TWI673950B - 馬達控制裝置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種馬達控制裝置包括段數暫存器、速度暫存器、脈寬調變器、馬達驅動器及偵測器。段數暫存器用以儲存段數值，段數值代表將脈寬調變訊號的佔空比分割成複數個區段之區段數。速度暫存器儲存分別對應於每一等區段的各個目標旋轉速度。脈寬調變器接收命令以從等區段中選擇目的區段，並調整脈寬調變訊號的波形。馬達驅動器接收脈寬調變訊號以控制馬達的轉速。偵測器用以偵測馬達的轉速，並與目的區段所對應的目標旋轉速度進行比較。脈寬調變器更依據比較結果，調整脈寬調變訊號的佔空比。

Description

馬達控制裝置及其控制方法

本發明是有關於一種馬達控制裝置及其控制方法，特別是有關於可彈性地調整馬達轉速的馬達控制裝置及其控制方法。

傳統的馬達控制裝置可控制馬達將電能轉換為動能，並提供動能給電子裝置或機械裝置，例如：電風扇、吹風機及工具機等。或者，傳統的馬達控制裝置也可控制馬達將動能轉為電能以提供其他負載工作所需之電力，例如：風力發電、燃油發電機等。不論用途為何，當馬達或使用馬達的機台設備發生故障，而需要操作人員進行維修時，一般做法都是直接關閉提供給馬達之電源，強迫馬達由高速運轉到停止運轉。然而，這樣的做法容易對馬達的電子零件及馬達之機械結構造成損壞。因此，讓使用者可彈性地調整馬達轉速已成為市場及各個工業所需要。

目前常見控制馬達轉速的方式為調整輸入至馬達的脈寬調變(Pulse Width Modulation, PWM)訊號的頻率或改變脈寬調變訊號的佔空比(Duty Ratio)。然而習知的技術中，通常僅提供使用者單一調整脈寬調變的頻率或佔空比。其中如果僅調整脈寬調變訊號的頻率時，由於脈寬調變訊號的頻率與馬達之關係為：當脈寬調變訊號的頻率越高使得馬達之轉速被提升；反之佔當輸入脈寬調變訊號的頻率降低則使得馬達之轉速減少。此外，如果僅調整脈寬調變訊號的佔空比時，脈寬調變訊號的佔空比與馬達之關係為：當脈寬調變訊號的佔空比越高使得馬達之轉速被提升；反之當脈寬調變訊號的佔空比降低則使得馬達之轉速減少。由此可知，習知的技術調整馬達之轉速的範圍較小且控制馬達旋轉速度的方法不具彈性。因此，本發明提供一種馬達控制裝置及其控制方法，可提供使用者彈性地調整脈寬調變訊號的波形(包含佔空比、振幅及頻率)，並達到不同的目標旋轉速度。

有鑑於此，本發明提出一種馬達控制系統及馬達控制方法，讓使用者可以彈性地調整脈寬調變訊號的波形(包含佔空比、振幅及頻率)，並達到不同的目標旋轉速度。藉此，增加轉速控制的彈性、以及解決上述之問題。

一種馬達控制裝置包括：段數暫存器、速度暫存器、脈寬調變器、馬達驅動器及偵測器。段數暫存器用以儲存段數值，段數值代表將脈寬調變訊號的佔空比分割成複數個區段之區段數。速度暫存器儲存分別對應於每一該等區段的各個目標旋轉速度。脈寬調變器接收命令以從該等區段中選擇目的區段，並依據目的區段所對應的佔空比及目標旋轉速度，調整脈寬調變訊號的波形。馬達驅動器接收該脈寬調變訊號以控制馬達的轉速。偵測器用以偵測馬達的轉速，並與目的區段所對應的目標旋轉速度進行比較。其中，脈寬調變器更依據比較結果，調整脈寬調變訊號的佔空比。

一種馬達控制方法，其中該馬達控制方法包括：儲存段數值，段數值代表將脈寬調變訊號的佔空比分割成複數個區段之區段數。儲存分別對應於每一等區段的各個目標旋轉速度。接收命令以從等區段中選擇目的區段。依據目的區段所對應的佔空比及目標旋轉速度，調整該脈寬調變訊號的波形。依據已經被調整的該脈寬調變訊號控制馬達的轉速。偵測馬達的轉速，並與目的區段所對應的目標旋轉速度進行比較。以及依據比較結果，調整已經被調整的脈寬調變訊號之波形的佔空比。

參考附圖來描述本發明，其中在所有附圖中使用相同的附圖標記來表示相似或等效的元件。附圖不是按比例繪製的，而是僅用於說明本發明。本發明的幾個形態如下描述，並參考示例應用作為說明。應該理解的是，闡述了許多具體細節、關係和方法以提供對本發明的全面了解。然而，相關領域的普通技術人員將容易認識到，本發明可以被實行即便在沒有一個或多個具體細節的情況下或沒有利用其他方法來實施本發明。在其他情況下，未詳細示出習知的結構或操作以避免模糊本發明。本發明不受所示的行為或事件的順序所限制，因為一些行為可能以不同的順序發生和/或與其他行為或事件同時發生。此外，並非所有說明的行為或事件都需要根據本發明的方法來實施。

以下說明是本發明的實施例。其目的是要舉例說明本發明的一般性的原則，不應視為本發明之限制，本發明之範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

在馬達進行維修或開發研究的過程中，使用者需要透過調整馬達之轉速以測試馬達之性能或進行相關的維護。一般的情況，使用者調整馬達之轉速的常見手法為直接改變輸入電源之電壓值、改變衝寬度調變之佔空比或改變輸入電壓之頻率等。然而直接調高輸入電源之電壓值容易在操作疏忽之下，使得輸入電源之電壓值大於馬達之額定輸入電壓，導致馬達控制裝置或馬達損壞。

在傳統的馬達控制方法中，大部分只能提供使用者單一調整脈寬調變訊號的佔空比或頻率。如果在使用者透過改變脈寬調變訊號之佔空比調整馬達之旋轉速度之情況下，使用者只能在提高脈寬調變訊號之佔空比以提升馬達之轉速；或者減少脈寬調變訊號之佔空比以降低馬達之轉速。在另外一方面，使用者還可以透過改變脈寬調變訊號的頻率來控制馬達之旋轉速度。而在本領域的通常知識者可理解馬達轉速與脈寬調變訊號為成正比關係。當脈寬調變訊號越高，馬達控制裝置讓馬達之轉速越高；反之當脈寬調變訊號越低，則馬達控制裝置讓馬達之轉速減少。然而，調整脈寬調變訊號的頻率若過低，馬達在運轉過程中會出現不穩定的現象，例如：馬達旋轉過程出現轉轉停停的現象。調整脈寬調變訊號的頻率若過高，則會造成馬達之機械結構反應不及造成馬達的傷害，或者增加馬達旋轉時所產生的噪音。由此可知，如果使用者在只能單一調整脈寬調變訊號的頻率之情況下，只能夠在有限的範圍內控制馬達之旋轉速度，不具任何彈性。

因此，由於習知的技術僅提供使用者單一調整脈寬調變訊號的佔空比或頻率，使用者無法以更彈性地方式調整脈寬調變訊號的波形，並對馬達之旋轉速度進行調整，使得馬達在開發研究或維護上受到了很大地限制。因此本發明提供了一種馬達控制裝置及其控制方法，可以讓使用者更有彈性的調整脈寬調變訊號的波形(包含佔空比、振幅及頻率)，並控制馬達之旋轉速度。以下將詳述本發明之工作原理。

第1圖所示為根據本發明之一實施例的馬達控制裝置100之架構圖。如第1圖所示，馬達控制裝置100耦接於計算機裝置200及馬達300之間，並且馬達控制裝置100包含：連接裝置120、訊號產生裝置140、訊號處理裝置160、馬達驅動器180及偵測器190。計算機裝置200用以提供馬達參數S0，並透過連接裝置120將馬達參數S0傳送給訊號處理裝置160。馬達控制裝置100中的訊號產生裝置140提供一脈寬調變(Pulse Width Modulation, PWM)訊號S1給訊號處理裝置160。因此，訊號處理裝置160可依據來自計算機裝置200的馬達參數S0對脈寬調變訊號S1之波形進行調整，並輸出已調整的脈寬調變訊號S2。訊號處理裝置160將已調整的脈寬調變訊號S2傳送至馬達驅動器180。其中馬達驅動器180包含複數個開關(通常為6顆開關，但本發明不限於此)，該些開關可依據已調整的脈寬調變訊號S2選擇性地導通或關閉以產生驅動訊號S3給馬達300，馬達300則依據驅動訊號S3進行旋轉。由此可知，已調整的脈寬調變訊號S2的波形可直接影響馬達300之旋轉速度。訊號處理裝置160同時依據馬達參數S0對脈寬調變訊號S1進行運算處理以產生目標旋轉速度T1。偵測器190用以接收馬達旋轉時所產生的電流訊號S4以及來自訊號處理器160的目標旋轉速度T1，並比較對應於馬達轉速的電流訊號S4與目標轉速T1之間大小關係，並依據比較結果輸出比較訊號S5。訊號處理裝置160可依據比較訊號S5調整已調整的脈寬調變訊號S2之佔空比，確保馬達300以目標旋轉速度T1進行運轉。

在第1圖中，使用者可透過計算機裝置200設定馬達參數S0，並透過計算機裝置200將馬達參數S0傳送至馬達控制裝置100。馬達控制裝置100中的訊號處理裝置160可依據使用者輸入的馬達參數S0調整脈寬調變訊號S1並傳送給馬達驅動器180，使得馬達300以使用者所期待之目標旋轉速度進行旋轉。其中計算機裝置200為可提供圖形使用者介面(Graphical User Interface, GUI)或人機介面(Man-Machine Interface, MMI)的裝置，例如：個人電腦、筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機、控制器(Controller)等。因此，使用者可透過圖形使用者介面或人機介面輸入馬達參數S0，且馬達參數S0包含使用者所期待之馬達目標轉速等。

連接裝置120可讓計算機裝置200與馬達控制裝置100彼此進行通訊，故連接裝置120為一通訊介面，例如：RS232、RS485或I-Square-C(Inter Integrated Circuit, )等，但本發明不限於此。因此，當使用者輸入馬達參數S0至計算機裝置200之後，馬達參數S0可透過連接裝置120傳送至訊號處理器160。

馬達控制裝置100中的訊號產生裝置140用以提供脈寬調變訊號S1。其中訊號產生裝置140包含一比較器(未圖示)。訊號產生裝置140利用比較器將一直流電壓值(未圖示)和一三角波訊號(未圖示)進行比較，進而產生脈寬調變訊號S1。其中三角波之週期可以決定整個脈寬調變訊號S1的週期。脈寬調變訊號S1的佔空比(Duty Ratio)則是受到直流電壓值與三角波進行比較所影響，比較器依據比較結果決定脈寬調變訊號S1的佔空比。如果直流電壓值越大，則訊號產生裝置140輸出的脈寬調變訊號S1的佔空比越低；如果直流電壓值越小，則訊號產生裝置140輸出的脈寬調變訊號S1的佔空比越大。以上產生脈寬調變訊號S1之方法僅為示例，但並不用於限制本發明。

由於馬達300的旋轉速度與馬達驅動器180的驅動訊號S3之大小為成正比的關係。即馬達驅動器180的驅動訊號S3越大，則馬達300的轉速越高；反之馬達驅動器180的驅動訊號S3越小，則馬達300的轉速越低。馬達驅動器180的驅動訊號S3受已調整的脈寬調變訊號S2的電壓值有直接的關係。因此，訊號處理裝置160調整脈寬調變訊號S1的波形(包含占空比、振幅)以改變輸出的已調整的脈寬調變訊號S2的電壓值。如此一來，已調整的脈寬調變訊號S2可以影響馬達驅動器180的驅動訊號S3的大小而改變馬達300的旋轉速度。訊號處理裝置160可依據馬達參數S0調整脈寬調變訊號S1的波形。舉例說明，如果訊號處理裝置160識別來自計算機裝置200的馬達參數S0為提高佔空比且降低馬達300的目標旋轉速度T1時，則訊號處理裝置160提高脈寬調變訊號S1的波形之佔空比，並降低脈寬調變訊號S1的波形之振幅，所以已調整的脈寬調變訊號S2之電壓值因振幅降低而減少。如果訊號處理裝置160識別馬達參數S0為降低佔空比且提高馬達300的目標旋轉速度T1時，則訊號處理裝置160降低脈寬調變訊號S1的波形之佔空比，並提高脈寬調變訊號S1的波形之振幅，所以已調整的脈寬調變訊號S2之電壓值因振幅提高而增加。

在其他一些實施例中，馬達的旋轉速度與脈寬調變訊號S1的頻率也有密切的關係，由兩者之間的關係式可知： ，其中N為馬達的目標轉速，P為馬達磁鐵磁極數量，F為脈寬調變訊號的頻率。在P為已知的條件下，馬達的目標轉速與脈寬調變訊號的頻率為成正比的關係。也就是說，訊號處理裝置160可依據馬達參數S0調整脈寬調變訊號S1的波形之頻率。舉例說明，如果訊號處理裝置160識別來自計算機裝置200的馬達參數S0為提高佔空比且降低馬達300的目標旋轉速度T1時，則訊號處理裝置160提高脈寬調變訊號S1的波形之佔空比，並降低脈寬調變訊號S1的波形之頻率，因此已調整的脈寬調變訊號S2之頻率被降低。如果訊號處理裝置160識別馬達參數S0為降低佔空比且提高馬達300的目標旋轉速度T1時，則訊號處理裝置160降低脈寬調變訊號S1的波形之佔空比，並提高脈寬調變訊號S1的波形之頻率，因此已調整的脈寬調變訊號S2之頻率被提高。以下將詳述訊號處理裝置160調整脈寬調變訊號S1之波形(佔空比、振幅或頻率)的工作流程。

第2圖所示為根據本發明之一實施例的馬達控制裝置100之工作流程圖。如第2圖所示，馬達控制裝置100中的訊號處理裝置160包含：段數暫存器162、脈寬調變器164及速度暫存器166。來自計算機裝置200的馬達參數S0包含段數值N1及命令C1。其中段數暫存器162接收並儲存來自計算機裝置的段數值N1，其中段數值N1代表將脈寬調變訊號S1的佔空比分割成複數個區段之區段數。脈寬調變器164接收儲存於段數暫存器162中的段數值N1、來自計算機裝置200的命令C1及訊號產生裝置140產生的脈寬調變訊號S1。脈寬調變器164依據段數值N1將脈寬調變訊號S1的佔空比分割成複數個區段，且複數個區段之數量等於段數值N1；其中脈寬調變器164分割的每一該區段所對應之佔空比範圍不盡相同。依據來自計算機裝置200的命令C1，脈寬調變器164對上述的複數個區段進行運算以得到每一該區段的各個目標旋轉速度之資料D1。速度暫存器166儲存來自脈寬調變器164的資料D1。特別注意的是，來自計算機裝置200的段數值N1及命令C1為使用者依據實際需求或自身的經驗所輸入的馬達參數。

在一些實施例中，脈寬調變器164還可依據來自計算機裝置200的命令C1去選擇儲存於速度暫存器166中的資料D1之該等區段的一目的區段R1。脈寬調變器164依據目的區段R1所對應的佔空比及目標旋轉速度T1，調整脈寬調變訊號S1的波形。脈寬調變器164依據目的區段R1所對應的佔空比調整脈寬調變訊號S1之佔空比；且脈寬調變器164依據目的區段R1所對應的目標旋轉速度T1調整脈寬調變訊號S1之振幅、頻率或兩者之組合。特別注意的是，在此實施例中，來自計算機裝置200的命令C1可為使用者依據實際需求或自身的經驗所輸入的馬達參數，或者計算機裝置200接收來自其他感應裝置的感應訊號，例如：溫度感應器(Temperature Sensor)等。舉例說明，在一般散熱系統透過溫度感應器感應環境溫度並輸出溫度感應訊號給計算機裝置200，計算機裝置200即可依據溫度感應訊號輸出命令C1給脈寬調變器164，使得脈寬調變器164可依據命令C1從速度暫存器166選取目的區段R1，並改變脈寬調變訊號S1的波形。此外，使用者亦可透過提供命令C1給脈寬調變器164，使得脈寬調變器164調整脈寬調變訊號S1之振幅、頻率或兩者之組合，但本發明不限於此。

在一些實施例中，脈寬調變器164依據目的區段R1所對應的佔空比及目標旋轉速度T1，調整脈寬調變訊號S1的波形(包含佔空比、振幅及頻率)以輸出已調整的脈寬調變訊號S2。如果來自計算機裝置200的命令C1使得脈寬調變器164選擇之目的區段R1對應較小的佔空比且較高之目標旋轉速度T1時，脈寬調變器164則減少脈寬調變訊號S1的佔空比且提高脈寬調變訊號S1的振幅或頻率。如此一來，雖然脈寬調變器164輸出的已調整的脈寬調變訊號S2之佔空比小於脈寬調變訊號S1的佔空比，但是由於脈寬調變器164輸出的已調整的脈寬調變訊號S2之振幅提高導致電壓值大於脈寬調變訊號S1的電壓值；或者已調整的脈寬調變訊號S2的頻率高於脈寬調變訊號S1。因此馬達驅動器180依據已調整脈寬調變訊號S1輸出較高電壓值的驅動訊號S3(或較高頻的驅動訊號S3)使得馬達300提高旋轉速度。相同地，如果來自計算機裝置200的命令C1使得脈寬調變器164選擇之目的區段R1對應較大的佔空比且較低之目標旋轉速度T1時，脈寬調變器164則增加脈寬調變訊號S1的佔空比但減少脈寬調變訊號S1的振幅或頻率。如此一來，雖然脈寬調變器164輸出的已調整的脈寬調變訊號S2之佔空比大於脈寬調變訊號S1的佔空比，但是脈寬調變器164輸出的已調整的脈寬調變訊號S2之振幅減少導致電壓值小於未調整的脈寬調變訊號S1的電壓值；或者已調整的脈寬調變訊號S2的頻率低於脈寬調變訊號S1，因此馬達300以較低轉速進行旋轉。

如第2圖所示，偵測器190用以偵測馬達300之旋轉速度，並輸出比較訊號S5給脈寬調變器164；脈寬調變器164可依據比較訊號S5調整已調整的脈寬調變訊號S2的佔空比。其中偵測器190包含感應單元192及比較單元194。偵測器190中的感應單元192可為霍爾感應器(Hall Sensor)，但本發明不限於此。當馬達300進行運轉時，馬達300會產生一電流訊號S4給感應單元192。偵測器190中的感應單元192依據電流訊號S4輸出感應訊號S6給比較單元194。偵測器190中的比較單元194用以接收感應訊號S6及來自脈寬調變器164的目標旋轉速度T1，並將感應訊號S6及目標旋轉速度T1進行比較以輸出比較訊號S5給脈寬調變器164。脈寬調變器164依據比較訊號S5對已調整的脈寬調變訊號S2之佔空比進行調整。如果比較單元194識別感應訊號S6大於來自脈寬調變器164的目標旋轉速度T1，脈寬調變器164增加已調整的脈寬調變訊號S2之佔空比；如果比較單元194識別感應訊號S6小於來自脈寬調變器164的目標旋轉速度T1，脈寬調變器164減少已調整的脈寬調變訊號S6之佔空比。如此一來，馬達控制裝置100可確保馬達300以目標旋轉速度T1進行旋轉。

第3圖所示為根據本發明之一實施例的馬達控制方法400之步驟圖。以下同時參照第2圖以說明馬達控制方法400的流程。馬達控制方法400由步驟410開始，在步驟410中，當使用者輸入馬達參數S0給計算機裝置200之後，計算機裝置200提供馬達參數S0給馬達控制裝置100。並由馬達控制裝置100執行以下步驟。

當馬達控制裝置100接收來自計算機裝置200的馬達參數S0之後，馬達控制裝置100執行步驟415。其中來自計算機裝置200的馬達參數S0包含段數值N1及命令C1。馬達控制裝置100中的段數暫存器162儲存段數值N1。段數值N1代表將脈寬調變訊號S1的佔空比分割成複數個區段之區段數。段數暫存器162完成儲存段數值N1之後，馬達控制裝置100執行步驟420。

在步驟420中，脈寬調變器164接收儲存於段數暫存器162中的段數值N1及脈寬調變訊號S1。其中脈寬調變訊號S1來自訊號產生裝置140。脈寬調變器164依據段數值N1將脈寬調變訊號S1的佔空比分割成複數個區段，且複數個區段之數量等於段數值N1；其中複數個區段中的每一該區段所對應之佔空比範圍不盡相同。接者，馬達控制裝置100繼續執行步驟425。

在步驟425中，脈寬調變器164接收來自計算機裝置200的命令C1。脈寬調變器164依據命令C1對上述的複數個區段進行運算，因此可得到複數個區段中的每一該區段的各個目標旋轉速度之資料D1。當計算出每一該區段的各個目標旋轉速度之資料D1之後，馬達控制裝置100開始執行步驟430。在步驟430中，速度暫存器166儲存來自脈寬調變器164的資料D1，其中資料D1為每一該區段的各個目標旋轉速度。

在步驟435中，脈寬調變器164接收命令C1去選擇儲存於速度暫存器166中的資料D1中的該等區段的一目的區段R1，其中脈寬調變器164可識別目的區段R1所對應的佔空比及目標旋轉速度T1。脈寬調變器164完成識別目的區段R1之後，馬達控制裝置100執行步驟440。

在步驟440中，脈寬調變器164依據目的區段R1所對應的佔空比及目標旋轉速度T1，調整脈寬調變訊號S1的波形。其中脈寬調變器164依據目的區段R1所對應的佔空比調整脈寬調變訊號S1的佔空比，並依據目的區段R1所對應的目標旋轉速度T1調整脈寬調變訊號S1的振幅、頻率或兩者之組合。如此一來已調整的脈寬調變訊號S2之電壓值與脈寬調變訊號S1電壓值有所不同；或者已調整的脈寬調變訊號S2的頻率不同於脈寬調變訊號S1的頻率；或者已調整的脈寬調變訊號S2的振幅及頻率皆不同於脈寬調變訊號S1之振幅及頻率。脈寬調變器164將已調整的脈寬調變訊號S2輸出給馬達驅動器180，並進入步驟445。在步驟445中，馬達驅動器180依據已調整的脈寬調變訊號S2輸出驅動訊號S2以驅動馬達300進行旋轉，並進入步驟450。

在步驟450中，當馬達300進行運轉時，偵測器190同時偵測馬達300的旋轉速度，並將偵測到的馬達300的旋轉速度與脈寬調變器164中的目標旋轉速度T1進行比較。依據比較結果，脈寬調變器164對已調整的脈寬調變訊號S2調整佔空比。如果偵測到的馬達300的旋轉速度大於脈寬調變器164中的目標旋轉速度T1，脈寬調變器164增加已調整的脈寬調變訊號S2之佔空比；如果偵測到的馬達300的旋轉速度小於脈寬調變器164中的目標旋轉速度T1，脈寬調變器164減少已調整的脈寬調變訊號S2之佔空比。

第4圖所示為根據本發明之一實施例的馬達控制裝置100之脈寬調變訊號S1與轉速之關係圖。以下同時參照第2圖以說明第4圖中的波形。在此實施例中，來自計算機裝置200的馬達參數S0中的段數值N1為三，則脈寬調變器164則依據段數值N1將脈寬調變訊號S1之佔空比分割稱三段，分別為：區段1、區段2及區段3。脈寬調變器164依據命令C1計算每一區段所對應之佔空比及目標旋轉速度T1之資料D1，其中命令C1包含轉速命令(A、B、C)。脈寬調變器164可依據轉速命令(A、B、C)選取目標區段R1，例如：使用者輸入轉速命令A，脈寬調變器164選取區段1。脈寬調變器164完成選取目標區段R1之後，計算轉速命令(A、B、C)所對應的佔空比及目標旋轉速度T1，如下所述：轉速命令A，對應之佔空比為30%，且對應之馬達之目標旋轉速度T1為600rpm (revolution per minute)；轉速命令B對應之佔空比為70%，且對應之馬達之目標旋轉速度T1為700rpm；轉速命令C對應之佔空比為90%，且對應之馬達之目標旋轉速度T1為1000rpm。脈寬調變器164再將上述各個區段之資料D1儲存於速度暫存器166。在此實施例中，轉速命令A、B、C為不同時間所輸入的命令訊號；也就是說，每次計算機裝置200輸出的命令C1只包含轉速命令A、B、C中的任一個，而不會同時具有兩個以上的轉速命令。

在此實施例中，如果使用者一開始所輸入為轉速命令A，脈寬調變器164識別轉速命令A以選擇儲存於速度暫存器166中的區段1，並計算轉速命令A所對應之佔空比及目標旋轉速度T1。也就是說，當馬達300的初始狀態為靜止時，脈寬調變器164依據來自計算機裝置200的轉速命令A並計算出轉速命令A所對應的佔空比範圍為30%且目標旋轉速度T1為600rpm。此時脈寬調變器164將來自訊號產生裝置140的脈寬調變訊號S1的佔空比調整為30%，並且依據轉速命令A所對應目標旋轉速度T1調整脈寬調變訊號S1的波形之振幅、頻率或兩者之組合。如此一來，已調整的脈寬調變訊號S2之電壓值或頻率可使得馬達300以600rpm之旋轉速度進行運轉。

在一些實施例中，如果使用者透過計算機裝置200改變命令C1，由輸入轉速命令A改為輸入轉速命令B，使得脈寬調變器164選取目的區段R1由區段1變化至區段2，並且計算轉速命令B所對應的佔空比範圍為70%及目標旋轉速度T1為700rpm。此時脈寬調變器164將脈寬調變訊號S1的佔空比由30%調整為70%，並且依據轉速命令B的目標旋轉速度T1為700rpm，脈寬調變器164調整脈寬調變訊號S1的波形之振幅或頻率。如此一來，已調整的脈寬調變訊號S2為佔空比70%及轉速命令B的振幅(或頻率)，並且可使得馬達300的旋轉速度由600rpm調整為700rpm。

如果來自計算機裝置200的命令C1再次改變，由輸入轉速命令B改為輸入轉速命令C，使得脈寬調變器164選取目的區段R1由區段2變化至區段3，並計算轉速命令C所對應的佔空比範圍為90%且目標旋轉速度為1000rpm。此時脈寬調變器164將脈寬調變訊號S1的佔空比由70%調整為90%，並且依據目標旋轉速度為1000rpm調整脈寬調變訊號S1的波形之振幅(或頻率)。如此一來，已調整的脈寬調變訊號S2可使得馬達300的旋轉速度由700rpm提升為1000rpm。

特別注意的是，在此實施例中，轉速命令A、B、C之間的振幅(或頻率)大小關係，可於座標軸上，由馬達300的旋轉速度與脈寬調變佔空比所形成之準斜率(Pseudo Ratio)所理解。如第4圖所示，由原點0至轉速命令A所形成之準斜率m1大於由轉速命令A至轉速命令B所形成的準斜率m2；準斜率m2小於由轉速命令B至轉速命令C所形成的準斜率m3；並且準斜率m3小於準斜率m1。由此可知，轉速命令C之振幅(或頻率)大於轉速命令B之振幅(或頻率)，並且轉速命令C之振幅(或頻率)小於轉速命令A之振幅(或頻率)。因此，在其他一些實施例中，脈寬調變器140也可透過計算準斜率(m1、m2或m3)調整脈寬調變訊號S1之波形(振幅或頻率)以改變馬達300之旋轉速度。

第5圖所示為根據本發明之其他實施例的馬達控制裝置100之脈寬調變訊號S1與轉速之關係圖。以下同時參照第2圖以說明第5圖中的波形。在此實施例中，來自計算機裝置200的馬達參數S0中的段數值N1為四，則脈寬調變器164則依據段數值N1將脈寬調變訊號S1之佔空比分割稱四段，分別為：區段1、區段2、區段3及區段4。如第5圖所示，脈寬調變器164依據命令C1計算每一區段所對應之佔空比及目標旋轉速度T1之資料D1，其中命令C1包含轉速命令(D、E、F、G，G)，如下所述：轉速命令D在區段1中，轉速命令D對應之佔空比為10%，且對應之馬達之目標旋轉速度T1為1000rpm。轉速命令E在區段2中，轉速命令E對應之佔空比為40%，且對應之馬達之目標旋轉速度T1為800rpm。轉速命令F在區段3中，轉速命令F對應之佔空比為50%，且對應之馬達之目標旋轉速度T1為300rpm。轉速命令G在區段4中，轉速命令G對應之佔空比為90%，且對應之馬達之目標旋轉速度T1為100rpm。脈寬調變器164再將上述各個區段之資料D1儲存於速度暫存器166。

在此實施例中，如果使用者初始輸入之命令C1為轉速命令D，使得脈寬調變器164選取目的區段R1為區段1。因此馬達300的初始轉速被調整為1000rpm並且脈寬調變訊號S1之初始佔空比為10%。當使用者改變輸入之命令C1，由輸入轉速命令D改為輸入轉速命令E，使得脈寬調變器164從速度暫存器選取的目的區段R1由區段1切換至區段2。脈寬調變器164識別區段2中的轉速命令E所對應的佔空比範圍為40%且目標旋轉速度T1為800rpm，此時脈寬調變器164將來自訊號產生裝置140的脈寬調變訊號S1的佔空比由10%調整為40%，並且依據目標旋轉速度T1為800rpm調整脈寬調變訊號S1的波形之振幅(或頻率)。如此一來，已調整的脈寬調變訊號S2可使得馬達300之旋轉速度由1000rpm降低至800rpm。在此實施例中，脈寬調變訊號S1的佔空比被調高，但是振幅(或頻率)被降低，因此已調整的脈寬調變訊號S1可以使得馬達以較低的轉速進行旋轉。由此可知轉速命令D產生的脈寬調變訊號S1的振幅(或頻率)大於轉速命令E產生的脈寬調變訊號S1。

如果來自計算機裝置200的命令C1被改變，由輸入轉速命令E改為輸入轉速命令F，使得脈寬調變器164選取目的區段R1由區段2切換至區段3。區段3中的轉速命令F所對應的佔空比範圍為50%且目標旋轉速度T1為300rpm，因此脈寬調變器164將脈寬調變訊號S1的佔空比由40%調整為50%，並且依據目標旋轉速度T1為300rpm調整脈寬調變訊號S1的波形之振幅或頻率。如此一來，已調整的脈寬調變訊號S2可使得馬達300的旋轉速度由800rpm調整為300rpm。特別注意的是，脈寬調變訊號S1的佔空比由40%調整為50%時，馬達300的旋轉速度由800rpm大幅度降低至300rpm。由此可知，轉速命令F產生的脈寬調變訊號S1的振幅(或頻率)被大幅度的降低。

如果使用者透過計算機裝置200再次改變命令C1，由輸入轉速命令F改為輸入轉速命令G，使得脈寬調變器164選取目的區段R1由區段3切換成區段4；區段4中的轉速命令G所對應的佔空比範圍為90%且目標旋轉速度T1為100rpm。此時脈寬調變器164將脈寬調變訊號S1的佔空比由50%調整為90%，並且依據目標旋轉速度T1為100rpm調整脈寬調變訊號S1的波形之振幅或頻率。如此一來，已調整的脈寬調變訊號S2可使得馬達300的旋轉速度由300 rpm降低至100 rpm。脈寬調變訊號S1的佔空比由50%調整為90%時，馬達300的旋轉速度由300rpm降低至100rpm。由此可知，轉速命令G產生的脈寬調變訊號S1的振幅(或頻率)更小於轉速命令F產生的脈寬調變訊號S1。

特別注意的是，在此實施例中，脈寬調變訊號S1的佔空比越大卻使得馬達300之旋轉速度越低，脈寬調變訊號S1的振幅或頻率將隨著脈寬調變訊號的佔空比增加而減少。只是脈寬調變訊號S1的振幅(頻率)之減少幅度可依據實際需求而改變。如第5圖所示，轉速命令D、E、F、G之間的振幅(或頻率)的變化幅度，可由馬達300的旋轉速度與脈寬調變佔空比所形成之準斜率所理解。由區段D至區段E所形成之準斜率m4小於由轉速命令E至轉速命令F所形成的準斜率m5；準斜率m5大於由轉速命令F至轉速命令G所形成的準斜率m6；準斜率m6大於準斜率m4。由此可知，轉速命令E至F的變化幅度大於轉速命令D至E及轉速命令F至G。因此，在其他一些實施例中，脈寬調變器140可透過計算準斜率(m4、m5或m6)取得變化幅度之數據，並依據變化幅度之數據調整脈寬調變訊號S1之振幅(或頻率)以改變馬達300之旋轉速度。

第6圖所示為根據本發明之其他實施例的馬達控制裝置100之脈寬調變訊號S1與轉速之關係圖。以下同時參照第1圖以說明第6圖中的波形。在此實施例中，使用者可依據使用需求透過計算機裝置200對馬達控制裝置100輸入不同的轉速命令H~Q。如第6圖所示，馬達控制裝置100可依據不同的轉速命令H~Q調整脈寬調變訊號S1之波形(占空比、振幅、頻率)，使得馬達300可在不同波形脈寬調變訊號S1進行不同的轉速變化。這樣的設計提供具有更彈性的方法給從事馬達開發的研究人員或其他操作人員，以不同的訊號特性控制馬達300的轉速。如此一來，本發明更能夠幫助研究人員將馬達設計於最佳化之情況，以增加產品的市場競爭力。

綜上所述，本發明之最大的特點在於可讓使用者依據其自身的經驗或實際需求，以更有彈性的方式調整馬達之旋轉速度。而不限制於傳統的方法，僅能單一改變脈寬調變訊號S1之佔空比或頻率。使用者可透過本發明完成以不同的脈寬調變訊號S1之波形來改變馬達之旋轉速度。這樣的設計，將使得馬達控制裝置100能應用的範圍更加廣泛，更使得依照本發明所設計的產品能夠實現於更多領域。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域具有通常技術知識者，在不違背本發明精神和範圍的情況下，可做些許變動與替代，因此本發明之保護範圍當應視隨後所附之申請專利範圍所界定者為準。

本文使用的術語僅用於描述特定實施例，而不旨在限制本發明。如本文所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式「一」、「一個」和「該」也包含複數形式。此外，就術語「包括」 、「包含」 、「具有」或其他變化用法被用於詳細描述和/或請求項，這些術語旨在以類似於術語「包含」的方式具有相同意思。

100‧‧‧馬達控制裝置

120‧‧‧連接裝置

140‧‧‧訊號產生裝置

160‧‧‧訊號處理裝置

162‧‧‧段數暫存器

164‧‧‧脈寬調變器

166‧‧‧速度暫存器

180‧‧‧馬達驅動器

190‧‧‧偵測器

192‧‧‧感應單元

194‧‧‧比較單元

200‧‧‧計算機裝置

300‧‧‧馬達

400‧‧‧控制方法

410~455‧‧‧步驟

S0‧‧‧馬達參數

S1‧‧‧脈寬調變訊號

S2‧‧‧已調整的脈寬調變訊號

S3‧‧‧驅動訊號

S4‧‧‧電流訊號

S5‧‧‧比較訊號

S6‧‧‧感應訊號

N1‧‧‧段數值

C1‧‧‧命令

D1‧‧‧資料

R1‧‧‧目的區段

T1‧‧‧目標旋轉速度

A~Q‧‧‧轉速命令

m1~m6‧‧‧準斜率

第1圖所示為根據本發明之一實施例的馬達控制裝置之架構圖。 第2圖所示為根據本發明之一實施例的馬達控制裝置之工作流程圖。 第3圖所示為根據本發明之一實施例的馬達控制方法之步驟圖。 第4圖所示為根據本發明之一實施例的馬達控制裝置之脈寬調變訊號與轉速之關係圖。 第5圖所示為根據本發明之其他實施例的馬達控制裝置之脈寬調變訊號與轉速之關係圖。 第6圖所示為根據本發明之其他實施例的馬達控制裝置之脈寬調變訊號與轉速之關係圖。

Claims (4)

1. 一種馬達控制裝置，包括：段數暫存器，儲存段數值，該段數值代表將脈寬調變訊號的佔空比分割成複數個區段之區段數；速度暫存器，儲存分別對應於每一該等區段的各個目標旋轉速度；脈寬調變器，接收一命令以從該等區段中選擇一目的區段，並依據該目的區段所對應的佔空比及該目標旋轉速度，調整該脈寬調變訊號的該佔空比、振幅或頻率之至少其中之一者；馬達驅動器，接收該脈寬調變訊號，以控制馬達的轉速；以及偵測器，偵測該馬達的轉速，並與該目的區段所對應的該目標旋轉速度進行比較；其中，該脈寬調變器更依據該比較結果，調整該脈寬調變訊號的佔空比。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中該脈寬調變器依據該目的區段所對應的佔空比及該目標旋轉速度，調整該脈寬調變訊號的波形之振幅或頻率。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中該偵測器更包括：感應單元及比較單元，該感應單元依據該馬達之轉速產生感應訊號給該比較單元，該比較單元將該感應訊號與該目的區段所對應的該目標旋轉速度進行比較。
4. 一種馬達控制方法，其中該馬達控制方法，包括：儲存段數值，該段數值代表將脈寬調變訊號的佔空比分割成 複數個區段之區段數；儲存分別對應於每一該等區段的各個目標旋轉速度；接收一命令以從該等區段中選擇一目的區段；依據該目的區段所對應的佔空比及該目標旋轉速度，調整該脈寬調變訊號的該佔空比、振幅或頻率之至少其中之一者；依據已經被調整的該脈寬調變訊號控制馬達的轉速；偵測該馬達的轉速，並與該目的區段所對應的該目標旋轉速度進行比較；以及依據該比較結果，調整已經被調整的該脈寬調變訊號之該波形的佔空比。