無刷直流馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)一種馬達轉(zhuǎn)速控制技術(shù)，旨在提供一種可在低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生高扭力輸出，以及在高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生低扭力輸出的無刷直流馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]按，馬達(又稱電動機)主要能將電能轉(zhuǎn)換為機械能，藉以驅(qū)動機械作旋轉(zhuǎn)、振動或直線運動，而廣被運用于自動控制與機電整合領(lǐng)域，在生活上更有許多的家電產(chǎn)品，都需要運用到馬達來進行相關(guān)的運作，相對的馬達的類型與工作運用也愈來愈多樣化。
[0003]雖然馬達的種類很多，依照驅(qū)動電流的不同，大致可以分為直流馬達和交流馬達，且對于基本結(jié)構(gòu)來說，主要由定子(Stator)和轉(zhuǎn)子(Rotor)所構(gòu)成；其中，交流馬達雖然結(jié)構(gòu)簡單價格低廉，但早期因為變速控制較為困難，過去主要應(yīng)用于定轉(zhuǎn)速或多段變速的應(yīng)用場合。
[0004]由于交流馬達在實際運轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)速與輸入的電流頻率成正比，原則上頻率越高轉(zhuǎn)速越快，隨著變頻器應(yīng)用于交流馬達的變速控制在工業(yè)上已有相當?shù)臅r日，加上近年來大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，功率電子元件的進步，復雜的控制法則得以藉微處理器為基礎(chǔ)的軟件予以實現(xiàn)，使交流馬達的變速控制可藉由數(shù)字式變頻器驅(qū)動系統(tǒng)而達成，進而廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
[0005]一般直流馬達的轉(zhuǎn)子為電磁鐵(以漆包線繞成)，定子則為永久磁鐵，以永久磁鐵為周圍的磁場，線圈繞成的電磁鐵為中間轉(zhuǎn)子，主要透過適時改變電流方向方式，達到使轉(zhuǎn)子能依同一方向持續(xù)旋轉(zhuǎn)的目的；例如，有刷直流馬達靠電流流經(jīng)電刷再經(jīng)電樞轉(zhuǎn)動，其垂直磁場的產(chǎn)生采用在轉(zhuǎn)子上增加多組的線匯繞組，經(jīng)由電刷(brush)與換相(commuttor)的調(diào)整，使流入電樞的電流，能控制轉(zhuǎn)子磁場保持在磁場垂直的方向上。
[0006]至于，無刷直流馬達主要解決有刷直流馬達的電刷與換相器維護問題，其動作原理與有刷式直流馬達最大不同之處，在于無刷直流馬達改以電子式的換相，達到使轉(zhuǎn)子與定子磁場保持在預定相位差的目的。
[0007]然而，既有習用的無刷直流馬達欲進行轉(zhuǎn)速調(diào)整時，雖可透過改變電電壓的方式達成，相形之下會感覺較為簡單容易，但若馬達加上負載時，將嚴重造成扭力不足的問題，必須選擇較大功率的電源方可讓馬達從靜止狀態(tài)啟動運轉(zhuǎn)，如此不但造成無刷直流馬達可供使用電源的限制，且在無刷直流馬達全時運轉(zhuǎn)過程中亦相對較耗費電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明即在提供一種無刷直流馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，使所應(yīng)用的無刷直流馬達可在低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生高扭力輸出，以及在高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生低扭力輸出。
[0009]為達上揭目的，本發(fā)明的無刷直流馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，至少包括有:一無刷直流馬達，設(shè)有兩個定子、一個轉(zhuǎn)子，該兩個定子沿一相同的軸心排列設(shè)置，各定子具有一呈圓環(huán)狀的本體，于該本體上設(shè)有朝該本體中心延伸的定子齒，于各定子齒尾端形成一靴部，于各定子齒上繞設(shè)有預定閘數(shù)的線圈，且該兩個定子的靴部相互交錯圍繞呈一圓孔狀構(gòu)型，該轉(zhuǎn)子相對設(shè)于該兩個定子的圓孔狀構(gòu)型內(nèi)，該轉(zhuǎn)子于一轉(zhuǎn)軸上圍繞設(shè)置有復數(shù)永久磁石，且全數(shù)永久磁石以于該轉(zhuǎn)軸外圍形成南/北極交錯配置的方式排列設(shè)置；一逆變電路，電氣連接于該無刷直流馬達的兩個定子與直流電源之間；以及一閘極驅(qū)動電路及一微控制器，由該閘極驅(qū)動電路構(gòu)成該微控制器與該逆變電路電氣連接，由該微控制器連接外部傳速控制訊號。
[0010]利用上述技術(shù)特征，本發(fā)明的無刷直流馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，于使用時，透過逆變電路構(gòu)成兩個定子與直流電源電氣連接，且配合微控制器與門極驅(qū)動電路的整合運作下，依照所接收的轉(zhuǎn)速控制訊號及霍爾感應(yīng)元件所傳送的訊號，以交互驅(qū)動兩個定子的線圈電路，或是驅(qū)動任一定子的線圈電路的方式，讓所通電的定子與轉(zhuǎn)子形成相互作用電磁場，使轉(zhuǎn)子持續(xù)朝同一方向旋轉(zhuǎn)。俾可透過交互驅(qū)動兩個定子的線圈電路的方式在低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生高扭力輸出，以及透過驅(qū)動任一定子的線圈電路的方式在高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生低扭力輸出的轉(zhuǎn)速控制效果。
[0011]依據(jù)上述技術(shù)特征，于該無刷直流馬達轉(zhuǎn)速控制裝置，于該無刷直流馬達的轉(zhuǎn)子周邊處設(shè)有的周邊處可設(shè)置至少一霍爾感應(yīng)元件，以供隨該轉(zhuǎn)子的永久磁石位置改變而產(chǎn)生相對應(yīng)的電流訊號。
[0012]依據(jù)上述技術(shù)特征，于該逆變電路采用串聯(lián)方式電氣連接。
[0013]依據(jù)上述技術(shù)特征，于該相鄰靴部的間隙其范圍為2mm至5mm之間。
[0014]依據(jù)上述技術(shù)特征，于該些定子齒為彼相鄰線圈此間隔“180度/m”的電氣角，m為定子的數(shù)量。
[0015]依據(jù)上述技術(shù)特征，于該無刷直流馬達的轉(zhuǎn)子周邊處設(shè)有至少一個霍爾感應(yīng)元件與該微控制器電氣連接，由該霍爾感應(yīng)元件偵測該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
[0016]依據(jù)上述技術(shù)特征，于該無刷直流馬達的轉(zhuǎn)子周邊處設(shè)有至少兩個霍爾感應(yīng)元件與該微控制器電氣連接，由其中一霍爾感應(yīng)元件偵測該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，由另一霍爾感應(yīng)元件偵測電流交換的時序。
[0017]依據(jù)上述技術(shù)特征，于該無刷直流馬達的轉(zhuǎn)子周邊處設(shè)有至少三個霍爾感應(yīng)元件與該微控制器電氣連接，由其中一霍爾感應(yīng)元件偵測該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，由另一霍爾感應(yīng)元件偵測電流交換的時序，以及，由再一霍爾感應(yīng)元件偵測判斷該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。
[0018]依據(jù)上述技術(shù)特征，于該微控制器連接外部傳速控制訊號及該至少一霍爾感應(yīng)元件的電流訊號，且依照所接收的轉(zhuǎn)速控制訊號及霍爾感應(yīng)元件所傳送的訊號，控制該閘極驅(qū)動電路以交互驅(qū)動兩個定子的線圈電路。
[0019]依據(jù)上述技術(shù)特征，于該微控制器連接外部傳速控制訊號及該至少一霍爾感應(yīng)元件的電流訊號，且依照所接收的轉(zhuǎn)速控制訊號及霍爾感應(yīng)元件所傳送的訊號，驅(qū)動任一定子的線圈電路的方式，讓所通電的定子與所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子形成相互作用電磁場。
[0020]所述各定子分別設(shè)有八個定子齒，該轉(zhuǎn)子設(shè)有八個永久磁石。
[0021]所述各定子分別設(shè)有偶數(shù)個定子齒，該轉(zhuǎn)子設(shè)有偶數(shù)個永久磁石。
[0022]所述各定子分別設(shè)有偶數(shù)個定子齒，該轉(zhuǎn)子設(shè)有相對應(yīng)定子的偶數(shù)個永久磁石。
[0023]所述各定子由復數(shù)相同構(gòu)型的硅鋼片疊置構(gòu)成。
[0024]所述各永久磁石的軸向長度涵蓋該兩個定子的靴部設(shè)置范圍。
[0025]具體而言，本發(fā)明所揭露的無刷直流馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，可透過交互驅(qū)動兩個定子的線圈電路的方式在低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生高扭力輸出，以及透過驅(qū)動任一定子的線圈電路的方式在高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生低扭力輸出的轉(zhuǎn)速控制效果，不需要高功率的電源即可啟動馬達運轉(zhuǎn)，并且在馬達運轉(zhuǎn)至設(shè)定的轉(zhuǎn)速后即可切換成改以驅(qū)動任一定子的線圈電路的方式運轉(zhuǎn)，不但可以降低無刷直流馬達使用電源的限制，且在無刷直流馬達全時運轉(zhuǎn)過程中亦相對較節(jié)省電能。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的無刷直流馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)組成架構(gòu)示意圖。
[0027]圖2為本發(fā)明的無刷直流馬達外觀立體圖。
[0028]圖3為本發(fā)明的無刷直流馬達結(jié)構(gòu)分解圖。
[0029]圖4為本發(fā)明的無刷直流馬達結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0030]圖5為本發(fā)明的無刷直流馬達以交互驅(qū)動兩個定子的線圈電路的方式運轉(zhuǎn)時，其定子與轉(zhuǎn)子的磁性相互作用關(guān)系示意圖。
[0031]圖6為本發(fā)明的無刷直流馬達以驅(qū)動任一定子的線圈電路的方式運轉(zhuǎn)時，其定子與轉(zhuǎn)子的磁性相互作用關(guān)示意圖。
[0032]圖號說明:
Q1~Q8電晶體
11霍爾感應(yīng)元件
12逆變電路
13閘極驅(qū)動電路
14微控制器
20無刷直流馬達
21定子
211本體
212定子齒
213靴部
214線圈
22轉(zhuǎn)子
221轉(zhuǎn)軸
222永久磁石。
【具體實施方式】
[0033]本發(fā)明主要提供一種可在低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生高扭力輸出，以及在高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生低扭力輸出的無刷直流馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，進而達到低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生高扭力輸出，以及在高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生低扭力輸出的轉(zhuǎn)速控制效果，即可進行大范圍的轉(zhuǎn)動速度變化對應(yīng)的無刷馬達控制系統(tǒng)，如圖1本發(fā)明的無刷直流馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)組成架構(gòu)示意圖所示，本發(fā)明的無刷直流馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，包括有:一無刷直流馬達20、至少一霍爾感應(yīng)元件
11、一逆變電路12、一閘極驅(qū)動電路13及一微控制器14。
[0034]請同時配合參照圖1至圖5所示；其中，該無刷直流馬達20，設(shè)有兩個定子21、一個轉(zhuǎn)子22，該兩個定子21沿一相同的軸心排列設(shè)置，各定子21具有一呈圓環(huán)狀的本體211，于該本體211上設(shè)有朝該本體211中心延伸的定子齒212，于各定子齒212尾端形成一靴部213，于各定子齒212上繞設(shè)有預定閘數(shù)的線圈214，各定子21相鄰的靴部213的間隙其范圍為2mm至5mm之間，所述的間隙小于2mm則繞線困難，大于5mm容易產(chǎn)生無用的磁力，且成本更高，且該兩個定子21的靴部213相互交錯圍繞呈一圓孔狀構(gòu)型；該轉(zhuǎn)子22相對設(shè)于該兩個定子21的圓孔狀構(gòu)型內(nèi)，該轉(zhuǎn)子22于一轉(zhuǎn)軸221上圍繞設(shè)置有復數(shù)永久磁石222，且全數(shù)永久磁石222以于該轉(zhuǎn)軸外圍形成南/北極交錯配置的方式排列設(shè)置。
[0035]其中，該些定子齒212相鄰線圈214為彼此間隔“180度/m”的電氣角，m為定子21的數(shù)量，在此，機械角和電氣角的關(guān)毫無疑義地由定子數(shù)量決定，又，該些定子齒相鄰線圈為彼此間隔“180度/m”的電氣角，m為定子的數(shù)量。
[0036]因此，電氣角的一個周期不與機械角的一個周期對應(yīng)，以本發(fā)明的較佳實施例為例，二個定子21，該些定子21的定子齒212為八個，其電氣角的一個周期相當于該轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)角的1/4。此時，即使是電氣角為恒定角度中的感應(yīng)電壓，也會變?yōu)樵跈C械角不同的位置檢測出的感應(yīng)電壓。若機械角不同，則也會存在基于定子21數(shù)量的機械式結(jié)構(gòu)而在感應(yīng)電壓中產(chǎn)生變化的情況。
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