专利名称：利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动机驱动电路，特别涉及一种利用霍尔传感器实现永磁式直流 电动机驱动的集成电路。
背景技术：
一种常见的永磁式直流电动机主体如
图1所示，包括定子10、转子12，定子10包 括软磁铁芯和定子绕组，定子绕组做成“Y”型(三相对称星形)接法，图1中A+/A-，B+/ B-, C+/C-表示分别表示三相定绕组的导线端头；转子与定子同轴，转子包含一对南北磁极 的永磁体13，永磁体13在轴的一侧为N极，在轴的另一侧为S极。该永磁式无刷直流电动 机的换相状态是由转子的位置决定的，电动机的控制频率是由转子的运行速度决定的，这 就需要转子的位置检测器来检测转子在运动过程中的位置，将转子永磁体的位置信号转换 成电信号，为逻辑电路提供正确的换相信息，以控制通过定子绕组的电流流向，使电动机定 子绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换相，形成气隙中步进式的旋转磁场，同转子 的永磁体产生的磁场相互作用产生转矩驱动永磁转子连续不断的旋转，位置传感器在一个 电周期内所产生的开关状态是不重复的，每一个开关状态所占的角度相等，位置传感器在 一个电周期内所产生的开关状态数应和三相定绕组通电状态数相对应。位置传感器的种类 很多，有电磁式、光电式、磁敏式等。它们各具特点，然而由于磁敏式霍尔位置传感器具有结 构简单、体积小、安装灵活方便、易于机电一体化等优点，故目前得到越来越广泛的应用。对于三相永磁式无刷直流电动机的驱动，通常是在定子上间隔120°角度安装有 三个霍尔传感器作为位置传感器，用于检测电动机转子永磁体的极性，其输出信号是HA、 HB、HC，转子转动时转子永磁体N-S交替交换，会使三个霍尔传感器输出相位差120°的方 波信号HA、HB、HC,其波形见图2，从中可以看到转子每旋转一周，三个霍尔传感器的输出信 号HA、HB、HC在每360°角度内依次出现六种输出状态组合，按其顺序排列，6个代码是101、 100、110、010、011、001，当然这一顺序与转子的转动方向有关，如果转向反了，代码顺序也 就倒过来。逻辑电路根据所述六状态编码信号控制三相定子绕组的通电状态，这样转子每 转过一周，三相定子绕组依上述六种状态依次通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁 场轴线在空间转动60°角度，转子跟随定子磁场转动相当于60°角度空间位置，转子在新 位置上，使三个霍尔传感器按约定产生一新状态编码，逻辑电路根据新的状态编码又控制 改变三相定子绕组的通电状态，使定子绕组产生的磁场合成方向再前进60°角度，转子跟 随定子磁场再转动相当于60°角度空间位置，如此循环，永磁式直流电机将产生连续转矩， 拖动负载作连续旋转。上述常见的永磁式无刷直流电动机的驱动方法，需要在至少三个空间位置上分布 有位置传感器件或集成电路，使永磁式直流电动机的设计和制造较复杂。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种利用霍尔传感器实现永磁式直流电动
3机驱动的集成电路，只需要在一个位置上安装一个该集成电路器件就可以实现永磁式直流 电动机驱动，极大简化了永磁式直流电动机的设计和制造。为解决上述技术问题，本实用新型的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动 的集成电路，包括第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、逻辑控制模块、调压电路、状态输出接 口 ；所述调压电路用于产生集成电路内部工作电压，所述两个霍尔传感器用于监测磁场强 度，第一霍尔传感器与第二霍尔传感器依次排列并间隔固定距离，分别输出磁场极性信号 到逻辑控制模块；所述逻辑控制模块根据转子半径系数信号、第一霍尔传感器及第二霍尔 传感器传来的磁场极性信号、第一霍尔传感器与第二霍尔传感器的间隔距离，在状态输出 接口依次输出相应的六种状态。所述集成电路，可以是在初始工作时，所述逻辑控制模块根据某一霍尔传感器传 来的磁场极性信号的极性，在状态输出接口输出六种状态中的一种状态，当某一霍尔传感 器传来的磁场极性信号的极性发生变化时，所述逻辑控制模块就立即控制在状态输出接口 输出当前状态的下一个状态，然后每经过运行迟延时间T所述逻辑控制模块就控制在状态 输出接口输出当前状态的下一个状态，所述运行迟延时间T= (JiF/3L)At，式中At为所 述两个霍尔传感器的磁场极性信号的最新极性发生变化的时间差，F为所述转子半径系数 信号确定的转子半径系数，L为第一霍尔传感器与第二霍尔传感器的间隔距离；当某一霍 尔传感器传来的磁场极性信号的极性又发生变化时，逻辑控制模块就又立即控制在状态输 出接口输出当前状态的下一个状态，然后又每经过运行迟延时间T所述逻辑控制模块就控 制在状态输出接口输出当前状态的下一个状态。所述集成电路，可以是初始工作时，所述集成电路初始工作时，所述逻辑控制模块 根据某一霍尔传感器传来的磁场极性信号的极性，在状态输出接口输出六种状态中的一种 状态，然后每经过固定的启动迟延时间Ts所述逻辑控制模块就控制在状态输出接口输出当 前状态的下一个状态，当某一霍尔传感器传来的磁场极性信号的极性发生变化时，所述逻 辑控制模块就立即控制在状态输出接口输出当前状态的下一个状态，然后每经过运行迟延 时间T所述逻辑控制模块就控制在状态输出接口输出当前状态的下一个状态，所述运行迟 延时间T= ( π F/3L) At，式中At为所述两个霍尔传感器的磁场极性信号的最新极性发生 变化的时间差，F为所述转子半径系数信号确定的转子半径系数，L为第一霍尔传感器与第 二霍尔传感器的间隔距离；当某一霍尔传感器传来的磁场极性信号的极性又发生变化时， 逻辑控制模块就又立即控制在状态输出接口输出当前状态的下一个状态，然后又每经过运 行迟延时间T所述逻辑控制模块就控制在状态输出接口输出当前状态的下一个状态。所述集成电路，还可以包括模数转换器、内部分压电阻、外部分压电阻接口，内部 分压电阻一端接集成电路内部工作电压，另一端接模数转换器输入端及外部分压电阻接 口，外部分压电阻接口用于外接一外部分压电阻到地，模数转换器根据外部分压电阻接口 的电压值输出转子半径系数信号到逻辑控制模块。本实用新型的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路，用以对永 磁式直流电动机主体进行驱动时，将该集成电路设置在永磁性转子外围的定子上，并使第 一霍尔传感器及第二霍尔传感器的间隔线垂至于转子轴线。永磁性转子转动，间隔固定距 离L的两个霍尔传感器监测磁场强度会产生有时间差At的磁场极性信号，逻辑控制模块 能根据两个霍尔传感器的磁场极性信号的最新极性发生变化的时间差At和第一霍尔传感器及第二霍尔传感器的间隔固定距离L，计算出转子当前扫过集成电路的线速度V = L/ Δ t，再通过集成电路距转子轴心距离R(即转子半径系数F)，计算出当前转子角速度ω = V/R = L/(RAt) =L/(F At)，并据此计算转子转过下一个60° ( π/3)需要的间隔时间Τ =(η/3)/ω = (JIR/3L) At = ( π F/3L) Ato当第一霍尔传感器检测到磁场由极性反转 或第二霍尔传感器检测到磁场极性反转时，逻辑控制电路就控制三相定子绕组的通电状态 进入六种状态中的一种状态，然后逻辑控制电路每隔(nF/3L) At的时间，就控制三相定 子绕组的通电状态改变为下一个状态，直到第一霍尔传感器或第二霍尔传感器又监测到磁 场极性反转，从而实现对转子保持驱动状态。可见只需要在一个位置上安装一个本实用新 型的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路，就可以实现永磁式直流电动 机驱动，极大简化了永磁式直流电动机的设计和制造。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明。图1是常见的一种永磁式直流电动机主体示意图；图2是一种现有三相永磁式无刷直流电动机的驱动方式中三个霍尔传感器输出 信号的波形图；图3是本实用新型的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路一 实施方式示意图；图4是本实用新型内部利用第一霍尔传感器和第二霍尔传感器检测磁场由N变 S(或S变N)时间差At，从而实现永磁式直流电动机驱动的集成电路工作原理示意图；图5是本实用新型的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路输 出驱动图1永磁式电机的电路图；图6是本实用新型的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路输 出控制信号的波形图。
具体实施方式
永磁式直流电动机主体如图1所示，永磁式直流电动机主体包括定子10、转子12， 转子12同定子10同轴，转子12包含一对永磁体13，在轴的一侧的永磁体为N极，在轴的另 一侧的永磁体为S极，定子包括三相定子绕组和软磁铁芯，三相定子绕组分别各有两个线 端，图中Α+/Α-，Β+/Β-, C+/C-表示分别表示三相定子绕组的导线端头；通过依次循环按照 六种状态将三相定子绕组的六个线端分别同直流电压或地相连，利用定子绕组产生的磁场 同转子永磁体产生的磁场相互作用产生转矩驱动转子旋转。本实用新型的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路一实施方 式如图3所示，包括第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、逻辑控制模块、5V调压电路、温度补 偿模块、状态输出接口、模数转换器、内部分压电阻R1、外部分压电阻接口 ；所述5V调压电 路用于产生集成电路内部5V工作电压；所述温度补偿模块用于保证内部模拟电路(如第一 霍尔传感器、第二霍尔传感器)温度稳定性；所述两个霍尔传感器用于监测磁场强度，第一 霍尔传感器与第二霍尔传感器依次排列并间隔固定距离L，分别输出磁场极性信号到逻辑 控制模块，间隔固定距离L的两个霍尔传感器监测磁场强度会产生有时间差At的磁场极性信号对；所述内部分压电阻一端接集成电路内部工作电压，另一端接模数转换器输入端 及外部分压电阻接口，外部分压电阻接口用于外接一外部分压电阻到地，模数转换器根据 外部分压电阻接口的电压值输出转子半径系数信号到逻辑控制模块；所述逻辑控制模块根 据转子半径系数信号、第一霍尔传感器及第二霍尔传感器传来的磁场极性信号、第一霍尔 传感器与第二霍尔传感器的间隔距离，在状态输出接口依次输出相应的六种状态，用于控 制将三相定子绕组的六个线端分别同直流电压或地相连。在用本实用新型的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路以对 永磁式直流电动机主体进行驱动时，将该集成电路设置在永磁性转子外围的定子上，并使 第一霍尔传感器及第二霍尔传感器的间隔线垂至于转子轴线。电动机启动所述集成电路初 始工作时，集成电路的二霍尔传感器会监测到转子永磁体的极性，并传送磁场极性信号到 逻辑控制模块，逻辑控制模块根据某一霍尔传感器(例如第一霍尔传感器)传来的磁场极 性信号的极性，在状态输出接口输出设定的六种状态中的一种状态。因为转子永磁体N/S 变化的位置还可能还没有扫过集成电路，所以集成电路可先以一个固定的较长的间隔时间 (启动迟延时间Ts)在状态输出接口输出当前状态的下一个状态，使三组定子绕组通电状 态按次序变化，以强制驱动转子转动。当有转子永磁体N/S变化(由N变S或S变N))的 位置扫过集成电路时，霍尔传感器传来的磁场极性信号的极性会发生变化，当某一霍尔传 感器(例如第一霍尔传感器)传来的磁场极性信号的极性发生变化时，所述逻辑控制模块 就立即控制在状态输出接口输出当前状态的下一个状态，然后每经过运行迟延时间T所述 逻辑控制模块就控制在状态输出接口输出当前状态的下一个状态，所述运行迟延时间T = (JIF/3L) At，式中At为所述两个霍尔传感器的磁场极性信号的最新极性发生变化的时 间差，F为所述转子半径系数信号确定的转子半径系数，L为第一霍尔传感器与第二霍尔传 感器的间隔距离，当某一霍尔传感器(例如第一霍尔传感器)传来的磁场极性信号的极性 又发生变化时，逻辑控制模块就又立即控制在状态输出接口输出当前状态的下一个状态， 然后又每经过运行迟延时间T所述逻辑控制模块就控制在状态输出接口输出当前状态的 下一个状态。图5是本实用新型的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路输 出驱动图1所示永磁式电机的一实施例电路图，状态输出接口输出六路信号0UT_A、0UT_ B、0UT_C、0UT_A_、0UT_B_、0UT_C_，其波形图如图6所示，永磁性转子每旋转一周，一个所述 集成电路输出的六路信号0UT_A、0UT_B> 0UT_C、0UT_A_、0UT_B_、0UT_C_依次出现六种输 出状态组合，按其顺序排列，六种输出状态分别是110100、011100、001101、000111、010011、 110001，做成“Y”型的定子绕组，当输出状态为110100时电流流向为从A端流向C端，当输 出状态为011100时电流流向为从B端流向C端，当输出状态为001101时电流流向为从B 端流向A端，当输出状态为000111时电流流向为从C端流向A端，当输出状态为010011时 电流流向为从C端流向B端，当输出状态为110001时电流流向为从A端流向B端。本实用新型的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路，用以对永 磁式直流电动机主体进行驱动时，将该集成电路设置在永磁性转子外围的定子上，并使第 一霍尔传感器及第二霍尔传感器的间隔线垂至于转子轴线。如图4所示，永磁性转子转动， 第一霍尔传感器监测到磁场由N变S (或S变N)同第二霍尔传感器检测到磁场由N变S (或 S变N)会存在时间差At，逻辑控制模块根据两个霍尔传感器的磁场极性信号的最新极性发生变化的时间差At和第一霍尔传感器及第二霍尔传感器的间隔固定距离L，计算出当 前转子扫过集成电路的线速度V = L/At，再通过集成电路距转子轴心距离R(即转子半径 系数F)，计算出当前转子角速度ω =V/R = L/(RAt) = L/(F Δ t)，并据此计算转子转过 下一个 60° (π/3)需要的间隔时间T = (π/3)/ω = (JIR/3L) At = (JIF/3L) At。当 第一霍尔传感器检测到磁场由极性反转或第二霍尔传感器检测到磁场极性反转时，逻辑控 制电路就控制三相定子绕组的通电状态进入六种状态中的一种状态，然后逻辑控制电路每 隔(JIF/3L) At的时间，就控制三相定子绕组的通电状态改变为下一个状态，直到第一霍 尔传感器或第二霍尔传感器又监测到磁场极性反转，从而实现对转子保持驱动状态。转子 半径系数F同集成电路距转子轴心距离R相匹配，是可调的，例如可以在集成电路内设置内 部分压电阻，通过外接不同阻值的外部分压电阻来改变内部分压电阻同外部分压电阻之间 的分压值来调整转子半径系数F，使转子半径系数F同集成电路距转子轴心距离R相匹配， 以使本实用新型的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路能适用于各种 不同转子半径的永磁式直流电动机。可见只需要在一个位置上安装一个本实用新型的利用 霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路，就可以实现永磁式直流电动机驱动， 极大简化了永磁式直流电动机的设计和制造。
权利要求一种利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路，其特征在于，包括第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、逻辑控制模块、调压电路、状态输出接口；所述调压电路用于产生集成电路内部工作电压，所述两个霍尔传感器用于监测磁场强度，第一霍尔传感器与第二霍尔传感器依次排列并间隔固定距离，分别输出磁场极性信号到逻辑控制模块；所述逻辑控制模块根据转子半径系数信号、第一霍尔传感器及第二霍尔传感器传来的磁场极性信号、第一霍尔传感器与第二霍尔传感器的间隔距离，在状态输出接口依次输出相应的六种状态。
2.根据权利要求1所述的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路，其 特征在于，所述集成电路初始工作时，所述逻辑控制模块根据某一霍尔传感器传来的磁场 极性信号的极性，在状态输出接口输出六种状态中的一种状态，当某一霍尔传感器传来的 磁场极性信号的极性发生变化时，所述逻辑控制模块就立即控制在状态输出接口输出当前 状态的下一个状态，然后每经过运行迟延时间T所述逻辑控制模块就控制在状态输出接口 输出当前状态的下一个状态，所述运行迟延时间T= (JiF/3L)At，式中At为所述两个霍 尔传感器的磁场极性信号的最新极性发生变化的时间差，F为所述转子半径系数信号确定 的转子半径系数，L为第一霍尔传感器与第二霍尔传感器的间隔距离；当某一霍尔传感器 传来的磁场极性信号的极性又发生变化时，逻辑控制模块就又立即控制在状态输出接口输 出当前状态的下一个状态，然后又每经过运行迟延时间T所述逻辑控制模块就控制在状态 输出接口输出当前状态的下一个状态。
3.根据权利要求1所述的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路， 其特征在于，所述集成电路初始工作时，所述逻辑控制模块根据某一霍尔传感器传来的磁 场极性信号的极性，在状态输出接口输出六种状态中的一种状态，然后每经过固定的启动 迟延时间Ts所述逻辑控制模块就控制在状态输出接口输出当前状态的下一个状态，当某 一霍尔传感器传来的磁场极性信号的极性发生变化时，所述逻辑控制模块就立即控制在状 态输出接口输出当前状态的下一个状态，然后每经过运行迟延时间T所述逻辑控制模块就 控制在状态输出接口输出当前状态的下一个状态，所述运行迟延时间T = ( π F/3L) At，式 中At为所述两个霍尔传感器的磁场极性信号的最新极性发生变化的时间差，F为所述转 子半径系数信号确定的转子半径系数，L为第一霍尔传感器与第二霍尔传感器的间隔距离； 当某一霍尔传感器传来的磁场极性信号的极性又发生变化时，逻辑控制模块就又立即控制 在状态输出接口输出当前状态的下一个状态，然后又每经过运行迟延时间T所述逻辑控制 模块就控制在状态输出接口输出当前状态的下一个状态。
4.根据权利要求1、2或3任一项所述的利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的 集成电路，其特征在于，还包括模数转换器、内部分压电阻、外部分压电阻接口，内部分压电 阻一端接集成电路内部工作电压，另一端接模数转换器输入端及外部分压电阻接口，外部 分压电阻接口用于外接一外部分压电阻到地，模数转换器根据外部分压电阻接口的电压值 输出转子半径系数信号到逻辑控制模块。
专利摘要本实用新型公开了一种利用霍尔传感器实现永磁式直流电动机驱动的集成电路，包括第一霍尔传感器、第二霍尔传感器、逻辑控制模块、调压电路、状态输出接口；所述调压电路用于产生集成电路内部工作电压，所述两个霍尔传感器用于监测磁场强度，第一霍尔传感器与第二霍尔传感器依次排列并间隔固定距离，分别输出磁场极性信号到逻辑控制模块；所述逻辑控制模块根据转子半径系数信号、第一霍尔传感器及第二霍尔传感器传来的磁场极性信号、第一霍尔传感器与第二霍尔传感器的间隔距离，在状态输出接口依次输出相应的六种状态。只需要在一个位置上安装一个本实用新型的集成电路，就可以实现永磁式直流电动机驱动，极大简化了永磁式直流电动机的设计和制造。
文档编号H02P6/16GK201754570SQ201020158098
公开日2011年3月2日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者吴平, 杰克陈, 邓朝辉 申请人:杰克陈