[发明专利]永磁马达起始磁极的侦测方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种永磁马达起始磁极的侦测方法，特别涉及一种利用电压脉冲的永磁马达起始磁极的侦测方法，其中电压脉冲与马达参数相关。

背景技术

随着工业升级与产业自动化的必然趋势，伺服马达在工业应用上，如CNC工具机、机械手臂、产业机械、电梯、冷气航空制动器等等，均需马达精密控制与驱动。近年来由于微处理器及电力组件技术大幅提升，使得比较复杂的控制理论方法得以实践，进而使控制性能大幅地提升。

永磁式交流伺服马达(permanent magnet AC servo motor)由变频器(inverter)通过脉宽调制(pulse width modulation)在马达的定子造成一个旋转磁场，它与转子永久磁铁所造成的磁场相互作用而产生旋转扭矩。而永磁马达驱动控制技术是依据马达转子所在位置，由此改变变频器的开关状态，产生合适的定子旋转磁场，使马达产生平滑的旋转磁场。由于转子的永久磁铁起始位置是随机而未知的，造成马达启动时，转子可能产生正转或反转。然而，诸如在电梯等应用场合并不允许马达启动时反转，因此必须侦测转子的永久磁铁起始位置，以避免此反转的情形。

永磁马达侦测起始磁极的方法主要可分为高频输入法(HFI)及电压脉冲输入法两种。高频输入法有计算复杂、d-q轴电感需已知、无法分辨±180°电子角等问题。传统的电压脉冲是利用不同转子位置时，因电感不同而产生不同的电流上升斜率，比较此上升电流即可得到起始磁极位置。但是电压脉冲输入法对于马达参数的依赖性过高，如果上升时间的设定不正确会造成马达线圈损坏，过低又会造成起始磁极侦测不正确。

因此如果能发展出一套可快速、准确判断永磁马达起始磁极的方法，则可大幅提升永磁马达的性能及稳定性；另外该永磁马达起始磁极的侦测方法最好对参数的依赖性不高，并且可以适用于任何马达。

发明内容

本发明的主要目的，是提供一种可快速准确判断永磁马达起始磁极的方法。

为了达到上述的目的，本发明提供一种永磁马达起始磁极的侦测方法，首先依据马达参数决定一个施加到定子的PWM脉宽Dt；依序输出六种电压向量至定子；计算各个电压向量所产生的电流上升时间；接着对比上升时间以得到一个转子位置。

为了达到上述的目的，本发明的永磁马达起始磁极的侦测方法中，可接着重复输出六种电压向量至定子并再计算转子位置；对比两次对正磁极的结果，如果相同则侦测完毕；如果不同则重复六种连接法的电压输入，直到两次结果相同为止。

为了达到上述的目的，本发明的永磁马达起始磁极的侦测方法中，可设定电流准位大于马达额定电流，例如为马达额定电流的160％，以利于比较上升时间的长短；如果马达额定电流大于驱动器额定电流，则电流准位可以设定为驱动器额定电流的160％。

根据上述的永磁马达起始磁极的侦测方法，能够快速准确地判断永磁马达的起始磁极。

附图说明

图1A及图1B为永磁马达定子磁场与转子磁场的示意图；

图2为永磁马达中磁通与电流的关系图；

图3为定子电感不同的情况下，电流与时间的关系图；

图4所示为永磁马达运转前，三相绕组的六种偏压方式；

图5所示为马达的等效电路图；

图6为马达线圈激磁时的电流波形；

图7为使用PWM(脉冲宽度调制)的方式输入电压的示意图；

图8为PWM脉宽的中断时间Ts与PWM脉宽Dt的关系示意图；

图9为依据本发明的永磁马达起始磁极的侦测方法流程图。

具体实施方式

有关本发明的技术内容及详细说明，现配合图式说明如下：

请参阅图1A及图1B所示，为永磁马达定子磁场与转子磁场的示意图，其中转子磁场由永久磁铁产生，定子磁场则由外加电源建立，因此可将定子磁场方向视为已知。当定子磁场与转子磁场方向相反时，则合成磁场是未饱和的(线性)；反之，当定子磁场与转子磁场方向相同时，合成磁场是饱和的。合成磁场是否饱和会影响定子电感大小，因此可由此特性来侦测永磁马达转子的起动位置。

参阅图2所示，为永磁马达中磁通与电流的关系图，可以看出合成磁场是否饱和对定子电感大小的影响，当合成磁场饱和时电感较小；反之，当合成磁场未饱和时，电感较大。定子电感变大则时间常数较大，使得加外相同电压时，电流上升的速度较慢。

参阅图3所示，是在定子电感不同的情况下电流与时间的关系图。可看出在合成磁场饱和与未饱合的情形下，因为电感的不同，电流上升至同一个准位的时间也不一致，由此得以侦测永磁马达起始磁极位置。