馬達｜基礎篇

三相無刷馬達 無感測器120度驅動的啟動方法二：透過檢測永磁體停止位置來啟動

2025.02.07

重點

・三相全波無刷馬達“透過檢測永磁體停止位置來啟動的方法”可以避免“透過檢測同步運行時的感應電壓來啟動的方法”所存在的課題—反轉和低轉矩啟動，並改善了啟動時間較長的問題。

・在三相全波無刷馬達感測器的透過檢測永磁體停止位置來啟動的方法中，要檢測永磁體的停止位置，需要在馬達不旋轉的短時間內進行6種模式的通電，並確認最大（或最小）電源電流的模式。

目錄

上一篇文章中介紹了三相全波無刷馬達無感測器專用的兩種基本啟動方法之一：透過檢測同步運行時的感應電壓來啟動三相全波無刷馬達的方法。本文將介紹透過檢測永磁體的停止位置來啟動三相全波無刷馬達的方法。

透過檢測同步運行時的感應電壓來啟動的方法存在的問題

在上一篇文章中提到，“透過檢測同步運行時的感應電壓來啟動的方法”存在一些問題。本文中會介紹的“透過檢測永磁體停止位置來啟動的方法”是一種可以改善這些問題的方法。為了便於回顧，下方再次列出這些問題：

＜透過檢測同步運行時的感應電壓來啟動的方法存在的問題＞

  • ・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。

無感測器120度驅動的啟動方法二：透過檢測永磁體停止位置來啟動的方法

下面來具體介紹一下能夠解決上述問題的“透過檢測永磁體停止位置來啟動的方法”。

第一張圖表示用於解釋說明的永磁體（轉子）的停止狀態。假設S極停在3點鐘的位置，N極停在9點鐘的位置。

表示用於解釋說明的永磁體（轉子）的停止狀態

下面的電路圖是用來說明檢測永磁體位置的原理和工作的示意圖。使用輸出A1、A2、A3，給線圈通電，使線圈中流過①～⑥的6種模式的電流。這種通電是永磁體不旋轉的短時間通電。

是用來說明檢測永磁體位置的原理和工作的示意圖

波形圖為這6種模式的通電波形和所流電流波形(IVM)。A1～A3將輸出與①～⑥的通電模式相對應的電壓。每種模式下的電源電流波形有大有小。這是因為每種模式下的電流因永磁體的位置而異，因此該方法就是利用這一點來檢測永磁體的位置。

A1～A3將輸出與①～⑥的通電模式相對應的電壓

下面對具體的例子進行解釋說明。在③中，因為通電而在線圈2產生S極，在線圈3產生N極。永磁體的S極在線圈2的對面，永磁體的N極在線圈3的對面，因此會妨礙線圈產生磁極。因此，電流上升是最慢的，且電流變得最小。

⑥與③相反，因通電而在線圈2產生N極，在線圈3產生S極。由於永磁體的S極在線圈2的對面，永磁體的N極在線圈3的對面，有助於線圈產生磁極。因此，電流的上升是最急遽的，且電流變得最大。

也就是說，透過確認使電流最大或最小的通電模式，可以檢測出永磁體的位置。

下面使用具體的驅動器電路方塊圖範例和工作波形圖來更具體地解釋一下。

方法2的電路方塊圖，基本上是在方法1（透過檢測同步運行產生的感應電壓來啟動）的電路方塊圖基礎上，加上一個可以生成6種通電模式、檢測電源電流並進行比較，從而生成初始驅動模式的電路。在這裡省略了一部分，淡藍色底色的部分是輸出A1～A3。

將“（1）位置檢測模式生成模組”所生成的6種模式發送到“驅動用基本波形合成模組”，根據A1～A3進行通電。檢測到的電源電流透過電流檢測電阻和Amp轉換為電壓，並根據“（2）取樣&保持”和“（3）電流值比較及最大值模式檢測模組”的結果，由“（4）初始驅動模式生成模組”生成基於永磁體位置的初始驅動模式，返回“驅動用基本波形合成模組”，開始驅動。

對具體的例子進行解釋說明

接通電源後，工作波形圖的輸出電壓波形A1～A3中立即顯示短脈衝。這表示位置檢測用的6種模式已通電。如上所述，由於是短時間通電，因此與其他波形相比，成了這樣的時間示意圖。

由於永磁體的位置是在接通電源後立即被檢測到的，並且是透過基於永磁體位置的初始驅動模式進行驅動的，因此可以避免反轉和低轉矩啟動（這些正是透過檢測感應電壓進行啟動的方法所存在的問題），一開始馬達就可以用大轉矩開始旋轉。

啟動後的工作過程與透過檢測感應電壓進行啟動的方法基本相同。初始驅動中切換驅動模式的時序與透過檢測感應電壓進行啟動的方法相同，都是取決於ST_CLK。

與其他波形相比，成了這樣的時間示意圖

但是，由於這種啟動方法從一開始就以大轉矩開始旋轉，因此僅幾個模式（在該波形圖中為4個 ST_CLK）即可獲得足夠的感應電壓，並利用感應電壓進入穩定驅動狀態。也就是說，透過檢測感應電壓進行啟動的方法所存在的問題——啟動需要時間得到了改善。

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