TW202137678A - 轉子定位馬達及其偵測方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種轉子定位馬達及其偵測方法，該轉子定位馬達透過設於其外之一控制組及一模擬組，藉以模擬其殼體內部之轉子單元實際的轉動速度和磁極位置。因此，本發明得以避免掉傳統無刷馬達會面臨到定子線圈干擾感測器的問題，以致馬達的精準度下降等。

Description

轉子定位馬達及其偵測方法

本發明係關於一種無刷馬達，特別是指一種應用於載具之無刷馬達結構。

習知無刷馬達係以感測器，如：編碼器(Encoder)、解角器(Resolver)或霍爾感測器(Hall Sensor)固設於馬達內定子之齒部，待上列感測器接收並分析馬達內轉子磁極變化之資訊後，再進行馬達內定子樞轉方向之校正，以提供馬達持續性的運作。

惟，前述用來固定感測器之位置，係在馬達內定子線圈旁，當電流通入定子產生磁場電場時，釋放的大量能量，經常會導致感測器在偵測上擷取訊號的混亂或者對於初始磁場位置的判斷不正確，進而造成無法準確判斷馬達內轉子之磁極位置，亦無法即時依前述磁極分佈資訊，對馬達內定子之樞轉方向進行校正處理，使馬達容易出現運轉上的間隔。

綜上，在許多大型載具上使用的馬達，其在運轉時須通入更為大量的電流。意即，其所產生的對應磁場電場亦會存在更大地能量，呈前述之內容，倘若感測器係設於馬達內部，則對其偵測效果之影響實不容小覷。

是以，一種可以提高感測器偵測穩定度之馬達結構，實為業界所盼之發明。

本發明之轉子定位馬達及其偵測方法係為解決前述問題，將一控制組及一模擬組設於馬達外部，利用模擬轉子磁極手段，以仿擬馬達內部轉子單元之實際轉動速度及磁極分佈態樣，待感測器分析上列資訊後，即可對馬達內部定子單元之樞轉方向進行校正。

為達成上述目的，本發明係提供一種轉子定位馬達，包含一殼體，具有一側殼，設於該殼體外部；以及一定子單元，固設於該殼體內；一軸體，貫穿該殼體，該軸體具有一轉子單元，該轉子單元沿該軸體之周向表面可轉動地與該定子單元同軸設置於該殼體內；一控制組，具有至少一感側單元，該控制組固設於該側殼上；以及一模擬組，具有至少一模擬單元，該模擬組係與該控制組同軸且不相接地固設於該軸體一端之徑向表面，且該模擬組與該軸體得同軸樞轉。

可選地，該轉子單元包含有複數個感應磁體，該複數個感應磁體沿該軸體之周向間隔嵌於該轉子單元上。

可選地，該控制組包含有一固定單元；以及至少一槽單元，設於該固定單元上， 每個該感測單元相對配設於每個該槽單元內。

可選地，該模擬單元中設有複數個模擬磁體，每個該模擬磁體係分別與每個該感應磁體的位置對應設置。

可選地，該模擬單元包含有一定位單元，每個該模擬磁體固設於該定位單元上。

可選地，每個該模擬磁體包括二磁件，該二磁件間具有一夾設角。

可選地，該模擬組包含有二承載單元，分別設於該定位單元之上表面及下表面。

可選地，該夾設角係為介於10度到170度之任一數值。

本發明進一步提供一種轉子定位馬達之偵測方法，包括： (a)提供一轉子定位馬達； (b) 於該轉子單元上間隔嵌設複數個感應磁體，並根據每個該感應磁體之位置，對應設置複數個模擬磁體於該模擬單元上； (c)將 一電流通入該定子單元以生成一磁場，致使該轉子單元因該磁場轉動，帶動該軸體及固設於該軸體之該模擬組一併樞轉； (d) 待該感測單元偵測到每個該模擬磁體之磁通量密度值後，根據預設之一磁極判斷基準，判斷每個該模擬磁體之一位置資訊； (e) 該感測單元根據該位置資訊，運算出每個該感應磁體之一磁極位置；以及 (f) 該感測單元依據該磁極位置，對該定子單元之通電順序進行校正，以控制該轉子定位馬達之樞轉方向。

可選地，於(b)步驟中，每個該模擬磁體包括二磁件，每個該磁件具有相同之磁通量。

可選地，於(d)步驟中，該磁極判斷基準包含一高閾值以及一低閾值，當感測單元偵測到之磁通量密度值高於該高閾值時，該位置資訊對應為一第一磁極資訊；當感測單元偵測到之磁通量密度值小於該低閾值時，該位置資訊對應為一第二磁極資訊，且該第一磁極資訊與該第二磁極資訊係為相反磁性之資訊。

可選地，於(b)步驟中，該二件磁件間具有一夾設角。

可選地，於(b)步驟中，每個該模擬磁體中的該二磁件係彼此以磁極相同之一端做相鄰但不相接地呈倒V字型排列。

可選地，於(b)步驟中，該夾設角係為介於10度到170度之任一數值。

以上對本發明之簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作一基本說明，發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明之數種概念而已。

為能瞭解本發明之技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：

請同時先參閱第一、二圖，第一圖為本發明較佳實施例之轉子定位馬達的示意圖，第二圖為本發明較佳實施例控制組(300)及模擬組(400)之結構示意圖。如第一、二圖之揭示，本發明係包含一殼體(100)，該殼體(100)具有一側殼(101)，設於該殼體(100)外部；以及一定子單元(102)，該定子單元(102)固設於該殼體(100)內；一軸體(200)，該軸體(200)貫穿該殼體(100)，該軸體(200)具有一轉子單元(201)，該轉子單元(201)沿該軸體(200)之周向(軸體周向(C))表面可轉動地與該定子單元(102)同軸(軸體軸向(Y))設置於該殼體(100)內；一控制組(300)，該控制組(300)固設於該側殼(101)上；以及一模擬組(400)與該控制組(300)同軸(軸體軸向(Y))且不相接地固設於該軸體(200)一端之徑向(軸體徑向(R))表面，使該模擬組(400)與該軸體(200)得同軸(軸體軸向(Y))進行樞轉。

該轉子單元(201)包含有複數個感應磁體(202)，該複數個感應磁體(202)沿該軸體(200)之周向(軸體周向(C))間隔嵌於該轉子單元(201)上。

請再參照第二圖，該控制組(300)包含有一固定單元(302)；標示在固定單元(302)缺口邊線上的至少一感測單元(301)；以及標示在固定單元(302)的缺口處的至少一槽單元(303)，該槽單元(303)固設於該固定單元(302)上，且每個該感測單元(301)相對配設於每個該槽單元(303)內。

該模擬組(400)包含有至少一模擬單元(401)；一定位單元(402)；以及二承載單元(403)，該模擬單元(401)中設有複數個模擬磁體(404)，且每個該模擬磁體(404)係分別與每個該感應磁體(202)的位置對應設置於該定位單元(402)上，該二承載單元(403)分別設於該定位單元(402)之上表面及下表面，用以防止該模擬磁體(404)於該定位單元(402)上脫落。

請參閱第三圖，每個該模擬磁體(404)包括二磁件(405)，每個該磁件(405)具有相同之磁通量，且每個該模擬磁體(404)中的該二磁件(405)係彼此以磁極相同之一端做相鄰但不相接地呈一倒V字型排列，當每個該模擬磁體(404)以該定位單元(402)之中心點為中心以圓周方向作間隔排列時，該模擬單元(401)呈一波浪狀，且其中，可定義該倒V字型之相接處係為一波峰(406)，以及對應該波峰(406)可定義兩個該倒V字型之相鄰處為一波谷(407)。

請再參閱第三圖，用於完成一個偵測動作所需要的該模擬磁體(404)數目係取決於該轉子單元(201)極對的數目，且每個該模擬磁體(404)中該磁件(405)與另一磁件(405)之夾設角(D)係取決於該感測單元(301) 預設之一磁極判斷基準，於本實施例中，該感測單元(301)係選用霍爾感測器(Hall sensor)，該感測單元(301)之數目可為但不限於三的倍數，該轉子單元(201)係為八個磁極（四個極對）之設計，而該模擬單元(401)則對應設有八個模擬磁體(404)，呈上述之內容，可繼續得到該波峰(406)與波谷(407)之數目分別為八個，依序定義為一第一波峰(4061)、一第二波峰(4062)…以及一第一波谷(4071)…(略)。

請參考第四圖，該定子單元(102)包含有複數個齒部(103)，每個該齒部(103)上繞設有線圈，這些線圈形成三個相位端(O1、O2及O3)。

請參閱第五圖，第五圖為本發明較佳實施例之轉子定位馬達偵測方法之流程圖，首先，執行步驟(a)提供一轉子定位馬達(10)，接著執行步驟(b)於該轉子單元(201)上間隔嵌設複數個感應磁體(202)，並根據每個該感應磁體(202)之位置，對應設置複數個模擬磁體(404)於該模擬單元(401)上，透過步驟(c)將一電流通入該定子單元(102)，以在該定子單元(102)之任二個相位端(O1、O2及O3任二者的組合)間生成一磁場，致使該轉子單元(201)因該磁場轉動，帶動該軸體(200)以及固設於該軸體(200)上之模擬組(400)一併樞轉，再執行步驟(d)待該感測單元(301)偵測到該模擬單元(401)上磁通量密度值後，根據該磁極判斷基準，判斷出每個該模擬磁體(404)之一位置資訊。(e) 該感測單元(301)根據該位置資訊，運算出每個該感應磁體(202)之一磁極位置(已知該模擬磁體(404)與該感應磁體(202)具有設置上的相應關係)。(f) 該感測單元(301)依據該磁極位置，對該定子單元(102)上每個該相位端(O1、O2及O3)通電之順序進行校正，以控制該轉子定位馬達(10)之樞轉方向。

該感測單元(301)內設有一處理器；以及一橋電路，該處理器包含一儲存單元，用以儲存該磁極判斷基準，該橋電路用以電連接每個該相位端以及該處理器。

該磁極判斷基準包含一高閾值以及一低閾值，當感測單元(301)偵測到之磁通量密度值高於該高閾值時，該位置資訊對應為一第一磁極資訊；當感測單元(301)偵測到之磁通量密度值小於該低閾值時，該位置資訊對應為一第二磁極資訊，且該第一磁極資訊與該第二磁極資訊係為相反磁性之資訊。

該感測單元(301)先根據原始已輸入之初始位置，待依序擷取在該第一波峰(4061)、該第一波谷(4071)、該第二波峰(4062)…(略)等不同定位點輸出之磁通量密度值後，該處理器接者查找該磁極判斷基準中該高、低閾值，以判斷每個該模擬磁體(404)之該位置資訊係對應為第一磁極資訊或第二磁極資訊，進一步可推知每個該感應磁體(202)之該磁極位置(已知該模擬磁體(404)與該感應磁體(202)具有設置上的相應關係)，並透過該橋電路反饋該磁極位置之即時資訊予該定子單元(102)，以校正該定子單元(102) 上每個該相位端(O1、O2及O3)通電之順序，進而控制該轉子定位馬達(10)呈正或逆方向樞轉。

請再參閱第三、五圖，在已知該高、低閾值係為預設數值下，使用者可進一步調整夾設角(D)為介於10度到170度之任一數值，據以校正每個該模擬磁體(404)間對應輸出之磁通量密度值，其中每個該磁通量密度值係為大於該高閾值或小於該低閾值之一數值。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。

10:轉子定位馬達 100:殼體 101:側殼 102:定子單元 103:齒部 200:軸體 201:轉子單元 202:感應磁體 300:控制組 301:感測單元 302:固定單元 303:槽單元 400:模擬組 401:模擬單元 402:定位單元 403:承載單元 404:模擬磁體 405:磁件 406:波峰 407:波谷 4061:第一波峰 4062:第二波峰 4071:第一波谷 C:軸體周向 R:軸體徑向 Y:軸體軸向 D:夾設角 O1、O2、O3:相位端 (a)~(f):步驟

第一圖為本發明較佳實施例之轉子定位馬達的示意圖。

第二圖為本發明較佳實施例控制組及模擬組之結構示意圖。

第三圖為本發明較佳實施例之轉子定位馬達之局部前視圖，主要顯示轉軸與模擬組之部份結構。

第四圖為本發明較佳實施例之轉子定位馬達部份之局部前視圖，主要顯示定子單元之部份結構。

第五圖為本發明較佳實施例之轉子定位馬達偵測方法之流程圖。

10:轉子定位馬達

100:殼體

101:側殼

102:定子單元

200:軸體

201:轉子單元

202:感應磁體

300:控制組

400:模擬組

C:軸體周向

R:軸體徑向

Y:軸體軸向

Claims (14)

1. 一種轉子定位馬達，包含有： 一殼體，具有： 一側殼，設於該殼體外部；以及 一定子單元，固設於該殼體內； 一軸體，貫穿該殼體，該軸體具有一轉子單元，該轉子單元沿該軸體之周向表面可轉動地與該定子單元同軸設置於該殼體內； 一控制組，具有至少一感側單元，該控制組固設於該側殼上；以及 一模擬組，具有至少一模擬單元，該模擬組係與該控制組同軸且不相接地固設於該軸體一端之徑向表面，且該模擬組與該軸體得同軸樞轉。
2. 如請求項1所述之轉子定位馬達，其中，該轉子單元包含有複數個感應磁體，該複數個感應磁體沿該軸體之周向間隔嵌於該轉子單元上。
3. 如請求項1所述之轉子定位馬達，其中，該控制組包含有一固定單元；以及至少一槽單元，設於該固定單元上， 每個該感測單元相對配設於每個該槽單元內。
4. 如請求項2所述之轉子定位馬達，其中，該模擬單元中設有複數個模擬磁體，每個該模擬磁體係分別與每個該感應磁體的位置對應設置。
5. 如請求項4所述之轉子定位馬達，其中，該模擬單元包含有一定位單元，每個該模擬磁體固設於該定位單元上。
6. 如請求項4所述之轉子定位馬達，其中，每個該模擬磁體包括二磁件，該二磁件間具有一夾設角。
7. 如請求項5所述之轉子定位馬達，其中，該模擬組包含有二承載單元，分別設於該定位單元之上表面及下表面。
8. 如請求項6所述之轉子定位馬達，其中，該夾設角係為介於10度到170度之任一數值。
9. 一種轉子定位馬達之偵測方法，包括： (a)提供如請求項1所述之轉子定位馬達； (b)於該轉子單元上間隔嵌設複數個感應磁體，並根據每個該感應磁體之位置，對應設置複數個模擬磁體於該模擬單元上； (c)將一電流通入該定子單元以生成一磁場，致使該轉子單元因該磁場轉動，帶動該軸體及固設於該軸體之該模擬組一併樞轉； (d) 待該感測單元偵測到該模擬單元上磁通量密度值後，根據預設之一磁極判斷基準，判斷每個該模擬磁體之一位置資訊； (e) 該感測單元根據該位置資訊，運算出每個該感應磁體之一磁極位置；以及 (f) 該感測單元依據該磁極位置，對該定子單元之通電順序進行校正，以控制該轉子定位馬達之樞轉方向。
10. 如請求項9所述之轉子定位馬達之偵測方法，其中於(b)步驟中，每個該模擬磁體包括二磁件，每個該磁件具有相同之磁通量。
11. 如請求項9所述之轉子定位馬達之偵測方法，其中於(d)步驟中，該磁極判斷基準包含一高閾值以及一低閾值，當感測單元偵測到之磁通量密度值高於該高閾值時，該位置資訊對應為一第一磁極資訊；當感測單元偵測到之磁通量密度值小於該低閾值時，該位置資訊對應為一第二磁極資訊，且該第一磁極資訊與該第二磁極資訊係為相反磁性之資訊。
12. 如請求項10所述之轉子定位馬達之偵測方法，其中於(b)步驟中，該二件磁件間具有一夾設角。
13. 如請求項10所述之轉子定位馬達之偵測方法，其中於(b)步驟中，每個該模擬磁體中的該二磁件係彼此以磁極相同之一端做相鄰但不相接地呈倒V字型排列。
14. 如請求項12所述之轉子定位馬達之偵測方法，其中於(b)步驟中，該夾設角係為介於10度到170度之任一數值。

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