[发明专利]无刷直流马达的无感测启动方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种无刷直流马达的无感测启动方法。

【背景技术】

随着科技的进步，马达在日常生活应用中扮演愈来愈重要的角色，例如光驱的主轴马达、影像扫描仪的驱动马达、或是电动玩具与汽车雨刷的马达等等。永磁式的无刷直流马达由于没有碳刷，因此较直流马达容易维护，且效率较高、体积较小，如此许多的优点使得无刷直流马达被广泛的使用。

永磁式的无刷直流马达之传统的驱动方法是藉由霍尔组件检测转子位置与速度，以进行位置或速度控制，然而霍尔组件容易受外界环境的影响，造成感测准确度降低，因此无感测的驱动方法遂成为发展的主流。在无感测的驱动方法下，通常藉由反抗电动势检测转子之位置，然而在低转速或是马达静止的情况下，反抗电动势几乎为零，导致无法检测转子位置。因此，如何在无感测的驱动方法下，稳定地启动马达成了很重要的课题之一。

在已提出的启动方法中，开回路启动最为广泛应用，直接对马达三相送出三相频率渐增的弦波，则由于同步马达的特性，转速也会渐渐增加。然而，由于转子的初始位置未知，启动时未必能产生最大的转矩，因此有可能会启动失败。为了避免以上的情况发生，在启动时可先对定子线圈激磁，使得马达转子固定在某个已知方向上，随后才进行开回路启动，藉以避免启动失败的情况发生。然而，此方法在对线圈激磁时可能会有马达反转的情况发生，因此在应用上受到限制。第三种方法为先检测马达的初始位置，随后才利用开回路的方法启动，此方法可避免启动失败与马达反转的情况。

截至目前为止关于马达转子之初始位置已有许多种检测技术被提出，其检测原理大多根据线圈电感为转子位置之函数。然而，这些方法需要较复杂的算法或反馈三相电压与电流。在美国专利第6,946,808号、名称为“Motor Drive Control Circuit And Motor DriveApparatus”中，转子初始位置的检测是先施加特定的检测信号，随后根据线圈中性点的电压变化判断转子位置，此方法的优点是容易以模拟电路实现。然而，就一般马达结构设计而言，马达的中性点电压并非马达本体的标准输入/输出接口，因此信号不易取得。

【发明内容】

在开回路启动马达时，通常不需要非常精确地知道转子初始位置，只需判断出转子位置所在之区域便足以顺利启动马达。因此，依据本发明提供一种无刷马达的无感测启动方法，以简单流程且低成本的优点，不需额外使用位置传感器与复杂算法，仅藉由反馈马达电流之峰值，即可检测转子初始位置。在一较佳实施例中，转子初始位置之分辨率可达30度的电气角。依据本发明之方法可在马达静止时检测转子位置，且在检测期间不会造成转子转动的情形，可改善现有的无刷直流马达驱动方法之启动失败或启动时发生反转的缺点。

依据本发明之一方面，提供一种无刷马达的无感测启动方法，具有初始位置检测阶段、开回路控制阶段、以及闭回路控制阶段。初始位置检测阶段用以检测马达转子的初始位置，其中该马达转子的转速维持为零。开回路控制阶段用以根据该马达转子的该初始位置而驱动该马达转子，使该马达转子的该转速逐渐增大至预定的临界转速。闭回路控制阶段用以驱动该马达转子，使该马达转子的该转速从该预定的临界转速增大至目标转速。

初始位置检测阶段包含三个步骤。第一步骤是依序执行多种检测模式，使得在每一种检测模式中流经马达线圈的马达电流所产生的合成磁场具有彼此不同的方向。每一种检测模式执行一对应的检测时间，使得在该对应的检测时间内，该马达电流逐渐增大至一峰值。第二步骤是比较每一种检测模式中所产生的该马达电流的该峰值，藉以从该多种检测模式中选出一种产生最大的峰值的检测模式。第三步骤是基于该产生最大的峰值之检测模式所产生的该合成磁场的方向而决定该马达转子的该初始位置。

【附图简单说明】

图1显示在线圈电流为零的条件下，线圈电感值与转子角度间的函数关系图；

图2显示在线圈电流存在的条件下，线圈电感值与转子角度间的函数关系图；

图3显示不同电感值对于相同直流电压的电流响应图；

图4显示依据本发明的无刷直流马达的无感测启动控制电路之电路图；

图5显示依据本发明的第一种初始位置检测模式之电路图。

图6显示依据本发明的第二种初始位置检测模式之电路图。

图7(a)至7(1)分别显示依据本发明的十二种初始位置检测模式之示意图。

图8显示依据本发明的无刷直流马达的无感测启动方法之流程图。

图9显示在初始位置检测阶段、开回路控制阶段、以及闭回路控制阶段中之马达转速变化图。