TWI458253B - 交流驅動馬達 - Google Patents

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Yen Hung Wu
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    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Description

交流驅動馬達
本發明為一種馬達，特別是一種以交流電直接驅動的馬達。
傳統的交流馬達風扇因為馬達的體積笨重，效率差，無法增加電子控制，所以逐漸被直流驅動馬達風扇所取代。直流驅動馬達風扇係先透過一交流電轉直流電的轉換電路將交流電壓轉換為直流電壓後，再透過一全橋電路或半橋電路以直流無刷馬達驅動的方式被驅動。而目前在應用上多半會在交流電輸入後，先透過一全波整流電路或半波整流電路來將交流電壓轉換為直流電壓。但是這樣設計對於馬達風扇的效率來說都不佳，且造成過多的功率消耗。
本發明的目的在於提供一種以交流電直接驅動的馬達與風扇。
本發明的一實施例提供一種交流驅動馬達。該交流驅動馬達被一交流電壓所驅動，包括一馬達線圈組，一開關電路，一位置偵測器以及一控制器。馬達線圈組，接收該交流電壓以驅動該交流驅動馬達的一軸心。開關電路，電性連接該馬達線圈組，用以控制流經該馬達線圈組的一電流。位置偵測器，用以偵測一轉子的位置並輸出一極性信 號。控制器，根據該極性信號與該交流電壓，控制該開關電路，使該電流為具有一第一方向的一第一電流或一第二方向的一第二電流。
本發明的另一實施例提供一種交流驅動風扇。交流驅動風扇包括一扇葉與一永磁直流馬達。該扇葉受永磁直流馬達的驅動而旋轉。該交流驅動馬達被一交流電壓所驅動，包括一馬達線圈組，一開關電路，一位置偵測器以及一控制器。馬達線圈組，接收該交流電壓以驅動該交流驅動馬達的一軸心旋轉。開關電路，電性連接該馬達線圈組，用以控制流經該馬達線圈組的一電流。位置偵測器，用以偵測一轉子的位置並輸出一極性信號。控制器，根據該極性信號與該交流電壓，控制該開關電路，使該電流為具有一第一方向的一第一電流或一第二方向的一第二電流。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
第1圖為根據本發明之一交流驅動馬達系統的一實施例的示意圖。在第1圖中，除了交流電壓源17外，其餘的元件皆可整合至永磁直流馬達11內。永磁直流馬達11可直接被交流電壓源17提供的一交流電壓所驅動。開關電路 13用以控制永磁直流馬達11內的馬達線圈12的電流方向，可對馬達線圈12提供兩種不同方向的電流。位置偵測器14用以偵測永磁直流馬達11內的至少一個轉子的位置，用以判斷轉子目前位置所受到的磁鐵的極性。位置偵測器14會輸出一極性信號，表示轉子受到的磁性是S極或N極。在本實施例中，位置偵測器14包含了一霍爾(Hall)元件。
交流/直流轉換器16用以將交流電壓源17的一交流電壓轉換為一直流電壓，提供給控制器15使用。在本實施例中，交流/直流轉換器16輸出的直流電壓可供給除了永磁直流馬達11以外的其他元件使用。控制器15更接收該交流電壓的一第一信號，該第一信號表示目前該交流電壓是正電壓還是負電壓。控制器15會根據第一信號以及極性信號來控制開關電路13以輸出具有一第一方向的一第一電流或具有一第二方向的一第二電流。此外，控制器15更可透過一脈衝調變電路來控制第一電流或第二電流的大小。
第2圖為根據本發明之一交流驅動馬達的一實施例的示意圖。永磁直流馬達20電性連接交流電壓源25，並被交流電壓源25提供的一交流電壓所驅動。永磁直流馬達20包括馬達線圈21、控制器22、位置偵測器23、交流/直流轉換器24以及開關裝置SW1~SW4。位置偵測器23用以偵測永磁直流馬達20內的至少一個轉子的位置，用以判斷轉子目前位置所受到的磁鐵的極性。位置偵測器23會輸出一極性信號至控制器22，表示轉子受到的磁性是S極或 N極。在本實施例中，位置偵測器23包含了一霍爾(Hall)元件。交流/直流轉換器24用以將交流電壓源25的一交流電壓轉換為一直流電壓，提供給控制器22與位置偵測器23使用。在本實施例中，交流/直流轉換器24輸出的直流電壓可供給除了馬達線圈21以外的其他元件使用。控制器22輸出一開關控制信號，用以控制開關裝置SW1~SW4是否被導通。在本實施例中，開關裝置SW1~SW4可由MOS電晶體所實現，特別是沒有本體二極體(body diode)的MOS電晶體。
當位置偵測器23偵測到目前轉子所受到的磁力的磁性是N極，且此時交流電壓是位於正半週期(此時交流電壓為正值)時，控制器22控制開關SW1與SW4導通，使得流經馬達線圈21的電流的方向為第一方向。在第2圖中，第一方向指的是由馬達線圈21的繞線開始端到繞線結束端，馬達線圈21的黑點表示馬達線圈21的繞線開始端。當位置偵測器23偵測到目前轉子所受到的磁力的磁性是N極，且此時交流電壓是位於負半週期(此時交流電壓為負值)時，控制器22控制開關SW2與SW3導通，使得流經馬達線圈21的電流的方向為第一方向。當位置偵測器23偵測到目前轉子所受到的磁力的磁性是S極，且此時交流電壓是位於正半週期(此時交流電壓為正值)時，控制器22控制開關SW2與SW3導通，使得流經馬達線圈21的電流的方向為第二方向。當位置偵測器23偵測到目前轉子所受到的磁力的磁性是S極，且此時交流電壓是位於負半週 期(此時交流電壓為負值)時，控制器22控制開關SW1與SW4導通，使得流經馬達線圈21的電流的方向為第二方向。
此外，控制器22可接收一輸入信號後輸出一對應的控制信號，用以控制永磁直流馬達20的轉速或是輸出此時永磁直流馬達20的轉速。控制器22更可透過一脈衝調變電路來調整開關控制信號，藉以控制開關裝置SW1~SW4的導通時間。如此一來便可以達到控制流經馬達線圈21的電流的大小，進而控制永磁直流馬達20的轉速。在本實施例中，永磁直流馬達20更電性連接一扇葉，該扇葉受永磁直流馬達20的驅動而旋轉。另外，因為永磁直流馬達20可直接被交流電壓所驅動，因此不需要再透過全波整流電路或是半波整流電路來將交流電壓轉換為直流電壓。
第3圖為根據本發明之一交流驅動馬達的另一實施例的示意圖。在本實施例中，永磁直流馬達20內包括第一馬達線圈31與第二馬達線圈36，分別控制永磁直流馬達20內一軸心旋轉。要注意的是，在本實施例中，第一馬達線圈31與第二馬達線圈36不會同時有電流流過。永磁直流馬達30電性連接交流電壓源35，並被交流電壓源35提供的一交流電壓所驅動。如此一來可以簡化馬達的控制電路也可以降低功率損耗。永磁直流馬達30包括第一馬達線圈31，控制器32，位置偵測器33，交流/直流轉換器34，開關裝置SW1~SW4以及第二馬達線圈36。位置偵測器33用以偵測永磁直流馬達30內的一個轉子的位置，用以判斷該轉子目前位置所受到的磁鐵的極性。位置偵測器33會輸出 一極性信號，表示轉子受到的磁性是S極或N極。在本實施例中，位置偵測器33包含了一霍爾(Hall)元件。
交流/直流轉換器34用以將交流電壓源35的一交流電壓轉換為一直流電壓，提供給控制器32與位置偵測器33使用。在本實施例中，交流/直流轉換器34輸出的直流電壓可供給除了第一馬達線圈31與第二馬達線圈36以外的其他元件使用。控制器32輸出一開關控制信號，用以控制開關裝置SW1~SW4是否被導通。在本實施例中，開關裝置SW1~SW4可由MOS電晶體所實現，特別是沒有本體二極體(body diode)的MOS電晶體。控制器32可針對每一個開關裝置輸出一開關控制信號，且透過調整開關控制信號的責任週期(duty cycle)來控制開關裝置的導通時間。
當位置偵測器33偵測到目前轉子所受到的磁力的磁性是N極，且此時交流電壓是位於正半週期(此時交流電壓為正值)時，控制器32控制開關裝置SW1與SW2導通並將開關裝置SW3與SW4關閉，使得電流流經第一馬達線圈31，且電流的方向為開關裝置SW1到開關裝置SW2，即第一方向。當位置偵測器33偵測到目前轉子所受到的磁力的磁性是N極，且此時交流電壓是位於負半週期(此時交流電壓為負值)時，控制器32控制開關裝置SW1與SW2關閉並將開關裝置SW3與SW4導通，使得電流流經第二馬達線圈36，且電流的方向為開關裝置SW4到開關裝置SW3，即第二方向。當位置偵測器33偵測到目前轉子所受到的磁力的磁性是S極，且此時交流電壓是位於正半週期(此時交流電壓為負值)時，控制器32控制開關裝置SW1與SW2關閉並將 開關裝置SW3與SW4導通，使得電流流經第二馬達線圈36，且電流的方向為開關裝置SW3到開關裝置SW4，即第一方向。當位置偵測器33偵測到目前轉子所受到的磁力的磁性是S極，且此時交流電壓是位於負半週期(此時交流電壓為正值)時，控制器32控制開關裝置SW1與SW2導通並將開關裝置SW3與SW4關閉，使得電流流經第一馬達線圈31，且電流的方向為開關裝置SW2到開關裝置SW1，即第二方向。
此外，控制器32可接收一輸入信號後輸出一對應的控制信號，用以控制永磁直流馬達30的轉速或是輸出此時永磁直流馬達30的轉速。控制器32更可透過一脈衝調變電路來調整開關控制信號的責任週期，藉以控制開關裝置SW1~SW4的導通時間。如此一來便可以達到控制流經第一馬達線圈31與第二馬達線圈36的電流的大小，進而控制永磁直流馬達30的轉速。在本實施例中，永磁直流馬達30更可電性連接一扇葉，該扇葉受永磁直流馬達30的驅動而旋轉。
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，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
11、20、30‧‧‧永磁直流馬達
12、21‧‧‧馬達線圈
13、27、37‧‧‧開關電路
14、23、33‧‧‧位置偵測器
15、22、32‧‧‧控制器
16、24、34‧‧‧交流/直流轉換器
17、25、35‧‧‧交流電壓源
SW1、SW2、SW3、SW4‧‧‧開關裝置
31‧‧‧第一馬達線圈
36‧‧‧第二馬達線圈
A1‧‧‧第一方向
A2‧‧‧第二方向
第1圖為根據本發明之一交流驅動馬達系統的一實施例的示意圖。
第2圖為根據本發明之一交流驅動馬達的一實施例的示意圖。
第3圖為根據本發明之一交流驅動馬達的另一實施例的示意圖。
11‧‧‧永磁直流馬達
12‧‧‧馬達線圈
13‧‧‧開關電路
14‧‧‧位置偵測器
15‧‧‧控制器
16‧‧‧交流/直流轉換器
17‧‧‧交流電壓源

Claims (10)

  1. 一種交流驅動馬達，被一交流電壓所驅動，包括：一馬達線圈組，接收該交流電壓；一開關電路，電性連接該馬達線圈組，用以控制流經該馬達線圈組的一電流；一位置偵測器，包含一霍爾元件，係偵測一永磁直流馬達內一轉子的位置並輸出一極性信號；一控制器，係接收該位置偵測器之該極性信號，並依據該極性信號與該交流電壓控制該開關電路，使該電流為具有一第一方向的一第一電流或一第二方向的一第二電流，其中該第一方向與該第二方向之方向相反；以及一交流/直流轉換器，接收該交流電壓並輸出一直流電壓給該控制器與該位置偵測器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之交流驅動馬達，其中該交流電壓由一交流電壓源提供，該開關電路包括：一第一開關裝置，電性連接在該交流電壓源的正輸入端與該第一馬達線圈的第一端之間；一第二開關裝置，電性連接在該交流電壓源的負輸入端與該第一馬達線圈的第一端之間；一第三開關裝置，電性連接在該交流電壓源的正輸入端與該第一馬達線圈的第二端之間；以及一第四開關裝置，電性連接在該交流電壓源的負輸入端與該第一馬達線圈的第二端之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之交流驅動馬達，其中 當該交流電壓為正且該極性信號為一第一極性時，該第一開關裝置與該第四開關裝置被導通且該第二開關裝置與該第三開關裝置被關閉，此時該電流為具有該第一方向的該第一電流。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之交流驅動馬達，其中當該交流電壓為正且該極性信號為一第二極性時，第二開關裝置與該第三開關裝置被導通，且該第一開關裝置與該第四開關裝置被關閉，此時該電流為具有該第一方向的該第一電流。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之交流驅動馬達，其中當該交流電壓為負且該極性信號為一第一極性時，第二開關裝置與該第三開關裝置被導通，且該第一開關裝置與該第四開關裝置被關閉，此時該電流為具有該第二方向的該第二電流。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之交流驅動馬達，其中當該交流電壓為負且該極性信號為一第二極性時，該第一開關裝置與該第四開關裝置被導通且該第二開關裝置與該第三開關裝置被關閉，此時該電流為具有該第二方向的該第二電流。
  7. 一種交流驅動馬達，被一交流電壓所驅動，包括：一第一馬達線圈組與一第二馬達線圈組，接收該交流電壓；一開關電路，電性連接於該第一馬達線圈組與該第二馬達線圈組的兩端，控制流經該第一馬達線圈組的一第一 電流或該第二馬達線圈組的一第二電流；一位置偵測器，包含一霍爾元件，係偵測一永磁直流馬達內一轉子的位置並輸出一極性信號；一控制器，係接收該位置偵測器之該極性信號，並依據該極性信號與該交流電壓來控制該開關電路導通與斷開，使該第一電流之方向具有一第一電流流向與一第二電流流向，以及使該第二電流之方向具有一第一電流流向與一第二電流流向，其中該第一電流流向與第二電流流向之方向相反；以及一交流/直流轉換器，接收該交流電壓並輸出一直流電壓給該控制器與該位置偵測器。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之交流驅動馬達，其中該交流電壓由一交流電壓源提供，該開關電路包括：一第一開關裝置，電性連接在該交流電壓源的正輸入端與該第一馬達線圈的第一端之間；一第二開關裝置，電性連接在該交流電壓源的負輸入端與該第一馬達線圈的第二端之間；一第三開關裝置，電性連接在該交流電壓源的正輸入端與該第二馬達線圈的第一端之間；以及一第四開關裝置，電性連接在該交流電壓源的負輸入端與該第二馬達線圈的第二端之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之交流驅動馬達，其中當該交流電壓為正且該極性信號為一第一極性時，該第一開關裝置與該第二開關裝置被導通且該第三開關裝置與該 第四開關裝置被關閉，此時該第一電流之方向為該第一電流流向；其中當該交流電壓為正且該極性信號為一第二極性時，該第一開關裝置與該第二開關裝置被關閉且該第三開關裝置與該第四開關裝置被導通，此時該第二電流之方向為該第一電流流向。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之交流驅動馬達，其中當該交流電壓為負且該極性信號為一第一極性時，該第一開關裝置與該第二開關裝置被關閉且該第三開關裝置與該第四開關裝置被導通，此時該第二電流之方向為該第二電流流向；其中當該交流電壓為負且該極性信號為一第二極性時，該第一開關裝置與該第二開關裝置被導通且該第三開關裝置與該第四開關裝置被關閉，此時該第一電流之方向為該第二電流流向。
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