TWI630776B - Motor speed detecting method and device thereof - Google Patents

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廖貫淵
苟崴第
王皓冀
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Abstract

一種馬達轉速偵測方法，用於偵測一馬達之轉速，並由一微處理單元實施，該馬達轉速偵測方法包含以下步驟：(A)當接收到來自一感測單元的一包括多個脈波的脈波訊號時，根據該脈波訊號獲得一相關於該等脈波的脈波數量；(B)根據該脈波訊號獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後二個脈波間的脈波間隔時間，及獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後一個脈波與該週期時間的一結束時間點間的結束間隔時間；及(C)至少根據該週期時間、該脈波數量、一相關於該齒輪轉動一圈所需的輪齒數、該脈波間隔時間，及該結束間隔時間獲得該馬達的轉速。

Description

馬達轉速偵測方法及其裝置
本發明是有關於一種轉速偵測方法，特別是指一種用於偵測一馬達之轉速的馬達轉速偵測方法及其裝置。
現有的馬達轉速偵測方法為在一量測時間，由一旋轉編碼器(rotary encoder)量測出一相關於該馬達的一齒輪且包括多個脈波的脈波訊號，並根據該脈波訊號計算一相關於該等脈波的脈波數量，最後該旋轉編碼器根據該脈波數量、該量測時間及一相關於該齒輪轉動一圈所需的輪齒數計算出該馬達的轉速。一般而言，若該脈波數量愈多，則表示該馬達的轉速愈快，反之，該馬達在低轉速時，該脈波數量會相對較少，可能會發生該脈波數不足，使得該馬達的轉速的計算誤差極大，以致馬達轉速控制不精準而運作效率降低。
常見改善馬達轉速計算誤差的方法例如，增加該量測時間，或是增加齒輪的輪齒數，亦即在相同該量測時間內，增加該脈波數量。
然而，若量測時間過長，將使得計算轉速的效率不佳，無法即時計算出轉速，導致無法即時控制馬達，進而影響馬達的運作效率，再者，由於該脈波數量的增加，該旋轉編碼器必須更換精密度更高的感測元件及對應改善齒輪，例如將磁感測元件換成光感應元件，並在齒輪貼上能光學反射、吸收的貼紙，以精準測得該脈波數量，但也因此增加了成本。
因此，本發明的目的，即在提供一種不需要更換馬達的任何硬體元件，即能即時且更精準地偵測出馬達轉速的馬達轉速偵測方法。
於是，本發明馬達轉速偵測方法，用於偵測一馬達之轉速，並由一微處理單元實施，該微處理單元電連接一安裝於該馬達上之感測單元，該感測單元用以於一週期時間感測該馬達的一齒輪的轉動，以產生一包括多個脈波的脈波訊號，該馬達轉速偵測方法包含以下步驟：(A)當接收到來自該感測單元的該脈波訊號時，根據該脈波訊號獲得一相關於該等脈波的脈波數量；(B)根據該脈波訊號獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後二個脈波間的脈波間隔時間，及獲得一相關於在該週 期時間內該等脈波中的最後一個脈波與該週期時間的一結束時間點間的結束間隔時間；及(C)至少根據該週期時間、該脈波數量、一相關於該齒輪轉動一圈所需的輪齒數、該脈波間隔時間，及該結束間隔時間獲得該馬達的轉速。
本發明的另一目的，即在提供一種不需要更換馬達的任何硬體元件，即能即時且更精準地偵測出馬達轉速的馬達轉速偵測方法。
於是，本發明馬達轉速偵測方法，用於偵測一馬達之轉速，並由一微處理單元實施，該微處理單元電連接一安裝於該馬達上之感測單元，該感測單元用以於一週期時間感測該馬達的一齒輪的轉動，以產生一包括多個脈波的脈波訊號，該馬達轉速偵測方法包含以下步驟：(A)當接收到來自該感測單元的該脈波訊號時，根據該脈波訊號獲得一相關於該等脈波的脈波數量；(B)根據一相關於該感測單元於前一週期時間感測該馬達之齒輪的轉動所產生且包括多個先前脈波的前一脈波訊號，獲得一相關於在該前一週期時間內該等先前脈波中的最後二個脈波間的前一脈波間隔時間；(C)根據該脈波訊號，獲得一相關於該週期時間的一起始 時間點與在該週期時間內該等脈波中的第一個脈波間的起始間隔時間；及(D)至少根據該週期時間、該脈波數量、一相關於該齒輪轉動一圈所需的輪齒數、該前一脈波間隔時間，及該起始間隔時間獲得該馬達的轉速。
本發明的又一目的，即在提供一種不需要更換馬達的任何硬體元件，即能即時且更精準地偵測出馬達轉速的馬達轉速偵測裝置。
於是，本發明馬達轉速偵測裝置，用於偵測一馬達之轉速並包含一感測單元及一電連接該感測單元的微處理單元。
該感測單元安裝於該馬達上並用以於一週期時間感測該馬達的一齒輪的轉動，以產生一包括多個脈波的脈波訊號。
該微處理單元接收來自該感測單元的該脈波訊號，且根據該脈波訊號獲得一相關於該等脈波的脈波數量，並根據該脈波訊號獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後二個脈波間的脈波間隔時間，及獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後一個脈波與該週期時間的一結束時間點間的結束間隔時間，最後至少根據該週期時間、該脈波數量、一相關於該齒輪轉動一圈所需的輪齒數、該脈波間隔時間，及該結束間隔時間獲得該馬達的轉速。
本發明的再一目的，即在提供一種不需要更換馬達的任 何硬體元件，即能即時且更精準地偵測出馬達轉速的馬達轉速偵測裝置。
於是，本發明馬達轉速偵測裝置，用於偵測一馬達之轉速並包含一感測單元及一電連接該感測單元的微處理單元。
該感測單元安裝於該馬達上並用以於一週期時間感測該馬達的一齒輪的轉動，以產生一包括多個脈波的脈波訊號。
該微處理單元接收來自該感測單元於前一週期時間感測該馬達之齒輪的轉動所產生且包括多個先前脈波的前一脈波訊號，且根據該前一脈波訊號，接收來自該感測單元的該脈波訊號，獲得一相關於在該前一週期時間內該等先前脈波中的最後二個脈波間的前一脈波間隔時間，並接收來自該感測單元的該脈波訊號，且根據該脈波訊號獲得一相關於該等脈波的脈波數量，並根據該脈波訊號，獲得一相關於該週期時間的一起始時間點與在該週期時間內該等脈波中的第一個脈波間的起始間隔時間，最後至少根據該週期時間、該脈波數量、一相關於該齒輪一圈的輪齒數、該前一脈波間隔時間，及該起始間隔時間獲得該馬達的轉速。
本發明的功效在於：藉由該微處理單元根據該感測單元產生的該脈波訊號獲得該脈波間隔時間及該結束間隔時間或該前一脈波間隔時間及該起始間隔時間，接著，該微處理單元至少根據該週期時間、該脈波數量、該輪齒數、該脈波間隔時間，及該結束 間隔時間，或至少根據該週期時間、該脈波數量、該輪齒數、該起始間隔時間，及該前一脈波間隔時間來獲得該馬達的轉速，藉此不需要更換該馬達的任何硬體元件，即能即時獲得更精準的馬達轉速。
100‧‧‧馬達轉速偵測裝置
11‧‧‧馬達
111‧‧‧齒輪
12‧‧‧感測單元
13‧‧‧微處理單元
21‧‧‧脈波訊號
211‧‧‧脈波
22‧‧‧前一脈波訊號
221‧‧‧先前脈波
301~304‧‧‧步驟
T‧‧‧週期時間
t loc,n ‧‧‧脈波間隔時間
t β,n ‧‧‧結束間隔時間
t α,n ‧‧‧起始間隔時間
t loc,n-1‧‧‧前一脈波間隔時間
t‧‧‧量測週期時間
T n-2 ‧‧‧前一週期時間起始時間點
T n-1 ‧‧‧前一週期時間結束時間點及週期時間起始時間點
T n ‧‧‧週期時間結束時間點
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明一配置有本發明馬達轉速偵測裝置的一實施例的馬達；圖2是一方塊圖，說明該馬達轉速偵測裝置的該實施例；圖3是一示意圖，說明一包括多個脈波的脈波訊號及一包括多個先前脈波的前一脈波訊號；及圖4是一流程圖，說明本發明馬達轉速偵測方法的一實施例。
參閱圖1、圖2及圖3，本發明馬達轉速偵測裝置100，用於偵測一馬達11之轉速並包含一感測單元12及一電連接該感測單元12的微處理單元13。
該感測單元12安裝於該馬達11上，並用以於一週期時間 (亦即，T n-1 ~T n 且其值為T)感測該馬達11的一齒輪111的轉動，以產生一包括多個脈波211的脈波訊號21，且於前一週期時間(亦即，T n-2 ~T n-1 且其值為T)感測該馬達11之齒輪111的轉動，以產生一包括多個先前脈波221的前一脈波訊號22，並將該脈波訊號21及該前一脈波訊號22傳送至該微處理單元13。在本實施例中，該感測單元12例如為一轉速感測器(speed sensor)。
參閱圖1、圖3及圖4，說明了本發明馬達轉速偵測裝置100如何執行本發明馬達轉速偵測方法之一實施例，該實施例包含以下步驟。
在步驟301中，當該微處理單元13接收到來自該感測單元12的該前一脈波訊號22時，根據該前一脈波訊號22，獲得一相關於在該前一週期時間(T n-2 ~T n-1 )內該等先前脈波221中的最後二個先前脈波221間的前一脈波間隔時間t loc,n-1。
在步驟302中，當該微處理單元13接收到來自該感測單元12的該脈波訊號21時，根據該脈波訊號21獲得一相關於該等脈波211的脈波數量。
在步驟303中，該微處理單元13根據該脈波訊號21獲得一相關於在該週期時間(T n-1 ~T n )內該等脈波211中的最後二個脈波211間的脈波間隔時間t loc,n ，並獲得一相關於在該週期時間(T n-1 ~T n )內該等脈波211中的最後一個脈波211與該週期時間 (T n-1 ~T n )內的一週期時間結束時間點(T n )間的結束間隔時間t β,n ，且獲得一相關於該週期時間(T n-1 ~T n )內的一週期時間起始時間點(T n-1 )與在該週期時間(T n-1 ~T n )內該等脈波211中的第一個脈波211間的起始間隔時間t α,n 。
在步驟304中，該微處理單元13根據該週期時間(T)、該脈波數量、一相關於該齒輪111轉動一圈所需的輪齒數、該前一脈波間隔時間t loc,n-1、該脈波間隔時間t loc,n 、該結束間隔時間t β,n ，及該起始間隔時間t α,n 獲得該馬達11的轉速，該馬達11的轉速例如以下式表示： 其中，N e 代表該馬達11每分鐘轉速(revolutions-per-minute,RPM)，N p,int代表該脈波數量，M代表該輪齒數，在其他實施例中，可依據需求換算成不同單位的轉速。
要特別說明的是，在本發明之其他實施例中，不需要執行步驟301，且在步驟303中，該微處理單元13不須獲得相關於該週期時間(T n-1 ~T n )內的該週期時間起始時間點(T n-1 )與在該週期時間(T n-1 ~T n )內該等脈波211中的第一個脈波211間的該起始間隔時間t α,n ，在步驟304中，該微處理單元13可只根據該週期時間(T)、該輪齒數、該脈波間隔時間t loc,n ，及該結束間隔時間t β,n 獲得該 馬達11的轉速，該馬達11的轉速例如以下式表示： 而在另一其他實施例中，在步驟303中，該微處理單元13不須獲得相關於在該週期時間(T n-1 ~T n )內該等脈波211中的最後二個脈波211間的該脈波間隔時間t loc,n ，及相關於在該週期時間(T n-1 ~T n )內該等脈波211中的最後一個脈波211與該週期時間(Tn-1~Tn)的該週期時間結束時間點間的該結束間隔時間t β,n ，且在步驟304中，該微處理單元13可只根據該週期時間(T)、該輪齒數、該起始間隔時間t α,n ，及該前一脈波間隔時間t loc,n-1獲得該馬達11的轉速，該馬達11的轉速例如以下式表示：
要再特別說明的是，在本實施例中，該微處理單元13係藉由設定一量測週期來計算間隔時間，其中該量測週期的量測週期時間(t)小於該週期時間(T)，該微處理單元13係以該前一脈波間隔時間t loc,n-1內所包含的量測次數乘上該量測週期時間(t)來表示該前一脈波間隔時間t loc,n-1，同理以所包含的量測次數乘上該量測週期時間(t)表示該脈波間隔時間t loc,n 、該結束間隔時間t β,n ，及該起始間隔 時間t α,n 。值得一提的是，在計算該前一脈波間隔時間t loc,n-1、該脈波間隔時間t loc,n 、該起始間隔時間t α,n ，及該結束間隔時間t β,n 之每一者時皆會乘上該量測週期時間(t)，而在計算N p,dec 的過程中，由於是將該起始間隔時間t α,n 除以該前一脈波間隔時間t loc,n-1，並將該結束間隔時間t β,n 除以該脈波間隔時間t loc,n ，因此該量測週期時間(t)會被消除，故在其他實施例中，為增加運算速度，該微處理單元13在計算該前一脈波間隔時間t loc,n-1、該脈波間隔時間t loc,n 、該起始間隔時間t α,n ，及該結束間隔時間t β,n 時可省略乘上該量測週期時間(t)的步驟，而直接以該起始間隔時間t α,n 內所包含的量測次數除以該前一脈波間隔時間t loc,n-1內所包含的量測次數後加上以該結束間隔時間t β,n 內所包含的量測次數除以該脈波間隔時間t loc,n 內所包含的量測次數來求得N p,dec 。
綜上所述，本發明馬達轉速偵測方法及其裝置，藉由該微處理單元13根據該感測單元12產生的該前一脈波訊號22及該脈波訊號21獲得該前一脈波間隔時間t loc,n-1、該脈波間隔時間t loc,n 、該結束間隔時間t β,n ，及該起始間隔時間t α,n ，根據該週期時間(T)、該脈波數量、該輪齒數、該前一脈波間隔時間t loc,n-1、該脈波間隔時間t loc,n 、該結束間隔時間t β,n ，及該起始間隔時間t α,n 來獲得該馬達11的轉速，藉此不需要更換該馬達11的任何硬體元件，即能即時獲得更精準的馬達轉速，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

Claims (10)

  1. 一種馬達轉速偵測方法，用於偵測一馬達之轉速，並由一微處理單元實施，該微處理單元電連接一安裝於該馬達上之感測單元，該感測單元用以於一週期時間內感測該馬達的一齒輪的轉動，以產生一包括多個脈波的脈波訊號，該馬達轉速偵測方法包含以下步驟：(A)當接收到來自該感測單元的該脈波訊號時，根據該脈波訊號獲得一相關於該等脈波的脈波數量；(B)根據該脈波訊號獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後二個脈波間的脈波間隔時間，及獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後一個脈波與該週期時間的一結束時間點間的結束間隔時間；及(C)至少根據該週期時間、該脈波數量、一相關於該齒輪轉動一圈所需的輪齒數、該脈波間隔時間、該結束間隔時間，及一公式獲得該馬達的轉速N e ，其中該公式為： N e 代表每分鐘轉速，N p,int代表該脈波數量，T代表該週期時間，M代表該輪齒數，t loc,n 代表該脈波間隔時間，t β,n 代表該結束間隔時間。
  2. 一種馬達轉速偵測方法，用於偵測一馬達之轉速，並由一微處理單元實施，該微處理單元電連接一安裝於該馬達上之感測單元，該感測單元用以於一週期時間內感測該馬達 的一齒輪的轉動，以產生一包括多個脈波的脈波訊號，該馬達轉速偵測方法包含以下步驟：(A)當接收到來自該感測單元於前一週期時間感測該馬達之齒輪的轉動所產生且包括多個先前脈波的前一脈波訊號時，根據該前一脈波訊號，獲得一相關於在該前一週期時間內該等先前脈波中的最後二個先前脈波間的前一脈波間隔時間；(B)當接收到來自該感測單元的該脈波訊號時，根據該脈波訊號獲得一相關於該等脈波的脈波數量，及一相關於該週期時間的一起始時間點與在該週期時間內該等脈波中的第一個脈波間的起始間隔時間；(C)根據該脈波訊號獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後二個脈波間的脈波間隔時間，及獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後一個脈波與該週期時間的一結束時間點間的結束間隔時間；及(D)至少根據該週期時間、該脈波數量、一相關於該齒輪轉動一圈所需的輪齒數、該脈波間隔時間、該結束間隔時間、該前一脈波間隔時間，及該起始間隔時間獲得該馬達的轉速。
  3. 如請求項2所述的馬達轉速偵測方法，其中，在步驟(C)中，還根據下列公式估算出該馬達的轉速Ne： 其中，N e 代表每分鐘轉速，N p,int代表該脈波數量，T代表 該週期時間，M代表該輪齒數，t loc,n 代表該脈波間隔時間，t β,n 代表該結束間隔時間，t loc,n-1代表該前一脈波間隔時間，t α,n 代表該起始間隔時間。
  4. 一種馬達轉速偵測方法，用於偵測一馬達之轉速，並由一微處理單元實施，該微處理單元電連接一安裝於該馬達上之感測單元，該感測單元用以於一週期時間內感測該馬達的一齒輪的轉動，以產生一包括多個脈波的脈波訊號，該馬達轉速偵測方法包含以下步驟：(A)當接收到來自該感測單元於前一週期時間感測該馬達之齒輪的轉動所產生且包括多個先前脈波的前一脈波訊號時，根據該前一脈波訊號，獲得一相關於在該前一週期時間內該等先前脈波中的最後二個先前脈波間的前一脈波間隔時間；(B)當接收到來自該感測單元的該脈波訊號時，根據該脈波訊號獲得一相關於該等脈波的脈波數量；(C)根據該脈波訊號，獲得一相關於該週期時間的一起始時間點與在該週期時間內該等脈波中的第一個脈波間的起始間隔時間；及(D)至少根據該週期時間、該脈波數量、一相關於該齒輪轉動一圈所需的輪齒數、該脈波間隔時間，及該結束間隔時間獲得該馬達的轉速。
  5. 如請求項4所述的馬達轉速偵測方法，其中，在步驟(D)中，還根據下列公式估算出該馬達的轉速Ne： 其中，N e 代表每分鐘轉速，N p,int代表該脈波數量，T代表該週期時間，M代表該輪齒數，t loc,n-1代表該前一脈波間隔時間，t α,n 代表該起始間隔時間。
  6. 一種馬達轉速偵測裝置，用於偵測一馬達之轉速並包含：一感測單元，安裝於該馬達上並用以於一週期時間內感測該馬達的一齒輪的轉動，以產生一包括多個脈波的脈波訊號；及一微處理單元，電連接該感測單元，並接收來自該感測單元的該脈波訊號，且根據該脈波訊號獲得一相關於該等脈波的脈波數量，並根據該脈波訊號獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後二個脈波間的脈波間隔時間，及獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後一個脈波與該週期時間的一結束時間點間的結束間隔時間，最後至少根據該週期時間、該脈波數量、一相關於該齒輪轉動一圈所需的輪齒數、該脈波間隔時間、該結束間隔時間，及一公式獲得該馬達的轉速N e ，其中該公式為： N e 代表每分鐘轉速，N p,int代表該脈波數量，T代表該週期時間，M代表該輪齒數，t loc,n 代表該脈波間隔時間，t β,n 代表該結束間隔時間。
  7. 一種馬達轉速偵測裝置，用於偵測一馬達之轉速並包含：一感測單元，安裝於該馬達上並用以於一週期時間內感測該馬達的一齒輪的轉動，以產生一包括多個脈波的脈波訊號，且用以於前一週期時間感測該馬達之齒輪的轉動，以產生一包括多個先前脈波的前一脈波訊號；及一微處理單元，電連接該感測單元，並接收來自該感測單元的該脈波訊號及該前一脈波訊號，根據該脈波訊號獲得一相關於該等脈波的脈波數量，根據該脈波訊號獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後二個脈波間的脈波間隔時間，及獲得一相關於在該週期時間內該等脈波中的最後一個脈波與該週期時間的一結束時間點間的結束間隔時間，且根據該前一脈波訊號，獲得在該前一週期時間內該等前一脈波中的最後二個先前脈波間的前一脈波間隔時間，並根據該脈波訊號獲得一相關於該週期時間的一起始時間點與該脈波訊號的該等脈波中的第一個脈波間的起始間隔時間，最後至少根據該週期時間、該脈波數量、一相關於該齒輪轉動一圈所需的輪齒數、該脈波間隔時間、該結束間隔時間、該前一脈波間隔時間，及該起始間隔時間獲得該馬達的轉速。
  8. 如請求項7所述的馬達轉速偵測裝置，其中，該微處理單元還根據下列公式估算出該馬達的轉速表示為Ne： 其中，N e 代表每分鐘轉速，N p,int代表該脈波數量，T代表 該週期時間，M代表該輪齒數，t loc,n 代表該脈波間隔時間，t β,n 代表該結束間隔時間，t loc,n-1代表該前一脈波間隔時間，t α,n 代表該起始間隔時間。
  9. 一種馬達轉速偵測裝置，用於偵測一馬達之轉速並包含：一感測單元，安裝於該馬達上並用以於一週期時間內感測該馬達的一齒輪的轉動，以產生一包括多個脈波的脈波訊號；及一微處理單元，電連接該感測單元，並接收來自該感測單元於前一週期時間感測該馬達之齒輪的轉動所產生且包括多個先前脈波的前一脈波訊號，且根據該前一脈波訊號，接收來自該感測單元的該脈波訊號，獲得一相關於在該前一週期時間內該等先前脈波中的最後二個脈波間的前一脈波間隔時間，並接收來自該感測單元的該脈波訊號，且根據該脈波訊號獲得一相關於該等脈波的脈波數量，並根據該脈波訊號，獲得一相關於該週期時間的一起始時間點與在該週期時間內該等脈波中的第一個脈波間的起始間隔時間，最後至少根據該週期時間、該脈波數量、一相關於該齒輪一圈的輪齒數、該脈波間隔時間，及該結束間隔時間獲得該馬達的轉速。
  10. 如請求項9所述的馬達轉速偵測裝置，其中，該微處理單元還根據下列公式估算出該馬達的轉速表示為Ne： 其中，N e 代表每分鐘轉速，N p,int代表該脈波數量，T代表該週期時間，M代表該輪齒數，t loc,n-1代表該前一脈波間隔時間，t α,n 代表該起始間隔時間。
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