TWI410042B - 馬達之磁極角定位系統及方法 - Google Patents

Description

馬達之磁極角定位系統及方法

本發明係關於一種馬達之磁極角定位系統及方法。

永磁同步馬達之轉子磁通是由安裝在轉子上之永磁體產生，為了平穩啟動及穩定地控制永磁同步馬達，需知道永磁體在空間之初始位置，即磁極位置。若所獲得之磁極位置偏差過大，則會導致永磁同步馬達運轉異常甚至不能啟動。通常是在開機時對永磁同步馬達之磁極位置進行調整，讓永磁同步馬達之永磁體所產生之磁通量之角度，即磁極角為零度，並以此為參考值對該永磁同步馬達之參數進行調整。然，此方式會造成機台移動，對於精密機台而言可能會造成損傷。

鑒於以上內容，有必要提供一種不需要移動機台之馬達之磁極角定位系統及方法。

一種馬達之磁極角定位系統，包括一磁極角定位裝置、一電流控制裝置、一馬達電流回授裝置、一馬達速度回授裝置及一馬達驅動裝置，該電流控制裝置用於透過該馬達驅動裝置設置一馬達之工作電流，該馬達電流回授裝置及馬達速度回 授裝置分別用於透過該馬達驅動裝置感應該馬達之實際電流值、實際速度值，並將其回饋給該磁極角定位裝置，該磁極角定位裝置用於存儲該磁極角回授裝置以及馬達速度回授裝置之訊號，並對其進行運算以得到該馬達之初始磁極角，該磁極角定位裝置還用於設定該馬達之磁極角。

一種馬達之磁極角定位方法，包括以下步驟：透過該磁極角定位裝置設定該馬達之第一磁極角；透過該電流控制裝置設定該馬達之電流值；該馬達速度回授裝置、馬達電流回授裝置分別回饋此時該馬達實際速度以及實際電流值，並將其傳輸給該磁極角定位裝置；該磁極角定位裝置判斷此時該馬達實際速度是否大於該馬達之最大額定速度；若該馬達之實際速度大於該馬達最大額定速度，則透過該磁極角定位裝置設定該馬達之第二磁極角，之後執行步驟“透過該電流控制裝置設定該馬達之電流值”；若該馬達之實際速度不大於該馬達之最大額定速度，則該磁極角定位裝置判斷此時該馬達電流值是否大於該馬達之最大額定電流；若此時該馬達電流值大於該馬達之最大額定電流，則透過該電流控制裝置設定該馬達之另一電流值，之後執行步驟“該 馬達速度回授裝置、馬達電流回授裝置分別回饋此時該馬達之實際速度以及實際電流值，並將其傳輸給該磁極角定位裝置”；若此時該馬達電流值不大於該馬達之最大額定電流，則該磁極角定位裝置記錄該電流控制裝置所設定之電流值、此時該馬達之實際電流值以及實際速度；該磁極角定位裝置判斷是否設定了所有磁極角；若沒有設定完成所有磁極角，則透過該磁極角定位裝置設定該馬達之第三磁極角，之後執行步驟“透過該電流控制裝置設定該馬達之電流值”；以及若已經設定完成了所有磁極角，則該磁極角定位裝置對複數磁極角、該馬達之設定電流值、該馬達實際電流值以及該馬達實際速度進行運算比較，以找出其中能用最小之馬達設定電流達到最大之馬達實際速度時該馬達之磁極角。

前述磁極角之定位系統及方法利用該磁極角定位裝置對該馬達設定不同之磁極角以及透過該電流控制裝置對該馬達設定不同電流，並比較不同磁極角時，不同電流所引起的該馬達之轉速來判斷正確的磁極角位置，前述磁極角之定位系統及方法不會造成機台移動。

11‧‧‧位置指令輸入單元

17‧‧‧馬達電流回授裝置

12‧‧‧位置控制裝置

18‧‧‧磁極角回授裝置

13‧‧‧速度控制裝置

19‧‧‧馬達速度回授裝置

14‧‧‧電流控制裝置

20‧‧‧磁極角定位裝置

15‧‧‧馬達驅動裝置

21‧‧‧馬達位置回授裝置

16‧‧‧座標轉換裝置

100‧‧‧馬達

圖1係本發明馬達之磁極角定位系統之較佳實施方式之示意圖。

圖2-1及2-2係本發明馬達之磁極角定位方法之較佳實施方式之流程圖。

圖3係圖1中馬達之設定電流值之測試仿真圖。

圖4係對應圖3中測試時間之馬達之實際速度之測試仿真圖。

請參閱圖1，本發明馬達之磁極角定位系統之較佳實施方式用於設定一馬達100之磁極角，其包括一位置指令輸入單元11、一位置控制裝置12、一速度控制裝置13、一電流控制裝置14、一馬達驅動裝置15、一座標轉換裝置16、一馬達電流回授裝置17、一磁極角回授裝置18、一馬達速度回授裝置19、一磁極角定位裝置20以及一馬達位置回授裝置21。

該位置指令輸入單元11與該位置控制裝置12之輸入端相連，以發送一位置指令給該位置控制裝置12。該位置控制裝置12之輸出端與該速度控制裝置13之輸入端相連，該速度控制裝置13之輸出端與該電流控制裝置14之輸入端相連，該電流控制裝置14之輸出端與該馬達驅動裝置15之輸入端相連，該馬達驅動裝置15之控制端與該馬達100相連，以根據該位置控制裝置12、速度控制裝置13以及電流控制裝置14之指令控制該馬達100之工作狀態。

該馬達電流回授裝置17之輸入端、該馬達速度回授裝置19之輸入端以及該馬達位置回授裝置21之輸入端均與該馬達驅動裝置15之輸出端相連，以透過該馬達驅動裝置15感應該馬達 100之實際電流值、實際速度以及位置。該馬達電流回授裝置17之輸出端與該座標轉換裝置16之輸入端相連。該馬達速度回授裝置19之輸出端與該速度控制裝置13之另一輸入端相連，並將該馬達100之實際速度回饋給該速度控制裝置13。該馬達位置回授裝置21之輸出端與該位置控制裝置12之另一輸入端相連，並將該馬達100之實際位置回饋給該位置控制裝置12；該馬達位置回授裝置21之輸出端還與該磁極角回授裝置18相連，並將該馬達100之實際位置傳給該磁極角回授裝置18，以供該磁極角回授裝置18運算得到該馬達100此時之磁極角資訊；該磁極角回授裝置18之輸出端與該座標轉換裝置16之另一輸入端相連，並將該馬達100此時之磁極角資訊傳給該座標轉換裝置16，該座標轉換裝置16根據所接收之磁極角資訊將由該馬達電流回授裝置17所回饋之該馬達100之實際電流之相位(三相坐標軸)透過派克(Park)座標轉換原理轉換為兩相坐標軸之電流之相位，以傳送給該電流控制裝置14。該位置控制裝置12還用於比較該位置指令輸入單元11與馬達位置回授裝置21之訊號，並產生一速度指令，以供該速度控制裝置13進行後續速度控制。該速度控制裝置13用於比較該位置控制裝置12與馬達速度回授裝置19之訊號，並產生一扭力指令，以供該電流控制裝置14進行後續電流控制。該電流控制裝置14用於設定該馬達100之電流值，還用於比較該速度控制裝置13與座標轉換裝置16之訊號，並產生另一扭力指令，以供進行後續控制。

該磁極角定位裝置20之輸入端與該馬達電流回授裝置17之輸出端、該馬達速度回授裝置19之輸出端以及該馬達位置回授裝置21之輸出端均相連，以存儲該馬達電流回授裝置17、馬達速度回授裝置19以及馬達位置回授裝置21所回饋之訊號，並對其進行運算。該磁極角定位裝置20之另一輸入端與該磁極角回授裝置18相連，以存儲該磁極角回授裝置18所輸出之磁極角資訊。另，該磁極角定位裝置20還用於設定該馬達100之磁極角。

前述實施方式中，該馬達位置回授裝置21為一馬達編碼器，該馬達速度回授裝置19為一馬達測速計，該馬達電流回授裝置17為一電流感應器。

請一併參閱圖2-1及2-2，本發明磁極角之定位方法之較佳實施方式包括以下步驟：

步驟S1：透過該磁極角定位裝置20設定馬達100之磁極角為θ 1。

步驟S2：透過該電流控制裝置14設定該馬達100之電流值，如I1，並透過該馬達驅動裝置15啟動該馬達100。

步驟S3：該馬達位置回授裝置21、馬達速度回授裝置19、馬達電流回授裝置17分別回饋此時該馬達100之實際速度以及實際電流值，並將其傳輸給該磁極角定位裝置20。

步驟S4：該磁極角定位裝置20判斷此時該馬達100之實際速度是否大於該馬達100之最大額定速度，若大於該馬達100之 最大額定速度，則執行步驟S11；若此時馬達100之實際速度不大於該馬達100之最大額定速度，則執行步驟S5。

步驟S11：透過該磁極角定位裝置20設定馬達100之磁極角為θ 2。之後執行步驟S2。

步驟S5：該磁極角定位裝置20判斷此時該馬達100之電流值I1是否大於該馬達100之額定最大電流值。若該馬達100之電流值I1大於該馬達100之額定最大電流值，則執行步驟S12；若該馬達100之電流值I1不大於該馬達100之額定最大電流值，則執行步驟S6。

步驟S12：透過該電流控制裝置14設定該馬達100之電流值為I2。之後執行步驟S3。

步驟S6：該磁極角定位裝置20記錄該電流控制裝置14所設定之電流值、此時該馬達100之實際電流值與實際速度。

步驟S7：該磁極角定位裝置20判斷是否設定了所有磁極角，若沒有設定所有磁極角，則執行步驟S17。若該磁極角定位裝置20已設定了所有磁極角，則執行步驟S8。

步驟S17：透過該磁極角定位裝置20設定該馬達100之磁極角為θ 3。之後執行步驟S2。

步驟S8：此時該磁極角定位裝置20內存儲有複數磁極角、該馬達100之設定電流值、該馬達100之實際電流值以及該馬達100之實際速度，如磁極角為θ 1時，當該馬達100之設定電 流值為I1時，該馬達100之實際電流值以及實際速度；當該馬達100之設定電流值為I2時，該馬達100之實際電流值以及實際速度。磁極角為θ 2時，當該馬達100之設定電流值為I1時，該馬達100之實際電流值以及實際速度；當該馬達100之設定電流值為I2時，該馬達100之實際電流值以及實際速度。該磁極角定位裝置20對該複數磁極角、該馬達100之設定電流值、該馬達100之實際電流值以及該馬達100之實際速度進行運算比較，以找出其中能用最小之馬達設定電流達到最大之馬達實際速度時該馬達100之磁極角，其中，該磁極角即為該馬達100之初始磁極角。

請一併參閱圖3及圖4，圖3為步驟S8中該馬達100之設定電流值之測試仿真圖，其中縱坐標表示該馬達100之設定電流值(A)，橫坐標表示測試時間(ms)，虛線A表示該馬達100之額定最大電流值(A)。圖4為步驟S8中該馬達100之實際速度之測試仿真圖，其中縱坐標表示該馬達100之實際速度(轉/毫秒)，橫坐標表示測試時間(ms)，虛線B表示該馬達100之額定速度之最大值。對比圖3及圖4即可得知，當測試時間為10ms時，該馬達100之設定電流值與其實際速度達到最佳值，即用相對最小之馬達設定電流達到了相對最大之馬達實際速度，則得知此時透過該磁極角定位裝置20所設定之馬達磁極角為初始磁極角。

前述磁極角之定位系統及方法利用該磁極角定位裝置20對該馬達100設定不同磁極角以及透過該電流控制裝置14對該馬 達100設定不同電流，並比較不同磁極角時，不同電流所引起的該馬達100之速度來判斷正確磁極角之位置。前述磁極角之定位系統及方法不會造成機台移動。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

11‧‧‧位置指令輸入單元

17‧‧‧馬達電流回授裝置

12‧‧‧位置控制裝置

18‧‧‧磁極角回授裝置

13‧‧‧速度控制裝置

19‧‧‧馬達速度回授裝置

14‧‧‧電流控制裝置

20‧‧‧磁極角定位裝置

15‧‧‧馬達驅動裝置

21‧‧‧馬達位置回授裝置

16‧‧‧座標轉換裝置

100‧‧‧馬達

Claims (6)

1. 一種馬達之磁極角定位系統，包括一磁極角定位裝置、一電流控制裝置、一馬達電流回授裝置、一馬達速度回授裝置及一馬達驅動裝置，該電流控制裝置用於透過該馬達驅動裝置設置一馬達之工作電流，該馬達電流回授裝置及馬達速度回授裝置分別用於透過該馬達驅動裝置感應該馬達之實際電流值、實際速度值，並將其回饋給該磁極角定位裝置，該磁極角定位裝置用於存儲該磁極角回授裝置以及馬達速度回授裝置之訊號，並對其進行運算以得到該馬達之初始磁極角，該磁極角定位裝置還用於設定該馬達之磁極角。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達之磁極角定位系統，其中該馬達速度回授裝置為一馬達測速計。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達之磁極角定位系統，其中該馬達電流回授裝置為一電流感應器。
4. 一種應用於如申請專利範圍第1項所述之馬達之磁極角定位系統之定位方法，包括以下步驟：透過該磁極角定位裝置設定該馬達之第一磁極角；透過該電流控制裝置設定該馬達之電流值；該馬達速度回授裝置、馬達電流回授裝置分別回饋此時該馬達之實際速度以及實際電流值，並將其傳輸給該磁極角定位裝置；該磁極角定位裝置判斷此時該馬達之實際速度是否大於該馬 達之最大額定速度；若該馬達之實際速度大於該馬達之最大額定速度，則透過該磁極角定位裝置設定該馬達之第二磁極角，之後執行步驟“透過該電流控制裝置設定該馬達之電流值”；若該馬達之實際速度不大於該馬達之最大額定速度，則該磁極角定位裝置判斷此時該馬達之電流值是否大於該馬達之最大額定電流；若此時該馬達之電流值大於該馬達之最大額定電流，則透過該電流控制裝置設定該馬達之另一電流值，之後執行步驟“該馬達速度回授裝置、馬達電流回授裝置分別回饋此時該馬達之實際速度以及實際電流值，並將其傳輸給該磁極角定位裝置”；若此時該馬達之電流值不大於該馬達之最大額定電流，則該磁極角定位裝置記錄該電流控制裝置所設定之電流值、此時該馬達之實際電流值以及實際速度；該磁極角定位裝置判斷是否設定了所有磁極角；若沒有完成所有磁極角設定，則透過該磁極角定位裝置設定該馬達之第三磁極角，之後執行步驟“透過該電流控制裝置設定該馬達之電流值”；以及若已經完成了所有磁極角設定，則該磁極角定位裝置對複數組磁極角、該馬達之設定電流值、該馬達之實際電流值以及該馬達之實際速度進行運算比較，以找出其中能用最小之馬達設定電流達到最大之馬達實際速度時該馬達之磁極角。
5. 如申請專利範圍第4項所述之馬達之磁極角定位方法，其中 該馬達速度回授裝置為一馬達測速計。
6. 如申請專利範圍第4項所述之馬達之磁極角定位方法，其中該馬達電流回授裝置為一電流感應器。