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TWI862421B - 具有數據位元拓展機制的馬達控制器 - Google Patents

具有數據位元拓展機制的馬達控制器 Download PDF

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TWI862421B
TWI862421B TW113106266A TW113106266A TWI862421B TW I862421 B TWI862421 B TW I862421B TW 113106266 A TW113106266 A TW 113106266A TW 113106266 A TW113106266 A TW 113106266A TW I862421 B TWI862421 B TW I862421B
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motor
circuit
bit
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magnetic pole
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Inventor
陳立偉
Original Assignee
茂達電子股份有限公司
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Priority to US18/656,555 priority patent/US20250274062A1/en
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Abstract

本發明公開一種具有數據位元拓展機制的馬達控制器。馬達控制器設定用於多個磁極位置時間區間內分別的多個目標波形特徵數據，以輸出一馬達控制輸出指令。馬達控制器依據每一目標波形特徵數據，以在一位元數拓展指令中產生多個子目標波形特徵數據。多個子目標波形特徵數據分別用於多個位元拓展時間區段內。各子目標波形特徵數據的位元數小於上限位元數。馬達控制器依據位元數拓展指令以產生多個位元數拓展波形，用於控制馬達。

Description

具有數據位元拓展機制的馬達控制器
本發明涉及一種馬達控制器，特別是涉及一種具有數據位元拓展機制的馬達控制器。
傳統馬達控制器時常調變輸出至馬達的脈波寬度調變訊號，以調整馬達的轉速。若是要控制到更精準的轉速，傳統馬達控制器通常會使用更高的位元(bit)數來做控制，但更高的bit數意味著需要更高頻率的震盪器，以及更多的邏輯電路來做實行，以此解值出一組數位控制訊號來控制馬達轉速。
傳統馬達控制器為了提升輸出脈波寬度調變訊號的bit數，在輸出切換的三角波週期代入用來提升的參數，但這一個動作有可能改變脈波寬度調變訊號的頻率，或者破壞輸出脈波寬度調變訊號的弦波連續性，造成對馬達輸出電流的不連續性。
針對現有技術的不足，本發明提供一種具有數據位元拓展機制的馬達控制器。本發明的具有數據位元拓展機制的馬達控制器包含輸出指令產生電路、位元數拓展電路以及馬達控制電路。所述輸出指令產生電路配置以設定分別用於多個磁極位置時間區間內的多個目標波形特徵數據，以輸出一馬達控制輸出指令。各所述磁極位置時間區間的所述目標波形特徵數據的位元數定義為一目標位元數。所述位元數拓展電路連接所述輸出指令產生電路。所述位元數拓展電路配置以依據所述目標位元數大於一上限位元數的每一所述目標波形特徵數據，在一位元數拓展指令中產生多個子目標波形特徵數據。各所述子目標波形特徵數據的位元數小於所述上限位元數。所述馬達控制電路連接所述位元數拓展電路以及馬達。所述馬達控制電路配置以依據從所述位元數拓展電路接收到的所述位元數拓展指令，產生分別具有多個所述子目標波形特徵數據的多個波形作為多個位元數拓展波形。所述馬達控制電路配置以分別在一位元數拓展時間區間切分出的多個位元拓展時間區段內依據多個所述位元數拓展波形控制所述馬達。
如上所述，本發明提供一種具有數據位元拓展機制的馬達控制器。當用於控制馬達的狀態變化至目標狀態的馬達控制輸出指令的位於數超過馬達控制電路所能處理的位元數時，本發明的馬達控制器對馬達控制輸出指令執行位元數拓展作業，以打散來降階馬達控制輸出指令的解析度。其結果為，本發明採用較低解析度、運算能力等性能的馬達控制器，仍能夠達到高解析度的馬達控制順利控制馬達的狀態逐漸變化至目標狀態，例如馬達的轉速逐漸增加至到達目標轉速，藉此可節省電路成本。再者，本發明的馬達控制器能夠在提供高解析度下，保持馬達穩定地運轉。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1和圖2，其圖1為本發明第一實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的方塊圖，圖2為本發明第一實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器所控制的馬達的轉子的多個磁極位置的示意圖。
如圖1所示，在第一實施例中，本發明的具有數據位元拓展機制的馬達控制器包含輸出指令產生電路CMD、位元數拓展電路BTE以及馬達控制電路CTR。位元數拓展電路BTE連接輸出指令產生電路CMD以及馬達控制電路CTR。馬達控制電路CTR連接馬達MT。
本發明的馬達控制器應用於控制馬達MT的運作，使馬達MT的轉子在多個磁極位置時間區間內分別切換至多個磁極(或稱槽極)位置。
一般而言，馬達MT的轉子會配有2N個磁極位置來進行相位切換，其中N為大於等於1的正整數。舉例而言，如圖2所示，馬達MT的轉子配置有兩個(N=1)磁極位置N1、S1來進行相位切換，或是馬達MT的轉子配置有四個(N=2)磁極位置N1、S1、N2、S2來進行相位切換，又或是馬達MT的轉子配置有八個(N=4)磁極位置N1、S1、N2、S2、N3、S3、N4、S4來進行相位切換，以上僅舉例說明，本發明不以此為限。
輸出指令產生電路CMD設定用於多個磁極位置時間區間中的每一磁極位置時間區間內的目標波形特徵數據，以輸出一馬達控制輸出指令。輸出指令產生電路CMD將多個磁極位置時間區間中的每一磁極位置時間區間的目標波形特徵數據的位元數定義為一目標位元數。
若有需要，輸出指令產生電路CMD可連接外部輸入指令下達電路，以依據從外部輸入指令下達電路接收到的一馬達控制輸入指令，以設定用於多個磁極位置時間區間中的每一磁極位置時間區間內的目標波形特徵數據，以輸出馬達控制輸出指令。
為了更精準地控制馬達MT的運作狀態變化，輸出指令產生電路CMD還可連接馬達MT，以偵測馬達MT的運作狀態數據RAT(例如但不限於馬達MT的轉速)以判斷馬達MT的轉子在每一磁極位置時間區間內切換至多個磁極位置中的哪一者以產生一馬達偵測訊號。接著，輸出指令產生電路CMD可依據此一馬達偵測訊號與上述馬達控制輸入指令兩者，以設定用於多個磁極位置時間區間中的每一磁極位置時間區間內的目標波形特徵數據，以輸出一馬達控制輸出指令。
值得注意的是，馬達控制電路的運算能力等性能，將影響馬達控制電路在每一時間區間內所能處理的數據的位元數，在下文中將馬達控制電路CTR在每一時間區間內所能處理的數據的位元數最大值，定義為一上限位元數。應理解，不同性能的馬達控制電路的一上限位元數可能不同。
輸出指令產生電路CMD是依據(從外部輸入指令下達電路接收到的一馬達控制輸入指令所指示的)馬達MT的目標轉速，來設定用於多個磁極位置時間區間中的每一磁極位置時間區間內的目標波形特徵數據，以輸出一馬達控制輸出指令，使馬達MT在最短時間內控制馬達MT的轉速至目標轉速。此馬達控制輸出指令指示在每一磁極位置時間區間內所處理的數據的位元數即本文所述的目標位元數可能超過馬達控制電路CTR的一上限位元數。
因此，本發明的馬達控制器更包含位元數拓展電路BTE，用於執行數據位元拓展作業。
位元數拓展電路BTE判斷從輸出指令產生電路CMD接收到一馬達控制輸出指令所指示的分別用於多個磁極位置時間區間內的多個目標波形特徵數據中的每一目標波形特徵數據的一目標位元數是否超過馬達控制電路CTR的一上限位元數。
位元數拓展電路BTE對從輸出指令產生電路CMD接收到一馬達控制輸出指令中具有一目標位元數大於馬達控制電路CTR的一上限位元數的每一目標波形特徵數據，執行一數據位元拓展作業，詳細說明如下。
位元數拓展電路BTE依據一馬達控制輸出指令中目標位元數大於馬達控制電路CTR的一上限位元數的每一目標波形特徵數據，以在一位元數拓展指令中產生多個子目標波形特徵數據。每個子目標波形特徵數據為從一目標波形特徵數據擷取出的一部分數據。
位元數拓展電路BTE指示目標位元數大於馬達控制電路CTR的一上限位元數的每一目標波形特徵數據的多個子目標波形特徵數據，分別用於一位元數拓展時間區間切分出的多個位元拓展時間區段內。
位元數拓展電路BTE產生的多個子目標波形特徵數據中的每一子目標波形特徵數據的位元數小於輸出指令產生電路CMD指示的一目標波形特徵數據的一目標位元數，特別是小於馬達控制電路CTR的一上限位元數，即未超過馬達控制電路CTR在每一位元拓展時間區段內所能處理的位元數。
馬達控制電路CTR基於位元數拓展電路BTE依據目標位元數大於上限位元數的所有目標波形特徵數據所產生的一位元數拓展指令，以產生分別具有多個子目標波形特徵數據的多個波形作為多個位元數拓展波形，用別用一位元數拓展時間區間切分出的多個位元拓展時間區段內。
馬達控制電路CTR依據多個預設波形與從位元數拓展電路BTE接收到的多個位元數拓展波形，以輸出多個馬達控制訊號至馬達MT，用以控制馬達MT的運作。
舉例而言，上述的多個位元數拓展波形包含多個三角波波形、多個鋸齒波波形或其任意組合，多個預設波形包含多個正弦波波形、多個三次諧波波形或其任意組合，馬達控制訊號包含多個脈波，以上僅舉例說明，本發明不以此為限。
馬達控制電路CTR可將多個位元數拓展波形的電壓準位分別與多個預設波形的電壓準位相互比較，以決定輸出至至馬達MT的多個馬達控制訊號的電壓準位。
值得注意的是，在每一位元拓展時間區段內用於控制馬達MT的一子目標波形特徵數據的位元數小於馬達控制電路CTR的一上限位元數，此一上限位元數取決於馬達控制電路CTR的解析度等性能。因此，在每一位元拓展時間區段內，馬達控制電路CTR能夠依據一子目標波形特徵數據以產生正常的一位元數拓展波形，接著依據一位元數拓展波形與一預設波形以輸出一馬達控制訊號至馬達MT，以順利控制馬達MT的狀態逐漸變化至目標狀態，例如馬達MT的轉速逐漸增加至到達目標轉速。
請參閱圖3，其為本發明第二實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的方塊圖。
如圖3所示，在第二實施例中，本發明的馬達控制器包含輸出指令產生電路CMD1、位元數拓展電路BTE以及馬達控制電路CTR，其中所述的輸出指令產生電路CMD1包含輸入指令偵測電路INM、馬達偵測電路MTD以及目標指令指示電路TGM。
在第二實施例中，所述的目標指令指示電路TGM可為一開迴路電路，但本發明不以此為限。
目標指令指示電路TGM連接輸入指令偵測電路INM、馬達偵測電路MTD以及位元數拓展電路BTE。馬達控制電路CTR連接位元數拓展電路BTE以及馬達MT。
輸入指令偵測電路INM偵測一外部輸入指令下達電路輸出的一馬達控制輸入指令CTM，依據偵測到的一馬達控制輸入指令CTM所指示的馬達MT的目標狀態(包含馬達MT的一目標轉速)，以輸出一輸入控制偵測訊號至目標指令指示電路TGM。
馬達偵測電路MTD偵測馬達MT的運作狀態數據RAT，例如但不限於馬達MT的轉子位置、馬達MT的目前轉速，以判斷馬達MT的轉子在多個磁極位置時間區間中的每一磁極位置時間區間內切換至多個磁極位置中的哪一者，以輸出一馬達偵測訊號至目標指令指示電路TGM。
目標指令指示電路TGM依據從輸入指令偵測電路INM接收到的一輸入控制偵測訊號與從馬達偵測電路MTD接收到的一馬達偵測訊號，以設定分別用於多個磁極位置時間區間的多個目標波形特徵數據，以輸出一馬達控制輸出指令至位元數拓展電路BTE，其中各磁極位置時間區間的目標波形特徵數據的位元數定義為一目標位元數。
位元數拓展電路BTE將目標位元數大於上限位元數的每一目標波形特徵數據切分成多個子目標波形特徵數據，分別用於在同一位元數拓展時間區間切分出連續的多個位元拓展時間區段內。分別用在連續的多個位元拓展時間區段內的多個子目標波形特徵數據的總和等於目標波形特徵數據。
因此，馬達控制電路CTR依據從位元數拓展電路BTE接收到的位元數拓展指令以依序產生的分別具有多個子目標波形特徵數據的多個波形作為多個位元數拓展波形，分別用在多個位元拓展時間區段內控制馬達MT，能夠使馬達MT的狀態逐漸變化至目標狀態，例如馬達MT的轉速逐漸增加至到達目標轉速。
請參閱圖4，其為本發明第三實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的馬達偵測訊號、馬達控制輸出指令以及位元數拓展指令的示意圖。
本發明的馬達控制器，例如但不限於如圖1或圖3所示的馬達控制器可產生如圖4所示的馬達偵測訊號POL、馬達控制輸出指令OPM1以及位元數拓展指令RLM1，詳述如下。
如圖1所示的輸出指令產生電路CMD或如圖3所示的輸出指令產生電路CMD1的馬達偵測電路MTD偵測馬達MT的運作狀態數據，以判斷馬達MT的轉子分別切換至的多個磁極位置，以產生一馬達偵測訊號POL。如圖3所示的馬達偵測電路MTD輸出此馬達偵測訊號POL至目標指令指示電路TGM。
如圖4所示，馬達偵測訊號POL的4個波形的工作週期以及非工作週期內，分別為切換至8個磁極位置N1、S1、N2、S2、N3、S3、N4、S4的8個磁極位置時間區間。
如圖1所示的輸出指令產生電路CMD或如圖3所示的輸出指令產生電路CMD1的目標指令指示電路TGM設定分別在8個磁極位置時間區間內用於控制馬達MT的8個目標波形特徵數據中的每一者在圖4中表示為“8N”，並將每一目標波形特徵數據“8N”的位元數“2 n+3”定義為一目標位元數，以輸出一馬達控制輸出指令OPM1。
馬達控制輸出指令OPM1中指示的每一目標波形特徵數據的目標位元數“2 n+3”大於馬達控制電路CTR的一上限位元數例如但不限於“2 n”。因此，位元數拓展電路BTE將上述馬達控制輸出指令OPM1中的每一目標波形特徵數據 “8N”，切分成各位元數僅為“2 n”的8個子目標波形特徵數據如圖4所示表示為8個“N”產生在一位元數拓展指令RLM1內。
在多個位元數拓展時間區間中的每一位元數拓展時間區間(例如其時間長度等於所有磁極位置時間區間例如圖4所示的8個磁極位置時間區間的總和)切分出的多個位元拓展時間區段(例如其時間長度各等於一磁極位置時間區間)的每一者內，處理位元數各僅為“2 n”的一子目標波形特徵數據“N”。
因此，馬達控制電路CTR依據上述一位元數拓展指令RLM1，在多個位元拓展時間區段中的每一位元拓展時間區段內(例如其時間長度各等於一磁極位置時間區間)，僅需處理位元數為“2 n”的子目標波形特徵數據，未超過馬達控制電路CTR 的一上限位元數例如“2 n”，即未超過馬達控制電路CTR在每一位元拓展時間區段所能處理的位元數。
因此，在每一位元拓展時間區段內，馬達控制電路CTR能夠依據一子目標波形特徵數據以產生正常的一位元數拓展波形，依據正常的一位元數拓展波形與一預設波形以輸出一馬達控制訊號至馬達MT，以控制馬達MT的運作。
雖然每一位元拓展時間區段內的一子目標波形特徵數據僅為用於控制馬達MT的轉速達到目標轉速的目標波形特徵數據的一部分，馬達控制電路CTR在多個位元拓展時間區段分別依據具有多個子目標波形特徵數據的多個位元數拓展波形與多個預設波形以輸出多個馬達控制訊號至馬達MT，能夠控制馬達MT的狀態逐漸變化至目標狀態，例如馬達MT的轉速逐漸增加至到達目標轉速。
請參閱圖5，其為本發明第四實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的馬達偵測訊號、馬達控制輸出指令以及位元數拓展指令的示意圖。
本發明的第四實施例與第三實施例之間的差異在於，在第四實施例中，如圖1所示的輸出指令產生電路CMD或如圖3所示的輸出指令產生電路CMD1的目標指令指示電路TGM設定分別在8個磁極位置時間區間內用於控制馬達MT運作的8個目標波形特徵數據中的每一者如圖4所示表示為“8N+1”，以輸出一馬達控制輸出指令OPM2。
馬達控制輸出指令OPM2中指示的每一目標波形特徵數據的目標位元數“2 n+3”大於馬達控制電路CTR的一上限位元數例如但不限於“2 n”。因此，位元數拓展電路BTE將上述馬達控制輸出指令OPM2中每一目標波形特徵數據 “8N+1”，切分成各位元數僅為“2 n”的8個子目標波形特徵數據如圖4所示分別表示為“N+1”、“N” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N”產生在一位元數拓展指令RLM2內。
從每一目標波形特徵數據切分出的8個子目標波形特徵數據“N+1”、“N” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N”的總和，相同於此1個目標波形特徵數據“8N+1”。
也就是說，位元數拓展電路BTE執行位元數拓展作業，以將預設在馬達MT的轉子分別切換至8個磁極位置N1、S1、N2、S2、N3、S3、N4、S4的8個磁極位置時間區間中的每一磁極位置時間區間內時處理的位元數“2 n+3”的每一目標波形特徵數據“8N”，切分成位元數僅各為“2 n”的8個子目標波形特徵數據。
因此，馬達控制電路CTR依據上述一位元數拓展指令RLM2，在每一位元拓展時間區段內(例如其時間長度各等於一磁極位置時間區間)，僅需處理位元數為“2 n”的子目標波形特徵數據，未超過馬達控制電路CTR 的一上限位元數例如“2 n”，即未超過馬達控制電路CTR在每一位元拓展時間區段所能處理的位元數。
因此，在每一位元拓展時間區段內，馬達控制電路CTR能夠依據一子目標波形特徵數據以產生正常的一位元數拓展波形，依據正常的一位元數拓展波形與一預設波形以輸出一馬達控制訊號至馬達MT，以控制馬達MT的運作。
雖然每一位元拓展時間區段內的一子目標波形特徵數據僅為用於控制馬達MT的轉速達到目標轉速的目標波形特徵數據的一部分，馬達控制電路CTR在多個位元拓展時間區段分別依據具有多個子目標波形特徵數據的多個位元數拓展波形與多個預設波形以輸出多個馬達控制訊號至馬達MT，能夠控制馬達MT的狀態逐漸變化至目標狀態，例如馬達MT的轉速逐漸增加至到達目標轉速。
請參閱圖6，其為本發明第五實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的馬達偵測訊號、馬達控制輸出指令以及位元數拓展指令的示意圖。
本發明的第五實施例與第三實施例之間的差異在於，在第五實施例中，如圖1所示的輸出指令產生電路CMD或如圖3所示的輸出指令產生電路CMD1的目標指令指示電路TGM設定分別在8個磁極位置時間區間內用於控制馬達MT運作的8個目標波形特徵數據中的每一者在圖4中表示為“8N+2”，並將每一目標波形特徵數據的位元數“2 n+3”定義為一目標位元數，以輸出一馬達控制輸出指令OPM3。
馬達控制輸出指令OPM3中指示的每一目標波形特徵數據的目標位元數“2 n+3”大於馬達控制電路CTR的一上限位元數例如但不限於“2 n”。因此，位元數拓展電路BTE將上述馬達控制輸出指令OPM3中每一目標波形特徵數據在圖4中表示為“8N+2”，切分成各位元數僅為“2 n”的8個子目標波形特徵數據如圖4所示分別表示為“N+1”、“N+1” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N”產生在一位元數拓展指令RLM3內。
上述從每一目標波形特徵數據切分出的8個子目標波形特徵數據“N+1”、“N+1” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N” 、“N”的總和，相同於此一目標波形特徵數據“8N+2”。
也就是說，位元數拓展電路BTE將預設在馬達MT的轉子分別切換至8個磁極位置N1、S1、N2、S2、N3、S3、N4、S4的8個磁極位置時間區間內的處理的位元數各為“2 n+3”的每一目標波形特徵數據“8N”，切分成位元數僅各為“2 n”的8個子目標波形特徵數據。
因此，如圖1或圖3所示的馬達控制電路CTR依據上述一位元數拓展指令RLM3，在每一位元拓展時間區段內(例如其時間長度各等於一磁極位置時間區間)，僅需處理位元數為“2 n”的子目標波形特徵數據，未超過馬達控制電路CTR 的一上限位元數例如“2 n”，即未超過馬達控制電路CTR在每一位元拓展時間區段所能處理的位元數。
因此，在每一位元拓展時間區段內，馬達控制電路CTR能夠依據一子目標波形特徵數據以產生正常的一位元數拓展波形，依據正常的一位元數拓展波形與一預設波形以輸出一馬達控制訊號至馬達MT，以控制馬達MT的運作。
再者，雖然每一位元拓展時間區段內的一子目標波形特徵數據僅為用於控制馬達MT的轉速達到目標轉速的目標波形特徵數據的一部分，馬達控制電路CTR在多個位元拓展時間區段分別依據具有多個子目標波形特徵數據的多個位元數拓展波形與多個預設波形以輸出多個馬達控制訊號至馬達MT，能夠控制馬達MT的狀態逐漸變化至目標狀態，例如馬達MT的轉速逐漸增加至到達目標轉速。
請參閱圖7，其為本發明第六實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的方塊圖。
如圖7所示，在第六實施例中，本發明的馬達控制器包含輸出指令產生電路CMD2、位元數拓展電路BTE以及馬達控制電路CTR，其中所述的輸出指令產生電路CMD2包含磁極切換迴圈計算電路CUT、馬達偵測電路MTD以及目標指令指示電路TGM。
在第六實施例中，所述的目標指令指示電路TGM可為一閉迴路電路，但本發明不以此為限。
目標指令指示電路TGM連接磁極切換迴圈計算電路CUT、馬達偵測電路MTD以及位元數拓展電路BTE。馬達控制電路CTR連接位元數拓展電路BTE以及馬達MT。
磁極切換迴圈計算電路CUT將馬達MT的轉子輪流切換至所有多個磁極位置一次的一時間區間定義為一磁極切換迴圈，將馬達MT的轉子切換至多個磁極位置中的每一磁極位置的一時間區間定義為一磁極位置時間區間。亦即，磁極切換迴圈包含多個磁極位置時間區間。
磁極切換迴圈計算電路CUT依據從一外部輸入指令下達電路取得的一馬達控制輸入指令CTM，以計算多個磁極切換迴圈的數量，以輸出一磁極切換迴圈計算訊號至目標指令指示電路TGM。
馬達偵測電路MTD偵測馬達的運作狀態數據，例如但不限於馬達MT的轉子、馬達MT的轉子的磁極位置等相關數據，以輸出一馬達偵測訊號至目標指令指示電路TGM。
目標指令指示電路TGM依據從磁極切換迴圈計算電路CUT接收到的一磁極切換迴圈計算訊號與從馬達偵測電路MTD接收到的一馬達偵測訊號，設定分別用於多個磁極位置時間區間的多個目標波形特徵數據，以輸出一馬達控制輸出指令至位元數拓展電路BTE。
位元數拓展電路BTE以及馬達控制電路CTR的運作同上述，不在此下文中贅述。
請參閱圖8，其為本發明第七實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的馬達偵測訊號、馬達控制輸出指令以及位元數拓展指令的示意圖。
本發明的馬達控制器，例如但不限於如圖1或如圖7所示的馬達控制器可產生如圖8所示的馬達偵測訊號POL、馬達控制輸出指令TAG以及位元數拓展指令CLM1~CLM4，詳述如下。
如圖1所示的輸出指令產生電路CMD或如圖7所示的輸出指令產生電路CMD2的馬達偵測電路MTD偵測馬達MT的運作狀態數據以判斷馬達MT的轉子分別切換至多個磁極位置，以產生一馬達偵測訊號POL。如圖7所示的馬達偵測電路MTD輸出此馬達偵測訊號POL至目標指令指示電路TGM。
如圖8所示，馬達偵測訊號POL的4個波形的工作週期以及非工作週期，分別為切換至8個磁極位置N1、S1、N2、S2、N3、S3、N4、S4的8個磁極位置時間區間。
如圖1所示的輸出指令產生電路CMD或如圖7所示的輸出指令產生電路CMD2的目標指令指示電路TGM設定分別在8個磁極位置時間區間內用於控制馬達MT運作的8個目標波形特徵數據中的每一者如圖8所示的表示為“8N+3”，並將每一目標波形特徵數據的位元數“2 n+3”定義為一目標位元數，以輸出一馬達控制輸出指令TAG。
值得注意的是，當任一目標波形特徵數據的位元數例如圖8所示的“2 n+3”超過馬達控制電路CTR 的一上限位元數例如“2 n”，即超過馬達控制電路CTR在每一位元拓展時間區段所能處理的位元數時，需對目標位元數大於上限位元數的每一目標波形特徵數據執行一位元數拓展作業。圖8的第七實施例的位元數拓展作業不同於圖4至圖6的第三至第五實施例的位元數拓展作業。
在第七實施例中，位元數拓展電路BTE依據目標位元數大於馬達控制電路CTR的一上限位元數的每一目標波形特徵數據，以在多個分階控制指令中的每一者內產生多個子目標波形特徵數據。每一子目標波形特徵數據的位元數“2 n”未超過馬達控制電路CTR的一上限位元數，即未超過馬達控制電路CTR在每一位元拓展時間區段所能處理的位元數。
舉例而言，如圖8所示，位元數拓展電路BTE依據具有目標位元數“2 n+3”的每一目標波形特徵數據“8N+3”，在排序第一順位的一分階控制指令CLM1中依序產生8個子目標波形特徵數據“N”、“N”、“N”、“N”、“N”、“N”、“N”、“N”，其總和為“8N”，分別用於一位元數拓展時間區間切分出的多個位元拓展時間區段內。
接著，如圖8所示，位元數拓展電路BTE依據排序第一順位的一分階控制指令CLM1以及一目標波形特徵數據“8N+3”中的一部分數據，以在排序第二順位的一分階控制指令CLM2中依序產生8個子目標波形特徵數據“N+1”、“N”、“N”、“N”、“N”、“N”、“N”、“N”，其總和為“8N+1” ，分別用於一位元數拓展時間區間切分出的多個位元拓展時間區段，其中多個位元拓展時間區段的時間長度分別等於馬達MT的轉子輪流切換至多個磁極位置N1、S1、N2、S2、N3、S3、N4、S4的多個時間區間即本文所述的多個磁極位置時間區間。
接著，如圖8所示，位元數拓展電路BTE依據排序第二順位的一分階控制指令CLM2以及一目標波形特徵數據“8N+3”中的一部分數據，在排序第三順位的一分階控制指令CLM3中依序產生8個子目標波形特徵數據“N+1”、“N+1”、“N”、“N”、“N”、“N”、“N”、“N”，其總和為“8N+2” ，分別用於一位元數拓展時間區間切分出的多個位元拓展時間區段內。
最後，如圖8所示，位元數拓展電路BTE依據排序第三順位的一分階控制指令CLM3以及一目標波形特徵數據“8N+3”中的一部分數據，在排序第四順位的一分階控制指令CLM4中依序產生8個子目標波形特徵數據“N+1”、“N+1”、“N+1”、“N”、“N”、“N”、“N”、“N”，其總和為“8N+3” ，分別用於一位元數拓展時間區間切分出的多個位元拓展時間區段內。
在每一位元拓展時間區段內，馬達控制電路CTR依據多個分階控制指令中的每一分階控制指令中的多個子目標波形特徵數據，以依序產生正常的多個位元數拓展波形，依據正常的多個位元數拓展波形與多個預設波形以分別輸出多個馬達控制訊號至馬達MT，用以控制馬達MT的運作。
在每一位元拓展時間區段內用於控制馬達MT的運作的一子目標波形特徵數據的位元數小於馬達控制電路CTR的一上限位元數，未超過馬達控制電路CTR 的一上限位元數 ，即未超過馬達控制電路CTR在每一位元拓展時間區段所能處理的位元數。因此，在每一位元拓展時間區段內，馬達控制電路CTR能夠控制馬達正常運轉。
位元數拓展電路BTE排序多個分階控制指令例如但不限於圖8所示的分階控制指令CLM1~CLM4，按排序的順序依序輸出多個分階控制指令至馬達控制電路CTR
在多個分階控制指令中，除了第一順位的一分階控制指令例如圖8所示的分階控制指令CLM1外，其他各分階控制指令包含與其上一順位的一分階控制指令的多個子目標波形特徵數據與目標波形特徵數據中的其他一部分數據。排序最後的分階控制指令CLM4中的多個子目標波形特徵數據“N+1”、“N+1”、“N+1”、“N”、“N”、“N”、“N”、“N”的總和相同於一目標波形特徵數據“8N+3”。
因此，本發明第七實施例的馬達控制器能夠控制馬達MT的狀態逐漸變化至目標狀態，例如馬達MT的轉速逐漸增加至到達目標轉速。
請參閱圖9，其為本發明第八實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的位元數拓展波形訊號以及馬達偵測訊號的示意圖。
本發明的馬達控制器，例如但不限於如圖1、圖3或圖7所示的馬達控制器可產生如圖9所示的位元數拓展波形訊號TRWS以及馬達偵測訊號PLS。
如圖1所示的輸出指令產生電路CMD、如圖3所示的輸出指令產生電路CMD1的馬達偵測電路MTD或如圖7所示的輸出指令產生電路CMD2的馬達偵測電路MTD偵測馬達MT的運作狀態數據以判斷馬達MT的轉子分別切換至多個磁極位置例如但不限於圖9所示的磁極位置N1、S1，以產生一馬達偵測訊號PLS。如圖3或圖7所示的馬達偵測電路MTD輸出此馬達偵測訊號PLS至目標指令指示電路TGM。
馬達MT的轉子在多個位元數拓展時間區間中的每一位元數拓展時間區間內切換至的那一磁極位置例如但不限於圖9所示的磁極位置N1，與馬達MT的轉子在多個位元數拓展時間區間中的上一者和下一者切換至的那一磁極位置可為不同。
如圖1、圖3或圖7的馬達控制電路CTR在圖9所示的一位元數拓展波形訊號TRWS中產生的多個位元數拓展波形中的每一位元數拓展波形的上升波段、下降波段或兩者包含多個階梯狀分段。
若有需要，馬達控制電路CTR可預先儲存一預設波形，依據每一個子目標波形特徵數據例如但不限於圖9所示的“N”、“N”、“N”、“N+1”、“N+1”、“N+1”，以調變一預設波形的多個階梯狀分段中的一或多者的時間長度，以分別形成一位元數拓展波形。
值得注意的是，當馬達MT的轉子切換至多個磁極位置中的同一磁極位置例如但不限於圖9所示的磁極位置N1時，馬達控制電路CTR所產生的多個位元數拓展波形彼此相同，例如上升波段、下降波段或兩者切成的多個階梯狀分段的數量相同、每一階梯狀分段的高度(即電壓)相同、每一階梯狀分段的寬度(即時間)相同。
直到當馬達MT的轉子切換至不同磁極位置時，馬達控制電路CTR才改變多個位元數拓展波形。舉例而言，如圖9所示，當馬達MT的轉子切換至磁極位置N1時，依據子目標波形特徵數據“N”、“N”、“N”以產生三個位元數拓展波形。接著，當馬達MT的轉子從磁極位置N1切換至磁極位置S1時，則是依據子目標波形特徵數據“N+1”、“N+1”、“N+1” 以產生其他三個位元數拓展波形。
因此，本發明的馬達控制器能夠控制馬達MT穩定地運轉。
綜上所述，本發明提供一種具有數據位元拓展機制的馬達控制器。當用於控制馬達的狀態變化至目標狀態的馬達控制輸出指令的位於數超過馬達控制電路所能處理的位元數時，本發明的馬達控制器對馬達控制輸出指令執行位元數拓展作業，以打散來降階馬達控制輸出指令的解析度。其結果為，本發明採用較低解析度、運算能力等性能的馬達控制器，仍能夠達到高解析度的馬達控制順利控制馬達的狀態逐漸變化至目標狀態，例如馬達的轉速逐漸增加至到達目標轉速，藉此節省電路成本。再者，本發明的馬達控制器能夠在提供高解析度下，保持馬達穩定地運轉。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
CTM:馬達控制輸入指令 CMD、CMD1、CMD2:輸出指令產生電路 BTE:位元數拓展電路 CTR:馬達控制電路 MT:馬達 RAT:運作狀態數據 N1、S1、N2、S2、N3、S3、N4、S4:磁極位置 INM:輸入指令偵測電路 MTD:馬達偵測電路 TGM:目標指令指示電路 POL:馬達偵測訊號 OPM1~OPM3、TAG:馬達控制輸出指令 RLM1~RLM3、CLM1~CLM4:位元數拓展指令 CUT:磁極切換迴圈計算電路 TRWS:位元數拓展波形訊號 PLS:馬達偵測訊號
圖1為本發明第一實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的方塊圖。
圖2為本發明第一實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器所控制的馬達的轉子的多個磁極位置的示意圖。
圖3為本發明第二實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的方塊圖。
圖4為本發明第三實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的馬達偵測訊號、馬達控制輸出指令以及位元數拓展指令的示意圖。
圖5為本發明第四實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的馬達偵測訊號、馬達控制輸出指令以及位元數拓展指令的示意圖。
圖6為本發明第五實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的馬達偵測訊號、馬達控制輸出指令以及位元數拓展指令的示意圖。
圖7為本發明第六實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的方塊圖。
圖8為本發明第七實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的馬達偵測訊號、馬達控制輸出指令以及位元數拓展指令的示意圖。
圖9為本發明第八實施例的具有數據位元拓展機制的馬達控制器的位元數拓展波形訊號以及馬達偵測訊號的示意圖。
CTM:馬達控制輸入指令
CMD:輸出指令產生電路
BTE:位元數拓展電路
CTR:馬達控制電路
MT:馬達
RAT:運作狀態數據

Claims (20)

  1. 一種具有數據位元拓展機制的馬達控制器，包含： 一輸出指令產生電路，配置以設定分別用於多個磁極位置時間區間內的多個目標波形特徵數據，以輸出一馬達控制輸出指令，其中各所述磁極位置時間區間的所述目標波形特徵數據具有一目標位元數； 一位元數拓展電路，連接所述輸出指令產生電路，配置以依據所述目標位元數大於一上限位元數的每一所述目標波形特徵數據，以在一位元數拓展指令中產生多個子目標波形特徵數據，每一所述目標波形特徵數據的多個所述子目標波形特徵數據，其中各所述子目標波形特徵數據的位元數小於所述上限位元數；以及 一馬達控制電路，連接所述位元數拓展電路以及一馬達，配置以依據從所述位元數拓展電路接收到的所述位元數拓展指令產生分別具有多個所述子目標波形特徵數據的多個波形作為多個位元數拓展波形，並分別在一位元數拓展時間區間切分出的多個位元拓展時間區段內依據多個所述位元數拓展波形控制所述馬達。
  2. 如請求項1所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述馬達控制電路依據多個所述位元數拓展波形與多個預設波形輸出多個馬達控制訊號至所述馬達。
  3. 如請求項2所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中多個所述位元數拓展波形包含多個三角波波形、多個鋸齒波波形或其任意組合。
  4. 如請求項2所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中多個所述預設波形包含多個正弦波波形、多個三次諧波波形或其任意組合。
  5. 如請求項2所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述馬達控制訊號包含多個脈波。
  6. 如請求項1所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述輸出指令產生電路依據從相連接的一外部輸入指令下達電路接收到的一馬達控制輸入指令設定用於各所述磁極位置時間區間內的所述目標波形特徵數據。
  7. 如請求項6所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述輸出指令產生電路連接所述馬達，配置以偵測所述馬達的一運作狀態數據以判斷所述馬達的一轉子在各所述磁極位置時間區間內切換至多個磁極位置中的哪一者以產生一馬達偵測訊號，並依據所述馬達偵測訊號與所述馬達控制輸入指令兩者以輸出所述馬達控制輸出指令。
  8. 如請求項7所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述運作狀態數據包含所述馬達的轉速。
  9. 如請求項7所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述馬達的所述轉子的多個所述磁極位置為兩個磁極位置、四個磁極位置或八個磁極位置。
  10. 如請求項7所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述馬達的一轉子在多個所述位元數拓展時間區間中的其中一者內切換至的所述磁極位置，與所述馬達的所述轉子在多個所述位元數拓展時間區間內的下一者或上一者切換至的所述磁極位置不同。
  11. 如請求項1所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述馬達控制電路產生的各所述位元數拓展波形的上升波段、下降波段或兩者包含多個階梯狀分段。
  12. 如請求項11所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述馬達控制電路依據各所述子目標波形特徵數據，以調變一預設波形的多個階梯狀分段中的一或多者的時間長度，以形成所述位元數拓展波形。
  13. 如請求項1所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中，當所述馬達切換至多個磁極位置中的同一者時，所述馬達控制電路產生的多個所述位元數拓展波形彼此相同。
  14. 如請求項1所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中，當所述馬達切換至多個磁極位置中的其中一者切換至另一者時，所述馬達控制電路調整用於控制所述馬達的多個所述位元數拓展波形。
  15. 如請求項1所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述輸出指令產生電路包含： 一輸入指令偵測電路，連接一外部輸入指令下達電路，配置以偵測所述外部輸入指令下達電路輸出的一馬達控制輸入指令，以輸出一輸入控制偵測訊號； 一馬達偵測電路，連接所述馬達，配置以偵測所述馬達的一運作狀態數據，以輸出一馬達偵測訊號；以及 一目標指令指示電路，連接所述輸入指令偵測電路以及所述馬達偵測電路，配置以依據所述輸入控制偵測訊號與所述馬達偵測訊號，以輸出所述馬達控制輸出指令。
  16. 如請求項15所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述目標指令指示電路為一開迴路電路。
  17. 如請求項1所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述輸出指令產生電路將所述目標位元數大於所述上限位元數的每一所述目標波形特徵數據切分成多個所述子目標波形特徵數據，分別用於同一所述位元數拓展時間區間切分出連續的多個所述位元拓展時間區段內，其中分別用在連續的多個所述位元拓展時間區段內的多個所述子目標波形特徵數據的總和等於所述目標波形特徵數據。
  18. 如請求項1所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述輸出指令產生電路包含： 一磁極切換迴圈計算電路，連接一外部輸入指令下達電路，配置以將所述馬達的一轉子輪流切換至所有多個磁極位置一次的一時間區間定義為一磁極切換迴圈，將所述馬達的所述轉子切換至每一所述磁極位置的一時間區間定義為所述磁極位置時間區間，依據從所述外部輸入指令下達電路接收到的一馬達控制輸入指令以計算多個所述磁極切換迴圈的數量，以輸出所述磁極切換迴圈計算訊號； 一馬達偵測電路，連接所述馬達，配置以偵測所述馬達的一運作狀態數據以輸出一馬達偵測訊號；以及 一目標指令指示電路，連接所述磁極切換迴圈計算電路以及所述馬達偵測電路，配置以依據所述磁極切換迴圈計算訊號與所述馬達偵測訊號，設定各所述磁極位置時間區間的所述目標波形特徵數據，以輸出所述馬達控制輸出指令。
  19. 如請求項18所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述目標指令指示電路為一閉迴路電路。
  20. 如請求項1所述的具有數據位元拓展機制的馬達控制器，其中所述位元數拓展電路依據所述目標位元數大於所述上限位元數的每一所述目標波形特徵數據，以在多個分階控制指令中的每一者內產生多個所述子目標波形特徵數據； 其中，所述位元數拓展電路排序多個所述分階控制指令，按順序依序輸出多個所述分階控制指令，除了第一順位的所述分階控制指令外，其他各所述分階控制指令包含與其上一順位的所述分階控制指令的多個所述子目標波形特徵數據與所述目標波形特徵數據中的其他一部分數據，排序最後的所述分階控制指令中的多個所述子目標波形特徵數據的總和相同於此所述目標波形特徵數據； 其中所述位元數拓展指令包含多個所述分階控制指令。
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