TW201402056A - 具無刷馬達驅動系統之攪拌機 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種具無刷馬達驅動系統之攪拌機，其係包括一本體，包含底座、立柱及頭部，立柱以二支臂承接料桶，頭部往料桶中伸設攪拌軸，以驅動機構帶動攪拌軸自轉且偏心地繞行攪拌桶之中心，驅動機構之直流無刷馬達被控制單元提供控制訊號驅動，且設霍爾感應器感測直流無刷馬達的實際轉速，透過比例積分微分運算並調整直流無刷馬達之預設轉速及實際轉速的誤差，藉此構成本發明。

Description

具無刷馬達驅動系統之攪拌機

　　本發明係有關一種攪拌機，尤指一種具無刷馬達驅動系統之攪拌機。

　　按習知以攪拌機製作麵糰，係將麵粉及水等原料倒入料桶之中，透過於料桶之中的攪拌軸轉動以進行攪拌，讓麵粉及水充分的混合，而逐漸形成麵糰。

　　攪拌機的攪拌軸於攪拌的過程中，攪拌軸在麵糰未成形之前的負載僅在於麵粉及水，此時攪拌軸的轉動速度在攪拌的過程變化並不大；惟當麵粉及水逐漸形成麵糰時，麵糰對攪拌軸產生的阻力增加，因此攪拌軸的驅動馬達必須具有足夠的扭力，始能完成麵糰的攪拌作業。

　　習用攪拌機之驅動馬達，早期係以三相感應式交流馬達為驅動馬達，雖具有較大的扭力，惟速度控制不穩定，主要係當攪拌軸碰觸麵糰時因阻力而速度降低，雖即時提供加速訊號，惟攪拌軸通常是在脫離麵糰後才開始加速，造成攪拌軸在攪拌過程中發生失速的情況，故目前係以可變頻之驅動馬達為攪拌機的主要驅動源。此述可變頻之驅動馬達又可分為交流變頻馬達，以及直流變頻馬達，在相同馬力的條件下，交流變頻馬達的扭力不如三相感應式交流馬達，故必須利用較大馬力的交流變頻馬達搭配減速器，而使扭力達到預定值，因此交流變頻馬達的體積相形增加，受到體積的限制，因此不適合用在桌上型或擺設在小空間的攪拌機使用；又以直流變頻馬達而言，通常應用在小扭力的攪拌機，僅能攪拌如蛋糕原漿這類稀稠的物料，無法應用在麵糰的攪拌，且直流變頻馬達在運作過程會形成明顯的噪音，故直流變頻馬達在攪拌機的應用上受到相當大的限制。

　　因此，如何解決上述習用可變頻之驅動馬達在攪拌機上應用之問題者，即為本創作之主要重點所在。

　　本發明之主要目的，在於解決上述的問題而提供一種具無刷馬達驅動系統之攪拌機，以同時解決習用攪拌機可變頻之驅動馬達於扭力及體積上無法同時滿足的問題，且能達到噪音明顯降低的功效。

　　為達前述之目的，本發明之攪拌機係：

　　一本體，以一立柱設在一底座上，該立柱於頂端具有一頭部，且立柱伸設二支臂以結合一料桶，該頭部往攪拌桶中伸設一攪拌軸，頭部中設一驅動機構帶動該攪拌軸自轉，同時帶動該攪拌軸偏心地繞行該攪拌桶之中心，而該驅動機構包含一直流無刷馬達，此直流無刷馬達設有複數個在不同相位以感測馬達轉速之霍爾感應器；

　　一控制單元，至少包括一絕緣閘雙載子電晶體，此控制單元與該複數霍爾感應器電性連接，以此控制單元提供具有預設轉速之輸入值的控制訊號驅動該直流無刷馬達，複數霍爾感應器受到該直流無刷馬達之轉速的響應而產生脈波訊號，此脈波訊號由控制單元接收並轉換為直流無刷馬達之實際轉速的輸出值，一控制程式以該輸入值及輸出值進行比例運算、積分運算及微分運算，以運算並調整該直流無刷馬達之預設轉速及實際轉速的誤差。

　　本發明之上述及其他目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入了解。

　　當然，本發明在某些另件上，或另件之安排上容許有所不同，但所選用之實施例，則於本說明書中，予以詳細說明，並於附圖中展示其構造。

　　請參閱第１圖至第１５圖，圖中所示者為本發明所選用之實施例結構，此僅供說明之用，在專利申請上並不受此種結構之限制。

　　本實施例提供一種具有程式化控制攪拌模式之攪拌機，此述之攪拌機於結構上如第１圖所示具有一本體１，且電路部分如第２圖所示，於本實施例中包含一控制單元２及一比例積分微分控制器３(Proportional、Integral、Derivative Controller,PID Controller)及一輸入介面４，該比例積分微分控制器３於本實施例中為獨立在該控制單元２以外的裝置，其中：

　　如第１圖所示，該本體１包含一底座１０、一立柱１１、一頭部１２、二支臂１３以及一料桶１４，該立柱１１直立地設於底座１０上，頭部１２則橫設於立柱１１頂端，二支臂１３由立柱１１於底座１０與頭部１２之間外伸，並以此二支臂１３結合該料桶１４。

　　如第１圖所示，該頭部１２中設一驅動機構，且頭部１２向下朝料桶１４伸設一攪拌軸１６，以驅動機構帶動此攪拌軸１６自轉，同時帶動該攪拌軸１６偏心地繞行該料桶１４之中心，意即繞著料桶１４之中心公轉，而該驅動機構包含一直流無刷馬達１５(如第２圖以簡圖表示），在此直流無刷馬達１５設有複數個霍爾感應器（圖中未示）。

　　如第３圖所示，本實施例之控制單元２以電路型態載於一電路板２０，此電路板２０架設於一散熱器２１，此散熱器２１的表面佈有複數散熱鰭片２１０，且散熱器２１的背面２１１為一固定電路板２０之結合面，此述控制單元２包括一控制程式以及一絕緣閘雙載子電晶體２２（Insulated Gate Bipolar Transistor ,IGBT），該控制程式於本實施例中被編寫在該比例積分微分控制器３，該絕緣閘雙載子電晶體２２鄰近該散熱器２１的背面２１１而與電路板２０電性連接，且於該散熱器２１的背面２１１設一溫度感知器２３，此溫度感知器２３與該電路板２０電性連接，以感測該散熱器２１的溫度，若散熱器２１溫度達到預警溫度時，表示散熱器２１已無法再對絕緣閘雙載子電晶體２２達到散熱效果，此時便可由控制電路令命該絕緣閘雙載子電晶體２２停止運作。

　　如第２圖所示，該直流無刷馬達１５、控制單元２、比例積分微分控制器３、輸入介面４具有相對應的電性連結關係，控制單元２與複數霍爾感應器電性連接，以此控制單元２提供具有的控制訊號驅動該直流無刷馬達１５，該控制訊號為提供直流無刷馬達１５達到預設轉速之輸入值，複數霍爾感應器受到該直流無刷馬達１５之轉速的響應而產生脈波訊號，此脈波訊號由控制單元２接收並轉換為直流無刷馬達１５之實際轉速的輸出值，利用被編寫在比例積分微分控制器３之控制程式，對該輸入值及輸出值進行比例運算、積分運算及微分運算，以運算並調整該直流無刷馬達１５之預設轉速及實際轉速的誤差。

　　上述之輸入介面４設於本體１之頭部１２，此述之輸入介面４如第１圖所示，設有複數輸入元件，此述之複數輸入元件包含一設定部４０、一啟動鍵４１、一停止鍵４２、一暫停鍵４３、一模式／配方鍵４４以及一震動鍵４５，其中該設定部４０為一具有按壓確認功能之飛梭轉盤。此述之輸入介面４並具有一顯示元件４６。

　　控制單元２可透過按壓該模式／配方鍵４４而選擇一自動模式或一手動模式，於自動模式時，可執行多組材料項目之攪拌步驟，此述各材料項目之攪拌步驟中分別對應有包含攪拌速度及攪拌時間的預設參數，此預設參數由控制單元２儲存，並於該顯示元件４６顯示此述之預設參數，於本實施例中可由該輸入介面４更新該預設參數之數值，並於更新後儲存為新的參數。

　　如第４圖所示，為設定材料項目類別之設定流程，於本實施例中所欲選定之攪拌材料為波蘿麵包，此時於自動模式下按該設定部４０，於顯示元件４６即會顯示如第５圖之畫面，包含麵包類、吐司類、餅乾類、蛋糕類以及港式麵食類等食材類別，此時透過設定部４０旋轉至麵包類反白，並按該設定部４０確認，將進入麵包類之子類別，如第６圖所示，顯示元件４６即會顯示包含有波蘿麵包、丹麥派、法式麵包、浮華士…等子類別，透過設定部４０旋轉至波蘿麵包反白，再按設定部４０確認，即可顯示出如第７圖之畫面。於第７圖中顯示波蘿麵包之攪拌資訊，其中包含材料項目、攪拌步驟、攪拌時間、攪拌速度以及配方內容等選項，圖中係以波蘿麵包為例，顯示波蘿麵包之攪拌步驟包含步驟１～步驟５、與各步驟對應之攪拌速度、步驟１～步驟５完成所需之攪拌時間、以及波蘿麵包之配方等內容，此述材料項目、攪拌步驟、攪拌時間、攪拌速度以及配方內容等，為控制單元２中針對波蘿麵包之材料項目預先設定。

　　若欲設定波蘿麵包之攪拌步驟內容，即如第８圖所示之設定流程，此時按壓該設定部４０超過２秒，於顯示元件４６即會顯示如第９圖所示之攪拌步驟內容畫面，畫面中顯示步驟１～５各別的攪拌速度及攪拌時間，所述之攪拌速度在本實施例中係以代碼１～６表示，各代碼之攪拌速度可依使用者需求設定，而攪拌時間在本實施例直接以分鐘數及秒數顯示。若欲對各步驟之攪拌時間及攪拌速度更改者，按設定部４０並旋轉至指定之攪拌速度，再按設定部４０確認攪拌速度後，可旋轉設定部４０選擇攪拌時間，再按設定部４０確定進入更改，本實施例中包含有分及秒之時間參數，攪拌時間更改完成後再按該設定部４０確認，完成後即可按設定部４０進入下一步驟，或者按停止鍵４２結束設定。

　　本實施例之攪拌速度設定，如前述係以代碼表示，各代碼之攪拌速度於設定時，如第１０圖之設定頁所示，於本實施例中將６個代碼預設為一組公用選項，各代碼的攪拌速度均可利用設定部４０的按壓確認及旋轉選擇改變。本實施例之各食材類別下之子類別設定攪拌速度時，共同選用此預設之６個代碼所設之攪拌速度，意即各子類別在其各個攪拌步驟中，可個別選擇該６個代碼中之任一代碼為選定之攪拌速度。此外，各食材類別下之子類別設定攪拌速度時，除可依前述預設之６個代碼為公用選項而設定攪拌速度外，亦可設計在各子類別中分別設定其各步驟的攪拌速度，意即各步驟的攪拌速度設定時，並非共用前述６個代碼之攪拌速度，而是各子類別均有一組包含６個代碼之獨立選項，各個代碼同樣表示一攪拌速度，攪拌速度同樣可利用該設定部４０的按壓確認及旋轉選擇改變，而同樣如第９圖所示在各步驟中選擇任一代碼為攪拌速度，令攪拌速度的選擇更為活用；再者，在各子類別之攪拌步驟中可獨立設定攪拌速度者，可省略如第９頁之設定頁面，意即在第８頁之設定頁面中，將所述之代碼直接以攪拌速度之數值取代，而可直接在各步驟中直接設定對應之攪拌速度。

　　若欲設定波蘿麵包之配方內容，即如第１１圖所示之設定流程，此時按壓該模式／配方鍵４４超過２秒，於顯示元件４６即會顯示如第１２圖所示之配方內容畫面，畫面中顯示波蘿麵包攪拌所需之配方。若欲對各配方內容更改者，按設定部４０並旋轉至指定之配方選項，再按設定部４０確認後，可旋轉設定部４０調整選項內之參數，再按設定部４０確認該參數，完成後即可按停止鍵４２結束設定。

　　上述有關波蘿麵包之攪拌設定完成後，即可開始以自動模式攪拌。如第１３圖所示，為自動模式之流程，即按壓該啟動鍵４１後，開始依前述設定之攪拌步驟進行攪拌，攪拌過程中可按壓暫停鍵４３使攪拌步驟暫停，再按壓啟動鍵４１後接序往未完成之步驟進行；另於攪拌過程中，可按壓該停止鍵４２，此時攪拌步驟將結束，若再按壓啟動鍵４１則攪拌步驟從頭開始。於本實施例中，若攪拌時間在某一攪拌步驟中設為零，此時進行至該某一攪拌步驟時，則判斷為攪拌步驟結束。

　　如第１４圖所示，為手動模式之流程，當按住震動鍵４５時，直流無刷馬達１５即運轉而令攪拌軸１６自轉及公轉，當攪拌軸１６移動至適當位置時，即可放開震動鍵４５而令直流無刷馬達１５停止；當按壓啟動鍵４１時，直流無刷馬達１５即依設定之攪拌速度開始運轉，並在按壓暫停鍵４３或停止鍵４２時結束直流無刷馬達１５運轉。此述直流無刷馬達１５之攪拌速度可透過設定部４０的按壓及旋轉設定，且如第１５圖所示，為顯示元件４６於手動模式下之顯示畫面，其中包含設定之攪拌速度。

　　由上述之說明不難發現本發明之重點，在於直流無刷馬達透過控制程式以比例運算、積分運算及微分運算，可達到準確控制直流無刷馬達之轉速的效果，相對於交流變頻馬達或直流變頻馬達而言，可藉由直流無刷馬達扭力相對較大，以及體積和噪音相對較小之優點應用於攪拌機之攪拌軸的驅動源，藉此可透過直流無刷馬達之扭力較大而解決可變頻之驅動馬達之扭力不足的問題，且直流無刷馬達在同馬力的條件下，體積可相對小於可變頻之驅動馬達，故可應用在桌上型或小空間的攪拌機，且直流無刷馬達無明顯的作動噪音，亦可解決直流變頻馬達的噪音問題。

　　在本實施例之態樣以外，該控制電路亦可為可程式控制器，以編寫該控制程式，或者控制電路為單晶片，而可將該控制程式燒錄在單晶片中，以執行該比例運算、積分運算以及微分運算，亦可達到上述之實施例功效。

　　以上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以限制本發明，故舉凡數值之變更或等效元件之置換仍應隸屬本發明之範疇。

　　由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出專利申請。

(本發明部分)

1．．．本體

10．．．底座

11．．．立柱

12．．．頭部

13．．．支臂

14．．．料桶

15．．．直流無刷馬達

16．．．攪拌軸

2．．．控制單元

20．．．電路板

21．．．散熱器

210．．．散熱鰭片

211．．．背面

22．．．絕緣閘雙載子電晶體

23．．．溫度感知器

3．．．控制單元

4．．．輸入介面

40．．．設定部

41．．．啟動鍵

42．．．停止鍵

43．．．暫停鍵

44．．．模式/配方鍵

45．．．震動鍵

46．．．顯示元件

第１圖係本發明之攪拌機結構外觀圖。

第２圖係本發明之攪拌機程式化控制之配置示意圖。

第３圖係本發明之控制單元以電路型態載於電路板，且電路板裝設在一散熱器之結構示意圖。

第４圖係本發明之材料項目類別設定流程圖。

第５圖係本發明之材料項目類別顯示畫面之示意圖。

第６圖係本發明之材料項目子類別顯示畫面之示意圖。

第７圖係本發明之材料項目攪拌資訊顯示畫面之示意圖。

第８圖係本發明之攪拌步驟設定流程圖。

第９圖係本發明之攪拌步驟中關於攪拌速度及攪拌時間之顯示畫面之示意圖。

第１０圖係本發明之攪拌速度設定之顯示畫面之示意圖。

第１１圖係本發明之配方內容設定之流程圖。

第１２圖係本發明之配方內容之顯示畫面之示意圖。

第１３圖係本發明之自動模式作動之流程圖。

第１４圖係本發明之自動模式作動之流程圖。

第１５圖係本發明之手動模式下之顯示畫面之示意圖。

15．．．直流無刷馬達

2．．．控制單元

3．．．比例積分微分控制器

4．．．操作介面

Claims (6)

1. 一種具無刷馬達驅動系統之攪拌機，其係包括：
   　　一本體，以一立柱設在一底座上，該立柱於頂端具有一頭部，且立柱伸設二支臂以結合一料桶，該頭部往攪拌桶中伸設一攪拌軸，頭部中設一驅動機構帶動該攪拌軸自轉，同時帶動該攪拌軸偏心地繞行該攪拌桶之中心，而該驅動機構包含一直流無刷馬達，此直流無刷馬達具有複數個在不同相位以感測馬達轉速之霍爾感應器；
   　　一控制單元，至少包括一絕緣閘雙載子電晶體，此控制單元與該複數霍爾感應器電性連接，以此控制單元提供具有預設轉速之輸入值的控制訊號驅動該直流無刷馬達，複數霍爾感應器受到該直流無刷馬達之轉速的響應而產生脈波訊號，此脈波訊號由控制單元接收並轉換為直流無刷馬達之實際轉速的輸出值，一控制程式以該輸入值及輸出值進行比例運算、積分運算及微分運算，以運算並調整該直流無刷馬達之預設轉速及實際轉速的誤差。
2. 依申請專利範圍第１項所述之具無刷馬達驅動系統之攪拌機，其中，該控制單元載於一電路板，此電路板架設於一具有散熱鰭片之散熱器的背面，該絕緣閘雙載子電晶體鄰近該散熱器的背面而與電路板電性連接，且於該散熱器的背面設一溫度感知器，此溫度感知器與該電路板電性連接，以感測該散熱器的溫度。
3. 依申請專利範圍第２項所述之具無刷馬達驅動系統之攪拌機，其中，所述攪拌機包括一輸入介面，此輸入介面包含複數輸入元件及至少一顯示元件，該控制單元包含一自動模式，可執行多組材料項目之攪拌步驟此述各材料項目之攪拌步驟中分別對應有包含攪拌速度及攪拌時間的預設參數，此預設參數由控制單元儲存，並於該顯示元件顯示此述之預設參數，該輸入元件可更新該預設參數之數值後儲存為新的參數。
4. 依申請專利範圍第３項所述之具無刷馬達驅動系統之攪拌機，其中，該控制單元包含一手動模式。
5. 依申請專利範圍第１項所述之具無刷馬達驅動系統之攪拌機，其中，該控制單元為可程式控制器或單晶片，該控制程式被編寫在控制單元中。
6. 依申請專利範圍第１項所述之具無刷馬達驅動系統之攪拌機，其中，該控制單元包含一比例積分微分控制器，此比例積分微分控制器為被獨立在控制單元以外的裝置而與控制單元電性連接，該控制程式被編寫在此比例積分微分控制器中。