TWI504136B - 雙模式驅動方法及裝置 - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor

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Description

雙模式驅動方法及裝置
本揭露係一種雙模式驅動方法及裝置，特別是永磁馬達在切換在方波、以及弦波控制模式下，產生轉矩連續，並使車速達到平順度的一種雙模式驅動方法及裝置。
習知技術的霍爾感測器的永磁馬達，電流係以方波控制模式啟動後，但為維持高速運轉，霍爾感測器的永磁馬達，電流會切換在弦波控制模式下；習知技術雙模式驅動的方波控制模式與弦波控制模式，其中，切換前方波控制模式的電流振幅以及週期，切換後弦波控制模式的電流振福以及週期，由於未考慮切換前、以及換後，會產生轉拒不連續、以及轉速不平順的因素，如圖1所示，因此習知技術的雙模式驅動轉換並未加以限制切換前、以及換後的電流振幅。圖1中，橫軸表為時間軸，切換前以及切換後的瞬間，如時間T1點，切換前電流係以方波控制模式，切換後電流係以弦波控制模式，會輸出轉矩不連續的突波，同時永磁馬達驅動的車子的行進速度也無法平順，因而產生頓挫感。
習知技術，如Brushless AC drive using an axial flux synchronous motor with low resolution position sensors,F.Giulii Capponi,G.De Donato and L.Del Ferraro,2004.此案啟動使用方波後，利用估測角度完成弦波技術，只利用轉速資訊切換模式，解決啟動階段無法正確換相問題，以速度最小門檻切換。
習知技術，如PM brushless drives with low-cost and low-resolution position sensors,J.X.Shen,and Z.Q.Wong,2004.此案啟動使用方波後，利用估測角度完成弦波技術，但只利用轉 速資訊切換模式，解決負載對位置估測造成影響。
習知技術，如Sinusoidal current drive system of permanent magent synchronous motor with low resolution position sensors,S.Morimoto,and Y.Takeda,1996.此案啟動使用方波後，利用估測角度完成弦波技術，只利用轉速資訊切換模式。解決啟動階段無法正確換相問題，當啟動完成且要達到一定門檻速度時才使位置估測準確。
本揭露係提供一種雙模式驅動方法及裝置，其係考慮霍爾感測器的永磁馬達，切換前方波控制模式與切換後弦波控制模式，相應電流轉換運算的關聯，解決習知技術切換前、以及切換後的瞬間，會輸出轉矩不連續的突波，而且永磁馬達驅動車子的行進速度也無法平順的缺點，同時提升永磁馬達驅動的車子行進中切換速度的平順感，如圖2所示，其中橫軸表為時間軸，切換前以及切換後的瞬間，如時間T1點，切換前電流係以方波控制模式，切換後電流係以弦波控制模式，本揭露一種雙模式驅動方法及裝置，經由調整運算後的第一電流轉換器，輸出方波電流命令，以提供方波控制使用，經由調整運算後的第二電流轉換器，輸出弦波電流命令，以提供弦波控制使用。其中方波電流命令、以及弦波電流命令，係經由驅動行車油門，產生轉矩命令時產生，再經由磁滯切換器，提供相應方波電流、以及弦波電流的選擇，最後切換驅動永磁馬達時，本揭露在T1切換時間的前後，會產生相同的轉矩、以及相同的轉速，而使行車速度平順，避免轉矩產生突矩。由圖1及圖2中，以電流為縱軸，以時間為橫軸相較下，本揭露，如圖2所示，係切換前方波控制模式與切換後弦波控制模式，經由本揭露裝置及方法計算後的選擇，而習知技術，如圖1所示，係切換前方波控制模式與切換後弦波控制模式，係不經由計算後的選擇，因無經本揭露裝置及方法，所以習知技術會產生輸出轉矩不連續的突波，同時永磁馬達驅動的車子的行進速度也無法平順，因而產生頓挫感。
本揭露，一實施例，係提供一種雙模式驅動裝置，其係包括有：一開關裝置，該開關裝置具有一反電動勢的輸入端12、一轉距命令的輸入端，一轉速資訊的輸入端；一方波產生器，其一端係連接該開關裝置，另一端係一方波電流的輸出端；一弦波產生器，其一端係連接該開關裝置，另一端係一弦波電流的輸出端；一方波與弦波電流的選擇開關，其一端係連接該開關裝置。
本揭露，另一實施例，係提供一種雙模式驅動方法，其係包括有：使用一開關裝置，該開關裝置具有一反電動勢的輸入端12、一轉距命令的輸入端，一轉速資訊的輸入端；使用一方波產生器，其一端係連接該開關裝置，另一端係一方波電流的輸出端；使用一弦波產生器，其一端係連接該開關裝置，另一端係一弦波電流的輸出端；使用一方波與弦波電流的選擇開關，其一端係連接該開關裝置；使用一永磁馬達輸出該反電動勢至該開關裝置，經由一第一增益放大器、一第二增益放大器、一第一電流轉換器、以及一第二電流轉換器，所輸出的一方波電流命令、以及一弦波電流命令，係當該轉速資訊低於一設定值，切換至高於該設定值時，該永磁馬達具有相同的轉速、以及相同的轉距；以及使用該永磁馬達輸出該反電動勢至該開關裝置，經由該第一增益放大器、該第二增益放大器、該第一電流轉換器、以及該第二電流轉換器，所輸出的該方波電流命令、以及該弦波電流命令，係當該轉速資訊高於該設定值，切換至低於該設定值時，該永磁馬達具有相同的轉速、以及相同的轉距。
11‧‧‧開關裝置
111‧‧‧反電動勢的輸入端
112‧‧‧轉距命令的輸入端
113‧‧‧轉速資訊的輸入端
12‧‧‧方波產生器
13‧‧‧弦波產生器
14‧‧‧脈衝寬度調變器
15‧‧‧電壓轉換器
16‧‧‧永磁馬達
17‧‧‧轉速估測器
18‧‧‧方波與弦波電流的選擇開關
19‧‧‧方波電流開關
20‧‧‧弦波電流開關
21‧‧‧第一增益放大器
22‧‧‧第二增益放大器
23‧‧‧第一電流轉換器
24‧‧‧第二電流轉換器
25‧‧‧磁滞切換器
圖1：習知技術永磁馬達雙模式驅動的的電流振福以及週期示意圖。
圖2：本揭露永磁馬達雙模式驅動的的電流振福以及週期示意圖。
圖3：雙模式驅動裝置示意圖。
圖4：開關裝置示意圖。
圖5：雙模式驅動方法示意圖。
圖6：開關裝置的方法示意圖。
附件1：雙模式驅動的電流振福以及週期量測圖。
本揭露的一實施例，如圖3所示，係提供一種雙模式驅動裝置，其係包括有：一開關裝置11、一方波產生器12、一弦波產生器13、以及一方波與弦波電流的選擇開關18。其中一開關裝置11，該開關裝置11具有一反電動勢的輸入端111、一轉距命令的輸入端112，一轉速資訊的輸入端113；其中該方波產生器12，其一端係連接該開關裝置11，另一端係一方波電流的輸出端；其中該弦波產生器13，其一端係連接該開關裝置11，另一端係一弦波電流的輸出端；以及該方波與弦波電流的選擇開關18，其一端係連接該開關裝置11。
該開關裝置11，如圖4所示，包含有：一第一增益放大器21、一第二增益放大器22、一第一電流轉換器23、一第二電流轉換器24、以及一磁滞切換器25。其中該第一增益放大器21，其一端係與一永磁馬達16的一反電動勢相接，另一端係輸出一方波轉矩常數K tB ；該第二增益放大器22，其一端係與該永磁馬達16的該反電動勢相接，另一端係輸出一弦波轉矩常數K tP ；該第一電流轉換器23，其一第1端係與一轉矩命令相接，一第2端係輸出一方波電流命令，該第一電流轉換器23的轉換常數係[1/該方波轉矩常數K tB ]；該第二電流轉換器24，其一第3端係與該第2端相接，一第4端係輸出一弦波電流命令，該第二電流轉換器24的轉換常數係[該方波轉矩常數K tB /該弦波轉矩常數K tP ]；以及該磁滞切換器25，其一端係接收一轉速資訊，另一端係連接該方波與弦波電流的選擇開關18，並輸出一方波電流開關19或一弦波電流開關20中的一種選擇，其中該方波電流開關19係連接該方波產生器12的該方波電流的輸出端，其中該弦波電流開關20係連接該弦波產生器13的該弦波電流的輸出端。
其中，當該轉速資訊大於一設定值時，經由該磁滞切換器26，經由該方波與弦波電流的選擇開關18，選擇該弦波電流開關20導 通，由弦波產生器13輸出弦波電流至一脈衝寬度調變器14，並關閉該方波電流開關19。其中，當該轉速資訊低於一設定值時，經由該磁滞切換器25，經由該方波與弦波電流的選擇開關18，選擇該方波電流開關19導通，由方波產生器12輸出方波電流至該脈衝寬度調變器14，並關閉該弦波電流開關20。
該脈衝寬度調變器14的另一端，係接一電壓轉換器15的輸入端，並由該電壓轉換器15的輸出端接該永磁馬達16。其中，一轉速估測器17的一端係接該永磁馬達16，該轉速估測器17的另一端，係接該開關裝置11，並將該轉速估測器17的該轉速資訊輸入該開關裝置11。
其中，該永磁馬達16輸出該反電動勢至該開關裝置11，經由該第一增益放大器21、該第二增益放大器22、該第一電流轉換器23、以及該第二電流轉換器24，所輸出的該方波電流命令、以及該弦波電流命令，係當該轉速資訊低於該設定值，切換至高於該設定值時，該永磁馬達16具有相同的轉速、以及相同的轉距。其中，該永磁馬達16輸出該反電動勢至該開關裝置11，經由該第一增益放大器21、該第二增益放大器22、該第一電流轉換器23、以及該第二電流轉換器24，所輸出的該方波電流命令、以及該弦波電流命令，係當該轉速資訊高於該設定值，切換至低於該設定值時，該永磁馬達16具有相同的轉速、以及相同的轉距。
本揭露的另一實施例，係提供一種雙模式驅動方法，如圖5所示，其步驟係包括有：使用一開關裝置11，該開關裝置11具有一反電動勢的輸入端111、一轉距命令的輸入端112，一轉速資訊的輸入端113；使用一方波產生器12，其一端係連接該開關裝置11，另一端係一方波電流的輸出端；使用一弦波產生器13，其一端係連接該開關裝置11，另一端係一弦波電流的輸出端；使用一方波與弦波電流的選擇開關18，其一端係連接該開關裝置11；使用一永磁馬達16輸出該反電動勢至該開關裝置11，經由一第一增益放大器21、一第二增益放大器22、一第一電流轉換器23、以及一第二電流轉換器24，所輸出的一方波電流命令、以及一弦波電 流命令，係當該轉速資訊低於一設定值，切換至高於該設定值時，該永磁馬達16具有相同的轉速、以及相同的轉距，以及使用該永磁馬達16輸出該反電動勢至該開關裝置11，經由該第一增益放大器21、該第二增益放大器22、該第一電流轉換器23、以及該第二電流轉換器24，所輸出的該方波電流命令、以及該弦波電流命令，係當該轉速資訊高於該設定值，切換至低於該設定值時，該永磁馬達16具有相同的轉速、以及相同的轉距。
本揭露一種雙模式驅動方法中，使用一開關裝置11的步驟，如圖6所示，係包括有：使用該第一增益放大器21，其一端係與該永磁馬達16的該反電動勢相接，另一端係輸出一方波轉矩常數K tB ；使用該第二增益放大器22，其一端係與該永磁馬達16的該反電動勢相接，另一端係輸出一弦波轉矩常數K tP ；使用該第一電流轉換器23，其一第1端係與一轉矩命令相接，一第2端係輸出該方波電流命令，該第一電流轉換器23的轉換常數係[1/該方波轉矩常數K tB ]；使用該第二電流轉換器24，其一第3端係與該第2端相接，一第4端係輸出該弦波電流命令，該第二電流轉換器24的轉換常數係[該方波轉矩常數K tB /該弦波轉矩常數K tP ]；以及使用該磁滞切換器25，其一端係接收一轉速資訊，另一端係連接該方波與弦波電流的選擇開關18，並輸出一方波電流開關19或一弦波電流開關20中的一種選擇，其中該方波電流開關19係連接該方波產生器12的該方波電流的輸出端，其中該弦波電流開關20係連接該弦波產生器13的該弦波電流的輸出端。
本揭露一種雙模式驅動方法中，使用該磁滞切換器25的步驟，包括有：當該轉速資訊大於一設定值時，經由該磁滞切換器25，經由該方波與弦波電流的選擇開關18，選擇該弦波電流開關20導通，由弦波產生器13輸出弦波電流至一脈衝寬度調變器14，並關閉該方波電流開關19；以及當該轉速資訊低於一設定值時，經由該磁滞切換器25，經由該方波與弦波電流的選擇開關18，選擇該方波電流開關19導通，由方波產生器12輸出方波電流至該脈衝寬度調變器14，並關閉該弦波電流開關20。
本揭露一種雙模式驅動方法，該脈衝寬度調變器14的另一端，係接一電壓轉換器15的輸入端，並由該電壓轉換器15的輸出端接該永磁馬達16。其中，一轉速估測器17的一端係接該永磁馬達16，該轉速估測器17的另一端，係接該開關裝置11，並將該轉速估測器17的該轉速資訊輸入該開關裝置11。
以上所述，乃僅記載本揭露為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本揭露專利實施之範圍。即凡與本揭露專利申請範圍文義相符，或依本揭露專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本揭露專利範圍所涵蓋。
11‧‧‧開關裝置
111‧‧‧反電動勢的輸入端
112‧‧‧轉距命令的輸入端
113‧‧‧轉速資訊的輸入端
21‧‧‧第一增益放大器
22‧‧‧第二增益放大器
23‧‧‧第一電流轉換器
24‧‧‧第二電流轉換器
25‧‧‧磁滞切換器

Claims (12)

  1. 一種雙模式驅動裝置，其係包括有：一開關裝置，其具有一反電動勢的輸入端、一轉距命令的輸入端、及一轉速資訊的輸入端，該開關裝置包含：一第一增益放大器，其一端係與一永磁馬達的一反電動勢相接，另一端係輸出一方波轉矩常數；一第二增益放大器，其一端係與該永磁馬達的該反電動勢相接，另一端係輸出一弦波轉矩常數；一第一電流轉換器，其一第1端係與一轉矩命令相接，一第2端係輸出一方波電流命令，該第一電流轉換器的轉換常數係[1/該方波轉矩常數]；一第二電流轉換器，其一第3端係與該第2端相接，一第4端係輸出一弦波電流命令，該第二電流轉換器的轉換常數係[該方波轉矩常數/該弦波轉矩常數]；及一磁滞切換器，其一端係接收一轉速資訊，另一端係連接該方波與弦波電流的選擇開關，並輸出一方波電流開關或一弦波電流開關中的一種選擇，其中該方波電流開關係連接該方波產生器的該方波電流的輸出端，其中該弦波電流開關係連接該弦波產生器的該弦波電流的輸出端；一方波產生器，其一端係連接該開關裝置，另一端係一方波電流的輸出端；一弦波產生器，其一端係連接該開關裝置，另一端係一弦波電流的輸出端；以及一方波與弦波電流的選擇開關，其一端係連接該開關裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雙模式驅動裝置，其中，當該轉速資訊大於一設定值時，經由該磁滞切換器，經由該方波與弦波電流的選擇開關，選擇該弦波電流開關導通，由該弦波產生器輸出弦波電流至一脈衝寬度調變器，並關閉該方波電流開關。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之雙模式驅動裝置，其中，當該轉速資訊低於一設定值時，經由該磁滞切換器，經由該方波與弦波電流的選擇開關，選擇該方波電流開關導通，由方波產生器輸出方波電流至該脈衝寬度調變器，並關閉該弦波電流開關。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之雙模式驅動裝置，其中，該脈衝寬度調變器的另一端，係接一電壓轉換器的輸入端，並由該電壓轉換器的輸出端接該永磁馬達。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之雙模式驅動裝置，其中，一轉速估測器的一端係接該永磁馬達，該轉速估測器的另一端，係接該開關裝置，並將該轉速估測器的該轉速資訊輸入該開關裝置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之雙模式驅動裝置，其中，該永磁馬達輸出該反電動勢至該開關裝置，經由該第一增益放大器、該第二增益放大器、該第一電流轉換器、以及該第二電流轉換器，所輸出的該方波電流命令、以及該弦波電流命令，係當該轉速資訊低於該設定值，切換至高於該設定值時，該永磁馬達具有相同的轉速、以及相同的轉距。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之雙模式驅動裝置，其中，該永磁馬達輸出該反電動勢至該開關裝置，經由該第一增益放大器、該第二增益放大器、該第一電流轉換器、以及該第二電流轉換器，所輸出的該方波電流命令、以及該弦波電流命令，係當該轉速資訊高於該設定值，切換至低於該設定值時，該永磁馬達具有相同的轉速、以及相同的轉距。
  8. 一種雙模式驅動方法，其步驟係包括有：使用一開關裝置，該開關裝置具有一反電動勢的輸入端、一轉距命令的輸入端，一轉速資訊的輸入端；使用一方波產生器，其一端係連接該開關裝置，另一端係一方波電流的輸出端；使用一弦波產生器，其一端係連接該開關裝置，另一端係一弦波電流的輸出端； 使用一方波與弦波電流的選擇開關，其一端係連接該開關裝置；使用一永磁馬達輸出該反電動勢至該開關裝置，經由一第一增益放大器、一第二增益放大器、一第一電流轉換器、以及一第二電流轉換器，所輸出的一方波電流命令、以及一弦波電流命令，係當該轉速資訊低於一設定值，切換至高於該設定值時，該永磁馬達具有相同的轉速、以及相同的轉距；以及使用該永磁馬達輸出該反電動勢至該開關裝置，經由該第一增益放大器、該第二增益放大器、該第一電流轉換器、以及該第二電流轉換器，所輸出的該方波電流命令、以及該弦波電流命令，係當該轉速資訊高於該設定值，切換至低於該設定值時，該永磁馬達具有相同的轉速、以及相同的轉距。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之雙模式驅動方法，其中，使用一開關裝置的步驟，係包括有：使用該第一增益放大器，其一端係與該永磁馬達的該反電動勢相接，另一端係輸出一方波轉矩常數；使用該第二增益放大器，其一端係與該永磁馬達的該反電動勢相接，另一端係輸出一弦波轉矩常數；使用該第一電流轉換器，其一第1端係與一轉矩命令相接，一第2端係輸出該方波電流命令，該第一電流轉換器的轉換常數係[1/該方波轉矩常數]；使用該第二電流轉換器，其一第3端係與該第2端相接，一第4端係輸出該弦波電流命令，該第二電流轉換器的轉換常數係[該方波轉矩常數/該弦波轉矩常數]；以及使用該磁滞切換器，其一端係接收一轉速資訊，另一端係連接該方波與弦波電流的選擇開關，並輸出一方波電流開關或一弦波電流開關中的一種選擇，其中該方波電流開關係連接該方波產生器的該方波電流的輸出端，其中該弦波電流開關係連接該弦波產生器的該弦波電流的輸出端。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之雙模式驅動方法，其中，使用該 磁滞切換器的步驟，包括有：當該轉速資訊大於一設定值時，經由該磁滞切換器，經由該方波與弦波電流的選擇開關，選擇該弦波電流開關導通，由該弦波產生器輸出弦波電流至一脈衝寬度調變器，並關閉該方波電流開關；以及當該轉速資訊低於一設定值時，經由該磁滞切換器，經由該方波與弦波電流的選擇開關，選擇該方波電流開關導通，由方波產生器輸出方波電流至該脈衝寬度調變器，並關閉該弦波電流開關。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之雙模式驅動方法，其中，該脈衝寬度調變器的另一端，係接一電壓轉換器的輸入端，並由該電壓轉換器的輸出端接該永磁馬達。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之雙模式驅動方法，其中，一轉速估測器的一端係接該永磁馬達，該轉速估測器的另一端，係接該開關裝置，並將該轉速估測器的該轉速資訊輸入該開關裝置。
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