TWI485973B - 馬達轉子位置的估測方法及裝置 - Google Patents

Description

馬達轉子位置的估測方法及裝置

本案是有關於一種估測馬達轉子位置的方法及裝置。

隨著科技的快速進展，馬達已廣泛地被應用在人們的生活當中，諸如硬碟、冷氣機、起重機等。

永磁同步馬達(permanent magnet synchronous motor)可包括複數個定子與一轉子。定子例如可用導線實現，並設置於轉子的周圍。而藉由控制定子上的電流，可控制轉子的轉動。

一般而言，在控制(例如是啟動)永磁同步馬達時，必須先估測馬達轉子的轉子位置，以根據轉子位置提供電流至定子，以令轉子轉動。若估測的轉子位置與實際的轉子位置誤差過大，將可能造成轉子逆轉或控制失敗，而造成永磁同步馬達在控制上的不穩定。

是以，如何提出一種準確的馬達轉子位置的估測方法為當前急待解決的問題。

本發明的一態樣為提供一種估測馬達轉子位置之方法。根據本發明一實施例，該估測方法用以估測一馬達的一轉子之一轉子位置。該估測方法包括：在一第一估測角度下注入一第一高頻訊號至該馬達；在注入該第一高頻訊號至該馬達的情況下，產生該馬達的一第一感測訊號；在一第二估測角度下注入一第二高頻訊號至該馬達，其中該第二估測角度不等於該第一估測角度；在注入該第二高頻訊號至該馬達的情況下，產生該馬達的一第二感測訊號；根據該第一感測訊號與該第二感測訊號，判斷一操作夾角的所在象限，其中該操作夾角為該第一估測角度與轉子位置之間的一估測角度差異之兩倍；以及，根據該第一感測訊號、該第二感測訊號以及該操作夾角的該所在象限，得到該轉子位置。

本發明的另一態樣為提供一種估測馬達轉子位置之裝置。根據本發明一實施例，該估測馬達轉子位置之裝置電性連接一馬達。該估測馬達轉子位置之裝置電性連接該馬達。該估測馬達轉子位置之裝置包括一高頻訊號注入模組、一感測模組以及一計算模組。該高頻訊號注入模組用以在一第一估測角度下注入一第一高頻訊號至該馬達，並在一第二估測角度下注入一第二高頻訊號至該馬達。該第二估測角度不等於該第一估測角度。該感測模組用以在注入該第一高頻訊號至該馬達的情況下，產生該馬達的一 第一感測訊號，並在注入該第二高頻訊號至該馬達的情況下，產生該馬達的一第二感測訊號。該計算模組用以根據該第一感測訊號與該第二感測訊號，判斷一操作夾角的一所在象限，並根據該第一感測訊號、該第二感測訊號以及該操作夾角的該所在象限，得到該轉子位置。該操作夾角為該第一估測角度與該轉子位置之間的一估測角度差異之兩倍。

藉由應用上述一實施例，估測馬達轉子位置之裝置可根據第一感測訊號與第二感測訊號快速地判斷操作夾角的所在象限，並快速地計算操作夾角的數值，以得到轉子位置。如此一來，馬達在控制上的穩定度可有效被提昇。

10‧‧‧馬達

20‧‧‧逆變器

100‧‧‧估測裝置

110‧‧‧高頻訊號注入模組

112‧‧‧注入訊號產生單元

114‧‧‧反帕克轉換單元

116‧‧‧脈衝訊號產生單元

S1-S7‧‧‧步驟

A1、A2‧‧‧加法器

M1、M2‧‧‧混波器

θ‧‧‧轉子位置

、‧‧‧估測角度

i _U1、i _V1、i _W1、i _U2、i _V2、i _W2‧‧‧定子電流

120‧‧‧感測模組

122‧‧‧克拉克轉換單元

124‧‧‧帕克轉換單元

130‧‧‧計算模組

132‧‧‧濾波單元

134‧‧‧第一計算單元

136‧‧‧象限判斷單元

138‧‧‧第二計算單元

140‧‧‧判斷模組

300‧‧‧估測方法

‧‧‧操作夾角

△θ ₁‧‧‧估測角度差異

f _△θ1、f _△θ2‧‧‧計算數值

f _I1、f _I2‧‧‧高頻訊號

、‧‧‧參考訊號

v _α1、v _β1、v _α2、v _β2‧‧‧轉換訊號

v _α1c 、v _β1c 、v _α2c 、v _β2c ‧‧‧脈衝訊號

i _α1、i _β1、i _α2、i _β2‧‧‧轉換訊號

、、i _α2、i _β2‧‧‧電流響應

f _C ‧‧‧高頻載波

m1、m2‧‧‧混波訊號

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為根據本案一實施例所繪示的估測裝置的示意圖；第2圖為根據本案一實施例所繪示的估測裝置中的高頻訊號注入模組、感測模組以及計算模組的示意圖；以及第3圖為根據本案一實施例所繪示的估測方法的流程圖。

以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本揭示內容之 精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本揭示內容之較佳實施例後，當可由本揭示內容所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本揭示內容之精神與範圍。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、…等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本案，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

關於本文中所使用之『電性連接』，可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，而『電性連接』還可指二或多個元件元件相互操作或動作。

本案的一實施態樣為一種估測馬達轉子位置之裝置(以下簡稱為估測裝置)。為使敘述清楚，以下將搭配第1、2圖進行說明。第1圖為根據本案一實施例所繪示的估測裝置100的示意圖。第2圖為根據本案一實施例所繪示的估測裝置100中的高頻訊號注入模組110、感測模組120以及計算模組130的示意圖。

在本發明一實施例中，估測裝置100可電性連接馬達10與逆變器20，用以估測馬達10的轉子之轉子位置θ(或稱轉子角度)。估測裝置100可用電腦或其它電路組合實現。馬達10可為永磁同步馬達。逆變器20可由複數個電晶體實現。

在本實施例中，估測裝置100可包括高頻訊號注入模組110、感測模組120、計算模組130以及判斷模組140。高頻訊號注入模組110、感測模組120、計算模組130、 判斷模組140、逆變器20與馬達10可彼此電性連接。高頻訊號注入模組110、感測模組120、計算模組130以及判斷模組140皆可用軟體及/或硬體實現。

本領域人士當可清楚明白，上述估測裝置100、馬達10、逆變器20、高頻訊號注入模組110、感測模組120、計算模組130以及判斷模組140的實現方式不以上述實施例所揭露的為限，且連接關係亦不以上述實施例為限，凡足以令估測裝置100實現下述技術內容的連接方式與實現方式皆可運用於本發明。

在本實施例中，高頻訊號注入模組110可用以在第一估測角度下(可參照第2圖)，透過逆變器20，注入第一高頻訊號f _I1至馬達10。換言之，在第一估測角度下，高頻訊號注入模組110可提供對應於第一高頻訊號f _I1的第一空間向量脈衝訊號v _α1c 、v _β1c 至逆變器20，以令逆變器20產生並傳送定子電流i _U1、i _V1、i _W1至馬達10。另一方面，高頻訊號注入模組110可用以在第二估測角度(或稱為擾動角度)下，透過逆變器20，注入第二高頻訊號f _I2至馬達10。換言之，在第二估測角度下，高頻訊號注入模組110可提供對應於第二高頻訊號f _I2的第二空間向量脈衝訊號v _α2c 、v _β2c 至逆變器20，以令逆變器20產生並傳送定子電流i _U2、i _V2、i _W2至馬達10。在本實施例中，第二估測角度2不等於第一估測角度。另外，在一實施例中，第二估測角度與第一估測角度之間具有微小的擾動差異量。

感測模組120可用以在上述高頻訊號注入模組 110注入第一高頻訊號f _I1至馬達10的情況下，感測馬達10的複數個定子電流i _U1、i _V1、i _W1，並根據定子電流i _U1、i _V1、i _W1產生馬達10的第一感測訊號(例如是馬達10的電流響應、中的至少一者)。感測模組120另可用以在上述高頻訊號注入模組110注入第二高頻訊號f _I2至馬達10的情況下，感測馬達10的定子電流i _U2、i _V2、i _W2，並根據定子電流i _U2、i _V2、i _W2產生馬達10的第二感測訊號(例如是馬達10的電流響應、中的至少一者)。

計算模組130可用以根據第一感測訊號與第二感測訊號，得到一操作夾角的正弦函數以及餘弦函數，並根據操作夾角的正弦函數以及餘弦函數為正數或負數，判斷操作夾角的所在象限。在本實施例中，操作夾角對應第一估測角度與轉子位置θ之間的估測角度差異△θ ₁(例如，△θ ₁=θ-)。在一實施例中，操作夾角為2倍估測角度與轉子位置θ之間的估測角度差異△θ ₁，亦即，=2×△θ1。

接著，計算模組130可根據操作夾角的正弦函數以及餘弦函數，透過反三角函數運算，計算出操作夾角的數值。而後，計算模組130可根據操作夾角、操作夾角的所在象限以及第一估測角度，計算出轉子位置θ。

在計算出轉子位置θ後，判斷模組140可再利用脈波注入法，以判斷出馬達10的轉子之N極磁軸方向。如此一來，馬達10的轉子的轉子位置θ即可確定。

為便於了解，以下舉操作上的示範例對上述操作進行說明，然本案不以此為限。

在本示範例中，在高頻訊號注入模組110於第一估測角度下，注入數值為U _i cos ω _i t(其中U _i 、ω _i 在此可視為常數)的第一高頻訊號f _I1至馬達10的d軸(或稱直軸)的情況下，感測模組120可感測馬達10的定子電流i _U1、i _V1、i _W1，並產生馬達10在d軸上的電流響應、以及馬達10在q軸(或稱交軸)上的電流響應。電流響應、的數值可表示如下： 其中L、△L在此可視為常數。

計算模組130可取樣電流響應，並用數值為sin ω _i t的高頻載波f _c 對電流響應進行混波(相乘)，以產生第一混波訊號m1。接著，計算模組130可低通濾波第一混波訊號m1，以得到數值為k sin 2△θ1的第一計算數值f _△θ1，其式可表示如下： 透過上式，即可得到角度2△θ1的正弦函數，亦即，操作夾角的正弦函數。

另一方面，在式(2)中，若計算數值f _△θ1對角度1進行微分，則可得到角度2△θ1的餘弦函數，其式可表示如下：

為求上式的解，高頻訊號注入模組110可於第二估測角度下，注入數值為U _i cos ω _i t的第二高頻訊號f _I2至馬達10的d軸。感測模組120可感測馬達10的定子電流i _U2、i _V2、i _W2，並產生馬達10在d軸上的電流響應、以及馬達10在q軸(或稱交軸)上的電流響應。接著，計算模組130可取樣電流響應，並用數值為sin ω _i t的高頻載波f _c 對電流響應進行混波(相乘)，以產生第二混波訊號m2。接著，計算模組130可低通濾波第二混波訊號m2，以得到第二計算數值f _△θ2。在第二估測角度與第一估測角度僅具有微小的差異量(例如)的情況下，根據第一估測角度、第二估測角度、第一計算數值f _△θ1以及第二計算數值f _△θ2，即可解出上述式(3)，並得到角度2△θ ₁(即操作夾角)的餘弦函數，其式可表示如下：

接著，在得到角度2△θ ₁的正弦函數與餘弦函數後，計算模組130可據以判斷角度2△θ ₁的象限。例如，在k sin 2△θ ₁為正數、k cos 2△θ ₁為正數時，角度2△θ ₁屬於第一象限，在k sin 2△θ ₁為正數、k cos 2△θ ₁為負數時，角度2△θ ₁屬於第二象限。

另一方面，在得到角度2△θ ₁的正弦函數與餘弦函數後，計算模組130可透過反三角函數計算出估測角度與轉子位置θ之間的估測角度差異△θ ₁的數值。其式可表示如下：

如此一來，根據估測角度與轉子位置θ之間的估測角度差異△θ ₁的數值，計算模組130即可計算出轉子位置θ(由於△θ ₁=θ-)。

當注意到，雖然在上述示範例中，第一、第二高頻訊號f _I1、f _I2係注入馬達10的d軸，且計算模組130係取樣馬達10的q軸的電流響應、進行混波以得到第一、第二計算數值f _△θ1、f _△θ2，然而本案並不以此為限。

舉例而言，在估測角度為時，在數值為U _i cos ω _i t的高頻訊號注入馬達10的q軸的情況下，馬達10在d軸、q軸上的電流響應、的數值可表示如下： 其中△θ=θ-。

在此例中，計算模組130可取樣馬達10的d軸的電流響應以和數值為sin ω _i t的高頻載波f _C 進行混波，以得到混波訊號，並低通濾波混波訊號以得到計算數值f _△θ =k sin 2△θ。顯然，在此例中，仍可透過與上述示範例同樣的方法得到角度2△θ ₁的正弦函數與餘弦函數，並藉此計算出轉子位置θ。重覆的敘述，在此不贅言。

又舉例而言，在數值為U _i cos ω _i t的高頻訊號同時注入馬達10的d軸與q軸的情況下，馬達10在d軸、q軸上的電流響應、的數值可表示如下：

在此例中，計算模組130可取樣馬達10的d軸的電流響應以和數值為sin ω _i t的高頻載波f _C 進行混波，以得到混波訊號，並低通濾波此一混波訊號以得到計算數值f△ _θ-d 。另一方面，計算模組130可取樣馬達10的q軸的電流響應以和數值為sin ω _i t的高頻載波f _C 進行混波，以得到另一混波訊號，並低通濾波此另一混波訊號以得到另一計算數值f _△θ-q 。計算數值f _△θ-d 、f _△θ-q 可表示如下：

根據上述式(8)，可推導出以下式(9)：

顯然，根據上述式(9)，在此例中，仍可透過同樣的方法得到角度2△θ ₁的正弦函數與餘弦函數，並藉此計算出轉子位置θ。重覆的敘述，在此不贅言。

透過上述的設置，藉由分別在第一估測角度下與第二估測角度下注入高頻訊號至馬達10，估測裝置100可根據第一感測訊號與第二感測訊號快速地判斷操作夾角的所在象限，並藉此快速地計算操作夾角的數值，以得到轉子位置θ。如此一來，馬達10在控制上的穩定度可有效被提昇。

以下段落將提供本案一實施例中估測裝置100中的高頻訊號注入模組110、感測模組120以及計算模組130的更具體結構的說明，然而本案估測裝置100中的高頻訊號注入模組110、感測模組120以及計算模組130並不以第2圖中所示實施例為限。

如前所述，高頻訊號注入模組110係用以在第一估測角度下，透過逆變器20，注入第一高頻訊號f _I1至馬達10，並在第二估測角度下，透過逆變器20，注入第二高頻訊號f _I2至馬達10。

在本實施例中，高頻訊號注入模組110可包括注入訊號產生單元112、加法器A1、反帕克轉換(Inverse Park Transformation)單元114以及脈衝訊號產生單元(例如為空間向量脈衝訊號產生單元(space vector pulse width modulation，SVPWM))116。注入訊號產生單元112可電性連接反帕克轉換單元114的q軸輸入端以及加法器A1。加法器A1可電性連接反帕克轉換單元114的d軸輸入端。反帕克轉換單元114可電性連接脈衝訊號產生單元116。脈衝訊號產生單元116可電性連接逆變器20。

注入訊號產生單元112可用以分別產生第一、第二高頻訊號f _I1、f _I2(其數值例如皆為U _i cos ω _i t)、d軸參考訊號(其數值例如為0)、q軸參考訊號(其數值例如為0)、第一估測角度(其數值例如為0)與第二估測角度(其數值例如為d )。第一、第二高頻訊號f _I1、f _I2例如為電壓訊號。

加法器A1可用以接收並相加第一、第二高頻訊號 f _I1、f _I2與d軸參考訊號，並將相加後的訊號提供至反帕克轉換單元114的d軸。

反帕克轉換單元114可用以在接收到第一估測角度的情況下，根據第一估測角度、第一高頻訊號f _I1、d軸參考訊號以及q軸參考訊號，產生第一轉換訊號v _α1、v _β1。另一方面，反帕克轉換單元114亦可用以在接收到第二估測角度的情況下，根據第二估測角度、第二高頻訊號f _I2、d軸參考訊號以及q軸參考訊號產生第二轉換訊號v _α2、v _β2。

脈衝訊號產生單元116可用以在接收到第一轉換訊號v _α1、v _β1的情況下(即在第一估測角度的情況下)，提供對應於第一高頻訊號f _I1的第一空間向量脈衝訊號v _α1c 、v _β1c 至逆變器20，並用以在接收到第二轉換訊號v _α2、v _β2的情況下(即在第二估測角度的情況下)，提供對應於第二高頻訊號f _I2的第二空間向量脈衝訊號v _α2c 、v _β2c 至逆變器20。

藉由上述的設置，高頻訊號注入模組110即可在第一估測角度下，透過逆變器20，注入第一高頻訊號f _I1至馬達10，並在第二估測角度下，透過逆變器20，注入第二高頻訊號f _I2至馬達10。

當注意到，在上述實施例中，由於加法器A1係電性連接反帕克轉換單元114的d軸輸入端，故第一高頻訊號f _I1與第二高頻訊號f _I2係注入馬達10的d軸。然而，如前所述，第一高頻訊號f _I1與第二高頻訊號f _I2係注入馬達10的q軸或d軸與q軸，本案並不以上述實施例為限。

另一方面，如前所述，感測模組120用以感測馬達10的定子電流i _U1、i _V1、i _W1、i _U2、i _V2、i _W2，並據以分別產生馬達10在d軸上的電流響應與電流響應，以及馬達10在q軸上的電流響應與電流響應。其中第一感測訊號可為電流響應與電流響應中的至少一者，第二感測訊號可為電流響應與電流響應中的至少一者。

在本實施例中，感測模組120可包括克拉克轉換(Clarke Transformation)單元122以及帕克轉換(Park Transformation)單元124。克拉克轉換單元122與帕克轉換單元124彼此電性連接。

克拉克轉換單元122可用以接收馬達10的定子電流i _U1、i _V1、i _W1，並據以產生轉換訊號i _α1、i _β1。另一方面，克拉克轉換單元122亦用以接收馬達10的定子電流i _U2、i _V2、i _W2，並據以產生轉換訊號i _α2、i _β2。

帕克轉換單元124可用以接收轉換訊號i _α1、i _β1，並據以產生電流響應、。另一方面，帕克轉換單元124亦用以接收轉換訊號i _α2、i _β2，並據以產生電流響應、。

藉由上述的設置，感測模組120即可在高頻訊號注入模組110注入第一高頻訊號f _I1至馬達10的情況下，相應地產生馬達10在d軸上的電流響應與馬達10在q軸上的電流響應，並在高頻訊號注入模組110注入第二高頻訊號f _I2至馬達10的情況下，相應地產生馬達10在d軸上的電流響應與馬達10在q軸上的電流響應。

如前所述，計算模組130係用以根據第一感測訊 號(電流響應與電流響應中的至少一者)與第二感測訊號(電流響應與電流響應中的至少一者)，計算出操作夾角與轉子位置θ。

在本實施例中，計算模組130可包括混波器M1、濾波單元132、第一計算單元134、象限判斷單元136、第二計算單元138、混波器M2以及加法器A2。混波器M1可電性連接帕克轉換單元124的q軸輸出端與濾波單元132。濾波單元132可電性連接第一計算單元134與象限判斷單元136。第一計算單元134可電性連接象限判斷單元136。象限判斷單元136可電性連接第二計算單元138。第二計算單元138可電性連接混波器M2。混波器M2可電性連接加法器A2。

在本實施例中，混波器M1可用以接收來自帕克轉換單元124的q軸輸出端的電流響應(在本實施例中，即為第一感測訊號)與電流響應(在本實施例中，即為第二感測訊號)。另一方面，混波器M1可用以接收高頻載波f _C (其數值例如為sin ω _i t)。混波器M1可用以混波第一感測訊號與高頻載波f _C ，以得到第一混波訊號m1，並用以混波第二感測訊號與高頻載波f _C ，以得到第二混波訊號m2。

濾波單元132可用以依序接收第一混波訊號m1與第二混波訊號m2，並依序低通濾波第一混波訊號m1與第二混波訊號m2，以得到第一計算數值f _△θ1與第二計算數值f _△θ2。此時，根據第一計算數值f _△θ1，可得到操作夾角的正弦函數。

第一計算單元134可根據第一計算數值f _△θ1、第二計算數值f _△θ2、第一估測角度以及第二估測角度，得到操作夾角的餘弦函數。

接著，象限判斷單元136可根據操作夾角的正弦函數與操作夾角的餘弦函數，判斷操作夾角的所在象限。

第二計算單元138可根據操作夾角的正弦函數與操作夾角的餘弦函數，透過反三角函數，計算出操作夾角。

而後，混波器M2可根據操作夾角產生第一估測角度與轉子位置θ之間的估測角度差異△θ ₁。

接著，加法器A2可根據第一估測角度與轉子位置θ之間的估測角度差異△θ ₁，產生轉子位置θ。

當注意到，在本實施例中的各元件之具體操作，可參照前述示範例，故在此不贅言。

透過上述的設置，計算模組130即可根據第一感測訊號(電流響應)與第二感測訊號(電流響應)，計算出操作夾角與轉子位置θ。

此外，在上述實施例中，由於混波器M1係取樣帕克轉換單元124的q軸輸出端的電流響應、，故在上述實施例中，第一感測訊號為馬達10的q軸上的電流響應，第二感測訊號為馬達10的q軸上的電流響應，且計算模組130係根據馬達10的q軸上的電流響應與電流響應，計算出操作夾角與轉子位置θ，然而，如同先前所述，計算模組130亦可取樣帕克轉換單元124的q軸輸出 端的電流響應、，或同時取樣帕克轉換單元124的d軸與q軸輸出端的電流響應、、、，故第一、第二感測訊號亦分別可為馬達10的d軸上的電流響應、，或為馬達10的d軸與q軸上的電流響應、、、本案並不以上述實施例為限。

本案的另一實施態樣為一種估測馬達轉子位置之方法(以下簡稱為估測方法)。

估測方法可應用於相同或相似於第1、2圖中的估測裝置100，而為使敘述簡單，以下將根據本發明一實施例，以第1、2圖中的估測裝置100為例進行對操作方法敘述，然本發明不以此應用為限。

另外，應瞭解到，在本實施方式中所提及的操作方法的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行。

第3圖為根據本案一實施例所繪示的估測方法300的流程圖。估測方法300包括以下步驟。

在步驟S1中，可透過高頻訊號注入模組110與逆變器20，在第一估測角度下注入第一高頻訊號f _I1至馬達10。

在步驟S2中，可透過感測模組120，在注入第一高頻訊號f _I1至馬達10的情況下，感測此時馬達10的複數個定子電流i _U1、i _V1、i _W1，並根據定子電流i _U1、i _V1、i _W1產生馬達10的第一感測訊號。

在步驟S3中，可透過高頻訊號注入模組110與逆 變器20，在第二估測角度下注入第二高頻訊號f _I2至馬達10。其中第二估測角度2不等於第一估測角度。

在步驟S4中，可透過感測模組120，在注入第二高頻訊號f _I2至馬達10的情況下，感測此時馬達10的複數個定子電流i _U2、i _V2、i _W2，並根據定子電流i _U2、i _V2、i _W2產生馬達10的第二感測訊號。

在步驟S5中，可透過計算模組130，根據第一感測訊號與第二感測訊號，得到一操作夾角的正弦函數以及餘弦函數，並根據操作夾角的正弦函數以及餘弦函數為正數或負數，判斷操作夾角的所在象限。其中操作夾角可對應第一估測角度與轉子位置θ之間的估測角度差異△θ ₁(例如，△θ ₁=θ-)。在一實施例中，操作夾角為2倍估測角度與轉子位置θ之間的估測角度差異△θ ₁，亦即，=2×△θ1。

在步驟S6中，可透過計算模組130，根據操作夾角的正弦函數以及餘弦函數，透過反三角函數運算，計算出操作夾角的數值。而後，計算模組130可根據操作夾角、操作夾角的所在象限以及第一估測角度，計算出轉子位置θ。

在步驟S7中，可透過判斷模組140，利用脈波注入法，以判斷出馬達10的轉子之N極磁軸方向。如此一來，馬達10的轉子的轉子位置θ即可確定。

透過上述的設置，藉由分別在第一估測角度下與第二估測角度下注入第一、第二高頻訊號f _I1、f _I2至馬 達10，估測裝置100可根據第一感測訊號與第二感測訊號快速地判斷操作夾角的所在象限，並快速地計算操作夾角的數值，以得到轉子位置θ。如此一來，馬達10在控制上的穩定度可有效被提昇。

根據一實施例，第一感測訊號可為馬達10的d軸上的電流響應以及在馬達10的q軸上的電流響應中的至少一者。第二感測訊號可為馬達10的d軸上的電流響應以及在馬達10的q軸上的電流響應中的至少一者。

根據一實施例，在步驟S1中，高頻訊號注入模組110可在第一估測角度下注入第一高頻訊號f _I1至馬達10的q軸與d軸中的至少一者。

根據一實施例，在步驟S3中，高頻訊號注入模組110可在第二估測角度下注入第二高頻訊號f _I2至馬達10的q軸與d軸中的至少一者。其中第一高頻訊號f _I1與第二高頻訊號f _I2係注入至相同的馬達10的q軸、d軸、或q軸與d軸。

根據一實施例，在步驟S5中，計算模組130可混波第一感測訊號與高頻載波f _C ，以產生第一混波訊m1號，並低通濾波第一混波訊號m1，以得到第一計算數值f _△θ1。計算模組130可根據第一計算數值f _△θ1得到操作夾角的正弦函數。

此外，根據一實施例，在步驟S5中，計算模組130可混波第二感測訊號與高頻載波f _C ，以產生第二混波訊號m2，並低通濾波第二混波訊號m2，以得到第二計算數值 f _△θ2。而後，計算模組130可根據第一計算數值f _△θ1、第二計算數值f _△θ2、第一估測角度以及第二估測角度，以得到操作夾角的餘弦函數。

再者，根據一實施例，在步驟S5中，計算模組130可根據操作夾角的正弦函數以及操作夾角的餘弦函數，透過反三角函數，計算操作夾角。並且，計算模組130可根據操作夾角、操作夾角的所在象限以及第一估測角度，計算轉子位置θ。

此外，關於上述步驟S1-S7的具體操作範例與具體細節，可參照前一實施態樣，在此不贅述。

雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

300‧‧‧估測方法

S1-S7‧‧‧步驟

Claims (15)

1. 一種估測馬達轉子位置之方法，包括：在一第一估測角度下注入一第一高頻訊號至該馬達；在注入該第一高頻訊號至該馬達的情況下，產生該馬達的一第一感測訊號；在一第二估測角度下注入一第二高頻訊號至該馬達，其中該第二估測角度不等於該第一估測角度；在注入該第二高頻訊號至該馬達的情況下，產生該馬達的一第二感測訊號；根據該第一感測訊號與該第二感測訊號，判斷一操作夾角的所在象限，其中該操作夾角為該第一估測角度與轉子位置之間的一估測角度差異之兩倍；以及根據該第一感測訊號、該第二感測訊號以及該操作夾角的該所在象限，得到該轉子位置。
2. 如請求項1所述的估測馬達轉子位置之方法，其中根據該第一感測訊號與該第二感測訊號，判斷該操作夾角的該所在象限的步驟包括：根據該第一感測訊號與該第二感測訊號，得到該操作夾角的一正弦函數以及該操作夾角的一餘弦函數；以及根據該操作夾角的該正弦函數以及該操作夾角的該餘弦函數判斷該操作夾角的該所在象限。
3. 如請求項2所述的估測馬達轉子位置之方法，其中得到該操作夾角的該正弦函數以及該操作夾角的該餘弦函數的步驟包括：混波該第一感測訊號與一高頻載波，以產生一第一混波訊號；低通濾波該第一混波訊號，以得到一第一計算數值；根據該第一計算數值，得到該操作夾角的該正弦函數；混波該第二感測訊號與該高頻載波，以產生一第二混波訊號；低通濾波該第二混波訊號，以得到一第二計算數值；以及根據該第一計算數值、該第二計算數值、該第一估測角度以及該第二估測角度，以得到該操作夾角的該餘弦函數。
4. 如請求項2所述的估測馬達轉子位置之方法，其中得到該轉子位置的步驟包括：根據該操作夾角的該正弦函數以及該操作夾角的該餘弦函數，透過反三角函數，計算該操作夾角；以及根據該操作夾角、該操作夾角的該所在象限以及該第一估測角度，計算該轉子位置。
5. 如請求項1所述的估測馬達轉子位置之方法，更包 括利用脈波注入法，判斷該轉子的一N極磁軸方向。
6. 如請求項1所述的估測馬達轉子位置之方法，其中在該第一估測角度下注入該第一高頻訊號至該馬達的步驟包括：在該第一估測角度下注入該第一高頻訊號至該馬達的一q軸與一d軸中的至少一者；以及在該第二估測角度下注入該第二高頻訊號至該馬達的步驟包括：在該第二估測角度下注入該第二高頻訊號至該馬達的該q軸與該d軸中的該至少一者。
7. 如請求項1所述的估測馬達轉子位置之方法，其中該第一感測訊號為在該馬達的一d軸上的一第一電流響應以及在該馬達的一q軸上的一第二電流響應中的至少一者，該第二感測訊號為在該馬達的該d軸上的一第三電流響應以及在該馬達的該q軸上的一第四電流響應中的至少一者。
8. 一種估測馬達轉子位置之裝置，其係電性連接一馬達，該估測馬達轉子位置之裝置包括：一高頻訊號注入模組，用以在一第一估測角度下注入一第一高頻訊號至該馬達，並在一第二估測角度下注入一第二高頻訊號至該馬達，其中該第二估測角度不等於該第 一估測角度；一感測模組，用以在注入該第一高頻訊號至該馬達的情況下，產生該馬達的一第一感測訊號，並在注入該第二高頻訊號至該馬達的情況下，產生該馬達的一第二感測訊號；以及一計算模組，用以根據該第一感測訊號與該第二感測訊號，判斷一操作夾角的所在象限，並根據該第一感測訊號、該第二感測訊號以及該操作夾角的該所在象限，得到轉子位置，其中該操作夾角為該第一估測角度與該轉子位置之間的一估測角度差異之兩倍。
9. 如請求項8所述的估測馬達轉子位置之裝置，其中該計算模組更用以根據該第一感測訊號與該第二感測訊號，得到該操作夾角的一正弦函數以及該操作夾角的一餘弦函數，並根據該操作夾角的該正弦函數以及該操作夾角的該餘弦函數判斷該操作夾角的該所在象限。
10. 如請求項9所述的估測馬達轉子位置之裝置，其中該計算模組更用以混波該第一感測訊號與一高頻載波，以產生一第一混波訊號，並用以低通濾波該第一混波訊號，以得到一第一計算數值，且用以根據該第一計算數值，得到該操作夾角的該正弦函數。
11. 如請求項10所述的估測馬達轉子位置之裝置，其 中該計算模組更用以混波該第二感測訊號與該高頻載波，以產生一第二混波訊號，用以低通濾波該第二混波訊號，以得到一第二計算數值，並用以根據該第一計算數值、該第二計算數值、該第一估測角度以及該第二估測角度，以得到該操作夾角的該餘弦函數。
12. 如請求項9所述的估測馬達轉子位置之裝置，其中該計算模組更用以根據該操作夾角的該正弦函數以及該操作夾角的該餘弦函數，用以透過反三角函數，計算該操作夾角，並用以根據該操作夾角、該操作夾角的該所在象限以及該第一估測角度，計算該轉子位置。
13. 如請求項8所述的估測馬達轉子位置之裝置，更包括：一判斷模組，用以利用脈波注入法，判斷該轉子的一N極磁軸方向。
14. 如請求項8所述的估測馬達轉子位置之裝置，其中該高頻訊號注入模組更用以在該第一估測角度下注入該第一高頻訊號至該馬達的一q軸與一d軸中的至少一者，並用以在該第二估測角度下注入該第二高頻訊號至該馬達的該q軸與該d軸中的該至少一者。
15. 如請求項8所述的估測馬達轉子位置之裝置，其中 該第一感測訊號為在該馬達的一d軸上的一第一電流響應以及在該馬達的一q軸上的一第二電流響應中的至少一者，該第二感測訊號為在該馬達的該d軸上的一第三電流響應以及在該馬達的該q軸上的一第四電流響應中的至少一者。