TWI817381B - 馬達檢測方法與馬達檢測裝置 - Google Patents
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Abstract
一種馬達檢測方法，包括下列步驟。提供激磁電流命令至馬達裝置，並驅動馬達裝置轉動第一角度。檢測並取得馬達裝置於第一靜止位置的第一回授角度。依據激磁電流命令，驅動馬達裝置轉動第二角度。檢測並取得馬達裝置於第二靜止位置的第二回授角度。依據第一回授角度與第二回授角度，計算馬達裝置的磁極偏移角。
Description
本發明關於一種檢測方法及檢測裝置，特別是關於一種用於檢測磁極偏移角的馬達檢測方法與馬達檢測裝置。
同步電機的位置感測器，會因為相序定義或製造廠商的不同，使回授位置與實際轉子位置有一固定角度偏差，一般稱為磁極偏移角，故變頻器通常會具備磁極偏移角的學習功能。透過設定正確的磁極偏移角，進行回授角度修正，使用正確的轉子角度進行驅動，以提高電機驅動系統的控制性能。
另一方面，磁鐵輔助型同步磁阻電動機(permanent magnet assisted synchronous reluctance motor, PMaSynRM)，主要在同步電動機的轉子結構上，以導磁材料為主，永磁材料為輔。然而，磁鐵輔助型同步磁阻電動機的轉矩特性不適用傳統的磁極偏移角學習方法，而無法得到正確的磁極偏移角。因此，如何有效地檢測並得到磁極偏移角是當前重要的課題。
本發明提供一種馬達檢測方法與馬達檢測裝置，藉以有效地檢測並得到正確的磁極偏移角，以降低自學習時間且提高學習精度。
本發明提供一種馬達檢測方法，用於檢測馬達裝置。上述馬達檢測方法包括下列步驟。提供激磁電流命令至馬達裝置，並驅動馬達裝置轉動第一角度。檢測並取得馬達裝置於第一靜止位置的第一回授角度。依據激磁電流命令，驅動馬達裝置轉動第二角度。檢測並取得馬達裝置於第二靜止位置的第二回授角度。依據第一回授角度與第二回授角度，計算馬達裝置的磁極偏移角。
本發明提供一種馬達檢測裝置，用於檢測馬達裝置。上述馬達檢測裝置包括控制器與編碼器。控制器提供激磁電流命令至馬達裝置，並驅動馬達裝置轉動第一角度以及驅動馬達裝置轉動第二角度。編碼器檢測並取得馬達裝置於第一靜止位置的第一回授角度以及馬達裝置於第二靜止位置的第二回授角度。控制器依據第一回授角度與第二回授角度，計算馬達裝置的磁極偏移角。
本發明所揭露之馬達檢測方法與馬達檢測裝置，透過提供激磁電流命令至馬達裝置，並驅動馬達裝置轉動第一角度，檢測並取得馬達裝置於第一靜止位置的第一回授角度，且依據激磁電流命令，驅動馬達裝置轉動第二角度，檢測並取得馬達裝置於第二靜止位置的第二回授角度，並依據第一回授角度與第二回授角度，計算馬達裝置的磁極偏移角。如此一來，可以有效地檢測並得到正確的磁極偏移角，以降低自學習時間且提高學習精度，並可並利用上述磁極偏移角進行校正，以提高馬達裝置的驅動性能及變頻器的容錯能力。
在以下所列舉的各實施例中，將以相同的標號代表相同或相似的元件或組件。
第1圖為依據本發明之一實施例之馬達檢測裝置的示意圖。本實施例之馬達檢測裝置100用於檢測馬達裝置150，其中馬達裝置150可以包括變頻器(inverter)151與馬達152。變頻器151可以依據激磁電流命令輸出激磁電流，以驅動馬達152，使馬達152進行運轉。在本實施例中，激磁電流可以為三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c 。
在一些實施例中，馬達152例如為磁鐵輔助型同步磁阻電動機(permanent magnet assisted synchronous reluctance motor, PMaSynRM)，但本發明實施例不限於此。進一步來說，馬達裝置150還可以包括轉換器153。轉換器153耦接變頻器151，提供整流電壓給變頻器151。另外，轉換器153例如為全橋式(full bridge)整流器，但本發明實施例不限於此。
請參考第1圖，馬達檢測裝置100可以包括控制器110與編碼器120。
控制器110耦接馬達裝置150的變頻器151。控制器110可以提供激磁電流命令至馬達裝置150的變頻器151，使變頻器151依據激磁電流命令輸出激磁電流，以驅動馬達裝置150(例如馬達152)轉動第一角度以及驅動馬達裝置150(例如馬達152)轉動第二角度。
在本實施例中，第一角度可以與第二角度相反。在一些實施例中，第一角度的角度範圍例如為+45度至+135度，且第二角度的範圍例如為-45度至-135度，但本發明實施例不限於此。進一步來說，第一角度例如為+90度，第二角度例如為-90度。
編碼器120耦接控制器110。編碼器120可以檢測馬達裝置150(例如馬達152)的旋轉位置，並取得對應的旋轉角度。進一步來說，當馬達裝置150(例如馬達152)轉動第一角度時，編碼器120可以檢測並取得馬達裝置(例如馬達152)於第一靜止位置的第一回授角度。當馬達裝置150(例如馬達152)轉動第二角度時，編碼器120可以檢測並取得馬達裝置150(例如馬達152)於第二靜止位置的第二回授角度。在本實施例中，編碼器120例如為位置感測器。
接著，編碼器120可以將第一回授角度與第二回授角度提供給控制器110，則控制器110可以依據第一回授角度與第二回授角度，計算馬達裝置150(例如馬達152)的磁極偏移角。如此一來，馬達檢測裝置100可以在一次的學習程序內有效地取得馬達裝置150(例如馬達152)的磁極偏移角，以降低自學習時間且提高學習精度。
在本實施例中，上述磁極偏移角的計算可以表示為式(1)：
(1)
其中，
為磁極偏移角，
為第一回授角度，
為第二回授角度。
在本實施例中，由於馬達裝置150(例如馬達152)的轉矩特性，使得馬達裝置150(例如馬達152)進行直流激磁時會有位置偏移現象，因此當控制器110確認出第二回授角度大於第一回授角度時，控制器110會將磁極偏移角加上第三角度，以產生校正磁極偏移角。在本實施例中，第三角度例如為180度。另外，上述校正磁極偏移角的計算可以表示為式(2)：
(2)
其中，
為校正磁極偏移角。
第2圖為依據本發明之一實施例之馬達裝置之轉矩與回授角度的波形圖。在第2圖中，曲線S11表示馬達裝置150(例如馬達152)的零轉矩，曲線S12表示馬達裝置150(例如馬達152)的電磁轉矩(magnet torque)，曲線S13表示馬達裝置150(例如馬達152)的磁阻轉矩(reluctance torque)，曲線S14表示馬達裝置150(例如馬達152)的總轉矩。
由第2圖可以看出，當馬達裝置150(例如馬達152)進行直流激磁時，馬達裝置150(例如馬達152)的總轉矩會受到電磁轉矩與磁阻轉矩的影響。另外，當馬達裝置150(例如馬達152)進行直流激磁以轉動第一角度後，馬達裝置150(例如馬達152)的轉子會例如停留於第一靜止位置P1，並且編碼器120可以檢測並取得馬達裝置150(例如馬達152)於第一靜止位址P1的第一回授角度
。當馬達裝置150(例如馬達152)進行直流激磁以轉動第二角度後，馬達裝置150(例如馬達152)的轉子例如會停留於第二靜止位置P2，並且編碼器120可以檢測並取得馬達裝置150(例如馬達152)於第二靜止位置P2的第二回授角度
。接著，控制器110便可利用式(1)對編碼器120所取得之第一回授角度
與第二回授角度
進行運算，以計算馬達裝置150(例如馬達152)的磁極偏移角。
第3圖為依據本發明之一實施例之馬達檢測裝置的運作時序圖。請參考第3圖，T0、T1、T2、T3、T4分別為不同的運作期間，曲線S21表示馬達裝置150(例如馬達152)之編碼器120的回授角度，曲線S22表示馬達裝置150(例如馬達)的實際轉子角度，曲線S23表示馬達裝置150(例如馬達152)之估測座標軸之轉子角度，曲線S24表示三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c 的第一相電流
i
a ，曲線S25表示三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c 的第二相電流
i
b ，曲線S26表示三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c 的第三相電流
i
c 。
在期間T0，控制器110可以提供激磁電流命令至馬達裝置150的變頻器151，則變頻器151可以依據激磁電流命令輸出激磁電流(例如三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c )，以驅動馬達裝置150(例如馬達152)，使馬達裝置150(例如馬達152)的轉子轉動而停留在第一靜止位置P1或者第二靜止位置P2。接著，控制器110可以確認期間T0是否結束。當控制器110確認期間T0未結束時，則控制器110維持期間T0的運作。當控制器110確認期間T0結束時，則可以進入期間T1。
在期間T1，控制器110可以控制變頻器151依據激磁電流命令輸出激磁電流(例如三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c )，以驅動馬達裝置150(例如馬達152)，使馬達裝置150(例如馬達152)的轉子轉動第一角度(例如+90度)。接著，控制器110可以確認期間T1是否結束。當控制器110確認期間T1未結束時，則控制器110維持期間T1的運作。當控制器110確認期間T1結束時，則可以進入期間T2。
在期間T2，馬達裝置150(例如馬達152)的轉子例如會停留於第一靜止位置(例如第一靜止位置P1)，則編碼器120可以檢測並取得馬達裝置150(例如馬達152)於第一靜止位置(例如第一靜止位置P1)的第一回授角度
。在本實施例中，第一回授角度
例如為130.8度。由於馬達裝置150的初始角度未知，因此透過在期間T0對馬達裝置150(例如馬達152)進行直流激磁，使馬達裝置150(例如馬達152)的轉子轉動而停留在第一靜止位置P1或者第二靜止位置P2，可以確保馬達裝置150(例如馬達152)的轉子能在期間T2停留在對應第一回授角度
的第一靜止位置P1。接著，控制器110可以確認期間T2是否結束。當控制器110確認期間T2未結束時，則控制器110維持期間T2的運作。當控制器110確認期間T2結束時，則可以進入期間T3。
在期間T3，控制器110可以控制變頻器151依據激磁電流命令輸出激磁電流(例如三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c )，以驅動馬達裝置150(例如馬達152)，使馬達裝置150(例如馬達152)的轉子轉動第二角度(例如-90度)。接著，控制器110可以確認期間T3是否結束。當控制器110確認期間T3未結束時，則控制器110維持期間T3的運作。當控制器110確認期間T3結束時，則可以進入期間T4。
在期間T4，馬達裝置150(例如馬達152)的轉子例如會停留於第二靜止位置(例如第二靜止位置P2)，則編碼器120可以檢測並取得馬達裝置150(例如馬達152)於第二靜止位置(例如靜止位置P2)的第二回授角度
。在本實施例中，第一回授角度
例如為29.15度。接著，控制器110可以確認期間T4是否結束。當控制器110確認期間T4未結束時，則控制器110維持期間T4的運作。
當控制器110確認期間T3結束時，控制器110可以接收到編碼器120所取得之第一回授角度
與第二回授角度
，且控制器110可以利用式(1)對第一回授角度
與第二回授角度
進行運算處理，以計算馬達裝置150(例如馬達152)的磁極偏移角
。在本實施例中，磁極偏移角
例如約為80度。如此一來，馬達檢測裝置100便可有效地計算出馬達裝置150(例如馬達152)的磁極偏移角，並利用上述磁極偏移角進行校正，以提高馬達裝置150(例如馬達152)的驅動性能及變頻器151的容錯能力。
在一些實施例中，請繼續參考第1圖，控制器110可以包括位置檢測單元111、控制單元112、電流控制器113、調變單元114、電流感測器115與三相轉二相轉換器116，但本發明實施例不限於此。
位置檢測單元111耦接編碼器120，接收並輸出編碼器120所取得之馬達裝置150(例如馬達152)的旋轉角度，例如馬達裝置(例如馬達152)於第一靜止位置的第一回授角度與馬達裝置150(例如馬達152)於第二靜止位置的第二回授角度。
控制單元112耦接位置檢測單元111，控制單元112可以接收第一回授角度與第二回授角度，並產生電流命令與估測座標軸之轉子角度。電流控制器113耦接控制單元112，接收控制單元112所產生的電流命令、估測座標軸電流(例如δ軸電流
i δ與γ軸電流
i γ )，以產生估測座標軸電壓(例如δ軸電壓
v δ與γ軸電壓
v γ )。
調變單元114耦接電流控制器113，接收電流控制器113所產生之估測座標軸電壓(例如δ軸電壓
v δ與γ軸電壓
v γ )，並對估測座標軸電壓(例如δ軸電壓
v δ與γ軸電壓
v γ )進行二相轉三相轉換及脈寬調變，以產生激磁電流命令，並將激磁電流命令提供給變頻器151。接著，變頻器151可以依據調變單元114所產生之激磁電流命令輸出激磁電流(三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c )，以驅動馬達152進行運轉(例如馬達152轉動第一角度或是馬達152轉動第二角度)。
電流感測器115用以量測馬達裝置150的三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c 。進一步來說，電流感測器115耦接變頻器151之輸出端，並量測變頻器151所輸出之三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c ，以產生三相電流值
i
a 、
i
b 、
i
c 對應的感測電流(例如
、
、
)。
在一些實施例中，電流感測器115用以量測變頻器151所輸出之三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c 之第一相電流(例如
i
a )及第二相電流(例如
i
b )，以產生三相電流值
i
a 、
i
b 、
i
c 對應的感測電流(例如
、
)並且控制器110可以依據第一相電流(例如
i
a )對應的感測電流(例如
)及第二相電流(例如
i
b )對應的感測電流(例如
)計算出三相電流值之第三相電流(例如
i
c )對應的感測電流(例如
)。在一些實施例中，電流感測器115可以包括霍爾感測器(Hall sensor)或電流感測電阻(current sensing resistor)，但本發明實施例不限於此。
三相轉二相轉換器116耦接電流感測器115、控制單元112與電流控制器113。三相轉二相轉換器116接收電流感測器115所產生之三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c 的感測電流(例如
、
、
)與控制單元112所產生之估測座標軸之轉子角度，並依據估測座標軸之轉子角度將三相電流
i
a 、
i
b 、
i
c 的感測電流(例如
、
、
)轉換成二相的估測座標軸電流(例如δ軸電流
i δ與γ軸電流
i γ )，且將二相的估測座標軸電流(例如δ軸電流
i δ與γ軸電流
i γ )輸出至電流控制器113。
第4圖為依據本發明之一實施例之馬達檢測方法的流程圖。本實施例之馬達檢測方法用於檢測一馬達裝置。在步驟S402中，在第一期間，提供激磁電流命令至馬達裝置，並驅動馬達裝置轉動而停留在第一靜止位置或者第二靜止位置。在步驟S404中，確認第一期間是否結束。當確認第一期間未結束時，回到步驟S402。當確認第一期間結束時，進入步驟S406，在第二期間，依據激磁電流命令，驅動馬達裝置轉動第一角度。在步驟S408中，確認第二期間是否結束。當確認第二期間未結束時，回到步驟S406。當確認第二期間結束時，進入步驟S410，在第三期間，檢測並取得馬達裝置於第一靜止位置的第一回授角度。
在步驟S412中，確認第三期間是否結束。當確認第三期間未結束時，回到步驟S410。當確認第三期間結束時，進入步驟S414，在第四期間，依據激磁電流命令，驅動馬達裝置轉動第二角度。在步驟S416中，確認第四期間是否結束。當確認第四期間未結束時，回到步驟S414。當確認第四期間結束時，進入步驟S418，在第五期間，檢測並取得馬達裝置於第二靜止位置的第二回授角度。在步驟S420中，確認第五期間是否結束。當確認第五期間未結束時，回到步驟S418。當確認第五期間結束時，進入步驟S422，依據第一回授角度與第二回授角度，計算馬達裝置的磁極偏移角。
在一些實施例中，第一角度與第二角度相反。在一些實施例中，第一角度的角度範圍例如為+45度至+135度，且第二角度的範圍例如為-45度至-135度。進一步來說，第一角度例如為+90度，第二角度例如為-90度。在一些實施例中，當第二回授角度大於第一回授角度時，將磁極偏移角加上第三角度，以產生校正磁極偏移角。進一步來說，第三角度例如為180度。
第5圖為依據本發明之另一實施例之馬達檢測方法的流程圖。在本實施例中，步驟S402~S422與第4圖之步驟S402~S422相同或相似，可參考第4圖之實施例的說明，故在此不再贅述。在步驟S502中，當第二回授角度大於第一回授角度時，將磁極偏移角加上第三角度，以產生校正磁極偏移角。在本實施例中，第三角度例如為180度。
值得注意的是，第4圖與第5圖之步驟的順序僅用以作為說明之目的，不用於限制本發明實施例之步驟的順序，且上述步驟之順序可由使用者視其需求而改變。並且，在不脫離本發明之精神以及範圍內，可增加額外之步驟或者使用更少之步驟。
綜上所述，本發明所揭露之馬達檢測方法與馬達檢測裝置，透過提供激磁電流命令至馬達裝置，並驅動馬達裝置轉動第一角度，檢測並取得馬達裝置於第一靜止位置的第一回授角度，且依據激磁電流命令，驅動馬達裝置轉動第二角度，檢測並取得馬達裝置於第二靜止位置的第二回授角度，並依據第一回授角度與第二回授角度，計算馬達裝置的磁極偏移角。另外，本實施例進一步當第二回授角度大於第一回授角度時，將磁極偏移角加上第三角度，以產生校正磁極偏移角。如此一來，可以有效地檢測並得到正確的磁極偏移角，以降低自學習時間且提高學習精度，並可並利用上述磁極偏移角進行校正，以提高馬達裝置的驅動性能及變頻器的容錯能力。
本發明雖以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:馬達檢測裝置
110:控制器
111:位置檢測單元
112:控制單元
113:電流控制器
114:調變單元
115:電流感測器
116:三相轉二相轉換器
120:編碼器
150:馬達裝置
151:變頻器
152:馬達
153:轉換器
i
a ,
i
b ,
i
c :三相電流
, , :感測電流
S11,S12,S13,S14,S21,S22,S23,S24,S25,S26:曲線
T0,T1,T2,T3,T4:期間
P1:第一靜止位置
P2:第二靜止位置
:第一回授角度
:第二回授角度
S402~S422,S502:步驟
第1圖為依據本發明之一實施例之馬達檢測裝置的示意圖。
第2圖為依據本發明之一實施例之馬達裝置之轉矩與回授角度的波形圖。
第3圖為依據本發明之一實施例之馬達檢測裝置的運作時序圖。
第4圖為依據本發明之一實施例之馬達檢測方法的流程圖。
第5圖為依據本發明之另一實施例之馬達檢測方法的流程圖。
S402~S422:步驟
Claims (12)
- 一種馬達檢測方法，用於檢測一馬達裝置，該馬達檢測方法包括： 提供一激磁電流命令至該馬達裝置，並驅動該馬達裝置轉動一第一角度； 檢測並取得該馬達裝置於一第一靜止位置的一第一回授角度； 依據該激磁電流命令，驅動該馬達裝置轉動一第二角度； 檢測並取得該馬達裝置於一第二靜止位置的一第二回授角度；以及 依據該第一回授角度與該第二回授角度，計算該馬達裝置的一磁極偏移角。
- 如請求項1之馬達檢測方法，其中該第一角度與該第二角度相反。
- 如請求項2之馬達檢測方法，其中該第一角度的角度範圍為+45度至+135度，且該第二角度的範圍為-45度至-135度。
- 如請求項3之馬達檢測方法，其中該第一角度為+90度，該第二角度為-90度。
- 如請求項1之馬達檢測方法，更包括： 當該第二回授角度大於該第一回授角度時，將該磁極偏移角加上一第三角度，以產生一校正磁極偏移角。
- 如請求項5之馬達檢測方法，其中該第三角度為180度。
- 一種馬達檢測裝置，用於檢測一馬達裝置，該馬達檢測裝置包括： 一控制器，提供一激磁電流命令至該馬達裝置，並驅動該馬達裝置轉動一第一角度以及驅動該馬達裝置轉動一第二角度；以及 一編碼器，檢測並取得該馬達裝置於一第一靜止位置的一第一回授角度以及該馬達裝置於一第二靜止位置的一第二回授角度； 其中，該控制器依據該第一回授角度與該第二回授角度，計算該馬達裝置的一磁極偏移角。
- 如請求項7之馬達檢測裝置，其中該第一角度與該第二角度相反。
- 如請求項8之馬達檢測裝置，其中該第一角度的角度範圍為+45度至+135度，且該第二角度的範圍為-45度至-135度。
- 如請求項9之馬達檢測裝置，其中該第一角度為+90度，該第二角度為-90度。
- 如請求項7之馬達檢測裝置，其中當該第二回授角度大於該第一回授角度時，該控制器更將該磁極偏移角加上一第三角度，以產生一校正磁極偏移角。
- 如請求項11之馬達檢測裝置，其中該第三角度為180度。
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2022
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