TW201543800A - 可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統 - Google Patents

Abstract

本發明之控制系統係可供電性連接於一主控制模組以及一直流無刷馬達之間，該控制系統至少包含有：交換式電源轉換電路、電壓轉換電路、中央處理電路、馬達驅動電路以及切換電路，由該交換式電源轉換電路連接於該空調主控制模組並接收一交流電源，且將交流電源整流降壓濾波，以形成一穩定的直流電源，供直流無刷馬達運轉，使得傳統空調系統在不需要更換舊有的管路配線、控制介面下，經由本發明將空調系統中的交流電訊號轉換為直流電訊號，進而得以控制直流無刷馬達驅動，以達成節能省電的目的。

Description

可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統

本發明係有關一種控制系統，特別是指一種將輸入之交流電訊號轉換為直流電訊號，進而得以控制直流無刷馬達驅動，以達成節能省電的目的，且不需更換舊有的管路配線、控制介面的控制系統。

現今因能源價格高漲且熱污染環境嚴重，綠色環保議題不斷提倡節能與替代能源，但替代能源發展實屬不易，因此首要之急是先要節約能源，譬如，一般大樓裡的空調系統通常耗電量很高相當浪費能源，其主要原因是，空調系統在各樓層空間中設置了複數通風管道以及複數送風機以達到調節室溫、循環空氣的效果，而此類送風機馬達都是交流單相三速馬達，是一種屬於低效率、高耗電量的馬達，使用上相當浪費能源，而目前市面上推出一種直流無刷馬達效率高、耗電量低，所以如果送風機能改用直流無刷馬達，就能改善空調系統的高耗電量，進而達到節能環保的目的。

以下列舉常見的空調系統送風機控制電路結構做說明：傳統空調系統其送風機馬達為使用交流電(AC)電源供電之交流單相三速馬達，透過交流電(AC)控制器以控制其高、中、低速，並以一控制介面例如溫度感應器、旋扭開關等，提供不同轉速訊號給交流電控制器，控制交流單相三速馬達的轉速。

傳統空調系統其送風機馬達為使用交流電(AC)電源供電之交流單相三速馬達，並在電路結構中設置複數繼電器控制電路導通與斷開，也得以藉由不同繼電器的作動來控制交流單相三速馬達的轉速，傳統空調系統其送風機馬達為交流單相三速馬達使用交流電(AC)電源供電，在電路結構中設置複數單軸雙切換繼電器(Relay-SPDT，Relay-single pole double throw)控制電路導通與斷開，以切換電源、高速、中速或低速的單軸雙切換繼電器(Relay-SPDT，Relay-single pole double throw)上的接點以控制交流單相三速馬達。

由上述可知，由於傳統的空調系統是使用交流電訊號，亦或者其他電器設備例如空氣濾清系統或除濕系統等均是使用交流電訊號，而直流無刷馬達並無法讀取交流電訊號，因此施工時必須將全部的管路配線拆卸、替換，以供直流無刷馬達使用，其汰換的成本費用不僅是一種浪費，整個更換配線的工作更是一項繁複的工程，若改以新建系統而言，更將是花費高額的控制電路費用，並且無法讓使用者選擇已經慣用的控制介面；因此，如何在以最少成本、最低工程的施工之下，使舊有的空調系統改用高功率、低耗電量的直流無刷馬達，一直是業界極待突破的問題。

有鑒於此，本發明主要提供一種將輸入之交流電訊號轉換為直流電訊號，進而得以控制直流無刷馬達驅動，以達成節能省電目的之控制系統，且本發明不需更換舊有的管路配線或控制介面，為其主要目的者。

為達上揭目的，本發明之控制系統係電性連接於一主控制模組以及一直流無刷馬達之間，該控制系統至少包含有： 交換式電源轉換電路、電壓轉換電路、中央處理電路、馬達驅動電路以及切換電路，由該交換式電源轉換電路連接於該空調主控制模組並接收一交流電源，且將交流電源整流降壓濾波，以形成一穩定的直流電源，供直流無刷馬達運轉，使得傳統空調系統在不需要更換舊有的管路配線、控制介面下，經由本發明將空調系統中的交流電訊號轉換為直流電訊號，進而得以控制直流無刷馬達驅動，以達成節能省電的目的。

依據上述主要結構特徵，該交換式電源轉換電路具有相互連接之整流元件、限流元件、穩壓元件以及濾波元件。

上述之整流元件係設有複數串聯連接之二極體。

依據上述主要結構特徵，該限流元件係連接於該整流元件及該穩壓元件之間，該限流元件係設有至少一電阻。

依據上述主要結構特徵，該穩壓元件係連接於該限流元件及該濾波元件之間，該穩壓元件係設有相互串聯之二極體及稽納二極體。

依據上述主要結構特徵，該濾波元件係設有相互連接之至少一電阻及一電容。

依據上述主要結構特徵，該控制系統進一步設有霍爾元件，該霍爾元件分別與該電壓轉換電路以及中央處理電路連接。

上述之切換電路係為電晶體。

依據上述主要結構特徵，該控制系統可應用於空調系統、空氣濾清系統或除濕系統中。

具體而言，本發明所揭露之控制系統，係可以產生下列功效：

1.由該控制系統連接於該空調主控制模組並接收一交流電 源，且將交流電源整流降壓濾波，以形成一穩定的直流電源，供直流無刷馬達運轉，不僅提升效率並可達成節能省電的目的。

2.本發明可讓傳統空調系統在不需要更換舊有的管路配線或控制介面，直接將感應馬達改為直流無刷馬達。

3.尚可霍爾元件之運作下，可控制直流無刷馬達內轉子的轉動速度、轉動位置。

10‧‧‧控制系統

11‧‧‧交換式電源轉換電路

111‧‧‧整流元件

112‧‧‧限流元件

113‧‧‧穩壓元件

114‧‧‧濾波元件

115‧‧‧二極體

116‧‧‧電阻

117‧‧‧稽納二極體

118‧‧‧電容

12‧‧‧電壓轉換電路

13‧‧‧中央處理電路

14‧‧‧馬達驅動電路

15‧‧‧切換電路

16‧‧‧霍爾元件

20‧‧‧主控制模組

30‧‧‧直流無刷馬達

31‧‧‧風扇

41‧‧‧室內端

42‧‧‧室外端

43‧‧‧壓縮機

第一圖係為本發明中第一實施例之控制系統基本架構圖。

第二圖係為本發明中第一實施例之控制系統電路示意圖。

第三圖係為本發明中交換式電源轉換電路之電路示意圖。

第四圖係為本發明中第二實施例之控制系統電路示意圖。

第五圖係為本發明中控制系統應用於空調系統之使用示意圖。

如第一圖所示，本發明之控制系統10，基本上係電性連接於一主控制模組20以及一直流無刷馬達30之間，該控制系統10至少包含有：至少一交換式電源轉換電路11、電壓轉換電路12、中央處理電路13、馬達驅動電路14以及切換電路15；其中：該交換式電源轉換電路11用以與該空調主控制模組20連接並接收一交流電源，將該交流電源轉換為直流電源，請同時參閱第二圖及第三圖所示，該交換式電源轉換電路11具有相互連接之整流元件111、限流元件112、穩壓元件113以及濾波元件 114。

其中，該整流元件111係設有複數順向串聯連接之二極體115，該限流元件112係連接於該整流元件111及該穩壓元件113之間，該限流元件112係設有至少一電阻116，該穩壓元件113係連接於該限流元件112及該濾波元件114之間，該穩壓元件113係設有相互串聯之二極體115及稽納二極體117，該濾波元件114係設有相互連接之至少一電阻116及一電容118。

該電壓轉換電路12係與該交換式電源轉換電路11連接，將上述直流電源轉換為至少一驅動電壓。

該中央處理電路13係分別與該交換式電源轉換電路11以及電壓轉換電路12連接，可接收上述之驅動電壓，以及交換式電源轉換電路11之訊號；該馬達驅動電路14係分別與該電壓轉換電路12以及中央處理電路13連接，可接收上述之驅動電壓，以及接收該中央處理電路13之訊號而轉換為驅動馬達之驅動訊號。

該切換電路15係分別與該馬達驅動電路14、電壓轉換電路12以及直流無刷馬達30連接，可接收上述之驅動電壓，以及接收上述之驅動訊號並驅動該直流無刷馬達30進行運轉，本發明實施例中，該切換電路15係為電晶體。

使用時，該空調主控制模組20提供一交流電源至該交換式電源轉換電路11，先由複數串聯連接之二極體115所形成之整流元件111，將交流電源做整流，再由電阻116進行限流作用，且藉由二極體115及稽納二極體117穩定電壓，並藉由電阻116及電容118作為濾波元件修正電壓波形，以形成一穩定之直流電源，而完成交流電源之轉換。

而上述電壓轉換電路12接收該穩定之直流電源，並 轉換為至少一驅動電壓，該電壓轉換電路12可以為降壓(Buck)轉換器將上述大電壓之直流電源轉換複數不同驅動電壓，例如可轉換為較低電壓以供應該中央處理電路13、馬達驅動電路14及該切換電路15運作，以及可轉換為可驅動直流無刷馬達30運轉之驅動電壓。

而該交換式電源轉換電路11之訊號並傳送至該中央處理電路13，由該中央處理電路13進行處理後經由該馬達驅動電路14可轉換為驅動馬達之驅動訊號，最後經由該切換電路15將該驅動訊號控制該直流無刷馬達30進行運轉。

其中，該中央處理電路亦可具有下列控制模式：

1.可選擇以弦波或方波驅動模式。

2.可偵測前端不同輸入交流電源作為判斷直流無刷馬達段速之依據，例如依不同輸入交流電源之大小，來控制直流無刷馬達形成2、3、4等不同快慢段速。

3.可以PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調變)的方式進行輸入馬達之電壓調變。

再者，該控制系統進一步設有霍爾元件16，如第四圖之第二實施例所示，該霍爾元件16分別與該電壓轉換電路12以及中央處理電路13連接，可由該霍爾元件16來偵測直流無刷馬達內轉子之永久磁鐵之磁極變化形成微弱的霍爾電壓，並傳送至該中央處理電路13進而控制直流無刷馬達內轉子的轉動速度、轉動位置。

值得一提的是，本發明之控制系統可整合於一電路板上，並可直接裝設於該空調主控制模組及該直流無刷馬達之間，可讓傳統空調系統在不需要更換舊有的管路配線或控制介面，直接將感應馬達改為直流無刷馬達，並利用直流無刷馬達之 運作達到提升效率及節能省電的目的。

另外，本發明使用時亦可如第五圖所示之實施例中，該控制系統10係應用於一空調系統40中，該空調系統40具有一主控模組20及一直流無刷馬達30，而該控制系統10係電性連接於該主控制模組20以及該直流無刷馬達30之間，亦可如圖所示之實施例中，該控制系統10係內建於該直流無刷馬達30內再與該主控制模組20電性連接，其中該空調系統40係具有室內端41與室外端42，其中該直流無刷馬達30係設置於該室內端41及室外端42之間，該直流無刷馬達30並分別設有對應該室內端41及該室外端42之風扇31，而該控制系統10則與該直流無刷馬達30連接，可驅動該直流無刷馬達30進行運轉，並利用直流無刷馬達30帶動其兩端之風扇31轉動，同時經由一壓縮機43之作用，進而由該些風扇31分別將氣流往室內端41或室外端42導引，而達到預定溫度調節之效果。

當然，本發明之控制系統亦可進一步應用於一空氣濾清系統或除濕系統中，其中，該空氣濾清系統或該除濕系統係具有吸入端及排出端，且該直流無刷馬達係連接有風扇，且該風扇係位於該吸入端及排出端之間，可經由內部部件之處理而到空氣清淨或除濕之效果。

綜上所述，本發明提供一較佳可行之控制系統，爰依法提呈發明專利之申請；本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之揭示而作各種不背離本案發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧控制系統

11‧‧‧交換式電源轉換電路

12‧‧‧電壓轉換電路

13‧‧‧中央處理電路

14‧‧‧馬達驅動電路

15‧‧‧切換電路

20‧‧‧空調主控制模組

30‧‧‧直流無刷馬達

Claims (17)

1. 一種可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，至少包含有：至少一交換式電源轉換電路，接收一交流電源，將該交流電源轉換為直流電源；一電壓轉換電路，係與該交換式電源轉換電路連接，將上述直流電源轉換為至少一驅動電壓；一中央處理電路，係分別與該交換式電源轉換電路以及電壓轉換電路連接，可接收上述之驅動電壓；一馬達驅動電路，係分別與該電壓轉換電路以及中央處理電路連接，可接收上述之驅動電壓，並接收該中央處理電路之訊號而轉換為驅動訊號；以及一切換電路，係分別與該馬達驅動電路以及電壓轉換電路連接，接收上述之驅動訊號。
2. 如請求項1所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該交換式電源轉換電路具有相互連接之整流元件、限流元件、穩壓元件以及濾波元件。
3. 如請求項2所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該整流元件係設有複數串聯連接之二極體。
4. 如請求項2所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該限流元件係連接於該整流元件及該穩壓元件之間，該限流元件係設有至少一電阻。
5. 如請求項2所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該穩壓元件係連接於該限流元件及該濾波元件之間，該穩壓元件係設有相互串聯之二極體及稽納二極體。
6. 如請求項2所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該濾波元件係設有相互連接之至少一電阻及一電容。
7. 如請求項1至6其中任一項所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該控制系統進一步設有霍爾元件，該霍爾元件分別與該電壓轉換電路以及中央處理電路連接。
8. 如請求項1至6其中任一項所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該切換電路係為電晶體。
9. 如請求項1至6其中任一項所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該中央處理電路可選擇以弦波或方波驅動模式。
10. 如請求項1至6其中任一項所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該中央處理電路可偵測前端不同輸入交流電源作為判斷直流無刷馬達段速之依據。
11. 如請求項1至6其中任一項所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該中央處理電路以PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調變)的方式進行輸入馬達之電壓調變。
12. 如請求項1至6其中任一項所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該控制系統係應用於一空調系統中，該空調系統具有一主控模組及一直流無刷馬達，而該控制系統係電性連接於該主控制模組以及該直流無刷馬達之間，該切換電路係與該直流無刷馬達連接，可驅動該直流無刷馬達進行運轉。
13. 如請求項12所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該空調系統係具有室外端及室內端，且該直流無刷馬達二端分別連接有風扇，並由二風扇分別對應該室外端及室內端。
14. 如請求項1至6其中任一項所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該控制系統係應用於一空氣濾清系統中，該空調系統具有一主控模組及一直流無刷馬達，而該控制系統係電性連接於該主控制模組以及該直流無刷馬達之間，該切換電路 係與該直流無刷馬達連接，可驅動該直流無刷馬達進行運轉。
15. 如請求項14所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該空氣濾清系統係具有吸入端及排出端，且該直流無刷馬達係連接有風扇，且該風扇係位於該吸入端及排出端之間。
16. 如請求項1至6其中任一項所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該控制系統係應用於一除濕系統中，該空調系統具有一主控模組及一直流無刷馬達，而該控制系統係電性連接於該主控制模組以及該直流無刷馬達之間，該切換電路係與該直流無刷馬達連接，可驅動該直流無刷馬達進行運轉。
17. 如請求項16所述之可用於交流電源之直流無刷馬達控制系統，其中，該除濕系統係具有吸入端及排出端，且該直流無刷馬達係連接有風扇，且該風扇係位於該吸入端及排出端之間。