[发明专利]无刷式直流马达的驱动方法及驱动电路

说明书

本发明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。