TW201134081A - Motor drive - Google Patents

Description

201134081 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係與驅動裝置有關，特別是關於一種能夠同時 進行兩軸向或多軸向運動控制的馬達驅動器，除了可以有 效地節省傳統馬達驅動器的生產成本之外，還能夠大幅縮小 傳統馬達驅動器的體積及其所佔用的空間。 【先前技術】 月|J φ甶上吊見的馬達驅動裝置，王要郡是 由早-馬達驅動器控制單一馬達，也就是傳統上大多仍 用-對-的方式進行馬達驅動的控制。請參照圖―，圖二 繪不先前技術中採用單-馬達驅動器控制單一馬達模植之示、 如圖一所示’馬達驅動器9③含控繼板90及電源= 】一。於控讎板90上設置有操作顯示介面9〇〇、可程式^ 丄及數位峨處理器9〇2 ;於電源基板92上設置有 組似及感測模組伽。斗交f, 9f、換流功率模 交洧雷、K ^ ，、 乂机直流整流器921耦接至 ^ I/，換流功率模組924 f莫組926 _於換流功率模請與 組8 ’·感 數位訊號處理器902。 、、、達模、、且8之間以及 ‘車由向的運 動控：實==應要用= 運動控制，亦即需要多軸向或兩軸向以上的 的運動控制’此時，兩個或兩 201134081 T上的馬達軸^便絲㈣馬軸崎不 置。很明顯地，一旦控制馬達模組所需 二、的裝 增加，不僅整體生產的成本會隨之增加，’同日士 ^之數目 龐大的體積，因而侧鮮的使用空間。4〜具有較為 是 ，巧

:為，其在市場上的競爭力’價格高低即成為競 鍵故需設置有多個馬達驅動器的方式合 不小 成 【發明内容】 (如組 者祐=本發明之—具體實施例為—種馬達驅動器。於此 馬達驅動器係用以控制複數個馬達模組。該馬 2動& 3 -控制模組及—電_控模組。馳制模址包 輯元件域數個數位訊號處理器。該電源調控 模組L 3稷數個換流功率模組及複數個感測模組。 j可&式邏輯讀制以接收—外部操作指令及該複數 ，馬達模組所回傳的複數個編碼器訊號，並根據該外部操作 2及該複數個編碼H峨產生㈣訊號。該複數個數位訊 號處理器侧以接㈣㈣訊號，並根據該控制訊號分別產 生對應於該複數個馬賴組的複數鎌波寬度調變訊號。該 複數個換流辨模組制以將該電源雛模組上的直流電源 201134081 轉換為交流電源，並分別自該複數個數位訊號處理器接收該 複數個脈波寬度機喊，且根據賴數個脈波寬度調變訊 號產生對應於該複數個馬達模組的複數個交流電流。該複數 個感測模組制时別制自該複數個換流功率模組傳送至 該複數個馬賴組的該複油交流紐，並分別傳送複數個 感測訊號至該減健健賊理ϋ。其巾，該複數個數位 訊號處理n巾之各數健號處理器、職數織流功率模組 中之各換流功率模組以及該複數域測模組巾之各感測模組 彼此間係相對設置。

相較於先前技術，本發明所提出之馬達驅動器係採用複 數個數位tfl鑛㈣翻—操作介面，㈣—㈣源調控模 組提供電流至複數個馬達模組，而使該馬達轉器能進行 =轴或多軸運動控制’除了可以有效地節省傳統馬達驅動器 的生產成本之外，還能夠大幅縮小傳統馬達驅動器的體積。 關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及 所附圖式得到進一步的瞭解。

【實施方式】 個^艮具體實施例為—種能朗時控制複數 亦即該馬達驅動器係== *其是完成第 請參照圖 圖 il: ^、速度及轉矩等運動控制，但不以此為限。 塊 ’圖一係繪示本實施例之馬達驅動器的功能方 6 201134081 如圖一所不，馬達驅動器i包含控制模組及 模組。馬達驅動器！係耦接至外部控_ 2 組3及第二馬達模組4。實際上，外部控 所使用之控制器’用以下達控制命令給馬達^動器入^ 馬達驅肺1根據控齡令㈣第1達麵3及 ^ 模組4的運作狀態。 、、及第一馬達 實ΓίΓ Γ模組10包含操作顯示介面刚、可 ⑻^ = 處11102及第二數位訊 二！ 示介面100係捕至可蝴 輯几件ΠΠ，可程式邏輯元件101係 = 面100、第-_訊號處驾102、第二，作』不" 及外部控制器2 ;帛-數位鮮處理位喊處理器103 程式邏輯元件ΚΠ、第二=3二 102係分_接至可 。^ 矾唬處理器103及外部护制哭 f訊號處理器⑽係分別_至可程式_: 為直接或離方式_。1巾，2 ’而該輕接可 ^ ’使客戶可由外部控制器2取得馬達驅動器丨所㈣ 數個馬麵組之運轉雜，客戶端村由外雜繼工2輪= 控制指令靖轉11 1所控歡複數個馬達模組 以提供使用者輸入參數或查詢馬達.Ξ 動器1的減貝§κ及魏鹏麵纟竭運作狀態。 - 於此實施例中，可程式邏輯 介面卿部控制器2接收外4:==;: 201134081 馬達模組3及第二馬賴組4所分別回傳的第一編碼器訊號 及第二編雜，並且可程式邏輯元件iqi將會根據外部 操作指令、第-編碼H訊號及第二編碼器訊號產生—控制訊 號。於此實施例中，如圖三及圖四A所示，可程式邏輯元件 101包含數位輸入單元1_、編瑪器訊號輸入單元i(m、數 ?輸=元體及分周單元仙3。其中，編碼器訊號輸入 早7L 1011係柄接至第一馬賴組3的第一編碼器31及 :模組4的第二編碼器41，並係用以接收第-編碼器31 編碼器41所分別回傳的第—心馬器訊號及第二編石馬器 令，咖係接收外部控制器2之控制指 ς :其傳至第-數位訊號處理器1〇2及第二數健 =如，而數位輸出單元而2則係用 =器1〇2及第二數位訊號處理請之二= 轉訊號至外部控制器2。分周單元而3貝ί係用 啊^ 訊號及第二編碼11訊號觀成任何比值的分 周訊唬，並傳送至外部控制器2。 J刀 實際上，第一編碼器訊號盥 馬達模組3及第二馬達模組崎虎分別為第一 模組3的第一編碼器31虚、握^ ’分別由第一馬達 所提供。值得注意的是，亡：：馬ί模組4的第二辦馬器41 不傷限於僅能將第一編碼碼⑤31與第二編碼器41並 程式邏輯元件1G卜於實;^^^=__專至可 u此第—編碼器31與第二編碼器41亦 201134081 可將第一編碼器訊號與第二編碼器訊號分別回傳至第一數位 訊號處理器102及第二數位訊號處理器1〇3。此外，可程式 邏輯元件101亦可依照實際上不同的應用及需求，選擇如現 場可程式化閘極陣列(FPGA)或特殊應用積體電路(ASIC)等裝 置，但不以此為限。

於此實施例中，第一數位訊號處理器1〇2係用以根據控 制訊號產生對應於第一馬達模組3的第一脈波寬度調變訊 號。同理，第一數位訊號處理器1〇3係用以根據控制訊號產 生對應於第二馬達模組4的第二脈波寬度調變訊號。一般而 s，第一數位訊號處理器1〇2、第二數位訊號處理器1〇3與 可程式邏輯兀件101之間可藉由資料匯流排(data㈣、位址 匯流排(address bus)或串列通訊介面等電路通道進行資料之傳 遞，但不以此為限。 至於第-數位訊號處理器搬的詳細功能方塊圖，則請 參照圖四B。如圖四B所示，第一數位訊號處理1 102包含 ，訊介面搬0、迴路控繼.組102a、檢測模组獅及脈波 1度產生器1024。其中·，迴路控纏組搬&包含電流迴路 控制器1021、速度迴路控制器搬2及位置迴路控 1023 ;檢測模組腿包含電流檢測器ι〇25 器 1026及位置制n而。 其中，通訊介面1_ _以與外部控制 (包含命令與狀_雙向傳輸；脈波寬度產生器。搬*係用= 產生第-脈波寬度織訊號至第—換流辨触IK「 迴路控制器臟、速度迴路控制器繼2、位置迴路控= 201134081 =23係用以分別處理電流/速度/位置的控制命令。電流檢測 咨1025係用以接收並檢測第一感測模組126感測第一換流功 率模組124與第一馬達3〇之間的第—電流所產生的第—感測 訊號’並據以產生電流檢測訊號；速度檢測器1〇26及位置檢 測器1027係用以接收並檢測第—編碼器31所回傳的第一編 碼器訊號，並分別據以產生速度檢測訊號及位置檢測訊號。、 更詳細地說，電流迴路控制器贿係自電流檢測器 1025接收電流檢測訊號並根據電流檢測訊號調整電流迴路. 速度迴路㈣H搬2係自速度檢卿刪接收速度檢測訊 號並根據速度檢測訊號調整速度迴路；位置迴路控制器ίου 係自位置檢測器1027接收位置檢測訊號絲據位碰測訊號 §周整位置迴路。 類似地，第二數位訊號處理器1〇3的詳細功能方塊圖， 則請參照圖四C。如圖四C所示，第二數位訊號處理器1〇3 包含通訊介面1030、電流迴路控制器1〇31、速度迴路控制器 =2、位置迴路控制器1033、脈波寬度產生器1〇34、電流檢 測器1035、速度檢測器1〇36及位置檢測器lop。 其中，通訊介面1030係用以與外部控制器2進行訊號 (含命令及狀態)的雙向傳輸；脈波寬度產生器刪係用以產 生第一脈波寬度s周變訊號至第二換流功率模組125 ;電流迴 路控制器1031、速度迴路控制器1〇32及位置迴路控制器 !^33係用以分別處理電流/速度/位置的控制命令；電流檢測 杰1035係用以接收並檢測第二感測模組127感測第二換流功 率松組125與第二馬達40之間的第二電流所產生的第二感測 201134081 訊號；速度檢測器1036及位置檢测器係用以接收 測第二編碼器41所回傳的第二編碼器訊號。 以下，將就電源調控模組12進行介紹。請參照圖二 源調控模組12包含交流直流整流器121、電容122、煞 組123、第一換流功率模、组124、第二換流功率模、组⑵、第 一感測模組126及第二感測模組127。 於此實施射，找魏5是設胁馬達鶴器丨外部 的RST三相交流電源，但不以此為p艮。至於交流直流整流器 m、電容m及煞車模組123則為常見的直流電源系統，其 中父流直流整流器121係用以將RST三相交流電源轉換為直 流電源，以提供控制模組10運作所需的控制電源；電容122 係耦接至交流直流整流器121，並具有穩壓及濾波之功能； 煞車模組123係麵接至電容122，並係用以處理馬達加減速 B守所回升的電能，惟交流直流整流器121、電容122及煞車 模組123係為馬達驅動益產品常用之構件，故於此不另行贊 述。值得注意的是，交流直流整流器12ι及電容122乃是採 用交流電源5時才會有之構件，若馬達驅動器1已内建電 池，由於該電池所提供的是直流電源，故無須交流直流整流 器121及電容122之設置。 至於第一換流功率模組124與第二換流功率模組125所 具有之最主要功能在於：將電源調控模組12上的直流漣電壓 轉換成交流的形式，以分別輸出至第一馬達模組3及第二馬 達模組4。如圖三所示，第一換流功率模組124係搞接至第 一數位訊號處理器1〇2及第一馬達30，並係用以將電源調控 11 201134081 模組12上的直流電源轉換為交流電源，並根據第一脈波寬度 調變訊號產生對應於第一馬達30的第一交流電流。同理，第 二換流功率模組125係耦接至第二數位訊號處理器1〇3及第 二馬達40，並係用以將電源調控模組12上的直流電源轉換 為交流電源，並根據第二脈波寬度調變訊號產生對應於第二 馬達40的第二交流電流。 於實際應用中，第一換流功率模組124與第二換流功率 模組125可以有許多不同形式的選擇，例如金氧半場效電晶 體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)、絕緣閘雙極電晶體（Insuiated Gate Bip〇lar Transistor，IGBT) ’或是整合絕緣閘雙極電晶體及閘極驅動器 的智慧型功率模組(Intelligent Power Module，IPM)等，但不以 此為限。 值知注思的是，馬達驅動器1的該複數個數位訊號處理 器中之各數位訊號處理器、該複數個換流功率模組中之各換 流功率模組以及該複數個感測模組中之各感測模組彼此間係 相對設置。也就是說，馬達驅動器丨的第一數位訊號處理器 102、第一換流功率模組124與第一感測模組126彼此間係相 對設置；馬達驅動器1的第二數位訊號處理器、第二換 流功率模組125與第二感測模組127彼此間係相對設置。 於此貫施例中，第一感測模組126係耦接於第一換流功 率模組124與第一馬達模組3之間，並係用以感測自第一換 流功率模組124傳送至第一馬達模組3的第一交流電流，並 傳送第一感測訊號至第一數位訊號處理器1〇2。第二感測模 12 201134081 組】27係為接於第二換流功率 气 間，並係用以感测自第二換、:125 ”第二馬達模組4之 模組4的第二交錢流顿組125魏至第二馬達 號處理器103。 ”送第二感測訊號至第二數位訊 當第一馬達模組3盥第_ 生損壞時，馬達驅動器Γ —個馬達發 馬達故障訊息，雜 胃自姐_馬軸組接收到- 馬達模組，以避免馬達驅動，味訊息_另—個未故障的 之情形。 1及另一個馬達模組發生損壞 狀況，故該馬達模組可能有不同的故障 器1的路程亦可能不;馬f模組傳送至馬達驅動 模組3，其所傳送的馬達故=可:：障:是第一馬達 感測模組丨脱，_過第- 你却味♦—斤產生第一感測峨傳送至相對應的第—數

第^1G2 °此外’故障的第—馬達模組3亦可透過 馬達故障訊息傳送至馬翻動11 1的可程 jt70件1G1 ’使得騎轉器1亦能夠直接由故障的第 =馬達模組3的第-編碼器21所傳送的編瑪器訊息直接得知 第一馬顧組3發生轉。錄第二馬賴組4故障的情形 亦可依此類推，於此不另行贅述。 立接著，請參照圖五，圖五係繪示馬達驅動器i的外觀示 意圖。如圖五所示，馬達驅動器〗包含設置於其殼體14上的 操作顯示介面100以及連接埠141-146。於本實施例中，連接 13 201134081 H及/42為通訊連接蜂；連接埠143為第—軸向馬達的 I/O •虎連接埠；連接埠144為第一軸向馬達的第一 =;連接埠⑷為第二軸向馬達的⑽訊 連 向馬達的第二一，然實‘ 於本實施例中，第-數位訊號處理 其所具有之魏綱，而烟者=== 〜產…而進-步將第—數位峨處理器⑽ 1G3分別設找主要職處理器與次要^ 处理益，然此設线供朗者依其使 ^ δ ς =作關係所自行設定，本發明並不以此為:數=達 ，作顯示介面⑽而言，於操作_ 卜 不'=r-馬達模組3與第一之= 數：=處前=:=:驅_'採用複 組二時提供複數個馬達模組使用，二達 ㈣’除了可以有效地節省傳統馬辆動 達=器m還麟大_小㈣魏騎模組時馬 描述更加清楚 例?對本發明之範嘴加以限制。相反地路 “盍各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請 201134081 之專利範圍的範疇内。

15 201134081 【圖式簡單說明】 圖一係緣示先前技術中採用單一 達模組之示意圖。 馬達驅動器控制單一馬 圖二係繪示根據本發明之— 的功能方塊圖。 具體實施例之馬達驅動器 圖三係繪示圖二中之馬達驅動器的詳細功能方塊圖。 圖四A至C係分別缘示可程式邏輯元件、第一數位訊 號處理狀第二數位喊處嗎_細舰方塊圖。 圖五係繪示馬達驅動器的外觀示意圖。 【主要元件符號說明】 1、9:馬達驅動器 3:第一馬達模組 10 :控制模組 2 ' 7:外部控制器 4:第二馬達模組 100、900 :操作顯示介面

101、901 :可程式邏輯元件 102 :第-數位訊號處理器搬：數位訊號處理器 103 ·第一數位訊號處理器12 :電源調控模組 5、6 :交流電源 121、921 :交流直流整流器 122、922.:電容 123、923 :煞車模組 16 201134081 124 ··第一換流功率模組 125 :第二換流功率模組 126 :第一感測模組 127 :第二感測模組 :馬達模組 90 :控制基板 92 :電源基板 920 :交流電源 924 :換流功率模組 926 :感測模組 30 :第一馬達 31 :第一編碼器 40 :第二馬達 41 :第二編碼器 1010 :數位輸入單元 1011 :編碼器訊號輸入單元 1013 :分周單元 1012 :數位輸出單元 102a、103a :迴路控制模組 1020、1030 :通訊介面 1000 :顯示單元 1021、1031 :電流迴路控制器 1022、1032 :速度迴路控制器 1023、1033 :位置迴路控制器 1024、1034 :脈波寬度產生器 1025、1035 :電流檢測器 141-146 :連接埠 17 1026201134081 102b 1036 :速度檢測器1027、1037 :位置檢測器 103b :檢測模組

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Claims (1)

1. 201134081 七、申請專利範圍： 種馬達驅動ϋ，用以控制複數個馬賴組，包含： 一控制模組，包含： 一f程式邏輯請’心魏—外部操作指令及該複 數個馬達模組所回傳的複數個編碼器職，並根據 該外部操作指令及該複數個編碼n職產生一控制 訊號；以及 工

   複數個數位訊號處理器，用以接收該控制訊號並根據 該控制訊號分別產生對應於該複數個馬達模組的複 數個脈波寬度調變訊號；以及 一電源調控模組，包含： 複數個換流功率模組，用以將該電源調控模組上的直 流電源轉換為交流電源，並分別自該複數個數位訊 號處理器接收該複數個脈波寬度調變訊號，該複數 個換流功率模組分別根據該複數個脈波寬度調變訊 號產生對應於該複數個馬達模組的複數個交流電 流；以及 複數個感測模組，用以分別感測自該複數個換流功率 模組傳送至該複數個馬達模組的該複數個交流電流 並分別傳送複數個感測訊號至該複數個數位訊號處 理器； 其中，該複數個數位訊號處理器中之各數位訊號處理器、該 複數個換流功率模組中之各換流功率模組以及該複數個感測 模組中之各感測模組彼此間係相對設置。 2、如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動器，進一步包含： 201134081 作資訊及運作狀態。 -操作/顯示介面’ _供使 ::ί邏輯元件，蝴複數 3、 如申請專利範圍第1項所述之馬達 輯元件包含： ’射該可程式 邏 數位輪 ::單元’用以接收一外部控制器之一 一數位輸出單元，用以傳送一數位 控制器；以及 輪 出訊號至該外部 -編碼器訊號輸人單心用以分別自 組接收該複數個編碼器訊號。 ，建槟 如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動器，其中該複數個數 位訊號處理器中之各數位訊號處理器，其各自包含： 4、 一通訊介面，用以與一外部控制器進行命令及資料的 雙向傳輸；以及 一脈波寬度產生盗，用以產生該複數個脈波寬度調變 訊號中之相對應的一脈波寬度調變訊號至該複數個 換流功率模組中之相對應的一換流功率模組。 如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動器，其中該複數個數 位訊號處理器中之各數位訊號處理器，其各自包含： 一檢測模組，包含： 一電流檢測器’用以接收該複數個感測訊號中之相 對應的一感測訊號並根據該感測訊號產生一電流 檢測訊7虎， 5、 201134081 速度檢測器，用α接收該複數個編碼器訊號中之 相對應的一編碼器訊號並根據該編碼器訊號產生 一速度檢測訊號；以及 -位置檢測Ί以接㈣編碼H訊號並根據該編 碼器訊號產生一位置檢測訊號。 6、 如申請專利範圍第1項所述之馬達驅動器，其中該福數個备 位訊號處理器中之各數位訊號處理器，其各自包含： 一迴路控制模組，包含： 一電流迴路控制器，用以自該電流檢測器接收該電 々IL檢測讯號並根據該電流檢測訊號調整電流迴 路； 一速度迴路控制器，用以自該速度檢測器接收該速 度檢測訊號並根據該速度檢測訊號調整速度迴 路.；以及 位置迴路控制益，用以自該位置檢測器接收該位 置檢測訊號並根據該位置檢測訊號調整位置迴 路。 7、 如申請專利範圍第i項所述之馬達驅動器，其中當該馬達驅 收_複_馬賴組巾任—鱗之轉訊息時，該馬 達驅動器即會關閉該複數個馬達模組。

   如=請f利範圍第7項所述之馬達驅動器，其中該馬達故障 訊1藉由與障馬達減應的換流功率模組所得知，且 f換*模_該馬達轉訊息傳送至鱗應的數位訊理 器0 21 201134081 9、 10、 3請專利範’7項所述之馬__，其中 5孔心係透過與該故障馬達相對 /、以…、 握細在應的感測模組得知，且該感測 、、、’、：4之感測訊號傳送至相對應的數位訊號處理 如中請專利範圍第7項所述之馬達驅動器，其中 孔息傳 訊息係透過該故障馬達模組之編碼器，將該馬達& 早 送至該可程式邏輯元件。 早

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