TW200405646A - Method, apparatus, and system for drive control, power conversion, and start-up control in an SRM or PMBDCM drive system - Google Patents

Description

200405646

【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種於交換磁阻抗機械或永久磁鐵無刷 直流馬達驅動系統之驅動控制方法、裝置及系統、電力轉 換及啟動控制。 【先前技術】 9可變速馬達驅動對於家電產品之效能提升而言，更特別 疋對於能夠符合現存與所提議的聯邦效能標準（f e d e r a 1 efficiency reqUirements)之家電產品而言，係逐漸扮 演一重要之角色。於此類的馬達驅動中，成本之降低係為 重要的。而成本之降低係可從一個或多個子系統，即馬 達、電力轉換器與控制器上著手。於所有現存的馬達霞動 系統中’父換磁阻機械（s w i t c h e d r e 1 u c t a n c e … mac^lnes; SRMs)係於其子系統上提供了成本降低之最大 可邊性’而電力轉換器係為成本可被大幅降低之主要子系 統。下文將簡單說明一雙相交換磁阻機械（tw〇 —phase SRM )之習知電力轉換器的相關電路結構。 4第1圖係顯示了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的 習知非對稱式電力轉換器。電力轉換器1〇〇係具有兩個可 控，以及兩個不可控制功率元件用於該雙相交換磁阻機械 之母相位線圈1 〇 1、1 〇 2上。因此，四個可控制功率元件 1 03- 1 0 6與四個不可控制功率元件1〇7_11〇對於電力轉換器 100之運作而言係為必須的。該電力轉換器100之主要優點 在於其施加完整的正與負直流電連結電壓（1 i n k voltage )之能力係提供了完整的可控制性，亦因此而不

第5頁 *7 u ί.； 200405646 五、發明說明（2) 會縮減或限制該交換磁阻機械之任何操作模式。此電力轉 換器電路結構之缺點係在於其使用了八個功率元件。對於 該電力轉換器1 〇 〇之電路操作的更細部說明係可在R · Krishnan著作並由crc Press出版社於2001年六月出版 之父換磁阻馬達驅動（Switched Reiuctance Drives )'’ 一書中找到。 第圖係5兒明了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的 習知每相位單交換式（single switch —per —電力

轉換is °電力轉換器2 〇 〇之電路結構基礎係將一直流輸入 電壓源20 1平均地分配至該機械侧之電力轉換器。此種電 路安排方式係使得每一相位線圈2〇2、203係需要一可，制 與一不可控制功率元件。因此，整體而言，該電力轉換.器 20 0係需要兩個可控制功率元件2 〇4、2〇5以及兩個不可控 制功率元件2 0 6、2 0 7用於一雙相交換磁阻機械上。此電路 設計主要優點係在於其比起非對稱式電力轉換器而言，係 使用了較少數量之功率元件（如：總數為四個）。而此電 路之缺點係在於其係減少了一半的可用直流電壓源，使得 需要用在該等元件與該機械之電流額定值變為兩倍，因而 造成了較，的機械操作效率。此電路之完整說明亦可在r· Krishnan著作並由CRC press出版社於2〇〇1年六月出版 之父換磁阻馬達驅動（Switched Reiuctance Drives ) ” 一書中找到。 第3圖係忒明了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的 省去C轉儲式（c — Dump )電力轉換器。電力轉換器3〇〇之電

200405646 五、發明說明（3) 路係使用了三個可控制功率元件 二極體304-3 0 6，因此她丘使用 三個不可控制 路型態係為介於第1圖與Μ圖所述電^力之率—元件。此種電 而因為此種電路係僅於正向 中間型電路。 30 9至機械線圈3 07、308 ' 整的直流電壓源 電阻（未顯示），用以消除掉儲存於c轉儲’感為310或 能量。該外部電感器31〇之 存於c 2電容川内之 電阻（未顯不）之使用亦會由於溫度增加 曰而該力羊 一較低的系統效率及較高的組f +考$， 致 用於一雔h i j平乂门扪、、且裝體積。因此，將此電路使 用於又相父換磁阻機械上，並非是一理想的

KrishnanA\,C^

Press出版社於2 ooi年六月出版之，，交換磁阻馬達驅動 (Switched Reluctance Motor Drives)” 一書以及於西 元一九八七年八月四日頒給Mi 1丨er等人的美國專利第 4, 684，867號中找到。

第4圖係說明了用以驅動一雙相交換磁阻機械之相關的 習知每相位單交換式（single switch-per-phase)電力 轉換器。電力轉換器4 0 0於每一相位線圈4 0 5、4 0 6上係分 別需要一個不可控制功率元件4 0 1、4 0 2及一個可控制功率 元件4 0 3、4 0 4，因此，此電路係需要四個功率元件運作。 再者，於該機械上，該電力轉換器4 0 0係需要一個特別線 圈，如習知的雙線線圈（b i f i 1 a r w i n d i n g )。該特別線 圈的使用係增加了該機械線圈之銅用量，因而造成了該機

00727.ptd 第7頁 200405646 五、發明說明（4) 械於成本上的增加。另外，由於該各別相位之線圈間的漏 電感 （leakage inductance )，使該功率元件403、404係 受較高的電壓壓力（voltage stress)。對於一實際的機 械而言，該漏電感係可被減少，但並不能被消除。^此， 儘管一完整的直流電壓源4 0 7能被施加於該機械上及具有 電流的完整可控制性’該轉換器電路係仍不被廣泛使用。 對於此電路操之更細部說明係可在R. Krishna/著作並由 CRC Press出版社於20 0 1年六月出版之,，交換磁阻馬達驅動 一(Switched Reluctance Motor Drives)，，一書以及於西 一 九五年—月十九曰頒給M iller等人的美國專利第 4, 500, 824號中找到。 、1¾寻扪^ 轉：== =率元件之總數量而言，所有其它的電力 轉之電路結構係皆會歸屬於上述之類型中。由上所 述’可瞭解到，最少需要有四個 關的習知雙相交換磁阻機械 ：：件用以；作-相 交換磁阻機械之工紫用3 T，而& ，用以驅動一雙相 的可栌制n ^ ^電力轉換态係通常會具有兩個以上 的』徑制開關以及兩個 上 關與兩個二極體之且。僅需兩個可控制開 點，且一雙唆堍園古A 有同率損耗、低效能之缺 此’當需考量到高效垄：降低該機械之功率密度。因 小的轉換器外j，f番Ϊ 完整的速度控制範圍以及更 的方式係不二 4Ϊ::是需考量到系統成本時’現存 發展一電力鐘拖抑 可控制與不可控制：率；其功率元件（包含 件）之數1減少至與一單象限斷

200405646 五、發明說明（5) 波驅動（single-quadrant chopper drive)之功率元件 數篁一致’使其被廣泛用於一直流馬達驅動或一通用馬達 驅動中。這些驅動之說明係可在R· Kri shnan著作並由CRC Press出版社於2〇01年六月出版之，，交換磁阻馬達驅動 (Switched Reluctance Motor* Drives ) ” 一書中找到。

當功率元件之數量被減少至如此之數量時，使得一種無刷 式父換磁阻機械係成為可變速應用上之商業上的競爭者。 再者，因為於該交換磁阻機械中並無電刷與換向器 (commutator )，所以該無刷交換磁阻機械係具有高效率 之明顯優點。又，該無刷交換磁阻機械係比直&馬達驅動 更另具高速的可操作性、高穩定性、免維修操作、較无之 複載能力以及成本效益。 … 在此引用的所有資料係藉此併入本發明揭示内容作為參 考。 · > 【發明内容】 一電力轉換器的成本係由其三個部件所決定··（ 1 ) 交流/直流整流器；（2 ) —直流連結濾波器，其係 整流電壓更加平順（smooth);以及（3) 一機械側 (machine-side)電力轉換器，其係用以供應電壓/ 源至該機械之線圈上。該交流/直流整流琴盥 电* 波器等元件一般係被使用於大部分的交換磁阻機愿 轉換器系統以及其它可變速馬達驅動系統中。 之電力 本發明之重點係為該機械側邊電力轉換器以及复、 降低。該成本之降低係藉由減少該電力韓旅哭l 一成本之 评狹态上的功率元

200405646 五、發明說明（6) 件數量而達成 體、金氧半場 (IGBT )等） 功率元件之數 給、散熱片以 件之減少係皆 降低該機械側 開關電力轉換 SSPC )電路結 本發明係藉 (如： 換二極 的習知 數量皆 係必然 因此 之缺點 本發 件的數 本發 本發 之電力 本發 本發 一快速 體與一 電力轉 被減少 會比其 ，本發 及問題 明之次 量。 明之另 明之再 轉換器 明之再 明之再 功率疋件係分為可控制元件（如功率電晶 效電晶體（M0SFET)、絕緣柵雙極電晶體 =及不了控制元件（如二極體）。藉由減少 ^於疋可減少開關驅動電路、開關電力供 f7刷電路板上之使用空間。上述的每一元 :達到降低該電力轉換器成本之目的。為了 μ電力轉換器之成本，本發明係揭示了一單 (single switch power converter I 構’而其係以多種不同實施例於下做說明。 由使用具有一個可控制開關及一個二極體 切換二極體）或兩個二極體（如：一快逭切 慢，切換二極體）之電路結構，克服了相，關 換杰之缺點。而由於可控制開關與二極體之 至一個，使該電力轉換器之元件與組裝成本 它可獲得的電路結構更為降低。 明之一目的係克服了相關的習知元件所遇到 〇 一目的係減少了用於一電力轉換器之功率元 一目的係提供了一高效率的電力轉換器。 一目的係提供了 一具有完整的速度控制範圍 〇 一目的係縮小了 一電力轉換器之組裝尺寸。 一目的係降低了 一無刷（交換磁阻與永久磁

00727. ptd 第10頁 76S 200405646 五、發明說明（7) 鐵無刷）馬達驅動之整體成本。 本發明之再 換磁阻與永久 本發明之目 鐵無刷直流馬達之一控制 分電路，用以 二相位線圈共 係可打開與關閉一第 目的係提供了 磁鐵無刷） 的係可藉由 馬達之 用於一 形成複數個 同作用。該 包含了該第一相位線圈 器而達 傳導電 控制器 導電路 並藉由 路，以調整該馬達之第一與第二 開關之控制係 給，而提供了 式。 本發明之目 阻馬達系統或 無刷直流馬達係具有一第 藉由調整該第一與 該馬達之四象限（ 種啟動與操作一 方法。 交換磁阻馬達或 成，其具有第一 路而與該馬達之 亦包含了 一開關 ，其中該第一傳 打開與關閉該第 相位線圈的能量 第二相位線圈之 four-quadrant ) 無刷（交 一永久磁 與第二部 第一和第 ，該開關 導電路係 一傳導電 供給。該 能量， 操作模' 的係另可藉 永久磁鐵無 馬達系統之一 而該第一傳導 與關閉該第一 線圈的能量供 相位線圈之能 quadrant )操 本發明之目 方法而達成， 開關係可用 電路係包含 傳導電路， 給。該開關 量供給，而 作模式。 的係另可藉 該方法包含 由一具有無刷直流馬達的交換磁 刷直流馬達系統而達成，其中該 一與第二相位線圈。該無刷直流 以打開或關閉一第一傳導電路， 了該第一相位線圈，並藉由打開 以調整該馬達之第一與第二相位 之控制更藉由調整該第一與第二 提供了該馬達之四象限（four- 由一控制多相位無刷直流馬達之 下列步驟：（a )藉由一第一電

00727. ptd 第11頁 200405646 五、發明說明（8) 流供給能量給該馬達之一主要線圈；（b )停止該主要線 圈之能量供給；（c )確定該馬達之轉子是否轉動；以及 (d )藉由不同於該第一電流之一預定電流量供給能量給 至該主要線圈。

本發明之目的係另可藉由一啟動多相位無刷直流馬達之 方法而達成，該方法包含：破定該馬達之一轉子電極是否 大致與該馬達之一定子電極對齊；若確定該馬達之轉子電 極並未大致與該定子電極對齊，則供給能量給該馬達之一 線圈，以啟動該馬達之旋轉；若確定該馬達之轉子電極係 大致與該定子電極對齊，則執行下列步驟（a )至（c )。 步驟（a )包含了利用一第一電流而供給能量給該線圈一。 步驟（b )係為中斷該線圈之能量供給。步驟（c )係為褚 定該轉子是否旋轉。 本發 位無刷 開關， 一感測 之讀數 讀數輸 而確定 利用一 之~，控 制方式 以及關 明之目的係 直流馬達的 用以提供電 器係檢測該 (indicati 出。該啟動 提供給該馬 第二訊號將 制器係根據 係為打開該 閉該可控制 另可藉由用於具有 一啟動控制器而達 馬達之一線 換器提供給 一電力轉換器 成，其具有一 流給該 電力轉 on )， 控制器 達線圈 該測定 該第二 可控制 開關以 之多相 可控制 制器之 電流量 並利用一第 之一測定裝 之電流量是 結果之讀數 訊號而控制 開關以提供 停止提供電 圈。該啟動控 該馬達線圈的 一訊號將該電流量之 置係藉由該第一訊號 否超過一額定值，並

輸出。該啟動 該可控制開關 電流至該馬達 流至該馬達線 控制器 ，其控 線圈， 圈。

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【實施方式】 第5 ( a )，係七明了根據本發明之用以驅動雙相交換磁阻 機械之|開關電力控制器，目中係以一電力轉換器5⑽ 之形式表示。該交換磁阻機械之一線圈係稱為一主要或相 位A線圈50j，而另一線圈係稱為一辅助或相位b線圈5〇5。 然而’該父換磁阻機械之相位線圈5 〇 5、5 〇 8係可分離於該 電力轉換器，亦可成為該馬達之一部份而並不一定要成為 該電力轉換器之一部份，但在此該線圈5 0 5、5 0 8係以電力 轉換電路作說明’以能夠更簡化地藉由該電力轉換器5 〇 〇 闡述其作用及功能。因此，該線圈5 〇 5、5 〇 8將會被圖示說 明於下述電力轉換器之每一實施例中。 — 當電力轉換器5 0 0藉由一交流電壓5〇1之施加而動作時>， 一直流源510將會分別藉由一二極體5〇2與一直流電容5〇3 之整流與濾波而產生。當該直流源5丨〇產生時，電流即開 始流經平行於該電容5 〇 3之電子路徑。這些平行路徑係為 (1 )輔助相位B線圈5 0 5與一辅助電容5 〇 6 (假設一選擇性 的二極體504不被包含於該電路中），以及（2)主要相位 A線圈508、二極體507與該輔助電容506。流經這些平行路 徑的電流係對該輔助電容50 6充電，且儲存於該輔助電容 5 0 6之能量係產生了 一電流於該輔助相位b線圈5 〇 5與該直 流電容50 3。 由於該電流流經該辅助相位B線圈5〇 5，因此一正或負的 扭矩將會依據該交換磁阻機械的轉子電極相對於該輔助相 位B線圈505定子電極之位置而產生於該交換磁阻機械中。

200405646 五、發明說明（ίο) 若該轉子電極係朝向該定子電極前進時，則電感斜率係為 正的’若該轉子電極係背向該定子電極離開時，則電感斜 率係為負的。若有一負的電感斜率，則扭矩的產生將會是 負向，且該機械將會產生並傳送能量至該電容5〇3。若該 電感斜率為正的，則該輔助相位B線圈5〇5將會產生正的或 運轉的（motoring)扭矩，其係為該交換磁阻機械所輸出 的扭矩。 當該輔助相位B線圈5 0 5上之電流固定且持續地流動時， 該輔助相位B線圈5 0 5所產生的平均扭矩係為零。然而，流 經該輔助線圈5 0 5之電流將不會保持固定。經過一傳導期 間後，於該輔助線圈5 0 5上之電流係變為不連續的，此^青 形係會當橫跨於該辅助電容50 6與該直流電容5 0 3上之電@壓 相等時而發生。之後，必須提供另一方式對該輔助電容 5 0 6充電。而一電晶體開關5 〇 9係提供了此另一方式。 該電晶體開關5 0 9係被打開（〇 N )，以提供電力給該主 要線圈5 0 8。當該電晶體開關5 〇 9打開時，一電流路徑係經 由該直流源5 1 0、該主要線圈5 0 8以及該電晶體開關5 〇 9而 產生。於該電晶體開關5 〇 9為打開狀態時，該主要線圈$ 〇 8 係操作於其能量化模式。而當該電晶體開關5 〇 9關閉 (OFF )時，其係用以調整流經該主要線圈5〇8之電流，或 用以完全停止該電流之流動。 由於該主要線圈5 08的感應性質，因此當該電晶體開關 5 0 9關閉時，提供給電流一流出該主要線圈5 〇 8之路徑係為 重要的。而此路徑係藉由該二極體5〇7、該輔助電容5〇6、

200405646 五、發明說明（11) 該直流電容5 0 3以；？ # 1 Γ 及该主要線圈508本身所提供。士山姑士 要線圈5 0 8之電流係合# /瓜出該主 ,^ ^ 係會對該辅助電容5 0 6充電，且士雪泣旅 為该父換磁阻機械遥冼# 且此電/爪係 方式。 械械運作時，對該輔助電容506充電的主要 以輔助電谷5 0 6與該辅助線圈5 0 5之能量流俜掘^ t 要線圈5。8之能量流，目此，其豆責 '獨立=亥主 Μ 、 阻機械之速度增加，該電晶H Pi y 5 〇 9 之可控制的責任週期係會增加…係增加了 J=9 Φ 該=要線圈508之持續時間。因此，對該輔助電容5心較 i ίί:ίϊϋ較ί的電力被提供至該輔助線圈505 呆乍八有一尚責任週期之電晶體開關5 0 9時，兮一^ 換磁阻機械之動作伤‘ π 〇〇 . y _ ^ ^ x 飛硕4動作係如同一早相位交換磁阻機械般，且 辅助線圈5 0 5係被當成一窗口 ，以藉由苴雷， + M精田兵冤玖而找出該機 械轉子之位置。該輔助線圈5 0 5之電感係 壓波形或藉由一些其它習知技術而獲得。”電-與電 §該電晶體開關5 0 9關閉時，該輔助線圈5 〇 5係會將由哕 主要線圈508所接收的能量傳送給該直流電容5〇3。於低 二下操作時，該電晶體開關5〇9之責任週期係為低的，以及、 該輔助線圈5 0 5與該主要線圈508係為主動的，並產生了 =。因此，該交換磁阻機械係作為一雙相交換磁阻機械。 其係類似於一電容式啟動（capacit〇r —star〇與電容式 運轉（capacitor-run)的單相位感應馬達一樣。應瞭^ 到，如此之一單相位感應馬達係具有兩個相位線圈〜/、 於下文中，將會說明利用電力轉換器5〇〇啟動與運轉該

00727. ptd 第15頁 200405646 五、發明說明（12) 雙相交換磁阻機械5 0 0時會出現的各種狀況，以及一種可 忽略該等狀況而能夠使該雙相交換磁阻機械驅動系統之啟 動與運轉更加平順的控制方式。 該交換磁阻機械會出現的一狀況係為其轉子電極可能面 朝該疋子電極而相互對齊。於此狀況中，若將該電晶體 5 0 9關閉時’則會造成電流流經該主要線圈5〇8，並轉向該 二極體5 0 7、該辅助電容5〇6以及該直流電容5〇3。該轉向 電流流經該輔助電容5 〇 6時係會對其充電。當橫跨於該輔 助電容5 0 6之電壓高過該直流源5丨〇之電壓時，則該 圈=5將會開始傳導一電流。此時，藉由該輔助線圈5〇5所 傳導之電流係會部分成為該輔助電容5 0 6之儲存能量，一而 郤=係έ由σ亥主要線圈5 〇 8所接收。流經該輔助線圈5 /之 電μ將會產生一拉力，用以將該轉子電極拉向輔助定子電 極。由於該轉子電極係面朝該主要定子電極，因此 ::f助電谷50 6之能量施加於該輔助線圈50 5時，該能量 =不足以將該轉子電極拉向該定子電極 ；= ^況中，該機械係可能會由於無作用力產生而無法被^ 能增力:ί 之能量供給模式期間’該作用力係可 向該主要=電=電容50 6中之電荷。當該轉子電極朝 該主要缘圈50“寺，若打開該電晶體開關50 9，則除了 機械Ϊ 外，並無任何扭矩產生於該 定電流），則μ Λ圈電流到達一微量值時（如··等於額 ；，L 、 ？閉該電晶體開關50 9將會使該電容506能夠

200405646 五、發明說明（13) 藉由e亥主要線圈5〇8之電感而被大量充電。當該辅助電容 5 0 6被充電時，橫跨於其上的電壓係會_著增加（即如該 供應電壓同樣多），且一較高的電流係會流經該輔助線圈 5 0 5。流過該辅助線圈5 0 5之電流係會產生足夠的扭矩，以 將該轉子電極由該主要定子電極轉離，並進而轉向該辅助 定子電極。於此方式中’該轉子係開始運作，且該轉子電 極所在之位置並未與該主要電極相互對齊。當該電晶體開 關50 9接著打開時，該主要線圈5〇8之能^供給係產生足夠 的扭矩，以使該轉子係能夠持續運作。 … 一旦該機械啟動後，其規律的運作控制係可藉由該主要 線圈50 8之週期性或臨時性的能量化而達成'假設該辅％ 線圈505上之電流與其半轉子節距角一致，則藉由該輔助. 線圈50 5所產生的平均扭矩係為零。但實際上並不需此狀 況；該淨（net )扭力係可為正性、負性 移線圈5〇8之電流維持到需被完全關閉，而轉 移至該辅助電容5 〇 6之能量達到最小 50 9係可能藉由該輔助線圈5〇5 、則該電曰曰開關 中產生正性淨扭力而在;·轉子節距角 時（即被轉向時；c_utated)二之，流完全被關閉 收之能量係達到最大值，其導致了 =辅助電容506所接 助線圈50 5。g)而另一扭矩係被產f具者的電流通過該輔 圈5 08所產生之扭矩上，藉以增加：：加於該主要線 於上所述，該單開關控制的電力轉/換、、之平均扭^矩。 阻機械間之功能性配合係提供了 一方法^ 雙相父換磁 万法去啟動停滯狀態的

00T27. ptd 第17頁 200405646 五、發明說明（14)

交換磁阻機械 之相對的排列 第5 ( b)圖係 直流馬達之轉 磁鐵無刷直流 圈 551 及5 52。 傳導電路，以 5 5 2共同作用< 553及554 ，且 括了該第一相 與第二相位線 象限操作。 ，且此種方法之達 位置。此種控制技 說明了用於一交換 換器550的方塊圖、 馬達（未顯示）係 第一與第二部分電 各別與該馬達之第 一開關5 5 5係連接 係用以打開或關閉 位線圈的第一傳導 圈55 1及55 2之能量 術係說明如下。 ^

磁阻機械或永久磁鐵無力 ‘ 5亥父換磁阻機械或永久 各具有第1帛二相位禽 :及554係形成了複4 ”第二相位線圈5 5 1及 至該第一與第二部分電卑 該複合傳導電路中之一 ^ 電路，以調整該馬達第一 化，以及提供該馬達之江 第6圖係說明了用以啟動一具有單開關控制電力轉換器 之雙相交換磁阻機械的一方法。第7(a)圖係說明了一用°以 達到第6圖所述方法的一系統。第8圖係說明了一具有主 及輔助線圈匝之雙相交換磁阻機械馬達的一轉子與一定 子，其中该主要及輔助線圈匝係位於其各自的定子電極 上。 °

現清參考第8圖，一雙相交換磁阻機械馬達8 〇 〇係具有— 轉子801與一定子8 03，該轉子8〇1具有兩凸極8〇2 /且該定 子803係具有四凸極8〇4、8〇5。該定子凸極8〇5具有辅助線 圈505圍繞於其上，而該定子凸極8〇4具有主要線圈5〇8圍 繞於其上。 現請參考第6圖及第7圖，該啟動程序之第一步驟係為確

00727. ptd 第18頁 200405646 五、發明說明（15) 一

定一交換磁阻機械7 01之轉子位置（6〇1)，該交換磁阻機 械701係包含第8圖所示之馬達80〇，且其係使用了 一檢測 器702。該轉子801之位置係由一感測器裝置或一無感測器 裝置之檢測裝置測定。若測定出該轉子電極8 〇 2與該主要 定子電極804 ( 6 0 2 )並未對齊，則一正常的操作程序係會 被執行（6 0 3 )。另外，若測定出該轉子電極8 〇 2對齊於該 主要定子電極80 4 ( 6 0 2 )，則一初始電流限制（（：111^1^111： limit)值係會由一參考裝置703所設定（6〇4)，且該電 力轉換器5 0 0之電晶體開關5 〇 9係會被一控制器7 0 4打開 (6 0 5 )。 當電晶體開關5 0 9每次被打開時，一計數器7 〇 5係會症該 控制器7 0 4接收一訊號。該計數器7 0 5係藉由該訊號而保轉 一計數值，而該計數值係用以確認該電晶體開關5 〇 9於該 啟動程序前被打開之次數。該計數值係提供至一乘法器 7 0 6，該乘法器7 0 6係用以將該計數值乘上一電流增值如 0 · 2 5。一加法器7 0 7係用以將該乘法器7 0 6所提供之乘積與 該參考裝置7 0 3所提供之初始電流限制做相加，並提供其 總和至另一加法器7 0 8。

一濾波器7 0 9係接收由該電力轉換器5 0 0提供至該主要線 圈5 0 8之一訊號、過濾該訊號以及提供該訊號至該加法器 7 〇 8。該加法器7 〇 8係將該由加法器7 0 7所接收之總和以及 該由濾波器7 0 9所接收過濾訊號之負值做相加，並提供其 總和至一比較器71 〇。依據該由加法器708所接收之總和 值，該比較器7 1 0係連續或間斷地確定該由加法器7 〇 8所接

00727. ptd 第19頁 200405646 五、發明說明（16) 收之總和值是否超出該電流限制值（6 〇 6 )。當由該加法 為7 0 8所接收之總和值超過該電流限制值時，該比較器7 1 〇 係會送出一訊號至該控制器7 〇 4，用以指示此狀態之發 生，且該控制器7 0 4係會關閉該電晶體開關5 0 9 ( 6 〇 7 )， 以回應該訊號。

之後，該控制器7 0 4係會在確定該交換磁阻機械7 〇 1之轉 子801是否轉動（609)前，等待一段時間（6〇8)如··介 於〇· 1與0. 2秒間。此一確定係依據該檢測器7〇2所接收到 有關轉子位置的訊號資訊而做出。若該轉子8 〇 1被確定轉 動（ 60 9 )，則該交換磁阻機械7 01之正常運作係會被執行 ( 6 0 3 )。否則，該計數器7〇5、該乘法器7〇6及該加法飞 707係會經由該控制器70 4之作用，以及藉由該電流增值… (6 1 〇 )而增加該電流限制值，且該控制器7 〇 4係會確定該 增加的電流限制值是否超過一停止限制值（6 u )。若超 過該停止限制值，則該啟動程序之執行將會停止 (612 )。否則，該啟動程序係會循環於上述之步驟6〇5與 步驟611間，直到該轉子8〇ι開始轉動為止，或由於一超過 的電流限制值成立而使該程序停止為止。

y旦該交換磁阻機械7 0 1被啟動後，其正常運作控制係 f含了兩部分，第一部份係當該轉子電極8〇2未與該主要 =子電極804對齊時，打開該電晶體開關5〇9，以及第二部 分係當該主要定子電極8 04與該轉子電極8〇2完全對齊時或 其對齊之前，關閉該電晶體開關5〇 9。 上述之啟動程序與系統係可同樣地用於在此說明的任一

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電力轉換器之實施例中。雖然 電力轉換器5 0 0，但應瞭解到 實施例亦提供了此操作模式。 四象限操作模式僅說明於該 下述的每一電力轉換器之 該電力轉換器50 0係可提供雙相交換磁 操作模式。此操作模式係#由下列方式而魏。四象限 首先，，設該轉子8G1之欲轉動方向係為順時針方向。 处认处曰 主要線圈5 08係错由一電流而被 /、…犯2：，且該電流係會在該轉子電極8 〇 2與該主要 電極80 4對齊日夺或幾乎料時而被轉向。㈣能量提供階 段期間，該主要線圈508之電感斜率係為正的 ” (P〇si tive )。因此，所產生之扭矩係為正的，且i 該轉子謝之移動方向上。假設—順時針轉動係、為正的、，」 則该馬達80 0係會傳遞正的輸出電力（即動作扭矩； motoring torQue)。換言之，當該扭矩與速度為正的 時，則該馬達80 0之電力輸出亦為正的。此種狀態係為象 限一之操作模態。

對於象限四之操作模態而言，當該速度為正的時，則該 扭矩係必須為負的。如此，該馬達8 〇 〇於該象限四中係傳 遞負的電力。亦即，該電力係由該交換磁阻機械7 〇 1所取 用’並供至該直流電容5 0 3。此操作模式於該順時針轉動 中係稱為反饋（regenerat i 〇n )。為了產生負扭矩，於該 主要線圈508上之電流係會在該轉子電極8〇2從對齊於該主 要定子電極8 04之位置移開時而被引入。 對於象限二之操作模態而言’該轉子8 0 1係以逆時針方

00727. ptd 第21頁 200405646 五、發明說明（18) 向轉動，且扭矩係尬# , ·、 、方也於此轉動方向，其造成了負的 (negative ) 速唐盘含 , 甘1、，，一負的扭矩，且提供了正的電力。因 翻栳描能仫* a姑動作（m〇t〇ring )模態。該逆方向之 動作彳吴悲係在該轉兩 电極802從一完全未對齊於該主要定 子電極804之位置開如、隹/ ，士，丨 不丁片、4王晋疋 么匕番si a ® °進行逆時針方向移動時，藉由提供 旎ΐ至该主要線圈5 〇 R二、土 t ..._ ^ ^ α υ8而達成。於該主要電圈508上之電流 係έ在該轉子電極8〇ρ _ . '、該主要疋子電極804對齊時或幾乎 對齊時而被轉向。 』月丁 4戍卞 象限二之操作模離你彳 y a / ^係與該象限四者非常近似，但立杻拓 係為正的（順時針方6、 /、 ,,^ . 向），而其速度係為負的（逆時針方 向）。因此，象限二夕i 、义丁成丨/7 ,^ ^ 之％作模態係提供了負的輸出電万。 802從-對齊於該主要動定中子的雷反二且其係在該叫 方向移離時，藉由Λ ΛΛί位置開始進行逆時針 達成。 罨机而提供能量給該主要線圈5 08而 器500可提供一完整的 。而其操作模態之控制 此討論係舉例說明了該電力轉換 四象限雙相交換磁阻機械驅動系統 係已說明於上文中。 ”、 該電力轉換器與其控制之# 士 ^ 工市J之成本可被減少之其中一邱八# 在於電流感測器與轉子位w片如σσ — + —、 邛刀係 罝感測裔。彡亥電流咸消丨哭# 用以感測該主要線圈上之雷冷 ' 、态係須被 / Α ^ 心電机，以及比較該電流盥一：a日饮 值（如··一參考電流）。兮* fc卜私作-Γ 1 I /、’月望 该比較如可糟由一用以產生誤雷 流（err〇r current)之差值電路（difference circuit)執行，其中該誤電流係等於該期望電流與該即

200405646 五、發明說明（19) 時線圈電流間的差。該誤電流係可藉由一比例與整合控制 器（如廣泛習知的P I電流控制器）而被放大，且其輸出係 與一固定頻率的連續三角載波脈衝作比較。該電流控制器 之輸出與該載波脈衝之交叉（intersections)部分係確 定了該電力轉換器電晶體開關的打開與關閉之持續狀態。 第7 ( b )圖係用以說明一直流馬達之啟動控制器。一啟動 控制器750係包含了 一電力轉換器752，該電力轉換器752 具有一可控制開關（未顯示），用以提供電流至一多相無 刷直流馬達（未顯示）之一線圈751。一感測器753係檢測 該電力轉換器7 5 2提供給該馬達線圈7 5 i的電流量之讀數 (indication )，並利用一第一訊號將該電流量讀數轍 出。一測定裝置7 5 5係藉由該第一訊號而確定提供給該馬、 達線圈751之電流量是否超過一額定值，並利用一第二訊 號將該測定結果之讀數輸出。一控制器7 5 4係根據該第二 訊號而控制該可控制開關，其控制模式係為打開該可控制 開關以提供電流給該馬達線圈751，以及關閉該可控制'"開 關以停止提供電流給該馬達線圈75 1。 第9时圖係說明了當第5 ( a)圖之用以驅動雙相交換磁阻機 械j單開關電力轉換器具有電流感測器與邏輯電源供應產 生裔時的電路結構圖。電流之感測係可藉由霍爾效應 (Hall-effect )電流感測器而達成，該感測器係在該電 力電路與控制電路之間提供了直流絕緣（galvanic i so 1 aj 1 〇n )。然而，由於在此僅有一電晶體動作，因此 該直k絕緣係為不必要的。於是，該電流係可簡單地藉由

200405646 五、發明說明（20) =用感測電阻9 〇 9串聯一電晶體開關5 〇 g之射極而被感測 到〇 §該電晶體開關5〇9為打開時，電流係流經該感測電阻 = 成了 一電壓911橫跨於其上，該壓降係由一參考點 ^芦二同r端:J10而測得。當該電晶體開關50 9被打開時，該 φ ^ 糸供了一訊號，用以代表於一主要線圈5 0 8上之 電流。

::在該電晶體開關5 0 9於傳導期間内，該主要線圈5〇8 的測量係為必須的。於未傳導期間内，&了中止該 電机流經该電晶體開關5 0 9外，並無需對該電流作任何控 制。一脈衝寬度調變控制器# :—控制謂4係分別產】 一固定的傳導時間與一固定的非傳導時間給該電晶體開攔 5〇9 ’即打開（on).時間與關閉（〇ff )時間，作為一固定 的脈衝寬度調變頻率。有關電流感測與調變該交換磁阻機 械馬達之速度與輸出電力的額外資訊係可*CRC Press出 版社於20 0 1年六月出版之”交換磁阻馬達驅動（Switched Reluctance Motor Drives ) ” 一書中獲得。在此之重點係 為該電力轉換器5 0 0係適合於非絕緣的電流感測與控制 ” 中。

同樣地’一轉子位置感測器係必須被用以感測該轉子電 極8 0 2相對於該定子電極804、80 5之位置。該位置資訊係 用以確定何時打開該電晶體50 9以提供能量至該主要線圈 5 08。 該轉子位置係可藉由使用一機械固定式光學編碼器而被

00727. ptd 第 24 頁 200405646 五、發明說明（21) 感測到，但其係為昂貴的，因此並未被大多數之低成本應 用所接受。再者，機械式位置感測器係可能為不穩定的。 用以感測該轉子位置之另一方式係可藉由算出該主要線 圈或辅助線圈之瞬時電感係數（instantaneous inductance )而完成，而該係數係為其各別電流與轉子位 置的一函數。因此，該轉子位置係可藉由算出或感應該電 流與該輔助線圈5 0 5之電感係數而決定。 為了決定其電感係數，施加於該輔助線圈5 〇 5上之電壓 係必須為已知的。該施加電壓係由橫跨於一直流源5 1 〇上 之感測電阻905與906 ’以及橫跨於一辅助電感5〇6上之電 阻9 0 7與9 0 8獲得。該兩感測電阻對（pa丨r s )相對於該1 同端910之各別的訊號輸出係為電壓yss 912與Vbs 913。… 该訊號電壓Vss 912與Vbs 9 13之差值係在該電晶體開關 50 9之非傳導其間内，確定了施加於該主要線圈5〇8之電 壓。於该電晶體5 0 9之傳導期間内，該訊號電壓Vss 912係 確認了橫跨於該主要線圈50 8之施加電壓。同樣地，該橫 跨於輔助線圈50 5之訊號電壓係由Vss 912與Vbs 913之差 值所決定。該等訊號係以該共同端9丨〇為參考點而獲得。 該柵（gate)驅動電路與控制電路係需要一邏輯等級為 V至15V的電源供應’其通常為一5V與一 i5v。該邏輯等級 =源供應係藉由-電阻分配器之連接而由該直流源5〇1 =獲得，而該電阻分配器之連接係由電阻9〇3與9〇4所形 、該特疋的電源供應電壓需求係決定了該電阻9 3與9 4 之阻值間的比值。電壓與形成該電阻分配器之阻值比間的

00727. ptd 第25頁 200405646 五、發明說明（22) ' - 關係為習知技術令所廣為人知的。 該控制電路所需之能量係儲存於一電容9〇2中，該電容 9〇2係橫跨地連接於該電阻9〇4上。該電容9〇2亦用=作= —濾波器。為了將該邏輯電源供應之電壓維持於期望值”、之 靶圍内，因此一齊納（Zener)二極體9〇1係橫跨地連接於 該電容90 2上。因為該電源供應電壓係以該共同端91〇為參 考點，因此該控制電路與電力電路皆具有同樣的丘同端多 91〇，藉此於該電力轉換器之配置中係排除了 _ .、 源供應之需求。 π π t 第1 0圖係說明了第5 (a )圖之雙相交換磁阻機械中於該輔 助線圈上未具有一串聯二極體之電力轉換器電路。可蕻第 10圖中察覺到，其電力轉換器1000除了缺少了一二極體… 504外，其電路係大致與第5(a)圖所示者係相同。_因此， 第1 0圖之電路元件標號係與第5 ( a)圖所標示者係為相同。 因為該電力轉換器1〇〇〇之操作係與第5(a)圖所示者相^， 於是’在此僅會針對不同之操作部分作說明。該電力轉換 器5 0 0與1 0 0 0之共同的操作特性係已說明於前文中有關電、 力轉換器5 0 0之說明部分中。 於該電力轉換器1 0 0 0中缺少該二極體504係允許了該輔 助電容50 6可藉由該輔助線圈5 0 5以及該主要線圈5〇8 ^緩 衝（snubbing)能量充電。電流同時流經該辅助線圈5〇5 與該主要線圈5 0 8係使得該轉子8 0 1傾向於維持在相同位 置，或至少更對齊於該主要定子電極804，而非該輔助定 子電極8 0 5。然而，如此之傾向係藉由較早前於第6圖與第

00727. ptd 第26頁 200405646 五、發明說明（23) 7圖中所述及的啟動技術克服。因此，該電力轉換器1〇〇〇 省略掉該二極體5 0 4後，並不會嚴重影響到該交換磁阻機 械之運作，且元件較少之優點對於具有成本限制的應用而 言係為非常重要的。

第1 1圖係用以說明當僅有緩衝能量提供至辅助線圈時之 一雙相交換磁阻機械之電力轉換器。第丨1圖之電力轉換器 11 〇 〇係具有相似於第5 (a )圖所述之電路元件，且該等相似 元件之標號係與第5(a)圖所標示者相同。又，由於該電力 轉換器1 1 0 0之操作係與該電力轉換器5 〇 〇之操作相似，於 是’在此僅會針對該電力轉換器1 1 〇 〇與5 〇 〇之不同操作部 分作說明。該電力轉換器11 〇 〇與5 〇 〇之共同的操作特性1 系 已說明於前文中有關電力轉換器5 〇 〇之說明部分中。 … 該電力轉換器丨丨0 〇係具有相等於該轉換器丨〇 〇 〇的電力元 件數量，但其配置係使得該主要線圈508之電流轉向能量 係饋入至該辅助電容5〇6，然後釋放至該輔助線圈5〇5。儲 存於該輔助電容5 〇6中且用以供至該輔助相位50 5之能量係 為高的。因此，其部分能量係藉由串聯於該辅助線圈5 〇 5 且並聯於該辅助電容506上之一電阻1101而消除掉。因為

儲存於該辅助電容5 0 6内之一部份能量並未回到該直流電 容5 0 3 ’因此當此狀態發生於該電力轉換器5 〇 〇與丨〇 〇 〇時， 一系統效率係可能會因而降低。但此狀態於許多低成本廡 用中並非重要的。 心 第1 2圖係用以說明當第1 0圖之電力轉換器作些許修改後 之電路結構圖，其中該電晶體開關與辅助電容係連接至該

200405646 五、發明說明（24) # 直流源端’而並非該共同端。第1 2圖之電力轉換器1 2 〇 〇係 具有相似於第1 0圖所述之電路元件，且該等相似元件之標 號係與第10圖所標示者相同。又’由於該電力轉換器 之操作係與該電力轉換器1 〇 〇〇之操作相似，於是，'在此僅 會針對該電力轉換器1200與1 0 0 0之不同操作部分作說明。 該電力轉換器1 2 0 0與1 0 0 0之共同的操作特性係已說明於前 文中有關電力轉換器1 〇 〇 〇之說明部分中。藉線 圈508與輔助線圈5 05連接至該共同端，以及將該電晶體’ 50 9與該輔助電容5 06連接至該直流源51〇之較高電位端， 使得該電路之功能以及運作係維持與電力轉換器1 0 0 0相 同。然而’該電力轉換器1 2 0 0係較容易在任何運作時阢内 達成電流感測之目的，其中該運作時間係包含了該電晶艚 開〒5 0 9之非一傳導時間。其係由於該電流感測係不需將感 測器^未顯示）與該電力電路絕緣即可完成。冑於該電力 轉換1 20 0而言，雖然用於該電晶體開關5〇9之栅 (gate )驅動電路（未顯示）必須被絕緣，但其係可藉由 使，一電荷泵（Charge —pump )電路克服。 一第lj(a)_ 13(d)圖係用以說明具有單一可控制開關與單 播ί = ^雙相交換磁阻機械之電力轉換器。該每一電力轉 0 = $ + 1 3 〇 3係具有相似於第5 (a)圖所述之電路元件， 相似元件之標號係與第5(a)圖所標示者相同。又， 由: '力轉換器13〇〇-13G3之操作係與該電力轉換器5〇〇之 ..η π 在此僅會針對該電力轉換器1 3 0 0 - 1 3 0 3 ^ 之不同操作部分作說明。該電力轉換器丨3 〇 〇 —丨3 〇 3與

200405646 五、發明說明（25) 5 0 0之共同的操作特性係已說明於前文中有關電力轉換器 5 0 0之說明部分中。 每一電力轉換器1300-1303係使用了單一電容，用以提 供一直流源’且饋入一電流至該辅助線圈5 〇 5。該電力轉 換器5 0 0係使用兩電容，一個係用以提供一穩定的直流源 5 1 0，而另一個係用以提供該主要線圈5 〇 8之轉向能量的儲 存’之後該能量係藉由該辅助線圈5 〇 5之能量化而循環至 該直流源5 1 0。該電力轉換器1 3 〇 〇 _ 1 3 0 3省略了該直流電 容，藉此允許所有電容量係歸於辅助電容5〇6。 該電力轉換器1300與1301係為相似的，但其唯〆不同處 係在於該電力轉換器1 3 0 0係包含了一選擇性的二極體一 504，用以阻止該輔助線圈505對該輔助電容5〇6充電。因' 此，該等電路之操作將僅藉由該電力轉換器丨3 〇丨做說明。 熟習該項技藝者將會瞭解到此說明係如何關聯到該電力轉 換器1 3 0 0。 在一早相父流源5 0 1開始供給能量後，由該整流二極體 5 0 2所輸出之正整流電壓係會平行地施加於該辅助線圈5 $ 以及該串接的主要線圈5 0 8與二極體5 0 7。流經钤楚丁 v 、”土球寻平行政 徑之電流係會對該輔助電容5 0 6充電。該電路係會在a w 相交流源5 0 1施加不久後即達到一穩定狀態，曰 ^亥單 5. ζ.» 該穩定狀態後，操作模式即開始進行。 司 於操作模式時，該主要線圈50 8係藉由打開該雷曰 电曰曰！H曹P气 關5 0 9而被供給能量。打開該電晶體開關5 〇 9係封閉 歼 1 該辅助電容5 06、該輔助線圈505、該主要線圈5〇8、包含 及遠

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五、發明說明（26) 電晶體開關5 0 9之一電氣迴路。該電流將流過該主要線圈 5 08 ’而有時將流過該輔助線圈5 0 5，其係由該單相交流源 5 0 1於一特定瞬間所提供的電壓而決定。在某些瞬間時， 若棱跨於该輔助電容5 〇 6上之電壓少於該整流的單相交流 源電壓’則該單相交流源5 0 1係會供應能量至該主要線圈 5 08以及該輔助線圈50 5，其係會對該輔助電容5 〇6進行充 電。若橫跨於該輔助電容5〇6上之電壓少於該整流的交流 源電壓’則該輔助線圈5 〇 5將具有橫跨於該輔助電容5 〇 6之 電壓與該交流源電壓間之一壓差，且該主要線圈5 〇 8將會

有該源電壓橫跨於其上。於是，電流係流於該輔助線圈㈢ 5 0 5 上。 藉由控制該電晶體開關50 9之傳導時間，使得流至該至 要：圈508之能量係可被控制的。於是，•而使得該機械 二υΛ?力輸出係可被控制的。當該主要線圈 508上之電〜藉由關閉該電晶體開關5〇 要線圈508上之能量係會被轉移孤得门子°哀兰 係被轉換成輸出的機械動力4 電容5G6 ;且部夫 回該輔助線圈50 5之能*。因此亥，機於\動±力之部分係可轉相 該電流係可被穩定地進行。 ；u要線圈5 0 8上關艮

控制電路1 3 02與1 3 03係相似於該抑引+ 而其唯一不同處係在於該電晶體;；H電路1 30 0與13〇1 ’ 係被連接至較高電位的直流端， 與該輔助電容5 0 ( 該等電路之功能與操作係相似於該電電，的直流端。 係可藉由參考第12圖所作之說明 轉換器1 200者，j 兒月而破理解。該電力轉換器

200405646 五、發明說明（27) 1 3 0 0 - 1 3 0 3係提供f下列優點·（ a )僅使用一電容取代了兩 電容；（b)節省了電力電路之封裝空間；（c)減少了元件及 組裝成本；以及（d)由於該輔助電容係連接至該兩相位線 圈，使其充電之進行係為穩定的，因此增加了其使用壽 命。其中優點（a)與（b)更增加了該電力轉換器之穩定性。 第14(a)與14(b)圖係用以說明——雙相交換磁阻機械之電 力轉換器於一相位線圈上使用續流（freewheel ing )電流 衰減作用之電路結構圖。第14 (a)與14(b)圖之電力轉換器 1400、1401係具有相似於第5(a)圖所述之電路元件，且兮 專相似元件之標號係與第5 ( a)圖所標不者相同。又，由於 該電力轉換器1400與1401之操作係與該電力轉換器5〇 & 操作相似，於是，在此僅會針對該電力轉換器1 4 〇 〇、丨4 〇 ^ 與該電力轉換器5 0 0之不同操作部分作說明。該電力轉換 器1 4 0 0、1 4 0 1與該電力轉換器5 0 0之共同的操作特性係已 說明於前文中有關電力轉換器5 0 0之說明部分中。 該電力轉換器1400與1401係與前述之電力轉換器係為不 同，因為續流電流衰減作用係被使用於該機械之一相位 中，其取代了由該直流源電壓或其與該輔助電容電壓之壓 差所獲得之電流衰減作用。該電力轉換器1 4 〇 〇與1 4 〇 1間係 為相似的，其不同處係僅在於該控制電路1 4 〇 〇係省略了該 直流電容503。因此，該等電路之操作將僅藉由該電力轉' 換器1 4 0 0做說明。热習該項技藝者將會瞭解到此說明係如 何關聯到該電力轉換器1 4 0 1。 ” 當該電晶體開關為關閉狀態時，一旦該電力轉換器丨4〇〇

00727. ptd 第31頁 200405646 五、發明說明（28) 藉由該單相交流源5 〇 1之電壓而被供給能量後，一電流係 會流經該輔助線圈5 0 5、二極體5 0 7以及該輔助電容5 0 6。 此電流係會對該辅助電容5 〇 6充電，使得其電壓係能夠維 持於接近兩倍的交流源電壓。當該輔助電容5〇6被完全充 電後，通過該輔助線圈5 0 5之電流傳導將會終止。當該電 晶體開關5 0 9關閉時，該主要線圈5 〇 8上並無電流通過。 當該電晶體開關5 〇 9打開時，該整流的交流源電壓係會 全部橫跨地施加於該辅助線圈5 〇 5上。同時，橫跨於該輔 助電容506上之電壓係會橫跨地施加於該主要線圈5〇8上。 因此，打開該電晶體開關5〇 9係產生了一電流於該輔助線 圈505與該主要線圈5〇8上。 一 關閉電晶體開關5 〇 9係允許該輔助線圈5 〇 5上之電流流Μ 該辅助電容5 0 6。流經該輔助電容50 6之電流係產生了一負 電壓橫跨於該輔助線圈5 0 5上，該負電壓係等於橫跨於該 辅助電容5 0 6之電壓與該整流的交流源電壓間之差壓。因 為橫跨於該輔助線圈5 〇 5上之電壓係通常少於橫跨於該輔 助電容506上之電壓，因此，該辅助線圈5〇5上之一快速電 流衰減作用係為可能的。 又’該電晶體開關5 0 9關閉時，該主要線圈之電流係會 藉由該二極體50 7與該主要線圈5〇8本身而從該電晶體開關 5 0 9轉向。其造成了一零電壓電位被橫跨地施加於該主要 線圈5 0 8上並造成了其電流衰減作用。 藉由打開與關閉該電晶體開關50 9，係可控制流經該輔 助線圈5 0 5之電流，以改善該交流輸入電力因子，以及獲

°〇T27.Ptd 第32頁 200405646 五、發明說明（29) 得一正弦電流。該主要線圈50 8之轉向率（commutation rate )係可被調節，以提供適當的時間終止電流之流動。 該電力轉換器1 4 0 〇係僅具有一電容，因此適合應用於低 成本的電路結構中。該電力轉換器丨4 〇 〇係提供了其他優點 如：功率因子之修正與正弦波形之輸入交流電流。該兩優 點係使該交換磁阻機械更合乎電磁干擾（EM I )與射頻干 擾（RF I )之規定。一單位功率因子係可藉由該電力轉換 器1400而達成。再者，該電力轉換器14〇〇於低頻率範圍時 係大體上提供了無諧波之操作模式。說明於第1 4 (b )圖中 之電力轉換器1 4 0 1係相似於該電力轉換器1 40 0，但其包含 了一直流電容5 0 3。該直流電容5 0 3係阻止了該電力轉揍器 1 40 1具有該電力轉換器1 40 0之功率因子校正以及交流電1 波形整形之能力，但其係允許該電力轉換器1 4 0 0在該電晶 體5 0 9之較短的操作責任週期内適當地對該辅助電容5〇 6充 電。此特徵係可達成的，因為該直流電容5 0 3所提供之直 流電壓5 1 0係為常數，其代替了一變化的正弦波之運作。 於是，其係更容易去控制該主要線圈5 0 8上之電流施加與 衰減動作，藉此提供該馬達一個更有效率的整體操作模 式。 第1 5圖係用以說明一雙相交換磁阻機械之電力轉換器於 一輔助線圈上提供續流（freewheel ing )電流衰減作用之 電路結構圖。第1 5圖之電力轉換器1 5 0 0係具有相似於第i 4 (b )圖所述之電路元件，且該等相似元件之標號係與第1 4 (b )圖所標示者相同。又，由於電力轉換器1 5 0 0之操作係

00727. ptd 第33頁 200405646 五、發明說明（30) 與該電力轉換器1 4 0 1之操作相似，於是，在此僅會針對該 電力轉換器丨5〇〇與該電力轉換器1401之不同操作部分作說 明。該電力轉換器1500與該電力轉換器1401之共同的操作 特性係已說明於前文中有關電力轉換器丨4 〇丨之說明部分 中0

該電力轉換器1 5 0 0係與該電力轉換器1 4 〇 1不同，因為該 二極體5 0 7係橫跨地設置於該輔助線圈5 〇 5上，其陽極係連 接至該正的直流源端。相較之下，該電力轉換器丨4 〇丨之二 極體507係橫跨地連接於該主要線圈508上。於是，該電力 轉換器1 5 0 0係藉由各別使用該直流源5 〇 3與該輔助電容5 〇 6 而於該主要線圈5 〇 8上提供了控制電流衰減作用，且該^ 極體50 7係於該辅助線圈505上提供了續流電流衰減作用、

第1 6圖係用以說明一雙相交換磁阻機械之電力轉換器於 交流端提供功率因子校正與正弦輸入電流整形功能之電路 結構圖。一單位功率因子係可藉由一電力轉換器丨6 〇 〇而達 成的。第16圖之電力轉換器1 6 0 0係具有相似於第14 (a)圖 所述之電路元件，且該等相似元件之標號係與第丨4 (a)圖 所標示者相同。又，由於該電力轉換器丨6 〇 〇之操作係與該 電力轉換器1 4 0 0之操作相似，於是，在此僅會針對該電力 轉換器1 60 0與該電力轉換器1 40 0之不同操作部分作說明。 該電力轉換器1 6 0 〇與該電力轉換器1 40 0之共同的操作特性 係已說明於前文中有關電力轉換器丨4〇〇之說明部分中。 該電力轉換器1600係不同於該電力轉換器14〇〇，因為— 全波橋式整流器1 6 〇 1係取代了該電力轉換器丨4 〇 〇之整流二

00727. ptd 第34頁 200405646 五、發明說明（31) 極體50 2之作用。因為該交流電壓之正半週期與負 係被完全整流’因此，該輸入電流係藉由該電晶體開關 50 9與該輔助線圈5 05之共同作用而被整形為一正弦 豆 所使用方式係與上文中有關電路控制器14〇〇所 類了 第17U)與第17⑴圖係用以說明一雙相交換磁阻Π 電力轉換器於其兩機械線圈上提供同步主動控制之電 構圖，其中該兩機械線圈中係有一相位係藉由降； 完成。第丨7(a)與第17(b)圖之電力轉換器係具有相似 電路元件’且該等相似元件之標號係： 則述電力轉換裔中所標示者相同。又，由於電力轉換器，、 1 70胃0與1701之操作係與上述其它電力轉換器之操作相舫， 於是，在此僅會針對該電力轉換器17〇〇、17〇1與前述電 轉換裔之不同操作部分作說明。共同的操作特性係 於前文中。 月

現凊參考第17(a)圖，一輔助電容5〇6係藉由打開一電曰 體開關5 0 9而進行充電，使一電流流經一主要線圈5 〇 8以及 一直流電容5 03。一二極體5 〇4係防止了該輔助電容5〇 6於 任何時間内經由一輔助線圈5〇5進行充電。關閉該電晶體 開關5 0 9係使該電流經由該輔助電容5〇6而轉移至一電流迴 路’該電流迴路係由該主要線圈5 〇 8、一二極體5 〇 7以及該 辅助電容50 6所組成。因此，該輔助電容5〇6係由第17(a) 圖=不符號π V1之電極端而進行充電。若該輔助電容5〇 6之 電壓大於一來源電壓5丨〇，則當該電晶體開關5 〇 9再次打開 時’該電流係會透過該輔助線圈5 〇 5作傳導。因此，流經

200405646 五、發明說明（32) 該輔助線圈5 0 5與該主要線圈5 0 8之電流係藉由該電晶體開 關5 0 9所控制。 說明於第1 7 ( b )圖之電力轉換器1 7 0 1係不同於該電力轉 換器1 7 0 0，因為其係省略了該二極體5〇4。該主要線圈5〇8 係操作於降昇壓模態，因此，若有需要，則該辅助電容 506之電壓Vb 511係可在非常小的電壓值與將近大於該直 流電壓Vs 5 1 0兩倍的電壓值間作改變。此特徵係提供了一 非系佳的且可變的電壓，用以施加在該主要線圈5 〇 8以及 其控制上。

第18(a)-(c)圖係用以說明一雙相交換磁阻機械之電力 轉換器於其一相位上提供主動控制之電路結構圖。第汁 (a) (c)圖之電力轉換器係具有相似於第i4(a)與14(b)圖' 所述之電路元件，且該等相似元件之標號係與第丨4 (a)與 14(b)圖所標示者相同。又，由於該電力轉換器18〇〇一18〇2 之操作係與該電力轉換器丨4 〇 〇、丨4〇丨之操作相似，於是， 在此僅會針對該電力轉換器18〇〇 —18〇2與該電力轉換器 1 40 0、1401之不同操作部分作說明。該電力轉換器18〇〇一 1 80 2與該電力轉換器14〇〇、14〇1之共同的操作特性係已說 明於前文中有關電力轉換器13〇〇、13〇1之說明部分中。 現請參考第1 8 (a )圖，一輔助線圈5 〇 5係僅於一交流整流 $入電壓之正半週期時才會被供給能量。於是，一辅助電 容5 0 6係僅於該正半週期期間内進行充電，且一主要線圈 5 〇 8所舄之操作能ϊ係在此期間内儲存於該辅助電容5 〇 6 上。打開該電晶體開關5 〇 9係允許一電流透過該辅助電容

200405646 五、發明說明（33) 5 0 6而流經該主要線圈5 0 8。關閉該電晶體開關5 0 9係使得 該主要線圈5 0 8之電流由該電晶體開關5 0 9轉移至一二極體 5 0 7。以此方式轉移電流係使得一幾乎為零的電壓電位係 被橫跨地施加於該主要線圈5 0 8上，藉此於該主要線圈5 0 8 上導致了續流以及電流衰減作用。流經該輔助線圈5 〇 5之 電流並未被導至該電晶體開關509或該二極體507，藉此省 略了額外的電流需求，以降低該等元件之功率負擔。雖然 於該辅助線圈5 0 5上之電流的主動控制最後會消失，但使 流經該輔助線圈5 0 5之電流未流經該電晶體開關5 0 9與該二 極體50 7係為一重要之優點。另外，該電力轉換器丨8 0 0之 一優點係為其操作係僅需使用一電容即可完成。 一 如第1 8 ( b)圖所示之電力轉換器1 8 〇 1係近似於該電力轉， 換器1 8 0 0，但其包含了一直流電容5 〇 3，用以提供一被濾 波的直流電壓V s 5 1 0。此電路結構係允許一雙向（b i -directionial )電流流經該輔助線圈50 5，而不影響該主 要線圈50 8之操作。 如第1 8 (c )圖所示之電力轉換器1 8 〇 2係近似於該電力轉 換器1801，但二極體50 7係以串聯方式而各別連接該輔助 線圈5 0 5與該主要線圈5 〇 8，其取代了於第1 8 (b)圖中單獨 橫跨於該主要線圈5 〇 8之連接方式。此電路結構係使得該 主要線圈5 0 8係藉由橫跨於其上之一負電壓的施加而致使 電流衰減。該負電壓係藉由橫跨於該輔助電容5 〇 6與該直 流電容503間之壓差而產生。因此，該二極體507所提供的 電流路徑係增加了電流通過該主要線圈5 〇 8之變化

1 111 1 1 iBKl 1 111 IH I 00727. ptd 第37頁 200405646

五、發明說明（34) (change)率’且於一較短的 之’該電流之控制係為快速的 佳的扭矩控制。此電路亦維持 508充電之特色。 時間内消除了該電流。總 ’使得該機械因而具有非常 了防止電流經由該主要線圈 為了簡化本發明之說明，私 ^ ^ ^ 於上文中所揭示的實施例係已 阻機械作說明。然而，該等實施例 Φ 5心用在一永久磁鐵無刷直流機械（PMBDCM ) 中紅以及應用在具有多於兩相位 創新特徵係包含了： f k π & π 1、一可控制開關與一二極體， 用以控制一雙相交換磁阻機械。

2、 一輔助電容除了可當成一 圈能量外’另可當成一緩衝器 3、 該電力轉換器電路係具有 件0 或選擇性的兩二極體， 月b ΐ源用以供給一輔助線， (snubber )使用。 較少的功率開關以及它元 山、由於該開關之射極係連接至一直流電源供應器之負 :此該電力轉換器之可控制開關並不需一絕緣的電源 ，、應器’因而節省了大量花費於柵控制電路之成本。 冷5、對於低功率的應用而言，單一整流二極體係由一交 流源而提供了直流電壓，藉此降低了成本與元件數。 6、該單一可控制開關之設計係適用於一無刷直流 驅動中。 、”逆 a1、由於僅需控制一開關，因此該直流馬達之控制係為 簡翠的，且藉此而提供了更多的基本控制電路，用以控·、、制

五、發明說明（35) 速度及電流 8、一雙相交換磁阻機械係 自啟動（self — 、 籍由該辅助線圈所提供的 交換磁阻機械，I# 1叫特徵而發展一自啟動的單相位 w颂，其係可由韓 該交換磁阻機械。 锊于在靜止時之任何位置而啟動 9 該電力轉換器之電路处槿孫^ 交換磁阻機械中。 、、°冓係可用於任何偶數相位的 方1 向0電ί ^力？換裔之電路結構係可用於半波❸（即單- # ^ ^ 2 - T磁鐵無刷直流機械（PMBDCM )中，並較佳 馬數個定子相位，或奇數個一線= 艾々日诅；夕相位之一共同辅助線圈。 〜 永久磁鐵與其他不同的機赫 直流馬達。 个⑽機械裝置係不需用以啟動赁 以2定：ΐ:共：：需被用於電流感測以及電壓感測中， 確該馬達之轉子位f，藉此排除了絕緣之必要性。 13、由於該辅助線圈之電流係為連續的，因此轉子位 之感測係為連續進行的。但若較高效率之操作係為較佳 時，此特徵並不被列入考慮。 1 4、由於電流感測電阻與該輔助線圈係被各別當作低成 本的電流與位置感測器，因此高成本的直流絕緣 一 (galvanic isolation )之感測器係為不必要的，藉此提 供給該雙相交換磁阻機械系統一價格不高的重要控制方 式。 1 5、該電力轉換器之概念與達成係可施行於任何具有偶

200405646 五、發明說明（36) 數或奇數相位的父換磁阻機械與永久磁鐵無刷直流馬達 中。 16、 該二極體50 4係為選擇性的，且對於該電力轉換器 之操作而言並非重要的。但其係提供了一些額外的控制σ 如·防止於任何時間内經由該輔助線圈5〇5而 電，且其係允許該電流僅由-方向離開該^ 17、 提供了 一獨特之技術用以啟動與運作一且 ί 5 ϊ ΐ Γ阻機械或永久磁鐵無刷直流機械。該技術係 對於ί子電=2 2 =水久磁鐵無刷直流機械能夠從轉子相 轉換器之操作係可連續切又該t力 與運作該馬if夕祕^且維持在其匕速度。如此之一啟勒 中。 … 工1程序係整合於該電力轉換器之操作 18、 該電力轉換器係 + 鐵無刷直流機械驅動年 ；目父換磁阻機械或永久磁 1 9、嗲雷+ # μ 先的四象限操作中。 J該電力轉換器電路係適 之雙相交換磁阻機械或永 用於使用了早一可控制開關 四象限操作中。 、鐵無刷直流機械驅動系統的 20、 以一電容取代兩電 最少的功率元件數與其它-電力轉換器的實施例係具有 器之驅動系統。 匕疋件數’以實現一雙相電力轉換 21、 該電力轉換器之所 ^ 同啟動、運作以及操作 &也列係可使用說明於此的相 、 式完成。

200405646 五、發明說明（37) 2 2、說明於此之用以控制為目的電流與電壓感測係可應 用於本發明之所有實施例中。另外，本發明之所有實施例 係可使用低成本且不需絕緣的電阻感測方式完成。 2 3、部分電力轉換器之實施例係於該交流輸入端提供了 功率因子校正與正弦輸入電流整形之功能。例如：一單位 功率因子係可以達成的。 24、部分電力轉換器之實施例係於該電力轉換器之交流 輸入端提供了功率因子校正與正弦輸入電流整形之功能， 且該電力轉換器係可應用於無刷的直流機械中（例如：利 用兩個電樞（armature )線圈，其中該線圈係可被稱為輔 助線圈以及主要線圈）。 — 前面說明係用以解釋與敘述本發明。然而，其揭示内/容 係顯示且欽述了本發明之較佳實施例，但應瞭解到不本ς 明係可使用於各種其它組合、修改與環境中。又，熟習談 項技藝者係可藉由上述的教導、技巧或知識，而輕’易地;; 本發明的進步性概念範圍内作改變或修改。 前面說明係用以解釋與敘述本發明。铁 rfrj ，其福+肉交 係顯示且敘述了本發明之較佳實施例，但應解了 明係可使用於各種其它組合、修改與環户:”

項技藝者係可藉由上述的教導、技巧或 又，熟習該 力識，而輕易地對

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00727. ptd 第42頁 200405646 圖式簡單說明 【圖式簡單說明 習m係說明了用以驅動一雙相交換磁阻機赫 習知非對稱式電力轉換器。 機械之相關的 -f I*/系忒明了用以驅動-雙相交換磁阻機;Η 習知母相位單交換式電力轉換器。 機械之相關的 第3圖係說明了用以驅動一 習知C轉儲式電力轉換器。 乂換磁阻機械之相關的 第4圖係說明了用以驅動一雙相交換磁阻 習知每相位單交換式電力轉換器。、機械之相關的 機】J & I係。兒明了根據本發明之用以驅動雙相$施 機械之一皁·開關電力控制器。 斯雙相父換磁阻 J 5 ( b)圖：說明了用於一交換磁阻機械： 直μ馬達之轉換器的方塊圖。 鐵…、刷 第6圖係說明了田 ^ ^，Β ^ ^ 了用啟動一具有單開關控制電力Μ拖哭 之雙相父換磁阻機械的一方法。 利電力轉換盗 統第7U)圖係說明了 一用以達到第6圖所述方法的一系 器第7⑻圖係說明了 一多相無刷的直流馬達之啟動控制 圖係說明了一雙相交換磁阻機械之一轉子盘定子， 八中該雙相交換磁阻機械上係具有 各別的定子電極上。 受，、稀助線圈匝於於 第9圖係說明了當第5(^圖之用以驅動 械的單開關電力轉換器具有電流感測器與邏輯電換：:應機產 00727. Ptd 第43頁 200405646 圖式簡單說明 ----- 生器時的電路結構圖。 =10圖係說明了㈣a)圖之雙相交換磁阻機械中於該輔 助f圈上未具有一串聯二極體之電力轉換器電路。 第1」圖係說日月了當僅有緩衝能量提供至輔助線圈時之一 雙相父換磁阻機械之電力轉換器。 第12圖係說明了當第10圖之電力轉換器作些許修改後之 電路結構圖、，其中該電晶體開關與辅助電容係連接至該直 流源端，而並非該共同端。 3 (a)-l 3U)圖係說明了具有單一可控制開關與單— 電容之雙相交換磁阻機械之電力轉換器。 第14 (a)與l4(b)圖係說明了一雙相交換磁阻機械之| =換器於一相位線圈上使用續流電流衰減作用之電路結構 第1 5圖係說明了一雙相交換磁阻機械之電力轉換器於〜 輔助線圈上提供續流電流衰減作用之電路結構圖。、 二6:!:明了一雙相交換磁阻機械之電力轉換器於交 供功率因子校正與正弦輸入電流整形功能之電路ς 力1':匕與甘第17(13)圖係說明了—雙相交換磁阻機械之電 力轉換器於其兩機械線圈上提供同步主動控制之電路姓2 圖，其中該兩機械線圈中係有一相位係藉由:冓 成。 汁！万式完 魏iU8la)甘~(c)圖係用以說明一雙相交換磁阻機械之電力 轉換Is於其一相位上提供主動控制之電路結構圖。

200405646 圖式簡單說明 圖號說明： 100 101 ^ 102 103-106 107-110 200 201 202 ^ 203 204 > 205 206 > 207 300 3 0 1 -3 0 3 3 04 - 3 0 6 307 > 308 309 310 311 400 401 、 402 403 > 404 405 > 406 407 電力轉 相位線 可控制 不可控 電力轉 電壓源 相位線 可控制 不可控 電力轉 可控制 不可控 機械線 直流電 外部電 轉儲電 電力轉 不可控 可控制 相位線 直流電 換器 圈 功率元件 制功率元件 換器 圈 功率元件 制功率元件 換器 功率元件 制二極體 圈 壓源 感器 容 換器 制功率元件 功率元件 圈 壓源

00727.ptd 第45頁 200405646 圖式簡單說明 500 電 力 轉 換 器 501 交 流 電 壓 502 —_ 極 體 503 直 流 電 容 504 二 極 體 505 輔 助 線 圈 506 輔 助 電 容 507 二 極 體 508 主 要 線 圈 509 電 晶 體 開 關 510 直 流 源 511 電 壓 Vb 550 轉 換 器 551 第 一 相 位 線 圈 552 第 二 相 位 線 圈 553 第 _ 一 部 分 電 路 554 第 —* 部 分 電 路 555 開 關 601-612 步 驟 701 交 換 磁 阻 機 械 702 檢 測 器 703 參考 裝 置 704 控 制 器 705 計 數 器

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00727. ptd 第47頁 200405646 圖式簡單說明 907 電阻 908 電阻 909 感測電阻 910 共同端 911 電壓 912 電壓V SS 913 電壓Vbs 1000 >1100 電力轉換器 1200 電力轉換器 1301-1304 電力轉換器 1400 、 1401 電力轉換器 1500 ^ 1600 電力轉換器 1601 全波橋式整流器 1700 >1701 電力轉換器 1800-1802 電力轉換器

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Claims (1)

1. 200405646 六、申請專利範圍 !、一種用於交換磁阻馬達或永久磁鐵流 制1ΜΓ第一與第二相位線圈，該控制器= -第-與第二部分電路’其係形成了複 用以與該馬達之第一與第二相位線圈共同作用；：：路 :=徨ί ί至該第：與該第二部分電路，其係打開與 關閉“ ^導電路之-第—傳導電路’該第一傳導電路係 包含了該第一相位線圈，用以調整該馬達之第一與二相 位線圈之能量，並用以提供該馬達之四象限操作。 2、依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電取係 包含： J 一電容，用以在該開關打開該第一傳導電路後，儲存由 該第一相位線圈所接收之能量；以及 一整流器，用以防止電流流經該第二相位線圈而對該電 容進行充電。 3、 依申請專利範圍第2項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該電容係將其所儲存之能 量提供至該第二相位線圈。 4、 依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路係 包含： ^

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   200405646 六、申請專利範圍 一電容，其係儲存該第二相位線圈所需之能量，其中當 該開關打開該第一傳導電路時，該電容係藉由從該第一相 位線圈所接收之緩衝能量而進行充電。 5、 依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路係 包含z 一電容，其係儲存該第二相位線圈所需之能量；以及 一整流器，當該開關為打開時，其係用以將電流導離該 第一相位線圈，其中： 該整流器之一第一末端係連接至該開關的一第一末貧， 該整流器之一第二末端係連接至該電容之一第一末端，’以 及 該電容之一第二末端係連接至該開關之一第二末端。 6、 依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路係 包含： 一電容，其係儲存該第二相位線圈所需之能量；以及 一整流器，當該開關打開後，其係用以將能量導離該第 一相位線圈，以儲存於該電容中。 7、 依申請專利範圍第6項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該整流器係防止了該電容

   00727. ptd 第50頁 200405646 六、申請專利範圍 經由一電流之流動而直接將其所儲存的能量釋放至該主要 相位線圈與該開關。 8、 依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路以 及該開關係共同作用，以從該馬達之轉子與定子電極的靜 態相對位置而啟動該馬達。 9、 依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該馬達係為一雙相馬達。 1 0、依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁’ 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路係 包含= 一電阻，其係與該第一相位線圈串聯成一傳導路徑，其 中一流經該第一相位線圈之電流係可由橫跨於該電阻上之 一電壓而決定。 11、依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路係 包含： 一電阻，其係與該第二相位線圈串聯成一傳導路徑，其 中該馬達之一轉子位置係可由橫跨於該電阻上之一電壓而 決定。

   00727. ptd 第51頁 200405646 六、申請專利範圍 1 2、依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路係 包含了一整流器，該整流器係對一交流電流做整流，並將 該整流後之電流提供至該第一與第二部分電路。 1 3、依申請專利範圍第1 2項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路包 含了 一電容，其係與該整流器共同作用，以提供一經濾波 的直流電壓至該第一與第二部分電路。 1 4、依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁’ 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路係 另包含一電容，其係儲存了該第二相位線圈所需之能量。 # 1 5、依申請專利範圍第1 4項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路係 另包含一整流器，其係防止電流由單一方向流經該第二相 位線圈。 1 6、依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路係 於該開關的控制下而共同作用，以提供一單位功率因子。

   00727. ptd 第52頁 200405646 六、申請專利範圍 1 7、依申請專利範圍第1項之用於交換磁阻馬達或永久磁 鐵無刷直流馬達之控制器，其中該第一與第二部分電路係 於該開關的控制下而共同作用，以提供輸入交流整形。 1 8、一種交換磁阻馬達系統，包含： 一無刷直流馬達，具有一第一與第二相位線圈； « 一第一傳導電路，包含了該第一相位線圈；以及 一開關，其係打開與關閉該第一傳導電路，用以調整該 馬達之第一與第二相位線圈之能量，並用以提供該馬達之 四象限操作。 1 9、一種用以控制多相位直流馬達之方法，其包含： … (a ) 以一第一電流而供給能量至該馬達之一主要線圈； (b) 停止該主要線圈之能量供給； (c) 決定該馬達之一轉子是否轉動；以及 (d ) 以一不同於該第一電流之預定電流量而供給能量至 該主要線圈。 2 0、依申請專利範圍第1 9項之用以控制多相位直流馬達之 方法，其中該預定電流量約大於該第一電流的2 5%。 2 1、依申請專利範圍第1 9項之用以控制多相位直流馬達之 方法，另包含重複步驟（b)以及（c)。

   00727. ptd 第53頁 200405646 六、申請專利範圍 -- 22、 依申請專利範圍第21項之用以控制多相位直流馬達之 方法，另包含重複步驟（d)。 23、 依申請專利範圍第22項之用以控制多相位直流馬達之 f法中在第二次能量供給時所施加至該主要線圈的預 定電流量係約大於該第一電流的5 〇 %。 2J、依申請專利範圍第19項之用以控制多相位直流馬達之 2 ^含重複步驟(b)、（c)以及⑷ 該轉 決定轉動為止。 2 5、依申請專利範圍 方法，其中在第二次 週期時所施加至該主 別能量供給週期所施 26、一種用以啟動直 確定該馬達之一韓 致對齊； 若該轉子電極被確 達之一線圈係會被供 若該轉子電極被確 列步驟（a)至步驟（c) a 第2 4項之用以控制多相位直流馬達义 能量供給以及所有其之後的能量供給 要線圈之預定電流量係比在先前的各 加之預定電流量更多。 流馬達之方法，其包含： 子電極是否與該馬達之一定子電極大 疋未與該定子電極大致對齊，則該馬 ，能量’以開始轉動該轉子；以及 定與該定子電極大致對齊，則執行下 而供給能量至該線圈； )以一第一電流

   00727·ptd 第54頁 200405646 六、申請專利範圍 (b ) 停止該線圈之能量供給；以及 (c) 確定該轉子是否轉動。 2 7、依申請專利範圍第2 6項之用以啟動直流馬達之方法， 另包含： (d ) 以一大於該第一電流之預定電流而供給能量至該線 圈。 2 8、依申請專利範圍第2 7項之用以啟動直流馬達之方法， 另包含重複步驟（b )、（ c )以及（d )，直到該轉子被決定轉 動為止。 — 2 9、依申請專利範圍第2 8項之用以啟動直流馬達之方法， 其中在第二次能量供給以及所有其之後的能量供給週期時 所施加至該線圈之預定電流量係比在先前的各別能量供給 週期所施加之預定電流量更多。 30、一種用於直流馬達之啟動控制器，其包含： 一電力轉換器，具有一可控制開關，以提供電流至該馬 達之一線圈上； 一感測器，檢測該電力轉換器提供給該馬達線圈的電流 量之讀數，並利用一第一訊號將該電流量之讀數輸出； 一測定裝置，係藉由該第一訊號而確定提供給該馬達線 圈之電流量是否超過一額定值，並利用一第二訊號將該測

   _醞画__| |_關_画11_|| 匪_画_ _11画國_ 00727.ptd 第55頁 200405646 六、申請專利範圍 定結果之讀數輸出；以及 一控制器，係根據該第二訊號而控制該可控制開關，其 控制方式係為打開該可控制開關以提供電流至該馬達線^ 圈，以及關閉該可控制開關以停止提供電流至該馬達線 圈0 3。1、依申請專利範圍第30項之用於直流馬達之啟動控制 器，其中當該第二訊號指示了提供至該馬達線圈之電流在 該馬達啟動程序期間超過該額定值時，該 該可控制開關。 J 32、依申請專利範圍第30項之用於直流馬達之啟動控制_ 器，另包含一檢測器，用以檢測該馬達之一轉子相對於其 -定子的-對齊位置讀值，並將該讀值以—第三訊號輪、 出，其中該控制器係根據該第三訊號而控制該可控制 關0

   3^3、依申請專利範圍第32項之用於直流馬達之啟動控制 器，其中當該第三訊號指示該轉子電極與該定子電極之對 齊位置係在一第一對齊範圍内時，該控制器係打開該可控 制開關，之後s該第二訊號指示了提供至該馬達線圈之電 流超過該額定值時，該控制器係關閉該可控制開關。 34、依申請專利範圍第3 1項之用於直流馬達之啟動控制

   00727.ptd 第56頁 200405646 六、申請專利範圍 器，其中： 當該控制器回應了該第二訊號而關閉該可控制開關後， 該測定裝置係增加該額定值；且 當該測定裝置增加該額定值後，該控制器係打開了該可 控制開關。 3 5、依申請專利範圍第3 4項之用於直流馬達之啟動控制 器，另包含一檢測器，用以檢測該馬達之一轉子相對於其 一定子的一對齊位置讀值，並將該讀值以一第三訊號輸 出’其中該控制器係藉由對由該檢測器所接收之複數個第 三訊號做一比較而確定該馬達轉子是否移動，且當該橡子 被確定移動時而停止該啟動程序。 3=申中請專利範圍第32項之用於直流馬達之啟動控制 該感測器係包合τ 喚 ^ ^ . 匕θ 了一第一電阻，其係可與該 達線圈 該可控制開關操作於—由_ M.+ h γ , F ^ 率聯的電流路徑上；以及 該檢測裔係包含了 懷一杂 A一^ 第一電阻，其係可與該馬達之另 線圈操作於串聯的電流路徑上。 項之用 於直流馬達之啟動控制

   3 7、依申請專利範圍第3 〇 器，其中： 該感測器係為— 該馬達線圈及該可 渡波器，其包含 控制開關位於一 了 一電阻，該電阻係與 串聯的電流路徑上；以

   200405646 六、申請專利範圍 及 該測定裝置係包含： 一計數器，儲存該可控制開關於一期間内被打開之次數 計數值； 一乘法器，乘以該計數器内的計數值，以產生一乘積； 一參考裝置，儲存一參考值； 一第一加法器，將該參考值與該乘法器所提供的乘積相 加，以產生一第一總和； 一第二加法器，將該第一總和與該第一訊號之負值相 加，以產生一第二總和；以及 一比較器，比較該第二總和與一比較值，以確定提资至 該馬達線圈之電流是否超過該額定值。 … 3 8、依申請專利範圍第3 0項之用於直流馬達之啟動控制 器，其中該測定裝置包含了一比較器，該比較器係會在該

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