TWI625929B - 馬達裝置及馬達驅動電路 - Google Patents

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Abstract

一種馬達裝置及馬達驅動電路。馬達裝置包括馬達模組以及馬達驅動電路。馬達驅動電路包括多個橋臂單元、溫度感測器及控制電路。控制電路產生多個第一脈寬調變信號及多個第二脈寬調變信號。各橋臂單元受控於對應的第一脈寬調變信號及對應的第二脈寬調變信號而輸出驅動信號以驅動馬達模組。溫度感測器感測此些橋臂單元的溫度以提供溫度感測值至控制電路。當溫度感測值高於或等於臨界溫度值時，控制電路增加一橋臂單元的第一脈寬調變信號的工作周期以及其餘橋臂單元的第二脈寬調變信號的工作周期，以降低此些橋臂單元的切換功率消耗及溫度。

Description

馬達裝置及馬達驅動電路
本發明是有關於一種馬達技術，且特別是有關於一種高性能的馬達裝置及馬達驅動電路。
在現行的馬達驅動技術中，通常可採用脈寬調變(pulse width modulation，PWM) 控制技術來控制馬達驅動電路中的功率開關元件，以使功率開關元件提供驅動信號(例如電流)來控制馬達的運轉速度。然而，當脈寬調變信號轉態而致使功率開關元件進行啟閉時，功率開關元件會因頻繁地啟閉而產生切換功率(switching power)消耗，導致功率開關元件的溫度上昇。一旦功率開關元件發生過溫度狀況時，可讓功率開關元件停止運作以進行降溫，如此一來，將會導致馬達停止運作。另一種常見的作法則是採用散熱裝置來為功率開關元件進行降溫，然而設置散熱裝置不僅會導致馬達成本的上昇，也不適合應用在微型化的馬達裝置中。
再者，現行的馬達裝置通常具有啟動開關及速度調整開關。使用者可透過啟動開關來啟動或關閉馬達裝置，且可透過速度調整開關來手動調整馬達裝置的運轉速度。上述的啟動開關及速度調整開關通常是採用機械開關或微動開關之類的接觸式開關來實現。然而，當馬達裝置因運作而產生震動時，上述的接觸式開關的觸點電極之間可能會因震動而造成接觸不良，嚴重者甚至還會產生火花而導致觸點電極氧化。而且，裝設有上述接觸式開關的馬達裝置通常也無法做到極佳的防水功能，致使馬達裝置的使用範圍受限。
此外，一般的馬達驅動電路通常具有過電流保護機制，以在馬達的電流值超過一預定電流值時對馬達進行保護。然而，倘若將此預定電流值設定得較低，由於馬達啟動時的電流較大，故可能會在馬達啟動時頻繁地觸發過電流保護機制而導致馬達啟動的時間過長。相對地，倘若將此預定電流值設定得較高，雖有利於縮短馬達啟動的時間，但也會造成馬達電流過大的風險。
有鑑於此，本發明提供一種馬達裝置及馬達驅動電路，用以解決先前技術中所提及的問題。
本發明的馬達裝置包括馬達模組以及馬達驅動電路，其中馬達模組具有多個定子線圈。除此之外，本發明的馬達驅動電路包括多個橋臂單元、溫度感測器以及控制電路。此些橋臂單元耦接此些定子線圈以依序地驅動馬達模組。此些橋臂單元的每一者接收第一脈寬調變信號及第二脈寬調變信號，且受控於第一脈寬調變信號及第二脈寬調變信號而輸出驅動信號以驅動馬達模組。溫度感測器用以感測此些橋臂單元的溫度，並據以產生溫度感測值。控制電路耦接此些橋臂單元，用以產生此些橋臂單元的每一者的第一脈寬調變信號及第二脈寬調變信號。控制電路更耦接溫度感測器以接收溫度感測值，且該溫度感測值與臨界溫度值進行比較。當控制電路判斷溫度感測值高於或等於臨界溫度值時，控制電路增加此些橋臂單元中的驅動橋臂單元的第一脈寬調變信號的工作周期，以減少驅動橋臂單元的第一脈寬調變信號的轉態次數，且控制電路增加此些橋臂單元中的其餘橋臂單元的第二脈寬調變信號的工作周期，以減少上述其餘橋臂單元的第二脈寬調變信號的轉態次數，從而降低此些橋臂單元的溫度。
在本發明的一實施例中，上述的馬達裝置更包括第一磁性元件以及第一磁場感測元件。第一磁性元件用以產生第一磁場。第一磁場感測元件耦接至控制電路。當第一磁性元件被移動而接近或遠離第一磁場感測元件時，第一磁場感測元件感測到第一磁場的強度變化並據以產生第一感測信號。控制電路根據第一感測信號而對應地調整馬達模組的轉速。
在本發明的一實施例中，上述的馬達裝置更包括第二磁性元件以及第二磁場感測元件。第二磁性元件用以產生第二磁場。第二磁場感測元件耦接至控制電路。當第二磁性元件被移動而接近第二磁場感測元件時，第二磁場感測元件感測到第二磁場並據以產生第二感測信號。當控制電路根據第二感測信號而偵測出第二磁性元件被移動時，控制電路控制馬達模組的目前轉速範圍自一設定轉速範圍切換至另一設定轉速範圍。
在本發明的一實施例中，上述的馬達裝置更包括電流偵測電路、第一過電流保護電路以及第二過電流保護電路。電流偵測電路耦接此些橋臂單元，用以偵測馬達模組的電流值，並據以產生電流感測信號。第一過電流保護電路耦接電流偵測電路以接收電流感測信號，且將電流感測信號所表示的上述電流值與第一參考值進行比較，以產生第一過電流保護信號。第二過電流保護電路耦接電流偵測電路以接收電流感測信號，且將電流感測信號所表示的上述電流值與第二參考值進行比較，以產生第二過電流保護信號，其中第二參考值低於第一參考值。控制電路更耦接第一過電流保護電路及第二過電流保護電路以分別接收第一過電流保護信號及第二過電流保護信號。控制電路於馬達模組的啟動階段根據第一過電流保護信號對馬達模組進行過電流保護，且控制電路於馬達模組的啟動階段完成之後根據第二過電流保護信號對馬達模組進行過電流保護。
基於上述，在本發明所提出的馬達裝置及馬達驅動電路中，可在橋臂單元的溫度高於或等於臨界溫度值時加快馬達模組的運轉速度，從而減少橋臂單元中的電晶體的啟閉次數以降低電晶體的切換功率消耗，故可降低橋臂單元的溫度。其次，在本發明實施例的馬達裝置及馬達驅動電路採用非接觸式的磁力感測開關來做為馬達裝置的速度調整開關，當馬達裝置因運轉而產生震動時，非接觸式的磁力感測開關不會因震動而產生火花，故相較於一般採用接觸式開關的馬達裝置來說，具有較長的使用壽命及較佳的防水防塵功能。除此之外，馬達驅動電路在馬達模組的啟動階段採用較高的第一參考值來執行過電流保護，可避免馬達模組啟動時頻繁地觸發過電流保護機制而導致馬達模組啟動的時間過長。另一方面，在馬達模組完成啟動後的正常運作階段中，馬達驅動電路採用較低的第二參考值來執行過電流保護，故可避免馬達模組在正常運作下的電流過大而損壞。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為了使本發明的內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。
本發明以下實施例所提出的馬達裝置可應用在打磨機、吹風機、抽油煙機、吸塵器或是風扇等等的電器產品，但並不以此為限。以下請參照圖1，圖1是依照本發明一實施例所繪示的馬達裝置100的電路方塊示意圖。馬達裝置100可包括馬達模組120以及馬達驅動電路140，其中馬達模組120可為多相交流馬達模組，且本發明並不對馬達模組120的相數加以限制。然而為了便於說明，以下各實施例將以馬達模組120為三相交流馬達模組為範例進行說明，而馬達模組120的相數為二或相數大於三的實施方式則可依據以下說明依此類推。
基此，馬達模組120可具有三個定子線圈121、122與123，其中定子線圈121、122與123彼此耦接而形成三角形的線圈結構。另外，馬達驅動電路140包括三個橋臂單元BU1、BU2與BU3、溫度感測器142以及控制電路143，但本發明不限於此。
橋臂單元BU1、BU2及BU3耦接定子線圈121、122與123以依序地驅動馬達模組120，致使馬達模組120進行運轉。詳細來說，橋臂單元BU1耦接定子線圈121與定子線圈122之間的相位節點A，橋臂單元BU2耦接定子線圈121與定子線圈123之間的相位節點B，且橋臂單元BU3耦接定子線圈122與定子線圈123之間的相位節點C。
於運作上，橋臂單元BU1接收第一脈寬調變信號US1及第二脈寬調變信號LS1，且受控於第一脈寬調變信號US1及第二脈寬調變信號LS1而輸出驅動信號DS1以驅動馬達模組120。橋臂單元BU2接收第一脈寬調變信號US2及第二脈寬調變信號LS2，且受控於第一脈寬調變信號US2及第二脈寬調變信號LS2而輸出驅動信號DS2以驅動馬達模組120。類似地，橋臂單元BU3接收第一脈寬調變信號US3及第二脈寬調變信號LS3，且受控於第一脈寬調變信號US3及第二脈寬調變信號LS3而輸出驅動信號DS3以驅動馬達模組120。稍後會進行詳細說明。
溫度感測器142用以感測橋臂單元BU1、BU2與BU3的溫度，並據以產生溫度感測值TS。在本發明的一實施例中，溫度感測器142可採用負溫度係數的熱敏電阻來實現，但本發明不限於此。另外，在本發明的一實施例中，溫度感測器142也可整合至控制電路143中。
控制電路143耦接橋臂單元BU1、BU2與BU3。於正常的運作下，控制電路143可接收指令信號CMD，且根據指令信號CMD產生第一脈寬調變信號US1、US2與US3及第二脈寬調變信號LS1、LS2與LS3來控制橋臂單元BU1、BU2與BU3，從而達到控制馬達模組120的轉速的目的。
另外，控制電路143更耦接溫度感測器142以接收溫度感測值TS。控制電路143可將溫度感測值TS與臨界溫度值TR進行比較。特別是，當控制電路143判斷溫度感測值TS高於或等於臨界溫度值TR時，控制電路143將增加此驅動橋臂單元的第一脈寬調變信號的工作周期，以減少橋臂單元BU1、BU2與BU3中的驅動橋臂單元的第一脈寬調變信號的轉態次數，且控制電路143將增加上述其餘橋臂單元的第二脈寬調變信號的工作周期，以減少橋臂單元BU1、BU2與BU3中的其餘橋臂單元的第二脈寬調變信號的轉態次數，從而降低橋臂單元BU1、BU2與BU3的溫度。
舉例來說，在橋臂單元BU1作為驅動橋臂單元而提供驅動信號DS1以驅動馬達模組120的情況下，當溫度感測值TS高於或等於臨界溫度值TR時，控制電路143將增加第一脈寬調變信號US1的工作周期，以減少橋臂單元BU1的第一脈寬調變信號US1的轉態次數，且控制電路143將增加第二脈寬調變信號LS2的工作周期及第二脈寬調變信號LS3的工作周期，以減少第二脈寬調變信號LS2及LS3的轉態次數。如此一來，可減少橋臂單元BU1、BU2及BU3中的電晶體因頻繁地啟閉所產生的切換功率消耗，故可降低橋臂單元BU1、BU2與BU3的溫度。
在本發明的一實施例中，控制電路143可以是硬體、韌體或是儲存在記憶體而由微處理器(micro-processor)、微控制器(micro-controller)或是數位信號處理器(DSP)所載入執行的軟體或機器可執行程式碼。若是採用硬體來實現，則控制電路143可以是由單一整合電路晶片所達成，也可以由多個電路晶片所完成，但本發明並不以此為限制。上述多個電路晶片或單一整合電路晶片可採用特殊功能積體電路(ASIC)或可程式化邏輯閘陣列(FPGA)來實現。而上述記憶體可以是例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、快閃記憶體、硬碟或是光碟等等。
以下請合併參照圖1及圖2，圖2是依照本發明一實施例所繪示的橋臂單元BU1、BU2與BU3的電路架構以及其與馬達模組120的耦接方式示意圖。橋臂單元BU1包括上臂電晶體211及下臂電晶體212。上臂電晶體211的汲極端耦接電源端VCC。上臂電晶體211的閘極端接收第一脈寬調變信號US1。上臂電晶體211的源極端與下臂電晶體212的汲極端相耦接，並耦接定子線圈121與定子線圈122之間的相位節點A。下臂電晶體212的閘極端接收第二脈寬調變信號LS1。下臂電晶體212的源極端耦接接地端GND。
另外，橋臂單元BU2包括上臂電晶體213及下臂電晶體214。上臂電晶體213的汲極端耦接電源端VCC。上臂電晶體213的閘極端接收第一脈寬調變信號US2。上臂電晶體213的源極端與下臂電晶體214的汲極端相耦接，並耦接定子線圈121與定子線圈123之間的相位節點B。下臂電晶體214的閘極端接收第二脈寬調變信號LS2。下臂電晶體214的源極端耦接接地端GND。類似地，橋臂單元BU3包括上臂電晶體215及下臂電晶體216。上臂電晶體215的汲極端耦接電源端VCC。上臂電晶體215的閘極端接收第一脈寬調變信號US3。上臂電晶體215的源極端與下臂電晶體216的汲極端相耦接，並耦接定子線圈122與定子線圈123之間的相位節點C。下臂電晶體216的閘極端接收第二脈寬調變信號LS3。下臂電晶體216的源極端耦接接地端GND。
以下請合併參照圖1至圖3，圖3是依照本發明一實施例所繪示的馬達裝置100正常運作下的第一脈寬調變信號US1、US2與US3及第二脈寬調變信號LS1、LS2與LS3的波形示意圖。當溫度感測值TS低於臨界溫度值TR時，控制電路143可依據指令信號CMD而對應地產生例如圖3(但不限於此)所示的第一脈寬調變信號US1、US2與US3及第二脈寬調變信號LS1、LS2與LS3，以控制馬達模組120的轉速。
詳細來說，於第一相位階段PH1，橋臂單元BU1為驅動橋臂單元，橋臂單元BU1中的上臂電晶體211可反應於第一脈寬調變信號US1為邏輯高位準而被導通，且可反應於第一脈寬調變信號US1為邏輯低位準而不導通。另外，橋臂單元BU2中的下臂電晶體214可反應於第二脈寬調變信號LS2為邏輯高位準而被導通，且可反應於第二脈寬調變信號LS2為邏輯低位準而不導通。其中第一脈寬調變信號US1以及第二脈寬調變信號LS2的工作周期皆為50%，但不限於此，第一脈寬調變信號US1以及第二脈寬調變信號LS2的工作周期端視指令信號CMD而定。此外，橋臂單元BU1中的下臂電晶體212、橋臂單元BU2中的上臂電晶體213以及橋臂單元BU3中的上臂電晶體215及下臂電晶體216可分別反應於第二脈寬調變信號LS1、第一脈寬調變信號US2、第一脈寬調變信號US3及第二脈寬調變信號LS3皆為邏輯低位準而不導通。如此一來，於第一相位階段PH1，藉由導通的上臂電晶體211及下臂電晶體214，橋臂單元BU1可提供驅動信號DS1(例如驅動電流)至馬達模組120。
待第一相位階段PH1結束後，控制電路143進行換相運作而於一時間間隔後進入第二相位階段PH2。第二相位階段PH2與第一相位階段PH1的差異僅在於：於第二相位階段PH2中，橋臂單元BU2中的下臂電晶體214將反應於第二脈寬調變信號LS2為邏輯低位準而不導通，而橋臂單元BU3中的下臂電晶體216可反應於第二脈寬調變信號LS3為邏輯高位準而被導通，且可反應於第二脈寬調變信號LS3為邏輯低位準而不導通。因此，於第二相位階段PH2，藉由導通的上臂電晶體211及下臂電晶體216，橋臂單元BU1可提供驅動信號DS1(例如驅動電流)至馬達模組120。
待第二相位階段PH2結束後，控制電路143進行換相運作而於一時間間隔後進入第三相位階段PH3。第三相位階段PH3與第二相位階段PH2的差異僅在於：於第三相位階段PH3，橋臂單元BU2為驅動橋臂單元，橋臂單元BU2中的上臂電晶體213可反應於第一脈寬調變信號US2為邏輯高位準而被導通，且可反應於第一脈寬調變信號US2為邏輯低位準而不導通；以及橋臂單元BU1中的上臂電晶體211將反應於第一脈寬調變信號US1為邏輯低位準而不導通。因此，於第三相位階段PH3，藉由導通的上臂電晶體213及下臂電晶體216，橋臂單元BU2可提供驅動信號DS2(例如驅動電流)至馬達模組120。
待第三相位階段PH3結束後，控制電路143進行換相運作而於一時間間隔後進入第四相位階段PH4。第四相位階段PH4與第三相位階段PH3的差異僅在於：於第四相位階段PH4中，橋臂單元BU3中的下臂電晶體216將反應於第二脈寬調變信號LS3為邏輯低位準而不導通，而橋臂單元BU1中的下臂電晶體212可反應於第二脈寬調變信號LS1為邏輯高位準而被導通，且可反應於第二脈寬調變信號LS1為邏輯低位準而不導通。因此，於第四相位階段PH4，藉由導通的上臂電晶體213及下臂電晶體212，橋臂單元BU2可提供驅動信號DS2(例如驅動電流)至馬達模組120。
類似地，待第四相位階段PH4結束後，控制電路143進行換相運作而於一時間間隔後進入第五相位階段PH5。於第五相位階段PH5，橋臂單元BU3為驅動橋臂單元，關於第五相位階段PH5及後續第六相位階段PH6的運作，可依據圖3並搭配上述第一相位階段PH1至第四相位階段PH4的說明而類推得之，故在此不再贅述。待第六相位階段PH6結束後，控制電路143再次進行換相運作而循環地於第一相位階段PH1至第六相位階段PH6進行運作。
當溫度感測值TS高於或等於臨界溫度值TR時，於上述的第一相位階段PH1中，控制電路143可增加第一脈寬調變信號US1及第二脈寬調變信號LS2的工作周期，以增加馬達模組120的轉速，從而減少第一脈寬調變信號US1及第二脈寬調變信號LS2的轉態次數。上述的轉態次數為脈寬調變信號由邏輯低位準轉換至邏輯高位準的次數以及由邏輯高位準轉換至邏輯低位準的次數之總和。舉例來說，於第一相位階段PH1中，第一脈寬調變信號US1及第二脈寬調變信號LS2的轉態次數皆為8次。基此，為了降低橋臂單元BU1及BU2的溫度，控制電路143可將第一脈寬調變信號US1及第二脈寬調變信號LS2的工作周期由圖3所示的50%提高至圖4所示的100%，致使馬達模組120以最大轉速來進行運轉。如此一來，第一脈寬調變信號US1及第二脈寬調變信號LS2的轉態次數皆由圖3所示的8次降低至圖4所示的2次。藉由減少上臂電晶體211及下臂電晶體214的啟閉次數以降低其所產生的切換功率消耗，即可達到降低橋臂單元BU1及BU2的溫度之目的，且可讓馬達模組120繼續維持運轉。
類似地，當溫度感測值TS高於或等於臨界溫度值TR時，於上述的第二相位階段PH2中，控制電路143可增加第一脈寬調變信號US1以及第二脈寬調變信號LS3的工作周期，以增加馬達模組120的轉速，從而減少第一脈寬調變信號US1以及第二脈寬調變信號LS3的轉態次數。舉例來說，為了降低橋臂單元BU1與BU3的溫度，控制電路143可將第一脈寬調變信號US1以及第二脈寬調變信號LS3的工作周期由圖3所示的50%提高至圖4所示的100%，致使馬達模組120以最大轉速來進行運轉。如此一來，第一脈寬調變信號US1以及第二脈寬調變信號LS3的轉態次數皆由圖3所示的8次降低至圖4所示的2次。藉由減少上臂電晶體211以及下臂電晶體216的啟閉次數以降低其所產生的切換功率消耗，即可達到降低橋臂單元BU1與BU3的溫度之目的。
至於圖4的第三相位階段PH3至第六相位階段PH6的運作，則可依據上述圖4的第一相位階段PH1、第二相位階段PH2的說明類推得之，故在此不再贅述。另外，待溫度感測值TS低於臨界溫度值TR之後，控制電路143則依據所接收到的指令信號CMD而產生對應的第一脈寬調變信號US1、US2與US3及第二脈寬調變信號LS1、LS2與LS3，以控制馬達模組120的轉速。以下將針對指令信號CMD的產生進行說明。
以下請參照圖5，圖5是依照本發明另一實施例所繪示的馬達裝置500的電路方塊示意圖。馬達裝置500可包括馬達模組120、馬達驅動電路540、第一磁性元件544以及第一磁場感測元件545。馬達驅動電路540可包括橋臂單元BU1、BU2與BU3、溫度感測器142以及控制電路543，但本發明不限於此。在本發明的一實施例中，第一磁性元件544及第一磁場感測元件545也可整合為馬達驅動電路540的一部份。其中圖5的馬達模組120、溫度感測器142、控制電路543以及橋臂單元BU1、BU2與BU3分別類似於圖1的馬達模組120、溫度感測器142、控制電路143以及橋臂單元BU1、BU2與BU3，故其實施方式可參酌上述圖1至圖4的相關說明，在此不再贅述。以下將針對第一磁性元件544以及第一磁場感測元件545進行說明。
第一磁性元件544用以產生第一磁場。第一磁場感測元件545耦接至控制電路543。當第一磁性元件544被移動而接近或遠離第一磁場感測元件545時，第一磁場感測元件545可感測到第一磁場的強度變化並據以產生第一感測信號SC1。接著，控制電路543可將第一感測信號SC1作為指令信號CMD而對應地調整馬達模組120的轉速。
詳細來說，使用者可透過移動第一磁性元件544來控制第一磁性元件544與第一磁場感測元件545之間的距離，當第一磁性元件544越靠近第一磁場感測元件545時，第一磁場感測元件545所感測到的第一磁場的強度越大，因此第一磁場感測元件545可產生對應的第一感測信號SC1以作為指令信號CMD，以使控制電路543依據指令信號CMD而加快馬達模組120的轉速。相對地，當第一磁性元件544越遠離第一磁場感測元件545時，第一磁場感測元件545所感測到的第一磁場的強度越小，因此第一磁場感測元件545可產生對應的第一感測信號SC1以作為指令信號CMD，以使控制電路543依據指令信號CMD而降低馬達模組120的轉速。
在本發明的一實施例中，第一磁性元件544可採用永久磁鐵來實現，而第一磁場感測元件545可採用霍爾感測積體電路來實現，但本發明並不以此為限。
在本發明的一實施例中，如圖6所示，馬達裝置500還可包括防水殼體581以及第一彈性按壓片582，其中圖5的馬達模組120的定子線圈121、122與123、橋臂單元BU1、BU2與BU3、溫度感測器142、控制電路543、第一磁場感測元件545可配置在防水殼體581的內部，但為了簡潔起見，圖6的防水殼體581的內部僅繪示了第一磁場感測元件545。第一彈性按壓片582則設置在防水殼體581的外部，其中第一彈性按壓片582的第一端E11連接防水殼體581，第一彈性按壓片582的第二端E12與防水殼體581之間具有第一間隙GP1。第一彈性按壓片582的第二端E12可用以被彈性按壓以接近防水殼體581。第一彈性按壓片582的第二端E12可在按壓力釋放之後回復至原處。第一磁性元件544配置在第一彈性按壓片582的第二端E12，且第一磁性元件544與第一磁場感測元件545彼此相對。可以理解的是，使用者可透過按壓第一彈性按壓片582的第二端，而使第一磁性元件544接近防水殼體581中的第一磁場感測元件545；或是在按壓的過程中，透過釋放第一彈性按壓片582的第二端E12，而使第一磁性元件544遠離防水殼體581中的第一磁場感測元件545並回復至原處。
由於本實施例是採用非接觸式的磁力感測開關(即第一磁性元件544與第一磁場感測元件545)來作為馬達裝置500的速度調整開關，因此當馬達裝置500因運作而產生震動時，上述的非接觸式的磁力感測開關不會因震動而產生火花，故相較於一般採用接觸式開關的馬達裝置來說，具有較長的使用壽命。而且，本實施例的馬達裝置500具有極佳的防水防塵功能，於各種環境下(例如水下環境)皆可正常運作。
以下請參照圖7，圖7是依照本發明又一實施例所繪示的馬達裝置700的電路方塊示意圖。馬達裝置700可包括馬達模組120、馬達驅動電路740、第一磁性元件544、第一磁場感測元件545、第二磁性元件744以及第二磁場感測元件745。馬達驅動電路740可包括橋臂單元BU1、BU2與BU3、溫度感測器142以及控制電路743，但本發明不限於此。在本發明的一實施例中，第一磁性元件544、第一磁場感測元件545、第二磁性元件744以及第二磁場感測元件745也可整合為馬達驅動電路740的一部份。其中圖7的馬達模組120、溫度感測器142、控制電路743以及橋臂單元BU1、BU2與BU3分別類似於圖1的馬達模組120、溫度感測器142、控制電路143以及橋臂單元BU1、BU2與BU3，故可參酌上述圖1至圖4的相關說明，在此不再贅述。另外，圖7的第一磁性元件544以及第一磁場感測元件545分別類似於圖5的第一磁性元件544以及第一磁場感測元件545，故可參酌上述圖5及圖6的相關說明，在此也不再贅述。以下將針對第二磁性元件744以及第二磁場感測元件745進行說明。
第二磁性元件744用以產生第二磁場。第二磁場感測元件745耦接至控制電路743。當第二磁性元件744被移動而接近第二磁場感測元件745時，第二磁場感測元件745可感測到第二磁場並據以產生第二感測信號SC2。控制電路743可根據第二感測信號SC2而判斷第二磁性元件744是否被移動。當控制電路743根據第二感測信號SC2而偵測出第二磁性元件744被移動時，控制電路743可控制馬達模組120的目前轉速範圍自一設定轉速範圍切換至另一設定轉速範圍。
詳細來說，控制電路743可將馬達模組120的轉速範圍畫分成多個設定轉速範圍。舉例來說，假設馬達模組120的轉速範圍為0 RPM至10000 RPM，且控制電路743將馬達模組120的轉速範圍畫分成三個設定轉速範圍(但不限於此)，其中第一設定轉速範圍例如為0 RPM至4000 RPM，第二設定轉速範圍例如為4000 RPM至7000 RPM，而第三設定轉速範圍例如為7000 RPM至10000 RPM，且馬達模組120的目前轉速範圍被設定在第二設定轉速範圍(亦即馬達模組120目前的轉速介於4000 RPM至7000 RPM之間)。此時，使用者可透過移動第二磁性元件744，以使第二磁性元件744接近第二磁場感測元件745。第二磁場感測元件745可反應於第二磁性元件744的靠近而感測到第二磁性元件744所產生的第二磁場，並據以產生第二感測信號SC2。當控制電路743根據第二感測信號SC2而偵測出第二磁性元件744被移動時，控制電路743可將馬達模組120的目前轉速範圍自第二設定轉速範圍(4000 RPM至7000 RPM)切換至第三設定轉速範圍(7000 RPM至10000 RPM)，以將馬達模組120的轉速提昇至第三設定轉速範圍；或者是，控制電路743可將馬達模組120的目前轉速範圍自第二設定轉速範圍(4000 RPM至7000 RPM)切換至第一設定轉速範圍(0 RPM至4000 RPM)，以將馬達模組120的轉速降低至第一設定轉速範圍。
於上述實施例中，控制電路743還可根據第一感測信號SC1而在馬達模組120的目前轉速範圍內調整馬達模組120的轉速。舉例來說，倘若馬達模組120的目前轉速範圍被設定在第二設定轉速範圍(4000 RPM至7000 RPM之間)，則使用者可透過移動第一磁性元件544來控制第一磁性元件544與第一磁場感測元件545之間的距離，使得第一磁場感測元件545可產生對應的第一感測信號SC1作為指令信號CMD，以使控制電路743可依據指令信號CMD而在第二設定轉速範圍之內調整馬達模組120的轉速。
在本發明的一實施例中，第二磁性元件744可採用永久磁鐵來實現，而第二磁場感測元件745可採用霍爾感測積體電路來實現，但本發明並不以此為限。
在本發明的一實施例中，如圖8所示，馬達裝置700還可包括防水殼體781、第一彈性按壓片(未繪示)以及第二彈性按壓片782，其中圖7的馬達模組120的定子線圈121、122與123、橋臂單元BU1、BU2與BU3、溫度感測器142、控制電路743、第一磁場感測元件545以及第二磁場感測元件745可配置在防水殼體781的內部。但為了簡潔起見，圖8的防水殼體781的內部僅繪示了第二磁場感測元件745。另外，本實施例的第一彈性按壓片、第一磁性元件544、第一磁場感測元件545以及防水殼體781的配置方式類似於圖5及圖6的第一彈性按壓片582、第一磁性元件544、第一磁場感測元件545以及防水殼體581的配置方式，故可參酌上述圖5及圖6的相關說明，在此不再贅述。
第二彈性按壓片782設置在防水殼體781的外部，其中第二彈性按壓片782的第一端E21連接防水殼體781，第二彈性按壓片782的第二端E22與防水殼體781之間具有第二間隙GP2。第二彈性按壓片782的第二端E22可用以被彈性按壓以接近防水殼體781。第二彈性按壓片782的第二端E22可在按壓力釋放之後回復至原處。第二磁性元件744配置在第二彈性按壓片782的第二端E22，且第二磁性元件744與第二磁場感測元件745彼此相對。可以理解的是，使用者可透過按壓第二彈性按壓片782的第二端，而使第二磁性元件744接近防水殼體781中的第二磁場感測元件745；或是在按壓的過程中，透過釋放第二彈性按壓片782的第二端E22，而使第二磁性元件744遠離防水殼體781中的第二磁場感測元件745並回復至原處。
由於本實施例是採用非接觸式的磁力感測開關(即第一磁性元件544與第一磁場感測元件545以及第二磁性元件744與第二磁場感測元件745)來作為馬達裝置500的速度調整開關，因此當馬達裝置700因運作而產生震動時，上述的非接觸式的磁力感測開關不會因震動而產生火花，故相較於一般採用接觸式開關的馬達裝置來說，具有較長的使用壽命。而且，本實施例的馬達裝置700具有極佳的防水防塵功能，於各種環境下(例如水下環境)皆可正常運作。
以下請參照圖9，圖9是依照本發明又一實施例所繪示的馬達裝置900的電路方塊示意圖。馬達裝置900可包括馬達模組120以及馬達驅動電路940。馬達驅動電路940可包括橋臂單元BU1、BU2與BU3、控制電路943、電流偵測電路946、第一過電流保護電路947以及第二過電流保護電路949，但本發明不限於此。其中本實施例的馬達模組120、控制電路943以及橋臂單元BU1、BU2與BU3分別類似於圖1的馬達模組120、控制電路143以及橋臂單元BU1、BU2與BU3，故其實施方式可參酌上述圖1至圖4的相關說明，在此不再贅述。以下將針對電流偵測電路946、第一過電流保護電路947以及第二過電流保護電路949進行說明。
以下請合併參照圖9及圖10，圖10是依照本發明一實施例所繪示的橋臂單元BU1、BU2與BU3及電流偵測電路946的電路架構示意圖。電流偵測電路946耦接橋臂單元BU1、BU2與BU3，用以偵測馬達模組120的電流值，並據以產生電流感測信號CSS。詳細來說，電流偵測電路946可包括感測電阻Rcs，其中感測電阻Rcs的第一端耦接接地端GND，且感測電阻Rcs的第二端耦接下臂電晶體212、214及216的源極端並產生電流感測信號CSS。
第一過電流保護電路947耦接電流偵測電路946以接收電流感測信號CSS，且將電流感測信號CSS所表示的馬達模組120的電流值與第一參考值REF1進行比較，以產生第一過電流保護信號OCS1。第二過電流保護電路949耦接電流偵測電路946以接收電流感測信號CSS，且將電流感測信號CSS所表示的馬達模組120的電流值與第二參考值REF2進行比較，以產生第二過電流保護信號OCS2，其中第二參考值REF2低於第一參考值REF1。
控制電路943更耦接第一過電流保護電路947及第二過電流保護電路949以分別接收第一過電流保護信號OCS1及第二過電流保護信號OCS2。特別的是，控制電路943於馬達模組120的啟動階段根據第一過電流保護信號OCS1對馬達模組120進行過電流保護，且控制電路943在馬達模組120的啟動階段完成之後根據第二過電流保護信號OCS2對馬達模組120進行過電流保護。
詳細來說，由於馬達模組120啟動時所需的電流較大，故本實施例的馬達驅動電路940在馬達模組120的啟動階段可採用較高的第一參考值REF1(相對於第二參考值REF2)來執行過電流保護，以避免馬達模組120啟動時頻繁地觸發過電流保護機制而導致馬達模組120啟動的時間過長，故可讓馬達模組120快速地完成啟動。另一方面，在馬達模組120完成啟動後的正常運作階段中，本實施例的馬達驅動電路940採用較低的第二參考值REF2(相對於第一參考值REF1)來執行過電流保護，故可避免馬達模組120在正常運作下的電流過大而損壞。
在本發明的一實施例中，在馬達模組120的啟動階段，為了避免馬達模組120的瞬間電流過大而頻繁地觸發過電流保護機制，控制電路943可先控制馬達模組120以第一轉速(低速)運轉一圈(或至少一圈)後，再控制馬達模組120自上述第一轉速開始加速，如此一來，可抑制馬達模組120的電流值超過第一參考值REF1而觸發過電流保護機制。另外，在馬達模組120的轉速加速至第二轉速後，控制電路943可判斷馬達模組120已完成啟動階段並進入正常運作階段。
一般來說，由於馬達模組120於啟動階段的電流較大且轉速較低，而馬達模組120於正常運作階段的電流較小且轉速較快。基此，在本發明的一實施例中，控制電路943可偵測馬達模組120的電流或轉速，並依據所偵測到的電流或轉速來判斷馬達模組120是否完成啟動。換句話說，控制電路943可依據所偵測到的電流或轉速來判斷馬達模組120是處於啟動階段或是正常運作階段。當控制電路943判斷馬達模組120處於啟動階段時，控制電路943採用第一過電流保護信號OCS1對馬達模組120進行過電流保護。相對地，當控制電路943判斷馬達模組120處於正常運作階段時，控制電路943採用第二過電流保護信號OCS2對馬達模組120進行過電流保護。
在本發明的一實施例中，控制電路943可耦接至電流偵測電路946以接收電流感測信號CSS，從而偵測出馬達模組120的電流。在本發明的另一實施例中，控制電路943可耦接馬達模組120，以偵測出相位節點A、B、C的反電動勢，並依據相位節點A、B、C的反電動勢而偵測出馬達模組120的轉速。由於依據相位節點A、B、C的反電動勢來偵測馬達模組120的轉速的方式為本領域技術人員所熟悉，故在此不再贅述。在本發明的一實施例中，第一過電流保護電路947及第二過電流保護電路949可採用運算放大器或比較器來實現，但本發明並不以此為限。
綜上所述，在本發明實施例所提出的馬達裝置及馬達驅動電路中，可在橋臂單元的溫度高於或等於臨界溫度值時加快馬達模組的運轉速度，從而減少橋臂單元中的電晶體的啟閉次數以降低電晶體的切換功率消耗，故可降低橋臂單元的溫度。其次，在本發明實施例的馬達裝置及馬達驅動電路採用非接觸式的磁力感測開關來做為馬達裝置的速度調整開關，當馬達裝置因運轉而產生震動時，非接觸式的磁力感測開關不會因震動而產生火花，故相較於一般採用接觸式開關的馬達裝置來說，具有較長的使用壽命及較佳的防水防塵功能。除此之外，馬達驅動電路在馬達模組的啟動階段採用較高的第一參考值來執行過電流保護，可避免馬達模組啟動時頻繁地觸發過電流保護機制而導致馬達模組啟動的時間過長。另一方面，在馬達模組完成啟動後的正常運作階段中，馬達驅動電路採用較低的第二參考值來執行過電流保護，故可避免馬達模組在正常運作下的電流過大而損壞。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、500、700、900‧‧‧馬達裝置
120‧‧‧馬達模組
121、122、123‧‧‧定子線圈
140、540、740、940‧‧‧馬達驅動電路
142‧‧‧溫度感測器
143、543、743、943‧‧‧控制電路
211、213、215‧‧‧上臂電晶體
212、214、216‧‧‧下臂電晶體
544‧‧‧第一磁性元件
545‧‧‧第一磁場感測元件
581、781‧‧‧防水殼體
582‧‧‧第一彈性按壓片
782‧‧‧第二彈性按壓片
744‧‧‧第二磁性元件
745‧‧‧第二磁場感測元件
946‧‧‧電流偵測電路
947‧‧‧第一過電流保護電路
949‧‧‧第二過電流保護電路
A、B、C‧‧‧相位節點
BU1、BU2、BU3‧‧‧橋臂單元
CMD‧‧‧指令信號
CSS‧‧‧電流感測信號
DS1、DS2、DS3‧‧‧驅動信號
E11、E21‧‧‧第一端
E12、E22‧‧‧第二端
GND‧‧‧接地端
GP1‧‧‧第一間隙
GP2‧‧‧第二間隙
LS1、LS2、LS3‧‧‧第二脈寬調變信號
OCS1‧‧‧第一過電流保護信號
OCS2‧‧‧第二過電流保護信號
PH1‧‧‧第一相位階段
PH2‧‧‧第二相位階段
PH3‧‧‧第三相位階段
PH4‧‧‧第四相位階段
PH5‧‧‧第五相位階段
PH6‧‧‧第六相位階段
Rcs‧‧‧感測電阻
REF1‧‧‧第一參考值
REF2‧‧‧第二參考值
SC1‧‧‧第一感測信號
SC2‧‧‧第二感測信號
TR‧‧‧臨界溫度值
TS‧‧‧溫度感測值
US1、US2、US3‧‧‧第一脈寬調變信號
VCC‧‧‧電源端
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。 圖1是依照本發明一實施例所繪示的馬達裝置的電路方塊示意圖。 圖2是依照本發明一實施例所繪示的橋臂單元的電路架構以及其與馬達模組的耦接方式示意圖。 圖3是依照本發明一實施例所繪示的馬達裝置正常運作下的第一脈寬調變信號及第二脈寬調變信號的波形示意圖。 圖4是依照本發明一實施例所繪示的對橋臂單元進行降溫運作時的第一脈寬調變信號及第二脈寬調變信號的波形示意圖。 圖5是依照本發明另一實施例所繪示的馬達裝置的電路方塊示意圖。 圖6是依照本發明一實施例所繪示的圖5的馬達裝置的架構示意圖。 圖7是依照本發明又一實施例所繪示的馬達裝置的電路方塊示意圖。 圖8是依照本發明一實施例所繪示的圖7的馬達裝置的架構示意圖。 圖9是依照本發明又一實施例所繪示的馬達裝置的電路方塊示意圖。 圖10是依照本發明一實施例所繪示的橋臂單元及電流偵測電路的電路架構示意圖。

Claims (15)

  1. 一種馬達裝置，包括： 一馬達模組，具有多個定子線圈；以及 一馬達驅動電路，包括： 多個橋臂單元，耦接該些定子線圈以依序地驅動該馬達模組，其中該些橋臂單元的每一者接收一第一脈寬調變信號及一第二脈寬調變信號，且受控於該第一脈寬調變信號及該第二脈寬調變信號而輸出一驅動信號以驅動該馬達模組； 一溫度感測器，用以感測該些橋臂單元的一溫度，並據以產生一溫度感測值；以及 一控制電路，耦接該些橋臂單元，用以產生該些橋臂單元的每一者的該第一脈寬調變信號及該第二脈寬調變信號， 其中該控制電路更耦接該溫度感測器以接收該溫度感測值，且將該溫度感測值與一臨界溫度值進行比較，當該控制電路判斷該溫度感測值高於或等於該臨界溫度值時，該控制電路增加該些橋臂單元中的一驅動橋臂單元的該第一脈寬調變信號的一工作周期，以減少該驅動橋臂單元的該第一脈寬調變信號的一轉態次數，且該控制電路增加該些橋臂單元中的其餘橋臂單元的該第二脈寬調變信號的一工作周期，以減少該其餘橋臂單元的該第二脈寬調變信號的一轉態次數，從而降低該些橋臂單元的該溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的馬達裝置，其中當該控制電路判斷該溫度感測值高於或等於該臨界溫度值時，該驅動橋臂單元反應於該第一脈寬調變信號的該工作周期的增加以及該其餘橋臂單元的該第二脈寬調變信號的該工作周期的增加而產生對應的該驅動信號，以增加該馬達模組的一轉速。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的馬達裝置，其中當該控制電路判斷該溫度感測值高於或等於該臨界溫度值時，該控制電路將該驅動橋臂單元的該第一脈寬調變信號的該工作周期增加至100%，且將該其餘橋臂單元的該第二脈寬調變信號的該工作周期增加至100%，致使該馬達模組以一最大轉速來進行運轉。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的馬達裝置，其中： 該控制電路更用以接收一指令信號， 其中當該控制電路判斷該溫度感測值低於該臨界溫度值時，該控制電路根據該指令信號而產生該些橋臂單元的每一者的該第一脈寬調變信號及該第二脈寬調變信號，以控制該馬達模組的一轉速。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的馬達裝置，更包括： 一第一磁性元件，用以產生一第一磁場；以及 一第一磁場感測元件，耦接至該控制電路，其中當該第一磁性元件被移動而接近或遠離該第一磁場感測元件時，該第一磁場感測元件感測到該第一磁場的強度變化並據以產生一第一感測信號， 其中該控制電路根據該第一感測信號而對應地調整該馬達模組的一轉速。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的馬達裝置，更包括： 一第二磁性元件，用以產生一第二磁場；以及 一第二磁場感測元件，耦接至該控制電路，其中當該第二磁性元件被移動而接近該第二磁場感測元件時，該第二磁場感測元件感測到該第二磁場並據以產生一第二感測信號， 其中當該控制電路根據該第二感測信號而偵測出該第二磁性元件被移動時，該控制電路控制該馬達模組的目前轉速範圍自一設定轉速範圍切換至另一設定轉速範圍。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的馬達裝置，其中該控制電路根據該第一感測信號而於該目前轉速範圍之內調整該馬達模組的該轉速。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的馬達裝置，更包括： 一防水殼體，其中該馬達模組的該些定子線圈、該些橋臂單元、該溫度感測器、該控制電路、該第一磁場感測元件以及該第二磁場感測元件配置在該防水殼體的內部； 一第一彈性按壓片，設置在該防水殼體的外部，其中該第一彈性按壓片的第一端連接該防水殼體，該第一彈性按壓片的第二端與該防水殼體之間具有一第一間隙，且該第一彈性按壓片的該第二端用以被彈性按壓以接近該防水殼體；以及 一第二彈性按壓片，設置在該防水殼體的外部，其中該第二彈性按壓片的第一端連接該防水殼體，該第二彈性按壓片的第二端與該防水殼體之間具有一第二間隙，且該第二彈性按壓片的該第二端用以被彈性按壓以接近該防水殼體， 其中該第一磁性元件配置在該第一彈性按壓片的該第二端，且該第一磁性元件與該第一磁場感測元件彼此相對， 其中該第二磁性元件配置在該第二彈性按壓片的該第二端，且該第二磁性元件與該第二磁場感測元件彼此相對。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的馬達裝置，其中該馬達驅動電路更包括： 一電流偵測電路，耦接該些橋臂單元，用以偵測該馬達模組的一電流值，並據以產生一電流感測信號； 一第一過電流保護電路，耦接該電流偵測電路以接收該電流感測信號，且將該電流感測信號所表示的該電流值與一第一參考值進行比較，以產生一第一過電流保護信號；以及 一第二過電流保護電路，耦接該電流偵測電路以接收該電流感測信號，且將該電流感測信號所表示的該電流值與一第二參考值進行比較，以產生一第二過電流保護信號，其中該第二參考值低於該第一參考值， 其中該控制電路更耦接該第一過電流保護電路及該第二過電流保護電路以分別接收該第一過電流保護信號及該第二過電流保護信號，該控制電路於該馬達模組的一啟動階段根據該第一過電流保護信號對該馬達模組進行過電流保護，且該控制電路於該馬達模組的該啟動階段完成之後根據該第二過電流保護信號對該馬達模組進行過電流保護。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的馬達裝置，其中： 在該馬達模組的該啟動階段，該控制電路先控制該馬達模組以一第一轉速運轉至少一圈後，再控制該馬達模組自該第一轉速進行加速，以抑制該馬達模組的該電流值超過該第一參考值；以及 在該馬達模組的一轉速到達一第二轉速後，該馬達模組完成該啟動階段，其中該第二轉速高於該第一轉速。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的馬達裝置，其中該控制電路更用以偵測該馬達模組的該電流或該轉速，並依據該電流或該轉速來判斷該馬達模組是否完成該啟動階段。
  12. 一種馬達驅動電路，用以驅動一馬達模組，該馬達驅動電路包括： 多個橋臂單元，耦接該馬達模組的多個定子線圈以依序地驅動該馬達模組，其中該些橋臂單元的每一者接收一第一脈寬調變信號及一第二脈寬調變信號，且受控於該第一脈寬調變信號及該第二脈寬調變信號而輸出一驅動信號以驅動該馬達模組； 一溫度感測器，用以感測該些橋臂單元的一溫度，並據以產生一溫度感測值；以及 一控制電路，耦接該些橋臂單元，用以產生該些橋臂單元的每一者的該第一脈寬調變信號及該第二脈寬調變信號， 其中該控制電路更耦接該溫度感測器以接收該溫度感測值，且將該溫度感測值與一臨界溫度值進行比較，當該控制電路判斷該溫度感測值高於或等於該臨界溫度值時，該控制電路增加該些橋臂單元中的一驅動橋臂單元的該第一脈寬調變信號的一工作周期，以減少該驅動橋臂單元的該第一脈寬調變信號的一轉態次數，且該控制電路增加該些橋臂單元中的其餘橋臂單元的該第二脈寬調變信號的一工作周期，以減少該其餘橋臂單元的該第二脈寬調變信號的一轉態次數，從而降低該些橋臂單元的該溫度。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的馬達驅動電路，更包括： 一第一磁性元件，用以產生一第一磁場；以及 一第一磁場感測元件，耦接至該控制電路，其中當該第一磁性元件被移動而接近或遠離該第一磁場感測元件時，該第一磁場感測元件感測到該第一磁場的強度變化並據以產生一第一感測信號， 其中該控制電路根據該第一感測信號而對應地調整該馬達模組的一轉速。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的馬達驅動電路，更包括： 一第二磁性元件，用以產生一第二磁場；以及 一第二磁場感測元件，耦接至該控制電路，其中當該第二磁性元件被移動而接近該第二磁場感測元件時，該第二磁場感測元件感測到該第二磁場並據以產生一第二感測信號， 其中當該控制電路根據該第二感測信號而偵測出該第二磁性元件被移動時，該控制電路控制該馬達模組的目前轉速範圍自一設定轉速範圍切換至另一設定轉速範圍。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的馬達驅動電路，更包括： 一電流偵測電路，耦接該些橋臂單元，用以偵測該馬達模組的一電流值，並據以產生一電流感測信號； 一第一過電流保護電路，耦接該電流偵測電路以接收該電流感測信號，且將該電流感測信號所表示的該電流值與一第一參考值進行比較，以產生一第一過電流保護信號；以及 一第二過電流保護電路，耦接該電流偵測電路以接收該電流感測信號，且將該電流感測信號所表示的該電流值與一第二參考值進行比較，以產生一第二過電流保護信號，其中該第二參考值低於該第一參考值， 其中該控制電路更耦接該第一過電流保護電路及該第二過電流保護電路以分別接收該第一過電流保護信號及該第二過電流保護信號，該控制電路於該馬達模組的一啟動階段根據該第一過電流保護信號對該馬達模組進行過電流保護，且該控制電路於該馬達模組的該啟動階段完成之後根據該第二過電流保護信號對該馬達模組進行過電流保護。
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