TWI652892B - 三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測方法，其量測不同電壓向量下的感應電壓，並據此計算不同感應電壓之間的一感應電壓關係。接著再根據一轉子位置表找出與感應電壓關係相符的轉子位置。據此，本發明實施例所提供的三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測方法可以在停止狀態下準確地偵測到轉子位置，以避免三相馬達不正確運作而毀損。

Description

三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測方法
本發明提供一種偵測裝置與偵測方法，且特別是關於一種三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測方法。
習知三相馬達包括轉子(rotor)與定子(stator)，要準確的控制馬達扭矩(motor torque)需要絕對轉子位置資訊。習知的偵測方法通常使用霍爾感測器(hall sensor)來感測轉子位置資訊。然而，霍爾感測器會增加馬達的整體尺寸與成本，並且降低系統的穩定性。目前已有很多方法可以在無感測器下完成轉子位置的偵測。
如圖1A、1B與2，其說明習知轉子位置的偵測原理。如圖1A所示，若在繞組定子10加上電流i而產生的感應磁場方向，與轉子20的磁場方向相反，磁飽和效應會減弱，造成繞組定子10的電感上升。如圖1B所示，若在繞組定子10加上電流i而產生的感應磁場方向，與轉子20的磁場方向相同，磁飽和效應會增強，造成繞組定子10的電感下降。圖2顯示繞組定子10的電感與轉子20的電氣角的關係圖。如圖2所示，若繞組定子10與轉子20為反向磁場，繞組定子10的電感會略為上升。若繞組定子10與轉子20為順向磁場，繞組定子10的電感會略為下降。藉此，習知三相馬達可利用上述繞組定子10與轉子20之間的特性來得到轉子位置。
然而，習知無感測器的偵測方法並無法在停止(standstill)狀態下準確地偵測到轉子位置，這可能導致馬達的啟動扭矩減少以及在啟動時發生暫時的反轉，這些情況在某些應用上是不允許的，例如硬碟。因此，若可以在停止狀態下準確地偵測到轉子位置，將可避免三相馬達不正確運作而毀損。
本發明實施例提供一種三相馬達的轉子位置偵測裝置，用以於一停止狀態下偵測一三相馬達之一轉子位置。三相馬達之一繞組定子由3個線圈組成，且每一個線圈具有一相位端。轉子位置偵測裝置包括一全橋電路、一邏輯電路、一選擇器與一處理器。全橋電路電連接每一個相位端。邏輯電路電連接全橋電路，且依序輸出6個不同電壓向量至全橋電路，以控制全橋電路依序感應3個線圈中的其中二個。6個電壓向量具有一順序關係且關聯全橋電路之一相位切換以提供三相馬達之運轉。選擇器電連接每一個相位端與邏輯電路，且依序根據6個電壓向量擷取未感應的線圈之相位端的電壓，以對應產生6個感應電壓。而處理器電連接選擇器，接收6個感應電壓，且儲存有一轉子位置表。轉子位置表具有6個不同電氣位置區間。6個電氣位置區間組成一電氣週期。每一個電氣位置區間對應到6個電壓向量。6個電壓相量分別具有一預設電壓值，且6個預設電壓值之間具有一預設電壓關係。處理器計算6個感應電壓之間的一感應電壓關係。處理器查找轉子位置表中與感應電壓關係相符的預設電壓關係，並將預設電壓關係對應的電氣位置區間作為轉子位置。
本發明實施例提供一種三相馬達的轉子位置偵測方法，適用於一偵測裝置，用以於一停止狀態下偵測一三相馬達之一轉子位置。三相馬達之一繞組定子由3個線圈組成，且每一個線圈具有一相位端。偵測方法包括如下步驟，步驟(A)：依序輸出6個不同 電壓向量以依序感應3個線圈中的其中二個，其中6個電壓向量具有一順序關係，以提供三相馬達之運轉；步驟(B)：依序根據6個電壓向量擷取未感應的線圈之相位端的電壓，以對應產生6個感應電壓；步驟(C)：接收6個感應電壓，且計算6個感應電壓之間的一感應電壓關係；以及步驟(D)：查找一轉子位置表中與感應電壓關係相符的預設電壓關係，並將預設電壓關係對應的電氣位置區間作為轉子位置。其中偵測裝置儲存有一轉子位置表，轉子位置表具有6個不同電氣位置區間。6個電氣位置區間組成一電氣週期，且每一個電氣位置區間對應到6個電壓向量。6個電壓相量分別具有一預設電壓值，且6個預設電壓值之間具有一預設電壓關係。
綜合以上所述，本發明實施例所提供的三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測方法，其量測不同電壓向量下的感應電壓，並據此計算不同感應電壓之間的一感應電壓關係。接著再根據一轉子位置表找出與感應電壓關係相符的轉子位置。據此，本發明實施例所提供的三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測方法可以在停止狀態下準確地偵測到轉子位置，以避免三相馬達不正確運作而毀損。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
10‧‧‧繞組定子
20‧‧‧轉子
i‧‧‧電流
50‧‧‧繞組定子
60‧‧‧轉子
100‧‧‧轉子位置偵測裝置
110‧‧‧邏輯電路
120‧‧‧全橋電路
122‧‧‧第一橋臂
124‧‧‧第二橋臂
126‧‧‧第三橋臂
130‧‧‧選擇器
140‧‧‧處理器
C1、C2、C3、C4、C5、C6‧‧‧控制訊號
u、v、w‧‧‧相位端
VIN‧‧‧輸入電壓
Lu‧‧‧第一線圈
Lv‧‧‧第二線圈
Lw‧‧‧第三線圈
MT‧‧‧三相馬達
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
SW4‧‧‧第四開關
SW5‧‧‧第五開關
SW6‧‧‧第六開關
Hu‧‧‧電感值
Hv‧‧‧電感值
Hw‧‧‧電感值
S210、S220、S230、S240‧‧‧步驟
圖1A是習知繞組定子與轉子之間為反向磁場的示意圖。
圖1B是習知繞組定子與轉子之間為順向磁場的示意圖。
圖2是習知繞組定子的電感與轉子的電氣角的關係圖。
圖3是本發明一實施例之三相馬達的轉子位置偵測裝置的示意圖。
圖4是本發明一實施例之全橋電路的示意圖。
圖5A是本發明一實施例之繞組定子與轉子的位置圖。
圖5B是本發明一實施例之繞組定子的電感與轉子的電氣角的關係圖。
圖6A是本發明另一實施例之繞組定子與轉子的位置圖。
圖6B是本發明另一實施例之繞組定子的電感與轉子的電氣角的關係圖。
圖7A是本發明另一實施例之繞組定子與轉子的位置圖。
圖7B是本發明另一實施例之繞組定子的電感與轉子的電氣角的關係圖。
圖8A是本發明另一實施例之繞組定子與轉子的位置圖。
圖8B是本發明另一實施例之繞組定子的電感與轉子的電氣角的關係圖。
圖9A是本發明另一實施例之繞組定子與轉子的位置圖。
圖9B是本發明另一實施例之繞組定子的電感與轉子的電氣角的關係圖。
圖10A是本發明另一實施例之繞組定子與轉子的位置圖。
圖10B是本發明另一實施例之繞組定子的電感與轉子的電氣角的關係圖。
圖11是本發明一實施例之三相馬達的轉子位置偵測裝置的流程圖。
在下文中，將藉由圖式說明本發明之各種例示實施例來詳細描述本發明。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。此外，圖式中相同參考數字可用以表示類似的元件。
本發明實施例所提供的三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測 方法，其全橋電路根據6個不同電壓向量依序感應繞組定子中的3個線圈中的其中二個以產生6個電壓值，並利用一選擇器擷取6個電壓值以對應產生6個感應電壓。接著，處理器再計算6個感應電壓之間的一感應電壓關係，並根據一轉子位置表找出與感應電壓關係相符的一預設電壓關係。更進一步來說，轉子位置表具有6個不同電氣位置區間，且6個電氣位置區間組成一電氣週期。每一個電氣位置區間對應到6個電壓向量。6個電壓相量分別具有一預設電壓值，且6個預設電壓值之間具有一預設電壓關係。最後，處理器將找出的預設電壓關係對應的電氣位置區間作為轉子位置。本發明實施例所提供的三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測方法可以在停止狀態下準確地偵測到轉子位置，以避免三相馬達不正確運作而毀損。以下將進一步介紹本發明揭露之三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測方法。
首先，請同時參考圖3及4，圖3是本發明一實施例之三相馬達的轉子位置偵測裝置的示意圖，圖4是本發明一實施例之全橋電路的示意圖。如圖3所示，轉子位置偵測裝置100用以於一停止狀態下偵測一三相馬達MT之一轉子位置。三相馬達MT包含一繞組定子50與一轉子60。繞組定子50由3個線圈組成，分別為第一線圈Lu、第二線圈Lv與第三線圈Lw，且第一線圈Lu、第二線圈Lv與第三線圈Lw分別具有相位端u、v與w。更進一步來說，轉子位置偵測裝置100根據繞組定子50與轉子60之間的磁力吸引與磁場變化，使得轉子60相對於繞組定子50而轉動。
轉子位置偵測裝置100包括一全橋電路120、一邏輯電路110、一選擇器130與一處理器140。全橋電路120電連接第一線圈Lu、第二線圈Lv與第三線圈Lw的相位端u、v與w。更進一步來說，全橋電路120為具有三個彼此並聯的橋臂之三相全橋電路，且其三個橋臂分別為一第一橋臂122、一第二橋臂124 與一第三橋臂126。第一橋臂122具有一第一開關SW1與一第二開關SW2。第一開關SW1之一端接收輸入電壓VIN，第一開關SW1之另一端電連接第二開關SW2之一端，且第二開關SW2之另一端接地。第二橋臂124具有一第三開關SW3與一第四開關SW4。第三開關SW3之一端接收輸入電壓VIN，第三開關SW3之另一端電連接第四開關SW4之一端，且第四開關SW4之另一端接地。第三橋臂126具有一第五開關SW5與一第六開關SW6。第五開關SW5之一端接收輸入電壓VIN，第五開關SW5之另一端電連接第六開關SW6之一端，且第六開關SW6之另一端接地。在本實施例中，第一開關SW1、第三開關SW3與第五開關SW5為P型金氧半電晶體，且第二開關SW2、第四開關SW4與第六開關SW6為N型金氧半電晶體；當然於其他的實施方式中，第一開關SW1、第三開關SW3與第五開關SW5為N型金氧半電晶體，且第二開關SW2、第四開關SW4與第六開關SW6為P型金氧半電晶體。其中第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4、第五開關SW5與第六開關SW6亦可為其他開關來替代，本發明對此不作限制。
邏輯電路110電連接全橋電路120，依序輸出6個不同電壓向量至全橋電路120，以控制全橋電路120依序感應第一線圈Lu、第二線圈Lv與第三線圈Lw其中二個。在本實施例中，6個電壓向量分別為第一向量UV、第二向量UW、第三向量VW、第四向量VU、第五向量WU與第六向量WV。6個電壓向量皆具有6個控制訊號C1、C2、C3、C4、C5與C6(即關聯於全橋電路之相位切換)，且6個電壓向量具有一順序關係以提供三相馬達MT之運轉。意即，若邏輯電路110根據6個電壓向量依序執行全橋電路120之相位切換，將可帶動三相馬達MT運轉一圈。
在本實施例中，6個電壓向量的控制訊號C1、C2、C3、C4、C5與C6，如下表<一>所示。其中，”H”代表高準位。”L”代表低 準位。
而所屬領域具通常知識者應知，若邏輯電路110依照第一向量UV、第二向量UW、第三向量VW、第四向量VU、第五向量WU與第六向量WV的順序關係執行全橋電路120之相位切換，將可帶動三相馬達MT正轉一圈。若邏輯電路110依照第四向量VU、第五向量WU、第六向量WV、第一向量UV、第二向量UW與第三向量VW的順序關係執行全橋電路120之相位切換，將可帶動三相馬達MT反轉一圈。故在此不再贅述。當然，上述6個電壓向量亦可為其他型式，以供全橋電路120帶動三相馬達MT運轉一圈，本發明對此不作限制。
舉例來說，邏輯電路110於停止狀態下輸出第一向量UV至全橋電路120，邏輯電路110將導通第一開關SW1與第四開關SW4，且截止第二開關SW2、第三開關SW3、第五開關SW5與第六開關SW6，以依序感應第一線圈Lu與第二線圈Lv。類似地，邏輯電路110於停止狀態下輸出第二向量UW至全橋電路120，全橋電路120將依序感應第一線圈Lu與第三線圈Lw；邏輯電路110於停止狀態下輸出第三向量VW至全橋電路120，全橋電路120將依序感應第二線圈Lv與第三線圈Lw；邏輯電路110於停止狀態下輸出第四向量VU至全橋電路120，全橋電路 120將依序感應第二線圈Lv與第一線圈Lu；邏輯電路110於停止狀態下輸出第五向量WU至全橋電路120，全橋電路120將依序感應第三線圈Lw與第一線圈Lu；以及邏輯電路110於停止狀態下輸出第六向量WV至全橋電路120，全橋電路120將依序感應第三線圈Lw與第二線圈Lv。
再來，請同時參考圖3-4，選擇器130電連接每一個相位端u、v與w與邏輯電路110，且依序根據第一向量UV至第六向量WV擷取未感應的線圈之相位端的電壓，以對應產生6個感應電壓。更進一步來說，選擇器130為一多工器。多工器接收第一線圈Lu、第二線圈Lv與第三線圈Lw之相位端的電壓，且根據接收到的電壓向量擷取未感應的線圈之相位端的電壓。
舉例來說，當邏輯電路110輸出第一向量UV以控制全橋電路120依序感應第一線圈Lu與第二線圈Lv時，選擇器130根據第一向量UV擷取第三線圈Lw之相位端的電壓。當邏輯電路110輸出第二向量UW以控制全橋電路120依序感應第一線圈Lu與第三線圈Lw時，選擇器130根據第二向量UW擷取第二線圈Lv之相位端的電壓。當邏輯電路110輸出第三向量VW以控制全橋電路120依序感應第二線圈Lv與第三線圈Lw時，選擇器130根據第三向量VW擷取第一線圈Lu之相位端的電壓。當邏輯電路110輸出第四向量VU以控制全橋電路120依序感應第二線圈Lv與第一線圈Lu時，選擇器130根據第四向量VU擷取第三線圈Lw之相位端的電壓。當邏輯電路110輸出第五向量WU以控制全橋電路120依序感應第三線圈Lw與第一線圈Lu時，選擇器130根據第五向量WU擷取第二線圈Lv之相位端的電壓。當邏輯電路110輸出第六向量WV以控制全橋電路120依序感應第三線圈Lw與第二線圈Lv時，選擇器130根據第六向量WV擷取第一線圈Lu之相位端的電壓。
而選擇器130在依序取得相位端的電壓後，將對應產生6 個感應電壓至處理器140，以據此尋找轉子位置。處理器140電連接選擇器130，且儲存有一轉子位置表，如下表<二>。轉子位置表具有6個不同電氣位置區間POS1、POS2、POS3、POS4、POS5與POS6，且6個電氣位置區間POS1-POS6組成一電氣週期。在本實施例中，電氣週期為0~360度，電氣位置區間POS1-POS6分別位於0°~60°、60°~120°、120°~180°、180°~240°、240°~300°與300°~360°的位置區間。每一個電氣位置區間POS1-POS6對應到6個電壓向量(即第一向量UV、第二向量UW、第三向量VW、第四向量VU、第五向量WU與第六向量WV)，且6個電壓相量分別具有一預設電壓值V1、V2、V3、V4、V5與V6。而6個預設電壓值V1-V6之間具有一預設電壓關係。
在本實施例中，轉子位置表的每一電氣位置區間POS1-POS6與對應的預設電壓值V1-V6如下表<二>所示。其中，”x”代表預設電壓值為0或接近0；”+”代表預設電壓值為正電壓；”++”代表預設電壓值為正電壓且高於”+”的電壓值；”-”代表預設電壓值為負電壓；以及”--”代表預設電壓值為負正電壓且低於”-”的電壓值。
更進一步來說，於電氣位置區間POS1中，預設電壓值V1-V6之間的預設電壓關係為(x,++,+,x,-,--)。於電氣位置區間POS2 中，預設電壓值V1-V6之間的預設電壓關係為(++,x,--,-,x,+)。於電氣位置區間POS3中，預設電壓值V1-V6之間的預設電壓關係為(-,--,x,++,+,x)。於電氣位置區間POS4中，預設電壓值V1-V6之間的預設電壓關係為(x,+,++,x,--,-)。於電氣位置區間POS5中，預設電壓值V1-V6之間的預設電壓關係為(+,x,-,--,x,++)。於電氣位置區間POS6中，預設電壓值V1-V6之間的預設電壓關係為(--,-,x,+,++,x)。
藉由上述電氣位置區間POS1-POS6與對應的預設電壓值V1-V6之間的關係，處理器140可尋找轉子位置表中與接收到的6個感應電壓相符的預設電壓值V1-V6。更進一步來說，處理器140將計算6個感應電壓之間的一感應電壓關係。處理器140接著將查找轉子位置表中與感應電壓關係相符的預設電壓關係，並將預設電壓關係對應的電氣位置區間作為轉子位置。
以下將以轉子60的轉子位置位於電氣位置區間POS2為例來作說明。首先，邏輯電路110將依序輸出第一向量UV~第六向量WV至全橋電路120，以依序感應3個線圈中的其中二個。如圖5A與5B所示，全橋電路120根據第一向量UV依序感應第一線圈Lu與第二線圈Lv，第一線圈Lu為順向磁場且第二線圈Lv無磁場。而第二線圈Lv的電感值Hv大於第一線圈Lu的電感值Hu(即對應到的感應電壓為”++”)。
再來，如圖6A與6B所示，全橋電路120根據第二向量UW依序感應第一線圈Lu與第三線圈Lw，第一線圈Lu與第三線圈Lw為順向磁場，且第二線圈Lv的電感值Hv約等於第一線圈Lu的電感值Hu(即對應到的感應電壓為”x”)。
再來，如圖7A與7B所示，全橋電路120根據第三向量VW依序感應第二線圈Lv與第三線圈Lw，第二線圈Lv無磁場且第三線圈Lw為順向磁場，且第三線圈Lw的電感值Hw小於第二線圈Lv的電感值Hv(即對應到的感應電壓為”--”)。
再來，如圖8A與8B所示，全橋電路120根據第四向量VU依序感應第二線圈Lv與第一線圈Lu，第二線圈Lv無磁場且第一線圈Lu為反向磁場，且第一線圈Lu的電感值Hu略小於第二線圈Lv的電感值Hv(即對應到的感應電壓為”-”)。
再來，如圖9A與9B所示，全橋電路120根據第五向量WU依序感應第三線圈Lw與第一線圈Lu，第三線圈Lw與第一線圈Lu為反向磁場，且第三線圈Lw的電感值Hw約等於第一線圈Lu的電感值Hu(即對應到的感應電壓為”x”)。
如圖10A與10B所示，全橋電路120根據第六向量WV依序感應第三線圈Lw與第二線圈Lv，第二線圈Lv無磁場且第三線圈Lw為反向磁場。而第二線圈Lv的電感值Hv略大於第三線圈Lw的電感值Hw(即對應到的感應電壓為”+”)。
據此，處理器140計算出上述6個感應電壓之間的感應電壓關係為(++,x,--,-,x,+)。最後，處理器140將查找轉子位置表中與上述感應電壓關係相符的預設電壓關係，即感應電壓關係為(++,x,--,-,x,+)，並將預設電壓關係對應的電氣位置區間POS2作為轉子位置。藉此，處理器140將判斷目前的轉子位置落在電氣位置區間POS2。
由上述的實施例，本發明可以歸納出一種三相馬達的轉子位置偵測方法，適用於上述實施例所述之轉子位置偵測裝置100。請參考圖11並同時參照圖3。首先，轉子位置偵測裝置100依序輸出6個不同電壓向量(即第一向量UV、第二向量UW、第三向量VW、第四向量VU、第五向量WU與第六向量WV)以依序感應3個線圈(即第一線圈Lu，第二線圈Lv與第三線圈Lw)其中二個(步驟S210)，其中6個電壓向量具有一順序關係，以提供三相馬達之運轉。有關步驟S210之方法皆已於前一實施例作說明，故在此不再贅述。
接著，轉子位置偵測裝置100將依序根據6個電壓向量擷取 未感應的線圈之相位端的電壓，以對應產生6個感應電壓(步驟S220)。而有關步驟S220之方法皆已於前一實施例作說明，故在此不再贅述。
轉子位置偵測裝置100接著將接收6個感應電壓，且計算6個感應電壓之間的一感應電壓關係(步驟S230)。而有關步驟S230之方法皆已於前一實施例作說明，故在此不再贅述。
最後，轉子位置偵測裝置100將查找一轉子位置表中與感應電壓關係相符的預設電壓關係，並將預設電壓關係對應的電氣位置區間作為轉子位置(步驟S240)。其中，偵測裝置儲存有一轉子位置表。轉子位置表具有6個不同電氣位置區間。6個電氣位置區間組成一電氣週期。每一個電氣位置區間對應到6個電壓向量。6個電壓相量分別具有一預設電壓值，且6個電壓相量之間具有一預設電壓關係。而有關步驟S240之方法與轉子位置表皆已於前一實施例作說明，故在此不再贅述。
綜上所述，本發明實施例所提供的三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測方法，其量測不同電壓向量下的感應電壓，並據此計算不同感應電壓之間的一感應電壓關係。接著再根據一轉子位置表找出與感應電壓關係相符的轉子位置。據此，本發明實施例所提供的三相馬達的轉子位置偵測裝置與偵測方法可以在停止狀態下準確地偵測到轉子位置，以避免三相馬達不正確運作而毀損。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims (9)

  1. 一種三相馬達的轉子位置偵測裝置，用以於一停止狀態下偵測一三相馬達之一轉子位置，該三相馬達之一繞組定子由3個線圈組成，且每一該線圈具有一相位端，該轉子位置偵測裝置包括：一全橋電路，電連接每一該相位端；一邏輯電路，電連接該全橋電路，依序輸出6個不同電壓向量至該全橋電路，以控制該全橋電路依序感應該3個線圈中的其中二個，其中該6個電壓向量具有一順序關係且關聯該全橋電路之一相位切換以提供該三相馬達之運轉；一選擇器，電連接每一該相位端與該邏輯電路，依序根據該6個電壓向量擷取未感應的該線圈之該相位端的電壓，以對應產生該6個感應電壓；以及一處理器，電連接該選擇器，接收該6個感應電壓，且儲存有一轉子位置表，其中該轉子位置表具有6個不同電氣位置區間，該6個電氣位置區間組成一電氣週期，每一該電氣位置區間對應到該6個電壓向量，該6個電壓相量分別具有一預設電壓值，且該6個預設電壓值之間具有一預設電壓關係；其中，該處理器計算該6個感應電壓之間的一感應電壓關係，查找該轉子位置表中與該感應電壓關係相符的該預設電壓關係，並將該預設電壓關係對應的該電氣位置區間作為該轉子位置；其中，該6個電壓向量之該順序關係用來提供該全橋電路控制該三相馬達正轉或逆轉。
  2. 如請求項1之轉子位置偵測裝置，其中，該選擇器為一多工器，該多工器接收每一該線圈之該相位端的電壓，且根據接收的該電壓向量擷取未感應的該線圈之該相位端的電壓。
  3. 如請求項1之轉子位置偵測裝置，其中，該3個線圈分別為一 第一線圈、一第二線圈與一第三線圈，且該全橋電路包括：一第一橋臂，具有一第一開關與一第二開關，該第一開關之一端接收該輸入電壓，該第一開關之另一端電連接該第二開關之一端與該第一線圈之該相位端，且該第二開關之另一端接地；一第二橋臂，具有一第三開關與一第四開關，該第三開關之一端接收該輸入電壓，該第三開關之另一端電連接該第四開關之一端與該第二線圈之該相位端，且該第四開關之另一端接地；以及一第三橋臂，具有一第五開關與一第六開關，該第五開關之一端接收該輸入電壓，該第五開關之另一端電連接該第六開關之一端與該第三線圈之該相位端，且該第六開關之另一端接地。
  4. 如請求項1之轉子位置偵測裝置，其中，該3個線圈分別為一第一線圈、一第二線圈與一第三線圈，且該6個電壓向量分別為：一第一向量，提供該全橋電路依序感應該第一線圈與該第二線圈；一第二向量，提供該全橋電路依序感應該第一線圈與該第三線圈；一第三向量，提供該全橋電路依序感應該第二線圈與該第三線圈；一第四向量，提供該全橋電路依序感應該第二線圈與該第一線圈；一第五向量，提供該全橋電路依序感應該第三線圈與該第一線圈；以及一第六向量，提供該全橋電路依序感應該第三線圈與該第二線圈。
  5. 如請求項4之轉子位置偵測裝置，其中，該選擇器根據該第一向量擷取該第三線圈之該相位端的電壓，該選擇器根據該第二向 量擷取該第二線圈之該相位端的電壓，該選擇器根據該第三向量擷取該第一線圈之該相位端的電壓，該選擇器根據該第四向量擷取該第三線圈之該相位端的電壓，該選擇器根據該第五向量擷取該第二線圈之該相位端的電壓，且該選擇器根據該第六向量擷取該第一線圈之該相位端的電壓。
  6. 一種三相馬達的轉子位置偵測方法，適用於一偵測裝置，用以於一停止狀態下偵測一三相馬達之一轉子位置，其中該三相馬達之一繞組定子由3個線圈組成，且每一該線圈具有一相位端，該轉子位置偵測裝置包括一全橋電路用以電連接每一該相位端、一邏輯電路電連接該全橋電路、一選擇器用以電連接每一該相位端與該邏輯電路、以及一處理器用以電連接該選擇器，該偵測方法包括：該邏輯電路依序輸出6個不同電壓向量以依序感應該3個線圈中的其中二個，其中該6個電壓向量具有一順序關係，以提供該三相馬達之運轉；該選擇器依序根據該6個電壓向量擷取未感應的該線圈之該相位端的電壓，以對應產生該6個感應電壓；該處理器接收該6個感應電壓，且計算該6個感應電壓之間的一感應電壓關係；以及該處理器查找一轉子位置表中與該感應電壓關係相符的該預設電壓關係，並將該預設電壓關係對應的該電氣位置區間作為該轉子位置，其中該偵測裝置儲存有一轉子位置表，該轉子位置表具有6個不同電氣位置區間，該6個電氣位置區間組成一電氣週期，每一該電氣位置區間對應到該6個電壓向量，該6個電壓相量分別具有一預設電壓值，且該6個預設電壓值之間具有一預設電壓關係；其中，該6個電壓向量之該順序關係用來提供該全橋電路控制 該三相馬達正轉或逆轉。
  7. 如請求項6之轉子位置偵測方法，其中，於擷取未感應的該線圈之該相位端的電壓的步驟中，更包括：接收每一該線圈之該相位端的電壓，且根據接收的該電壓向量擷取未感應的該線圈之該相位端的電壓。
  8. 如請求項6之轉子位置偵測方法，其中，該3個線圈分別為一第一線圈、一第二線圈與一第三線圈，該6個電壓向量分別為一第一向量、一第二向量、一第三向量、一第四向量、一第五向量與一第六向量，且於依序輸出6個不同電壓向量以依序感應該3個線圈其中二個的步驟中，更包括：根據該第一向量依序感應該第一線圈與該第二線圈；根據該第二向量依序感應該第一線圈與該第三線圈；根據該第三向量依序感應該第二線圈與該第三線圈；根據該第四向量依序感應該第二線圈與該第一線圈；根據該第五向量依序感應該第三線圈與該第一線圈；以及根據該第六向量依序感應該第三線圈與該第二線圈。
  9. 如請求項8之轉子位置偵測方法，其中，於依序根據該6個電壓向量擷取未感應的該線圈之該相位端的電壓的步驟中，更包括：根據該第一向量擷取該第三線圈之該相位端的電壓；根據該第二向量擷取該第二線圈之該相位端的電壓；根據該第三向量擷取該第一線圈之該相位端的電壓；根據該第四向量擷取該第三線圈之該相位端的電壓；根據該第五向量擷取該第二線圈之該相位端的電壓；以及根據該第六向量擷取該第一線圈之該相位端的電壓。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200529546A (en) 2004-02-26 2005-09-01 Rohm Co Ltd Motor drive device and electrical apparatus having motor
TW201448448A (zh) 2013-02-20 2014-12-16 Microchip Tech Inc 判定同步馬達轉子之位置的系統及方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3600418B2 (ja) * 1997-11-14 2004-12-15 三菱電機株式会社 アクチュエータ制御装置
JP3673964B2 (ja) * 2000-03-29 2005-07-20 株式会社ルネサステクノロジ ブラシレスモータ駆動制御用半導体集積回路およびブラシレスモータ駆動制御装置
CN101882886B (zh) * 2010-07-14 2012-03-28 江苏省电力公司徐州供电公司 直拨设置输出电压的直流稳压电源
CN104022699A (zh) * 2014-05-19 2014-09-03 江苏新绿能科技有限公司 无刷直流电机直接转矩控制方法
CN104022709B (zh) * 2014-05-22 2018-07-06 广东威灵电机制造有限公司 一种永磁同步电机中转子初始位置的定位方法及系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200529546A (en) 2004-02-26 2005-09-01 Rohm Co Ltd Motor drive device and electrical apparatus having motor
TW201448448A (zh) 2013-02-20 2014-12-16 Microchip Tech Inc 判定同步馬達轉子之位置的系統及方法

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