[发明专利]一种直流无刷电机系统及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及直流无刷电机，尤其涉及用于减小电流尖刺和电压尖刺的直流无刷电机。 

背景技术

电机驱动被广泛应用于CPU散热风扇中。其基本原理为当线圈通电时，在电机两端产生磁场，从而在电机两端产生磁力。 

通常根据电源的性质将电机分为直流电机和交流电机。直流电机通常采用永磁铁作为定子，并采用受外部驱动的通电线圈作为转子。该转子相当于一个电磁铁。当有电流流过其上时，在定子的周围将产生磁场，并在电磁两极间产生磁力，从而在磁力的作用下转子发生转动。 

在直流无刷电机中，电刷被霍尔感应器取代，转子采用永磁铁，定子采用线圈，如图1所示的电机。当线圈101中流过如图所示从左至右的电流I_C时，根据右手定则，电机将产生如图所示上面为N极，下面为S极的磁场。根据同性相斥、异性相吸的原理，此时，转子102受到力矩的作用，将逆时针转动。 

当转子102转到图2所示的位置时，转子102的磁极和线圈101(即定子)产生的磁极处在同一条线上，将该位置称为关键位置。此时，施加在转子102上的力矩为零。如果流过线圈101的电流方向保持不变，则当转子102转过关键位置后，转子102所受的力矩将改变方向。 

因此，为了使转子持续朝同一个方向旋转，流过线圈101的电流方向应该在转子经过关键位置后反向，从而维持力矩方向不变(如保持力矩为逆时针方向)。现有直流无刷电机通常采用霍尔感应器来检测并反馈转子的位置，根据转子的相应位置调整电流方向。只要将霍尔 感应器放在合适位置，霍尔感应器输出的霍尔感应信号的信号幅度和极性可以反映电机力矩的方向和幅度。如图3所示为霍尔感应器103检测转子102的转动位置，图4所示为霍尔感应器103输出的霍尔感应信号V_HALL和转子102的转动位置(转子102相对水平位置转过的角度ω)的关系图。 

如图4所示，当转子102相对于水平位置的转动角度ω小于90度时，霍尔感应信号V_HALL为正电平；当转动角度ω靠近90度时，霍尔感应信号V_HALL开始减小至零并在转动角度ω为90度时变为负电平；直至转动角度ω到270度，霍尔感应信号重新变为正电平；此后，转动角度ω为450度时，霍尔感应信号变为负电平。霍尔感应信号V_HALL根据转动角度ω如此循环变化正负电位，使得流经线圈101的电流相应地变化方向。 

电机的等效电路模型如图5所示，其包括3个部分：等效寄生电感L_P、等效电阻R_P和感应电动势V_t。其中感应电动势V_t由转子102在磁场中转动产生。根据楞次定律，感应电动势的大小与转子的转速和磁通密度变化率dB/dt的乘积成正比。转子102越靠近关键位置，由于磁通密度变化率dB/dt减小，则感应电动势V_t减小。