TWI383578B - 控制無感馬達之系統及方法 - Google Patents

Description

控制無感馬達之系統及方法

本發明是有關於一種電子裝置及控制方法，且特別是有關於一種控制無感馬達之系統及方法。

近年來由於工商發達、社會進步，相對提供之產品亦主要針對便利、確實、經濟實惠為主旨，因此，當前開發之產品亦比以往更加進步，而得以貢獻社會。在馬達方面，近年來業者不斷地開發出更經濟便利之無感馬達，可達到事半功倍之運作。

在無感馬達控制領域中，判定無感馬達換相時機乃是一個相當重要的技術環節。然而，在決定換相時間時，由於各種電子干擾，往往會造成誤判。倘若無感馬達在不正確的時間換相，輕者運轉不順，重者消磁，使得馬達永久故障。

由此可見，上述現有的產品，顯然仍存在不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決換相時間誤判的問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的方式被發展完成。因此，如何能更精確地判定無感馬達換相時機，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域極需改進的目標。

因此，本發明之一態樣是在提供一種控制無感馬達之系統及方法，用於準確地偵測零交越點，據以決定換相的時間。

依據本揭示內容一實施例，一種控制無感馬達之系統包括馬達驅動裝置與零交點檢測器，無感馬達包括至少三個馬達線圈於中性點交會。馬達驅動裝置可驅動無感馬達，俾使這些馬達線圈中每一馬達線圈之電壓係由負值轉變成正值時或由正值轉變成負值時會經歷一遮沒期。零交點檢測器可在這些馬達線圈中任一馬達線圈之電壓經歷遮沒期時，為無感馬達偵測一零交越點。

如此，於使用本系統時，在驅動無感馬達的過程中，設下遮沒期的用意是為了使馬達線圈保留較為純淨的電壓，有助於零交越點的偵測。

依據本揭示內容另一實施例，一種控制無感馬達之方法包括下列步驟：首先，驅動無感馬達，俾使無感馬達之三個馬達線圈中每一馬達線圈之電壓係由負值轉變成正值時或由正值轉變成負值時會經歷一遮沒期；然後，在這些馬達線圈中任一馬達線圈之電壓經歷遮沒期時，為無感馬達偵測一零交越點。

如此，於執行本方法時，在驅動無感馬達的過程中，設下遮沒期的用意是為了使馬達線圈保留較為純淨的電壓，有助於零交越點的偵測。

依據本揭示內容又一實施例，一種控制無感馬達之系統包括馬達驅動裝置與零交點檢測器，其中零交點檢測器包括偵測器與檢測器，無感馬達包括至少三個馬達線圈於一中性點交會以及至少三組驅動電晶體分別連接這些馬達線圈。馬達驅動裝置可對這三組驅動電晶體分別產生脈波寬度調變信號，俾使無感馬達基於脈波寬度調變信號作運轉，其中脈波寬度調變信號中含有數個相間隔之脈波。偵測器可偵測無感馬達本身之電感電容寄生效應。檢測器可在這些組驅動電晶體皆收到脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當電感電容寄生效應結束後，透過這些馬達線圈偵測一零交越點。

如此，於使用本系統時，待無感馬達本身之電感電容寄生效應所造成的干擾消失以後，再去偵測零交越點，藉以避免零交越點的誤判，進而提高零交越點偵測的精確度。

依據本揭示內容再一實施例，一種控制無感馬達之方法包括下列步驟：首先，對這三組驅動電晶體分別產生脈波寬度調變信號，俾使無感馬達基於脈波寬度調變信號作運轉，其中脈波寬度調變信號中含有數個相間隔之脈波；接著，偵測無感馬達本身之電感電容寄生效應；然後，在這些組驅動電晶體皆收到脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當電感電容寄生效應結束後，透過這些馬達線圈偵測一零交越點。

如此，於執行本方法時，待無感馬達本身之電感電容寄生效應所造成的干擾消失以後，再去偵測零交越點，藉以避免零交越點的誤判，進而提高零交越點偵測的精確度。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。

請參照第1圖，第1圖是依照本揭示內容一實施方式的一種控制無感馬達之系統的方塊圖。如圖所示，無感馬達200包括至少三個馬達線圈210、220、230，這些馬達線圈210、220、230於中性點240交會，系統100包括馬達驅動裝置110與零交點檢測器120。

在結構上，馬達驅動裝置110與無感馬達200電性連接，零交點檢測器120與無感馬達200電性連接，馬達驅動裝置110與零交點檢測器120電性連接。

於使用時，馬達驅動裝置110可驅動無感馬達200，俾使這些馬達線圈210、220、230中每一馬達線圈之電壓係由負值轉變成正值時或由正值轉變成負值時會經歷一遮沒期。零交點檢測器120可在這些馬達線圈210、220、230中任一馬達線圈之電壓經歷遮沒期時，為無感馬達200偵測一零交越點。

如此，於使用系統100時，在驅動無感馬達200的過程中，設下遮沒期的用意是為了使馬達線圈保留較為純淨的電壓，有助於零交越點的偵測。

在第1圖中，零交點檢測器120可包括檢測器124。檢測器124包括多工器126、運算器127與測定器128。

在結構上，三個馬達線圈210、220、230電性連接至多工器126，多工器126與無感馬達200的中性點240各自電性連接至運算器127，運算器127則電性連接至測定器128。

於使用時，多工器126可自這些馬達線圈210、220、230取得其中一馬達線圈之電壓。運算器127可當被選取之馬達線圈之電壓在遮沒期時，判斷中性點240之中性電壓是否與被選取之馬達線圈之電壓交越。測定器128可將中性電壓與被選取之馬達線圈之電壓交越的時刻，判定為零交越點發生的時間。

如此，於使用系統100時，可偵測反電動勢的零交越點來決定為無感馬達200換相的時間。

請參照第2圖，第2圖是第1圖之無感馬達的電壓波型圖。如圖所示，當三個馬達線圈210、220、230中任一馬達線圈之電壓在遮沒期時均保持定值。

在第2圖中，馬達線圈210的電壓波型為類似正弦波，當馬達線圈210的電壓由正值轉變成負值時會經歷遮沒期217且由負值轉變成正值時會經歷遮沒期218，其中馬達線圈210的電壓在遮沒期217、218例如可為零；相似地，馬達線圈220的電壓波型為類似正弦波，當馬達線圈220的電壓由負值轉變成正值時會經歷遮沒期227且由正值轉變成負值時會經歷遮沒期228，其中馬達線圈220的電壓在遮沒期227、228例如可為零；相似地，馬達線圈230的電壓波型為類似正弦波，當馬達線圈230的電壓由正值轉變成負值時會經歷遮沒期237且由負值轉變成正值時會經歷遮沒期238，其中馬達線圈230的電壓在遮沒期237、238例如可為零。

請參照第1圖，無感馬達更包括至少三組驅動電晶體212、222、232分別連接三個馬達線圈210、220、230，系統100中之馬達驅動裝置110包括控制信號產生器112。

在結構上，第一組驅動電晶體212、第二組組驅動電晶體222與第三組驅動電晶體232分別電性連接至控制信號產生器112。

於使用時，控制信號產生器112可選擇性地對這三組驅動電晶體212、222、232分別產生脈波寬度調變信號，俾使無感馬達200基於脈波寬度調變信號作運轉，其中脈波寬度調變信號中含有數個相間隔之脈波。

如此，於使用系統100時，可利用脈波寬度調變信號去控制這些組驅動電晶體210、220、230，進而使無感馬達200運轉。

在第1圖中，零交點檢測器120除了包括檢測器124以外，亦可包括偵測器122。

在結構上，偵測器122與檢測器124電性連接，檢測器124與無感馬達200電性連接，偵測器122與無感馬達200電性連接。

於使用時，偵測器122可偵測無感馬達200本身之電感電容寄生效應(internal L-C effects)。檢測器124可在這些馬達線圈210、220、230中之一馬達線圈之電壓經歷遮沒期且在其餘兩馬達線圈所連接之兩組驅動電晶體皆各自收到脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當電感電容寄生效應結束後，才偵測零交越點。

如此，於使用系統100時，待無感馬達200本身之電感電容寄生效應所造成的干擾消失以後，再去偵測零交越點，藉以避免零交越點的誤判，進而提高零交越點偵測的精確度。

請參照第3圖，第3圖是第1圖之系統100之脈波寬度調變信號的時序圖。如圖所示，系統100對第一組驅動電晶體212保持低電壓位準，即馬達線圈210的電壓處於遮沒期；並且，在其餘兩馬達線圈所連接之兩組驅動電晶體222、232皆各自收到脈波寬度調變信號中之脈波的期間250內，待電感電容寄生效應所造成的干擾消失以後，系統100偵測零交越點。

請參照第4圖，第4圖是第1圖之無感馬達的電路圖。如圖所示，馬達線圈210所連接之第一組驅動電晶體含有驅動電晶體214、216，兩驅動電晶體214、216相連之處與馬達線圈210電性連接；相似地，馬達線圈220所連接之第二組驅動電晶體含有驅動電晶體224、226，兩驅動電晶體224、226相連之處與馬達線圈220電性連接；相似地，馬達線圈230所連接之第三組驅動電晶體含有驅動電晶體234、236，兩驅動電晶體234、236相連之處與馬達線圈230電性連接。另外，驅動電晶體214、224、234均連接到正電壓Vcc，驅動電晶體216、226、236則接地。

請參照第5圖，第5圖是依照本揭示內容另一實施方式的一種控制無感馬達之方法的流程圖。無感馬達包括至少三個馬達線圈於中性點交會。如圖所示，此方法300包含下列步驟310、320(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)。

在執行方法300時，於步驟310可驅動無感馬達，俾使上述三個馬達線圈中每一馬達線圈之電壓係由負值轉變成正值時或由正值轉變成負值時會經歷一遮沒期；於步驟320可在這些馬達線圈中任一馬達線圈之電壓經歷遮沒期時，為此無感馬達偵測一零交越點。

如此，於執行方法300時，在驅動無感馬達的過程中，設下遮沒期的用意是為了使馬達線圈保留較為純淨的電壓，有助於零交越點的偵測。

於步驟320中，可自這些馬達線圈取得其中一馬達線圈之電壓；並且，當被選取之馬達線圈之電壓在遮沒期時，判斷中性點之中性電壓是否與被選取之馬達線圈之電壓交越。然後，將中性電壓與被選取之馬達線圈之電壓交越的時刻，判定為零交越點發生的時間。

如此，於執行方法300時，可偵測反電動勢的零交越點來決定為無感馬達換相的時間。

實務上，當這些馬達線圈中任一馬達線圈之電壓在遮沒期時均保持定值。舉例來說，任一馬達線圈之電壓在遮沒期時均約為零。

另一方面，方法300所適用之無感馬達亦可包括至少三組驅動電晶體分別連接上述三個馬達線圈，於步驟310中，可選擇性地對這些組驅動電晶體分別產生脈波寬度調變信號，俾使無感馬達基於脈波寬度調變信號作運轉，其中脈波寬度調變信號中含有數個相間隔之脈波。

如此，於執行方法300時，可利用脈波寬度調變信號去控制這些組驅動電晶體，進而使無感馬達運轉。

於步驟320中，可偵測無感馬達本身之電感電容寄生效應；然後，在這些馬達線圈中之一馬達線圈之電壓經歷遮沒期且在其餘兩馬達線圈所連接之兩組驅動電晶體皆各自收到脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當電感電容寄生效應結束後，才偵測零交越點。

如此，於執行方法300時，待無感馬達本身之電感電容寄生效應所造成的干擾消失以後，再去偵測零交越點，藉以避免零交越點的誤判，進而提高零交越點偵測的精確度。

請參照第6圖，第6圖是依照本揭示內容又一實施方式的一種控制無感馬達之系統的方塊圖。如圖所示，無感馬達500包括至少三個馬達線圈510、520、530與至少三組驅動電晶體512、522、532，其中馬達線圈510、520、530於中性點540交會，第一組驅動電晶體512、第二組驅動電晶體522與第三組驅動電晶體532分別連接這三個馬達線圈510、520、530。系統400包括馬達驅動裝置410與零交點檢測器420，其中零交點檢測器420包括偵測器422與檢測器424。

在結構上，馬達驅動裝置410與無感馬達500電性連接，零交點檢測器420與無感馬達500電性連接，馬達驅動裝置410與零交點檢測器420電性連接。偵測器422與檢測器424電性連接，檢測器424與無感馬達500電性連接，偵測器422與無感馬達500電性連接。

於使用時，馬達驅動裝置410可對這些組驅動電晶體分別產生脈波寬度調變信號，俾使無感馬達200基於脈波寬度調變信號作運轉，其中脈波寬度調變信號中含有數個相間隔之脈波。偵測器422可偵測無感馬達200本身之電感電容寄生效應；檢測器424可在這三組驅動電晶體512、522、532皆收到脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當電感電容寄生效應結束後，透過這些馬達線圈510、520、530偵測一零交越點。

如此，於使用系統400時，待無感馬達本身之電感電容寄生效應所造成的干擾消失以後，再去偵測零交越點，藉以避免零交越點的誤判，進而提高零交越點偵測的精確度。

在第6圖中，檢測器424可包括多工器426、運算器427與測定器428。

在結構上，三個馬達線圈510、520、530電性連接至多工器426，多工器426與無感馬達500的中性點540各自電性連接至運算器427，運算器427則電性連接至測定器428。

於使用時，多工器426可自這些馬達線圈510、520、530取得其中一馬達線圈之電壓。運算器427可在這些組驅動電晶體512、522、532皆收到脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當電感電容寄生效應結束後，判斷中性點540之中性電壓是否與被選取之馬達線圈之電壓交越。測定器428可將中性電壓與被選取之馬達線圈之電壓交越的時刻，判定為零交越點發生的時間。

如此，於使用系統400時，可偵測反電動勢的零交越點來決定為無感馬達500換相的時間。

請參照第7圖，第7圖是依照本揭示內容再一實施方式的一種控制無感馬達之方法600的流程圖以及至少三組驅動電晶體分別連接這些馬達線圈。無感馬達包括至少三個馬達線圈於中性點交會。如圖所示，此方法600包含下列步驟610、620、630(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)。

在執行方法600時，於步驟610可對這些驅動電晶體分別產生脈波寬度調變信號，俾使無感馬達基於脈波寬度調變信號作運轉，其中脈波寬度調變信號中含有複數個相間隔之脈波。於步驟620可偵測無感馬達本身之電感電容寄生效應；於步驟630可在這些組驅動電晶體皆收到脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當電感電容寄生效應結束後，透過這些馬達線圈偵測一零交越點。

如此，於執行方法600時，待無感馬達本身之電感電容寄生效應所造成的干擾消失以後，再去偵測零交越點，藉以避免零交越點的誤判，進而提高零交越點偵測的精確度。

在步驟630中，可自這些馬達線圈取得其中一馬達線圈之電壓；並且，在這些組驅動電晶體皆收到脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當電感電容寄生效應結束後，判斷這些馬達線圈之中性電壓是否與被選取之馬達線圈之電壓交越。然後，將中性電壓與被選取之馬達線圈之電壓交越的時刻，判定為零交越點發生的時間。

如此，於執行方法600時，可偵測反電動勢的零交越點來決定為無感馬達500換相的時間

雖然本發明已以實施方式揭露如上，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內，當可作各種之更動與潤飾，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。

100．．．系統

110．．．馬達驅動裝置

112．．．控制信號產生器

120．．．零交點檢測器

122．．．偵測器

124．．．檢測器

126．．．多工器

127．．．運算器

128．．．測定器

200．．．無感馬達

210、220、230．．．馬達線圈

212．．．第一組驅動電晶體

214．．．驅動電晶體

216．．．驅動電晶體

217、218．．．遮沒期

222．．．第二組驅動電晶體

224．．．驅動電晶體

226．．．驅動電晶體

227、228．．．遮沒期

232．．．第三組驅動電晶體

234．．．驅動電晶體

236．．．驅動電晶體

237、238．．．遮沒期

240．．．中性點

250．．．期間

300．．．方法

310、320．．．步驟

400．．．系統

410．．．馬達驅動裝置

420．．．零交點檢測器

422．．．偵測器

424．．．檢測器

426．．．多工器

427．．．運算器

428．．．測定器

500．．．無感馬達

510、520、530．．．馬達線圈

540．．．中性點

512．．．第一組驅動電晶體

522．．．第二組驅動電晶體

532．．．第二組驅動電晶體

600．．．方法

610、620、630．．．步驟

Vcc．．．正電壓

第1圖是依照本揭示內容一實施方式的一種控制無感馬達之系統的方塊圖。

第2圖是第1圖之無感馬達的電壓波型圖。

第3圖是第1圖之系統之脈波寬度調變信號的時序圖。

第4圖是第1圖之無感馬達的電路圖。

第5圖是依照本揭示內容另一實施方式的一種控制無感馬達之方法的流程圖。

第6圖是依照本揭示內容又一實施方式的一種控制無感馬達之系統的方塊圖。

第7圖是依照本揭示內容再一實施方式的一種控制無感馬達之方法的流程圖。

100．．．系統

110．．．馬達驅動裝置

112．．．控制信號產生器

120．．．零交點檢測器

122．．．偵測器

124．．．檢測器

126．．．多工器

127．．．運算器

128．．．測定器

200．．．無感馬達

210、220、230．．．馬達線圈

212．．．第一組驅動電晶體

222．．．第二組驅動電晶體

232．．．第三組驅動電晶體

Claims (12)

1. 一種控制無感馬達之系統，其中該無感馬達包括至少三個馬達線圈於一中性點交會，該系統至少包括：一馬達驅動裝置，用以驅動該無感馬達，俾使該些馬達線圈中每一馬達線圈之電壓係由負值轉變成正值時或由正值轉變成負值時會經歷一遮沒期；以及一零交點檢測器，用以在該些馬達線圈中任一馬達線圈之電壓經歷該遮沒期時，為該無感馬達偵測一零交越點，其中該零交點檢測器更包括：一多工器，用以自該些馬達線圈取得其中一馬達線圈之電壓；一運算器，用以當該被選取之馬達線圈之電壓在該遮沒期時，判斷該中性點之中性電壓是否與該被選取之馬達線圈之電壓交越；以及一測定器，用以將該中性電壓與該被選取之馬達線圈之電壓交越的時刻，判定為該零交越點發生的時間。
2. 如請求項1所述之系統，其中當該些馬達線圈中任一馬達線圈之電壓在該遮沒期時均保持定值。
3. 如請求項1所述之系統，其適用之該無感馬達更包括至少三組驅動電晶體分別連接該些馬達線圈，該系統中之該馬達驅動裝置包括： 一控制信號產生器，用以選擇性地對該些組驅動電晶體分別產生脈波寬度調變信號，俾使該無感馬達基於該脈波寬度調變信號作運轉，其中該脈波寬度調變信號中含有複數個相間隔之脈波。
4. 如請求項3所述之系統，其中該零交點檢測器包括：一偵測器，用以偵測該無感馬達本身之電感電容寄生效應；以及一檢測器，用以在該些馬達線圈中之一馬達線圈之電壓經歷該遮沒期且在其餘兩馬達線圈所連接之兩組驅動電晶體皆各自收到該脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當該電感電容寄生效應結束後，才偵測該零交越點。
5. 一種控制無感馬達之方法，其中該無感馬達包括至少三個馬達線圈於一中性點交會，該方法至少包括：驅動該無感馬達，俾使該些馬達線圈中每一馬達線圈之電壓係由負值轉變成正值時或由正值轉變成負值時會經歷一遮沒期；以及在該些馬達線圈中任一馬達線圈之電壓經歷該遮沒期時，為該無感馬達偵測一零交越點，更包括：自該些馬達線圈取得其中一馬達線圈之電壓；當該被選取之馬達線圈之電壓在該遮沒期時，判斷該中性點之中性電壓是否與該被選取之馬達線圈之電壓交越；以及將該中性電壓與該被選取之馬達線圈之電壓交 越的時刻，判定為該零交越點發生的時間。
6. 如請求項5所述之方法，其中當該些馬達線圈中任一馬達線圈之電壓在該遮沒期時均保持定值。
7. 如請求項5所述之方法，其適用之該無感馬達更包括至少三組驅動電晶體分別連接該些馬達線圈，該方法中之驅動該無感馬達係包括：選擇性地對該些組驅動電晶體分別產生脈波寬度調變信號，俾使該無感馬達基於該脈波寬度調變信號作運轉，其中該脈波寬度調變信號中含有複數個相間隔之脈波。
8. 如請求項7所述之方法，其中在該些馬達線圈中任一馬達線圈之電壓經歷該遮沒期時偵測該零交越點，包括：偵測該無感馬達本身之電感電容寄生效應；以及在該些馬達線圈中之一馬達線圈之電壓經歷該遮沒期且在其餘兩馬達線圈所連接之兩組驅動電晶體皆各自收到該脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當該電感電容寄生效應結束後，才偵測該零交越點。
9. 一種控制無感馬達之系統，其中該無感馬達包括至少三個馬達線圈於一中性點交會以及至少三組驅動電晶體分別連接該些馬達線圈，該系統至少包括：一馬達驅動裝置，用以對該些組驅動電晶體分別產生 脈波寬度調變信號，俾使該無感馬達基於該脈波寬度調變信號作運轉，其中該脈波寬度調變信號中含有複數個相間隔之脈波；一零交點檢測器包括：一偵測器，用以偵測該無感馬達本身之電感電容寄生效應；以及一檢測器，用以在該些組驅動電晶體皆收到該脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當該電感電容寄生效應結束後，透過該些馬達線圈偵測一零交越點。
10. 如請求項9所述之系統，其中該檢測器包括：一多工器，用以自該些馬達線圈取得其中一馬達線圈之電壓；一運算器，用以在該些組驅動電晶體皆收到該脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當該電感電容寄生效應結束後，判斷該中性點之中性電壓是否與該被選取之馬達線圈之電壓交越；以及一測定器，用以將該中性電壓與該被選取之馬達線圈之電壓交越的時刻，判定為該零交越點發生的時間。
11. 一種控制無感馬達之方法，其中該無感馬達包括至少三個馬達線圈於一中性點交會以及至少三組驅動電晶體分別連接該些馬達線圈，該方法至少包括：對該些驅動電晶體分別產生脈波寬度調變信號，俾使該無感馬達基於該脈波寬度調變信號作運轉，其中該脈波 寬度調變信號中含有複數個相間隔之脈波；偵測該無感馬達本身之電感電容寄生效應；以及在該些組驅動電晶體皆收到該脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當該電感電容寄生效應結束後，透過該些馬達線圈偵測一零交越點。
12. 如請求項11所述之方法，其中偵測該零交越點係包括：自該些馬達線圈取得其中一馬達線圈之電壓；在該些組驅動電晶體皆收到該脈波寬度調變信號中之脈波的期間內，當該電感電容寄生效應結束後，判斷該些馬達線圈之中性電壓是否與該被選取之馬達線圈之電壓交越；以及將該中性電壓與該被選取之馬達線圈之電壓交越的時刻，判定為該零交越點發生的時間。