无刷式直流电动机的驱动方法及驱动电路技术

本发明专利技术涉及一种无刷式直流马达的驱动方法及驱动电路。其区间禁能的驱动方法是：感测马达转子的磁极分布；产生驱动控制信号，当转子到达临界位置前后的临界区域时，驱动控制信号处于禁能指示状态，使马达定子于此区间内不产生磁场，转子按原有惯性运转，当转子位于临界区域外时，驱动控制信号处于一般驱动状态，驱使马达定子按预定方式产生磁场，使马达加速运转。其驱动电路由比较器、脉冲宽度调制电路及逻辑运算器等连接组成。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
无刷式直流电动机的驱动方法及驱动电路本专利技术涉及一种无刷式直流电动机的驱动方法及驱动电路，特别是一种区间暂停的无刷式直流电动机的驱动方法及驱动电路。在电子电机工业中，传统的电动机是采用线圈作为内转子，并通过转子的机械运转产生线圈接点交换作用，以此来控制线圈中电流方向的交变。该方式容易因机械磨擦损耗接点电刷，造成阻抗增大、接触不良等现象，甚至因摩擦而发出火花。无刷式直流电动机(DC Brushless Motor)是将线圈卷绕在定子上，而以永久磁铁作为转子，采用电子电路控制方式，使线圈电流及感应磁场产生交变，因此无需进行接点变换，可避免电路接点的机械性磨损。无刷式直流电动机的驱动流程如图1中所示。步骤101，感测转子磁极分布，以一霍尔传感器(Hall Sensor或Hall IC)感测转子的磁场分布位置；步骤102，产生驱动控制信号，根据步骤101的感测信号来产生驱动控制信号；步骤103，控制定子磁场交变，以所产生的驱动控制信号来控制定子线圈上的电流方向，通过电流方向的转换来改变线圈感应磁场的极性；步骤104，驱动转子运转，以定子线圈感应磁场对转子磁铁所产生的磁力，来驱动转子向预定的方向转动。图2至图5示出无刷式直流电动机定子与转子的运转机制。在图2中，电动机定子110的线圈支臂112、114、116、118分别指向电动机转子120中四磁极122、124、126、128的四个交界点。一霍尔传感器130设置于支臂112及118的中央线上，并接近转子120的位置处。此时，霍尔传感器130感测到转子S极128中央点的磁场，而根据感测信号所产生的驱动信号将控制线圈电流的方向，使电动机定子110各支臂的磁极分布方位如图2中所示，支臂112及116的N极指向外，支臂114及118的S极指向外。电动机各转子磁极将受到各定子支臂磁场的磁力作用，各磁极的受力方向大致如图2中空心箭头131至138所示。-->以转子N磁极122为例说明，N磁极122受到定子支臂112N极的斥力131作用，同时还受到支臂114S磁极的吸力132作用，二力在切线方向所产生的分力，将使转子产生逆时钟方向旋转的角加速度运动(角加速度向量方向为垂直透出纸面)。同样地，转子S磁极124将受定子支臂114的S磁极斥力133作用及支臂116的N磁极吸力134的作用，而在切线方向上产生一逆时钟方向旋转的角加速度运动。转子N磁极126与S磁极128也具有同样的情况。于是，电动机转子120将如图中箭头139所示的方向转动，即在定子磁场切向分力的作用下，以逆时钟方向环绕电动机定子110的中心点旋转。参见图3，当电动机转子120从图2中的位置逆时钟方向旋转至图3中的位置时，电动机定子110的线圈支臂112、114、116、118将分别指向电动机转子120中四磁极128、122、124、126的中心。此时电动机转子四磁极122、124、126、128所受的磁力将指向电动机定子110中心的方向，如图中各空心箭头142、144、146、148所示，切线方向的分力为0。于是电动机转子120没有切线方向的加速度，而由惯性作用继续向箭头149所示的逆时钟方向转动。霍尔传感器130位于转子120的S磁极128与N磁极126的交界点处，所感测到的总和磁场是0。当电动机转子120从图3中的位置继续向逆时钟方向旋转一极短距离而到达图4中所示的位置时，霍尔传感器130将偏离转子120的S磁极128与N磁极126的交界点处，而感测到N磁极126的磁力。此时的驱动控制信号将改变定子线圈上的电流方向，使线圈感应磁场的极性交变，形成如图4中所示的情形。支臂112及116为S极并指向外，支臂114及118为N极并指向外，转子各磁极所受到的磁力将如图中空心箭头152、154、156、158所示，具有切线方向的微量分力，使转子继续向逆时钟方向159加速，然后到达图5中所示的位置。参见图5，电动机转子120的磁极与定子110磁场的极性在图5中的分布-->恰与图3中的相反，原本由N极对N磁极所产生的斥力131及135，在此变为由S极对S磁极产生的等大同向的斥力161及165，斥力133及137被斥力163及167取代。而由N极对S磁极所产生的吸力134及138，则由S极对N磁极所产生的等大同向的吸力164及168取代，吸力132及136被吸力162及166取代。于是电动机转子继续朝原逆时钟方向169运转。由上述四图所示的无刷式直流电动机定子与转子的运转机制中，电动机转子120于图2的位置得到最大的转动加速度，然后加速度渐减，达到图3的位置时加速度为0，此时电动机转子各磁极所在的位置为一临界位置。若电动机定子的磁场分布维持不变，而电动机转子继续向原方向转动超过此临界位置，则定子磁场将会对转子磁极产生一方向与转动方向相反的切线加速度，而让转子减速。所以当转子继续转动，超过此临界位置而到达图4中的位置时，定子磁场必须产生交变作用，才能使电动机朝原方向继续加速，然后到达图5中的位置，再度得到最大的转动加速度。如此周而复始，持续运转。根据该运转方式，电动机必须在转子一到达图3所示位置时，立刻使定子磁场产生交变，然而由于电子信号在电路中传递时会有极短的时间延迟现象，当霍尔传感器感测到转子到达临界位置时，所传送出的感测信号，以及根据感测信号所产生的驱动控制信号，都会有时间延迟现象，在该极短的延迟瞬间，电动机转子已通过临界位置，而定子磁场仍维持原分布情形，此时将产生一反方向作用力作用在转子上。当反向作用力作用在电动机转子上时，电动机转子将产生一逆向的加速度，如此将会减损电动机的运转效能，抵销部分正向推进力，而且，由于磁力逆向作用，将使电动机的运作不顺，机械部分的摩擦力增大，甚至在机械容差范围内产生震动、刮擦等现象，容易使转子于运转中发出大量噪音，并导致电动机使用寿命缩短，增加损坏机率。本专利技术的目的是设计一种无刷式直流电动机的驱动方法及驱动电路，具有高效率、低噪音的特点，以改变传统无刷式直流电动机驱动方式中，因为电路-->信号的时间延迟，而在转子到达临界位置附近时产生逆向作用力，使转子的运作受到干扰，影响正常使用的情况。本专利技术的目的是这样实现的：一种无刷式直流电动机的驱动方法，以电动机定子线圈的感应磁场对电动机转子的磁极所产生的磁力的切向分力，驱动电动机转子按照预定的方向转动，在电动机转子的一磁极转动到一相对于定子磁场的临界位置后，该定子磁场的极性分布在转子磁极上产生与转子转动方向相反的切线分力，定子线圈该感应磁场的极性产生交变，驱使转子继续朝原方向转动，其特征在于包括：感测电动机转子的磁极分布；产生驱动控制信号，在转子到达临界位置前后一指定时段的禁能区间内，该驱动控制信号处于一禁能指示状态；以驱动控制信号控制定子磁场的产生与交变，当驱动控制信号处于禁能指示状态时，不产生定子磁场；以定子磁场产生的磁力驱动转子运转。本专利技术的无刷式直流电动机的驱动电路，与传感器输出的二感测信号端连接，并输出电动机驱动信号，其特征在于：包括一第一比较器、一第二比较器和一逻辑运算器；第一比较器包含二个第一比较器输入端及一个第一比较器输出端，二个第一比较器输入端分别与一感测信号及一参考信号耦合；第二比较器包含二个第二比较器输入端及一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷式直流马达的驱动方法，以马达定子线圈的感应磁场对马达转子的磁极所产生的磁力的切向分力，驱动马达转子按照预定的方向转动，在马达转子的一磁极转动到一相对于定子磁场的临界位置后，该定子磁场的极性分布在转子磁极上产生与转子转动方向相反的切线分力，定子线圈该感应磁场的极性产生交变，驱使转子继续朝原方向转动，其特征在于包括：感测马达转子的磁极分布；产生驱动控制信号，在转子到达临界位置前后一指定时段的禁能区间内，该驱动控制信号处于一禁能指示状态；以驱动控制信号控制定子磁场的产生与交变，当驱动控制信号处于禁能指示状态时，不产生定子磁场；以定子磁场产生的磁力驱动转子运转。

【技术特征摘要】
1.一种无刷式直流电动机的驱动方法，以电动机定子线圈的感应磁场对电动机转子的磁极所产生的磁力的切向分力，驱动电动机转子按照预定的方向转动，在电动机转子的一磁极转动到一相对于定子磁场的临界位置后，该定子磁场的极性分布在转子磁极上产生与转子转动方向相反的切线分力，定子线圈该感应磁场的极性产生交变，驱使转子继续朝原方向转动，其特征在于包括：感测电动机转子的磁极分布；产生驱动控制信号，在转子到达临界位置前后一指定时段的禁能区间内，该驱动控制信号处于一禁能指示状态；以驱动控制信号控制定子磁场的产生与交变，当驱动控制信号处于禁能指示状态时，不产生定子磁场；以定子磁场产生的磁力驱动转子运转。2.根据权利要求1所述的无刷式直流电动机的驱动方法，其特征在于：所述的感测电动机转子的磁极分布是由霍尔传感器进行的。3.根据权利要求1所述的无刷式直流电动机的驱动方法，其特征在于：所述的感测电动机转子的磁极分布，包括：产生按照电动机转子磁极分布而改变的一第一感测信号及一第二感测信号，在电动机转子到达所述的临界位置前后，该第一感测信号由第一感测电位逐渐变化到第二感测电位，而第二感测信号由第二感测电位逐渐变化到第一感测电位。4.根据权利要求1或3所述的无刷式直流电动机的驱动方法，其特征在于：所述的产生驱动控制信号进一步包括：产生一第一参考信号以决定一禁能区间，该禁能区间包含所述的临界位置；产生一对应于第一感测信号的第一非重叠信号，当第一感测信号的电位大于第一参考信号的电位时，该第一非重叠信号处于一第一控制电位，而当第一感测信号的电位小于第一参考信号的电位时，该第一非重叠信号处于一第二控制电位；产生一对应于第二感测信号的第二非重叠信号，当第二感测信号的电位大于第一参考信号的电位时，该第二非重叠信号处于一第一控制电位，而当第二感测信号的电位小于第一参考信号的电位时，该第二非重叠信号处于一第二控制电位；以第一非重叠信号及第二非重叠信号作为所述的驱动控制信号。5.根据权利要求4所述的无刷式直流电动机的驱动方法，其特征在于：所述的第一非重叠信号及第二非重叠信号，于所述的禁能区间内处于同一电位，使电动机定子于禁能区间内不产生感应磁场。6.根据权利要求4所述的无刷式直流电动机的驱动方法，其特征在于：所述的控制信号实现定子磁场的产生与控制，是在第一非重叠信号及第二非重叠信号处于同一电位的禁能区间内，所述的控制信号输出禁能指示电位，所述的电动机定子于该禁能指示电位下不产生感应磁场。7.根据权利要求6所述的无刷式直流电动机的驱动方法，其特征在于：所述的定子磁场的产生与控制是以脉冲宽度调制信号进行的，该脉冲宽度调制信号将第一非重叠信号及第二非重叠信号不置于同一电位的区间，而区分为一第一速控区间及一第二速控区间，并于禁能区间及第一速控区间输出所述的禁能指示电位，而于第二速控区间输出一致能指示电位，所述的电动机定子于致能指示电位下产生感应磁场。8.根据权利要求7所述的无刷式直流电动机的驱动方法，其特征在于：所述的第二速控区间及所述的第一速控区间的长度比例，是按照所指定的电动机转速的高低进行区分的，所指定的转速越高，第二速控区间的长度比例越大。9.根据权利要求7所述的无刷式直流电动机的驱动方法，其特征在于：所述的定子磁场的产生与控制是以一速控调制信号进行的，所述的速控调制信号在所述的禁能区间及第二速控区间内，输出所述的禁能指示电位，而在所述的第一速控区间内，输出所述的致能电位。10.根据权利要求4所述的无刷式直流电动机的驱动方法，其特征在于：所述的控制信号实现定子磁场的产生与控制，是由驱动电路进行的，该驱动电路至少包括：一第一比较器，包含两第一比较器输入端及一第一比较器输出端，所述的两第一比较器输入端分别与所述的第一感测信号及第一参考信号耦合；一第二比较器，包含两第二比较器输入端及一第二比较器输出端，所述的两第二比较器输入端分别与所述的第二感测信号及第一参考信号耦合；一逻辑运算器，用于将第一比较器的输出信号与第二比较器的输出信号区分出处于同一逻辑状态的时段和处于非同一逻辑状态的时段，作为驱动电动机的依据，该逻辑运算器包含二逻辑输入端及一逻辑输出端，所述的二逻辑输入端分别耦合至所述第一比较器输出端及第二比较器输出端。11.根据权利要求10所述的无刷式直流电动机的驱动方法，其特征在于：所述的驱动电路还包含有一脉冲宽度调制电路，该脉冲宽度调制电路包含有一控制端、一参考端、一脉冲调制输出端、一接地端及一电压供应端；所述的控制端与逻辑运算器的或非门输出端耦合，接地端接地，电压供应端与电源耦合。12.根据权利要求11所述的无刷式直流电动机的驱动方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：许家彰，杨治世，林文泰，
申请(专利权)人：旺玖科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]