TWI774442B - 磁編碼器補償系統及其補償方法 - Google Patents

Abstract

一種磁編碼器補償系統係，包括永磁馬達模組、負載馬達模組、扭力計、電力計及控制模組。控制模組控制永磁馬達模組的永磁馬達運轉於高轉速區間，且控制負載馬達模組的負載馬達對永磁馬達進行最大轉矩動態加載，以通過扭力計與電力計偵測扭力資訊與電壓資訊；控制模組根據扭力資訊與電壓資訊決定是否對磁編碼器零點補償，以零點角度計算補償角度，且根據補償角度對永磁馬達模組的磁編碼器進行燒錄。

Description

磁編碼器補償系統及其補償方法

本發明係有關一種磁編碼器補償系統及其補償方法，尤指一種透過動態加載進行零點角度微調及燒錄補正的磁編碼器補償系統及其補償方法。

如圖1所示，傳統的磁編碼器補償系統100a包括永磁馬達模組200、負載馬達模組1及控制模組4。永磁馬達模組200內部包括永磁馬達202與磁編碼器204，且負載馬達模組1包括負載馬達12與高精度編碼器18。因永磁馬達模組200在出廠前必須要符合預定的規範，因此必須要進行出廠前的磁編碼器204角度校正。然而，過去技術多是透過負載馬達模組1的負載馬達12通過聯軸器12A帶動永磁馬達模組200的永磁馬達202轉動，且通過負載馬達模組1中的高精度編碼器18與待測永磁馬達202的磁編碼器204進行訊號比對後，再進行磁編碼器204角度校正與補償。但是，此方法僅能針對磁編碼器204單體角度進行修正，實際組裝至馬達驅動系統後，還是會因各種誤差造成整體輸出性能不足。並且，使用高精度編碼器18也會提高磁編碼器補償系統100a的建置成本。

具體而言，磁編碼器204本身組裝後對於旋轉軸的同心度有異，即便同型號的控制器仍會有訊號延遲條件而存在誤差。導致即使相同的製程條件下，並以相同的馬達控制器驅動同批永磁馬達，各顆永磁馬達產出的性能仍會有些微的落差。

因上述缺點，即使是相同來料與相同製程，每台永磁馬達模組200的輸出性能無法完全一致，甚至部分低於規格性能無法達標，導致永磁馬達模組200因而需要重工甚至報廢。然而多半的因素卻僅僅只是因為磁編碼器204的位置訊號偏移所致。

所以，如何藉由動態加載下的數據蒐集，進行磁編碼器角度微調及燒錄補正，以確保永磁馬達模組性能的一致性，進而達到減少重工及工時成本與不必要的報廢損耗，乃為本案創作人所欲行研究的一大課題。

為了解決上述問題，本發明係提供一種磁編碼器補償系統，以克服習知技術的問題。因此，本發明磁編碼器補償系統係包括永磁馬達模組、負載馬達模組、扭力計、電力計及控制模組。永磁馬達模組包括永磁馬達、永磁馬達驅動器及磁編碼器，負載馬達模組包括負載馬達及負載馬達驅動器。電力計耦接永磁馬達驅動器，扭力計耦接永磁馬達、負載馬達及電力計，且控制模組耦接永磁馬達模組、負載馬達模組及電力計。控制模組通過永磁馬達驅動器而控制永磁馬達運轉於額定轉速至最大轉速之間的高轉速區間，且通過負載馬達驅動器而控制負載馬達運轉以對永磁馬達進行最大轉矩動態加載的同時，通過扭力計偵 測永磁馬達於高轉速區間對應的扭力資訊，且通過電力計偵測永磁馬達驅動器於高轉速區間對應的電壓資訊。控制模組根據扭力資訊與扭力標準比對，及根據電壓資訊與電壓標準比對判斷永磁馬達性能是否達標，若扭力資訊與電壓資訊的其中一者未達標，則以控制模組讀取磁編碼器的零點角度，並基於零點補償控制計算對應零點角度的補償角度，且根據補償角度對磁編碼器進行燒錄。

為了解決上述問題，本發明係提供一種磁編碼器補償方法，以克服習知技術的問題。因此，本發明磁編碼器補償方法包括：(a)控制永磁馬達運轉於額定轉速至最大轉速之間的高轉速區間。(b)控制負載馬達運轉以對永磁馬達進行最大轉矩動態加載，並同時取得永磁馬達於高轉速區間對應的扭力資訊，及取得驅動永磁馬達的永磁馬達驅動器於高轉速區間對應的電壓資訊。(c)禁能永磁馬達驅動器。(d)根據扭力資訊與扭力標準比對，及根據與電壓資訊與電壓標準比對。(e)根據步驟(d)的比對結果判斷永磁馬達性能是否達標，包括：(e1)若扭力資訊達到扭力標準，且電壓資訊達到電壓標準時，判斷永磁馬達性能達標且判定為良品允收。(e2)若扭力資訊未達到扭力標準，且同時電壓資訊也未達到電壓標準時，判斷永磁馬達性能未達標且判定為殘次品退件。及(e3)若扭力資訊與電壓資訊的其中之一者未達標，則判斷與永磁馬達組裝的磁編碼器需進行零點補償，藉由讀取磁編碼器的零點角度，基於零點補償控制計算對應零點角度的補償角度，且根據補償角度對磁編碼器進行燒錄。及(f)重複步驟(a)至步驟(e3)，以確認永磁馬達性能是否達標。

本發明之主要目的及功效在於，透過高轉速區間的最大轉矩動態加載性能測試來進行動態誤差的校正，以微幅修正磁編碼器的零點角度的補償 量並燒錄於磁編碼器，進而達成確保永磁馬達性能完全發揮與量產性能一致性的功效。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100a、100b:磁編碼器補償系統

1:負載馬達模組

12:負載馬達

14:負載馬達驅動器

16:負載馬達編碼器

18:高精度編碼器

12A、12B:聯軸器

2:扭力計

3:電力計

4:控制模組

42:控制器

44:寫入裝置

46:開關

200:永磁馬達模組

202:永磁馬達

204:磁編碼器

206:永磁馬達驅動器

Pd:驅動電源

Ss:偵測訊號

Sc:控制訊號

T_info:扭力資訊

V_info:電壓資訊

Spd_cmd:轉速命令

Spd_MAX:最大轉速

Spd_rated:額定轉速

T_cmd:扭力命令

T_real:實際扭力

T_target:扭力閾值

T_coefficient:扭力係數

V_real:實際電壓

V_Limit:電壓閾值

Aw(ZeroOffset_write):補償後磁編角度

Az(ZeroOffset_read):零點角度

Ac(ZeroOffset_compensate):補償角度

Pa:角度參數

E:反電動勢

I:電流

θ:夾角

Z:阻抗

(S100)~(S600):步驟

Test1~Test3:曲線

圖1為習知的磁編碼器補償系統之電路方塊圖；圖2為本發明用以校正磁編碼器之磁編碼器補償系統之電路方塊圖；圖3A為本發明磁編補償基礎原理第一實施例之向量示意圖；圖3B為本發明磁編補償基礎原理第二實施例之向量示意圖；圖3C為本發明磁編補償基礎原理第三實施例之向量示意圖；圖4為本發明轉矩比重之曲線示意圖；圖5為本發明磁編碼器補償方法之流程圖；圖6為本發明磁編碼器補償方法之細部施行圖；圖7A為本發明磁編碼器補償方法之測試驗證下的扭力分析圖；及圖7B為本發明磁編碼器補償方法之測試驗證下的電壓分析圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：

請參閱圖2為本發明用以校正磁編碼器之磁編碼器補償系統之電路方塊圖，復配合參閱圖1。磁編碼器補償系統100b包括永磁馬達模組200、負載馬達模組1、扭力計2、電力計3及控制模組4，磁編碼器補償系統100b係用以在永磁馬達模組200欲出廠前，進行出廠前的預先校正及測試作業，以確保永磁馬達模組200在出廠時能夠符合性能規格的標準始得允收，否則需要對磁編碼器204進行燒錄以微調磁編碼器204角度使永磁馬達202性能達標，而若連續數次調整仍未使永磁馬達202性能達標則需退件。永磁馬達模組200包括永磁馬達202、磁編碼器204及永磁馬達驅動器206，且永磁馬達驅動器206耦接永磁馬達202與磁編碼器204。其中，磁編碼器204與永磁馬達202組裝在一起。永磁馬達驅動器206通過驅動電源Pd驅動永磁馬達202轉動，且磁編碼器204偵測永磁馬達202轉子的位置而提供偵測訊號Ss。其中，永磁馬達模組200主要應用弱磁技術控制永磁馬達202，以能夠在高轉速下發揮永磁馬達202更好的性能。

負載馬達模組1包括負載馬達12、負載馬達驅動器14及負載馬達編碼器16，且負載馬達驅動器14耦接負載馬達12與負載馬達編碼器16。負載馬達驅動器14通過偵測訊號Ss控制並調整負載馬達12的驅動電源Pd(即電壓與電流)。負載馬達12耦接永磁馬達202，以對永磁馬達202進行最大轉矩動態加載。其中，較易施行的方式為，負載馬達12通過聯軸器12B機械地對接永磁馬達202，以通過聯軸器12B對接永磁馬達202進行最大轉矩動態加載的預先校正及測試作業。

扭力計2耦接永磁馬達202、負載馬達12及電力計3，且用以偵測永磁馬達202的扭力而提供實際扭力T_real。電力計3耦接永磁馬達驅動器206，且用以偵測永磁馬達驅動器206上用以驅動永磁馬達202的電壓而提供實際電壓V_real並經計算得到電壓資訊V_info，以及將實際扭力T_real計算為扭力資訊T_info。控制模組4耦接永磁馬達模組200、負載馬達模組1與電力計3，且通過控制永磁馬達模組200與負載馬達模組1而進行永磁馬達模組200的預先校正及測試作業。具體而言，控制模組4通過控制永磁馬達驅動器206而控制永磁馬達202運轉，且通過控制負載馬達驅動器14而控制負載馬達12運轉。在永磁馬達202與負載馬達12運轉時，控制模組4通過接收扭力資訊T_info與電壓資訊V_info得知永磁馬達202及永磁馬達驅動器206的運轉狀況，以判定永磁馬達模組200是否為良品。

進一步而言，永磁馬達模組200在組裝時，通常會使用直流吸正法，來先行磁編碼器204的零點補償，以校正永磁馬達模組200的靜態誤差。然而，經靜態誤差校正後的永磁馬達模組200仍然會因為元件尺寸公差、材料性能變異、組裝差異性，造成參考的位置訊號偏移。其中，參考的位置訊號偏移通常為訊號傳遞的延遲所造成的，其為永磁馬達模組200的動態誤差。在應用弱磁技術控制的永磁馬達模組200中，由於電流控制的效應，此動態誤差對於永磁馬達202的性能會產生明顯的誤差量，尤其在高轉速時，對於位置回授的精度要求極高。越高轉速或越深的弱磁條件下，動態誤差將會大幅放大，造成磁編碼器204的回授位置失準。因此，本發明主旨要目的及功效在於，透過高轉速的最大轉矩動態加載性能測試(例如但不限於，3000rpm以上)來進行動態誤差的校正，以微 幅修正磁編碼器204的零點角度Az，進而達成確保永磁馬達202性能完全發揮與量產性能一致性的功效。

復參閱圖1，控制模組4係通過控制訊號Sc控制永磁馬達驅動器206而控制永磁馬達202運轉於最大轉速。其中，在實務上於足夠快速運作亦能有效擷取訊號誤差而進行動態誤差補償，因此控制模組4係控制永磁馬達202運轉於額定轉速至最大轉速之間的高轉速區間即可。控制模組4也通過控制訊號Sc控制負載馬達驅動器14而控制負載馬達12，以使負載馬達12通過聯軸器12B對永磁馬達202進行最大轉矩動態加載。然後，扭力計2係偵測永磁馬達202於高轉速區間下運轉的實際扭力T_real，電力計3係偵測永磁馬達202於高轉速區間運轉時該永磁馬達驅動器206輸出的實際電壓V_real而經計算提供電壓資訊V_info，且將實際扭力T_real計算為扭力資訊T_info。具體地，扭力計2配置於聯軸器12B與永磁馬達202之間，且扭力計2電性連接電力計3。扭力計2偵測永磁馬達202的實際扭力T_real而提供至電力計3，電力計3將實際扭力T_real計算為扭力資訊T_info，且電力計3將扭力資訊T_info與電壓資訊V_info一併提供至控制模組4。

控制模組4接收扭力資訊T_info與電壓資訊V_info，且根據扭力資訊T_info判斷所對應的實際扭力T_real是否達到扭力標準，以及根據電壓資訊V_info判斷所對應的實際電壓V_real是否達到電壓標準。意即，控制模組4根據扭力資訊T_info與電壓資訊V_info判斷永磁馬達202性能是否分別達到扭力標準與電壓標準，以決定是否調整(微調)磁編碼器204的零點角度Az。具體而言，扭力標準係為永磁馬達202依據設計的預定扭力規格，扭力資訊T_info大於等於預定的扭力標準則代表實際扭力T_real大於等於預定的扭力閾值。電壓標準係為永磁馬達驅動器206依據設計的預定電壓規格，電壓資訊V_info小於等於預定的電壓標準則代表實際電壓 V_real小於等於預定的電壓閾值。本發明的磁編碼器補償系統100b主要係調整並確認扭力資訊T_info達到扭力標準，且確認電壓資訊V_info達到電壓標準，以獲得達到扭力標準與電壓標準的角度參數Pa，其中角度參數Pa包括一個用於寫入磁編碼器204所需的補償後磁編角度Aw。

當控制模組4根據扭力資訊T_info判斷實際扭力T_real達到扭力標準，且根據電壓資訊V_info判斷實際電壓V_real達到電壓標準時，控制模組4斷永磁馬達模組200的永磁馬達202性能達標，因此可判定此永磁馬達模組200為良品允收(即完成磁編碼器204的校正及測試作業而通過出廠前的測試)。

當控制模組4根據扭力資訊T_info判斷實際扭力T_real未達到扭力標準，或根據電壓資訊V_info判斷實際電壓V_real未達到電壓標準時，若前述任一狀況發生則需要計算欲補償並調整的角度參數Pa，其中角度參數Pa包括一個寫入磁編碼器204所需的補償後磁編角度Aw。然後，將計算所得的角度參數Pa寫入磁編碼器204，例如以燒錄的方式進行，以調整磁編碼器204的角度及補償永磁馬達202的性能。進一步而言，控制模組4包括控制器42與寫入裝置44。控制器42耦接永磁馬達模組200、負載馬達模組1、扭力計2及電力計3，且用以根據自磁編碼器204讀取的零點角度Az、電力計3提供的扭力資訊T_info與扭力標準計算角度參數Pa。寫入裝置44(例如但不限於，燒錄器等具有寫入功能的裝置)耦接控制器42與磁編碼器204，且用以將角度參數Pa寫入磁編碼器204，以調整(即微調)磁編碼器204的零點角度Az而進行零點補償。其中，角度參數Pa的計算方式主要係通過偵測永磁馬達模組200而讀取磁編碼器204的零點角度Az，且控制模組4根據實際扭力T_real與扭力閾值(即扭力標準)之扭力誤差產生補償角度Ac，以將零點角度Az與補償角度Ac的總合計算做為角度參數Pa，且將角度 參數Pa寫入磁編碼器204。於一實施例中，電力計3係耦接控制模組4的控制器42。

然而，在某種狀況中，永磁馬達模組200可能在組裝時即存在瑕疵，導致可能存在永磁馬達模組200的永磁馬達202無論怎麼調校皆無法達標之狀況。因此，控制模組4可預先設定重複調校磁編碼器204的預定次數。當控制模組4在重複將不同的角度參數Pa寫入磁編碼器204達到預定次數後，若永磁馬達模組200的永磁馬達202性能始終無法達標時，則判斷永磁馬達模組200為殘次品(NG)退件。

其中，控制模組4可選擇性地更包括開關46。開關46耦接寫入裝置44與磁編碼器204之間，且當寫入裝置44欲將角度參數Pa寫入磁編碼器204時，控制器42控制開關46導通，以使角度參數Pa可寫入磁編碼器204。當無須將角度參數Pa寫入磁編碼器204時，控制器42控制開關46關斷，以使寫入裝置44與磁編碼器204之間的路徑斷路。值得一提的是，由於本發明之磁編碼器補償系統100b的測試平台可同時進行磁編碼器204的校正以及永磁馬達202的實際扭力T_real與永磁馬達驅動器206的實際電壓V_real的確認，因此僅需使用單一平台即可完成永磁馬達模組200的測試及校正作業。反觀圖1習知技術的磁編碼器補償系統100a僅能針對磁編碼器204進行校正，永磁馬達模組200的電壓及扭力測試尚需使用另一平台再次進行測試。因此，相較於圖1之習知技術，本發明之磁編碼器補償系統100b可以達到節省測試及校正作業時間之功效。

請參閱圖3A~3C為本發明磁編補償基礎原理(第一至第三實施例)之向量示意圖，復配合參閱圖2。在圖3A~3C中，垂直軸為q軸，水平軸為d軸，永磁馬達模組200的反電動勢E與電流I的向量分別如圖3A~3C所示。圖3A假 設磁編碼器提供最佳的原點基準為70度，且圖3B~3C分別為角度偏移過後的磁編碼器。在圖3A中，反電動勢E與電流I之間的夾角θ(即為對磁編碼器204進行燒錄的補償後磁編角度Aw)為70度。由於電壓V=E+Z*I(其中Z為阻抗)，在阻抗Z向量大小不變的情況下電壓V向量的大小會隨著夾角θ的大小而變動。在圖3B與圖3C中，分別假設夾角θ由70度偏移至80度與60度。如圖3B所示，當磁編碼器提供的原點基準由70度偏移至80度時，會導致電流I與反電勢E的夾角θ產生變異。造成需求電壓V降低，使永磁馬達202的最高轉速提高。反之，如圖3C所示，當磁編碼器提供的原點基準由70度偏移至60度時，會造成需求電壓V提高，使永磁馬達202的最高轉速降低。

請參閱圖4為本發明轉矩比重之曲線示意圖，復配合參閱圖2~3C。永磁馬達202輸出轉矩性能與反電勢E及電流I的夾角θ顯著相關，可參考下方數學計算式：T _e =λ _E ×I _q →T _e =λ _E ×I×cosθ…(1)

其中T _e 為電磁轉矩，且T _r 為磁阻轉矩，其合成的總轉矩T _t 如圖4的虛線所示。其可以很明顯的看出，當磁編碼器204參考位置偏移，會導致夾角θ變動，造成永磁馬達202輸出轉矩性能產生變異。因此，可以得知實際扭力T_real的大小(即總轉矩T _t 大小)與實際電壓V_real的大小(即圖3a~3c中的電壓V)呈正比。然而，在實務中，由於永磁馬達202運轉於高轉速區間時，永磁馬達驅動器206的實際電壓V_real不能超過永磁馬達模組200電壓規格(例如但不限於，內部元件的電壓規格)，若超過電壓規格則有失控風險。因此，控制模組4係在實際扭力T_real達到扭力標準，且實際電壓V_real也達到電壓標準的情況下，可選擇地通過調 整(微調)角度參數Pa而調降實際電壓V_real(此時實際扭力T_real隨之降低)，但其仍須符合扭力標準與電壓標準。如此，即可達到提高永磁馬達模組200規格的電壓裕度之功效。另一方面，當控制模組4在判斷實際扭力T_real未達到扭力閾值，且同時實際電壓V_real也未達到電壓閾值的情況下，則可直接地判定永磁馬達模組200為殘次品(NG)退件。

請參閱圖5為本發明磁編碼器補償方法之馬達操作方法流程圖，復配合參閱圖2~4。磁編碼器補償方法係用以校正永磁馬達模組200的磁編碼器204，且磁編碼器補償方法包括，於永磁馬達202與磁編碼器204組裝後，對磁編碼器204進行相對大角度的零點校正(S100)。永磁馬達模組200在組裝時，通常會使用直流吸正法，來先行磁編碼器204的零點位置校正，以校正永磁馬達模組200的靜態誤差。其中，此步驟並非為必要步驟，全看實際永磁馬達模組200組裝時的需求。然後，將永磁馬達202與負載馬達12對接。較佳的施行的方式為，負載馬達12通過聯軸器12B機械地對接永磁馬達202，以通過聯軸器12B對接永磁馬達202進行最大轉矩動態加載的預先校正及測試作業，稍後詳述。

然後，控制永磁馬達202運轉於額定轉速Spd_rated至最大轉速Spd_MAX之間所定義的一高轉速區間(S120)。較佳的施行的方式為，控制模組4係通過控制永磁馬達驅動器206而控制永磁馬達202運轉於額定轉速Spd_rated至最大轉速Spd_MAX之間的高轉速區間，使永磁馬達202足夠快速運作而能夠能有效擷取訊號誤差而進行動態誤差補償。然後，控制模組4係通過控制負載馬達驅動器14而控制負載馬達12運轉以對永磁馬達202進行最大轉矩動態加載，並同時於永磁馬達202穩定運行於高轉速區間的一特定速度時，取得永磁馬達202於高轉速區間對應的扭力資訊T_info，及永磁馬達202於高轉速區間運轉時，永磁馬達驅動器 206對應的電壓資訊V_info(S140)。較佳的施行的方式為，控制模組4通過控制負載馬達驅動器14而控制負載馬達12，以通過聯軸器12B對永磁馬達202進行最大轉矩動態加載。然後，扭力計2係偵測永磁馬達202於高轉速區間下運轉的實際扭力T_real而提供給電力計3，電力計3將實際扭力T_real計算為扭力資訊T_info，電力計3係偵測永磁馬達202於高轉速區間運轉時該永磁馬達驅動器206輸出的實際電壓V_real經計算而提供電壓資訊V_info。最後，電力計3將扭力資訊T_info及電壓資訊V_info提供給控制器42。

然後，禁能永磁馬達驅動器206(S160)。較佳的實施方式為，停止對永磁馬達驅動器206供電或停止以控制訊號Sc控制永磁馬達驅動器206，且確認永磁馬達驅動器206斷電，以及確認永磁馬達202與磁編碼器204停止。較佳者，負載馬達12也應控制停止，以準確檢測。其中，禁能永磁馬達驅動器206的目的在於，使控制模組4能夠準確地計算角度參數Pa，且將其寫入編碼器204，例如透過燒錄的方式，而完成磁編碼器204角度之修正及補償永磁馬達202的性能，其中角度參數Pa包括一個用於寫入磁編碼器204所需的補償後磁編角度Aw。

接著，根據扭力資訊T_info與扭力標準比對，及根據電壓資訊V_info與電壓標準比對判斷永磁馬達202性能是否達標(S200)。較佳的實施方式為，在永磁馬達202與負載馬達12運轉時，控制模組4通過電力計3接收扭力計2所提供的實際扭力T_real並經計算得到的扭力資訊T_info，與電力計3以實際電壓V_real經計算得到的所提供的電壓資訊V_info，以根據扭力資訊T_info判斷所對應的實際扭力T_real是否達到扭力標準，且根據電壓資訊V_info判斷所對應的實際電壓V_real是否達到電壓標準。具體而言，扭力標準係為永磁馬達202依據設計的預定扭力規格，扭力資訊T_info大於等於預定的扭力標準則代表實際扭力T_real大於等於預定的扭力 閾值。電壓標準係為永磁馬達驅動器206依據設計的預定電壓規格，電壓資訊V_info小於等於預定的電壓標準則代表實際電壓V_real小於等於預定的電壓閾值。

然後，若扭力資訊T_info達到扭力標準，且電壓資訊V_info達到電壓標準時，判斷永磁馬達202性能達標且判定永磁馬達202及與其組裝的磁編碼器204為良品允收(S220)。詳細來說，當控制模組4根據扭力資訊T_info判斷實際扭力T_real達到扭力標準，且根據電壓資訊V_info判斷實際電壓V_real達到電壓標準時，控制模組4斷永磁馬達模組200的馬達性能達標，因此可判定此永磁馬達模組200為良品允收(即完成磁編碼器204的校正及測試作業而通過出廠前的測試)。在步驟(S220)中，還可選擇性地包括，在實際扭力T_real達到扭力標準，且實際電壓V_real達到電壓標準的情況下，通過調整角度參數Pa而調降實際扭力T_real與實際電壓V_real。在實務中，由於永磁馬達202運轉於高轉速區間時，永磁馬達驅動器206的實際電壓V_real較低，故不易超過永磁馬達模組200電壓規格(例如但不限於，內部元件的電壓規格)，可避免失控風險。需說明的是，控制模組4係在實際扭力T_real達到扭力標準，且實際電壓V_real也達到電壓標準的情況下，通過調整(微調)角度參數Pa而調降實際電壓V_real(實際扭力T_real隨之降低)，但其仍須符合扭力標準與電壓標準，如此，即可達到提高永磁馬達模組200規格的電壓裕度之功效，其中角度參數Pa包括一個用於寫入磁編碼器204所需的補償後磁編角度Aw。

然後，若扭力資訊T_info未達到扭力標準，且同時電壓資訊V_info也未達到電壓標準時，判斷永磁馬達202性能未達標且判定永磁馬達202與磁編碼器204為殘次品退件(S240)。詳細來說，當控制模組4在根據扭力資訊T_info判斷實際扭力T_real未達到扭力閾值，且同時根據電壓資訊V_info判斷實際電壓V_real也未達到電壓閾值的情況下，則可直接地判斷永磁馬達模組200為殘次品(NG)退件。

然後，若扭力資訊T_info與電壓資訊V_info的其中之一者未達到標準時，則判斷磁編碼器204需進行零點補償，藉由控制模組4讀取磁編碼器204的一零點角度Az，配合扭力資訊T_info及扭力標準基於零點補償控制計算對應磁編碼器204的補償角度Ac，且根據補償角度Ac對磁編碼器204進行燒錄以實現磁編碼器204的零點補償(S260)。較佳的實施方式為，控制模組4包括控制器42與寫入裝置44。控制器42根據零點角度Az、扭力資訊T_info與扭力標準計算補償角度Ac，控制器42根據零點角度Az與補償角度Ac計算一角度參數Pa給寫入裝置44，且寫入裝置44將角度參數Pa以燒錄或其他方式寫入磁編碼器204，以調整(即微調)磁編碼器204的零點角度Az而進行零點補償。其中，角度參數Pa較佳的計算方式為，通過偵測永磁馬達模組200而讀取磁編碼器204的零點角度Az，且控制模組4根據實際扭力T_real與扭力閾值(即扭力標準)之扭力誤差計算產生補償角度Ac，以將零點角度Az與補償角度Ac總合計算做為角度參數Pa，其中角度參數Pa包括一個用於寫入磁編碼器204所需的補償後磁編角度Aw。需說明的是，在步驟(S260)基於零點補償計算的補償角度Ac，相較於步驟(S100)基於零點校正的調整角度為較小的角度，前者目的在於補償永磁馬達202的性能，後者目的在於磁編碼器204基本的角度歸零。

然後，重複步驟(S120)至步驟(S260)，以重複微調磁編碼器204角度並確認永磁馬達202性能是否達標(S280)。在多次重複步驟(S120)至步驟(S260)的循環中，若永磁馬達202性能於調整後達標時，則於步驟(S220)結束。反之，若扭力資訊T_info與電壓資訊V_info的其中之一者在前次調整後仍未達到標準時，則重複步驟(S260)，以對磁編碼器204再次進行燒錄以再次調校零點角度Az。最後，在重複執行步驟(S120)至步驟(S260)的調整執行達預定次數後，且永磁馬達 202性能仍未達標則判定為殘次品退件(S300)。需說明的是，在某種狀況中，永磁馬達模組200可能在製造或組裝時即存在瑕疵，導致可能存在永磁馬達模組200無論怎麼調校皆無法性能達標之狀況。因此，控制模組4可預先設定重複調校磁編碼器204的預定次數。當控制模組4在對磁編碼器204進行燒錄以進行零點補償達到預定次數後，若永磁馬達模組200的永磁馬達202的性能始終無法達標時，則判斷永磁馬達202為殘次品(NG)退件。

請參閱圖6為本發明磁編碼器補償方法之細部施行圖，復配合參閱圖2~5。在步驟(S400)中，磁編碼器補償系統100b係進行最大轉矩動態加載測試而執行圖5的步驟(S100)~(S160)。控制模組4控制永磁馬達驅動器206提供轉速命令Spd_cmd將永磁馬達202驅控至額定轉速Spd_rated至最大轉速Spd_MAX之間的高轉速區間，並於永磁馬達202在高轉速區間穩定運行於一特定速度時進行最大轉矩動態加載，且在此同時使永磁馬達驅動器206提供扭力命令T_cmd控制永磁馬達202的扭力輸出達100%。在步驟(S420)中，係執行圖5的步驟(S200)，以分別判別實際扭力T_real是否大於等於預定的扭力閾值T_target，實際電壓V_real是否小於等於預定的電壓閾值V_Limit。在步驟(S440)中，即永磁馬達202性能達標而判定為良品允收。在步驟(S460)中，實際扭力T_real與實際電壓V_real皆未達標準，因此直接判定永磁馬達模組200為殘次品(NG)退件。在步驟(S480-1)與(S480-2)中，由於實際扭力T_real與實際電壓V_real的其中之一者未達到標準，因此接續進行步驟(S500)~(S560)的校正步驟。

在步驟(S500)中，控制器42透過電力計3接收扭力計2所提供的實際扭力T_real，並將實際扭力T_real計算為扭力資訊T_info，電力計3所提供給控制器42的扭力資訊T_info、電壓資訊V_info，以及磁編碼器204所提供的零點角度 ZeroOffset_read(Az)，以準備進行後續的角度參數Pa計算。在步驟(S520)中，控制器42計算欲補償磁編碼器204的補償角度可表示為：ZeroOffset_compensate(Ac)=(T_real-T_target)T_coefficient。其中，T_coefficient為扭力係數，且扭力係數T_coefficient可以透過控制器42的模擬分析而獲得。在步驟(S540)中，控制器42計算欲寫入磁編碼器204的補償後磁編角度Aw可表示為：ZeroOffset_write(Aw)=ZeroOffset_read(Az)-ZeroOffset_compensate。

在步驟(S560)中，控制模組4依據補償角度ZeroOffset_compensate計算，通過寫入裝置44將對應角度參數Pa寫入磁編碼器204，以調整(即微調)磁編碼器204的角度並補償永磁馬達202的性能。在步驟(S560)完成後，即進入步驟(S580)判斷是否已將角度參數Pa寫入磁編碼器204達到預定次數。若是，則判斷永磁馬達模組200為殘次品(NG)退件(S600)。若否，則返回步驟(S400)，其中角度參數Pa包括一個用於寫入磁編碼器204所需的補償後磁編角度Aw。

請參閱圖7A為本發明磁編碼器補償方法之測試驗證下的扭力分析圖、圖7B為本發明磁編碼器補償方法之測試驗證下的電壓分析圖，復配合參閱圖2~6，且反覆參閱圖7A、7B。在圖7A中，實驗測試永磁馬達202在高轉速區間(9000rpm)下，定義符合規格的扭力輸出規格需>6Nm，需確認若其在高轉速區間下扭力達標，始能確保當永磁馬達202轉速低於9000rpm時性能仍可達標。同樣地在圖7B中，定義符合規格的電壓輸出規格需<35V，以確保永磁馬達驅動器206於各轉速運轉時不會因電壓過高而造成系統失控。

在圖7A與7B中，例如永磁馬達202運轉於9000rpm時測試結果之曲線Test1因電壓滿足性能規格，但扭力不滿足性能規格((例如扭力：5.58Nm，電壓：31.28V)，須將透過零點補償調整零點角度Az，以修正永磁馬達模組200的性能。測試結果之曲線Test2因扭力滿足性能規格，但電壓大於性能規格(扭 力：6.5Nm，電壓：35.1V)，須將透過零點補償調整零點角度Az，以修正永磁馬達模組200的性能。測試結果之曲線Test3，係經零點補償而調整零點角度Az後再次測試結果，扭力與電壓皆符合性能規格(扭力：6.3Nm，電壓：34.217V)，能證明本發明補償機制能夠有效改善永磁馬達模組200的性能。

依據本發明提出的磁編碼器補償系統及磁編碼器補償方法，透過高轉速區間的最大轉矩動態加載性能測試來進行動態誤差的校正，以微幅修正磁編碼器的零點角度的補償量並燒錄於磁編碼器，進而達成確保永磁馬達性能完全發揮與量產性能一致性的功效。

惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

100b:磁編碼器補償系統

1:負載馬達模組

12:負載馬達

14:負載馬達驅動器

16:負載馬達編碼器

12B:聯軸器

2:扭力計

3:電力計

4:控制模組

42:控制器

44:寫入裝置

46:開關

200:永磁馬達模組

202:永磁馬達

204:磁編碼器

206:永磁馬達驅動器

Pd:驅動電源

Ss:偵測訊號

Sc:控制訊號

T_info:扭力資訊

V_info:電壓資訊

T_real:實際扭力

V_real:實際電壓

Pa:角度參數

Claims (11)

1. 一種磁編碼器補償系統，包括：一永磁馬達模組，包括一永磁馬達、一永磁馬達驅動器及一磁編碼器；一負載馬達模組，包括一負載馬達及一負載馬達驅動器；一電力計，耦接該永磁馬達驅動器；一扭力計，耦接該永磁馬達、該負載馬達及該電力計；及一控制模組，耦接該永磁馬達模組、該負載馬達模組及該電力計；其中，該控制模組通過該永磁馬達驅動器而控制該永磁馬達運轉於額定轉速至最大轉速之間的一高轉速區間，且通過該負載馬達驅動器而控制該負載馬達運轉以對該永磁馬達進行一最大轉矩動態加載的同時，通過該扭力計偵測該永磁馬達於該高轉速區間對應的一扭力資訊，且通過該電力計偵測該永磁馬達驅動器於該高轉速區間對應的一電壓資訊；其中，該控制模組根據該扭力資訊與一扭力標準比對，及根據該電壓資訊與一電壓標準比對判斷該永磁馬達性能是否達標，若該扭力資訊與該電壓資訊的其中之一者未達標，則該控制模組讀取該磁編碼器的一零點角度，並基於零點補償控制計算對應該零點角度的一補償角度，且根據該補償角度對該磁編碼器進行燒錄。
2. 如請求項1所述之磁編碼器補償系統，其中該扭力計係偵測該永磁馬達於該高轉速區間運轉的一實際扭力經計算而提供該扭力資訊，該電力計係偵測該永磁馬達於該高轉速區間運轉時該永磁馬達驅動器的一實際電壓經計算而提供該電壓資訊，且該控制模組係根據該實際扭力是否大於等於一扭力 閾值以判斷該扭力資訊是否達到該扭力標準，以及根據該實際電壓是否小於等於一電壓閾值以判斷該電壓資訊是否達到該電壓標準。
3. 如請求項2所述之磁編碼器補償系統，其中於該永磁馬達性能未達標時，該控制模組根據該實際扭力與該扭力閾值之間的一扭力誤差計算該補償角度，並將該零點角度與該補償角度的總合計算燒錄於該磁編碼器的一角度參數。
4. 如請求項1所述之磁編碼器補償系統，其中該負載馬達與該永磁馬達以一聯軸器對接，該扭力計配置於該聯軸器與該永磁馬達之間，且該扭力計電性連接該電力計。
5. 如請求項1所述之磁編碼器補償系統，其中該控制模組包括：一控制器，耦接該永磁馬達模組、該負載馬達模組及該電力計，用以根據該零點角度、該扭力資訊與該扭力標準計算該補償角度；及一寫入裝置，耦接該控制器與該磁編碼器，用以根據該補償角度對該磁編碼器進行燒錄。
6. 一種磁編碼器補償方法，包括：(a)控制一永磁馬達運轉於額定轉速至最大轉速之間的一高轉速區間；(b)控制一負載馬達運轉以對該永磁馬達進行一最大轉矩動態加載，並同時取得該永磁馬達於該高轉速區間對應的一扭力資訊，及取得驅動該永磁馬達的一永磁馬達驅動器於該高轉速區間對應的一電壓資訊；(c)禁能該永磁馬達驅動器；(d)根據該扭力資訊與一扭力標準比對，及根據該電壓資訊與一電壓標準比對； (e)根據步驟(d)的比對結果判斷該永磁馬達性能是否達標，包括：(e1)若該扭力資訊達到該扭力標準，且該電壓資訊達到該電壓標準時，判斷該永磁馬達性能達標且判定為良品允收；(e2)若該扭力資訊未達到該扭力標準，且該電壓資訊也未達到該電壓標準時，判斷該永磁馬達性能未達標且判定為殘次品退件；及(e3)若該扭力資訊與該電壓資訊的其中之一者未達標，則判斷與該永磁馬達組裝的一磁編碼器需進行零點補償，藉由讀取該磁編碼器的一零點角度，並基於零點補償控制計算對應該零點角度的一補償角度，且根據該補償角度對該磁編碼器進行燒錄；及(f)重複該步驟(a)至該步驟(e3)，以確認該永磁馬達性能是否達標。
7. 如請求項6所述之磁編碼器補償方法，於該步驟(a)之前更包括：對該磁編碼器進行零點校正。
8. 如請求項6所述之磁編碼器補償方法，其中該步驟(d)包括：(d1)偵測該永磁馬達於該高轉速區間的一實際扭力經計算而提供該扭力資訊，且根據該實際扭力是否大於等於一扭力閾值以判斷該扭力資訊是否達到該扭力標準；及(d2)偵測該永磁馬達於該高轉速區間運轉時該永磁馬達驅動器輸出的一實際電壓經計算而提供該電壓資訊，且根據該實際電壓是否小於等於一電壓閾值以判斷該電壓資訊是否達到該電壓標準。
9. 如請求項8所述之磁編碼器補償方法，其中該步驟(e1)更包括：通過調整一角度參數而調降該實際扭力與該實際電壓，其中該角度參數是根據該零點角度與該補償角度的總合計算所得。
10. 如請求項8所述之磁編碼器補償方法，其中該步驟(e3)包括：(e31)通過偵測該永磁馬達模組而讀取該磁編碼器的該零點角度；(e32)根據該實際扭力與該扭力閾值之間的一扭力誤差計算該補償角度；及(e33)根據該零點角度與該補償角度的總合計算燒錄於該磁編碼器的一角度參數。
11. 如請求項6所述之磁編碼器補償方法，更包括：(g)在步驟(e3)重複執行達到一預定次數後，且該永磁馬達性能仍未達標，則判定該永磁馬達為殘次品而退件。

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