TWI867795B - Inductor driving device and inductor driving method - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係有關於伺服馬達(servomotor),且尤指一種應用於伺服馬達的電感驅動裝置以及相關電感驅動方法。 The present invention relates to a servomotor, and in particular to an inductive drive device and a related inductive drive method used in a servomotor.
對於現有的伺服馬達來說,當伺服馬達無法成功地運轉時,使用者無法根據任一個資訊來對伺服馬達進行故障排除(troubleshooting),此時,使用者需要清楚地將伺服馬達的運轉狀況通知給製造商以使得製造商能夠去猜測伺服馬達無法運轉的原因,並找出解決方法來讓伺服馬達正常運轉。由於上述處理過程相當耗時,因此,極需一種能夠自動地將伺服馬達的目前錯誤狀況通知給使用者的電感驅動裝置以及相關的電感驅動方法。 For existing servo motors, when the servo motor fails to operate successfully, the user cannot perform troubleshooting on the servo motor based on any information. At this time, the user needs to clearly inform the manufacturer of the operating status of the servo motor so that the manufacturer can guess the reason why the servo motor fails to operate and find a solution to make the servo motor operate normally. Since the above processing process is quite time-consuming, an inductive drive device and a related inductive drive method that can automatically notify the user of the current error status of the servo motor are highly needed.
因此,本發明的目的之一在於提供一種應用於伺服馬達的電感驅動裝置以及相關電感驅動方法,以解決上述問題。 Therefore, one of the purposes of the present invention is to provide an inductive drive device and a related inductive drive method for a servo motor to solve the above problems.
根據本發明一實施例,提供了一種電感驅動裝置。電感驅動裝置包含有多個開關元件以及一控制電路,其中一電感係根據多個開關元件的切換來 被驅動,以及控制電路係用以產生一控制訊號以控制多個開關元件。在一第一模式中,控制訊號具有一固定頻率。在一第二模式中,控制電路調整控制訊號的一頻率並不斷地改變電感的一電流方向,以透過電感來產生多個音訊訊號的其一。 According to an embodiment of the present invention, an inductor driving device is provided. The inductor driving device includes a plurality of switch elements and a control circuit, wherein an inductor is driven according to the switching of the plurality of switch elements, and the control circuit is used to generate a control signal to control the plurality of switch elements. In a first mode, the control signal has a fixed frequency. In a second mode, the control circuit adjusts a frequency of the control signal and continuously changes a current direction of the inductor to generate one of a plurality of audio signals through the inductor.
根據本發明一實施例,提供了一種電感驅動方法。電感驅動方法包含有:產生一控制訊號來控制多個開關元件;以及根據多個開關元件的切換來驅動一電感;其中在一第一模式中,控制訊號具有一固定頻率;以及在一第二模式中,調整控制訊號的一頻率並不斷地改變電感的一電流方向,以透過電感來產生多個音訊訊號的其一。 According to an embodiment of the present invention, an inductor driving method is provided. The inductor driving method includes: generating a control signal to control a plurality of switch elements; and driving an inductor according to the switching of the plurality of switch elements; wherein in a first mode, the control signal has a fixed frequency; and in a second mode, adjusting a frequency of the control signal and continuously changing a current direction of the inductor to generate one of a plurality of audio signals through the inductor.
根據本發明另一實施例,提供了一種電感驅動裝置。電感驅動裝置包含有多個開關元件以及一控制電路,其中一電感係根據多個開關元件的切換來被驅動,以及開關電路係用以產生一控制訊號以控制多個開關元件。在一第一模式中,控制訊號具有一固定頻率。在一第二模式中,控制電路調整控制訊號的一頻率以透過電感來產生多個音訊訊號的其一,其中多個音訊訊號中的每一個音訊訊號係藉由一摩斯密碼來組成。 According to another embodiment of the present invention, an inductor drive device is provided. The inductor drive device includes a plurality of switch elements and a control circuit, wherein an inductor is driven according to the switching of the plurality of switch elements, and the switch circuit is used to generate a control signal to control the plurality of switch elements. In a first mode, the control signal has a fixed frequency. In a second mode, the control circuit adjusts a frequency of the control signal to generate one of a plurality of audio signals through the inductor, wherein each of the plurality of audio signals is composed by a Morse code.
本發明的好處之一在於本發明所揭露的電感驅動裝置(其應用於一伺服馬達)以及相關的電感驅動方法可藉由一相對應的音訊訊號來將伺服馬達的一目前警報狀態通知給使用者,其中該音訊訊號係透過包含於伺服馬達的定子繞組的嘯叫來產生,並係藉由摩斯密碼來組成。此外,當伺服馬達的操作模式係一警報模式時,伺服馬達之定子繞組的電流方向被不斷地改變以保持伺服馬達靜止不動,於電流方向改變操作的期間,可以交替地操作用來驅動伺服馬 達的多個開關元件,其減少了開關元件的熱耗,並因此改善了開關元件的可靠性。 One of the benefits of the present invention is that the inductive drive device (which is applied to a servo motor) and the related inductive drive method disclosed in the present invention can notify the user of a current alarm state of the servo motor by a corresponding audio signal, wherein the audio signal is generated by the howling of the stator winding included in the servo motor and is composed by Morse code. In addition, when the operating mode of the servo motor is an alarm mode, the current direction of the stator winding of the servo motor is continuously changed to keep the servo motor stationary. During the current direction change operation, multiple switch elements used to drive the servo motor can be operated alternately, which reduces the heat loss of the switch elements and thus improves the reliability of the switch elements.
100:馬達系統 100: Motor system
10:比例積分微分控制器 10: Proportional integral derivative controller
12:比例積分微分速度控制器 12: Proportional integral derivative speed controller
14:電感驅動裝置 14: Inductive drive device
16:伺服馬達 16:Servo motor
18:位置感測器 18: Position sensor
20:霍爾感測器 20: Hall sensor
P_C:位置命令 P_C: Position command
F_P:回授位置 F_P: Feedback position
V_C:速度命令 V_C: speed command
F_V:回授速度 F_V: Feedback speed
VO_C:電壓命令 VO_C: voltage command
PS_S:相序訊號 PS_S: Phase sequence signal
SRP,SRV:減法結果 SRP,SRV: Subtraction result
CS:控制訊號 CS: Control signal
200:控制電路 200: Control circuit
201:電源供應 201: Power supply
202:開關電路 202: Switching circuit
204:轉子 204: Rotor
VDD:供應電壓 VDD: supply voltage
S1~S6:開關元件 S1~S6: switch components
V_DRV:驅動電壓 V_DRV: driving voltage
U,V,W:定子繞組 U,V,W: stator winding
S300~S310,S400,S402,S404,S406,S408,S409,S410,S411,S412,S500,S502:步 驟 S300~S310,S400,S402,S404,S406,S408,S409,S410,S411,S412,S500,S502: Step
第1圖為依據本發明一實施例之馬達系統的示意圖。 Figure 1 is a schematic diagram of a motor system according to an embodiment of the present invention.
第2圖為依據本發明一實施例之第1圖所示之電感驅動裝置與伺服馬達之間的配置的示意圖。 Figure 2 is a schematic diagram of the configuration between the inductive drive device and the servo motor shown in Figure 1 according to an embodiment of the present invention.
第3圖為依據本發明一實施例之第1圖所示之伺服馬達的正常模式與警報模式之間的切換的流程圖。 Figure 3 is a flow chart of switching between the normal mode and the alarm mode of the servo motor shown in Figure 1 according to an embodiment of the present invention.
第4圖為依據本發明一實施例之第2圖所示之控制電路的操作的流程圖。 Figure 4 is a flow chart of the operation of the control circuit shown in Figure 2 according to an embodiment of the present invention.
第5圖為依據本發明一實施例之電感驅動方法的流程圖。 Figure 5 is a flow chart of an inductive driving method according to an embodiment of the present invention.
第6圖為依據本發明一實施例之第1圖所示之伺服馬達的警報模式中的電流變化之範例的示意圖。 Figure 6 is a schematic diagram of an example of current changes in the alarm mode of the servo motor shown in Figure 1 according to an embodiment of the present invention.
第1圖為依據本發明一實施例之馬達系統100的示意圖。如第1圖所示,馬達系統100可包含有比例積分微分(proportional-integral-derivative,PID)位置控制器10(為簡潔起見,在第1圖中標記為“PID位置控制器”)、比例積分微分速度控制器12(為簡潔起見,在第1圖中標記為“PID速度控制器”)、電感驅動裝置14、伺服馬達(servomotor)16以及位置感測器18,其中位置感測器18係用以為伺服馬達16進行一閉迴路(closed-loop)控制。伺服馬達16的範例可包含有但不限於:三相交流(alternating current,AC)感應馬達、無刷直流(direct current,DC)馬達、有刷直流馬達以及開關磁阻馬達(switched reluctance motor,SRM)。為了更好
的理解,在本實施例中,伺服馬達16可以是三相無刷直流馬達。在伺服馬達16係三相無刷直流馬達的情況下,馬達系統100可另包含有霍爾感測器(hall sensor)20,其中霍爾感測器20可用以產生並傳送一相序(phase sequence)訊號PS_S至電感驅動裝置14以供透過電感驅動裝置14來對伺服馬達16的定子(stator)進行換相操作。在某些實施例中,伺服馬達16可以是一有刷馬達,並且可藉由輸入至伺服馬達16的電壓(或電流)的正負號來控制伺服馬達16的正轉(forward rotation)/逆轉(reverse rotation)。
FIG. 1 is a schematic diagram of a
比例積分微分位置控制器10可用以接收一位置命令P_C,自位置感測器18接收伺服馬達16(尤其是,伺服馬達16的轉子(rotor))的一回授位置F_P,自位置命令P_C減去回授位置F_P以產生一減法結果SRP,並將減法結果SRP轉換為一速度命令V_C。比例積分微分速度控制器12可用以自比例積分微分位置控制器10接收速度命令V_C,自位置感測器18接收伺服馬達16的一回授速度F_V,自速度命令V_C減去回授速度F_V以產生一減法結果SRV,並將減法結果SRV轉換為一電壓命令VO_C。電感驅動裝置14可用以根據電壓命令VO_C來產生一控制訊號CS以供驅動包含於伺服馬達16中的一電感(例如定子繞組)。此外,因應伺服馬達16處於一警報狀態(alarm state),電感驅動裝置14可調整控制訊號CS的頻率並不斷地改變流經定子繞組之電流的電流方向,以藉由電感(例如定子繞組)的嘯叫(whistle)來產生多的音訊訊號的其一。
The
詳細地來說,請參照第2圖,第2圖為依據本發明一實施例之第1圖所示之電感驅動裝置14與伺服馬達16之間的配置的示意圖。如第2圖所示,電感驅動裝置14可包含有控制電路200以及開關電路202,其中開關電路202可包含有多個開關元件S1~S6,以及開關元件S1~S6中的每一個開關元件可藉由一電晶體來
實現。此外,開關元件S1~S6可自電源供應201接收一供應電壓VDD,其中電源供應201可藉由一電池來實現。伺服馬達16可包含有轉子204以及一定子,轉子204可以是一磁鐵,定子可以是一三相定子繞組,其包含有定子繞組U、定子繞組V以及定子繞組W。
For details, please refer to FIG. 2, which is a schematic diagram of the configuration between the
控制電路200可用以根據電壓命令VO_C來產生控制訊號CS以控制開關元件S1~S6的開啟與關閉,因應開關元件S1~S6的切換,可產生一驅動電壓V_DRV來驅動伺服馬達16(尤其是,伺服馬達16的定子繞組U、V以及W),亦即,可根據驅動V_DRV來改變伺服馬達16的磁場角度(例如轉子204的角度)以使得伺服馬達16運轉。在藉由驅動電壓V_DRV來驅動伺服馬達16之後,因應伺服馬達16平穩地運轉,則伺服馬達16的操作模式可以是一正常模式,為了更好的理解,假設伺服馬達16的操作模式初始為正常模式。
The
在正常模式中,控制訊號CS具有一固定頻率(例如20千赫茲(kHz)),並且控制訊號CS的一工作週期係根據開關元件S1~S6的切換來調整,舉例來說,控制訊號CS可以是一脈衝寬度調變(pulse width modulation,PWM)訊號。此外,可依序將轉子204的角度改變至0度、60度、120度、180度、240度、300度並回到0度、60度、...、以此類推。具體上來說,在一開始時,在轉子204的角度被改變至0度的情況下,開關元件S1與S4會被開啟,開關元件S2、S3、S5與S6會被關閉(如第2圖所示),並且電流會透過開關元件S1來流入定子繞組U,自定子繞組V流出,並透過開關元件S4來流回至電源供應201。在轉子204的角度自0度被改變至60度的情況下,開關元件S1與S6會被開啟,開關元件S2、S3、S4與S5會被關閉,並且電流會透過開關元件S1來流入定子繞組U,自定子繞組W流出,並透過開關元件S6來流回至電源供應201。在轉子204的角度自60度被改變至120度
的情況下,開關元件S3與S6會被開啟,開關元件S1、S2、S4與S5會被關閉,並且電流會透過開關元件S3來流入定子繞組V,自定子繞組W流出,並透過開關元件S6來流回至電源供應201。
In the normal mode, the control signal CS has a fixed frequency (e.g., 20 kHz), and a duty cycle of the control signal CS is adjusted according to the switching of the switch elements S1-S6. For example, the control signal CS can be a pulse width modulation (PWM) signal. In addition, the angle of the
在轉子204的角度自120度被改變至180度的情況下,開關元件S2與S3會被開啟,開關元件S1、S4、S5與S6會被關閉,並且電流會透過開關元件S3來流入定子繞組V,自定子繞組U流出,並透過開關元件S2來流回至電源供應201。在轉子204的角度自180度被改變至240度的情況下,開關元件S2與S5會被開啟,開關元件S1、S3、S4與S6會被關閉,並且電流會透過開關元件S5來流入定子繞組W,自定子繞組U流出,並透過開關元件S2來流回至電源供應201。在轉子204的角度自240度被改變至300度的情況下,開關元件S4與S5會被開啟,開關元件S1、S2、S3與S6會被關閉,並且電流會透過開關元件S5來流入定子繞組W,自定子繞組V流出,並透過開關元件S4來流回至電源供應201。
When the angle of the
當伺服馬達16的操作模式係正常模式時,控制電路200可藉由載入並執行程式碼來實現一演算法,以判斷伺服馬達16是否位於多個警報狀態ES_1~ES_M中的任一個警報狀態,其中“M”係大於1的整數(例如M=4)。在警報狀態ES_1中,對應於電壓命令VO_C的一電壓超過伺服馬達16的電壓範圍。在警報狀態ES_2中,伺服馬達16的轉子204發生堵轉(blocked)。在警報狀態ES_3中,電感驅動裝置14的溫度超過開關元件S1~S6的操作溫度。在警報狀態ES_4時,遺失了輸入至馬達系統100(尤其是,伺服馬達16)的位置命令P_C。警報狀態ES_1~_ES_4僅作為說明之用,並且本發明不限於此,應注意的是,可根據實際設計考量來調整警報狀態ES_1~_ES_M的數量以及類型。
When the operation mode of the
因應伺服馬達16係位於警報狀態ES_1~_ES_M中的任一個警報狀態時,伺服馬達16的操作模式自正常模式被切換一警報模式。在警報模式中,控制電路200可調整控制訊號CS的頻率並保持控制訊號CS的工作週期不變,以透過電感(例如包含於伺服馬達16中的定子繞組U、V與W)的嘯叫來產生多個音訊訊號AS_1~AS_M中的一音訊訊號,其中控制訊號CS可以是一脈衝頻率調變(pulse frequency modulation,PFM)訊號,並且音訊訊號AS_1~AS_M分別對應於警報狀態ES_1~ES_M。舉例來說,控制訊號CS的頻率可以自正常模式中的固定頻率(例如20千赫茲)減少至人耳能聽到的一低頻率(例如5千赫茲)。
In response to the
對於警報狀態ES_1~ES_M中的每一個警報狀態來說,會發生伺服馬達16的一警報,因此,在伺服馬達16係位於正常模式中的情況下,控制電路200可另用以判斷是否發生了伺服馬達16的任一個警報。因應伺服馬達16之警報的發生,控制電路200可判斷伺服馬達16的一目前警報狀態係警報狀態ES_1~ES_M中的哪一個警報狀態,並藉由調整控制訊號CS的頻率來產生一音訊訊號,其中該音訊訊號指示該目前警報狀態並係音訊訊號AS_1~AS_M的其一。
For each of the alarm states ES_1 to ES_M, an alarm of the
應注意的是,音訊訊號AS_1~AS_M中的每一個音訊訊號係藉由一摩斯密碼(Morse code)來組成。在本實施例中,音訊訊號AS_1~AS_M中的每一個音訊訊號可以是長音與短音的組合,舉例來說,在警報狀態ES_1~ES_M的數量為8(亦即M=8)的情況下,可利用具有長音與短音的3個聲音的8種不同組合(例如3長音、2長音+1短音、1長音+2短音、1長音+1短音+1長音、1短音+1長音+1短音、1短音+2長音、2短音+1長音以及3短音)來分別產生音訊訊號AS_1~AS_8,以將伺服馬達16的目前警報狀態通知給使用者,其中8種組合分別對應於警報狀態ES_1~ES_8,在每一個聲音之間具有不具聲音的一第一時間間隔來允許使用者
在長音與短音之間進行區分,每一個組合會不斷地重複,在組合重複的處理中,會藉由不具聲音的一第二時間間隔來區分相鄰組合,並且第二時間間隔可長於第一時間間隔。舉例來說,在控制電路200產生脈衝頻率調變訊號以透過伺服馬達16的定子繞組U、V與W來產生1長音+2短音之組合的情況下,可依序產生1秒的長音、0.2秒的第一時間間隔、0.2秒的短音、0.2秒的第一時間間隔、0.2秒的短音、1.2秒的第二時間間隔、有著相同聲音(亦即1長音+2短音)的下一個組合、...、以此類推。又例如,在警報狀態ES_1~ES_M的數量為16(亦即M=16)的情況下,可利用具有長音與短音的4個聲音的組合來分別產生音訊訊號AS_1~AS_16,亦即,在以供組合的聲音之數量為n的情況下,警報狀態ES_1~ES_M的數量可以是2 n (亦即M=2 n )。
It should be noted that each of the audio signals AS_1 to AS_M is composed by a Morse code. In the present embodiment, each of the audio signals AS_1 to AS_M can be a combination of a long tone and a short tone. For example, when the number of alarm states ES_1 to ES_M is 8 (i.e., M=8), 8 different combinations of 3 sounds with long and short tones (e.g., 3 long tones, 2 long tones + 1 short tone, 1 long tone + 2 short tones, 1 long tone + 1 short tone + 1 long tone, 1 short tone + 1 long tone + 1 short tone, 1 short tone + 2 long tones, 2 short tones + 1 long tone, and 3 short tones) can be used to generate an alarm. Audio signals AS_1 to AS_8 are generated respectively to inform the user of the current alarm status of the
在某些實施例中,可改變聲音的振幅而無需改變控制訊號CS的頻率,以藉由具有大小聲的一聲音組合來區分伺服馬達16的警報狀態,其中該聲音組合亦可由摩斯密碼來組成。由於具有大小聲的聲音組合之操作類似於具有長短音的聲音組合之操作,因此為簡潔起見,在此不再重複詳細描述類似內容。
In some embodiments, the amplitude of the sound can be changed without changing the frequency of the control signal CS, so as to distinguish the alarm state of the
第3圖為依據本發明一實施例之第1圖所示之伺服馬達16的正常模式與警報模式之間的切換的流程圖。假若可以得到相同的結果,則步驟不一定要完全遵照第3圖所示的流程來依序執行,舉例來說,第3圖所示之切換操作可藉由第1圖所示之電感驅動裝置14(尤其是,第2圖所示之控制電路200)來實現。
FIG. 3 is a flow chart of switching between the normal mode and the alarm mode of the
在步驟S300中,在接收到電壓命令VO_C之後,控制電路200可根據電壓命令VO_C來產生控制訊號CS以驅動伺服馬達16的定子繞組U、V與W,其中伺服馬達16的操作模式初始為正常模式。
In step S300, after receiving the voltage command VO_C, the
在步驟S302中,控制電路200可判斷是否發生伺服馬達16的任一個警報,如果是,進入步驟S304;如果否,則進入步驟S300。
In step S302, the
在步驟S304中,伺服馬達16的操作模式自正常模式切換至警報模式。
In step S304, the operating mode of the
在步驟S306中,控制電路200判斷伺服馬達16的目前警報狀態係警報狀態ES_1~ES_M中的那一個警報狀態。
In step S306, the
在步驟S308中,控制電路200藉由調整控制訊號CS的頻率來產生音訊訊號AS_1~AS_M中的對應於目前警報狀態的音訊訊號。
In step S308, the
在步驟S310中,控制電路200可判斷目前警報是否已解除(例如使用者根據相對應的音訊訊號來對伺服馬達16進行錯誤排除操作,並因此使得伺服馬達16正常地運作),如果是,進入步驟S300;如果否,進入步驟S304。
In step S310, the
由於熟習技藝者可透過上述說明書內容而輕易瞭解第3圖所示各步驟的操作,為了簡潔起見,於本實施例中的類似內容在此不重複贅述。 Since those skilled in the art can easily understand the operation of each step shown in Figure 3 through the above instructions, for the sake of brevity, similar contents in this embodiment will not be repeated here.
當伺服馬達16的操作模式係警報模式時,於改變開關元件S1~S6之切換模式(例如自電流從定子繞組U流至定子繞組V的切換模式改變至電流從定子繞組U流至定子繞組W的另一個切換模式)及/或產生音訊訊號AS_1~AS_M的處理期間,伺服馬達16可能會轉動,其會對伺服馬達16造成損壞。為解決此問題,控制電路200可不斷地改變伺服馬達16的定子繞組U、V與W的電流方向以在警報
模式中保持伺服馬達16靜止不動。
When the operation mode of the
具體上來說,控制電路200可重複地以180度反向改變電流方向,以使得電流方向在正方向與負方向之間交替地改變。以伺服馬達16的轉子角度係0度為例,當電流自定子繞組U流至定子繞組V(其視為電流方向的正方向)時,伺服馬達16的磁場方向可被改變至N極。因應伺服馬達16即將向N極移動但尚未開始移動時,控制電路以180度反向改變電流方向以使得電流自定子繞組V流至定子繞組U(其視為電流方向的負方向;亦即電流方向自正方向改變至負方向,以及伺服馬達16的轉子角度自0度改變至180度),並且伺服馬達16的磁場方向被改變至S極。因應伺服馬達16即將向S極移動但尚未開始移動時,控制電路以180度反向改變電流方向以使得電流自定子繞組U流至定子繞組V(亦即電流方向自負方向改變至正方向,以及伺服馬達16的轉子角度自180度改變至0度),並且伺服馬達16的磁場方向被改變至N極。藉由重複進行上述操作(亦即電流方向在正方向與負方向之間交替地改變),伺服馬達16在警報模式中不會轉動。
Specifically, the
在本實施例中,用於警報模式中的伺服馬達16之電流方向改變操作可劃分為6個案例(例如案例1~6)。在案例1中,在進入警報模式前,伺服馬達16的轉子角度係0度(亦即電流自定子繞組U流至定子繞組V),控制電路200可根據控制訊號CS來將伺服馬達16的轉子角度在0度與180度(亦即電流自定子繞組V流至定子繞組U)之間重複地改變。在案例2中,在進入警報模式前,伺服馬達16的轉子角度係60度(亦即電流自定子繞組U流至定子繞組W),控制電路200可根據控制訊號CS來將伺服馬達16的轉子角度在60度與240度(亦即電流自定子繞組W流至定子繞組U)之間重複地改變。在案例3中,在進入警報模式前,伺服馬達16的轉子角度係120度(亦即電流自定子繞組V流至定子繞組W),控制
電路200可根據控制訊號CS來將伺服馬達16的轉子角度在120度與300度(亦即電流自定子繞組W流至定子繞組V)之間重複地改變。對於案例4~6來說,伺服馬達16的轉子角度分別為180度、240度以及300度,並且可分別對應於案例1~3,為簡潔起電,對於案例4~6的操作在此不再重複詳細描述。
In this embodiment, the current direction change operation of the
在電流方向於正方向與負方向之間交替地改變的情況下,可交替地操作開關元件S1~S6。以上述案例1為例,當伺服馬達16的轉子角度係0度時,開關元件S1與S4被開啟,而當伺服馬達16的轉子角度係180度時,開關元件S2與S3被開啟。藉由交替地操作開關元件S1~S6,可減少開關元件S1~S6的熱耗(heat consumption),其可改善開關元件S1~S6的可靠性。
When the current direction changes alternately between the positive direction and the negative direction, the switch elements S1 to S6 can be operated alternately. Taking the above case 1 as an example, when the rotor angle of the
在某些實施例中,在伺服馬達16係有刷直流馬達的情況下,控制電路200亦可透過在正方向與負方向之間交替地改變電流方向來使得伺服馬達16於警報模式中不會轉動。為簡潔起見,對於該些實施例的類似內容在此不再重複詳細描述。
In some embodiments, when the
第4圖為依據本發明一實施例之第2圖所示之控制電路200的操作的流程圖。假若可以得到相同的結果,則步驟不一定要完全遵照第4圖所示的流程來依序執行。在本實施例中,假設伺服馬達16的操作模式初始為正常模式。
FIG. 4 is a flow chart of the operation of the
在步驟S400中,判斷是否發生伺服馬達16的任一個警報,如果是,進入步驟S410;如果否,進入步驟S402。
In step S400, determine whether any alarm of the
在步驟S402中,伺服馬達16的操作模式維持為正常模式。
In step S402, the operation mode of the
在步驟S404中,判斷伺服馬達16是否為有刷直流馬達,如果是,進入步驟S408;如果否,進入步驟S406。
In step S404, determine whether the
在步驟S406中(例如伺服馬達16可以是無刷直流馬達),接收相序訊號PS_S以供對伺服馬達16的定子繞組U、V與W進行換相操作。
In step S406 (for example, the
在步驟S408中(例如伺服馬達16可以是有刷直流馬達),藉由輸入至伺服馬達16的電壓(或電流)的正負號來控制伺服馬達16的正轉/逆轉。
In step S408 (for example, the
在步驟S409中,根據電壓命令VO_C來產生控制訊號CS,其中控制訊號CS的頻率係固定的(例如20千赫茲),並且可透過調整控制訊號CS的工作週期來控制開關元件S1~S6的切換,以驅動伺服馬達16(尤其是,定子繞組U、V與W)。舉例來說,控制訊號CS可以是一脈衝寬度調變訊號。 In step S409, a control signal CS is generated according to the voltage command VO_C, wherein the frequency of the control signal CS is fixed (e.g., 20 kHz), and the switching of the switch elements S1~S6 can be controlled by adjusting the duty cycle of the control signal CS to drive the servo motor 16 (especially, the stator windings U, V and W). For example, the control signal CS can be a pulse width modulation signal.
在步驟S410中,伺服馬達16的操作模式自正常模式切換至警報模式。
In step S410, the operating mode of the
在步驟S411中,根據電壓命令VO_C來產生控制訊號CS,其中可透過調整控制訊號CS的頻率並保持控制訊號CS的工作週期不變,以透過電感(例如定子繞組U、V與W)的嘯叫來產生音訊訊號AS_1~AS_M,以及控制訊號CS可以是一脈衝頻率調變訊號。舉例來說,控制訊號CS的頻率可以自正常模式中的固定頻率(例如20千赫茲)降低至人耳可聽到的低頻率(例如5千赫茲)。 In step S411, a control signal CS is generated according to the voltage command VO_C, wherein the frequency of the control signal CS can be adjusted and the duty cycle of the control signal CS can be kept unchanged to generate audio signals AS_1~AS_M through the howling of the inductance (such as stator windings U, V and W), and the control signal CS can be a pulse frequency modulated signal. For example, the frequency of the control signal CS can be reduced from a fixed frequency (such as 20 kHz) in the normal mode to a low frequency audible to the human ear (such as 5 kHz).
在步驟S412中,流經定子繞組U、V與W之電流的電流方向以180度 反向重複地來回改變,以使得電流方向在正方向與負方向之間交替地改變。 In step S412, the current direction of the current flowing through the stator windings U, V and W is repeatedly reversed by 180 degrees, so that the current direction changes alternately between the positive direction and the negative direction.
由於熟習技藝者可透過上述說明書內容而輕易瞭解第4圖所示各步驟的操作,為了簡潔起見,於本實施例中的類似內容在此不重複贅述。 Since those skilled in the art can easily understand the operation of each step shown in Figure 4 through the above instructions, for the sake of brevity, similar contents in this embodiment will not be repeated here.
第5圖為依據本發明一實施例之電感驅動方法的流程圖。假若可以得到相同的結果,則步驟不一定要完全遵照第5圖所示的流程來依序執行。舉例來說,第5圖所示之電感驅動方法可藉由第1圖所示之電感驅動裝置14(尤其是,第2圖所示之控制電路200)來實現。
FIG. 5 is a flow chart of an inductive driving method according to an embodiment of the present invention. If the same result can be obtained, the steps do not have to be performed in sequence in full accordance with the flow shown in FIG. 5. For example, the inductive driving method shown in FIG. 5 can be implemented by the
在步驟S500中,產生控制訊號CS以控制開關元件S1~S6。 In step S500, a control signal CS is generated to control the switch elements S1~S6.
在步驟S502中,根據開關元件S1~S6的切換來驅動電感(例如定子繞組U、V與W),其中在正常模式中,控制訊號CS具有一固定頻率(例如20千赫茲);以及在警報模式中,控制訊號CS的頻率被調整(例如減少至人耳可聽到的低頻率,諸如5千赫茲)而定子繞組U、V與W的電流方向被不斷地改變,以透過定子繞組U、V與W的嘯叫來產生音訊訊號AS_1~AS_M。 In step S502, the inductor (e.g., stator windings U, V, and W) is driven according to the switching of the switch elements S1-S6, wherein in the normal mode, the control signal CS has a fixed frequency (e.g., 20 kHz); and in the alarm mode, the frequency of the control signal CS is adjusted (e.g., reduced to a low frequency audible to the human ear, such as 5 kHz) and the current direction of the stator windings U, V, and W is continuously changed to generate audio signals AS_1-AS_M through the howling of the stator windings U, V, and W.
由於熟習技藝者可透過上述說明書內容而輕易瞭解第5圖所示各步驟的操作,為了簡潔起見,於本實施例中的類似內容在此不重複贅述。 Since those skilled in the art can easily understand the operation of each step shown in Figure 5 through the above instructions, for the sake of brevity, similar contents in this embodiment will not be repeated here.
第6圖為依據本發明一實施例之第1圖所示之伺服馬達16的警報模式中的電流變化之範例的示意圖,其中橫軸代表時間(表示為“T”),而縱軸代表電流大小(表示為“A”)。在本實施例中,以上述案例1(亦即伺服馬達16的轉子
角度在0度與180度之間重複地改變)為例。如第6圖所示,於時間點t1與時間點t2之間的時間間隔的期間,電流自定子繞組U流至定子繞組V,並且電流在定子繞組V以正方向不斷地累積。於時間點t2與時間點t3的時間間隔的期間,電流在定子繞組V逐漸地消散。於時間點t3與時間點t4的時間間隔的期間,電流自定子繞組V流至定子繞組U,並且電流在定子繞組U以負方向不斷地累積。於時間點t4與時間點t5的時間間隔的期間,電流在定子繞組U逐漸地消散。如此一來,電流方向會以180度反向重複地改變,以使得電流方向在正方向與負方向之間交替地改變,並因此使得伺服馬達16的轉子角度在0度與180度之間重複地改變,因此,伺服馬達16可在警報模式中保持靜止不動。由於上述案例2~6的電流變化類似於案例1的電流變化,因此在此不再重複詳細贅述。
FIG. 6 is a schematic diagram of an example of current change in the alarm mode of the
總結來說,本發明所揭露的電感驅動裝置(其應用於一伺服馬達)以及相關的電感驅動方法可藉由一相對應的音訊訊號來將伺服馬達的一目前警報狀態通知給使用者,其中該音訊訊號係透過包含於伺服馬達的定子繞組的嘯叫來產生,並係藉由摩斯密碼來組成。此外,當伺服馬達的操作模式係一警報模式時,伺服馬達之定子繞組的電流方向被不斷地改變以保持伺服馬達靜止不動,於電流方向改變操作的期間,可以交替地操作用來驅動伺服馬達的多個開關元件,其減少了開關元件的熱耗,並因此改善了開關元件的可靠性。 In summary, the inductive drive device (applied to a servo motor) and the related inductive drive method disclosed in the present invention can notify a user of a current alarm state of the servo motor by a corresponding audio signal, wherein the audio signal is generated by the howling of the stator winding included in the servo motor and is composed by Morse code. In addition, when the operation mode of the servo motor is an alarm mode, the current direction of the stator winding of the servo motor is continuously changed to keep the servo motor stationary. During the current direction change operation, multiple switch elements used to drive the servo motor can be operated alternately, which reduces the heat loss of the switch elements and thus improves the reliability of the switch elements.
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。 The above is only the preferred embodiment of the present invention. All equivalent changes and modifications made within the scope of the patent application of the present invention shall fall within the scope of the present invention.
S500,S502:步驟 S500, S502: Steps
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| JP5524752B2 (en) * | 2010-07-28 | 2014-06-18 | 東芝シュネデール・インバータ株式会社 | Inverter device |
| CN115211025A (en) * | 2019-10-08 | 2022-10-18 | 博格华纳盖茨黑德有限公司 | Method and device for controlling an electric machine |
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