TWI743850B - 馬達轉子位置偵測裝置與偵測方法 - Google Patents

馬達轉子位置偵測裝置與偵測方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI743850B
TWI743850B TW109120927A TW109120927A TWI743850B TW I743850 B TWI743850 B TW I743850B TW 109120927 A TW109120927 A TW 109120927A TW 109120927 A TW109120927 A TW 109120927A TW I743850 B TWI743850 B TW I743850B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
circuit
current
position detection
motor
preset
Prior art date
Application number
TW109120927A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202201893A (zh
Inventor
何祖盛
楊凱
劉佳恩
Original Assignee
盛群半導體股份有限公司
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 盛群半導體股份有限公司 filed Critical 盛群半導體股份有限公司
Priority to TW109120927A priority Critical patent/TWI743850B/zh
Priority to CN202021675909.4U priority patent/CN212324021U/zh
Priority to CN202010806381.8A priority patent/CN113824380A/zh
Priority to US17/075,221 priority patent/US20210399663A1/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI743850B publication Critical patent/TWI743850B/zh
Publication of TW202201893A publication Critical patent/TW202201893A/zh

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/32Determining the initial rotor position
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/10Direct field-oriented control; Rotor flux feed-back control
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18Estimation of position or speed
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22Current control, e.g. using a current control loop
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements 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
    • H02P27/06Arrangements 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
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/183Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using an injected high frequency signal
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/03Determination 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

本案提出一種馬達轉子位置偵測裝置與偵測方法。馬達轉子位置偵測方法包含:於馬達轉子轉動之前,發送測試電流指令及預設角度至磁場導向控制電路,使磁場導向控制電路產生回授電流,判斷回授電流的電流峰值,並比較回授電流的電流峰值,當判斷出回授電流中之最大峰值回授電流的電流峰值大於回授電流中之其他回授電流的電流峰值時,根據與最大峰值回授電流為對應之最大峰值電流指令輸出對應於最大峰值電流指令之預設角度作為馬達轉子的初始角位置。

Description

馬達轉子位置偵測裝置與偵測方法
本案是關於一種馬達轉子位置偵測裝置及所使用的方法,特別是適於磁場導向控制架構下之馬達轉子初始角位置偵測裝置與方法。
馬達已廣泛地應用於電子產品中,例如機器手臂、半導體製程及封裝相關設備、電梯、冷氣機、電動汽車、掃描器、印表機、光碟機等。為了控制馬達正常轉動,習知的馬達轉子位置偵測裝置中通常包含為硬體元件之轉子位置感測器,以在馬達轉動前偵測出馬達轉子的初始位置,以避免馬達在啟動上發生非預期的運轉狀況。
然而,額外使用前述之轉子位置感測器將使生產成本上升。若未使用轉子位置感測器又將造成前述馬達在啟動上發生非預期的運轉狀況。因此,為取代轉子位置感測器,現今發展出一些不同的馬達控制技術,然而大部分的馬達控制技術還是需要額外設置硬體電路,造成無法有效地降低生產成本,且其設計通常無法根據不同馬達或不同的馬達應用產品進行彈性的調整。
在一實施例中,一種馬達轉子位置偵測方法包含於一馬達轉子轉動之前,在一預設時間區間內發送測試指令至一磁場導向控制電路,測試指令包含測試電流指令與預設角度,根據測試指令生成一回授電流,擷取回授電流的峰值,以形成一峰值陣列,並算出峰值陣列中的元素之一最大值,根據最大值從預設角度中對應出其中之一,磁場導向控制電路將對應出的預設角度當成馬達轉子之一初始角位置,以控制馬達轉動。
在一實施例中,一種馬達轉子位置偵測裝置包含磁場導向控制電路及初始位置檢測電路。磁場導向控制電路於一預設時間區間內接收測試電流指令與預設角度,並根據測試電流指令與預設角度產生回授電流。初始位置檢測電路發送測試電流指令與預設角度給磁場導向控制電路。初始位置檢測電路包含電流產生器、角度產生器及處理電路。電流產生器輸出測試電流指令,角度產生器輸出預設角度,處理電路擷取回授電流的峰值,以形成一峰值陣列,並運算出峰值陣列中元素的一最大值,處理電路並根據前述最大值從預設角度中對應出其中之一形成馬達轉子之初始角位置,且於馬達轉動前,發送初始角位置給磁場導向控制電路,藉以控制馬達轉動。
圖1為根據本案之馬達轉子位置偵測裝置1以及其所控制之馬達2之一實施例之功能方塊圖。請參照圖1,馬達轉子位置偵測裝置1包含初始位置檢測電路11及磁場導向控制電路12。馬達轉子位置偵測裝置1可通過驅動電路3以控制馬達2轉動。馬達2係適於磁場導向控制(Field Oriented Control, FOC),馬達轉子位置偵測裝置1具有前述之磁場導向控制功能。在一實施例中,馬達2可為直流無刷馬達(Brushless DC Motor, BLDC)或永磁同步馬達(permanent-magnet synchronous motor, PMSM)。驅動電路3是馬達2的製造商所設計,其功能是將馬達轉子位置偵測裝置1傳送的驅動訊號轉成馬達2可讀的訊號,藉以驅動馬達3轉動。
請繼續參考圖1。初始位置檢測電路11耦接磁場導向控制電路12,磁場導向控制電路12耦接馬達2。磁場導向控制電路12可決定前述控制馬達2之轉子(圖1未示)轉矩方向或是定子(圖1未示)產生之磁場方向。在馬達2之轉子轉動之前,初始位置檢測電路11可在一個使用者所設定的預設時間區間內將所有測試指令產生完成,預設時間區間一般是5~15毫秒(ms)。測試指令包含電流指令(具有複數直軸測試電流指令S1與複數個交軸測試電流指令S3),以及複數個預設角度θ2。直軸測試電流指令S1從輸出端P2發出,交軸測試電流指令S3從輸出端P1發出,預設角度θ2從輸出端P3發出,且此三個訊號(直軸測試電流指令S1、交軸測試電流指令S3與預設角度θ2)都具有相同的週期。
請先參考圖3A-3D。其中,初始位置檢測電路11可產生六個直軸測試電流指令S1及六個不相同之預設角度θ2,另外,交軸測試電流指令S3在本實施例中都是0A(安培)。初始位置檢測電路11可在8毫秒(預設的時間區間)內發送完成所有測試指令。六個直軸測試電流指令S1分別占有六個週期時間(週期1至週期6),且週期1至週期6可都是1.3毫秒。
另外,處在同一週期時間內的訊號是命名同一個序數,例如在週期1中的直軸測試電流指令S1係命名為「第一直軸測試電流指令」,而對應同在週期1中的之預設角度θ2係命名為「第二預設角度」;而在週期2中的直軸測試電流指令S1與預設角度θ2係分別命名為「第二直軸測試電流指令」與「第二預設角度」,依此類推。所謂對應指的是在同一週期中產生的,或是處理與生成的訊號都在同一週期。
後續請參考圖2,圖2為根據本案之適於馬達2之馬達轉子位置偵測方法之一實施例之流程圖。請一併參考圖1與圖3A-3D,初始位置檢測電路11係在馬達2轉動前之預設時間區間內,發送測試指令(步驟S01)至磁場導向控制電路12,磁場導向控制電路12在預設時間區間內接收測試指令,並根據測試指令產生可控制馬達2轉動之回授電流S2(步驟S02),並且,磁場導向控制電路12係根據測試指令中的每一直軸測試電流指令S1產生對應的一回授電流S2。於是,根據直軸測試電流指令S1、交軸測試電流指令S3及對應的不同預設角度θ2,磁場導向控制電路12產生具有不同電流峰值之複數回授電流S2。並且,因為磁場導向控制電路12產生每一個回授電流S2的響應時間(Response time)為100微秒(us)等級,其為可忽略之數量等級。也就是說,回授電流S2與直軸測試電流指令S1可幾乎稱為「同時產生」。
接著,初始位置檢測電路11自磁場導向控制電路12接收複數回授電流S2(步驟S03),初始位置檢測電路11擷取每一回授電流S2的峰值,以形成一峰值陣列,並且比較複數回授電流S2之間的峰值,以算出峰值陣列中的最大值元素(步驟S04),當初始位置檢測電路11算出峰值陣列中的最大值元素(即判斷出其中一電流峰值為最大)時,初始位置檢測電路11就會根據回授電流S2中的最大值,在馬達2轉動之前,從多個預設角度θ2對應出其中之一,並且作為初始角位置θ1後輸出(步驟S05),以驅使磁場導向控制電路12據以控制馬達2之轉動。並且,因為初始位置檢測電路11運算生成初始角位置θ1所需要的執行時間(turnaround time)可為2~8微秒等級,其為可忽略之數量等級,換言之,初始位置檢測電路11可快速地計算出初始角位置θ1。
請參考圖1與圖3A-3D,磁場導向控制電路12根據六個直軸測試電流指令S1及六個預設角度θ2產生六個具有不同電流峰值之回授電流S2,後續初始位置檢測電路11中的處理電路113擷取六個回授電流S2(單位可為安培),而形成峰值陣列X={3,2,4,6,5,2},並算出峰值陣列X中的最大值元素(element)為6,接著,因為此最大值6是第四回授電流,屬於週期4,因此初始位置檢測電路11中的處理電路113就會「對應」出同在週期4的第四預設角度(即300度),並將此第四預設角度當成初始角位置θ1後輸出,以讓馬達2運轉後,磁場導向控制電路12係根據轉子初始角位置θ1為300度之馬達2進行後續轉動控制。
因此,基於前述FOC控制架構在馬達2之轉子開始轉動之前先偵測轉子的初始角位置θ1,本案不需要為了偵測轉子初始角位置θ1,而在連接馬達2的驅動電流輸入線路上增加額外電流取樣電阻以及對應的放大器與數位類比轉換電路,因此可節省額外的硬體成本,且設計者可彈性地調整直軸測試電流指令S1與交軸測試電流指令S3的數量以及各預設角度θ2的角度值,以提升馬達轉子位置偵測裝置1判斷出轉子的初始角位置θ1的精確度,降低轉子的初始角位置θ1誤判之情形發生,進而避免馬達2在啟動上發生非預期的運轉狀況。
在一實施例中,直軸測試電流指令S1係為電流脈衝訊號,初始位置檢測電路11可根據馬達2的規格決定直軸測試電流指令S1與交軸測試電流指令S3的電流值,且初始位置檢測電路11可接收輸入之高位準時間T1與低位準時間T2,以調整直軸測試電流指令S1的週期與占空比(Duty Cycle)。舉例來說,以圖3A為例,初始位置檢測電路11可產生電流值皆為5安培的六個直軸測試電流指令S1,且如圖3A所示,六個直軸測試電流指令S1都具有相同的高位準時間T1與低位準時間T2,以讓六個直軸測試電流指令S1具有相同的週期與占空比。
基於上述,請參考圖2,在步驟S01中,初始位置檢測電路11可在每一週期中產生一個直軸測試電流指令S1,初始位置檢測電路11可在六個週期時間內產生六個直軸測試電流指令S1及六個預設角度θ2,即前述之預設時間區間係為六個週期時間的總和,使磁場導向控制電路12在六個週期中之各週期中根據各直軸測試電流指令S1輸出對應的回授電流S2。初始位置檢測電路11經過六個週期之後即判斷出轉子的初始角位置θ1。
在一實施例中,為提升初始位置檢測電路11算出之轉子的初始角位置θ1之精確度,初始位置檢測電路11於相鄰兩個週期所發送的兩個預設角度θ2之間的角度差值,至少大於或等於一使用者設定之預設值,預設值可為大於或等於1度,且較佳地,此預設值為180度,如此可避免因測試指令中的兩個預設角度θ2之角度差值過小,而造成因磁滯而產生之不精確之回授電流S2,讓初始位置檢測電路11誤判回授電流S2的電流峰值而誤判轉子的初始角位置θ1。
詳細來看,請參考圖3B,以六個直軸測試電流指令S1所對應之第一預設角度至第六預設角度等六個預設角度θ2,依序為0度、180度、120度、300度、240度、60度,可知在相鄰兩個週期所發送的兩個預設角度θ2之間的差至少大於或等於為60度之預設值。較佳地,此預設值係為一個角度組合,即180度與60度,例如第一預設角度與第二預設角度之間的角度差值為180度,第二預設角度與第三預設角度之間的角度差值為60度,第三預設角度與第四預設角度之間的角度差值為180度,第四預設角度與第五預設角度之間的角度差值為60度,第五預設角度與第六預設角度之間的角度差值為180度。據此,可依不同時間產生的兩兩預設角度θ2之間盡可能地有較大的差值,以避免初始位置檢測電路11誤判轉子的初始角位置θ1。
如圖1所示,因控制馬達2轉動仍需要驅動電路3,驅動電路3耦接磁場導向控制電路12與馬達2。磁場導向控制電路12包含交軸電流合併電路121、直軸電流合併電路122、控制電路123、逆派克轉換(Inverse Park Transform)計算電路124、向量產生器125、克拉克轉換(Clarke Transform)計算電路126以及派克轉換(Park Transform)計算電路127。其中,交軸電流合併電路121、直軸電流合併電路122、逆派克轉換計算電路124及派克轉換計算電路127耦接初始位置檢測電路11。控制電路123、逆派克轉換計算電路124、向量產生器125依序耦接在交軸電流合併電路121與驅動電路3之間,且控制電路123、逆派克轉換計算電路124、向量產生器125耦接在直軸電流合併電路122與驅動電路3之間。克拉克轉換計算電路126耦接驅動電路3與馬達2。派克轉換計算電路127耦接在克拉克轉換計算電路126與交軸電流合併電路121之間,且耦接在克拉克轉換計算電路126與直軸電流合併電路122之間。初始位置檢測電路11包含輸出端P1、P2、P3、P4,輸出端P1耦接交軸電流合併電路121,輸出端P2耦接直軸電流合併電路122,輸出端P3耦接派克轉換計算電路127及逆派克轉換計算電路124。
後續請一併參考圖1至圖4。其中,在一個實施例中,於步驟S01中,初始位置檢測電路11的輸出端P1所輸出的交軸測試電流指令S3的電流值為0安培,並由初始位置檢測電路11的輸出端P2輸出直軸測試電流指令S1至磁場導向控制電路12,且初始位置檢測電路11的輸出端P3輸出複數預設角度θ2至逆派克轉換計算電路124及派克轉換計算電路127。接著,在步驟S02中,磁場導向控制電路12之交軸電流合併電路121自初始位置檢測電路11的輸出端P1接收交軸測試電流指令S3,且自派克轉換計算電路127接收交軸回授電流S4(在馬達2之轉子轉動之前,交軸回授電流S4之電流值可具有一個初始值,且前述之初始值可為零)(步驟S021),交軸電流合併電路121將交軸測試電流指令S3及交軸回授電流S4合併後輸出。並且,以圖3A-3D為例,直軸電流合併電路122在開發者指定的六個週期中,自初始位置檢測電路11的輸出端P2接收六個直軸測試電流指令S1,且自派克轉換計算電路127接收為直軸回授電流之回授電流S2(在馬達2之轉子轉動之前,回授電流S2之電流值可具有一初始值,且前述之初始值可為零)(步驟S021),直軸電流合併電路122將直軸測試電流指令S1及回授電流S2合併後輸出。
控制電路123在六個週期中的每一個週期,基於交軸電流合併電路121之輸出訊號及直軸電流合併電路122之輸出訊號產生對應為直流信號的直軸電壓訊號Vd及交軸電壓訊號Vq(步驟S022)。逆派克轉換計算電路124再於六個週期中的每一個週期根據直軸電壓訊號Vd、交軸電壓訊號Vq及初始位置檢測電路11於六個週期中發送的六個預設角度θ2基於式1.1執行逆派克轉換(步驟S023),以計算出各週期中對應於兩相靜止座標軸的兩交流電壓訊號Vα、Vβ。接著,向量產生器125於六個週期中的每一週期將交流電壓訊號Vα、Vβ進行空間向量脈波寬度調變,以控制三相所需之工作週期而輸出開關切換訊號Ta、Tb、Tc至包含反相器之驅動電路3(步驟S024),使驅動電路3於六個週期中的每一週期基於開關切換訊號Ta、Tb、Tc產生對應於三相靜止座標軸之三相交流電流Ia、Ib、Ic,即馬達驅動電流(步驟S025)以驅動馬達2之轉子轉動。
Figure 02_image001
……(1.1)
在馬達2之轉子轉動的同時,磁場導向控制電路12會擷取三相交流電流Ia、Ib、Ic,並透過其中的克拉克轉換計算電路126在六個週期中的每一個週期基於式1.2執行克拉克轉換(步驟S026),以將三相交流電流Ia、Ib、Ic轉換為對應兩相靜止座標軸之兩交流電流Iα、Iβ。派克轉換計算電路127在六個週期中的每一週期再執行派克轉換(步驟S027),以將交流電流Iα、Iβ及預設角度θ2基於式1.3將交流電流Iα、Iβ轉換為對應同步旋轉座標軸且為直流電流之交軸回授電流S4及回授電流S2,初始位置檢測電路11在步驟S03中即自派克轉換計算電路127接收對應於同步旋轉座標軸之d軸之六個回授電流S2,以判斷派克轉換計算電路127於預設時間區間內產生的六個回授電流S2中的哪一者具有最大的電流峰值,以由輸出端P4輸出轉子的初始角位置θ1。
Figure 02_image003
……(1.2)
Figure 02_image005
……(1.3)
最後,初始位置檢測電路11算出初始角位置θ1後,可再傳送至其他元件,而其他元件可再發送初始角位置θ1、及運轉時所需的直軸輸入電流命令與交軸輸入電流命令至磁場導向控制電路12,使磁場導向控制電路12據以控制馬達2轉動,進而避免馬達2在開始轉動時發生非預期的運轉狀況。
直軸測試電流指令S1的數量與精確度有很大的關係。如圖3A所示,直軸測試電流指令S1的數量設定為六個時,代表將一個圓周(轉子軌跡)分成六定位點,定位點的精度是60度。在其他實施例中,直軸測試電流指令S1的數量範圍為二至三百六十個,較佳為二個至十二個,最佳為六個。舉例而言,直軸測試電流指令S1的數量設定為十個時,代表將一個圓周(轉子軌跡)分成十定位點,定位點的精度是36度,更為精確。馬達轉子位置偵測裝置1之設計者可依據欲得到的初始角位置θ1之精度,自行設計直軸測試電流指令S1與對應之預設角度θ2的數量。
在一實施例中,驅動電路3包含之反相器之電路結構可參照圖5,由圖5可知,在驅動電路3中並不需要設置任何的電阻以取樣三相交流電流Ia、Ib、Ic,且不需要為了取樣三相交流電流Ia、Ib、Ic而額外設置連接於取樣電流用電阻之放大器或是數位類比轉換器(DAC),因此進一步節省設置額外的硬體成本與電路空間。
在一實施例中,請合併參照圖1及圖6,初始位置檢測電路11更包含電流產生器111、角度產生器112及處理電路113,處理電路113耦接電流產生器111及角度產生器112。處理電路113可基於高位準時間T1及低位準時間T2控制電流產生器111在預設時間區間內之各週期輸出複數直軸測試電流指令S1,且處理電路113可控制角度產生器112在預設時間區間內之各週期輸出對應每一直軸測試電流指令S1之預設角度θ2。另外,處理電路113可自派克轉換計算電路127接收回授電流S2,並且判斷各週期中所接收之回授電流S2的電流峰值,以判斷預設時間區間內中哪一回授電流S2的電流峰值為最大,並輸出對應之初始角位置θ1。處理電路113可基於有限狀態機(FSM)實現控制電流產生器111、角度產生器112及執行初始角位置θ1之輸出。在一實施例中,控制電路123可為適用於直軸電流以及交軸電流的閉迴路控制器,例如PID控制器。
另外,初始角位置θ1與預設角度θ2所在的值域都是處在由初始位置電路11、逆派克轉換計算電路124與派克轉換計算電路127三者所共同定義出的之運算用的虛擬向量空間(virtual vector space)(此向量空間係稱為定義域)。因此,在實施例中,初始位置檢測電路11所輸出之初始角位置θ1可以輸出給逆派克轉換計算電路124進行馬達2正式運轉時的計算。在另一實施例中,使用者可將輸出端P4外接一個轉換電路(圖1未顯示),以將此虛擬向量空間轉換成實體位置空間(real space),讓初始角位置θ1轉換成實體空間中的三維座標後,再進行後續處理。
另外,初始位置檢測電路11及磁場導向控制電路12可以微控制器(MCU)或其他具有控制及資料運算能力之控制器來實現。設計者可使用圖1、圖5與圖6所揭露之架構製成晶片,或是利用圖2至圖4所揭露之控制方法,將之寫成程式碼後燒入廠商所提供的平台,以構成平台上的應用程式(Application),此應用程式即可即時獲得馬達(轉子)初始位置。因為一般既有平台僅能用於控制馬達轉速,若有得知馬達初始位置需求,則須在額外設置硬體電路。若在使用一般既有平台且不想額外設置裝置的狀況下想得知初始位置,只需使用或是利用圖2至圖4所揭露之控制方法所形成的應用程式再結合馬達轉子位置偵測裝置1即可得知馬達轉子初始位置,非常方便。
綜上所述,根據本案之馬達轉子位置偵測方法及其馬達轉子位置偵測裝置之一實施例,初始位置檢測電路可取代一般市售之轉子位置感測器,且初始位置檢測電路可良好地結合於磁場導向控制電路而偵測出馬達轉子的初始角位置,馬達轉子位置偵測裝置之設計者不需額外調整磁場導向控制電路,當以微控制器實現馬達轉子位置偵測裝置時,設計者不需修改磁場導向控制電路所執行之磁場導向控制之程式碼。
並且,設計者可彈性地調整測試電流指令的數量以及各預設角度的角度值,以降低轉子的初始角位置誤判之情形發生,且在馬達的總線電流輸入線路上不需額外增加電流取樣電阻以及對應的放大器與數位類比轉換電路,可進一步節省額外的硬體成本。
雖然本案已以實施例揭露如上然其並非用以限定本案,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本案之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故本案之保護範圍當視後附之專利申請範圍所界定者為準。
1:馬達轉子位置偵測裝置 11:初始位置檢測電路 111:電流產生器 112:角度產生器 113:處理電路 12:磁場導向控制電路 121:交軸電流合併電路 122:直軸電流合併電路 123:控制電路 124:逆派克轉換計算電路 125:向量產生器 126:克拉克轉換計算電路 127:派克轉換計算電路 2:馬達 3:驅動電路 S1:直軸測試電流指令 S2:回授電流 S3:交軸測試電流指令 S4:交軸回授電流 Vd:直軸電壓訊號 Vq:交軸電壓訊號 Vα:交流電壓訊號 Vβ:交流電壓訊號 Ia:三相交流電流 Ib:三相交流電流 Ic:三相交流電流 Iα:交流電流 Iβ:交流電流 T1:高位準時間 T2:低位準時間 Ta:開關切換訊號 Tb:開關切換訊號 Tc:開關切換訊號 θ1:初始角位置 θ2:預設角度 P1~P4:輸出端 S01~S05:步驟 S021~S027:步驟
[圖1] 為根據本案之馬達轉子位置偵測裝置以及馬達轉子位置偵測裝置所控制之馬達之一實施例之功能方塊圖。 [圖2] 為根據本案之適於馬達之馬達轉子位置偵測方法之一實施例之流程圖。 [圖3A-3D] 為圖1中之測試電流指令、預設角度、回授電流及初始角位置之一實施例之波形圖。 [圖4] 為圖2中之一步驟之一實施例之流程圖。 [圖5] 為圖1中之驅動電路之一實施例之電路圖。 [圖6] 為圖1中之初始位置檢測電路之一實施例之功能方塊圖。
S01~S05:步驟

Claims (10)

  1. 一種馬達轉子位置偵測方法,包含: 於一馬達轉動之前,在一預設時間區間內發送一測試指令至一磁場導向控制電路,其中,該測試指令包含一測試電流指令與一預設角度; 該磁場導向控制電路根據該測試指令生成一回授電流; 擷取該回授電流的峰值,以形成一峰值陣列,並算出該峰值陣列中的元素之一最大值; 根據該最大值,從該預設角度中對應出其中之一;以及 藉由對應出的該預設角度當成該馬達轉子之一初始角位置,以控制該馬達轉動。
  2. 如請求項1所述之馬達轉子位置偵測方法,其中,該預設時間區間係由複數週期組成,且於相鄰兩個週期所發送的兩個該預設角度之間的差值係大於或等於一預設值。
  3. 如請求項2所述之馬達轉子位置偵測方法,其中,該預設值為大於或等於1度。
  4. 如請求項1所述之馬達轉子位置偵測方法,其中,該測試電流指令包含一直軸測試電流指令與一交軸測試電流指令,該直軸測試電流指令係由一高位準時間及一低位準時間所構成之一電流脈衝訊號。
  5. 如請求項1所述之馬達轉子位置偵測方法,其中,藉由對應出的該預設角度當成該初始角位置以控制該馬達轉動之步驟係輸出該初始角位置至該磁場導向控制電路之一逆派克轉換計算電路,以計算該馬達之轉動控制。
  6. 一種馬達轉子位置偵測裝置,包含: 一磁場導向控制電路,係用於一預設時間區間內接收一測試指令,並根據該測試指令產生一回授電流,其中,該測試指令包含一測試電流指令與一預設角度;以及 一初始位置檢測電路,係用於發送該測試指令給該磁場導向控制電路,及發出該馬達轉子之一初始角位置,該初始位置檢測電路耦接該磁場導向控制電路並包含: 一電流產生器,用於輸出該測試電流指令; 一角度產生器,用於輸出該預設角度;以及 一處理電路,耦接該電流產生器與該角度產生器,用於擷取該回授電流的峰值,以形成一峰值陣列,並運算出該峰值陣列中元素的一最大值,並根據該最大值從該預設角度中對應出其中之一,形成該初始角位置,且於一馬達轉動前,發送該初始角位置至該磁場導向控制電路,藉以控制該馬達轉動。
  7. 如請求項6所述之馬達轉子位置偵測裝置,其中,該初始位置檢測電路係於複數週期中發送該測試指令,並且,於相鄰兩個週期發出之兩個該預設角度之間的差值係大於或等於一預設值。
  8. 如請求項7所述之馬達轉子位置偵測裝置,其中,該預設值為大於或等於1度。
  9. 如請求項6所述之馬達轉子位置偵測裝置,其中,該磁場導向控制電路包含: 一直軸電流合併電路,耦接該初始位置檢測電路,該直軸電流合併電路用以接收該測試電流指令;及 一交軸電流合併電路,耦接該初始位置檢測電路; 其中,該測試電流指令係包含一高位準時間及一低位準時間之一電流脈衝訊號。
  10. 如請求項6所述之馬達轉子位置偵測裝置,其中,該磁場導向控制電路包含一逆派克轉換計算電路,該處理電路係發送該初始角位置至該逆派克轉換計算電路,以計算該馬達之轉動控制。
TW109120927A 2020-06-19 2020-06-19 馬達轉子位置偵測裝置與偵測方法 TWI743850B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW109120927A TWI743850B (zh) 2020-06-19 2020-06-19 馬達轉子位置偵測裝置與偵測方法
CN202021675909.4U CN212324021U (zh) 2020-06-19 2020-08-12 马达转子位置检测装置
CN202010806381.8A CN113824380A (zh) 2020-06-19 2020-08-12 马达转子位置检测装置与检测方法
US17/075,221 US20210399663A1 (en) 2020-06-19 2020-10-20 Apparatus and method for detecting motor rotor position

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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 (2)

Publication Number Publication Date
TWI743850B true TWI743850B (zh) 2021-10-21
TW202201893A TW202201893A (zh) 2022-01-01

Family

ID=74036521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109120927A TWI743850B (zh) 2020-06-19 2020-06-19 馬達轉子位置偵測裝置與偵測方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210399663A1 (zh)
CN (2) CN113824380A (zh)
TW (1) TWI743850B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI839779B (zh) * 2022-07-19 2024-04-21 晶豪科技股份有限公司 無刷直流馬達的控制電路以及用以偵測無刷直流馬達之初始轉子位置的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040124809A1 (en) * 2002-10-15 2004-07-01 International Rectifier Corporation Efficiency optimization control for permanent magnet motor drive
US20060132084A1 (en) * 2004-12-21 2006-06-22 Delange Robert J Method and apparatus for determining motor rotation status
US20080042612A1 (en) * 2006-06-29 2008-02-21 Eddy Ying Yin Ho Parking control technique for permanent magnet motor drives with sinusoidal bemf
CN102522943A (zh) * 2011-12-24 2012-06-27 许继集团有限公司 垂直轴永磁风力发电机转子初始位置控制方法
CN103187919A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 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
CN103269191A (zh) * 2013-05-22 2013-08-28 浙江大学 一种永磁同步电机直接转矩/磁链控制方法
EP2924870A1 (en) * 2014-03-24 2015-09-30 Maxon Motor AG Method for determining the position of a rotor of a polyphase motor

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1832459B1 (en) * 2002-07-12 2010-09-08 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
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
CA2697610C (en) * 2007-09-27 2013-10-22 Mitsubishi Electric Corporation Controller of rotary electric machine
US9385642B2 (en) * 2012-03-07 2016-07-05 Mitsubishi Electric Corporation Air conditioner
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
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

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040124809A1 (en) * 2002-10-15 2004-07-01 International Rectifier Corporation Efficiency optimization control for permanent magnet motor drive
WO2005048445A1 (en) * 2002-10-15 2005-05-26 International Rectifier Corporation Efficiency optimization control for permanent magnet motor drive
US20060132084A1 (en) * 2004-12-21 2006-06-22 Delange Robert J Method and apparatus for determining motor rotation status
US20080042612A1 (en) * 2006-06-29 2008-02-21 Eddy Ying Yin Ho Parking control technique for permanent magnet motor drives with sinusoidal bemf
CN102522943A (zh) * 2011-12-24 2012-06-27 许继集团有限公司 垂直轴永磁风力发电机转子初始位置控制方法
CN103187919A (zh) * 2011-12-28 2013-07-03 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
CN103269191A (zh) * 2013-05-22 2013-08-28 浙江大学 一种永磁同步电机直接转矩/磁链控制方法
EP2924870A1 (en) * 2014-03-24 2015-09-30 Maxon Motor AG Method for determining the position of a rotor of a polyphase motor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI839779B (zh) * 2022-07-19 2024-04-21 晶豪科技股份有限公司 無刷直流馬達的控制電路以及用以偵測無刷直流馬達之初始轉子位置的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113824380A (zh) 2021-12-21
CN212324021U (zh) 2021-01-08
TW202201893A (zh) 2022-01-01
US20210399663A1 (en) 2021-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8223521B2 (en) Inverter device
US6441572B2 (en) Detection of rotor angle in a permanent magnet synchronous motor at zero speed
US6738718B2 (en) Method and apparatus for measuring torque and flux current in a 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
US9628012B2 (en) Motor control device and motor control method
JP5637155B2 (ja) モータ制御装置及びモータ制御方法
TWI743850B (zh) 馬達轉子位置偵測裝置與偵測方法
TWM601933U (zh) 馬達轉子位置偵測裝置
JP7422291B2 (ja) 機械学習装置、および機械学習装置と接続するモータ制御装置
Otava et al. Permanent magnet synchronous motor stator winding fault detection
JP2002272175A (ja) モータの初期位相検出方式、検出方法、及び、制御器
KR102359677B1 (ko) 회전자 초기각 추정 장치 및 방법
JP2003219693A (ja) ステッピングモータの駆動装置
CN116449741A (zh) 一种基于risc-v架构的永磁同步电机驱动微控制器
JP5148789B2 (ja) 永久磁石型同期電動機の磁束鎖交数及び電気的時定数の同定方法
JP4061446B2 (ja) 同期電動機の抵抗値同定方法とその制御装置
JP4070467B2 (ja) 永久磁石型同期電動機の電動機定数及び負荷トルクの同定方法
US20210091700A1 (en) Control Device for Three-Phase Synchronous Motor and Electric Power Steering Device Using the Same
Kumari et al. Speed control of BLDC motor using DRV8312EVM in VisSim Environment
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
Leppanen et al. Rotor flux angle tracking controller for sensorless induction motor drives
TWI760228B (zh) 馬達控制方法
CN117013915A (zh) 一种电机转速检测方法、装置、电机驱动电路及空调器