TWI774169B - 馬達單元 - Google Patents

Abstract

一種馬達單元具有一開關電路與一控制單元。該開關電路具有一第一端點與一第二端點，其中該開關電路耦合至一馬達以驅動該馬達。該第一端點具有一第一電壓信號。該控制單元產生複數個控制信號以控制該開關電路。當該第一端點處於一浮接狀態時，該馬達單元利用該第一電壓信號之一左右不對稱特性以判斷該馬達是否處於一正轉狀態。該馬達單元更具有該馬達，其中該馬達具有一轉子、一矽鋼片、以及一線圈。該矽鋼片具有一非對稱結構。

Description

馬達單元

本發明係關於一種馬達單元，特別是關於一種可判斷馬達之轉向是否正確之馬達單元。

傳統上馬達之驅動方式可分為兩種。一種是藉由霍爾感測器以切換相位進而驅動馬達運轉。另一種則是無需霍爾感測器而驅動馬達運轉。由於霍爾感測器容易受外界環境之影響而造成感測準確度下降，且設置霍爾感測器會增加系統之體積與成本，因而無感測器之驅動方法便被提出以解決上述之問題。

美國專利US 8,248,011揭露一種雙相無刷馬達之驅動方法與驅動裝置。該雙相無刷馬達包含一轉子、一第一線圈、以及一第二線圈。該方法包含有啟動該雙相無刷馬達；偵測該第一線圈及該第二線圈之中一未導通線圈之一輸出電壓以判斷該轉子是否依預設轉向旋轉。然而，該發明係針對雙相無刷馬達而設計。因此，該方法及該裝置無法應用於一單相馬達。

有鑑於前述問題，本發明之目的在於提供一種可應用於一無感測器單相馬達之馬達單元。

依據本發明提供該馬達單元。該馬達單元具有一馬達、一開關電路、 一控制單元、以及一偵測單元。該開關電路具有一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體、一第一端點、以及一第二端點，其中該開關電路耦合至該馬達以驅動該馬達。該第一端點具有一第一電壓信號。該第二端點具有一第二電壓信號。該馬達耦合至該第一端點與該第二端點。該第一電晶體耦合至一電壓源與該第一端點而該第二電晶體耦合至該第一端點與一地面電位。該第三電晶體耦合至該電壓源與該第二端點而該第四電晶體耦合至該第二端點與該地面電位。該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、以及該第四電晶體可為一P型金氧半電晶體或一N型金氧半電晶體。

該控制單元產生一第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號、以及一第四控制信號，用以分別控制該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、以及該第四電晶體之導通情形。該偵測單元耦合至該第一端點與該第二端點，用以偵測該第一電壓信號與該第二電壓信號，進而產生一偵測信號至該控制單元。

該馬達具有一轉子、一矽鋼片、以及一線圈，其中該矽鋼片具有一非對稱結構。該轉子可分成4個磁極以切換相位，其中磁極N和磁極S各兩個。該矽鋼片具有一第一極柱、一第二極柱、一第三極柱、一第四極柱、一第一極靴、一第二極靴、一第三極靴、以及一第四極靴。該第一極靴係連接至該第一極柱之一端以增加該矽鋼片之導磁面積。該第二極靴係連接至該第二極柱之一端以增加該矽鋼片之導磁面積。該第三極靴係連接至該第三極柱之一端以增加該矽鋼片之導磁面積。該第四極靴係連接至該第四極柱之一端以增加該矽鋼片之導磁面積。該第一極靴、該第二極靴、該第三極靴、以及該第四極靴可形成一斧頭形狀，其中該斧頭形狀為一非對稱圖案。也就是說，該第一極靴、該第二極靴、該第三極靴、以及該第四極靴形成一非對稱形狀。該線圈可繞設於該第一極柱、該第二極柱、該第三極柱、以及該第四極柱上，藉由電磁感應改變磁場 以驅動該轉子。

當該馬達單元設置該非對稱之矽鋼片時，會使得該第一端點或該第二端點所感測到之感應電動勢信號呈現左右不對稱，因此可藉以判斷該馬達處於一正轉狀態或一反轉狀態。當該第一端點處於一浮接狀態且該第二端點為一低位準時，該第一電壓信號於一時間點會呈現左右不對稱。該第一電壓信號具有一右側斜率、一左側斜率、一右側面積、以及一左側面積。當該馬達處於該正轉狀態時，該右側斜率之絕對值會大於該左側斜率之絕對值，且該右側面積會大於該左側面積。相反地，當馬達處於該反轉狀態時，該右側斜率之絕對值會小於該左側斜率之絕對值，且該右側面積會小於該左側面積。該偵測單元可藉由偵測該第一電壓信號及利用該第一電壓信號之左右不對稱特性，用以產生該偵測信號以通知該控制單元該馬達處於該正轉狀態或該反轉狀態。當偵測到之轉向與一預定轉向不同時，該馬達單元即可得知該馬達處於一錯誤轉向狀態。因此，該馬達單元可根據一感應電動勢信號之左右不對稱特性以判斷該馬達之轉向是否正確。

10:馬達單元

100:開關電路

101:第一電晶體

102:第二電晶體

103:第三電晶體

104:第四電晶體

M:馬達

110:控制單元

120:偵測單元

O1:第一端點

O2:第二端點

C1:第一控制信號

C2:第二控制信號

C3:第三控制信號

C4:第四控制信號

VCC:電壓源

GND:地面電位

200:轉子

N:磁極

S:磁極

210:矽鋼片

211:第一極柱

212:第二極柱

213:第三極柱

214:第四極柱

215:第一極靴

216:第二極靴

217:第三極靴

218:第四極靴

220:線圈

VO1:第一電壓信號

SR:右側斜率

SL:左側斜率

AR:右側面積

AL:左側面積

T:時間點

第1圖係本發明一實施例之馬達單元之示意圖。

第2圖係本發明一實施例之馬達之示意圖。

第3圖係本發明一實施例之時序圖。

下文中之說明將使本發明之目的、特徵、與優點更明顯。茲將參考圖式詳細說明依據本發明之較佳實施例。

第1圖係本發明一實施例之馬達單元10之示意圖。馬達單元10具有一馬達M、一開關電路100、一控制單元110、以及一偵測單元120。開關電路100具有一第一電晶體101、一第二電晶體102、一第三電晶體103、一第四電晶體104、一第一端點O1、以及一第二端點O2，其中開關電路100耦合至馬達M以驅動馬達M。第一端點O1具有一第一電壓信號VO1。第二端點O2具有一第二電壓信號VO2。馬達M耦合至第一端點O1與第二端點O2。第一電晶體101耦合至一電壓源VCC與第一端點O1而第二電晶體102耦合至第一端點O1與一地面電位GND。第三電晶體103耦合至電壓源VCC與第二端點O2而第四電晶體104耦合至第二端點O2與地面電位GND。第一電晶體101、第二電晶體102、第三電晶體103、以及第四電晶體104可為一P型金氧半電晶體或一N型金氧半電晶體。如第1圖所示，第一電晶體101與第三電晶體103係以兩P型金氧半電晶體為例。第二電晶體102與第四電晶體104係以兩N型金氧半電晶體為例。

控制單元110產生一第一控制信號C1、一第二控制信號C2、一第三控制信號C3、以及一第四控制信號C4，用以分別控制第一電晶體101、第二電晶體102、第三電晶體103、以及第四電晶體104之導通情形。控制單元110輪流由一第一驅動模式與一第二驅動模式以提供電能給馬達M。於第一驅動模式下，控制單元110藉由控制第一控制信號C1與第四控制信號C4，用以導通第一電晶體101與第四電晶體104。此時電流從電壓源VCC依序流經第一電晶體101、馬達M、以及第四電晶體104，以此模式將電能傳送給馬達M。於第二驅動模式下，控制單元110藉由控制第二控制信號C2與第三控制信號C3，用以導通第二電晶體102與第三電晶體103。此時電流從電壓源VCC依序流經第三電晶體103、馬達M、以及第二電晶體102，以此模式將電能傳送給馬達M。藉由重覆地於第一驅動模式與第二驅動模式中切換，即可使馬達M正常運轉。偵測單元120耦合至第一端點O1與第二端點O2，用以偵測第一電壓信號VO1與第二電壓信號VO2，進 而產生一偵測信號Vd至控制單元110。

第2圖係本發明一實施例之馬達M之示意圖。馬達M具有一轉子200、一矽鋼片210、以及一線圈220，其中矽鋼片210具有一非對稱結構。轉子200可分成4個磁極以切換相位，其中磁極N和磁極S各兩個。矽鋼片210具有一第一極柱211、一第二極柱212、一第三極柱213、一第四極柱214、一第一極靴215、一第二極靴216、一第三極靴217、以及一第四極靴218。第一極靴215係連接至第一極柱211之一端以增加矽鋼片210之導磁面積。第二極靴216係連接至第二極柱212之一端以增加矽鋼片210之導磁面積。第三極靴217係連接至第三極柱213之一端以增加矽鋼片210之導磁面積。第四極靴218係連接至第四極柱214之一端以增加矽鋼片210之導磁面積。第一極靴215、第二極靴216、第三極靴217、以及第四極靴218可形成一斧頭形狀，其中斧頭形狀為一非對稱圖案。也就是說，第一極靴215、第二極靴216、第三極靴217、以及第四極靴218形成一非對稱形狀。線圈220可繞設於第一極柱211、第二極柱212、第三極柱213、以及第四極柱214上，藉由電磁感應改變磁場以驅動轉子200。

具體而言，當馬達單元10設置非對稱之矽鋼片210時，會使得第一端點O1或第二端點O2所感測到之感應電動勢信號呈現左右不對稱，因此可藉以判斷馬達M處於一正轉狀態或一反轉狀態。第3圖係本發明一實施例之時序圖。當第一端點O1處於一浮接狀態且第二端點O2為一低位準時，第一電壓信號VO1於一時間點T會呈現左右不對稱。第一電壓信號VO1具有一右側斜率SR、一左側斜率SL、一右側面積AR、以及一左側面積AL。如第3圖所示，當馬達M處於正轉狀態時，右側斜率SR之絕對值會大於左側斜率SL之絕對值，且右側面積AR會大於左側面積AL。相反地，當馬達M處於反轉狀態時，右側斜率SR之絕對值會小於左側斜率SL之絕對值，且右側面積AR會小於左側面積AL。偵測單元120可藉由偵測第一電壓信號VO1及利用第一電壓信號VO1之左右不對稱特性，用以產生 偵測信號Vd以通知控制單元110馬達M處於正轉狀態或反轉狀態。當偵測到之轉向與一預定轉向不同時，馬達單元10即可得知馬達M處於一錯誤轉向狀態。因此，馬達單元10可根據一感應電動勢信號之左右不對稱特性以判斷馬達M之轉向是否正確。

根據本發明之一實施例，馬達單元10可應用於一無感測器馬達。馬達單元10亦可應用於一單相馬達。馬達單元10利用第一電壓信號VO1之左右不對稱特性以判斷馬達M是否處於一正轉狀態。

雖然本發明業已藉由較佳實施例作為例示加以說明，應瞭解者為：本發明不限於此被揭露的實施例。相反地，本發明意欲涵蓋對於熟習此項技藝之人士而言係明顯的各種修改與相似配置。因此，申請專利範圍應根據最廣的詮釋，以包含所有此類修改與相似配置。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10:馬達單元

100:開關電路

101:第一電晶體

102:第二電晶體

103:第三電晶體

104:第四電晶體

M:馬達

110:控制單元

120:偵測單元

O1:第一端點

O2:第二端點

C1:第一控制信號

C2:第二控制信號

C3:第三控制信號

C4:第四控制信號

VCC:電壓源

GND:地面電位

Claims (15)

1. 一種馬達單元，包含：一開關電路，包含一第一端點與一第二端點，其中該開關電路耦合至一馬達以驅動該馬達，該第一端點具有一第一電壓信號，該第二端點具有一第二電壓信號，該馬達包含一轉子、一矽鋼片、以及一線圈，該矽鋼片包含一第一極柱與一第一極靴，該第一極靴係連接至該第一極柱之一端，該第一極靴形成一非對稱形狀；以及一控制單元，用以產生複數個控制信號以控制該開關電路，其中當該第一端點處於一浮接狀態時，該馬達單元利用該第一電壓信號之一左右不對稱特性以判斷該馬達是否處於一正轉狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該轉子分成4個磁極以切換相位。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該第一極靴形成一斧頭形狀，該斧頭形狀為一非對稱圖案。
4. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該矽鋼片更包含一第二極柱、一第三極柱、一第四極柱、一第二極靴、一第三極靴、以及一第四極靴，該第二極靴係連接至該第二極柱之一端，該第三極靴係連接至該第三極柱之一端，該第四極靴係連接至該第四極柱之一端。
5. 如申請專利範圍第4項所述之馬達單元，其中該線圈繞設於該第一極柱、該第二極柱、該第三極柱、以及該第四極柱上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該馬達單元更包含一偵測單元，該偵測單元耦合至該第一端點與該第二端點，用以偵測該第一電壓信號與該第二電壓信號，進而產生一偵測信號至該控制單元。
7. 如申請專利範圍第6項所述之馬達單元，其中該偵測單元藉由偵測該第一電壓信號，用以產生該偵測信號以通知該控制單元該馬達處於該正轉狀態或一反轉狀態。
8. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該第一電壓信號具有一右側斜率及一左側斜率，當該馬達處於該正轉狀態時，該右側斜率之一絕對值會大於該左側斜率之一絕對值。
9. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該第一電壓信號具有一右側斜率及一左側斜率，當該馬達處於一反轉狀態時，該右側斜率之一絕對值會小於該左側斜率之一絕對值。
10. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該第一電壓信號具有一右側面積及一左側面積，當該馬達處於該正轉狀態時，該右側面積會大於該左側面積。
11. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該第一電壓信號具有一右側面積及一左側面積，當該馬達處於一反轉狀態時，該右側面積會小於該左側面積。
12. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該馬達單元係應用於一無感測器馬達。
13. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該馬達單元係應用於一單相馬達。
14. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該馬達單元根據一感應電動勢信號之一左右不對稱特性以判斷該馬達之一轉向是否正確。
15. 如申請專利範圍第1項所述之馬達單元，其中該開關電路更包含：一第一電晶體，耦合至一電壓源與該第一端點；一第二電晶體，耦合至該第一端點與一地面電位；一第三電晶體，耦合至該電壓源與該第二端點；以及一第四電晶體，耦合至該第二端點與該地面電位。

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