TWM606676U

TWM606676U - 直流無刷馬達之轉速控制裝置

Info

Publication number: TWM606676U
Application number: TW109206888U
Authority: TW
Inventors: 莊皓琳
Original assignee: 盈聯通科技有限公司
Priority date: 2020-06-02
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2021-01-21

Abstract

一種直流無刷馬達之轉速控制裝置，具有一控制本體，包括：一整流濾波電路，可接收一電容式調節器輸出之不同交流控制電壓，並分別輸出不同的直流控制電壓；一分流模組與一馬達控制電路，分別並聯於該整流濾波電路的輸出端，且於銜接部位設一檢測點，該分流模組可對通過檢測點的電流形成分流，分別產生一通過分流模組之分流電流，以及一通過馬達控制電路之控制電流，該馬達控制電路可參考該檢測點的電壓及該控制電流而調整本身之輸出功率，使該檢測點之電壓趨向一預設之固定值，再依各調整後之控制電流，輸出不同的馬達驅動電壓，以控制一直流無刷馬達產生不同的轉速。

Description

直流無刷馬達之轉速控制裝置

本創作是有關直流無刷馬達之轉速控制裝置，尤指一種可直接與傳統電容式調節器(Capacitive regulator)結合，用以驅動直流無刷(BLDC)馬達之轉速控制裝置。

一般吊扇可帶動大範圍空間的空氣流通，並可被吊掛於高處或天花板上以節省空間，因此被廣泛應用於室內通風降溫等各種場合，而為了能因應各種環境的不同通風需求，大多會以一轉速調節器連接該吊扇，藉以調整該吊扇的轉速。

由於早期傳統的吊扇多係一般單相（鼠籠式異步）交流馬達，而其可配合的轉速調節器可具有多種不同的電路結構（如：電阻式調節器、相角控制調節器、感應調節器、電容式調節器），其中該電容式調節器係利用電容降壓的方式控制該交流馬達的轉速，具有高效節能、可靠性佳且操作過程順暢（無異音）等特點，因此較為普及。

而隨著直流無刷(BLDC)馬達的發展逐漸成熟，其具有高能源運用率、體積小且更精準的轉速控制、較低的發熱量等特點，因此近來有逐漸取代傳統交流感應馬達的趨勢；但由於直流無刷(BLDC)馬達係以直流電源進行供電，而上述的電容式調節器在操作過程中會限制輸出的電流與電壓，因此傳統的電容式調節器並無法直接適用於一般的直流無刷(BLDC)馬達及其相關的控制驅動機構，形成應用上的不便。

在中華民國專利公告第M431505號「直流無刷馬達吊扇之壁切式轉速控制裝置」新型專利案中，揭露了一種與直流無刷馬達相連接之壁切式轉速控制裝置，該壁切式轉速控制裝置包含：一電性連接於電源之壁切開關，可經由操作產生一導通狀態及一斷路狀態，且由該導通狀態切換至該斷路狀態時，會產生一斷電訊號；一驅動模組，係電性連接於該壁切開關與一直流無刷馬達之間，其內建有多組轉速模式，當該驅動模組接收到斷電訊號後，將會由其中一轉速模式轉換至另一轉速模式，並輸出一對應之驅動訊號至該直流無刷馬達，使該直流無刷馬達依照該驅動訊號進行轉速調整。

然而，目前使用於交流馬達之各種轉速調節器（電阻式調節器、相角控制調節器、感應調節器、電容式調節器），其於操作時並無法產生類似該壁切開關（由導通狀態切換至斷路狀態）之斷電訊號，因此上述該案之結構無法直接被沿用於傳統的轉速調節器結構中，造成生產及施工成本增加，缺乏經濟效益。

再者，在較大幅度的轉速快速切換過程中，使用者必須操作該壁切開關在該導通狀態及該斷路狀態之間反覆的切換，以不斷地產生多個斷電訊號，除造成使用上的不便外，該驅動模組亦需隨之於短時間輸出多個不同對應之驅動訊號，往往無法使該直流無刷馬達瞬間產生相對應的反應，亦容易造成電路的誤動作，甚至於降低各組件的使用壽命。

有鑑於習見之直流無刷馬達之轉速控制裝置於應用時有上述缺點，創作人乃針對該些缺點研究改進之道，終於有本創作產生。

本創作之主要目的在於提供一種直流無刷馬達之轉速控制裝置，有一控制本體，該控制本體主要包括：一整流濾波電路、一分流模組與一馬達控制電路；該整流濾波電路可接收一電容式調節器輸出之不同交流控制電壓，並產生不同的直流控制電壓，該分流模組與馬達控制電路係分別並聯於該整流濾波電路的輸出端，使該整流濾波電路輸出之電流可分別形成一通過該分流模組之分流電流，以及一通過該馬達控制電路之控制電流，且該馬達控制電路可參考該直流控制電壓及該控制電流而調整本身之輸出功率，使該檢測點之電壓能趨向一預設之固定值，再依該調整後之各控制電流，並分別輸出不同的馬達驅動電壓，以控制一直流無刷馬達產生不同的轉速，其由於可直接連結沿用傳統之電容式調節器與直流無刷馬達，且無需其它特殊的設計改裝，因此可簡化建置程序及降低建置成本，具有極佳的經濟效益。

本創作之另一目的在於提供一種直流無刷馬達之轉速控制裝置，其由於係以現有的電容式調節器操作直流無刷馬達，因此在使用的操作上與傳統控制方式完全相同，使用者無需另行學習其它操作方式，具有使用上之便利性。

為達成上述目的及功效，本創作所採行的技術手段包括：具有一控制本體，該控制本體係電性連接於一銜接外部交流電源之電容式調節器及一直流無刷馬達之間，該電容式調節器係能依不同的操作，對輸入之固定交流電源形成不同的壓降，以分別輸出不同數值的交流控制電壓，該控制本體至少包括：一整流濾波電路，具有一整流濾波模組，係能分別接收該等不同之交流控制電壓，並加以整流、濾波之後，分別輸出不同數值的直流控制電壓；一分流模組及一馬達控制電路，係分別並聯設置於該整流濾波模組二輸出端，且於該整流濾波模組、該分流模組及馬達控制電路之間形成一檢測點，該分流模組係能對通過該檢測點的不同主電流分別形成分流，以分別產生一通過該分流模組之分流電流，以及一通過該馬達控制電路之控制電流；該馬達控制電路至少具有一馬達驅動模組，該馬達驅動模組係能分別參考該檢測點之不同電壓與各相對應之控制電流數值，再分別調整本身之輸出功率，使該檢測點之電壓能趨向一預設之固定值，然後，該馬達驅動模組依各調整分流電流後之控制電流，分別輸出不同的馬達驅動電壓，利用該等不同的馬達驅動電壓控制該直流無刷馬達產生不同的轉速。

依上述結構，其中該馬達控制電路中於該馬達驅動模組與該檢測點之間設有一分壓模組，該分壓模組係能將該直流控制電壓經由適當的分壓，以輸出該馬達驅動模組可接受範圍的工作電壓數值。

依上述結構，其中該馬達控制電路中於該馬達驅動模組與該檢測點之間另設有一電源供應模組，該電源供應模組係能將該直流控制電壓轉換成至少一穩定的直流電源電壓，以分別供應該馬達控制電路及該直流無刷馬達之運作所需。

依上述結構，其中該電源供應模組包括：一PFC電源轉換單元及一降壓單元；該PFC電源轉換單元係能將變動的直流控制電壓轉換成穩定的第一直流電源電壓，該降壓單元係能將該第一直流電源電壓轉換為另一穩定的第二直流電源電壓。

依上述結構，其中該PFC電源轉換單元至少包括：一具有多組輸出端之變壓器、一串接於該變壓器輸入端之控制單元，及一能操作該控制單元之PFC電源轉換單元，該PFC電源轉換單元係能接收該變壓器其中一組輸出端的輸出，形成一回授電壓，與一內部之固定參考電壓比較，並經由該控制單元調整該變壓器輸入端之導通頻率，使該變壓器維持一穩定的電壓輸出，藉以使該PFC電源轉換單元可確保該第一直流電源電壓穩定輸出。

依上述結構，其中該整流濾波模組與該電容式調節器之間設有一雜訊過濾模組，以降低該交流控制電壓中的電磁波干擾，並過濾雜訊及突波。

為使本創作的上述目的、功效及特徵可獲致更具體的瞭解，茲依下列附圖說明如下：

請參第１至３圖所示，可知本創作之主要結構包括：一控制本體A，該控制本體A係電性連接於一電容式調節器B(Capacitive regulator)及一直流無刷(BLDC)馬達M之間，該電容式調節器B係銜接一固定之外部交流電源AC，且該電容式調節器B內部具有多組可供切換銜接之電容，可依不同的切換操作，對該輸入之交流電源AC形成不同的壓降，以分別輸出不同數值的交流控制電壓Vac。

該控制本體A係由一整流濾波電路1、一分流模組2及一馬達控制電路3組成；其中該整流濾波電路1係電性連接於該電容式調節器B之輸出端，該分流模組2及馬達控制電路3係分別並聯設置於該整流濾波電路1的輸出端，於該分流模組2、馬達控制電路3與該整流濾波模組1之間設有一檢測點CHK，該馬達控制電路3的輸出端係電性連接於該直流無刷馬達M。

該整流濾波電路1具有一雜訊過濾模組11及一整流濾波模組12等部份；該雜訊過濾模組11係為一常見的雜訊過濾電路，可有效過濾該交流控制電壓Vac中之電磁干擾(EMI)雜訊及突波，而在本實施例中，該整流濾波模組12主要包括一橋式整流元件DB1及由一電感L2、一電容C28組成之L-C充電電路，其可接收該交流控制電壓Vac，並加以整流、濾波，再輸出一直流控制電壓Vdc。

在本實施例中，該分流模組2主要係由一電容CE4及相關之二極體D14、電阻R54所組成，其可對通過該檢測點CHK的主電流I1形成分流，以分別產生一通過該分流模組2之分流電流I2，以及一通過該馬達控制電路3之控制電流I3。

該馬達控制電路3係由一電源供應模組31、一分壓模組32及一馬達驅動模組33組成；在本實施例中，該電源供應模組31包括：一PFC電源轉換單元311及一降壓單元312；在本實施例中，該PFC電源轉換單元311至少由一具有多組輸出端之變壓器T1、一串接於該變壓器T1輸入端之控制單元Q3，及一能操作該控制單元Q3之PFC電源轉換元件U10，該PFC電源轉換元件U10係能接收該變壓器T1其中一組輸出端的輸出，形成一回授電壓Vfb，與一內部之固定參考電壓Vr比較，並經由該控制單元調Q3整該變壓器T1輸入端之導通頻率，使該變壓器T1具有穩定的電壓輸出，進而使該PFC電源轉換單元311維持一穩定的第一直流電源電壓Vdc1輸出。

在本實施例中，該降壓單元312係由一穩壓元件U8及其相關元件所組成，其可接收該第一直流電源電壓Vdc1（可為DC 12V），並轉換為另一穩定的第二直流電源電壓Vdc2（可為DC 5V），以提供該馬達控制電路3及該直流無刷馬達M運作時之供電需求。

在本實施例中，該分壓模組32係由串接的電阻R70、R71、R72、電阻R80及相關的稽納二極體D13、電容C8、C39所組成，其輸入端係銜接於該檢測點CHK，以導入該直流控制電壓Vdc，並經由適當的分壓，可輸出該馬達驅動模組33可接受範圍的工作電壓數值。

該馬達驅動模組33係包括：一控制元件U7及相關元件組成之多個局部放大單元，該控制元件U7可接收該控制電流I3，並參考該直流控制電壓Vdc及控制電流I3數值，然後調整本身之輸出功率，使該檢測點CHK之電壓能趨向一預設之固定值，同時使該控制電流I3隨該分流電流I2改變而同步調整，然後，該馬達驅動模組33依該調整後之控制電流I3，輸出一相對應的馬達驅動電流Im，經由各局部放大單元驅動該直流無刷馬達M產生相對應的轉速。

舉例來說，當該電容式調節器B切換至較低電容值（低轉速）之檔位，會對該交流電源AC形成較高的壓降，以輸出一較低的交流控制電壓Vac，該較低的交流控制電壓Vac經整流濾波電路1整流濾波形成一較低的直流控制電壓Vdc，該較低的直流控制電壓Vdc產生一較低的主電流I1通過該檢測點CHK並分流為一分流電流I2及一控制電流I3，由於該馬達驅動模組33會調整本身的內阻以使該分流電流I2維持一預設之固定值，因此會相對產生一較低的控制電流I3，且該馬達驅動模組33會依該調整後之控制電流I3產生一較低的馬達驅動電流Im，使該直流無刷馬達M產生一較低的轉速。

反之，當該電容式調節器B切換至較高電容值（高轉速）之檔位，會對該交流電源AC形成較低的壓降，以輸出一較高的交流控制電壓Vac，該較高的交流控制電壓Vac經整流濾波電路1整流濾波形成一較高的直流控制電壓Vdc，該較高的直流控制電壓Vdc產生一較高的主電流I1通過該檢測點CHK並分流為一分流電流I2及一控制電流I3，由於該馬達驅動模組33會調整本身的內阻以使該分流電流I2維持一預設之固定值，因此會相對產生一較高的控制電流I3，且該馬達驅動模組33會依該調整後之控制電流I3產生一較高的馬達驅動電流Im，使該直流無刷馬達M產生一較高的轉速。

綜合以上所述，本創作直流無刷馬達之轉速控制裝置確可達成降低建置成本、提昇使用便利性之功效，實為一具新穎性及進步性之創作，爰依法提出申請新型專利；惟上述說明之內容，僅為本創作之較佳實施例說明，舉凡依本創作之技術手段與範疇所延伸之變化、修飾、改變或等效置換者，亦皆應落入本創作之專利申請範圍內。

1:整流濾波電路

11:雜訊過濾模組

12:整流濾波模組

2:分流模組

3:馬達控制電路

31:電源供應模組

311:PFC電源轉換單元

312:降壓單元

32:分壓模組

33:馬達驅動模組

A:控制本體

AC:交流電源

B:電容式調節器

CHK:檢測點

I1:主電流

I2:分流電流

I3:控制電流

Im:馬達驅動電流

M:直流無刷(BLDC)馬達

Q3:控制單元

T:變壓器

U10:PFC電源轉換單元

Vac:交流控制電壓

Vdc:直流控制電壓

Vdc1:第一直流電源電壓

Vdc2:第二直流電源電壓

Vfb:回授電壓

Vr:參考電壓

第１圖係本創作之主要結構方塊圖。

第２圖係本創作之整流濾波電路、分流模組及電源供應模組的較佳實施例電路圖。

第３圖係本創作之降壓單元、分壓模組及馬達控制電路的較佳實施例電路圖。