无刷直流马达转速控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明有关一种马达转速控制技术，旨在提供一种可在低转速运转时产生高扭力输出，以及在高转速运转时产生低扭力输出的无刷直流马达转速控制系统。
【背景技术】
[0002]按，马达(又称电动机)主要能将电能转换为机械能，藉以驱动机械作旋转、振动或直线运动，而广被运用于自动控制与机电整合领域，在生活上更有许多的家电产品，都需要运用到马达来进行相关的运作，相对的马达的类型与工作运用也愈来愈多样化。
[0003]虽然马达的种类很多，依照驱动电流的不同，大致可以分为直流马达和交流马达，且对于基本结构来说，主要由定子(Stator)和转子(Rotor)所构成；其中，交流马达虽然结构简单价格低廉，但早期因为变速控制较为困难，过去主要应用于定转速或多段变速的应用场合。
[0004]由于交流马达在实际运转时，其转速与输入的电流频率成正比，原则上频率越高转速越快，随着变频器应用于交流马达的变速控制在工业上已有相当的时日，加上近年来大规模集成电路的快速发展，功率电子元件的进步，复杂的控制法则得以藉微处理器为基础的软件予以实现，使交流马达的变速控制可藉由数字式变频器驱动系统而达成，进而广泛的应用于各种领域。
[0005]一般直流马达的转子为电磁铁(以漆包线绕成)，定子则为永久磁铁，以永久磁铁为周围的磁场，线圈绕成的电磁铁为中间转子，主要透过适时改变电流方向方式，达到使转子能依同一方向持续旋转的目的；例如，有刷直流马达靠电流流经电刷再经电枢转动，其垂直磁场的产生采用在转子上增加多组的线汇绕组，经由电刷(brush)与换相(commuttor)的调整，使流入电枢的电流，能控制转子磁场保持在磁场垂直的方向上。
[0006]至于，无刷直流马达主要解决有刷直流马达的电刷与换相器维护问题，其动作原理与有刷式直流马达最大不同之处，在于无刷直流马达改以电子式的换相，达到使转子与定子磁场保持在预定相位差的目的。
[0007]然而，既有习用的无刷直流马达欲进行转速调整时，虽可透过改变电电压的方式达成，相形之下会感觉较为简单容易，但若马达加上负载时，将严重造成扭力不足的问题，必须选择较大功率的电源方可让马达从静止状态启动运转，如此不但造成无刷直流马达可供使用电源的限制，且在无刷直流马达全时运转过程中亦相对较耗费电能。
【发明内容】
[0008]本发明即在提供一种无刷直流马达转速控制系统，使所应用的无刷直流马达可在低转速运转时产生高扭力输出，以及在高转速运转时产生低扭力输出。
[0009]为达上揭目的，本发明的无刷直流马达转速控制系统，至少包括有:一无刷直流马达，设有两个定子、一个转子，该两个定子沿一相同的轴心排列设置，各定子具有一呈圆环状的本体，于该本体上设有朝该本体中心延伸的定子齿，于各定子齿尾端形成一靴部，于各定子齿上绕设有预定闸数的线圈，且该两个定子的靴部相互交错围绕呈一圆孔状构型，该转子相对设于该两个定子的圆孔状构型内，该转子于一转轴上围绕设置有复数永久磁石，且全数永久磁石以于该转轴外围形成南/北极交错配置的方式排列设置；一逆变电路，电气连接于该无刷直流马达的两个定子与直流电源之间；以及一闸极驱动电路及一微控制器，由该闸极驱动电路构成该微控制器与该逆变电路电气连接，由该微控制器连接外部传速控制讯号。
[0010]利用上述技术特征，本发明的无刷直流马达转速控制系统，于使用时，透过逆变电路构成两个定子与直流电源电气连接，且配合微控制器与门极驱动电路的整合运作下，依照所接收的转速控制讯号及霍尔感应元件所传送的讯号，以交互驱动两个定子的线圈电路，或是驱动任一定子的线圈电路的方式，让所通电的定子与转子形成相互作用电磁场，使转子持续朝同一方向旋转。俾可透过交互驱动两个定子的线圈电路的方式在低转速运转时产生高扭力输出，以及透过驱动任一定子的线圈电路的方式在高转速运转时产生低扭力输出的转速控制效果。
[0011]依据上述技术特征，于该无刷直流马达转速控制装置，于该无刷直流马达的转子周边处设有的周边处可设置至少一霍尔感应元件，以供随该转子的永久磁石位置改变而产生相对应的电流讯号。
[0012]依据上述技术特征，于该逆变电路采用串联方式电气连接。
[0013]依据上述技术特征，于该相邻靴部的间隙其范围为2mm至5mm之间。
[0014]依据上述技术特征，于该些定子齿为彼相邻线圈此间隔“180度/m”的电气角，m为定子的数量。
[0015]依据上述技术特征，于该无刷直流马达的转子周边处设有至少一个霍尔感应元件与该微控制器电气连接，由该霍尔感应元件侦测该转子的转速。
[0016]依据上述技术特征，于该无刷直流马达的转子周边处设有至少两个霍尔感应元件与该微控制器电气连接，由其中一霍尔感应元件侦测该转子的转速，由另一霍尔感应元件侦测电流交换的时序。
[0017]依据上述技术特征，于该无刷直流马达的转子周边处设有至少三个霍尔感应元件与该微控制器电气连接，由其中一霍尔感应元件侦测该转子的转速，由另一霍尔感应元件侦测电流交换的时序，以及，由再一霍尔感应元件侦测判断该转子的转向。
[0018]依据上述技术特征，于该微控制器连接外部传速控制讯号及该至少一霍尔感应元件的电流讯号，且依照所接收的转速控制讯号及霍尔感应元件所传送的讯号，控制该闸极驱动电路以交互驱动两个定子的线圈电路。
[0019]依据上述技术特征，于该微控制器连接外部传速控制讯号及该至少一霍尔感应元件的电流讯号，且依照所接收的转速控制讯号及霍尔感应元件所传送的讯号，驱动任一定子的线圈电路的方式，让所通电的定子与所对应的转子形成相互作用电磁场。
[0020]所述各定子分别设有八个定子齿，该转子设有八个永久磁石。
[0021]所述各定子分别设有偶数个定子齿，该转子设有偶数个永久磁石。
[0022]所述各定子分别设有偶数个定子齿，该转子设有相对应定子的偶数个永久磁石。
[0023]所述各定子由复数相同构型的硅钢片叠置构成。
[0024]所述各永久磁石的轴向长度涵盖该两个定子的靴部设置范围。
[0025]具体而言，本发明所揭露的无刷直流马达转速控制系统，可透过交互驱动两个定子的线圈电路的方式在低转速运转时产生高扭力输出，以及透过驱动任一定子的线圈电路的方式在高转速运转时产生低扭力输出的转速控制效果，不需要高功率的电源即可启动马达运转，并且在马达运转至设定的转速后即可切换成改以驱动任一定子的线圈电路的方式运转，不但可以降低无刷直流马达使用电源的限制，且在无刷直流马达全时运转过程中亦相对较节省电能。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的无刷直流马达转速控制系统组成架构示意图。
[0027]图2为本发明的无刷直流马达外观立体图。
[0028]图3为本发明的无刷直流马达结构分解图。
[0029]图4为本发明的无刷直流马达结构剖视图。
[0030]图5为本发明的无刷直流马达以交互驱动两个定子的线圈电路的方式运转时，其定子与转子的磁性相互作用关系示意图。
[0031]图6为本发明的无刷直流马达以驱动任一定子的线圈电路的方式运转时，其定子与转子的磁性相互作用关示意图。
[0032]图号说明:
Q1~Q8电晶体
11霍尔感应元件
12逆变电路
13闸极驱动电路
14微控制器
20无刷直流马达
21定子
211本体
212定子齿
213靴部
214线圈
22转子
221转轴
222永久磁石。
【具体实施方式】
[0033]本发明主要提供一种可在低转速运转时产生高扭力输出，以及在高转速运转时产生低扭力输出的无刷直流马达转速控制系统，进而达到低转速运转时产生高扭力输出，以及在高转速运转时产生低扭力输出的转速控制效果，即可进行大范围的转动速度变化对应的无刷马达控制系统，如图1本发明的无刷直流马达转速控制系统组成架构示意图所示，本发明的无刷直流马达转速控制系统，包括有:一无刷直流马达20、至少一霍尔感应元件
11、一逆变电路12、一闸极驱动电路13及一微控制器14。
[0034]请同时配合参照图1至图5所示；其中，该无刷直流马达20，设有两个定子21、一个转子22，该两个定子21沿一相同的轴心排列设置，各定子21具有一呈圆环状的本体211，于该本体211上设有朝该本体211中心延伸的定子齿212，于各定子齿212尾端形成一靴部213，于各定子齿212上绕设有预定闸数的线圈214，各定子21相邻的靴部213的间隙其范围为2mm至5mm之间，所述的间隙小于2mm则绕线困难，大于5mm容易产生无用的磁力，且成本更高，且该两个定子21的靴部213相互交错围绕呈一圆孔状构型；该转子22相对设于该两个定子21的圆孔状构型内，该转子22于一转轴221上围绕设置有复数永久磁石222，且全数永久磁石222以于该转轴外围形成南/北极交错配置的方式排列设置。
[0035]其中，该些定子齿212相邻线圈214为彼此间隔“180度/m”的电气角，m为定子21的数量，在此，机械角和电气角的关毫无疑义地由定子数量决定，又，该些定子齿相邻线圈为彼此间隔“180度/m”的电气角，m为定子的数量。
[0036]因此，电气角的一个周期不与机械角的一个周期对应，以本发明的较佳实施例为例，二个定子21，该些定子21的定子齿212为八个，其电气角的一个周期相当于该转子22的旋转角的1/4。此时，即使是电气角为恒定角度中的感应电压，也会变为在机械角不同的位置检测出的感应电压。若机械角不同，则也会存在基于定子21数量的机械式结构而在感应电压中产生变化的情况。
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