CN102201766A - 马达驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种马达驱动器，包含控制模块及电源调控模块。控制模块包含可编程逻辑元件及多个数字信号处理器。可编程逻辑元件根据外部操作指令及多个编码器信号产生控制信号。这些数字信号处理器根据控制信号产生多个脉宽调制信号。电源调控模块包含多个换流功率模块与多个感测模块。这些换流功率模块将电源调控模块的直流电源转换为交流电源并根据这些脉宽调制信号产生多个交流电流。这些感测模块感测这些交流电流并传送多个感测信号至这些数字信号处理器。各数字信号处理器、各换流功率模块及各感测模块彼此间是相对设置。

Description

马达驱动器

技术领域

本发明是与驱动装置有关，特别是关于一种能够同时进行两轴向或多轴向运动控制的马达驱动器，除了可以有效地节省传统马达驱动器的生产成本之外，还能够大幅缩小传统马达驱动器的体积及其所占用的空间。

背景技术

一般而言，目前市面上常见的马达驱动装置，主要都是由单一马达驱动器控制单一马达，也就是传统上大多仍然采用一对一的方式进行马达驱动的控制。请参照图1，图1是绘示先前技术中采用单一马达驱动器控制单一马达模块的示意图。如图1所示，马达驱动器9包含控制基板90及电源基板92。于控制基板90上设置有操作显示界面900、可编程逻辑元件901及数字信号处理器902；于电源基板92上设置有交流直流整流器921、电容922、刹车模块923、换流功率模块924及感测模块926。其中，交流直流整流器921耦接至交流电源6；可编程逻辑元件901及数字信号处理器902耦接至外部控制器7；换流功率模块924耦接至马达模块8；感测模块926耦接于换流功率模块924与马达模块8之间以及数字信号处理器902。

然而，在产业界实际的应用中，仅限制在单一轴向的运动控制其实并不常见，往往需要的是两轴向或两轴向以上的运动控制，亦即需要多轴向的运动控制，此时，两个或两个以上的马达驱动器便成为控制马达模块时不可或缺的装置。很明显地，一旦控制马达模块所需的马达驱动器的数目增加，不仅整体生产的成本会随之增加，同时亦会具有较为庞大的体积，因而占用较多的使用空间。

尤其足许多机械设备所产生不同轴向的机械动作，往往是针对特定方式动作而非高复杂度的动作，由于这些机械设备为增加其在市场上的竞争力，价格高低即成为竞争力的关键，故需设置有多个马达驱动器的方式会对其生产成本造成不小的负担，并且导致机械设备的整体结构变得较为复杂。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种能够同时进行多个马达模块(如两轴或多轴)运动控制的马达驱动器，以使机械设备的整体结构变得较为简单。

根据本发明提出一种马达驱动器，该马达驱动器用以控制多个马达模块。该马达驱动器包含一控制模块及一电源调控模块。该控制模块包含一可编程逻辑元件及多个数字信号处理器。该电源调控模块包含多个换流功率模块及多个感测模块。

该可编程逻辑元件用以接收一外部操作指令及该多个马达模块所回传的多个编码器信号，并根据该外部操作指令及该多个编码器信号产生控制信号。该多个数字信号处理器用以接收该控制信号，并根据该控制信号分别产生对应于该多个马达模块的多个脉宽调制信号。该多个换流功率模块用以将该电源调控模块上的直流电源转换为交流电源，并分别自该多个数字信号处理器接收该多个脉宽调制信号，且根据该多个脉宽调制信号产生对应于该多个马达模块的多个交流电流。该多个感测模块用以分别感测自该多个换流功率模块传送至该多个马达模块的该多个交流电流，并分别传送多个感测信号至该多个数字信号处理器。其中，该多个数字信号处理器中的各数字信号处理器、该多个换流功率模块中的各换流功率模块以及该多个感测模块中的各感测模块彼此间是相对设置。

本发明相较于先前技术的有益技术效果是：本发明所提出的马达驱动器是采用多个数字信号处理器共享一操作界面，由同一个电源调控模块提供电流至多个马达模块，而使该马达驱动器能进行两轴或多轴运动控制，除了可以有效地节省传统马达驱动器的生产成本之外，还能够大幅缩小传统马达驱动器的体积。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下结合附图对本发明较佳实施例的详细说明得到进一步的了解，其中：

图1是绘示先前技术中采用单一马达驱动器控制单一马达模块的示意图。

图2是绘示根据本发明的一具体实施例的马达驱动器的功能方块图。

图3是绘示图2中的马达驱动器的详细功能方块图。

图4A至图4C是分别绘示可编程逻辑元件、第一数字信号处理器及第二数字信号处理器的详细功能方块图。

图5是绘示马达驱动器的外观示意图。

具体实施方式

根据本发明的一具体实施例为一种能够同时控制多个马达模块的马达驱动器。于此实施例中，该多个马达模块包含两个马达模块，亦即该马达驱动器用以控制第一马达模块及第二马达模块，尤其是完成第一马达模块及第二马达模块的位置、速度及转矩等运动控制，但不以此为限。请参照图2，图2是绘示本实施例的马达驱动器的功能方块图。

如图2所示，马达驱动器1包含控制模块10及电源调控模块12。马达驱动器1耦接至外部控制器2、第一马达模块3及第二马达模块4。实际上，外部控制器2是供客户端所使用的控制器，用以下达控制命令给马达驱动器1，致使马达驱动器1根据控制命令控制第一马达模块3及第二马达模块4的运作状态。

于此实施例中，控制模块10包含操作显示界面100、可编程逻辑元件101、第一数字信号处理器102及第二数字信号处理器103。其中，操作显示界面100耦接至可编程逻辑元件101；可编程逻辑元件101分别耦接至操作显示界面100、第一数字信号处理器102、第二数字信号处理器103及外部控制器2；第一数字信号处理器102分别耦接至可编程逻辑元件101、第二数字信号处理器103及外部控制器2；第二数字信号处理器103分别耦接至可编程逻辑元件101、第一数字信号处理器102及外部控制器2，而该耦接可为直接或间接方式耦接。其中，外部控制器2是设置于客户端，使客户可由外部控制器2取得马达驱动器1所控制的多个马达模块的运转状态，客户端亦可由外部控制器2输入控制指令，以控制马达驱动器1所控制的多个马达模块。

于此实施例中，操作显示界面100可以是使用者界面(User Interface，UI)，用以提供使用者输入参数或查询马达驱动器1的操作信息及多个马达模块的运作状态。

于此实施例中，可编程逻辑元件101用以自操作显示界面100或外部控制器2接收外部操作指令，以及接收第一马达模块3及第二马达模块4所分别回传的第一编码器信号及第二编码器信号，并且可编程逻辑元件101将会根据外部操作指令、第一编码器信号及第二编码器信号产生一控制信号。于此实施例中，如图3及图4A所示，可编程逻辑元件101包含数字输入单元1010、编码器信号输入单元1011、数字输出单元1012及分周单元1013。其中，编码器信号输入单元1011耦接至第一马达模块3的第一编码器31及第二马达模块4的第二编码器41，并用以接收第一编码器31及第二编码器41所分别回传的第一编码器信号及第二编码器信号。

至于数字输入单元1010接收外部控制器2的控制指令，并将其传至第一数字信号处理器102及第二数字信号处理器103，而数字输出单元1012则用以接收第一数字信号处理器102及第二数字信号处理器103的马达运转信号，并输出该马达运转信号至外部控制器2。分周单元1013则用以将第一编码器信号及第二编码器信号转换成任何比值的分周信号，并传送至外部控制器2。

实际上，第一编码器信号与第二编码器信号分别为第一马达模块3及第二马达模块4的位置信号，分别由第一马达模块3的第一编码器31与第二马达模块4的第二编码器41所提供。值得注意的是，第一编码器31与第二编码器41并不局限于仅能将第一编码器信号与第二编码器信号回传至可编程逻辑元件101。于实际应用中，由于第一编码器31与第二编码器41亦可耦接至第一数字信号处理器102及第二数字信号处理器103，因此，第一编码器31与第二编码器41亦可将第一编码器信号与第二编码器信号分别回传至第一数字信号处理器102及第二数字信号处理器103。此外，可编程逻辑元件101亦可依照实际上不同的应用及需求，选择如现场可编程栅极阵列(FPGA)或特殊应用集成电路(ASIC)等装置，但不以此为限。

于此实施例中，第一数字信号处理器102用以根据控制信号产生对应于第一马达模块3的第一脉宽调制信号。同理，第二数字信号处理器103用以根据控制信号产生对应于第二马达模块4的第二脉宽调制信号。一般而言，第一数字信号处理器102、第二数字信号处理器103与可编程逻辑元件101之间可通过数据总线(databus)、地址总线(address bus)或串行通讯界面等电路通道进行数据的传递，但不以此为限。

至于第一数字信号处理器102的详细功能方块图，则请参照图4B。如图4B所示，第一数字信号处理器102包含通讯界面1020、回路控制模块102a、检测模块102b及脉波宽度产生器1024。其中，回路控制模块102a包含电流回路控制器1021、速度回路控制器1022及位置回路控制器1023；检测模块102b包含电流检测器1025、速度检测器1026及位置检测器1027。

其中，通讯界面1020用以与外部控制器2进行信号(包含命令与状态)的双向传输；脉波宽度产生器1024用以产生第一脉宽调制信号至第一换流功率模块124；电流回路控制器1021、速度回路控制器1022、位置回路控制器1023用以分别处理电流/速度/位置的控制命令。电流检测器1025用以接收并检测第一感测模块126感测第一换流功率模块124与第一马达30之间的第一电流所产生的第一感测信号，并据以产生电流检测信号；速度检测器1026及位置检测器1027用以接收并检测第一编码器31所回传的第一编码器信号，并分别据以产生速度检测信号及位置检测信号。

更详细地说，电流回路控制器1021自电流检测器1025接收电流检测信号并根据电流检测信号调整电流回路；速度回路控制器1022自速度检测器1026接收速度检测信号并根据速度检测信号调整速度回路；位置回路控制器1023自位置检测器1027接收位置检测信号并根据位置检测信号调整位置回路。

类似地，第二数字信号处理器103的详细功能方块图，则请参照图4C。如图4C所示，第二数字信号处理器103包含通讯界面1030、电流回路控制器1031、速度回路控制器1032、位置回路控制器1033、脉波宽度产生器1034、电流检测器1035、速度检测器1036及位置检测器1037。

其中，通讯界面1030用以与外部控制器2进行信号(含命令及状态)的双向传输；脉波宽度产生器1034用以产生第二脉宽调制信号至第二换流功率模块125；电流回路控制器1031、速度回路控制器1032及位置回路控制器1033用以分别处理电流/速度/位置的控制命令；电流检测器1035用以接收并检测第二感测模块127感测第二换流功率模块125与第二马达40之间的第二电流所产生的第二感测信号；速度检测器1036及位置检测器1037用以接收并检测第二编码器41所回传的第二编码器信号。

以下，将就电源调控模块12进行介绍。请参照图2，电源调控模块12包含交流直流整流器121、电容122、刹车模块123、第一换流功率模块124、第二换流功率模块125、第一感测模块126及第二感测模块127。

于此实施例中，交流电源5是设置于马达驱动器1外部的RST三相交流电源，但不以此为限。至于交流直流整流器121、电容122及刹车模块123则为常见的直流电源系统，其中交流直流整流器121用以将RST三相交流电源转换为直流电源，以提供控制模块10运作所需的控制电源；电容122耦接至交流直流整流器121，并具有稳压及滤波的功能；刹车模块123耦接至电容122，并用以处理马达加减速时所回升的电能，而交流直流整流器121、电容122及刹车模块123是马达驱动器产品常用的构件，故于此不另行赘述。值得注意的是，交流直流整流器121及电容122足采用交流电源5时才会有的构件，若马达驱动器1已内建电池，由于该电池所提供的是直流电源，故无须交流直流整流器121及电容122的设置。

至于第一换流功率模块124与第二换流功率模块125所具有的最主要功能在于：将电源调控模块12上的直流涟电压转换成交流的形式，以分别输出至第一马达模块3及第二马达模块4。如图3所示，第一换流功率模块124耦接至第一数字信号处理器102及第一马达30，并用以将电源调控模块12上的直流电源转换为交流电源，并根据第一脉宽调制信号产生对应于第一马达30的第一交流电流。同理，第二换流功率模块125耦接至第二数字信号处理器103及第二马达40，并用以将电源调控模块12上的直流电源转换为交流电源，并根据第二脉宽调制信号产生对应于第二马达40的第二交流电流。

于实际应用中，第一换流功率模块124与第二换流功率模块125可以有许多不同形式的选择，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)，或是整合绝缘栅双极晶体管与栅极驱动器的智能型功率模块(Intelligent Power Module，IPM)等，但不以此为限。

值得注意的是，马达驱动器1的该多个数字信号处理器中的各数字信号处理器、该多个换流功率模块中的各换流功率模块以及该多个感测模块中的各感测模块彼此间是相对设置。也就是说，马达驱动器1的第一数字信号处理器102、第一换流功率模块124与第一感测模块126彼此间是相对设置；马达驱动器1的第二数字信号处理器103、第二换流功率模块125与第二感测模块127彼此间是相对设置。

于此实施例中，第一感测模块126耦接于第一换流功率模块124与第一马达模块3之间，并用以感测自第一换流功率模块124传送至第一马达模块3的第一交流电流，并传送第一感测信号至第一数字信号处理器102。第二感测模块127耦接于第二换流功率模块125与第二马达模块4之间，并用以感测自第二换流功率模块125传送至第二马达模块4的第二交流电流，并传送第二感测信号至第二数字信号处理器103。

当第一马达模块3与第二马达模块4的其中一个马达发生损坏时，马达驱动器1将会自该故障的马达模块接收到一马达故障讯息，并根据该马达故障讯息关闭另一个未故障的马达模块，以避免马达驱动器1及另一个马达模块发生损坏的情形。

值得注意的是，由于不同的马达模块可能有不同的故障状况，故该马达故障讯息由故障的马达模块传送至马达驱动器1的路径亦可能不同。举例而言，假设故障的是第一马达模块3，其所传送的马达故障讯息可通过第一换流功率模块124传送至相对应的第一数字信号处理器102，或通过第一感测模块126所产生的第一感测信号传送至相对应的第一数字信号处理器102。此外，故障的第一马达模块3亦可通过第一编码器21，将马达故障讯息传送至马达驱动器1的可编程逻辑元件101，使得马达驱动器1亦能够直接由故障的第一马达模块3的第一编码器21所传送的编码器讯息直接得知第一马达模块3发生故障。至于第二马达模块4故障的情形亦可依此类推，于此不另行赘述。

接着，请参照图5，图5是绘示马达驱动器1的外观示意图。如图5所示，马达驱动器1包含设置于其壳体14上的操作显示界面100以及连接端口141-146。于本实施例中，连接端口141及142为通讯连接端口；连接端口143为第一轴向马达的I/O信号连接端口；连接端口144为第一轴向马达的第一编码器连接端口；连接端口145为第二轴向马达的I/O信号连接端口；连接端口146为第二轴向马达的第二编码器连接端口，然而实际应用状况并不以此为限。

于本实施例中，第一数字信号处理器102与第二数字信号处理器103其所具有的功能相同，而使用者可依其所使用的场合与产品，而进一步将第一数字信号处理器102与第二数字信号处理器103分别设定为主要信号处理器与次要信号处理器，然而此设定是供使用者依其使用场合与其多个马达模块的运作关系所自行设定，本发明并不以此为限。此外，就操作显示界面100而言，于操作显示界面100上亦可设置一热键以切换第一马达模块3与第二马达模块4的状况，但不以此为限。

相较于先前技术，本发明所提出的马达驱动器是采用多个数字信号处理器共享一操作界面，由同一个电源调控模块同时提供多个马达模块使用，而使该马达驱动器能进行两轴或多轴运动控制，除了可以有效地节省传统马达驱动器的生产成本之外，还能够大幅缩小控制多马达模块时马达驱动器所需的体积。

通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (10)

1.一种马达驱动器，用以控制多个马达模块，该马达驱动器包含：

一控制模块，包含：

一可编程逻辑元件，用以接收一外部操作指令及该多个马达模块所回传的多个编码器信号，并根据该外部操作指令及该多个编码器信号产生一控制信号；以及

多个数字信号处理器，用以接收该控制信号并根据该控制信号分别产生对应于该多个马达模块的多个脉宽调制信号；以及

一电源调控模块，包含：

多个换流功率模块，用以将该电源调控模块上的直流电源转换为交流电源，并分别自该多个数字信号处理器接收该多个脉宽调制信号，该多个换流功率模块分别根据该多个脉宽调制信号产生对应于该多个马达模块的多个交流电流；以及

多个感测模块，用以分别感测自该多个换流功率模块传送至该多个马达模块的该多个交流电流并分别传送多个感测信号至该多个数字信号处理器；

其中，该多个数字信号处理器中的各数字信号处理器、该多个换流功率模块中的各换流功率模块以及该多个感测模块中的各感测模块彼此间是相对设置。

2.根据权利要求1所述的马达驱动器，其特征在于，进一步包含：

一操作/显示界面，用以供使用者产生该操作指令至该可编程逻辑元件，以及查询该多个马达模块的操作信息及运作状态。

3.根据权利要求1所述的马达驱动器，其特征在于，该可编程逻辑元件包含：

一数字输入单元，用以接收一外部控制器的一数字输入信号；

一数字输出单元，用以传送一数字输出信号至该外部控制器；以及

一编码器信号输入单元，用以分别自该多个马达模块接收该多个编码器信号。

4.根据权利要求1所述的马达驱动器，其特征在于，该多个数字信号处理器中的各数字信号处理器，其各自包含：

一通讯界面，用以与一外部控制器进行命令及数据的双向传输；以及

一脉波宽度产生器，用以产生该多个脉宽调制信号中的相对应的一脉宽调制信号至该多个换流功率模块中的相对应的一换流功率模块。

5.根据权利要求1所述的马达驱动器，其特征在于，该多个数字信号处理器中的各数字信号处理器，其各自包含：

一检测模块，包含：

一电流检测器，用以接收该多个感测信号中的相对应的一感测信号并根据该感测信号产生一电流检测信号；

一速度检测器，用以接收该多个编码器信号中的相对应的一编码器信号并根据该编码器信号产生一速度检测信号；以及

一位置检测器，用以接收该编码器信号并根据该编码器信号产生一位置检测信号。

6.根据权利要求1所述的马达驱动器，其特征在于，该多个数字信号处理器中的各数字信号处理器，其各自包含：

一回路控制模块，包含：

一电流回路控制器，用以自该电流检测器接收该电流检测信号并根据该电流检测信号调整电流回路；

一速度回路控制器，用以自该速度检测器接收该速度检测信号并根据该速度检测信号调整速度回路；以及

一位置回路控制器，用以自该位置检测器接收该位置检测信号并根据该位置检测信号调整位置回路。

7.根据权利要求1所述的马达驱动器，其特征在于，当该马达驱动器收到该多个马达模块中任一马达的故障讯息时，该马达驱动器即会关闭该多个马达模块。

8.根据权利要求7所述的马达驱动器，其特征在于，该马达故障讯息是通过与该故障马达相对应的换流功率模块所得知，且该换流模块将该马达故障讯息传送至相对应的数字信号处理器。

9.根据权利要求7所述的马达驱动器，其特征在于，该马达故障讯息是通过与该故障马达相对应的感测模块得知，且该感测模块将所产生的感测信号传送至相对应的数字信号处理器。

10.根据权利要求7所述的马达驱动器，其特征在于，该马达故障讯息通过该故障马达模块的编码器，将该马达故障讯息传送至该可编程逻辑元件。

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