TWI626430B - 無感測器之直流無刷馬達負載量測方法以及其裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種無感測器之直流無刷馬達負載量測方法，適用於一洗滌類家電，步驟包括：透過一驅動電路將一直流無刷馬達自一起始轉速加速至一第一轉速；控制電路失能驅動電路；透過一偵測電路取得對應於直流無刷馬達之各個相位之相位電壓資訊；以及透過控制電路根據相位電壓資訊之至少一者取得直流無刷馬達自第一轉速減速為一第二轉速所花費之一第一時間，並根據第一時間以及一第一查找表取得對應於一負載之一第一預測重量。

Description

無感測器之直流無刷馬達負載量測方法以及其裝 置

本發明係有關於一種無感測器之直流無刷馬達負載量測方法以及其裝置，特別係有關於一種根據馬達之相位電壓資訊量測衣物重量之無感測器之直流無刷馬達負載量測方法以及其裝置。

現今洗滌類家電(例如直立式洗衣機、滾筒洗衣機等)所常用之衣物重量偵測方法為將馬達加速至一既定速度後，利用旋轉慣量原理間接地偵測出滾筒內之衣物重量。其原理為於馬達之傳動系統摩擦係數固定之情況下，當馬達自既定速度自由減速時，其減速度會因滾筒內之衣物重量差異而有所不同，藉此可利用減速度差異間接地推算出滾筒內之衣物重量。

而於量測馬達自由減速之轉速變化時，現有技術通常係透過計算電機反電動勢之脈衝計數之次數。然而，於計算脈衝計數之次數時，通常需使用光耦合器傳遞高壓訊號，再利用比較放大線路將反電動勢整形成脈衝波，如此將會提高主控制板之製造成本。此外，由於脈衝訊號只能萃取反電動勢過零點之資訊，因此其所偵測出之衣物重量準確度亦較低。

因此，如何在無感測器之情況下，以較簡易之方 式精準地量測衣物重量為目前所需解決之問題。

為解決上述問題，本發明提供一種無感測器之直流無刷馬達負載量測方法，適用於一洗滌類家電，步驟包括：透過一驅動電路將一直流無刷馬達自一起始轉速加速至一第一轉速；控制電路失能驅動電路；透過一偵測電路取得對應於直流無刷馬達之各個相位之相位電壓資訊；以及透過控制電路根據相位電壓資訊之至少一者取得直流無刷馬達自第一轉速減速為一第二轉速所花費之一第一時間，並根據第一時間以及一第一查找表取得對應於一負載之一第一預測重量。

本發明更提供一種無感測器之直流無刷馬達負載量測裝置，適用於一洗滌類家電，包括一直流無刷馬達、一驅動電路、一偵測電路以及一控制電路。驅動電路用以驅動直流無刷馬達自一起始轉速加速至一第一轉速。偵測電路用以偵測對應於直流無刷馬達之各個相位之相位電壓資訊。控制電路用以根據相位電壓資訊之至少一者取得直流無刷馬達自上述第一轉速減速為一第二轉速所花費之一第一時間，並根據第一時間以及一第一查找表取得對應於一負載之一第一預測重量。

100‧‧‧無感測器之直流無刷馬達負載量測裝置

110‧‧‧馬達

120‧‧‧驅動電路

120A‧‧‧第一橋背結構

120B‧‧‧第二橋背結構

120C‧‧‧第三橋背結構

121、122、123‧‧‧下橋背開關元件

124、125、126‧‧‧上橋背開關元件

130‧‧‧偵測電路

131‧‧‧分壓電路

132‧‧‧RC電路

140‧‧‧控制電路

C₁、C₂、C₃‧‧‧電容

R₁、R₂、R₃‧‧‧電阻

S₁、S₂、S₃、S₄‧‧‧轉速

S301~S308‧‧‧步驟流程

S_C‧‧‧控制訊號

S_I‧‧‧起始轉速

T₁、T₂‧‧‧持續運轉時間

T_W1、T_W2、T_W3、T_W1’‧‧‧轉速變化所花費之時間

u、v、w‧‧‧相位節點

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之負載量測裝置之區塊圖。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之負載量測裝置之不同運作階段之示意圖。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之負載量測方法之流程圖。

有關本發明之裝置以及方法適用之其他範圍將於接下來所提供之詳述中清楚易見。必須了解的是下列之詳述以及具體之實施例，當提出有關無感測器之直流無刷馬達負載量測裝置以及其方法之示範實施例時，僅作為描述之目的以及並非用以限制本發明之範圍。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之負載量測裝置之區塊圖。負載量測裝置100係適用於洗滌類家電，例如滾筒洗衣機、直立式洗衣機、乾衣機/烘衣機等，可包括一馬達110、一驅動電路120、一偵測電路130以及一控制電路140。其中，馬達110係為一直流無刷馬達(BLDC)。驅動電路120用以根據控制訊號S_C驅動馬達110。偵測電路130用以偵測馬達110之各個相位之端電壓對一接地位準之相位電壓資訊。控制電路140用以輸出控制訊號S_C，以及根據相位電壓資訊推算轉速資訊，並根據轉速資訊、一第一查找表以及一第二查找表取得衣物之預測重量。值得注意的是，負載量測裝置100並不包括位置感測器。

如第1圖所示，驅動電路120包括一第一橋背結構120A、一第二橋背結構120B以及一第三橋背結構120C。馬達110透過節點u電性連接至第一橋背結構120A之一上橋背開關元件124以及一下橋背開關元件121，透過節點v電性連接至第二橋背結構120B之一上橋背開關元件125以及一下橋背開關元 件122，以及透過節點w電性連接至第三橋背結構120C之一上橋背開關元件126以及一下橋背開關元件123。

偵測電路130係由分壓電路131以及RC電路132所構成。控制電路140分別透過分壓電路131以及RC電路132電性連接至節點u、節點v以及節點w，以分別取得馬達110之節點u、節點v以及節點w對接地位準之相位電壓訊號E_uG、相位電壓訊號E_vG以及相位電壓訊號E_wG。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之負載量測裝置之不同運作階段之示意圖。於第一運作階段(Stage 1)，當使用者將衣物投入滾筒洗衣機之滾筒中並啟動滾筒洗衣機時，由於衣物係集中於滾筒之下半部分，因此為了提高重量量測之精準度，控制電路140輸出控制訊號S_C以控制驅動電路120驅動馬達110反覆地正轉與反轉以攪散衣物。舉例來說，如第2圖所示，驅動電路120將馬達110以順時針方向自零轉加速至第一轉速S₁(約600~1000RPM)，並維持轉速S1持續一既定時間T₁(例如維持轉速S₁持續5~10秒)，再將馬達110自第一轉速S₁減速至零轉。接著，驅動電路120將馬達110以逆時針方向自零轉加速至第一轉速S₁，並維持第一轉速S₁持續一既定時間T₁，再將馬達110自第一轉速S₁減速至零轉，藉此以分散衣物。值得注意的是，為了精簡說明，第2圖中所示之第一運作階段馬達110僅執行一次正轉與反轉，但可根據使用者之需求增加正轉與反轉之反覆次數，並非以此為限。

於第二運作階段(Stage 2)，驅動電路120透過施加一既定q軸電流(例如1~5安培之q軸電流)以取得一固定轉 矩，並將馬達110自一起始轉速S_I(約0~500RPM)加速至一第二轉速S₂(約3000~4000RPM)，並透過控制電路140量測馬達110自一起始轉速S_I加速至第二轉速S₂所花費之時間。在轉矩固定之情況下，由於衣物重量係與所花費之時間成正比(如第2圖中所示，當W3>W2>W1時，T_W1<T_W2<T_W3)，因此可根據量測到之時間參考一第一查找表以推算衣物之第一預測重量。如下所示，表1係顯示有關所花費之時間與衣物重量之相關資訊。舉例來說，當控制電路140量測到馬達110自起始轉速S_I加速至第二轉速S₂所花費之時間約為1.9秒時，則可根據第一查找表之內容推得衣物之重量約為1公斤。

於第三運作階段(Stage 3)，當馬達110加速至第二轉速S₂後，驅動電路120即以既定減速度a₁(例如-1000RPM/秒)將馬達110自前述之第二轉速S₂減速至起始轉速S_I。

於第四運作階段(Stage 4)，驅動電路120係以一固定加速度a₂(例如300RPM/秒)將馬達110自起始轉速S_I加速至第三轉速S₃，以使衣物之分佈更為平均。

於第五運作階段(Stage 5)，當馬達110加速至第三轉速S₃後，驅動電路120更驅動馬達110以第三轉速S₃持續運轉一第二既定時間T₂(例如維持轉速S₃持續5~10秒)，以讓衣物平均平貼於滾筒之內部，以更進一步地提高重量量測之精準 度。

於第六運作階段(Stage 6)，控制電路140失能驅動電路110，使得馬達110自第三轉速S₃自由減速。根據本發明一實施例，於馬達110運轉期間，偵測電路130分別取得馬達110之相位電壓訊號E_uG、相位電壓訊號E_vG以及相位電壓訊號E_wG，並透過下列方程式計算反電動勢線電壓即時振幅值：E _uv =E _uG -E _vG (1)

E _vw =E _vG -E _wG (2)

E _wu =E _wG -E _uG (3)

|E _b-LL |=K．Motor_speed (5)其中，E _uG 、E _vG 以及E _wG 為相位電壓訊號，E _uv 、E _vw 、E _wu 為各個相位之間之反電動勢線電壓，|E _b-LL |為反電動勢線電壓即時振幅值，Motor_speed為馬達轉速，以及K為常數。

接著，即可根據求得之反電動勢線電壓即時振幅值推得馬達110之即時轉速。最後，再根據馬達110自第三轉速S₃自由減速至第四轉速S₄所花費之時間T_W1，根據一第二查找表推算衣物之第二預測重量。如下所示，表2係顯示有關所花費之時間與衣物重量之相關資訊。舉例來說，當控制電路140量測到馬達110自第三轉速S₃自由減速至第四轉速S₄所花費之時間約為3.9秒時，則可根據第二查找表之內容推得衣物之重量約為1公斤。

值得注意的是，反電動勢線電壓即時振幅值可根據相位電壓訊號E_uG、相位電壓訊號E_vG以及相位電壓訊號E_wG推得，以及前述之各個轉速、運轉時間、q軸電流、加速度以及減速度等參數之定義僅用以作為說明之目的，各個參數之設定可根據使用者之需求進行調整，並非以此為限。

此外，根據本發明另一實施例，控制電路140亦更可僅根據相位電壓訊號E_uG、相位電壓訊號E_vG以及相位電壓訊號E_wG之任一者或者其中之任兩者推得反電動勢之非即時電壓資訊(例如峰值資訊)以及過零點資訊等，並根據非即時電壓資訊或者過零點資訊推算馬達之轉速，如此亦可達到降低主控制板之電路設計之複雜度之目的。

根據本發明一實施例，當控制電路140取得衣物之第一預測重量以及衣物之第二預測重量時，可透過計算第一預測重量以及第二預測重量之平均值或者分別給予第一預測重量以及第二預測重量不同之權重，以計算衣物之最後重量。除此之外，控制電路140亦可僅選擇第一預測重量以及第二預測重量中最重一者作為衣物之最後重量，以避免因錯估衣物之重量而造成洗衣機投入水量不足。

值得注意的是，第2圖中所示之各個階段之運作順序僅用以作為說明之目的，上述運作順序可根據使用者之需求改變。以及，在不脫離本發明之精神以及範圍內，可於各個階段之間增加額外之階段或者減少運作之階段。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之用於無感測器之直流無刷馬達負載量測方法之流程圖。示範方法300係起始於步驟S301，驅動電路120將馬達110分別以正轉以及反轉之方式加速至第一轉速S₁，並持續運轉第一既定時間T₁，再減速至零轉。於步驟S302，控制電路140控制驅動電路120以一既定轉矩將馬達110自起始轉速S_I加速至第二轉速S₂，並量測馬達110自起始轉速S_I加速至第二轉速S₂所花費之時間T_W1。於步驟S303，控制電路140根據時間T_W1以及第一查找表取得衣物之第一預測重量。接著，進入步驟S304，控制電路140控制驅動電路120以第一減速度a₁將馬達110自第二轉速S₂減速至零轉。

於步驟S305，控制電路140控制驅動電路120以第二加速度a₂將馬達自起始轉速S_I加速至第三轉速S₃。於步驟S306，驅動電路140驅動馬達110以第三轉速S₃持續運轉第二既定時間T₂。於步驟S307，控制電路140失能驅動電路110，使得馬達110自第三轉速S₃自由減速。於馬達110減速期間，控制電路140係分別根據偵測電路130所取得之相位電壓訊號E_uG、相位電壓訊號E_vG以及相位電壓訊號E_wG推算馬達110之轉速，並量測馬達110自第三轉速S₃減速至第四轉速S₄所花費之時間T_W1’，再根據時間T_W1’以及第二查找表取得第二預測重量。最後，進入步驟S308，控制電路140根據第一預測重量以及第二預測重量取得馬達110之最後負載重量。

值得注意的是，示範方法300中步驟之順序僅用以作為說明之目的，以及步驟之順序可根據使用者之需求改變。在不脫離本發明之精神以及範圍內，可增加額外之步驟或者使 用更少之步驟。

綜上所述，根據本發明一實施例所提出之無感測器之直流無刷馬達負載量測裝置以及其方法，透過偵測馬達於自由降速時之各個相位之相位電壓資訊可推得馬達之反電動勢線電壓即時振幅值，並可根據即時振幅值推得馬達之即時轉速資訊，再透過量測馬達之即時轉速變化所花費之時間取得衣物之重量。相較於習知技術，由於習知技術通常僅根據反電動勢過零點資訊所推得之轉速資訊，因此本發明所取得之即時轉速資訊具有更佳的轉速解析度，藉此可取得更精確之衣物重量預測值，更可降低主控制板之電路設計之複雜度，進而減少主控制板之成本。

以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。

Claims (17)

1. 一種無感測器之直流無刷馬達負載量測方法，適用於一洗滌類家電，包括：透過一驅動電路將一直流無刷馬達以一第一加速度自一起始轉速加速至一第一轉速；透過一控制電路失能上述驅動電路；當上述直流無刷馬達自上述第一轉速減速為一第二轉速時，透過一偵測電路取得對應於上述直流無刷馬達之各個相位之相位電壓資訊；以及透過上述控制電路根據上述相位電壓資訊計算對應於上述直流無刷馬達之反電動勢資訊，以及根據上述反電動勢資訊取得上述直流無刷馬達之轉速資訊，並根據上述轉速資訊取得上述直流無刷馬達自上述第一轉速減速為一第二轉速所花費之一第一時間，並根據上述第一時間以及一第一查找表取得對應於一負載之一第一預測重量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測方法，更包括：透過上述驅動電路以一既定轉矩將上述直流無刷馬達自上述起始轉速加速至一第三轉速；以及透過上述控制電路量測上述直流無刷馬達自上述起始轉速加速至上述第三轉速之一加速時間，並根據上述加速時間以及一第二查找表取得對應於上述負載之一第二預測重量。
3. 如申請專利範圍第2項所述之無感測器之直流無刷 馬達負載量測方法，更包括：透過上述驅動電路以上述第一轉速持續運轉上述直流無刷馬達一第一既定時間，再自上述第一轉速減速為上述第二轉速。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測方法，更包括：透過上述控制電路平均上述第一預測重量以及上述第二預測重量以取得一最後負載重量。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測方法，更包括：透過上述控制電路選取上述第一預測重量以及上述第二預測重量之最重一者以作為一最後負載重量。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測方法，更包括：透過上述驅動電路以上述第一轉速持續運轉上述直流無刷馬達一第一既定時間，再自上述第一轉速減速為上述第二轉速。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測方法，更包括：透過上述驅動電路以一既定轉矩將上述直流無刷馬達自上述起始轉速加速至一第三轉速；透過上述控制電路量測上述直流無刷馬達自上述起始轉速加速至上述第三轉速之一加速時間，並根據上述加速時間以及一第二查找表取得對應於上述負載之一第二預測 重量；以及透過上述驅動電路以一第二加速度將上述直流無刷馬達自上述第三轉速減速至零轉。
8. 如申請專利範圍第7項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測方法，更包括：透過上述控制電路平均上述第一預測重量以及上述第二預測重量以取得一最後負載重量。
9. 如申請專利範圍第7項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測方法，更包括：透過上述控制電路選取上述第一預測重量以及上述第二預測重量之最重一者以作為一最後負載重量。
10. 如申請專利範圍第7項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測方法，更包括：透過上述驅動電路將上述直流無刷馬達自上述零轉加速至一第四轉速，並持續運轉一第二既定時間，再減速至上述零轉；以及透過上述驅動電路將上述直流無刷馬達以一相反方向自上述零轉加速至上述第四轉速，並持續運轉上述第二既定時間，再減速至上述零轉。
11. 一種無感測器之直流無刷馬達負載量測裝置，適用於一洗滌類家電，包括：一直流無刷馬達；一驅動電路，用以驅動上述直流無刷馬達以一第一加速度自一起始轉速加速至一第一轉速； 一偵測電路，用以偵測對應於上述直流無刷馬達之各個相位之相位電壓資訊；以及一控制電路，用以根據上述相位電壓資訊計算對應於上述直流無刷馬達之反電動勢資訊，以及根據上述反電動勢資訊取得上述直流無刷馬達之轉速資訊，並根據上述轉速資訊取得上述直流無刷馬達自上述第一轉速減速為一第二轉速所花費之一第一時間，並根據上述第一時間以及一第一查找表取得對應於一負載之一第一預測重量。
12. 如申請專利範圍第11項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測裝置，其中上述驅動電路以一既定轉矩將上述直流無刷馬達自上述起始轉速加速至一第三轉速，以及上述控制電路量測上述直流無刷馬達自上述起始轉速加速至上述第三轉速之一加速時間，並根據上述加速時間以及一第二查找表取得對應於上述負載之一第二預測重量。
13. 如申請專利範圍第11項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測裝置，其中上述驅動電路以上述第一轉速持續運轉上述直流無刷馬達一第一既定時間，再自上述第一轉速減速為上述第二轉速，以及其中上述控制電路根據上述相位電壓資訊計算對應於上述直流無刷馬達之反電動勢資訊，以及根據上述反電動勢資訊取得上述直流無刷馬達之轉速資訊，並根據上述轉速資訊取得上述第一時間。
14. 如申請專利範圍第13項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測裝置，其中上述驅動電路以一既定轉矩將上述直流無刷馬達自上述起始轉速加速至一第三轉速，上 述控制電路量測上述直流無刷馬達自上述起始轉速加速至上述第三轉速之一加速時間，並根據上述加速時間以及一第二查找表取得對應於上述負載之一第二預測重量，接著上述驅動電路再以一第二加速度將上述直流無刷馬達自上述第三轉速減速至零轉。
15. 如申請專利範圍第14項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測裝置，其中上述控制電路平均上述第一預測重量以及上述第二預測重量以取得一最後負載重量。
16. 如申請專利範圍第14項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測裝置，其中上述控制電路選取上述第一預測重量以及上述第二預測重量之最重一者以作為一最後負載重量。
17. 如申請專利範圍第14項所述之無感測器之直流無刷馬達負載量測裝置，其中上述驅動電路將上述直流無刷馬達自上述零轉加速至一第四轉速，並持續運轉一第二既定時間，再減速至上述零轉，接著再將上述直流無刷馬達以一相反方向自上述零轉加速至上述第四轉速，並持續運轉上述第二既定時間，再減速至上述零轉。