雙電源馬達控制系統及其馬達控制裝置的製作方法
2023-10-11 14:08:19
專利名稱：雙電源馬達控制系統及其馬達控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明關於一種可降低電流而改善噪音的雙電源馬達控制系統及其馬達控制裝置。
背景技術：
請參閱圖1A，其揭示習知的馬達控制系統1A，其主要由驅動器10及線圈11所組 成，其中線圈11電連接於驅動器10，且驅動器10電連接於電源產生器12，且接收電源產生 器12的電源\c。驅動器10可自電源Vcc接收其所需的工作電壓，且據以輸出驅動電流至 線圈11。請參閱IB圖，其揭示另一習知的馬達控制系統1B，其與上述馬達控制系統IA的差 異處，僅在於該驅動器10電連接多個線圈11 (圖中表示為二個)。上述二種習知馬達控制系統1A、1B，其控制轉速的方式，都是利用改變電源Vrc的 大小以達成，惟此類控速方式因受限於驅動器10的工作電壓(共享同一電源)，因此其控速 範圍過於狹窄，故此一技術已漸漸無法滿足產業上的需要。
發明內容
因此，為解決上述問題，本發明提出一種雙電源馬達控制系統，其利用脈寬調製模 塊調整輸入馬達的控制信號的佔空周期，以調降馬達的轉速。且為了調整馬達的轉速能到 達目標轉速，即增加輸入馬達的電源電壓，以使馬達的電流下降，進而改善馬達的噪音。於是，為達上述目的，依據本發明的一種雙電源馬達控制系統，其包括馬達、系統 端裝置及馬達控制裝置，而馬達控制裝置分別電連接該馬達及該系統端裝置。其中系統端 裝置具有目標轉速設定值，用以決定馬達的目標轉速，系統端裝置分別輸出第一電源及第 二電源至馬達及馬達控制裝置；該馬達控制裝置感測馬達的相位切換，以取得馬達的第一 轉速值，且馬達控制裝置依據第一轉速值而調整馬達轉速為第二轉速值，並且產生轉速反 饋信號至系統端裝置；而系統端裝置依據轉速反饋信號而調整輸出的該第一電源，以控制 該馬達轉速達到該目標轉速設定值。本發明也揭露一種馬達控制裝置，電連接一馬達，該馬達控制裝置及該馬達分別 自外部接收第一電源及第二電源，其中該第一電源為可調的電壓信號，其包括傳感器、控制 器、驅動電路及脈寬調製模塊，該控制器電連接傳感器及驅動電路，該驅動電路再電連接馬 達，該脈寬調製模塊建置於控制器內。其中傳感器感測馬達的相位切換以產生換相感測信 號；控制器分別接收換相感測信號及外部的第二電源，且控制器依據換相感測信號以取得 馬達的第一轉速值，該脈寬調製模塊依據該第一轉速值以調製該控制信號，並輸出控制信 號至驅動電路，驅動電路再依據控制信號以調整馬達轉速為第二轉速值。為讓本發明的上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施 例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖IA為一種習知馬達控制系統的示意圖。圖IB為另一種習知馬達控制系統的示意圖。圖2為本發明雙電源馬達控制系統的方塊圖。圖3為圖2的雙電源馬達控制系統的電路圖。圖4為圖2的雙電源馬達控制系統另一實施例的電路圖。圖5為本發明雙電源馬達控制系統的馬達轉速與佔空周期的關係示意圖。圖6A為本發明雙電源馬達控制系統的馬達轉速與第一電源電壓的波形示意圖 (未升壓前)。圖6B為本發明雙電源馬達控制系統的馬達轉速與第一電源電壓的波形示意圖 (升壓後)。主要組件符號說明1馬達控制系統10驅動器11 線圈12電源產生器2馬達控制系統30 馬達40系統端裝置50馬達控制裝置51傳感器52控制器53驅動電路54脈寬調製模塊
具體實施例方式請參照圖3，本發明雙電源馬達控制系統2主要是包括馬達30、系統端裝置40及 馬達控制裝置50，而馬達控制裝置50分別電連接馬達30及系統端裝置40。該系統端裝置40具有目標轉速設定值，用以決定該馬達30的目標轉速，該系統端 裝置40可產生第一電源Vra及第二電源Vra，其中第一電源Vra為可調整的電源信號，可以 為一直流電壓信號或為一脈衝式電源信號，例如三角波信號或為方波信號等脈衝式電源信 號，該系統端裝置40提供第一電源Vra給馬達30，並通過該第一電源Vra達到控制馬達30 轉速的目的；而第二電源\C2為一直流電壓信號，用以提供給馬達控制裝置50。該馬達控制裝置50包括傳感器51、控制器52、驅動電路53及脈寬調製模塊54，其 中控制器52分別電連接系統端裝置40、傳感器51及驅動電路53，驅動電路53再分別電連 接馬達30及系統端裝置40，以及脈寬調製模塊54建置於該控制器52內。該傳感器51在本實施例中例如是霍爾組件，用以感測馬達30的相位切換(馬達 30線圈作N極及S極的磁極切換)以產生換相感測信號Sphase，並且輸出換相感測信號Sphase 給控制器52。
該控制器52在本實施例中例如是微處理器，該控制器52依據接收的換相感測信 號Sphase以取得馬達30的目前轉速(第一轉速值)，該控制器52並將馬達30的目前轉速 (第一轉速值)交由脈寬調製模塊54進行脈衝寬度調製(PULSE WIDTH MODULATION, PWM) 後產生多個控制信號S。。n，再由控制器52輸出該多個控制信號S。。n以調整(降)該馬達30 轉速為第二轉速值，並且產生轉速反饋信號(Sf)輸出至系統端裝置40，而上述的第二轉速 值通常小於該第一轉速值。此外，控制器52並接收第二電源V。。2，該第二電源Ncc2用以提供 控制器52驅動馬達30所需的電能。配合圖3所示，該驅動電路53分別接收第一電源Vra及多個控制信號S。。n，並依據 該第一電源Vra及該多個控制信號S。。n以驅動該馬達30轉動；在本實施例中，馬達30包含 有二線圈Li、L2，而驅動電路53為半橋電路，其包括二開關組件Ql、Q2，該二線圈Li、L2的 第一端電連接於系統端裝置40，並接收來自系統端裝置40輸出的第一電源Vra，而該二線 圈L1、L2的第二端則分別電連接於其對應的開關組件；該二開關組件在本實施例中可實施 為電晶體Q1、Q2，該二線圈L1、L2的該第二端可電連接至二電晶體Ql、Q2的集電極C，該二 電晶體Q1、Q2的發射極E電連接於接地端，而該二電晶體Q1、Q2的基極B則電連接於該控 制器52，以分別接收該控制信號Sra，並據以控制該二電晶體Q1、Q2的啟閉，且當二線圈Li、 L2接收第一電源Vra而有電流流過及該二電晶體Q1、Q2也開啟時，即使二線圈L1、L2得以 激磁，而令馬達30轉動。請參照圖4，為本發明另一較佳實施例，其中本實施例與前述實施例的差異處，僅 在於本實施例中該驅動電路53改為全橋電路，其由線圈L3與四個開關組件(圖中所示為 上橋2個、下橋2個)所組成，該四個開關組件在此也實施為電晶體Q3至Q6，且該線圈L3 電連接於四個電晶體Q3至Q6的集電極C，另外，該多個電晶體的基極B都電連接於該控制 器52以接收該控制信號Sra，而其中上橋的二個電晶體的發射極E電連接於該系統端裝置 40，另外下橋的二個電晶體的發射極E則電連接於該接地端。其中四個控制信號Sra可控 制四個電晶體Q3至Q6的交叉開啟或關閉，而使得該線圈L3流經的電流方向交替，而驅使 該馬達50的運轉。請再參照圖2，該脈寬調製模塊54內建有轉速與佔空周期(Duty Cycle)的對應關 系表或是對應關係方程式，其轉速與佔空周期的關係如圖6所示，而脈寬調製模塊54依據 第一轉速值及該對應關係表或該對應關係方程式而調整控制信號S。。n的佔空周期，使控制 信號為脈寬調製(PWM)信號，例如脈寬調製模塊54可以將控制信號S。。n以脈寬調製的方式 切成多個小方波等信號處理後，即可調整控制信號S。。n的佔空周期，並進而調整(降)馬達 30的轉速。再者，脈寬調製模塊54還具有至少轉速門限值，例如圖6所示的轉速門限上限值 2000rpm及轉速門限下限值500rpm，其中當馬達30轉速(第一轉速值)處於門限上限值 2000rpm以上或門限下限值500rpm以下時，該脈寬調製模塊54會調整控制信號S。。n為固 定的佔空周期，例如在馬達轉速處於2000rpm以上時，該控制信號S。。n的佔空周期固定為 90%，當馬達30轉速處於500rpm以下時，該控制信號S。。n的佔空周期固定為20% ；此外， 當馬達30轉速介於門限上限值2000rpm及門限下限值500rpm之間時，該脈寬調製模塊54 會調整控制信號S。。n為可變的佔空周期，例如控制信號S。。n的佔空周期介於20%至90% 之間，在此可變的佔空周期階段中，該第一轉速值與佔空周期的關係呈正比且線性關係，且當該脈寬調製模塊54取得第一轉速值為響應馬達30的轉速為較低轉速時，脈寬調製模塊 54調低該控制信號S。。n的佔空周期(切成較多小方波)，當脈寬調製模塊54取得第一轉速 值為響應馬達30的轉速為高轉速時，脈寬調製模塊54調高(切成較少小方波)控制信號 Scon的佔空周期，即當馬達30轉速(第一轉速值)越大，該控制信號S。。n的佔空周期也越大。 另外，本實施例中雖以轉速門限上限值2000rpm時佔空周期固定為90%、轉速門限下限值 500rpm時佔空周期固定為20 %為例，但並不以此為限，也可以採轉速門限上限值1500rpm 時佔空周期固定為80%、轉速門限下限值300rpm時佔空周期固定為15%等，端視使用者的 需求而設定。本發明雙電源馬達控制系統2的特徵為在雙電源馬達控制系統2中將輸入驅動 電路53的多個控制信號Sra中分別加入PWM控制以控制馬達30轉速。其工作原理如下， 首先，傳感器51感測馬達30的相位切換以產生並輸出換相感測信號Sphase給控制器52，控 制器52在接收換相感測信號Sphase後取得馬達30的轉速(第一轉速值)，並由脈寬調製模 塊54依據該馬達30的轉速及該對應關係表或該對應關係方程式而得以調整控制信號S。。n 的佔空周期，並分別輸出多個經調整後的控制信號S。。n給驅動電路53中所分別對應的開關 組件，以驅動馬達30運轉；同時，該控制器52也輸出轉速反饋信號Sf至系統端裝置40，其 中由於控制信號S。。n加入PWM控制後，其佔空周期會降低，馬達30轉速也會降低，當系統端 裝置40依據轉速反饋信號Sf得知馬達30轉速降低後，欲調整馬達30轉速能到達目標轉速 設定值，即會增加輸入馬達30的第一電源Vra的電壓，即第一電源Vra的電壓從圖6A中的 2V-6V提升至圖6B中的6V-10V，此時，當馬達30達到目標轉速後，基於P (功率)=I (電 流)XV(電壓)及達到相同目標轉速(相當於功率為相同)的條件下，由於馬達30上的電 壓(第一電源Vra)上升，即馬達30上的電流I就會下降，然而噪音的大小與電流I成正比 關係，因此，利用本發明雙電源馬達控制系統2能降低電流，即能改善馬達30的噪音。以上所述僅為例示性，而非為限制性者。任何未脫離本發明的精神與範疇，而對其 進行的等效修改或變更，均應包含於後附的權利要求中。
權利要求
一種雙電源馬達控制系統，包括馬達；系統端裝置，具有目標轉速設定值，用以決定該馬達的目標轉速，該系統端裝置輸出第一電源及第二電源，其中該第一電源提供給該馬達；以及馬達控制裝置，分別電連接該馬達及該系統端裝置，該馬達控制裝置並接收該第二電源，該馬達控制裝置用以感測該馬達的相位切換，以取得該馬達的第一轉速值，且該馬達控制裝置依據該馬達的該第一轉速值而調整該馬達轉速為第二轉速值，並且產生轉速反饋信號至該系統端裝置；其中該系統端裝置依據該轉速反饋信號而調整輸出的該第一電源，以控制該馬達轉速達到該目標轉速設定值。
2.如權利要求1所述的雙電源馬達控制系統，其中該馬達控制裝置包括傳感器，用以感測該馬達的相位切換以產生換相感測信號；控制器，分別電連接該傳感器與該系統端裝置，該控制器分別接收該換相感測信號與 該第二電源，且該控制器依據該換相感測信號以取得該馬達的該第一轉速值，該控制器輸 出一控制信號以調整該馬達轉速為該第二轉速值，且產生該轉速反饋信號至該系統端裝 置；驅動電路，分別電連接該馬達及該控制器，並依據該控制信號以驅動該馬達轉動；以及脈寬調製模塊，建置於該控制器內，該脈寬調製模塊依據該第一轉速值以調製該控制 信號，並輸出該控制信號。
3.如權利要求2所述的雙電源馬達控制系統，其中該驅動電路為半橋電路，其包括有 多個開關組件，該些開關組件電連接於該馬達的多個線圈與該控制器之間。
4.如權利要求3所述的雙電源馬達控制系統，其中該開關組件為電晶體，且該些晶體 管的集電極電連接於該馬達的該線圈，而該些電晶體的基極電連接於該控制器，該些晶體 管的發射極則電連接於接地端。
5.如權利要求2所述的雙電源馬達控制系統，其中該驅動電路為全橋電路，其包括有 多個開關組件，該些開關組件電連接於該馬達的線圈與該控制器之間。
6.如權利要求5所述的雙電源馬達控制系統，其中該開關組件為電晶體，且該些晶體 管的集電極電連接於該線圈，而該些電晶體的基極電連接於該控制器，而其中二個電晶體 的發射極電連接於該系統端裝置，而另外二個電晶體的發射極則電連接於接地端。
7.如權利要求2所述的雙電源馬達控制系統，其中該控制信號為脈寬調製信號。
8.如權利要求2所述的雙電源馬達控制系統，其中該脈寬調製模塊包括轉速與佔空周 期的對應關係表或對應關係方程式，該脈寬調製模塊依據該第一轉速值與該對應關係表或 該對應關係方程式中調整該控制信號的佔空周期。
9.如權利要求8所述的雙電源馬達控制系統，其中該脈寬調製模塊具有至少轉速門限 值，當該第一轉速值不符合該轉速門限值時，調製該控制信號為可變的佔空周期，當該第一 轉速值符合該轉速門限值時，調製該控制信號為固定的佔空周期。
10.如權利要求9所述的雙電源馬達控制系統，其中當該第一轉速值不符合該轉速門 限值時，該第一轉速值與該佔空周期的關係為正比關係，當該脈寬調製模塊取得該第一轉 速值為響應該馬達的轉速為低轉速時，該脈寬調製模塊調低該控制信號的佔空周期，當該脈寬調製模塊取得該第一轉速值為響應該馬達的轉速為高轉速時，該脈寬調製模塊調高該 控制信號的佔空周期。
11.如權利要求9所述的雙電源馬達控制系統，其中該轉速值與該佔空周期的關係為 線性關係。
12.如權利要求9所述的雙電源馬達控制系統，其中該轉速門限值為500rpm時，該控制 信號的固定佔空周期為20%，當該轉速門限值為2000rpm時，該控制信號的固定佔空周期 為 90%。
13.如權利要求1所述的雙電源馬達控制系統，其中該第一電源及該第二電源為直流 電壓信號。
14.如權利要求1所述的雙電源馬達控制系統，其中該第一電源為脈衝式電源信號，該 脈衝式電源信號為三角波信號、方波信號或脈寬調製信號。
15.如權利要求1所述的雙電源馬達控制系統，其中該第一電源為可調的電壓信號，而 該系統端裝置依據該轉速反饋信號而調整輸出該第一電源，當該轉速反饋信號響應的該馬 達轉速低於該目標轉速設定值時，該系統端裝置調高該第一電源輸出。
16.一種馬達控制裝置，電連接一馬達，該馬達控制裝置及該馬達分別系自外部接收第 一電源及第二電源，其中該第一電源為可調的電壓信號，包括傳感器，用以感測該馬達的相位切換以產生換相感測信號；控制器，電連接該傳感器，該控制器分別接收該換相感測信號與外部的該第二電源，且 該控制器依據該換相感測信號以取得該馬達的該第一轉速值，該控制器輸出控制信號以調 整該馬達轉速為該第二轉速值；驅動電路，分別電連接該馬達及該控制器，並依據該控制信號以驅動該馬達轉動；以及脈寬調製模塊，建置於該控制器內，該脈寬調製模塊依據該第一轉速值以調製該控制 信號，並輸出該控制信號。
17.如權利要求16所述的馬達控制裝置，其電性連接一系統端裝置，該系統端裝置具 有一目標轉速設定值，用以決定該馬達的目標轉速，該系統端裝置分別輸出該第一電源及 該第二電源至該馬達及該馬達控制裝置，該系統端裝置並自該控制器接收一響應該第二轉 速值的轉速反饋信號，該系統端裝置依據該轉速反饋信號而調整輸出的該第一電源，以控 制該馬達轉速達到該目標轉速設定值，其中當該轉速反饋信號響應的該馬達轉速低於該目 標轉速設定值時，該系統端裝置調高該第一電源輸出。
18.如權利要求16所述的馬達控制裝置，其中該驅動電路為半橋電路，其包括有多個 開關組件，該些開關組件分別電連接於該馬達的多個線圈與該控制器之間。
19.如權利要求18所述的馬達控制裝置，其中該開關組件為電晶體，且該些電晶體的 集電極電連接於該線圈，而該些電晶體的基極電連接於該控制器，該些電晶體的發射極則 電連接於接地端。
20.如權利要求16所述的馬達控制裝置，其中該驅動電路為全橋電路，其包括有多個 開關組件，該些開關組件電連接於該馬達的線圈與該控制器之間。
全文摘要
一種雙電源馬達控制系統，其包括馬達、系統端裝置及馬達控制裝置，而馬達控制裝置分別電連接該馬達及該系統端裝置。其中系統端裝置具有目標轉速設定值，用以決定馬達的目標轉速，系統端裝置分別輸出第一電源及第二電源至馬達及馬達控制裝置；該馬達控制裝置感測馬達，以取得馬達的第一轉速值，且馬達控制裝置依據第一轉速值而調整馬達轉速為第二轉速值，並且產生轉速反饋信號至系統端裝置；而系統端裝置依據轉速反饋信號而調整輸出的該第一電源，以控制該馬達轉速達到該目標轉速設定值。
文檔編號H02P4/00GK101895241SQ20091014111
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月22日 優先權日2009年5月22日
發明者吳家豐, 範姜朝洧, 邱俊隆, 郭柏村 申請人:臺達電子工業股份有限公司