TWI495231B - 雙轉向無刷直流馬達 - Google Patents

Description

雙轉向無刷直流馬達

本發明係有關於一種無刷直流馬達，特別是一種可選擇進行正向旋轉或逆向旋轉的雙轉向無刷直流馬達。

一種習用之雙轉向單相直流馬達，如美國專利第7,348,740號所揭示之「正反轉控制電路」，其係包含一霍爾IC、一切換電路、一驅動IC及一馬達繞組線圈。該霍爾IC感應該馬達之轉子所造成的磁場，並產生一第一感測訊號及一第二感測訊號；該切換電路根據一控制接點的電壓準位，控制該二感測訊號送入該驅動IC之一第一接腳及一第二接腳的方式；該驅動IC根據該二接腳所接收的訊號狀態[即該第一接腳接收該第一感測訊號，該第二接腳接收該第二感測訊號，或該第一接腳接收該第二感測訊號，而該第二接腳接收該第二感測訊號]，產生一正轉驅動訊號或一反轉驅動訊號；該馬達繞組線圈連接該驅動IC並接收該二驅動訊號之一，據以驅動該馬達之轉子進行正轉或反轉。

藉由上述習用之雙轉向單相直流馬達，使用者可根據需求調整該控制接點的電壓準位，以透過該切換電路及驅動IC改變輸入該馬達繞組線圈的驅動訊號而轉換該轉子之轉向。然而，由於上述習用之雙轉向單相直流馬達僅根據使用者的需求進行開迴路控制，無法測知其轉子是否確實依照使用者的需求進行正轉或反轉，故此一習用的雙轉向單相直流馬達可能朝錯誤方向啟動，且顯然無法自動偵測轉向上之誤動作。

另一種習用之雙轉向單相直流馬達，如中華民國專利第M368229號所揭示之「具正逆轉功能之單相直流馬達」，其係包含一定子、一轉子、一霍爾元件及一激磁定位線圈。該定子具有一單相繞線之線圈組及數個感應磁極；該轉子具有數個磁性部與朝向該定子之感應磁極；該霍爾元件設置於二感應磁極之間並對應該轉子之磁性部設置，以感測各該磁性部所造成之磁場；該激磁定位線圈可接收一第一電流或一第二電流而產生N磁性或S磁性，使該轉子定位在適於進行正轉或逆轉的初始位置。藉由此一習用之雙轉向單相直流馬達，使用者可進一步在透過該定子驅動該轉子之前，先利用該激磁定位線圈將該轉子旋轉至適當的初始位置。

藉由該激磁定位線圈，此另一習用的雙轉向單相直流馬達雖可確保該轉子在開始轉動前位於較適於進行正轉或逆轉的初始位置，但在轉子的轉向控制上，此種架構仍僅適於以開迴路方式控制該轉子之轉向。換言之，在該轉子開始轉動之後，此種習用的雙轉向單相直流馬達仍無法測知其轉子是否確實依照使用者的需求進行正轉或反轉，一旦該馬達進行啟動並沿錯誤方向進行運轉，將無法有效且及時的停止此一誤動作。因此，有必要進一步改良上述之習用雙轉向無刷直流馬達。

本發明之目的乃提供一種雙轉向無刷直流馬達，其係可於啟動馬達之轉子進行旋轉時，即致動該轉子朝預定之方向旋轉。

本發明之另一目的乃提供一種雙轉向無刷直流馬達，其係可精確的偵測該轉子的旋轉方向，達到正確測知轉向誤動作之目的。

本發明之技術手段為：一種雙轉向無刷直流馬達，其包含一轉子及一定子。該轉子具有一樞轉部及一磁鐵部，該樞轉部位於該轉子之中心位置，該磁鐵部環繞該樞轉部設置，且該磁鐵部具有數個磁極，各該磁極均具有一磁極面；該定子供該轉子之樞轉部可轉動的結合，該定子具有一激磁組件及一控制組件，該激磁組件具有至少一線圈及至少一激磁面，該控制組件電性連接該至少一線圈且具有二感測元件鄰近該磁鐵部。其中，該二感測元件在該磁鐵部之一移動方向上具有一段間距，該二感測元件之一係設於該樞轉部之軸心與任一激磁面之一端的徑向連接線上，且該二感測元件的另一個係設置於該樞轉部之軸心與該激磁面之另一端的徑向連接線上。藉此，可避免該轉子沿錯誤方向啟動，並有效測得該轉子在轉向上之誤動作。

為讓本發明上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明的較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第1圖所示，其係為本發明第一實施例之雙 轉向無刷直流馬達的分解立體圖，其中該第一實施例之雙轉向無刷直流馬達係為具有徑向氣隙之外轉子馬達，然而本發明之雙轉向無刷直流馬達並非以此種馬達為限。該馬達包含一轉子1及一定子2，該轉子1係可轉動的結合於該定子2，且可受該定子2所產生之磁力驅使進行旋轉。

詳言之，請再參照第1及2圖所示，本發明第一實施例之雙轉向無刷直流馬達的轉子1包含一樞轉部11及一磁鐵部12。該樞轉部11係可轉動的結合於該定子2並位於該轉子1之中心位置，且該樞轉部11較佳係如第1圖所示之轉軸狀；該磁鐵部12係環繞該樞轉部11設置，且該磁鐵部12具有數個磁極121，各該磁極121均具有一磁極面122朝向該定子2。其中，當該轉子1受到驅動時，該磁鐵部12係沿一移動方向以該樞轉部11為中心進行轉動。

另，該定子2具有一基座21、一激磁組件22及一控制組件23。該基座21係結合固設該激磁組件22及控制組件23，且該基座21具有一樞接座211與該轉子1之樞轉部11可轉動的結合，其中該樞接座211較佳係由內部設有軸承之軸管所構成，以便對應樞接於呈轉軸狀之樞轉部11；該激磁組件22具有數個極柱221、數個激磁面222及至少一線圈223，該數個激磁面222分別位於該數個極柱221的一端且朝向該磁鐵部12，該線圈223係繞設於該極柱221且鄰近於該數個激磁面222，以便該激磁面222於該線圈223導電時形成磁場；該控制組件23設置鄰近於該激磁組件22並電性連接於該激磁組件22之線 圈223，該控制組件23具有一第一感測元件231及一第二感測元件232鄰近該轉子1之磁鐵部12，且該二感測元件231、232在該磁鐵部12之移動方向上具有一段間距。其中，該第一感測元件231與該第二感測元件232之電氣角〔Electrical degree〕的角度差不等於180度之倍數；亦即，如第2圖所示，若該磁鐵部12之磁極121的數量為四個〔即每一磁極121均具有90度之機械角〕，則該二感測元件231、232之間的間距所形成的夾角θ不等於90度之倍數。另，如第2圖所示，在該磁鐵部12之移動方向上，該二感測元件231、232較佳係位於同一激磁面222的兩端。此外，各該激磁面222與該磁鐵部12之間的間距較佳係非單一相同的間距，例如形成一階梯部G或使其間距為漸增，而使該激磁面222的二端與該磁鐵部12之間為相異的間距，以便在該轉子1停止運轉時，使該磁鐵部12靜止於一預設位置，避免在下一次驅動該轉子1時，該二感測元件231、232恰位於相鄰的二磁極121之連接處的啟動死角。

請參照第3及4圖所示，其係為本發明第一實施例之雙轉向無刷直流馬達的控制組件23的電路架構圖。該控制組件23除了具有該第一感測元件231及第二感測元件232之外，另包含一驅動單元233及一致動開關模組234。該第一感測元件231及第二感測元件232均連接至一直流電源Vcc以接收該直流電源Vcc之直流電力，且各該感測元件231、232均可感測磁場，以便由該第一感測元件231產生一第一感測訊號S1，而由該第二感測元 件232產生一第二感測訊號S2；該驅動單元233電性連接至該二感測元件231、232並接收該二感測訊號S1、S2，且根據該二感測訊號S1、S2產生一組驅動訊號；該致動開關模組234電性連接於該驅動單元233及該激磁組件22之線圈223之間，以便接收該驅動訊號並於該線圈223產生至少一激磁電流。

詳言之，如第3圖所示，若本發明之雙轉向無刷直流馬達為一單相直流馬達，該致動開關模組234較佳係由四電子式開關Q1、Q2、Q3、Q4所組成，且各該電子式開關Q1、Q2、Q3、Q4均具有一控制端連接至該驅動單元233以接收該驅動訊號。其中，該電子式開關Q1、Q3串接於該直流電源Vcc及一接地點之間，且該二電子式開關Q1、Q3之間形成一串接接點；該電子式開關Q2、Q4亦串接於該直流電源Vcc及該接地點之間，且該二電子式開關Q2、Q4之間形成另一串接接點；該線圈223連接於該二串接接點之間。請同時參照第2圖所示，當該轉子1之磁鐵部12的移動方向為沿順時針方向轉動時，該驅動單元233係根據該第一感測元件231〔即該二感測元件231、232之中，位在該移動方向上的較後者〕的第一感測訊號S1產生該驅動訊號，且該驅動訊號係使該第一感測訊號S1及電子式開關Q1、Q2、Q3、Q4的關係如下列表一所示： 其中，該第一感測訊號S1為一高準位訊號〔即如表一中之「1」所示〕時，係表示該感測元件231所測得者為N極及S極之一所產生的磁場；而其為一低準位訊號〔即如表一中之「0」所示〕時，則表示該感測元件231所測得的是N極及S極之中的另一個所產生的磁場。

反之，當該磁鐵部12的移動方向為沿逆時針方向轉動時，該驅動單元233係根據該第二感測元件232的第二感測訊號S2產生該驅動訊號，且該驅動訊號係使該第二感測訊號S2及電子式開關Q1、Q2、Q3、Q4的關係如下列表二所示： 同理，該第二感測訊號S2為一高準位訊號〔即如表二中之「1」所示〕時，係表示該感測元件232所測得者為N極及S極之一所產生的磁場；而其為一低準位訊號〔即如表二中之「0」所示〕時，則表示該感測元件232所測得的是N極及S極之中的另一個所產生的磁場。

此外，如第4圖所示，若本發明之雙轉向無刷直流馬達為一雙相直流馬達，該致動開關模組234較佳係由二電子式開關Q5、Q6所組成，且各該電子式開關Q5、Q6 均具有一控制端連接至該驅動單元233以接收該驅動訊號，其中該二電子式開關Q5、Q6係分別與二線圈223串聯連接於該直流電源Vcc及該接地點之間。請再同時參照第2圖所示，當該轉子1之磁鐵部12的移動方向為沿順時針方向轉動時，該驅動單元233係根據該第一感測訊號S1產生該驅動訊號，使該第一感測訊號S1及電子式開關Q5、Q6的關係如下列表三所示： 另，當該磁鐵部12的移動方向為沿逆時針方向轉動時，該驅動單元233係根據該第二感測訊號S2產生該驅動訊號，使該第二感測訊號S2及電子式開關Q5、Q6的關係如下列表四所示： 據此，無論本發明之雙轉向無刷直流馬達為何種直流馬達，均可藉由該二感測元件231、232產生對應的驅動訊號致動該激磁組件22之線圈223，進而隨需求控制該轉子1進行正轉或反轉。

請另參照第5a及5b圖所示，其係分別為該二感測訊號S1、S2在該轉子1進行正轉及反轉時的電壓波形圖。如第2及5a圖所示，在該磁鐵部12沿順時針方向轉動的 情況下，當該磁鐵部12之一磁極121的左側邊界通過該第一感測元件231，使該第一感測元件231進入該磁極121之範圍時，該第一感測訊號S1係由該低準位訊號轉換為該高準位訊號；隨後，當該磁鐵部12繼續旋轉至該磁極121的右側邊界通過該第二感測元件232，使該第二感測元件232脫離該磁極121之範圍時，該第二感測訊號S2係由該高準位訊號轉換為該低準位訊號。反之，如第2及5b圖所示，在該磁鐵部12沿逆時針方向轉動的情況下，當該磁鐵部12之一磁極121的右側邊界通過該第二感測元件232，使該第二感測元件232進入該磁極121之範圍時，該第二感測訊號S2係由該低準位訊號轉換為該高準位訊號；隨後，當該磁鐵部12繼續旋轉至該磁極121的左側邊界通過該第一感測元件231，使該第一感測元件231脫離該磁極121之範圍時，該第一感測訊號S1係由該高準位訊號轉換為該低準位訊號。藉此，利用所接收之第一感測訊號S1及第二感測訊號S2的高、低準位電壓之狀態，以及該二感測訊號S1、S2之電壓切換時間點之間的關係，該驅動單元232可精確判知該磁鐵部12之移動方向係沿順時針或逆時針方向進行轉動。因此，當本發明之雙轉向無刷直流馬達未依一預定旋轉方向作動時，該驅動單元232可針對該直流馬達之轉向進行進一步調整，例如：停止該直流馬達之運轉並重新啟動，以改變其轉向。

請參照第6圖所示，其係為本發明第二實施例之雙轉向無刷直流馬達的分解立體圖，其中本實施例之雙轉向 無刷直流馬達係為具有軸向氣隙之馬達，該馬達包含一轉子3及一定子4，該轉子3係可轉動的結合於該定子4，且可受該定子4所產生之磁力驅使進行旋轉。詳言之，如第6及7圖所示，本發明第二實施例之雙轉向無刷直流馬達的轉子3亦包含一樞轉部31及一磁鐵部32。該樞轉部31係可轉動的結合於該定子4並位於該轉子3之中心位置，且該樞轉部31較佳亦呈轉軸狀；該磁鐵部32係環繞該樞轉部31設置，且該磁鐵部32具有數個磁極321，各該磁極321均具有一磁極面322朝向該定子4。其中，當該轉子3受到驅動時，該磁鐵部32係沿一移動方向以該樞轉部31為中心進行轉動。

此外，該定子4具有一基座41、一激磁組件42及一控制組件43。該基座41係結合固設該激磁組件42及控制組件43，且該基座41具有一樞接座411與該轉子3之樞轉部31可轉動的結合，其中該樞接座411較佳係對應於呈轉軸狀之樞轉部31而呈軸管狀；該激磁組件42具有數個線圈421及數個激磁面422，該數個激磁面422係分別對應鄰接於該數個線圈421朝向該磁極面322的表面；該控制組件43電性連接於該激磁組件42之線圈421，該控制組件43具有一第一感測元件431及一第二感測元件432鄰近該轉子3之磁鐵部32，且該二感測元件431、432在該磁鐵部32之移動方向上具有一段間距。其中，該第一感測元件431與該第二感測元件432之電氣角〔Electrical degree〕的角度差不等於180度之倍數；亦即，如第7圖所示，若該磁鐵部32之磁極321的數量為二個 〔即每一磁極321均具有180度之機械角〕，則該二感測元件431、432之間的間距所形成的夾角θ不等於180度之倍數。另，在該磁鐵部32之移動方向上，該二感測元件431、432較佳係位於同一激磁面422的兩端。此外，本實施例之定子4可另具有一導磁定位件44鄰近該轉子3之磁鐵部32，以便在該轉子3停止運轉時，使該磁鐵部32靜止於一預設位置，避免在下一次驅動該轉子3時，該二感測元件431、432恰位於相臨的二磁極321之連接處的啟動死角。

藉由上述結構，本發明第二實施例的雙轉向無刷直流馬達不僅可精確控制該轉子3之旋轉，並判斷該轉子3是否依該預定旋轉方向進行轉，且更具有較小的軸向高度，達成縮小馬達尺寸之目的。

請參照第8圖所示，其係繪示本發明第二實施例之雙轉向無刷直流馬達的另一種實施方式。相較於前一種實施方式，此實施方式的該激磁組件42之線圈421及激磁面422的數量均為一個，且該激磁面422亦鄰接於該線圈421並朝向該磁鐵部32的磁極面322。此外，該控制組件43之第一感測元件431及第二感測元件432亦鄰近該轉子3之磁鐵部32，且在該磁鐵部32之移動方向上具有一段間距。據此，本發明之雙轉向無刷直流馬達亦適於應用在僅具有單一線圈及激磁面的馬達類型。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，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的精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬 本發明所保護的技術範疇，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧轉子

11‧‧‧樞轉部

12‧‧‧磁鐵部

121‧‧‧磁極

122‧‧‧磁極面

2‧‧‧定子

21‧‧‧基座

211‧‧‧樞接座

22‧‧‧激磁組件

221‧‧‧極柱

222‧‧‧激磁面

223‧‧‧線圈

23‧‧‧控制組件

231‧‧‧第一感測元件

232‧‧‧第二感測元件

233‧‧‧驅動單元

234‧‧‧致動開關模組

3‧‧‧轉子

31‧‧‧樞轉部

32‧‧‧磁鐵部

321‧‧‧磁極

322‧‧‧磁極面

4‧‧‧定子

41‧‧‧基座

411‧‧‧樞接座

42‧‧‧激磁組件

421‧‧‧線圈

422‧‧‧激磁面

43‧‧‧控制組件

431‧‧‧第一感測元件

432‧‧‧第二感測元件

44‧‧‧導磁定位件

G‧‧‧階梯部

Q1‧‧‧電子式開關

Q2‧‧‧電子式開關

Q3‧‧‧電子式開關

Q4‧‧‧電子式開關

Q5‧‧‧電子式開關

Q6‧‧‧電子式開關

S1‧‧‧第一感測訊號

S2‧‧‧第二感測訊號

Vcc‧‧‧直流電源

第1圖：本發明第一實施例之雙轉向無刷直流馬達的分解立體圖。

第2圖：本發明第一實施例之雙轉向無刷直流馬達的組合剖視圖。

第3圖：本發明第一實施例之雙轉向無刷直流馬達應用於單相馬達時的控制組件之電路架構圖。

第4圖：本發明第一實施例之雙轉向無刷直流馬達應用於雙相馬達時的控制組件之電路架構圖。

第5a圖：本發明第一實施例之雙轉向無刷直流馬達之第一感測訊號及第二感測訊號於轉子順時針旋轉時的電壓波形圖。

第5b圖：本發明第一實施例之雙轉向無刷直流馬達之第一感測訊號及第二感測訊號於轉子逆時針旋轉時的電壓波形圖。

第6圖：本發明第二實施例之雙轉向無刷直流馬達的分解立體圖。

第7圖：本發明第二實施例之雙轉向無刷直流馬達的組合剖視圖。

第8圖：本發明第二實施例之另一種實施方式的雙轉向無刷直流馬達的分解立體圖。

1．．．轉子

11．．．樞轉部

12．．．磁鐵部

121．．．磁極

122．．．磁極面

2．．．定子

21．．．基座

211．．．樞接座

22．．．激磁組件

222．．．激磁面

223．．．線圈

23．．．控制組件

231．．．第一感測元件

232．．．第二感測元件

Claims (7)

1. 一種雙轉向無刷直流馬達，其包含：一轉子，係具有一樞轉部及一磁鐵部，該磁鐵部具有數個磁極，各該磁極均具有一磁極面；一定子，係供該轉子之樞轉部可轉動的結合，該定子具有一激磁組件及一控制組件，該激磁組件具有至少一激磁面及至少一線圈，該控制組件電性連接該至少一線圈且具有二感測元件鄰近該磁鐵部；其中，該二感測元件在該磁鐵部之一移動方向上具有一段間距，該二感測元件之一係設於該樞轉部之軸心與任一激磁面之一端的徑向連接線上，且該二感測元件的另一個係設置於該樞轉部之軸心與該激磁面之另一端的徑向連接線上。
2. 依申請專利範圍第1項所述之雙轉向無刷直流馬達，其中該二感測元件之電氣角的角度差不等於180度之倍數。
3. 依申請專利範圍第1項所述之雙轉向無刷直流馬達，其中該二感測元件位於同一激磁面的兩端。
4. 依申請專利範圍第1項所述之雙轉向無刷直流馬達，其中當該激磁面及線圈之數量為數個時，該數個激磁面分別垂直於該數個線圈的軸向，且分別形成於該數個線圈朝向該磁極面的表面。
5. 依申請專利範圍第1項所述之雙轉向無刷直流馬達，其中該定子另具有一導磁定位件鄰近該轉子之磁鐵部 。
6. 依申請專利範圍第1項所述之雙轉向無刷直流馬達，其中該激磁面與該磁鐵部之間具有非單一相同的間距。
7. 依申請專利範圍第1項所述之雙轉向無刷直流馬達，其中該控制組件另包含一驅動單元及一致動開關模組，該驅動單元電性連接至該二感測元件，該致動開關模組電性連接於該驅動單元及該激磁組件之線圈之間，該驅動單元係接收該二感測元件所產生之二感測訊號，且根據該二感測訊號產生一組驅動訊號，該致動開關模組接收該驅動訊號並於該線圈產生至少一激磁電流。