馬達｜基礎篇

三相無刷馬達 無感測器120度驅動的啟動方法一：透過檢測同步運行時的感應電壓來啟動

2025.02.07

重點

・要啟動三相全波無刷馬達無感測器120度驅動時，由於停止時的永磁體位置未知而需要採用以下方法： ①通過檢測同步運行時產生的感應電壓來啟動 ②通過檢測永磁體停止位置來啟動

・方法①是無論永磁體的位置如何，都在旋轉方向上形成合成磁場，通過在一定時間內進行切換，使永磁體開始旋轉，從而產生的感應電壓，檢測到該感應電壓並將其應用到正常控制中。

・這種啟動方法存在以下問題：
－由於生成合成磁場時不考慮永磁體的位置，因此在某些狀態下，可能會外加反向轉矩，造成在某些永磁體停止位置，啟動時需要時間。 －本來，產生足夠轉矩的永磁體與合成磁場的位置關係是90度，但由於生產合成磁場時不考慮永磁體的位置，所以會從比如70度或60度等角度開始，所以無法獲得固定的較大啟動轉矩。

・作為對策，可以採用方法②。

目錄

上一篇文章就無感測器三相全波無刷馬達的驅動，使用基本的120度通電驅動方式介紹了相關內容。本文將介紹三相全波無刷馬達的無感測器專用啟動方法。基本的啟動方法有兩種，一種是檢測同步運行時產生的感應電壓並來啟動，另一種是檢測永磁體停止位置來啟動，將分兩篇進行具體介紹。

三相全波無刷馬達無感測器120度驅動的啟動問題

如“三相全波無刷馬達的旋轉原理”和“三相全波無刷馬達的位置檢測”中所述，三相全波無刷馬達的啟動在有感測器的情況下，由於停止時的永磁體（轉子）的N極和S極位置是可知的，因此如右圖所示，是透過使電流開始流過線圈，從而產生90度的合成磁場來啟動的。

在無感測器的情況下，如“三相全波無刷馬達的驅動：無感測器120度驅動”中所述，是使用因永磁體的旋轉而未通電的線圈所產生的感應電壓進行位置檢測來驅動的，在停止時無法掌握永磁體的位置，因此需要一些步驟才能啟動。其中之一是透過檢測同步運行時的感應電壓來啟動的方法。

三相全波無刷馬達無感測器120度驅動的啟動問題

無感測器120度驅動的啟動方法一：透過檢測同步運行時的感應電壓來啟動

如上所述，在無感測器的情況下，無法掌握停止時永磁體的位置，因此無法知道啟動時如何給三個線圈通電。其對策之一，是透過同步運行使永磁體旋轉，並檢測所產生的感應電壓，進行120度通電驅動的方法，下面使用下圖進行說明。

①：如果永磁體在①的位置，則本來應該使線圈中流過電流以在6點鐘方向產生合成磁場，但由於不知道永磁體的位置，故無論永磁體的位置如何，都在預先確定的位置（圖中為5點鐘方向）生成合成磁場。

②：如果這種狀態保持一定時間，則永磁體的S（N）極就會被合成磁場的N（S）極吸引，永磁體就會稍微沿順時針方向行動（旋轉）。

③、④：但是，由於這種行動尚不足以產生感應電壓，所以接下來使之在7點鐘方向產生合成磁場。這樣，永磁體將同樣沿順時針方向行動。

⑤、⑥：當繼續使之在9點鐘方向產生合成磁場時，永磁體進一步順時針行動並開始旋轉。

無感測器120度驅動的啟動方法一：透過檢測同步運行時的感應電壓來啟動

如果繼續這個操作，並逐步縮短切換時間，則永磁體的轉速會提高，並逐漸產生可以檢測得到的感應電壓，當處於感應電壓可以被確認的狀態時，將進入通常的無感測器120度通電驅動。

也就是說，這種方法的機制是：無論永磁體的位置如何，都在旋轉方向上形成合成磁場，透過在一定時間內進行切換，使永磁體開始旋轉，從而產生的感應電壓，檢測到該感應電壓並將其應用到正常控制中。

在這種方法中，如果在開始時合成磁場切換過快，永磁體將不會跟隨，因此需要從緩慢的週期開始，一點一點地逐漸加快。

檢測同步運行時的感應電壓的功能電路方塊圖和工作波形

這是前面提到的工作的功能電路方塊圖和工作波形。

用來生成啟動週期的振盪器將ST_CLK發送到驅動用的基本波形生成模組，使之透過該訊號生成預先確定了位置（與上述永磁體位置無關）的合成磁場，並按訊號週期在旋轉方向上切換合成磁場。

BEMF_DET是用來通知檢測到感應電壓的訊號，當該訊號進入啟動週期生成振盪器時，ST_CLK停止，BEMF_DET被輸入到驅動用的基本波形生成模組，開始生成基於感應電壓的合成磁場，並進入正常控制狀態。

檢測同步運行時的感應電壓的功能電路方塊圖和工作波形

下面是顯示了所述一系列工作的波形範例。圖中的ST_CLK訊號、BEMF_DET訊號和它們相加的訊號（請參考電路方塊圖）以及輸出電壓波形A1～3，分別對應於本文中的說明。BEMF_DET訊號的週期越來越短表明轉速正在增加。

顯示了所述一系列工作的波形範例

這種啟動方法存在以下問題：

  • ・由於生成合成磁場時不考慮永磁體的位置，因此在某些狀態下，可能會外加反向轉矩，造成在某些永磁體停止位置，啟動時需要時間。
  • ・本來，產生足夠轉矩的永磁體與合成磁場的位置關係是90度，但由於生產合成磁場時不考慮永磁體的位置，所以會從比如70度或60度等角度開始，所以無法獲得固定的較大啟動轉矩。

處理這些問題需要採用本文開頭提到的另一種方法，即透過檢測永磁體停止位置來啟動的方法。將在下一篇中詳細介紹這種方法。

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