標(biāo)轉(zhuǎn)速。

初始位置檢測(cè)階段包含三個(gè)步驟。第一步驟是依序執(zhí)行多種檢測(cè)模式，使得在每一種檢測(cè)模式中流經(jīng)馬達(dá)線圈的馬達(dá)電流所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)具有彼此不同的方向。每一種檢測(cè)模式執(zhí)行一對(duì)應(yīng)的檢測(cè)時(shí)間，使得在該對(duì)應(yīng)的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，該馬達(dá)電流逐漸增大至一峰值。第二步驟是比較每一種檢測(cè)模式中所產(chǎn)生的該馬達(dá)電流的該峰值，藉以從該多種檢測(cè)模式中選出一種產(chǎn)生最大的峰值的檢測(cè)模式。第三步驟是基于該產(chǎn)生最大的峰值之檢測(cè)模式所產(chǎn)生的該合成磁場(chǎng)的方向而決定該馬達(dá)轉(zhuǎn)子的該初始位置。

【附圖簡(jiǎn)單說明】

圖1顯示在線圈電流為零的條件下，線圈電感值與轉(zhuǎn)子角度間的函數(shù)關(guān)系圖；

圖2顯示在線圈電流存在的條件下，線圈電感值與轉(zhuǎn)子角度間的函數(shù)關(guān)系圖；

圖3顯示不同電感值對(duì)于相同直流電壓的電流響應(yīng)圖；

圖4顯示依據(jù)本發(fā)明的無刷直流馬達(dá)的無感測(cè)啟動(dòng)控制電路之電路圖；

圖5顯示依據(jù)本發(fā)明的第一種初始位置檢測(cè)模式之電路圖。

圖6顯示依據(jù)本發(fā)明的第二種初始位置檢測(cè)模式之電路圖。

圖7(a)至7(1)分別顯示依據(jù)本發(fā)明的十二種初始位置檢測(cè)模式之示意圖。

圖8顯示依據(jù)本發(fā)明的無刷直流馬達(dá)的無感測(cè)啟動(dòng)方法之流程圖。

圖9顯示在初始位置檢測(cè)階段、開回路控制階段、以及閉回路控制階段中之馬達(dá)轉(zhuǎn)速變化圖。