CN114977670A - 马达单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种马达单元和一种马达控制器，其中，该马达单元具有一马达控制器、一马达以及一霍尔传感器，其中该马达控制器用以驱动该马达。该马达控制器具有一开关电路、一控制单元、一相位信号产生单元以及一运算放大器。该控制单元产生多个控制信号以控制该开关电路。该马达具有一转子、一硅钢片以及一线圈。为了提高启动正转的成功率，该硅钢片可具有一非对称结构，使得一扇叶于静止的状态时会偏向正转的方向。该马达控制器可于一霍尔电压为0时启动该马达并切换相位。

Description

马达单元
技术领域
本发明关于一种马达单元，特别是关于一种单相马达单元。
背景技术
传统上马达的驱动方式可分为两种。一种是通过霍尔传感器以切换相位进而驱动马达运转。另一种则是无需霍尔传感器而驱动马达运转。当单相马达***配置霍尔传感器时，霍尔传感器必须能够感应超过一启动电压值，这样风扇启动时才会往正转方向转动，否则会有逆转的风险。因此，霍尔传感器容易于弱磁状态下导致***误判风扇的转动方向。相同地，当单相马达***使用无传感器驱动方法时，如果反电动势信号太小也会容易导致***误判风扇的转动方向。
发明内容
有鉴于前述问题，本发明的目的在于提供一种可提高启动正转的成功率的马达单元。
依据本发明提供该马达单元。该马达单元具有一马达控制器、一马达以及一霍尔传感器，其中该马达控制器用以驱动该马达。一风扇具有该马达、一扇叶以及该霍尔传感器。该马达具有一转子、一硅钢片以及一线圈。该转子分成4个磁极以切换相位，其中磁极N和磁极S各两个。该线圈绕设于该硅钢片上，通过电磁感应改变磁场以驱动该转子。为了提高启动正转的成功率，该硅钢片可具有一非对称结构，使得该扇叶于静止的状态时会偏向正转的方向。此外，根据该风扇的正转方向，该霍尔传感器可设置于一对应于一机构零点位置的超前位置，使得该马达提早换相以提高启动正转的成功率。
马达控制器具有一开关电路、一控制单元、一相位信号产生单元以及一运算放大器。该开关电路具有一第一晶体管、一第二晶体管、一第三晶体管以及一第四晶体管，用以供应一马达电流至该马达。该控制单元产生一第一控制信号、一第二控制信号、一第三控制信号以及一第四控制信号，用以分别控制该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管以及该第四晶体管的导通情形。该相位信号产生单元产生一相位信号至该控制单元，用以通知该控制单元切换相位。该霍尔传感器侦测该转子的位置并产生一第一霍尔信号与一第二霍尔信号。该运算放大器接收该第一霍尔信号与该第二霍尔信号，用以产生一霍尔输出信号至该相位信号产生单元。该马达控制器利用该硅钢片的一非对称特性以切换相位。
通过该非对称的硅钢片与该霍尔传感器的摆放位置，该马达控制器可于一霍尔电压为0时启动该马达并切换相位，其中该霍尔电压由该霍尔传感器所产生。也就是说，当该马达处于一启动状态且该第一霍尔信号与该第二霍尔信号的差值为0时，该相位信号会从一第一位准改变成一第二位准，用以通知该控制单元切换相位。为了避免该第一霍尔信号与该第二霍尔信号于0伏特附近发生抖动，该相位信号产生单元可设置一抗噪声电路以避免一误动作。该马达控制器可具有一第一抗噪声机制与一第二抗噪声机制以避免该误动作。当该马达控制器切换相位后，该马达控制器可启动该第一抗噪声机制使得下一次换相时间需大于一预设时间。此外，当该马达控制器切换相位后，该马达控制器亦可启动该第二抗噪声机制使得该第一霍尔信号与该第二霍尔信号的差值需大于一正值或小于一负值时才能再次换相。举例来说，该正值可设定为10mV而该负值可设定为-10mV。因此，该马达单元于一弱磁状态下不会误判该风扇的转动方向，且同时可避免该马达的死锁问题并提高启动正转的成功率。
该马达控制器成功地启动该马达后，该马达会从该启动状态切换至一正常操作状态。当该马达处于该正常操作状态时，该马达控制器亦可于霍尔电压为0时切换相位。也就是说，当该马达处于该正常操作状态且该第一霍尔信号与该第二霍尔信号的差值为0时，该相位信号会从一第一位准改变成一第二位准，用以通知该控制单元切换相位。因此，该相位信号产生单元可于该启动状态与该正常操作状态时产生该相位信号以切换相位。此外，该马达控制器可应用于一单相马达***。
附图说明
图1为本发明一实施例的风扇的示意图。
图2为本发明第一实施例的马达单元的示意图。
图3为本发明第一实施例的相位信号产生单元的示意图。
图4为本发明第一实施例的时序图。
图5为本发明第二实施例的马达单元的示意图。
附图标记说明：1-风扇；10-马达单元；11-马达控制器；100-转子；110-硅钢片；120-线圈；130-扇叶；140-霍尔传感器；150-开关电路；151-第一晶体管；152-第二晶体管；153-第三晶体管；154-第四晶体管；M-马达；160-控制单元；170-相位信号产生单元；180-运算放大器；O1-第一端点；O2-第二端点；C1-第一控制信号；C2-第二控制信号；C3-第三控制信号；C4-第四控制信号；Vh1-第一霍尔信号；Vh2-第二霍尔信号；Vh-霍尔输出信号；Vp-相位信号；VCC-电压源；GND-端点；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；CP1-第一比较器；CP2-第二比较器；CP3-第三比较器；171-反相器；172,173,176,177-或非门；174,175-与门；178-去抖动电路；179-脉波产生器；Vr1-第一参考电压；Vr2-第二参考电压；Vr3-第三参考电压；V1-第一信号；V2-第二信号；V3-第三信号；RST-重置信号；EN-致能信号；20-马达单元；21-马达控制器；270-相位信号产生单元；280-反电动势侦测单元；Vb-反电动势信号。
具体实施方式
下文中的说明将使本发明的目的、特征、与优点更明显。兹将参考图式详细说明依据本发明的较佳实施例。
图1为本发明一实施例的风扇1的示意图。风扇1具有一马达M、一扇叶130以及一霍尔传感器140，其中虚线指机构零点位置。马达M具有一转子100、一硅钢片110以及一线圈120。转子100分成4个磁极以切换相位，其中磁极N和磁极S各两个。线圈120绕设于硅钢片110上，通过电磁感应改变磁场以驱动转子100。为了提高启动正转的成功率，硅钢片110可具有一非对称结构，使得扇叶130于静止的状态时会偏向正转的方向。此外，根据风扇1的正转方向，霍尔传感器140可设置于一对应于机构零点位置的超前位置，使得马达M提早换相以提高启动正转的成功率。
图2为本发明第一实施例的马达单元10的示意图。马达单元10具有一马达控制器11、马达M以及霍尔传感器140，其中马达控制器11用以驱动马达M。马达M具有一第一端点O1与一第二端点O2。马达控制器11具有一开关电路150、一控制单元160、一相位信号产生单元170以及一运算放大器180。开关电路150具有一第一晶体管151、一第二晶体管152、一第三晶体管153以及一第四晶体管154，用以供应一马达电流至马达M。第一晶体管151耦合至一电压源VCC与第一端点O1而第二晶体管152耦合至第一端点O1与一端点GND。第三晶体管153耦合至电压源VCC与第二端点O2而第四晶体管154耦合至第二端点O2与端点GND。第一晶体管151、第二晶体管152、第三晶体管153以及第四晶体管154可为一P型金氧半晶体管或一N型金氧半晶体管。如图2所示，第一晶体管151与第三晶体管153以两P型金氧半晶体管为例。第二晶体管152与第四晶体管154以两N型金氧半晶体管为例。
控制单元160产生一第一控制信号C1、一第二控制信号C2、一第三控制信号C3以及一第四控制信号C4，用以分别控制第一晶体管151、第二晶体管152、第三晶体管153以及第四晶体管154的导通情形。相位信号产生单元170产生一相位信号Vp至控制单元160，用以通知控制单元160切换相位。霍尔传感器140侦测转子100的位置并产生一第一霍尔信号Vh1与一第二霍尔信号Vh2。运算放大器180接收第一霍尔信号Vh1与第二霍尔信号Vh2，用以产生一霍尔输出信号Vh至相位信号产生单元170。运算放大器180具有一放大倍率A。马达控制器11利用硅钢片110的一非对称特性以切换相位。
通过非对称的硅钢片110与霍尔传感器140的摆放位置，马达控制器11可于一霍尔电压为0时启动马达M并切换相位，其中霍尔电压由霍尔传感器140所产生。也就是说，当马达M处于一启动状态且第一霍尔信号Vh1与第二霍尔信号Vh2的差值为0时，相位信号Vp会从一第一位准改变成一第二位准，用以通知控制单元160切换相位。为了避免第一霍尔信号Vh1与第二霍尔信号Vh2于0伏特附近发生抖动，相位信号产生单元170可设置一抗噪声电路以避免误动作。马达控制器11可具有一第一抗噪声机制与一第二抗噪声机制以避免误动作。当马达控制器11切换相位后，马达控制器11可启动第一抗噪声机制使得下一次换相时间需大于一预设时间。此外，当马达控制器11切换相位后，马达控制器11亦可启动第二抗噪声机制使得第一霍尔信号Vh1与第二霍尔信号Vh2的差值需大于一正值或小于一负值时才能再次换相。举例来说，正值可设定为10mV而负值可设定为-10mV。因此，马达单元10于一弱磁状态下不会误判风扇1的转动方向，且同时可避免马达M的死锁问题并提高启动正转的成功率。
图3为本发明第一实施例的相位信号产生单元170的示意图。相位信号产生单元170具有一第一电阻R1、一第二电阻R2、一第三电阻R3、一第四电阻R4、一第一比较器CP1、一第二比较器CP2、一第三比较器CP3、一反相器171、一或非门172、一或非门173、一与门174、一与门175、一或非门176、一或非门177、一去抖动(Debounce)电路178以及一脉波产生器179。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4形成一分压器，用以分别地提供一第一参考电压Vr1、一第二参考电压Vr2以及一第三参考电压Vr3至第一比较器CP1、第二比较器CP2以及第三比较器CP3。分压器耦合至电压源VCC与端点GND，其中电压源VCC具有一电压V。或非门176与或非门177形成一第一SR闩锁器而或非门172与或非门173形成一第二SR闩锁器。图4为本发明第一实施例的时序图。当第一霍尔信号Vh1为0且第二霍尔信号Vh2为0时，霍尔输出信号Vh经由运算放大器180被偏压至1/2V。因此，第一参考电压Vr1可被设计为1/2V。第一比较器CP1通过比较霍尔输出信号Vh与第一参考电压Vr1，以产生一第一信号V1用以切换相位。脉波产生器179接收相位信号Vp以产生一重置信号RST至去抖动电路178。当相位信号Vp发生变化时，去抖动电路178可根据重置信号RST以输出一致能信号EN至与门174与与门175，用以产生预设时间并使得下一次换相时间大于预设时间。因此，去抖动电路178可避免误动作。第二参考电压Vr2与第三参考电压Vr3可分别地被设计为1/2V+正值×A与1/2V+负值×A。第二比较器CP2通过比较霍尔输出信号Vh与第二参考电压Vr2以产生一第二信号V2。第三比较器CP3通过比较霍尔输出信号Vh与第三参考电压Vr3以产生一第三信号V3。相位信号产生单元170利用第二信号V2与第三信号V3，使得第一霍尔信号Vh1与第二霍尔信号Vh2的差值需大于正值或小于负值时才能再次换相。第二比较器CP2、第三比较器CP3、与门174、与门175、去抖动电路178以及脉波产生器179可组成抗噪声电路。
马达控制器11成功地启动马达M后，马达M会从启动状态切换至一正常操作状态。当马达M处于正常操作状态时，马达控制器11亦可于霍尔电压为0时切换相位。也就是说，当马达M处于正常操作状态且第一霍尔信号Vh1与第二霍尔信号Vh2的差值为0时，相位信号Vp会从一第一位准改变成一第二位准，用以通知控制单元160切换相位。因此，相位信号产生单元170可于启动状态与正常操作状态时产生相位信号Vp以切换相位。此外，马达控制器11可应用于一单相马达***。
图5为本发明第二实施例的马达单元20的示意图。马达单元20具有一马达控制器21与马达M。马达控制器21使用一无传感器驱动方法以驱动马达M。马达控制器21具有开关电路150、控制单元160、一相位信号产生单元270以及一反电动势侦测单元280。开关电路150具有第一晶体管151、第二晶体管152、第三晶体管153以及第四晶体管154，用以供应一马达电流至马达M。控制单元160产生第一控制信号C1、第二控制信号C2、第三控制信号C3以及第四控制信号C4，用以分别控制第一晶体管151、第二晶体管152、第三晶体管153以及第四晶体管154的导通情形。相位信号产生单元270接收一反电动势信号Vb以产生一相位信号Vp至控制单元160。反电动势侦测单元280产生反电动势信号Vb至相位信号产生单元270。通过非对称的硅钢片110，马达控制器21可于反电动势信号Vb为0时启动马达M并切换相位。也就是说，当马达M处于一启动状态且反电动势信号Vb为0时，相位信号Vp会从一第一位准改变成一第二位准，用以通知控制单元160切换相位。为了避免反电动势信号Vb于0伏特附近发生抖动，相位信号产生单元270可设置一抗噪声电路以避免误动作。当马达控制器21切换相位后，马达控制器21可使得下一次换相时间需大于一预设时间。此外，当马达控制器21切换相位后，马达控制器21亦可使得反电动势信号Vb需大于一正值或小于一负值时才能再次换相。因此，当反电动势信号Vb太小时，马达单元20不会误判风扇1的转动方向，因而可提高启动正转的成功率。
马达控制器21成功地启动马达M后，马达M会从启动状态切换至一正常操作状态。当马达M处于正常操作状态时，马达控制器11亦可于反电动势信号Vb为0时切换相位。也就是说，当马达M处于正常操作状态且反电动势信号Vb为0时，相位信号Vp会从一第一位准改变成一第二位准，用以通知控制单元160切换相位。因此，相位信号产生单元270可于启动状态与正常操作状态时产生相位信号Vp以切换相位。相位信号产生单元270与相位信号产生单元170可具有相同的电路架构。此外，马达控制器21可应用于一单相马达***。
虽然本发明业已通过较佳实施例作为例示加以说明，应了解者为：本发明不限于此被揭露的实施例。相反地，本发明意欲涵盖对于熟习此项技艺的人士而言明显的各种修改与相似配置。因此，申请专利范围应根据最广的诠释，以包含所有此类修改与相似配置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (25)

1.一种马达单元，其特征在于，包含：
一马达，其中该马达包含一硅钢片；以及
一马达控制器，其中该马达控制器包含一开关电路与一控制单元，该马达控制器用以驱动该马达，该开关电路供应一马达电流至该马达，该控制单元产生多个控制信号以控制该开关电路，该硅钢片具有一非对称结构，使得一扇叶于一静止的状态时会偏向一正转的方向。
2.如权利要求1所述的马达单元，其特征在于，该硅钢片具有该非对称结构，用以提高启动一正转的成功率。
3.如权利要求1所述的马达单元，其特征在于，该马达更包含一线圈，该线圈绕设于该硅钢片上。
4.如权利要求1所述的马达单元，其特征在于，该马达单元更包含一霍尔传感器，根据一风扇的一正转方向，该霍尔传感器设置于一对应于一机构零点位置的超前位置。
5.如权利要求1所述的马达单元，其特征在于，该马达控制器于一霍尔电压为0时启动该马达并切换相位，该霍尔电压由一霍尔传感器所产生。
6.如权利要求1所述的马达单元，其特征在于，当该马达控制器切换相位后，该马达控制器使得下一次换相时间需大于一预设时间。
7.如权利要求1所述的马达单元，其特征在于，该马达单元更包含一霍尔传感器，该霍尔传感器产生一第一霍尔信号与一第二霍尔信号，当该马达控制器切换相位后，该马达控制器使得该第一霍尔信号与该第二霍尔信号的一差值需大于一正值时才能再次换相。
8.如权利要求1所述的马达单元，其特征在于，该马达单元更包含一霍尔传感器，该霍尔传感器产生一第一霍尔信号与一第二霍尔信号，当该马达控制器切换相位后，该马达控制器使得该第一霍尔信号与该第二霍尔信号的一差值需小于一负值时才能再次换相。
9.如权利要求1所述的马达单元，其特征在于，当该马达处于一正常操作状态时，该马达控制器于一霍尔电压为0时切换相位，该霍尔电压由一霍尔传感器所产生。
10.如权利要求1所述的马达单元，其特征在于，该马达控制器于一反电动势信号为0时启动该马达并切换相位。
11.如权利要求1所述的马达单元，其特征在于，当该马达处于一正常操作状态时，该马达控制器于一反电动势信号为0时切换相位。
12.如权利要求1所述的马达单元，其特征在于，该马达控制器应用于一单相马达***。
13.一种马达控制器，用以驱动一马达，其特征在于，该马达控制器包含：
一开关电路，用以供应一马达电流至该马达；
一控制单元，用以产生多个控制信号以控制该开关电路；以及
一相位信号产生单元，用以接收一霍尔输出信号以产生一相位信号至该控制单元，其中该马达控制器于一霍尔电压为0时启动该马达并切换相位，该霍尔电压由一霍尔传感器所产生。
14.如权利要求13所述的马达控制器，其特征在于，该相位信号产生单元包含一抗噪声电路，该抗噪声电路用以避免一误动作。
15.如权利要求13所述的马达控制器，其特征在于，当该马达控制器切换相位后，该马达控制器使得下一次换相时间需大于一预设时间。
16.如权利要求13所述的马达控制器，其特征在于，当该马达控制器切换相位后，该马达控制器使得一第一霍尔信号与一第二霍尔信号的一差值需大于一正值时才能再次换相。
17.如权利要求13所述的马达控制器，其特征在于，当该马达控制器切换相位后，该马达控制器使得一第一霍尔信号与一第二霍尔信号的一差值需小于一负值时才能再次换相。
18.如权利要求13所述的马达控制器，其特征在于，该相位信号产生单元包含一第一比较器，该第一比较器通过比较该霍尔输出信号与一第一参考电压，以产生一第一信号用以切换相位。
19.如权利要求18所述的马达控制器，其特征在于，该相位信号产生单元更包含一第二比较器，该第二比较器通过比较该霍尔输出信号与一第二参考电压以产生一第二信号。
20.如权利要求19所述的马达控制器，其特征在于，该相位信号产生单元更包含一第三比较器，该第三比较器通过比较该霍尔输出信号与一第三参考电压以产生一第三信号。
21.一种马达控制器，用以驱动一马达，其特征在于，该马达控制器包含：
一开关电路，用以供应一马达电流至该马达；
一控制单元，用以产生多个控制信号以控制该开关电路；以及
一相位信号产生单元，用以接收一霍尔输出信号以产生一相位信号至该控制单元，其中当该马达处于一正常操作状态时，该马达控制器于一霍尔电压为0时切换相位，该霍尔电压由一霍尔传感器所产生。
22.如权利要求21所述的马达控制器，其特征在于，该相位信号产生单元包含一抗噪声电路，该抗噪声电路用以避免一误动作。
23.一种马达控制器，用以驱动一马达，该马达具有一硅钢片，其特征在于，该马达控制器包含：
一开关电路，用以供应一马达电流至该马达；以及
一控制单元，用以产生多个控制信号以控制该开关电路，其中该硅钢片具有一非对称结构，该马达控制器利用该硅钢片的一非对称特性以切换相位。
24.一种马达控制器，用以驱动一马达，其特征在于，该马达控制器包含：
一开关电路，用以供应一马达电流至该马达；
一控制单元，用以产生多个控制信号以控制该开关电路；以及
一相位信号产生单元，用以接收一反电动势信号以产生一相位信号至该控制单元，其中该马达控制器于该反电动势信号为0时启动该马达并切换相位，该马达控制器应用于一单相马达***。
25.一种马达控制器，用以驱动一马达，其特征在于，该马达控制器包含：
一开关电路，用以供应一马达电流至该马达；
一控制单元，用以产生多个控制信号以控制该开关电路；以及
一相位信号产生单元，用以接收一反电动势信号以产生一相位信号至该控制单元，其中当该马达处于一正常操作状态时，该马达控制器于该反电动势信号为0时切换相位，该马达控制器应用于一单相马达***。
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