TW533673B - Sensorless control device for synchronous electric motor - Google Patents

Description

533673 A7 B7 五 、發明說明（ '經 濟 二部 智 慧 財 產 局 員 工 消費 合 作 社 印 製 [發明所屬技術領域] 本發明係有關一種利用極限開關以淮> 闹關以進仃定位的同步電 動機之無感測器控制裝置。 [發明所屬技術背景] 於自動倉儲、搬運機械或是工作機械等裝置當中，以 電動機做為動力來源，將固定物體定位於固定位^之結構 相當多。並且，其構成如下：於進行定位之時一般來說 係使用2個極限開關，根據設置於減速開始位置之第1個 極限開Μ所發出之信號，從原指定之迴轉速度切換至低速 迴轉速度（滞緩速度）（Creep)，使其減速’再於此減速狀態 中，使物體移動至固定位置，當其到達固定位置後，再根 據設置於停止動作開始位置之第2個極限開關其所發出之 信號，而使電動機停止迴轉。 第11圖係表示，如日本特開昭60-223486號公報中所 揭不，在習知之電動機之減速電路中，利用極限開關所進 行之簡易定位方法之各種波形的圖面。（a)係目標速度之波 形；（b)係充放電回路輸出電壓之波形；（幻係減速時機信號 之波形；（d)係速度指令之波形。 圖中’ a係設置於減速開始位置之第1極限開關；b 係設置於停止動作開始位置之第2極限開關；vl係判斷減 速時機用之電壓信號；t係輸入減速指令後，將目標迴轉 速度切換至低速為止所需之時間。 以下根據第11圖，針對習知之電動機減速電路中，利 I $ #㈣關严it #之簡易定位其動作加以説明。 本纸張尺度適用_國國豕仏準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） - I---------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . •線

I 1 H •I n 1« , 312985 533673 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2 當物體在以高速（亦或者是中速）移動當中，一旦通過 了設置在減速開始位置之第1極限開關a時，則充放電電 路即輸出電壓會根據極限開關a所發出之信號，依據對應 於所希望之迴轉速度的電壓信號，而依次放電。當充放電 電路輸出電壓開始降低，降至電壓信號vl為止（圖（b))時， 則減速時機信號會由H— L產生變化（圖（c))，而將目標速 度由高速（亦或者是中速）切換至低速（圖（a))。 根據目標速度之切換時機，速度指令會開始進行減 速，當減速終了，而以低速移動動作中，一旦通過了設置 在停止動作開始位置之第2極限開關b時，則使速度指令 為〇，做減速停止，並停止電動機之迴轉（圖（句）。 如前述所構成之使用極限開關的簡易定位方法，一般 係用在因產生4滑移”（slippage)，而對無法偵測電動機之 實際位置訊息之感應電動機，加以控制之無感測器控制裝 置當中。 對應於此，較感應電動機更具高效率、小型且易於控 制、並於產業界廣汎普及之永久磁鐵同步電動機，由於採 轉矩控制’故需實施對應於磁鐵轉子位置之電流控制，且 因其通常是使用編碼器或是解析器（resolver)等之位置感 測器，故使用此位置感測器來進行同步電動機之定位控 制。 另一方面，若能將位置感測器加以去除，則除了可實 現電動機其小型、輕量、低價袼，同時亦能改善耐環境性 及可靠性，因此各種位置檢測用之無感測器控制之研究正 312985 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· ，線 533673 經 濟 •部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 3 A7 B7 五、發明說明（3 ) 在進展。 以無_感測器位置控制之習知範例來說，於日本特表平 8-505996號公報中，揭示有永久磁鐵同步電動機之觀測器 系（obsemer base)的控制方法。此乃一種將多相無電刷永久 磁鐵同步電動機之轉子位置以及轉子速度，以高分解能加 以控制之方法，係使用固定子相電流之測定值，以及已推 測之轉子位置之推測值和速度之推測值，以得到所希望之 磁鐵轉子位置調整或是速度調整；或者是循所希望之位置 執跡或速度執跡，以對磁鐵轉子下達命令，而求出外加於 各固定子相之電壓量。 此外’在做同步電動機之無感測器控制時，其位置推 測係對電動機之電角i周期内之位置，亦即磁極位置做檢 測者。由於無法偵測電動機軸心之機械性位置（電動機機械 角）（例如，以4極電動機來說，電動機1周，亦即機械角i 周的量’等於電氣角2周的量），為了控制其機械性之位置 而要相對應之措施。再者，在做同步電動機之無感測器控 制時’由於是藉由流入電動機之電流來做磁極位置之推 測’因此若將停止時驅動電路之動作加以停止，則電流停 止流入，便無法推測磁極位置，於此情況下，若轉動電動 機軸心’則會產生磁極位置無法偵測之問題點。 如刖述般之結構，會使無感測器之同步電動機之位置 控制不易，故通常無感測器之同步電動機驅動係使用速度 控制。 [發明所欲解決之課題] 關家標準（CNS)A4規格⑽x 297公爱） 312985 ------------------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533673

K义〜感電動機當中所進行之使用極限開關的簡易 疋位如别述所記載般，不但需要有減速開始用& # j£ t 作開始用等2個極限開關，而且具有極限開關其設置位置 之調整煩雜的問題點。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此卜在以同步電動機做定位控制之情況下，由於需 設置位置檢測裝置，因此具有成本提昇之問題點。 本發明係為解決前述問題而開發者，其第1目的係為 得到一種同步電動機之無感測器控制裝置，俾在無感測器 之狀態下，將同步電動機定位於固定位置。 而第2目的則在得到一種同步電動機之無感測器控制 裝置，俾使可減少極限開關之設置個數的同時，並使極限 開關其設置易於調整。 [發明之揭示] 本發明之同步電動機無感測器控制裝置，係具備有： 對同步電動機之電流實施檢測之電流檢測器；利用由此電 流檢測器所得知之檢測電流，計算出前述同步電動機之速 度推測值與磁極位置推測值之位置·速度推測器；以及使 用速度指令與前述速度推測值，以對前述同步電動機實施 速度控制之速度控制器；而不使用迴轉位置檢測裝置即對 同步電動機加以驅動之同步電動機無感測器控制裝置者， 此裝置具備有：輸出用以做為定位計數基準用之基準位置 信號之基準位置信號輸出手段（means);在此基準位置信號 輸入時，使積算值為零之同時，由前述位置·速度推測器 將磁極位置推測值做為基準位置而輸入，而開始進行積算 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 312985 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· · .線 533673

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(加數）之相對位置計數器（c〇unter);具有位置控制器（利用 由基準位置所產生之移動量其指令值、與從前述相對位置 计數器’被做為相對位置而輸出之積算值此二者之偏差， 以進行位置控制），且對速度指令進行輸出之速度指令產生 益。因此，可將不具有位置檢測器之同步電動機定位在固 定位置。此外，除了可減少極限開關之設置個數，同時還 可得到一種極限開關之設置易於調整的同步電動機無感測 器控制裝置。 此外’前述速度指令產生器係作成為不但可設定減速 開始位置以及停止動作開始位置，同時，當由前述相對位 置》十數器，輸出被做為相對位置之積算值到達了前述減速 開始位置時，即執行減速開始，而當其到達了前述停止動 作開始位置時，便執行停止動作開始。因此，在如以往於 疋位控制時所必需之減速開始用的極限開關，以及停止動 作開始用的極限開關等2個極限開關，現在可僅以i個極 限開關構成。並且，停止位置之調整，只要藉由將減速開 始位置、停止動作開始位置加以變更，即可容易地進行調 整。因此，不需再如以往，進行將極限開關重新設置再加 以調整等之繁雜作業。 再者，前述速度指令產生器不但可作成為至少設定進 行減速開始位置以及停止動作開始位置之2組，同時還可 用以選擇運轉時所使用之減速開始位置以及停止動作開始 位置，當由前述相對位置計數器所輸出之做為相對位置之 積算值到達了前述已選擇之減速開始用位置時，便執行減 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210x297公爱） 5 312985 533673 A7 B7 五、發明說明（6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 速開始’而當其到達了前述已選擇之停止動作開始位置 時，即執行停止動作開始，因此，不需另增加極限開關之 個數，即可進行2種以上類型之定位，並且，在進行定位 類型切換時’亦不需實施極限開關之調整、或是變更減速 開始位置等作業。 再且’本發明也是一種同步電動機之無感測器控制裝 置’係不使用迴轉位置檢測裝置即可對同步電動機加以驅 動之同步電動機無感測器控制裝置，具備有：對同步電動 機之電流實施檢測之電流檢測器；利用由此電流檢測器所 得知之檢測電流，以計算出前述同步電動機之速度推測值 與磁極位置推測值之位置，及速度推測器；以及使用速度 指令與前述速度推測值，以對前述同步電動機實施速度控 制之速度控制器。並且在此裝置中具備有··將用以做為定 位計數基準用之基準位置信號進行輸出之基準位置信號輸 出手段；在此基準位置信號已輸入時，使積算值為零之同 時’由前述位置·速度推測器將磁極位置推測值做為基準 位置輸入而開始計數之相對位置計數器；將速度指令變更 位置信號加以輸出之速度指令變更位置信號輸出手段；具 有位置控制器（利用由基準位置所產生之移動量之指令 值、與從前述相對位置計數器，被做為相對位置而輸出之 積算值此二者之偏差，以進行位置控制·），且對速度指令進 行輸出之速度指令產生器。因此，可將不具有位置檢測器 之同步電動機定位在固定位置。 再者，前述速度指令產生器，除了可進行減速開始位 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 312985 (請先閱讀背面之注音〕事項再填寫本頁) · 線 533673

五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 置之設定，同時，當由前述相對位置計數器輸出之被用以 做為相對位置之積算值到達了前述減速開始位置時，即執 行減速開始，而當利用前述速度指令變更位置信號輸出手 X輸出速度私7變更位置信號時，便執行停止動作開始。 因此，利用在進行低速運轉時，將基準位置信號輸出，則 了將不/、有位置檢測器之同步電動機定位在固定位置，更 加提昇其停止精確度。 此外，前述速度指令產生器之構不但可設定減速開始 位置、第1動作變更相對位置、以及第2動作變更相對位 置之設定，同時當由前述相對位置計數器輸出之做相對位 置之積算值到達了前述第i動作變更相對位置，或是前述 第2動作變更相對位置時，便將速度指令加以變更；而當 由前述相對位計數器輸出之被用以做為相對位置而輸出之 積算值到達了前述減速開始位置時，便執行減速開始，而 當Θ述速度指令變更位置信號輸出手段輸出速度指令變更 位置信號時，便開始停止動作。因此，不但可將不具有位 置檢測器之同步電動機固定位於固定位置，同時還可於運 轉途中將前述第1動作變更相對位置與前述第2動作變更 相對位置之間的速度加以變更，而使用在檢查等用途上。 [圖面之簡單說明] 第1圖係表示本發明之第1實施形態中相關的同步電 動機無感測|§控制裝置1 a之構成圖。 第2圖係表示本發明之第1實施形態的同步電動機無 感測器控制裝置1 a中，速度指令產生器3之構成圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210^ 297公釐） " ' * 312985 * ^--------^--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 533673 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 ) 第3圖係表示本發明之第2實施形態的同步電動機無 感測器控制裝置1 b之構成圖。 — 第本圖係對本發明之第2實施形態的同步電動機無感 測器控制裝置1 b之動作加以說明之圖面。 ， 第5圖係表示本發明之第3實施形態的同步電動機無 感測器控制裝置之構成圖。 第6圖係對本發明之第3實施形態的同步電動機無感 測器控制裝置1c中，因迴轉方向差異所產生之動作而加以 說明的圖面。 第7圖係表示本發明之第4實施形態的同步電動機無 感測器控制裝置1 d之構成圖。 第8圖係對本發明之第4實施形態的同步電動機無感 測器控制裝置1 d之動作加以說明之圖面。 第9圖係表示本發明之第5實施形態的同步電動機無 感測器控制裝置1 e之構成圖。 第1〇圖係對本發明之第5實施形態的同步電動機無感 測器控制裝置1 e之動作加以說明之圖面。 第11圖係表示如日本特開昭60-223486號公報中所揭 示之習知的電動機減速電路中，利用極限開關所實施的簡 易定位方法之各種波形。 [元件符號說明] la、lb、lc、id、le同步電動機之無感測器控制裝置 2 無感測器速度控制部 3 速度指令產生器 4 相對位置計數器 5 外部機械 M氏張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 .線 8 312985 533673 A7 B7 五、發明說明（9 ) 6 極限開關 7a > 7b、7c、7d速度指令產生器 10 同步電動機 11 同步電動機軸 12 輸送帶 13 固定物體 14a， • 14b停止器 15 極限開關 16 停止動作開始用極限開關 20 減算器 21 速度控制器 22 減算器 23 電流控制1§ 24 電壓座標轉換器 25 電流檢測器 26 電流座標轉換器 27 位置·速度推測器 28 減异1§ 29 位置控制器 a 第1極限開關(減速開始位置) b 第2極限開關(停止動作開始位D fH 高速度指令 fL 低迴轉速度指令 由^^指令-度Tlf*之速黯旨令 XI、 X2基準值 XI 減速開始位（正轉運轉） X2 停止動作開始位置(正轉運轉） Χ3 減速開始位（反轉運轉） X4 停止動作開始位置(反轉運轉） νΐ 電壓信號 [發明實施之最佳形態] 第1 實施形態 -------------^--------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1圖係表示本發明之第1實施形態的同步電動機之 無感測器控制裝置la之構成圖。圖中，la係同步電動機 之無感測器控制裝置；2係無感測器速度控制部；3係速度 指令產生器；4係相對位置計數器；5係輸出定位之計數基 準亦即基準位置信號之做為基準位置信號輸出手段用的外 部機器；10係同步電動機。 此外，20係將從速度指令產生器3所輸出之速度指 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） 9 312985 533673 A7 —-— —__B7 五、發明說明（10 ) 7與從後述之位置·速度推測器2 7所輸出之速度推測值 此兩者之間的差，加以演算之減算器；21係依據減算器20 之輸出而輸出電流指令之速度控制器；22係將從速度控制 器21所輸出之電流指令，與後述之電流座標轉換器26之 輪出等兩者之間的差，加以演算之減算器；23係依減算器 22之輸出而輸出電壓之電流控制器；24係對將電流控制器 23之輸出施加於同步電動機1〇之電壓，實施座標轉換之 電壓座標轉換器；2 5係電流檢測器；2 6係對電流檢測器 25所檢測出之輸出電流，實施座標轉換之電流座標轉換 器；27係使用從電流座標轉換器2〇所輸出之電流值與從 電流控制器23所輸出之電壓值，推測同步電動機ι〇之位 置及速度之位置·速度推測器。 無感測器速度控器部2，基本上來說，乃和例如平成 年電氣學會論文誌D、第12〇卷2號之第240頁至247 頁中’以「全速度領域之無感測器突極形PM同步電動機 控制」所被提議之可於全速度領域動作的同步電動機之無 感測器控制裝置；以及平成5年電氣學會論文誌D、第113 卷5號之第579頁至586頁中，以「利用適應觀測器所進 行之無電刷DC電動機的無感測器位置控制」所被提議 者，為同樣之結構。 以下就無感測器速度控制部2之動作加以說明。 減算器20將從速度指令產生器3所輸出之速度指令， 與從位置·速度推測器27所輸出之速度推測值此兩者之間 的差加以演算。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公笼） 312985 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . · .線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10

533673 五、發明說明（11 速度控制器2 1乃是由你丨t曰， j如疋比例元件以及積分元件 等組件所構成，並以減算E ? 崎异器20之輸出、亦即速度偏差為基 準’將電流指令加以演算而輪出。 減异1§ 22係對從速度控告 又役制Is 2 1所輸出之電流指令， 與從電流座標轉換器26所給ψ々發、衣7士 μ σ所輸出之電流值等兩者之間的差 進行演算。 電流控制器23乃是由彻‘ a么？—从 疋田例如比例疋件以及積分元件所 構成，並以減算器22所做之拾+ 會Ρη兩— Μ做4输出、亦即電流偏差為基準， 將電壓指令加以演算而輸出。 電壓座標轉換器24係使用從電流控制器23所輸出之 電壓指令，以及從位置·速度推測器27所輸出之位置推測 值’將施加於同步電動機10之電壓加以轉換。 電流座標轉換器2 0係使用從位置·速度推測器2 7所 輸出之位置推測值，將同步電動機10之電流進行座標轉 換。 位置·速度推測器27係利用從電流控制器23所輸出 之電壓值，以及從電流座標轉換器26所輸出之電流值，來 推測同步電動機1 〇之位置及速度。 然而’在第1實施形態裊的同步電動機之無感測器控 制裝置1 a中，乃是將無感測器速度控制部2與相對位置計 數器4連接，並以位置·速度推測器27來推測外部機器5 之在進行基準位置輸入當時的磁極位置（電動機之電氣角 資訊），以成為基準之磁極位置而對相對位置計數器4輸 出，同時每當通過基準之磁極位置時，便對相對位置計數 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱^ " 一 11 312985 ^ ^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533673 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ^ -----------B7__ 五、發明t㈣（12 ) ^ " 一 "〜— 器4進行輪出。 此外〜，第2圖係表示本發明之第丨實施形態的同雷 動機之無感測器控制裝置la中，速度指令產生器3之構成 圖。圖中’ 28係用以求得從準位置所產生之移動量之指令 值與來自於相對位置計數器4之進行輸出用之基準位置 的相對位置等兩者之間的差之減算器；29係位置控制器。 ▲以下根據第1圖以及第2圖，就本發明之第j實施形 態的同步電動機之無感測器控制裝置u之動作加以說 明。在不使用絕對位置檢測用感測器的同步電動機之無感 測器控制裝置la中，以基準位置信號輸入當時之位置做為 基準位置，並求得由此基準位置而產生之相對位置，藉此 算出絕對位置。 一旦從外部機器5輸入基準位置信號，則在相對位置 计數咨4使積算值為零的同時，從無感測器速度控制部2， 以基準位置信號輸入當時之位置為基準位置而進行輸入， 開始實施磁極位置之積算。 母田相對位置計數器4通過計數基準之磁極位置時， 便將所計數之計數器值，以及電氣角丨周期内之從基準磁 極位置偏離之偏離量，進行加算，藉此以求得從基準位置 產生之相對位置。 此外，速度指令產生器3,係以從減算器28所求得之 基準位置之移動量的指定值，與來自於相對位置計數器4 所輸出基準位置的相對位置等二者之間的差為基準，而以 位置控制器29製成速度指令。因此，速度指令產生器3 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 12 312985 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -泰 訂· · -線· 533673 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（I3 ) 即可隨著相對位置計數器4所輪出之相對位置資訊，而變 化速度指令，進行位置控制。 本發明之第1實施形態同步電動機之無感測器控制裝 置中，相對位置計數4係以基準位置信號之輸入當時之推 測磁極位置（電動機之電氣角資訊）為基準，每當通過基準 之磁極位置時所計數之計數值，以及電氣角1周期内之從 基準磁極位置偏離之偏離量進行加算，藉此以求得與基準 位置相對之相對位置，於是，在不具有位置檢測器之同步 電動機中，能夠在與基準位置相對之相對位置處停止。此 外，以往在以同步電動機進行定位時乃是使用位置檢測 器，本發明則不使用位置檢測器，同樣亦能以同步電動機 進行定位，因此可達到降低成本及提升系統之可靠性之效 果。 第2實施形餱 第3圖係表示本發明之第2實施形態的同步電動機之 無感測1§控制裝置lb之構成圖。圖中，2、4、10係與第1 圖相同，故省略其說明。此外，lb係同步電動機之無感測 器控制裝置；6係對相對位置計數器4輸出基準位置信號 之極限開關；7 a係對應於相對位置計數器4之輸出將速度 指令加以變化之速度指令產生器。此外，χι、χ2係預先 設定在速度指令產生器7a之基準值。於此，XI相當於第 11圖中，設置於減速開始位置之第1個極限開關a，代表 由極限開關6所產生之從基準位置信號輸出位置起，到減 速開始位置為止之距離。X2則相當於第11圖中，設置於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚) ' ' 13 312985 ^--------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533673 A7 B7 五、發明說明（l4 ) 停止動作開始位置之第2個極限開關b，代表由極限開關6 所產生之從基準位置信號輸出位置起，到停止動作開始位 置為止之距離β 此外，第4圖係對本發明之第2實施形態的同步電動 機之無感測器控制裝置1 b之動作加以說明之圖面。（a)係 搬送裝置之構成範例；（b)係速度指令產生器7a所輸出之 速度指令；（c)係相對位置計數器4之輸出；（d)係指速度。 圖中’ 1係可將極限開關6之信號做輸入之同步電動機之 無感測器控制裝置；1〇係同步電動機；U係同步電動機 轴’ 12係與同步電動機轴11連結而移動之輸送帶；13固 定於輸送帶而移動之物體；14a係停止器（st〇pper)e 以下根據第3圖及第4圖，將本發明第2實施形態中 的同步電動機之無感測器控制裝置lb之動作加以說明。 當物體13從第4圖（a)之左端朝右方移動中而通過極 限開關6時，極限開關6會輸出基準位置信號。 相對位置計數器4係當極限開關6所輪出之基準位置 信號被輸入時，便使積算值為零，同時以無感測器速度控 制部2所輸入基準位置信號當時之位置為基準位置，開始 進行磁極位置之積算。 母每相對位置計數器4通過計數基準之磁極位置時， 便將所計數之計數器值，以及電氣角丨周期内之從基準磁 極位置偏離之偏離量，進行加算，藉此求得與基準位置相 對之相對位置。相對位置計數器4之積算值，如第4圖 所示增加。 本紙張尺度適用t國國家標準（CNg)A4規格⑵〇 x 297公发)~---- 14 312985 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 訂· 丨線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533673 A7 B7 五、發明說明（IS ) 速度指令產生器7a之相對位置計數器3之計數值如第 4圖（c)所示，當變成了已重新設定之減速開始開始位置幻 時’便如第4圖（b)所示，進行速度指令變化而開始減速。 並且當相對位置計數器4之計數值變成停止動作開始位置 X2時’即進行停止動作開始與速度指令變化。 物體13之移動速度之變化如第4圖（d)所示，當物體 13通（tO)過極限開關6，且相對位置計數器4之計數值變 成減速開始位置X1時，便開始減速（tl)，並且當相對位置 計數器4之計數值變成停止動作開始位置χ2時，開始停 止動作（t2)。 本發明之第2實施形態中同步電動機之無感測器控制 裝置lb中，預先設定減速開始位置XI，以及停止動作開 始位置X2，當通過極限開關6時，則開始進行計數之相對 位置計數器4之計數值會在變成減速開始位置χι時，開 始減速；而在變成停止動作開始位置χ2時，開始停止動 作。如此之構成，在以往進行定位控制時所必需之減速開 始用極限開關，以及停止動作開始用之極限開關等兩個開 關，本發明則可僅以u極限開關構成。極限開關個數之 削減，同時可減少從極限開關到控制裝置之配線，使得配 線作業更加容易進行。 此外，停止位置之調整可藉由將減速開始位置χ卜停 止動作開始位置Χ2加以變更而易於調整，故不需像以往 一般，實施重設極限開關加以調整等煩雜之作業。 篇3實施形錐 ” 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 15 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 312985 533673

五、發明說明（^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第5圖係表示本發明之第3實施形態的同步電動機之 無感測器控制裝置之構成圖。圖中，2、4、1〇與第i 圖相同，故省略其說明。此外，1 c係同步電動機之無感測 器控制裝置’· 6係對相對位置計數器4進行基準位置信號 輸出之極限開關；7b係對應於相對位置計數器4之輸出而 使速度指令變化之速度指令產生器。另外，χι、χ2、、 Χ4係預先設定在速度指令產生器7b之基準值，χι係正轉 運轉時之減速開始位置；X2係正轉運轉時之停止動作開始 位置；X3係反轉運轉時之減速開始位置；χ4係反轉運轉 時之停止動作開始位置。 第6圖係對本發明之第3實施形態中相關的同步電動 機之無感測器控制裝置1c當中，因迴轉方向差異所產生之 動作而加以說明的圖面。（a)係搬送裝置之構成範例；（b) 係正轉運轉時之速度指令；（c)係正轉運轉時，相對位置計 數器4之輸出；（d)係正轉運轉時之速度。另外，（e)係反轉 運轉時之速度指令；（f)係反轉運轉時之相對位置計數器4 之輸出；（g)係反轉運轉時之速度。圖中，14a、14b為停止 器。 以下，圖面上由左往右之移動為正轉運轉、圖面上由 右往左之移動為反轉運轉來加以說明。 速度指令產生器7b在行正轉運轉時，當此速度指令產 生器7b之相對位置計數器4之計數值，到達已預先設定之 減速開始位置XI時（tl)，即變化速度指令，開始減速；當 到達了停止動作開始位置X2時（t2)，則停止動作開始，並 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） 16 312985 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - •線 17 533673 五、發明說明（π ) 變化速度指令。此外，在行逆轉運轉時，當速度指令產生 器7b之相對位置計數器4之計數值，到達已預先設定之減 速開始位置X3時（t 1 1 )’即開始使速度指令變化，·當到達 了停止動作開始位置X4(t 12)時，則停止動作開始，並變化 速度指令。 在前述本發明之第2實施形態的第4圖當中，顯示之 範例即為：當相對位置計數器4之輸出到達減速開始位置 x 1時’便開始減速，當到達停止動作開始位置X2時，則 開始停止動作。當變更移動方向而進行定位（例如，由正轉 運轉時之定位變更至反轉運轉時之定位）時，所必需進行之 作業有：將極限開關之位置於正轉運轉時與反轉運轉時加 以調整之作業，·以及將減速開始位置χ卜停止動作開始位 置Χ2加以變更之作業。此外，當進行正轉運轉時以及反 轉運轉時雙方之定位的情況下，則需要有正轉運轉時用之 極限開關與反轉運轉時用之極限開關，並且根據移動方 向’還必需判斷此兩個極限開關之有效·無效。 然而，在本發明之第3實施形態之同步電動機無感測 器控制裝置lc中，設置有正轉運轉時之減速開始位置χι 及停止動作開始位置X2,以及反轉運轉時之減速開始位置 X3及停止動作開始位置χ4，因可於正轉運轉時與反轉運 轉時做個別設定，故不需額外增加極限開關之個數，即可 實施正轉運轉時定位與反轉運轉時定位。此外，在進行定 位之移動方向切換時（由正轉運轉時定位變更至反轉運轉 時定位’亦或者是由反轉運轉時定位變更至正轉運轉時定 ί紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210_·χ 297公爱） 312985 ^--------t--------- <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533673 A7 B7 五、發明說明（I8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 )亦然’不需另外變更極限開關之調整，或是變更減速開 始位置XI、X2等作業。 刖述所說明之範例中，乃是將已重新設定在速度指令 產生器7b之2組基準值，用以做為正轉運轉時之減速開始 位置XI、停止動作開始位置χ2，與反轉運轉時之減速開 始位置Χ3、停止動作開始位置χ4。將正轉運轉時與反轉 運轉時加以判別，而使用正轉運轉時之減速開始位置XI、 停止動作開始位置Χ2，與反轉運轉時之減速開始位置 Χ3、停止動作開始位置χ4 '也可利用同方向之移動，於 運轉時選擇所使用之減速開始位置、以及停止動作開始位 置。 實施形錐 第7圖係表示本發明之第4實施形態中相關的同步電 動機之無感測器控制裝置Id之構成圖。圖中，2、4、10 乃與第1圖相同，故省略其說明。此外，1 d係同步電動機 之無感測器控制裝置；7 c係對應於相對位置計數器4所做 之輸出’而將速度指令加以變化之速度指令產生器。15係 對相對位置計數器4輸出基準位置信號之極限開關；16係 停止動作開始用極限開關。此外，X1係預先設定在速度指 7產生器7c之基準值，代表利用極限開關15所產生之由 基準位置信號輸出位置至減速開始位置為止的距離。 此外，第8圖係對本發明之第4實施形態中相關的同 步電動機之無感測器控制裝置Id之動作加以說之圖面。（a) 係搬送裝置之構成範例；（b)係速度指令；（c)係相對位置計 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 18 312985 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .0 . -線 533673 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（I9 ) 數器4所做之輸出；（d)係指速度。 圖中’ 10至13、14a係與第4圖相同，故省略其說明。 此外’ Id係同步電動機之無感測器裝置；15係對相對位置 計數器4輸出基準位置信號之極限開關；丨6停止動作開始 極限開關。 以下根據第7圖以及第8圖，對本發明之第4實施形 態當_的同步電動機之無感測器控制裝置1 d之動作加以 說明。 物體13在啟動開始之同時，由圖（勾之左端起朝右方 以低速度指令fL移動。 在行低速運轉時，當物體13通過極限開關15的當時 (t20) ’相對位置計數器4會被重設（reset)，而開始計數。 此外，當物體13通過極限開關15的當時（t20)，速度指令 產生器7c會切換至高速度指令fH。 在行高速運轉時，當相對位置計數器4之計數到了減 速開始位置XI時（t21)，則速度指令產生器7c會切換至低 速度指令4。 在行減速開始，以固定之低迴轉速度移動中時，當通 過極限開關16的當時（t22)，便開始停止動作。 在前述本發明之第2實施形態當中係表示下列範例： 相對位置計數器4乃是於高速運轉中，以極限開關6之輸 出做為基準位置信號，開始進行計數，當計數到達了滅速 開始位置XI時，則速度指令產生器7a開始減速，而當計 數到達了停止動作開始位置X2時，便開始停止動作。而 本"^張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵〇 χ 297公爱)" 一 ' 19 312985 -I I n si 1 i n n ί ! I · i i — n I I -Is I 一 * 11 n an - -- -- - i In I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533673 A7 B7 五、發明說明（ 20 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於本發明之第4實施形態中，相對位置計數器4在低逮運 轉時係以極限開關15之輸出做為基準位置信號，而進行輸 入’並開始計數。當計數到達減速開始位置XI時，則逮 度指令產生器7C開始減速，而在通過停止動作開始用極限 開關1 6的當時，便開始停止動作Q 於本發明之第4形態當中，乃是於低速運轉時，將極 限開關15之信號進行讀取，因此可抑制因信號讀取延遲所 造成之減速開始位置誤差。此外，由於是在低速運轉時通 過停止動作開始極限開關16，故更加可提昇停止精確度。 於前述之情形，係以預先設定之移動量來表示減速開 始位置XI之範例。設定由低速運轉向高速運轉之切換用 的移動量、以及停止動作開始用對移動量，而使用在通過 極限開關1 5、極限開關1 6時之動作上亦可。 1_^實施形錐 第9圖係表示本發明之第5實施形態中相關的同步電 動機之無感測器控制裝置le之構成圖。圖中，2、4、1〇 係與第1圖相同，故省略其說明。此外，係同步電動機 之無感測器控制裝置；7b係對應於相對位置計數4其所做 之輸出’而將速度指令加以變化之速度指令產生器；15係 對相對位置計數器4輸出基準位置信號之極限開關；1 6係 指極限開關。 此外，第1 0圖係就本發明之第5實施形態中相關的同 步電動機之無感測器控制裝置le之動作，而加以說明之圖 面。（a)係搬送裝置之構成範例；（b)係速度指令；（c)係相 本紙張&度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) '~" 20 312985 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · --線 533673

經濟部智慧財產局員工消費合作社印劍衣 21 五、發明說明（21 ) 對位置计數器4所做之輪出；（d)係指速度。圖中，1〇至 13、14a係與第4圖相同，故省略其說明。此外，le係同 步電動機之無感測器控制裝置；丨5、j 6係指極限開關。另 外，fL係指低迴轉速度指令；q係指由高速度指令一度下 降之速度指令；fH係指高速度指令。 以下根據第9圓以及第1〇圖，就本發明之第5實施形 態中的同步電動機之無感測器控制裝置丨d之動作加以說 明。 物體13在啟動開始之同時，由圖（a)之左端起朝右方 以低速度指令fL移動。 在加速前之低速運轉時，在物體13通過極限開關15 的當時（t20) ’相對位置計數器4會被重設（reset)，而開始 加算計數。此外，在物體13通過極限開關15的當時（t20)， 速度指令產生器7d會切換至高速度指令fH。 在高速運轉中，當相對位置計數器4之計數值到達了 移動量X5(t23)時，則速度指令產生器7(1會一度將速度指 令切換至低速度指令fM。 在低速運轉時，當相對位置計數器4之計數值到達了 移動量X6(t24)時，則速度指令產生器7d會將速度指令切 換至高速度指令f H。 在高速運轉令，當相對位置計數器4之計數值到達了 移動量XI (t21)時，則速度指令產生器7d會將速度指令切 換至低速度指令匕。 當減速開始，以固定之低迴轉速度移動_時，則會在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公芨） 312985 ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533673 A7 B7 五、發明說明（22 ) 通過極限開關16的當時（t22)，開始停止動作。 在本發明之第5實施形態當中，俾使可設定動作變更 相對位置X5、X6，當物體13到達了預先設定之動作變更 相對位置X5時，會一度使速度指令降低；而當到達了預 先設定之動作變更相對位置X6時，則會再度將速度昇高。 因此’當使用速度領域中含有機械共振之運轉類型時，或 是使用、於途中需進行檢測之運轉類型時，能夠以可檢測之 低速來驅動，例如於其間利用X5、X6來指定，以使速度 降低通過等。 [產業上之可利用性] 如以上所構成，本發明同步電動機之無感測器控制裝 置係將不具有位置檢測器之同步電動機定位於固定位置， 因此在無電刷DC電動機、埋入式磁鐵型同步電動機 (IPM)、磁阻變換（switched reluctance)電動機（SRM)、同步 磁阻（synchronous reluctance)電動機（SyRM)等所有的同步 電動機中，對於不需使用位置檢測器的定位置之用途中， 相當適用。 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 訂· · -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 22 312985

Claims (1)

1. 09888 ABCD 533673 六、申請專利托圍 1· 一種同步電動機之無感測器控制裝置，係具備有：對同 步電動機之電流實施檢測之電流檢測器；使用由此電流 檢測器所獲得夂檢測電流，以計算出前述同步電動機之 速度推測值與磁極位置推測值之位置·速度推測器；利 用速度指令與前述速度推測值，以對前述同步電動機實 施速度控制之速度控制器，而不使用迴轉位置檢測裝置 即對同步電動機加以驅動之同步電動機無感測器控制 裝置；此裝置具備有··將做為定位計數基準用之基準位 置信號輸出之基準位置信號輸出手段； 在此基準位置信號被輸入時，使積算值為零之同 時，由前述位置·速度推測器，將磁極位置推測值做為 基準位置而輸入，而開始積算之相對位置計數器； 具有位置控制器，利用由基準位置移動之移動量之 指令值、與來自前述相對位置計數器做為相對位置而輸 出之積算值之二者之偏差，以進行位置控制、並輸出速 度指令之速度指令產生器。 2·如申請專利範圍第1項之同步電動機之無感測器控制裝 置’其中，前述速度指令產生器，除了可設定減速開始 位置以及停止動作開始位置以外，同時當前述相對位置 計數器輸出之做為相對位置之積算值到達了前述減速 開始位置時，便執行減速開始；而當到達前述停止動作 開始位置時，即開始停止動作。 3·如申請專利範圍第i項之同步電動機之無感測器控制裝 置’其中’前述速度指令產生器，至少可進行減速開始 ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 23 312985 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533673 A8 g D8 六、申請專利範圍 位置以及停止動作開始位置之2組設定，同時還可選擇 運轉時所使用之減速開始位置以及停止動作開始位 置，由此當從前述相對位置計數器輸出做為相對位置之 積算值到達了前述已選擇之減速開始位置時，便執行開 始減速；而當到達了前述已選擇之停止動作開始位置 時，則開始停止動作。 4· 一種同步電動機之無感測器控制裝置，具備··對同步電 動機之電流實施檢測之電流檢測器；使用由此電流檢測 器所獲得之檢測電流，以計算出前述同步電動機之速度 推測值與磁極位置推測值之位置·速度推測器；以及利 用速度指令與前述速度推測值以對前述同步電動機實 施速度控制之速度控制器；在不使用迴轉位置檢測裝置 即對同步電動機加以驅動之同步電動機無感測器控制 裝置’此裝置具備有：將做為定位計數基準用之基準位 置信號輪出之基準位置信號輸出手段； 在此基準位置信號已輸入時，使積算值為零之同 時，由前述位置·速度推測器，將磁極位置推測值做為 基準位置輪入而開始計數之相對位置計數器，· 將速度指令變更位置信號加以輸出之速度指令變 更信號輪出手段； 具有位置控制器，利用由基準位置移動之移動量之 指令值、與來自前述相對位置計數器，輸出之做為相對 位置積算值二者之偏差，以進行位置控制、且將速度指 令加以輸出之速度指令產生器。 --------^--------- ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) n u n n 泰 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 24 312985 533673 A8 B8 CS D8 六、申請專利範圍 5·如申請專利範圍第4項之同步電動機無感測器控制裝 置’其中’前述速度指令產生器除了可設定減速開始位 置以外’同時當前述相對位置計數器輸出之做為相對位 置的積算值到達了前述減速開始位置時，便執行減速開 始；而當前述速度指令變更位置信號輪出手段輸出速度 和令變更位置信號時，開始停止動作。 6·如申請專利範圍第4項之同步電動機無感測器控制裝 置’其中，前述速度指令產生器除了可設定減速開始位 置以外、第1動作變更相對位置以及第2動作變更相對 位置’同時當由前述相對位置計數器輸出之做為相對位 置之積算值到達了前述第1動作變更相對位置、亦或者 是前述第2動作變更相對位置時，便變更速度指令；且 當由前述相對位置計數器輸出之做為相對位置之積算 值到達了前述減速開始位置時，便執減速開始；而當前 述速度指令變更位置輸出手段輸出速度指令變更位置 信號時，便開始停止動作。 --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂* 丨線. 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 25 312985