TWI459712B

TWI459712B - 晶片，電腦可讀記憶媒體，電動馬達及用於起始一馬達中的一轉子的旋轉的方法

Info

Publication number: TWI459712B
Application number: TW099139806A
Authority: TW
Inventors: Lynn R Kern; James P Mcfarland
Original assignee: Standard Microsyst Smc
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2014-11-01
Also published as: US20110115421A1; TW201136136A; US9385641B2

Description

晶片，電腦可讀記憶媒體，電動馬達及用於起始一馬達中的一轉子的旋轉的方法

本發明大體而言相關於用於各種應用的DC(直流電)馬達，例如硬碟驅動馬達、冷卻風扇、用於電器的驅動馬達等。

電動機使用電能來產生機械能，電動機被用於大量的應用中，這些應用包括一些不同的家電用品、泵、冷卻風扇等。一般而言，馬達可分類為交流(AC)馬達、或直流(DC)馬達。

一般而言，馬達包括是馬達非靜止(移動)部分的轉子以及是馬達靜止部分的定子。通常，定子操作為場磁鐵(例如，電磁鐵)，以與電樞相互作用，進而在轉子中引動運動，馬達(通常在定子中)的金屬線以及磁場被配置為使轉矩沿著轉子的軸發展，造成轉子的轉動。通常，馬達亦包括換向器，換向器是將電動機中的電流方向週期性反向的電開關，以幫助在轉子中引動運動，換向器在馬達中攜帶電流且一般被定向至磁場以及被產生之轉矩的法線方向。電樞的目的是攜帶電流穿越磁場，因此在馬達中產生軸轉矩，以及產生電動勢(「EMF」)。

在典型的有刷DC馬達中，轉子包括纏繞一軸的一或多個金屬線線圈，電刷被用來造成與轉子上的一組電觸點(稱為換向器)的機械接觸，以形成DC電源以及電樞線圈繞組之間的電路，當電樞在軸上旋轉時，靜止電刷與轉動中的換向器的不同區段接觸，電樞以及電刷系統形成一組電開關，每一個輪流發動，使得電力總是流經最靠近該靜止定子(永久磁鐵)的電樞線圈，因此，電力源被連接至轉子線圈，造成電流流動以及產生電磁，電刷被用來壓抵轉子上的換向器，以及提供電流至轉動中的軸，當轉子轉動時，換向器造成線圈中的電流被切換，以避免轉子的磁極與定子場的磁極始終完全對準，因此維持轉子的轉動，電刷的使用在馬達中產生摩擦力，造成維修問題以及降低的效率。

在無刷式DC馬達設計中，換向器/電刷座組合(其為有效的機械「轉動開關」)被與轉子位置同步的外部電子開關所取代，因此，無刷式DC馬達具有電子控制的通訊系統，以取代以電刷為基礎的機械通訊系統。在無刷DC馬達中，電磁鐵不會移動，而是永久磁鐵轉動以及電樞維持靜止，此避免了必須將電流傳送至移動中電樞的問題，無刷式DC馬達所提供優於有刷DC馬達的優點包括較高的效率以及穩定性、降低的噪音、較長的壽命(無電刷侵蝕)、消除來自換向器的電離火花以及電磁干擾(EMI)的整體降低。

被用來降低在一些應用中的所需電力的技術是導入三相無刷式馬達，這些馬達的典型架構顯示於圖1中。典型地，用於這些馬達的驅動電子電路仰賴於霍爾元件(Hall element)(霍爾效應感測器)，以在所有時間偵測轉子的絕對位置，以及切換驅動電晶體以維持馬達轉動。霍爾效應感測器是一種回應磁場中的改變而變化其輸出電壓的轉換器，馬達通常會電連接成一「Y」架構，其命名是由於類似於字母「Y」，三個線圈的共用點會被連接至電源，以及驅動電子電路會切換驅動電晶體，以維持轉動馬達所需的轉動中電磁場。

第二種方法需要使用六(6)個驅動電晶體，在此架構中，一對高端以及低端在任何時間點皆為開啟，以通過馬達的三隻腳中的二隻來完成該電子電路。使用未供應能量的線圈作為磁性感測器來確定轉子位置已知為反電動勢(BEMF)偵測，此技術的動機是除去相當貴的霍爾元件以及相關連的電子電路，BEMF交換技術已成功地應用於大範圍的馬達。當使用BEMF偵測時所產生的一個問題是，若轉子未移動，就偵測不到BEMF，這表示，必須要有特殊的技術來誘發轉子的轉動，直到轉速足以偵測BEMF訊號為止。

通常，習知的解決方法使用蠻力方法而在啟動期間驅動馬達線圈，其可能持續數秒，且可能引起數倍的正常操作電流，在文獻中將當此發生時的時間期間稱為自旋加速的強迫換向相位，這是BEMF換向方法的缺點之一。直到馬達旋轉地足夠快以產生BEMF訊號為止，馬達通常是以預定的頻率以及脈寬調變(PWM)工作週期而被驅動為開放迴路，而在馬達元件上施加過度的應力，所使用的電流通常足以損害馬達繞組，並且，在沒有反饋方法的情形下，在可以偵測到損害狀況並校正之前，計時器必須終止，在一些解決方法中，並未提及此情況，馬達將繼續因驅動而破壞。

因此，有需要改善馬達設計以及操作。

當冷卻任何計算平台時，必須要消耗電力來移除在系統中的其他元件所產生的熱，傳統上，對此並未太過關注，因為平台所消耗的電力比起風扇要高上許多，當所有平台的電力消耗被降低時，冷卻系統消耗的電力不是可用來延長膝上型電腦的電池壽命，就是可降低伺服器系統的碳足跡，因此，亦有需要改善冷卻系統中使用的馬達。

各種實施例呈現用於引動馬達中轉子旋轉的系統以及方法，馬達可以是電動馬達，且可包括具有一或多個永久磁鐵的轉子，該一或多個永久磁鐵可以是物理上位於馬達的靜止區段的內側或外側，稱為定子，其可包括複數對電磁鐵，在一些實施例中，馬達可以是三相馬達，以及複數對電磁鐵可以包括三對電磁鐵。

系統可包括用於控制馬達的操作的邏輯，該邏輯可以是類比的及/或數位的，例如，該邏輯可包括一或多個以狀態機為基礎的控制器、或是一或多個專用積體電路，作為替代(或額外地)，馬達可包括處理器，例如，微控制器，以及儲存有可執行來控制馬達的程式指令的電腦可存取記憶媒體，處理器可被配置為執行來自記憶媒體的程式指令，以控制馬達。

該邏輯可被配置用於引動該轉子的旋轉，該邏輯可被配置用於執行以下所述方法中的一些或所有步驟。旋轉週期可以被確定，根據一些實施例，旋轉週期可以被用來確定換向時機。複數對電磁鐵的一或多對電磁鐵可以被激發在第一激發能階，已激發的一或多對電磁鐵可以根據旋轉週期來確定，舉例而言，在一些實施例中，換向模式與基於旋轉週期所確定的換向時機一起被用於確定哪些對電磁鐵要在任何特定的時間被激發(例如，在第一激發能階)。

激發能階於第一時間期間被減少至第二激發能階，第二激發能階可以較第一激發能階為低的激發能階，激發能階可以接著於第二時間期間被增加至第三激發能階，第三激發能階可以是較第二激發能階為高的激發能階。在一些實施例中，將該激發能階增加至第三激發能階可以包括通過一或多個中間激發能階於第二時間期間增量該一或多對電磁鐵的激發能階，第二時間期間可長於第一時間期間，換言之，該激發能階可相對快地被減少至第二激發能階，接著更慢地增加至第三激發能階。在一些實施例中，例如取決於使用的馬達型態，第一、第二以及第三激發能階可以是最大脈寬調變(PWM)工作週期的百分比或可以是線性電壓。

旋轉週期可於第一以及第二時間期間被減少，在一些實施例中，於第一以及第二時間期間減少該旋轉週期可包括於第一以及第二時間期間通過一或多個中間旋轉週期減量該旋轉週期。

上述的步驟可用來起始馬達中轉子的旋轉，也就是說，例如，如上所述，激發該一或多對電磁鐵、於第一時間期間將該激發能階減少至第二激發能階、於第二時間期間將該激發能階增加至第三激發能階第二時間期間以及於第一以及第二時間期間減少旋轉週期的組合可起始馬達中轉子的旋轉。

相較於習知設計，上述方法提供顯著較佳的馬達效能，例如，增加的效率，特別是，在利用接近線性的週期量變曲線時，使用非單調驅動量變曲線以克服馬達慣量可以提供比習知解決方法所需電流少之啟動馬達的方法。相較於在強迫換向期間驅動於或接近最大輸入電壓的習知解決方法，該方法可較不易受啟動期間之過電流情況的損害，此外，該方法足夠簡單而可被執行為更緊密且高效的控制機制設計的一部分，這更進一步降低整體電力使用。

上述的方法尤其可相當適合於某些應用，例如，驅動風扇、推進器或其轉矩負載與角速度平方成正比的其他負載的馬達，由於在這些實施例中，於低速時幾乎沒有負載，一旦慣量已經被克服後，維持馬達轉動所需的能量非常少，上述方法的實施例可產生相配於這些型態之負載的驅動量變曲線，而讓操作更高效以及更有效。

本發明允許各種修正及替代形式，同時其特定實施例亦經由圖式中的例子作為顯示且在此進行詳細敘述，然而，應該瞭解的是，圖式以及詳細敘述並非意欲於將本發明限制為所揭示的特別形式，相反的，目的在於涵蓋落在本發明藉由所附申請專利範圍而定義的精神與範疇內的所有修正、等義以及替代。

圖1A以及圖1B-示範性風扇以及風扇馬達

圖1A以及圖1B闡明根據一個實施例的示範性風扇組合110，風扇110可以是冷卻風扇，例如，用於膝上型電腦或桌上型電腦的風扇，風扇110可替代地為商用或工業用風扇或通常由馬達所驅動的任何類型風扇。風扇組合110可包括馬達組合100以及風扇葉120，馬達組合100可包括馬達(例如，102，圖2)以及用於控制馬達102的驅動電路(例如，402，圖4)。

雖然圖1A以及圖1B闡明作為馬達所驅動的負載的風扇，應該注意的是，在此所述之將轉子校準至已知位置的系統以及方法可適合用於驅動任何不同類型的負載，包括但不限於硬碟機、用於電器、推進器、輪子、泵或其他負載的驅動馬達。

圖2-無刷式四極三相馬達

圖2闡明示範性無刷式四極三相馬達102的簡化圖，馬達102例如藉由直流(DC)電而被供應電力，馬達也可以被電子式控制，馬達102可包括轉子202，轉子202可包括一或多個永久磁鐵，轉子202如所示可具有四個磁極。替代地，轉子202可包括二、六或其他數量的磁極。馬達可包括構成為環繞轉子202的定子204，其包括複數個電磁鐵206。可以有六個電磁鐵206，其可以相等距離設置在定子204周圍，電磁鐵206可以設置為三對電磁鐵，使得每一對電磁鐵都能各自以不同於其他對的相位被供給電力，三對電磁鐵206可以連接成「Y」型配置，因此，馬達102可以是一種三相馬達，馬達102可以是無刷式，例如，不包括任何連接電流至轉子202的電刷。此外，馬達102可以是無感測器的，例如，可以不包括離散轉子位置偵測機制，例如，一或多個霍爾感測器。當馬達正在操作時，在定子204上三對電磁鐵中的二對可在任何給定的時間受到驅動而引動或維持轉子202的轉動，接著，馬達102可以利用定子204的其中一個未受驅動電磁鐵而間接地偵測轉子202的位置。由於間接偵測轉子202的位置僅能發生在轉子已經在旋轉的時候，所以一或多個特殊技術可被用於將轉子放置在已知的位置及/或迫使轉子開始轉動，即使是在不知道轉子的確切位置的情況下。本發明的揭示主要與例如一旦轉子已被放置在已知位置時用於引動轉子旋轉這類的技術。併入做為參考的案名為「System and Method for Aligning a Rotor to a Known Position(用於將轉子校準至已知位置的系統及方法)」的第12/620,679號申請案對將轉子校準至已知位置有更詳細的討論。

定子204的相位可以用被理想配置用於引動轉子202的轉動的模式而進行驅動，電磁鐵206的極性可以週期性地換向，以作為此模式的一部分。

圖3-無刷三相馬達的換向模式

圖3闡明了根據一個實施例之描述無刷三相馬達的換向模式，馬達102可以是如上所述的無刷三相DC馬達，電磁鐵206如所示可以連結成「Y」型配置，馬達102亦可以是如上述的無感測器馬達，例如，可利用未驅動定子電磁鐵來間接偵測轉子的位置(或是馬達102可以包括霍爾感測器)，馬達102可根據任何不同技術(例如，取決於馬達操作的相位或其他原因)來確定換向模式的每一個換向的時機。例如，如將於接下來更進一步敘述的，在強迫換向相位操作中，換向時機可取決於特別為強迫換向所確定的旋轉週期。其他確定換向時機的方法也可用於自然換向相位操作，例如，在案名為「Brushless,Three Phase Motor Drive(無刷式三相馬達驅動)」的第12/393,966號申請案中所敘述的任何實施例(其於上併入做為參考)。為了控制轉子202的轉動，在定子204上的二對電磁鐵典型地可在任何時間被驅動，給定的一對可以在「高端」、或「低端」上被驅動，以指出直流電流經該對電磁鐵的繞組。取決於在轉子中磁極的數量，一對電磁鐵可以相同方向或相反方向被纏繞，例如，具有四極轉子(如圖2所示)時，繞組可以被配置為一對電磁鐵的相反側對轉子呈現相同的磁性(例如，「S」)，而具有二極轉子時，繞組可被配置為使得一對電磁鐵的相對側呈現相反的極性(例如，一個是「S」，一各是「N」)。因此，在一些情況下，用來定義「高端」以及「低端」表明的磁性的慣例可取決於轉子磁力學，也有可能是其他的命名及/或驅動慣例。

換向循環可以包括六個相位，這些相位可以對應於在圖3中所編號的箭頭，在圖3中，每一個箭頭都是從高端驅動對指向低端驅動對，因此，舉例而言，「1」可表明循環的第一相位，「U」電磁鐵對302可以在高端被驅動，而「V」電磁鐵對304可以在低端被驅動，此時，「W」電磁鐵對306可以維持未驅動。接著，「2」表明循環的第二相位，「U」電磁鐵對306可再次於高端被驅動，而「W」電磁鐵對304可以在低端被驅動且「V」電磁鐵對302可以是未驅動，剩下的已編號相位的每一個都可以用類似的方式操作，從而產生可被重複以增加、維持或另一方面影響轉子轉速的完整換向循環。

若馬達102是DC發動馬達，轉速可利用電磁鐵的脈寬調變(PWM)來控制。一般而言，PWM工作週期可表明轉子202應該要轉多快，更特別地，PWM工作週期可明確規定要多常以及要用多少電力來驅動轉子的電磁鐵。替代地，在一些實施例中，直接線性電壓可被用來激發電磁鐵的線圈。

圖4-具有驅動控制邏輯的馬達的電路圖

圖4闡明馬達以及其驅動控制邏輯402的簡化電路圖，如上所述且如於各個圖式中闡明的，馬達可以的是無感測器、無刷式三相馬達，如所示，馬達可包括定子204，定子204可包括三對電磁鐵，每一對電磁鐵可具有一對相對應的電晶體，例如，場效電晶體(FET)，電晶體可被配置為使每一對電磁鐵實際上為雙極，例如，極性可逆。換言之，對每一對電磁鐵而言，一個電晶體在高端驅動該對，或另一個電晶體可在低端驅動該對，舉例而言，在FET404可為該「U」對302的高端電晶體，而FET 406可為「U」電磁鐵對302的低端電晶體。類似地，在FET 414、416可分別為「V」電磁鐵對304的高端以及低端電晶體，而FET 424、426可分別為「W」電磁鐵對306的高端以及低端電晶體。除了特定實施例示外，任何數量的其他繞組配置(例如，利用不同數量或型態的電晶體)都是可能的。

每一對電磁鐵的電晶體可以由驅動控制邏輯402控制，驅動控制邏輯402可以是被配置用於執行於此所述的各種操作的電子邏輯，例如，在各個激發能階激發所述電磁鐵對其中之一或多個電磁鐵對，以引動轉子的旋轉。除了任何旋轉引動(例如，強迫換向)功能之外，驅動控制邏輯402具有用於在其他狀況下控制馬達的邏輯；舉例而言，驅動控制邏輯402可包括用於制動及/或轉子對準相關功能的邏輯，用於控制馬達的靜止狀態或自然換向操作的邏輯，用於確定是否存在停頓狀況的邏輯及/或用於其他功能的邏輯以及用於在適當時間從一個功能切換至另一個功能的邏輯。

在一些實施例中，驅動控制邏輯402亦可接收來自一或多個例如風扇速度控制裝置之類的外部控制裝置的訊號，其他的外部控制裝置亦是可預想的，替代地，此類的控制裝置可以被併入驅動控制邏輯402中。

驅動控制邏輯402本身可以是任何不同類型的邏輯，例如，類比的、或數位的或是其組合，舉例而言，驅動控制邏輯402可以實施為執行包括在記憶媒體上的指令的處理器，例如，微控制器；以狀態機為基礎的數位控制器；現場可程式閘陣列(FPGA)及/或混合訊號專用積體電路(ASIC)。替代地，驅動控制邏輯402可包括上述的任何組合，因此，可利用任何不同數位或類比技術或其組合來實施驅動控制邏輯，對本領域具有通常知識者而言為明顯的。

圖5-舉例說明引動旋轉馬達中轉子的方法的流程圖

圖5闡明根據一個實施例的用於引動馬達轉子旋轉的方法，下面所述方法的實施例特別適合實施在無感測器、無刷式三相DC電動馬達中，舉例而言，如上述，在此類馬達中，其不可能偵測轉子的位置，直到轉子已經在旋轉為止，因此，一種特定技術，例如以下所述者，可用來強迫轉子開始轉動，直到足以偵測BEMF的轉速已被建立為止。然而，雖然以下所述方法可能特別適合此類無感測器馬達，但明顯地，若有需要時，該技術亦可用在其他類型的馬達中，也就是說，起始轉動是馬達操作不可或缺的方面，並且，於此所述的技術在一些實施例中可適用於各種型態的馬達。

如上所述以及如在各個圖式闡明的，馬達102可以是無刷式三相馬達，因此，馬達102可包括轉子202，轉子202可包括一或多個永久磁鐵，在轉子202上的該一或多個永久磁鐵可包括四個磁極；替代地，永久磁鐵可包括二、六或其他數量的磁極，馬達亦可包括定子204，定子204可位於轉子202的周圍並可包括複數個電磁鐵206，舉例而言，在定子204上可以有六個電磁鐵206，六個電磁鐵206可操作為三對電磁鐵206，每一對電磁鐵302、304、306可以彼此相對，該複數個電磁鐵206可以平均地分佈在定子204周圍。

該方法是藉由馬達組合100中所包含的邏輯402而執行，舉例而言，邏輯402(其執行在此所述的方法)可包括執行記憶媒體上包括的指令的處理器，例如，微控制器；以狀態機為基礎的數位控制器；及/或混合訊號專用積體電路(ASIC)，替代地，該方法可利用上述的任何組合來執行。

在502中，可確定旋轉週期，旋轉週期可用於確定在任何情況下要激發的是哪(些)對電磁鐵，旋轉週期亦可被用於確定何時換向各對電磁鐵。舉例而言，可根據如圖3中所示且與圖3相關的敘述的換向模式來驅動馬達，以及旋轉週期可確定換向模式的時機。

因為該方法可大致上從休息而起始轉子的轉動，因此，起始旋轉週期相對地長，然而，旋轉週期的實際長度是強烈取決於馬達的應用，例如，施加到馬達的負載，因此，起始旋轉週期可以「相對地」長，其中，對馬達的給定應用而言，起始旋轉週期會比後續的旋轉週期更長，不同馬達應用間的起始(以及後續)旋轉週期變化相當大。

在504中，一或多對的電磁鐵在第一激發能階被激發，該一或多對電磁鐵可少於所有的複數個電磁鐵，舉例而言，在一個實施例中，每次可以激發二對電磁鐵：典型地，一對可在「高」端被激發，而另一對可在「低」端被激發，被激發的特定電磁鐵對可基於旋轉週期而確定。舉例而言，為了最有效率地引動轉動，應該在換向模式(其時機可由旋轉週期確定)中的不同時間激發不同的電磁鐵對，該一或多對電磁鐵的激發可以是藉由脈寬調變(PWM)的激發，或者替代地，可以是藉由線性電壓的激發。因此，在一些實施例中，第一激發能階(以及任何後續的激發能階)可以是PWM工作週期或線性電壓位準。

在一些實施例中，馬達可具有最佳的或實際的最小及/或最大激發能階，舉例而言，可以有最小PWM工作週期以及最大PWM工作週期、或是最小以及最大線性電壓，藉此，電磁鐵線圈可以(或應該)被驅動。在一些實施例中，第一激發能階可以是最大激發能階；換言之，該方法可藉由在最大激發能階激發單一對的電磁鐵而開始，此是為了引動發生轉子的第一移動所需要的初始「推動」，以例如克服靜摩擦。替代地，若有需要，第一激發能階可不是最大激發能階。

在506中，激發能階可被減少至第二激發能階，該減少可於第一時間期間發生，將激發能階減少至第二激發能階可包括通過一或多個中間能階以於第一時間期間減少激發能階。舉例而言，該一或多對電磁鐵首先可在第一激發能階被激發，接著在第一時間增量後，激發能階可被減量至第一中間激發能階，在第二時間增量後，激發能階可再次地減量，例如，至第二中間激發能階，如激發能階中的許多此類增量減少可依需要執行，例如，用於激發的較平緩減少。減量能階以及時間增量可以與所需一樣的小或大。替代地，若有需要，可以執行僅一個或沒有中間減量，因此，在一些實施例中，將激發能階減少至第二激發能階可在單一減量中完成。

第二激發能階可低於第一激發能階，在一些實施例中，第二激發能階可以是最小激發能階，例如，最小的最佳或實際PWM工作週期或線性電壓。

在一些實施例中，減少到第二激發能階的可相對地發生較快；換言之，第一時間期間可相對地短，這是有需要的，因為一旦轉子開始轉動(例如，一旦已經克服了馬達慣量)後，實際的負載可以極小。在該負載是推進器或風扇的應用中尤其是這樣的情況，此時，在此類應用中的轉矩負載可與轉子的角速度平方成比例。換言之，處於強迫換向的起始期間(一旦慣量被克服後)的非常低轉速時，維持馬達轉動所需的能量相對地小，因此，相對快地減少線圈從第一激發能階被驅動至第二激發能階的激發能階就顯得有意義。

應該要注意地是，在第一時間期間，可持續週期性地改變要激發該一或多對電磁鐵的哪一對，例如，根據換向模式以及以根據旋轉週期確定的時機的間隔。如以下註記的，旋轉週期亦可在此時間期間內改變。

在508中，該一或多對電磁鐵的激發可被增加至第三激發能階，該增加可於第二時間期間發生，將激發能階增加至第三激發能階可包括通過一或多個中間能階於第二時間期間增量該激發能階，如此的增量可類似於如上與步驟506有關所述的減量。舉例而言，在第二時間期間中，該一或多對電磁鐵可首先被激發在第二激發能階，接著在第一時間增量後，激發能階可被增量至第一中間激發能階，在第二時間增量後，激發能階可再次地增量，例如，至第二中間激發能階，如激發能階許多此類增量可依需要執行，例如，用於激發的較平緩增加。增量能階以及時間減量可以與所需一樣的小或大，替代地，若需要，可執行僅一個或沒有中間增量，因此，在一些實施例中，將激發能階增加至第三激發能階可在單一減量中完成。

第三激發能階可高於第二激發能階，在一些實施例中，第三激發能階可以是最大激發能階，例如，最大的最佳或實際PWM工作週期或線性電壓，因此，在一些實施例中，該一或多對電磁鐵的激發可初始是最大激發能階開始，接著減少至最小能階，然後逐漸再次增加至最大激發能階。

在一些實施例中，增加到第三激發能階可於相對地長的時間期間發生；舉例而言，第二時間期間可長於第一時間期間。而為了平緩且有效地將轉子加速至BEMF足以偵測到轉子位置的速度，這是有需要的。應該要注意地是，「相對地長」的第二時間期間主要是指第二時間期間長於第一時間期間；取決於應用，在一些實施例中，以人類的標準，第一以及第二時間期間二者皆相當短，舉例而言，所考量的實施例中，整個方法的執行為毫秒，亦可考量其他的時間規模(例如，微秒、秒、或其他時間規模)。

應該要注意地是，就在第一時間期間剛結束的第二時間期間，可持續週期性地改變要激發該一或多對電磁鐵中的哪一對，例如，根據換向模式以及以根據旋轉週期確定的時機的間隔。如以下註記的，旋轉週期亦可在此時間期間改變。

在510中，旋轉週期於第一以及第二時間期間內被減少。換言之，在該一或多對電磁鐵的激發能階被減少且接著再次逐漸增加的整個時間期間內，可以減少旋轉週期。隨著旋轉週期被減少，轉子旋轉的頻率將相應地增加；也就是說，轉子將旋轉的更快。

減少旋轉週期可包括通過一或多個中間旋轉週期於第一時間期間減量旋轉週期。舉例而言，旋轉週期可為第一旋轉週期，接著在第一時間增量後，旋轉週期被減量至第一中間旋轉週期，在第二時間增量後，旋轉週期可再次地減量，例如，至第二中間旋轉週期，如旋轉週期中許多此類的增量可依需執行，例如，用於較平緩的增加旋轉頻率。減量程度以及時間增量可以與所需一樣的小或大，替代地，若需要，可執行僅一個或沒有中間減量。因此，在一些實施例中，減少旋轉週期可在單一減量中完成。

在第二時間期間後，轉子可以用足以偵測到BEMF以及用於確定轉子位置的旋轉角速度來旋轉，換言之，激發該一或多對電磁鐵、將激發能階於第一時間期間減少至第二激發能階、將激發能階於第二時間期間增加至第三激發能階、以及於第一以及第二時間期間內減少旋轉週期可有效地起始馬達中轉子的旋轉，一旦這發生後，馬達的控制可來到驅動控制邏輯的不同部分，例如，用於根據任何各式實施例而控制馬達的自然換向操作的邏輯。

根據於此所述的方法的實施例而實施的示範性驅動量變曲線顯示於圖7中，且接下來相關於圖7而更進一步敘述。

於此所述的方法結合了加速馬達可能需要的頻率增加以及可用於在自動換向中驅動低速的低激發能階。使用了更為線性表格而不是利用線性加速表格，並且可變化激發能階使得初始週期接收相對地高(例如，程式化最大)的激發能階，以克服慣量，以及接著利用從相對地低(例如，程式化最小)的激發能階提升的激發能階而連續地減少週期(增加頻率)。

此方法的重要優勢是，降低了起動馬達所需要電流。在利用接近線性的週期量變曲線時，為了克服馬達慣量而使用非單調驅動量變曲線提供了起動無刷式三相DC馬達的傑出方法，並且，特別可應用於送風機/風扇應用中。推進器或風扇展現與角速度平方成正比的轉矩負載的事實表示了實質上在開始時並沒有負載。在此所述之方法所利用的事實是，一旦已經克服了慣性，其維持馬達轉動所需要的能量會由於沒有實質負載而相對地小。

圖6-用於引動馬達中轉子轉動的方法的基於有限狀態機的實施

圖6顯示了在馬達中校準轉子的方法的一種可能實施的示範性實施例，根據一些實施例，圖6中顯示的狀態圖部分可實施為用於控制馬達操作的基於有限狀態機的數位控制器的一部分。舉例而言，圖6可控制有限狀態機的強迫換向功能，其亦包括用於轉子校準、自然換向、馬達制動、暫停/重新開始順序、停頓偵測及/或其他功能的其中一或多個部分，應該要注意地是，圖6的該狀態圖實施代表在圖5中所顯示以及就圖5而進行敘述的方法的一個可能實施，僅意欲於作為示範，其他的實施也是可預想的。

圖7-激發能階與強迫換向週期的關係圖

圖7是描繪根據一個實施例之激發能階相對於強迫換向週期的圖式，在所顯示的實施例中，激發能階是PWM工作週期，在702，線圈被初始地激發於最大PWM工作週期，以及相對地長的旋轉週期，在第一時間期間，例如，自702至704，PWM可減少至低上許多的工作週期，以及旋轉週期可減少為稍短的旋轉週期，在第二時間期間，例如，自704至706，隨著旋轉週期繼續減少，PWM可往回增加至相對地高的工作週期。

應該要注意地是，在圖7中所顯示的實施例代表以顯示於圖5中且關連於圖5而敘述的方法為基礎的一個可能實施，且僅在於示範說明，並不應被視為是對於整體揭示內容的限制，利用不同旋轉週期、PWM工作週期(或線性電壓代替PWM工作週期)及/或整體驅動量變曲線的其他實施亦為可欲想。

雖然實施例已經相當詳細地進行敘述，但對本領域中具有通常知識者而言，只要完全瞭解前面的揭示後，眾多的變化以及修飾都將變得明顯，旨在於利用接下來申請專利範圍的解析來囊括所有如此的變化以及修飾。

100．．．馬達組合

102．．．馬達

110．．．風扇組合

120．．．風扇葉

202．．．轉子

204．．．定子

206．．．電磁鐵

302．．．「U」電磁鐵對

304．．．「V」電磁鐵對

306．．．「W」電磁鐵對

402．．．驅動控制邏輯

404．．．FET

406．．．FET

414．．．FET

416．．．FET

424．．．FET

426．．．FET

圖1A以及圖1B舉例說明根據一實施例的示範性風扇以及風扇馬達的不同示圖；

圖2舉例說明根據一個實施例的無刷式四極三相電動馬達的簡單圖式；

圖3舉例說明根據一個實施例的無刷式三相電動馬達的換向模式；

圖4為根據一個實施例之具有驅動控制邏輯的馬達的電路圖；

圖5為根據一個實施例之引動馬達轉子旋轉的方法的流程圖；

圖6闡明根據一個實施例之實現引動馬達轉子旋轉的方法的有限狀態機；及

圖7為描繪根據一個實施例之PWM工作週期相對於強迫換向期間之間的示範性的圖式。