本文件的各方面整体涉及永磁同步电机。更具体的实施方式涉及永磁同步电机的转子位置检测。
背景技术：
永磁同步电机中的扭矩通过将异相电流施加到电机的定子或励磁绕组而产生。异相电流在电机中产生磁通，这导致磁性转子的旋转。通过施加的异相电流和磁性转子的位置来控制扭矩的量。2010年7月22日公布的授予Kuang-Yao Cheng的名称为“Initial rotor position detection for permanent magnet synchronous motors”(永磁同步电机的初始转子位置检测)的美国专利申请公布第2010/0181952号，以及1991年7月2日发布的授予John C.Dunfield的名称为“Position detection for a brushless DC motor without hall effect devices using a time differential method”(使用时间差分法在没有霍尔效应装置的情况下对无刷直流电机进行位置检测)的美国专利第5028852号中公开了用于永磁同步电机的各种常规位置感测系统，所述专利申请中的每一者的公开内容据此全文以引用方式并入本文。
技术实现要素：
用于感测永磁同步电机(PMSM)的转子位置的系统的实施方式可包含：可与PMSM耦接的控制器。控制器可被配置为向PMSM施加多个电压矢量，以作为响应从PMSM的定子生成多个感测电流信号。电阻器可耦接到PMSM的定子。电阻器可被配置为接收多个感测电流信号并生成对应的多个感测电压信号。放大器可耦接到电阻器。放大器可被配置为接收和放大多个感测电压信号。比较器可耦接到放大器和阈值电压发生器。比较器可被配置为接收多个放大的感测电压信号中的每一个并将其与由阈值电压发生器生成的阈值电压进行比较。上升时间测量电路可耦接到比较器。上升时间测量电路可被配置为响应于从比较器接收到信号，使用多个放大的感测电压信号来计算多个上升时间。存储器可与上升时间测量电路耦接，存储器可被配置为存储多个上升时间。转子角度估计电路可与存储器耦接。转子角度估计电路可被配置为从多个上升时间识别最短上升时间和与最短上升时间对应的电压矢量。转子角度估计电路可识别具有最短上升时间的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量。转子角度估计电路可对与最短上升时间对应的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以分别形成平均第一上升时间值、求和的第一上升时间值或加权求和的第一上升时间值。转子角度估计电路可识别与对应于最短上升时间的电压矢量为180度异相的电压矢量。转子角度估计电路可识别180度异相的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量。转子角度估计电路可对180度异相的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以分别形成第二平均上升时间值、求和的第二上升时间值或加权求和的第二上升时间值。转子角度估计电路可通过分别使用对应的成对的第一平均上升时间值、第二平均上升时间值、求和的第一上升时间值、求和的第二上升时间值、加权求和的第一上升时间值或加权求和的第二上升时间值来识别最低平均上升时间、最低求和的上升时间或最低加权求和的上升时间来计算相对于PMSM的定子的转子位置。
用于感测PMSM的转子位置的系统的实施方式可包含下列中的一者、全部或任一者：
阈值电压发生器可耦接到控制器，并且可被配置为响应于来自控制器的命令而生成阈值电压。阈值电压可以是第一阈值电压和第二阈值电压中的一者。
可使用第一阈值电压公式或第二阈值电压公式来计算第一阈值电压和第二阈值电压。第一阈值电压公式可以是Vth1＝(G)(Rsh)(Ith1)+Voff。第二阈值电压公式可以是Vth2＝(G)(Rsh)(Ith2)+Voff，其中Vth1为第一阈值电压，Vth2为第二阈值电压，G为放大器的增益，Rsh为来自电阻器的电阻，Ith1为第一阈值电流，Ith2为第二阈值电流，并且Voff为放大器的偏移电压。
第一阈值电流和第二阈值电流可通过公式进行关联。
多个电压矢量可以是12个和24个中的一者。
用于感测永磁同步电机(PMSM)的转子位置的系统的实施方式可包含：可与PMSM耦接的控制器。控制器可被配置为向PMSM施加多个电压矢量，以作为响应从PMSM的定子生成多个感测电流信号。放大器可耦接到PMSM。放大器可被配置为接收和放大多个感测电流信号。模/数(A/D)转换器可耦接到放大器。A/D转换器可被配置为将多个感测电流信号转换成多个数字电流信号。上升时间测量电路可耦接到A/D转换器和控制器。上升时间测量电路可被配置为响应于从A/D转换器接收到多个数字电流信号并从控制器接收到A/D阈值来计算多个上升时间。存储器可与上升时间测量电路耦接。存储器可被配置为存储多个上升时间。转子角度估计电路可与存储器耦接。转子角度估计电路可被配置为从多个上升时间识别最短上升时间和与最短上升时间对应的电压矢量。转子角度估计电路可识别具有最短上升时间的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量。转子角度估计电路可对与最短上升时间对应的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以分别形成平均第一上升时间值、求和的第一上升时间值或加权求和的第一上升时间值。转子角度估计电路可识别与对应于最短上升时间的电压矢量为180度异相的电压矢量。转子角度估计电路可识别180度异相的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量。转子角度估计电路可对180度异相的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以分别形成第二平均上升时间值、求和的第二上升时间值或加权求和的第二上升时间值。转子角度估计电路可通过分别使用对应的成对的第一平均上升时间值、第二平均上升时间值、求和的第一上升时间值、求和的第二上升时间值、加权求和的第一上升时间值或加权求和的第二上升时间值来确定最低平均上升时间、最低求和的上升时间或最低加权求和的上升时间来计算相对于PMSM的定子的转子位置。
用于感测PMSM的转子位置的系统的实施方式可包含下列中的一者、全部或任一者：
控制器可被配置为生成第一阈值电流和第二阈值电流。第一阈值电流和第二阈值电流可通过公式进行关联，其中Ith1为第一阈值电流，并且Ith2为第二阈值电流。
控制器可被配置为使用第一A/D阈值公式或第二A/D阈值公式生成第一A/D阈值和第二A/D阈值。第一A/D阈值公式可以是
，并且第二A/D阈值公式可以是
其中ADth1为第一A/D阈值，ADth2为第二A/D阈值，Vth1为第一阈值电压，Vth2为第二阈值电压，n为A/D分辨率，并且VrefAD为满量程电压值。
上升时间测量电路可使用上升时间测量公式来测量每个上升时间。上升时间测量公式可以是
其中Tr为上升时间，ADth为第一A/D阈值和第二A/D阈值中的一者，AD2为当AD2超过ADth时形成的来自A/D转换器的第一值，AD1为在AD1超过ADth之前形成的来自A/D转换器的第二值，t2为与AD2对应的时间，并且t1为与AD1对应的时间。
多个电压矢量可以是12个和24个中的一者。
用于感测永磁同步电机(PMSM)的转子位置的方法的实施方式可包含将多个电压矢量施加到PMSM的定子。所述方法可包含响应于施加到PMSM的多个电压矢量从定子生成多个感测电流信号。可使用耦接到定子的电阻器将多个感测电流信号转换成多个感测电压信号。所述方法可包含使用耦接到电阻器的放大器来放大多个感测电压信号。可使用耦接到放大器的比较器将放大的多个感测电压信号中的每一个与由阈值电压发生器生成的阈值电压进行比较。所述方法可包含使用耦接到比较器的上升时间测量电路使用放大的多个感测电压信号和来自比较器的信号来计算多个上升时间。所述方法可包含将多个上升时间存储在与上升时间测量电路耦接的存储器中。确定相对于PMSM的定子的转子位置的方法可包含使用转子角度估计电路，通过从多个上升时间识别最短上升时间和与最短上升时间对应的电压矢量，识别具有最短上升时间的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量，以及对与最短上升时间对应的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以分别形成平均第一上升时间值、求和的第一上升时间值，或加权求和的第一上升时间值。所述方法可包含使用转子角度估计电路，通过识别与对应于最短上升时间的电压矢量为180度异相的电压矢量，识别180度异相的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量，并对与180度异相的电压矢量对应的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以分别形成第二平均上升时间值、求和的第二上升时间值或加权求和的第二上升时间值，从而确定转子位置。所述方法可包含通过分别使用对应的成对的第一平均上升时间值、第二平均上升时间值、求和的第一上升时间值、求和的第二上升时间值、加权求和的第一上升时间值或加权求和的第二上升时间值来确定最低平均上升时间、最低求和的上升时间或最低加权求和的上升时间，从而计算相对于定子的转子位置。
用于感测PMSM的转子位置的方法的实施方式可包含下列中的一者、全部或任一者：
生成阈值电压可包含响应于来自与阈值电压发生器耦接的控制器的命令而使用阈值电压发生器。阈值电压可被生成为第一阈值电压和第二阈值电压中的一者。
计算第一阈值电压和第二阈值电压可包含使用第一阈值电压公式或第二阈值电压公式。第一阈值电压公式可以是Vth1＝(G)(Rsh)(Ith1)+Voff。第二阈值电压公式可以是Vth2＝(G)(Rsh)(Ith2)+Voff，其中Vth1为第一阈值电压，Vth2为第二阈值电压，G为放大器的增益，Rsh为来自电阻器的电阻，Ith1为第一阈值电流，Ith2为第二阈值电流，并且Voff为放大器的偏移电压。
使用第一阈值电流和第二阈值电流计算第一阈值电压和第二阈值电压可包含使用通过公式关联的第一阈值电流和第二阈值电流。
施加多个电压矢量可包含施加12个和24个电压矢量中的一者。
用于感测永磁同步电机(PMSM)的转子位置的方法的实施方式可包含将多个电压矢量施加到PMSM的定子。所述方法可包含响应于施加到PMSM的多个电压矢量从定子生成多个感测电流信号。所述方法可包含使用耦接到PMSM的放大器来放大多个感测电流信号。可使用与放大器耦接的模/数(A/D)转换器将放大的多个感测电流信号转换成多个数字电流信号。所述方法可包含基于从A/D转换器接收到的多个数字电流信号以及从控制器接收到的A/D阈值，使用耦接到A/D转换器和控制器的上升时间测量电路来计算多个上升时间。所述方法可包含将多个上升时间存储在与上升时间测量电路耦接的存储器中。所述方法可包含使用转子角度估计电路，通过从多个上升时间识别最短上升时间和与最短上升时间对应的电压矢量，识别具有最短上升时间的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量，以及对与最短上升时间对应的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以分别形成平均第一上升时间值、求和的第一上升时间值，或加权求和的第一上升时间值，从而确定相对于PMSM的定子的转子位置。确定转子位置的方法可包含识别与对应于最短上升时间的电压矢量为180度异相的电压矢量，识别180度异相的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量，并对与180度异相的电压矢量对应的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以形成第二平均上升时间值、求和的第二上升时间值或加权求和的第二上升时间值。所述方法可包含通过分别使用对应的成对的第一平均上升时间值、第二平均上升时间值、求和的第一上升时间值、求和的第二上升时间值、加权求和的第一上升时间值或加权求和的第二上升时间值来确定最低平均上升时间、最低求和的上升时间或最低加权求和的上升时间，从而计算相对于定子的转子位置。
用于感测PMSM的转子位置的方法的实施方式可包含下列中的一者、全部或任一者：
生成第一阈值电流和第二阈值电流可包含使用控制器。第一阈值电流和第二阈值电流可通过公式进行关联，其中Ith1为第一阈值电流，并且Ith2为第二阈值电流。
用上升时间测量电路测量每个上升时间可包含使用上升时间测量公式。上升时间测量公式可以是
其中Tr为上升时间，ADth为第一A/D阈值和第二A/D阈值中的一者，AD2为当AD2超过ADth时形成的来自A/D转换器的第一值，AD1为在AD1超过ADth之前形成的来自A/D转换器的第二值，t2为与AD2对应的时间，并且t1为与AD1对应的时间。
施加多个电压矢量可包含施加12个和24个电压矢量中的一者。
对于本领域的普通技术人员而言，通过具体实施方式以及附图并通过权利要求书，上述以及其它方面、特征和优点将会显而易见。
附图说明
将在下文中结合附图来描述各实施方式，其中类似标号表示类似元件，并且：
图1为两组电压矢量的图示；
图2为示出电压矢量的电角度与所得的电感之间的关系的曲线图；
图3为三相PMSM的图示；
图4A-4D为图2的曲线图，其中上面绘制了电压矢量；
图5为三相电机的等效电路的图示；
图6为RL串联电路的脉冲响应的图示；
图7-8为图5的简化的等效电感和阻抗电路；
图9为在其上绘制了12个电压矢量的曲线图；
图10为图9中所绘制的电压矢量与PMSM的转子位置的关系的示意图；
图11为图9中所绘制的电压矢量的图表，其中短上升时间电压矢量组合在一起；
图12为示出使用求和数据来计算转子位置的流程图。
图13为示出使用由加权系数求和的数据来计算转子位置的流程图。
图14为用于感测PMSM的转子位置的系统的第一实施方式的框图；
图15为图14中所示电路的波形图。
图16为用于感测PMSM的转子位置的系统的实施方式的框图；并且
图17为图16中所示电路的波形图。
具体实施方式
本公开、其各方面以及实施方式并不限于本文所公开的具体部件、组装工序或方法元素。本领域已知的符合预期转子位置感测系统的许多另外的部件、组装工序和/或方法元素将显而易见地能与本公开的具体实施方式一起使用。因此，例如，尽管本发明公开了具体实施方式，但是此类实施方式和实施部件可包括符合预期操作和方法的本领域已知用于此类转子位置感测系统以及实施部件和方法的任何形状、大小、样式、类型、模型、版本、量度、浓度、材料、数量、方法元素、步骤等。
现在参见图1，示出了两组电压矢量。在该实施方式中，本文所公开的各个系统实施方式中使用的总共十二个电压矢量被分成了两组，即2、4。使用(1)和(12)之间的电压矢量参考标记来标记每个电压矢量。在操作期间，十二个电压矢量被施加到永磁同步电机(PMSM)，并且在施加它们时，每个电压矢量在PMSM的定子绕组中引发电流。
图2为示出十二个电压矢量的不同电角度与由每个矢量引起的所得感应电流的电感之间的关系的曲线图。图3为由用于三相PMSM的电感器表示的定子绕组的图。与磁性转子6的北极(a)对准的电压矢量与图2中点(a)所示的最低电感值对应。与图3中的磁性转子6的南极(b)对准的电压矢量与图2中的点(b)对应。虽然与磁性转子6的北极和南极对准的电压矢量均导致低电感，但是观察到的最低电感值对应于与北极最接近地对准的电压矢量。
参见图4A和4C，示出了在最差情况(图4A)下和最佳情况(图4C)下向PMSM的定子绕组施加六个电压矢量之后感应的电感。如可以看出，在图4A中的最差情况下，系统能够发现/估计最低电感点的电角度度数的能力较差，因为与施加到大约60度的曲线一侧上的矢量对应的电感数据值仅略高于与施加到大约240度的曲线一侧上的矢量对应的数据值。因此，系统可在正常测量噪声中检测到正确的最低可能电感值的噪声容限或电感值范围较窄。当测量噪声导致大约60度的数据值具有与大约240度的数据值基本上相同的电感值时，系统将无法准确地计算最低电感值。因此，显而易见的是，仅使用6个电压矢量驱动的数据点来试图识别最低电感值可能是有问题的。参见图4B和4D，示出了使用与图4A和4C中的曲线图对应的十二个电压矢量的感应电感值的曲线图。如前所述，图4B示出了最差的情况，并且图4D示出了最佳的情况。在最差的情况下，由于数据点的增加，可观察到噪声容限较大，这意味着使用12个矢量，数据的增加使得系统能够更好地检测/估计最低电感值。即使在最佳情况下也是如此，其中系统实际上已使用6个矢量以及使用12个矢量识别出两个绝对最低的电感值。这是因为附加数据允许系统更准确地知道系统确实发现了最低的电感点。
能够发现最低电感点是很重要的，因为最低的电感点与电角度值对应，所述电角度值与PMSM的转子的物理位置对应。然后，尽可能准确地知道电角度值可允许系统在任何给定时间尽可能准确地知道转子的物理位置。
图5为用于三相电机的电路的模型的图示。PMSM可被建模为三相RL串联电路。图6示出了左侧的等效电路，然后示出了RL串联电路的电压(中央)和电流(右侧)脉冲响应的曲线图。基于等效电路，如图6中所示的电流可表示为
其中I表示电流，VDC表示DC链路电压，R表示对应于施加的电压矢量的等效电阻，L表示电感，并且t表示时间。
在图6的曲线16中，Tr为上升时间，或直到电流达到阈值Ith的时间。因此，可重新排列公式1，并且Tr可表示为
公式2显示，当R、V和Ith恒定时，Tr与L成比例。因此，如果可从电流感测信号检测到最低电感，那么也可检测到最低上升时间。
图6中所示的等效电路可简化为图7和图8中所示的等效电感和阻抗电路。图7为对应于施加到PMSM的图1的第2组电压矢量所遇到的电路的等效电感和阻抗电路，其用公式3表示，其中Leq1为第一等效电感，L1为第一电感，Req1为第一等效阻抗，并且R为阻抗。
图8为对应于施加到PMSM的图1的第4组电压矢量所遇到的电路的等效电感和阻抗电路，其用公式4表示，其中Leq2为第二等效电感，L2为第二电感，Req2为第二等效阻抗，并且R为阻抗。
Leq2＝2L2，Req2＝2R 公式4
当忽略转子磁通并且L1等于L2时，Leq1与Leq2之间的关系用公式5表示。
如果可通过将来自公式3和4的等效电感和等效阻抗值插入公式2来计算上升时间，则得到公式6和7。
如可从公式6和7看出，即使在L1等于L2时，第一上升时间Tr1和第二上升时间Tr2也不相等。因此，简单比较Tr1和Tr2的值不会导致对L1和L2的值的适当比较，并且继而不会指明PMSM的转子位置。然而，通过使用不同的电流阈值，可解决该问题。
如果Ith1是与图1的第2组电压矢量相关联地使用的电流阈值，并且Ith2是与图1的第4组电压矢量相关联地使用的电流阈值，那么第一电流阈值和第二电流阈值之间的数学关系可被重写为公式8。
代入公式8中的关系，公式6和7可被重写为公式9和10。
通过改变阈值电流，现在可在相同的基础上比较对应于两组中所有电压矢量的上升时间，从而允许通过使用每个电压矢量的上升时间来检测最低电感值。可使用公式9和10通过确保选择适当的电流阈值来确认上升时间与每个电压矢量的线圈电感成比例。
图9表示用于PMSM的具体实施方式的十二个电压矢量的上升时间与对应的电角度之间的关系的曲线图。图10为图9中所绘制的电压矢量如何与PMSM的转子位置关联的示意图。图9中具有最低上升时间的电压矢量(10)对应于PMSM的北极在约30度内的位置，如图10的矢量图所示。
为了在使用矢量数据发现最低上升时间时获得更多的抗噪性，在确定PMSM的转子位置时使用平均数据或求和数据是有效的。图11为图9中所绘制的电压矢量的图表，其中电压矢量组合在一起，以形成组22和24。图12为使用求和数据来确定转子位置的实施方式的流程图。如图12中的框82所示，将该实施方式中与图11的电压矢量(10)对应的最短测量上升时间A2和与图11的电压矢量(9)和(11)对应的相邻上升时间值A1和A3相加，如图12的框86所示。如图12的框84所示，B2为与具有最短测量上升时间的电压矢量为180度异相的电压矢量的上升时间。在图11所示的实施方式中，电压矢量(4)为与具有最短测量上升时间(10)的电压矢量为180度异相的电压矢量。在该实施方式中，将B2和与图11的电压矢量(3)和(5)对应的上升时间B1和B3相加，如图12的框88所示。通过如框90所示将组22的上升时间值的和与组24的上升时间值的和进行比较，可确定真实的最低上升时间。如果组22的和Asum小于组24的和Bsum，那么具有最短测量上升时间的电压矢量为与转子的北极相关的矢量，如图12的框92所示。另一方面，如果组24的和Bsum小于组22的和Asum，那么与具有最短测量上升时间的电压矢量为180度异相的电压矢量表示转子的北极，如框94所示。
图13为与图12所示的实施方式相似的另一个实施方式的流程图，然而，如图13的框100和102所示，使用加权系数确定电压矢量的真实最短上升时间。
在另外其它实施方式中，可使用平均数据计算最短上升时间。要比较的平均数据可表示为公式11，其中Aave为平均第一上升时间值，A1-A3为具有最短上升时间的电压矢量及其两个相邻的电压矢量的上升时间，并且Bave为平均第二上升时间值，并且B1-B3为与具有最短上升时间的电压矢量为180度异相的电压矢量及其两个相邻的电压矢量的上升时间。
通过与图12和13中比较求和数据的方式相似的方式将Aave与Bave进行比较，可确定转子位置。如果Aave小于Bave，那么A1-A3中的最短测量上升时间表示转子的北极。如果Bave小于Aave，那么与最短测量上升时间为180度异相的上升时间表示转子的北极。
在替代实施方式中，可通过将组22的上升时间值的平均值和与电压矢量(10)对应的上升时间值和与电压矢量(9)和(11)对应的相邻上升时间值的平均值进行比较来使用平均数据，从而可确认与电压矢量(10)对应的上升时间值为最低上升时间值的事实。在各种实施方式中，然后将与电压矢量(10)对应的上升时间值和与组24中的电压矢量对应的上升时间值进行比较，所述与组24中的电压矢量对应的上升时间值与对应于电压矢量(10)的上升时间值为180度异相。相似地，通过将组24的最短上升时间值的平均值和180度异相的上升时间值(与电压矢量(4)对应的上升时间值)进行比较并和与电压矢量(3)和(5)对应的两个相邻上升时间值进行比较来确定组24中的最低上升时间值。如果使用平均过程和随后的180度比较过程，则对应于电压矢量(10)的上升时间值确实表示最低上升时间值，这就已经识别出转子磁体的北极的位置。
在各种实施方式中，在每个组中的分析中可包含多于两个的相邻电压矢量。在此类实施方式中，相邻的电压矢量将包含接近并且不紧邻所关注的点的那些电压矢量。
现在参见图14，示出了用于感测PMSM的转子位置的系统的第一实施方式的框图。在该实施方式中，控制器38可包含操作性地耦接在一起的状态控制电路40和电压矢量发生器42。控制器38与PMSM 44耦接。
控制器38被设计为生成可施加到PMSM 44的多个电压矢量，包含用于位置感测的十二个电压矢量。在具体的实施方式中，生成了十二个异相电压矢量，然而，在各种实施方式中，可将二十四个或附加数量的电压矢量施加到PMSM 44。响应于施加到PMSM 44的定子绕组的电压矢量，生成多个电流感测信号。
电阻器46可与定子绕组PMSM 44耦接，电阻器可以是各种实施方式中的分流电阻器。电阻器46可被配置为接收多个电流感测信号，然后生成对应的多个感测电压信号。如图所示，放大器48与电阻器46耦接，所述放大器被设计成接收和放大用于随后的模拟处理的多个感测电压信号。
然后，来自放大器48的信号由耦接到放大器48和阈值电压发生器52的比较器50接收。比较器50接收来自放大器48的每个感测电压信号并将其与来自阈值电压发生器52的阈值电压值进行比较。
阈值电压发生器52与控制器38和/或与控制器内的状态控制电路40耦接，并且控制器和/或状态控制电路40确定阈值电压发生器42何时生成什么阈值电压。阈值电压发生器42可生成单个或多个阈值电压值，包含1、2、6、12或24个阈值电压值，这取决于具体的实施方式和比较器50本身使用的逻辑电路。因为施加到PMSM 44的不同电压矢量会导致不同的等效电感，并且由于不同的等效电感影响如公式1和2所示的上升时间，所以控制器可根据刚刚施加到PMSM 44的具体电压矢量来调整要产生的阈值电压。然后，这允许在等效基础上比较对应于所有电压矢量的上升时间的大小。在该具体实施方式中，生成了两个阈值电压中的一者并且可使用公式12或公式13来计算。
Vth1＝(G)(Rsh)(Ith1)+Voff 公式12
Vth2＝(G)(Rsh)(Ith2)+Voff 公式13
其中Vth1为第一阈值电压，Vth2为第二阈值电压，G为放大器的增益，Rsh为来自电阻器的电阻，Ith1为第一阈值电流，Ith2为第二阈值电流，并且Voff为放大器的偏移电压。第一阈值电流与第二阈值电流通过公式8进行关联。
上升时间测量电路54与比较器50耦接。上升时间测量电路54使用多个放大的感测电压信号和计数器来计算多个上升时间。图15为图14中所示电路的波形图。控制器在时间ta处施加电压矢量。在ta处，计数器值下降到零，并开始上升，分流电流和放大器输出也同样如此。比较器将放大器输出与阈值电压Vth进行比较。在时间tb处，放大器输出与Vth的电压相同，并且比较器触发施加电压矢量的结束，并且计数器停止，如图15中的110所示。110处的计数器值为所施加的电压矢量的上升时间。然后使计数器复位，以测量控制器38施加的下一个电压矢量。
存储器56耦接到上升时间测量电路54，以便存储上升时间测量电路54所计算的多个上升时间。存储器可以是用于数据存储的任何装置或电路。
转子角度估计电路58与存储器56耦接。转子角度估计电路58通过在存储在存储器56中的多个上升时间值中从存储器56中的多个上升时间识别具有最短上升时间的电压矢量来确定PMSM 44的转子位置。在其它实施方式中，转子角度估计电路58可通过使用平均数据、求和数据或使用加权系数的求和数据来确定PMSM 44的转子位置，如本文件中此前所公开。转子角度估计电路58与控制器38耦接并将PMSM 44的转子位置传送至控制器38。
在各种实施方式中，系统中可包含微处理器，微处理器可包含转子角度估计电路58。在具体实施方式中，微处理器还可包含控制器38。在这些实施方式中，可使用微处理器和/或作为微处理器的一部分来实现系统的各种部件的大部分功能。在其它各种实施方式中，转子角度估计电路58可包含多个逻辑电路，其用于执行系统的各种部件(不包含微处理器)的所有功能。
现在参见图16，示出了用于感测PMSM的转子位置的系统的另一个实施方式的框图。在该实施方式中，控制器60包含状态控制电路62和电压矢量发生器64。控制器60与PMSM66耦接，并被配置为生成施加到PMSM 66的多个电压矢量。在具体的实施方式中，生成了十二个异相电压矢量，然而，在各种实施方式中，可将二十四个或更多个电压矢量施加到PMSM 66。响应于施加到PMSM 66的定子绕组的电压矢量，产生多个电流感测信号，这类似于图14所示的实施方式。
放大器68与电阻器耦接，电阻器生成来自PMSM 66的定子线圈的电流感测信号。放大器68接收并放大多个感测电流信号并将多个放大的感测电流信号路由到模/数(A/D)转换器70。然后A/D转换器70将多个感测电流信号转换成多个数字电流信号。上升时间测量电路72耦接到A/D转换器70、控制器60和/或控制器60内的状态控制电路62。响应于从A/D转换器70接收多个数字电流信号，上升时间测量电路72使用A/D阈值计算多个上升时间。在该实施方式中，存在可使用如公式14和15计算的两个A/D阈值。
其中ADth1为第一A/D阈值，ADth2为第二A/D阈值，Vth1为第一阈值电压，Vth2为第二阈值电压，n为A/D分辨率，并且VrefAD为满量程电压值。公式12和13示出了第一阈值电压和第二阈值电压的计算。阈值电压的值由阈值电流的值确定。公式8示出了第一阈值电流和第二阈值电流之间的关系。
图17为图16的电路的波形图。图17示出了在一个实施方式中如何测量上升时间。控制器在时间t0处施加电压矢量。一旦施加了电压矢量，上升时间测量电路就发出信号，以启动A/D转换器(70)。A/D转换器开始生成感测电流信号112。当感测电流信号超过A/D阈值(ADth)的值时，如数字电流信号AD2所示，不再施加电压矢量。这发生在时间t2处。然后上升时间测量部分使用四个数据来计算上升时间Tr，如公式16所示
其中Tr为上升时间，ADth为第一A/D阈值和第二A/D阈值中的一者，AD2为当AD2超过ADth时形成的第一数字电流信号，AD1为在时间t1处紧先于AD1的第二数字电流信号，t2为与AD2对应的时间，并且t1为与AD1对应的时间。
在各种实施方式中，控制器60可生成单个或多个阈值电流值，包含1、2、6、12或24个阈值电流值。阈值电压和A/D阈值的数量与生成的阈值电流值的数量对应。因为施加到PMSM的不同电压矢量会导致不同的等效电感，并且由于不同的等效电感影响如公式1和2所示的上升时间，所以控制器60可根据刚刚施加到PMSM 66的具体电压矢量来调整要产生的阈值电流。改变阈值电流值的这个过程允许在相同的基础上将对应于所有电压矢量的上升时间进行比较。在该具体的实施方式中，两个阈值电流由控制器60产生并用公式8进行关联。为了确保上升时间与由施加的电压矢量所产生的线圈电感成比例，可使用公式9和10来确认使用了正确的电流阈值，并且上升时间事实上与线圈电感成比例。
返回参见图16，存储器74耦接到上升时间测量电路72并存储上升时间测量电路72测得的多个上升时间。存储器可以是本文件中所公开的任何存储器。转子角度估计电路76与存储器74耦接。转子角度估计电路76通过从存储在存储器74中的多个上升时间值中识别具有最短上升时间的电压矢量来确定PMSM 66的转子位置。在其它实施方式中，转子角度估计电路76可通过使用平均数据、求和数据或使用加权系数的求和数据来确定PMSM 66的转子位置，如本文件中所公开。转子角度估计电路76还可与控制器60耦接。转子角度估计电路76可将PMSM 66的转子位置传送至控制器60。
在各种实施方式中，状态控制部分62、转子角度估计部分76、存储器74、上升时间测量电路72和A/D转换器70都可包含在微计算机中，并且它们的功能完全在微计算机上执行。在其它实施方式中，使用微计算机仅能执行它们的一部分功能。
用于感测PMSM的转子位置的系统的各种实施方式可使用用于感测PMSM的转子位置的方法。所述方法可包含将多个电压矢量施加到PMSM的定子。在该实施方式中，施加了十二个电压矢量，然而，在其它实施方式中，可将6个、24个或任何其它数量的电压矢量施加到PMSM的定子。所述方法包含响应于施加到PMSM的电压矢量从定子生成多个感测电流信号。所述方法还包含使用耦接到定子的电阻器将感测电流信号转换成多个感测电压信号，在具体实施方式中所述电阻器可以是分流电阻器。所述方法包含使用与电阻器耦接的放大器来放大多个感测电压信号，并且使用与放大器耦接的比较器将多个感测电压信号中的每一个与由阈值电压发生器生成的阈值电压进行比较。在各种方法实施方式中，可存在单个阈值电压或多个阈值电压，包含2、6、12或24个阈值电压。在具体实施方式中，存在与每个感测电压信号对应的阈值电压。两个阈值电压感测信号可用公式12和13进行关联，其中第一阈值电流和第二阈值电流可用公式8进行关联。所述方法可包含响应于接收到从控制器到阈值电压发生器的命令而生成阈值电压。在其它实施方式中，控制器本身生成阈值电压。
所述方法包含使用放大的多个感测电压信号和来自比较器的信号使用耦接到比较器的上升时间测量电路来计算多个上升时间。上升时间测量电路可使用多个放大的感测电压信号和计数器来计算多个上升时间。所述方法可包含当控制器施加电压矢量时启动计数器，并且当感测电压信号与阈值电压信号相同时停止计数器。所述方法包含使计数器复位以测量施加的下一个电压矢量的上升时间。
所述方法包含将上升时间存储在可与上升时间测量电路耦接的存储器中。
确定相对于PMSM的定子的转子位置的方法可使用转子角度估计电路来确定。转子角度估计电路可通过从多个施加的电压矢量识别具有最短上升时间的电压矢量来确定转子位置。在其它实施方式中，转子角度估计电路可通过使用平均数据、求和数据或使用加权系数的求和数据来确定转子位置，如本文件中此前所公开。
所述方法还包含用转子角度估计电路将转子位置传送至控制器。
在用于感测PMSM的转子位置的方法的另一个实施方式中，将多个电压矢量施加到PMSM的定子。在该实施方式中，施加了十二个电压矢量，然而，在其它实施方式中，可将6个、24个或任何其它数量的电压矢量施加到PMSM的定子。响应于施加到PMSM的电压矢量，可从定子生成多个感测电流信号。
所述方法包含使用可与电阻器耦接的放大器来放大多个感测电流信号，以及使用耦接到放大器的A/D转换器将放大的感测电流信号中的每一个转换为数字电流信号。
所述方法还包含基于从A/D转换器接收到的多个数字电流信号以及至少一个A/D阈值，使用耦接到A/D转换器和控制器的上升时间测量电路来计算多个上升时间。在使用两个阈值的实施方式中，可使用公式14或15计算A/D阈值。A/D阈值受到如用公式12和13计算的电压阈值的影响。电压阈值受到电流阈值的影响，公式8示出了它们的关系。控制器可产生1、2、6、12、24个或任何数量的阈值电流。阈值电压和A/D阈值的数量与产生的阈值电流的数量对应。在一个实施方式中，所述方法具体包含通过从A/D转换器产生多个数字电流信号来计算多个上升时间。当施加电压矢量时，上升时间测量电路发出信号，以启动A/D转换器。当感测电流信号超过A/D阈值的值时，不再施加电压矢量。上升时间测量部分收集超过A/D阈值的数字电流信号的值，紧先于超过A/D阈值的数字电流信号的数字电流信号的值，以及与这两个数字电流感测信号对应的两个电压矢量的上升时间。用于计算上升时间的方法包含使用这四个数据来计算如公式16所示的上升时间。
所述方法可包含确保上升时间与由所施加的电压矢量产生的线圈电感成比例。可使用公式9和10来确认使用了正确的电流阈值，以及上升时间事实上与线圈电感成比例。
所述方法还包含将上升时间存储在可与上升时间测量电路耦接的存储器中。
所述方法使用转子角度估计电路来确定相对于PMSM的定子的转子位置。转子角度估计电路可通过从多个施加的电压矢量识别具有最短上升时间的电压矢量来确定转子位置。在其它实施方式中，转子角度估计电路可通过使用平均数据、求和数据或使用加权系数的求和数据来确定转子位置，如本文件中此前所公开。
所述方法包含用转子角度估计电路来将转子位置传送至控制器。
用于感测永磁同步电机(PMSM)的转子位置的方法的实施方式可包含将多个电压矢量施加到PMSM的定子。所述方法可包含响应于施加到PMSM的多个电压矢量从定子生成多个感测电流信号。可使用耦接到定子的电阻器将多个感测电流信号转换成多个感测电压信号。所述方法可包含使用耦接到电阻器的放大器来放大多个感测电压信号。可使用耦接到放大器的比较器将放大的多个感测电压信号中的每一个与由阈值电压发生器生成的阈值电压进行比较。所述方法可包含使用耦接到比较器的上升时间测量电路使用放大的多个感测电压信号和来自比较器的信号来计算多个上升时间。所述方法可包含将多个上升时间存储在与上升时间测量电路耦接的存储器中。确定相对于PMSM的定子的转子位置的方法可包含使用转子角度估计电路，通过从多个上升时间识别最短上升时间和与最短上升时间对应的电压矢量，识别具有最短上升时间的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量，以及对与最短上升时间对应的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以分别形成平均第一上升时间值、求和的第一上升时间值，或加权求和的第一上升时间值。所述方法可包含使用转子角度估计电路，通过识别与对应于最短上升时间的电压矢量为180度异相的电压矢量，识别180度异相的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量，并对与180度异相的电压矢量对应的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以分别形成第二平均上升时间值、求和的第二上升时间值或加权求和的第二上升时间值，从而确定转子位置。所述方法可包含通过分别使用对应的成对的第一平均上升时间值、第二平均上升时间值、求和的第一上升时间值、求和的第二上升时间值、加权求和的第一上升时间值或加权求和的第二上升时间值来确定最低平均上升时间、最低求和的上升时间或最低加权求和的上升时间，从而计算相对于定子的转子位置。
用于感测PMSM的转子位置的方法的实施方式可包含下列中的一者、全部或任一者：
生成阈值电压可包含响应于来自与阈值电压发生器耦接的控制器的命令而使用阈值电压发生器。阈值电压可被生成为第一阈值电压和第二阈值电压中的一者。
计算第一阈值电压和第二阈值电压可包含使用第一阈值电压公式或第二阈值电压公式。第一阈值电压公式可以是Vth1＝(G)(Rsh)(Ith1)+Voff。第二阈值电压公式可以是Vth2＝(G)(Rsh)(Ith2)+Voff，其中Vth1为第一阈值电压，Vth2为第二阈值电压，G为放大器的增益，Rsh为来自电阻器的电阻，Ith1为第一阈值电流，Ith2为第二阈值电流，并且Voff为放大器的偏移电压。
使用第一阈值电流和第二阈值电流计算第一阈值电压和第二阈值电压可包含使用通过公式关联的第一阈值电流和第二阈值电流。
施加多个电压矢量可包含施加12个和24个电压矢量中的一者。
用于感测永磁同步电机(PMSM)的转子位置的方法的实施方式可包含将多个电压矢量施加到PMSM的定子。所述方法可包含响应于施加到PMSM的多个电压矢量从定子生成多个感测电流信号。所述方法可包含使用耦接到PMSM的放大器来放大多个感测电流信号。可使用与放大器耦接的模/数(A/D)转换器将放大的多个感测电流信号转换成多个数字电流信号。所述方法可包含基于从A/D转换器接收到的多个数字电流信号以及从控制器接收到的A/D阈值，使用耦接到A/D转换器和控制器的上升时间测量电路来计算多个上升时间。所述方法可包含将多个上升时间存储在与上升时间测量电路耦接的存储器中。所述方法可包含使用转子角度估计电路，通过从多个上升时间识别最短上升时间和与最短上升时间对应的电压矢量，识别具有最短上升时间的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量，以及对与最短上升时间对应的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以分别形成平均第一上升时间值、求和的第一上升时间值，或加权求和的第一上升时间值，从而确定相对于PMSM的定子的转子位置。确定转子位置的方法可包含识别与对应于最短上升时间的电压矢量为180度异相的电压矢量，识别180度异相的电压矢量的至少两个相邻的电压矢量，并对与180度异相的电压矢量对应的电压矢量及其至少两个相邻的电压矢量的上升时间进行平均、求和或加权求和，以形成第二平均上升时间值、求和的第二上升时间值或加权求和的第二上升时间值。所述方法可包含通过分别使用对应的成对的第一平均上升时间值、第二平均上升时间值、求和的第一上升时间值、求和的第二上升时间值、加权求和的第一上升时间值或加权求和的第二上升时间值来确定最低平均上升时间、最低求和的上升时间或最低加权求和的上升时间，从而计算相对于定子的转子位置。
用于感测PMSM的转子位置的方法的实施方式可包含下列中的一者、全部或任一者：
生成第一阈值电流和第二阈值电流可包含使用控制器。第一阈值电流和第二阈值电流可通过公式进行关联，其中Ith1为第一阈值电流，并且Ith2为第二阈值电流。
用上升时间测量电路测量每个上升时间可包含使用上升时间测量公式。上升时间测量公式可以是
其中Tr为上升时间，ADth为第一A/D阈值和第二A/D阈值中的一者，AD2为当AD2超过ADth时形成的来自A/D转换器的第一值，AD1为在AD1超过ADth之前形成的来自A/D转换器的第二值，t2为与AD2对应的时间，并且t1为与AD1对应的时间。
施加多个电压矢量可包含施加12个和24个电压矢量中的一者。
在以上描述中提到转子位置感测系统的具体实施方式以及实施部件、子部件、方法和子方法的情况下，应当显而易见的是，可在不脱离其精神的情况下作出多种修改，并且这些实施方式、实施部件、子部件、方法和子方法可应用于其它转子位置感测系统。