CN102832863B - 马达控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种马达控制装置及方法，该控制装置主要包括第一感测组件、第二感测组件及信号切换电路，其中信号切换电路分别与第一感测组件及第二感测组件电连接，且信号切换电路在马达启动运转时切换至第一感测组件以输出第一切换相位信号而驱动马达运转，以及当马达运转后且实现设定的切换条件时，即切换至该第二感测组件并输出第二切换相位信号以驱动马达运转。

Description

马达控制装置及其方法

本发明是以下专利申请的分案申请：申请号：200710127829.8，申请日：2007年7月3日，发明名称：马达控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种马达控制装置及方法，特别是涉及一种针对马达运转的不同阶段而提供不同的切换相位信号以兼顾马达启动能力及运转效率的控制装置及方法。

背景技术

一种已知的马达控制装置1如图1所示，该马达控制装置1包括一马达驱动电路11、一霍尔感应器（Hallsensor）12、一线圈切换电路13及一脉宽调制产生电路14。霍尔感应器12用以检测马达2运转时所产生的切换相位信号；而马达驱动电路11电连接于霍尔感应器12，用以接收来自霍尔感应器12检测的切换相位信号后，可以产生一马达转速控制信号，当马达驱动电路11所产生的马达转速控制信号输入至线圈切换电路13后，线圈切换电路13会依序将马达转速控制信号输入至马达2的线圈组211中，使线圈组211在两个相邻的相位之间切换电流方向，使马达1达到持续运转的目的；除此之外，脉宽调制产生电路14用以控制马达2的转速。

结合图2(a)所示，已知的马达2由一定子21及一转子22所构成，且马达2的控制方法大多以单个霍尔感应器12来检测马达2的切换相位信号，并提供给上述的马达驱动电路11以驱动马达2运转，其中霍尔感应器12设置于马达2的定子21上，用于感测转子22的N极或S极通过，并输出信号以变换定子21的线圈组211的电流方向，使定子21对应于转子22改变硅钢片212及213的极性。当霍尔感应器12检测到N极时，输出一高电平信号，并使霍尔感应器12所在的硅钢片212的极性变换为N极，通过N极对硅钢片212的推斥力使转子22得以持续运转；当霍尔感应器12检测到S极时，输出一低电平信号，使硅钢片212的极性变换为S极，其运转原理同上所述。然而，当转子22的N-S极交界处附近停留在霍尔感应器12的感测范围内时，称为马达2陷入死角，其中转子22的N-S交界处以转子22的磁铁极性而定。因此，为避免马达2启动运转上的死角，以往的作法会将霍尔感应器12设置于一电路板10上且相对应马达2的定子21的其中两个硅钢片212、213的中间位置，如图2(a)所示，此种方式虽能提供给马达驱动电路11一组无运转死角的切换相位信号，但马达2的效率却无法控制为最佳状态；如图2(b)所示，为了解决上述马达2效率不佳的问题，因此，又有一种作法是在相对应定子21的其中两个硅钢片212、213之间的电路板10上经测试以找出让马达2效率最佳的位置，并且将霍尔感应器12设置于上述的位置，此种方式虽能提高马达2的运转效率，但却可能会有运转死角的缺点。

有鉴于此，如何提供一种可提高马达运转效率且也可正常启动的马达控制装置及方法，正是当前的重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为在马达的定子的两个硅钢片之间设置两组霍尔感应器，以在马达启动运转的初期先提供一组霍尔感应器输出的相位信号(无运转死角)以驱动马达运转，等待马达运转并实现设定的切换条件时，即切换另一组霍尔感应器输出超前的相位信号(高效率)，以实现无运转死角且效率佳的马达。

本发明的马达控制装置，其包括：一第一感测组件，用以检测一马达运转时产生的一切换相位信号，并取得对应的一第一切换相位信号输出；一第二感测组件，用以检测该马达运转时产生的一切换相位信号，并取得对应的一第二切换相位信号输出；一信号切换电路，分别电连接于该第一感测组件及该第二感测组件，且在该马达启动运转时切换至该第一感测组件输出，其中当该马达运转后且实现一设定的切换条件时，即切换至该第二感测组件输出，当切换至该第二切换相位信号输出时，该第二切换相位信号的相位超前该第一切换相位信号的相位；一马达驱动电路，电连接于该信号切换电路，用以接收自该信号切换电路输出的该第一切换相位信号或该第二切换相位信号并产生一马达转速控制信号，且依据该马达转速控制信号启动该马达运转；以及一脉冲调制产生电路，电连接于该马达驱动电路，用以调制该马达驱动电路所接收的该第一切换相位信号及该第二切换相位信号，进而改变该马达的转速。

本发明的马达控制方法，包括下列步骤：在该马达启动运转时，取得该第一切换相位信号，以驱动该马达运转；在该马达运转后且实现一设定的切换条件时，即取得该第二切换相位信号，以驱动该马达运转，其中该第二切换相位信号的相位超前该第一切换相位信号的相位。

为达到上述目的，于是，本发明马达控制装置包括：一第一感测组件、一第二感测组件、一信号切换电路、一马达驱动电路及一线圈切换电路，其中第一感测组件用以检测马达运转时产生的切换相位信号，并取得对应的第一切换相位信号输出；而第二感测组件也用以检测马达运转时产生的切换相位信号，并取得对应的第二切换相位信号输出；以及信号切换电路则分别电连接于第一感测组件及第二感测组件，且在马达启动运转时切换至第一感测组件输出，其中当马达运转后且实现一设定的切换条件时，即切换至第二感测组件输出。

上述的马达驱动电路电连接于信号切换电路，用以接收自信号切换电路输出的第一切换相位信号或第二切换相位信号并产生一马达转速控制信号，且依据马达转速控制信号启动马达运转；而线圈切换电路则电连接于马达驱动电路，用以接收马达驱动电路输出的马达转速控制信号，并依据马达转速控制信号进行马达的相位切换。

上述的脉冲调制产生电路电连接于马达驱动电路，用以调制马达驱动电路所接收的第一切换相位信号及第二切换相位信号，进而改变马达的转速。

上述的第一感测组件及第二感测组件为霍尔感应器。

上述的第一切换相位信号及第二切换相位信号都为多个连续性且规则分布的方波信号，且第二切换相位信号的相位超前第一切换相位信号的相位。

上述的切换条件为一经设定的时间、转速、转数、电流或电压。

上述的信号切换电路包括一测量组件及一与测量组件电连接的切换开关，其中测量组件具有一默认值，并自马达启动运转后即进行测量，且当测量所产生的一实际值到达默认值后即输出一切换信号；而切换开关在接收切换信号后，将自第一感测组件输出切换至第二感测组件输出。其中测量组件可为一计数器，且默认值为一设定转速或转数，及实际值为一测量的转速或转数。

上述的测量组件也可为一定时器，且默认值为一设定时间，及实际值为一计时时间。

上述的测量组件又可为一电流检测电路或一电压检测电路，且默认值为一设定电流值或电压值，及实际值为一测量的电流值或电压值。

本发明还揭示一种马达控制方法，主要在马达启动运转时自第一感测组件取得第一切换相位信号，以驱动马达运转；以及在马达运转后且实现设定的切换条件时，即通过信号切换电路自第一感测组件输出切换至第二感测组件输出，并取得第二切换相位信号，以驱动马达运转。

上述方法中的第一切换相位信号及第二切换相位信号同时仅只有一组相位信号会输出且驱动马达运转。

上述方法中的第一切换相位信号及第二切换相位信号分别经由第一感测组件及第二感测组件检测马达运转而取得，且第二切换相位信号的相位超前第一切换相位信号的相位。

上述方法中的切换条件为一设定的时间、转速、转数、电流或电压。

上述方法中的信号切换电路的测量组件自马达启动运转后即进行测量，且当测量所产生的一实际值到达一默认值后即自第一感测组件输出切换至第二感测组件输出。

附图说明

图1为已知马达控制装置的电路方块图。

图2(a)-(b)为已知霍尔感应器相对于马达定子的位置示意图。

图3为本发明马达控制装置较佳实施例与马达连接的电路方块图。

图4为本发明马达控制装置较佳实施例的电路图。

图5为本发明较佳实施例第一及第二感测组件相对于马达定子的位置示意图。

图6为本发明较佳实施例中产生第一切换相位信号及第二切换相位信号的波形示意图。

图7(a)-(b)为本发明马达控制装置较佳实施例的电流波形示意图。

图8为本发明较佳实施例的马达控制方法的流程图。

附图符号说明

1马达控制装置10电路板

11马达驱动电路12霍尔感应器

13线圈切换电路14脉宽调制产生电路

2马达21定子

211线圈组212硅钢片

213硅钢片22转子

3马达控制装置30电路板

31第一感测组件311切换相位信号

32第二感测组件321切换相位信号

33信号切换电路331测量组件

332切换开关34马达驱动电路

35线圈切换电路36脉宽调制产生电路

4马达41定子

411线圈组412硅钢片

413硅钢片42转子

S01a、S01a-S04步骤

具体实施方式

请参考图3及图4所示，其为本发明较佳实施例的马达控制装置3的电路方块图及电路图，该马达控制装置3主要包括一第一感测组件31、一第二感测组件32、一信号切换电路33、一马达驱动电路34、一线圈切换电路35及一脉宽调制产生电路36。其中马达控制装置3连接一马达4的线圈组411，而马达4由一定子41及一转子42所构成，且由该定子42提供转子42旋转所需的动力，而上述的马达驱动电路34、线圈切换电路35及脉宽调制产生电路36与已知技术并无不同，故不再赘述。

在本发明的马达控制装置3中，第一感测组件31及第二感测组件32为磁场感测组件，该磁场感测组件可为分流器（shunt）、变流器（currenttransformer）、霍尔感应器（Hallsensor）或磁阻器（magneticresistor）等；且在本实施例中第一感测组件31及第二感测组件32以霍尔感应器为例。其中第一感测组件31用来检测马达4运转时，其马达4的线圈组411产生的第一切换相位信号311，而第二感测组件32同样用来检测马达4运转时，其马达4的线圈组411产生第二切换相位信号321，其中第一及第二切换相位信号311及321都为多个连续性且规则分布的方波信号所组成。

请参考图5所示，其为本发明的马达4与两个霍尔感应器(即为第一及第二感测组件31及32)的位置示意图。本发明的马达4由一定子41及一转子42所构成，转子51具有多个磁极（在本实施例中为四个），其中N极与S极交错排列。另外，本实施例在一电路板30上设置第一感测组件31与第二感测组件32，且为了使第一感测组件31不会检测到转子42的N极与S极的交界处，因此，将第一感测组件31设置于电路板30上且相对应位于该定子41的其中两个不同极性的硅钢片412、413中间，其主要是为了避免设置于某些位置（所谓运转死角）而影响到转子42(风扇)的启动；而第二感测组件32同样设置在电路板30上且位于第一感测组件31一侧，其中第二感测组件32设置于第一感测组件31的哪一侧及哪一个位置则视转子42相对于定子41的旋转方向及测试效率的结果而决定。

如图6所示，在本实施例中，为了让检测到的第二切换相位信号321的相位超前第一切换相位信号311的相位，因此，相对于转子42旋转方向将该第二感测组件32的位置设置于第一感测组件51的位置之前，且当转子42旋转并与该定子41的硅钢片412产生激磁时，该第二感测组件32所检测的第二切换相位信号321的相位会超前该第一感测组件31所检测的第一切换相位信号311的相位。然而，在一般驱动的时序中，将驱动时序提前换向，即为相位超前控制，且当相角θ提前，马达4的性能将由低速往高速移动，其效率也会相对提升，至于相角θ要提前多少，则须依据实际测试的状况而定，进而找出让马达4效率最佳的第二感测组件32的设置位置。

再者，由于第一感测组件31设置于相对应定子41的其中两硅钢片412、413中间的电路板30上，所以输出的第一切换相位信号311可避免马达4的运转死角，且当切换至该第二切换相位信号321输出时，由于该第二切换相位信号321的相位超前该第一切换相位信号311的相位，且形成了相位超前控制，因此，本实施例的马达控制装置3输出的电流波形将会由图7(a)变成图7(b)，而使马达4的效率有效地获得提升。

本实施例的信号切换电路33分别电连接于第一感测组件31及第二感测组件32，且该信号切换电路33包括一测量组件331及一与该测量组件331电连接的切换开关332，其中测量组件331具有一设定的切换条件，该切换条件在本实施例中可以为一设定的时间、转速、转数、电流或电压的默认值；且该测量组件331自马达4启动运转时即开始进行测量，并当测量所产生的实际值达到先前设定的默认值后即输出一切换信号；而切换开关332在马达4开始启动运转时即切换至第一感测组件31输出第一切换相位信号311，且当接收切换信号后，即将自第一感测组件31输出切换至第二感测组件32输出第二切换相位信号321。

本实施例的马达驱动电路34电连接于信号切换电路33，主要用以接收自信号切换电路33输出的第一切换相位信号311或第二切换相位信号321后并产生一马达转速控制信号，且依据该马达转速控制信号启动马达4运转。而线圈切换电路35电连接于马达驱动电路34，且用以接收马达驱动电路34输出的马达转速控制信号，并依据该马达转速控制信号进行马达4的线圈组411的相位切换。脉冲调制产生电路36系电连接于马达驱动电路34，其用以调制马达驱动电路34所接收的第一切换相位信号311及第二切换相位信号321，进而改变马达4的转速。

其中信号切换电路33的测量组件331可以为一定时器，及该切换条件的默认值可以设定为时间，因此，当马达4开始启动时，该信号切换电路33首先会切换至第一感测组件31输出第一切换相位信号311，此时，该定时器启动并开始计时，且当计时的实际值达到该设定的切换条件的默认值时会发送切换信号至切换开关332(例如：设定启动30秒后进行信号的切换)，该切换开关332则会依据切换信号将原先的第一感测组件31输出切换为第二感测组件32输出，同时该输出会由第一切换相位信号311变更为第二切换相位信号321输出至该马达驱动电路34。

或者，上述的测量组件331也可以为一计数器，及该切换条件的默认值可以设定为转数(旋转的圈数)或转速，其中当计数转子51的转数(转速)的实际值达到设定的切换条件的默认值时，该切换开关332会由原先的第一感测组件31输出切换为第二感测组件32输出第二切换相位信号321至马达驱动电路34(例如：设定转数达到1000转时进行信号的切换)。

又或者，上述的测量组件331也可以为一电流检测电路或电压检测电路，及该切换条件的默认值可以设定为电流或电压，其中当电流检测电路或电压检测电路测量该马达驱动电路34上的电流或电压的实际值达到设定的切换条件的默认值时，该切换开关332会由原先的第一感测组件31输出切换为第二感测组件32输出第二切换相位信号321至该马达驱动电路34。

请参考图8所示，其为本发明较佳实施例的马达控制方法的流程图，包括步骤S01a、S01b至步骤S04。上述该马达控制装置3可应用于该控制方法，并说明该控制方法的流程步骤。

在步骤S01a及S01b，当要将马达4启动时，通过第一及第二感测组件31、32分别检测该马达4运转时产生的切换相位信号311及321；

在步骤S02，在马达4启动的初期切换第一感测组件31输出，并输出第一切换相位信号311；

在步骤S03，判断是否达到设定的切换条件，若没有达到，则仍继续输出第一切换相位信号311；

在步骤S04，若达到设定的切换条件，即切换第二感测组件32输出，以输出第二切换相位信号321至该马达驱动电路34。

综上所述，本发明的马达控制装置及其方法主要在电路板30上相对应马达4的定子41的两个硅钢片412及413之间设置两组霍尔感应器，以在马达4启动运转的初期先提供一组霍尔感应器输出的相位信号(无运转死角)以驱动马达4运转，以及当马达4运转后且实现设定的切换条件时，即切换另一组霍尔感应器并输出超前的相位信号(高效率)，使马达4运转时能兼顾马达启动能力及运转效率。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范围，而对其进行的等效修改或变更，均应包含在本发明的权利要求中。

Claims (16)

1.一种马达控制装置，马达由一定子以及一转子构成，该转子具有多个磁极，其中N极与S极交错排列，该马达控制装置包括：

一第一感测组件，用以检测一马达运转时产生的一切换相位信号，并取得对应的一第一切换相位信号输出；

一第二感测组件，用以检测该马达运转时产生的一切换相位信号，并取得对应的一第二切换相位信号输出；

一信号切换电路，分别电连接于该第一感测组件及该第二感测组件，且在该马达启动运转时切换至该第一感测组件输出，其中当该马达运转后且实现一设定的切换条件时，即切换至该第二感测组件输出，当切换至该第二切换相位信号输出时，该第二切换相位信号的相位超前该第一切换相位信号的相位；

一马达驱动电路，电连接于该信号切换电路，用以接收自该信号切换电路输出的该第一切换相位信号或该第二切换相位信号并产生一马达转速控制信号，且依据该马达转速控制信号启动该马达运转；以及

一脉冲调制产生电路，电连接于该马达驱动电路，用以调制该马达驱动电路所接收的该第一切换相位信号及该第二切换相位信号，进而改变该马达的转速。

2.如权利要求1所述的马达控制装置，其还包括一线圈切换电路，电连接于该马达驱动电路，用以接收该马达驱动电路输出的该马达转速控制信号，并依据该马达转速控制信号进行该马达的相位切换。

3.如权利要求1所述的马达控制装置，其中该第一切换相位信号及该第二切换相位信号都为多个连续性且规则分布的方波信号，且该第二切换相位信号的相位超前该第一切换相位信号的相位。

4.如权利要求1所述的马达控制装置，其中该信号切换电路包括：

一测量组件，具有一默认值，其中自该马达启动运转后即进行测量，且当测量所产生的一实际值到达该默认值后即输出一切换信号；以及

一切换开关，其与该测量组件电连接，当接收该切换信号后，将自该第一感测组件输出切换至该第二感测组件输出。

5.如权利要求4所述的马达控制装置，其中该测量组件为一计数器，且该默认值为一设定的转速或转数，及该实际值为一测量的转速或转数。

6.如权利要求4所述的马达控制装置，其中该测量组件为一定时器，且该默认值为一设定时间，及该实际值为一计时时间。

7.如权利要求4所述的马达控制装置，其中该测量组件为一电流检测电路或一电压检测电路，且该默认值为一设定电流值，及该实际值为一测量的电流值。

8.如权利要求1所述的马达控制装置，其中该切换条件为一设定的时间、转速、转数或电流的默认值。

9.如权利要求1所述的马达控制装置，其中该第一感测组件为一第一磁场感测组件，该第二感测组件为一第二磁场感测组件，该第一磁场感测组件或第二磁场感测组件为分流器、变流器、霍尔感应器或磁阻器。

10.如权利要求1所述的马达控制装置，其连接于一马达，其中该马达由一定子与一转子所构成，该第一感测组件设置在一电路板上并设置在该定子之两个不同极性的硅钢片中间，该第二感测组件设置在该电路板上且位于该第一感测组件之一侧。

11.一种马达控制方法，马达由一定子以及一转子构成，该转子具有多个磁极，其中N极与S极交错排列，该马达控制方法包括下列步骤：

在该马达启动运转时，以一第一切换相位信号驱动该马达运转；

在该马达运转后且实现一设定的切换条件时，以一第二切换相位信号驱动该马达运转，其中该第二切换相位信号的相位超前该第一切换相位信号的相位。

12.如权利要求11所述的马达控制方法，其中该切换条件为一设定的时间、转速、转数或电流。

13.如权利要求11所述的马达控制方法，其中该第一切换相位信号及该第二切换相位信号中同时仅只有一组相位信号会输出且驱动该马达运转。

14.如权利要求11所述的马达控制方法，其中该第一切换相位信号经由一第一感测组件检测该马达运转而取得，且该第二切换相位信号经由一第二感测组件检测该马达运转而取得。

15.如权利要求14所述的马达控制方法，其还包括当实现该设定的切换条件时，通过一信号切换电路控制自该第一感测组件输出切换至该第二感测组件输出的步骤。

16.如权利要求15所述的马达控制方法，其还包括利用该信号切换电路中的一测量组件自该马达启动运转后即进行测量，且当测量所产生的一实际值到达一默认值后即自该第一感测组件输出切换至该第二感测组件输出的步骤。