TW398113B - Operation control method for the brushless motor without sensor but can detect direction change and its device - Google Patents

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A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _B7_五、發明說明（1 ) [發明所屬之技術領域] 本發明有關於用Μ檢測多相無刷馬達内之轉子位置之領 域，尤其有關於根據在活性之定子線圈和/或非活性之定 子線圈內流動之電流之變化率（dl/dT)，用來檢測多相無 刷馬達内之轉子位置之裝置和方法。 [習知之技術] 一般之無刷馬達具備有轉子和捲繞有多個定子線圈之定 子。 無刷馬達被電的換向，其半導體開關是K片段狀之換向 器代替傳統式之永久磁鐵D C馬達之電刷，用來使無刷馬 達更加受到歡迎，被使用在產業應用之廣泛領域。 因為沒有電刷，不需要修理電刷或更換電刷，所Μ可Μ 使馬達之保養簡化。 另外，因為沒有電刷，不會有產生電磁故障之電弧，所 Μ具有減少雜訊之效果。 另外，因為沒有電弧，所Μ在具有可燃性或爆炸性之混 合物之場所，可Μ使爆炸之危險性減小。 此種無刷馬達使用在具有敏感之電路或危險之狀態之環 境非常理想。 無刷馬達有磁胆可變型，永久磁鐵型和其混合型。 磁阻可變型之無刷馬達之特徵是具有鐵心轉子使其追隨 連續移動之定子線圈之磁場用來使轉子繼續的旋轉蓮動。 永久磁鐵型無刷馬達之特徵是具有連續被激磁之定子線 圈，經由吸引或排斥永久磁鐵轉子用來使其旋轉。 丨氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~ A - ------------^ --------訂—--11---線 \ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_五、發明說明（2 ) 混合型之無刷馬達如同步進馬達，利用脈波系列之被操 作，用來使其轉子轉動，或是每次接受到輸入步進脈波時 就很注意被控制，進行稍微之旋轉，Μ此方式被脈波糸列 操作。此種無刷馬達因為Κ高精確度控制轉子之蓮動，所 Κ可Μ正確的變換成旋轉運動或直線蓮動之型式。 為著要使磁阻可變型和永久磁鐵型無刷馬達之旋轉蓮動 和直線蓮動正確的進行，所Κ轉子對被激磁或活性之定子 線圏之相對位置之決定變成非常重要。 所謂之換向位置是經由得知該位置，定子線圈Μ適當之 順序被激磁，用來在馬達產生旋轉磁場*藉Κ對轉子施加 所希望之旋轉轉矩或直線狀轉矩。 傳統之方式是使用無刷馬達內之1個Μ上之轉換器用來 檢测該換向位置，藉Μ檢測轉子對活性之定子線圈之相對 位置。 但是，使用轉換器用Μ決定換向位置會有數種缺點。第 1，該等感測器需要精確的位置調整和增加配線，所Μ製 III--I I I I I I Γ- I I I I II I I I I I I 1 I r (請先閲讀背面之注音？事項再填寫本頁) 間 空 之 重 貴 間 空 之 器 測 感 置 位 向 換 裝 安 〇 有 加要 增需 φϋ , 本外 成另 造 換’ 器器 rty rty 湏 S 感 感 作置 製位 , 向 價 換 評 之 高內 關達 。相馬 利之刷 不率無 常效替 非本代 耗成M 消和用 被率統 内效系 體間饋 殼空回 達於置 馬對位 在 Έ 方开等 nE Π 種 3 η δ 明 03 數發Μ 有 t 案 過 — 利 試間專 被 曾 式：：之 題 間 之 決 解 欲 術 技 器 測 感 無 用 使 是 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___B7_ 五、發明說明（3 ) 者，使用未被激磁之定子線圏之反電動勢用來決定馬達起 動中之換向位置。 此種方法之根據是馬達蓮轉中在定子線圏產生之反電動 勢是馬達速度，旋轉方向，和換向位置之函數，具有正比 之關係。 但是，在起動蓮轉之期間，當轉子之蓮動速度變低時， 會存在有不能正確的測定反電動勢之重大缺點。 對於要求起動時之正確旋轉方向不能傷及磁碟內容之電 腦磁碟之驅動馬達之應用，此種問題特別嚴重。 對McCormack頒發之U.S.專利案Ho.5 ,191,270之提供試 圖用來消除反電動勢法之缺點。 在此種技術中，在蓮轉之起動情況之期間進行無感測器 換向檢測。 最初之測定是在轉子為靜止之期間，對各個定子線圏施 加已知之電壓，用來製出各個定子線圈內之電流上升時間。 Μ使轉子稍微轉動之方式，對位於轉子之磁場最近之定 子線圈供給驅動電流。 第2電流上升時間測定Μ類似之樣式導出，與最初之電 流上升時間測定進行比較。 最初和第2電流上升時間測定，在每一個定子線圈被分 析，可Μ得知那一個定子線圈在最初被激磁起動時，使轉 子獲得正確旋轉方向。 但是，此種方法會有只限定在起動蓮轉之重大缺點。尤 其是此種方法是針對起動中之電腦磁碟驅動之旋轉方1¾之 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ R _ ------------1 --------訂---------線 S (請先閱讀背面之注咅5事項再填寫本頁) 五、發明說明（4 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 決定，用來遊兔因為不正常之旋轉方向而損傷磁碟內容。 為著避免此種問題，Μ 2個不同之間隔測定各個定子線 圈之電流上升時間，用來決定那一個定子線圈在最初被激 磁，藉Μ使馬達依正確之旋轉方向起動。 但是，此種方法並未說明在正常全速之馬達運轉之整個 期間内，連續之轉子對定子線圈之相對換向位置。 另外，此種方法不能正確的評估換向位置。如上所述， 此種方法只是Μ 2個不同之時刻測定通常之定子線圈中之 電流上升時間，使該等測定值進行比較，用來使其開始旋 轉。因為根據2個不同之測定值進行換向位置檢測，所Κ 此種方法必需假設在電流上升時間測定之間之期間會有不 能評估正確位置之特性。 此種假設之方法是只對1個之換向正確，對通常之蓮轉 循環則不正確。 對於正常之馬達蓮轉是重大之問題，在不能正確的連續 決定定子線圈之換向位置時就不能有效的連續驅動。 此種方法之另外一個缺點是換向位置之決定是根據在禺 達流動之電流之絕對值。 經由測定固定時間間隔之各個定子線圈之電流上升時間 之本方法，對於馬達蓮轉，馬達負載，PWM頻率，電源電 壓之變化和變動非常敏感。 例如，要求驅動信號之脈波幅變長，馬達負載之增加時 ，增加對馬達供給之能量用來補償增加之負載。 此種脈波幅之變化是電流上升時間測定值變化成根據履 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 7 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 __B7_ 五、發明說明（5 ) 歷負載之大小，利用這種方式使換1¾位置檢測之正確性和 可靠度不會受到不良之影響。 因此，依照需要之換向位置檢測糸統可Μ在通常之換向 處理之整個期間，比只在起動期間者，更正確的連續評估 換1¾位置。 另外，該換向位置檢測条統需要不依照在馬達流動之電 流之絕對值。 [解決問題之手段] 本發明之主要目的是提供可Μ利用馬達之通常之運轉， 正確而連續的檢測換向位置之無感測器換向位置檢測用之 改良方法和裝置。 本發明之另一目的是提供無感測器換向位置檢測用之改 良方法和裝置，其中與馬達速度，負載* PWM頻率和/或 電源電壓之變化無關的，可Κ可靠而且正確的決定換向位 置，可Κ使馬達與流動電流之絕對值無關的進行動作。 本發明之追加目的是提供可Κ檢測馬達之停動條件之無 感測器換_位置檢測用之改良之方法和裝置。 依照本發明之廣泛看法時，提供一種方法用來驅動在轉 子之周邊具有多涸定子線圈之多相無刷馬達，其構成包含 有下列之工程。 (a) 在轉子被保持於馬達內之指定之位置之期間，利用 驅動信號同時對多個定子線圈之各個進行激磁。 (b) 在同時進行澂磁之工程之期間，連續監視多個定子 線圏之各個之電流波形。 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) -R ~ -----------------------訂---------線 VI -·' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 (c) 連續的對多個定子線圈之各個之電流波形進行微分 ，用來規定多個定子線圈之各個之電流變化率之波形。 (d) 使該多個定子線圏之各個之電流變化率之波形和預 定之電壓臨界值進行比較，藉Μ決定多個定子線圈中之活 性之定子線圈。 (e) 對活性之定子線圈施加驅動信號，用來驅動馬達内 之轉子。 依照本發明之另一廣泛看法時，揭示一種方法用來起動 具有轉子和多個定子線圈之多相無刷馬達，其構成包含有 下列之工程。 (a) 在馬達停止時，對多個定子線圏之各個施加驅動信 號。 (b) 在工程（a)之期間，連續對多個定子線圈之各個之電 流波形進行微分。 (c) 連續的使工程（b)所獲得之被微分之電流波形和預定 之電壓臨界值進行比較。 (d) 根據工程（c)之比較結果，選擇該多個定子線圈中之 至少一個對其進行激磁，用來使轉子進行正常之旋轉蓮動。 依照本發明之更另一廣泛看法時，揭示一種方法用來檢 測多相無刷馬達之1個轉子對多個定子線圈之相對位置， 其構成包含有下列之工程。 (a) 對多個定子線圈之各個*連續施加至少一涠之預定 之稍許激磁電流。 (b) 在連績施加激磁電流之工程之期間，連續監視該多 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂--------^線 五、發明說明（7 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 個定子線圈之各個之電流波形。 (c) 連續對該多個定子線圈之各個之電流波形進行微分 ，用來規定該多個定子線圈之各個之電流變化率之波形。 (d) 使至少為二個之電流變化率之波形之大小互相比較 ，用來產生馬達内之轉子位置之絕對基準值。 依照本發明之更另一廣泛看法時，揭示一種方法用來決 定在轉子之周邊具有多個定子線圈之無刷馬達內之換向位 置，其構成包含有下列之工程。 (a) 對多個定子線圈之各個，施加至少一個之預定之稍 許電流。 (b) 在工程（a)之期間，連續的對多個定子線圈之各個之 電流進行微分，藉K製成該多個定子線圏之各涸之電流變 化率之波形。 (c )使至少二個之電流變化率之波形連續的進行比較， 藉K決定表示馬達内之轉子位置之絕對基準值。 本發明之更另一廣泛看法是指具有轉子和多個定子線圏 之多相無刷馬達之運轉控制裝置。 該裝置包含有換向位置檢測裝置用來決定轉子對多個定 子線圈之相對位置。 該換尚位置檢測装置包含有：電流檢測裝置，用來檢測 在多個定子線圈之各個內流動之電流量；微分裝置，用來 對在多個定子線圈之各個流動之電流量進行微分；和比較 器裝置，用來使多個定子線圈中之至少2個之被微分之電 流互相比較，用來決定表示馬達内之轉子位置之絕對基準 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----訂---------線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 五、發明說明（8 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 預選目 用置圈多器行 之 向確 達 法轉檢 之來 Μ 置位線在較進 域 換正 馬 方轉來 值 個用Μ裝尙子對比流 領 式Μ刷 之旋用 一和^ 種換定來及電 術 對可 無 當大Μ 少，^3一 之個用，之 技 絕而 相 適最可 至個§1供內多置分分 之。 和器。多 最將亦 擇各 W 提達在裝微微 明點 統換置對 KK 訊 選之ila，馬測分行被 發優 糸轉位子。圈藉資 來圈 U 中刷檢微進個 本和 測或向轉置線場置 用線 f 法無來有量二 有的 檢器換指位子磁位 ， 子P3看之用含流少 具目 置測 之是對定轉該 置定SS。 泛圈，包電至 ，他 位感內語相對旋。 。 裝個 U 圏廣線置和之之 圖其 向之達術之 K 生子態 向多"線 一子裝，動中 附之 換接馬之上可產轉狀 等 換到 q 子另定測量流圈 和明 量鄰進置理，內到動 有加1>定更個檢流內線 明發 增用步位物訊達加停 含施 個之多流電之子 說本 之使和向之資馬施之 包其貞多明和電之個定 之解^1好不達換圈置在矩内 置將ϊ§之發子有動各個 書瞭ί£良，馬之線位來轉達 裝流&f上本轉含流之多 明可δS供統刷用子該用線馬 該電1IM在有包内圈使 說當tl提系無使定認，直刷 ’ 許2:1個，具置之線來 本 ，Μ 明測相所個確磁或無 外稍32:一 外定装個子用。照者丨發檢多處各由澂 \ 相 Η 明. 。 另之Η之另決該各定置較依術 本置定此之經績和多 值 定擇關 來 之個裝比 技[1位決 内 連矩測 ------------ί ------- 訂---------線 、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 亦即，本發明Μ習知之原理作為決定換向位置之基礎， 其中多相無刷馬達内之各個定子線圏之電感，與轉子之相 對位置具有直接關係的進行變化。 定子線圏之電感是換向位置優良之指示器，要經由直接 之測定進行正確之評估會有困難。 本發明經由使用下列之方程式可Μ情況良好的克服上述 之問題。

d 1/ dT= (V-I · R-d Φ / d α ) / L 在上式中 dl/dT:各個定子線圈内之電流之變化率 V:施加在各個定子線圈之電壓 I:各個定子線圏內之電流 R··各個定子線圈之電阻 L:各個定子線圈之電感 :由於各個定子線圈和轉子間之相對角度變化 ，在各個定子線圈之磁通之變化 ’ 電流之變化率（d I / d T)因為與線圈之電感（L )成比例， 所K對各個定子線圈之電流之變化率（dl/ dT)之波形進行 分析，可Μ Μ間接之方法評估換向位置。 在很多之應用中，I · R和d Φ / d α項實質上會很小和/ 或充分固定，對於換向位置之決定不會有重大之影響，所 Μ可Μ忽視。 但是，對於高精密度之應用，或是該等項目之廣泛變動 之應用，正常化步驟用來負責除去該等之外部要因，電流 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- ------------1 --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _B7_ 五、發明說明（U)) 變化率（dl/dT)可Μ提供非常正確之電感（L)之顯示，和 由其產生之換向位置之顯示。 I .增量換向位置檢測 圔1是流程圖，用來表示在正常蓮轉之期間，本發明之 增量換向位置檢測方法之基本步驟之實例。 在最初之步驟10，對活性之定子線圏施加驅動信號（連 績的或調整脈波幅的）。活性之定子線圈，依照對轉子之 相對位置被驅動信號激磁，藉Μ在轉子產生最大之旋轉轉 矩或直線轉矩。 其次，在步驟20，隨著轉子之接近活性之定子線圏，監 視活性之定子線圈之電流波形，藉Μ評估在活性之定子線 圈内流動之電流量。 如同馬達速度或母線電壓之變動，對活性之定子線圈内 之電流量會有重大之影響，為著除去此種非本質之要因， 所Κ在步驟30使電流波形正常化。經由除去該等影響之要 因，用來除去電流波形之D C成分，使電流波形只由A C電流 成分構成。 該電流之AC成分包含有本發明之重點之所希望之換阎位 置資訊。 被正常化後之電流波形在下一個之步驟40被微分，用來 產生代表活性之定子線圈内之電感（L)量之電流變化率之 波形。 在下一個之步驟50，該電流變化率之波形為著要決定換 向位置，所Μ與預先決定之電壓臨界值進行比較。 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 1 3 - ------------1 --------訂---------線t (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 _B7五、發明說明（u ) 步過 在種 Μ 此 所去 ， 除 份Μ 部 用 渡用 過使 其不 持組 保 模 或向 斷換 遮 ， 要路 著電 為持 號保 信本 置樣 位要 向 需 換60 驟 驟 步 在 器 波 濾。 之號 份信 部 動 渡驅 加 施 子 定 之 性 活 之 個 一 下 對 子 定 之 他 其 向 朝 度 再 號 信PW。 動於流 驅由電 在腋渡 , 克過 60來之 驟用換 步，交 之時之 持同生 保之產 和加所 本施化 樣圈變 線態 狀 之 次 每 之 列 系 波 脈 當 ，向 適析換 最分之 持之要 維號需 子信所 轉置圈 使位線 著尚子 為換定 組行到 模進加 向 Μ 施 換所績 ， ， 連 外動號 之蓮信 間線動 期直驅 持或令 保動命 等運測 該轉檢 在旋來 之用 點 性 活 對 子 轉 之 達 馬 刷 無 si 種 各 定 決 的 確 正 且 而 續 連 示圖 Μ 顯用可 之利是 意 II 之 有 富 所 明 發 本 法 方 測 檢 向 換 量 增 之 示 所 可 訊 資 置 位 向 換 之 時 IP 該 供 提 。 由 置經 位 ， 對中 相法 之方 圈之 線述 子上 定在 之 用 應 之 同 不 多 許 在 用 適 明 發 本 使 Μ 在 $ 控 來 統 系 帋 控 在 用 是 用 應 之 初 最 示 所 2 圖 如 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Μ.---- 訂---------線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 連 之 圏 線 子 定 之 內 達 馬 型 變 可 阻 磁 之 中 動 起 和 中 轉 3 常 正 動 停 之 內 達 馬 進 步 測 檢 來 用 是 統 糸 之 用 應 2 第 之 ο 示 向 ! 所 換 7 式圖 續 態 狀 者 達 馬 刷 無 之 型 進 步 和 型 變 可 阻 磁 用 使 別 分 是 7 圖 和 2 圖 離 偏 不 。 在替 ， 代 者來 解用 瞭達 宜 馬 是刷 但 無 ， 之 du uetu 传種 為多 達有 馬M 等可 該 ， M内 是 圍 者範 示之 揭明 所發 ， 本 釐 公 97 2 X 10 2 /V 格 規 A4 S) N (C 準 標 ^ 國 國 中 用 適 度 尺 張 紙 本

4 U 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___B7_ 五、發明說明（l2 ) 參照圖2，磁阻可變型馬達2具有4個之定子線圈4，8， 12，16位於被設在內部之轉子24之周圍，形成等距離。 換向器28用來選擇和發送驅動信號藉以對馬達2内之適 當之定子線圏進行激磁。 有多個電流感測器42，44 * 46，48被設在換向器28和馬 達2之間，分別用來檢測定子線圈4，8，1 2，1 6內之電流 量。將利用電流感測器42，44，. 46，48所檢測到之電流波 形供給到開關電路34。該開關電路34更結合到換向器28， 和多個正常化電路52，54，56，58依照順序的結合多個微 分電路 62， 64， 66， 68。 多個比較器7 2，7 4，7 6 * 7 8具備有：第1輸入，分別結 合到微分電路6 2，6 4，6 6，6 8 ;第2輸入，結合到可變電 壓基準值3 6 ;和輸出，結合到樣本保持模組3 8。 樣本保持橫組38更連接到換向器28。電流感測器42，44 ，46，48是多個習知之電流檢測裝置，其中包含電流檢測 電阻，電流變換器，霍耳（Ha〗I)效應裝置或FET電晶體之0 N電阻等，但是並不只限於這些。 開關電路34之構成可Μ使用如同SHiconix製造之DG211 類比開關之商業上很多可取得之開關構造元件。 開關電路34可Μ選擇和管理與換向器28之輸入有關之各 個正常化電路5 2，5 4，5 6，5 8之許多電流波形。 正常化電路52〜58之設置用來去除或消除和同母線電壓 或馬達負載之變化對定子内之電流量造成重大影響之各種 外部要因。 丨氏張尺度適用中國國家標準（C：NS)A4規格（210 X 297公釐） -1 R - ------------i '裝--------訂---------線-、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明（l3 ) 在典型之實施例中，各個正常化電路52〜58，為著要除 去換向時在定子線圏流動之電流之DC成分，所Μ最好以具 有形成負回饋配置之AGC之放大器構成。利用這種方式， 被正常化之電流波形不會因為母線電壓或馬達負載之變化 之存在而大幅變動，在定子線圈流動之電流變成只有AC成 分。依照這種方式，經由抽出電流之AC成分中之換向位置 資訊，可Μ很容易設定充分位準之預定之電壓.臨界值，藉 Μ獲得對馬達有效換向之換向位置之正確評估。 微分電路62〜68分別對各個正常化之電流波形進行微分 藉Κ提供電流變化率之波形。微分電路62〜68之構成可以 使用如同Texas Instrument等所製造之蓮算放大器TL082 之商業上很多可取得之微分元件。 比較器72〜78之設置分別用來使各個電流變化率之波形 和依照可變電壓基準值36預先設定之電壓臨界值進行比較。 各個比較器72〜78在通過換向器28之前，被樣本保持模 組3 8檢測。 樣本保持模組3 8之構成可Μ使用很多商業上可取得之樣 本保持電路或閂鎖電路。 在本發明之主要看法中，樣本保持模組38之設置用來克 服開關過渡電流之不良影響和與來自比較器72〜78之輸入 信號有關之雜訊，可Μ不需要濾波器，和因應有關信號内 之換向位置資訊之品質劣化之信號處理技術。 該樣本保持模組3 8之達成此目的是經由在保持期間（該 等信號被開關過渡電流有關之雜訊污染時）中，選擇性的 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ i g _ ------------i --------訂---------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7_ 五、發明說明（14 ) 阻止比較器輸出，和在樣本期間（該等信號未包含過渡電 流時）中，選擇性的對比較器輸出進行取樣。 最顯著之過渡電流之原因包含PWM驅動信號之各個脈波 使狀態變化時，和驅動信號從1個定子線圈交換到下一個 定子镍圏，或被換向時。 在各個PWM脈波變化後和各個換向循環後之預定之期間 ，樣本保持模組3 8利用換向器2 8用來阻止過渡電流，藉Μ 只將最純之無雜訊信號轉送到換向器28。 借助於樣本保持摸組38，換向器28檢測用Μ表示需要將 PWM驅動信號施加到下一個活性定子線圈之換向點。利用 這種方法，PWM驅動信號可Μ Μ適當之順序和時序施加到 定子線圏4〜16，在馬達2内產生旋轉磁場，藉Μ在轉子24 產生最適量之旋轉轉矩和/或線性轉矩。 圖3(a)〜圖3(e)表示在正常蓮轉中，在圖2所示之系統 内實行之本發明之增量換向位置檢測方法之波形特性。定 子線圏4是圖2所示之配置中之活性之定子線圈，馬達2内 之轉子24之旋轉位置是所產生之磁場可Κ使定子線圈4之 激磁在轉子2 4產生最大之旋轉轉矩。 如較佳實施例所示，換尚器28順序的將PWM驅動信號朝 向下一個之定子線圈8施加，在利用本發明之增量換向位 置檢測方法作出決定之前，換_器2δ將圖3 (a)所示之PWM 驅動信號施加到定子線圈4。 PO驅動信號之構成是利用ON1〜ON5*OFF1〜OFF5K* 之連續之Ο N脈波和0 F卩脈波之電壓脈波糸列。 -17 - ---------------------訂---------、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明（TL5 ) PW Μ驅動信號在上逑實例所示者是針對特定之應用，但 是宜瞭解者，在不脫離本發明之範圍内，該驅動信號亦可 Μ由連續或固定之激磁信號構成。 圖3(b)表示依照PW Μ驅動信號之一般應用，利用電流感 測器42所測得之電流波形42 ’。當使用密集之檢査時，電 流波形42 ’之斜率，在PWM驅動信號之連續之每一個ON脈波 和0 F F脈波，顯示成隨著時間而逐漸減小。 參照上述之方程式，該斜率之減小之原因是因為隨著轉 子24之接近活性之定子線圈4，使活性之定子線圏內之電 感（L)成正比例的增加，相對的，隨著轉子24之接近活性 之定子線圈，使d I / d T比例逐漸的減小。 另外，電流波形42 '為著簡明之目的顯示成理想之波形 ，實際之電流波形42 ’在PWM脈波系列內之狀態變化時會包 含有不可忽視之過渡電流。為著因應此種問題，對於OFF: 和0N2之脈波變化，在與1對垂直點線間之期間所示之PWM 脈波變化相關之預定期間（H)，樣本保持橫組3S用來保持 到達換向器28之信號。 另外，宜充分瞭解者，雖然圖中未顯示，但是樣本保持 模組3 8在P tf Μ脈波系列内之狀態之每次變化時，亦具有同 樣之保持期間（Η )。 為著用來阻止將驅動信號再度朝向其他定子線圈施加時 所產生之過渡電流，樣本保持模組3 8具有實質上較長之保 持時間（Η)，亦即具有利用跨越數個連績之P W Μ脈波之通過 換向器2 8前信號，阻止過渡電流之充分時間。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 18 ------------^ --------訂---------線 S (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明（1·6 ) 在正常運轉之期間，開關電路34與換向器28合作，只有 活性之定子線圈用之電流波形才朝向適當之正常化電路52 〜58施加。 在這種情況時，作為惟一之活性之定子線圈之定子線圈 4和開關電路34使電流波形42 1朝向正常化電路52通過。 正常化電路52用來去除如同母線電壓和馬達速度之變動 之在換向時會對活性之定子線圈4內之電流造成大影響之 各種要因。其效果由圖3 (c)可Μ瞭解，正常化後之電流波 形52'之振幅經由除去上述之要因，變成小於一般之電流 波形42 '之振幅。 正常化電流波形5 2 '經由微分電路6 2被微分，用來產生 如圖3 ( d)所示之電流變化率之波形6 2 '。 宜特別注意者，波形62’之電壓位準在連績之PWM ON脈 波逐漸減小，在連績之P W Μ 0 F F脈波逐漸增加。再一次的 ，活性之定子線圈4内之電流之變化率（dl/dT)隨著轉子 2 4之接近活性之定子線圈4而減小。 圖3 (d)表示電流變化率之波形6 2 '和依照可變電壓基準 值3 6被固定之預定電壓臨界值3 6 ’。 可變電壓基準值36形成使預定電壓臨界值36 '在PWM ON 脈波之期間，根據定子線圏4內之電流量用來檢測換向位 置。依照這種方式，預定電壓臨界值36’，為著要表示轉 子24在活性之定子線圈4內之相關位置，所Μ設定在比對 應到P W Μ驅動信號之0 Ν 5脈波之電流變化率之波形6 2 ’稍高 之位準，PWM驅動信號隨著朝向下一個之活性之定子線圈 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -1 Q - ------------i -------訂---------線、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明（17 ) ，亦即定子線圏8而變大。 電壓基準值3 6之獲得並不只限於利用商業上可獲得之許 多具備有可變電壓基準值之可手動調整之電位器之放大器 ，亦可Μ使用動態調整用之Analog Device Inc製之AD7524 數位/類比變換器之具備有AGC之放大器。 此種動態之電壓調整之達成是經由連續追跡各個換向循 環期間之電流變化率之波形之最低ON脈波之電壓期間。 画3(e)表示定子線圈4之換向中之比較器72之輸出信號 72 ' 〇 比較器7 2被配置成只有在電流變化率之波形6 2 ’降低到 低於預定之電壓臨界值36'時才變成高位準或導通狀態。 因此，比較器輸出信號72 Η吏電流變化率之波形保持與 預定之電壓值交叉用來產生較長之脈波系列。然後，利用 脈波0 Ν 5之基準值，用來使比較器輸出信號7 2 ’保持高位準。 比較器輸出信號72’為高位準之時刻是圖3(e)之26所示 之換向點。 預定之電壓臨界值36’最好被設定成當轉子24在活性之 定子線圈4之磁化位置時，出琨換向點2 6，P W Μ驅動信號Μ 在轉子24產生最大之旋轉轉矩之方式*隨著朝向下一個之 活性之定子線圈8而變大。 作為唯一之活性之定子線圈之定子線圈4和換向器28在 樣本保持模組3S之樣本期間中，監視停動顧示器32之輸出 ，用來檢測換向點26之出現。此為數種熟知技術的其中之 一。例如，在數位邏輯用來使Ρ V Μ驅動信號和比較器之輸 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ ολ _ ------------一裝--------訂---------線-.、 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) A7 _B7_ 五、發明說明（18 ) 出波形7 2 '進行比較，藉Μ檢測2個波形同時變成高位準狀 態之點。 參照圔3 (a )，圖3 (b )和圖3 ( c )，圖中表示電流變化率之 波形62’不與預定之電壓臨界值36’交叉，在換向點26之保 持高位準狀態之脈波0«5之上升時，產生輸出脈波72。當 檢測到換向點2 6時，換向器2 8就朝向馬達2之下一個之活 性之定子線圈施加PWM驅動信號。 在圖2所示之實施例中，換1¾器28對定子線圏8連續的施 加PWM驅動信號，將定子線圏8當作活性之定子線圏的再度 開始增量換向位置檢測糸統之動作。 在上述之配置中，本發明連績的決定換向位置，以使轉 子2 4保持連續之適當旋轉之方式 > 順序的對定子線圏4〜 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16進行激磁。其要點是：（1)對活性之定子線圈施加PWM驅 動信號，（2)監視活性之定子線圏之電流波形，（3)使活性 之定子線圈之電流波形正常化，（4)對被正常化之電流波 形進行微分，用來確認活性之定子線圏内之電流之變化率 (d I / d T )，和（5 )使活性之定子線圈之電流變化率（d I / d T )和預定之電壓臨界值進行比較，用來決定蔣P W Μ驅動信號 從規在之活性之定子線圈移向下一個活性之定子線圈之適 當時機。 此增量換向位置檢測方法更包含有之步驟是只使未被開 關過渡電流之有關雜訊污損之部份，通過換向元件作為不 同定子線圏間之換向用，選擇換向位置信號的進行取樣， 然後進行保持。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 -21 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明（19 ) 增量換向位置檢測方法因為與在活性之定子線圏流動之 電流之絕對值無關，所Μ與特有之電流特性無關的，從電 腦之碟片驅動到大型之工業用無刷馬達，實質上可Κ應用 在普通型式之無刷馬達。 參照圖4(a)〜圖4(e)，宜充分瞭解者，在不偏離本發明 之範圍內，上述之增量換向位置檢測方法亦可Μ在連績之 PtfM OFF脈波之期間實行。 在本實例中，換尙位置之決定是經由分析PWM驅動信號 之連續OFF脈波期間之在活性之定子線圏4流動之電流變化 率（d 1/ dT)。 如圖4(d)和圖4(e)所示，在電流變化率之波形62'之OFF 脈波之電壓平坦部，Μ觸發比較器72之方式設定預定之電 壓臨界值。 預定之電壓臨界值36^，在轉子24接近活性之定子線圏4 和位於與其並排之位置時*被設定成比電流變化率之波形 62 ’稍低。 因此，比較器72產生電壓脈波糸列直至波形72 '不與預 定之電壓臨界值3 6 ’交叉。 當電流變化率之波形6 2 ’不與預定之電壓臨界值3 6 '交叉 時，比較器72之輸出波形72’就維持在換向點26之低位準 狀態。如上所述，因為換向器2 8將P W Μ驅動信號施加到下 一個之活性之定子線圈，亦即，定子線圈8，所Μ變成進 行檢測在該樣本保持模組38之樣本期間之換向點26之出現 之方式。 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ ” _ -----------^ --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明（20 ) 圖5是流程圖，用來表示Μ參照圖1所述之正常運轉程序 ，用來起動多相無刷馬達之起動演算之基本步驟。 在最初之步驟100，轉子對被配置在馬達内之固定靜止 位置之各個定子線圈施加驅動信號。 在下一個之步驟110，以測定在定子線圈流動之電流畺 之方式，用來檢測各個定子線圈內之電流。 各個電流波形在步驟120被正常化，藉Μ根據電流波形 中之AC漣波電流使位置資訊分離。 在下一個之步驟130，對正常化後之電流波形進行微分 ，藉Κ產生各涸定子線圈之電流變化率之波形。 該等電流變化率之波形在步驟1 40同時與預定之電壓臨 界值進行比較，藉Μ決定各個定子線圈之電感之電壓是高 於或低於預定之電壓臨界值。 利用該資訊，可Κ用來確認那一個定子線圈作為最初之 活性之定子線圈的接受PWM驅動信號。在下一個之步驟150 ，以使不會因為開關過渡電流而失真之部份到達換向模組 之方式，選擇性的對換向位置信號進行取樣，和進行保持。 在最後之步驟160*轉子Μ使馬達進行正常之旋轉運動 之方式，對活性之定子線圈施加P W Μ驅動信號。 在起動時，因為圖2所示之糸統不知道換向位置，所Μ 換向器28同時指令將驅動信號施加到具有轉子24保持在靜 止位置之馬達2之各個定子線圈4〜16。在這期間中，換向 器28還指令開關電路34使各涸定子線圈4，8，12，16之電 流波形分別通過正常化電路5 2，5 4，5 6藉Κ進行正常化。 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -23 - --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明（21) 正常化後之電流波形分別被微分電路62，64，66，68微 分，藉Μ產生表示各個定子線圈4，8，12，16内之電流之 t= 變化率（d 1/ <iT)之波形。然後，各個被微分之波形與依照 可變電壓基準值36確立之預先設定之電壓基準值進行比較 。換商器2δ為著要使換向位置明確，所Μ在樣本保持模組 38之樣本期間内，對來自比較器72〜78之資訊進行解碼， 然後假如進行激磁時，就決定利用那一定定子線圏用來產 生充分之磁場藉Μ使馬達2内之轉子24進行正常之旋轉蓮 動0 然後，換向器28對活性之定子線圈施加PWM驅動信號用 來使轉子24進行正常蓮轉。 圖6表示本發明之增量換向位置檢測方法之另一典型之 應用，亦即無刷馬達用之停動檢測器之方塊圖。 在本實施例中，馬達2是步進馬達，在被設於内部之轉 子24之周圍，Μ等間隔設有多個定子線圈4，8，12，16。 停動顯示器32在樣本保持模組38之樣本期間用來接受比 較器72之輸出信號72'。 除此之外，本實施例之一般之功能塊與圖2所示者相似 ，所Μ其重複之說明加以省略。 但是宜注意者，圖7(a)〜圖7(e)之實施例之蓮轉，從樣 本保持模組3 8起之預定之保持期間（Η)為著簡化而加Μ省 略。 圖7 U )表示在一個換向循環之期間，施加到活性之定子 線圏4之驅動信號。當使用在步進馬達時，該驅動信號通 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------^ -'4^--------訂---------vr (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7__ 五、發明說明（22 ) 常為PWM信號，當在特定之應用時，換向器28之驅動信號 可K是利用被脈波化之P W Μ信號之連續或固定之驅動信號 ，下面將再度的進行說明。 宜瞭解者，假如驅動信號是與PWM信號對立之連續者， 樣本保持橫組38只用來阻止各個換向循環之最初之過渡電 流時，則不會有與使用PWM驅動信號有關之過渡電流存在。 圖7(b)衷示在換向中之活性之定子線圈4內流動之電流 波形42 '。電流波形42 '之斜率（d 1/ dT)如點線所示，會在 脈波0 F F 2之後保持於一定。 在正常之蓮轉條件，該（H/ dT比例在轉子24接近活性之定 子線圈4時通常會減小。但是，在這種情況時，可Μ解釋 成電流波形42'之一定之斜率（dl/dT)顧示在脈波OFF2之 後為停動狀態，同樣的，如圖7(c)上之點線所示，在正常 化後之電流波形5 2 ^上出現停動狀態。 當正常化後之電流波形52 '被微分時，如圖7 (d)之水平 之點線所示，在0 F P 2後之電流變化率之波形6 2 '上產生一 定之振幅。 預定之電壓臨界值63'M與圖2所示之實施例相同之方式 被設定成在電流變化率之波形62’之ON脈波電壓之平坦部 觸發比較器7 2。 但是，如圖7 (e )所示，比較器7 2之輸出信號7 2 ’，依照 活性之定子線圏4之換向循環中之轉子24之停動狀態，不 被阻止與預定之電壓臨界值3 6 1交叉。 停動顯示器32用來檢測電流變化率之波形62 ’和預定之 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -95- ------------1 .裝--------訂---------線 V» (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁). A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _B7_五、發明說明（23) 電壓臨界值36’之交叉之停止，利用此種檢測可Μ對使用 者發出停動狀態之警告。 停動顯示器32之構成可Μ利用能實行該等功能之熟知之 多種電路。 例如，L E D和共同之數位邏輯一起使用，使電流變化率 之波形62'在活性之定子線圈4之一部份或通常之定子線圈 之換向循環，用來決定在與預定之電壓臨界值36 ^持續交 叉時進行點亮L E D。 如先前之實施例，樣本保持模組3 S依照換向變化使各涸 PliM脈波變化在預定之期間（Η)保持到達換1¾器28之信號， 藉Μ因應開關過渡電流。 I .絕對式換向位置檢測 圖8是流程圖，用來表示本發明之絕對式換向位置檢測 方法之基本步驟。此方法特別適合於使用在如同步進馬達 ，VSR馬達和ΡΜ無刷馬達之具有磁阻通路之多相無刷馬達。 磁阻馬達之轉矩輸出因為與激磁電流之平方成正比，所 以不會對感測馬達之特性和效率施加感測獲得之衝擊，可 Κ在各個定子線圏施加少量之電流。 如以下之說明，本發明之絕對式換向位置檢測方法利用 磁阻馬達之上述之特性，用來正確的決定起動時和通常蓮 轉中之換向。 在最初之步驟105，至少對通常之定子線圈施加稍微之 電流量。在通常之運轉中，於對活性之定子線圈施加驅動 信號（固定者或脈波狀者）之期間，對不是活性之定子線圈 取張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 〇6 - ------------i '裝--------訂---------線 '、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明（24 ) 施加稍微量之電流。 在起動時，因為轉子被保持在馬達内之固定之靜止位置 ，所K要求對通常之定子線圈施加驅動信號。 在步驟115監視各個定子線圏之電流波形，藉K檢測各 個定子線圈內之電流量。 然後，各個電流波形在步驟1 2 5被微分，用來產生電流 變化率之波形。 如上所述，電流之變化率（dl/ dT)是各個定子線圈之電 感之（L)之函數，同樣的，亦是換向位置之函數。 因此，經由有效的分析在各個定子線圈之電流之變化率 (dl/dT)之波形，可Μ用來檢測換向位置。本發明之主要 看法是該分析被包含在步驟135内，使至少為2個之定子線 圈之電流變化率（dl/dT)之波形進行比較，用來決定馬達 内之轉子之絕對位置。 在此種換向位置之決定之後，在步驟145因為使用樣本 保持電路選擇性的對換向位置信號進行取樣和保持*所Μ 只有與開關過渡電流相關之雜訊之自由部份，用來決定那 一個定子線圈要Κ驅動信號被換尚，其實行是使處理到達 步驟1 5 5之換向模組。 在本發明之一主要看法中，上述之處理因為在步驟135 之期間抵消定子線圏之共同誤差*所以可Μ不必要實行附 加之正常化步驟。 亦即，包含溫度，馬達速度，母線電壓及空氣隙之變動 之對電流之變化率（dl/dT)造成主要影響之外在要因，可 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -01 - ------------i I-----訂---------線 \r (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) B7 五、發明說明（25 ) Μ被有效的消除。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 另外，經由選擇適當之比較點，磁通和轉子之角度之變 化（do/dct)所造成之變動可Μ有效的被消除，可以再度 的消除正常化之分離之各個步驟之需要性。 其特徵是當依照上述之方程式使有害之衝擊施加到電流 變化率之波形（dl/dT)時，在不知是否產生不可忽視之3 φ / d α之值之馬達，使用開關磁阻馬達時特別有利。 亦即，假如不能正確的選擇比較點使εΙΦ/cloc之值抵消 就需要正常化步驟。 另外，本發明利用如上所詳述之增量換向位置檢測方法 用來產生增量基準值，其更佳之情況是產生絕對之基準值 用Μ決定換_位置。該絕對基準值之獲得是使至少二個之 定子線圏之電流變化率之波形（dl/dT)互相比較，再度的 從電流波形中只抽出最正確之位置資訊。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印裳 另外一方面，該增量方法是對於預定之電壓臨界值，評 估活性之定子線圈之電流變化率波形（dl/ dT)，用來確認 換向點是表示將PWM驅動信號再度_加到下一個之活性之 定子線圈，或是需要增加。 假如在與預定之電壓臨界值進行比較產生有雜訊干擾時 ，該雜訊干擾會對上述之增量換向位置檢測配置之效率產 生不良之影響。相對的，在絕對式換向位置檢測方法中， 因為與各個定子線圈之狀態（亦即，是活性或非活性）無關 ，可K獲得主要資訊，所以可Μ減少雜訊干擾。 圖9和圖10用來表不上述之絕對式換向位置檢測方法之2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 「28 - 五、發明說明（26 ) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 個典型之應用。 在雙方之實施例中，馬達2是開關磁阻馬達，在被設於 内部之轉子24之周圍，Μ等距離設有多個定子線圈4，δ， 12 ， 16 ° 如圖2和圖6所示之實施例之方式，在換向器28和馬達2 之間具備有多個電流感測器42，44，46，48分別用來檢測 在定子線4，8，12，16之各個之內流動之電流量。 電流感測器42，44，46，48更分別結合有多個微分電路 62，64，66，68用來決定在各個定子線圏4，8，12，16内 流動之電流之變化率（dl/dT)。 圖9和圖10所示之實施例之間之主要差異是被微分之電 流波彤（d I / d T)先傳達到樣本保持模組3 8和換_器2 8之那 一方之處理方法。在圖9中，使用具有多個比較器69，71 ，7 3，7 5，7 7，7 9之並行處理配置，用來使各種電流變化 率之波形（d I / d T)之可能組合全體進行比較。 K由習知技術之技術者評估之方式，該等比較提供定子 線圏4〜16之各個之相對電感（L)之顯示，如上所述，將其 翻譯成各個定子線圈和轉子之間之相對距離之顯示。 根據樣本保持模組38之樣本期間中所接受到之資訊，由 換向器2δ計算所欲激磁者，藉K決定要Μ各個定子線圈4 〜16中之那一個定子線圈起動轉子使其在起動時進行正確 之旋轉，或是在正常蓮轉中，在轉子產生最大轉矩。 宜瞭解者，在本實施例中所示者是使用6個分離之比較 器69〜79，使用只根據單一之比較器輸出之特定應用，用 ------------- --------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 29 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _^_B7_ 五、發明說明（27) 來檢測換向位置。 其事實是只利用1個之比較用來消去通常之定子線圈之 共同誤差，另外，得自各個比較之位置資訊之量依照換向 位置而變化。 其本身不會對馬達2之蓮轉造成重要之影響，所以特定 之比較可K忽略。 圖10表示此種現象之一實例，其中使用複合之處理配置 ，選擇2個之電流變化率之波形（dl/ dT)使其進行比較， 用來決定換向位置。其構成是使各個微分電路62〜68之輸 出結合到第1多工器82和第2多工器84。 第1和第2多工器82* 84進行選擇性之變換，K單一之比 較器86只接受各種電流變化率之波形（dl/ dT)中之2個。 比較器86用來實行所希望之比較，然後將比較結果所獲 得之位置資訊如上所述的施加到樣本保持模組3 8，促成在 被選擇之取樣期間將該等信號轉送到換向器28。 根據該資訊，換向器2 8將P WM驅動信號施加到適當之定 子線圈4〜16，用來產生最初之旋轉（例如起動）或連績旋 轉（例如正常運轉）。 本發明適於使用新的原理，構成所希望之實施例，相當 詳綑的記載使用時所需要之資訊，提供給具有本技術領域 之技術者。 但是宜瞭解者，本發明亦可KM明確不同之裝置實行， 另外，在不偏離本發明之範圍内可K進行各種變更。 例如，圖1和圖5所示者是在微分步驟之前進行正常化步 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 〇Λ _ -----------i 、裝--------訂·--------線、 (請先閱讀背面乏注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _._B7_ 五、發明說明（28 ) 驟，但是該等步驟也可Μ在電流波形之正常化前進進行微 分，宜瞭解者，在不偏離本發明之範圍内可Μ並行進行。 另外，宜瞭解者，對於特定之應用在上述之增量換_位 置檢測方法中亦可Μ將正常化步驟完全省略。 其事實之根據是因為正常化步驟之設計用來去除對在活 性之定子線圈内流動之電流之變化率（dl/dT)會造成重大 影響之如同馬達速度和母線電壓之變動之各種外部要因。 經由將母線電壓和馬達速度保持為一定，可Μ消除由於 母線電壓和馬達速度之變動所產生之電流變化率之重大變 動0 依照這種方式，本發明之增量換向位置檢測方法不需要 實行上述之正常化就可Μ決定換向位置。 本發明之絕對式換向位置檢測方法不需要正常化，其追 加步驟與此無關，假如希望時可Μ在微分步驟之前或之後 實行。 宜瞭解者，在不偏離本發明之範圍内，亦可具有與圖面 所示之定子線圏數之多少無關之數目之定子線圈。 另外，依照本發明所實行之無刷馬達之型式並不只限於 磁阻可變型馬達，永久磁鐵型馬達，步進型馬達。 [發明之效果] 如上所述，依照本發明時，提供無感測器換向位置檢測 用之改良方法和裝置，不僅可Μ利用馬達之通常之運轉， 正確而連續的進行換向位置檢測，而且也可以與馬達速度

，負載，PW Μ頻率，電源電壓之變化無關的決定換向位置 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 〇 ι~I --------------------訂---------線 Ύ (請先閲讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消此 A7 _B7_ 五、發明說明（29 ) ，Μ與在馬達流動之電流之絕對值無關的進行動作。 另外，本發明亦揭示：不僅可以檢測無刷馬達之停動條 件而且可以使停止中之無刷馬達起動之方法；檢測轉子對 多個定子線圈之相對位置之方法；和決定具有多個定子線 圈之無刷馬達內之換向位置之方法等。 [圖面之簡單說明] 在圖面之中，對於相同之部份使用相同之數字表示。 圖1是流程圖，用來表示在通常之蓮轉中，本發明之增 量換向位置檢測方法之基本步驟。 圖2是方塊圖，用來表示圖1所示之增量換向位置檢測方 法之典型之應用。 圖3之 (a) 表示單一之換向循環之期間之供給到圖2之活性之定 子線圈之P W Μ信號。 (b) 是換向中之圖2之活性之定子線圈內之電流波形。 (c) 是換向中之圖2之活性之定子線圏内之正常化後之電 流波形。 (d) 表示圖2之活性之定子線圈之電流變化率之波形和預 定之電壓臨界值之比較。 (e) 是圖3(d)所示之比較之比較器輸出信號。 圖4之（a)〜（e)表示圖2所示之實施例之換向位置檢測波 ^ 如圖3 (a )〜圖3 ( e )所示，經由分析各個P W Μ Ο N脈波之 I和各個P W Μ 0 F F脈波之期間之電流變化率之波形，用 竞測換向位置。 中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ _ ------------^ --------訂---------、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3〇 ) 圖5是流程圖，用來表示依照本發明之增量換向位置檢 測方法，用K使多相無刷馬達起動之演算法。 圖6是方塊圖，用來表示圖1所示之增量換向位置檢測方 法之另外一種之應用。亦即，表示用Μ檢測步進馬達之停 動狀態之系統。 _ 7之 (a) 表示單一之換向循環之期間，供給到圖6之活性之定 子線圏之PWM信號。 (b) 表示換向中之圖6之活性之定子線圈内之電流波形。 (c) 表示換向中之圖6之活性之定子線圏內之正常化後之 電流波形。 (d) 表示圖6之活性之定子線圈之電流變化率之波形和預 定之電壓臨界值之比較。 (e )是圖7 (d )所說明之比較之比較器輸出信號。 圖8是流程圖，用來表示本發明之絕對式換向位置檢測 方法之基本之步驟。 圖9是具有並行之編碼配置之圏8所示之絕對式換向位置 檢測方法之典型之應用例。 圖1 〇是具有複合化之編碼配置之圖8所示之絕對式換向 位置檢測方法之典型之另一應用例。 [符號之說明] 2 ...馬達 38 ...樣本保持電路 4〜16 ...定子線圈 42〜48 ...電流感測器 24 ...轉子 5 2〜58 ...正常化電路 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 33 五、發明說明（31 ) A7 B7 28 ...換向器 62〜68 32 ...停動顯示器 72〜78 34 ...開關電路 82，84 36 ...電壓基準值 ...微分電路 ...比較器 ...多工器 ---------------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 34

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種無刷馬達之蓮轉控制方法，用來控制由轉子和被 設在其周邊之多個定子線圈所構成之無刷馬達之運轉；其 特徵是所包含之工程有： (a) 在轉子被保持於馬達內之指定之位置之期間，利用1 個之驅動信號用來同時對多個定子線圏之各個進行激磁； (b) 在同時進行激磁之上述工程之期間，連續監視多個 定子線圈之各個之電流波形； (c) 連縝的對多個定子線圏之各個之電流波形進行微分 ，用來規定多個定子線圈之各個之電流變化率之波形； (d )使該多個定子線圈之各個之電流變化率之波形和預 定之電壓臨界值進行比較，藉Μ決定多個定子線圈中之活 性之定子線圈；和 (e)將1個之驅動信號施加到活性之定子線圈，用來驅動 馬達內之轉子； K無感測器檢測換阎位置用來控制馬達之蓮轉。 2 .如申請專利範圍第〗項之無刷馬達之運轉控制方法， 其中之構成工程包含有：設置與多個定子線圏之各個相關 之電流檢測裝置；和在申請專利範圍第1項之工程（a )之期 間檢測該多個定子線圈之各個之電流波形。 3 .如申請專利範圍第1項之無刷馬達之運轉控制方法， 其中之構成工程包含有： 設置與多個定子線圏之各個有關之微分裝置；和 對多個定子線圈之各個之電流波形進行微分，用來規定 多個定子線圈之各個之電流變化率之波形。 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~I -------I----- --------訂---------線 (請先閱讀背面之注音？事.項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 4 .如申請專利範圍第1或3項之無刷馬達之蓮轉控制方法 ，其中之構成工程包含有：設置設定裝置用來將與上述微 分裝置有關之預定之電壓臨界值設定成可調整之方式；K 使上述之預定電壓臨界值具有基準值之方式，對於該多個 定子線圈之各個，用來與電流變化率之波形進行比較，藉 Μ調整將上述之電壓臨界值設定成可調整之裝置；對於該 多個定子線圈之各個，使電流變化率之波形進行比較，用 來決定活性之定子線圈。 5 .如申請專利範圍第1或3項之無刷馬達之蓮轉控制方法 ，其中之構成工程包含有：設置用Μ產生驅動信號之換向 裝置；和對活性之定子線圈施加驅動信號用來使轉子在馬 達内進行蓮動。 6 . —種無刷馬達之運轉控制方法，用來使具備有轉子和 多個定子線圈之停止中之無刷馬達起動；其特徵是所包含 之工程有： (a) 在馬達停止時，對該多個定子線圈之各個施加1個之 驅動信號； (b) 在工程（a)之期間，連續對該多個定子線圈之各個之 電流波形進行微分； (c) 連績的使工程（b)所獲得之被微分之電流波形和預定 之電壓臨界值進行比較；和 (d) Μ使轉子正常旋轉之方式，根據工程（c)之比較結果 ，選擇該多個定子線圈中之至少一個對其進行激磁； Μ無感測器檢測換向位置用來使馬達起動。 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -2 - --------------------訂---------\ (請先閱讀背面之注意事-項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 7 .如申請專利範圍第6項之無刷馬達之運轉控制方法， 其中之構成工程包含有：設置電流檢測裝置用來檢測該多 個定子線圈之各個之電流波形；設置與上述之電流檢測裝 置相關之微分裝置；和利用上述之微分裝置對該多個定子 線圈之各個之電流波形進行微分。 8 .如申請專利範圍第6項之無刷馬達之蓮轉控制方法， 其中之構成工程包含有：設置用Μ調整預定之電壓臨界值 之調整裝置；設置比較裝置用來使被微分之電流波形和預 定之電壓臨界值進行比較，為著決定該多涸定子線圈之各 個對轉子之相對位置，使申請專利範圍第6項之工程（b)所 獲得之上述被微分之電流波形和上述預定之電壓臨界值進 行比較。 9 .如申請專利範圍第6或8項之無刷馬達之蓮轉控制方法 ，其中之構成工程包含有•‘決定該多個定子線圏中那一個 之位置最接近轉子，用來規定活性之定子線圈；和對上述 之活性之定子線圈施加驅動信號。 1 0 . —種無刷馬達之蓮轉控制方法，該無刷馬達具備有 多個定子線圈被設在轉子之周邊，•其特徵是所包含之工程 有： (a) 對多個定子線圈之各個，連續施加至少一個之預定 之稍許激磁電流； (b) 在連續施加激磁電流之上述工程（a)之期間，連績監 視該多個定子線圈之各個之電流波形； (c) 連續對該多個定子線圈之各個之電流波形進行微分 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ 〇 _ ------------： '教--------訂---------線 (請先閱讀背面之注音？事〃項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 ，用來規定該多個定子線圈之各個之電流變化率之波形； 和 (d)使至少為二個之電流變化率之波形之大小互相比較 ，用來產生表示馬達內之轉子位置之絕對基準值； Μ無感測器檢测轉子位置。 11 .如申請專利範圍第1 0項之無刷馬達之運轉控制方法 ，其中之構成工程包含有：設置與多個定子線圈之各個相 關之電流檢測裝置；和在申請專利範圍第1 0項之（a )之期 間檢測該多個定子線圏之各個之電流波形。 ί 2 .如申請專利範圍第1 0項之無刷馬達之運轉控制方法 ，其中之構成工程包含有：設置與該多個定子線圈之各個 相關之微分裝置；和對該多個定子線圈之各個之電流波形 進行微分，用來規定該多涸定子線圈之各個之電流變化率 之波形。 13. 如申請專利範圍第10或12項之無刷馬達之蓮轉控制 方法，其中之構成工程包含有：設置與該多個微分裝置中 之至少二個相關之比較器裝置；和使上逑多個微分裝置中 之至少二個之各個之電流變化率之波形之大小互相比較。 14. 如申請專利範圍第10或12項之無刷馬達之蓮轉控制 方法，其中更包含有之工程是設置與該多個微分裝置中之 至少二個相關之多個比較器。 1 5 .如申請專利範圍第1 0或1 2項之無刷馬達之蓮轉控制 方法，其中之構成工程包含有：設置至少二個之多工器分 別具有輸人結合到該多個微分裝置，和具有輸出结合到1 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ a - --------------------訂---------線' \ (請先閱讀背面之注意事.項再填寫本頁) 六、申請專利範圍 少 至 制 控之 和 中 ; 形 器波 較之 比率 之化 個變 涸 2 A8 B8 C8 D8 流 電 個 多 擇 選 來 用 器Η 多 之 個 有 備 具 〇 達 器馬 較刷 比 無 之該 过 ， 上法 到方 加 制 施控 其轉 將運 之 達 馬 刷 無 8 程Η 之 含 包 所 是 徵 特 其 *·> 邊 周 之 子 轉 在 設 被 圏 線 子 定 個 ： 多有 對 流 電 許 在 個 各 之 圈(a 線 程 子 工 定 之 個 述 多 上 間 期 之 稍 之 定 預 之 個1 少 至 加 施 之 圏 線 子 定 個 多 對 的 績 遵 之 個 各 之 圏 線 子 定 個 多 該 成Μ 藉 ’ 和 分 ； 微形 行波 進之 流率 電化 之變 個流 各電 較 比 行 進 的 續 連 形 波 之 率 化 變 流 電 之 個 二 少 至 使 值 準 基 對 絕 之 置 位 。 子置 轉位 之向 內換 達定 馬決 示器 表測 定感 決無Μ Μ 藉 法 方 l,J βίε* 控 轉 運 之 達 馬 刷 無 之 項 6 11 第 圍 範 利 專 請 如 多微 測之 檢關 Μ 相 用置 置裝 裝測 測檢 檢流 流電 電述 置上 設與 ‘， 置 有設 含 ； 包流 程電 工之 成中 構圈 之線 中子 其定 , 個 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 裂 ----訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 電 之 個 各 之 子 定 個 多 該 對 置 裝 分 微 之 述 上 用 利。 和 分 ; 微 置行 裝進 分流 Hy $ 控 轉 運 之 達 馬 刷 無 之 項 7 IX 或 6 T—_ 第 圍 範 利 專 請 申 如 之進 關個 相 二 置少 裝至 分之 微中 述形 上波 與 之 置率 設化 : 變 有流 程電 工述 之上 含使 包和 更 ； 中置 其裝 , 器 去 較 Jrtm 方比 較 比 行 HU $ 控 轉 蓮 之 達 馬 UU i· 無 之 項 7 τ-Η 或 6 ii 第 圍 範 利 專 請 申 如 多 之 相 置 裝 分 微 述 上 與 置 設 是 程Η 之 含 包 更 中 其 法 方 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 個比較器。 2 0 .如申請專利範圍第1 7項之無刷馬達之蓮轉控制方法 ，其中更包含之工程有：設置1個之比較器，設置第1多工 器用來選擇多個電流變化率之波形中之至少一個藉K將其 施加到該比較器，和設置第2多工器用來選擇多個電流變 化率之波形中之至少一藉Μ將其施加到上述之比較器；和 控制上述之第1和第2多工器用來選擇該多個電流變化率之 波形中之至少二個藉Μ將其施加到上述之比較器。 2 1 . —種無刷馬達之運轉控制裝置，該無刷馬達具有轉 子和多個定子線圈；其特徵是具備有： (a) 換向位置檢測裝置，用來決定轉子對多個定子線圏 之相對位置，包含有：電流檢測裝置，用來檢測多個定子 線圏之各個之中之電流量；微分裝置，用來對多個定子線 圈之各個之中之電流量進行微分；和比較器裝置，用來使 多個定子線圈中之至少2個之被微分之電流互相比較，用 來決定表示馬達内之轉子位置之絕對基準值； (b) 換向裝置，用來選擇至少一個之預定之稍許電流將 其施加到多個定子線圏之各個，和用來選擇1個之驅動信 號，藉Μ將其施加到與上逑絕對基準值相關之一個Μ上之 多涸定子線圈。 22 .如申請專利範圍第2 1項之無刷馬達之蓮轉控制裝置 ，其中上述之比較器之構成是利用連結在上逑微分裝置和 上述換向裝置之間之至少二個之比較器。 23 .如申請專利範圍第2 1項之無刷馬達之蓮轉控制裝置 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _ R _ ------------^ .裂--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ，其中上述之比較器裝置由作為多工器裝置之1個之比較 器所形成，上述之多工器裝置對於多個定子線圏中之至少 二涸，選擇性的使上述被微分之電流通過上述之比較器。 24.—種無刷馬達之換尚位置檢測裝置，該無刷馬達具 有轉子和多個定子線圈；其特徵是具備有： (a) 電流檢測裝置，用來檢測多個定子線圈之各個之中 之電流量； (b) 微分裝置，用來對多個定子線圏之各個之中之電流 量進行微分；和 (c) 1±較器裝置，用來使多個定子線圈中之至少二個被 微分之電流進行比較。 2 5 .如申請專利範圍第2 4項之無刷馬達之換向位置檢測 裝置，其中上述之比較器裝置由結合在上述微分裝置和上 述換向裝置之間之至少二個之比較器所構成。 26 .如申請專利範圍第24項之無刷馬達之換向位置檢測 裝置，其中上述之比較器裝置由多工器裝置和1個之比較 器所構成，該多工器裝置選擇性的使多個定子線圈之中之 至少二個被微分之電流通過上述之比較器。 II---------1 --------訂---------\1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 7