無(wú)刷直流馬達(dá)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(dá)轉(zhuǎn)速控制技術(shù)，旨在提供一種可在低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生高扭力輸出，以及在高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生低扭力輸出的無(wú)刷直流馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]按，馬達(dá)(又稱電動(dòng)機(jī))主要能將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，藉以驅(qū)動(dòng)機(jī)械作旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)，而廣被運(yùn)用于自動(dòng)控制與機(jī)電整合領(lǐng)域，在生活上更有許多的家電產(chǎn)品，都需要運(yùn)用到馬達(dá)來(lái)進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)作，相對(duì)的馬達(dá)的類型與工作運(yùn)用也愈來(lái)愈多樣化。
[0003]雖然馬達(dá)的種類很多，依照驅(qū)動(dòng)電流的不同，大致可以分為直流馬達(dá)和交流馬達(dá)，且對(duì)于基本結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，主要由定子(Stator)和轉(zhuǎn)子(Rotor)所構(gòu)成；其中，交流馬達(dá)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格低廉，但早期因?yàn)樽兯倏刂戚^為困難，過(guò)去主要應(yīng)用于定轉(zhuǎn)速或多段變速的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0004]由于交流馬達(dá)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(dá)的變速控制在工業(yè)上已有相當(dāng)?shù)臅r(shí)日，加上近年來(lái)大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，功率電子元件的進(jìn)步，復(fù)雜的控制法則得以藉微處理器為基礎(chǔ)的軟件予以實(shí)現(xiàn)，使交流馬達(dá)的變速控制可藉由數(shù)字式變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而達(dá)成，進(jìn)而廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
[0005]一般直流馬達(dá)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(chǎng)，線圈繞成的電磁鐵為中間轉(zhuǎn)子，主要透過(guò)適時(shí)改變電流方向方式，達(dá)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(dá)靠電流流經(jīng)電刷再經(jīng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，其垂直磁場(chǎng)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(chǎng)保持在磁場(chǎng)垂直的方向上。
[0006]至于，無(wú)刷直流馬達(dá)主要解決有刷直流馬達(dá)的電刷與換相器維護(hù)問(wèn)題，其動(dòng)作原理與有刷式直流馬達(dá)最大不同之處，在于無(wú)刷直流馬達(dá)改以電子式的換相，達(dá)到使轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)保持在預(yù)定相位差的目的。
[0007]然而，既有習(xí)用的無(wú)刷直流馬達(dá)欲進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整時(shí)，雖可透過(guò)改變電電壓的方式達(dá)成，相形之下會(huì)感覺(jué)較為簡(jiǎn)單容易，但若馬達(dá)加上負(fù)載時(shí)，將嚴(yán)重造成扭力不足的問(wèn)題，必須選擇較大功率的電源方可讓馬達(dá)從靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，如此不但造成無(wú)刷直流馬達(dá)可供使用電源的限制，且在無(wú)刷直流馬達(dá)全時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中亦相對(duì)較耗費(fèi)電能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明即在提供一種無(wú)刷直流馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，使所應(yīng)用的無(wú)刷直流馬達(dá)可在低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生高扭力輸出，以及在高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生低扭力輸出。
[0009]為達(dá)上揭目的，本發(fā)明的無(wú)刷直流馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，至少包括有:一無(wú)刷直流馬達(dá)，設(shè)有兩個(gè)定子、一個(gè)轉(zhuǎn)子，該兩個(gè)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(yù)定閘數(shù)的線圈，且該兩個(gè)定子的靴部相互交錯(cuò)圍繞呈一圓孔狀構(gòu)型，該轉(zhuǎn)子相對(duì)設(shè)于該兩個(gè)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(fù)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(cuò)配置的方式排列設(shè)置；一逆變電路，電氣連接于該無(wú)刷直流馬達(dá)的兩個(gè)定子與直流電源之間；以及一閘極驅(qū)動(dòng)電路及一微控制器，由該閘極驅(qū)動(dòng)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(hào)。
[0010]利用上述技術(shù)特征，本發(fā)明的無(wú)刷直流馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，于使用時(shí)，透過(guò)逆變電路構(gòu)成兩個(gè)定子與直流電源電氣連接，且配合微控制器與門極驅(qū)動(dòng)電路的整合運(yùn)作下，依照所接收的轉(zhuǎn)速控制訊號(hào)及霍爾感應(yīng)元件所傳送的訊號(hào)，以交互驅(qū)動(dòng)兩個(gè)定子的線圈電路，或是驅(qū)動(dòng)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(chǎng)，使轉(zhuǎn)子持續(xù)朝同一方向旋轉(zhuǎn)。俾可透過(guò)交互驅(qū)動(dòng)兩個(gè)定子的線圈電路的方式在低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生高扭力輸出，以及透過(guò)驅(qū)動(dòng)任一定子的線圈電路的方式在高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(wú)刷直流馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制裝置，于該無(wú)刷直流馬達(dá)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(duì)應(yīng)的電流訊號(hào)。
[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(wú)刷直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)子周邊處設(shè)有至少一個(gè)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(cè)該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
[0016]依據(jù)上述技術(shù)特征，于該無(wú)刷直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)子周邊處設(shè)有至少兩個(gè)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(cè)該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，由另一霍爾感應(yīng)元件偵測(cè)電流交換的時(shí)序。
[0017]依據(jù)上述技術(shù)特征，于該無(wú)刷直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)子周邊處設(shè)有至少三個(gè)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(cè)該轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，由另一霍爾感應(yīng)元件偵測(cè)電流交換的時(shí)序，以及，由再一霍爾感應(yīng)元件偵測(cè)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(hào)及該至少一霍爾感應(yīng)元件的電流訊號(hào)，且依照所接收的轉(zhuǎn)速控制訊號(hào)及霍爾感應(yīng)元件所傳送的訊號(hào)，控制該閘極驅(qū)動(dòng)電路以交互驅(qū)動(dòng)兩個(gè)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(hào)及該至少一霍爾感應(yīng)元件的電流訊號(hào)，且依照所接收的轉(zhuǎn)速控制訊號(hào)及霍爾感應(yīng)元件所傳送的訊號(hào)，驅(qū)動(dòng)任一定子的線圈電路的方式，讓所通電的定子與所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子形成相互作用電磁場(chǎng)。
[0020]所述各定子分別設(shè)有八個(gè)定子齒，該轉(zhuǎn)子設(shè)有八個(gè)永久磁石。
[0021]所述各定子分別設(shè)有偶數(shù)個(gè)定子齒，該轉(zhuǎn)子設(shè)有偶數(shù)個(gè)永久磁石。
[0022]所述各定子分別設(shè)有偶數(shù)個(gè)定子齒，該轉(zhuǎn)子設(shè)有相對(duì)應(yīng)定子的偶數(shù)個(gè)永久磁石。
[0023]所述各定子由復(fù)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(zhǎng)度涵蓋該兩個(gè)定子的靴部設(shè)置范圍。
[0025]具體而言，本發(fā)明所揭露的無(wú)刷直流馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，可透過(guò)交互驅(qū)動(dòng)兩個(gè)定子的線圈電路的方式在低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生高扭力輸出，以及透過(guò)驅(qū)動(dòng)任一定子的線圈電路的方式在高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且在馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)至設(shè)定的轉(zhuǎn)速后即可切換成改以驅(qū)動(dòng)任一定子的線圈電路的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，不但可以降低無(wú)刷直流馬達(dá)使用電源的限制，且在無(wú)刷直流馬達(dá)全時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中亦相對(duì)較節(jié)省電能。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明的無(wú)刷直流馬達(dá)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(wú)刷直流馬達(dá)外觀立體圖。
[0028]圖3為本發(fā)明的無(wú)刷直流馬達(dá)結(jié)構(gòu)分解圖。
[0029]圖4為本發(fā)明的無(wú)刷直流馬達(dá)結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0030]圖5為本發(fā)明的無(wú)刷直流馬達(dá)以交互驅(qū)動(dòng)兩個(gè)定子的線圈電路的方式運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(wú)刷直流馬達(dá)以驅(qū)動(dòng)任一定子的線圈電路的方式運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其定子與轉(zhuǎn)子的磁性相互作用關(guān)示意圖。
[0032]圖號(hào)說(shuō)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(dòng)電路
14微控制器
20無(wú)刷直流馬達(dá)
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(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明主要提供一種可在低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生高扭力輸出，以及在高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生低扭力輸出的無(wú)刷直流馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，進(jìn)而達(dá)到低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生高扭力輸出，以及在高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生低扭力輸出的轉(zhuǎn)速控制效果，即可進(jìn)行大范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化對(duì)應(yīng)的無(wú)刷馬達(dá)控制系統(tǒng)，如圖1本發(fā)明的無(wú)刷直流馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)組成架構(gòu)示意圖所示，本發(fā)明的無(wú)刷直流馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，包括有:一無(wú)刷直流馬達(dá)20、至少一霍爾感應(yīng)元件
11、一逆變電路12、一閘極驅(qū)動(dòng)電路13及一微控制器14。
[0034]請(qǐng)同時(shí)配合參照?qǐng)D1至圖5所示；其中，該無(wú)刷直流馬達(dá)20，設(shè)有兩個(gè)定子21、一個(gè)轉(zhuǎn)子22，該兩個(gè)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(yù)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(wú)用的磁力，且成本更高，且該兩個(gè)定子21的靴部213相互交錯(cuò)圍繞呈一圓孔狀構(gòu)型；該轉(zhuǎn)子22相對(duì)設(shè)于該兩個(gè)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(fù)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(cuò)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(jī)械角和電氣角的關(guān)毫無(wú)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(gè)周期不與機(jī)械角的一個(gè)周期對(duì)應(yīng)，以本發(fā)明的較佳實(shí)施例為例，二個(gè)定子21，該些定子21的定子齒212為八個(gè)，其電氣角的一個(gè)周期相當(dāng)于該轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)角的1/4。此時(shí)，即使是電氣角為恒定角度中的感應(yīng)電壓，也會(huì)變?yōu)樵跈C(jī)械角不同的位置檢測(cè)出的感應(yīng)電壓。若機(jī)械角不同，則也會(huì)存在基于定子21數(shù)量的機(jī)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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