TWI831327B - 對準同步馬達之轉子至特定轉子角的方法及其控制器 - Google Patents

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Abstract

一種將具有永磁轉子之多相同步馬達的轉子對準至預定的、選定的或特定的轉子角的方法係被描述。該方法包含在馬達的同步運作之期間感測或量測定子繞組電壓/電流。基於感測到的或量測到的定子繞組電壓/電流將q軸上的同步旋轉參考座標向量電壓（ V q ）決定成定子繞組電阻（ R s ）與q軸上之定子繞組電流（ i q ）的乘積。根據同步旋轉參考座標向量電壓（ V q ）決定相應於預定的、選定的或特定的轉子角之同步馬達的多相驅動電壓。施加多相驅動電壓以於停止在預定的、選定的或特定的轉子角（θ）時對準轉子。多相驅動電壓由合適的PWM驅動訊號來施加。

Description

對準同步馬達之轉子至特定轉子角的方法及其控制器
本發明係關於一種對準同步馬達之轉子至預定的、選擇的或特定的轉子角的方法及其控制器。該方法特別關於，但不限於將具有用於同步運作之無感測器閉迴路控制系統之永磁同步馬達(permanent magnet synchronous motor，PMSM)的轉子對準至預定的、選擇的或特定的轉子角的方法。
多相(例如三相)馬達的最普遍類型為同步馬達與感應馬達。當三相電導體係放置於特定幾何位置時(彼此之間具有一特定角度)，則會產生電場。旋轉的磁場係於一特定速度旋轉，即同步轉速。若一永久磁鐵或電磁鐵係存在於此旋轉磁場中，則該磁鐵會磁性地鎖固於該旋轉磁場從而與該旋轉磁場以相同速度旋轉，其中當馬達的轉子的轉速與該旋轉磁場的轉速相同時構成同步馬達。
永磁馬達使用永久磁鐵於轉子中以提供恆定的磁通量，其具有正弦的反電動勢(emf)訊號。當該定子中的該旋轉磁場的速度係為或接近同步速度時，該轉子係鎖定。該定子帶動連接至一控制器的繞組以產生該旋轉磁場，該控制器具有包括一電壓供應(通常為交流(AC)電壓供應)的一功率級。這樣的配置構成了PMSM。
PMSM係類似直流無刷(brushless direct current，BLDC)馬達。BLDC馬達可以被視為同步直流馬達，其使用具有包括經合適轉換的一直流電壓供應的一功率級的一控制器，以產生該定子旋轉磁場。因此，BLDC馬達使用與交流同步馬達，尤其是PMSM馬達，相同或類似的控制演算法。
在此之前，於同步馬達控制系統中，使用至少一個感測器(例如霍爾感測器)以於同步運轉期間偵測轉子的旋轉位置是很普遍的。然而，現今較為喜愛無感測器馬達控制系統。
這種無感測器馬達控制系統通常包括一轉子位置及轉速估計模組，於同步運轉期間，轉子位置及轉速可基於由旋轉轉子所引起的反電動勢被持續地估計。估計的轉子位置與轉速被用來於同步運轉期間更新及/或補償馬達控制訊號，從而提供無感測器閉迴路同步運轉馬達控制。
無感測器馬達控制系統的一個問題是，當馬達停止時，轉子的位置是未知的。此可能導致馬達在啟動時出現重大問題，包含對於某些馬達應用是無法接受的轉子之可能反向旋轉。
圖1繪示了具有將馬達之轉子停放在固定轉子位置之已知方法之閉迴路控制器的三相同步馬達的方塊示意圖。在此情況下，轉子在停止時對準到一個固定轉子位置。此是透過注入直流電至三個馬達相位的兩個來實現。在所示的示例中，直流電是注入到U相位與V相位。如圖1還繪示出，直流注入是藉由導通用於U相的上側驅動電晶體(圖1中標示為「1」)以及導通用於V相的下側驅動電晶體(圖1中標示為「4」)來實現。W相的驅動電晶體都不導通。此方法不允許固定轉子停止位置的變化或選擇。
因為以上問題以及其他問題，一種對準轉子至預定的、選擇的或特定的轉子角的改良方法係為所需要的。
本發明的一個目的為於某種程度上減緩或避免有關對準轉子至預定的、選擇的或特定的轉子角的已知方法的一或多個問題。
以上目的係以獨立請求項的技術特徵的結合所達成；附屬請求項則揭露本發明更多有益實施例。
本發明的另一個目的是為用於同步運作之具有無感測器閉迴路控制系統之PMSM提供對準轉子至特定的、選擇的或特定的轉子角的方法。
本發明的另一個目的為提供啟動具有用於同步運作之無感測器閉迴路控制系統之同步馬達的改良方法。
本發明所屬技術領域中具有通常知識者可從以下描述中衍伸出本發明其他目的。因此，前述目的並非全面性描述，且僅用於說明本發明諸多目的中的一些。
在第一主要方面中，本發明提供一種將具有永磁轉子之多相同步馬達的轉子對準至預定的、選定的或特定的轉子角的方法。該方法包含在馬達的同步運作之期間，感測或量測定子繞組電壓/電流。基於感測到的或量測到的定子繞組電壓/電流，將同步旋轉參考座標之q軸上的同步旋轉參考座標向量電壓(V q )決定成定子繞組電阻(R s )與在q軸上之定子繞組電流(i q )的乘積；根據同步旋轉參考座標向量電壓(V q )決定相應於預定的、選定的或特定的轉子角(θ)之同步馬達的多相驅動電壓；施加多相驅動電壓以於停止在預定的、選定 的或特定的轉子角(θ)時對準轉子。多相驅動電壓較佳地由合適的PWM驅動訊號施加。
在第二主要方面中，本發明提供一種啟動具有永磁轉子之同步馬達的閉迴路之方法，該方法包含本發明之第一主要方面的方法步驟，然後使用基於特定的、選擇的或特定的轉子角(θ)之閉迴路同步運作馬達控制演算法來控制馬達的啟動。
在第三主要方面中，本發明提供一種用於具有永磁轉子之同步馬達的閉迴路控制器，該控制器包含儲存有機器可讀取指令的非暫態電腦可讀取媒體以及處理器，其中，當機器可讀取指令由處理器執行時，機器可讀取指令配置控制器藉由實施本發明之第一主要方面的方法步驟來將轉子停在預定的、選擇的或特定的轉子角(θ)。
在第四主要方面中，本發明提供一種包含根據本發明之第三主要方面之閉迴路控制器的同步馬達。
本發明內容並未必然揭露用以界定本發明的所有必要特徵；本發明可能為所揭露的特徵的次組合。
前述已廣泛地概述本發明的特徵以使讀者更好理解下述本發明的實施方式。本發明額外的特徵以及優勢會於後描述，並呈現本發明請求項的主體。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應理解所揭露的概念以及特定實施例可作為修改或設計其他結構的基礎以實現與本發明相同的目的。
1-6:驅動電晶體
10:同步馬達
12:永磁轉子
14:永久磁鐵
16:定子
18:定子繞組
100:控制器
110:功能方塊
120:處理器
130:記憶體
140:模組
150:轉子磁通觀察模組
160:三相功率級/電橋(三相電橋模組)
170:克拉克轉換模組
200:控制器
ia-ic:三相定子電流
iα-iβ:變數
i d :定子繞組電流
i q :定子繞組電流
Id:正交電流
Iq:正交電流
IA-IC:感測電流
R s :定子繞組
Vd:向量電壓
Vq:向量電壓
Vα-Vβ:正交電壓值
θ:轉子角
從以下僅結合所附圖式以範例方式所提供之較佳實施例的描述中，本發明的上述與進一步特徵將變得顯而易見，其中： [圖1]係繪示具有停止轉子至固定轉子位置之已知方法之閉迴路控制器的同步馬達的方塊示意圖；[圖2]係繪示具有根據本發明之閉迴路控制器之同步馬達的方塊示意圖；[圖3]係根據本發明之閉迴路控制器之一實施例的詳細方塊示意圖；[圖4]係顯示可實施根據本發明之閉迴路啟動方法之三相同步馬達的三角形接法與星形接法(或Y形接法)定子繞組的配置示意圖；[圖5]係用於圖4之三相同步馬達之根據本發明之閉迴路馬達控制系統的功率級的示意方塊圖；[圖6]繪示三相同步馬達中轉子與定子磁場的對準；[圖7]係三相同步馬達的向量電流圖；[圖8A]係三相同步馬達之d軸上的電壓等效電路而[圖8B]是三相同步馬達之q軸上的電壓等效電路；[圖9]繪示在決定待施加於三相馬達座標系以對準轉子至特定角度的電壓時，從d-q座標系至α-β座標系的電壓轉換；[圖10]係顯示可實施根據本發明之閉迴路啟動方法之三相同步馬達之定子繞組的六線配置示意圖；[圖11]係用於圖10之三相同步馬達之根據本發明之閉迴路馬達控制系統的功率級的示意方塊圖；[圖12]係顯示可實施根據本發明之閉迴路啟動方法之同步馬達之定子繞組的四線配置示意圖；以及 [圖13]係用於圖12之同步馬達之根據本發明之閉迴路馬達控制系統的功率級的示意方塊圖。
以下描述僅係以範例說明較佳實施例，非用以限定發揮本發明功效之技術特徵之結合方式。
本說明書中提及「一實施例」時，代表與該實施例描述在一起的某一特定的特徵、結構、或特性被包括在本發明至少一個實施例。說明書中各處的「於一實施例」的用語並不一定都是影射同一實施例，也非與其他實施例互斥的分離或相異的實施例。此外，各特徵於說明書中被描述，其可能出現在某些實施例，但未出現於其他實施例。相似的，各需求亦於說明書中被描述，其可能為某些實施例的需求，但非其他實施例的需求。
應了解，圖式中各元件可以不同的形式實現，如硬體、軟體、或其組合。該些元件可於一或多個適當程式化之通用設備，例如處理器、記憶體、以及I/O介面，以軟硬體組合的方式實現。
文中描述說明了本發明的原理。因此，應了解本發明所屬技術領域中具有通常知識者可擬出各種雖然未明確於本文中描述或顯示、但包括本發明之原理且落於本發明的精神與範圍內的規劃方式。
此外，本文中所有記載了本發明之原理、面向、以及實施例、也記載了其特定範例的陳述係用於涵蓋本發明的等效結構以及等效功能。另外，這些等效結構以及等效功能包括目前已知的等效結構以及等效功能、也包括未來發展出來的等效結構以及等效功能，即無論其架構，任何執行相同功能的元件。
因此，舉例來說，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應了解所呈現的方塊圖僅代表概念性系統以及設備圖像化呈現，展示本發明的原理。
圖中所示各元件的功能可經由使用專屬硬體以及與適當軟體連結之可執行軟體之硬體所提供。當由一處理器提供時，該些功能可由單一專屬處理器提供、由單一共用處理器提供、或由多個單一處理器提供(其中幾個可為共用)。此外，明確的「處理器」或「控制器」用詞的使用不應僅被理解為可執行軟體之硬體，且可暗示性包括，但非限於，數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)硬體、用於儲存軟體的唯讀記憶體(read-only memory，ROM)、隨機存取記憶體(random access memory，RAM)以及非揮發性儲存器。
於本文之請求項，任何表示為執行一特定功能的方法的元件係用於涵蓋任何的執行該功能方法，例如包括a)執行該功能的電路元件的組合或b)任何形式的軟體，因此包括韌體、微編碼之類，並與適當的用於執行該軟體的電路組合以執行該功能。以該些請求項所定義之本發明符合以下敘述：所記載的各方法所提供的功能係被以請求項請求的方式組合以及組裝。因此任何可以提供該些功能的方式都應該理解為請求項所顯示的方式的等效。
本文中所指「轉子角」代表「轉子位置」。本文中所指「定子角」代表「換向角」(commutation angle)。
根據本發明的方法直接從定子繞組電流/電壓決定馬達角度與初始速度。然而，在以下的描述中將僅提到定子電流。
直接從定子繞組電流決定馬達角度及/或初始速度的方法可包含用於啟動與操作同步馬達之控制演算法的第一部分。因此，本發明還涉及一種啟動用於同步運作之具有無感測器閉迴路控制器之PMSM的方法以及控制器，但 該方法適用於具有使用如下文所述之該方法的用於同步運作之閉迴路控制器的任何同步馬達。
本發明的其中一個優點為可實現於現存的用於同步運轉的閉迴路控制器而，除了控制器的控制演算法的調整之外，不需要大幅修改。本發明之閉迴路控制演算法可由軟體、韌體、硬體、或其任意組合所實現。本發明之閉迴路控制演算法可實現於特殊應用積體電路或晶片。
圖2係顯示根據本發明一實施例之用於同步馬達10之改良閉迴路控制器100的示例性實施例。同步馬達10包括永磁轉子12以及定子16，永磁轉子12具有複數永久磁鐵14，定子16具有複數定子繞組18。雖然同步馬達10於圖中係以傳統的定子16圍繞轉子12的方式呈現，應理解本發明之概念亦可應用於轉子圍繞定子的同步馬達，例如定子設於轉子內的馬達。
於此實施例，閉迴路控制器100可包含用於執行其各種功能的複數功能方塊110。舉例來說，閉迴路控制器100可包括適當修改或適當配置的已知向量基(vector-based)閉迴路控制器，例如直接轉矩控制(direct torque control，DTC)閉迴路控制器或磁場導向控制(field oriented control，FOC)，如Jorge Zambada於2007年著作為論文AN1078並由微晶片科技股份有限公司(Microchip Technology Inc.)出版之題為「PMSM馬達的無感測器磁場導向控制」(Sensorless Field Oriented Control of PMSM Motors)的出版物中所述，其內容以引用的方式併入本文，並且如本文之圖2所示但以符合本發明概念之描述的方式修改。
閉迴路控制器100可以，例如，邏輯電路及/或存於記憶體且用於處理器120執行的可執行程式碼/機器可讀取指令所實現以實現本文所描述的功能。舉例來說，可執行程式碼/機器可讀取指令可儲存於一或多個適於儲存一個 或更多指令組(例如應用軟體、韌體、作業系統、小型應用程式(applet)、及/或此類指令組)、資料(例如組態參數、運轉參數及/或門檻值、收集所得的資料、經處理的資料、及/或此類資料)等的記憶體130(例如，隨機存取記憶體(random access memory，RAM)、唯讀記憶體(read-only memory，ROM)、快閃記憶體、磁記憶體、光學記憶體之類)。一或多個記憶體130可包括可操作的相對於一或多個處理器120使用的處理器可讀記憶體以執行閉迴路控制器100的碼段及/或應用此行為所產出的資料以實現於此描述的閉迴路控制器100的功能。此外，或可為替代方案的是，閉迴路控制器100可包含一或多個特殊目的控制器(例如，特殊應用積體電路(application specific integrated circuit，ASIC)、現場可程式化閘陣列(field programmable gate array，FPGA)、圖形處理單元(graphics processing unit，GPU)及/或此類經配置以實現於此描述之閉迴路控制器100之功能的控制器)。
就一個大的方面而言，本發明包含使用圖2與圖3所示之閉迴路控制器100，例如使用如圖3所示經修改的FOC控制器200，以實施在馬達停止時對準轉子至預定的、選定的或特定的轉子角(θ)的方法。如上所述，閉迴路控制器100/200可包含任何已知且合適的用於同步運作的閉迴路控制器供同步運轉且可包括如文件AN1078，「PMSM馬達的無感測器磁場導向控制」所描述或標題為「無感測器PMSM磁場導向控制」(Sensorless PMSM Field-Oriented Control)的出版物所描述的FOC控制器200，且FOC控制器200經合適的調整或再配置以實施直接從定子繞組電流決定馬達角度及/或初始速度的方法。
就另一個大的方面而言，啟動同步馬達的閉迴路方法包含，首先實施本發明之第一主要方面的方法步驟，然後使用基於預定的、選擇的或特定的轉子角(θ)之閉迴路同步運作馬達控制演算法來控制馬達的啟動。
因此，本發明還試圖透過在馬達停止時停放轉子至預定的、選擇的或特定的轉子角(θ)並接著使用所停放的轉子角(θ)作為馬達啟動時之閉迴路運作方法之輸入的方法來補充用於操作同步馬達，特別是PMSM的已知的閉迴路方法。
圖2與圖3的修改的或重配置的閉迴路控制器100/200被安排以藉由使用馬達控制訊號激發定子繞組18來啟動同步馬達10以根據決定新的馬達控制訊號所需的同步運作參數來決定，然後在停止時停放轉子在預定的、選擇的或特定的轉子角(θ)。
因此，在馬達的同步運作之後，於馬達啟動之開始時的初始止轉轉子角可包含預定的、選擇的或指定的轉子角(θ)。預定的、選擇的或指定的轉子角(θ)是在馬達的先前同步運作後且停止馬達之時獲得。預定的轉子角(θ)可儲存在記憶體130中，並且在需要馬達10啟動之開始時調回(recalled)。
在一些實施例中，模組140可包含圖3之修改的FOC控制器200的轉子位置與轉速預估模組140，並且根據本發明決定的預定的、選擇的或指定的轉子角(θ)可包含模組140的輸入。
在一些實施例中，模組140可包含如由Wei Xu等人於2019年六月在中國電工技術學會電機與系統學報(CES Transcations on Electrical Machines and Systems)之第3卷第2期題為「用於PMSM的無感測器控制且具有自適應諧波消除以及相位補償的改良的轉子磁通量觀察器」(improved Rotor Flux Observer for Sensorless Control of PMSM With Adaptive Harmonic Elimination and Phase Compensation)之出版物的第1-3頁所述之一類型的轉子磁通觀察模組150，其內容以引用的方式併入本文。
根據本發明之閉迴路馬達操作方法可用於具有如圖4-5與圖10-13所示之各種定子繞組配置的同步馬達10。
圖4顯示三相同步馬達10的傳統三角形接法與星形接法(或Y形接法)定子繞組的配置示意圖，而圖5提供用於圖4之同步馬達10之閉迴路控制器100/200之三相功率級/電橋160的示意方塊圖。圖5中的閉迴路控制器100/200的三相電橋模組160的二或多個輸出係具有二或多個於圖3中被標記為「IA」、「IB」及「IC」的感應電流，所述二或多個輸出被饋至閉迴路控制器100/200的克拉克轉換模組170來進行處理。通常，會選擇感應電流「IA」及「IB」供克拉克轉換模組170使用。
圖6繪示三相同步馬達10中轉子與定子磁場的對準。由馬達10產生的轉矩包含反作用轉矩分量以及磁阻轉矩分量，反作用轉矩分量由轉子12之永久磁鐵14與定子繞組18之間的反作用所產生，而磁阻轉矩分量係因磁場最小化其磁通路徑之磁阻所產生。此些轉矩分量皆為轉子12與定子16之間對準的函數。當由定子16所產生的磁通量通過轉子12的軸線時，轉子12與定子16磁場如圖6a)至c)所示對準。在圖6a)中，轉子12與U相定子繞組18對準。在圖6b)中，轉子12與W相定子繞組18對準。在圖6c)中，轉子12與V相定子繞組18對準。
圖7係三相同步馬達10的向量電流圖。定子繞組18在空間上相隔120°。當馬達10運行且三相U、V、W被驅動時，三相電流i a 、i b 、i c 也以120°相位 相隔。在同步旋轉二維(2D)正交參考座標(d-q)上的定子向量電流(i s )是由以下給出：
Figure 111130669-A0305-02-0014-1
同步旋轉二維正交參考座標(d-q)上的定子向量磁通量是由以下給出：Ψ a =Ψ cos(φ)e j0° Ψ b =Ψ cos(φ-120°)ej 120° Ψ c =Ψ cos(φ-240°)e j240
圖8A提供三相同步馬達10之d軸上的電壓等效電路，而圖8B提供三相同步馬達10之q軸上的電壓等效電路。在圖8A中，d軸上的相位電壓由以下給出：
Figure 111130669-A0305-02-0014-2
在圖8B中，q軸上的相位電壓由以下給出：
Figure 111130669-A0305-02-0014-3
圖9繪示從同步旋轉二維正交參考座標(d-q)至二維正交靜止α-β(α-β)馬達座標系以及從二維正交靜止α-β(α-β)馬達座標系至馬達10之三相座標系的電壓轉換。
同步馬達的向量控制可歸納如下：
(i)量測三相定子電流。此些測量通常提供i a 及i b 的值，i c 是計算所得，因為i a 、i b 與i c 具有以下關係：i a +i b +i c =0
(ii)轉換三相電流成二軸系統。此轉換根據經測量的i a 、i b 以及經計算的i c 提供變數i α 及i β 。i α 及i β 為由定子視角所見的時變正交電流值，即，二維靜止正交參考座標系或座標系。
(iii)使用控制迴圈之前次迭代計算所得的轉換角旋轉二維座標系統以對齊轉子磁通量。此轉換係根據i α 及i β 提供I d 以及I q 變數。I d 以及I q 為轉換至旋轉座標系統(一種二維旋轉正交座標系或座標系)的彼此正交之電流。為了穩態條件，I d 以及I q 為定值。
(iv)誤差訊號由I d 、I q 及其參考值所形成。
˙I d 參考值控制轉子磁化磁通量。
˙I q 參考值控制馬達轉矩輸出。
˙誤差訊號為PI控制器的輸入。
˙控制器的輸出提供V d 以及V q ，其為將被送往馬達的電壓向量。
(v)以v α 、v β 、i α 以及i β 為輸入，估計新的轉換角。此新的角引導FOC演算法以於特定位置放置下一個電壓向量。
(vi)使用新的角將PI控制器的V d 以及V q 輸出值旋轉回靜止座標系。此計算提供下一組正交電壓值v α 以及v β 。
(vii)將v α 以及v β 數值轉換回三相數值v a 、v b 以及v c 。此三相電壓值用以計算產生所需電壓向量的新的PWM工作週期。此轉換、PI迭代、反轉換、以及產生PWM的整個過程是示意性地繪示於圖3。
在本發明之方法中，如果是在穩態運作期間考慮馬達10在同步旋轉二維正交參考座標(d-q)上的對準，則不存在移動或相電流變化。因此，可忽略d軸上的向量電流。在q軸上施加向量電壓僅在本發明的方法中是必需的， 其中向量電壓是根據定子繞組(R s )與q軸上之定子繞組電流(i q )的乘積所決定的，即藉由：Vq=R s * i q
其中，θ為預定的、選擇的或特定的轉子角，停放轉子12在轉子角θ的三相驅動電壓可根據V q =R s * i q 來決定，其首先藉由應用反派克轉換並接著應用反克拉克轉換以產生：Va=-sin θ Vq
Figure 111130669-A0305-02-0016-4
其中，V q 設置成施加在定子16上的力，而θ是馬達10停止時的轉子對準角度。合適的脈波調變(PWM)驅動訊號可藉由同步馬達10的閉迴路控制器100/200根據相當於驅動圖5之功率電路中各個驅動電晶體的三相電壓來產生。
因此，本發明的方法提供了一種於停止時用於將轉子12對準至特定的、選擇的或預定的轉子角(θ)之多相驅動電壓的推導方法。
在本發明的方法中，在決定同步旋轉參考座標向量電壓(V q )的步驟中僅使用了q軸上的定子繞組電流(i q )。d軸上的定子繞組電流(i d )被忽略。
本發明還提供了一種藉由於馬達10停止時停放轉子12至特定的轉子角(θ)來啟動同步馬達10並接著使用以特定的轉子角(θ)作為輸入之閉迴路馬達控制器100/200來控制馬達10之啟動的方法。此解決了具有轉子之初始啟動位置為未知之無感測器閉迴路馬達控制器的傳統同步馬達的許多問題。
本發明還提供了一種用於在根據本發明之前述方法的馬達10停止時對準轉子12的同步馬達10之無感測器閉迴路控制器100/200。
雖然上文描述的方法已針對三相同步馬達10進行描述，但本發明的方法可適用於如圖10-13所示的其他馬達配置。
與圖4相比，圖10提供了顯示同步馬達10之定子繞組18的六線配置示意圖，而圖11提供了用於具有此種定子繞組配置之同步馬達10的閉迴路控制器100/200之三相功率級/電橋160的示意方塊圖。由於三個定子繞組18皆無共用接點，導致了六線定子繞組配置，其係不同於圖4的至少兩個定子繞組18之間具有至少一個共用接點的傳統三角接法或星形接法定子繞組配置。
圖12提供了顯示出可實施根據本發明之閉迴路啟動方法之同步馬達10之二相定子繞組18的四線配置示意圖。圖13提供了將感測電流「IA」、「IB」饋入克拉克轉換模組之閉迴路控制器100/200的功率級/電橋160的示意方塊圖。
本發明還提供了儲存機器可讀取指令的一種非暫態電腦可讀取媒體，其中當機器可讀取指令是由閉迴路馬達控制器100/200的處理器所執行時，機器可讀取指令配置處理器實施本發明的概念。
以上所描述的裝置可至少部分以軟體形式實施。於本發明所屬技術領域中具有通常知識者會理解以上所描述的裝置可至少部分用通用電腦設備或定制(bespoke)設備實施。
於此，所描述的方法與裝置的各面向可被執行於任何包括通訊系統的裝置。此技術的程式面可被想成通常為可執行編碼及/或相關資料形式存在並可被執行於或內嵌於某種機器可讀取媒體的「產品」或「製成品」。「儲存」形式的媒體包括行動電台、電腦、處理器等的記憶體或相關模組的任一者或全 部，例如各種半導體記憶體、磁帶機、磁碟機之類，其可於任何時間提供軟體程式儲存。軟體的整體或部分可能在某些時候經由網路或各種其他電信網路傳輸。舉例來說，這樣的傳輸可使軟體從某一電腦被讀取至另一電腦或處理器。因此，另一些可攜帶軟體元件的媒體形式包括光波、電波、以及電磁波，例如用於橫跨區域設備之間的物理界面、經由有線以及光學地線網路以及藉由各種空中鏈路。能攜帶這類波的物理元件，例如有線或無線鏈結、光學鏈結之類，亦可被視為攜帶軟體的媒體。如於此使用的，除非限定於有形非暫態「儲存」媒體，電腦或機器「可讀取媒體」等用詞代表任何參與提供命令給處理器供執行的媒體。
雖然本發明已在圖式以及前述說明中詳細說明與描述，本發明應被視為其本質為說明性而非限制性。應理解示例性實施例係被展示以及描述，而並未以任何形式限制本發明的範圍。應理解任何於此描述的特徵可用於任何實施例。各說明性實施例並未排除其他實施例或文中未記載的實施例。因此，本發明亦提供包括一或多個上述示例性實施例的組合的實施例。於此記載的本發明的修改與變化可在不偏離本發明的精神與範圍的情況下達成，因此僅應施加如所附請求項所指示的此類限制。
於下文中且於前述發明描述可見的請求項，除了內容因描述性用語或必要暗示需另外解讀的狀況外，「包含」或者其變形，例如「包括」或「含有」的用語係以開放性的方式使用，即表明所陳述的特徵的存在，而非排除額外特徵於本發明各實施例的存在或加入。
應了解若任何先前技術的發表於此參照，這樣的參照並不構成承認該出版物構成本發明通常知識的一部分。
10:同步馬達
12:永磁轉子
14:永久磁鐵
16:定子
18:定子繞組
100:控制器
110:功能方塊
120:處理器
130:記憶體
140:模組
150:轉子磁通觀察模組
160:三相功率級/電橋(三相電橋模組)
170:克拉克轉換模組

Claims (10)

  1. 一種將具有永磁轉子之一同步馬達的一轉子對準至一預定的、選定的或特定的轉子角(θ)的方法，該方法包含步驟：在該同步馬達的同步運作之期間，感測或量測定子繞組電壓/電流；基於感測到的或量測到的該定子繞組電壓/電流將僅用於該同步馬達之一同步旋轉二維正交參考座標之一選定軸的一定子向量電壓(V)決定成定子繞組電阻(R s )與在該選定軸上之定子繞組電流(i)的乘積同時忽略該同步旋轉二維正交參考座標之一非選定軸上的任何定子電流；根據該選定軸上的該定子向量電壓(V)決定相應於該預定的、選定的或特定的轉子角(θ)之該同步馬達的多相驅動電壓；及施加該多相驅動電壓以於停止在該預定的、選定的或特定的轉子角(θ)時對準該轉子。
  2. 如請求項1所述的方法，其中決定該同步旋轉參考座標向量電壓(V q )之步驟中所用的電流僅包含在該q軸上的該定子繞組電流(i q )。
  3. 如請求項1所述的方法，其中根據該同步旋轉參考座標向量電壓(V q )決定相應於該預定的、選定的或特定的轉子角(θ)之該同步馬達的多相驅動電壓之步驟包含轉換該同步旋轉參考座標向量電壓(V q )至一正交固定α-β坐標系，並且接著轉換該正交固定α-β坐標系至一多相馬達坐標系。
  4. 如請求項3所述的方法，其中轉換該同步旋轉參考座標向量電壓(V q )至該正交固定α-β坐標系之步驟包含使用一反派克轉換(inverse Park transformation)。
  5. 如請求項3所述的方法，其中轉換該正交固定α-β坐標系至該多相馬達坐標系之步驟包含使用一反克拉克轉換，從而為該同步馬達提供該多相驅動電壓。
  6. 如請求項1所述的方法，其中該方法包含根據相應於該預定的、選定的或特定的轉子角(θ)之該同步馬達的該多相驅動電壓決定用於在該同步馬達之每一相位中驅動一驅動電晶體的脈波調變(PWM)訊號，以於停止在該預定的、選定的或特定的轉子角(θ)時對準該轉子。
  7. 一種啟動具有一永磁轉子之一同步馬達的閉迴路之方法，該方法包含步驟：在該同步馬達的同步運作之期間，感測或量測定子繞組電壓/電流；基於感測到的或量測到的該定子繞組電壓/電流將僅用於該同步馬達之一同步旋轉二維正交參考座標之一選定軸的一定子向量電壓(V)決定成定子繞組電阻(R s )與在該選定軸上之定子繞組電流(i)的乘積同時忽略該同步旋轉二維正交參考座標之一非選定軸上的任何定子電流；根據該選定軸上的該定子向量電壓(V)確定相應於一預定的、選定的或特定的轉子角(θ)之該同步馬達的多相驅動電壓；施加該多相驅動電壓以於停止在該預定的、選定的或特定的轉子角(θ)時對準該轉子；及使用基於該預定的、選定的或特定的轉子角(θ)之一閉迴路同步運作馬達控制演算法來控制該馬達的啟動。
  8. 一種用於具有一永磁轉子之一同步馬達的閉迴路控制器，該閉迴路控制器包含儲存有機器可讀取指令的一非暫態電腦可讀取媒體以及一處理 器，其中，當該機器可讀取指令由該處理器執行時，該機器可讀取指令配置該閉迴路控制器藉由以下步驟將該永磁轉子停在一特定的轉子角(θ)：在該同步馬達的同步運作之期間，感測或量測定子繞組電壓/電流；基於感測到的或量測到的該定子繞組電壓/電流將僅用於該同步馬達之一同步旋轉二維正交參考座標之一選定軸的一定子向量電壓(V)決定成定子繞組電阻(R s )與在該選定軸上之定子繞組電流(i)的乘積同時忽略該同步旋轉二維正交參考座標之一非選定軸上的任何定子電流；根據該選定軸上的該定子向量電壓(V)決定相應於該特定的轉子角(θ)之該同步馬達的多相驅動電壓；及施加該多相驅動電壓以於停止在該特定的轉子角(θ)時對準該永磁轉子。
  9. 如請求項8所述的閉迴路控制器，其中該同步馬達係一無刷直流(BLDC)馬達或一永磁同步馬達(PMSM)中的任一種。
  10. 如請求項8所述的閉迴路控制器，其中該同步馬達包含一三線定子配置、一四線定子配置或一六線定子配置。
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