TW201810919A - 馬達、其啓動控制方法及具有該馬達的風扇 - Google Patents

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Abstract

本發明主要揭示一種馬達，用於解決習知馬達啟動力道無法因應負載不同而自動調整的問題，該馬達包含：一定子線圈，用以通電產生磁力；一轉子，係可轉動地結合於該定子線圈，該轉子設有一磁性件，該磁性件與該定子線圈相對；及一驅動單元，電性連接該定子線圈，該驅動單元輸出一驅動訊號至該定子線圈，該驅動訊號之電性特徵值漸增，使該轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中輸出的動力漸增。藉此，可確實解決上述問題。

Description

馬達、其啟動控制方法及具有該馬達的風扇
本發明係關於一種馬達；特別是關於一種可自動調整啟動力道以因應不同負載之馬達。
馬達可將電力轉為動力輸出，用以帶動一負載而形成各式電動裝置。以風扇為例，習知風扇可利用該馬達將電能轉為動力輸出，以便通過該馬達帶動扇葉產生氣流，即可用於空氣循環或散熱等用途，該風扇之型態可為壁扇、吊扇、鼓風扇或軸流扇等。
習知馬達欲啟動時，可經由通用型驅動器(general driver)輸出一驅動訊號至該馬達之線圈，驅使該馬達之轉子開始旋轉。其中，隨著馬達應用的電動裝置不同，驅動器需推動的負載(如扇葉)亦不同，而馬達之轉子輸出的動力與其負載必須匹配，若動力過大，則易導致電動裝置產生震動；若動力過小，則不足以帶動負載。
惟，習用馬達啟動控制方式僅適用於固定負載量，並無法自動調整啟動力道以因應質量不同，因此，馬達啟動時極易因為動力不匹配或啟動死角等因素，導致電動裝置產生反覆尋角、啟動過久或起轉失敗等現象，造成馬達啟動不順暢。
有鑑於此，有必要改善上述先前技術的缺點，以符合實際需求，提升其實用性。
本發明係提供一種馬達，可在啟動時於一電氣角度範圍內逐漸增加輸出動力，以便順暢地啟動質量不同之負載。
本發明另提供一種馬達啟動控制方法，可控制馬達啟動時於一電氣角度範圍內逐漸增加輸出動力，以便順暢地啟動質量不同之負載。
本發明另提供一種風扇，可在啟動時於一電氣角度範圍內逐漸增加輸出動力，以便順暢地啟動質量不同之扇葉。
本發明揭示一種馬達，可包含：一定子線圈，用以通電產生磁力；一轉子，係可轉動地結合於該定子線圈，該轉子設有一磁性件，該磁性件與該定子線圈相對；及一驅動單元，電性連接該定子線圈，該驅動單元輸出一驅動訊號至該定子線圈，該驅動訊號之電性特徵值漸增，使該轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中輸出的動力漸增。
本發明另揭示一種風扇，可包含：一定子線圈，用以通電產生磁力；一轉子，係可轉動地結合於該定子線圈，該轉子設有一磁性件及數個扇葉，該磁性件與該定子線圈相對；及一驅動單元，電性連接該定子線圈，該驅動單元輸出一驅動訊號至該定子線圈，該驅動訊號之電性特徵值漸增，使該轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中輸出的動力漸增。
本發明另揭示一種馬達啟動控制方法，可應用於驅使該馬達運轉的一驅動單元，該方法之步驟可包含：以該驅動單元輸出一驅動訊號至該馬達之一定子線圈，該驅動訊號之電性特徵值係漸增，使該馬達之一轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中輸出的動力漸增。
所述轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中，該驅動訊號之電性特徵值可由一起始值漸增至一目標值；所述驅動訊號之電性特徵值可為一預定電性值與一調整比率之乘積；所述調整比率可隨時間形成一趨勢漸增的特性曲線；所述特性曲線可依時間順序形成一始端點及 一終端點，該終端點之值大於該始端點之值；所述特性曲線之形態可為線性或非線性；所述調整比率之範圍可介於30%至n×100%，n為正整數。藉此，可利用該驅動訊號輸出至該定子線圈的功率漸增，使該轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中可輸出的動力漸增，以便順暢地啟動該轉子運轉。
所述驅動單元可電性連接一控制單元，該控制單元可輸出一控制訊號至該驅動單元，使該驅動單元依據該控制訊號產生該驅動訊號；所述控制訊號可為一脈波訊號，該脈波訊號之工作週期、振幅或頻率漸增；所述控制單元與該驅動單元之間可電性連接一測壓元件，用以感測該驅動單元的輸出電壓；所述控制單元可為一微控制器、一數位訊號處理器或一特定功能積體電路。藉此，該控制訊號可利用該脈波訊號之工作週期、振幅或頻率漸增，使該驅動訊號之電性特徵值可由該起始值漸增至該目標值，令該轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中輸出的動力漸增，以便順利地尋得該轉子啟動角度，以適當力道帶動該轉子開始旋轉，以便完成馬達啟動過程。
上揭馬達、其啟動控制方法及具有該馬達的風扇，可利用該馬達之轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中輸出的動力漸增，以便順利地尋得該轉子的啟動角度，並以適當的動力驅使質量不同的負載(如扇葉)轉動，進而輕易完成不同負載之啟動過程，可以達到「易於尋得啟動角度」、「可適用於質量不同的負載」及「順暢地啟動馬達」等功效，可應用於各式馬達控制電路，如：風扇啟動控制電路等，可進一步提升馬達啟動順暢度，並可降低馬達啟動控制複雜度及成本。
1‧‧‧馬達
11‧‧‧定子線圈
12‧‧‧轉子
121‧‧‧磁性件
122‧‧‧扇葉
2‧‧‧驅動單元
3‧‧‧控制單元
4‧‧‧測壓元件
P‧‧‧電源
SC‧‧‧控制訊號
SD‧‧‧驅動訊號
第1圖：係本發明之馬達實施例應用於風扇之方塊示意圖。
第2圖：係本發明之馬達實施例應用於風扇之組合剖視圖。
第3圖：係本發明之馬達之線圈內部電流的特性曲線圖。
第4圖：係本發明之馬達啟動控制方法實施例之應用流程圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明全文所述之方向性用語，例如「前」、「後」、「左」、「右」、「上(頂)」、「下(底)」、「內」、「外」、「側」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。
請參閱第1及2圖所示，其係本發明之馬達實施例應用於風扇之方塊示意圖及組合剖視圖。其中，該馬達1可作為風扇或其他電動裝置之動力輸出來源，以風扇為例，該風扇可包含該馬達1及一驅動單元2，該驅動單元2電性連接該馬達1之一定子線圈11，該驅動單元2可輸出一驅動訊號SD至該馬達1之定子線圈11，該驅動訊號SD之電性特徵值(如：電壓、電流或功率等)可漸增，使該馬達1之一轉子12由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中可輸出的動力漸增。
在此實施例中，該馬達1可為適用於各式風扇(如壁扇、吊扇、鼓風扇或軸流扇等)之馬達，如第2圖所示，該馬達1包含至少一定子線圈(stator)11及一轉子(rotor)12，該定子線圈11可如單相或三相馬達之線圈，用以通電產生磁力，該轉子12係可轉動地結合於該定子線圈11，該轉子12可設有一磁性件121，該磁性件121與該定子線圈11相對，用以受該定子線圈11之磁力驅動，使該轉子12旋轉，該轉子12亦可設有數個扇葉(blade)122，以便形成風扇，令該扇葉122轉動產生氣流，其係所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，在此容不贅述。
請再參閱第1及2圖所示，該驅動單元2可為橋式驅動電路，如：全橋式或半橋式電路模組等，該驅動單元2可電性連接一電源P及該馬達1之定子線圈11，用以輸出該驅動訊號SD至該馬達1之定子線圈11，以提供該馬達1所需之電力，該驅動單元2可整合於該馬達1之電路板，而成為該馬達1內部結構之一部分，以便縮小整體之體積，惟不以此為限。
其中，該驅動單元2欲使該轉子12由靜止開始轉動時，該驅動單元2可輸出該驅動訊號SD至該定子線圈11，該轉子12於任一電氣角度運轉至同一電氣角度(如：電氣角度0°→轉子12運轉360°→電氣角度0°)的過程中，該驅動訊號SD之電性特徵值(如電流、電壓或功率值)可隨時間由一起始值漸增至一目標值，如：該驅動訊號SD之電性特徵值可為一預定電性值與一調整比率之乘積，該調整比率之範圍可介於30%至n×100%，n為正整數，該調整比率可隨時間形成為一趨勢漸增的特性曲線，如：具有二端點之特性曲線，該特性曲線可依時間順序形成一始端點及一終端點，該終端點之值大於該始端點之值，該特性曲線之函數可為連續時間函數(continuous-time function)或離散時間函數(discrete-time function)，以連續時間函數為例，該特性曲線之形態(shape)可為線性(linear)或非線性(non-linear)，如：直線(straight line)，或曲線(curve)，或該始端點與終端點之間具有至少一轉折點之線段等非直線(non-straight line)態樣，以直線為例，若該馬達1之定子線圈11為三相馬達之線圈，則任一相線圈的內部電流波形可形成弦波，該弦波之峰值可隨時間而遞增(如第3圖所示)，增加的幅度可依使用需求而調整，在此不加限制。藉此，可利用該驅動訊號SD輸出至該定子線圈11的電性特徵值隨時間漸增，使該轉子12由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中可輸出的動力隨時間漸增，以便順暢地啟動該轉子12運轉。
請再參閱第1及2圖所示，該驅動單元2還可電性連接一控制單元3，該控制單元3可輸出一控制訊號SC至該驅動單元2，使該驅動單元2依據該控制訊號SC之電性特徵值產生該驅動訊號SD，使該驅動訊號SD之電性特徵值可隨時間由該起始值漸增至該目標值。在此實施例中，該控制單元3可為具有馬達控制功能的裝置，如：微控制器(MCU)、數位訊號處理器(DSP)或特定功能積體電路(ASIC)等，該控制單元3可整合於該馬達1之電路板，該控制單元3可預存一控制邏輯(control logic，如：硬體電路或軟體程式等)及其所需的資料，用以產生該控制訊號SC，該控制訊號SC為一脈波訊號，該脈波訊號(pulse signal)之工作週期(duty cycle)、振幅(amplitude)或頻率(frequency)可用以表示該調整比率，如：該工作週期、振幅或頻率可隨時間漸增，如：以等差或非等差之方式漸增，該工作週期、振幅或頻率之漸增方式與該驅動訊號SD之振幅漸增方式可呈正比關係，使該驅動訊號SD之電性特徵值可由該起始值漸增至該目標值。
請再參閱第1及2圖所示，該控制單元3與該驅動單元2之間還可電性連接一測壓元件4，用以感測該驅動單元2的輸出電壓，供該控制單元3作為調整該脈波訊號之工作週期、振幅或頻率之依據，該控制單元3亦可利用查表或方程式等方式，自行調整該脈波訊號之工作週期、振幅或頻率，在此並不設限。
藉此，該控制訊號SC可利用該脈波訊號之工作週期、振幅或頻率漸增，使該驅動訊號SD之電性特徵值可隨時間由該起始值漸增至該目標值，令該轉子12由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中輸出的動力隨時間漸增，以便順利地尋得該轉子12啟動角度，並以適當力道帶動該轉子12開始旋轉，以便完成風扇啟動過程。
此外，本發明另揭示一種馬達啟動控制方法實施例，可應用 於驅使該馬達1運轉的驅動單元2，該方法實施例之步驟可包含：以該驅動單元2輸出該驅動訊號SD至該馬達1之定子線圈11，該驅動訊號SD之電性特徵值係漸增，使該馬達1之轉子12由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中可輸出的動力漸增，該風扇啟動控制方法實施例之實施方式已說明如上述風扇實施例，在此不另贅述，以下舉例說明上述馬達啟動控制方法實施例之使用態樣，惟不以此為限。
舉例而言，請參閱第4圖所示，其係本發明之馬達啟動控制方法實施例之應用流程圖。其中，該方法實施例實際使用時，可應用於啟動具有一定質量之負載，如：重量介於100克至500克之扇葉，惟不以此為限。以風扇為例，首先，可進行初始化(initialization)過程，用以設定風扇之基本特性值等；接著，可由該測壓元件4量測該驅動訊號SD之電性特徵值，供該控制單元3設定初始動力及轉動角度範圍等數值，該控制單元3可經由該驅動單元2輸出電力至該馬達1之定子線圈11，用以產生磁力驅使該馬達1之轉子12旋轉，如：使該轉子12由任一電氣角度(如0°)開始運轉，並開始執行一啟動尋角過程；接著，該驅動單元2可判斷是否需終止該啟動尋角過程，如：該轉子12是否已運轉至同一電氣角度(如0°)，若判斷為「是」，則可停止該啟動尋角過程，以進一步驅使該轉子12持續轉動；若判斷為「否」，則於電氣角度範圍(360°)內逐漸增加該驅動訊號SD之電性特徵值，使該馬達1之定子線圈11於各電氣角度產生的磁力逐漸增加，驅使該轉子12旋轉時輸出的動力(如轉速)隨時間漸增，如：由該起始值漸增至該目標值，此數值範圍可涵蓋風扇實際應用時可驅動的負載範圍，以便利用漸增的動力順暢地啟動扇葉旋轉，惟不以此為限。
又，由於該轉子12原本停止位置必定介於360°電氣角度範圍內，因此，藉由上述啟動尋角過程，無論馬達實際使用時的負載之質量及轉子磁極停止的角度為何，均可利用該馬達1之定子線圈11於上述電氣 角度範圍內產生漸增的電磁力，使該轉子12輸出的動力漸增，以便順利尋得該轉子12的啟動角度，進而輕易完成負載量不同之馬達啟動過程。
藉此，本發明上述實施例可利用該馬達之轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中輸出的動力漸增，以便順利地尋得該轉子的啟動角度，並以適當的動力驅使質量不同的負載(如扇葉)轉動，進而輕易完成不同負載之啟動過程，可以達到「易於尋得啟動角度」、「可適用於質量不同的負載」及「順暢地啟動馬達」等功效，可應用於各式馬達控制電路，如：風扇啟動控制電路等，可進一步提升馬達啟動順暢度，並可降低馬達啟動控制複雜度及成本。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (44)

  1. 一種馬達，包含：一定子線圈，用以通電產生磁力；一轉子，係可轉動地結合於該定子線圈，該轉子設有一磁性件，該磁性件與該定子線圈相對；及一驅動單元，電性連接該定子線圈，該驅動單元輸出一驅動訊號至該定子線圈，該驅動訊號之電性特徵值漸增，使該轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中輸出的動力漸增。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中，該驅動訊號之電性特徵值由一起始值漸增至一目標值。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之馬達，其中該驅動訊號之電性特徵值為一預定電性值與一調整比率之乘積。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之馬達，其中該調整比率係隨時間形成一趨勢漸增的特性曲線。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之馬達，其中該特性曲線係依時間順序形成一始端點及一終端點，該終端點之值大於該始端點之值。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之馬達，其中該特性曲線之形態為線性。
  7. 根據申請專利範圍第5項所述之馬達，其中該特性曲線之形態為非線性。
  8. 根據申請專利範圍第3項所述之馬達，其中該調整比率之範圍可介於30%至n×100%，n為正整數。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該驅動單元電性連接一控制單元，該控制單元輸出一控制訊號至該驅動單元，使該驅動單 元依據該控制訊號產生該驅動訊號。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述之馬達，其中該控制訊號為一脈波訊號，該脈波訊號之工作週期漸增。
  11. 根據申請專利範圍第9項所述之馬達，其中該控制訊號為一脈波訊號，該脈波訊號之振幅漸增。
  12. 根據申請專利範圍第9項所述之馬達，其中該控制訊號為一脈波訊號，該脈波訊號之頻率漸增。
  13. 根據申請專利範圍第9項所述之馬達，其中該控制單元與該驅動單元之間電性連接一測壓元件，用以感測該驅動單元的輸出電壓。
  14. 根據申請專利範圍第9項所述之馬達，其中該控制單元為一特定功能積體電路。
  15. 根據申請專利範圍第9項所述之馬達，其中該控制單元為一微控制器或一數位訊號處理器。
  16. 一種馬達啟動控制方法，係應用於驅使該馬達運轉的一驅動單元，該方法之步驟包含：以該驅動單元輸出一驅動訊號至該馬達之一定子線圈，該驅動訊號之電性特徵值係漸增，使該馬達之一轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中輸出的動力漸增。
  17. 根據申請專利範圍第16項所述之馬達啟動控制方法，其中該轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中，該驅動訊號之電性特徵值由一起始值漸增至一目標值。
  18. 根據申請專利範圍第17項所述之馬達啟動控制方法，其中該驅動訊號之電性特徵值為一預定電性值與一調整比率之乘積。
  19. 根據申請專利範圍第18項所述之馬達啟動控制方法，其中該調整比率係隨時間形成一趨勢漸增的特性曲線。
  20. 根據申請專利範圍第19項所述之馬達啟動控制方法，其中該特性曲線係依時間順序形成一始端點及一終端點，該終端點之值大於該始端點之值。
  21. 根據申請專利範圍第20項所述之馬達啟動控制方法，其中該特性曲線之形態為線性。
  22. 根據申請專利範圍第20項所述之馬達啟動控制方法，其中該特性曲線之形態為非線性。
  23. 根據申請專利範圍第18項所述之馬達啟動控制方法，其中該調整比率之範圍可介於30%至n×100%，n為正整數。
  24. 根據申請專利範圍第16項所述之馬達啟動控制方法，其中該驅動單元依據一控制訊號產生該驅動訊號，該驅動訊號係由一控制單元產生。
  25. 根據申請專利範圍第24項所述之馬達啟動控制方法，其中該控制訊號為一脈波訊號，該脈波訊號之工作週期漸增。
  26. 根據申請專利範圍第24項所述之馬達啟動控制方法，其中該控制訊號為一脈波訊號，該脈波訊號之振幅漸增。
  27. 根據申請專利範圍第24項所述之馬達啟動控制方法，其中該控制訊號為一脈波訊號，該脈波訊號之頻率漸增。
  28. 根據申請專利範圍第24項所述之馬達啟動控制方法，其中該控制單元為一特定功能積體電路。
  29. 根據申請專利範圍第24項所述之馬達啟動控制方法，其中該控制單元為一微控制器或一數位訊號處理器。
  30. 一種風扇，包含：一定子線圈，用以通電產生磁力；一轉子，係可轉動地結合於該定子線圈，該轉子設有一磁性件及數 個扇葉，該磁性件與該定子線圈相對；及一驅動單元，電性連接該定子線圈，該驅動單元輸出一驅動訊號至該定子線圈，該驅動訊號之電性特徵值漸增，使該轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中輸出的動力漸增。
  31. 根據申請專利範圍第30項所述之風扇，其中該轉子由任一電氣角度運轉至同一電氣角度的過程中，該驅動訊號之電性特徵值由一起始值漸增至一目標值。
  32. 根據申請專利範圍第31項所述之風扇，其中該驅動訊號之電性特徵值為一預定電性值與一調整比率之乘積。
  33. 根據申請專利範圍第32項所述之風扇，其中該調整比率係隨時間形成一趨勢漸增的特性曲線。
  34. 根據申請專利範圍第33項所述之風扇，其中該特性曲線係依時間順序形成一始端點及一終端點，該終端點之值大於該始端點之值。
  35. 根據申請專利範圍第34項所述之風扇，其中該特性曲線之態樣為線性。
  36. 根據申請專利範圍第34項所述之風扇，其中該特性曲線之線形為非線性。
  37. 根據申請專利範圍第32項所述之風扇，其中該調整比率之範圍可介於30%至n×100%，n為正整數。
  38. 根據申請專利範圍第30項所述之風扇，其中該驅動單元電性連接一控制單元，該控制單元輸出一控制訊號至該驅動單元，使該驅動單元依據該控制訊號產生該驅動訊號。
  39. 根據申請專利範圍第38項所述之風扇，其中該控制訊號為一脈波訊號，該脈波訊號之工作週期漸增。
  40. 根據申請專利範圍第38項所述之風扇，其中該控制訊號為一脈波 訊號，該脈波訊號之振幅漸增。
  41. 根據申請專利範圍第38項所述之風扇，其中該控制訊號為一脈波訊號，該脈波訊號之頻率漸增。
  42. 根據申請專利範圍第38項所述之風扇，其中該控制單元與該驅動單元之間電性連接一測壓元件，用以感測該驅動單元的輸出電壓。
  43. 根據申請專利範圍第38項所述之風扇，其中該控制單元為一特定功能積體電路。
  44. 根據申請專利範圍第38項所述之風扇，其中該控制單元為一微控制器或一數位訊號處理器。
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