TWI459713B

TWI459713B - 晶片、電腦可讀記憶媒體、電動馬達及停止一馬達中的一轉子的方法

Info

Publication number: TWI459713B
Application number: TW099139763A
Authority: TW
Inventors: Lynn R Kern
Original assignee: Standard Microsyst Smc
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2014-11-01
Also published as: TW201136137A; US20110115419A1; US8587232B2; US8378602B2; US20130134913A1

Description

晶片、電腦可讀記憶媒體、電動馬達及停止一馬達中的一轉子的方法

本發明一般而言相關於用在各種應用的DC(直流電)馬達，例如，硬碟驅動馬達，冷卻風扇，用於電器的驅動馬達等。

一電動馬達是使用電能來產生機械能。電動馬達被用於大量的電器中，包括，一些不同的家電用品、泵、冷卻馬達等。一般而言，馬達可分類為交流(AC)馬達、或直流(DC)馬達。

一般而言，馬達包括一轉子(其是馬達的非靜止(移動)部分)，以及一定子(其是馬達的靜止部分)。通常，該定子會操作為場磁鐵(例如，電磁鐵)，以與一電樞相互影響，進而在該轉子中引發運動。馬達的金屬線以及磁場(通常在定子中)被配置為會使一轉矩沿著轉子的軸發展，以造成轉子的轉動。通常，馬達亦包括換向器，其是將電動馬達中的電流方向週期性反向的電開關，可幫助在轉子中引發運動。換向器會在馬達中攜帶電流，且一般會被定向至磁場以及被產生之轉矩的法線方向，換向器的目的是攜帶電流穿越磁場，以因此在馬達中產生軸轉矩，以及產生一電動勢(「EMF」)。

在一典型的有刷DC馬達中，轉子包括環繞一軸的一、或多個金屬線線圈。電刷被用來造成與該轉子上的一組電接觸(稱為換向器)的機械接觸，以形成該DC電源以及該等電樞線圈繞組之間的一電路。當該電樞在軸上旋轉時，該等靜止電刷會與轉動中的換向器的不同區段接觸。該電樞以及電刷系統形成一組電開關，每一個輪流發動，因而使得電力總是會流經最靠近該靜止定子(永久磁鐵)的電樞線圈。因此，一電力源會被連接至該轉子線圈，造成電流流動以及產生電磁。電刷被用來壓抵於該轉子上的該換向器，以及提供電流至該轉動中的軸。當該轉子轉動時，該換向器造成該等線圈中的電流被切換，以避免該轉子的該等磁極與該定子場的磁極總是完全對準，因此維持該轉子的轉動。電刷的使用會在該馬達中產生摩擦力，造成維修問題以及降低的效率。

在一無刷式DC馬達設計中，該換向器/電刷裝置集合(其為有效的一機械「轉動開關」)被與該轉子位置同步的一外部電子開關所取代。因此，無刷式DC馬達會具有一電子控制的換向系統，以取代以電刷為基礎的一機械換向系統。在一無刷DC馬達中，該等電磁鐵不會移動，而是該永久磁鐵轉動，以及該電樞維持靜止。此避免了必須將電流傳送至該移動中電樞的問題。無刷式DC馬達所提供優於有刷DC馬達的優點，包括較高的效率以及穩定性、降低的噪音、較長的壽命(無電刷侵蝕)、消除來自該換向器的電離火花以及電磁干擾(EMI)的整體降低。

被用來降低在一些應用中的所需電力的技術是導入三相無刷式馬達。這些馬達的典型架構顯示於圖1中。典型地，用於這些馬達的驅動電子電路所仰賴的是霍爾元件(Hall element)(霍爾效應感測器)，以在所有時間偵測該轉子的絕對位置，以及切換驅動電晶體，進而維持馬達轉動。一霍爾效應感測器是一傳感器，其會回應磁場中的改變而變化其輸出電壓。該等馬達通常會電連接成一「Y」架構，其命名是由於類似於字母「Y」。該三個線圈的共點會被連接至該電源，以及該驅動電子電路會切換該等驅動電晶體，以維持轉動該馬達所需的該轉動中電磁場。

一第二種方法需要使用六(6)個驅動電晶體。在此架構中，一對高端以及低端在任何時間點皆為開啟，以透過該馬達的三隻腳中的二隻來完成該電子電路。將未供應能量的線圈使用作為一磁性感測器而來決定該轉子位置係已知為反電動勢(BEMF)偵測。此技術的動機是除去相對而言較貴的霍爾元件以及相關連的電子電路。BEMF交換技術已成功地應用於大範圍的馬達。

當使用BEMF偵測時會出現的一個問題是，若該轉子未移動，就偵測不到BEMF。這表示，必須要有一特殊的技術來誘發該轉子的轉動，直到該轉速足以偵測一BEMF訊號為止。由於沒有反饋可決定該轉子的確切位置，所以必須供應該等定子線圈能量，以使該轉子移動至一已知、可預測的位置。這對以高穩定性啟動該馬達而言是必須的。

公開文件敘述二種校準該轉子的技術。第一種企圖從初始轉動起將換向頻率鎖定至一參考震盪器。第二種方法使用一緩升PWM工作週期，或緩升線性電壓來校準該轉子，並緊接一延遲時間，以確保該轉子是位在預定的位置。此位置與該換向點有0-30度的偏移變化。兩種技術都有許多不足之處。

大部分的這些解決方法為了校準該馬達，會持續一段時間達到100% PWM工作週期(或線性應用的最大電壓)。這是一種能量密集的校準轉子方式，並且有可能損害馬達繞組。亦已知，當最大電壓被施加至該等線圈時，該轉子可能發生輕微移動，並接著被關閉。一些解決方法為了校準該轉子而執行複雜的控制迴路，許多解決方法仰賴典型的派克及克拉克轉換(Park and Clarke transforms)來決定位置，且需要微控制器來得出數學運算的數值。有需要對解決這些問題的其中一些、或所有的轉子校準技術提供改善。

此外，馬達制動技術典型地不會考慮將該轉子放置於對接下來起動程序有利的位置的可能性。工業標準解決方法是執行二種操作的其中之一：將所有三相皆連接至該共點，或是將所有三相連接至接地。當不知道確切的轉子位置時，這會使得該重新開始程序更為複雜且更容易陷入停頓狀況。因此，亦有需要改善馬達制動技術。

當冷卻任何計算平台時，必須要消耗電力來移除在該系統中的其他零件所產生的熱。傳統上，對此並未太過關心，因為在熱的移除中，平台所消耗的電力比起風扇要高上許多。當所有平台的電力消耗被降低時，該冷卻系統消耗的電力不是可用來延長膝上型電腦的電池壽命，就是可降低伺服系統的碳足跡。因此，亦有需要改善於冷卻系統中使用的馬達。

各種實施例呈現用於校準一馬達中的一轉子的系統以及方法。該馬達可以是電動馬達，且可包括具有一、或多個永久磁鐵的轉子。該一、或多個永久磁鐵可於物理上位在該馬達的靜止區段的內側或外側(該靜止區段稱之為定子)，其可包括複數對電磁鐵。在一些實施例中，該馬達可以是一三相馬達，以及複數對電磁鐵可以包括三對電磁鐵。

該系統可包括用於控制該馬達的操作的邏輯。該邏輯可以是類比的、或數位的，例如，該邏輯可包括一、或多個以狀態機為基礎的控制器、或是一、或多個特定應用積體電路。該馬達可反而或額外地包括一處理器，例如，一微控制器，以及儲存有可執行來控制該馬達的程式指令的一電腦可存取記憶媒體。該處理器可被建構為執行來自該記憶媒體的程式指令，以控制該馬達。

該邏輯可被建構用於將該轉子校準至一已知位置。該邏輯可被建構用於執行下列所述方法的其中之一、或多的一些、或所有步驟。

在第一組實施例中，一方法可操作來在該轉子初始為靜止時校準該轉子。換言之，當該方法被起始時，該轉子並未旋轉。在該馬達中的該複數對電磁鐵的一、或多對電磁鐵可被激發在第一激發能階。在一些實施例中，該一、或多對電磁鐵少於該複數對電磁鐵的全部。舉例而言，在一些實施例中，僅一第一電磁鐵對被激發。

該一、或多對電磁鐵的該激發可被增加至第一時間期間的一第二激發能階。該第二激發能階是高於該第一激發能階的一激發能階。在一些實施例中，增加該激發能階包括透過該第一時間期間的一、或多個中間激發能階而增量該一、或多對電磁鐵的該激發能階。

該一、或多對電磁鐵的該激發可被減少至一第二時間期間的一第三激發能階。該第三激發能階是低於該第二激發能階的一激發能階。在一些實施例中，減少該激發能階包括透過該第二時間期間的一、或多個中間激發能階而減量該一、或多對電磁鐵的該激發能階。

激發該一、或多對電磁鐵，將該激發能階增加至該第二激發能階，以及將該激發能階減少至該第三激發能階可造成該轉子停止在一已知位置。在各式實施例中，所述的激發可以是脈寬調變激發，或可以是線性電壓驅動激發。換言之，在一些實施例中，該第一、第二、以及第三激發能階可以是最大脈寬調變工作週期、或線性電壓的百分比。

在第二組實施例中，一方法可操作來在該轉子初始為轉動時停止以及校準該轉子。換言之，當該方法被起始時，該轉子正在旋轉。在該馬達中的該複數對電磁鐵的一、或多對電磁鐵可被激發在第一激發能階。在一些實施例中，該一、或多對電磁鐵少於該複數對電磁鐵的全部，舉例而言，在一些實施例中，在一些實施例中，僅一第一電磁鐵對被激發。該一、或多對電磁鐵可在一第一時間期間的該第一激發能階被激發。

該一、或多對電磁鐵的該激發可被減少至一第二時間期間的一第二激發能階。該第二激發能階是低於該第一激發能階的一激發能階。在一些實施例中，減少該激發能階包括透過該第二時間期間的一、或多個中間激發能階而減量該一、或多對電磁鐵的該激發能階。

激發該一、或多對電磁鐵，以及將該激發能階減少至該第三激發能階可造成該轉子停止在一已知位置。在各式實施例中，所述的激發可以是脈寬調變激發，或可以是線性電壓驅動激發。換言之，在一些實施例中，該第一以及第二激發能階可以是最大脈寬調變工作週期、或線性電壓的百分比。

相較於習知設計，上述方法提供顯著的馬達效能，例如，增加的效率。特別地是，上述方法利用比習知解決方法所需電力更少的方式而更準確地將該轉子放置在一已知的位置。此外，該方法簡單到可被執行為一更堅實且高效的控制機制設計的一部分，這更進一步降低整體電力使用。

在本發明允許各種修正及替代形式的同時，其特殊實施例亦經由圖式中的例子作為顯示且在此進行詳細敘述。然而，應該瞭解的是，圖式以及詳細敘述並非意欲於將本發明限制為所揭示的特別形式，相反的，目的在於涵蓋落在本發明藉由所附申請專利範圍而定義的精神與範疇內的所有修正、等義、以及替代。

圖1A以及圖1B-示範性風扇以及風扇馬達

圖1A以及圖1B舉例說明根據一實施例的示範性風扇集合110。該風扇110可以是冷卻風扇，舉例而言，用於膝上型電腦、或桌上型電腦的風扇。該風扇110可替代地為商用、或工業用風扇，或一般而言，由馬達所驅動的任何型態風扇。該風扇集合110可包括馬達集合100以及風扇葉120。該馬達集合100可包括馬達(102，圖2)，以及用於控制該馬達102的驅動電路(402，圖4)。

雖然圖1A以及圖1B舉例說明作為該馬達所驅動的負載的風扇，應該要注意地是，在此所敘述之將轉子校準至已知位置的系統以及方法適合於驅動任何各種型態的負載，包括，但不限於硬碟機，用於電器、推進器、輪子、泵、或其他負載的驅動馬達。

圖2-無刷式四極三相馬達

圖2舉例說明示範性無刷式四極三相馬達102的一簡示圖。該馬達102具電力供應，例如，藉由直流(DC)電。該馬達的控制亦可通過電子手段達成。該馬達102可包括轉子202，其可包括一、或多個永久磁鐵。如圖所示，該轉子202可具有四個磁極。另一種方式是，該轉子202可包括二、六、或其他數量的磁極，該馬達可包括構成為環繞該轉子202的定子204，其包括複數個電磁鐵206。可以有六個電磁鐵206，其可配置在該定子204周圍等距處。該電磁鐵206可以配置為三對電磁鐵，以使得每一對電磁鐵都能以不同於其他對的相位變化地進行電力供應。該三對電磁鐵206可以連接成「Y」架構。因此，該馬達102可以是一三相馬達，該馬達102可以是無刷式，例如，不包括任何連接電流至該轉子202的電刷。此外，該馬達102可以是無感測器的，例如，不包括離散轉子位置偵測機制，例如，一、或多個霍爾感測器。當馬達正在操作的同時，在該定子204上的該三對電磁鐵的其中之二可在任何特定的時間受到驅動而引發、或維持該轉子202的轉動。接著，該馬達102利用該定子204的其中一個未受驅動電磁鐵而間接地偵測該轉子202的位置。由於該轉子202位置的間接偵測僅能發生在該轉子已經在旋轉的時候，所以，有一、或多個特殊技術可被用來將該轉子放置在一已知的位置、及/或強迫該轉子開始轉動，即使是在不知道該轉子的確切位置的情況下。本發明的揭示主要是相關於將該轉子放置在一已知位置的如此技術。申請案號第12/620,656號，案名「用於在一無感測器馬達中引發一轉子之轉動的系統及方法」(其於上述併入做為參考)對於強迫該轉子開始轉動的技術有更詳細的討論(例如，一旦該轉子已經被放置在一已知位置後)。

該定子204的相位能夠以被理想建構用於引發該轉子202的轉動的模式而進行驅動。電磁鐵206的極性可以週期性地換向，以作為此模式的一部分。

圖3-無刷三相馬達的換向模式

圖3舉例說明的簡化電路圖描繪根據一實施例之無刷三相馬達的一換向模式。應該要瞭解地是，雖然換向模式以及時機對無刷三相DC馬達的各種相位操作很重要，但本發明的揭示主要是關於不涉及換向的馬達操作的相位(例如，馬達制動以及轉子校準)。因此，圖3以及接下來相關於此所提供的敘述主要是為了完整性。

正如上述，該馬達102可以是無刷三相DC馬達。電磁鐵206可以如所顯示地連結成「Y」架構。該馬達102亦可以如前所述地為無感測器馬達，例如，可利用未驅動定子電磁鐵來間接偵測該轉子的位置(或是該馬達102可以包括霍爾感測器)。該馬達102可根據任何的各式技術而決定該換向模式的每一個換向時機，舉例而言，在自然的換向相位操作中，可以使用根據在案名為「無刷三相馬達驅動」(其於上述併入做為參考)的美國申請案號第12/393,996號中所敘述的實施例的技術。為了控制該轉子202的轉動，在該定子204上的二對電磁鐵可以在任一時間被驅動。

特定的一對可以在「高端」、或「低端」上被驅動，以指示直流電已流經該對電磁鐵的繞組。取決於在該轉子中磁極的數量，一對電磁鐵中的電磁鐵的被纏繞方向可以為相同、或相反。舉例而言，當具有一四極轉子(如圖2所示)時，繞組可以被建構為一對電磁鐵的相反側對該轉子呈現相同的磁性(例如，「S」)，也可以是，當具有一二極轉子時，繞組可以被建構為相對側呈現相對的極性(例如，一「S」，一「N」)。因此，在一些情況下，用來定義「高端」以及「低端」所指示的磁性的慣例是取決於轉子磁力學。也有可能是其他的命名、及/或驅動慣例。

一換向循環可以包括六個相位。這些相位可以對應於在圖3中所編號的箭頭。在圖3中，每一個箭頭都是由高端驅動對指向低端驅動對。因此，舉例而言，「1」可指示該循環的第一相位，「U」電磁鐵對302可以在該高端被驅動，此時，「V」電磁鐵對304可以在該低端被驅動，此時，「W」電磁鐵對306可以維持未驅動，接著，「2」可指示該循環的第二相位，「U」電磁鐵對306可再次於該高端被驅動，此時，「W」電磁鐵對304可以在該低端被驅動，此時，「V」電磁鐵對302可以維持未驅動。剩下的已編號相位的每一個都可以以類似的方式操作，以產生完整的換向循環，其可重複來增加、維持、或另一方面影響該轉子的轉動。

若該馬達102是一DC供應馬達，轉速可藉由電磁鐵的脈寬調變(PWM)而進行控制。一般而言，關於控制該轉子的轉動，PWM工作週期可指示該轉子202應該要轉多快。更特別地是，該PWM工作週期可明確規定要多常以及要用多少電力來驅動該轉子的電磁鐵。另一種方式是，在一些實施例中，直接線性電壓可被用來激發電磁鐵的線圈。

圖4-具驅動控制邏輯馬達的電路圖

圖4舉例說明一馬達以及其驅動控制邏輯402的一簡化電路圖。該馬達可以如前所示且如於各個圖式中所舉例說明的是一無感測器、無刷式三相馬達。正如所示，該馬達可包括一定子204，其可包括三對電磁鐵。每一對電磁鐵可具有一對相對應的電晶體，例如，場效電晶體(FETs)。電晶體可被建構為使每一對電磁鐵於實際上為雙極，例如，極性可逆。換言之，對每一對電磁鐵而言，一電晶體在高端驅動該對，或另一個電晶體在低端驅動該對。舉例而言，在FET 404可為該「U」電磁鐵對302的高端電晶體的同時，FET 406可為該「U」電磁鐵對302的低端電晶體。類似地，在FETs 414，416可為該「V」電磁鐵對304的分別的高端以及低端電晶體的同時，FETs 424，426可為該「W」電磁鐵對306的分別的高端以及低端電晶體。除了特別實施例所顯示的以外，任何數量的其他繞組架構(例如，利用不同數量、或型態的電晶體)都是有可能的。

如在此所述，每一對電磁鐵的電晶體可以受到驅動控制邏輯402的控制。該驅動控制邏輯402可以是被建構為執行各種操作的電子邏輯。例如，在各個激發能階，激發一、或多對的電磁鐵，以停止在一已知位置的轉子、及/或將轉子放置在一已知位置。除了任何相關於制動、及/或轉子校準的功能之外，該驅動控制邏輯402亦具有用於在其他狀況下控制該馬達的邏輯，舉例而言，該驅動控制邏輯402可包括用於使該轉子開始轉動的強迫換向操作的邏輯，用於控制該馬達的靜止狀態、或自然換向操作的邏輯，用於決定是否存在一停頓狀況的邏輯、及/或用於其他功能的邏輯，以及用於在一適當時間從一功能切換至另一功能的邏輯。

在一些實施例中，該驅動控制邏輯402亦可接收來自一、或多個外部控制裝置的訊號，例如，一風扇速度控制裝置。其他的外部控制裝置亦是可預想的。另一種方式是，如此的控制裝置可以被併入該驅動控制邏輯402本身之中。

該驅動控制邏輯402本身可以是任何各種型態的邏輯，例如，類比的、或數位的、或是其結合。舉例而言，該驅動控制邏輯402可以實施為一處理器，例如，一微控制器，其執行包括在一記憶媒體上的指令，一以狀態機為基礎的數位控制器，一場可程式閘陣列(FPGA)、及/或一混合訊號特定應用積體電路(ASIC)。另一種方式是，該驅動控制邏輯402可包括上述的任何結合。因此，正如對本領域具通常知識者而言為顯而易見一樣，該驅動控制邏輯可利用任何的各種數位、或類比技術、或其結合而實施。

圖5-舉例說明校準馬達中轉子的方法的流程圖

圖5舉例說明根據一實施例而校準馬達中轉子的方法。下面所述方法的實施例特別適合實施在一無感測器、無刷式三相DC電動馬達之中。舉例而言，正如前述，在一如此的馬達中，直到該轉子已經在旋轉才有可能偵測該轉子的位置。因此，一特殊技術，例如接下來所述者，可用來將該轉子放置在一已知位置，其可接著讓一強迫換向技術被用來強迫該轉子開始轉動，直到足以偵測一BEMF的轉速已被建立為止。然而，雖然接下所敘述的方法特別適合如此的一無感測器馬達，但很明顯地，若有所需要時，該技術亦可用在其他型態的馬達中。也就是說，在許多情況下，對各種型態的馬達而言，若該轉子開始於一特別、已知的位置，起始轉動可執行地更有效率。

該馬達102可以是無刷式三相馬達，如前所述以及如在各個圖式中所舉例說明的一樣。該馬達102可包括一轉子202，其可包括一或多個永久磁鐵。在該轉子202上的該一或多個永久磁鐵可包括四個磁極，替代地，該永久磁鐵可包括二、六、或其他數量的磁極。馬達亦可包括一定子204，該定子204可位在該轉子202的周圍，並可包括複數個電磁鐵206。舉例而言，在該定子204上可以有六個電磁鐵206，其可操作為三對電磁鐵206。每一對電磁鐵302，304，306可以彼此相對。該複數個電磁鐵206可以平均地分佈在該定子204周圍。

該方法是藉由該馬達集合100中所包含的邏輯402而執行。舉例而言，該邏輯402(其執行此處所述的方法)可包括一處理器，例如，一微控制器，其執行包含在一記憶媒體上的指令；以狀態機為基礎的數位控制器；及/或一混合訊號特定應用積體電路(ASIC)。替代地，該方法的執行可利用上述的任何結合。

在502中，一或多對的電磁鐵被激發在第一激發能階。該一或多對電磁鐵可少於該複數個電磁鐵的總數。舉例而言，在一實施例中，僅第一電磁鐵對被激發，由於其可能需要較少的電力，這比起利用多於一對的電磁鐵更具有效率。然而，若有需要的話，也可以激發多於一對的電磁鐵。該第一電磁鐵對可藉由脈寬調變(PWM)而被激發，或者替代地，可藉由線性電壓而被激發。因此，該第一激發能階(以及任何接續的能階)可以是PWM工作週期、或線性電壓位準。

在一些實施例中，馬達可具有最佳的、或實際的最小及/或最大激發能階。舉例而言，可以有最小PWM工作週期以及最大PWM工作週期，或是最小以及最大線性電壓，藉此，電磁鐵線圈可以(或應該)被驅動。在一些實施例中，該第一激發能階可以是最小激發能階，換言之，該方法可開始於在最小激發能階激發單一對的電磁鐵。

在504中，該一或多對電磁鐵的激發可被增加至第二激發能階。該增加可發生於第一時間期間。將該激發能階增加至該第二激發能階可包括，在該第一時間期間透過一或多個中間能階而增量該激發能階。舉例而言，該一或多對電磁鐵首先可被激發於該第一激發能階，接著在第一時間增量後，該激發能階可被增量至第一中間激發能階。在第二時間增量後，該激發能階可再次地增量，例如，至第二中間激發能階。正如許多如此的增量一樣，激發能階的增加可在有需要時執行，例如，用於較平緩的激發增加。該增量能階以及時間增量可以與所需一樣的小、或大。替代地，若有需要時，可執行僅一個中間增量，或沒有中間增量被執行。因此，在一些實施例中，將該激發能階增加至該第二激發能階可在一單一增量中完成。

該第二激發能階可高於該第一激發能階。在一些實施例中，該第二激發能階可以是最大激發能階，例如，最大最佳、或實際PWM工作週期、或線性電壓。

在506中，該一或多對電磁鐵的激發可被減少至第三激發能階，該減少可發生於第二時間期間，將該激發能階減少至該第三激發能階可包括，在該第二時間期間透過一或多個中間能階而減量該激發能階。此減量可類似於先前相關於步驟504所敘述的增量。舉例而言，在該第二時間期間中，該一或多對電磁鐵可首先在該第二激發能階被激發，接著在第一時間增量後，該激發能階可被減量至第一中間激發能階。在第二時間增量後，該激發能階可再次地減量，例如，至第二中間激發能階。正如許多如此的增量一樣，激發能階的減少可在有需要時執行，例如，用於較平緩的激發減少。因此，在一些實施例中，將該激發能階減少至該第三激發能階可在一單一減量中完成。

該第三激發能階可低於該第二激發能階，在一些實施例中，該第三激發能階可以是最小激發能階，例如，最小最佳、或實際PWM工作週期、或線性電壓。因此，在一些實施例中，該一或多對電磁鐵的激發可由最小激發能階開始，接著可逐漸增加至最大能階，然後再次減少至最小激發能階。在此方式中，該轉子可以相對而言較快地(藉由達成該最大小激發能階)但有效率地(藉由開始以及結束在最小激發能階，亦即，不在整個校準程序使用最大激發)從任何未知的位置被引發移動至一已知的位置。

上述方法比起習知方法(其典型地牽涉到直接將電磁線圈由最大激發能階關閉)的一額外優點包括校準程序的正確性增加。舉例而言，一些習知文獻敘述該轉子在線圈由最大能階關閉後的輕微移動。若激發能階在關閉電磁線圈前先被降至最小，正如於此所述的方法中所執行的一樣，該轉子在該校準程序後的如此移動通常是微不足道、或不存在。

圖6-用於在馬達中校準轉子之以有限狀態機為基礎的實施方法

圖6顯示用於在馬達中校準轉子的一種可能實施方法的示範性實施例。根據一些實施例，顯示在圖6中的狀態圖部分可實施為以有限狀態機為基礎之用於控制馬達的操作的數位控制器的一部分。舉例而言，圖6可控制有限狀態機的轉子校準功能，其亦包括用於強迫換向，自然換向，馬達制動(例如，在圖8中所顯示的部分)，暫停/重新開始順序，停頓偵測，及/或其他功能的其中一或多個部分。應該要注意地是，圖6的狀態圖實施代表在圖5中所顯示以及就圖5而進行敘述的方法的一個可能實施方式，僅意欲於作為示範，其他的實施也是可預想的。

圖7-說明在馬達中停止以及校準轉子的方法的流程圖

圖5說明根據一實施例在馬達中停止以及校準轉子的方法，與上述在馬達中校準轉子的方法一樣，接下來要敘述的方法的實施例特別適合實施在一無感測器、無刷式三相DC電動馬達中。下述的方法類似於上述在馬達中校準轉子的方法，但更適合於停止(例如，制動)已經在移動的馬達，舉例而言，在一些情形中，需要比簡單地讓它自然停止移動更快速地停止在馬達中轉子的轉動，在此情形下，將不僅需要停止該轉子，還要將該轉子放置在一已知位置，以有利於下次需要該馬達操作的更有效率啟動(例如，強迫換向)相位。正如先前就圖5進行敘述之在馬達中校準轉子的方法，雖然下述的方法特別適合於無感測器馬達，可以理解的是，有需要時，該技術亦可以被用在其他型態的馬達中。也就是說，在許多情況下，對各種型態的馬達而言，若該轉子在特定、已知的位置開始，起始轉動可執行地更有效率，以及據此，就可以在施加制動時將該轉子停止在於已知位置。

該馬達102可以是無刷式三相馬達，正如先前所述以及在各個圖式中所舉例說明的一樣。該馬達102可包括一轉子202，其可包括一或多個永久磁鐵，在該轉子202上的該一或多個永久磁鐵可包括四個磁極，替代地，該永久磁鐵可包括二、六、或其他數量的磁極。該馬達亦可包括一定子204，該定子204可位在該轉子202的周圍，並可包括複數個電磁鐵206。舉例而言，可以有六個電磁鐵206在該定子204上，其可操作為三對電磁鐵206。每一對電磁鐵302，304，306可以彼此相對，該複數個電磁鐵206可以平均地分佈在該定子204周圍。

該方法是藉由該馬達集合100中所包含的邏輯402而執行。舉例而言，該邏輯402(其執行在此所述的方法)可包括一處理器，例如，一微控制器，其執行包含在一記憶媒體上的指令；以狀態機為基礎的數位控制器；及/或一混合訊號特定應用積體電路(ASIC)。替代地，該方法可利用上述的任何結合來執行。

在702中，一或多對的電磁鐵被激發於第一激發能階。該一或多對電磁鐵可少於該複數個電磁鐵的全部。舉例而言，在一實施例中，僅第一電磁鐵對會被激發，由於其需要較少的電力，這比起利用多於一對的電磁鐵更具有效率。然而，若有需要的話，也可以激發多於一對的電磁鐵。該第一電磁鐵對可藉由脈寬調變(PWM)而被激發，或者替代地，可藉由線性電壓而被激發。因此，在一些實施例中，該第一激發能階(以及任何接續的能階)可以是PWM工作週期、或線性電壓位準。

在一些實施例中，馬達可具有最佳的、或實際的最小及/或最大激發能階。舉例而言，可以有最小PWM工作週期以及最大PWM工作週期，或是最小以及最大線性電壓，藉此，電磁鐵線圈可以(或應該)被驅動。在一些實施例中，該第一激發能階可以是最大激發能階，換言之，該方法可開始於在最大激發能階激發單一對的電磁鐵。比起較低的激發能階，此可使該轉子更快速停止。

該一或多對的電磁鐵可在第一時間期間被激發於該第一激發能階。該第一時間期間可以是預定(例如，程式化的)時間量，或者可以是可變的時間量。舉例而言，在一些實施例中，可較簡單地將該第一時間期間實施為一組時間量，其決定可基於馬達的特性(例如，馬達設計，材料等)及/或所驅動的負載，以作為讓該轉子停止而將該一或多對電磁鐵驅動在最大激發的最佳時間量。在其他實施例中，可允許可變的第一時間期間，舉例而言，對馬達而言，更有效率且安全的是，利用BEMF偵測來偵測轉子的轉速，直到該轉子降至低於一特定臨界速度為止、或是直到一BEMF訊號不再被偵測到為止，以及在該第一激發能階驅動該一或多個電磁鐵，僅直到已符合此一情況為止。若有需要時，除了前述該些以外、或作為替代，該第一時間期間的決定可基於任何各式的因素。

在704中，該一或多對電磁鐵的激發可被減少至第二激發能階。該減少可發生於第二時間期間。將該激發能階減少至該第二激發能階可包括，在該第二時間期間透過一或多個中間能階而減量該激發能階。舉例而言，在該第二時間期間內，該一或多對電磁鐵首先可被激發於該第一激發能階，接著在第一時間增量後，該激發能階可被減量至第一中間激發能階。在第二時間增量後，該激發能階可再次被減量，例如，至第二中間激發能階。正如許多如此的增量一樣，激發能階的減少可在有需要時執行，例如，用於較平緩的激發減少，該減量能階以及時間減量可以與所需一樣的小、或大。替代地，若有需要時，可執行為僅一個、或沒有中間減量。因此，在一些實施例中，將該激發能階減少至該第二激發能階可在一單一減量中完成。

該第二激發能階可低於該第一激發能階。在一些實施例中，該第二激發能階可以是最小激發能階，例如，最小最佳、或實際PWM工作週期、或線性電壓。因此，在一些實施例中，該一或多對電磁鐵的激發一開始可被維持在最大激發能階，接著減少至最小激發能階。在此方式中，該轉子可以相對而言較快地(藉由達成最大激發能階)停止在一已知的位置，並且，以這樣的方式，需要該轉子再次轉動時可促進更有效率的啟動(藉由激發少於所有的電磁鐵對)。

該方法可共享顯示在圖5中以及就圖5進行敘述的方法相對於習知方法的額外優點，其中，校準轉子的準確性可藉由在線圈關閉之前先降低激發能階而被增加。

圖8-用以停止以及校準馬達中轉子之以有限狀態機為基礎的實施方法

圖8顯示用以在馬達中停止以及校準轉子的方法的一個可能實施方式的示範性實施例。顯示在圖8中的狀態圖部分可實施為以有限狀態機為基礎之用於控制馬達的操作的數位控制器的一部分。舉例而言，圖8可控制有限狀態機的轉子校準功能，其亦包括用於轉子校準(例如，在圖6中所顯示的部分)，強迫換向，自然換向，暫停/重新開始順序，停頓偵測，及/或其他功能的其中一或多個部分。應該要注意地是，圖6的狀態圖實施代表在圖5中所顯示以及就圖5而進行敘述的方法的一個可能實施方式，僅意欲於作為示範，其他的實施也是可預想的。

100．．．馬達集合

102．．．馬達

110．．．風扇

120．．．風扇葉

202．．．轉子

204．．．定子

206．．．電磁鐵

302．．．「U」電磁鐵對

304．．．「V」電磁鐵對

306．．．「W」電磁鐵對

402．．．驅動控制邏輯

404．．．FET

406．．．FET

414．．．FET

416．．．FET

424．．．FET

426．．．FET

圖1A以及圖1B舉例說明根據一實施例的一示範性風扇以及風扇馬達的不同示圖；

圖2舉例說明根據一實施例的無刷式四極三相電動馬達的簡單圖式；

圖3舉例說明根據一實施例的無刷式三相電動馬達的換向模式；

圖4為根據一實施例之具有驅動控制邏輯的馬達的電路圖；

圖5為根據一實施例之校準馬達中轉子方法的流程圖；

圖6舉例說明根據一實施例之實現校準馬達中轉子方法的一有限狀態機；

圖7為敘述根據一實施例之停止馬達中轉子方法的流程圖；以及

圖8舉例說明根據一實施例之實現停止以及校準馬達中轉子方法的一有限狀態機。