CN102215022B - 无刷直流马达的无感测器启动方法 - Google Patents

Abstract

一种无刷直流马达的无感测器启动方法，包含步骤：一累增激磁式转子定位步骤；及一开环启动步骤。本发明在该累增激磁式转子定位步骤中，借助将流通于该无刷直流马达的一线圈模组上的激磁电流逐渐增量的操作，以进行转子的定位，如此可减缓该无刷直流马达启动时造成的振动及噪音；以及避免该无刷直流马达启动困难的缺点，因此，本发明将具有增加马达运转稳定性的效果。

Description

无刷直流马达的无感测器启动方法

技术领域

本发明关于一种无刷直流马达的无感测器启动方法，尤其是一种无设置感测器的无刷直流马达的启动控制方法。

背景技术

无刷直流马达由于具有高效率的优势，因此，多数业者大多将其使用在电子产品上，尤其是作为该电子产品中的散热风扇使用，借助该无刷直流马达的驱动以带动扇叶转动，进而进行该电子产品的驱风散热。

该现有无刷直流马达的启动操作通常利用一霍尔感测器的检测，以确定一转子的磁极定位位置，以便后续的驱动控制得以顺畅进行。然而，该有感测器无刷直流马达在一些应用场合中，往往因为环境条件限制而无法使用该霍尔感测器(例如压缩机引起的高热造成该霍尔感测器误动作，而影响该无刷直流马达的启动操作)。

有鉴于此，另一种现有无感测器技术控制该无刷直流马达启动的方法可用来克服上述缺点。该现有无刷直流马达的无感测器启动方法，包含步骤：一固定激磁式转子定位步骤；及一开环启动步骤。

在该固定激磁式转子定位步骤中，将线圈以固定激磁电流进行激磁，使一转子定位在一启动定位位置。接着，再进行开环顺序启动步骤，使该转子朝一预定转向增速转动。据此，借助上述固定激磁式转子定位步骤及开环启动步骤等操作以完成该无刷直流马达的无感测器启动控制。

然而，一般而言，上述现有无刷直流马达的无感测器启动方法将具有以下缺点：若该无刷直流马达应用于一风扇系统时，该转子结合一叶片组，当该无刷直流马达在未启动时，若该转子受外力影响而无法处于静止状态(例如，该叶片组因受外部气流的扰动而带动该转子转动的状况)，此时，该转子由于无法定位在该启动定位位置，因而无法完成该固定激磁式转子定位步骤，进而使后续的开环启动步骤无法正常进行，结果将导致该无刷直流马达启动失败。基于上述原因，有必要进一步改良上述现有无刷直流马达的无感测器启动控制方法。

发明内容

本发明主要目的是提供一种无刷直流马达的无感测器启动方法，在无刷直流马达未启动，且其转子因受外力而无法定位在一启动定位位置的状况时，借助在一累增激磁式转子定位步骤中，逐渐增加流通于线圈模组上的激磁电流，以避免无刷直流马达启动时发生失败的可能，进而提高马达的运转稳定性。

本发明次一目的是提供一种无刷直流马达的无感测器启动方法，借助在一累增激磁式转子定位步骤中，延长流通于线圈模组上的激磁电流的各区段激磁时间，以避免无刷直流马达启动时产生过大的振动及噪音，以提高马达的运转稳定性。

根据本发明无刷直流马达的无感测器启动方法，包含步骤：

一累增激磁式转子定位步骤，将一无刷直流马达的线圈模组激磁，使该无刷直流马达的转子定位在一启动定位位置，该累增激磁式转子定位步骤更包含以下步骤：

一初始激磁步骤，通入一初始激磁电流予该线圈模组，并维持一段初始激磁时间，并且将该初始激磁电流定义为一待累加电流；

一定位激磁步骤，将该待累加电流加上一电流增量，以形成一定位激磁电流，将该定位激磁电流通入该线圈模组，并维持一段定位激磁时间；及一转子位置判断步骤，判断此时该转子的一个转子磁极交界位置是否到达该启动定位位置，若判断结果为否，则将该定位激磁电流定义为该待累加电流，再重复执行该定位激磁步骤，若判断结果为是，则进行一开环启动步骤；及

该开环启动步骤，顺序激磁该线圈模组的数个线圈，以驱动该转子朝预定转向转动。

本发明的有益效果在于：

本发明借助在一累增激磁式转子定位步骤中，逐渐增加流通于线圈模组上的激磁电流，以避免无刷直流马达启动时发生失败的可能，进而提高马达的运转稳定性

本发明在累增激磁式转子定位步骤中借助将激磁电流逐渐增量及延长各区段激磁时间的操作，以避免该无刷直流马达受到过大电流的冲击而造成振动及噪音加剧，进而增加运转稳定性。

附图说明

图1：本发明较佳实施例的三相全桥转换器的电路示意图。

图2：本发明较佳实施例的无刷直流马达操作在累增激磁式转子定位步骤时的定子磁极及转子磁极位置对应示意图。

图3：本发明较佳实施例的无刷直流马达的无感测器启动方法流程图。

图4：本发明较佳实施例的无刷直流马达进行无感测器启动控制时的三相全桥转换器的驱动时序示意图。

图5：本发明较佳实施例的累增激磁式转子定位步骤流程图。

图6：本发明较佳实施例在累增激磁式转子定位步骤中各该激磁时间之间电流累增变化的示意图。

主要元件符号说明：

1无刷直流马达  11定子磁极   12转子       121转子磁极

2控制器        3转换电路    U1线圈       U2线圈

V1线圈         V2线圈       W1线圈       W2线圈

M1电子式开关   M2电子式开关 M3电子式开关 M4电子式开关

M5电子式开关   M6电子式开关

具体实施方式

为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

请参照图1及2所示，为便于说明，本发明较佳实施例将以一个三相的无刷直流马达1为例进行以下说明。如图2所示，该无刷直流马达1具有六个定子磁极11及一转子12，该转子12具有四个转子磁极121，且该六个定子磁极11上依序绕有U1、V1、W1、U2、V2及W2线圈，以作为该无刷直流马达1的三相线圈。其中该数个线圈U1、V1、W1、U2、V2及W2共同构成一线圈模组。另外，该线圈模组的各线圈可借助结线方式形成Y接型式的线圈模组(如图1所示)或Δ接型式的线圈模组。

请再参照图1所示，其揭示一个三相全桥转换器，该三相全桥转换器具有六电子式开关M1~M6，在进行各相线圈U1、V1、W1、U2、V2及W2的激磁时，该无刷直流马达1借助一控制器2控制该三相全桥转换器的电子式开关M1~M6产生一驱动电流，并控制该驱动电流流通各相线圈U1、V1、W1、U2、V2及W2上的流向。

请参照图3所示，其揭示本发明较佳实施例的无刷直流马达的无感测器启动方法，至少包含步骤：一累增激磁式转子定位步骤S1；及一开环启动步骤S2。借助上述步骤S1及S2的启动控制，可使该无刷直流马达稳定以一预定转速朝该预定转向转动。

其中，在该开环启动步骤S2之后，较佳再执行一闭环运转控制步骤S3，以控制该无刷直流马达1得以进行一等速运转。

请参照图4所示，其揭示本发明较佳实施例的无刷直流马达1的驱动时序示意图，该驱动时序作为控制图1中的电子式开关M1~M6的驱动时序。该驱动时序包含数个周期性的时序T1~T6，借助该些时序T1~T6的顺序操作，以驱动该无刷直流马达1的启动及运转。

请再参照图1至4所示，在该累增激磁式转子定位步骤S1中，将该无刷直流马达1的线圈模组激磁，使该转子12定位在一启动定位位置A1，如图4所示，该无刷直流马达1可依据该时序T1驱动导通图1所示的该电子式开关M1及该电子式开关M2，使该线圈模组的U1及U2线圈受激磁产生一N极磁场，而该线圈模组的V1及V2线圈也受激磁而产生一S极磁场(如图2所示)，此时，二个相邻异极性的转子磁极121可分别受到该U1线圈产生的N极磁场及该V1线圈产生的S极磁场的吸引，驱动该转子12转动，进而使该转子12二个相邻转子磁极121的一转子磁极交界位置F1对应该启动定位位置A1，其中该启动定位位置A1即为图2中介于绕有U1线圈的定子磁极11及绕有V1线圈的定子磁极11之间的位置。

请参照图5所示，其揭示该累增激磁式转子定位步骤S1更包含以下步骤：一初始激磁步骤S11；一定位激磁步骤S12；及一转子位置判断步骤S13。

在该初始激磁步骤S11中，请配合参照图6所示，将该线圈模组通入一初始激磁电流，其中该初始激磁电流如图6中一初始激磁时间T11内所示的电流波形，该初始激磁电流包含数个周期的电流波形，且该初始激磁电流的各周期的电流波形为一脉宽调变电流波形。各该脉宽调变电流波形具有一导通时间Ta(ON)及一关闭时间Ta(OFF)，该导通时间Ta(ON)及该关闭时间Ta(OFF)之间可借助一均方根的计算获得该初始激磁电流的一有效电流值。另外，将该初始激磁电流定义为一待累加电流，以便进行后续的定位激磁步骤S12的操作。

而在该定位激磁步骤S12中，请再配合参照图6所示，将该待累加电流加上一电流增量，以形成一定位激磁电流，并将该定位激磁电流通入该线圈模组，其中该定位激磁电流如图6中一定位激磁时间T12内所示的电流波形，该定位激磁电流包含数个周期的电流波形，且该定位激磁电流的各周期的电流波形也为一脉宽调变电流波形。相较于利用该初始激磁时间T11内的初始激磁电流的激磁操作，在此一步骤12中，该线圈模组通过该定位激磁时间T12内的定位激磁电流的激磁操作，逐渐增加该转子12的转矩。

另外，本发明在将该待累加电流加上电流增量的方式上，可借助调整增加该初始激磁电流的占空比(duty cycle)的手段达成。更详言之，假设该初始激磁时间T11内的各该脉宽调变电流波形的占空比为5%，若该控制器2所设定的待累加电流的预定比例为5%，则该定位激磁时间T12内的各该脉宽调变电流波形的占空比则可累加为10%。如此，借助调整该脉宽调变电流波形的占空比，即可相对调整该待累加电流的有效电流值。

请再参照图5所示，在完成该定位激磁步骤S12后，接着进行该转子位置判断步骤S13，并判断此时该转子12是否到达该启动定位位置A1，若判断结果为是，则进行该开环启动步骤S2；若判断结果为否，则将该定位激磁电流定义为该待累加电流，而成为另一新的定位激磁电流，并将此时的该定位激磁电流通入该线圈模组，其中该定位激磁电流如图6中另一定位激磁时间T13内所示的电流波形，且其中该定位激磁时间T13内的各该脉宽调变电流波形为该定位激磁时间T12内的各该脉宽调变电流波形加上该电流增量(可借助前述增加占空比的预定比例的手段达成)，以逐渐增加该转子12的转矩，该定位激磁步骤S12可不断的重复执行，直到该转子12被定位到该启动定位位置A1为止，再进行该开环启动步骤S2。

借助该步骤S11~S13的操作，使该转子12转动的力矩在累增激磁式转子定位步骤S1过程中逐渐增加，如此可避免该无刷直流马达1在转子定位过程中因受到过大电流的冲击而造成振动及噪音加剧，因此，本发明可减缓该无刷直流马达1启动时的振动及噪音，进而增加运转稳定性。

再者，如图6所示，各该激磁时间T11、T12及T13内均包含数个周期电流波形的用意在于：由于马达的感应电动势的变化与一电流变化时间长成反比，因此借助延长各激磁时间，使该无刷直流马达1因电流增加而产生的感应电动势得以和缓地变化。

另外，在该累增激磁式转子定位步骤S1操作过程中，该初始激磁电流及该定位激磁电流均维持同一电流流动方向。例如，依据图4的时序T1控制该电子式开关M1及该电子式开关M2导通，使该电流朝该V相线圈(包含线圈V1及V2)流入，而由该U相线圈(包含线圈U1及U2)流出。

请再参照图2至4所示，一旦完成该累增激磁式转子定位步骤S1后即进行开环启动步骤S2，从该时序T2开始，以图4的该驱动时序顺序激磁该线圈模组的数个线圈，使该无刷直流马达1的转子12依序朝该预定转向转动，并建立一感应电动势，供该无刷直流马达1进行后续的转动控制。

换言之，请再参照图2至4所示，在该开环启动步骤S2中，依照图4的开环驱动时序T2~T5顺序切换图1的该六个电子式开关M1~M6，以改变流过该线圈模组的六个线圈U1、V1、W1、U2、V2及W2上的电流，借助该无刷直流马达1的该线圈模组顺序激磁，使该无刷直流马达1的转子12依序朝该预定转向转动。

另外，在该开环启动步骤S2完成后，当进行该闭环运转控制步骤S3时(如图3所示)，可接续该开环启动步骤S2中的驱动时序，如接续前述开环驱动时序T5，以时序T6、T1、T2、T3、...顺序激磁该线圈模组，进而控制该无刷直流马达1进行转速控制。

再者，如图1所示，本发明可借助一转换电路3检测该感应电动势，并将一控制信号送至该控制器2，以控制该无刷直流马达1加速达到该预定转速后，再控制该无刷直流马达1等速运转。据此，借助上述步骤以完成本发明该无刷直流马达1的无感测器启动控制。其中该转换电路3用以将该感应电动势转换为适合该控制器2的电压准位，以避免该控制器2烧毁。

综上所述，本发明在累增激磁式转子定位步骤S1中借助将激磁电流逐渐增量及延长各区段激磁时间T11、T12或T13的操作，以避免该无刷直流马达1受到过大电流的冲击而造成振动及噪音加剧，因此，本发明相较于上述现有技术可增加运转稳定性。

Claims (5)

1.一种无刷直流马达的无感测器启动方法，其特征在于包含步骤：

一个累增激磁式转子定位步骤，将一个无刷直流马达的线圈模组激磁，使该无刷直流马达的转子定位在一个启动定位位置，该累增激磁式转子定位步骤更包含以下步骤：

一个初始激磁步骤，通入一个初始激磁电流于该线圈模组，并维持一段初始激磁时间，并且将该初始激磁电流定义为一个待累加电流；

一个定位激磁步骤，将该待累加电流加上一个电流增量，形成一个定位激磁电流，将该定位激磁电流通入该线圈模组，并维持一段定位激磁时间；及

一个转子位置判断步骤，判断此时该转子的一个转子磁极交界位置是否到达该启动定位位置，若判断结果为否，则将该定位激磁电流定义为该待累加电流，再重复执行该定位激磁步骤，若判断结果为是，则进行一个开环启动步骤；及

该开环启动步骤，顺序激磁该线圈模组的数个线圈，以驱动该转子朝预定转向转动。

2.依权利要求1所述的无刷直流马达的无感测器启动方法，其特征在于，该初始激磁电流及该定位激磁电流分别包含数个周期的电流波形。

3.依权利要求1或2所述的无刷直流马达的无感测器启动方法，其特征在于，该初始激磁电流及该定位激磁电流的各周期的电流波形为一个脉宽调变电流波形。

4.依权利要求3所述的无刷直流马达的无感测器启动方法，其特征在于，在该定位激磁步骤中，调整增加该初始激磁电流或该定位激磁电流的占空比的一个预定比例，以将该待累加电流加上该电流增量。

5.依权利要求1所述的无刷直流马达的无感测器启动方法，其特征在于，该初始激磁电流及该定位激磁电流均维持同一个电流流动方向。

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