TWI552513B - Differential Detection of Direct Current Brushless Motor - Google Patents

Description

直流無刷馬達反電動勢之微分偵測相位方法

本發明為一種直流無刷馬達反電動勢之微分偵測相位方法，為無感測器的直流無刷馬達之控制方法技術領域。

目前直流無刷馬達的技術領域中，直流無刷馬達主要係內部設置有一霍爾元件感應磁場之變化，進而得知馬達轉子的位置，並加以控制激磁順序與時機，達到速度或扭力輸出之目的。

該，霍爾元件係利用霍爾效應(Hall Effect)原理所製成的元件，可感應磁場變化並偵測轉子位置。

然而，霍爾元件設置於直流無刷馬達本體內，易受到直流無刷馬達內部環境影響，例如高溫或者高震動，即有可能造成其感測之準確度明顯降低及常造成霍爾元件損壞之情形。

為改變前述之缺失，業界紛紛著手發展無感測器驅動直流馬達之技術，而無感測器驅動方式，最主要的目的是為了降低損壞率與成本及降低干擾，以增進感測之準確度，因此多為利用量測馬達之反電動勢，來估測轉子位置。

目前，最常使用的無感測器驅動法，主要是偵測直流無刷馬達未激磁相之繞組的反動電勢，分析馬達的動作原理後，再進行換相點運 算，以直流無刷馬達之三相(U、V、W)反電動勢，在通過零交越點之瞬間，將此訊號延遲30度電子角，即可取得直流無刷馬達之換相控制訊號。

此種方法的運算量小，只需針對零交越點偵測電路所回授的訊號，進行分析與判斷即可。

但上述之以反電動勢為依據之無感測器估測法，大多是利用零交越點再相移之方式，達到換相點估測之目的，因其運用之相移電路訊號不穩定，易造成訊號判讀錯誤之問題者。

有鑑於，上述之缺失亟待改進，為了達到降低成本與具高準確度之驅動，故，發明人依多年之經驗的不斷的思考研究，如何得以達到降低成本、低損壞率及具高準確度之驅動方法，經發明人多次的實驗，終求得一反電動勢之微分偵測方法，達到預設之目的功效者。

至於本發明之結構、目的、方式及精神，煩請 鈞局委員參照下列之依附圖及說明，即可完全的了解本發明者。

本發明為一種直流無刷馬達反電動勢之微分偵測相位方法，尤指一種無感測器的直流無刷馬達之控制方法，主要係同步不斷由微分器微分運算取得直流無刷馬達三線圈之三相(U、V、W)各別之梯形波反電動勢訊號之斜率，供以微控制器判斷各別梯形波反電動勢訊號之零斜率結束點與起點及其區間，並驅動該區間預設之驅動器的特定功率開關，進行導通或關閉運作之時機依據，由微控制器不斷判斷三線圈之三相(U、V、W)各別之梯形波反電動勢，已經產生的零斜率結束點與起點及其區間，並驅動該區間預設之驅動器的特定功率開關進行導通或關閉之切換，加以 控制直流無刷馬達之激磁時機與順序，達到速度或扭力輸出的控制者。

本發明主要目的：係提供一簡易之方法，由微控制器不斷的判斷直流無刷馬達三線圈三相(U、V、W)各別已經產生之梯形波反電動勢零斜率結束點與起始點及其區間之訊號為依據，並不斷驅動該區間預設之驅動器無刷馬達線圈之三相(U、V、W)特定之功率開關導通或關閉之切換，以控制直流無刷馬達線圈三相(U、V、W)激磁之時機與順序，達到速度或扭力輸出的控制者。

10‧‧‧直流無刷馬達

11‧‧‧微分單元

12‧‧‧微控制器

13‧‧‧驅動器

11a‧‧‧低通濾波器

11b‧‧‧微分器

11c‧‧‧電壓隨耦器

第一圖為本發明一種直流無刷馬達反電動勢之微分偵測相位方法之簡易流程圖

第二圖為本發明一種直流無刷馬達反電動勢之微分偵測相位方法的直流無刷馬達及微分單元線路示意圖

第三圖為本發明一種直流無刷馬達反電動勢之微分偵測相位方法產生反電動勢之零斜率結束點和啟始點時序與對應之功率開關切換示意圖

第一圖為本發明一種直流無刷馬達反電動勢之微分偵測相位方法之簡易流程圖，如圖所示(另參照第二圖)，係一直流無刷馬達10之三線圈的三相(U、V、W)各別結合有一微分單元11，該各個微分單元11再結合一微控制器12與一驅動器13。

該微分單元11，係包含有一低通濾波器11a、一微分器11b、 一電壓隨耦器11c。

其中，低通濾波器11a，主要是濾除直流無刷馬達10端輸入之反電動勢訊號中之電壓高頻雜訊，進而取得單純之反電動勢訊號。

又，微分器11b，主要是對於已經低通濾波器11a取得之反電動勢，進行微分運算取得梯形波反電動勢訊號之斜率者。

再者，電壓隨耦器11c，係可避免負載效應之干擾，防止梯形波反電動勢訊號失真。

最後主要係以微控制器12加以判斷梯形波反電動勢訊號變化，加以控制驅動器13之各功率開關之啟閉，控直流無刷馬達10之運作者。

本發明一種直流無刷馬達反電動勢之微分偵測相位方法，步驟如下(參照一、二圖)：

步驟一：供電啟動直流無刷馬達10運作。

步驟二：直流無刷馬達10三線圈三相(U、V、W)分別輸出反電動勢訊號入各別之微分單元11，以微分單元11之低通濾波器11a，將反電動勢訊號中之電壓高頻雜訊濾除，取得單純之三線圈三相(U、V、W)反電動勢訊號。

步驟三：將步驟二取得之三線圈三相(U、V、W)反電動勢訊號，再入各別之微分器11b，各別進行微分運算，(另參照第三圖)取得三線圈三相(U、V、W)各別之梯形波反電動勢訊號之斜率。

步驟四：將步驟三取得之三線圈三相(U、V、W)各別之梯形波反電動勢，由各別之電壓隨耦器11c，處理避免負載效應之干擾，確保各別三線圈三相(U、V、W)之梯形波反電動勢訊號不失真。

步驟五：將步驟四取得之三線圈三相(U、V、W)之各別梯形波反電動勢訊號，供以微控制器12不斷的過濾判斷，取得三線圈三相(U、V、W)各別之梯形波反電動勢訊號己經有產生的零斜率結束點與產生斜率結束後形成之零斜率起始點及其零斜率結束點與起始點的區間，作為要求驅動器13之各特定區間預設之功率開關進行啟閉時序運作之依據，即是藉由微控制器12不斷的判斷三線圈三相(U、V、W)各別之梯形波反電動勢訊號，已經有產生零斜率結束點與起始點，並判斷該零斜率結束點與起始點的區間，發出訊號要求驅動器13驅動該區間特定之功率開關進行導通及關閉之切換，控制直流無刷馬達之三線圈三相(U、V、W)的激磁時機與順序，達到速度或扭力輸出的控制者。

綜上所述，本發明之方法確可達到預設之功效，且未見諸公開使用者，符合專利實用性、新穎性、功效性之要件，爰依法向 鈞局提出專利申請，懇請 鈞局委員惠予速審並准予本案專利權，實感德便。

需陳明者，以上所述乃是本發明之較佳實施例，如依本創作之構想所作之改變，其產生之功能、作用仍未超出說明書與圖式所涵蓋之精神時，一切應屬本創作之範圍內，合予陳明。

10‧‧‧直流無刷馬達

11‧‧‧微分單元

12‧‧‧微控制器

13‧‧‧驅動器

11a‧‧‧低通濾波器

11b‧‧‧微分器

11c‧‧‧電壓隨耦器

Claims (1)

1. 一種直流無刷馬達反電動勢之微分偵測相位方法，係有一直流無刷馬達之三線圈的三相(U、V、W)各別結合有一微分單元，該各個微分單元再結合一微控制器與一驅動器；該微分單元，係包含有一低通濾波器、一微分器、一電壓隨耦器；方法步驟如下：步驟一：供電啟動直流無刷馬達運作；步驟二：直流無刷馬達三線圈三相(U、V、W)分別輸出反電動勢訊號入各別之微分單元，以微分單元11之低通濾波器，將反電動勢訊號中之電壓高頻雜訊濾除，取得單純之三線圈三相(U、V、W)反電動勢訊號；步驟三：將步驟二取得之三線圈三相(U、V、W)反電動勢訊號，再入各別之微分器，各別進行微分運算，(另參照第三圖)取得三線圈三相(U、V、W)各別之梯形波反電動勢訊號之斜率；步驟四：將步驟三取得之三線圈三相(U、V、W)各別之梯形波反電動勢，由各別之電壓隨耦器，處理避免負載效應之干擾，確保各別三線圈三相(U、V、W)之梯形波反電動勢訊號不失真；步驟五：為方法主要特徵：係將步驟四取得之三線圈三相(U、V、W)之各別梯形波反電動勢訊號，供以微控制器不斷的過濾判斷，取得三線圈三相(U、V、W)各別之梯形波反電動勢訊號己經有產生的零斜率結束點與產生斜率結束後形成之零斜率起始點及其零斜率結束點與起始點的區間，作為要求驅動器之各特定區間預設之功率開關進行啟閉時序運作之依據，即是藉由微控制器不斷的判斷三線圈三相(U、V、W)各別之梯形波 反電動勢訊號，已經有產生零斜率結束點與起始點，並判斷該零斜率結束點與起始點的區間，發出訊號要求驅動器驅動該區間特定之功率開關進行導通及關閉之切換，控制直流無刷馬達之三線圈三相(U、V、W)的激磁時機與順序，達到速度或扭力輸出的控制者。