CN100342639C - 用于直流无刷马达转子位置感测装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种用于直流无刷马达转子位置感测装置，其具有中性点的第一电阻组、用以侦测反电动势的第三电阻组，并将第三电阻组的输出连接至第二电阻组，如此一来，比较器比对第一电阻组及第二电阻组的电压准位，并将结果输出至微处理器，微处理器即可判断转子目前所在位置，并作为调整变频器运作的依据，以调整转子转速。

Description

用于直流无刷马达转子位置感测装置

技术领域

本发明是关于一种转子位置感测装置，尤指一种适用于无转子位置侦测器的直流无刷马达转子位置感测装置。

背景技术

一般而言，冷气机所使用的压缩机马达可分为直流马达及交流马达。由于直流马达具有较高的运作效率及稳定性，所以已逐步取代交流马达。另外，直流马达又可区分成直流有刷马达及直流无刷马达，直流有刷马达具有结构简单、容易控制、及转子(rotor)的位置容置侦测的优点，但其缺点为电刷(brush)与转子经常接触而造成彼此结构的耗损，这将降低直流有刷马达的效率，并可能因电刷与转子接触而产生火花。由于直流无刷(brushless)马达不使用电刷，所以不产生火花，并同时具有直流马达高效率的优点，其由霍尔元件(Hall element)转子位置侦测器而侦测转子目前所在位置。但是，在部份特定应用领域，例如：高温、高振动的环境，转子位置侦测器因无法承受高温/高振动而无法工作或为降低成本而不使用侦测器，此时，直流无刷马达需使用转子位置感测装置而非转子位置侦测器以侦测转子位置，否则，直流无刷马达将无法正常运作。

为了达到侦测直流无刷马达转子位置的目的，一般使用转子位置感测装置以侦测转子位置。如图1所示为美国专利第4,912,378号的“Thirdharmonic commutation control system and method”所公开的转子位置感测装置10，可用以侦测直流无刷马达11转子位置，其运作说明如下：

变频器(inverter)2用以输出不同逻辑电压准位的驱动电压至定子(stator)以驱动转子，其中，驱动电压包括：驱动电压TA、驱动电压TB、及驱动电压TC。由于驱动电压TA、驱动电压TB、及驱动电压TC在同一时间下，分别为高电压准位、低电压准位(较佳为接地)、及不导电状态，假设电阻R_A、电阻R_B、及电阻R_C的电阻值为相等，因此，节点V_T的电压准位如方程式(1)所示：

$V_T=\frac{T_A+T_B+T_c}{3}---\left(1\right)$

由方程式(1)中可知，V_T电压准位略等于高电压准位的一半。图2为直流无刷马达11内部线圈的示意图，由于磁场线圈L₁、磁场线圈L₂、及磁场线圈L₃的电感值为相等，所以，节点T_N的电压准位亦等于高电压准位的一半，又称为中性点。

以三相驱动的直流无刷马达的运作为例，当驱动电压由高电压准位变更至低电压准位或由低电压准位变更至高电压准位时，绕组(winging)为了抵制电压/电流的变化，将会产生反电动势(back electromotive force，backEMF)，并具有60度的休止时间，这导致V_S电压准位的变化受到延迟。此时，由比较器31比对节点Vs与节点T_M的电压准位，并将比对的结果输出至微处理器25，再于微处理器25进行零交越(zero crossing)点的判断及马区动电压值的判断，即可得知转子目前的所在位置。前述美国专利(4912378)中，需给TA、TB、TC的电压经过降压或放大后，成为VA、VB、VC一起输入至微处理器(Microprocessor)，以作为速度及负载大小的依据，并依据此控制提前换相的作用。

公知转子位置感测装置10为了进行节点Vs与节点T_M电压准位的比对，需引出直流无刷马达11的中性点以取得中性点的电压准位，这将增加直流无刷马达11制造成本及直流无刷马达11制造上的复杂度，另外，因为电阻R_A、R_B、R_C的阻抗与马达线圈L₁、L₂、L₃的阻抗不同也连带影响到Vs与T_M的电压差异，亦增加比较器31比对结果的不准确性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种转子位置感测装置，能用于量测直流无刷马达转子位置。

本发明的另一目的在于提供一种转子位置感测装置，能节省转子位置感测装置的制造成本。

为实现上述目的，本发明提供的一种转子位置感测装置，是依据直流无刷马达运转时所产生的反电动势以判断转子的位置，其包括：

一比较器；

一第一电阻组，由至少一电阻所串接而成，其一第一端连接至一第一电压准位，其一第二端连接至一第二电压准位，其一第三端电压准位为该第一电压准位与该第二电压准位的平均，其一第四端连接至该比较器的一第一输入端，该第四端的电压准位低于该第三端的电压准位；

一第二电阻组，由至少一电阻所串接而成，其一第一端连接至该第一电压准位，其一第二端连接至该第二电压准位，其一第三端电压准位为该第一电压准位与该第二电压准位的平均，其一第四端连接至该比较器的一第二输入端，该第四端的电压准位低于该第三端电压准位；以及

一第三电阻组，由至少一电阻所并接而成，其一第一输入端连接至一变频器的一第一输出端，其一第二输入端连接至该变频器的一第二输出端，其一第三输入端连接至该变频器的一第三输出端，其一输出端连接至该第二电阻组的该第三端；

其中，该变频器的该第一输出端、该第二输出端、及该第三输出端连结并驱动直流无刷马达，当该变频器驱动直流无刷马达时，该比较器比较该第一电阻组的该第四端电压准位及该第二电阻组的该第四端电压准位，并输出结果至一微处理器以进行该转子位置的判断。

其中该第三电阻组的每一电阻的电阻值为相等。

其中该第一电阻组的该至少一电阻包括：一第一电阻、一第二电阻、及一第三电阻，该第一电阻组的该第三端置于该第一电阻与该第二电阻的连接处，该第二电阻组的该至少一电阻包括：一第四电阻、一第五电阻、及一第六电阻，该第二电阻组的该第三端置于该第四电阻与该第五电阻的连接处，且该第一电阻与该第四电阻、该第二电阻与该第五电阻、及该第三电阻与该第六电阻的电阻值的比例为相等。

为实现上述目的，本发明另外又提供一种转子位置感测装置，是依据一直流无刷马达运转时所产生的反电动势以判断一转子的位置，其包括：

一比较器；

一第一电阻组，由至少一电阻所串接而成，其一第一端连接至一第一电压准位，其一第二端连接至一第二电压准位，其一第三端连接至该比较器的一第一输入端；

一第二电阻组，由至少一电阻所串接而成，其一第一端连接至该第一电压准位，其一第二端连接至该第二电压准位，其一第三端的电压准位为该第一电压准位与该第二电压准位的平均，其一第四端连接至该比较器的一第二输入端，该第四端的电压准位低于该第三端的电压准位；以及

一第三电阻组，由至少一电阻所并接而成，其一第一输入端连接至一变频器的一第一输出端，其一第二输入端连接至该变频器的一第二输出端，其一第三输入端连接至该变频器的一第三输出端，其一输出端连结至该第二电阻组的该第三端；

其中，该变频器的该第一输出端、该第二输出端、及该第三输出端连结并驱动直流无刷马达，当该变频器驱动直流无刷马达时，该比较器比较该第一电阻组的该第三端的电压准位及该第二电阻组的该第四端的电压准位，并输出结果至一微处理器以进行该转子位置的判断。

其中该第三电阻组的每一电阻的电阻值为相等。

其中该第一电阻组的该至少一电阻包括：一第一电阻、及一第二电阻，该第一电阻组的该第三端置于该第一电阻与该第二电阻的连接处，该第二电阻组的该至少一电阻包括：一第三电阻、一第四电阻、及一第五电阻，且该第一电阻的电阻值与该第三电阻及该第四电阻的电阻值总和比例相等于该第二电阻与该第五电阻的电阻值比例。

附图说明

图1为公知转子位置感测装置的方块图。

图2为公知中性点的示意图。

图3为本发明转子位置感测装置的方块图。

图4为微处理器进行零交越点的判断及驱动电压值判断的流程图。

图5为零交越信号的示意图。

图6为本发明另一转予位置感测装置的方块图，

具体实施方式

为能更了解本发明的技术内容，特举二较佳具体实施例说明如下。

实施例一：

如图3所示，本发明转子位置感测装置20是用以取代公知转子位置感测装置10，并用以侦测直流无刷马达11的转子目前所在位置。本发明转子位置感测装置20包括电阻Ru、电阻Rv、及电阻Rw，且彼此的电阻值为相等，其一端皆连结至节点V_b，另一端分别连结至变频器2；本发明转子位置感测装置20尚包括电阻R₁₀、电阻R₁₂、电阻R₁₃、电阻R₁₄、电阻R₁₅、电阻R₁₆、电阻R₁₇、及电阻R₁₈，其中电阻R₁₀加上电阻R₁₃的电阻值相等电阻R₁₂加上电阻R₁₄的电阻值，电阻R₁₅的电阻值等于电阻R₁₆的电阻值，电阻R₁₇的电阻值等于电阻R₁₈的电阻值。由于电阻R₁₀与电阻R₁₂的一端皆连接至高电压准位，所以节点V_a与节点V_b的电压准位为相等，皆等于高电压准位的一半，所以，节点V_j与节点V_k的电压准位亦为相等；本发明转子位置感测装置20还包括比较器22，比较器22的正输入端连结至节点V_k，负输入端连结至节点V_j，输出端连结至微处理器25，并由微处理器25进行零交越点的判断及驱动电压值的判断，以得知转子目前的所在位置。由上述中可知，节点V_a电压准位为固定，而节点V_b的电压准位将随著驱动电压的反变及反电动势的作用而上下波动。如此一来，比较器22即可比对节点V_j与节点V_k的电压准位，并将结果输出至微处理器25，由微处理器25进行后续处理。

如图4所示，微处理器25由配合本发明转子位置感测装置20以进行零交越点的判断及驱动电压值的判断，其执行步骤如下：

步骤S41：强制换相启动程序。首先，微处理器25驱动变频器2以强制进行换相，假设初始状态为：驱动电压TA不导电状态、驱动电压TB为低电压准位、及驱动电压TC为高电压准位，如图5所示转子角度值等于120度，此时，驱动电压可以数值”001”表示。

步骤S42：判断是否取得零交越信号？如果成立则执行步骤S43，否则重覆执行步骤S42。当驱动电压TA由不导电状态拉升为高电压准位，驱动电压TC由高电压准位变更至不导电状态，上述驱动电压完成变动将因反电动势的作用而需一段时间，且使节点V_b电压准位增加，如图5所示转子角度值等于150度，产生零交越信号，此时，驱动电压可以数值”101”表示。

步骤S43：计算连续零交越信号所需的间隔时间。如图5所示，转子角度值等于150、210、270、330、30、及90度时，将各别产生一次零交越信号，并计算连续零交越信号所需的间隔时间，即可得知直流无刷马达11目前转速(步骤S44)。

步骤S45：决定下次换相的相序。为了使转子不停地转动，所以，微处理器25将随时改变驱动电压TA、驱动电压TB、及驱动电压TC的电压准位，使转子能顺利地转动。

步骤S46：计算换相时间。由于转子转速与马达4所承受的负载，两者关系并非呈线性关系，当负载改变或转子转速改变时，皆需重新计算换相时间，以确保直流无刷马达的运作能维持在高效率。

步骤S47：依据下次换相的相序及换相时间以变更驱动电压的电压准位，并执行步骤S42。

第二实施例：

如图6所示，为简化电阻的使用数目，可以电阻R₂₀来替代电阻R₁₀、电阻R₁₃、及电阻R₁₅，并以电阻R₂₂来替代电阻R₁₂及电阻R₁₄，其中，电阻R₂₀的电阻值等于电阻R₁₀、电阻R₁₃、及电阻R₁₅的电阻值的加总，电阻R₂₂的电阻值等于电阻R₁₃及电阻R₁₅的电阻值的加总，而形成本发明转子位置感测装置的第二实施例。由于本发明转子位置感测装置20与本发明转子位置感测装置30的运作及特征皆相同，故不多作说明。

由于本发明转子位置感测装置20及30的制作成本及复杂度较公知转子位置感测装置10为低，且节点V_a的电压准位较节点T_N精准且固定，如此一来，可降低杂讯的影响力，并提高比较器22侦测零交越信号的精准性。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (6)

1.一种转子位置感测装置，是依据一直流无刷马达运转时所产生的反电动势以判断一转子的位置，其包括：

一比较器；

一第一电阻组，由一第一电阻、一第二电阻及一第三电阻所串接而成，其一第一端连接至一第一电压准位，其一第二端连接至一第二电压准位，其一第三端电压准位为该第一电压准位与该第二电压准位的平均，该第一电阻组的该第三端是置于该第一电阻与该第二电阻的连接处，其一第四端连接至该比较器的一第一输入端，该第四端的电压准位低于该第三端的电压准位；

一第二电阻组，由一第四电阻、一第五电阻、及一第六电阻所串接而成，其一第一端连接至该第一电压准位，其一第二端连接至该第二电压准位，其一第三端的电压准位为该第一电压准位与该第二电压准位的平均，该第二电阻组的该第三端是置于该第四电阻与该第五电阻的连接处，其一第四端连接至该比较器的一第二输入端，该第四端的电压准位低于该第三端的电压准位；以及

一第三电阻组，由三个电阻所并接而成，其一第一输入端连接至一变频器的一第一输出端，其一第二输入端连接至该变频器的一第二输出端，其一第三输入端连接至该变频器的一第三输出端，其一输出端连接至该第二电阻组的该第三端；

其中，该变频器的该第一输出端、该第二输出端、及该第三输出端连结并驱动直流无刷马达，当该变频器驱动直流无刷马达时，该比较器比较该第一电阻组的该第四端电压准位及该第二电阻组的该第四端电压准位，并输出结果至一微处理器以进行该转子位置的判断。

2.如权利要求1所述转子位置感测装置，其特征在于，其中该第三电阻组的每一电阻的电阻值为相等。

3.如权利要求1所述转子位置感测装置，其特征在于，其中该第一电阻与该第四电阻、该第二电阻与该第五电阻、及该第三电阻与该第六电阻的电阻值的比例为相等。

4.一种转子位置感测装置，是依据一直流无刷马达运转时所产生的反电动势以判断一转子的位置，其包括：

一比较器；

一第一电阻组，由一第一电阻及第二电阻所串接而成，其一第一端连接至一第一电压准位，其一第二端连接至一第二电压准位，其一第三端连接至该比较器的一第一输入端，该第一电阻组的该第三端是置于该第一电阻与该第二电阻的连接处；

一第二电阻组，由一第三电阻、一第四电阻、及一第五电阻所串接而成，其一第一端连接至该第一电压准位，其一第二端连接至该第二电压准位，其一第三端的电压准位为该第一电压准位与该第二电压准位的平均，其一第四端连接至该比较器的一第二输入端，该第四端的电压准位低于该第三端的电压准位；以及

一第三电阻组，由三个电阻所并接而成，其一第一输入端连接至一变频器的一第一输出端，其一第二输入端连接至该变频器的一第二输出端，其一第三输入端连接至该变频器的一第三输出端，其一输出端连结至该第二电阻组的该第三端；

其中，该变频器的该第一输出端、该第二输出端、及该第三输出端连结并驱动直流无刷马达，当该变频器驱动直流无刷马达时，该比较器比较该第一电阻组的该第三端的电压准位及该第二电阻组的该第四端的电压准位，并输出结果至一微处理器以进行该转子位置的判断。

5.如权利要求4所述转子位置感测装置，其特征在于，其中该第三电阻组的每一电阻的电阻值为相等。

6.如权利要求4所述转子位置感测装置，其特征在于，其中该第一电阻的电阻值与该第三电阻及该第四电阻的电阻值总和比例相等于该第二电阻与该第五电阻的电阻值比例。

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