TWI836294B - 馬達的保護方法 - Google Patents
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Abstract
一種馬達的保護方法適用於一控制單元來實施並包含：當判斷一馬達的一輸出功率小於或等於一最大限制功率時，且再判斷該馬達的一轉速小於一預定轉速且持續的時間大於或等於一第一預定時間時，控制該馬達的該輸出功率降為一半，且再判斷該馬達的該輸出功率大於一堵轉下限功率且持續的時間大於或等於一第二預定時間時，控制該馬達停止運轉。藉此，在馬達發生堵轉時，該輸出功率能夠達到該堵轉下限功率，且還能夠在過負荷的情況發生時，快速地停止馬達的運轉。
Description
本發明是有關於一種馬達的保護方法，特別是指一種指定馬達堵轉功率且能夠避免過負荷的馬達的保護方法。
現有的馬達在發生過負荷時，功率會快速上升而導致馬達的齒輪損毀。因此，如何在過負荷的現象發生時，如何快速地反應以停止馬達的運轉，而達到保護馬達的效果。此外，在另一方面來看，在馬達發生堵轉時，如何在馬達的輸出功率達到一堵轉預定功率時才停止馬達運轉也是重要的設計參數。因此，如何同時兼顧這兩種馬達的運作條件便成為馬達的保護方法的一個重要課題。
因此，本發明的目的，即在提供一種指定馬達堵轉功率且能夠避免過負荷的馬達的保護方法。
於是，本發明提供一種馬達的保護方法，適用於一馬達系統，該馬達系統包含一馬達、一電流感測器、一霍爾感測器、及一控制單元。該電流感測器偵測流經該馬達的一驅動電流，該霍爾感測器偵測該馬達的一轉速，該馬達的保護方法包含步驟(A)~(F)。
於步驟(A)，藉由該控制單元儲存一對照表，並根據該對照表及該驅動電流判斷該馬達的一輸出功率是否大於一最大限制功率，該對照表包含該驅動電流與該輸出功率的對應關係。
於步驟(B)，當該控制單元判斷該馬達的該輸出功率小於或等於該最大限制功率時，該控制單元判斷該馬達的一轉速是否小於一預定轉速，該預定轉速指示該馬達是否發生堵轉。
於步驟(C)，當該控制單元判斷該馬達的該轉速小於該預定轉速時，該控制單元判斷該轉速小於該預定轉速的持續時間是否大於或等於一第一預定時間。
於步驟(D)，當該控制單元判斷該持續時間大於或等於該第一預定時間時，該控制單元控制該馬達的一驅動功率降為一半，並再判斷該馬達的該輸出功率是否大於一堵轉下限功率。
於步驟(E)，當該控制單元控制該馬達的該驅動功率降為一半，且再判斷該馬達的該輸出功率大於該堵轉下限功率時，該控制單元判斷該馬達的該輸出功率大於該堵轉下限功率的持續時間是否大於或等於一第二預定時間時，該第二預定時間大於該第一預定時間。
於步驟(F)，當該控制單元判斷該馬達的該輸出功率大於該堵轉下限功率的持續時間大於或等於該第二預定時間時，該控制單元控制該馬達停止運轉。
在一些實施態樣中，該馬達的保護方法還包含步驟(G)，當該控制單元判斷該馬達的該輸出功率大於該最大限制功率時，該控制單元控制該馬達停止運轉。
在一些實施態樣中，該馬達的保護方法還包含步驟(H)，當該控制單元判斷該馬達的該轉速大於或等於該預定轉速時，該控制單元判斷該馬達的該輸出功率是否符合一第一保護條件，該第一保護條件是該馬達的該輸出功率大於一堵轉上限功率且持續達到一第三預定時間，該第三預定時間小於該第一預定時間，該堵轉上限功率小於該最大限制功率。
在一些實施態樣中，該馬達的保護方法還包含步驟(I)，當該控制單元判斷該馬達的該轉速大於或等於該預定轉速，且再判斷該馬達的該輸出功率符合該第一保護條件時，該控制單元控制該馬達停止運轉。
在一些實施態樣中，該馬達的保護方法還包含步驟(J)，當該控制單元判斷該馬達的該轉速小於該預定轉速時，且再判斷該轉速小於該預定轉速的持續時間小於該第一預定時間，執行步驟(H)。
在一些實施態樣中，該馬達的保護方法還包含步驟(K)，當該控制單元判斷該馬達的該轉速大於或等於該預定轉速，且再判斷該馬達的該輸出功率不符合該第一保護條件時，該控制單元再判斷該馬達的該輸出功率否符合一第二保護條件時，該控制單元控制該馬達停止運轉。該第二保護條件是該馬達的該輸出功率大於該堵轉下限功率且持續達到一第四預定時間，該第四預定時間大於該第二預定時間，該堵轉下限功率小於該堵轉上限功率。
在一些實施態樣中，其中，在步驟(C)中，該第一預定時間等於0.2秒，在步驟(E)中，該第二預定時間等於0.3秒，在步驟(H)中，該第三預定時間等於0.1秒，在步驟(J)中，該第四預定時間等於1秒。
在一些實施態樣中，其中，在步驟(A)中，該最大限制功率等於一指定堵轉功率乘以1.1倍，在步驟(D)中，該堵轉下限功率等於該指定堵轉功率乘以0.95倍，在步驟(J)中，該堵轉上限功率等於該指定堵轉功率乘以1.05倍。
本發明的功效在於：藉由該控制單元先判斷該馬達的該輸出功率在小於或等於該最大限制功率的情況下，並再判斷該馬達的該轉速小於該預定轉速時，判定為該馬達發生堵轉，且再判斷該轉速小於該預定轉速的持續時間大於或等於該第一預定時間且大於或等於該第二預定時間時，才控制該馬達停止運轉，使得該馬達在發生堵轉時，該輸出功率能夠達到該指定堵轉功率，且還能夠在過負荷的情況發生時，快速地停止馬達的運轉。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1與圖2，本發明馬達的保護方法之一實施例，適用於一馬達系統，該馬達系統包含一馬達4、一電流感測器2、一霍爾感測器3、一個三端雙向可控矽開關(TRIAC)5、及一控制單元1。該電流感測器2用於偵測該馬達4的一驅動電流的大小，該霍爾感測器3用於偵測該馬達4的一轉速的大小。該三端雙向可控矽開關5電連接該馬達4及該控制單元1，並受到該控制單元1的控制以在每一週期中分別處於一導通狀態或一不導通狀態。該控制單元1例如是一微控制器，並電連接該電流感測器2及該霍爾感測器3，以獲得該馬達4的該驅動電流及該轉速的大小。當該三端雙向可控矽開關5處於該不導通狀態時，該驅動電流等於0。而當該三端雙向可控矽開關5處於該導通狀態時，該驅動電流不等於0且驅動該馬達4運轉。
該馬達的保護方法包含步驟S1~S13。
於步驟S1，藉由該控制單元1產生一控制信號，並將該控制信號傳送到該三端雙向可控矽開關5，以控制該三端雙向可控矽開關5處於該導通狀態或該不導通狀態，進而驅動該馬達4運轉。更具體地說，該控制單元1根據該霍爾感測器3所偵測的該轉速及一目標轉速，例如採用比例-積分-微分(PID)控制的演算法產生該控制信號。接著，執行步驟S2。
於步驟S2，藉由該控制單元1儲存一對照表，並根據該對照表及該驅動電流判斷該馬達4的一輸出功率是否大於一最大限制功率。該對照表包含該驅動電流與該輸出功率的對應關係。舉例來說，該馬達4是一種交流馬達，亦即該驅動電流是一種交流電流，該馬達4事先在各種不同的該驅動電流的情況下，量測該驅動電流在正半週期的平均值與該輸出功率的對應數值，以作為兩者的對應關係。因此，當該控制單元1對獲得的該驅動電流計算該驅動電流在正半週期的平均值，並在該對照表中取得對應的該輸出功率。
此外，該馬達4的一指定堵轉功率例如是1000W，亦即在堵轉發生時期望達到的功率大小，則該最大限制功率等於該指定堵轉功率乘以1.1倍(即1100W)，1.1倍例如是該馬達4事先經由量測而選定的規格，且該馬達4的該輸出功率大於該最大限制功率時，該馬達4燒毀故障的機率很高。當該控制單元1判斷該輸出功率是小於或等於該最大限制功率時，則執行步驟S3。而當該控制單元1判斷該輸出功率是大於該最大限制功率時，則執行步驟S8。
於步驟S3，藉由該控制單元1判斷該馬達4的一轉速是否小於一預定轉速，該預定轉速指示該馬達4是否發生堵轉。該預定轉速例如是該馬達4在正常運轉(即未發生堵轉)時的一最低檔位轉速的一半。舉例來說，該最低檔位轉速是3000rpm，則該預定轉速是1500rpm。當該控制單元1判斷該馬達4的該轉速小於該預定轉速時，則執行步驟S4。而當該控制單元1判斷該馬達4的該轉速大於或等於該預定轉速時，則執行步驟S9。
於步驟S4，藉由該控制單元1判斷該轉速小於該預定轉速的持續時間是否大於或等於一第一預定時間。該第一預定時間例如是0.2秒。當該控制單元1判斷該轉速小於該預定轉速的持續時間是大於或等於該第一預定時間時，則執行步驟S5。而當該控制單元1判斷該轉速小於該預定轉速的持續時間是小於該第一預定時間時，則執行步驟S9。
於步驟S5，藉由該控制單元1控制該馬達4的一驅動功率降為一半。更詳細地說，當該馬達4在正常運轉時，該輸出功率等於該驅動功率，該驅動功率會對應該三端雙向可控矽開關5在每一該週期的該導通狀態的一導通時間。而當該馬達4發生堵轉時，該輸出功率不等於該驅動功率。舉例來說，該週期是8毫秒(ms)，當該導通時間是8毫秒且未發生堵轉時，該驅動功率等於該輸出功率，如600瓦(W)，而當該導通時間是8毫秒且發生堵轉時，該驅動功率是600瓦，但該輸出功率會大於600瓦，例如達到1000瓦。因此，該控制單元1藉由該控制信號控制該三端雙向可控矽開關5在每一該週期的該導通狀態的該導通時間，如由8毫秒改變為4毫秒，使得該驅動功率降為一半。接著，執行步驟S6。
於步驟S6，藉由該控制單元1判斷該馬達4的該輸出功率是否大於一堵轉下限功率。承續前例，該堵轉下限功率等於該指定堵轉功率乘以0.95倍(即950W)。當該控制單元1判斷該輸出功率大於該堵轉下限功率時，則執行步驟S7。而當該控制單元1判斷該輸出功率小於或等於該堵轉下限功率時，則執行步驟S13。
於步驟S7，藉由該控制單元1判斷該馬達4的該輸出功率大於該堵轉下限功率的持續時間是否大於或等於一第二預定時間。該第二預定時間大於該第一預定時間，並例如是0.3秒。當該控制單元1判斷該輸出功率大於該堵轉下限功率的持續時間大於或等於該第二預定時間時，則執行步驟S8。而當該控制單元1判斷該輸出功率大於該堵轉下限功率的持續時間小於該第二預定時間時，則執行步驟S13。
於步驟S8，藉由該控制單元1控制該三端雙向可控矽開關5在每一該週期處於該不導通狀態，進而使得該馬達4停止運轉，以保護該馬達4避免損壞。
於步驟S9，藉由該控制單元1判斷該馬達4的該輸出功率是否大於一堵轉上限功率。該堵轉上限功率小於該最大限制功率，且等於該指定堵轉功率乘以1.05倍(即1050W)。當該控制單元1判斷該輸出功率大於該堵轉上限功率時，則執行步驟S10。而當該控制單元1判斷該輸出功率小於或等於該堵轉上限功率時，則執行步驟S11。
於步驟S10，藉由該控制單元1判斷該馬達4的該輸出功率大於該堵轉上限功率的持續時間是否大於或等於一第三預定時間。該第三預定時間小於該第一預定時間，並例如是0.1秒。當該控制單元1判斷該輸出功率大於該堵轉上限功率的持續時間大於或等於該第三預定時間時，則執行步驟S8。而當該控制單元1判斷該輸出功率大於該堵轉上限功率的持續時間小於該第三預定時間時，則執行步驟S11。
於步驟S11，藉由該控制單元1判斷該馬達4的該輸出功率是否大於該堵轉下限功率。當該控制單元1判斷該輸出功率大於該堵轉下限功率時，則執行步驟S12。而當該控制單元1判斷該輸出功率小於或等於該堵轉下限功率時，則執行步驟S13。
於步驟S12，藉由該控制單元1判斷該馬達4的該輸出功率大於該堵轉下限功率的持續時間是否大於或等於一第四預定時間。該第四預定時間大於該第二預定時間，並例如是1秒。當該控制單元1判斷該輸出功率大於該堵轉下限功率的持續時間大於或等於該第四預定時間時，則執行步驟S8。而當該控制單元1判斷該輸出功率大於該堵轉下限功率的持續時間小於該第四預定時間時，則執行步驟S13。
於步驟S13，該三端雙向可控矽開關5持續受到該控制信號的控制，使得該馬達4維持運轉。
綜上所述，藉由該控制單元1先判斷該馬達4的該輸出功率在小於或等於該最大限制功率的情況下，並再判斷該馬達4的該轉速小於該預定轉速時，判定為該馬達4發生堵轉，且再判斷該轉速小於該預定轉速的持續時間大於或等於該第一預定時間且大於或等於該第二預定時間時，才控制該馬達4停止運轉，使得該馬達4在發生堵轉時，該輸出功率能夠達到介於該堵轉下限功率與該堵轉上限功率之間的該指定堵轉功率，且還能夠在過負荷的情況發生時，快速地停止馬達4的運轉，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。
1:控制單元
2:電流感測器
3:霍爾感測器
4:馬達
5:三端雙向可控矽開關
S1~S13:步驟
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是一方塊圖，說明本發明馬達的保護方法所適用的一馬達系統；及
圖2是一流程圖，說明本發明馬達的保護方法的一實施例。
S1~S13:步驟
Claims (8)
- 一種馬達的保護方法，適用於一馬達系統，該馬達系統包含一馬達、一電流感測器、一霍爾感測器、及一控制單元，該電流感測器偵測流經該馬達的一驅動電流，該霍爾感測器偵測該馬達的一轉速，該馬達的保護方法包含：(A)藉由該控制單元儲存一對照表，並根據該對照表及該驅動電流判斷該馬達的一輸出功率是否大於一最大限制功率，該對照表包含該驅動電流與該輸出功率的對應關係；(B)當該控制單元判斷該馬達的該輸出功率小於或等於該最大限制功率時，該控制單元判斷該馬達的該轉速是否小於一預定轉速，該預定轉速指示該馬達是否發生堵轉；(C)當該控制單元判斷該馬達的該轉速小於該預定轉速時，該控制單元判斷該轉速小於該預定轉速的持續時間是否大於或等於一第一預定時間；(D)當該控制單元判斷該持續時間大於或等於該第一預定時間時，該控制單元控制該馬達的一驅動功率降為一半，並再判斷該馬達的該輸出功率是否大於一堵轉下限功率，該堵轉下限功率小於一堵轉上限功率，該堵轉上限功率小於該最大限制功率；(E)當該控制單元控制該馬達的該驅動功率降為一半，且再判斷該馬達的該輸出功率大於該堵轉下限功率時，該控制單元判斷該馬達的該輸出功率大於該堵轉下限 功率的持續時間是否大於或等於一第二預定時間，該第二預定時間大於該第一預定時間；及(F)當該控制單元判斷該馬達的該輸出功率大於該堵轉下限功率的持續時間大於或等於該第二預定時間時，該控制單元控制該馬達停止運轉。
- 如請求項1所述的馬達的保護方法，還包含在步驟(A)、(B)之間的步驟(G)，當該控制單元判斷該馬達的該輸出功率大於該最大限制功率時，該控制單元控制該馬達停止運轉。
- 如請求項2所述的馬達的保護方法，還包含在步驟(B)、(C)之間的步驟(H)，當該控制單元判斷該馬達的該轉速大於或等於該預定轉速時，該控制單元判斷該馬達的該輸出功率是否符合一第一保護條件，該第一保護條件是該馬達的該輸出功率大於該堵轉上限功率且持續達到一第三預定時間，該第三預定時間小於該第一預定時間。
- 如請求項3所述的馬達的保護方法，還包含步驟(I)，當該控制單元判斷該馬達的該轉速大於或等於該預定轉速，且再判斷該馬達的該輸出功率符合該第一保護條件時，該控制單元控制該馬達停止運轉。
- 如請求項4所述的馬達的保護方法，還包含在步驟(B)、(H)之間的步驟(J)，當該控制單元判斷該馬達的該轉速小於該預定轉速時，且再判斷該轉速小於該預定轉速的持續時間小於該第一預定時間，該控制單元判斷該馬達的該輸出功率是否符合該第一保護條件。
- 如請求項4所述的馬達的保護方法，還包含步驟(K)，當該控制單元判斷該馬達的該轉速大於或等於該預定轉速，且再判斷該馬達的該輸出功率不符合該第一保護條件時，該控制單元再判斷該馬達的該輸出功率符合一第二保護條件時，該控制單元控制該馬達停止運轉，該第二保護條件是該馬達的該輸出功率大於該堵轉下限功率且持續達到一第四預定時間，該第四預定時間大於該第二預定時間。
- 如請求項6所述的馬達的保護方法，其中，在步驟(C)中，該第一預定時間等於0.2秒，在步驟(E)中，該第二預定時間等於0.3秒，在步驟(H)中，該第三預定時間等於0.1秒，在步驟(K)中，該第四預定時間等於1秒。
- 如請求項7所述的馬達的保護方法，其中，在步驟(A)中，該最大限制功率等於一指定堵轉功率乘以1.1倍，在步驟(D)中，該堵轉下限功率等於該指定堵轉功率乘以0.95倍，在步驟(H)中，該堵轉上限功率等於該指定堵轉功率乘以1.05倍。
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