CN110401380A - 用于直流无刷马达的位置感测系统及其切换方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于直流无刷马达的位置感测系统及其切换方法，用以解决因位置感测组件损坏，而导致现有的直流无刷马达无法正常运转的问题。包括：一个感测模块，该感测模块设置于一个直流无刷马达内部；一个控制单元，该控制单元耦合连接该感测模块及该直流无刷马达；及一个驱动电路，该驱动电路耦合连接该控制单元及该直流无刷马达，该控制单元依据该感测模块的一个位置信号产生一个驱动信号，当该感测模块失效时，该控制单元依据该直流无刷马达的一个电动势信号产生该驱动信号，该驱动电路接收该驱动信号，以控制该直流无刷马达运转。
Description
技术领域
本发明涉及一种转子位置感测系统，尤其是一种具有无传感器模式及备用感测组件可供切换，可以用于直流无刷马达的位置感测系统及其切换方法。
背景技术
现有的感应式直流无刷马达，将多个位置感测组件精确地固定在马达内部的适当位置，用以监测马达的定子与转子的相对位置变化，并依据位置监测结果驱动马达运转。
上述现有的感应式直流无刷马达，由于该位置感测组件设置于马达内部而不易更换，因此，当现有的感应式直流无刷马达在长时间运转后，该位置感测组件因为损坏而无法提供正确的转子/定子的定位数据，导致马达扭矩及运转功率降低，必须更换整组马达以维持工作效率，使成本增加且造成浪费。举例说明，电动摩托车以现有的感应式直流无刷马达作为动力来源，而该电动摩托车在行驶过程中，该位置感测组件失效将导致该电动摩托车突然停止运转，使驾驶人的生命财产受到威胁。
有鉴于此，现有的感应式直流无刷马达的位置感测系统确实仍有加以改善的必要。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于直流无刷马达的位置感测系统，可以切换为无传感器模式或备用感测模块，维持马达正常运作，且避免增加额外维修成本。
本发明的另一个目的在于提供一种切换方法，可以在感测系统异常时，切换至无传感器模式或备用感测模块以驱动马达持续运转，避免工作效率降低。
本发明的用于直流无刷马达的位置感测系统，包括：一个感测模块，该感测模块设置于一个直流无刷马达内部；一个控制单元，该控制单元耦合连接该感测模块及该直流无刷马达；及一个驱动电路，该驱动电路耦合连接该控制单元及该直流无刷马达，该控制单元依据该感测模块的一个位置信号产生一个驱动信号，当该感测模块失效时，该控制单元依据该直流无刷马达的一个电动势信号产生该驱动信号，该驱动电路接收该驱动信号，以控制该直流无刷马达运转。
本发明的用于直流无刷马达的位置感测系统，包括：一个感测模块，该感测模块设置于一个直流无刷马达内部；至少一个备用感测模块，该备用感测模块设置于该直流无刷马达内部；一个控制单元，该控制单元耦合连接该感测模块、该备用感测模块及该直流无刷马达；及一个驱动电路，该驱动电路耦合连接该控制单元及该直流无刷马达，该控制单元依据该感测模块的一个位置信号产生一个驱动信号，当该感测模块失效时，该控制单元依据该备用感测模块的一个位置信号产生该驱动信号，当该感测模块及该备用感测模块失效时，该控制单元依据该直流无刷马达的一个电动势信号产生该驱动信号，该驱动电路接收该驱动信号，以控制该直流无刷马达运转。
因此，本发明的用于直流无刷马达的位置感测系统，依据各定位装置所取得正确的转子位置，可以持续驱动该直流无刷马达，避免单独一个感测组件的损坏而影响马达运转，甚至整组马达报废，具有节省成本及维持工作效率的功效。
其中，该感测模块及该备用感测模块分别具有多个感测单元，该多个感测单元间隔设置于该直流无刷马达的定子端。如此，各感测单元可以测量磁场变化，具有纪录转子磁铁旋转位置的功效。
其中，该控制单元为微控制器，该控制单元判断该感测模块及该备用感测模块产生的该位置信号的正确性。如此，可以淘汰置换异常或损坏的感测单元，具有维持运转效率的功效。
其中，该感测单元为霍尔效应传感器。如此，该感测单元可以进行观测而不干扰线圈电流，具有提升监测转换效率的功效。
其中，该驱动电路具有多个上桥组件及多个下桥组件，各上桥组件分别电连接该直流无刷马达的定子线圈及一个电源的输出正端，各下桥组件分别电连接该直流无刷马达的定子线圈及该电源的输出负端。如此，可以轮流导通不同相位线圈，具有切换转速及转向的功效。
本发明的切换方法，应用于一个直流无刷马达及其位置感测系统，该方法的步骤包括：一个初始化步骤，由一个驱动电路依据一个初始信号启动该直流无刷马达开始运转，并由一个感测模块监测该直流无刷马达运转的一个位置信号；一个正常运转步骤，控制单元依据该位置信号产生一个驱动信号，用以控制该直流无刷马达运转，且该控制单元判断该位置信号是否正确，若判断为正确，重复进行该正常运转步骤，若判断为不正确，续判断是否存在一个备用感测模块，若是，该控制单元切换为读取该备用感测模块的另一个位置信号，并重复进行该正常运转步骤；及一个无感测运转步骤，若该正常运转步骤中，判断不存在有效的该备用感测模块，该控制单元依据一个电动势信号产生该驱动信号，驱动该直流无刷马达运转。
其中，该正常运转步骤中，该控制单元判断该位置信号为不正确，则该控制单元发出一个警告讯号。如此，具有通知用户马达驱动模式改变的功效。
本发明的切换方法，应用于一个直流无刷马达及其位置感测系统，该方法的步骤包括：一个初始化步骤，一个驱动电路依据一个初始信号启动该直流无刷马达开始运转，并由一个感测模块监测该直流无刷马达运转的一个位置信号；一个正常运转步骤，控制单元依据该位置信号产生一个驱动信号，用以控制该直流无刷马达运转，且该控制单元判断该位置信号是否正确，若判断为正确，重复进行该正常运转步骤，若判断为不正确，该控制单元停止输出该驱动信号，并发出一个警告讯号，再判断是否存在一个备用感测模块，若是，则通过手动方式切换该备用感测模块后，重复进行初始化步骤及该正常运转步骤，并由该控制单元读取该备用感测模块的另一个位置信号；及一个无感测运转步骤，若该正常运转步骤中，判断该位置信号不正确，且不存在有效的该备用感测模块，则以手动方式切换该控制单元依据一个电动势信号产生该驱动信号，驱动该直流无刷马达运转。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1：本发明一个较佳实施例的系统组装图；
图2：本发明自动切换方法的步骤方块图；
图3：本发明手动切换方法的步骤方块图。
附图标记说明
1 感测模块 11 感测单元
11a 第一感测单元 11b 第二感测单元
11c 第三感测单元
2 控制单元
3 驱动电路
4 备用感测模块 41 感测单元
41a 第一感测单元 41b 第二感测单元
41c 第三感测单元
M 直流无刷马达 P 位置信号
D 驱动信号 E 电动势信号
S0 初始化步骤 S1 正常运转步骤
S2 无感测运转步骤。
具体实施方式
为使本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特根据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所示，其为本发明用于直流无刷马达的位置感测系统的一个较佳实施例，包括一个感测模块1、一个控制单元2、一个驱动电路3及至少一个备用感测模块4，该感测模块1及该备用感测模块4设置于一个直流无刷马达M内部，该控制单元2耦合连接该感测模块1、该备用感测模块4及该直流无刷马达M，该驱动电路3耦合连接该控制单元2及该直流无刷马达M。
该感测模块1由多个感测单元11间隔设置于该直流无刷马达M的定子端，各感测单元11监测该直流无刷马达M的转子旋转时的磁场变化，形成包括该直流无刷马达M的转子定位数据的一个位置信号P。该感测单元11可以是霍尔效应传感器。本实施例中，该直流无刷马达M为三相马达，且该感测模块1具有三个感测单元11a、11b、11c，但是，本发明不以此为限，其中，一对该感测单元11可以判定一组相位线圈的通电，即第一感测单元11a与第二感测单元11b判定第一相位，第二感测单元11b与第三感测单元11c判定第二相位，第三感测单元11c与第一感测单元11a判定第三相位。
该控制单元2可以是微控制器（Micro Control Unit, MCU），该控制单元2通过耦合连接该感测模块1的各感测单元11，使该控制单元2可以接收该感测模块1的该位置信号P，该控制单元2还可以通过比较各感测单元11的监测数据，判断该位置信号P的正确性，并依据正确的该位置信号P产生一个驱动信号D，另外，该控制单元2还可以判定该位置信号P异常，并发出一个警告讯号；另外，该控制单元2通过耦合连接该直流无刷马达M的定子线圈，使该控制单元2可以接收该直流无刷马达M的一个电动势信号E，该电动势信号E为定子线圈受磁场变化影响产生的电动势变化，且该控制单元2还可以依据该电动势信号E产生另一个驱动信号D。
该驱动电路3可以包括多个上桥组件及多个下桥组件，各上桥组件分别电连接该直流无刷马达M的定子线圈及一个电源的输出正端，各下桥组件分别电连接该直流无刷马达M的定子线圈及该电源的输出负端，则该驱动电路3可以接收该驱动信号D，并依据该驱动信号D开关该多个上桥组件及该多个下桥组件，使该直流无刷马达M的不同相位定子线圈可以轮流导通电流，且电流方向可以正反切换。该驱动电路3可以整合于一个微芯片，或该控制单元2及该驱动电路3可以共同整合于一个微芯片。
如图1所示，本较佳实施例包括一组该备用感测模块4，但是，本发明不以此为限，本发明的位置感测系统还可以具有零个或多个该备用感测模块4。该备用感测模块4由多个感测单元41间隔设置于该直流无刷马达M的定子端，各感测单元41监测该直流无刷马达M的转子旋转时的磁场变化，形成包括该直流无刷马达M的转子定位数据的一个位置信号P。该感测单元41可以是霍尔效应传感器。本实施例中，该直流无刷马达M为三相马达，且该备用感测模块4具有三个感测单元41a、41b、41c，但是，本发明不以此为限，其中，一对该感测单元41可以判定一组相位线圈的通电，即第一感测单元41a与第二感测单元41b判定第一相位，第二感测单元41b与第三感测单元41c判定第二相位，第三感测单元41c与第一感测单元41a判定第三相位。
根据前述结构，当该直流无刷马达M运转时，该感测模块1及该备用感测模块4可以分别产生该位置信号P，及该直流无刷马达M的定子线圈可以产生该电动势信号E。该控制单元2依据该感测模块1的该位置信号P产生该驱动信号D；当该感测模块1失效时，该控制单元2依据该备用感测模块4的该位置信号P产生该驱动信号D；当该感测模块1失效，且该备用感测模块4失效或不存在该备用感测模块4时，该控制单元2依据该直流无刷马达M的该电动势信号E产生该驱动信号D。该驱动电路3接收该驱动信号D，以控制该直流无刷马达M运转。
请参照图2所示，其为本发明用于直流无刷马达的位置感测系统的一种自动切换方法，该方法的步骤包括：一个初始化步骤S0、一个正常运转步骤S1及一个无感测运转步骤S2，使该直流无刷马达M可以由静止启动运转，并通过开关模式而维持稳定旋转。
该初始化步骤S0由该驱动电路3依据一个初始信号，启动静止状态的该直流无刷马达M开始运转，并由该感测模块1监测该直流无刷马达M运转的该位置信号P。
该正常运转步骤S1由该控制单元2依据该位置信号P产生该驱动信号D，用以控制该直流无刷马达M运转，且该控制单元2判断该位置信号P是否正确，若判断为正确，重复进行该正常运转步骤S1，若判断为不正确，续判断是否存在一个备用感测模块4，若是，该控制单元2切换为读取该备用感测模块4的另一个该位置信号P，并重复进行该正常运转步骤S1。如此，可以感测正确的转子位置用以控制该直流无刷马达M运转，而维持扭矩及运转效率。另外，该控制单元2判断该位置信号P为不正确时，该控制单元2还可以发出一个警告讯号。
若该正常运转步骤S1中，判断不存在有效的该备用感测模块4，则进入该无感测运转步骤S2，由该控制单元2依据该电动势信号E产生该驱动信号D，驱动该直流无刷马达M运转。如此，依据定子线圈的感应电动势的强弱变化，可以得知作用于定子线圈的磁场变化，并取得正确的转子位置用以维持该直流无刷马达M有效旋转。
请参照图3所示，其为本发明用于直流无刷马达的位置感测系统的一种手动切换方法，与自动切换方法，主要区别在于：该正常运转步骤S1中，当该控制单元2判断该位置信号P为不正确时，该控制单元2停止输出该驱动信号D，并发出一个警告讯号，再判断是否存在一个备用感测模块4，若是，则通过手动方式切换该备用感测模块4后，重复进行初始化步骤S0及该正常运转步骤S1，并由该控制单元2读取该备用感测模块4的另一个位置信号P；若该正常运转步骤S1中，判断该位置信号P不正确，且不存在有效的该备用感测模块4，则进入该无感测运转步骤S2，以手动方式切换该控制单元3依据该电动势信号E产生该驱动信号D，驱动该直流无刷马达M运转。
综上所述，本发明的用于直流无刷马达的位置感测系统及其切换方法，依据各定位装置及方法所取得正确的转子位置，可以持续驱动该直流无刷马达，避免单独一个感测组件损坏而影响马达运转，甚至整组马达报废，具有节省成本及维持工作效率的功效。另外，电动摩托车运用本发明的用于直流无刷马达的位置感测系统及其切换方法，可以使电动摩托车获得持续运转的动力，避免电动摩托车突然停止运转，具有提升行车安全及稳定驾驶的功效。
虽然本发明已利用上述较佳实施例公开，但其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种更动与修改仍属于本发明所保护的技术范畴，因此本发明的保护范围应当以权利要求书所界定为准。
Claims (11)
1.一种用于直流无刷马达的位置感测系统，其特征在于，包括：
一个感测模块，该感测模块设置于一个直流无刷马达内部；
一个控制单元，该控制单元耦合连接该感测模块及该直流无刷马达；及
一个驱动电路，该驱动电路耦合连接该控制单元及该直流无刷马达，该控制单元依据该感测模块的一个位置信号产生一个驱动信号，当该感测模块失效时，该控制单元依据该直流无刷马达的一个电动势信号产生该驱动信号，该驱动电路接收该驱动信号，以控制该直流无刷马达运转。
2.如权利要求1所述的位置感测系统，其特征在于，该感测模块具有多个感测单元，该多个感测单元间隔设置于该直流无刷马达的定子端。
3.如权利要求1所述的位置感测系统，其特征在于，该控制单元为微控制器，该控制单元判断该感测模块产生的该位置信号的正确性。
4.一种用于直流无刷马达的位置感测系统，其特征在于，包括：
一个感测模块，该感测模块设置于一个直流无刷马达内部；
至少一个备用感测模块，该备用感测模块设置于该直流无刷马达内部；
一个控制单元，该控制单元耦合连接该感测模块、该备用感测模块及该直流无刷马达；及
一个驱动电路，该驱动电路耦合连接该控制单元及该直流无刷马达，该控制单元依据该感测模块的一个位置信号产生一个驱动信号，当该感测模块失效时，该控制单元依据该备用感测模块的一个位置信号产生该驱动信号，当该感测模块及该备用感测模块失效时，该控制单元依据该直流无刷马达的一个电动势信号产生该驱动信号，该驱动电路接收该驱动信号，以控制该直流无刷马达运转。
5.如权利要求4所述的位置感测系统，其特征在于，该感测模块及该备用感测模块分别具有多个感测单元，该多个感测单元间隔设置于该直流无刷马达的定子端。
6.如权利要求4所述的位置感测系统，其特征在于，该控制单元为微控制器，该控制单元判断该感测模块及该备用感测模块产生的该位置信号的正确性。
7.如权利要求2或5所述的位置感测系统，其特征在于，该感测单元为霍尔效应传感器。
8.如权利要求1或4所述的位置感测系统，其特征在于，该驱动电路具有多个上桥组件及多个下桥组件，各上桥组件分别电连接该直流无刷马达的定子线圈及一个电源的输出正端，各下桥组件分别电连接该直流无刷马达的定子线圈及该电源的输出负端。
9.一种切换方法，其特征在于，应用于一个直流无刷马达及其位置感测系统，该方法的步骤包括：
一个初始化步骤，由一个驱动电路依据一个初始信号启动该直流无刷马达开始运转，并由一个感测模块监测该直流无刷马达运转的一个位置信号；
一个正常运转步骤，控制单元依据该位置信号产生一个驱动信号，用以控制该直流无刷马达运转，且该控制单元判断该位置信号是否正确，若判断为正确，重复进行该正常运转步骤，若判断为不正确，续判断是否存在一个备用感测模块，若是，该控制单元切换为读取该备用感测模块的另一个位置信号，并重复进行该正常运转步骤；及
一个无感测运转步骤，若该正常运转步骤中，判断不存在有效的该备用感测模块，该控制单元依据一个电动势信号产生该驱动信号，驱动该直流无刷马达运转。
10.如权利要求9所述的切换方法，其特征在于，该正常运转步骤中，该控制单元判断该位置信号为不正确，则该控制单元发出一个警告讯号。
11.一种切换方法，其特征在于，应用于一个直流无刷马达及其位置感测系统，该方法的步骤包括：
一个初始化步骤，一个驱动电路依据一个初始信号启动该直流无刷马达开始运转，并由一个感测模块监测该直流无刷马达运转的一个位置信号；
一个正常运转步骤，控制单元依据该位置信号产生一个驱动信号，用以控制该直流无刷马达运转，且该控制单元判断该位置信号是否正确，若判断为正确，重复进行该正常运转步骤，若判断为不正确，该控制单元停止输出该驱动信号，并发出一个警告讯号，再判断是否存在一个备用感测模块，若是，则通过手动方式切换该备用感测模块后，重复进行初始化步骤及该正常运转步骤，并由该控制单元读取该备用感测模块的另一个位置信号；及
一个无感测运转步骤，若该正常运转步骤中，判断该位置信号不正确，且不存在有效的该备用感测模块，则以手动方式切换该控制单元依据一个电动势信号产生该驱动信号，驱动该直流无刷马达运转。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 高鹏: "一种基于霍尔传感器的雷达方位角测量优化设计", 《电子制作》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| TWI675544B (zh) | 2019-10-21 |
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