TW522633B - A microcontroller operated electric motor soft start using a table drive equation with variable timing - Google Patents

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522633 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（1 ) 本發明係關於電動馬達。更特定而言，本發明係關於經 由使用微控制器來控制電動馬達的起動電壓。 在私動功率系統上負載的一大部份由電動馬達構成。 不論在家中（冷氣，吹風機，攪拌機），商店（工具，電扇） ，辦公室（印表機，電子裝置的冷卻風扇），以及在工廠中 ，電動馬達存在於任何地方。雖然有許多形式的電動馬達 ，至 > 有9 0 %爲感應馬達。基本上，小的電動馬達係以單 相位感應爲主。較大的馬達則偏向於三相位感應馬達。 、典型的感應馬達具有一電壓及電流電子輸入，扭矩及 旋轉形式的機械式輸出，並因爲熱能而消耗。該馬達的機 構上包含一定子，其並不會轉動，而一轉子即可轉動。一 S氣缝存在於該轉子及該定子來允許前者轉動。 電動力爲扭矩的形式，其係由電流與磁通量互動來產生 。一場電路係用來產生該磁通量。一電樞電路係用來承載 %泥。戎場電路通常具有許多圈繞線來承載相當小的電流 。該電樞通常具有一些較大的繞線來承載相當大的電流。 根據馬達的形式，該場可以在轉子或定子。該電樞通常相 反該場。對於感應馬達，該場是位在定子上，而該電樞則 在轉子上。 起動特性 由於當馬達直接在線上起動時所導致的大電流，其有必 要加入一些限制來避免干擾到供應系統。這些干擾不僅可 對電視機造成擾人的光線閃動，在極端的例子中，其可造 成敏感的繼動器來起動’或造成基本的機械或醫藥設備的 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公愛） -----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522633 Λ7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2 :斷：因b所有的供應權限即限制該起動電流到一最大 奋^位準曰’ ^尸斤有的車叉大權限的限制⑼可以類似的基礎來 計算。孩最大電流係描述於供應權限規定中。 备以固疋頻率供應來操作時，該三相位感應馬達基本上 u。 □ /i速率驅動器’其當負載扭矩由零增加到額定値 時，該速率僅會降低百分之l5lj5。在大部份的安裝中，感 應馬達可被起動，並可藉由直接連接該定子終端到電源供 應來提升料。此可建立機器巾㈣轉場。在零速率時， 此場的速率相對於轉子的速率較高。如果該轉子電流僅限 於該轉子棒的電阻，該轉子電流將會相當高。但是該起動 電流係由環繞該定子及轉子導體的磁場之額外路徑所限制 ，其已知爲通量洩漏路徑。通常，該起動電流因此在當以 全電壓起動時即被限制爲額定電流的四到七倍。在起動時 ，該扭矩通常在1.75到2.5倍額定數値的範圍中。 如果在起動時的定子電流係大於該電能供應系統所允許 者’咸馬達可使用一可以用使用一降壓變壓器來以約到 80%的降低電壓來起動。另外，該定子繞組可以連接成乂形 來開始，並可在速率接近額定値時切換到三角形。這種量 測値可大致降低該起動扭矩。在起動電壓降低到75%時里 其造成電能供應電流降低到56%，但也可造成該起動扭矩 的5 6 %，其可以完全電壓來提供。 其它的馬達起動器可在該起動期間插入與每個定子相位 串聯的電阻或感應。 ' 保護 ^ ^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5- 522633 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____ B7___ 五、發明說明（3 ) 在遠導體及該機器的鐵質部份由功率消耗所產生的熱量 ，以及摩擦熱，皆必須由冷卻系統移除來限制該馬達的溫 度。該保護裝置的主要目的爲防止該馬達的最脆弱部份， 該繞組上的絕緣受到損害。對於低功率馬達，一溫度敏感 裝置通常安裝在該馬達的内側，並用來在當溫度到達其極 限値時即關閉該電能供應。藉由較大的馬達，溫度敏感的 偵測器可以内含於該定子繞组的一個或多個位置。 繞組繞子感應馬逵 一些特殊的感應馬達係以轉子中的絕緣線圈構成，其類 似於那些定子繞組。該轉子繞組通常爲三相位形式，有三 個接點連接到絕緣的導體環（熟稱的滑動環），其安裝在轉 子軸的内部零件上。碳刷則提供用做爲内部導電連接。 一具有二個電組的繞組轉子馬達，其連接到其滑動環， 可提供一高起動扭矩，而不需要額外的起動電流。藉由改 變電阻，可對一些形式的機械負載提供某種程度的速率控 制。但是，這種驅動的效率較低，除非該速率可因爲轉子 電路電阻的高損耗而合理地接近該同步値。另一種方式是 ，一電子整流器·反向器系統可以連接到轉子滑動環，藉以 取得功率，並將其輸送給電能供應系統。此配置通常㈣ 一滑動回復系統，其提供速率控制的可接受效率。 感應馬達的發展 在一感應機器中一旋轉場的發展4 ^ 、、 、勿J霄展而要一組位在相位中的 電流，其流動在一組定子繞組中，其可 τ 丹』置於％繞在該定子 週邊。當一三相位電源是直接可用時， 又斗份的两用及家 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱 I ^----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -6 - 522633 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____ ____B7___ 五、發明說明（4 ) 用供應僅是單相位，基本上其電壓爲120或240伏特。其有 數種方式可由此單相位電源供應產生必要的旋轉場。 _電容感應馬達 此馬達係類似於該三相位馬達，除了在其定子上僅有兩 個繞組，彼此差9 0度。一個繞組直接地連接到該單相位供 應。在起動時，另一個繞組（通常稱之爲輔助繞組），其透 過一電容（儲存電荷的裝置）連接到相同的供應。此電容效 應係在使電流進入第二組繞組，而導引電流與第一組繞組 成9 0度，或一圈的i /4，以該繞子爲靜止不動。因此，即 提供該旋轉場及該起動扭矩。 當该馬達速率驅近其額定數値時，其不再需要輔助繞組 來維持其旋轉場。在轉子松鼠籠橫棒中所產生的電流，當 其通過該繞組a-a，時，在其旋轉通過第二組繞組時，係維 持在很小的改變中。該轉子可持續來產生旋轉場，並僅連 接到第一組繞組。該第二組繞組通常係由一離心開關來脱 離’其係在當速率約爲額定値的8 〇 %時來打開。 這些電容起動感應馬達的功率額定値通常限制到對12〇 v 電源約爲2 kw，對230 V電源爲10 kw，因爲此限制了在電源 線上的電壓降，其另可發生在起動時。在60 Hz電源上基本 的同步速率數値，對於4及6極馬達分別爲每分鐘ijoos 1，200轉。低速馬達可以用更多的極來建構，但較不常見。 3馬達的效率可以稍微增加’而由使用兩個電容來降低 ，電流，其中在接近該額定速率時，僅有—個被脱離電路（ 藉由一離心開關）。所剩下的電容持續地提供一領先電流來 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公髮） I ^----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522633

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 ) 逼近一兩相式電源’。此配置即稱之爲一電容起動，電容運 轉馬達。電容感應馬達係廣泛應用到需要高起動扭矩的重 負載應用。其範例有冰箱壓縮機，泵浦及輸送帶。 分離相位馬達 另一種提供用以起動一旋轉場的裝置係使用兩個定子繞 組，其中輔助繞組係由更多較小導體的繞線所製成，所以 其電阻會比該第一繞組大很多。此效應爲在該第二相位中 的電流會領先第一相位電流，但僅爲靜止的約2 〇 _ 3 〇度。 當此場爲很大的脈動時，其包含足夠的旋轉元件來提供 到2倍額定數値的起動扭矩。爲了防止過熱，該輔助繞組在 ‘速率到達額定數値的7 5 - 8 0 %値，即由一離心開關來脱 離。這些分離相位馬達的生產並不貴，並可安裝在許多家 用電器中。其需要超過一種的穩定速率，如同在家用洗衣 機中’该馬達可用另兩個極配對來纏繞，一個爲低速，另 一個爲高速。 遮蔽極馬if 孩遮蔽極馬達提供一主要繞組，其連接到單相位的電源 供應。此外，其具有一永久短路繞組，其位在主繞組旋轉 方向上之前。此第二繞組即爲熟知的一遮蔽線圈，並包含 一個或多個短路繞線。該遮蔽線圈係延遲該區域中磁通量 的建互’其環繞並因此而在靜止時產生一小的旋轉場成份。 S起動扭矩很小，基本上僅爲額定扭矩的3 〇到5 〇 %。因 此’该馬達僅適用於機械式負載，例如風扇，其中該扭矩 在低速時爲低，並隨著速率而增加。 -8 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨^----------裝·-------訂·--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522633 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6 ) 遮蔽極馬達因爲在永久短路繞組中的損耗而較沒有效率 。因此’其僅用在小的功率額定値，其中初始成本比效率 要來得重要。在較大單元中典型的效率最高爲3() %，並在 非常小的單元中小於5%。其主要用於風扇，及其它小家電 中0 伺服馬逵 一伺服馬達爲一種具有兩個定子繞組的小型感應馬達， 其在其週邊上彼此呈9 0度。該轉子通常爲松鼠籠式，但以 非常高的電阻導體來製成。該馬達的目的係在運作的任一 方向上提供一受控的扭矩。爲此目的，一繞組係連接到一 單相位，固定頻率的電源。另一個繞組係提供一相同頻率 的電壓’其在相位上差9 〇度。該馬達扭矩係大約與此第二 繞組成正比，因此也對於該信號輸入。該扭矩的方向係由 將輸入信號由領先9 0度到落後9 0度來倒轉。 在一些伺服馬達上，該轉子包含一鋁蓋，其符合該定子 與一固定鐵心之間的空氣溝。此轉子具有低慣性，並能夠 具有南加速度。伺服馬達僅以小功率額定値來製成，因爲 其高損耗及低效率。其可用於定位控制系統。 線性感應馬i素 一線性感應馬達可提供線性力量及動作，而非旋轉扭矩。 一線性感應馬達的形狀及運作可由在一旋轉感應機器中 沿著一徑向切入而弄平來想像。該結果爲一扁平，，定子，，， 或鐵片的上段，其承載一三相位，多極繞組，而導體係垂 直於運動方向。該"轉子"或下段可包含鐵片及一松鼠籠繞 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 丨^----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522633 Α7

五、發明說明（7 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 組，但更常包含一連續銅或鋁片，其位在—固體或疊層鐵 板之上。 線性馬達的一浮現的應用爲公用運輸的捷運载具。兮定 子（如上所述）係裝載於該載具的底侧，而該轉子係位在路 徑上的軌道之間。此種推進形式的好處在於可得到高加速 度及煞車效果，而不須依賴該鐵輪及鐵軌存在有雨水，冰 雪或陡峭斜波時的黏結性。 電能係透過滑動連接來供應到這樣捷運載具到—充電的 軌道或頂部的電纜。爲了提供速率控制及煞車，_車上的 電能調節裝置可產生所需要電壓及頻率的三相位輸出。 在另一種載具推進的配置中，該銅及鐵片可以放置在該 載具的底侧，而定子部份可放置在沿著軌道的間隔處。此 好處在於不需要供應電能到該載具本身。 線性感應馬達也可用來驅動輸送帶，滑動門，纺織機及 機械工具。此好處在於不需要實體的接觸，因此使磨耗及 維護最小化。在其它形式中，線性馬達係做爲電磁泵浦， 其中該轉子包含一導電流體，例如一液態金屬（例如鈉鉀合 金的水銀）。 線性馬達的效率會因爲終端效應而略爲小於旋轉馬達。 其Π轉子Π必須被磁性化來使其在”定子”之下。此可降低該 前一個或兩個極區間的有效性。該輸入電流也相當高，因 爲該空氣溝通常大於旋轉機械，並需要更多的電流來產生 穿越的磁場。 連率及位置控制的感應馬逵 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I;—-------·裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事頊再填寫本頁) 522633 Λ7 五、發明說明（8 ) 在一固定頻率電源上，一感膚邑 〜、應馬達基本上爲一接近固定 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 速平的驅動器。但是，感應馬達可用來藉由一可控制電麼 ，可控制頻率的三相位電源來在旋轉的任—方向上提供準 確的速率及位置控制。此可藉由—電子變頻 。 藉由半導體開關（如電晶體等），電源供應係轉換成一组 三個正弦波的受控電壓及頻率到該定子繞組。然後該馬達 的速率將可對於每秒f週期的—受控頻率達到每分鐘i2〇f/p 轉的同步値。該相位的反向是由abc到acb，其反轉了該扭 矩的方向。對於位置的速率控制，該軸的速率可以由一轉 速计或位置感測器來監視，並與代表所需要的値的一信號 來比較。然後其差異即用來控制該變頻器頻率。一般而言 ，該電壓會直接隨著頻率改變，藉以保持該磁場常數的大 小0 同步馬達 這種馬達爲轉子通常與該機器中的旋轉場相同的速度來 旋轉。該定子則類似於包含一圓柱形鐵框的感應機器，並 具有通常爲三相位的繞組位在環繞該内部週邊的槽上。其 差別在於其轉子通常包含一絕緣的繞組，經由滑動環而連 接到其它的裝置到一直流電源。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一同步馬達的運作原理可以暸解爲，該定子繞組係連接 到一三相位交流電源。該定子電流的效應係要建立一磁場 ，其對於f Hz的頻率及p個極，是以每分鐘120 f/ρ轉來旋轉 。在轉子上一 P極場繞組的直流電也可產生以轉子速率旋轉 的磁場。這兩個磁將會彼此對準。在沒有負載扭矩之下 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 522633 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（9 ) ，其可假設爲有對準。當施加機械負載時，該轉子即相對 於該定子的旋轉場而⑨回幾度，I生扭矩，並持續藉此旋 轉場而退縮。該場之間的角度會當負載扭矩增加時而増加 。當該轉子場落後該定子場90度時，該最大可用的扭矩可 對給定的定子及轉子大小來達到。更多的負載扭矩應用將 會中斷馬達。 同步馬達的好處在於該機器的磁場可由場繞組中的直流 電來產生，所以該定子繞組僅需要來提供與該施加定子電 壓同相位的電流之功率成分，及該馬達可以用整體功率因 素來運作。此狀況將使該定子繞組中的損耗及加熱最小化。 該定子電子輸入的功率因素係直接由調整該場電流來控 制。如果該場電流超過了提供該磁場所需要的値，該定子 電流即改變來包含一成分來補償此過磁 整體定子電流，其可使該定子電壓同相，因二 系統所需要磁化其它裝置所需要的反應電壓-安培，例如變 壓器及感應馬達。於一製造工廠中，在一領先功率因素下 的一大型同步馬達的運作可避免額外的電源供應率，而非 對於低功率因素負載來充電。 三相位同步馬達之主要應用是在工業環境，其中有大型 ’相當穩足的機械負載，其通常超過3〇〇 kw，其在領先功 率因素上運作的能力爲其價値所在。低於此功率準位時， 同步機器通常比感應機器要貴得多。在一些情況下，一同 步機器的安裝只有單一目的，就是改善整體工廠的功率因 素。在此例中，其稱之爲同步電容，因爲其提供了與連接 丨· ^--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -12- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 522633 五、發明說明（1〇 ) 到電源線的電容具有相同的功率因素修正。 J t::可由—外部控制的整流器經由滑動環來供應， ^ 土 ”、、達中，其係由一軸裝至式整流器及一旋轉變壓 器或發電機來提供。 踨将又壓 、一同步馬達僅有一個承載直流電的場繞組，其將不能自 我起動。在除了同步速率的任何速率下，其轉子將可經歷 一零，壓値的振餘矩，而該旋轉磁場即重複地通過該移 動車父'k的轉子。通常，類似於一感應機器所具有的短路繞 組被加入到該轉子來提供起動扭矩。該馬達可藉由完整或 降低的足子電壓來起動，並帶到同步速率的約95%，其通 常^有該場繞組短路來保護其避免過度的感應電壓。然後 孩場電流即可應用，而該轉子即構成與旋轉場能夠同步。 此額外的轉子繞組通常稱之爲一阻尼繞組，因並 任何振盪的額外特性可藉由在同步時在該轉子上負載的突 然改變來造成。對於負載的調整可改變來造成角度的改變 ，而該轉子場即可落後該定子場，因此造成瞬間速率的= 期改變。這些可造成於阻尼繞組中感應出電流，並造成可 反抗速率改變的扭矩。 對同步馬達的保護類似於用在大型感應馬達的保護。溫 度可對定子及場繞組進行感應，並用來關閉該電源供應。 於起動時，在該轉子阻尼繞組中會產生相當的熱量，而通 常會安裝一計時器來防止在一限定的時間區段中重複地起 動。 永久磁鐵馬達 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） - 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 522633 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（11 ) 一同步機器的磁場將使用一永久磁鐵，而不是一場繞組 來提供。此可降低滑動環及一外部的場電流來源的需要， 並提供一較簡單的鋸齒狀轉子。但是該馬達並不具有控制 定子功率因素的裝置。 該轉子的形式爲以铷-硼-鐵，釤鈷，或亞鐵鹽所製的磁 鐵以放射狀的分佈。如果該機器並不包含一阻尼繞組，其 即不能以一固定頻率電源來起動。此種馬達的主要應用爲 可變速率驅動器，其中該定子係由一可變頻率，可變電壓 的來源所供應。當需要起動能力時，該磁鐵即埋藏在該轉 子鐵心中，而一阻尼繞組即位在該轉子表面上的槽内。 另一種永久磁鐵馬達的形式爲一 8極的同步馬達。圓周分 佈的磁鐵可提供通量給鐵極，其依次設定了空氣溝中輻射 場。此形式特別適合使用亞鐵磁鐵的小型馬達。 磁滯馬達 同步馬達的特徵在於其速率相對於電源頻率爲單一。因 此，有數種特殊形式的同步馬達可用於很廣範圍的應用， 例如鐘，錄影機，唱機等。其中最廣泛的應用爲磁滞馬達 ，其中該轉子包含一半永久磁鐵材料的環，例如一高碳鋼 。在全速時，m馬達即像是一永久磁鐵的機器。如果該速 率因爲該轉子失去同步而降低時，該定子場即可使該轉子 材料可繞著其磁滯迴路來循環地被磁化，而造成轉子場落 後於定子場幾度，而可持續產生扭矩。這些馬達提供良^ 的起動扭矩，並且非常安靜。其效率較低，且應用會限制 在小的功率値。 I. 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -14 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 522633 五、發明說明（12 ) 磁阻馬達 此種機器的運作原理是，其所建立的力量是要使承載一 磁場的鐵系統中的任何空氣溝的體積最小化。基本上，囊 轉子包含4個鐵極，並且沒有電繞組。該定子具有6個極， 其每一個爲一承載電流的線圈。在圖中所示的狀況爲，電 流剛穿過第一組線圈，而在該轉子上產生一扭矩，其中兩 個極即對準於關於該第一組線圈的定子的極。故電流將名 琢第一組線圈中被關閉，並對該第二組線圈打開。此造成 在孩轉子上產生一逆時針扭矩，而使兩個轉子極對準於關 於孩第二組線圈的定子的極。此扭矩係根據該線圈電流的 大]彳一與其極性操關。該旋轉方向可由改變線圈被充電 的順序來改變。 在該定子線圈中的電流通常是由連接該線圈到一直流電 壓源的半導體開關來控制。來自安裝在馬達軸上的一位置 感測器的信號可用來在適當的時機來、起動該開關。 二 通常係使用以Hall效應爲主的一磁性感測器（關效應牵 涉到一半導體材料中一側向電場的發展，當其載有電、云， 並置於垂直於該電流的磁場中）。該整體系 = 我同步馬達驅動器。其可在一廣大的受控速度範固= 作。 个·^ 對於磁阻馬達有-些其它的架構。在_種形式中， 子包含-鐵環’具有放射狀的切口或槽穿過其中。 子具有p個區段或圓弧。該磁通量係 产沾鬥水艺、里你_周地仃經環繞此轉子 衣的0弧，而在相鄰足子極之間完成該路徑。 ^ 裝 訂---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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522633 A7 B7 五、發明説明（13) 在另一形式中，該轉子具有突出的極，但不具有場繞組 。該定子係圓柱形，並包含連接到一固定頻率電源的一三 相位繞、組。一阻尼繞組係吻合於該轉子表面，所以該機器 可以如同一感應馬達來起動。在該轉子進入與該定子的旋 轉場同步之後，其可像是一同步馬達而以定速運作。 單相位同步馬達 一旋轉場係藉遺使用單相位感應馬達相同的方法來由一 單相位電源產生同步馬達中。藉由直接將該主要定子繞組 連接到該電源，一補助繞組即可透過一電容來連接。另外 ，將可使用一較鬲電阻的輔助繞組。對於小型時鐘馬達， 該定子的遮蔽極構造可以廣泛應用在與一磁滯形式的轉子 組合中（如上述）。這些馬達的效率皆非常低，通常小於2 % ，但成本也同樣較低。 直流整流器馬達 在一 D C馬達的基本形式中，一固定磁場係藉由定子上的 極來跨過該轉子來產生。這些極可以由承載直流的場線圈 來環繞，或其可包含永久磁鐵。該轉子或電樞可包含一鐵 心及一容納在槽中的線圈。該線圈的末端係連接到安裝在 該轉子軸上的一整流器開關的橫棒。靜止的碳刷則導引到 外部接點。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 假設一直流電源係連接到該電樞終端，所以一電流會進 .入該正極終端。此電流與該磁通量互動而產生一逆時針扭 矩，然後即加速該轉子。當該轉子旋轉120度時，由該電源 連接到該電樞線圈則由該整流器倒轉。在電樞線圈中電流 的新方向可使得繼續來產生逆時針扭矩。當該轉子以逆時 -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 522633 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 --—--~~______ 五、發明說明（14) ^ .、u、轉時 正比於速率的電壓即會在該電樞線圈中 —生。當j線圈電壓變化時，該整流器動作即在該馬達終 產生單向電壓，並具有所示的極性。該電氣輸入將爲 、咖％壓及輸入電流的乘積。該機械式輸出功率將爲該 轉子扭矩及速率的乘積。 在一實際的D C馬達中，該電樞繞組包含一些槽中的線圈 ，其每個對p極具有寬度1/p的轉子週邊。在小型馬達中， 一些線圈可以低到爲6組，而在大型馬達中，其最大可到 300。琢線圈皆以串聯連接，其每個接面皆連接到一整流器 棒如果電流是由該正極地電刷進入，該線圈電流具有如 所不的万向。所有在該極之下的線圈皆會貢獻於扭矩的 生。 典型的小型D C馬達，例如用於汽車風扇中的馬達，其 包含兩個亞鐵鹽永久磁鐵材料所製的極。當需要較高的扭 矩時，例如在一汽車的起動馬達中，其需要使用較強的磁 鐵，例如伽鐵硼材質。當此馬達的終端連接到一固定直流 電壓來源時，例如電池，該啓始電流將僅限於該電樞繞組 及該電刷的電阻。由此電流與該場互動所產生的扭矩可加 速該轉子。在該繞組中產生的電壓即正比於該速率。此電 壓係相反於該電源，因此會降低電流及扭矩。當無機械負 載時，所產生的電壓將會升高到將近等於該來源電壓，並 允許只要足夠的電流來提供做爲摩擦扭矩。一負載扭矩的 應用會減慢該馬達，並降低所產生的電壓，增加電流，並 產生扭矩來匹配於該負載扭矩。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I-------------------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -17- 522633 Λ7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（15 ) 、對於大型馬達，該電樞繞组電阻會太低，而限制了可由 =整流器切換的啓始値。這些馬達通常是以”連接到該 電樞供應的電阻來起動。此電阻通常是在速 段性方式來減少。 ^加時以1¾ 一些形式的永久磁鐵整流器馬達當其附著於—固定電廢 源時並未提供速率控制。如果需要速率調整時，该永久磁 鐵場可由具有場極的鐵極來取代。這些線圈可以提供來自 相同來源的電流，用於電樞，或是來自—獨立的電源。一 可變串聯電阻可以用來調皇該場電流。在最大的場電流及 所造成的最大磁通量下，該產生的電壓將可等於該供應電 壓，而在無負載速率的一最小値之下。當加入一負載時， 該速率將降低一些，而電樞電流將增加來產生所需要的扭 矩。如果降低該場電流時，該馬達將必須旋轉地較快來穿 過該降低的通量，藉以產生相同的電壓。該無負載速率即 會增加。對於一給定値的電樞電流，該可用的扭矩將可因 爲通量降低而降低。但是，該馬達將可以較高速及較低的 扭矩來提供相同的機械功率。 具有可調整場電流的整流器馬達即熟知的分流器馬達， 或獨立激發馬達。通常，可用的速率範圍係小於2比1，但 特殊的馬達可提供一速度範圍高到1 〇比i。 另一種形式的整流器馬達爲_聯馬達，其中該場線圈具 有相當少的圈數，其與該電樞承載相同的電流。藉由較高 的電流値，該通量亦高，而使扭矩變高，而速率降低。當 電流降低時，該扭矩即降低，而速率則增加。在過去，這 18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 狀衣—— 訂--- 畢- 522633 A7 B7 16 五、發明說明（ 種馬達普遍用在電氣運輸載具，例如地下鐵及堆高機卡車。 通常大型DC馬達具有4個或更多的極來降低在定子軛中 所需要的鐵的厚度，並可降低在該電樞線圈上的終端連接 的長度。這些馬達也可具有額外的小極，或連接極，其位 於該主要極之間，並具有承載該供應電流的線圈。這些極 的放置可以產生在每個電樞線圈中的小電壓，當其與該整 流器短路時。此可輔助在該線圈中的電流之快速反轉，並 防止整流器跳火。 D C整流器馬達已普遍用於軋鋼機，裁紙機，機械手臂， 及機械工具’其需要準確的速率或反向速率的控制。其由 一獨JL的電壓源來供應該場，其通常具有固定場電流，或 來自永久磁鐵。該電樞係由一可控制電壓的來源所提供。 該速率即大略正比於該來源電壓。在一受控速率下的電極 供應電壓的反轉即可反轉該馬達。 交流整流器爲逵 一特殊設計的-聯整流器馬達將可由一單相位交流電壓 源來運作。當該供應電流反轉時，該磁場及該電樞電流亦 反轉。因此，該扭矩即保持在相同的方向。這些馬達通常 稱之爲通用馬達，因爲其可用於一直流電壓供應或用於— 60 Hz交流電壓供應。其可廣泛應用於這種小的家用電器， 如攪;拌器’可攜式手工具，及眞空吸塵器。 當一些起動電流限制有用時，其並不會特別地有彈性。 因此，其有需要在額外方法的技藝中來調整該起動電流到 電動馬達。本發明的目的即在於提供一獨特及多樣化的裝 I - AW --------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 19. 522633 A7 17 五、發明說明（ 置，及—種方法來調整電動馬達的起動電流。 本發月可解決隱含在先前技藝中的問題，藉由提供一處 =器及記憶體來用於調整或限制流到—電路或裝置的電流 里例如—電動馬達。在本發明的較佳具體實施例中，其 包含具有目前數値的預載入順序的'維表。由内部時脈或 週邊裝置所提供的系統時間可做爲—索引到該—維表，藉 以由表中取得所需要的目前數値。然後該目前數値即可應 用到有問題的電路，藉以限制電流到目前數値。 在本發明的另一具體實施例中，在記憶體中的二維表中 預載入—系列的時間値（在―"搁"中），及目前値（在其它" 攔中）在開啓電源狀況的起動中，該處理器接收來自一 時脈的時間輸人。在-具體實施例中，該時脈即存在於位 在-積體電路晶片中的微處理器。在另一具體實施例中， 一系統時脈及用來輸入時間値给該處理器。在任一例中， 該處理器利用該時脈値及在：轉列中的資料來決定或另 計算-目前的限制値，該電流限制値接著可由該處理器應 用到一電流限制器，例如_FET開關（DC)或三相位控制器 (AC)，藉以限制進入到該電路的電流。要由該時脈取得二 新的時間値並施加一對應的新電流限制的過程，基本上即 -直重複到達到一穩態電流値。本發明可特別適用於限制 電動馬達的起動電流，但其也可用做爲其它的應用。 在一具體實施例中，該時脈的時間値係被進位（向上或向 下）到所接近的離散時間値，並可用做爲—偏壓量在該表; ，藉以取得該電流値，並應用到電流限制器。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公冑 I. AW- ^ ------- SJ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 20. 522633

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（18) 在另一具體實施例中，該時脈的時間値可用於一内插程 序’藉以计算该特走點選時間値的一電流値。該内插程序 可爲線性，曲線逼近，木條取線逼近，或其它任何在本技 藝中所熟知的程序。利用一預先定義的二維表可大爲增加 該處理器的反應性，其可用於計算一 RL或Rc電路的第一 階衰變響應的對數値。不像是本發明，先前技藝的方案之 即時對數計算，其需要相當多的程式，並且相當的處理能 力，故會相對應地降低反應性及能力。 匕 有關本發明的目前之較佳具體實施例的其它及進一步的 目的，特徵及好處，皆可由以下的説明及所附的圖面來 爲瞭解本發明的目的。 圖1所示爲電流限制與時間的函數； 圖2所7F爲本發明的一電流控制器的電路圖； 圖3所7F爲説明本發明的另一具體實施例的運作流程圖· 圖4所示爲本發明電腦結構的架構圖； "， 圖5所示爲本發明的另一具體實施例的表，在其產 < 的記憶體圖； ' < 前 圖6所示爲本發明的另一具體實施例的表，在其產 / 的記憶體圖； <後 圖7所示爲本發明的較佳具體實施例的運作流程圖； 圖8所示爲根據本發明的較佳具體實施例的—維表: 本發明可應用到直流（DC)或交流（AC)電路 路 特別適用於限制啓始電流，例如一電動馬達。 赞明可 現在請參考“，圖如爲—RC(電阻⑽）電路的典 '----------•.壯衣--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -21 - 522633

其通常爲下式的模式 型所需要響應 一丄 / = 1 ~ 6 ^ 其中I局％成，t爲某個時間，r爲電阻，而C爲 電路的電容値。 1 ^ 在先纟』技☆中，在啓始信號及穩態値之間任何即時的a 流限制値係由—處理器來計算。此計算需要大量的程式: 因此需要相當多的處理器運算循環。事實上，其所需要^ 處理器能力，是需要更快，及相當昴貴的處理器。除了刻 算即時的等式之外，本發明需要產生-預先計算的表，^ 代表時間値在0到255之間的等式，其通常分別正規化到㈣ 100。除了改變RC來改變時間到1〇〇%，藉由本發明，該名 所變化的速率可改變起動的行爲。因此，本發明相對先實 技藝需要進行即時計算而言，允許使用較爲不強大的微處 理器。 圖2所示爲本發明運作中的通常配置。該電路〗〇係包含 一微處理器系統2 0，其連接到時脈2 2。在本發明的另一具 體實施例中，孩時脈2 2係加入到該微處理器系統。一電源 供應2 8透過輸入線3 〇及3 2提供電源到電路丨〇。該電路1 c 提供輸出線40及42來連接主要負載，在此例中爲二=達18 ，到該電路的其餘部份。一電流限制器26係用來限制施加 於該馬達18的電流。該電流限制器26係由該微處理器系統 20所控制。一電壓調節器23轉換該系統電壓到適合=該微 處理器系統20的位準。一控制線24位於該電壓調節器^及 該微處理器系統2 0之間，用來起動該微處理器系统2 〇。 22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐）

522633 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（25 ) 性的電流限制。本發明可利用許多種演算法來決定，或是 計算出要應用到該電流限制器2 6的電流限制値。在本發明 的較佳具體實施例中，由該時脈22所接收的該時間値係被 向上或向下進位到一離散的時間値，其係對應於在該二維 表的該第一維中最接近的一特定時間値（步驟1〇6及i 14)。 在另一具體實施例中，一線性内插電流限制係由取得該時 間値（由該二維表的該第一維）來計算出來，以及該對應的 兩個電流値，並將其應用到下式： (Ά 1 其中t!及t2對應到该一維表的該第一維中的兩個時間値， 其係最接近於由該時脈22所接收的時間値，而卜及匕爲在 該二維表中的電流値，其分別對應到t!及t2，藉以計算出 回傳的電流限制IL。 另外，可在本發明中使用一曲線逼近内插，例如一木條 曲線逼近内插，Aitken内插，Bessel内插公式，Everett内插 ，外插法，有限差分，Gauss内插公式，Hermite内插，

Lagrange内插多項式，Newton-Cotes公式，Newton分割差分 内插公式，Osculating内插，Thiele内差公式，或其它在本 技藝中所熟知的内插演算法（步驟i i 0)。 在所有的狀況下，一旦傳回該電流限制値，該限制値即 由遠處理器2 0應用到電流限制器2 6，如圖3的步骤丨i 6。在 步驟118中，進行一檢查來決定是否目前由該時脈22所接收 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） I.----------φ Μ--------訂----------^9— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 第090107506號申請專利案 器：：許1〇. 0 8/ 」 中文申請專利範圍修正本(91年10月）D8 : : ,;：： _ 六、申請專利範圍 1 . 一種控制到一電路的電流之資料處理器控制裝置，該控 制裝置包含： 一電流限制器，該電流限制器係構成及配置來調節該 電流到該電路； 一時脈，該時脈係構成及配置來供應一時間指示； 一記憶體，該記憶體係構成及配置來儲存數值的一二 維表，該表具有包含時間值的第一維，及包含電流值的 一第二維；及 一處理器，該處理器係構成及配置來控制該電流限制 器，該處理器進一步構成及配置來存取在記憶體中的該 二維表，並接收來自該時脈之該時間指示； 其中該處理器查詢來自該二維表的一限制電流值，其 做為來自該時脈的該時間指示的函數，並應用該限制電 流值到該電流限制器，藉以限制一輸入電流到該電路。 2 ·如申請專利範圍第1項之控制裝置，其中該二維表係由 一外部來源預先載入。 3 .如申請專利範圍第1項之控制裝置，其中該二維表係由 該處理器預先載入。 4. 如申請專利範圍第1項之控制裝置，其中該電流限制器 為一場效電晶體開關。 5. 如申請專利範圍第1項之控制裝置，其中該電流限制器 為一穿越電晶體。 6. 、如申請專利範圍第1項之控制裝置，其中該電流限制器 為一觸發三極體控制器。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

   .如申請專利範圍第i項之控制裝置，其中該記憶體為一 非揮發性記憶體。· 8· 一種控制到一電路的電流之方法，該方法包含以下步騾： (a)接收一信號來施加電流到一電路； (b )接收來自一時脈的時間值； (c)以一處理器來由一記憶體中的一二維表來決定一 電流值，及由該時脈來決定該時間值；及 (d )根據該電流值來限制該電流到該電路。 9 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中該，決定步騾包含以 下步驟： (cl)將來自該時脈的該時間值進位到在該二維表中的 一離散時間值來形成一進位的時間值；及 (c2)在該二維表中查詢該進位的時間值，並傳回一對 應的電流值。 10·如申請專利範圍第8項之方法，其中該決定步驟包含以 下步騾： (cl)使用來自該時脈的時間值及兩個相鄰的時間值， 以及來自遠一維表的對應電流值，來由該處理器線性地 内插出一電流值；及 (c2)傳回該内插的電流值。 1 1 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中該決定步驟包含以 下步驟： .(c 1)使用來自該時脈的時間值及兩個相鄰的時間值， 以及來自該二維表的對應電流值，來由該處理器以曲線 本紙張尺度適财_輯準(CNS) A4規格(21GX297公釐） ___ D8 91. ΙΟ. 〇0 六、申請專利範圍 逼近内插出一電流值；及 (c2)像回該内插的電流值。 1 2 · —種控制到一電路的電流之方法，該方法包含以下步驟： Ο)接收一信號來施加一特定電流到一電路； (b) 接收來自一時脈的時間值； (c) 以一處理器來由一記憶體中的一三維或更多維的 表來決定一電流值，及由該時脈來決定該時間值；及 (d) 根據該電流值來限制該電流到該電路。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該決定步騾包含以 下步騾： (cl)將來自該時脈的該時間值進位到在該三維或更多 維的表中之一離散時間值來形成一進位的時間值；及 (c2)在該三維或更多維的表之一預先選擇的攔位中來 查詢該進位的時間值，並傳回一對應的電流值。 1 4 ·如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該決定步驟包含以 下步騾： (cl)使用來自該時脈的時間值及兩個相鄰的時間值， 以及來自違二維或更多維表的一預先選擇搁位的對應電 流值，來由該處理器線性地内插出一電流值；及 (c2)傳回該内插的電流值。 1 5 ·如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該決定步驟包含以 下步驟· .(c 1)使用來自该時脈的時間值及兩個相鄰的時間值， 來自該三維或更多維表的一預先選擇欄位的對應電流值 -3- 本紙張尺度適用中ίί家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 522633 六、申請專利祀圍 A8

   ，來由該處理器以曲線逼近内插出一電流值；及 (c2)像回該内插的電流值。 1 6 . —種控制一到一電路的電流的資料處理器控制裝置，該 控制裝置包含： 一電流限制器，該電流限制器係構成及配置來調節該 電流到該電路； 一時脈，該時脈係構成及配置來供應一時間指示； 一記憶體’該記憶體係構成及配置來儲存的一數值表 ，該表具有至少二維來包含時間值，及至少二維來包含 電流值；及 一處理器’該處理器係構成及配置來控制該電流限制 器，該處理器進一步構成及配置來存取在記憶體中的該 表’並接收來自該時脈的該時間指示； 其中該處理器查詢來自該表的一限制電流值，其做為 來自該時脈的該時間指示的函數，並應用該限制電流值 到該電流限制器，藉以限制一輸入電流到該電路。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之控制裝置，其中該表具有三維 或更多維，其係為一外部來源所預先載入的陣列。 1 8 ·如申請專利範圍第i 6項之控制裝置，其中該表具有三維 或更多維，其係為該處理器所預先計算的陣列。 1 9 ·如申請專利範圍第1 6項之控制裝置，其中該電流限制器 為一場效電晶體開關。 2 0 ·如申請專利範圍第丨6項之控制裝置，其中該電流限制器 為一穿越電晶體。 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

   為一觸發三極管控制器。 2 2 . —種控制一到_兩 4 I路的電流的資料處理器控制裝置，該 控制系統包含： 一㉗及限制器’ m;克限制器係構成及配置來調節該 電流到該電路； 一時脈，該時脈係構成及配置來供應一時間指示到該 處理器；及 一记憶體，該記憶體係構成及配置來儲存的一數值表 ，該表具有包含時間值的一第一維，及至少兩個額外的 維，該額外的維係包含電流限制值； 一處理器’該處理器係構成及配置來控制該電流限制 器’ 3處理器進一步構成及配置來存取在記憶體中的該 表’並接收來自該時脈的該時間指示； 其中孩處理器查詢來自該表的一限制電流值，其做為 來自遠時脈的該時間指示的函數，並應用該限制電流值 到該電流限制器，藉以限制一輸入電流到該電路。 23·如申請專利範圍第22項之控制裝置，其中該多維表係由 一外部來源預先載入。 24·如申請專利範圍第22項之控制裝置，其中該多維表係由 該處理器預先載入。 25.如申請專利範圍第22項之控制裝置，其中該電流限制器 為一場效電晶體開關。 26·如申請專利範圍第22項之控制裝置，其中該電流限制器 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 522633 珍正 舄 六、申請專利範圍 為一牙越電晶體。 27. 如申請專利範圍第22項之控制裝置 為一觸發三極管控制器。 中该电流限制器 28. -種控制-電流到―電路的資 制裝置包含： 4制裝置，該控 -電流限制器’該電流限制器係構 電流到該電路； 罝來》周即孩 -時脈’該時脈係構成及配置來供應—時間 處理器； @ :記憶體，該記憶體係構成及配置來儲存的一數值表 ，該表具有至少兩維來包含時間值，及一維來包含電产 限制值；及 "私^ 一處理器，該處理器係構成及配置來控制該電流限制 器’泫處理器進一步構成及配置來存取在記憶體中的該 表’並接收來自該時脈的該時間指示； 其中該處理器查詢來自該表的一限制電流值，其做為 來自遠時脈的該時間指示的函數，並應用該限制電流值 到該電流限制器，藉以限制一輸入電流到該電路。 2 9 ·如申請專利範圍第2 8項之控制裝置，其中該多維表係由 一外部來源預先載入。 3 0 ·如申請專利範圍第2 8項之控制裝置，其中該多維表係由 該處理器預先載入。 3 1 ·如申請專利範圍第2 8項之控制裝置，其中該電流限制器 為一場效電晶體開關。 -6 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 裝 訂 線 522633 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 丨，朱.禅充，就 年η ii)r4g- 钃 ° · ϋ申請專利範圍第2 8項之控制裝置，其中該電流限制器 為一穿越電晶體。. 0 J ·如申請專利範圍第2 8項之控制裝置，其中該電流限制器 為一觸發三極管控制器。 〇 A •一種控制一電流到一電路的資料處理器控制裝置，該控 制裝置包含： 一電流限制器，該電流限制器係構成及配置來調節該 電流到該電路； 一時間索引； 一記憶體，該記憶體係構成及配置來儲存電流值的一 維表；及 一處理器，該處理器係構成及配置來控制該電流限制 器’該處理器進一步構成及配置來存取在記憶體中的該 一維表； 其中該處理器使用該時間索引來查詢來自該一維表的 一限制電流值，並應用該限制電流值到該電流限制器， 藉以限制一輸入電流到該電路。 3 5.如申請專利範圍第34項之控制裝置，其中該一維表係由 一外部來源預先載入。 36.如申請專利範圍第34項之控制裝置，其中該一維表係由 該處理器預先載入。 3 7 ·如申請專利範圍第3 4項之控制裝置，其中該電流限制器 為一場效電晶體開關。 3 8 ·如申请專利範圍第3 4項之控制裝置，其中該電流限制器 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

   裝 訂 522633 A8 B8 C8 D8 修止 本年Λ β 補充 m. ίο. ϋ8 六、申請專利範圍 為一穿越電晶體。 3 9 .如申請專利範圍第3 4項之控制裝置，其中該電流限制器 為一觸發三極管控制器。 4 0 ·如申請專利範圍第3 4項之控制裝置，進一步包含一延遲 ，該延遲係配合該時間索引來控制該電流到該電路的該 降低速率。 4 1. *^種控制到'^電路的電流之方法’該方法包含以下步驟： (a)設定一時間索引為0 ; (b )檢查是否該時間索引小於在一儲存在記憶體中的 一維表之大小； (c )如果該時間索引不小於該一維表的該大小，即設 定一電流值為完全開啟，否則即使用該時間索引做為一 偏壓值來由該一維表查詢該電流值； (d) 根據該電流值來限制該電流到該電路； (e) 累加該時間索引；及 (f) 重複步驟（b)。 裝

   本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 522633 厂險正. ! 本年爲s 第〇9〇1〇75〇6號專利申請案 1補充9U0.08 中文圖式修正頁(91年10月） --—

   圖4 文件2 1