TWI649957B - 風扇馬達的控制裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係將風扇馬達的驅動電路的損耗抑制在一定程度以下。其中包含:檢測施加在風扇馬達(M)的電壓的電壓感測器(148);將風扇馬達(M)的各線圈(Lu,Lv,Lw)與整流電路(110)選擇性的連接的切換部(130);以及當經由電壓感測器(148)檢測出的電壓超過閥值時,使傳遞至切換部(130)的驅動脈波的工作比降低的切換控制部(150)。
Description
本發明是關於一種風扇馬達的控制裝置,即使風扇馬達的輸入電壓變化,也能將風扇馬達的驅動電路的損耗抑制在一定程度以下。
以往的風扇馬達係使用能夠進行廣範圍的速度控制的無刷馬達。無刷馬達係如下述專利文獻1所揭露,具備複數個霍爾元件。風扇馬達控制裝置係利用霍爾元件輸出的訊號使驅動電路動作,而使無刷馬達旋轉。
通常無刷馬達的工作電壓係設定了額定電壓、以及以額定電壓為中心的上限電壓與下限電壓。無刷馬達的上限電壓係設定為不超過內建於無刷馬達的驅動電路的功率耗散的電壓。此外,也設定了當無刷馬達以額定電壓動作時的風量-靜壓特性。
〔先前技術文獻〕
〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕特開2006-180608號公報
然而,習知的風扇馬達的控制裝置係當輸入電壓變化時,無刷馬達的輸入電流亦會變化。因此,為了不超過驅動電路的功率耗散,額定電壓只
能設定成遠低於上限電壓的電壓。因此,難以進一步提升額定電壓中的風量-靜壓特性。
本發明係為了克服上述習知技術的缺點而完成之技術,目的在於提出一種當風扇馬達的輸入電壓到一定程度以上時,通過使提供至風扇馬達的驅動脈波的工作比(duty ratio)降低,而能夠將驅動電路的損耗抑制在一定程度以下的風扇馬達的控制裝置。
為了達到上述目的,本發明之風扇馬達的控制裝置係包含電壓感測器、切換部以及切換控制部。
電壓感測器係檢測施加在風扇馬達的電壓。切換部係將該風扇馬達的各線圈與電源選擇性的連接。切換控制部係當經由該電壓感測器檢測出的電壓超過一閥值時,使傳遞至該切換部的驅動脈波的工作比降低。
根據本發明上述的構成,當施加在風扇馬達的電壓超過閥值時,由於降低傳遞至該切換部的驅動脈波的工作比,而能將風扇馬達的驅動電路的損耗抑制在一定程度以下。
此外,由於能將驅動電路的損耗抑制在一定程度以下,因此能提高額定電壓,並能提升額定電壓的風量-靜壓特性。
100‧‧‧風扇馬達的控制裝置
110‧‧‧整流電路
120‧‧‧交流電源(三相)
130‧‧‧反相器電路(切換部)
140A、140B、140C‧‧‧臂電路
142A、142B、142C‧‧‧連接線
145‧‧‧驅動電路
148‧‧‧電壓感測器
150‧‧‧切換控制部
151‧‧‧儲存部
158‧‧‧切換脈波輸出部
M‧‧‧風扇馬達
C‧‧‧平滑電容器
D1-D6‧‧‧二極體
TR1-TR6‧‧‧電晶體
H1、H2、H3‧‧‧感測部
第1圖係為本實施例之風扇馬達的控制裝置的結構圖。
第2圖係為第1圖所示的切換控制部的結構的方塊圖。
第3圖係為本實施例之風扇馬達的控制裝置的動作流程圖。
第4圖係為第2圖所示的切換脈波輸出部輸出的驅動脈波的說明圖。
第5圖係為第2圖所示的切換脈波輸出部輸出其他的驅動脈波的說明圖。
第6圖係為現有產品的額定電壓與上限工作電壓的特性的圖表。
第7圖係為本發明產品的額定電壓與上限工作電壓的特性的圖表。
第8圖係為現有產品與本發明產品的特性的比較圖表。
以下係對本發明的風扇馬達的控制裝置的實施例進行說明。
〔風扇馬達的控制裝置的結構〕
第1圖係為本實施例之風扇馬達的控制裝置的結構圖。
風扇馬達的控制裝置100係包含具有平滑電容器C的整流電路110、以及與風扇馬達M連接的反相器電路130。反相器電路130係形成在基板上,而基板係安裝在風扇馬達M的外殼,並內建於外殼中。雖然本實施例的風扇馬達的控制裝置100包含整流電路110,但是當自外部提供直流電源時,亦可排除整流電路100。
整流電路110係如圖所示,具有橋接的六個二極體D1-D6,且六個二極體D1-D6將自交流電源(三相)120流出的電流進行全波整流。經由六個二極體D1-D6進行全波整流的電流再利用平滑電容器C進行平滑化,以降低全波整流後直流電流的波動。整流電路110係作為風扇馬達M的電源。
整流電路110與作為切換部的反相器電路130並聯連接。在整流電路110與反相器電路130之間連接電壓感測器148。電壓感測器148係檢測施加在風扇馬達M的電壓。反相器電路130係將風扇馬達M的各定子線圈(於後詳述)與整流電路110選擇性的連接。反相器電路130係包含將經由整流電路110整流後的直流電流進行切換的三個臂電路140A、140B、140C。
臂電路140A串聯連接一對電晶體TR1和TR4,並將風扇馬達M的定子線圈Lu與一對電晶體TR1和TR4彼此之間的聯接線142A連接。臂電路140B串聯連接一對電晶體TR2和TR5,並將風扇馬達M的定子線圈Lw與一對電晶體TR2和TR5彼此之間的聯接線142B連接。臂電路140C串聯連接一對電晶體TR3和TR6,並將風扇馬達M的定子線圈Lv與一對電晶體TR3和TR6彼此之間的聯接線142C連接。定子線圈Lu、Lv、Lw係如圖示為星形連接。
三個臂電路140A、140B、140C與整流電路110的平滑電容器C並聯連接。在六個電晶體TR1、TR4、TR2、TR5、TR3、TR6的集電體-發射體之間反向連接二極體D。在六個電晶體TR1、TR4、TR2、TR5、TR3、TR6的閘極上分別連接有切換這些電晶體的驅動電路145。驅動電路145係與後述的切換控制部150連接。驅動電路145係接收切換控制部150輸出的驅動脈波,並使電晶體ON。
在本實施例例示的風扇馬達M係為無刷馬達。風扇馬達M的定子MS係具有星形連接的三個定子線圈Lu、Lv、Lw。風扇馬達M的轉子
MR係具有分成N極和S極而磁化的圓筒狀的磁鐵,並利用定子線圈Lu、Lv、Lw形成的磁場進行旋轉。
在轉子MR的周圍,沿著轉子MR的旋轉方向配置有三個感測部H1、H2、H3。三個感測部H1、H2、H3以保持120度的相位差的方式設置。感測部H1、H2、H3係例如第1圖所示,在與轉子MR的N極相對時輸出Hi訊號,在與其S極相對時輸出Lo訊號。在N極和S極的邊界切換Hi訊號和Lo訊號。感測部H1、H2、H3係輸出對應轉子MR的旋轉速度的脈波寬度的訊號。
此外,感測部H1、H2、H3在本實施例中係使用霍爾元件。然而,若是能檢測轉子MR的旋轉位置的感測器,亦能使用霍爾元件以外的感測器。亦可以定子線圈Lu、Lv、Lw替代感測部。
風扇馬達的控制裝置100係包含與感測部H1、H2、H3連接的切換控制部150。當電壓感測器148檢測的電壓超過閥值時,切換控制部150係使提供至風扇馬達M的驅動脈波的工作比降低。驅動脈波輸出的時間點,亦即將定子線圈Lu、Lv、Lw與整流電路110連接的時間點,係利用感測部H1、H2、H3檢測的旋轉位置決定。
切換控制部150向各別的驅動電路145輸出驅動脈波。切換控制部150輸出的驅動脈波的工作比會在當電壓感測器148檢測的電壓超過閥值時變小。例如,超過額定電壓12V的上限電壓為14V時,閥值係設定為14V,當超過14V時減少工作比並使反相器電路130的損耗不超過一定值。
第2圖係為第1圖所示的切換控制部的結構的方塊圖。切換控制部150係包含儲存部151與切換脈波輸出部158。
儲存部151係用於儲存為了取得降低工作比的時間點的閥值,以及相對於電壓感測器148檢測的電壓的工作比。儲存部151係儲存了不同大小的複數個工作比。例如,當電壓為13V時為80%,當電壓為14V時為60%,儲存對應各個電壓的不同數值的工作比。
此外,儲存部151係如上所述的儲存各個電壓在不同階段的工作比之外,亦能夠儲存直線狀或曲線狀變化的線性數據,以在超過閥值時,對應電壓的大小得到無段連續的工作比。
切換脈波輸出部158係將三個感測部H1、H2、H3與電壓感測器148連接。三個感測部H1、H2、H3分別根據轉子MR(參考第1圖)的旋轉位置,輸出相位偏移了120度電角度的Hi、Lo訊號。因此,切換脈波輸出部158係利用三個感測部H1、H2、H3分別輸出的Hi、Lo訊號,而能辨識轉子MR的旋轉位置。電壓感測器148係檢測施加在風扇馬達M的三個定子線圈Lu、Lv、Lw的電壓。
切換脈波輸出部158持續將電壓感測器148檢測的電壓值與儲存在儲存部151的閥值進行比較。此外,切換脈波輸出部158係接收感測部H1、H2、H3輸出的訊號以辨識轉子MR的位置,並將切換脈波輸出至各驅動電路145(參考第1圖)。
切換脈波輸出部158係在電壓感測器148檢測的電壓值不超過閥值時,接收感測部H1、H2、H3輸出的訊號之後,將預定的工作比的驅動脈波輸出到各驅動電路145。另一方面,切換脈波輸出部158係在電壓
感測器148檢測的電壓值超過閥值時,將已降低的工作比的驅動脈波輸出到各驅動電路145。
〔風扇馬達的控制裝置的動作〕
接下來,對第1圖所示的風扇馬達的控制裝置100的動作進行說明。第3圖是風扇馬達的控制裝置100的動作流程圖。
首先,切換控制部150(參考第1圖)係接收感測部H1、H2、H3輸出的訊號,以辨識轉子MR的旋轉位置,並輸出用於決定使哪個定子線圈Lu、Lv、Lw進行通電的相位訊號。輸入了相位訊號的驅動電路145係根據切換控制部150接著輸出的驅動脈波,使電晶體TR1-TR6進行切換。例如,當相位訊號為使定子線圈Lu與Lw進行通電的訊號時,電晶體TR1與TR5係根據驅動脈波執行切換(步驟S100)。
接著,電壓感測器148係檢測風扇馬達M的輸入電壓。並且,切換脈波輸出部158(參考第2圖)係輸入檢測到的輸入電壓(步驟S110)。
切換脈波輸出部158將儲存於儲存部151的閥值與相對於電壓感測器148檢測的電壓的工作比進行對照,以計算出最佳的工作比(步驟S120)。
切換脈波輸出部158設定計算出的工作比,並將已設定的工作比的驅動脈波輸出到驅動電路145(步驟S130)。驅動電路145根據已輸出的驅動脈波切換電晶體TR1-TR6,以驅動風扇馬達M(步驟S140)。
第4圖係為切換脈波輸出部158輸出的驅動脈波的說明圖。此圖為例示當儲存部151儲存了以階段性變化的工作比時的驅動脈波。
如圖所示,當儲存部151設定的閥值為12V時,在風扇馬達M的施加電壓為12V以下的狀況係如圖所示,例如工作比為50%的驅動脈波自切換脈波輸出部158輸出至驅動電路145。
驅動電路145係以工作比50%的驅動脈波切換電晶體TR1-TR6,以驅動風扇馬達M。此時的驅動脈波的波形係為基本波形,第1工作比係為50%。此外,第1工作比係根據流至風扇馬達M的電流大小而變化。亦即,根據風扇馬達M的負荷大小而變化。例如,當負荷較小時第1工作比為50%,當負荷變大時則第1工作比為80%、100%。
此外,當儲存部151儲存了在電壓為12V以上的情況的工作比為80%時,驅動電路145將工作比50%的驅動脈波的HI波形部分自100%降低至80%的工作比並切換電晶體TR1-TR6,以驅動風扇馬達M。
此時的驅動脈波的波形係為工作比50%的基本波形與工作比80%的第2工作比的波形組合而成的波形。僅在形成基本波形的HI波形的部分的第2工作比以小間隔形成HI和LOW。
當以此方式利用第2工作比將提供至風扇馬達M的電流降低時,能經由反相器電路130抑制消耗的電力。
第5圖係為切換脈波輸出部158輸出其他的驅動脈波的說明圖。此圖為例示當儲存部151儲存連續性變化的工作比時的驅動脈波。
如圖所示,當儲存部151設定的閥值為12V時,在風扇馬達M的施加電壓為12V以下的狀況係如圖所示,例如工作比為50%的驅動脈波自切換脈波輸出部158輸出至驅動電路145。
驅動電路145係以工作比50%的驅動脈波切換電晶體TR1-TR6,以驅動風扇馬達M。此時的驅動脈波的波形係為基本波形,第1工作比係為50%。如同上述,第1工作比係根據流至風扇馬達M的電流大小而變化。亦即,根據風扇馬達M的負荷大小而變化。例如,當負荷較小時第1工作比為50%,當負荷變大時則第1工作比為80%、100%。
此外,當儲存部151儲存了在12V以上的情況下,隨著電壓的上升使工作比自100%連續性的降低時,驅動電路145將工作比50%的驅動脈波的HI波形的部分,隨著電壓的上升而降低工作比並切換電晶體TR1-TR6,以驅動風扇馬達M。
此時的的驅動脈波的波形係為工作比50%的基本波形與例如工作比80%的第2工作比的波形組合而成的波形。僅在形成基本波形的HI波形的部分的第2工作比以小間隔形成HI和LOW。
當以此方式利用第2工作比將提供至風扇馬達M的電流降低時,能經由反相器電路130抑制消耗的電力。
〔通過風扇馬達的控制裝置得到的效果〕
第6圖係為顯示現有產品的額定電壓與上限工作電壓的特性的圖表。如圖所示,當現有產品使用額定電壓時,隨著風量增加而靜壓降低。此外,隨著風量增加,風扇馬達M的使用電力亦降低。另一方面,當現有產品使用上限工作電壓時,與額定電壓的情況相同,隨著風量增加而靜壓降低。此外,隨著風量增加,風扇馬達M的使用電力亦降低。
然而,與現有產品以額定電壓使用的狀況相比,現有產品使用上限工作電壓時的靜壓以及使用電力都變大。
由於額定電壓的特性係必須考慮當使用上限工作電壓時反相器電路130的耗損來決定,若要預留空間,則必須如現有產品一般,將其特性設定為比在使用上限工作電壓時還要低。
第7圖係為顯示本發明產品的額定電壓與上限工作電壓的特性的圖表。如圖所示,當本發明產品使用額定電壓時,隨著風量增加而靜壓降低。此外,隨著風量增加,風扇馬達M的使用電力亦降低。另一方面,當本發明產品使用上限工作電壓時,與額定電壓的情況相同,隨著風量增加而靜壓降低。此外,隨著風量增加,風扇馬達M的使用電力亦降低。
然而,本發明產品使用額定電壓與本發明產品使用上限工作電壓時,兩者的特性幾乎沒有差異。
第8圖係為顯示現有產品與本發明產品的特性的比較圖表。將本發明產品與現有產品的特性進行比較時,當使用本發明產品時,可以得知與現有產品相比較,額定電壓的特性大幅度的提升。
如上所述,根據本發明,當電壓感測器148檢測到的電壓超過閥值時,由於使傳遞至反相器電路130的驅動脈波的工作比降低,能將風扇馬達M的驅動電路145的損耗抑制在一定程度以下。此外,由於能將驅動電路145的損耗抑制在一定程度以下,所以能提高額定電壓並能提升額定電壓中的風量-靜壓特性。
此外,上述實施例雖然以三相馬達為例進行說明,但本發明的概念也能應用於單相馬達、二相馬達、五相馬達等的各種相數馬達。此外,在上述實施例中,雖然以轉子的極數為兩極的情況為例,但即使為三
極以上的極數的馬達也能應用本發明的概念。再者,也能應用於槽數為各種數目的馬達。
以上雖已對本發明之較佳實施例進行說明,惟此等僅為用以說明本發明之例示,並非意在將本發明之範圍侷限於此等實施例。本發明可在不脫離其要旨之範圍內,以與上述實施例相異之各種態樣實施。
Claims (7)
- 一種風扇馬達的控制裝置,其包含:一電壓感測器,其係檢測施加在一風扇馬達的一電壓;一切換部,其係將該風扇馬達的各線圈與一電源選擇性的連接;以及一切換控制部,係當經由該電壓感測器檢測出的電壓超過一閥值時,使傳遞至該切換部的驅動脈波的工作比降低;其中該工作比係包含:一第1工作比,其係形成電壓的一基本波形;以及一第2工作比,其係形成該基本波形的HI波形。
- 如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達的控制裝置,其中該切換控制部包含儲存該閥值與相對於該電壓的工作比的一儲存部,該儲存部中係儲存了不同大小的複數個工作比。
- 如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達的控制裝置,其中該切換控制部包含儲存該閥值與相對於該電壓的工作比的一儲存部,該儲存部中係儲存了無段連續的工作比。
- 如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達的控制裝置,其中該第1工作比係對應提供至該風扇馬達的電流而變化。
- 如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達的控制裝置,其中該第2工作比係當施加在該風扇馬達的電壓超過該閥值時降低。
- 如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達的控制裝置,其中該第2工作比係為對應施加在該風扇馬達的電壓超過閥值的程度而降低。
- 如申請專利範圍第1至3項中的任一項所述之風扇馬達的控制裝置,其中該電壓感測器係設置於該電源與該切換部之間。
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