專利名稱：無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種無刷直流馬達，特別是一種無設(shè)置感應(yīng)器且可快速測得轉(zhuǎn)子啟動位置的三相無刷直流馬達。
背景技術(shù)：
由于無刷直流馬達具有高效率的優(yōu)勢，因此多數(shù)業(yè)者均將其使用在電子產(chǎn)品上。 該現(xiàn)有無刷直流馬達的啟動控制程序通常利用一霍爾感測器的檢測，以確定一轉(zhuǎn)子的磁極定位位置，以便后續(xù)的驅(qū)動控制得以順暢進行。然而，該有感測器無刷直流馬達在一些應(yīng)用場合中，往往因為環(huán)境條件限制而無法使用該霍爾感測器(例如壓縮機引起的高熱造成該霍爾感測器誤動作)，此顯著影響該無刷直流馬達的啟動作業(yè)。有鑒于此，業(yè)界目前極力發(fā)展用以控制該無刷直流馬達的啟動程序的無感測器技術(shù)，以便克服上述缺點。一般而言，該現(xiàn)有無刷直流馬達的無感測器啟動方法包含一固定激磁式轉(zhuǎn)子定位步驟及一開回路啟動步驟。在該固定激磁式轉(zhuǎn)子定位步驟中，將一定子的線圈以固定激磁電流進行激磁，使一轉(zhuǎn)子定位在一啟動定位位置；接著，再進行該開回路順序啟動步驟，使該轉(zhuǎn)子朝一預定方向增速轉(zhuǎn)動。借此，可由上述固定激磁式轉(zhuǎn)子定位步驟及開回路啟動步驟等操作程序完成該無刷直流馬達的無感測器啟動控制。然而，一般而言，上述現(xiàn)有無刷直流馬達的無感測器啟動方法將具有以下缺點當該定子的二組相鄰的定子磁極經(jīng)激磁所產(chǎn)生的磁場方向，與該轉(zhuǎn)子朝向該二定子磁極的二轉(zhuǎn)子磁極的磁場方向相同時，便會發(fā)生該定子作用于該轉(zhuǎn)子的推斥合力為零的狀況，此即所謂轉(zhuǎn)子位于啟動死角的情況。在此情況下，若強制執(zhí)行該開回路啟動步驟，將易于導致該轉(zhuǎn)子發(fā)生抖動現(xiàn)象，甚至朝與該預定方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，降低該無刷直流馬達的啟動順暢性。由于上述缺點并不易于僅通過啟動方法的改良而獲得改善，因此有必要進一步改良上述的現(xiàn)有無刷直流馬達，使其更適用于較新穎的無感測器啟動控制方法，以期能將無刷直流馬達運用在各種不同條件的使用環(huán)境中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達，以便于啟動馬達時精確的檢測轉(zhuǎn)子位置，達到防止抖動現(xiàn)象及縮短啟動時間的目的。本發(fā)明的技術(shù)手段為一種無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達，其包含一定子、一轉(zhuǎn)子及一驅(qū)動單元。該定子具有一第一相線圈組、一第二相線圈組及一第三相線圈組，各該線圈組均具有一線圈電感值，各該線圈電感值具有一變動率大于15% ；該轉(zhuǎn)子具有數(shù)個磁極，各該磁極具有一磁極面朝向該定子；該驅(qū)動單元具有一信號輸入/輸出埠及一電源輸入端， 該信號輸入/輸出埠連接該定子的第一、第二及第三相線圈組，該電源輸入端接收電力以執(zhí)行該驅(qū)動單元的工作。借此，可有效避免該轉(zhuǎn)子在馬達啟動時發(fā)生抖動現(xiàn)象甚或逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，且也可因而進一步縮短啟動時間。本發(fā)明的技術(shù)手段另包含一種無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達的定子，其包含一第一相線圈組、一第二相線圈組及一第三相線圈組，各該線圈組均具有一線圈電感值，各該線圈電感值具有一最大值、一最小值及一變動量，該變動量為該最大值及最小值的差值，該變動量相對于該最大值具有一變動率大于15%。 本發(fā)明的有益效果在于借助本發(fā)明的定子的各該線圈組U、V、W的線圈電感值的變動率R大于15%，可在本發(fā)明較佳實施例的三相無刷直流馬達進行無感測器啟動時先進行精確的轉(zhuǎn)子位置檢測，并根據(jù)檢測所得的結(jié)果精確推估該轉(zhuǎn)子與該定子之間的相對位置關(guān)系，進而由該驅(qū)動單元直接送出對應(yīng)于該轉(zhuǎn)子的位置且適于啟動該轉(zhuǎn)子的驅(qū)動電力。因此，本發(fā)明的三相無刷直流馬達確實可有效避免該轉(zhuǎn)子在啟動時發(fā)生抖動現(xiàn)象甚或逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，且也可因而進一步縮短該轉(zhuǎn)子由靜止狀態(tài)加速至一預定轉(zhuǎn)速的暫態(tài)啟動時間。


圖 1圖 2圖 3圖 4
本發(fā)明較佳實施例的無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達的系統(tǒng)架構(gòu)圖。 本發(fā)明較佳實施例的無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達的定子的組合示意圖。 三相無刷直流馬達的線圈電感值-轉(zhuǎn)子角度的關(guān)系曲線圖。 本發(fā)明較佳實施例的無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達的線圈電感值-轉(zhuǎn)子角
度的關(guān)系曲線圖。主要元件符號說明1定子11基部122激磁部 123線圈22S磁極 3驅(qū)動單元33信號輸入/輸出埠V第二相線圈組
12磁極件 2轉(zhuǎn)子
31電源輸入端 34中性連接端 W第三相線圈組
121臂部 2IN磁極 32命令輸入端
U第一相線圈組
具體實施例方式為讓本發(fā)明上述及其他目的、特征及優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明的較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下請參照圖1所示，其繪示本發(fā)明較佳實施例的無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達的系統(tǒng)架構(gòu)圖。在本實施例中，選擇以一外轉(zhuǎn)子式的三相無刷直流馬達作為該無刷直流馬達，然而本發(fā)明的三相無刷直流馬達也可選擇為內(nèi)轉(zhuǎn)子式，其中該三相無刷直流馬達包含一定子 1、一轉(zhuǎn)子2及一驅(qū)動單元3。該定子1在電路結(jié)構(gòu)上具有一第一相線圈組U、一第二相線圈組V及一第三相線圈組W，且該第一、第二及第三相線圈組U、V、W的連接形態(tài)可由具有一中性接點C的Y接法所構(gòu)成，其也可由三角型接法所構(gòu)成。請參照圖2所示，其為本發(fā)明的定子1的組合示意圖。該定子1在形態(tài)結(jié)構(gòu)上包含一基部11及數(shù)個磁極件12，該數(shù)個磁極件12連接于該基部11的外周邊，并沿該定子1的徑向向外延伸，且各該磁極件12均具有一臂部121、一激磁部122及一線圈123。該臂部121連接該基部11及該激磁部122且沿該定子1的徑向延伸，且該臂部121在該定子1的圓周方向上具有一寬度dl ；該激磁部122 在該定子1的圓周方向上具有一寬度d2 ；該線圈123纏繞于該臂部121，且該線圈123即用以構(gòu)成該第一、第二或第三相線圈組U、V、W。請再參照圖1所示，該轉(zhuǎn)子2具有至少一 N磁極21及至少一 S磁極22，且各該磁極21、22的磁極面均朝向該定子1。該驅(qū)動單元3較佳由一驅(qū)動IC或具有微控制器(Micro Control Unit)的驅(qū)動電路所構(gòu)成，且該驅(qū)動單元3具有一電源輸入端31、一命令輸入端32 及一信號輸入/輸出埠33。該電源輸入端31供接收電力以執(zhí)行該驅(qū)動單元3的工作；該命令輸入端32供接收一控制信號CS ；該信號輸入/輸出埠33連接該定子1的各該線圈組 U、V、W，以供將流過該第一、第二及第三相線圈組U、V、W的電流輸入該驅(qū)動單元3，或?qū)⒃擈?qū)動單元3所產(chǎn)生的驅(qū)動電力輸出至該第一、第二及第三相線圈組U、V、W。當該定子1的線圈組U、V、W的連接形態(tài)為具有該中性接點C的Y接法所構(gòu)成，該驅(qū)動單元3另具有一中性連接端34連接該定子1的中性接點C。此外，也可僅由該電源輸入端31所接收的電壓準位決定該轉(zhuǎn)子2的預定轉(zhuǎn)速，在此情況下也可省略該命令輸入端32。詳言之，通過該信號輸入/輸出埠33，在欲啟動該轉(zhuǎn)子2進行轉(zhuǎn)動時，該驅(qū)動單元 3可送出一測試信號至該定子1的任二相線圈組(例如該第二相線圈組V及第三相線圈組 W)，并檢測未輸入該測試信號的另一相線圈組(例如該第一相線圈組U)的感應(yīng)電動勢，進而得知該另一相線圈組的線圈電感值，并以此方法依序獲得各該線圈組U、V、W的線圈電感值。其中，由于受到該轉(zhuǎn)子2的各該磁極21、22所產(chǎn)生的磁力影響，自各該第一、第二及第三相線圈組U、V、W所測得的線圈電感值均非呈一定值，而是依該轉(zhuǎn)子2的位置呈現(xiàn)一周期性波形。如圖3所示，其即繪示在具有二 N磁極21及二 S磁極22的轉(zhuǎn)子2所構(gòu)成的磁場中，該定子1的各該線圈組U、V、W的線圈電感值的周期性變化曲線，其中該變化曲線的縱軸為線圈電感值，而該變化曲線的橫軸即為該轉(zhuǎn)子2由0度至180度的角度值。另，在該轉(zhuǎn)子 2由180度至360度的范圍內(nèi)，該線圈電感值與該轉(zhuǎn)子2的角度的相對關(guān)系與由0度至180 度時的相對關(guān)系相同。借此，根據(jù)所測得的各該線圈組U、V、W的線圈電感值，該驅(qū)動單元3 可推知該轉(zhuǎn)子2與該定子1的相對位置，進而據(jù)以由該信號輸入/輸出埠33送出適于啟動位于此位置的轉(zhuǎn)子2的驅(qū)動電力。承上所述，本發(fā)明的三相無刷直流馬達的特征在于，該定子1具有下述特性針對該定子1呈周期性變化的第一、第二及第三相線圈組u、v、w的線圈電感值，各該線圈電感值均具有一最大值Lmax、一最小值Lmin及一變動量，其中該變動量為該最大值Lmax及最小值 Lmin的差值，該變動量相對于該最大值Lmax具有一變動率R大于15%，且該變動率較佳為 20%至60%。換言之，該變動率R滿足下列不等式
Lmax-Lmin ....R = -->15% Z1、
Lmax(I)由于各該線圈電感值的變動率大于15%，故該驅(qū)動單元3可在送出驅(qū)動電力的前計算得知該轉(zhuǎn)子2在該定子1所構(gòu)成的磁場之中的明確位置，而不至于因該變動率R過小而發(fā)生判斷錯誤的情況。因此，本發(fā)明的三相無刷直流馬達確實可有效避免該轉(zhuǎn)子2在啟動時發(fā)生抖動現(xiàn)象甚或逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，且也可縮短該轉(zhuǎn)子2由靜止狀態(tài)加速至該控制信號CS所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速的暫態(tài)時間。承上所述，請再參照圖2所示，本發(fā)明的定子1的各該線圈組U、V、W的線圈電感值的變動率R的影響因素極多，然其主要可大致歸納由下列三項因素所決定一、構(gòu)成該轉(zhuǎn)子2的各該磁極21、22的材質(zhì)的磁能積(magnetic energy product) ；二、該定子1的臂部 121的寬度dl ；三、該線圈123的匝數(shù)。其中，該磁能積較佳大于3兆高奧(MGOe)，更佳大于5兆高奧；該臂部121的寬度dl與該激磁部122的寬度d2的比率小于35%，更佳小于23% ；該線圈123的匝數(shù)較佳大于80匝，更佳大于100匝。請另參照圖4所示，其為該轉(zhuǎn)子2的材質(zhì)的磁能積為5兆高奧、寬度dl與寬度d2的比值為22%及該線圈123的匝數(shù)為 110匝時，各該線圈組U、V、W的線圈電感值的變化曲線。詳言之，該第一相線圈組U的最大值Lmax及最小值Lmin分別為427. 6uH及200uH,由(1)式可得
L max- L min 427.6 - 200 ” …
「00271 =-=-二 53.2%
L 」 1 丄 max427.6(2) 故該第一相線圈組U的變動率Rl為53. 2% ；該第二相線圈組V的最大值Lmax及最小值Lmin分別為427uH及210. 7uH，由(1)式可得
L max- L min 427 - 210.7 … [_] A= Lmax =^^ = 50·7/0 (3) 故該第二相線圈組V的變動率R2為50. 7% ；該第三相線圈組W的最大值Lmax及最小值Lmin分別為439. 3uH及198uH，由(1)式可得
n Lmax-Lmin 439.3-198 C/1 nn/ _1]Lmax =^^ = 54·9% (4)故該第三相線圈組W的變動率R3為9%。此外，在該變動率R大于15%的情況下，當將該測試信號輸入各該線圈組U、V、W 時，該測試信號具有3至4. 5mV以上的振幅，以供檢測各該線圈組U、V、W的線圈電感值。其中，該測試信號所選擇的3至4. 5mV的振幅對應(yīng)于使該轉(zhuǎn)子2進行每秒20至30轉(zhuǎn)的啟動轉(zhuǎn)速。同理，在順利啟動該轉(zhuǎn)子2之后，在該轉(zhuǎn)子2以每秒1000轉(zhuǎn)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的情況下，該驅(qū)動電力具有150mV以上的振幅。綜上所述，借助本發(fā)明的定子1的各該線圈組U、V、W的線圈電感值的變動率R大于15 %，可在本發(fā)明較佳實施例的三相無刷直流馬達進行無感測器啟動時先進行精確的轉(zhuǎn)子位置檢測，并根據(jù)檢測所得的結(jié)果精確推估該轉(zhuǎn)子2與該定子1之間的相對位置關(guān)系，進而由該驅(qū)動單元3直接送出對應(yīng)于該轉(zhuǎn)子2的位置且適于啟動該轉(zhuǎn)子2的驅(qū)動電力。因此，本發(fā)明的三相無刷直流馬達確實可有效避免該轉(zhuǎn)子2在啟動時發(fā)生抖動現(xiàn)象甚或逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，且也可因而進一步縮短該轉(zhuǎn)子2由靜止狀態(tài)加速至一預定轉(zhuǎn)速的暫態(tài)啟動時間。
權(quán)利要求
1.一種無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達，其特征在于包含一個定子，具有一個第一相線圈組、一個第二相線圈組及一個第三相線圈組，各該線圈組均具有線圈電感值，各該線圈電感值的變動率大于15% ；一個轉(zhuǎn)子，具有數(shù)個磁極，各該磁極具有一個磁極面朝向該定子；一個驅(qū)動單元，具有一個信號輸入/輸出埠及一個電源輸入端，該信號輸入/輸出埠連接該定子的第一、第二及第三相線圈組，該電源輸入端接收執(zhí)行該驅(qū)動單元的工作的電力。
2.依權(quán)利要求1所述的無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達，其特征在于，該線圈電感值的變動率介于20%至60%。
3.依權(quán)利要求1所述的無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達，其特征在于，構(gòu)成該轉(zhuǎn)子的材質(zhì)的磁能積大于3兆高奧。
4.依權(quán)利要求1所述的無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達，其特征在于，該定子具有一個基部及數(shù)個磁極件，該磁極件連接該基部并沿該定子的徑向延伸，且該磁極件具有一個臂部連接于一個激磁部及該基部之間，該臂部在該定子的圓周方向上的寬度與該激磁部在該定子的圓周方向上的寬度的比率小于35%。
5.依權(quán)利要求1所述的無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達，其特征在于，該定子具有一個基部及數(shù)個磁極件，該磁極件連接該基部且具有一個臂部沿該定子的徑向延伸，數(shù)個線圈纏繞于該數(shù)個磁極件的臂部形成該第一、第二及第三相線圈組，且該線圈的匝數(shù)大于80。
6.一種無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達的定子，其特征在于包含一個第一相線圈組、 一個第二相線圈組及一個第三相線圈組，各該線圈組均具有線圈電感值，各該線圈電感值具有一個最大值、一個最小值及一個變動量，該變動量為該最大值及最小值的差值，該變動量相對于該最大值的變動率大于15%。
7.依權(quán)利要求6所述的無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達的定子，其特征在于，該變動率介于20%至60%。
8.依權(quán)利要求6所述的無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達的定子，其特征在于，具有一個基部及數(shù)個磁極件，該磁極件連接該基部并沿該定子的徑向延伸，且該磁極件具有一個臂部連接于一個激磁部及該基部之間，該臂部在該定子的圓周方向上的寬度與該激磁部在該定子的圓周方向上的寬度的比率小于35%。
9.依權(quán)利要求6所述的無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達的定子，其特征在于，具有一個基部及數(shù)個磁極件，該磁極件連接該基部且具有一臂部沿該定子的徑向延伸，數(shù)個線圈纏繞于該數(shù)個磁極件的臂部形成該第一、第二及第三相線圈組，且該線圈的匝數(shù)大于80。
全文摘要
一種無感應(yīng)器的三相無刷直流馬達，其包含一定子、一轉(zhuǎn)子及一驅(qū)動單元。該定子具有一第一相線圈組、一第二相線圈組及一第三相線圈組，各該線圈組均具有一線圈電感值，各該線圈電感值具有一變動率大于15％；該轉(zhuǎn)子具有數(shù)個磁極，各該磁極具有一磁極面朝向該定子；該驅(qū)動單元具有一信號輸入/輸出埠及一電源輸入端，該信號輸入/輸出埠連接該定子的第一、第二及第三相線圈組，該電源輸入端接收電力以執(zhí)行該驅(qū)動單元的工作。借此，可有效避免該轉(zhuǎn)子在馬達啟動時發(fā)生抖動現(xiàn)象甚或逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，且也可因而進一步縮短啟動時間。
文檔編號H02K1/12GK102315743SQ20101021495
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者呂立洋, 吳永輝, 洪銀樹, 王銘圣 申請人:建準電機工業(yè)股份有限公司