CN212324021U - 马达转子位置检测装置 - Google Patents
马达转子位置检测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN212324021U CN212324021U CN202021675909.4U CN202021675909U CN212324021U CN 212324021 U CN212324021 U CN 212324021U CN 202021675909 U CN202021675909 U CN 202021675909U CN 212324021 U CN212324021 U CN 212324021U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- current
- initial position
- magnetic field
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 89
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 51
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 31
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
- H02P21/32—Determining the initial rotor position
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
- H02P21/10—Direct field-oriented control; Rotor flux feed-back control
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
- H02P21/18—Estimation of position or speed
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
- H02P6/183—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using an injected high frequency signal
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
- H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
本公开提出一种马达转子位置检测装置,包含磁场导向控制电路及初始位置检测电路。磁场导向控制电路接收测试电流指令与预设角度,并根据测试电流指令与预设角度产生反馈电流。初始位置检测电路发送测试电流指令与预设角度给磁场导向控制电路。初始位置检测电路包含电流产生器、角度产生器及处理电路。电流产生器输出测试电流指令,角度产生器输出预设角度,处理电路获取反馈电流的峰值,以形成一峰值矩阵,并运算出峰值矩阵中元素的最大值,以对应出其中之一为马达转子的初始角位置,且于马达转动前,发送初始角位置给磁场导向控制电路。
Description
技术领域
本公开涉及一种马达转子位置检测装置,特别是适于磁场导向控制架构下的马达转子初始角位置检测装置。
背景技术
马达已广泛地应用于电子产品中,例如机器手臂、半导体制程及封装相关设备、电梯、冷气机、电动汽车、扫描器、印表机、光盘机等。为了控制马达正常转动,现有的马达转子位置检测装置中通常包含为硬件元件的转子位置感测器,以在马达转动前检测出马达转子的初始位置,以避免马达在启动上发生非预期的运转状况。
然而,额外使用前述的转子位置感测器将使生产成本上升。若未使用转子位置感测器又将造成前述马达在启动上发生非预期的运转状况。因此,为取代转子位置感测器,现今发展出一些不同的马达控制技术,然而大部分的马达控制技术还是需要额外设置硬件电路,造成无法有效地降低生产成本,且其设计通常无法根据不同马达或不同的马达应用产品进行弹性的调整。
实用新型内容
在一实施例中,一种马达转子位置检测装置包含磁场导向控制电路及初始位置检测电路。磁场导向控制电路于一预设时间区间内接收测试电流指令与预设角度,并根据测试电流指令与预设角度产生反馈电流。初始位置检测电路发送测试电流指令与预设角度给磁场导向控制电路。初始位置检测电路包含电流产生器、角度产生器及处理电路。电流产生器输出测试电流指令,角度产生器输出预设角度,处理电路获取反馈电流的峰值,以形成一峰值矩阵,并运算出峰值矩阵中元素的一最大值,处理电路并根据前述最大值从预设角度中对应出其中之一形成马达转子的初始角位置,且于马达转动前,发送初始角位置给磁场导向控制电路,借此控制马达转动。
本实用新型涉及一种马达转子位置检测装置,其包含:
一磁场导向控制电路,是用于在一预设时间区间内接收一测试指令,并根据该测试指令产生一反馈电流,其中,该测试指令包含一测试电流指令与一预设角度;以及
一初始位置检测电路,是用于发送该测试指令给该磁场导向控制电路,及发出该马达转子的一初始角位置,该初始位置检测电路电性连接该磁场导向控制电路并包含:
一电流产生器,用于输出该测试电流指令;
一角度产生器,用于输出该预设角度;以及
一处理电路,控制该电流产生器与该角度产生器,及用于获取该反馈电流的峰值,以形成一峰值矩阵,并运算出该峰值矩阵中元素的一最大值,并根据该最大值从该预设角度中对应出其中之一,形成该初始角位置,且于一马达转动前,发送该初始角位置至该磁场导向控制电路,借此控制该马达转动。
优选地,该初始位置检测电路是于多个周期中发送该测试指令,并且,于两个周期发出的两个所述预设角度之间的差值是大于或等于一预设值。
优选地,该预设值是大于或等于1度的一个数值。
优选地,该磁场导向控制电路包含:一直轴电流合并电路,电性连接该初始位置检测电路,该直轴电流合并电路用以接收该测试电流指令;及一交轴电流合并电路,电性连接该初始位置检测电路;其中,该测试电流指令是包含一高电平时间及一低电平时间的一电流脉冲信号。
优选地,该处理电路更接收该高电平时间及该低电平时间,以控制该电流产生器产生对应的该测试电流指令。
优选地,该磁场导向控制电路还包含一派克转换计算电路,电性连接该直轴电流合并电路、该交轴电流合并电路及该初始位置检测电路,该派克转换计算电路用于传送该反馈电流至该直轴电流合并电路与该初始位置检测电路。
优选地,该磁场导向控制电路还包含:一派克转换计算电路,电性连接该初始位置检测电路、该直轴电流合并电路及该交轴电流合并电路;及一逆派克转换计算电路,电性连接该初始位置检测电路、该直轴电流合并电路及该交轴电流合并电路;其中,该角度产生器是输出该预设角度至该派克转换计算电路及该逆派克转换计算电路,使该派克转换计算电路据以产生该反馈电流。
优选地,该磁场导向控制电路包含一逆派克转换计算电路,该处理电路是发送该初始角位置至该逆派克转换计算电路,以计算该马达的转动控制。
优选地,该磁场导向控制电路包含:一直轴电流合并电路,电性连接该初始位置检测电路,接收该测试电流指令;一交轴电流合并电路,电性连接该初始位置检测电路,接收为零的电流值;一逆派克转换计算电路,电性连接该初始位置检测电路、该直轴电流合并电路及该交轴电流合并电路,接收来自该角度产生器的该预设角度;及一派克转换计算电路,电性连接该初始位置检测电路、该直轴电流合并电路及该交轴电流合并电路,接收来自该角度产生器的该预设角度以产生该反馈电流,并传送该反馈电流至该直轴电流合并电路与该处理电路。
附图说明
图1为根据本公开的马达转子位置检测装置以及马达转子位置检测装置所控制的马达的一实施例的功能方框图。
图2为根据本公开的适于马达的马达转子位置检测方法的一实施例的流程图。
图3A-图3D为图1中的测试电流指令、预设角度、反馈电流及初始角位置的一实施例的波形图。
图4为图2中的一步骤的一实施例的流程图。
图5为图1中的驱动电路的一实施例的电路图。
图6为图1中的初始位置检测电路的一实施例的功能方框图。
其中,附图标记说明如下:
1:马达转子位置检测装置
11:初始位置检测电路
111:电流产生器
112:角度产生器
113:处理电路
12:磁场导向控制电路
121:交轴电流合并电路
122:直轴电流合并电路
123:控制电路
124:逆派克转换计算电路
125:向量产生器
126:克拉克转换计算电路
127:派克转换计算电路
2:马达
3:驱动电路
S1:直轴测试电流指令
S2:反馈电流
S3:交轴测试电流指令
S4:交轴反馈电流
Vd:直轴电压信号
Vq:交轴电压信号
Vα:交流电压信号
Vβ:交流电压信号
Ia:三相交流电流
Ib:三相交流电流
Ic:三相交流电流
Iα:交流电流
Iβ:交流电流
T1:高电平时间
T2:低电平时间
Ta:开关切换信号
Tb:开关切换信号
Tc:开关切换信号
θ1:初始角位置
θ2:预设角度
P1~P4:输出端
P5:输入端
S01~S05:步骤
S021~S027:步骤
具体实施方式
图1为根据本公开的马达转子位置检测装置1以及其所控制的马达2的一实施例的功能方框图。请参照图1,马达转子位置检测装置1包含初始位置检测电路11及磁场导向控制电路12。马达转子位置检测装置1可通过驱动电路3以控制马达2转动。马达2是适于磁场导向控制(Field Oriented Control,FOC),马达转子位置检测装置1具有前述的磁场导向控制功能。在一实施例中,马达2可为直流无刷马达(Brushless DC Motor,BLDC)或永磁同步马达(permanent-magnet synchronous motor,PMSM)。驱动电路3是马达2的制造商所设计,其功能是将马达转子位置检测装置1传送的驱动信号转成马达2可读的信号,借此驱动马达3转动。
请继续参考图1。初始位置检测电路11电性连接磁场导向控制电路12,磁场导向控制电路12电性连接马达2。磁场导向控制电路12可决定前述控制马达2的转子(图1未示)转矩方向或是定子(图1未示)产生的磁场方向。在马达2的转子正式运转之前,初始位置检测电路11可在一个使用者所设定的预设时间区间内将所有测试指令产生完成,预设时间区间一般是5~15毫秒(ms)。测试指令包含电流指令(具有多个直轴测试电流指令S1与多个交轴测试电流指令S3),以及多个预设角度θ2。直轴测试电流指令S1从输出端P2发出,交轴测试电流指令S3从输出端P1发出,预设角度θ2从输出端P3发出,且此三个信号(直轴测试电流指令S1、交轴测试电流指令S3与预设角度θ2)都具有相同的周期。
请先参考图3A-图3D。其中,初始位置检测电路11可产生六个直轴测试电流指令S1及六个不相同的预设角度θ2,另外,交轴测试电流指令S3在本实施例中都是0A(安培)。初始位置检测电路11可在8毫秒(预设的时间区间)内发送完成所有测试指令。六个直轴测试电流指令S1分别占有六个周期时间(周期1至周期6),且周期1至周期6可以都是1.3毫秒。
另外,在此具体实施方式中,处在同一周期时间内的信号是命名同一个序数,例如在周期1中的直轴测试电流指令S1是命名为“第一直轴测试电流指令”,而对应同在周期1中的预设角度θ2是命名为“第一预设角度”;而在周期2中的直轴测试电流指令S1与预设角度θ2是分别命名为“第二直轴测试电流指令”与“第二预设角度”,依此类推。所谓“对应”指的是在同一周期中产生信号,或是处理与生成的信号都在同一周期。
后续请参考图2,图2为根据本公开的适于马达2的马达转子位置检测方法的一实施例的流程图。请一并参考图1与图3A-图3D,初始位置检测电路11是在马达2转动前的预设时间区间内,发送测试指令(步骤S01)至磁场导向控制电路12,磁场导向控制电路12在预设时间区间内接收测试指令,并根据测试指令产生可控制马达2转动的反馈电流S2(步骤S02)。在本公开中,与直轴测试电流指令S1相同的是,反馈电流S2指的是在马达转子坐标系中所称的直轴电流;另外,与交轴测试电流指令S3相同的是,后续所称的交轴反馈电流S4指的是在马达转子坐标系中所称的交轴电流。并且,磁场导向控制电路12是根据测试指令中的每一直轴测试电流指令S1产生对应的反馈电流S2。于是,根据直轴测试电流指令S1、交轴测试电流指令S3及对应的不同预设角度θ2,磁场导向控制电路12产生具有不同电流峰值的多个反馈电流S2。并且,因为磁场导向控制电路12产生每一个反馈电流S2的响应时间(Response time)约为100微秒(us)等级,对于本具体实施方式而言,这是可忽略的数量等级,也就是说,反馈电流S2与直轴测试电流指令S1可几乎称为“同时产生”。
接着,初始位置检测电路11自磁场导向控制电路12接收多个反馈电流S2(步骤S03)。初始位置检测电路11获取每一反馈电流S2的峰值,以形成一峰值矩阵,并且比较多个反馈电流S2之间的峰值,以算出峰值矩阵中的最大值元素(步骤S04),当初始位置检测电路11算出峰值矩阵中的最大值元素(即判断出其中一电流峰值为最大)时,初始位置检测电路11就会根据反馈电流S2中的最大值,在马达2转动(正式运转)之前,从多个预设角度θ2对应出其中之一,并且作为初始角位置θ1后输出(步骤S05),以驱使磁场导向控制电路12据以控制马达2的转动。并且,因为初始位置检测电路11运算生成初始角位置θ1所需要的执行时间(turnaround time)约为2~8微秒等级,对于本具体实施方式而言,这是可忽略的数量等级,换言之,初始位置检测电路11可快速地计算出初始角位置θ1。
请参考图1与图3A-3D,磁场导向控制电路12根据六个直轴测试电流指令S1及六个预设角度θ2产生六个具有不同电流峰值的反馈电流S2,后续初始位置检测电路11中的处理电路113获取六个反馈电流S2(单位可为安培),而形成峰值矩阵X,例如峰值矩阵X={3,2,4,6,5,2},并算出峰值矩阵X中的最大值元素(element)为6,接着,因为此最大值6是第四反馈电流,属于周期4,因此初始位置检测电路11中的处理电路113就会“对应”出同在周期4的第四预设角度(即300度),并将此第四预设角度当成初始角位置θ1后输出,以让马达2运转后,磁场导向控制电路12是根据转子初始角位置θ1为300度的马达2进行后续转动(正式运转)控制。
因此,基于前述FOC控制架构在马达2的转子开始转动之前先检测转子的初始角位置θ1,本公开不需要为了检测转子初始角位置θ1,而在连接马达2的驱动电流输入线路上增加额外电流取样电阻以及对应的放大器与数字模拟转换电路,因此可节省额外的硬件成本,且设计者可弹性地调整直轴测试电流指令S1与交轴测试电流指令S3的数量以及各预设角度θ2的角度值,以提升马达转子位置检测装置1判断出转子的初始角位置θ1的精确度,降低转子的初始角位置θ1误判的情形发生,进而避免马达2在启动上发生非预期的运转状况。
在一实施例中,直轴测试电流指令S1是为电流脉冲信号,初始位置检测电路11可根据马达2的规格决定直轴测试电流指令S1与交轴测试电流指令S3的电流值,且初始位置检测电路11可接收输入的高电平时间T1与低电平时间T2,以调整直轴测试电流指令S1的周期与占空比(Duty Cycle)。举例来说,以图3A为例,初始位置检测电路11可产生电流值皆为5安培的六个直轴测试电流指令S1,且如图3A所示,六个直轴测试电流指令S1都具有相同的高电平时间T1与低电平时间T2,以让六个直轴测试电流指令S1具有相同的周期与占空比。
基于上述,请参考图2,在步骤S01中,初始位置检测电路11可在每一周期中产生一个直轴测试电流指令S1,初始位置检测电路11可在六个周期时间内产生六个直轴测试电流指令S1及六个预设角度θ2,即前述的预设时间区间是为六个周期时间的总和,使磁场导向控制电路12在六个周期中的各周期中根据各直轴测试电流指令S1输出对应的反馈电流S2。初始位置检测电路11经过六个周期之后即判断出转子的初始角位置θ1。
在一实施例中,为提升初始位置检测电路11算出的转子的初始角位置θ1的精确度,初始位置检测电路11于两个周期所发送的两个预设角度θ2之间的角度差值,至少大于或等于一使用者设定的预设值,预设值是一个数值,可为大于或等于1度,且优选地,此预设值为180度,如此可避免因测试指令中的两个预设角度θ2的角度差值过小,而造成因磁滞而产生的不精确的反馈电流S2,让初始位置检测电路11误判反馈电流S2的电流峰值而误判转子的初始角位置θ1。
详细来看,请参考图3B,以六个直轴测试电流指令S1所对应的第一预设角度至第六预设角度等六个预设角度θ2,按序为0度、180度、120度、300度、240度、60度,可知在相邻两个周期所发送的两个预设角度θ2之间的差至少大于或等于为60度的预设值。优选地,此预设值是为一个角度组合,即180度与60度,例如第一预设角度与第二预设角度之间的角度差值为180度,第二预设角度与第三预设角度之间的角度差值为60度,第三预设角度与第四预设角度之间的角度差值为180度,第四预设角度与第五预设角度之间的角度差值为60度,第五预设角度与第六预设角度之间的角度差值为180度。据此,可依不同时间产生的两个预设角度θ2之间尽可能地有较大的差值,以避免初始位置检测电路11误判转子的初始角位置θ1。
如图1所示,因控制马达2转动仍需要驱动电路3,驱动电路3电性连接磁场导向控制电路12与马达2。磁场导向控制电路12包含交轴电流合并电路121、直轴电流合并电路122、控制电路123、逆派克转换(Inverse Park Transform)计算电路124、向量产生器125、克拉克转换(Clarke Transform)计算电路126以及派克转换(Park Transform)计算电路127等元件。其中,交轴电流合并电路121、直轴电流合并电路122、逆派克转换计算电路124及派克转换计算电路127电性连接初始位置检测电路11。控制电路123、逆派克转换计算电路124与向量产生器125是用于形成输出开关切换信号Ta、Tb、Tc,向量产生器125电性连接驱动电路3,而克拉克转换计算电路连接驱动电路3与马达2。克拉克转换计算电路126与派克转换计算电路127用于形成反馈电流S2与交轴反馈电流S4。初始位置检测电路11包含输出端P1、P2、P3、P4以及输入端P5,输出端P1电性连接交轴电流合并电路121,输出端P2电性连接直轴电流合并电路122,输出端P3电性连接派克转换计算电路127及逆派克转换计算电路124,初始位置检测电路11初始角位置θ1则从输出端P4传送给其他装置,而输入端P5则与派克转换计算电路127电性连接。
后续请一并参考图1至图4。其中,在一个实施例中,于步骤S01中,初始位置检测电路11的输出端P1所输出的交轴测试电流指令S3的电流值为0安培,并由初始位置检测电路11的输出端P2输出直轴测试电流指令S1至磁场导向控制电路12,且初始位置检测电路11的输出端P3输出多个预设角度θ2至逆派克转换计算电路124及派克转换计算电路127。接着,在步骤S02中,磁场导向控制电路12的交轴电流合并电路121自初始位置检测电路11的输出端P1接收交轴测试电流指令S3,且自派克转换计算电路127接收交轴反馈电流S4(在马达2的转子转动之前,交轴反馈电流S4的电流值可具有一个初始值,且前述的初始值可为零)(步骤S021),交轴电流合并电路121将交轴测试电流指令S3及交轴反馈电流S4合并后输出。并且,以图3A-3D为例,直轴电流合并电路122在开发者指定的六个周期中,自初始位置检测电路11的输出端P2接收六个直轴测试电流指令S1,且自派克转换计算电路127接收为直轴反馈电流的反馈电流S2(在马达2的转子正式转动之前,反馈电流S2的电流值可具有一初始值,且前述的初始值可为零)(步骤S021),直轴电流合并电路122将直轴测试电流指令S1及反馈电流S2合并后输出。相同的,交轴电流合并电路121将交轴测试电流指令S3及交轴反馈电流S4合并后输出。但在正式运转后,反馈电流S2与交轴反馈电流S4都可能是一个非为0的值。
控制电路123在六个周期中的每一个周期,基于交轴电流合并电路121的输出信号及直轴电流合并电路122的输出信号产生对应为直流信号的直轴电压信号Vd及交轴电压信号Vq(步骤S022)。逆派克转换计算电路124再于六个周期中的每一个周期根据直轴电压信号Vd、交轴电压信号Vq及初始位置检测电路11于六个周期中发送的六个预设角度θ2基于式1.1执行逆派克转换(步骤S023),以计算出各周期中对应于两相静止坐标轴的两交流电压信号Vα、Vβ。接着,向量产生器125于六个周期中的每一周期将交流电压信号Vα、Vβ进行空间向量脉冲宽度调制,以控制三相所需的工作周期而输出开关切换信号Ta、Tb、Tc至包含反相器的驱动电路3(步骤S024),使驱动电路3于六个周期中的每一周期基于开关切换信号Ta、Tb、Tc产生对应于三相静止坐标轴的三相交流电流Ia、Ib、Ic,即马达驱动电流(步骤S025)以驱动马达2的转子转动。
在马达2的转子转动的同时,磁场导向控制电路12会获取三相交流电流Ia、Ib、Ic,并通过其中的克拉克转换计算电路126在六个周期中的每一个周期基于式1.2执行克拉克转换(步骤S026),以将三相交流电流Ia、Ib、Ic转换为对应两相静止坐标轴的两交流电流Iα、Iβ。派克转换计算电路127在六个周期中的每一周期再执行派克转换(步骤S027),以基于预设角度θ2与式1.3将交流电流Iα、Iβ转换为对应同步旋转坐标轴的交轴反馈电流S4及反馈电流S2,初始位置检测电路11在步骤S03中即自派克转换计算电路127接收对应于同步旋转坐标轴的d轴(直轴)的六个反馈电流S2,以判断派克转换计算电路127于预设时间区间内产生的六个反馈电流S2中的哪一者具有最大的电流峰值,以由输出端P4输出转子的初始角位置θ1。
最后,初始位置检测电路11算出初始角位置θ1后,可通过输出端P4再传送至其他元件,而其他元件运算或是转换后,可再发送初始角位置θ1及运转时所需的直轴输入电流命令与交轴输入电流命令至磁场导向控制电路12,使磁场导向控制电路12据以控制马达2转动,进而避免马达2在正式运转时发生非预期的运转状况。
直轴测试电流指令S1的数量与精确度有很大的关系。如图3A所示,直轴测试电流指令S1的数量设定为六个时,代表将一个圆周(转子轨迹)分成六定位点,定位点的精度是60度。在其他实施例中,直轴测试电流指令S1的数量范围为二至三百六十个,优选为两个至十二个,最佳为六个。举例而言,直轴测试电流指令S1的数量设定为十个时,代表将一个圆周(转子轨迹)分成十定位点,定位点的精度是36度,更为精确。马达转子位置检测装置1的设计者可依据欲得到的初始角位置θ1的精度,自行设计直轴测试电流指令S1与对应的预设角度θ2的数量。
在一实施例中,驱动电路3包含的反相器的电路结构可参照图5,由图5可知,在驱动电路3中并不需要设置任何的电阻,就可直接取样三相交流电流Ia、Ib、Ic,且不需要为了取样三相交流电流Ia、Ib、Ic而额外设置连接于取样电流用电阻的放大器(Amplifier)或是数字模拟转换器(DAC),因此进一步节省设置额外的硬件成本与电路空间。
在一实施例中,请合并参照图1及图6,初始位置检测电路11还包含电流产生器111、角度产生器112及处理电路113,处理电路113电性连接电流产生器111及角度产生器112。处理电路113可基于高电平时间T1及低电平时间T2控制电流产生器111在预设时间区间内的各周期输出多个直轴测试电流指令S1,且处理电路113可控制角度产生器112在预设时间区间内的各周期输出对应每一直轴测试电流指令S1的预设角度θ2。另外,处理电路113可自派克转换计算电路127接收反馈电流S2,并且判断各周期中所接收的反馈电流S2的电流峰值,以判断预设时间区间内中哪一反馈电流S2的电流峰值为最大,并输出对应的初始角位置θ1。处理电路113可基于有限状态机(finite state machine,FSM)实现控制电流产生器111、角度产生器112及执行初始角位置θ1的输出。在一实施例中,控制电路123可为适用于直轴电流以及交轴电流的闭回路控制器,例如PID控制器。
另外,初始角位置θ1与预设角度θ2所在的值域都是处在由初始位置电路11、逆派克转换计算电路124与派克转换计算电路127三者所共同定义出的运算用的虚拟向量空间(virtual vector space)(此向量空间称为定义域)。因此,在实施例中,初始位置检测电路11所输出的初始角位置θ1可以输出给逆派克转换计算电路124进行马达2正式运转时的计算。在另一实施例中,使用者可将输出端P4额外接一个转换电路(图1未显示),以将此虚拟向量空间转换成实体位置空间(real space),让初始角位置θ1转换成实体空间中的三维坐标后,再进行后续处理。
另外,初始位置检测电路11及磁场导向控制电路12可以微控制器(MCU)或其他具有控制及数据运算能力的控制器来实现。设计者可使用图1、图5与图6所公开的架构制成芯片,或是利用图2至图4所公开的控制方法,将之写成程序码后烧入厂商所提供的平台,以构成平台上的应用程序(Application),此应用程序即可实时获得马达(转子)初始位置。因为一般既有平台仅能用于控制马达转速,若有得知马达初始位置需求,则须在额外设置硬件电路。若在使用一般既有平台且不想额外设置装置的状况下想得知初始位置,只需使用或是利用图2至图4所公开的控制方法所形成的应用程序再结合马达转子位置检测装置1即可得知马达转子初始位置,非常方便。
综上所述,根据本公开的马达转子位置检测装置的一实施例,初始位置检测电路可取代一般市售的转子位置感测器,且初始位置检测电路可良好地结合于磁场导向控制电路而检测出马达转子的初始角位置,马达转子位置检测装置的设计者不需额外调整磁场导向控制电路;或当以微控制器实现马达转子位置检测装置时,设计者可在不需修改磁场导向控制电路所执行的磁场导向控制的程序码状况下,完成马达转子初始位置检测。
并且,设计者可弹性地调整测试电流指令的数量以及各预设角度的角度值,以降低转子的初始角位置误判的情形发生,且在马达的总线电流输入线路上不需额外增加电流取样电阻以及对应的放大器与数字模拟转换电路,可进一步节省额外的硬件成本。
虽然本公开已以实施例公开如上,然其并非用以限定本公开,任何所属技术领域中技术人员,在不脱离本公开的精神和范围内,当可作些许的变动与润饰,故本公开的保护范围当视后附的专利申请范围所界定者为准。
Claims (9)
1.一种马达转子位置检测装置,其特征在于,包含:
一磁场导向控制电路,是用于在一预设时间区间内接收一测试指令,并根据该测试指令产生一反馈电流,其中,该测试指令包含一测试电流指令与一预设角度;以及
一初始位置检测电路,是用于发送该测试指令给该磁场导向控制电路,及发出该马达转子的一初始角位置,该初始位置检测电路电性连接该磁场导向控制电路并包含:
一电流产生器,用于输出该测试电流指令;
一角度产生器,用于输出该预设角度;以及
一处理电路,控制该电流产生器与该角度产生器,及用于获取该反馈电流的峰值,以形成一峰值矩阵,并运算出该峰值矩阵中元素的一最大值,并根据该最大值从该预设角度中对应出其中之一,形成该初始角位置,且于一马达转动前,发送该初始角位置至该磁场导向控制电路,借此控制该马达转动。
2.如权利要求1所述的马达转子位置检测装置,其特征在于,该初始位置检测电路是于多个周期中发送该测试指令,并且,于两个周期发出的两个所述预设角度之间的差值是大于或等于一预设值。
3.如权利要求2所述的马达转子位置检测装置,其特征在于,该预设值是大于或等于1度的一个数值。
4.如权利要求1所述的马达转子位置检测装置,其特征在于,该磁场导向控制电路包含:
一直轴电流合并电路,电性连接该初始位置检测电路,该直轴电流合并电路用以接收该测试电流指令,及
一交轴电流合并电路,电性连接该初始位置检测电路;
其中,该测试电流指令是包含一高电平时间及一低电平时间的一电流脉冲信号。
5.如权利要求4所述的马达转子位置检测装置,其特征在于,该处理电路更接收该高电平时间及该低电平时间,以控制该电流产生器产生对应的该测试电流指令。
6.如权利要求4所述的马达转子位置检测装置,其特征在于,该磁场导向控制电路还包含一派克转换计算电路,电性连接该直轴电流合并电路、该交轴电流合并电路及该初始位置检测电路,该派克转换计算电路用于传送该反馈电流至该直轴电流合并电路与该初始位置检测电路。
7.如权利要求4所述的马达转子位置检测装置,其特征在于,该磁场导向控制电路还包含:
一派克转换计算电路,电性连接该初始位置检测电路、该直轴电流合并电路及该交轴电流合并电路;及
一逆派克转换计算电路,电性连接该初始位置检测电路、该直轴电流合并电路及该交轴电流合并电路;
其中,该角度产生器是输出该预设角度至该派克转换计算电路及该逆派克转换计算电路,使该派克转换计算电路据以产生该反馈电流。
8.如权利要求1所述的马达转子位置检测装置,其特征在于,该磁场导向控制电路包含一逆派克转换计算电路,该处理电路是发送该初始角位置至该逆派克转换计算电路,以计算该马达的转动控制。
9.如权利要求1所述的马达转子位置检测装置,其特征在于,该磁场导向控制电路包含:
一直轴电流合并电路,电性连接该初始位置检测电路,接收该测试电流指令;
一交轴电流合并电路,电性连接该初始位置检测电路,接收为零的电流值;
一逆派克转换计算电路,电性连接该初始位置检测电路、该直轴电流合并电路及该交轴电流合并电路,接收来自该角度产生器的该预设角度;及
一派克转换计算电路,电性连接该初始位置检测电路、该直轴电流合并电路及该交轴电流合并电路,接收来自该角度产生器的该预设角度以产生该反馈电流,并传送该反馈电流至该直轴电流合并电路与该处理电路。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
TW109120927 | 2020-06-19 | ||
TW109120927A TWI743850B (zh) | 2020-06-19 | 2020-06-19 | 馬達轉子位置偵測裝置與偵測方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN212324021U true CN212324021U (zh) | 2021-01-08 |
Family
ID=74036521
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010806381.8A Pending CN113824380A (zh) | 2020-06-19 | 2020-08-12 | 马达转子位置检测装置与检测方法 |
CN202021675909.4U Active CN212324021U (zh) | 2020-06-19 | 2020-08-12 | 马达转子位置检测装置 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010806381.8A Pending CN113824380A (zh) | 2020-06-19 | 2020-08-12 | 马达转子位置检测装置与检测方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20210399663A1 (zh) |
CN (2) | CN113824380A (zh) |
TW (1) | TWI743850B (zh) |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004008602A1 (en) * | 2002-07-12 | 2004-01-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method and system for detecting the disconnection of an auxiliary power supply from a poly-phase motor |
JP2004064850A (ja) * | 2002-07-26 | 2004-02-26 | Denso Corp | ブラシレスモータ |
US6856109B2 (en) * | 2002-10-15 | 2005-02-15 | International Rectifier Corporation | Efficiency optimization control for permanent magnet motor drive |
US7960938B2 (en) * | 2004-12-21 | 2011-06-14 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Method and apparatus for determining motor rotation status |
KR101114739B1 (ko) * | 2006-03-17 | 2012-03-29 | 니혼 서보 가부시키가이샤 | 스테핑 모터의 제어장치 |
EP2034267A4 (en) * | 2006-06-14 | 2011-04-27 | Furukawa Electric Co Ltd | ANGLE DETECTOR |
US7592770B2 (en) * | 2006-06-29 | 2009-09-22 | International Rectifier Corporation | Parking control technique for permanent magnet motor drives with sinusoidal BEMF |
US8350507B2 (en) * | 2007-09-27 | 2013-01-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Controller of rotary electric machine |
CN102522943B (zh) * | 2011-12-24 | 2014-04-30 | 许继电气股份有限公司 | 垂直轴永磁风力发电机转子初始位置控制方法 |
CN103187919B (zh) * | 2011-12-28 | 2016-06-15 | 苏州汇川技术有限公司 | 一种永磁同步电机弱磁调速的系统和方法 |
EP2824828B1 (en) * | 2012-03-07 | 2023-05-03 | Mitsubishi Electric Corporation | Air conditioner |
CN103269191B (zh) * | 2013-05-22 | 2015-07-01 | 浙江大学 | 一种永磁同步电机直接转矩/磁链控制方法 |
JP5920290B2 (ja) * | 2013-07-30 | 2016-05-18 | 株式会社安川電機 | モータ、およびモータの機械角検出方法 |
EP2924870B1 (en) * | 2014-03-24 | 2021-10-13 | maxon international ag | Method for determining the position of a rotor of a polyphase motor |
JP6167982B2 (ja) * | 2014-04-23 | 2017-07-26 | 株式会社豊田自動織機 | モータ駆動装置および電動圧縮機 |
JP2020115731A (ja) * | 2019-01-18 | 2020-07-30 | コニカミノルタ株式会社 | モーター制御装置および画像形成装置 |
JP7188169B2 (ja) * | 2019-02-18 | 2022-12-13 | コニカミノルタ株式会社 | モーター制御装置、ローターの磁極の初期位置推定方法、および画像形成装置 |
TWI777686B (zh) * | 2021-07-23 | 2022-09-11 | 禾一電子科技有限公司 | 電子式旋轉編碼器 |
-
2020
- 2020-06-19 TW TW109120927A patent/TWI743850B/zh active
- 2020-08-12 CN CN202010806381.8A patent/CN113824380A/zh active Pending
- 2020-08-12 CN CN202021675909.4U patent/CN212324021U/zh active Active
- 2020-10-20 US US17/075,221 patent/US20210399663A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWI743850B (zh) | 2021-10-21 |
US20210399663A1 (en) | 2021-12-23 |
CN113824380A (zh) | 2021-12-21 |
TW202201893A (zh) | 2022-01-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102273063B (zh) | 确定交流电机的初始转子位置 | |
US5903128A (en) | Sensorless control system and method of permanent magnet synchronous motor | |
US8941339B2 (en) | Apparatus and method for measuring position deviation of rotor of permanent magnet synchronous motor | |
JP2014518604A (ja) | モータコントローラとモータとの間の電気接続を評価するための方法およびシステム | |
US10063166B2 (en) | Motor driving system, motor driving device, multi-axis motor driving system, and multi-axis motor driving device | |
JP2010029030A (ja) | モータ制御装置 | |
JP2022028237A (ja) | モータ制御システム | |
KR101618722B1 (ko) | 모터 드라이브 시스템 | |
CN212324021U (zh) | 马达转子位置检测装置 | |
TWM601933U (zh) | 馬達轉子位置偵測裝置 | |
CN111656669A (zh) | 控制装置 | |
JP3526846B2 (ja) | ステッピングモータの駆動装置 | |
WO2018159101A1 (ja) | モータ制御方法、モータ制御システムおよび電動パワーステアリングシステム | |
KR100635006B1 (ko) | 3고조파를 이용한 피엠 비엘디씨 전동기의 구동장치 및 그구동방법 | |
US11764710B2 (en) | Automatic transition of motor controller from open-loop control to closed-loop control | |
Kumari et al. | Speed control of BLDC motor using DRV8312EVM in VisSim Environment | |
US11228271B2 (en) | Control device for three-phase synchronous motor and electric power steering device using the same | |
Oettmeier et al. | Test-bench set-up for high-power PMSM test drive for validating novel control schemes | |
JP4061446B2 (ja) | 同期電動機の抵抗値同定方法とその制御装置 | |
JP2021171867A (ja) | 電動工具システム、制御方法、及びプログラム | |
WO2018159100A1 (ja) | モータ制御方法、モータ制御システムおよび電動パワーステアリングシステム | |
US20240162843A1 (en) | Motor drive control device and fan unit | |
JP4312993B2 (ja) | インバータ制御方法およびその装置 | |
JP3576827B2 (ja) | 同期電動機の回転子位置推定装置 | |
US11398785B2 (en) | Position detection and monitoring |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |