CN114285334B - 马达系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种马达系统，其为一种无需霍尔感测元件的马达系统。该马达系统具有一第一输出脚位、一第二输出脚位、一辅助脚位、一定子、一转子、一主线圈以及一参考线圈。该主线圈与该参考线圈皆绕设于该定子上。该主线圈耦合至该第一输出脚位与该第二输出脚位。该参考线圈耦合至该辅助脚位。该参考线圈用以决定一换相时间点。该马达系统通过侦测该辅助脚位的电压零点，以侦测该转子的位置并决定该换相时间点。

Description

马达系统

技术领域

本发明关于一种马达系统，特别是关于一种无需霍尔感测元件的马达系统。

背景技术

图1为现有的马达模块10的示意图。马达模块10具有一转子100、一定子110以及一绕组120。转子100可分成4个磁极以切换相位，其中磁极N和磁极S各两个。绕组120可绕设于定子110上，通过电磁感应改变磁场以驱动转子100。图2为现有的马达系统1的示意图。请同时参照图1与图2。马达系统1具有一马达控制器20与一霍尔感测元件200。马达控制器20经由端点HB提供霍尔感测元件200一固定电压。霍尔感测元件200可设置于绕组120附近以感测因转子100转动所产生的磁场变化，以此侦测转子100的位置并分别产生一第一感测信号与一第二感测信号至端点HALL1与端点HALL2以供马达控制器20切换相位。图3为对应于图2的相关信号的时序图。马达控制器20根据第一感测信号与第二感测信号，使得第一端点O1与第二端点O2换相产生交流信号以驱动马达模块10。然而，霍尔感测元件200的感应误差会降低马达模块10的性能。此外，霍尔感测元件200的设置会使得马达系统1的体积与成本同时增加，此举不利于将马达系统1整合至电子装置中。

因此，如何取代霍尔感测元件以降低马达系统的体积与成本，实为目前所需解决的重要课题。

发明内容

有鉴于前述问题，本发明的目的在于提供一种无需霍尔感测元件的马达系统。

依据本发明提供该马达系统。该马达系统具有一马达模块与一马达控制器。该马达模块具有一转子、一定子以及一绕组。该转子可区分成4个磁极以切换相位，其中磁极N和磁极S各两个。该绕组可绕设于该定子上，通过电磁感应改变周遭磁场以驱动该转子。该绕组具有一主线圈与一参考线圈，其中该参考线圈用以决定一换相时间点，以此取代霍尔感测元件。该马达控制器具有一第一端点、一第二端点、一第一辅助端点、一第二辅助端点、一端点VCC以及一端点GND。该主线圈耦合至该第一端点与该第二端点而该参考线圈耦合至该第一辅助端点与该第二辅助端点。该马达系统可根据该第一辅助端点的电压以决定该换相时间点。

该马达控制器更具有一开关电路、一控制单元、一电流侦测单元以及一电压侦测单元。该开关电路具有一第一晶体管、一第二晶体管、一第三晶体管以及一第四晶体管。该开关电路用以提供一驱动电流至该主线圈。该第一晶体管耦合至该端点VCC与该第一端点而该第二晶体管耦合至该第一端点与该端点GND。该第三晶体管耦合至该端点VCC与该第二端点而该第四晶体管耦合至该第二端点与该端点GND。该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管以及该第四晶体管可为一P型金氧半晶体管或一N型金氧半晶体管。该电流侦测单元耦合至该第一端点与该第二端点，用以产生一第一侦测信号至该控制单元以侦测该驱动电流的零点。该电压侦测单元耦合至该第一辅助端点，用以产生一第二侦测信号至该控制单元以侦测该第一辅助端点的电压零点。该控制单元产生多个控制信号以控制该开关电路。

当该第一端点的电压从一高位准改变成一低位准时，该驱动电流会开始逐渐减少。当该驱动电流降为0时，该第一辅助端点的电压会从0上升至一中间值后再下降为0。此时最后的该第一辅助端点的电压零点即可视为一换相时间点。因此，当该电流侦测单元侦测到该驱动电流的零点时，该第一侦测信号会由该低位准改变成该高位准以通知该控制单元开始侦测该第一辅助端点的电压零点。当该电压侦测单元侦测到该第一辅助端点的电压零点时，该第二侦测信号会由该低位准改变成该高位准以通知该控制单元目前的时间点即为该换相时间点。无论该马达模块处于一启动模式或一正常运转模式，皆可利用该参考线圈以决定该换相时间点。

附图说明

图1为现有的马达模块的示意图。

图2为现有的马达系统的示意图。

图3为对应于图2的相关信号的时序图。

图4为本发明一实施例的马达模块的示意图。

图5为本发明一实施例的马达控制器与绕组的示意图。

图6为本发明一实施例的马达系统的示意图。

图7为本发明一实施例的时序图。

附图标记说明：10-马达模块；100-转子；N-磁极；S-磁极；110-定子；120-绕组；1-马达系统；20-马达控制器；HB-端点；HALL1-端点；HALL2-端点；200-霍尔感测元件；IVCC-供应电流；30-马达模块；300-转子；310-定子；40-马达控制器；VCC-端点；GND-端点；O1-第一端点；O2-第二端点；AUX1-第一辅助端点；AUX2-第二辅助端点；320-绕组；321-主线圈；322-参考线圈；3-马达系统；400-开关电路；410-控制单元；420-电流侦测单元；430-电压侦测单元；Vd1-第一侦测信号；Vd2-第二侦测信号；401-第一晶体管；402-第二晶体管；403-第三晶体管；404-第四晶体管；C1-第一控制信号；C2-第二控制信号；C3-第三控制信号；C4-第四控制信号；T1-T4-换相时间点。

具体实施方式

下文中的说明将使本发明的目的、特征、与优点更明显。兹将参考图式详细说明依据本发明的较佳实施例。

图4为本发明一实施例的马达模块30的示意图。马达模块30具有一转子300、一定子310以及一绕组320。转子300可分成4个磁极以切换相位，其中磁极N和磁极S各两个。绕组320可绕设于定子310上，通过电磁感应改变磁场以驱动转子300。绕组320具有一主线圈321与一参考线圈322，其中参考线圈322用以决定一换相时间点，以此取代一霍尔感测元件。主线圈321具有一第一匝数N1而参考线圈322具有一第二匝数N2，其中N1/N2≥1。图5为本发明一实施例的马达控制器40与绕组320的示意图。马达控制器40具有一第一端点O1、一第二端点O2、一第一辅助端点AUX1、一第二辅助端点AUX2、一端点VCC以及一端点GND。端点VCC与端点GND耦合至一电压源。主线圈321耦合至第一端点O1与第二端点O2而参考线圈322耦合至第一辅助端点AUX1与第二辅助端点AUX2。第二辅助端点AUX2可耦合至第一端点O1、第二端点O2、或一参考电压。因此，参考线圈322可耦合至第一端点O1、第二端点O2、或该参考电压。此外，本发明一实施例的马达控制器40可被包装成一马达驱动IC(Integrated Circuit)，其中马达驱动IC可具有一第一输出脚位、一第二输出脚位、一辅助脚位、一第一电压脚位以及一第二电压脚位。第一输出脚位耦合至第一端点O1。第二输出脚位耦合至第二端点O2。辅助脚位耦合至第一辅助端点AUX1。第一电压脚位耦合至端点VCC。第二电压脚位耦合至端点GND。参考线圈322的一端点可耦合至第一输出脚位、第二输出脚位、或该参考电压。

图6为本发明一实施例的马达系统3的示意图。马达系统3具有马达模块30与马达控制器40。马达控制器40更具有一开关电路400、一控制单元410、一电流侦测单元420以及一电压侦测单元430。开关电路400耦合至端点VCC且端点VCC产生一供应电流IVCC至开关电路400。开关电路400用以提供一驱动电流至主线圈321，其中驱动电流可模拟于供应电流IVCC。开关电路400具有一第一晶体管401、一第二晶体管402、一第三晶体管403以及一第四晶体管404。第一晶体管401耦合至端点VCC与第一端点O1而第二晶体管402耦合至第一端点O1与端点GND。第三晶体管403耦合至端点VCC与第二端点O2而第四晶体管404耦合至第二端点O2与端点GND。第一晶体管401、第二晶体管402、第三晶体管403以及第四晶体管404可为一P型金氧半晶体管或一N型金氧半晶体管。于图6中，第一晶体管401与第三晶体管403以两P型金氧半晶体管为例。第二晶体管402与第四晶体管404以两N型金氧半晶体管为例。电流侦测单元420耦合至第一端点O1与第二端点O2，用以产生一第一侦测信号Vd1至控制单元410以侦测驱动电流的零点。电压侦测单元430耦合至第一辅助端点AUX1，用以产生一第二侦测信号Vd2至控制单元410以侦测第一辅助端点AUX1的电压零点。马达系统3可根据该第一辅助端点AUX1的电压以决定换相时间点。

控制单元410产生一第一控制信号C1、一第二控制信号C2、一第三控制信号C3以及一第四控制信号C4，用以分别控制第一晶体管401、第二晶体管402、第三晶体管403以及第四晶体管404的开关情形。控制单元410轮流由一第一驱动模式与一第二驱动模式以提供电能给马达模块30。于第一驱动模式下，控制单元410通过控制第一控制信号C1与第四控制信号C4，用以导通第一晶体管401与第四晶体管404。此时电流从端点VCC依序流经第一晶体管401、主线圈321、第四晶体管404以及端点GND，以此模式将电能传送给马达模块30。于第二驱动模式下，控制单元410通过控制第二控制信号C2与第三控制信号C3，用以导通第二晶体管402与第三晶体管403。此时电流从端点VCC依序流经第三晶体管403、主线圈321、第二晶体管402以及端点GND，以此模式将电能传送给马达模块30。通过重复地于第一驱动模式与第二驱动模式中切换，即可使马达模块30正常运转。

图7为本发明一实施例的时序图。请同时参照图6与图7。具体而言，本发明一实施例的马达系统3通过侦测第一辅助端点AUX1的电压零点以侦测转子300的位置并决定换相时间点。当第一端点O1的电压从一高位准H改变成一低位准L时，驱动电流会开始逐渐减少。当驱动电流降为0时，第一辅助端点AUX1的电压会从0上升至一中间值后再下降为0。此时最后的第一辅助端点AUX1的电压零点即可视为一换相时间点T1。同理，通过相同的方法，亦可得出后续的换相时间点T2-T4。因此，当电流侦测单元420侦测到驱动电流的零点时，第一侦测信号Vd1会由低位准L改变成高位准H以通知控制单元410开始侦测第一辅助端点AUX1的电压零点。当电压侦测单元430侦测到第一辅助端点AUX1的电压零点时，第二侦测信号Vd2会由低位准L改变成高位准H以通知控制单元410目前的时间点即为换相时间点。无论马达模块30处于一启动状态或一正常运转状态，皆可利用参考线圈322与第一辅助端点AUX1的电压以决定换相时间点。

本发明一实施例的马达系统3可应用于一单相无刷直流马达。马达系统3可具有第一输出脚位、第二输出脚位、辅助脚位、定子310、转子300、主线圈321以及参考线圈322。主线圈321与参考线圈322皆绕设于定子310上。主线圈321耦合至第一输出脚位与第二输出脚位。参考线圈322耦合至辅助脚位。参考线圈322用以决定一换相时间点。马达系统3根据辅助脚位的电压以决定换相时间点。具体而言，马达系统3通过侦测辅助脚位的电压零点，以侦测转子300的位置并决定换相时间点。当单相无刷直流马达处于启动状态时，马达系统3可利用参考线圈322以决定换相时间点。当单相无刷直流马达处于正常运转状态时，马达系统3亦可利用参考线圈322以决定换相时间点。此外，马达系统3通过设置参考线圈322以决定换相时间点，可取代霍尔感测元件以降低马达系统3的体积与成本。

虽然本发明业已通过较佳实施例作为例示加以说明，应了解者为：本发明不限于此被揭露的实施例。相反地，本发明意欲涵盖对于本领域技术人员而言明显的各种修改与相似配置。因此，保护范围应根据最广的诠释，以包含所有此类修改与相似配置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (17)

1.一种马达系统，其特征在于，包含：

一第一输出脚位；

一第二输出脚位；

一辅助脚位；

一主线圈，耦合至该第一输出脚位与第二输出脚位；

一参考线圈，耦合至该辅助脚位；以及

一定子，其中该主线圈与该参考线圈皆绕设于该定子上，该马达系统根据该辅助脚位的一电压零点，以决定一换相时间点。

2.如权利要求1所述的马达系统，其特征在于，该马达系统通过侦测该辅助脚位的该电压零点，以决定该换相时间点。

3.如权利要求1所述的马达系统，其特征在于，该马达系统更包含一转子，该马达系统通过侦测该辅助脚位的该电压零点，以侦测该转子的一位置。

4.如权利要求1所述的马达系统，其特征在于，该主线圈具有一第一匝数N1，该参考线圈具有一第二匝数N2，其中N1/N2≥1。

5.如权利要求1所述的马达系统，其特征在于，该马达系统应用于一单相无刷直流马达。

6.如权利要求1所述的马达系统，其特征在于，该参考线圈耦合至该第一输出脚位或该第二输出脚位。

7.如权利要求1所述的马达系统，其特征在于，该参考线圈耦合至一参考电压。

8.一种马达系统，其特征在于，包含：

一第一端点；

一第二端点；

一第一辅助端点；

一转子；

一主线圈，耦合至该第一端点与该第二端点；

一参考线圈，耦合至该第一辅助端点；

一定子，其中该主线圈与该参考线圈皆绕设于该定子上；

一开关电路，用以提供一驱动电流至该主线圈；以及

一控制单元，用以产生多个控制信号以控制该开关电路，该马达系统根据该第一辅助端点的一电压零点，以决定一换相时间点。

9.如权利要求8所述的马达系统，其特征在于，该马达系统通过侦测该第一辅助端点的该电压零点，以决定该换相时间点。

10.如权利要求8所述的马达系统，其特征在于，该马达系统通过侦测该驱动电流的一零点，以决定该换相时间点。

11.如权利要求8所述的马达系统，其特征在于，该马达系统通过侦测该第一辅助端点的该电压零点与侦测该驱动电流的一零点，以决定该换相时间点。

12.如权利要求8所述的马达系统，其特征在于，该马达系统通过侦测该第一辅助端点的该电压零点，以侦测该转子的一位置。

13.如权利要求8所述的马达系统，其特征在于，该主线圈具有一第一匝数N1，该参考线圈具有一第二匝数N2，其中N1/N2≥1。

14.如权利要求8所述的马达系统，其特征在于，该马达系统更包含：

一电流侦测单元，用以侦测该驱动电流的一零点；以及

一电压侦测单元，用以侦测该第一辅助端点的该电压零点。

15.如权利要求8所述的马达系统，其特征在于，该马达系统应用于一单相无刷直流马达。

16.如权利要求8所述的马达系统，其特征在于，该参考线圈耦合至该第一端点或该第二端点。

17.如权利要求8所述的马达系统，其特征在于，该参考线圈耦合至一参考电压。