CN1096142C

CN1096142C - 具有电容装置的无刷电动机系统

Info

Publication number: CN1096142C
Application number: CN99126943A
Authority: CN
Inventors: 林奇成; 林清宏; 董顺义
Original assignee: Acer Computer Co Ltd
Current assignee: BenQ Corp
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2002-12-11
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: CN1302116A

Abstract

一种无刷电动机系统。它包含一无刷电动机，一驱动器，和至少一传感电路。该无刷电动机含有一转子，而该传感电路是用来感测该转子的位置，该传感电路含有一霍尔传感器以及二电容器装置，该霍尔传感器包含二输出端。当该转子转动时，该二输出端会输出二相对应的感测信号。以及该二电容装置是分别串联于该霍尔传感器的二输出端，以隔离该二感测信号内所含的直流偏压。该驱动器连接于该二电容装置，依据该传感电路经由该二电容装置所传来的二感测信号来驱动该无刷电动机的转子。

Description

具有电容装置的无刷电动机系统

本发明提供一种无刷电动机系统，尤指一种具有电容装置的无刷电动机系统。

直流无刷电动机(DC brushless motor)为一种常见的电动机，其具有构造简单、坚固耐用、以及效率良好等优点，故广泛地被应用于各种产业。以现今电脑的储存装置而言，举凡硬盘机、光盘机、可烧录式光盘机、以及DVD等，其主轴电动机皆是使用直流无刷电动机。随着科技的进步，储存装置的存取速度越来越快，对于主轴电动机速度及稳定度的要求也越来越高。因此，如何控制主轴电动机，使其能快速且稳定的运转，已成为现今设计储存装置的一项重要的课题。

请参阅图1。图1为已知无刷电动机系统10的示意图。已知无刷电动机系统10包含一三相无刷电动机12，一驱动器14，以及三霍尔传感器(Hallsensor)16。无刷电动机12包含有一转子(未显示)。霍尔传感器16是用来感测该转子的位置，而驱动器14会依据三霍尔传感器16所感测到的转子位置来驱动无刷电动机12的转子。

如图1所示，当该转子转动时，每一个霍尔传感器16会输出二相对应的感测信号至驱动器16，三霍尔传感器16所产生的感测信号分别以H1+、H1-、H2+、H2-、H3+、及H3-表示。驱动器14会依据每一个霍尔传感器16所回授过来的感测信号来产生并输出三相电流A1、A2、A3至无刷电动机12，以驱动无刷电动机12的转子。

请参阅图2。图2为图1所示的感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+、H3-以及三相电流A1、A2、A3在理想状况下的时序图。当该转子转动时，每一个霍尔传感器16会产生相位不同但波形相同的正弦波感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+、以及H3-，而驱动器14则会根据这些感测信号来产生相对应的相位不同但波形相同的电流A1、A2及A3。在理想的状况下，同一个霍尔传感器16所产生二感测信号的直流电平应该相同，且完全对称，如此驱动器14才能输出正确且未偏移的三相电流A1、A2、及A3，以使无刷电动机12能稳定的运转。

请参阅图3。图3为图1所示霍尔传感器16的感测信号H1+、H1-以及输出电流A1在实际状况下的时序图。一般霍尔传感器16的感测讯号并未能有如图2所示的理想波形。由于在制造霍尔传感器16时离子浓度掺杂不均，或是受到温度等环境因素的影响，同一个霍尔传感器16所产生的二感测信号其直流电平通常不相同。以感测讯号H1+以及H1-为例，感测讯号H1+的直流偏压Dc+就可能与感测讯号H1-的直流偏压Dc-不同，因而导致驱动器14的输出电流A1亦产生偏移。此外，感测讯号H2+、H2-、以及H3+、H3-亦同样会因为直流偏压不同的原因而分别导致输出电流A2、A3产生偏移。由于输出电流与电动机的扭力相关，输出电流偏移即会造成扭力不均，如此自然易造成电动机运转的震动与转速不稳定。

本发明的主要目的在于提供一种具有电容装置的无刷电动机系统，其可使无刷电动机能稳定的运转，以解决上述问题。

本发明提供的一种无刷电动机系统，该无刷电动机系统包含有：一无刷电动机，其包含有一转子；至少一传感电路，用来感测该转子的位置，其包含有：一霍尔传感器(Hall Sensor)，其包含有二输出端，其中当该转子转动时，该霍尔传感器的二输出端会输出二相对应的感测信号；以及二电容装置，分别串联于该霍尔传感器的二输出端，用来隔离该二感测信号内所含的直流偏压；以及一驱动器，连接于该二电容装置，用来依据该传感电路经由该二电容装置所传来的二感测信号来驱动该无刷电动机的转子。

本发明的目的、特征及优点将结合实施例参考附图进行详细描述。

附图简要说明：

图1为已知无刷电动机系统的示意图；

图2为图1所示的感测信号以及三相电流在理想状况下的时序图；

图3为图1所示霍尔传感器的感测信号以及输出电流在实际状况下的时序图；

图4为本发明无刷电动机系统的示意图；

图5为图4所示的传感电路示意图；

图6为图4所示无刷电动机系统另一实施例的示意图。

请参阅图4。图4为本发明无刷电动机系统40的示意图。本发明无刷电动机系统40包含有一无刷电动机42，一驱动器44，以及三传感电路52、54、56。无刷电动机42包含有一转子(未显示)，传感电路52、54、56是用来感测该转子的位置，而驱动器44则依据传感电路52、54、56所感测到的转子位置来驱动无刷电动机42的转子。

如图4所示，当该转子转动时，传感电路52、54、56分别会输出二相对应的感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+、及H3-至驱动器44。驱动器44会依据感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+、及H3-输出三相电流A1、A2、及A3至无刷电动机42，以驱动无刷电动机42的转子。

请参阅图5。图5为图4所示的传感电路52、54、56示意图。传感电路52、54、56各包含有一霍尔传感器60，以及二电容装置62。每一个霍尔传感器60包含有二输出端64，而二电容装置62则分别串联于二输出端64。当该转子转动时，霍尔传感器60的二输出端64会输出二相对应的感测信号。驱动器44是连接于二电容装置62，用来依据传感电路52、54、56经由其电容装置62所传来的感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+、以及H3-来驱动无刷电动机42的转子。由于电容装置62具有隔离感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+、以及H3-内所含的直流偏压的功能，所以本来如图3所示具有不同直流偏压的感测信号，在经电容装置62后就会变成如图2所示具有相同直流偏压的波形。如此一来，驱动器44输出的三相电流A1、A2、A3就不会偏移，而无刷电动机42的稳定性也因此而提升。

如图5所示，感测电路52、54、56内的各个电容装置62是与一开关装置68相并联，而无刷电动机系统40则另包含有一控制电路70电连接于传感电路52、54、56用来控制每一开关装置68的导通(ON)或截止(OFF)。当任一开关装置68被导通时，与开关装置68相并联的电容装置62的两端会被相连而使该电容装置62所在的输出端64的感测讯号得以直接经由开关装置68而传至驱动器44，当任一开关装置68被截止时，与开关装置68相并联的电容装置62的两端不会被相连，因此使该感测讯号得以经由电容装置62而传至驱动器44。

控制电路70并包含有一控制装置，以于无刷电动机42达一预定转速时截止开关装置68，此处以一延迟电路72为例，当驱动器44开始启动无刷电动机42时，延迟电路72会将所有开关装置68导通以使各个霍尔传感器60两端所产生的感测讯号得以直接经由各个开关装置68而传至驱动器44，而当驱动器44启动无刷电动机42超过一预定时间时，延迟电路72会将所有开关装置68截止以使各个霍尔传感器60两端所产生的感测讯号得以经由各个电容装置62而传至驱动器44。此预定的时间为驱动无刷电动机42达该预定转速所需的时间。

当无刷电动机42从静止状态开始启动时，由于感测信号的频率甚低，故传感电路52、54、56内的霍尔传感器60所产生的感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+以及H3-无法通过传感电路52、54、56内的电容装置而传至驱动器44。因此设置开关装置68并使之处于导通的状态，所以传感电路52、54及56内的霍尔传感器60所产生的感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+以及H3-仍可分别经由传感电路该开关装置68而传至驱动器44。传至驱动器44的感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+以及H3-可使驱动器44产生三相输出电流A1、A2、A3，而此三相输出电流A1、A2、A3可以使无刷电动机42启动且朝正确的方向运转。在经过该预定时间后，无刷电动机42的转速已较快，感测信号的频率也较高，此时控制电路会截止所有的开关装置68，感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+、以及H3-即会经由电容装置62而传至驱动器44。如前所述，由于电容装置62具有隔离信号内所含的直流偏压的功能，所以驱动器44输出的三相电流A1、A2、A3就不会偏移，而无刷电动机42的稳定性也因此而提升。

上述的开关装置亦可以仅设置于上述三传感电路中的任意二者，仍可达到相同的目的，例如仅设置于传感电路52、54之中，因此当无刷电动机42从静止状态开始启动时，由于感测信号的频率甚低，故传感电路56内的霍尔传感器60所产生的感测信号H3+、H3-无法通过传感电路56内的电容装置62传至驱动器44。但因此时开关装置68是处于导通的状态，所以传感电路52、54内的霍尔传感器60所产生的感测信号H1+、H1-、H2+、以及H2-仍可分别经由传感电路52、54内的开关装置68而传至驱动器44。传至驱动器44的感测信号H1+、H1-、H2+、以及H2-可使驱动器44产生二相输出电流A1、A2，而此二相输出电流A1、A2已足以使无刷电动机42启动且朝正确的方向运转。在经过该预定时间后，无刷电动机42的转速已较快，感测信号的频率也较高，此时控制电路70会截止所有的开关装置68，感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+、以及H3-即会经由电容装置62而传至驱动器44。如前所述，由于电容装置62具有隔离信号内所含的直流偏压的功能，所以驱动器44输出的三相电流A1、A2、A3就不会偏移，而无刷电动机42的稳定性也因此而提升。

请参阅图6。图6为图4所示无刷电动机系统40另一实施例的示意图。无刷电动机系统40控制电路70的延迟电路72亦可以一频率传感器74取代。频率传感器74电连接于传感电路52内霍尔传感器60的输出端64，用来感测输出端64上的感测信号的频率。当驱动器44开始启动无刷电动机42时，频率传感器74会将所有开关装置68导通以使各个霍尔传感器60两端所产生的感测讯号得以直接经由各个开关装置68而传至驱动器44，而当频率传感器74所感测的频率超过一预定频率时，频率传感器74会将所有开关装置68截止以使各个霍尔传感器60两端所产生的感测讯号得以经由各个电容装置62而传至驱动器44。

设置频率传感器74的目的在于确定霍尔传感器60所输出的感测信号已达该预定频率，以确保在所有开关装置68截止后感测讯号可以通过各个电容装置62。由于感测信号H1+、H1-、H2+、H2-、H3+、以及H3-的频率都是相同的，所以频率传感器74只需感测任一(或以上)输出端64上的感测信号的频率即可。

此外，前述所提及的实施例都是使用具有三相电流A1、A2、A3以及三传感电路52、54、56的三相无刷电动机42做说明。事实上对于具有N个传感电路，以及需使用N相电流来驱动的N相无刷电动机，只要其各个传感电路内的霍尔传感器60的输出端64上串接有电容装置62，且至少有二传感电路的各个电容装置62是与开关装置68相并联，皆符合本发明的精神。

相较于已知的无刷电动机系统，本发明无刷电动机系统40具有电容装置62以及开关装置68。电容装置62可使输入驱动器44的感测信号更接近理想波形，进而将无刷电动机42运转时的震动减至最低。而开关装置68则可使无刷电动机42在启动的时候不至于因为感测信号的频率过低无法通过电容装置62，而无法顺利启动。因此本发明无刷电动机系统40的无刷电动机42运转的稳定性得以顺利的提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一种无刷电动机系统，其特征是该无刷电动机系统包含有：

一无刷电动机，其包含有一转子；

至少一传感电路，用来感测该转子的位置，其包含有：

一霍尔传感器(Hall Sensor)，其包含有二输出端，其中当该转子转动时，该霍尔传感器的二输出端会输出二相对应的感测信号；以及

二电容装置，分别串联于该霍尔传感器的二输出端，用来隔离该二感测信号内所含的直流偏压；以及

一驱动器，连接于该二电容装置，用来依据该传感电路经由该二电容装置所传来的二感测信号来驱动该无刷电动机的转子。

2.如权利要求1所述的无刷电动机系统，其特征是该无刷电动机是为一具有N个相的无刷电动机，而该无刷电动机系统则设有N个传感电路，用来感测该转子的位置，该无刷电动机系统的驱动器是连接于该N个传感电路的各个电容装置，用来依据该N个感测电路经由各个电容装置所传来的感测信号来驱动该无刷电动机的转子。

3.如权利要求2所述的无刷电动机系统，其特征是该无刷电动机是为一三相无刷电动机，而该无刷电动机系统则设有三个传感电路，用来感测该转子的位置。

4.如权利要求2所述的无刷电动机系统，其特征是至少有二传感电路的各个电容装置是与一开关装置相并联，而该无刷电动机系统则另包含有一控制电路用来控制每一开关装置的导通(ON)或截止(OFF)，其中当任一该开关装置被导通时，与该开关装置相并联的电容装置的两端会被相连而使一感测讯号得以直接经由该开关装置而传至该驱动器，当任一该开关装置被截止时，与该开关装置相并联的电容装置的两端不会被相连，因此使一感测讯号得以经由该电容装置而传至该驱动器。

5.如权利要求4所述的无刷电动机系统，其特征是该控制电路包含有一控制装置，当该驱动器开始启动该无刷电动机时，该控制装置会将所有开关装置导通以使各个霍尔传感器两端所产生的感测讯号得以直接经由各个开关装置而传至该驱动器，而当该驱动器启动该无刷电动机超过一预定转速时，该控制装置会将所有开关装置截止以使各个霍尔传感器两端所产生的感测讯号得以经由各个电容装置而传至该驱动器。

6.如权利要求5所述的无刷电动机系统，其特征是该控制装置是为一延迟电路，当该驱动器开始启动该无刷电动机时，该延迟电路会将所有开关装置导通以使各个霍尔传感器两端所产生的感测讯号得以直接经由各个开关装置而传至该驱动器，而当该驱动器启动该无刷电动机超过一预定时间时，该延迟电路会将所有开关装置截止以使各个霍尔传感器两端所产生的感测讯号得以经由各个电容装置而传至该驱动器。

7.如权利要求5所述的无刷电动机系统，其特征是该控制装置是为一频率传感器用来感测至少一输出端上的感测信号的频率，当该驱动器开始启动该无刷电动机时，该频率传感器会将所有开关装置导通以使各个霍尔传感器两端所产生的感测信号得以直接经由各个开关装置而传至该驱动器，而当该频率传感器所感测的频率超过一预定频率时，该频率传感器会将所有开关装置截止以使各个霍尔传感器两端所产生的感测讯号得以经由各个电容装置而传至该驱动器。