CN205992869U - 无刷马达控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型描述一种无刷马达控制器，包含适于连接至外部无刷马达的一个或多个转子位置检测器的微控制器；以及适于连接至外部无刷马达的多个绕组的多个马达驱动电路。微处理器连接至多个马达驱动电路。微处理器适于根据外部无刷马达的理想速度，输出第一马达控制讯号以及第二马达控制讯号的其中之一者至多个马达驱动电路，以驱动外部无刷马达；第一以及第二马达控制讯号具有不同的波形形状。本实用新型的无刷马达控制器在不同的速度区间结合正弦波驱动和方波驱动的优点，并且可用于多数现有的无刷马达中。

Description

无刷马达控制器

技术领域

本实用新型涉及一种无刷马达，特别是用于无刷马达的控制器。

背景技术

随着世界持续重视节能议题，无刷直流(DC)马达越来越在各种场合广泛地使用，例如在现代家电中。相对于传统的刷式马达，无刷直流马达具有低噪音、高能量效率和耐用性等优点。

无刷直流马达通常藉由连接至马达绕组的马达控制器于不同的相位中控制。由于在无刷直流马达中没有电刷和换相器结构，由马达控制器产生替换控制脉冲控制，以维持马达旋转。用于无刷马达的控制讯号的一个典型形式为脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)讯号。控制讯号通常具有两种形式，用以驱动无刷直流马达，即方波驱动(有时称为梯形波)以及正弦波驱动。然而，与另外一方相较，方波驱动以及正弦波驱动分别具有一定的缺点和优点。以方波驱动而言，开关组件(如场效应晶体管)作成的开关动作较少，因此其开关损耗低，使其在高能输出场合为理想的。然而，方波驱动因为急遽变化的讯号电位，特别是当马达速度低时，易受到大驱动转矩涟波以及电磁噪声的存在所影响。另一方面，正弦波驱动无刷直流马达产生较少的电磁噪声，且因为其接近马达理想的磁通量轨迹，所以具有较低的转矩涟波。然而，因为在马达旋转中频繁的开关动作，正弦波驱动中牵涉的开关损耗相对较大。

实用新型内容

根据上述背景技术，本实用新型的一个目的是提供替换性的马达控制器及其控制方法，结合各个正弦波驱动和方波驱动的优点，使得无刷马达整体可达到高效率且在同一时间尽可能的维持安静且平稳的操作。

上述目的可由结合主要权利要求的特征而得到满足，从属权利要求公开了本实用新型进一步的有利实施方式。

本领域的技术人员将从以下叙述衍生出本实用新型的其它目的。因此，以上陈述中的说明并非全面性的，仅仅说明本实用新型的许多目的中的其中一些。

因此，本实用新型的一态样为无刷马达控制器，包含：适于连接至外部无刷马达的一个或多个转子位置检测器的微控制器；以及适于连接至外部无刷马达的多个绕组的多个马达驱动电路。微处理器连接至多个马达驱动电路。微处理器适于根据外部无刷马达的理想速度，输出第一马达控制讯号以及第二马达控制讯号的其中之一者至多个马达驱动电路，以驱动外部无刷马达。第一以及第二马达控制讯号具有不同的波形形状。

优选地，当外部无刷马达的转速低于临界值，微控制器配置成会输出第一马达控制讯号。当外部无刷马达的转速高于临界值，微控制器配置成会输出所述第二马达控制讯号。

更优选地，当微控制器将要从输出第一马达控制讯号转变至输出第二马达控制讯号时，微控制器将在一段预定时间周期中控制多个马达驱动电路停止供应电流至外部无刷马达的多个绕组，反之亦然。

在一变体中，所选择的预定时间周期使得在上述转变之后，第一马达控制讯号或第二马达控制讯号变得与外部无刷马达的旋转同步。

优选地，第一马达控制讯号或第二马达控制讯号与外部无刷马达的旋转的同步包含将第一马达控制讯号或第二马达控制讯号配置成与转子位置检测器的输出讯号处于同相位中。

在一变体中，微控制器还包含存储器，存储器储存包含第一查表的数据。在转变之后，微处理器还会根据第一查表，判断第一马达控制讯号或第二马达控制讯号的工作周期。

优选地，在第一查表中，工作周期的每个值对应于外部无刷马达的转速的值。

在另一例示性实施方式中，在微控制器从输出第一马达控制讯号转变至输出第二马达控制讯号之前或之后，微控制器将施加相位偏移至第一马达控制讯号或第二马达控制讯号，反之亦然。

优选地，微控制器更包含存储器，以储存包含第二查表的数据。相位偏移通过微处理器从第二查表判断。

更优选地，在第二查表中，相位偏移的每个值对应于外部无刷马达的转速的值。

在一实施方式中，当微处理器将要从输出第二马达控制讯号转变为输出第一马达控制讯号，且多个马达驱动电路停止供应电流至多个绕组之前，微处理器将控制多个马达驱动电路，以减少马达的转速至第一马达控制讯号的安全值。

在一实施方式中，第一马达控制讯号为正弦波讯号，且第二马达控制讯号为方波讯号。

在一实施方式中，正弦波讯号和方波讯号具有相同的振幅。

在一实施方式中，理想速度藉由连接至无刷马达控制器的使用者输入装置提供至微处理器。

在一实施方式中，多个转子位置检测器为霍尔效应传感器。

根据本实用新型的另一态样，一种控制无刷马达控制器的方法包含两个步骤，即藉由第一马达控制讯号以及第二马达控制讯号的其中一者，运行无刷马达于原始转速；以及藉由第一马达控制讯号以及第二马达控制讯号的另一者，改变所述无刷马达为运行于目标转速的步骤。目标转速与原始转速不同，且第一与第二马达控制讯号具有不同的波形形状。

优选地，运行步骤包含当外部无刷马达的转速低于临界值时，输出第一马达控制讯号以控制无刷马达，以及当外部无刷马达的转速高于临界值时，输出第二马达控制讯号以控制无刷马达。

更优选地，方法更包含在改变步骤前，于一段预定时间周期中停止供应电流至无刷马达的多个绕组的步骤。

在一实施方式中，所选择的预定时间周期使得在停止供应电流的步骤之后，第一马达控制讯号或第二马达控制讯号与无刷马达的旋转变得同步。

优选地，第一马达控制讯号或第二马达控制讯号与外部无刷马达的旋转的同步包含将第一马达控制讯号或第二马达控制讯号配置成与转子位置检测器的输出讯号处于同相位中的步骤。

在一变体中，方法更包含在改变步骤之前，设定第一马达控制讯号或第二马达控制讯号于目标速度的工作周期的步骤。

优选地，设定步骤包含根据无刷马达的目标速度，于第一查表中查找工作周期的值。

在另一变体中，方法更包含在改变步骤之前或之后，施加相位偏移至第一马达控制讯号或第二马达控制讯号的步骤。

优选地，相位偏移藉由根据无刷马达的目标速度，查找第二查表而判断。

在一实施方式中，方法更包含以下步骤：如果原始速度大于目标速度，则减少原始速度至所述第一马达控制讯号或所述第二马达控制讯号的所述其中另一者在所述目标速度的安全值。

在一实施方式中，第一马达控制讯号为正弦波讯号，且第二马达控制讯号为方波讯号。

在一实施方式中，正弦波讯号和方波讯号具有相同的振幅。

本实用新型具有许多优点，因为本实用新型的无刷马达控制器在不同的速度区间结合正弦波驱动和方波驱动的优点。更具体而言，本实用新型的无刷马达控制器和控制方法根据马达的理想速度动态地改变传送到无刷马达的PWM控制讯号。正弦波驱动可在马达起始以及当马达运行于低速区域中使用。在低速的情况下，正弦波驱动提供低电磁噪声的静态工作环境，且在低速运行中具有较少的转矩涟波。利用正弦波驱动的操作方法更为平顺，并能产生较少的震动。在高速的情况下，方波驱动因为在驱动模式中开关动作量较少，而能提供高效率的性能。

另一优点是，本实用新型可用于多数现有的无刷马达中，原因是本文所述的控制方法对无刷马达的结构并无特殊要求。只要有马达的旋转位置检测器，例如板上的霍尔传感器，任何种类的无刷马达均可根据本实用新型并藉由连接马达至外部马达控制器，而以动态PWM控制方法实现。

附图说明

本实用新型的上述和进一步的特征，随着以示例的方式与附图结合的较佳实施方式的描述，将变得更为显而易见；

图1为根据本实用新型一实施方式、可与无刷马达控制器一并使用的无刷马达的分解图。

图2为根据本实用新型一实施方式的无刷马达控制器，以及无刷马达控制器和无刷马达的连接示意图。

图3为根据本实用新型一实施方式的PWM控制讯号改变方法的流程图。

图4为根据本实用新型另一实施方式的PWM控制讯号改变方法的流程图。

图5为示出了根据本实用新型一实施方式、在时域中伴随霍尔传感器的输出讯号，方波驱动至正弦波驱动的转变。

图6为示出了根据本实用新型一实施方式、在时域中伴随霍尔传感器的输出讯号，正弦波驱动至方波驱动的转变。

附图标记说明：

第一端盖20，轴套22、30，马达风扇24，定子组件26，电路板28，第二端盖32，轴座34，转子组件36，马达转轴37，无刷马达38，转子核心39，桥式整流电路40，开关电源供应器42，微控制器44，过零检测模块46，金属氧化物半导体场效应晶体管驱动器48，金属氧化物半导体场效应晶体管49，内部存储器50，霍尔传感器板52，步骤54、56、58、60、62、64、66、70、72、74、76、78、80、82、84、86、88、90、92、94。

具体实施方式

在权利要求和本实用新型前面的描述中，除了上下文需要之外(不论是因为语言的表述或必要的暗示)，文字“包含”或其他变形如“包括”用在广泛的含义上，即用于指明说明书具有所述特征，而并不排除各种实施方式中具有或添加其他进一步的特征。

除非另有说明，本文与权利要求书中所使用的“耦接”或“连接”代表电性耦接，或直接或间接地经由一个或多个电气手段连接。

参考图1所示之无刷马达38的结构。根据本实用新型的实施方式，无刷马达38可连接至无刷马达控制器(未绘示)。无刷马达38包含第一端盖20、马达风扇24、转子组件36、定子组件26以及第二端盖32；当组装的时候，以上全部均沿着马达38的中间轴对准。转子组件36包含转子核心39，转子核心39配置有永久磁铁(未绘示)以及马达转轴37，且转子核心39固定安装在马达转轴37上。轴套30、22分别配置在第二端盖32以及第一端盖20上，可旋转地支撑马达转轴37。轴座34配置在长度位置上以限制转轴37。还有电路板28安装至第二端盖32或定子组件26。在电路板28上，配置有一个或多个霍尔传感器(未绘示)，以提供监控转子组件36的位置的功能。定子组件26包含的多个绕组(未绘示)，置于定子叠片齿上。绕组适于在外部的马达控制器，使得马达控制器传送至绕组的电流可驱动马达38旋转。

本领域公知常识者应了解的是，上述为无刷马达的一种通常配置，且还可具有其他不同的无刷马达设计。因此，本实用新型的应用并不限定于特定形式或者是具有任何特定内部结构的无刷马达。反之，任何形式的无刷马达只要配置有必要的旋转位置检测器(如上所述的霍尔效应传感器)，则本实用新型所述的马达控制器可连接且驱动之，以达成本实用新型的技术功效。

现参考图2，即根据本实用新型一实施方式所示之无刷马达控制器的组件。如公知常识者所了解的，适于将输入的交流电压(如从主电源)转换为直流电压的马达控制器具有桥式整流电路40。桥式整流电路40的输出接着提供至开关电源供应器42，电源供应器42将输入的直流电源转换为不同的电压， 适于分别驱动微控制器44和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)驱动器48。微控制器44连接至多个MOSFET驱动器48，以提供控制讯号至这些MOSFET驱动器48。每个MOSFET驱动器48各连接至一组金属氧化物半导体场效应晶体管49以产生电流，用于供应电流至无刷马达38的三个相位绕组。MOSFET驱动器48和金属氧化物半导体场效应晶体管49共同地形成无刷马达控制器的多个马达驱动电路。MOSFET驱动器48用以提升微控制器44输出的控制讯号至马达电位供应水平，大于微控制器输出讯号多个量级。如图2所示，无刷马达控制器38为三相无刷马达，且可具有多于一个定子绕组(未绘示)对应于每个相位。因此，无刷马达具有三个MOSFET驱动器48，对应于三个相位之每一。此外，微控制器44适于连接至无刷马达38中的霍尔传感器板52，以接收指示出无刷马达38的转子位置的讯号。如图2所示，在霍尔传感器板52中具有三个霍尔传感器，各提供360度旋转范围中120度跨度的传感器读数。在霍尔传感器板52中的三个霍尔传感器，所输出的组合可由一个三位二进制数字的形式表示(例如101、001、100等等)，对应于360度旋转范围的六个等分扇区。

微控制器44可产生两个不同形式的控制讯号以驱动无刷马达38。具体而言，微控制器44可产生正弦波控制讯号以及方波控制讯号。本领域之公知常识者能了解的是，正弦波讯号与方波讯号为不同的讯号，因为它们具有不同的波形形状。正弦波讯号在波形中呈现出平滑的曲线形状，但方波在波形中具有锐角。微控制器44包含内部存储器50，以储存能产生所需正弦波控制讯号或方波控制讯号的参数。内部存储器50例如可储存多个查表，以判断出关于相位偏移与控制讯号工作周期的多个参数，更详尽描述如下。在微控制器44中还具有过零检测模块46，可由微控制器44中嵌入式硬件模块或纯软件模块实现。过零检测模块46用以检测霍尔传感器板52的霍尔传感器读数，以确定转子有否旋转至特定的角度位置。

现在转向上述的无刷马达控制装置操作，图3绘示本实用新型的无刷马达连接至无刷马达控制器可如何由PWM控制讯号二择其一驱动。更重要地，此处所述的马达控制方法允许马达驱动方法有动态变化，即当马达运行时，从正弦波驱动变化至方波驱动或反之亦然。马达于步骤54中起始操作，其中马达控制器接通电源并准备提供PWM控制信号。不论马达的理想速度为何，步骤56中的正弦波驱动用以启动马达从零旋转至理想速度，以确保顺利地启动流程并避免低速区域中的电磁噪声。

须注意的是，理想速度可由多种不同的方式输入至微控制器中。在一实施方式中，可具有硬件按键/按钮实施至家电应用中，当中可安装无刷马达以允许用户选择理想的速度水平，例如厨房抽油烟机或风扇所需的气流水平。理想速度的范围可从低速水平至高速水平。在低速水平，正弦波驱动用以提供低电磁噪声以及较小的马达震动。然而，在高速水平中，方波驱动用以提供更高的性能。

高速以及低速的定义在不同的无刷马达中并非固定且通用的。反之，对于各个特定的无刷马达而言，高速(适于方波驱动)的定义以及低速(适于正弦波驱动)的定义可为不同，因为受到特定无刷马达的物理结构以及电气特性影响。然而，通常临界值可针对特定的无刷马达而选择，使得如果马达运行于低于临界值的速度，便应使用正弦波驱动，但如果马达运行于高于临界值的速度，则应使用方波驱动。在一些情况中，于有限数目的速度水平下(如电动工具、厨房通风设备或桌扇)，一个或两个速度水平可配置成对应于低速水平，而其它速度水平可对应到高速水平。

一旦马达启动且运行于低速，于无刷马达控制器中的微控制器接着判断是否有需要将马达转变至高速运行，此需要可能自马达启动即已存在，例如使用者按压对应于高速水平的按键以启动家电，或此需要可能于无刷马达的后续操作期间藉由微控制器接收。在步骤58中，如果马达控制器检测到马达并不用转变至高速运行，则此方法会回到步骤56，且马达持续于低速运行。然而，可持续监控马达的理想速度，使得理想速度一旦处于高速，可立即改变马达操作。

在步骤58中，如果发现理想速度确是高速，且需要转变马达驱动方法，则此方法进入步骤60。在微处理器开始输出方波控制讯号之前，微处理器首先关闭一段短暂期间，马达驱动电路(如MOSFET驱动器和多个MOSFET)连接至微控制器。也就是说，在预定的短暂期间中，马达驱动电路停止供应电流至马达的定子绕组，并且因此马达可进行自由运转。在自由运转的期间，马达依然旋转，但只是基于其惯性。在同时间，无刷马达中的霍尔传感器持续监控无刷马达的转子位置，且会将转子的角度位置回授至微控制器。

一旦无刷马达的转子在自由运转期间达到特定的角度位置(在霍尔传感器输出时藉由在微控制器中的过零检测模块检测)，无刷马达控制器接着开始提供步骤62中的方波驱动。藉由只有在转子到达特定角度位置时输出方波控制讯号，控制讯号和马达的旋转因而同步，即可允许马达以最有效率的方式工作。也就是说，控制讯号变得与马达的旋转处于同相位。

方波控制讯号在输出至马达驱动电路之前，工作周期经已确定。对于不同的马达旋转速度，方波控制讯号的工作周期并不相同。为了因应理想速度而为方波讯号提供选出适当工作周期的功能，微控制器储存查表于其内存储器中。查表的项目包含工作周期值与马达旋转速度值的关联。对于特定的旋转速度或马达的速度范围，提供了工作周期的特定值。在输出方波控制讯号 之前，微控制器在表格中查找适当的工作周期，并继而调制PWM控制讯号，并将之输出至马达驱动电路。无刷马达接着可运行至理想的高速。

类似于步骤58，只要马达在高速运行，无刷马达控制器可以监控步骤66中理想速度的任何变化。在步骤66中，如果马达控制器检测到马达不须转换至以低速运行，则该方法回到步骤62且马达持续利用方波驱动高速运行。然而，持续监控马达的理想速度，使得一旦理想速度为低速，可立即改变马达操作。

在步骤66中，如果发现理想速度确是低速，且须要改变马达驱动方法，则此方法进入步骤64。在步骤64中，马达驱动电路还是暂时关闭，类似于步骤56的情况。一旦无刷马达的转子在自由运转的期间达到特定的角度位置(在霍尔传感器输出时藉由在微控制器中的过零检测模块检测)，无刷马达控制器开始提供步骤56中的正弦波驱动。类似于方波驱动的情况，在无刷马达控制器中的微控制器会查找正弦波讯号的工作周期的适当值。此处不同的是，对于正弦波讯号，工作周期是根据马达转子的相位而决定。微控制器的存储器中也储存有查表，储存了正弦波讯号三个相位的工作周期的值，對應于旋轉相位的值或範圍。马达旋转的相位由霍尔传感器的输出而决定。正弦波讯号在理想速度中的工作周期接着藉由电流相位与转子的下一个相位的平均值而决定，且接着在查表中，根据此平均值查找对应的工作周期。在决定适当的工作角度后，无刷马达可接着藉由正弦波驱动于理想的低速运行。上述马达驱动方式的转变可重复，使得马达操作期间可作出多次动态变化。

在如图4所示另一个实施方式中，绘示的是无刷马达控制方法的变形。以下叙述将只强调图4的方法相较于图3的不同处。为了简便起见，对于方法步骤中的叙述，将省略相同或相似的用语的定义。图4的方法起始于步骤 70，其中马达控制器接通电源并准备提供PWM控制信号。用于步骤72中的正弦波驱动开始将马达从零至低速旋转，以确保顺利地启动流程且避免低速区域的电磁噪声。理想速度可在低速水平到高速水平的范围。在低速水平中，正弦波驱动用以提供低电磁噪声与较小的马达震动。然而，在高速水平中，方波驱动用以提供更高的性能。

在此例示性实施方式中，可藉由使用者按压电器的五个硬件按键的其中之一而输入理想速度至无刷马达控制器中。各个硬件按键对应于一个速度水平，且多个按键配置成在任何时间只有一个按键可以被按压而其它按键会被重置。五个按键将具有相关的五种速度水平，且水平1-3对应为低速水平，水平4-5对应为高速水平。优选地，使用者应使用低速水平1-3的其中之一个启动家电的操作。

当在步骤72之后，马达启动且运行至多个低速水平的其中之一时，无刷马达控制器中的微控制器会检测使用者的输入，不论使用者藉由按压步骤74中对应的按键选择水平4或5。在步骤74中，如果马达控制器检测马达无须改变至高速运行，则该方法回到步骤94，即马达利用正弦波驱动运行于恒定的低速中。然而，将持续监控马达的理想速度，使得一旦理想速度为高速，可立即改变马达操作。然而，在步骤74中，如果发现理想速度确为高速，且须要改变马达驱动方法，则该方法回到步骤76。在步骤76中，马达驱动电路暂时地关闭，类似于图3所述的方法。只有当马达到达特定的角度位置时，才输出方波控制讯号以开始再次驱动马达，使得控制讯号与马达的旋转同步。也就是说，控制讯号变得与马达的旋转处于同相位。

在停止电流供应至马达的暂时期间结束后，且马达开始藉由方波控制讯号驱动后，马达控制器进行额外的步骤78以将过量角度增加至马达控制讯 号。过量角度基本上为马达控制讯号的相位偏移。而藉由将控制讯号的相位移动至预定的量，可令控制讯号与霍尔传感器的输出具有特定相位差。当霍尔传感器输出反映出无刷马达的转子的即时角度位置，控制讯号可继而与马达的旋转具有相位差。过量角度的应用可改善无刷马达的性能。类似于上述的工作周期，过量角度的值可储存在微控制器的内存储器的查表中。对于旋转速度的值或马达速度值的范围，查表中储存有特定的过量角度。微控制器根据即时旋转速度查找此表格，以找到所需的过量角度，并将过量角度套用至控制讯号中。以下的表格1为储存过量角度的查表的示例。可以看到在0～2100每分钟转速(rpm)，表格中具有五个过量角度值，各个对应到一个旋转速度的范围。

RPM	＜550	550-750	750-1250	1250-1530	1530-2100
						过量角度	5	10	30	35	50

表格一

过量角度套用至方波控制讯号之后，马达接着运行于恒定的速度，即步骤80中的理想速度。无刷马达控制器中的微控制器持续地侦测使用者的输入，不论使用者藉由按压步骤82中的对应按键选择水平1、2或3。在步骤82中，如果马达控制器侦测到马达无须改变至以低速运行，则方法进行至步骤80，即马达利用方波驱动运行于恒定的速度。然而，将持续监控马达的理想速度，使得一旦理想速度为高速，可立即改变马达操作。在步骤82中，如果发现理想速度确为低速，且须要改变马达驱动方法，则该方法进行步骤84。

在此实施方式中，控制讯号从方波驱动改变至正弦波驱动并继而从高速降低马达速度至低速之前，无刷马达控制器进行额外的步骤84，以先利用先 前的驱动方式(即方波)降低马达的速度。这是优选的，因为如果马达仍然运行于高速时，驱动方法立即转变为正弦波驱动，则马达的消耗功率会因为正弦波驱动而剧烈地增加，并产生大量的热。功率消耗与热的产生对马达结构产生风险。因此，在转换至正弦波驱动之前，优选地先减少速度，使得当正弦波控制讯号套用至相对低水平的速度时(亦称为正弦波驱动的安全值)，不会对马达的硬件产生问题。在一例示中，旋转速度的安全值为1300rpm。

在步骤84之后，无刷马达控制器接着暂时地关闭电流供应至步骤88中的无刷马达，直到马达的转子到达特定的角度位置，使得当正弦波控制讯号的输出开始时，将与马达的旋转同步。之后，微控制器侦测霍尔传感器的传感器输出，以决定是否为施加过量角度至控制讯号中的时机。在步骤90中，如果判定霍尔传感器的读数没有改变，代表转子没有达到理想位置，则微控制器使用传感器输出的平均值以输出正弦波讯号。然而，如果步骤90中判定霍尔传感器的读数有改变，代表转子已经达到预定的位置，则微处理器施加过量角度至马达控制讯号。在此例示性实施方式中，过量角度在水平1-3中固定为40°。施加过量角度之后，马达接着于步骤94中运行于恒定的低速中(水平1-3的其中之一)。马达驱动方式的上述转变可重复，使得马达操作期间可作出多次动态变化。

图5和图6基于根据本实用新型所示的马达控制方案的多个例示，分别绘示马达驱动方法从梯形波驱动(即为方波驱动)转变至正弦波驱动，反之亦然。在图5中，可看到初始的梯形波讯号(即方波讯号)输出，其中三个相位控制讯号U、V与W大致上分别与霍尔传感器输出的霍尔A、霍尔B与霍尔C同相位。在改变控制讯号至正弦波讯号之前，包含MOSFET的马达驱动电路暂时关闭。在马达控制器开始利用正弦波讯号驱动马达之前，先如上 所述计算正弦波讯号的工作周期。理想工作周期的正弦波讯号接着输出以驱动马达。从图5还可看到的是，梯形波和正弦波的振幅大致相同。

在图6中，可以看到初始的正弦波讯号输出，其中三个相位控制讯号U、V与W大致上分别与霍尔传感器输出的霍尔A、霍尔B与霍尔C同相位。在改变控制讯号为梯形波讯号之前，包含MOSFET的马达驱动电路暂时关闭。在马达控制器利用梯形波讯号启动以驱动马达之前，藉由利用上述的查表决定正弦波讯号的工作周期。接着输出理想工作周期的梯形波讯号以驱动马达。在梯形波讯号输出一个周期之后，藉由先前所述的过量角度调整讯号的相位，以改善马达的性能。还可从图6看到的是，梯形波和正弦波的振幅大致相同。

以下的表格2和3示出无刷电动机的噪声的测量数据和功率消耗，该无刷电动机与根据本实用新型所作的无刷马达控制器连接。这些数据分别用正弦波驱动和方波驱动代表。可看到的是，对于任何给予的旋转速度而言，在图2所示的正弦波的马达功率消耗少于图3所示的正弦波驱动。当转速高时，功率消耗的差异更大，例如在1530rpm的速度，功率消耗为32瓦(W)，相较于550rpm的速度时的功率消耗的差异只有6.3瓦。在另一方面，相较于方波驱动，正弦波驱动的马达噪声明显较小。本实用新型利用到马达控制方法的动态变化，因此可利用正弦波驱动以及方波驱动的优点并克服两者分别的缺点。

方波：

表格2

正弦波

RPM	550	750	1250	1530
					功率(W)	15.6	18.7	45.1	96.5
分贝(dB)	37	40	46	55

表格3

本实用新型的例示性实施方式已全面地描述。尽管有描述到提到的特定实施方式，但本领域技术人员清楚知道，本实用新型可以由这些具体细节变化而实施。因此本实用新型不应被解释为限于此处所阐述的实施方式。

本实用新型已由图式与前述说明详细绘示与叙述，且同样为说明性而非限制性的，应了解到只有例示性实施方式有所说明与绘示，而不用以在任何方面局限本实用新型的范围。可以理解的是，此处所描述的任何特征可使用于任何实施方式中。说明性的实施方式并不各自或者与本文未引述的其它实施方式相排斥。因此，本实用新型还提供一个或多个上述实施例所组合而成的实施方式。在不脱离本实用新型的精神和范围内，此处所阐述的实用新型当可作修改和更动，因此只有所付的权利要求可施加限制。

例如，上述实施方式所述的正弦波控制讯号和方波控制讯号，作为两个备选的控制讯号用以在不同的速度区域中控制相同的无刷马达。然而，本领域的公知常识者应理解到，其它形式的PWM控制讯号亦可使用，且不局限于正弦波控制讯号和方波控制讯号。此外，并没有必要局限正弦波驱动在低速区域中使用，以及方波驱动在高速区域中使用。相反地，如果对特定类型 的无刷马达更为合适的话，正弦波驱动反而亦可用于高速操作中，而方波驱动亦可用于低速操作中。

虽然上述图式中没有绘示，但只要控制讯号的类型没有改变(例如从正弦波驱动到方波驱动或反之)以改变马达速度，则可由改变控制讯号而调整速度，此已由本领域的公知常识者所知。

此外，虽然上述实施方式描述控制讯号是基于临界值的速度而改变的，本领域的公知常识者应了解到此并非是完全必然的。也有可能根据使用者的偏好，利用本实用新型所述的控制方法的数值，在任何速度水平中改变控制讯号的类型。

Claims (15)

1.一种无刷马达控制器，包含：

(a)适于连接至外部无刷马达的一个或多个转子位置检测器的微控制器；以及

(b)适于连接至所述外部无刷马达的多个绕组的多个马达驱动电路；所述微控制器连接至所述多个马达驱动电路；

其特征在于，所述微控制器适于根据所述外部无刷马达的理想速度，输出第一马达控制讯号以及第二马达控制讯号的其中之一者至所述多个马达驱动电路，以驱动所述外部无刷马达；所述第一马达控制讯号以及所述第二马达控制讯号具有不同的波形形状。

2.根据权利要求1所述的无刷马达控制器，其特征在于，当所述外部无刷马达的转速低于临界值，所述微控制器配置成输出所述第一马达控制讯号；当所述外部无刷马达的转速高于所述临界值，所述微控制器配置成输出所述第二马达控制讯号。

3.根据权利要求2所述的无刷马达控制器，其特征在于，当所述微控制器将要从输出所述第一马达控制讯号转变至输出所述第二马达控制讯号或从输出所述第二马达控制讯号转变至输出所述第一马达控制讯号时，所述微控制器将在一段预定时间周期中控制所述多个马达驱动电路停止供应电流至所述外部无刷马达的所述多个绕组。

4.根据权利要求3所述的无刷马达控制器，其特征在于，所选择的所述预定时间周期使得在所述转变之后，所述第一马达控制讯号或所述第二马达控制讯号变得与所述外部无刷马达的旋转同步。

5.根据权利要求4所述的无刷马达控制器，其特征在于，所述第一马达控制讯号或所述第二马达控制讯号与所述外部无刷马达的所述旋转的所述同步包含将所述第一马达控制讯号或所述第二马达控制讯号配置成与所述转子位置检测器的输出讯号处于同相位中。

6.根据权利要求3所述的无刷马达控制器，其特征在于，所述微控制器还包含存储器，所述存储器储存包含第一查表的数据；在所述转变之后，所述微控制器还会根据所述第一查表，判断所述第一马达控制讯号或所述第二马达控制讯号的工作周期。

7.根据权利要求6所述的无刷马达控制器，其特征在于，在所述第一查表中，所述工作周期的每个值对应于所述外部无刷马达的所述转速的值。

8.根据权利要求2所述的无刷马达控制器，其特征在于，在所述微控制器从输出所述第一马达控制讯号转变至输出所述第二马达控制讯号或从输出所述第二马达控制讯号转变至输出所述第一马达控制讯号之前或之后，所述微控制器将施加相位偏移至所述第一马达控制讯号或所述第二马达控制讯号。

9.根据权利要求8所述的无刷马达控制器，其特征在于，所述微控制器更包含存储器以储存包含第二查表的数据；所述相位偏移通过所述微控制器从所述第二查表判断。

10.根据权利要求9所述的无刷马达控制器，其特征在于，在所 述第二查表中，所述相位偏移的每个值对应于所述外部无刷马达的所述转速的值。

11.根据权利要求3所述的无刷马达控制器，其特征在于，当所述微控制器将要从输出所述第二马达控制讯号转变为输出所述第一马达控制讯号，且所述多个马达驱动电路停止供应所述电流至所述多个绕组之前，所述微控制器将控制所述多个马达驱动电路，以减少所述马达的所述转速至所述第一马达控制讯号的安全值。

12.根据任一项前述权利要求的无刷马达控制器，其特征在于，所述第一马达控制讯号为正弦波讯号，且所述第二马达控制讯号为方波讯号。

13.根据权利要求12所述的无刷马达控制器，其特征在于，所述正弦波讯号和所述方波讯号具有相同的振幅。

14.根据权利要求1-11中任一项所述的无刷马达控制器，其特征在于，所述理想速度藉由连接至所述无刷马达控制器的使用者输入装置提供至所述微控制器。

15.根据权利要求1-11中任一项所述的无刷马达控制器，其特征在于，所述多个转子位置检测器为霍尔效应传感器。