阅读说明：本技术 电动自行车的无刷马达的转子位置感测方法 (Rotor position sensing method of brushless motor of electric bicycle ) 是由 梁志鸿 陈淳和 廖忠義 于 2018-06-20 设计创作，主要内容包括：一种电动自行车的无刷马达的转子位置感测方法,该方法先对定子单元的其中二相绕组通予一直流电,待转子单元受定子单元线圈激磁的磁场的磁力吸引而枢转直到固定,接着再利用感测模块获取感测磁石的角度位置,并计算出感测磁石的角度位置相较于基准位置的枢转角度θ,接着于感测模块中输入转子单元的磁极数量,感测模块根据转子单元的磁极数量及枢转角度θ进行运算,最后控制单元接收感测模块的运算数据并以此结合感测模块所感测到的感测磁石的位置的实时信息对无刷马达进行控制。(A method for sensing rotor position of brushless motor of electric bicycle includes applying DC to two phase windings of stator unit, pivoting rotor unit until it is fixed by magnetic force of magnetic field excited by stator unit coil, obtaining angle position of sensing magnet by sensing module, calculating out pivot angle theta of angle position of sensing magnet compared with reference position, inputting number of magnetic poles of rotor unit in sensing module, carrying out calculation by sensing module according to number of magnetic poles of rotor unit and pivot angle theta, receiving operation data by control unit and controlling brushless motor by real-time information of position of sensing magnet sensed by sensing module.)

电动自行车的无刷马达的转子位置感测方法

技术领域

本发明关于一种电动自行车的感测方法，特别是指该电动自行车的无刷马达的转子位置感测方法。

背景技术

近年来，由于健康与环保意识的提升，电动自行车这类兼具运动且不排放废气的移动载具受到许多民众的喜爱，现行的电动自行车大多是将马达装设于五通或前、后轮的轮轴处，通过马达带动链条或车轮的方式来减轻使用者体力上的负担，然而马达的优劣除了会影响了电力的转换效率外，还会影响骑乘地顺畅性，具有相当重要的地位。

与传统有刷马达相较，无刷马达具有较高的效率及转矩密度，也因此被广泛地应用于电动自行车上，为了精确掌握转子的枢转位置以维持定子上磁极连续性的换相需求，现行作法是在定子齿部间安装3个的霍尔传感器，通过霍尔传感器所获取的讯号来推知转子枢转的位置，此种作法对于霍尔传感器、感测磁石、定子及转子的相对位置有相当严格地要求，错误或偏差的放置都会导致推算出来的转子位置与实际位置不一致，进而导致定子的相位切换不够精准，马达运转效率降低或出现顿挫的情况，因此制造商往往需要耗费大量人力与时间在各该霍尔传感器的对位及校正工序上。

发明内容

本发明的目的在提供一种电动自行车的无刷马达的转子位置感测方法，其可减少制造时霍尔传感器、感测磁石、定子及转子间的相对位置的调校工序，进而降低生产成本，提升质量的稳定性。

为达成上述目的，本发明所提供的一种电动自行车的无刷马达的转子位置感测方法，该无刷马达可设于该电动自行车的五通或设于前、后轮的轮轴处，其特征在于，该无刷马达包含有一定子单元、一转子单元、一感测磁石、一感测模块及一控制单元，该转子单元具有一驱动轴，该转子单元与该定子单元同轴且可转动地设于该定子单元内，该感测磁石固设于该转子单元的驱动轴且可与该转子单元同步转动，该定子单元具有多个定子齿部，于各该定子齿部上绕设有线圈，该些线圈构成一U相绕组、一V相绕组与一W相绕组，该控制单元电性连接于该感测模块，本感测方法包含有以下步骤：

S0：将该感测模块设于该无刷马达的壳体表面并邻接于该感测磁石。

S1：将直流电的正端电性连接于该U相绕组、该V相绕组或该W相绕组的一者，并将直流电的负端电性连接于该U相绕组、该V相绕组或该W相绕组的另一者。

S2：待该转子单元受到该定子单元线圈激磁的磁场的磁力吸引而产生枢转直到固定，该感测磁石也会受带动而枢转直到固定，将该感测磁石的位置设为一角度位置。

S3：利用该感测模块已获取该感测磁石的角度位置，并计算出该角度位置相较于一基准位置的枢转角度为θ。

S4：于该感测模块中输入该转子单元的磁极数量，且该感测模块根据该转子单元的磁极数量及S3所获取的枢转角度θ进行运算。

S5：该控制单元接收S4的运算数据并以此结合该感测模块所感测到的感测磁石的位置的实时信息对该无刷马达进行控制。

可选地，于S2中，该感测磁石具有一相对的感测磁极(N磁极与S磁极)，该对感测磁极沿该驱动轴的径向分布。

可选地，该感测磁石固设于该驱动轴的一端面，且该感测磁石可与该驱动轴同轴枢转。

可选地，于S3中，该感测模块与该感测磁石沿该驱动轴的轴向相邻但不接触地设置于该无刷马达的壳体上。

可选地，该感测模块垂直于该驱动轴的轴向且与该感测磁极平行。

可选地，该定子齿部的数量为3的倍数。

可选地，该感测模块具有一微处理器及一储存单元，该S3到S4于该感测模块的微处理器进行运算并储存于该储存单元。

可选地，于S3中，该感测模块可感测该感测磁石的磁极的方向、位置及枢转速度。

借此，本发明通过前述步骤，得以获知感测磁石与感测模块的相对位置，由于该定子单元与该感测模块之间无相对运动，而该转子单元也与该感测磁石无相对运动，因此获知感测磁石与感测模块的相对位置也表示获知转子单元与定子单元之间的相对位置。也就是说，本发明通过前述步骤即可精确掌握转子单元的位置情况，而不需如同先前技术还需对霍尔传感器、感测磁石、定子及转子间的相对位置经过耗时费工的调校工序，所以能有效降低生产成本，提升质量的稳定性。

有关本发明所提供的一种电动自行车的无刷马达的转子位置感测方法的详细特点与步骤，将于后续的说明中予以描述。然而，在本发明领域中具有通常知识者应能了解，该等详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请范围。

附图说明

以下兹以实施例并配合图式，对本发明所提供的一种电动自行车的无刷马达的转子位置感测方法做进一步的说明，其中：

图1为本发明所示实施例的电动自行车的无刷马达的转子位置感测方法的流程图。

图2为本发明所示实施例的电动自行车的无刷马达的结构示意图。

图3为本发明所示实施例，主要显示驱动轴与感测磁石的结构。

图4为本发明所示实施例的电动自行车的无刷马达的感测磁石于基准位置的示意图。

图5类同于图4，主要显示步骤S2时，感测磁石于角度位置的示意图。

其中，附图标记：

S0,S1,S2,S3,S4,S5 步骤

1无刷马达 3壳体

10定子单元

20转子单元 22驱动轴

24端面

30感测磁石 32感测磁极

40感测模块

P0基准位置 P1角度位置

具体实施方式

首先要说明的是，本发明所提供的说明内容使用的用语皆为所属技术领域中具有通常知识者所能理解的例示性描述用语，本说明书内容所提及的“前”、“上”、“下”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”，以及“外”等方向性形容用语，也只是以正常使用方向为基准的例示性描述用语，并非作为限制主张范围的用意。

再者，如同发明权利要求中所使用单数形式的“一”、“一个”以及“该”等数量值都包括复数的涵义。因此，例如对“一组件”的说明指的是一个或多个组件，而且包括所属领域中具有通常知识者已知的等同替换。在类似状况下所使用的所有连接词也应当理解为最宽广的意义，说明内容中所描述的特定形状以及结构特征或技术用语同样应被理解为包括特定结构或技术用语所能达成的功能的等同替换结构或技术用语。

请先参阅各图式，图1为本实施例的流程图，图2为本实施例的电动自行车的无刷马达的结构示意图。本发明所示实施例的一种电动自行车的无刷马达的转子位置感测方法，该无刷马达1可设于该电动自行车的五通或设于前、后轮的轮轴(图中未示)，通过该无刷马达1带动链条或车轮的方式辅助使用者的骑乘。

请参阅图1至图3，该无刷马达1包含有一定子单元10、一转子单元20、一感测磁石30、一感测模块40及一控制单元(图中未示)，该转子单元20具有一驱动轴22，其中，该感测磁石30固设于该转子单元20的驱动轴22的一端面24，且该感测磁石30可与该驱动轴22同轴枢转，该感测磁石30具有一相对的感测磁极32(如图4所示)，该感测磁极32包含有一N磁极与一S磁极，将从该S磁极往该N磁极的延伸方向定义为该感测磁石30的感测磁极32的方向(如图4中的箭号)，该感测磁极32的方向与该驱动轴22的径向相互平行；该转子单元20与该定子单元10同轴且可转动地设于该定子单元10内，该定子单元10具有多个定子齿部(图中未示)，该定子齿部的数量为3的倍数，于各该定子齿部上绕设有线圈，该些线圈构成一U相绕组、一V相绕组与一W相绕组，该控制单元电性连接于该感测模块40。本感测方法包含有以下步骤：

S0：将该感测模块40设于该无刷马达1的壳体3表面并邻接于该感测磁石30。

S1：将直流电的正端电性连接于该U相绕组、该V相绕组与该W相绕组的一者，并将直流电的负端电性连接于该U相绕组、该V相绕组与该W相绕组的另一者。举例来说，使用者可将直流电的正端电性连接于该U相绕组，并将直流电的负端电性连接于V相绕组，此时电流会从U相绕组进入再从V相绕组流出，如此于U相绕组与V相绕组所缠绕的定子齿部就会因线圈激磁的磁场产生磁力以吸引转子单元20枢转。

S2：待该转子单元20受到该定子单元10线圈激磁的磁场的磁力吸引而产生枢转直到固定，该感测磁石30也会受该转子单元20及该驱动轴22的带动而枢转直到固定，将该感测磁石30的固定位置定义为一角度位置P1(如图5所示)。

请一并参考图4及图5。S3：利用该感测模块40以获取该感测磁石30的角度位置P1，并计算出该角度位置P1相较于一基准位置P0的枢转角度为θ。其中，该感测模块40与该感测磁石30沿该驱动轴22的轴向相邻但不接触地设置，该感测模块40垂直于该驱动轴22的轴向且与该感测磁极32平行，再者，该感测模块40除了可感测该感测磁石30的位置外，其还可以感测该感测磁石30的磁极的方向，另通过运算还可获得该感测磁石30的枢转速度。

S4：于该感测模块40中输入该转子单元20的磁极数量，且该感测模块40根据该转子单元20的磁极数量及S3所获取的枢转角度θ进行运算。其中该感测模块40包含有一微处理器(图中未示)及一储存单元(图中未示)，该S3到S4于该感测模块的微处理器进行运算并储存于该储存单元。

S5：该控制单元接收S4的运算数据并以此结合该感测模块40所感测到的感测磁石30的位置的实时信息对该无刷马达1的运转进行控制。

以下藉由具体地例子来对本发明作说明，但本发明的保护范围并不以该例子为限。

请参考图1及图2，本例子选择定子单元10的定子齿部的数量为12的无刷马达1，使用者首先将该感测模块40设于该无刷马达1的壳体3并邻接于该感测磁石30，其中该感测模块40选用AsahiKASEI的AK7451型号的产品，该产品可以感测到该感测磁石30的位置及枢转状态等信息，但用户同样可选用其他具有类似功能的产品。接着，将直流电的正端电性连接于该U相绕组，并将直流电的负端电性连接于V相绕组，此时电流会从U相绕组进入再从V相绕组流出，如此于U相绕组与V相绕组所缠绕的定子齿部就会产生线圈激磁的磁场的磁力以吸引转子单元20枢转直到固定，如图5所示，此时转子单元20处于角度位置P1，于本例子中，将N磁极朝上S磁极朝下的垂直线作为基准位置P0(如图4所示)，于其他可能的实施例中，也可将N磁极及S磁极的交界线作为基准位置，于本例子中，枢转后的角度位置P1与基准位置P0的夹角θ为35度。

接着，于该感测模块40中输入该转子单元20的磁极数量，于本例子选用转子磁极数目为14磁极的转子单元，由于转子单元20的各该磁极成等角度间隔设置，亦即转子单元20具有旋转对称的特性，因此可由此推知该转子单元20每枢转一固定角度后会回到类似的态样。该感测模块40根据该转子单元20的磁极数量及所获取的枢转角度θ进行运算。最后控制单元再接收前述该感测模块40的运算数据，并以此结合该感测模块40所感测到的感测磁石30的位置的实时信息对该无刷马达1的运转进行控制，特别是针对控制该U相绕组、该V相绕组与该W相绕组的相位切换点。

综上所述，本案通过前述的步骤，得以获知感测磁石30与感测模块40的相对位置，由于该定子单元10与该感测模块40之间无相对运动，而该转子单元20也与该感测磁石30无相对运动，因此获知感测磁石30与感测模块40的相对位置也表示获知转子单元20与定子单元10之间的相对位置，也就是说，本发明通过前述步骤即可精确掌握转子单元20的位置情况。此时该控制单元只需要再搭配该感测模块40所感测到的感测磁石30的位置的实时信息，即可精准的控制无刷马达1的运转。相较于传统上通过人工的方式对霍尔传感器、感测磁石、定子及转子间的相对位置进行耗时费工的调校工序，本案因此能有效降低生产成本，并维持质量的稳定性，再者，本案通过前述的步骤可精确掌握转子单元的位置，因此能让相位切换点更为准确，进而能有效提升电机效能。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。