[发明专利]用于确定同步马达转子的位置的方法及系统

说明书

相关专利申请案

本申请案主张2013年2月20日申请的题为“用于确定同步马达转子的位置的方法及系统(Method and System for Determining the Position of a Synchronous Motor's Rotor)”的第61/766,763号美国临时专利申请案的优先权，所述临时专利申请案由Martin Hill共同拥有，且为全部目的而以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及同步马达的控制，特定地说，本发明涉及一种用于确定同步马达转子的位置的方法及系统。

背景技术

无刷直流电(BLDC)马达用于例如器具、汽车、航空、消费者、医疗、工业自动化装备及仪器的工业中。BLDC马达不使用换向刷，而是使用电子换向。BLDC马达具有超越有刷DC马达及感应马达的优势，例如：更佳速度对扭矩特性、高动态响应、高效率、长运行寿命、更长服务间的时间间隔、实质上无噪声操作及更高速度范围。无刷马达经构造具有永久磁体转子及线绕定子极。通过永久磁体转子与卷绕定子极中感应的旋转磁场之间的磁吸引力将电能转换为机械能。在www.microchip.com可获得的关于BLDC马达的更多详细信息可参阅《微芯片应用说明(Microchip Application Notes)》：AN857，题为“无刷DC马达实现简易的控制(Brushless DC Motor.Control Made Easy)”(2002)；AN885，题为“无刷DC(BLDC)马达基本原理(Brushless DC(BLDC)Motor Fundamentals)”(2003)；AN894，题为“马达控制传感器反馈电路(Motor Control Sensor Feedback Circuits)”(2003)；AN901，题为“使用dsPIC30F进行无传感器BLDC控制(Using the dsPIC30F for Sensorless BLDC Control)”(2004)；AN970，题为“使用PIC18F2431进行无传感器BLDC马达控制(Using the PIC18F2431 for Sensorless BLDC Motor Control)”(2005)；AN1160，题为“具有使用强函数的反EMF滤波进行无传感器BLDC控制(Sensorless BLDC Control with Back-EMF Filtering Using a Majority Function)”(2012)；及AN1292，题为“使用PLL估计器及场弱化(FW)对永久磁体同步马达(PMSM)的无传感器磁场定向控制(FOC)(Sensorless Field Oriented Control(FOC)for a Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM)Using a PLL Estimator and Field Weakening(FW))”(2011)；全部可在www.microship.com/motorcontrol上获得，且为全部目的，全部以引用方式并入本文中。

BLDC马达控制提供三件事：(1)用以控制马达速度的脉冲宽度调制(PWM)驱动电压；(2)用以换向BLDC马达的定子的机制；及(3)用以估计或感测BLDC马达的转子位置的方式。马达速度是直接与外加电压成比例，因此使PWM工作循环从0％到100％线性变动将导致最大RPM的从0％到100％的线性速度控制。PWM可用以将可变电压提供到BLDC马达的定子绕组。提供到BLDC马达的定子绕组的有效电压是与PWM工作循环成比例。定子绕组的电感作为低通滤波器以将PWM脉冲平滑为实质上直流电(DC)。当经适当换向时，BLDC马达的扭矩速度特性实质上相同于DC马达。PWM产生的可变电压控制马达速度及其可用扭矩。

三相BLDC马达通常在六步进中以每个步进60电角度完成电循环，即，360电角度旋转。在每60电角度处同步地更新绕组相电流切换(换向)。然而，一次电循环不一定对应于马达转子的一次机械回转(360机械角度)。待重复以完成一次机械回转的电循环的数目取决于转子极对的数目。

BLDC马达是非自我换向且因此其控制更复杂。BLDC马达控制需要知道马达转子位置及用以换向BLDC马达定子绕组的机制。针对BLDC马达的闭环速度控制，存在两个额外要求：测量旋转速度及脉冲宽度调制(PWM)驱动信号以控制马达速度及由此而来的功率。