无刷马达转矩位置编码装置的制作方法

本发明涉及一种无刷马达转矩位置编码装置，特别是关于一种估算无刷马达转子转矩位置的编码装置，可选择输出uvw信号或abi信号进行快速且精确地推算出马达转子的位置角度，以利后续马达转矩的精确控制。
背景技术：
：无刷直流马达由一个旋转的永久磁铁(转子)与三个或以上相同间距的固定线圈(定子)组成。通过控制定子线圈内的电流，可制造一个任意方向与大小的磁场。转子与定子磁场在转轴上的相吸/相斥作用，即产生转矩。无刷直流马达控制系统需要使用转子的角度位移测量结果，来建立一套闭锁反馈回路，此测量可由磁性位置传感器或光位置传感器来进行。转子的角度位移测量结果反馈给控制器，控制驱动流经定子线圈的电流产生正交磁场，驱动转子运转。通过测量转子的角度位移，能反馈给控制定子线圈电流的系统，进而达成转子转矩的精确控制。目前测量无刷马达位置角度所使用的编码器，如图1现有的马达转矩编码电路方块示意图所示，是采用传统uvw信号结合正交编码器(qei,quadratureencoderinterface)的abi信号一起进行编码，uvw信号仅能将马达旋转一圈区分成六个区间，而abi则能精确地估测出无刷马达1的角度位置。因此在现有的马达位置编码器2中除了提供uvw信号输入至控制器3外，更具有正交编码器(qei)的编码功能，可提供马达机械角度的相关信息，包括a相(qea)、b相(qeb)及index三个信号(abi)输入至控制器3，故现有的马达位置编码器2必需有六个脚位的输出。当控制器3接收到马达位置编码器2所输出的uvw信号及abi信号时，会输出控制信号给pwm驱动电路4，pwm驱动电路4输出控制无刷马达1定子线圈的驱动电流，以驱动无刷马达1的转子旋转角度或转矩。然而现有的控制器3在读取abi信号时，需要由其中index信号得知无刷马达1的起始位置，而该index信号必需要无刷马达1的转子旋转到编码器设定的“零点”位置时才会出现，若无刷马达1起动时不在“零点”位置，则控制器3无法得知目前转子的位置角度，造成后续控制流程无法准确地控制马达转距，因此目前现有的马达位置编码器2在马达启动状态时，具有无法精确推算出马达转子位置角度的缺点，必需等马达转子旋转超过一圈后，才能够正确地读取到abi信号，故需要花费要较长的推算时间，这对于需要快速且精密的马达转矩控制系统而言是不能忍受的，因此极具有改善的空间。技术实现要素：为解决现有技术存在的上述问题，本发明的主要目的即为提出一种无刷马达转矩位置编码装置，包括一马达位置编码器、一控制器、一编码选择器及一pwm驱动电路，其中马达位置编码器连接一马达，用以测量马达转子的角度位移产生一uvw信号及一abi信号；控制器用以推算该马达转子的位置角度；编码选择器连接马达位置编码器的uvw信号及abi信号，当马达启动时接收控制器输出的切换信号，选择uvw信号传送至控制器，当控制器判断uvw信号为特定区间时，接收控制器输出的切换信号，选择abi信号传送至控制器，如此可快速且精确地推算出马达转子目前的位置角度，使控制器能驱动马达转子能依转矩控制运转。附图说明图1为现有的无刷马达转矩编码电路方块示意图。图2为本发明提供的无刷马达转矩位置编码装置的电路方块示意图。图3为本发明编码选择器的实施例电路示意图。图4为本发明控制器的控制流程示意图。图5a为本发明uvw信号波形示意图。图5b为本发明切换信号波形示意图。图5c为本发明abi信号波形示意图。附图标记说明：1-无刷马达；2-马达位置编码器；3-控制器；4-pwm驱动电路；10-马达；11-马达位置编码器；12-控制器；13-编码选择器；14---pwm驱动电路。具体实施方式请参阅图2所示，为本发明提供的无刷马达转矩位置编码装置的方块示意图。本发明主要用以精确推算出马达10转子的位置角度，以驱动马达10转子依照控制转矩运转的精确位置，因此本发明包括有一马达位置编码器11、一控制器12、一编码选择器13及一pwm驱动电路14。其中马达位置编码器11连接到马达10转子，用以测量马达10转子的角位移量，可产生一组uvw信号及一组abi信号，如图5a所示，为uvw信号波形示意图。uvw信号为霍尔信号可将马达10转子旋转一圈360度分成六个区间，每一个区间为60度，如下表一所示，为本发明实施例定义的区间值。表一：uvw定义转子角度区间值：uvw转子角度定义区间001330°～30°410130°～90°510090°～150°1110150°～210°3010210°～270°2011270°～330°6111xx000xxx：不会出现此组合如图5c所示为abi信号的波形示意图，abi信号由i信号取得马达10的启始位置，a相及b相信号会以脉冲(pulse)计数转子的角度位移，例如当a相与b相的设定倍率为1时，a相与b相信号所计数的每一个脉冲(pulse)为马达10转子旋转1度。若a相与b相的脉冲(pulse)数为500时，abi信号的分辨率为uvw信号的333倍(500*22/6＝333)。abi信号虽然可以精确地推算出马达10转子角度位置，但在马达10启动时却无法推算，因此本发明先利用uvw信号推算出马达10转子的所在区间，将uvw信号在转换到特定区间定义成一换相点，且该换相点即为abi信号的“零点”位置，因此当马达10在启动状态时，只先读取uvw信号，当一转到换相点时再读取abi信号，如此就可以快速且精确地推算出马达10转子的角度位置。因此请一并参阅本发明图2、图3、图4及图5a、图5b、图5c所示，图5a、图5b、图5c中的竖向线条连通后即可更清楚看出各波形之间于时间上的对应关系，本发明图2的实施例电路中，控制器12可以较现有的电路减少三条输入端，只要利用一个编码选择器13，在uvw信号达到“换相点”时切换到abi信号即可。而图3为本发明编码选择器13的实施例电路图，图4为本发明uvw信号切换到abi信号的控制流程示意图。本发明的控制器12只具有三个输入端、一开关端(cs)及三个输出端，控制器12可用以推算出马达10转子的位置角度，以精确控制马达10的转子转矩，而编码选择器13具有六个输入端，分别连接到马达位置编码器11的uvw信号及abi信号。pwm驱动电路14连接于控制器12的三个输出端及马达10的定子线圈绕组，pwm驱动电路14接受控制器12的转矩控制，输出控制电流至定子线圈绕组，以驱动马达10转子依转矩控制运转。如图4的实施例中，当马达10在启动状态时(流程100)，控制器12先设定开关端(cs)为0，即为读取uvw信号(流程110)，编码选择器13接收控制器12输出的开关端(cs)的“0”切换信号，编码选择器13则选择该uvw信号输出，传送至控制器12的输入端，此时控制器12会依据uvw信号判断马达10转子所在的区间位置，是否达到“换相点”(流程120)，若未达“换相点”转子持续转动，且控制器持续判断uvw信号是否达到“换相点”。当判断到uvw信号已达到“换相点”时，控制器12将切换控制端(cs)设定为“1”的切换信号，即切为至abi信号(流程130)，编码选择器13接收到控制器12输出的“1”切换信号则选择abi信号输出，传送至控制器12的输入端。此时，控制器12接收到abi信号后，先确认角度是否正确(流程140)，若不正确表示马达10转子未达到“零点”，重新切回读取uvw信号，这一流程是避免干扰造成的错误转矩角度推算。若是控制器确认角度正确，则控制器12输出转矩控制给pwm驱动电路14，pwm驱动电路14依据角度进行转矩控制(流程150)，转出控制电流驱动马达10依转矩控制稳定运转(流程160)。请再一并参阅图5a、图5b及图5c所示，图5a为本发明实施例的uvw信号波形图，图5b为本发明实施例的切换信号波形图，图5c为本发明实施例的abi信号波形图。在图5a的uvw信号中其相为区间如表一所示，区分成六个区间，本实施例定义由第6相位区间转换到第1相位区间为“换相点”，也即为abi信号中i信号的“零点”位置，换言之，当转子转到uvw信号的“换相点”时，开关端(cs)的信号会由“0”转态为“1”，编码选择器13切换至abi信号输出，控制器12读取abi信号以推算相对应的马达10转子位置角度，abi信号的a相及b相会依照控制器12设定位率的增加，a相及b相的波形也会增加，控制器12侦测a相及b相的“0,1”变化(脉冲)精确推算出目前转子所在的位置角度。综上所述，本发明提供的无刷马达转矩位置编码装置较现有的控制器减少编码器的输入接脚，由6pin改成4pin以降低成本，且依照马达转速由控制逻辑方法将uvw信号切换至abi信号，能增加马达的效能，不需要等待转子旋转一圈的角度，减少马达对位时间。因此本发明不但在技术思想上确属创新，并能较现有物品增进上述多项功效。当前第1页12