CN1787354A - 用于直流无刷马达的转子位置感测装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种转子位置感测装置，依据零交越以判断直流无刷马达转子的位置，其包括：参考电阻组，由至少一电阻所组成并用以提供参考电压；复数侦测电阻组，每一侦测电阻组由至少一电阻所组成，并分别输入驱动电压以提供侦测电压；以及复数比较器，每一比较器用以比对参考电压以及侦测电压并输出比对结果至控制器；其中，当其中一侦测电压越过参考电压时，比对结果表示零交越，而控制器依据复数比对结果以得知转子的位置。而驱动电压由变频器所提供并用以驱动直流无刷马达转子。

Description

用于直流无刷马达的转子位置感测装置

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的转子位置感测装置。

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)的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，一般是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的转子位置，其运作说明如下：

变频器(inverter)13的节点TA、TB、及TC分别连接至直流无刷马达11，并分别提供不同逻辑电压准位的驱动电压VA、驱动电压VB、及驱动电压VC至直流无刷马达11的定子(stator)以驱动直流无刷马达11的转子。由于驱动电压VA、驱动电压VB、及驱动电压VC在同一时间下，分别轮流为高电压准位(Vdd)、低电压准位(较佳为接地电压准位)、及不导电状态。假设电阻RA、电阻RB、及电阻RC的电阻值为相等，因此，节点VT的电压准位如方程式(1)所示：

$\mathrm{VT}=\frac{\mathrm{VA}+\mathrm{VB}+\mathrm{VC}}{3}\·\·\·\left(1\right)$

由方程式(1)中可知，节点VT的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A、磁场线圈B、及磁场线圈C的电感值为相等，所以，节点TN的电压单位亦等于高电压准位的一半，亦称为中性点。

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，back EMF)，此反电动势维持的时间称为休止时间，这导致节点VS的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TM的电压准位，并将比对结果输出至控制器25，再于控制器25进行零交越(zerocrossing)点的判断及驱动电压值的判断，即可得知转子目前所在位置，如此一来，控制器25即可正确地控制变频器13的运作，以调整直流无刷马达11的转速。

公知转子位置感测装置10为了进行节点VS与节点TM的电压准位的比对，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RA、RB、RC的阻抗与马达线圈A、B、C的阻抗不同也连带影响到VS与TM的电压差异，亦增加比较器31比对结果的不准确性。此外，仅由单一比较器31的输出结果而进行零交越点及驱动电压值的判断，不但精准度低，且因所有计算皆由控制器25所承受，将造成控制器25电路设计上的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于直流无刷马达的转子位置感测装置。

本发明提供的转子位置感测装置不但具有较佳的零交越点的判断结果，更能降低控制器的复杂度。另外，由于直流有刷马达的控制器亦依据复数判断讯号以进行相关的控制，故控制器可依据直流有刷马达的控制器略作修正即可完成，使控制器更具有降低成本及容易设计的优势。

为实现上述目的，本发明提供的转子位置感测装置，依据一零交越以判断一直流无刷马达的一转子位置，其包括：

一参考电阻组，由至少一电阻所组成并用以提供一参考电压；

复数侦测电阻组，每一该等侦测电阻组由至少一电阻所组成，并分别输入一驱动电压以提供一侦测电压；以及

复数比较器，每一该等比较器用以比对该参考电压以及该侦测电压并输出一比对结果至一控制器；

其中，当其中的一该等侦测电压越过该参考电压时，该比对结果表示该零交越，而该控制器依据该等比对结果以得知该转子的位置。

其中该等驱动电压由一变频器所提供并用以驱动该直流无刷马达的该转子。

附图说明

图1为公知转子位置感测装置的功能方块图。

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功能方块图。

图4为本发明转子位置感测装置运作的流程图。

图5为驱动电压与比较器的输出结果的波形图。

图6为本发明转子位置感测装置的另一方块图。

具体实施方式

为能更了解本发明的技术内容，特举一较佳具体实施例说明如下。

本发明转子位置感测装置不但可用以取代公知转子位置感测装置10，以侦测直流无刷马达11的转手目前所在位置，还使用三个比较器以进行节点电压准位的比对，使节点电压准位的比对结果更为精准，亦可降低控制器25电路的复杂度。如图3所示，本发明转子位置感测装置20包括8个电阻R3及8个R5、电阻RU、RV、RW、及比较器22、24、及26。其中，四个电阻串接以形成一个电阻组，串接顺序为电阻R3、电阻R5、电阻R3、及电阻R5，故可形成四个电阻组。每一电阻组的二端电压准位分别为高电压准位及低电压准位；此外，第二电阻组、第三电阻组、及第四电阻组的节点VX、VY、及VZ分别连接至电阻RU、RV、及RW的一端，而电阻RU、RV、及RW的另一端分别连接至变频器13的节点TA、TB、及TC。由上述连结关系可知，节点VA、VX、VY、VZ的电压准位皆为相等，皆为高电压准位的二分之一，节点VA的电压准位保持不变，但节点VX、VY、VZ的电压准位将受驱动电压VA、驱动电压VB、及驱动电压VC的电压变化所影响；节点VB、VU、VV、及VW的电压准位亦皆为相等，节点VB的电压准位保持不变，但节点VU、VV、及VW的电压准位亦受驱动电压VA、驱动电压VB、及驱动电压VC的电压变化所影响。比较器22、24、及26的正输入端分别连接至节点VU、VV、及VW，其负输入端皆连接至节点VB，而其输出端皆连接至控制器25。如此一来，比较器22、24、及26可分别进行节点VU、VV、及VW与节点VB的电压准位比对。如此一来，控制器25即可依据比较器22、24、及26的输出结果而进行零交越点的判断及驱动电压值的判断，进而得知转子目前所在位置，并正确地控制变频器13的运作，以调整直流无刷马达11的转速。

如图4所示，控制器25由配合转子位置感测装置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S40：开始。

步骤S41：强制换相启动程序。首先，控制器25驱动变频器13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所示的转子角度值等于120度，此时，比较器22、24、及26的输出结果依序为逻辑讯号“LLH”，控制器25则以逻辑讯号“LLH”开始进行零交越点的判断。可想而知，强制换相启动程序仅为令直流无刷马达11开始运作的较佳手段，在此仅以此作范例说明，并不以此为限。

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。当转子角度值由120度转至150度时，由于反电动势的作用而使驱动电压TA由低电压准位逐渐朝高电压准位增加，并使比较器22的输出节果由逻辑讯号“L”变更为逻辑讯号“H”，即在转子的角度值等于150度时产生了一个零交越点，因此，当比较器22、24、及26的输出结果将由为逻辑讯号“LLH”变更为逻辑讯号“HLH”，则控制器25依据逻辑讯号“HLH”以及驱动电压TA、TB、及TC的电压准位而得知开始转子目前的角度值。

步骤S43：计算连续零交越信号所需之间隔时间。当转子角度值等于150、210、270、330、30、及90度时，将比较器所输出的逻辑讯号将产生变化，控制器25可由计算二个相邻零交越点所需的间隔时间，即可得知直流无刷马达11目前的转速(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，控制器25将适当地改变驱动电压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。由于转子的转速与马达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，并由延长或缩短连续二个零交越信号出现所需的时间以减速或加速转子的转动。

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。

此外，部份电阻R3或R5的串接亦可以一个大电阻值的电阻替代，另外，由于直流无刷马达11的内部阻抗值极小，故可略为不计，并将部份电阻R3或R5的串接予以省略(如图6所示)，转子位置感测装置20仍可正常地运作。

转子位置感测装置20不但具有较佳的零交越点的判断结果，且其控制器25电路亦较精简，另外，由于直流有刷马达的控制器亦依据三个判断讯号以进行相关的控制，故控制器25可依据直流有刷马达的控制器略作修正即可完成，使控制器25更具有降低成本及容易设计的优势。

上述实施例仅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 (2)

1.一种转子位置感测装置，依据一零交越以判断一直流无刷马达的一转子位置，其包括：

一参考电阻组，由至少一电阻所组成并用以提供一参考电压；

复数侦测电阻组，每一该等侦测电阻组由至少一电阻所组成，并分别输入一驱动电压以提供一侦测电压；以及

复数比较器，每一该等比较器用以比对该参考电压以及该侦测电压并输出一比对结果至一控制器；

其中，当其中的一该等侦测电压越过该参考电压时，该比对结果表示该零交越，而该控制器依据该等比对结果以得知该转子的位置。

2.如权利要求1所述的转子位置感测装置，其特征在于，其中该等驱动电压由一变频器所提供并用以驱动该直流无刷马达的该转子。

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