CN110932616B - 确定永磁同步电机转子角度位置的方法、装置及电机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种确定永磁同步电机转子角度位置的方法、装置及永磁同步电机。电机设置有极对数为电机的极对数的二倍的霍尔磁环，方法包括：在永磁同步电机上电且处于停止状态时，获取霍尔位置信号电平，根据霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值；在初始霍尔角度位置的q轴方向加入电流，判断初始扇区值是否发生变化；当发生变化时，记录扇区变化值，并根据扇区变化值确定永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位；当未发生变化时，在初始霍尔角度位置分别加入正电压脉冲和负电压脉冲，获取并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定霍尔位置标志位；根据霍尔位置标志位和初始霍尔角度位置，确定永磁同步电机的转子角度位置。

Description

确定永磁同步电机转子角度位置的方法、装置及电机

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体而言，涉及一种确定永磁同步电机转子角度位置的方法、装置及永磁同步电机。

背景技术

永磁同步电机的闭环控制是建立在多种控制变量可测的情况下实现的，如转速环和转矩环需要的反馈变量包括转速、转角和电流。其中，为了调节转子速度和位置，一般需要在电机转子轴端安装具有较高精度的位置传感器(如光电编码器和旋转变压器)用于转速和位置闭环控制，位置传感器的使用保证了电机的控制效果，但也存在系统成本增加、系统可靠性降低的缺点。低分辨率位置传感器永磁同步电机驱动技术是一种能够保证电机运行性能，同时有效控制系统成本，提高系统可靠性的转子位置检测技术，但其存在位置信息分辨率低、转速测算连续性差及滞后严重等缺点。

例如，在相关技术中永磁同步电机霍尔位置信号电平获取方案为：通过与永磁同步电机相同极对数的霍尔磁环检测永磁同步电机转子位置，霍尔磁环的极对数与永磁同步电机极对数相同，保证霍尔检测的角度与电机电角度完全对应。有三个相位互差120°的霍尔元件输出霍尔位置信号，如图1所示，霍尔位置信号1、2、3分别对应电机三相A、B、C。为了方便使用，对于霍尔磁环的安装有一定的要求，需要保证霍尔信号1的上限沿对应电机A相反电势的反向过零点。通过边沿捕获，能够获取电机的转子位置，其中六个扇区值2-3-1-5-4-6对应0°至180°(三个霍尔位置信号的电平分别为010，则扇区值为2，三个霍尔位置信号的电平分别为011，则扇区值为3，以此类推)。可以看出相关技术中永磁同步电机霍尔位置获取方案的位置分辨率为60°电角度，这对于要求较高的低速控制场合不能满足应用要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个方面在于提出了一种确定永磁同步电机转子角度位置的方法。

本发明的另一个方面在于提出了一种确定永磁同步电机转子角度位置的装置。

本发明的再一个方面在于提出了一种永磁同步电机。

有鉴于此，根据本发明的一个方面，提出了一种确定永磁同步电机转子角度位置的方法，永磁同步电机设置有多个霍尔位置传感器，以及设置有极对数为永磁同步电机的极对数的二倍的霍尔磁环，霍尔位置传感器用于输出霍尔位置信号，方法包括：在永磁同步电机上电且处于停止状态时，获取霍尔位置信号电平，根据霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值；在初始霍尔角度位置的q轴方向加入电流，判断初始扇区值是否发生变化；当初始扇区值发生变化时，记录扇区变化值，并根据扇区变化值确定永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位；当初始扇区值未发生变化时，在初始霍尔角度位置分别加入正电压脉冲和负电压脉冲，获取并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定霍尔位置标志位；根据霍尔位置标志位和初始霍尔角度位置，确定永磁同步电机的转子角度位置。

在该技术方案中，由于相关技术中通过与永磁同步电机相同极对数的霍尔磁环检测永磁同步电机转子位置，会出现霍尔的检测位置精度较低、对于要求较高的低速控制场合不能满足应用要求的问题。本发明提供了一种确定永磁同步电机转子角度位置的方法，具体为，为了提升霍尔位置信号电平的分辨率，安装两倍于电机极对数的霍尔磁环，且有三个相位互差120°的霍尔位置传感器输出霍尔位置信号。在永磁同步电机上电且处于停止状态时，获取霍尔位置信号电平，根据霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值。在初始霍尔角度位置的q轴方向加入电流，判断初始扇区值是否发生变化，当发生变化时记录扇区变化值，根据扇区变化值确定永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位，可根据霍尔位置标志位确定出永磁同步电机的旋转方向；当未发生变化时说明负载较大，注入的电流不足以让电机转动，则在初始霍尔角度位置分别加入正电压脉冲和负电压脉冲，检测并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定霍尔位置标志位，其中正电压脉冲与负电压脉冲宽度相同、电压幅值正负相反。进一步地，根据霍尔位置标志位和初始霍尔角度位置，确定永磁同步电机的转子角度位置。采用本发明的技术方案，通过安装两倍于电机极对数的霍尔磁环提高了位置检测精度，同时提出了解决采用两倍对数的霍尔磁环带来的电机初始位置确定的问题，在不增加成本的情况下提高了永磁同步电机低速控制性能。

根据本发明的上述确定永磁同步电机转子角度位置的方法，还可以具有以下技术特征：

在上述技术方案中，优选地，根据霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值，具体包括：根据霍尔位置信号电平，获取每30°范围内的扇区值作为初始扇区值；分别获取每个扇区对应的霍尔角度，作为初始霍尔角度位置。

在该技术方案中，永磁同步电机上电后，处于停止状态时，读取三相霍尔位置信号电平，根据三相霍尔位置信号电平获取每30°范围内的扇区值作为初始扇区值，再获取每个扇区对应的霍尔角度，作为初始霍尔角度位置。例如，在0°至180°之间，通过每30°范围进行划分，划分出6个扇区，根据每个扇区对应的三相霍尔位置信号电平确定扇区值，如将初始扇区值确定为6-4-5-1-3-2，即第一个扇区值为6、第二个扇区值为4、第三个扇区值为5、第四个扇区值为1、第五个扇区值为3、第六个扇区值为2。取每个扇区正负15°的对应角度作为初始霍尔角度位置，即六个扇区内取的角度分别为15°、45°、75°、105°、135°、165°，那么将初始霍尔角度位置记为15°、45°、75°、105°、135°、165°。将相关技术方案中的位置分辨率60°提升到30°，进而能够提高低速运行性能。

在上述任一技术方案中，优选地，根据扇区变化值，确定永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位，具体包括：设置霍尔位置标志位的初值为“0”；当存在预设变化信息时，霍尔位置标志位取反，预设变化信息包括从180°范围内的第一个扇区值变化为180°范围内的最后一个扇区值，或者从最后一个扇区值变化为第一个扇区值；当不存在预设变化信息时，若扇区变化值为第一顺序变化值，则确定旋转方向为正转，霍尔位置标志位保持不变；若扇区变化值为第二顺序变化值，则确定旋转方向为反转，霍尔位置标志位取反。

在该技术方案中，设置霍尔位置标志位的初值为“0”，当从第一个扇区值变化为最后一个扇区值(第六个扇区值)，或者从最后一个扇区值变化为第一个扇区值时霍尔位置标志位取反，例如，初始扇区值为6-4-5-1-3-2，那么当出现扇区值由6变成2或者由2变成6时霍尔位置标志位取反。当未出现此变化情况时，若扇区变化值为第一顺序变化值(即正序变化)时，如按照6-4-5-1-3-2-6变化，则确定旋转方向为正转，且霍尔位置标志位保持不变；若扇区变化值为第二顺序变化值(即反序变化)时，如按照6-2-3-1-5-4-6变化，则确定旋转方向为反转，且霍尔位置标志位取反，即实现通过设置霍尔位置标志位精确地表示出永磁同步电机的旋转情况。

在上述任一技术方案中，优选地，获取并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定霍尔位置标志位，具体包括：获取并比较正电流峰值和负电流峰值；当正电流峰值大于负电流峰值时，确定霍尔位置标志位为“0”；当正电流峰值小于等于负电流峰值时，确定霍尔位置标志位为“1”。

在该技术方案中，检测正电压脉冲的正电流峰值以及负电压脉冲的负电流峰值，并将两个电流峰值进行比较，其中正电压脉冲与负电压脉冲宽度相同、电压幅值正负相反。当正电流峰值大于负电流峰值时确定霍尔位置标志位为“0”；当正电流峰值小于等于负电流峰值时确定霍尔位置标志位为“1”。霍尔位置标志“0”表示电机位置在0°至180°区间，霍尔位置标志“1”表示电机位置在180°至360°区间。

在上述任一技术方案中，优选地，根据霍尔位置标志位和初始霍尔角度位置，确定永磁同步电机的转子角度位置，具体包括：当霍尔位置标志位为“0”时，转子角度位置等于初始霍尔角度位置；当霍尔位置标志位为“1”时，转子角度位置等于初始霍尔角度位置加上180°。

在该技术方案中，当霍尔位置标志位为“0”时，表示永磁同步电机旋转方向为正转，当前永磁同步电机的位置是在0°至180°区间内，则转子角度位置等于初始霍尔角度位置；当霍尔位置标志位为“1”时，表示永磁同步电机旋转方向为反转，当前永磁同步电机的位置是在180°至360°区间内，转子角度位置等于初始霍尔角度位置加上180°，解决了采用两倍对数的霍尔磁环带来的电机初始位置确定的问题。

根据本发明的另一个方面，提出了一种确定永磁同步电机转子角度位置的装置，永磁同步电机设置有多个霍尔位置传感器，以及设置有极对数为永磁同步电机的极对数的二倍的霍尔磁环，霍尔位置传感器用于输出霍尔位置信号，装置包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以：在永磁同步电机上电且处于停止状态时，获取霍尔位置信号电平，根据霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值；在初始霍尔角度位置的q轴方向加入电流，判断初始扇区值是否发生变化；当初始扇区值发生变化时，记录扇区变化值，并根据扇区变化值确定永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位；当初始扇区值未发生变化时，在初始霍尔角度位置分别加入正电压脉冲和负电压脉冲，获取并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定霍尔位置标志位；根据霍尔位置标志位和初始霍尔角度位置，确定永磁同步电机的转子角度位置。

在该技术方案中，由于相关技术中通过与永磁同步电机相同极对数的霍尔磁环检测永磁同步电机转子位置，会出现霍尔的检测位置精度较低、对于要求较高的低速控制场合不能满足应用要求的问题。本发明提供了一种确定永磁同步电机转子角度位置的方法，具体为，为了提升霍尔位置信号电平的分辨率，安装两倍于电机极对数的霍尔磁环，且有三个相位互差120°的霍尔位置传感器输出霍尔位置信号。在永磁同步电机上电且处于停止状态时，获取霍尔位置信号电平，根据霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值。在初始霍尔角度位置的q轴方向加入电流，判断初始扇区值是否发生变化，当发生变化时记录扇区变化值，根据扇区变化值确定永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位，可根据霍尔位置标志位确定出永磁同步电机的旋转方向；当未发生变化时说明负载较大，注入的电流不足以让电机转动，则在初始霍尔角度位置分别加入正电压脉冲和负电压脉冲，检测并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定霍尔位置标志位，其中正电压脉冲与负电压脉冲宽度相同、电压幅值正负相反。进一步地，根据霍尔位置标志位和初始霍尔角度位置，确定永磁同步电机的转子角度位置。采用本发明的技术方案，通过安装两倍于电机极对数的霍尔磁环提高了位置检测精度，同时提出了解决采用两倍对数的霍尔磁环带来的电机初始位置确定的问题，在不增加成本的情况下提高了永磁同步电机低速控制性能。

根据本发明的上述确定永磁同步电机转子角度位置的装置，还可以具有以下技术特征：

在上述技术方案中，优选地，处理器，具体用于执行计算机程序以：根据霍尔位置信号电平，获取每30°范围内的扇区值作为初始扇区值；分别获取每个扇区对应的霍尔角度，作为初始霍尔角度位置。

在该技术方案中，永磁同步电机上电后，处于停止状态时，读取三相霍尔位置信号电平，根据三相霍尔位置信号电平获取每30°范围内的扇区值作为初始扇区值，再获取每个扇区对应的霍尔角度，作为初始霍尔角度位置。例如，在0°至180°之间，通过每30°范围进行划分，划分出6个扇区，根据每个扇区对应的三相霍尔位置信号电平确定扇区值，如将初始扇区值确定为6-4-5-1-3-2，即第一个扇区值为6、第二个扇区值为4、第三个扇区值为5、第四个扇区值为1、第五个扇区值为3、第六个扇区值为2。取每个扇区正负15°的对应角度作为初始霍尔角度位置，即六个扇区内取的角度分别为15°、45°、75°、105°、135°、165°，那么将初始霍尔角度位置记为15°、45°、75°、105°、135°、165°。将相关技术方案中的位置分辨率60°提升到30°，进而能够提高低速运行性能。

在上述任一技术方案中，优选地，处理器，具体用于执行计算机程序以：设置霍尔位置标志位的初值为“0”；当存在预设变化信息时，霍尔位置标志位取反，预设变化信息包括从180°范围内的第一个扇区值变化为180°范围内的最后一个扇区值，或者从最后一个扇区值变化为第一个扇区值；当不存在预设变化信息时，若扇区变化值为第一顺序变化值，则确定旋转方向为正转，霍尔位置标志位保持不变；若扇区变化值为第二顺序变化值，则确定旋转方向为反转，霍尔位置标志位取反。

在该技术方案中，设置霍尔位置标志位的初值为“0”，当从第一个扇区值变化为最后一个扇区值(第六个扇区值)，或者从最后一个扇区值变化为第一个扇区值时霍尔位置标志位取反，例如，初始扇区值为6-4-5-1-3-2，那么当出现扇区值由6变成2或者由2变成6时霍尔位置标志位取反。当未出现此变化情况时，若扇区变化值为第一顺序变化值(即正序变化)时，如按照6-4-5-1-3-2-6变化，则确定旋转方向为正转，且霍尔位置标志位保持不变；若扇区变化值为第二顺序变化值(即反序变化)时，如按照6-2-3-1-5-4-6变化，则确定旋转方向为反转，且霍尔位置标志位取反，即实现通过设置霍尔位置标志位精确地表示出永磁同步电机的旋转情况。

在上述任一技术方案中，优选地，处理器，具体用于执行计算机程序以：获取并比较正电流峰值和负电流峰值；当正电流峰值大于负电流峰值时，确定霍尔位置标志位为“0”；当正电流峰值小于等于负电流峰值时，确定霍尔位置标志位为“1”。

在该技术方案中，检测正电压脉冲的正电流峰值以及负电压脉冲的负电流峰值，并将两个电流峰值进行比较，其中正电压脉冲与负电压脉冲宽度相同、电压幅值正负相反。当正电流峰值大于负电流峰值时确定霍尔位置标志位为“0”；当正电流峰值小于等于负电流峰值时确定霍尔位置标志位为“1”。霍尔位置标志“0”表示电机位置在0°至180°区间，霍尔位置标志“1”表示电机位置在180°至360°区间。

在上述任一技术方案中，优选地，处理器，具体用于执行计算机程序以：当霍尔位置标志位为“0”时，转子角度位置等于初始霍尔角度位置；当霍尔位置标志位为“1”时，转子角度位置等于初始霍尔角度位置加上180°。

在该技术方案中，当霍尔位置标志位为“0”时，表示永磁同步电机旋转方向为正转，当前永磁同步电机的位置是在0°至180°区间内，则转子角度位置等于初始霍尔角度位置；当霍尔位置标志位为“1”时，表示永磁同步电机旋转方向为反转，当前永磁同步电机的位置是在180°至360°区间内，转子角度位置等于初始霍尔角度位置加上180°，解决了采用两倍对数的霍尔磁环带来的电机初始位置确定的问题。

根据本发明的再一个方面，提出了一种永磁同步电机，包括上述任一技术方案的确定永磁同步电机转子角度位置的装置。

本发明提供的永磁同步电机，包括上述任一技术方案的确定永磁同步电机转子角度位置的装置，能够实现任一技术方案的确定永磁同步电机转子角度位置的装置的全部有益效果。

在上述技术方案中，优选地，还包括：多个霍尔位置传感器，用于输出霍尔位置信号；多个霍尔磁环，多个霍尔磁环的极对数为永磁同步电机的极对数的二倍。

在该技术方案中，为了提升霍尔位置信号电平的分辨率，安装两倍于电机极对数的霍尔磁环，且有三个相位互差120°的霍尔位置传感器输出霍尔位置信号。将相关技术方案中的位置分辨率60°提升到30°，进而能够提高低速运行性能。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了相关技术中永磁同步电机反电势与霍尔信号的对应关系示意图；

图2示出了本发明的一个实施例的确定永磁同步电机转子角度位置的方法的流程示意图；

图3示出了本发明的一个实施例的永磁同步电机反电势与霍尔信号的对应关系示意图；

图4示出了本发明的一个实施例的q轴电流注入示意图；

图5示出了本发明的一个实施例的极性判断示意图；

图6示出了本发明的一个实施例的确定永磁同步电机转子角度位置的装置的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

本发明第一方面的实施例，提出一种确定永磁同步电机转子角度位置的方法，永磁同步电机设置有多个霍尔位置传感器，以及设置有极对数为永磁同步电机的极对数的二倍的霍尔磁环，霍尔位置传感器用于输出霍尔位置信号，图2示出了本发明的一个实施例的确定永磁同步电机转子角度位置的方法的流程示意图。其中，该方法包括：

步骤202，在永磁同步电机上电且处于停止状态时，获取霍尔位置信号电平，根据霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值；

步骤204，在初始霍尔角度位置的q轴方向加入电流，判断初始扇区值是否发生变化；

步骤206，当初始扇区值发生变化时，记录扇区变化值，并根据扇区变化值确定永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位；

步骤208，当初始扇区值未发生变化时，在初始霍尔角度位置分别加入正电压脉冲和负电压脉冲，获取并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定霍尔位置标志位；

步骤210，根据霍尔位置标志位和初始霍尔角度位置，确定永磁同步电机的转子角度位置。

在该实施例中，由于相关技术中通过与永磁同步电机相同极对数的霍尔磁环检测永磁同步电机转子位置，会出现霍尔的检测位置精度较低、对于要求较高的低速控制场合不能满足应用要求的问题。本发明提供了一种确定永磁同步电机转子角度位置的方法，具体为，为了提升霍尔位置信号电平的分辨率，安装两倍于电机极对数的霍尔磁环，且有三个相位互差120°的霍尔位置传感器输出霍尔位置信号。在永磁同步电机上电且处于停止状态时，获取霍尔位置信号电平，根据霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值。在初始霍尔角度位置的q轴方向加入电流，判断初始扇区值是否发生变化，当发生变化时记录扇区变化值，根据扇区变化值确定永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位，可根据霍尔位置标志位确定出永磁同步电机的旋转方向；当未发生变化时说明负载较大，注入的电流不足以让电机转动，则在初始霍尔角度位置分别加入正电压脉冲和负电压脉冲，检测并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定霍尔位置标志位，其中正电压脉冲与负电压脉冲宽度相同、电压幅值正负相反。进一步地，根据霍尔位置标志位和初始霍尔角度位置，确定永磁同步电机的转子角度位置。采用本发明的技术方案，通过安装两倍于电机极对数的霍尔磁环提高了位置检测精度，同时提出了解决采用两倍对数的霍尔磁环带来的电机初始位置确定的问题，在不增加成本的情况下提高了永磁同步电机低速控制性能。

优选地，步骤202中，根据霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值，具体包括：根据霍尔位置信号电平，获取每30°范围内的扇区值作为初始扇区值；分别获取每个扇区对应的霍尔角度，作为初始霍尔角度位置。

在该实施例中，永磁同步电机上电后，处于停止状态时，读取三相霍尔位置信号电平，根据三相霍尔位置信号电平获取每30°范围内的扇区值作为初始扇区值，再获取每个扇区对应的霍尔角度，作为初始霍尔角度位置。例如，在0°至180°之间，通过每30°范围进行划分，划分出6个扇区，根据每个扇区对应的三相霍尔位置信号电平确定扇区值，如将初始扇区值确定为6-4-5-1-3-2，即第一个扇区值为6、第二个扇区值为4、第三个扇区值为5、第四个扇区值为1、第五个扇区值为3、第六个扇区值为2。取每个扇区正负15°的对应角度作为初始霍尔角度位置，即六个扇区内取的角度分别为15°、45°、75°、105°、135°、165°，那么将初始霍尔角度位置记为15°、45°、75°、105°、135°、165°。将相关技术方案中的位置分辨率60°提升到30°，进而能够提高低速运行性能。

需要说明的是，获取每个扇区对应的霍尔角度的方法可为多种，正负角度可根据情况设置，例如取每个扇区正10°、负20°的对应角度作为初始霍尔角度位置，即六个扇区内取的角度分别为10°、40°、70°、100°、130°、160°。还可以对每个扇区内的角度做拟合曲线，拟合出最合适的霍尔角度。

优选地，步骤206中，根据扇区变化值确定永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位，具体包括：设置霍尔位置标志位的初值为“0”；当存在预设变化信息时，霍尔位置标志位取反，预设变化信息包括从180°范围内的第一个扇区值变化为180°范围内的最后一个扇区值，或者从最后一个扇区值变化为第一个扇区值；当不存在预设变化信息时，若扇区变化值为第一顺序变化值，则确定旋转方向为正转，霍尔位置标志位保持不变；若扇区变化值为第二顺序变化值，则确定旋转方向为反转，霍尔位置标志位取反。

在该实施例中，设置霍尔位置标志位的初值为“0”，当从第一个扇区值变化为最后一个扇区值(第六个扇区值)，或者从最后一个扇区值变化为第一个扇区值时霍尔位置标志位取反，例如，初始扇区值为6-4-5-1-3-2，那么当出现扇区值由6变成2或者由2变成6时霍尔位置标志位取反。当未出现此变化情况时，若扇区变化值为第一顺序变化值(即正序变化)时，如按照6-4-5-1-3-2-6变化，则确定旋转方向为正转，且霍尔位置标志位保持不变；若扇区变化值为第二顺序变化值(即反序变化)时，如按照6-2-3-1-5-4-6变化，则确定旋转方向为反转，且霍尔位置标志位取反，即实现通过设置霍尔位置标志位精确地表示出永磁同步电机的旋转情况。

优选地，步骤208中，获取并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定霍尔位置标志位，具体包括：获取并比较正电流峰值和负电流峰值；当正电流峰值大于负电流峰值时，确定霍尔位置标志位为“0”；当正电流峰值小于等于负电流峰值时，确定霍尔位置标志位为“1”。

在该技术方案中，检测正电压脉冲的正电流峰值以及负电压脉冲的负电流峰值，并将两个电流峰值进行比较，其中正电压脉冲与负电压脉冲宽度相同、电压幅值正负相反。当正电流峰值大于负电流峰值时确定霍尔位置标志位为“0”；当正电流峰值小于等于负电流峰值时确定霍尔位置标志位为“1”。霍尔位置标志“0”表示电机位置在0°至180°区间，霍尔位置标志“1”表示电机位置在180°至360°区间。

优选地，步骤210中，根据霍尔位置标志位和初始霍尔角度位置，确定永磁同步电机的转子角度位置，具体包括：当霍尔位置标志位为“0”时，转子角度位置等于初始霍尔角度位置；当霍尔位置标志位为“1”时，转子角度位置等于初始霍尔角度位置加上180°。

在该实施例中，当霍尔位置标志位为“0”时，表示永磁同步电机旋转方向为正转，当前永磁同步电机的位置是在0°至180°区间内，则转子角度位置等于初始霍尔角度位置；当霍尔位置标志位为“1”时，表示永磁同步电机旋转方向为反转，当前永磁同步电机的位置是在180°至360°区间内，转子角度位置等于初始霍尔角度位置加上180°，解决了采用两倍对数的霍尔磁环带来的电机初始位置确定的问题。

在本发明的具体实施例中，为了提升霍尔位置的分辨率，安装两倍于电机极对数的霍尔磁环，有三个相位互差120°的霍尔元件输出霍尔信号，如图3所示，霍尔信号1、2、3分别对应电机三相A、B、C。为了方便使用，对于霍尔磁环的安装有一定的要求，需要保证霍尔信号1的上限沿对应电机A相反电势的反向过零点。根据三相霍尔得到六个霍尔信号状态，对应于六个扇区值，6-4-5-1-3-2对应0°至180°。因此每一个霍尔位置会出现两个电机位置与其对应，必须要知道当前电机的位置是在0°至180°区间还是180°至360°区间，为了解决这个问题，需要在启动前确定电机的初始位置。

电机初始位置获取方法：在电机及其控制器上电后，电机处于停止状态，读取三相霍尔信号的电平；根据三相霍尔信号的电平获取30°范围内的扇区值。扇区值6-4-5-1-3-2可选取对应角度为15°、45°、75°、105°、135°、165°，霍尔初始位置记为15°-45°-75°-105°-135°-165°。在所得到的霍尔初始位置q轴上注入电流，记录转动过程霍尔扇区的变化，若注入电流后霍尔扇区发生变化，如图4所示，q轴电流使电机会转动，可以根据扇区变化判断电机转向。设置霍尔位置标志位初始值为0，当出现霍尔信号状态由6变成2或者由2变成6时，如霍尔扇区变化为6-2-3-1-5-4-6，则电机反转，霍尔位置标志位取反；若霍尔扇区变化按照6-4-5-1-3-2-6，则电机正转，霍尔位置标志位保持不变。若q轴上注入电流后霍尔扇区不发生变化，则说明负载较大，注入的电流不足以让电机转动。在当前霍尔位置上分别注入正电压脉冲和负电压脉冲，如图5所示，正电压脉冲与负电压脉冲宽度相同，电压幅值正负相反；检测并比较正电流峰值与负电流峰值的大小，若正向电流大于负向电流，则霍尔位置标志位赋初值“0”；否则，霍尔位置标志位赋初值“1”。霍尔位置标志“0”表示电机位置在0°至180°区间，霍尔位置标志“1”表示电机位置在180°至360°区间。

在电机旋转后，检测霍尔信号的电平，根据三相霍尔得到六个霍尔信号状态，对应于六个扇区值，6-4-5-1-3-2对应0至180°，当出现霍尔状态由6变成2或者由2变成6时，霍尔位置标志位取反。当霍尔位置标志为0时，电机转子位置等于霍尔初始位置，当霍尔位置标志为1时，电机转子位置等于霍尔初始位置加上180°。本实施例将相关技术方案的位置分辨率60°提升到30°，位置精度的提升能够提高低速运行性能。

本发明第二方面的实施例，提出一种确定永磁同步电机转子角度位置的装置，永磁同步电机设置有多个霍尔位置传感器，以及设置有极对数为永磁同步电机的极对数的二倍的霍尔磁环，霍尔位置传感器用于输出霍尔位置信号，图6示出了本发明的一个实施例的确定永磁同步电机转子角度位置的装置60的示意图。其中，该装置60包括：

存储器602，用于存储计算机程序；

处理器604，用于执行计算机程序以：在永磁同步电机上电且处于停止状态时，获取霍尔位置信号电平，根据霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值；在初始霍尔角度位置的q轴方向加入电流，判断初始扇区值是否发生变化；当初始扇区值发生变化时，记录扇区变化值，并根据扇区变化值确定永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位；当初始扇区值未发生变化时，在初始霍尔角度位置分别加入正电压脉冲和负电压脉冲，获取并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定霍尔位置标志位；根据霍尔位置标志位和初始霍尔角度位置，确定永磁同步电机的转子角度位置。

在该实施例中，由于相关技术中通过与永磁同步电机相同极对数的霍尔磁环检测永磁同步电机转子位置，会出现霍尔的检测位置精度较低、对于要求较高的低速控制场合不能满足应用要求的问题。本发明提供了一种确定永磁同步电机转子角度位置的方法，具体为，为了提升霍尔位置信号电平的分辨率，安装两倍于电机极对数的霍尔磁环，且有三个相位互差120°的霍尔位置传感器输出霍尔位置信号。在永磁同步电机上电且处于停止状态时，获取霍尔位置信号电平，根据霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值。在初始霍尔角度位置的q轴方向加入电流，判断初始扇区值是否发生变化，当发生变化时记录扇区变化值，根据扇区变化值确定永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位，可根据霍尔位置标志位确定出永磁同步电机的旋转方向；当未发生变化时说明负载较大，注入的电流不足以让电机转动，则在初始霍尔角度位置分别加入正电压脉冲和负电压脉冲，检测并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定霍尔位置标志位，其中正电压脉冲与负电压脉冲宽度相同、电压幅值正负相反。进一步地，根据霍尔位置标志位和初始霍尔角度位置，确定永磁同步电机的转子角度位置。采用本发明的技术方案，通过安装两倍于电机极对数的霍尔磁环提高了位置检测精度，同时提出了解决采用两倍对数的霍尔磁环带来的电机初始位置确定的问题，在不增加成本的情况下提高了永磁同步电机低速控制性能。

优选地，处理器604，具体用于执行计算机程序以：根据霍尔位置信号电平，获取每30°范围内的扇区值作为初始扇区值；分别获取每个扇区对应的霍尔角度，作为初始霍尔角度位置。

在该实施例中，永磁同步电机上电后，处于停止状态时，读取三相霍尔位置信号电平，根据三相霍尔位置信号电平获取每30°范围内的扇区值作为初始扇区值，再获取每个扇区对应的霍尔角度，作为初始霍尔角度位置。例如，在0°至180°之间，通过每30°范围进行划分，划分出6个扇区，根据每个扇区对应的三相霍尔位置信号电平确定扇区值，如将初始扇区值确定为6-4-5-1-3-2，即第一个扇区值为6、第二个扇区值为4、第三个扇区值为5、第四个扇区值为1、第五个扇区值为3、第六个扇区值为2。取每个扇区正负15°的对应角度作为初始霍尔角度位置，即六个扇区内取的角度分别为15°、45°、75°、105°、135°、165°，那么将初始霍尔角度位置记为15°、45°、75°、105°、135°、165°。将相关技术方案中的位置分辨率60°提升到30°，进而能够提高低速运行性能。

需要说明的是，获取每个扇区对应的霍尔角度的方法可为多种，正负角度可根据情况设置，例如取每个扇区正10°、负20°的对应角度作为初始霍尔角度位置，即六个扇区内取的角度分别为10°、40°、70°、100°、130°、160°。还可以对每个扇区内的角度做拟合曲线，拟合出最合适的霍尔角度。

优选地，处理器604，具体用于执行计算机程序以：设置霍尔位置标志位的初值为“0”；当存在预设变化信息时，霍尔位置标志位取反，预设变化信息包括从180°范围内的第一个扇区值变化为180°范围内的最后一个扇区值，或者从最后一个扇区值变化为第一个扇区值；当不存在预设变化信息时，若扇区变化值为第一顺序变化值，则确定旋转方向为正转，霍尔位置标志位保持不变；若扇区变化值为第二顺序变化值，则确定旋转方向为反转，霍尔位置标志位取反。

在该实施例中，设置霍尔位置标志位的初值为“0”，当从第一个扇区值变化为最后一个扇区值(第六个扇区值)，或者从最后一个扇区值变化为第一个扇区值时霍尔位置标志位取反，例如，初始扇区值为6-4-5-1-3-2，那么当出现扇区值由6变成2或者由2变成6时霍尔位置标志位取反。当未出现此变化情况时，若扇区变化值为第一顺序变化值(即正序变化)时，如按照6-4-5-1-3-2-6变化，则确定旋转方向为正转，且霍尔位置标志位保持不变；若扇区变化值为第二顺序变化值(即反序变化)时，如按照6-2-3-1-5-4-6变化，则确定旋转方向为反转，且霍尔位置标志位取反，即实现通过设置霍尔位置标志位精确地表示出永磁同步电机的旋转情况。

优选地，处理器604，具体用于执行计算机程序以：获取并比较正电流峰值和负电流峰值；当正电流峰值大于负电流峰值时，确定霍尔位置标志位为“0”；当正电流峰值小于等于负电流峰值时，确定霍尔位置标志位为“1”。

在该技术方案中，检测正电压脉冲的正电流峰值以及负电压脉冲的负电流峰值，并将两个电流峰值进行比较，其中正电压脉冲与负电压脉冲宽度相同、电压幅值正负相反。当正电流峰值大于负电流峰值时确定霍尔位置标志位为“0”；当正电流峰值小于等于负电流峰值时确定霍尔位置标志位为“1”。霍尔位置标志“0”表示电机位置在0°至180°区间，霍尔位置标志“1”表示电机位置在180°至360°区间。

优选地，处理器604，具体用于执行计算机程序以：当霍尔位置标志位为“0”时，转子角度位置等于初始霍尔角度位置；当霍尔位置标志位为“1”时，转子角度位置等于初始霍尔角度位置加上180°。

在该实施例中，当霍尔位置标志位为“0”时，表示永磁同步电机旋转方向为正转，当前永磁同步电机的位置是在0°至180°区间内，则转子角度位置等于初始霍尔角度位置；当霍尔位置标志位为“1”时，表示永磁同步电机旋转方向为反转，当前永磁同步电机的位置是在180°至360°区间内，转子角度位置等于初始霍尔角度位置加上180°，解决了采用两倍对数的霍尔磁环带来的电机初始位置确定的问题。

本发明第三方面的实施例，提出了一种永磁同步电机，包括上述任一实施例的确定永磁同步电机转子角度位置的装置。

本发明提供的永磁同步电机，包括上述任一实施例的确定永磁同步电机转子角度位置的装置，能够实现任一实施例的确定永磁同步电机转子角度位置的装置的全部有益效果。

优选地，还包括：多个霍尔位置传感器，用于输出霍尔位置信号；多个霍尔磁环，多个霍尔磁环的极对数为永磁同步电机的极对数的二倍。

在该实施例中，为了提升霍尔位置信号电平的分辨率，安装两倍于电机极对数的霍尔磁环，且有三个相位互差120°的霍尔位置传感器输出霍尔位置信号。将相关技术方案中的位置分辨率60°提升到30°，进而能够提高低速运行性能。

在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，除非另有明确的规定和限定；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种确定永磁同步电机转子角度位置的方法，其特征在于，所述永磁同步电机设置有多个霍尔位置传感器，以及设置有极对数为所述永磁同步电机的极对数的二倍的霍尔磁环，所述霍尔位置传感器用于输出霍尔位置信号，所述方法包括：

在所述永磁同步电机上电且处于停止状态时，获取霍尔位置信号电平，根据所述霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值；

在所述初始霍尔角度位置的q轴方向加入电流，判断所述初始扇区值是否发生变化；

当所述初始扇区值发生变化时，记录扇区变化值，并根据所述扇区变化值确定所述永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位；

当所述初始扇区值未发生变化时，在所述初始霍尔角度位置分别加入正电压脉冲和负电压脉冲，获取并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定所述霍尔位置标志位；

根据所述霍尔位置标志位和所述初始霍尔角度位置，确定所述永磁同步电机的转子角度位置。

2.根据权利要求1所述的确定永磁同步电机转子角度位置的方法，其特征在于，所述根据所述霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值，具体包括：

根据所述霍尔位置信号电平，获取每30°范围内的扇区值，以组成所述初始扇区值；

分别获取每个扇区对应的霍尔角度，以组成所述初始霍尔角度位置。

3.根据权利要求1所述的确定永磁同步电机转子角度位置的方法，其特征在于，所述根据所述扇区变化值确定所述永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位，具体包括：

设置所述霍尔位置标志位的初值为“0”；

当存在预设变化信息时，所述霍尔位置标志位取反，所述预设变化信息包括从180°范围内的第一个扇区值变化为所述180°范围内的最后一个扇区值，或者从所述最后一个扇区值变化为所述第一个扇区值；

当不存在所述预设变化信息时，若所述扇区变化值为第一顺序变化值，则确定所述旋转方向为正转，所述霍尔位置标志位保持不变；若所述扇区变化值为第二顺序变化值，则确定所述旋转方向为反转，所述霍尔位置标志位取反。

4.根据权利要求1所述的确定永磁同步电机转子角度位置的方法，其特征在于，所述获取并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定所述霍尔位置标志位，具体包括：

获取并比较所述正电流峰值和所述负电流峰值；

当所述正电流峰值大于所述负电流峰值时，确定所述霍尔位置标志位为“0”；

当所述正电流峰值小于等于所述负电流峰值时，确定所述霍尔位置标志位为“1”。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的确定永磁同步电机转子角度位置的方法，其特征在于，所述根据所述霍尔位置标志位和所述初始霍尔角度位置，确定所述永磁同步电机的转子角度位置，具体包括：

当所述霍尔位置标志位为“0”时，所述转子角度位置等于所述初始霍尔角度位置；

当所述霍尔位置标志位为“1”时，所述转子角度位置等于所述初始霍尔角度位置加上180°。

6.一种确定永磁同步电机转子角度位置的装置，其特征在于，所述永磁同步电机设置有多个霍尔位置传感器，以及设置有极对数为所述永磁同步电机的极对数的二倍的霍尔磁环，所述霍尔位置传感器用于输出霍尔位置信号，所述装置包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序以：

在所述永磁同步电机上电且处于停止状态时，获取霍尔位置信号电平，根据所述霍尔位置信号电平确定初始霍尔角度位置以及初始扇区值；

在所述初始霍尔角度位置的q轴方向加入电流，判断所述初始扇区值是否发生变化；

当所述初始扇区值发生变化时，记录扇区变化值，并根据所述扇区变化值确定所述永磁同步电机的旋转方向以及霍尔位置标志位；

当所述初始扇区值未发生变化时，在所述初始霍尔角度位置分别加入正电压脉冲和负电压脉冲，获取并比较正电流峰值和负电流峰值，以确定所述霍尔位置标志位；

根据所述霍尔位置标志位和所述初始霍尔角度位置，确定所述永磁同步电机的转子角度位置。

7.根据权利要求6所述的确定永磁同步电机转子角度位置的装置，其特征在于，所述处理器，具体用于执行所述计算机程序以：

根据所述霍尔位置信号电平，获取每30°范围内的扇区值，以组成所述初始扇区值；

分别获取每个扇区对应的霍尔角度，以组成所述初始霍尔角度位置。

8.根据权利要求6所述的确定永磁同步电机转子角度位置的装置，其特征在于，所述处理器，具体用于执行所述计算机程序以：

设置所述霍尔位置标志位的初值为“0”；

当存在预设变化信息时，所述霍尔位置标志位取反，所述预设变化信息包括从180°范围内的第一个扇区值变化为所述180°范围内的最后一个扇区值，或者从所述最后一个扇区值变化为所述第一个扇区值；

当不存在所述预设变化信息时，若所述扇区变化值为第一顺序变化值，则确定所述旋转方向为正转，所述霍尔位置标志位保持不变；若所述扇区变化值为第二顺序变化值，则确定所述旋转方向为反转，所述霍尔位置标志位取反。

9.根据权利要求6所述的确定永磁同步电机转子角度位置的装置，其特征在于，所述处理器，具体用于执行所述计算机程序以：

获取并比较所述正电流峰值和所述负电流峰值；

当所述正电流峰值大于所述负电流峰值时，确定所述霍尔位置标志位为“0”；

当所述正电流峰值小于等于所述负电流峰值时，确定所述霍尔位置标志位为“1”。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的确定永磁同步电机转子角度位置的装置，其特征在于，所述处理器，具体用于执行所述计算机程序以：

当所述霍尔位置标志位为“0”时，所述转子角度位置等于所述初始霍尔角度位置；

当所述霍尔位置标志位为“1”时，所述转子角度位置等于所述初始霍尔角度位置加上180°。

11.一种永磁同步电机，其特征在于，包括：

如权利要求6至10中任一项所述的确定永磁同步电机转子角度位置的装置。

12.根据权利要求11所述的永磁同步电机，其特征在于，还包括：

多个霍尔位置传感器，用于输出霍尔位置信号；

多个霍尔磁环，所述多个霍尔磁环的极对数为所述永磁同步电机的极对数的二倍。

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