TW200406974A - Method and apparatus for identifying an operational phase of a motor phase winding and controlling energization of the phase winding - Google Patents

Description

200406974 五、發明說明（l) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種辨識馬達相線圈之可操作相及控制該 相線圈激能之方法與裝置。 【先前技術】 控制一切換磁阻機械（switched reluctance machine SRM)主要在於其轉子（ro t〇r)的絕對位置。對於此相關依 賴性，R.Krishnan 在 June 2 0 0 1，CRC press 發表的”切換 磁阻馬達驅動器”有詳細的說明。可利用編碼器 (encoder)、解算器（resolver)或具有磁輪之光學開關 (optical switches)以測量轉子的位置。上述任一解決方‘ 案之裝置皆非常昂貴，因此在低效能、高數量且低成衣的 應用方面是不適合且不被接受。 另一取得該絕對轉子位置的方法，可藉由測量及處理電 流或電壓信號以間接估計轉子位置。該方法的基本原理在 於該切換磁阻機械（SRM)的相線圈與其三種關鍵變數具有 一種特殊及獨有之三惟關係，該關鍵變數為：感應係數/ 磁通量（inductance/flux linkages)，激發相電流 (excitation phase current)及轉子位置。當已知二變數 值時，第三個變數則可由先前已知的三惟關係而導出。電 流可以容易且低廉被測得，假設有線圈之電壓，磁通量可 被計算出，因而獲得轉子位置是一件容易且簡單的事情。 電壓測量並非總是低廉、乾淨且無切換噪音。因此，在 實務上，利用測量電壓值以導出第三個變數值之方法經常 是充滿挑戰。同時，執行該此方法係決定預估之正確性、

00731.ptd 第5頁 200406974 五、發明說明（2) 馬達驅動速度範圍、執行成本及執行強度。因此一種便宜 可直接或間接感測、量測、或估計絕對轉子位置的方法， 迄今仍是一件重要的研究及發展上的挑戰。 在”切換磁阻馬達驅動器π 發表中，K r i s h n a η歸類各種 轉子位置之估計方法，及標識其各別算法、執行、優點及 缺點，相關的技術將描述於下。 ❹ 揭示於美國專利第5, 7 9 3, 1 7 9號，Watkins運用一續流電 流（f r e e w h e e 1 i n g c u r r e η 1:)以測定轉子位置。在切換磁阻 機械（SRM)下磁通量與電流的關係呈現如下： λ 二 i. L·'. άλ :1 ·-十丄/ . d9 di 1θ Ί · αι 1 j d/^ . 二———i L! άθ dL 1θζ '~άθ 其中i是電流，L表示電感，λ表示一定子相（stator p h a s e )的磁通量，0是轉子位置。 在續流時，第二方程式的右邊可被簡化，由於該相線圈 的電壓將是很低，因此磁通變化率可忽略不計。其結果關 係如下： ώ_Ύθ L\ dL]

00731.ptd 第6頁 200406974 (3) 五、發明說明 對一很小 α = (1/L) ·，

Watk 1 ns方法是基於在完全被定位位置時，即一組轉子 極vrotor p〇ies)對應於一組定子極（stat〇r poles)，不 ‘相電流（phase current)的水平，電感（inductance)變 化率對角度本質為零。因此，根據上述的方程式，假設 △ 1二0 ’轉子位置則在該定位位置之中央，此時，電感 (inductance)變化率是零。假設# 〇，則信號將表示 5亥切換磁阻機械（s R μ )的作用點（〇 p e r a t i n g ρ 〇 i n t)，指示

該切換磁阻機械（SRM)是在正或負電感（inductance)斜率 區内運轉。 W a t k 1 n s方法之優點是其非常容易被應用。該方法的1 點是需要持續轉動該機械，且至少一相線圈有電流。因 此，該方法需要分離起動程序和裝置。

L 1 u等人揭示於美國專利第6，1 0 7，7 7 2號是利用電流上 升時間以偵測轉子位置。這種方式依據的原理為該馬達相 線圈（raotoi: phase coil)的電流上升時間與相線圈的電感 (inductance)直接成正比例。相線圈的電感（inc|uctance) 表示出該轉子位置，因此，該電流上升時間表示出該轉子 位置。該上升時間與一所需電流上升時間相比較，所需電 "丨l上升日τ間表示該導通期間（c〇nducti〇n intervai)與轉 子位直間的一同相關係（i n _ p h a s e r e 1 a t i ο n s h i p)。因 此’邊上升時間能被用作產生控制信號以調控整流實例。

MacMinn等人於美國專利第4, 64 2, 5 43號揭示一切換磁 阻機械（S RI)驅動系統，該系統包括耦接一相順序器

200406974 五、發明說明（4) ^ (phase sequencer)之一狀態順序機械裝置（state sequencing mechanism)，在不使用位置感應器下，以達 成馬達位置為基礎之操作。一電流感應器提供該狀態順序 機械裝置（state sequencing mechanism) —平均電流流經 該馬達線圈，並且該狀態順序器依據該電流資訊產生該起 動順序。該相順序器（phase sequencer)是依據來自該狀 恶順序機械裝置（state sequencing mechanism)的資訊以 決定該相將被激能。該啟動狀態順序可由一狀態圖（state diagram)而製作，該狀態圖具有一調整狀態、一啟動狀 ®、一檢查狀態和一斜面狀態（r a m p s t a t e )。在試圖起動f 馬達時，調整狀態轉變成該起動狀態。此後，完成轉變^成 檢查狀態及決定該馬達線圈的平均直流電流（dc)，丨dc。 當I dc上升超過一參考值丨r e f時，該啟動狀態序列復歸到 該調整狀態，表示必需重試該啟動順序。當丨dc小於 hef ’該啟動順序轉前進到該斜面狀態（ramp state)，意 指該起動順序是成功的。而後，該相順序器（phase sequencer)使該馬達達到要求之速度。

Konecny等人於美國專利第5, 0 1 5, 9 3 9號揭示針對一切換 磁阻機械（SRM)的一馬達控制電路，其包括一轉子和複數 個定子線圈（stator coi Is)。用於激能在順序定子線圈之 _ 驅動電路包括一電感器（current sensing resistor)， 以取得與線圈電流成正比例的一信號，及包括一斜率檢波 為（slope detector)，以測得電流信號相對於時間的變化 率’在超過預定時間間隔時，在此時間線圈内之電壓受到

00731.Ptd 第8頁 200406974 五、發明說明（5) 反電動勢（back EMF)控制。一可變式震盪器（variable oscillator)該斜率檢波器（slope detector)整合輸出做 出反應，以針對該驅動電路（d r i v e r c i r c u i t)產生一時序 信號。當線圈間電壓受到反電動勢（back EMF)控制時，則 電流實質為一定。但是當轉子與驅動電路不同相序時，於 此時電流信號實質是線性斜波，電流訊號的正或負係根據 該轉子是導向或偏置於該驅動電路而定。 另一運用有功相電流感測（a c t i v e p h a s e c u r r e n t sensing)的方法，於Sood等人在美國專利第5, 4 2 0, 49 2號 和Marcinkiewicz等人在美國專利第5, 457, 375號中被提 出。該方法使用直流匯流排電流波形（d c b u s c u r r e n t — waveform)以II集有關馬達整流瞬間（commutat i on instants)之資訊。該方法採用處理器以評估該直流匯流 排電流（d c b u s c u r r e n t)的斜波（s 1 〇 p e )和振幅 (a m p 1 i t u d e )，將該波型與期望波型相比較，而後調整該 整流頻率（commutation frequency)。本方法的使用是需 要事先知曉該波型並將之儲存於記憶體。Marcinkiewicz 改良Sood的方法，係採用考慮該波紋含量（ripple content)之演算法。 揭示於Mac Minn等人的美國專利第4, 9 5 9, 5 9 6號，是利用 一電感應方法（inductance sensing method)，其中電壓 感應脈衝（voltage sensing pluses)加在一無功相位 (inactive phase)。由該感應脈衝（sensing pluses)得到 的相電流變化與該相電感（phase inductance)的瞬時值

00731.ptd 第9頁 200406974 五、發明說明（6) (i n s t a n t a n e 〇 u s v a 1 u e )成反比例。藉由比較該相電流 (phase current)變化和臨界電流（threshold current)而 決定一適當的整流時間（c 〇 m m u t a t i ο n t i m e )，因此使相激 能（phase exci tat ion)與轉子位置同步。經由減少或增加 臨界電流，該相激能（p h a s e e X c i t a t i ο η) 分別會提前或 退後。 揭示於Green等人的美國專利第6, 291，949號，是將外界 信號加入一無功相位（i n a c t i v e p h a s e )，俾以達到一多相 切換磁阻機械（polyphase SRM)的無感操作（sensorless operat ion)。在一載波模態（chopp ing mode)下，預定磁 φ 通量的診斷脈衝（diagnostic pulses)被加入一無功相省 (i d 1 e phas e )。在一單一脈衝模態，使用一有功相位 (act ive phase)以預測位置。起動該機械的一方法是運用 在二相位的診斷脈衝（d i a g η 〇 s t i c p u 1 s e s )，來提供對位 置唯一值，在全力矩狀態下允許該驅動裝置起動或再起 動。該方法的另一變化是揭示於G r e e η的美國專利第 6, 351，094號，在一截波模態（chopping mode)引入電壓脈 衝（vo 1 tage pu 1 ses)於各相線圈的無功期間（i d 1 e per iod)。上述二種方法皆適用於多相機械。脈衝引入是 依照轉子速度以嘗試改變該頻率以降低噪音。 <1 揭示於Mayes等人的美國專利第6, 39 6, 2 3 7號，係基於運 用引入診斷脈衝（diagnostic pulses)於一無功相線圈之 方法，具有電流或磁通量（flux linkage)之預定最高值。 在脈衝結束時及在脈衝引入開始之前，量測電流或磁通量

200406974 五、發明說明（7) (flux linkage)。由於注入診斷脈衝（d i agnos t i c pulses)，從總電流與主電流差異或磁通量（fiux 1 inkage)來決定電流或磁通量（flux 1 inkage)值並且用來 推測轉子位置（r 〇 t 〇 r ρ 〇 s i t i ο η)。

MacMinn等人的美國專利第4, 772, 839號，揭示一間接位 置感應器（indirect position sensor)，該感應器應用短 期低水平感應脈衝（sens i ng pu 1 se )至二未激能相（un-energized phases)。對於每一未激能相（un-energized phase)，對於每個未相激能相（un —energized phases)， 在相的變化被感測以產生估計位置值之兩個值。相對應於φ 每一個未激能相（un — energized phase)之兩個值其中《ζτ — 值被一個值移動，該值等於二未激能相（un —energized phase)間之相位移。相對應於每一個未激能相（un — energized phase)之兩個值用以推估轉子位置（rotor position)。若一無功相位被激能，則以歸納演算 (extrapolation algorithm)推估相位角度，直至獲得二 未激能相（un-energi zed phase )以運用上述之推估技術。 此技術僅用於多相機械（polyphase machines)。

Lyons等人在美國專利號碼的第5, 52 5, 886號揭示推估轉麵 子位置（rotor position)之方法，該方法將相對高頻率、 短暫期間（short duration)及探測脈衝（pr〇be pulse)應 用於至少二無功相位。這些相中所量測之電壓及電流被用 來計算各相之轉子（rotor)及定子磁通量（stator flux 1 inkage)。此估算值被輸入於一模態以決定轉子位置。此

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200406974 五、發明說明（9) 定，則相對應轉子位置之電流斜率開始增加。當電感開始 上升，電流斜率則下降。Gabriel等人揭示這種技術於 1998年7/8月第34卷之四832〜834頁美國電機及電子工程 師會報工業應用主題中。此方法限制是··（ 1 )機械相以一 提昇角度被啟動（2)在現場需要安裝一另外起動裝置以全 程運作。此方法優點為不需要複合電路（complex circuitry)以決定轉子位置（rotor position)。

Hoi 1 ing等人及Lim揭示於美國專利編號第5, 6 0 0, 2 1 8及 5，5 8 9，7 5 1號’係分別使用電流梯度技術（c u r r e n七 g r a d i e n t t e c h n i q u e )。他們的演算法係比較一微分正常 化電波形與一預定參考6¾界值’比較結果而後被用來 測該整流點（c 〇 m m u t a t i ο η ρ 〇 i n t)。

Ho 1 1 i ng揭示用於此演算法於一種無刷式直流馬達，但 此方法也可延伸運用於可變磁阻馬達（variable reluctance motor) 〇 另一該技藝熟之技術為以磁通量（f lux丨inkage)為基礎 之方法’此法&供暫停自由啟動（hesitati〇ri free starting)。位置無感技術（p〇siti〇ri sensoriess techn i que)之缺點為該暫停是發生於啟動切換磁阻機械 (SRM)時。

Bu & Xu揭示於”消除啟動暫停對切換磁阻馬達之可靠無 感應器控制π於1 9 9 8年1 〇月美國電機電子工程師學會工業 應用學會第693-700頁，是針對無暫停自行起動之一種方 法。所有相被短暫激磁及相電流都被測量；第二高電流的

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200406974 五、發明說明（ίο) 相被選出以判定轉子位置。該方法之缺點是除了電流感應 器（current sensors)以外仍需要電壓轉換界、（v〇uage transducer ) ° 以觀察員為主之預估方法係使用模式參考適廣护r制 (adaptive control MRAC)技術、簡單觀察員/預估技術或 全觀察員技術。Lumsdaine跟Lang揭示刊登於1 99〇年美國 電機電子工程師學會會報之工業電子第37卷第2?虎之U3〜

1 4 2頁内”可變磁阻馬達觀察員狀態π之簡單觀察員/推估技 術。Genti 1 i及Nicosia兩位揭示一中全觀察員技術於1995 年9月第3 4次有關決策與控制會議之會議記錄中第}丨5〜1 2 〇 頁”為切換磁阻馬達設計之觀察基礎控制系統μ。 ε 1 mfs 及Zelaya-De La Parra二位也揭示一全觀察員技術於1996 年美國電機及電子工程師學會有關控制理論應用之丨43第5 號之4 01〜4 0 8頁，題目為’’針對切換磁阻馬達驅動之一位 置無感操作的全順序延遲L u e n b e r g e r觀察員應用”。 這些方法均需要透過趙集什鼻’因而要大量腐、用於工章 解決問題上是不可行的；同時，目前幾乎現有研究均尚未 完成。再者，自起動問題目前均尚未發表於任何研究。這

些方法也於R.Krishnan 2 0 0 1年6月CRC Press的，，切換磁 阻馬達驅動π内被探討。 L y ο n s專人於美國專利編5虎第5，0 7 9，1 9 0號，揭示^一模型 基礎方法。此方法採用一切換磁阻機械（S R Μ)之多相集中 參數（Multi-phase lumped parameter)模式 〇 此法應用一 感應器（s e n s 〇 r )已感測磁通。被測得的磁通被用來在唯讀

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200406974 五、發明說明（12) 一角度位置，在定子極組線圈該磁通（m a g n e t i c f 1 u X )與 電流間有一非線性關係。該磁通預定值對應於一角度，於 此相間之整流是被需要的。整流會發生於當實際值超過或 等於磁通之參考值。當所有磁通（flux)或磁通量（fiux i inkage)之執行，磁通或磁通量推估皆需要電壓感測，因 而增加感測負擔也增加執行之複雜度。

Heglund於美國專利號碼第6, 3 5 9, 4 1 2號，揭示利用一相 對角度估算電路（circuit)、一角度組合電路（angie combination circuit)以及一包含Kalman 據波器（filter) 之估計器的方法。相電流（p h a s e c u r r e n t)可由相對角度 估計器（e s t i m a t o r )被測量出。該角度組合電路（a n g i e〜 c〇m b i n a t i ο n c i r c u i t)結合該估計值而獲得一絕對角〆， 此絕對角度可消除不明確性。此估算器採用一切換磁=機 械（SRM)模型以進一步提昇推估轉子位置及速度之準媒 度。此法採用於現代控制理論與複合電路（c〇mplex circuity)以避免使運用於高容量應用。

Morris於美國專利號碼第6, 1 5 0, 778號，揭示一方法用 於具有至少有一不規則電極（irregular p〇u)之切換磁阻 機械（SRM)的無感操作。此不規則電極可由其幾何圖形、 材料性質、或產生不規則電感外型之其他特性來提°供' ' 電 壓可於某一相線圈被測量出，同時比較_參考電壓值以產 生一編碼器輸出（encoder output)，該輪出表示該轉子位 置。編號器信號被用以控制相之激磁。 於此方法之其他變化，測得一組線圈之電流。由於轉子

200406974 五、發明說明（13) 之不規則形狀，相同相之兩組線圈電壓會依循同一組形 狀’並且可被用於採測轉子位置。為了決定轉子之正確位 置’需決定一類比電壓比（analog v〇uage ratio)。藉由 繪製電壓比與轉子位置關係圖（一相或多相），運用計算出 電壓比’實際之轉子位置可由轉子位置資料查閱表得知。 由此方法使用比率度量資料（rati〇metric data)，提供 之位置資料對於供應電壓、線圈溫度、類別電感及其他操 作條件是不敏感。此種方法之優點如下：（丨）不需傳統感 測為（2 )由於製造變化，對於供應電壓變化不敏感（3 )成本 低且容易操作，並可以運用於嚴苛之環境下。缺點為若是$ 有不明確之位置資料，需提出一相以上之資料以消除不^明 確性。。本方法也需要一種分別起動程序，並且此法不適合 :夹國專利號碼第5，6 9 1，b 9 1及5，9 4 9 2 1 1 號=散置於主線圈之輔助線圈。控制器個 磁主線圈及辅助線圈，當輔助線圈別瀲 能測出辅助線圈兩端之電壓。辅 ^ b/ ^髮感應器 同時兩相間之差昱提供一表干線圈之相電流被測得， ”從1，、 表不轉子位置之传赛。

Bartos等人揭示於美國專利號碼 σ g 種採用不規則在轉子極或定子極之方法。、.寅：广係-個事實，即在一個或一個以上 、才去環繞於一 化，或兩者都不規則變化下，合：：或轉子極不境則變 -特殊樣式。在正常電感外型：==電感外型產生 丁久私汉外土產生之干擾頻率，同時也被運二引起一 雙用於獲得

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五、發明說明（14) 速率資料。 以上所提及之參考資料於此併入本文參考。 【發明内容】 本發明之目的係為了克服相關技術裝置所面臨之缺點 及問題。本發明係提供一種裝置以間接估計一切換磁阻機 械（S R Μ)之絕對轉子位置。此機械除了需要電流感鹿哭 ' (current sensors)來量測機械線圈電流外，並不需任何 其他感應器（s e n s 〇 r s )。電流感應器價袼低廉，同時以電 阻為基礎。再者，該感應器不需被隔離當與揭示於共同專 利申請案之電力變換器技術一起使用。 本發明之目的可經由一方法全部或部分被達成，該， 法用以辨識馬達之操作相（operati onal phase)，包括獲 得信號第一個值，該信號表示出該馬達之操作相，亦包括 在一段時間經過後獲得信號第二個值。該方法進一步包括 辨識馬達之第一操作相（first operational phase)，假 設在一非負第一個臨界值（non-negative first threshold value)内，第二個值超出第一值。假設第二個 值不超過第一個值而在第一臨界值内，則可辨識馬達之第 二操作相（second operational phase)。 本發明之目的可進一步經由一方法全部或部分被達成， 該方法用以辨識馬達一操作相，包括獲得一信號之第一個 值，此信號值表示馬達之操作相，且亦包括在第一段時間 結束後可獲得信號之第二個值。在第二段時間結束之後， 可獲得信號之第三個值，且在於第三段時間結束後可獲得

00731.ptd 第18頁 200406974 五、發明說明（15) # 5虎之第四個值。本方法進一步包括辨識馬達之第一操作 j ’饭如·（ 1 )在一非負第一個臨界值内，第三個值超出 第一個值以及（2)在非負第二個臨界值内，第四個值超越 第二個值。如果第一操作相Cfirst 〇perati〇nal 未被辨識出，則需辨識馬達之第二操作相 operational phase) 〇

本發明之目的可能更進一步經由一方法全部或局部被完 成，該方法用以辨識馬達一操作相，包括獲得一個第一測 里k間於馬達之相線圈被激磁，並且在接著激磁之期間馬 達相線圈被激磁時間而獲得一第二測量值。如果在一非負 第一個臨界值（non - negative first thresh〇ld valueT 内 第二個測量值超出第一個測量值，則馬達之第一操作相被 辨硪出。如果第二個測量值不超過第一個測量值而在第一 個臨界值内，則可辨識馬達的第二操作相。 本發明之目的係更進一步完全或局部由一控制器 (controller)來完成，該控制器用以控制馬達相線圈激 磁，即包括第一樣本（sample)及儲存元件（h〇;ld device)

以獲彳于仏號之第一個值’且包括第二樣本（Sample)及儲存 元件（ho Id device)以在一段時間經過後獲得信號之第二 個值。一個第一比較器（first comparator)比較第一個及 弟一個值。如果在一非負弟一個臨界值（non-negative first threshold va 1 ue)内第二個測量值超出第_個測量 值，一個切換邏輯裝置（switching logic device)會辨識 馬達之弟一操作相（first operational phase)，及如果

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200406974 五、發明說明（16) ^ 一^ 第二值未超過第一個值並在第一個臨界值内。 本發明之目的係更進一步全部或局部由控制器 (controller)來完成，該控制器用以控制馬達相線圈之激 磁’包括一種磁滯控制器（hysteresis controller)以產 生一問控信號（gating signal)，該信號係依據電流流經 達相線圈之 L號指示（signal indicative)與一參考 信號（reference Si gnal)間之差異。控制器亦包括一計時 兀件（timing device)以產生順序計時器信號（sequentiai timer signals)，各計時器信號表示出該閘控信號 (gat ing signal)保留在一特殊信號狀態之適量時間，於 _ 此各特殊信號狀態相對應均是一致。如果該順序之一，續 足日才态k號有一個值’該值在第一個臨界直内超過前一個 接續定時器信號值，一個切換邏輯裝置（swi tching 1〇gic device)會辨識馬達之第一操作相（Hrst 〇perati〇nai phase)，並且如果前一個定時器信號值超出接續定時器信 號值時且於第二臨界值内，則辨識馬達之第二操作相。 本發明之較佳具體實施例將詳述於以下說明，若能與所 附之圖示說明一併閱讀將增加其了解性。 【實施方式】 第1圖係顯示一相線圈（p h a s e w i n d i n g)電感 C inductance)與一馬達轉子位置相對應定子之間的關係。 在一外加電流激磁（current excitation)102 下，呈現一 切換磁阻機械（SRM)，該相線圈（phase winding)的電感特 性1 0 1相對於轉子位置。假設該電感丨〇 1僅是該轉子位置的

00731.ptd 第20頁 200406974 五、發明說明（17) — 一函數而非從屬於該電流激磁102 (curren1： excitation)，這僅在該切換磁阻機械（SRM)iB —η直線範 圍内才成立。

針對切換磁阻機械（S R Μ )的相線圈（p h a s e w i n d i n g)產生 電動迴轉動能（m〇t〇ring power)，很重要是該電流激磁 1 〇 2出現在該電感無變化上升的區域，亦是其斜率相對於 該轉子位置是正之處。應注意到該電感在二個區域呈現固 疋，一是在最低值區域，其一般所知是相對應於轉子和定 子極（rotor and stator poles)呈非定位位置（通常意指 非直線位置）’另一是在最高值區域，其一般所知是相對 應於該轉子和定子極（r〇t〇r and stator poles)成對齊^位 置，通常意指一直線位置。第1圖係呈現一電流參考 (current reference)或電流控制（current command)103 和實際電流激磁1 〇 2，該電流控制（c u r r e n ^ c o m m a n d ) 1 0 3 以粗線表示，而實際電流激磁1 〇 2隨之以細線表示。針對

。亥相（phase) —脈寬調變（PWM pluse width modulation) 電路產生開（turn-on)和關（turn-of f)信號l〇4給電源變換 器開關（power converter switch)。這些脈衝信號（pluse signals) 104具有持續序改變的負載週期（duty cycles) 〇 一簡單控制器（control ler)僅需要瞬間電流開和電流 關。這些瞬間電流開關產生於該相線圈（phase winding) 需保持激能狀態，表示電路迴路電感持續上升。本發明係 死供一種裝置及方法以判斷該定子相（s t a t 〇 r p h a s e )被激 能（energized)和不被激能（de-energized)間之間隔時

00731.ptd 第21頁 200406974 五、發明說明（18) 間。同樣理論也運用於再生操作（regeneratiQri operation)，同樣可運用於不同旋轉方向之操作。再者， 得知該相導電期間（phase conduction periods)有助於產 生編碼器脈衝（encoder pulses)以計算速度，由此完成一 基本速度資料控制，以產生該機械所需速度控制。 本發明可間接估計在切換磁阻機械（SRM)每一相，該電 流激磁1 0 2的傳導（c ο n d u c t i ο η )和非傳導^⑽― c ο n d u c ΐ i ο η )區間（i n t e r ν a 1 )，必要時這些資料與絕對轉 子位置相關連。僅查看該脈寬調變器（p u 1 $ e w i d t h modulator)輸出或脈寬調變器輸入的負載週期（duty φ cycles) ’ 亦稱為控制電壓（control v〇ltage/CV)，即 1 估計這些區間（i n t e r v a 1)。該控制電壓與該負載週期 (du t y cy c 1 es )成正比例，並且一般轉換成脈寬調變信號 輸出。本發明的科學理論導出如下。 假設在電流控制的目標區域（r e g i ο η 〇 f i n t e r e s t)是當 電流（current)和其指令（command)之數值非常相近。該目 標區域（region of interest)不包括該電流上升與該指令 (command)相一致的起始期間區域，假設該指令是一分段 指令。同時’該目標區域（region of interest)也排除一 最終期間區域’於此該相電流被關閉或是零或負電壓通過 該機械相。在該起始和最終期間之間的間隔是相對於該目 標區域（r e g i ο η 〇 f i n t e r e s t )，於此區域該電流值非常接 近參考值，可能是一系統擬定量狀態（q u a s i - s t e a d y state)。本發明只針對討論該目標期間（regi on of

00731.ptd 第22頁 200406974 五、發明說明（19) i n t e r e s ΐ )以預估該切換磁阻機械（S R Μ )的操作電感區。假 設該切換磁阻機械（g r Μ)的一相電壓方程式為：

di dL v 二 U-r + 7 at αθ 其中v是外加電壓，r是每相之定子線圈電阻（s t a 10 r winding resistance)，L表示該電壓下當時的電感 (inductance)，ω是轉子速度，Θ是轉子位置，I表示電 流。d L / d Θ於載子期間（c a r r i e r p e r i 〇 d )被視為一常數， 且與載子頻率（carrier frequency)成反比。由於該載子 頻率在20k Hz範圍内，該載子期間（carrier period)是1 約5 0 β s。在短時間内電感和其斜率可視為維持一定數。 於載子期間，一開脈衝(On pu 1 s e )施於該可控制開關， 藉以使該控制開關施加一直流電流鏈電壓（dc 1丨nk v〇11 a g e )於該機械線圈（jp· a c h i n e w i n d i n g ) —段期間，該 期間等於該負載週期（t y cy c 1 e s )和該載子期間相乘， 以d T來表示。依賴切換磁阻機械（S R Μ )驅動系統之控制策 略及轉換器拓撲，施以零或負匯流電壓值交流電一段T-dT 期間。於載子期間（c a r r i e r p e r i 0 d)，在時間d T電流由其 低值上升至尖峰值，然後在時間T_ dT電流由最尖峰值下降 於低值。若電流變化（current variation)在dT秒是一2Δ I，並且假設在T-dT秒電流變化為—2JI，則平均電流則大 約為，I。在載子期間（carrier peri〇d)是電流最低值 或初始電流。

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00731.ptd 第24頁 200406974 五、發明說明（21)

0 < t <dT 當相開關（p h a s e s w 1 t c h )是關閉時 di dL 匕二0 二 i

dT < t <T 平均第一方程式

2M) ί -2AI dL 1θ % 同時 若 +ΔΙ =iav d}F= RI^ 2△/ 丨 1 - 2d' 1

，CiK dLΊθ 同樣地 r I d2(i .60, dL 1θ ❿ ύ\-2άλ\ d{y T I - v - ' |_ d2(\ - d2) 丄\ 丄/ 4(1—4) 2Δ/Ι L2 (l ~ 2d2 j A (1—24) a): VT | ^2(1 ~ ^2) 4(i-〇 111 00731.ptd 第25頁 200406974

00731.ptd 第26頁 200406974 五、發明說明（23) 則1^2 案例（i i ): 若(12 <屯 則[2 <1^ 案例（i i i ): 若 d2 = d! 則 L2 二 Μ 這些結果可以各種不同案例來證明。為了簡單扼要，該 證明則於此不再贅述而略過。

方程式（1 7 )有下列的意涵，由於整理瞭解該機械之電感 (inductance)對轉子位置（rotor position)對電流特十宝、 (current characteristics)的關係: (1 )若\ >山，則h > L!，表示機械處於一種電動迴轉區域 (motoring region) 〇 (2 )若屯=屯，則= L!，表示機械處於一種零力矩區域， 即是直線或非直線位置。 (3 )若4 <屯，則L2 < ，表示機械處於再生區域 (regenerative region) 〇

如上述，對操作區域而言，負載週期（duty ^^^彳成 為一種轉子位置為絕對項之明痛指示器，這些操作區域有 電動迴轉區域（motoring) ’零力矩區域（zer〇 t〇rque)、 再生區域（regenerative regions)。雖然負載週期（duty cyc 1 es)热法辨識轉子確實位置’但可透過量測轉子極距 (rotor p〇ie pitch)決定轉子位置。雖然如此，在許多應

200406974 五、發明說明（24) 用上，是充分了解應何時激磁各相及何時整流各相。上述 已引出及說明產生此重要資料的演算法。 第2圖說明一種切換磁阻機械（SRM)其具有轉子位置無感 馬達控制（rotor position sensorless motor control)，切換磁阻機械（SRM) 2 0 0具有一控制器 (controlier)201，一動力轉換器2 0 2，及一切換磁阻機械 (SRM)馬達20 3。控制器201包含一濾波器2 0 5，一加法器 206 ’ 一比例加積分（proportional plus integral PPI) 或比例加積分微分控制器（ppi plus differential )

2 0 8，一第一比較器210，一第一定時器樣本（f irst Umer sample)及儲存（hold)(S/H)電路211，一第二定時器樣飞 及儲存（S/Η)電路212，一第二比較器213以及一切換邏輯 214 ° 動力轉換器2 0 2經由一電流感應器，提供該濾波器2 〇 5顯 示供應馬達2 0 3定子線圈之電流。這個顯示可採取一電壓 形式，該電壓是定子線圈電流經由一電阻而產生。於一些 動力轉換器拓撲’该顯示不需電流隔絕（g a 1 v a n i c i so 1 at i on )即可獲得。此方法使電流測量低成本。

對此敘述假設該定子線圈電流的顯示及一參考電流或電 流控制（current command) 2 07提供電壓水平信號（v〇itage level signals)。該定子電流顯示是經該濾波器2 0 5過 濾，及提供給該加法器2 0 6。加法器2 0 6由該電流控制2 0 7 減去定子相電流之濾波顯示器以取得相電流誤差（phase current error)。此相電流誤差（phase current error)

00731.ptd 第28頁 200406974 五、發明說明（25) 可利用額外之控制器（C ο n t r ο 1 1 e r )如智慧型控制器或其他 現代化控制器變得平順及被過濾，該控制器可能是_ ^例 加積分控制器（P P I c ο n t r ο 1 1 e r) 2 0 8，比例加積分加微分 控制器及低通濾波電路之形式。 不論使用何種控制器平順或形成該相電流誤差（P h a S e current error)，此後稱為控制電壓（c〇ntr〇i VQUage CV)，此電流誤差（current error)係用以產生運用脈寬調 變電路（PWM circuit)(於圖未示）之負載週期（duty ° cycle)。在一所謂的脈寬調變（pWM)頻率或載子頻率 (carrier frequency)，控制電壓（CV)與一正三角電壓芦 號相比較，期間為τ。該電壓控制（cv)與該三角形脈t調 變信號之交集（intersection)(即是邏輯及運算），決定嗜 動力轉換器2 0 2之可控制開關（於圖未示）開（導電）及關（非 該控制電壓（cv)被轉換成脈寬調變負載週期（pWM ^ 之狀態可以用許多方法達成，但相對於第一比較哭 二於此僅描述一種方法。不論完成之狀態是使用硬體或 軟體控制器，本發明可使用此方法來實現。 4 二:：連續脈寬調變週期(PWM cycles)，在兩 疋時為樣本（11 mer samp le)及啟；+ 7久储存（S/Η)電路211及21?坌 一比較态2 1 0之輸出被計時及取揭。楚一— ,. 、 樣 第一疋時态（first timer)儲存（S/H)電路211決定及仅姓楚 心么 ,」 心及保持弟一個負載週期 (duty cycle)dl，dl 於時間 tn = n Bi 椹〜 如 ’ ^ l 4 υ時獲得，在經過一鉛航办 调變期間（PWMperiod) t = t+τ楚 /门…士 見 t〇 + T弟二個定時器儲存電路

200406974 五、發明說明（26) 212決疋及保持負載週期（duty cycle )d2，h? e评碎锋 個負載週期(dUty cycle)⑷）。訌"時二 t-T °第二個比較器2 ' B ° d 獲得d2 ~ dl之至Μ 平、一貝戰週期Uuty cycle)以 加、靜止不烧或拉V久此差異辨3識該相電感是否持續增 持激P狀r又=、、貝降低。若是持續增加，則該相必須保 b狀‘悲/才能於此時產生電動迴轉力矩UQtQr lng d//非負Λ週期（duty cyc 1 e)彼此相等，則轉子位 極：置定位)或完全直線(定位)定子及轉子 二置：=無法產生任何顯著力矩，因此，任何進 7故疋子相的激磁皆是沒有作用且 週期（duty cycle)間之莫里或自 曰丨' 中止 右負載 h H 間之差異為負，則機械相（machine〜 P咖疋於負電感斜率區（negative inductive sl〇pe …觸相(，hlne 一)若被激磁能夠產 因此，依賴切換邏輯214於兩個連續負載週期（己討乂 ^cle)之比較結果，在適當時間切換邏輯控制動力轉換器 202以激磁SRM馬賴3之相線圈。這項執行可同時進行於 =機械之每定子相。關於提供動力給該機械之相線圈，電 控制20 7由-速度控制器（於圖未示）或—外部參考（於圖 未不）所提供。只要該相如負載週期（duty cycie)差異指 示被激能，其他相則不需被激能或探測以找出該轉子位 置。當有功相位(active phase)接收到一整流信號以切斷 (關閉）依賴轉子位置之電流’下一個相將能以相同旋轉方 向轉動該機械並且能夠被激能，同時開始相同執行轉子位

第30頁 200406974 五、發明說明（27) ' " 置估計。 眾一般所熟知為了高績能則需要持續不斷預估轉子位 置。針對此具體實施例，一無功相位（inactive phase)或 一相線圈（phase winding)雖不產生重大動力卻也能被電 流控制（current command)激磁，該電流控制（current command)若與經過發動該機械之線圈的電流相比較是非常 小。因此，該無功相位（inactive phase)感知一小電流其 維持在材料特性B - Η直線範圍内，在此相線圈之電感變化 就電流變化而言是非常小，但就轉子位置而言是顯著變 化。也就是，該無功相位（inactive phase)與其電感和轉 子位置間具有一直線關係，同時與定子電流無關。當電^流 輸入該線圈及除能時，及當該相線圈之電流被消除時，本 發明之運用係產生瞬間激能之精準估計。由此估計，該控 制器2 0 1能估計該絕對轉子位置。 第3圖係說明一第二個切換磁阻機械SRM控制器執行過 程。弟4圖係說明弟3圖針對該切換磁阻機械s R Μ控制器操 作的一時序圖。控制器301包括一加法器（summer)302、一 乘法 $(multiplier)303、一樣本（sample)及儲存（hold) (S/Η)電路304，一比較器（comparator)305以及一切換邏 輯（switching logic) 3 0 6。如同一相電流誤差401，加法 器3 0 2輸出一相線圈電流30 7與一電流控制（current command) 30 8間之差異。最好於硬體，該乘法器3 0 3將該相 電流誤差4 0 1乘以一係數K，並同時提供一放大相電流誤差 40 2給S/Η電路3 04。S/Η電路304在接受一脈寬調變（PWM)脈

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衝4 0 3 ^上升界限後，則取樣該放大相電流誤差4 0 2。 超過第一個脈寬調變週期（pwM cycies)之範圍係與本發 明無關因此可將之忽略。本發明僅關心該相線圈電流λ 7、，非系接近其電流控制3 〇 8值之操作區域。該放大相電流 C差4 0 2而後被取樣及保持於二連續期間在七二τ s以及七二 T S 1 T因此取樣點皆在每一脈寬調變週期（P W M c y c 1 e s )。 =對各載子脈寬調變週期T，僅取樣一信號，因此可減少 獲取之資料數及縮短處理之時間。因而空出許多時間以作 處理和決定動作’這影響該機械驅動系統之控制品質。

比較器3 0 5決定二個連續取樣該放大相電流誤差4 〇 2之差 異，由後一個取得樣本減去前一取得樣本。此差異被I為 決定差異（decision difference)。依據此決定差異 (decision difference)，切換邏輯30 6決定那一個相需被 激能（energized)或除能（un-energized)。切換邏輯3〇6控 制該動力轉換器2 0 2，因此電壓Va = Vdc，-Vdc或零電壓工 加在該機械相線圈。舉例而言，當該決定差異小於零，則 切換邏輯3 0 6控制該動力轉換器2 0 2以施加電壓Va : '

Vdc。否則’切換邏輯3 0 6控制該動力轉換器2〇2以施加“ =-Vdc或零電壓。

該放大相電流誤差4 0 2之樣本是從脈寬調變週期（p界μ cycles)之開始在一固定時間（Ts)而取得，脈寬調變週期 (PWM cycles)係由脈寬調變脈衝本身之正上升界限起始 控制器3 0 1及其元件3 0 2 - 3 0 6可運用各別功能積體電路晶 片、一數位微處理器或一數位信號處理器利用前述之相同

200406974 五、發明說明（29) * 步驟而完成。 第5圖係說明第三種切換磁阻機械（SRM)控制器之執行情 形。第6圖係說明第5圖切換磁阻機械（SRM)控制器操作之 時序圖。控制器5 0 1包括一加法器5 〇 2，一乘法器5 0 3、一 微控制器5 0 4、一 S / Η電路5 0 5及一切換邏輯5 0 6。加法器 5 0 2輸出相線圈電流3 0 7與電流控制3 〇 8之差異如同一相電 流誤差401。乘法器3 0 3將該相電流誤差4〇1乘上一係數一κ 及提供一放大相電流誤差5 0 7給該微控制器5 0 4。微控制器 5 0 4輸出該放大相電流誤差5 〇 7之絕對值，如同一絕對值相 電流誤差6 0 1比S / Η電路5 0 5。S / Η電路5 0 5在接受到脈寬調❶ 變脈衝（PWM pulse ) 403之上升界限後則取樣該絕對值^相 電流誤差601，及隨後在接受到脈寬調變脈衝（PWM pu丨se) 4 0 3之下降界限後再取樣。 假设一連續脈寬調變（PWM pu 1 se )皆有相同負載週期 (duty cycle)，亦即該負載週期之有效改變發生於該脈寬 調變頻率之半。在該二脈寬調變週期（PWM cycies)内具相 同之負載週期（duty cycle)，若電感未發生任何改變則電 流不應該改變。此於本發明可被測試出。相電流誤差5 〇 7 在軟體或硬體被轉變成該絕對值相電流誤差6 〇 1，同時該 破, 絕對值相電流誤差6 〇 1係說明於第6圖。

S/Η電路5 0 5從脈寬調變脈衝40 3在經過Tsl期間之後，採 樣该絕對值相電流誤差6 〇 1，同時於下一個脈寬調變脈衝 403之上升界限經過。！期間後再次採樣，此時脈寬調變脈 衝40 3具有一段τ時間。因此，各二脈寬調變週期（pwM

200406974 五、發明說明（30) cycles)於Tsl 及Tsl+T：to 叫 ★ 調變脈衝403上升界個脈寬調變週期該脈寬 ^ ^ ^ ^ L 之後，取仔一絕對值相電流誤差6 0 1 ◊。相同地，各二脈寬調變週期（PWM cycles)於Ts2 ί』：1在第：個脈寬調變週期之脈寬調變脈衝4〇3上 1义之^，取得一絕對值相電流誤差6 0 1之樣本。此 《切換邏輯5 0 6從在脈寬調變脈衝4 0 3上升界限之後ts 1 及期間取得之該絕對值相電流誤差的樣本間又 (decislon difference) 取〜脈見调變脈衝403上升界限之後Ts2及T + Ts2期間 Ϊ „巧相電流誤差的樣本間決定第二個判斷差 降。若而和第-判斷差異為「正」則表示電感正逐幕下 判斷差異為「負」，則表示電感正逐漸增加， 兩者均為「零」，則表示電感並沒有變化。取檨太 瞬間Tsl及Ts2係依櫨哕盒恭、两u 』儿，又,文化。取樣本 預先設定成各種不而不^々（仏以CyCle)，並且可 '战谷種+同值而不需於線上笞。 在解釋該判斷差異之結果時需 ^ 感變化率相對於轉子位置在;^，主思即使我們假設該電 同，作實藤μ、] θ 為械之正或負電感斜率區是相 丨J彳一貫務上並不是如此。特則a ^ ^ 感變化率是一變化量，電咸端/疋，相對於轉子位置之電 線）轉子位置到幾乎定位（ :疋”非直 近定位（直線）位置時該電感變 ^ ^南值。接 是向下傾斜，因而產生一解釋^革相對於轉子位置經常 L、i T如门 U而座玍％擇結果之問題，即使實皙雷片 以不相同比率或在一些比率上 P使實貝弘感 接近該定位（直線）區域時可ς = = ί二f方法可顯示在 建到負笔感斜率，因此將定 ⑻73l.ptd 第34頁 200406974 五、發明說明（31) 一一"" 子相線圈之電流迅速關掉。這是正確的，因為幾乎所有切 換磁阻機械（SRM)驅動，起動提前整流（advance commutation )俾使電流不會延遲至負電感斜率區 (negative inductive slope region)，當需要馬達力矩 時會導致產生一負力矩。這將減少該機械產生平均力矩， 同日$也引起較咼噪音。因此，本發明不會影響該良好之機 械控制，因為如此，顯然表面比實際上有較多缺點。 第7圖說明第3圖切換磁阻機械（SRM)控制器之一般操作 流程圖，一馬達相線圈之激能期間被測知於S7〇2，一參考 信號（reference signal)減去一馬達電流表示信號 (motor current indicating signal)，且此差異乘上， 放大值K以產生一信號s 7 0 4，該信號將被取為樣本。藉由 取樣並儲存以獲得第一個信號值S 7 0 6。在T期間期滿後 S70 8，可取得第二信號值S712。於T期間，相線圈激能在 重新開始下一次激能期間前會停止一段時間s 7 〇 8。因此， 於相線圈之一連縯被激能期間可獲得兩個信號樣本。可選 擇地，可在具有一有干擾激能期間之二連續非激能期間以 採樣信號。 在取得二個樣本後S708 —S712，第二值減去第一值獲得 一電流變化（c u r r e n t c h a n g e ) 7 1 4，S 7 1 2若電流變化 (current change)超過一非負臨界值（non —negative threshold value)，該值大於第一預定值S718，則馬達之 第一操作相（1st operational phase)被辨識出S720。該 第一操作相表示該相線圈電感是正在增加。根據此辨識，

00731.ptd 第35頁 200406974 五、發明說明（32) ----- 控制裔則指示動力轉換器施加電壓於該相線圈以產生馬達 力矩S722。根據特殊應用物件選擇該臨界及第一預定值， 二，馬達使用之各種不同操作情況下提供正確辨識馬達操

右電流變化（current change)超過一臨界值（thresh〇ld val一lie)，但該值不超過第一個預先決定值s?i8，則馬達之 第三操作相被識別出s?24。此第三操作相表示在二個不同 瞬間樣本之電流值是彼此很接近。這表示此時電感是平直 (flat)，電感相對於位置之斜率是接近於零，這表示是接 近定位直線）位置或非定位（非直線）位置。因此針對相線 圈ΰ亥第一操作相表示出馬達轉子相對於馬達定子並史妥 善定位以產生電動迴轉（motoring)或再生力矩。 ♦雖然如此，第三操作相係提供一機會以使用相線圈於一 梹怨’該模態可準確地決定相對於定子之轉子位置。為了 支持此模組，控制器指示動力轉換器施加小量電壓於該相 線圈S726。該小電壓可運用一較小負載週期（duty cycU) 以接通閘脈衝（gate pulse)產生或由設定小電流以獲得相 同結果。該電壓或電流參考（current reference)僅需要 大至在轉子位置及相線圈電感間反應一線性關係，且產生 一最低力矩。而後，電流表示信號（m〇t〇r current indicating signal)及參考電流（reference ⑶^⑽”間 差異的多個第一個及第二個值，可以相似s 7 〇 6、s 7 〇 8及 SH2步驟方式而取得5728。從這些多個第一與第二值，控 制器可更為精準地決定出轉子位置Μ 3 〇。

200406974 五、發明說明（33) _ ~ * -----— 一若=k s 71 6顯示該電流變化並未超出該臨界值，而另 -7 =較作為決定是否該電流變化超過—非正第二個預定值 。若為如此’馬達之第三操作相被辨識S724。否則第 :#作，會被辨識3734，顯示相線圈電感會隨時間逐漸減 二β、在第—操作相時，控制器可指示動力轉換器施加適當 電1於5亥相線圈以於馬達產生再生力矩S736。程序7〇〇可 應用於馬達之各獨立相線圈。 =8圖係說明第5圖切換磁阻機械（SRM)控制器之一般操 作2程圖。當馬達相線圈之激能期間被偵測到38〇2，馬達 電流表不信號與參考信號相比較以產生一信號S8〇4，該信 號將被取為樣本。由取樣及儲存以獲得信號之第一個值^ S8 0 6。經過一段τ期間後S8〇8，可獲得信號之第二個值 S 8 1 0。可選擇期間Γ以確保該相線圈之激能於該脈寬調變 脈衝週期（PWM pulse cycle)停止，該週期正是第一個值 被採樣之期間。於信號之第三個值被獲取前38丨6係經過_ 段T期間S8 1 2。τ與T期間可被建立以致其加總等於脈寬調 變脈衝週期（PWM pulse cycle)之期間。於此情況，在下 一次激能期間S 8 1 4可獲得第三個值。從獲得第三個值在經 過τ期間後則可獲得信號之第四值。因此，一組信號樣本 可於相線圈之各二連續激能期間可獲得一對樣本信號。 在取得二個樣本後S80 6-S820，第三值減去第一值以獲 得一電流變化（c u r r e n t c h a n g e ) S 8 2 2，及第四個值之絕對 值減去第二個值的絕對值以產生一個第二電流變化S824。 若第一電流變化（current change)超過一非負第一臨界值

00731.ptd 第37頁 200406974 五、發明說明（34) (n = -negative first thresh〇M value)S826 且於一第一 預定值内S 8 2 8 ’及第二個電流變化超過一非負第二臨界值 S 8 2 6且於第二個預定值以内S 8 2 8，則馬達之第一操作相被 辨識出S 8 3 0 °該第一操作相表示該相線圈電感是正在增 加。根據此辨識，控制器則指示動力轉換器施加電壓於該 相線圈以產生馬達力矩U 3 2。 若第一電流變化超過第一臨界值M26但不大於第一預定 值S828 ’且第二電流變化超過第二個臨界值““但不大於 ，=預定值S828，則馬達之第三操作相可被辨識出S834。 第:操作相表示電感是平直（fiat)，電感相對於位置之 4 斜率是接近於零，這表示是接近定位（直線）位置或非芝位 (非直/線）位置。因此針對相線圈，第三操作相表示馬達轉 子相對於馬達定子並未妥善定位以產生電動迴轉 (motoring)或再生力矩。 雖然如此，第三操作相係提供一機會以使用相線圈於一 模L ’该模悲可準媒地決定相對於定子之轉子位置。為了 支持此模組，控制器指示動力轉換器施加小量電壓於該相 線圈S836。該電壓僅需要大至在轉子位置及相線圈電感間 反應一線性關係，且產生一最低力矩。而後，電流表示信❶ 號（motor current indicating signal)及參考電流 (reference current)間差異的多個第一，第二，第三及 第四個值，可以由類似S8 0 6-S8 12及8 1 6-820步驟方式而取 得S383。從這些多個第一，第二，第三及第四個值，控制 為可更為精準地決定出轉子位置S840。

200406974 五、發明說明（35) 右在比較S 8 2 6有一負結果，則立即做決定是否第一個及 第二個電流變化是否各別超過第三個及第四個非正預定值 S842。若為如此，那麼第三操作相就被辨識出S834。否則 第二操作相被辨識出S844，顯示相線圈電感會隨時間而逐 漸減少。在第二操作相時，控制器可能指示動力轉換器施 加適當電壓於該相線圈產生再生力矩於馬達384 6。程序 8 0 0可應用於馬達之各獨立相線圈。 切換磁阻機械SRM控制器2 0 1、3 0 1及5 0 1提供下列優點·· 1、除電流信號（c u r r e n t s i g n a 1 s )以外，不需要任何其 他回饋信號（feedback signals)。電流回饋信號（current f eedback s i gna 1 s ) —般在驅動系統中都會有，及該系及 之執行使用最少感應器，因此系統成本不昂貴。 2 不須有任何複雜濾波或預推技術，因其僅需要比較 二連續脈寬調變週期（PWM cycle)或載子週期（carrier cycle) 〇 3、 僅需要簡單樣本及儲存（S/H)電路以了解關於該機械 於一假定時刻之區域的資訊。 4、 程序70 0及80 0使得這些控制器由靜止狀態變成最高 速率。 可由採樣之資訊產生該絕對轉子位置。例如當二連 、.貝負載週期（duty cycles)相等時，指出未定位位 置，藉由觀察連續負載週期（duty cycles)可進1步 I; Ϊ : ΐ ί否定位或未定位。若於定位(直線)轉子位置， '、栽週期（duty cycles)將接著降低；若非定位轉子位 00731.ptd 第39頁 200406974 五、發明說明（36) 6、對負於載f,週H:” CyCleS)將持續增加。 訊。於此情況早/對則*須有關轉子位置之連續資 相僅需要獲得轉子位 、域阻祛械（SRM)之各 ^ 竹丁以直之粗略決定。 丨電力切換噪音並不會干柃這此抑制π β 使用之電流信號都經過&工态之刼作，因其 不含有太多噪音。 4械線圈之濾波。因此，這些信號 於8雷敗§ 電阻為基礎時電流信號之隔離則為不需要，由 於電路之於射哭广· 7卜而女’田 u 士丄 （miUerS)被綑綁在一起。復冬产详 樸存在，包令太鉻日日+ & — ^ 很夕技樣的拓 專利申”」 X明人所揭不許多併入本案參考之 = 這降低執行控制器之成本，且提 = 轉+位置了解控制信號之最便宜方法。H、糟以料 9、在軟體方面，控制器之實現是非常簡單，如 具儲^ ^ Ϊ控制電壓，、在於任何時間都存在，同時也^容 "子/、值兩連續負載週期（duty cycles)及取得其差 異。相較於涉及較多類比電路執行，其涉及極少之操 、控制器執行一種簡單演算法，該演算法不涉及作號 之微分、大量運算或信號處理。 °化 寬種不同的執行已被詳述，每項執行皆依賴脈 寬周交L號（PWM signal)存在。雖然如此，該信號不需要 出現運用在本發明。相反地，執行本發明之不同方法〇運 用一種能提供磁滯窗（hysteresis window)操作之電流押 一為。該磁滯窗（hy s teres i s wi ndow)之操作說明提供 於”電動馬達驅動：設計，分析及控制，，作者^ Kri/hun

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PrentlCe HaU出版社2 0 0 1年2月。此代替執行提供一特殊 優點，僅必須測量控制切換磁阻機械（SRM)相線圈之可控 制切換器的實際導電時間。 二 第9圖係說明另外一切換磁阻機械（SRM)，其具有轉子位 置無感馬達控制。第10圖說明第9圖切換磁阻機械（srm)之 操作時序圖。切換磁阻機械（SRM)9〇〇包括一控制器9〇1， 一動力轉換器9 0 2及一個馬達9 〇 3。控制器9 0 1有一磁滯控 制器（hysteresis controller)，其接受由該動力轉換器 90 2提供馬達9 0 3相線圈9 04之電流指示1〇〇1。磁滯控制器 (hysteresis controller)比較該電流指示1〇〇1與由參考 j 信號裝置9 0 5提供之參考電流1 〇 〇 2。 ~ 在操作區域，供應電壓於相線圈9 〇 4可能產生電動迴轉 (motoring)或再生力矩，電流指示1〇〇1與其參考或命令 (command)值無什麼區別，其僅大於一差異（及所謂小窗 smal 1 window) ± Ai。在此時，忽視在電流開始追趕上參 考或電流將被關掉之操作區域。 當相線圈及參考電流之差異小於± △ i，藉由比較參考電 流指示1 0 〇 2及相線圈電流指示1 〇 〇 1，磁滯控制器9 〇 6產生 閘脈衝1 0 〇 3。由第1 0圖得知，每〆閘脈衝1 0 0 3在接通期間 (on -1 i me )可能有差異。例如，所示三個閘脈衝1 〇 〇 3分別 @ 有接通期間（on-time)tl，t2及t3。對於連續脈衝，並不與 合併該接通期間（on-time)及斷路期間（of f-time)是相同 的。 有關前述方程式1 7說明，一持續增加相線圈電感是相對

00731.ptd 第41頁 200406974 五、發明說明（38) 於閘脈衝接通期間（〇n —t ime)之增加期間。相同地，— 感是相對於一減少接通期間（〇n-time)，及一恆定雷 感疋相對於一值定接通期間（〇n —time)。因此， … 悲。針對連續脈衝，合併接通期間（〇n —time)及斷路月 〇 =e)對本發明之執行並不需要與前述案例相同。 恰為90 7可由軟體和/或硬體而執行。硬體方法 :雷間轉換該接通閘脈衝(。n gate Pulses)為該平 定機械操作區是否落於正、貞或零電感斜率區。軟 用一定時器以計算接通閘脈衝（〇n gate puUes)S = 間而後儲存二連續脈衝以作為比較。 ， lnnU控制器90 6從比較相線圈及參考電流指示器1〇〇1及

Qfl7 B生閘脈衝PUlSe)。這些閘脈衝提供給計時哭 :7及切換邏輯裝置9〇8。閘脈衝是接通(〇n) ; gate pulses)之上升或下降臨界被用字“ :^^ 90 7，以便其時間差異被決定及被儲存。針對二 閘脈衝在接通期間（on — ti託）被測量後，切換邏輯裝 8攸較後測量值減去較前測值以獲得二接通閘脈衝期 i期間而後由切換邏輯裝置9 0 8處理以辨識相 綠圈904之電感區。 線圈，感為是繼續上升，則切換邏輯裝置9〇8可將 工制益9 0 6提供之閘脈衝施加於該動力轉換器9 〇 2之 心匕切換器。藉此切換邏輯裝置9〇8使相線圈9〇4於馬達

200406974 五、發明說明（39) 9 0 3產生電動迴轉力矩（motoring torque)。 若相線圈電感持續是下降，則切換邏輯裝置9 〇 8可控制 動力轉換器9 0 2，以致在馬達90 3感應出再生力矩。若相線 圈電感保持一定，則切換邏輯裝置9 0 8可控制動力轉換@ 9 0 2以維持施加電壓於相線圈9 0 4。 °° 第1 1圖說明第9圖切換磁阻機械（SRM)控制器之一般操作 流程圖。磁滯控制器9 0 6比較S1 102表示供給相線圈9〇4電 流量之信號與由參考信號裝置9 0 5接受到之信號，該裝$ 顯示參考信號之電流量。根依據此比較，磁滯控制器9 〇 6 產生一問控k號S 1 1 〇 4。計時器9 0 7藉由測量第一個閘控传 號之接通期間（on — t i me )而得到第一個激能期間之測量i S*1 i 0 6。由測量接通時間第一個閘控信號脈衝3丨丨〇 6。於接 續之激能期間S 1108、計時器9 0 7藉由測量第二個閘控信號 脈衝之接通期間（on— t i me )間得到第二個激能期之測量 值0

換，輯908由第二個測得脈衝寬減去第一個測得之脈 衝見而知到一脈衝寬變化（pulse width change)siii2。 =脈衝寬變化超過一個非負臨界值Slil4且大於第一個預 二2，則針對相線圈9 04辨識出馬達之第一操作相 _ 操作相表示該相線圈電感正在逐漸增加。根 此辨f。切換邏輯9〇8施加S1 120由磁滯控制器9 0 6提供 :t ί在動力轉換器90 2之-個閘門。此閘門例如可 以=體’在閘控信號之脈寬調變（PWM)脈衝之控制 下9 t、月b里給相線圈9 〇 4。根據該閘控信號，閘門施加一

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五、發明說明（40) 電壓S 1 1 2 2於相線圈9 0 4以於 (motoring torque) 〇 馬達903產生電動迴轉力矩 假如脈衝寬變化（pulse width change)超過非負臨界值 S1 1 1 4而不大於第一個預定值3丨丨丨6，則相線圈9 〇 4之第三 操作相被辨識出S1 1 2 4。該第三操作相表示該電感為第三 操作是平直（flat)，電感相對於位置之斜率是接近於零， 這表示是接近定位（直線）位置或非定位（非直線）位置。所 以針對相線圈，該第三操作相表示出馬達轉子相對於馬達 疋子並未妥善定位以產生電動迴轉（m〇t〇ring)或再生力 矩。

雖然如此，第二操作相係提供一機會以使用相線圈g 〇 4 於一模態，該模態可準確地決定相對於定子之轉子位置。 為了支持此模組，切換邏輯裝置9 0 8指示動力轉換器9 〇 2施 加S 11 2 6小量電壓於該相線圈9 0 4。該電壓大小剛好能感^ 出轉子位置及相線圈電感間之線性關係亦產生一最小力… 矩。此後，以相似S1 102-S1 110步驟方法測得多個第一及 第一脈衝寬S11 2 8。由該多個測量，切換邏輯裝置g 〇 8可車六 精準決定轉子位置S1 130。 X 右在比較S 11 1 4有一負結果並且脈衝寬變化超過一非正 第二個預定值S 11 3 2，則第三操作相被辨識s 11 2 4。否則第 二操作相被辨識S 11 3 4，表示相線圈電感隨時間而逐漸下 降。於第三操作相，切換邏輯裝置9 0 8可指示動力轉換器 902施加S1136 —適當電壓於相線圈904，以於馬達9〇3產生

200406974 五、發明說明（41) ""一·*--- 再生力矩。程序1 1 〇 〇可應用於馬達之每一獨立相線圈。 控制為9 0 0提供下列各項優點： 1.控制為永遠保持相線圈9 〇 4之電流在所需水平。因此， 即使當機械控制被評估時仍有良好之力矩控制。 2·控制器不依靠一電流誤差。因此不需要整平電流誤差 以獲得一良好控制電壓。在控制或量測電路時產生極小 誤情形而提供精確之結果。 3 ·不論於軟體或硬體，控制器容易被看到及被執行。 4 · g由於^控制态使用磁滯電流控制以探測該操作區，此方 法是十分迅速係由於磁滯電流控制器具有瞬間迅速動作之 特質。 〜 5 ·僅需要相電流識別該相線圈之電感的操作區，因此簡 化轉換器需求及降低控制器成本。 6. 當热功相位（inactive phase)為被探測以確定該操作 區，電流控制（current c〇mmand)可被保持在最低及伴产 電流窗，俾以在有功機械相操作時從該相（phases)極小^ 該期望力矩。可運用調整電流窗到較小值以加速該操 感區評估，該較小值依序將增加無功相位之切換。在盔 相位（inactive phase)控制切換器會有增加切換損失的' 點。因此，於選擇電窗時必須小心。 研 7. 運用處理器為基礎之執行，不需其他外部電路以執行 此方案’因而大大縮小控制器設備。 8. 針對切換磁阻機械（SRM)驅動系統，控制器可與任 力轉換器裝置相結合，。 勒

200406974 五、發明說明（42)

9.若不想在切換磁阻機械（SRM)驅動使用磁滯電流控制 器'’則該磁滯電流控制器可僅與無功相位一起使用以 該操作電感區。纟正常驅動操作期Μ，一脈寬 電流控制可被恢復（回收）。針對以微處理器為基礎之驅動 控制糸統則不會產生大量計算或執行上之負擔。 於此说明之控制器具有下列優點·· 1 ) 種方法僅以測得雷、;古而、、五^Μ A 摔作雷颅τ $自+ 决叱換阻機械（SRM)之 探作寬感£(正或負或零斜率區）。 ^ 種在有功相位及無功相位都合適執行之方法。〜 方法一種包對杆於一具個有任/可數目相之切換磁阻機械（聊）的 & 们早相切換磁阻機械（SRM)。 4) 一種決定操作區之方法，徊去昍湓本—# 置。 * 仁未明確表不該絕對轉子位 s) —種針對系統可能使用之機械設 Α尾机控制裔都不須作任何修改的方法。 6)對於有功或無功相位，佶用腑宮嘴姆Ηι?办 流控制5|及豆蛉w〜 使用脈見5周交脈覓調變（PWM)電 法。制以其輸入（&制電壓）或輸出（貞載週期）之一種方 =定—差種Λ取^本及保持連續控制電壓以作為比較以找出 8 ) χ! 差或控制電壓’Λ在—门個脈寬調變（PWM)週期内採樣電流誤 制电壓一次，因而增加決定切換磁阻機械（_操

00731.ptd 第46頁 200406974 五、發明說明（43) 作區之精確度及速度。

9 ) 一種方法，可一次在一個脈寬調變（pWM )週期採樣冷 誤差或控制電壓。 /；，L 1 0 ) —種僅在脈寬調變（ρ·)頻率操作之方法，因此不或 到電路噪音之相關問題。 & 11) 一種方法，使用一磁滯控制器以找出操作區，僅使用 在供應機械相線圈轉換器相（C 〇 n V e r t e r P h a s e )之二個接 通閘脈衝間之時間期間差異（t m e d u r a t i ο η difference) ° 12) —種方法，磁滯控制器和可變電流窗（varUble current windows) —起使用以增加估計操作區之速度。〜 13) 一種方法，磁滯控制器和可變電流控制一起使用以測 知無功機械相（inactive machine phases)。 、 1 4 ) 一種方法，使用磁滯控制器以估計該操作區，但使用 脈寬調變電流（PWM cur rent)控制於機械相一般操作。 15) —種執行以脈寬調變電流（PWM current)控制器為其 礎執行之方法。 & 1 6 ) —種執行以磁滯電流控制器為基礎執行之方法。 17) 一種方法，不須使用微分或積分在相電流，直流匯添 排電流（d c b u s c u r r e n t)、線圈電壓，或除了測得電节及 電流控制（cur rent command)及在磁滞控制器、為美準勃^一 之磁滯窗（h y s t e r e s i s w i n d 〇 w)以外之任何其他作麥。 1 8) —種方法，不須使用微分或積分在相電流，直流匯流 排電流（dc bus current)、線圈電壓，或除了在脈寬調^

200406974 五、發明說明（44) 控制l§、（PWM control ler)為基準執行之測得電流及電流控 制以外之任何其他信號。 本發明已於上述被描述及說明，然而於此揭示及描述 僅疋本毛月之車乂佳具體實施例，應了解本發明可運用於其 他合併、修改及環境。回g主士旅0日1 士丄 ' 咖…外押+政T R時本發明可在本發明原理之範圍 内作改、欠或仏正，該發明原理與上述教 技能或知識相互對應。 十Α熟心该技蟄之 在此描述之具體實施例係進一步說 镇態，並且使其他熟悉該技蓺者能根，用本^明之最佳 修改或運用本發明，以利用:發明上，特定應用而作各種 例。因此，本發明之範圍並不彳i限於^或其他具體實施 %前揭示之形式。〜 i 200406974 圖式簡單說明 【圖式簡單說明 〜第1圖：係呈現一相線圈電感與馬達轉子位置相對於其 疋子之間的一關係。 2圖：係呈現一種切換磁阻機械（SRM)其具有轉子位 然感馬達控制。 第3圖·係呈現第二切換磁阻機械（srm)控制器之執行 置 程 過 士 = 4圖·係呈現第3圖切換磁阻機械（）控制器操作 曰守序圖。 第5圖·係呈現第三切換磁阻機械（3腿）控制 之 程 器之執行過 之 圖·係呈現第5圖切換磁阻機械控制器操作 時序圖，表面缺點比實際還多。 圖：係呈現第2圖及第3圖之切換磁阻機械 (S R Μ)控制器的一般操作流程圖。 =3圖·係呈現第5圖切換磁阻機械（SRM)控制器的 一般細作流程圖。 置=\/=見另—切換磁阻機械（SRM)，其具有轉子位 馬運控制。 f 1 0圖·係呈現第9圖切換磁阻機械（SRM)之操作時序圖 第11A及11B圖：呈現第9圖切換磁阻機械（SRM)控制器之 一般操作流程圖。 圖號說明：

200406974 圖式簡單說明 101 103 200 202 204 206 208 210 211 212 213 301 303 305 307 401 403 502 504 506 601 901 903 905 電流 誤差 變脈衝 器 輯 相電流誤差 積分控制器 較器 時器樣本及 時器樣本及 102 電流激磁 104 信波 201 控制器 203 切換磁阻機械馬達 205 濾波器 207 電流控.制 209 載子信號 存電路 存電路 214 切換邏輯 302 加法器 304 樣本及儲存（S/H) 1 306 切換邏輯 308 電流控制 402 放大相電流誤差 501 控制器 503 乘法器 5 0 5 S/Η電路 507 放大相電流誤差 900 切換磁阻機械 902 動力轉換器 904 相線圈 906 磁滯控制器 電感 電流控 切換磁 動力轉 電流 加法器 比例加 第一比 第一定 第二定 比較器 控制器 乘法器 比較器 相線圈 相電流 脈寬調 加法器 微控制 切換邏 絕對值 控制器 馬達 參考信 制 阻機械 換器 號裝置 200406974

00731.ptd 第51頁

Claims (1)

1. 200406974 六、申請專利範圍 1、一種方法用以辨識一馬達之一操作相，該方法包 含： 獲得一信號之一第一值，該信號表示該馬達之該操作 相； 在一段時間經過後，獲得該信號之一第二值； 決定一值變化以辨識該第一值與該第二值之間隨時間的 一變化； 假如該值變化超過一非負臨界值且超過一第一預定值， 即可辨識出一第一操作相；及 假如該值變化未超過該臨界值，且該值變化未超過一非 正第二預定值，即可辨識出該馬達之一第二操作相。一 2、 依申請專利範圍第1項之方法，其中： 在該馬達一相線圈之一第一激能期間獲得該第一值； 在該相線圈之一第二激能期間獲得該第二值；及 在該第一及該第二激能期間之間，該相線圈之激能停 止。 3、 依申請專利範圍第2項之方法，其中由該相線圈之一激 能負載週期決定獲得該第一及該第二值間之終了期間。 〇 4、 依申請專利範圍第3項之方法，其中該期間是大體等於 該激能負載週期。

   00731.ptd 第52頁 200406974 六、申請專利範圍 5、 依申請專利範圍第1項之方法，另包含比較表示流經該 馬達一相線圈之一電流量的另一信號與一參考信號，俾以 獲得表示該馬達操作相之該信號。 6、 依申請專利範圍第5項之方法，其中該第一操作相表示 該相線圈之電感隨時間而上升。 7、 依申請專利範圍第1項之方法，另包含在該第一操作相 被辨識出之一期間，施加一電壓在該馬達之一相線圈以提 升該信號之該值及產生電動迴轉力矩於該馬達。 8、 依申請專利範圍第1項之方法，另包含辨識該馬達之一 第三操作相，假如該值變化超過該臨界值且不超過該第一 預定值。 9、 依申請專利範圍第1項之方法，另包含辨識該馬達之一 第三操作相，假如該值變化不超過該臨界值且該值變化超 過該第二預定值。 1 0、依申請專利範圍第8項之方法，另包含在當該第三操 作相被辨識之一期間，制止施加一電壓於該馬達之一相線 圈。 11、依申請專利範圍第9項之方法，另包含在當該第三操

   00731.ptd 第53頁 200406974 六、申請專利範圍 作相被辨識之一期間，制止施加一電壓於該馬達之一相線 圈。 1 2、依申請專利範圍第1項之方法，另包含： 在該馬達之一轉子極橫過一轉子極距角的一期間’獲得 多個第一與第二值；及 根據該多個第一與第二值，辨識相對於該馬達一定子之 該轉子極的一位置。 1 3、依申請範圍第1項之方法，另包含在當該第二操作相 被辨識出之一期間，施加一電壓在該馬達之一相線圈以^降 低該信號之該值及產生再生力矩於該馬達。 1 4、依申請專利範圍第8項之方法，另包含： 施加一電壓於該馬達之一相線圈，該馬達產生一電流使 該馬達一轉子之一位置與該相線圈之該電感之間維持一直 線關係，並於該相線圈電感之間感應實質獨立關係； 在該馬達之一轉子極橫過一轉子極距角的一期間，獲得 多個第一與第二值；及 根據從該多個第一與第二值獲得之資訊，辨識相對於該 馬達一定子之該轉子的該位置。 1 5、一種方法用以辨識一馬達之一操作相，該方法包含： 獲得一信號之一第一值，該信號表示該馬達之該操作

   00731.ptd 第54頁 200406974 六、申請專利範圍 相， 在一第一時間期間經過後，獲得該信號之一第二值； 在一第二時間期間經過後，獲得該信號之一第三值； 在一第三時間期間經過後，獲得該信號之一第四值； 決定一第一變化以辨識該第一與該第三值之間隨時間的 一變化； 決定一第二變化以辨識該第二與該第四值之間隨時間的 一變化； 假如該第一變化超過一非負第一臨界值且超過一第一預 定值，且該第二變化超過一非負第二臨界值且超過一第二 預定值，即可辨識出該馬達之一第一操作相；及 一 假如該第一變化不超過該第一臨界值，該第二變化不超 過該第二臨界值，該第一變化不超過一非正第三預定值， 且該第二變化不超過一非正第四預定值，即可辨識出該馬 達之一第二操作相。 1 6、依申請專利範圍第1 5項之方法，其中： 在該馬達一相線圈之一第一激能期間，獲得該第一及第 二值； 在該相線圈之一第二激能期間，獲得該第三及第四值； 及 在該第二及該第三激能期間，該相線圈之激能停止。 1 7、依申請專利範圍第1 6項之方法，其中由該相線圈之一

   00731.ptd 第55頁 200406974 六、申請專利範圍 激能負載週期決定該第一時間期間。 1 8、依申請專利範圍第1 7項之方法，其尹該第一及第二時 間期間之加總是大體等於該激能負載週期。 1 9、依申請專利範圍之第1 5項之方法，另包含： 比較表示流經該馬達一相線圈之一電流量的另一信號與 一參考信號，俾以獲得表示該馬達操作相之該信號，其中 該第二變化辨識出該第二與第四值之絕對值間隨時間的 該變化。 2 0、依申請專利範圍第1 9項之方法，其中該第一操作相表 示該相線圈之電感隨時間而上升。 2 1、依申請專利範圍第1 5項之方法，另包含在該第一操作 相被辨識出之一期間，施加一電壓在該馬達之一相線圈以 提升該信號之該值及產生電動迴轉力矩於該馬達。 2 2、依申請專利範圍第1 5項之方法，另包含在當該第二操 作相被辨識出之一期間，施加一電壓在該馬達之一相線圈 以降低該信號之該值及產生再生力矩於該馬達。 2 3、依申請專利範圍第1 5項之方法，另包含辨識該馬達之 一第三操作相，假如該第一變化超過該第一臨界值且不超

   00731.ptd 第56頁 200406974 六、申請專利範圍 過該第一預定值，且該第二變化超過該第二臨界值且不超 過該第二預定值。 24、依申請專利範圍第23項之方法，另包含在當該第三操 作相被辨識之一期間，制止施加一電壓於該馬達之一相線 圈。 2 5、依申請專利範圍第1 5項之方法，另包含辨識該馬達之 一第三操作相，假如該第一變化不超過該第一臨界值，該 第二變化不超過該第二臨界值，該第一變化超過該第三預 定值，且該第二變化超過該第四預定值。 — 2 6、依申請專利範圍第1 5項之方法，另包含： 在該馬達之一轉子極橫過一轉子極距角的一期間，獲得 多個第一，第二，第三及第四值；及 根據該多個第一，第二，第三及第四值，辨識相對於該 馬達一定子之該轉子極的一位置。 2 7、依申請專利範圍第2 3項之方法，另包含： 在當該第三操作相被辨識之一期間，施加一電壓於該馬 達之一相線圈，該馬達產生一電流使該馬達一轉子之一位 置與該相線圈之該電感之間維持一直線關係，並於該相線 圈電感之間感應實質獨立關係； 在該馬達之一轉子極橫過一轉子極距角的一期間，獲得

   00731.ptd 第57頁 200406974 六、申請專利範圍 多個第一，第二，第三及第四值；及 根據從該多個第一，第二，第三及第四值獲得之資訊， 辨識相對於該馬達一定子之該轉子的該位置。 2 8、依申請專利範圍第2 5項之方法，另包含： 在當該第三操作相被辨識之一期間，施加一電壓於該馬 達之一相線圈，該馬達產生一電流使該馬達一轉子之一位 置與該相線圈之該電感之間維持一直線關係，並於該相線 圈電感之間感應實質獨立關係； 在該馬達之一轉子極橫過一轉子極距角的一期間，獲得 多個第一，第二，第三及第四值；及 — 根據從該多個第一，第二，第三及第四值獲得之資訊， 辨識相對於該馬達一定子之該轉子的該位置。 2 9、一種方法用以辨識一馬達之一操作相，該方法包含： (a) 獲得該馬達之一相線圈被激能時間之一第一測量 值； (b) 在一連續激能期間，獲得該馬達之該相線圈被激能 時間之一第二測量值； (c) 決定一時間差異以辨識該第一及第二測量值之間隨 時間的一變化； (d) 辨識該馬達之一第一操作相，假如該時間差異超過 一非負第一臨界值，且大於一第一預定值；及 (e) 辨識該馬達之一第二操作相，假如該時間差異不超

   00731.ptd 第58頁 200406974 六、申請專利範圍 過該第一臨界值，且該時間差異不超過一非正第二預定 值。 3 0、依申請專利範圍第2 9項之方法，其中該連續激能期間 是指在獲得該第一測量值之該激能期間之後的下一個連續 激能期間。 3 1、依申請專利範圍第2 9項之方法，其中該第一操作相表 示該相線圈之電感隨時間而上升。 3 2、依申請專利範圍第2 9項之方法，另包含在該第一徐作 相被辨識出之一期間，施加一電壓在該馬達之該相線圈以 激能該相線圈及產生電動迴轉力矩於該馬達。 3 3、依申請專利範圍第3 2項之方法，另包含在當該第二操 作相被辨識出之一期間，施加一電壓在該馬達之該相線圈 以產生再生力矩於該馬達。 3 4、依申請專利範圍第2 9項之方法，另包含辨識該馬達之 一第三操作相，假如該時間差異超過一非負第一臨界值且 不超過一第一預定值。 35、依申請專利範圍第34項之方法，另包含當該第三操作 相被辨識之一期間，制止施加一電壓於該相線圈。

   00731.ptd 第59頁 200406974 六、申請專利範圍 3 6、依申請專利範圍第2 9項之方法，另包含辨識該馬達之 一第三操作相，假如該時間差異不超過該第一臨界值，且 該時間差異不超過該第二預定值。 3 7、依申請專利範圍第2 9項之方法，另包含： 在該馬達之一轉子極橫過一轉子極距角的一期間’獲得 多個第一及第二測量值；及 根據該多個第一及第二測量值，辨識相對於該馬達一定 子之該轉子極的一位置。 3 8、依申請專利範圍第3 4項之方法，另包含： 在當該第三操作相被辨識之一期間，施加一電壓於該馬 達之該相線圈，該馬達產生一電流使該馬達一轉子之一位 置與該相線圈之該電感之間維持一直線關係，並於該相線 圈電感之間感應實質獨立關係； 在該馬達之一轉子極橫過一轉子極距角的一期間，獲得 多個第一及第二測量值；及 根據從該多個第一及第二測量值獲得之資訊，辨識相對 於該馬達一定子之該轉子的該位置。 3 9、依申請專利範圍第3 6項之方法，另包含： 在當該第三操作相被辨識之一期間，施加一電壓於該馬 達之該相線圈，該馬達產生一電流使該馬達一轉子之一位

   00731.ptd 第60頁 200406974 六、申請專利範圍 置與該相線圈之該電感之間維持一直線關係，並於該相線 圈電感之間感應實質獨立關係； 在該馬達之一轉子極橫過一轉子極距角的一期間，獲得 多個第一及第二測量值；及 根據從該多個第一及第二測量值獲得之資訊，辨識相對 於該馬達一定子之該轉子的該位置。 4 0、依申請專利範圍第2 9項之方法，另包含： 控制一閥門之一脈寬調變，以調節供給該相線圈之能 量。 41、依申請專利範圍第2 9項之方法，另包含： 針對該馬達之每一獨立相線圈，執行（a )到（e )程序；及 針對每一獨立相線圈，控制一閘門之一脈寬調變以調節 供給該相線圈之能量。 4 2、一種控制器用以控制一馬達之一相線圈的激能’該控 制器包含： 一第一樣本及儲存元件，以獲得一信號之一第一值，該 信號表示該馬達之一操作相； 一第二樣本及儲存元件，當一週期時間經過後，以獲得 該信號之一第二值； 一第一比較器，用以比較該第一及第二值以產生隨時間 之一變化值；及

   00731.ptd 第61頁 200406974 六、申請專利範圍 一切換邏輯裝置，用以辨識該馬達之一第一操作相，假 如該變化值超過一非負臨界值且大於一第一預定值，並且 用以辨識該馬達之一第二操作相，假如該變化值不超過該 臨界值且不超過一非正第二預定值。 43、 依申請專利範圍第42之控制器，其中·· 在該馬達之該相線圈的一第一激能期間，獲得該第一 值； 在該相線圈之一第二激能期間，獲得該第二值；及 在該第一及第二激能期間之間，該切換邏輯動作以停止 供給能量給該相線圈。 — 44、 依申請專利範圍第43項之控制器，由該切換邏輯調整 之該相線圈的一激能負載週期決定獲得該第一及該第二值 間之終了期間。 45、 依申請專利範圍第44項之控制器，其中該期間是大體 等於該切換邏輯的激能負載週期。 46、 依申請專利範圍第42項之控制器，另包含： 一加法器，加總一參考信號與另外信號的一負值以獲得 一差異信號，該另外信號是表示流經該馬達之該相線圈的 一電流量；及 一第二比較器，比較該相異信號與一脈寬調變載子信

   00731.ptd 第62頁 200406974 六、申請專利範圍 號，該載子信號是由該切換邏輯裝置所提供以產生表示該 馬達操作相之該信號。 4 7、依申請專利範圍第4 6項之控制器，另包含一控制器， 以在該第二比較器比較該差異信號與該脈寬調變載子信號 之前滤波該差異信號。 48、 依申請專利範圍第42項之控制器，其中該第一操作相 表示該相線圈之電感隨時間而上升。 49、 依申請專利範圍第42項之控制器，其中在該第一搶Μ乍 相被辨識出之一期間，該切換邏輯裝置輸出一切換信號用 於控制一動力轉換器，俾以施加一電壓在該馬達之該相線 圈，提升該信號之該值及產生電動迴轉力矩於該馬達。 5 0、依申請專利範圍第4 2項之控制器，其中該切換邏輯裝 置辨識出該馬達之一第三操作相，假如該變化值超過一非 負臨界值而不大於該第一預定值。 5 1、依申請專利範圍第4 2項之控制器，其中該切換邏輯裝 置辨識出該馬達之一第三操作相，假如該變化值不超過該 臨界值且該變化值超過一非正第二預定值。 5 2、依申請專利範圍第5 0項之控制器，其中在該第三操作

   00731.ptd 第63頁 200406974 六、申請專利範圍 相被辨識出之一期間，該切換邏輯裝置並不輸出該切換信 號用於控制該動力轉換器以施加該電壓於該馬達之該相線 圈。 5 3、依申請專利範圍第5 1項之控制器，其中在該第三操作 相被辨識出之一期間，該切換邏輯裝置並不輸出該切換信 號用於控制該動力轉換器以施加該電壓於該馬達之該相線 圈。 54、依申請專利範圍第42項之控制器，其中： 在該馬達之一轉子極橫過一轉子極距角的一期間，IT第 一及第二樣本及儲存元件獲得多個第一及第二值；及 根據該多個第一及第二值，該切換邏輯裝置辨識相對於 該馬達一定子之該轉子極的一位置。 5 5、依申請專利範圍第5 0項之控制器，其中： 在該第三操作相被辨識出之一期間，該切換邏輯裝置輸 出一切換信號用於控制一動力轉換器，俾以施加一電壓在 該馬達之該相線圈以產生一電流，該電流使該馬達一轉子 之一位置與該相線圈之該電感之間維持一直線關係，並於 該相線圈電感之間感應實質獨立關係， 在該馬達之一轉子極橫過一轉子極距角的一期間，該第 一及第二樣本及儲存元件獲得多個第一及第二值；及 根據從該多個第一及第二值所獲得之資訊，該切換邏輯

   00731.ptd 第64頁 200406974

   裝置辨硪相對於该馬達一定子之該轉子的該位置。 56、依 在該 出一切 該馬達 之 位 該相線 在該 一及第根據 裝置辨 申請專 第三操 換信號 之該相 置與該 圈電感 馬達之 二樣本 從該多 識相對 利範圍 作相被 用於控 線圈以 相線圈 之間感 一轉子 及儲存 個第一 於該馬 第5 1項之控制器，其中·· 辨識出之一期間，該切換邏輯裝置輪 制一動力轉換器，俾以施加—電壓: 產生一電流，該電流使該馬達一轉子 之該電感之間維持一直線關係，並於 應實質獨立關係； 極橫過一轉子極距角的一期間，該第 元件獲得多個第一及第二值；及 及第二值所獲得之資訊，該切換邏^輯 達一定子之該轉子的該位置。 5 7、一種控制器用以控制一 制器包含： 馬達之一相線圈的激能 該控 一磁滯控制器，以產生一閘控信號， 流經過該馬達該相線圈之一信號指示與 一差異； ^ 該彳§號係依據一電 一參考信號之間的 一計時元件，產 控信號保留在一特 態是相同，並且產 時器信號停留於一 一定時器信號有多 各信號表示出該閘 ，及各特殊信號狀 該順序之一連續計 ，較先前該順序之 生順序計時器信號， 殊信號狀態之總時間 生一期間差異以辨識 特殊信號狀態的時間 長的時間；及

   00731.ptd 第65頁 200406974 六、申請專利範圍 大於一非負第一預定值則辨識出該馬達之一第一操作相， 假如該期間差異不超過該臨界值且該期間差異不超過一非 正第二預定值則辨識出該馬達之一第二操作相。 5 8、依申請專利範圍第5 7項之控制器，其中： 在該馬達之該相線圈的一第一激能期間，獲得該先前定 時器信號值； 在該相線圈之一第二激能期間，獲得該連續定時器信號 值；及 在該第一及第二激能期間之間，該切換邏輯裝置停止供 給能量給該相線圈。 — 5 9、依申請專利範圍第5 8項之控制器，其中由該切換邏輯 裝置調整之該相線圈的一激能負載週期決定獲得該先前與 該連續定時器信號值之間的該終了期間。 6 0、依申請專利範圍第5 9項之方法，其中該期間是大體等 於該切換邏輯裝置的激能負載週期。 6 1、依申請專利範圍第5 7項之控制器，其中該第一操作相 表示該相線圈之電感隨時間而上升。 6 2、依申請專利範圍第5 7項之控制器，其中在該第一操作 相被辨識出之一期間，該切換邏輯裝置輸出一切換信號用

   00731.ptd 第66頁 200406974 六、申請專利範圍 於控制一動力轉換器，俾以施加一電壓在該馬達之該相線 圈，提升該信號之該值及產生電動迴轉力矩於該馬達。 6 3、依申請專利範圍第5 7項之控制器，其中在該第二操作 相被辨識出之一期間，該切換邏輯裝置輸出一切換信號用 於控制一動力轉換器，俾以施加一電壓在該馬達之該相線 圈，產生再生力矩於該馬達。 64、 依申請專利範圍第57項之控制器，其中該切換邏輯裝 置辨識出該馬達之一第三操作相，假如該期間差異超過該 第一臨界值且不大於該非負第一預定值。 — 65、 依申請專利範圍第64項之控制器，其中在該第三操作 相被辨識出之一期間，該切換邏輯裝置並不輸出該切換信 號用於控制該動力轉換器以施加該電壓於該馬達之該相線 圈。 6 6、依申請專利範圍第5 7項之控制器，其中該切換邏輯裝 置辨識出該馬達之一第三操作相，假如該期間差異不超過 該臨界值，且該時期間差異超過該第二預定值。 6 7、依申請專利範圍第6 6項之控制器，其中在該第三操作 相被辨識出之一期間，該切換邏輯裝置並不輸出該切換信 號用於控制該動力轉換器以施加該電壓於該馬達之該相線

   00731.ptd 第67頁 200406974 六、申請專利範圍 圈0 ΙΙΙΙΙΗΙΙ 00731.ptd 第68頁