CN113054876A - 吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置及方法，方法包含下列步骤：(A)控制装置预先存储有多组分别对应不同无传感器无刷直流马达的控制参数；(B)所述控制装置侦测对应的无传感器无刷直流马达的电阻、电感且至少根据侦测的电阻与电感搜寻所述无传感器无刷直流马达所对应的所述组控制参数；(C)所述控制装置侦测所述无传感器无刷直流马达的反电动势；及(D)所述控制装置根据所述组控制参数与反电动势其中一个驱动所述无传感器无刷直流马达连动多个扇叶转动。借此，所述控制装置可以自行搜寻对应所连接的所述无传感器无刷直流马达的所述组控制参数，如此，同一个控制装置可以搭配多种型号的所述无传感器无刷直流马达进行运作。
Description
技术领域
本发明涉及一种马达控制装置及方法，特别是涉及一种吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置及方法。
背景技术
由于直流无刷马达(Brushless DC Motor)没有现有直流马达中容易磨损的电刷，因此具有体型小、重量轻与低噪音的优势。然而，由于无刷马达舍弃了定子与转子间的机械或电气触点，因此，需要能得知转子相对位置的元件以进行较精确的转动控制，目前主要的其中一种技术是使用霍尔传感器(Hall sensor)感知转子的位置，但设置传感器的额外绕线会提高安装复杂度，且传感器会因为沾染灰尘或受潮而降低侦测数据的可靠性。
另一种技术是通过侦测反电动势(back-EMF)进行运算控制(即sensorless BLDCmotor)，但是，由于每一个马达的反电动势常数(back-EMF constant)、额定转速(ratedspeed)、极对数(pole pair number)等控制参数不尽相同，因此，当应用于吊扇装置时，需要根据不同马达去配对适合的控制器，如此，以目前市面上的马达种类数量而言，即需要成百上千的控制器种类方能进行对应，此庞大数量显然会造成工厂或公司在原料备料及控管上的困扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置。
本发明的吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置，适用于组装于具有多个扇叶与无传感器无刷直流马达的吊扇，包含侦测单元、驱动单元，及控制单元。
所述侦测单元电连接所述无传感器无刷直流马达，用于侦测所述无传感器无刷直流马达的电阻、电感及反电动势，并输出对应的侦测信号。
所述驱动单元电连接所述无传感器无刷直流马达，接收控制信号以驱动所述无传感器无刷直流马达连动所述扇叶转动。
所述控制单元电连接所述侦测单元与所述驱动单元，并包括存储有多组分别对应不同无传感器无刷直流马达的控制参数的数据库，所述控制单元接收所述侦测信号，至少根据侦测的电阻与电感于所述数据库搜寻所述无传感器无刷直流马达所对应的所述组控制参数，再根据所述组控制参数与反电动势其中一个输出对应的所述控制信号。
本发明的吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置，每一组控制参数具有电阻、电感及反电动势常数，并还具有额定转速、额定电流、额定电压、极对数、摩擦系数、及惯量其中至少一个。
本发明的吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置，还包含电连接所述控制单元的通信单元，所述通信单元接收通信信号并输出对应的操作信号，所述控制单元接收所述操作信号并根据所述操作信号控制所述侦测单元侦测所述无传感器无刷直流马达的电阻与电感。
本发明的目的在于提供一种吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法。
本发明的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，运用于吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置，所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置适用于组装于具有多个扇叶与无传感器无刷直流马达的吊扇，所述控制方法包含下列步骤：
(A)所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置预先存储有多组分别对应不同无传感器无刷直流马达的控制参数。
(B)所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置侦测所述无传感器无刷直流马达的电阻、电感且至少根据侦测的电阻与电感搜寻所述无传感器无刷直流马达所对应的所述组控制参数。
(C)所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置侦测所述无传感器无刷直流马达的反电动势。
(D)所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置根据步骤(B)的所述组控制参数与步骤(C)的反电动势其中一个驱动所述无传感器无刷直流马达连动所述扇叶转动。
本发明的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，于步骤(A)中，每一组控制参数具有电阻、电感及反电动势常数，并还具有额定转速、额定电流、额定电压、极对数、摩擦系数、及惯量其中至少一个。
本发明的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，于步骤(B)中，所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置还侦测所述无传感器无刷直流马达于空载状态下的惯量与摩擦系数至少其中一个，并还根据侦测的惯量与摩擦系数至少其中一个搜寻所述无传感器无刷直流马达所对应的所述组控制参数。
本发明的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，于步骤(B)中，所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置将侦测的电阻与电感的值放大误差范围，并以此误差范围的值进行搜寻。
本发明的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，所述误差范围为-10％～+10％。
本发明的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，还包含下列步骤：
(E)所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置无线下载更新数据库，并基于所下载的所述更新数据库来更新所述控制参数。
本发明的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置使用射频通信标准进行无线连接。
本发明的有益效果在于：通过设置所述侦测单元侦测所述无传感器无刷直流马达的电阻、电感及反电动势，并搭配于所述控制单元中设置存储有多组分别对应不同无传感器无刷直流马达的控制参数的所述数据库，所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置可以自行搜寻对应所连接的所述无传感器无刷直流马达的所述组控制参数，如此，同一个吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置即可以搭配多种型号的所述无传感器无刷直流马达进行运作，方便工厂或公司进行原料备料及控管。
附图说明
图1是本发明吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置的一个实施例组装于吊扇的一个立体示意图；
图2是所述实施例的一个电路方块示意图；及
图3是本发明吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
参阅图1与图2，本发明吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1的一个实施例，适用于组装于一个具有多个扇叶91与一个无传感器无刷直流马达92的吊扇9，于本实施例中，所述无传感器无刷直流马达92以具有三组绕组921及三个连接端922作为说明，但所述无传感器无刷直流马达92能依实际需求而选择合适的绕组921数及连接端922数，并不以此为限。
所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1包含一个侦测单元2、一个驱动单元3及一个控制单元4。
所述侦测单元2电连接所述无传感器无刷直流马达92，用于至少侦测所述无传感器无刷直流马达92的电阻、电感、电压(如反电动势(back-EMF))，并输出对应的一个侦测信号。例如，所述侦测单元2可包括电连接到所述连接端922的模数转换器(ADC)(图未示)，并且根据所述模数转换器所产生的数字(digital)电压值或电流值，而得到所述无传感器无刷直流马达92的电阻、电感和反电动势之值。更具体说明其中一种示例如下，所述模数转换器可以是固定连接至其中两个所述连接端922(即，其中两相)，或是可动态依序切换选择连接其中两个所述连接端922(即，切换连接其中两相)，并判读所述连接端922间的电压、电流等信息以得出所连接之两相间的电阻、电感、电压的值。由于本发明所属技术领域中具有通常知识者能依实际需求而选择使用合适的侦测电阻、电感、电压的电路进行变化，因此，在此不赘述。
所述驱动单元3电连接所述无传感器无刷直流马达92，接收一个控制信号以驱动所述无传感器无刷直流马达92连动所述扇叶91转动，所述驱动单元3可以是如图2所示使用六个双极性晶体管31(bipolar transistor)与六个二极管32(Diode)分别并联后再两两成组串联后并联，以达到进行三相切换的效果，但也能搭配所选择的所述无传感器无刷直流马达92的绕组921数及连接端922数进行变化，不以此为限。
所述控制单元4(例如，处理器(processor)、控制器(controller)等)电连接所述侦测单元2与所述驱动单元3，并包括一个存储有多组分别对应不同无传感器无刷直流马达92的控制参数的数据库41，所述控制单元4接收所述侦测信号，至少根据侦测的电阻与电感于所述数据库41搜寻所述无传感器无刷直流马达92所对应的所述组控制参数，再根据所述组控制参数与反电动势其中一个输出对应的所述控制信号，所述控制信号用于对应控制所述双极性晶体管31的开关。
其中，每一组控制参数包括多个控制参数，其至少包括电阻，电感和反电动势常数(back-EMF constant)。所述组控制参数还可具有额定转速(rated speed)、额定电流(rated current)、额定电压(rated voltage)、极对数(pole pair number)、摩擦系数(friction coefficient)、及惯量(moment of inertia)其中至少一个。所述控制参数能供所述控制单元4控制所述驱动单元3驱动所述无传感器无刷直流马达92运作，所述控制参数通常由所述无传感器无刷直流马达92的制造商提供，或能由所述无传感器无刷直流马达92的规格书(datasheet)等相关数据中得知。
所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1较佳是还包含一个电连接所述控制单元4的通信单元5，所述通信单元5接收一个通信信号并输出对应的一个操作信号，所述控制单元4接收所述操作信号并根据所述操作信号控制所述侦测单元2侦测所述无传感器无刷直流马达92的电阻与电感。所述通信单元5可以是使用红外线技术与一个遥控器(图未示)信号连接，所述遥控器用于供使用者操作，以输出所述通信信号而控制所述控制装置，所述通信单元5也可以是使用无线电遥控标准(radio remote control standard，例如WiFi、蓝牙等)与所述遥控器或智能装置(如，智能音箱、手机等)信号连接，以供使用者借操作上述遥控器或智能装置输出所述通信信号而控制所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1运作。
参阅图1、图2及图3，本发明吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，运用于所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1，所述控制方法包含下列步骤：(为图示清楚起见，所述无传感器无刷直流马达控制装置1于图3中简写为所述控制装置)
步骤61：所述控制装置1于所述数据库41预先存储有多组分别对应不同无传感器无刷直流马达92的控制参数。
步骤62：所述控制装置1的所述侦测单元2至少侦测所述无传感器无刷直流马达92的电阻、电感，所述控制单元4至少根据侦测的电阻与电感搜寻所述无传感器无刷直流马达92所对应的所述组控制参数。
其中，所述控制装置1较佳是将侦测的电阻与电感的值放大一个误差范围，并以此误差范围的值进行搜寻。所述误差范围较佳为-10％～+10％，即，所搜寻到的所述组控制参数中，其电阻值会落在所侦测的电阻值的-10％～+10％间，其电感值会落在所侦测的电感值的-10％～+10％间。
在每一组控制参数还包括惯量与摩擦系数的情况下，在步骤62中，所述控制装置1还可以侦测所述无传感器无刷直流马达92于空载状态下的惯量与摩擦系数至少其中一个，并还根据侦测的惯量与摩擦系数至少其中一个，于所述数据库41搜寻所述无传感器无刷直流马达92所对应的所述组控制参数。所述空载状态指所述无传感器无刷直流马达92没有连接到所述扇叶91的状态。
步骤63：所述控制装置1的所述侦测单元2侦测所述无传感器无刷直流马达92的反电动势。
步骤64：所述控制单元4根据步骤62的所述组控制参数与步骤63的反电动势输出对应的所述控制信号，控制所述驱动单元3驱动所述无传感器无刷直流马达92连动所述扇叶91转动。
所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法较佳是还包含下列步骤：
步骤65：所述控制单元4经由例如所述控制装置1的另一通信单元(图未示)无线下载一个更新数据库，并基于所下载的所述更新数据库来更新所述数据库41存储的所述控制参数。
其中，所述控制装置1的另一通信单元较佳是使用射频通信标准(radiofrequency communication standard，例如WiFi、蓝牙等)进行无线通信。
于实际应用时，步骤61可以在所述控制装置1离开工厂之前执行。步骤62可以在所述控制装置1第一次被供电时执行、或每一次重新上电时(例如，市电断电又复电时)执行、或在所述控制装置1接收到所述通信信号时执行。步骤65可以在所述控制装置1离开工厂之后执行。
以实际示例说明，施工人员只要在使用者指定地点将所述吊扇9组装完成后，提供电源给所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1时，所述控制装置1即自动执行步骤62，使所述无传感器无刷直流马达92可以根据对应的控制参数而连动所述扇叶91转动，所述对应的控制参数即是所述控制单元4于所述数据库41搜寻到的对应所述无传感器无刷直流马达92的所述组控制参数。此后，当使用者开启所述吊扇9时，所述控制装置1会重复执行步骤63、64，以驱动所述无传感器无刷直流马达92旋转所述扇叶91。
其中，施工人员或使用者也可以是使用所述遥控器或智能设备产生所述通信信号，使所述控制装置接收所述通信信号并执行步骤62的侦测及搜寻配对设定。
在每一组控制参数还包括惯量与摩擦系数的情况下，于步骤62中，所述侦测单元2还侦测所述无传感器无刷直流马达92于空载状态下的惯量与摩擦系数至少其中一个，并且，所述控制单元4还进一步基于所侦测的惯量与摩擦系数至少其中一个于所述数据库41进行搜寻。所述空载状态之检测可以透过安装人员在安装所述扇叶91之前先向所述控制装置1供电而达成(即，在尚未安装所述扇叶91时便先向所述控制装置1供电)，以使所述控制装置1执行步骤62，并根据电阻、电感、和惯量与摩擦系数至少其中一个于所述数据库41中搜寻所述组控制参数。以使所述无传感器无刷直流马达92可以根据所对应的所述组控制参数于步骤63、64中进行运作。其中，可以明白的是，当所述侦测单元2所侦测的参数愈多，所述控制单元4可使用愈多参数于所述数据库41中进行搜寻及比对时，即可以提高搜寻的精确度。
其中，所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1可以是在第一次与所述无传感器无刷直流马达92组装并上电后，进行步骤62的运作，并且，搭配所述控制装置1包括一个非挥发性存储器(non-volatile memory)(图未示)，以将所搜寻得到的所述组控制参数存储于非挥发性记忆体中。或者也可以是设计为于每一次重新上电时(例如，市电断电又复电时)，皆重新进行步骤62的运作，并搭配所述控制装置1包括一个挥发性存储器(volatilememory)(图未示)，以将所搜寻得到的所述组控制参数存储于挥发性记忆体中。如此，若没有发生断电，于使用者再次开启所述吊扇9时，所述控制单元4能直接读取所述存储器中的所述组控制参数而不必每次都重新进行步骤62。
经由以上的说明，本实施例的功效如下：
一、通过设置所述侦测单元2至少侦测所述无传感器无刷直流马达92的电阻、电感，并搭配于所述控制单元4中设置存储有多组分别对应不同无传感器无刷直流马达92的控制参数的所述数据库41，所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1自行根据至少电阻和电感于所述数据库41搜寻对应所设置连接的所述无传感器无刷直流马达92的所述组控制参数，如此，同一个吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1可以搭配多种型号的所述无传感器无刷直流马达92进行运作，因此，可以解决现有技术需购置各种型态的控制器以对应各型号马达的问题，方便工厂或公司进行原料备料及控管，并且，由于所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1可以于连接上电时自行搜寻所述控制参数，也方便施工人员进行组装及设定。
二、通过所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1还侦测所述无传感器无刷直流马达92于空载状态下的惯量与摩擦系数至少其中一个，并还进一步根据侦测的惯量与摩擦系数至少其中一个搜寻所述无传感器无刷直流马达92所对应的所述组控制参数，可以在所述数据库41存有相近控制参数时，提高搜寻的精确度。
三、通过将侦测的电阻与电感的值放大所述误差范围后再进行搜寻，可以避免量测误差导致无法搜寻到正确对应的所述组控制参数。
四、通过使所述控制单元4下载所述更新数据库来进行更新，可以通过进行更新而使所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1可以继续搭配后续推出的新型马达，如此，可以延长所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置1在市场上的使用寿命。
综上所述，本发明吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置及方法，确实能达成本发明的目的。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。
Claims (10)
1.一种吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置，适用于组装于具有多个扇叶与无传感器无刷直流马达的吊扇，并包含驱动单元；
所述驱动单元电连接所述无传感器无刷直流马达，接收控制信号以驱动所述无传感器无刷直流马达连动所述扇叶转动；
其特征在于：
所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置还包含侦测单元及控制单元；
所述侦测单元电连接所述无传感器无刷直流马达，用于侦测所述无传感器无刷直流马达的电阻、电感及反电动势，并输出对应的侦测信号；
所述控制单元电连接所述侦测单元与所述驱动单元，并包括存储有多组分别对应不同无传感器无刷直流马达的控制参数的数据库，所述控制单元接收所述侦测信号，至少根据侦测的电阻与电感于所述数据库搜寻所述无传感器无刷直流马达所对应的所述组控制参数，再根据所述组控制参数与反电动势其中一个输出对应的所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置，其特征在于：每一组控制参数具有电阻、电感及反电动势常数，并还具有额定转速、额定电流、额定电压、极对数、摩擦系数、及惯量其中至少一个。
3.根据权利要求1所述的吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置，其特征在于：还包含电连接所述控制单元的通信单元，所述通信单元接收通信信号并输出对应的操作信号，所述控制单元接收所述操作信号并根据所述操作信号控制所述侦测单元侦测所述无传感器无刷直流马达的电阻与电感。
4.一种吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，运用于吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置，所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置适用于组装于具有多个扇叶与无传感器无刷直流马达的吊扇，其特征在于：所述控制方法包含下列步骤：
(A)所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置预先存储有多组分别对应不同无传感器无刷直流马达的控制参数；
(B)所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置侦测所述无传感器无刷直流马达的电阻、电感且至少根据侦测的电阻与电感搜寻所述无传感器无刷直流马达所对应的所述组控制参数；
(C)所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置侦测所述无传感器无刷直流马达的反电动势；
(D)所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置根据步骤(B)的所述组控制参数与步骤(C)的反电动势其中一个驱动所述无传感器无刷直流马达连动所述扇叶转动。
5.根据权利要求4所述的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，其特征在于：于步骤(A)中，每一组控制参数具有电阻、电感及反电动势常数，并还具有额定转速、额定电流、额定电压、极对数、摩擦系数、及惯量其中至少一个。
6.根据权利要求4所述的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，其特征在于：于步骤(B)中，所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置还侦测所述无传感器无刷直流马达于空载状态下的惯量与摩擦系数至少其中一个，并还根据侦测的惯量与摩擦系数至少其中一个搜寻所述无传感器无刷直流马达所对应的所述组控制参数。
7.根据权利要求4所述的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，其特征在于：于步骤(B)中，所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置将侦测的电阻与电感的值放大误差范围，并以此误差范围的值进行搜寻。
8.根据权利要求7所述的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，其特征在于：所述误差范围为-10％～+10％。
9.根据权利要求4所述的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，其特征在于：还包含下列步骤：
(E)所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置无线下载更新数据库，并基于所下载的所述更新数据库来更新所述控制参数。
10.根据权利要求9所述的吊扇用无传感器无刷直流马达控制方法，其特征在于：所述吊扇用无传感器无刷直流马达控制装置使用射频通信标准进行无线连接。
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