TWI382650B - 永磁式同步馬達的轉子位置偵測裝置及方法 - Google Patents

Description

永磁式同步馬達的轉子位置偵測裝置及方法

本發明係有關一種永磁式同步馬達(Permanent Magnet Synchronous Motor;PMSM)，特別是關於一種永磁式同步馬達的轉子位置偵測裝置及方法。

圖1顯示習知的2極式(2-pole)PMSM 10，其包括轉子(rotor)12及定子(stator)14，要準確的控制馬達扭矩(motor torque)需要絕對轉子位置資訊，習知的方法通常使用解角器(resolver)、解碼器(encoder)及霍爾感測器(hall sensor)來感測轉子位置資訊。然而，這些感測器將增加馬達的機構尺寸及成本，並且降低系統的穩定性。目前已有很多方法可以達成位置及速度無感測器控制，例如P. P. Acarnley及J. F. Watson提出的「Review of position-sensorless operation of brushless permanent-magnet machines(IEEE Trans. Ind. Electron.,vol. 53,no. 2,pp352-362,April 2006)」，但是，在停止(standstill)狀態下偵測轉子位置時，這些方法大部分都碰到相同的困難，如果在停止狀態下初始轉子位置無法準確偵測到，這可能導致馬達的啟動扭矩減少以及在啟動時發生暫時的反轉，這些情況在某些應用上是不允許的，例如硬碟。

目前也已經提出很多方法可以在不校準的情況下偵測初始轉子位置。圖2用以說明初始角度偵測的原理，根據轉子磁場與定子線圈感應場的方向，定子電感將稍微的增加或減少，其中定子電感為轉子磁通量及定子電流的函數。圖3顯示習知的PMSM 20，換流器(inverter)22用以驅動PMSM 20，換流器22包括6個功率開關S1-S6，切換該6個功率開關S1-S6可以產生多個電壓向量(voltage Vector)給馬達20，如圖4顯示的十二個電壓向量，其具有30度解析度(resolution)，分流電阻Rdc連接換流器22，直流鏈電流idc通過分流電阻Rdc，其為通過馬達20之馬達電流的函數。偵測在停止狀態下初始轉子位置的方法約可分為量測峰值電流、量測上升時間及偵測端電壓三種。

量測峰值電流的方法是根據因磁飽和而產生的電感變化來判斷初始轉子位置。圖5用以說明量測峰值電流的方法。參照圖3及圖5，不同電壓向量在一預設的電壓向量導通時間區間ts中作用在PMSM 20所產生的相電流或直流鏈電流可以用來判斷初始轉子位置，為了得到最大峰值電流差，最佳的時間區間ts為定子線圈的平均時間常數，PMSM 20的等效電感越小，直流鏈電流idc在時間區間結束時的峰值電流越大，由於定子線圈的電感為轉子磁通量的函數，因此轉子位置與直流鏈電流idc的峰值電流有關，故轉子及定子之間的相對位置可以由不同電壓向量所產生的峰值電流響應來決定。S. Nakashima、Y. Inagaki及I. Miki提出的「Sensorless initial rotor position estimation of surface permanent-magnet synchronous motor(IEEE Trans. Ind. Applicat.,vol. 36,no. 6,pp.1598-1603 Nov./Dec. 2000)」，W. J. Lee及S. Ki Sul提出的「A new starting method of BLDC Motors without position sensor(IEEE Trans. Ind. Applicat.,vol. 42,no. 6,pp. 1532-1538,Nov./Dec. 2006)」，Y. C. Chang及Y. Y. Tzou提出的「A new sesorless starting method for brushless DC motors without reversing rotation(IEEE PESC Conf. Pp. 619-624,June 2007)」，Y. C. Chang及Y. Y. Tzou在美國專利號第7,334,854號提出的「Sensorless start-up method for driving a brushless DC motor」，以及P. B. Schmidt、M. L. Gasperi及T. A. Nondahl在美國專利號第6,172,498號提出的「Method and apparatus for rotor angle detection」都屬於量測峰值電流的方法。然而，此種方法在馬達電流上升的期間，可能造成轉子輕微的轉動，也可能造成過電流的情況，並且需要根據不同馬達定子電感調整時間區間ts，此外，量測峰值電流的方法也需要高解析度的類比數位轉換器(analog-to-digital converter;ADC)來估算峰值電流差以達到準確初始角度偵測。

量測上升時間的方法同樣是根據電感變化來判斷初始轉子位置，但是其並不是直接量測峰值電流，此方法係設定一臨界電流Ith，偵測直流鏈電流idc上升至該臨界電流Ith所需的時間，藉以判斷初始轉子位置。J. C. Dunfield在美國專利號第5,028,852號提出的「Position detection for a brushless DC motor without hall effect devices using a time differential method」即屬於此種方法，其使用一個比較器取代ADC，該比較器比較直流鏈電流及臨界值來控制感應電壓的脈寬，並且利用三組相反方向的電壓向量所造成的上升時間差來決定轉子位置，然而，如果轉子正交於其中一個電壓向量時，上升時間差可能模糊不清，此外，美國專利號第5,028,852號所提出的馬達只能同時導通兩相，因此只有6個電壓向量。為了改善模糊不清的問題，J. C. Dunfield又在美國專利號第5,569,990號提出「Detection of starting motor position in a brushless DC motor」，其結合上升時間差或上升時間的大小及一查詢表(look-up tables)來判斷轉子位置，並且藉由讓第三相為高或低準位以使所有三相可以同時導通，進而解決轉子位置模糊不清的問題。C. Verremara、P. Menegoli及M. Brambilla在美國專利號第6,229,274號提出「Statistical phase detection and go start-up algorithm」，其量測6個電壓向量所造成之直流鏈電流idc的電流上升時間，所有測試電流的上升時間中的最短時間被用來判斷轉子位置。量測上升時間的方法之準確度依靠用以計數上升時間的計時器，可得到比用ADC量測更精確的準確度，而且上升時間差只與電感變化量有關，與電感值無關。

偵測端電壓的方法則是量測根據電流飛輪(free-wheeling)週期來判斷轉子位置角度。Y. S. Lai、F. S. Shyu及S. S. Tseng提出的「New initial position detection technique for three-phase brushless DC motor without position and current sensors(IEEE Trans. Ind. Applicat.,vol. 39,no. 2,pp. 485-491,Mar./Apr. 2003)」便屬於偵測端電壓的方法，偵測端電壓的方法雖然不用電流感測器及ADC，但需要三個比較器來比較端電壓準位，如圖3的端點a、b及c的電壓準位，而且轉子位置偵測的準確度可能因端電壓受雜訊的影響而降低，此外，此方法只能達到60度解析度。

在量測上升時間的方法中，為了避免出現錯誤，因此必須在馬達上的電流下降至0後才能切換至下一個電壓向量。在停止狀態下，由於逆電動勢電壓為0，因此在不同電壓向量下的直流鏈電流

其中，Vdc為直流鏈電壓，Req為各電壓向量下馬達的等效阻值，L為各電壓向量下馬達的等效電感。在忽略飛輪二極體的壓降下，直流鏈電流idc上升至臨界電流Ith的上升時間

而由臨界電流Ith下降至0的下降時間

由公式2及3可知，上升時間tr及下降時間tf都正比於電感L。然而，目前的量測上升時間方法都是利用單端放大電路來偵測通過馬達的電流，因此只能偵測到電流的上升時間，而無法偵測電流的下降時間，也因此無法準確的得知電流下降至0的時間，由公式3可知，在不同的電壓向量下，電流下降至0的時間可能不同，因此在電流上升至臨界值後，需要設定一較長的延遲時間以確保在切換電壓向量時馬達上的電流為0，這將使得馬達在啟動時需要較長的偵測時間。

因此，一種縮短偵測時間之轉子位置偵測裝置及方法，乃為所冀。

本發明的目的，在於提出一種永磁式同步馬達的轉子位置偵測裝置及方法，其可以偵測通過馬達的馬達電流之下降時間。

根據本發明，一種永磁式同步馬達的轉子位置偵測裝置包括一感測元件用以感測通過該永磁式同步馬達的電流產生一感測信號，一偵測電路用以將多個電壓向量依序作用至該永磁式同步馬達，以及一感測電路連接該感測元件，感測該感測信號產生一過電流信號及一零電流信號給該偵測電路。其中，該偵測電路根據該過電流信號及零電流信號計數在各電壓向量下通過該永磁式同步馬達的電流之總導通時間，據以判斷該永磁式同步馬達的轉子位置，該總導通時間包括該電流的上升時間及下降時間。

根據本發明，一種永磁式同步馬達的轉子位置偵測方法包括依序將多個電壓向量作用在該永磁式同步馬達，偵測在各電壓向量下通過該永磁式同步馬達的電流之總導通時間，該總導通時間包括該電流的上升時間及下降時間，以及根據最小總導通時間所對應的電壓向量判斷該永磁式同步馬達的轉子位置。

根據本發明，一種永磁式同步馬達的轉子位置偵測裝置包括一感測元件用以感測通過該永磁式同步馬達的電流產生一感測信號，一偵測電路用以將多個電壓向量依序作用至該永磁式同步馬達，以及一感測電路連接該感測元件，感測該感測信號產生一過電流信號及一零電流信號給該偵測電路。其中，該偵測電路根據該過電流信號及零電流信號計數在各電壓向量下通過該永磁式同步馬達的電流之下降時間，據以判斷該永磁式同步馬達的轉子位置。

根據本發明，一種永磁式同步馬達的轉子位置偵測方法包括依序將多個電壓向量作用在該永磁式同步馬達，偵測在各電壓向量下通過該永磁式同步馬達的電流之下降時間，以及根據最小下降時間所對應的電壓向量判斷該永磁式同步馬達的轉子位置。

圖6顯示本發明的第一實施例，其中驅動器34根據來自偵測電路46的信號PWM_TEST切換換流器32中的功率開關M1-M6以將不同的電壓向量作用至PMSM 30，與PMSM 30上的馬達電流相關的直流鏈電流idc通過分流電阻Rdc產生感測信號Vs，感測電路36根據感測信號Vs產生過電流信號OC及零電流信號ZC，偵測電路46根據過電流信號OC及零電流信號ZC產生信號PWM_TEST。

圖7顯示圖6中的信號波形。參照圖6及圖7，當PMSM 30由停止狀態啟動時，提供啟動信號INI_ST致能偵測電路46中的初始偵測向量產生器48及PWM產生器52，如波形60所示，接著初始偵測向量產生器48提供高準位的致能信號PWM_EN以及對應電壓向量S1的狀態信號STATE給PWM產生器52，如波形62及時間t1所示，PWM產生器52根據致能信號PWM_EN及狀態信號STATE產生信號PWM_TEST給驅動器34以切換功率開關M1-M6，進而產生電壓向量S1作用在PMSM 30上。

在電壓向量S1作用在PMSM 30上後，PMSM 30上的馬達電流開始上升，故通過分流電阻Rds的直流鏈電流idc也開始上升，感測電路36中的雙端放大電路38放大分流電阻Rdc上的感測信號Vs並加入一偏移電壓Vcm以產生放大信號Idc_amp，如波形64所示。雙端放大電路38包括運算放大器39以及電阻R1-R4，運算放大器39的非反相輸入分別經電阻R1及R2連接分流電阻Rdc的一端及提供偏移電壓Vcm的電壓源，運算放大器39的反相輸入分別經電阻R3及R4分別連接分流電阻Rdc的另一端及運算放大器39的輸出。感測電路36中還包括比較器42及44，其中比較器42比較來自數位類比轉換器(Digital-to-Analogy Converter;DAC)40的電壓Vth及放大信號Idc_amp產生過電流信號OC，如波形66所示，比較器44比較放大信號Idc_amp及電壓Vz產生零電流信號ZC，如波形68所示。電壓Vth及Vz各象徵臨界電流Ith及零電流。

當放大信號Idc_amp大於電壓Vth時，過電流信號OC轉為低準位，如時間t2所示，因而使致能信號PWM_EN也轉為低準位，此時PWM產生器52停止提供信號PWM_TEST，因此換流器32進入飛輪狀態，即功率開關M1-M6圴關閉(turn off)，此時PMSM 30上的馬達電流開始下降，而感測信號Vs將變為負值，進而使放大信號Idc_amp也變為負值，同時零電流信號ZC轉為高準位。接著，當放大信號Idc_amp大於零時，如時間t3，零電流信號ZC轉為低準位，這表示PMSM 30上的馬達電流下降至0，初始偵測向量產生器46在零電流信號ZC由高準位轉為低準位後，很快的送出高準位的致能信號PWM_EN以及對應電壓向量S2的狀態信號STATE給PWM產生器52，進而讓電壓向量S2作用在PMSM 30上。

計數暫存器50根據過電流信號OC及零電流信號ZC分別計數直流鏈電流idc的上升時間及下降時間，進而得到在電壓向量S1下，PMSM 30上馬達電流的總導通時間CNT_S1，計數暫存器50將儲存總導通時間CNT_S1及其對應的電壓向量S1。同樣的，當電壓向量S2作用在PMSM 30上後，計數暫存器50再以電流信號OC及零電流信號ZC取得在電壓向量S2下，PMSM上馬達電流的總導通時間CNT_S2，接著將總導通時間CNT_S2與已儲存在計數暫存器50中的總導通時間CNT_S1比較，若總導通時間CNT_S2小於總導通時間CNT_S1，則儲存電壓向量S2及總導通時間CNT_S2以取代電壓向量S1及總導通時間CNT_S1，反之則保留電壓向量S1及總導通時間CNT_S1。在所有電壓向量S1_S12都測試完後，計數暫存器50送出信號MIN_STATE告知初始角度偵測器54具有最小總導通時間的電壓向量，例如為電壓向量S8，同時也送出信號INI_END告知初始角度偵測器54結束測試，初始角度偵測器54根據具有最小總導通時間的電壓向量S8判斷PMSM 30的轉子位置。在其他實施例中，計數暫存器50也可以儲存所有電壓向量及其所對應的總導通時間，並從中找出具有最小總導通時間的電壓向量告知初始角度偵測器54。圖8顯示電壓Vth的波形。由於不同的電壓向量可能使PMSM 30的等效電感不同，由公式2及3可知，PMSM 30的等效電感將影響總導通時間，因此初始偵測向量產生器48將根據作用在PMSM 30的電壓向量提供信號給DAC 40來調節電壓Vth，如波形72所示，進而使所有電壓向量的總導通時間能在相同的基礎上比較。

圖9顯示本發明的第二實施例，其同樣包括PMSM 30、換流器32、驅動器34、分流電阻Rdc以及感測電路36，在此實施例中，偵測電路80包括初始偵測向量產生器48根據過電流信號OC及零電流信號ZC提供信號PWM_EN及狀態信號STATE，PWM產生器52根據信號PWM_EN及STATE產生信號PWM_TEST以切換作用在PMSM 30的電壓向量，計數暫存器82偵測零電流信號ZC以計數在各電壓向量下，PMSM 30上馬達電流的下降時間，在得到目前電壓向量下的下降時間後，將其與已儲存在計數暫存器82中的下降時間做比較，若目前電壓向量下的下降時間小於已儲存在計數暫存器82中的下降時間，則將目前得到的下降時間及其對應的電壓向量取代儲存在計數暫存器82中的下降時間及其對應的電壓向量，反之則保留已儲存在計數暫存器82中的下降時間及其對應的電壓向量，在所有電壓向量都測試完後，計數暫存器82送出信號MIN_STATE告知初始角度偵測器54具有最小下降時間的電壓向量，同時也送出信號INI_END告知初始角度偵測器54結束測試，最後，初始角度偵測器54根據具有最小下降時間的電壓向量判斷PMSM 30的轉子位置。在其他實施例中，計數暫存器82也可以儲存所有電壓向量及其所對應的下降時間，並從中找出具有最小下降時間的電壓向量。

圖10顯示本發明的第三實施例，其同樣包括PMSM 30、換流器32、驅動器34、分流電阻Rdc以及偵測電路46，在此實施例中，感測電路90包括雙端放大電路38放大分流電阻Rdc上的感測信號Vs並加入一偏移電壓Vcm以產生放大信號Idc_amp，比較器42比較電壓Vth及放大信號Idc_amp產生過電流信號OC，比較器44比較放大信號Idc_amp及電壓Vz產生零電流信號ZC，其中電壓Vth為定值。偵測電路46同樣包括初始偵測向量產生器48、計數暫存器50、PWM產生器52及初始角度偵測器54，由於電壓Vth為定值，因此為了使所有電壓向量的總導通時間能在相同的基礎上比較，利用一數位演算法修正計數暫存器50所計數的總導通時間。

圖11顯示本發明的第四實施例，其同樣包括PMSM 30、換流器32、驅動器34及分流電阻Rdc，在此實施例中，感測電路100包括雙端放大電路38放大分流電阻Rdc上的感測信號Vs並加入一偏移電壓Vcm以產生放大信號Idc_amp，比較器42比較電壓Vth及放大信號Idc_amp產生過電流信號OC，比較器44比較放大信號Idc_amp及電壓Vz產生零電流信號ZC，其中電壓Vth為定值。偵測電路102包括初始偵測向量產生器48根據過電流信號OC及零電流信號ZC提供信號PWM_EN及狀態信號STATE，PWM產生器52根據信號PWM_EN及STATE產生信號PWM_TEST以切換作用在PMSM 30的電壓向量，計數暫存器104偵測零電流信號ZC以計數在各電壓向量下，PMSM 30上馬達電流的下降時間，由於電壓Vth為定值，為了使所有電壓向量的下降時間能在相同的基礎上比較，利用一數位演算法修正計數暫存器104所計數的下降時間。在得到目前電壓向量下的下降時間後，將其與已儲存在計數暫存器104中的下降時間做比較，若目前電壓向量下的下降時間小於已儲存在計數暫存器104中的下降時間，則將目前得到的下降時間及其對應的電壓向量取代儲存在計數暫存器104中的下降時間及其對應的電壓向量，反之則保留已儲存在計數暫存器104中的下降時間及其對應的電壓向量。計數暫存器104也可以儲存所有電壓向量及其所對應的下降時間，並從中找出具有最小下降時間的電壓向量。

在本發明中，無需ADC來量測電流，而且除了偵測PMSM 30上馬達電流的上升時間外，也偵測該馬達電流的下降時間，並利用下降時間或上升時間及下降時間來判斷在停止狀態下PMSM 30的轉子位置，因此對雜訊的敏感度較高，對PMSM的等效電感的敏感度較低。再者本發明可以產生十二個電壓向量，故在初始角度偵測上可以達到30度的解析度，進而達成較平穩的啟動效能。由於本發明可以偵測PMSM 30上電流的下降時間，因此可以在PMSM 30上電流下降至0後，快速的切換下一個電壓向量給PMSM 30，故能縮短偵測時間。

10．．．PMSM

12．．．轉子

14．．．定子

20．．．PMSM

22．．．換流器

30．．．PMSM

32．．．換流器

34．．．驅動器

36．．．感測電路

38．．．放大電路

39．．．運算放大器

40．．．DAC

42．．．比較器

44．．．比較器

46．．．偵測電路

48．．．初始偵測向量產生器

50．．．計數暫存器

52．．．PWM產生器

54．．．初始角度偵測器

60．．．啟動信號INI_ST的波形

62．．．信號PWM_EN的波形

64．．．放大信號Idc_amp的波形

66．．．過電流信號OC的波形

68．．．零電流信號ZC的波形

70．．．信號INI_END的波形

72．．．電壓Vth的波形

80．．．偵測電路

82．．．計數暫存器

90．．．感測電路

100．．．感測電路

102．．．偵測電路

104．．．計數暫存器

圖1顯示習知的二極式PMSM；

圖2用以說明初始角度偵測的原理；

圖3顯示習知的PMSM；

圖4顯示的十二個電壓向量；

圖5用以說明量測峰值電流的方法；

圖6顯示本發明的第一實施例；

圖7顯示圖6中的信號波形；

圖8顯示電壓Vth的波形；

圖9顯示本發明的第二實施例；

圖10顯示本發明的第三實施例；以及

圖11顯示本發明的第四實施例。

30．．．PMSM

32．．．換流器

34．．．驅動器

36．．．感測電路

38．．．放大電路

39．．．運算放大器

40．．．DAC

42．．．比較器

44．．．比較器

46．．．偵測電路

48．．．初始偵測向量產生器

50．．．計數暫存器

52．．．PWM產生器

54．．．初始角度偵測器

Claims (24)

1. 一種永磁式同步馬達的轉子位置偵測裝置，包括：一感測元件，用以感測該永磁式同步馬達上的馬達電流產生一感測信號；一偵測電路，用以將多個電壓向量依序作用至該永磁式同步馬達；以及一感測電路，連接該感測元件，根據該感測信號產生一過電流信號及一零電流信號給該偵測電路；其中，該偵測電路根據該過電流信號及零電流信號計數在各電壓向量下通過該馬達電流之總導通時間，據以判斷該永磁式同步馬達的轉子位置。
2. 如請求項1之轉子位置偵測裝置，其中該感測元件包括一分流電阻。
3. 如請求項1之轉子位置偵測裝置，其中該偵測電路包括：一初始偵測向量產生器，連接該感測電路，根據該過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態信號；一脈寬調變產生器，連接該初始偵測向量產生器，根據該致能信號及狀態信號決定作用在該永磁式同步馬達的電壓向量；一計數暫存器，連接該感測電路及該初始偵測向量產生器，根據該致能信號及零電流信號分別計數該馬達電流之上升時間及下降時間，以得到該馬達電流的總導通時間；以及一初始角度偵測器，連接該計數暫存器，根據該計數暫存器的輸出判斷該永磁式同步馬達的轉子位置。
4. 如請求項3之轉子位置偵測裝置，其中該計數暫存器將目前計數得到的總導通時間與已儲存在該計數暫存器的總導通時間比較，若目前計數得到的總導通時間小於已儲存在該計數暫存器的總導通時間，以目前計數得到的總導通時間取代已儲存在該計數暫存器的總導通時間。
5. 如請求項4之轉子位置偵測裝置，其中該計數暫存器在計數完各電壓向量下的總導通時間後，將其所儲存的總導通時間所對應的電壓向量告知該初始角度偵測器。
6. 如請求項3之轉子位置偵測裝置，其中該計數暫存器儲存各電壓向量下該永磁式同步馬達上電流的總導通時間，並將其中最小總導通時間所對應的電壓向量告知該初始角度偵測器。
7. 如請求項1之轉子位置偵測裝置，其中該感測電路包括：一雙端放大電路，連接該感測元件，放大該感測信號並加入一偏移電壓產生一放大信號；一第一比較器，連接該雙端放大電路，比較該放大信號及一第一臨界值產生該過電流信號；以及一第二比較器，連接該雙端放大電路，比較該放大信號及一第二臨界值產生該零電流信號。
8. 如請求項7之轉子位置偵測裝置，其中該雙端放大電路包括：一第一電阻；一第二電阻；一運算放大器，具有一非反相輸入、一反相輸入及一輸出，該非反相輸入及反相輸入分別經該第一及第二電流連接該感測元件的兩端；一第三電阻，連接在該運算放大器的反相輸入及輸出之間；以及一第四電阻，連接在一電壓源及該運算放大器的非反相輸入之間，該電壓源提供該偏移電壓。
9. 如請求項7之轉子位置偵測裝置，其中該感測電路更包括一數位類比轉換器根據作用在該永磁式同步馬達的電壓向量調節該第一臨界值。
10. 一種永磁式同步馬達的轉子位置偵測方法，包括下列步驟：依序將多個電壓向量作用在該永磁式同步馬達；偵測在各電壓向量下該永磁式同步馬達上馬達電流的總導通時間，該總導通時間包括該馬達電流的上升時間及下降時間；以及根據最小總導通時間所對應的電壓向量判斷該永磁式同步馬達的轉子位置。
11. 如請求項10之轉子位置偵測方法，其中該偵測在各電壓向量下該永磁式同步馬達上馬達電流的總導通時間的步驟包括：感測在目前電壓向量下的該馬達電流產生一感測信號；放大該感測信號並加入一偏移電壓產生一放大信號；比較該放大信號及一第一臨界值以產生一過電流信號；比較該放大信號及一第二臨界值以產生一零電流信號；根據該過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態信號，該致能信號及狀態信號用以決定作用在該永磁式同步馬達的電壓向量；以及根據該致能信號及零電流信號分別計數該馬達電流之上升時間及下降時間，以得到在目前電壓向量下該馬達電流之總導通時間。
12. 如請求項11之轉子位置偵測方法，更包括根據作用在該永磁式同步馬達的電壓向量調節該第一臨界值。
13. 一種永磁式同步馬達的轉子位置偵測裝置，包括：一感測元件，用以感測該永磁式同步馬達上的馬達電流產生一感測信號；一偵測電路，用以將多個電壓向量依序作用至該永磁式同步馬達；以及一感測電路，連接該感測元件，感測該感測信號產生一過電流信號及一零電流信號給該偵測電路；其中，該偵測電路根據該零電流信號計數在各電壓向量下該馬達電流之下降時間，據以判斷該永磁式同步馬達的轉子位置。
14. 如請求項13之轉子位置偵測裝置，其中該感測元件包括一分流電阻。
15. 如請求項13之轉子位置偵測裝置，其中該偵測電路包括：一初始偵測向量產生器，連接該感測電路，根據該過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態信號；一脈寬調變產生器，連接該初始偵測向量產生器，根據該致能信號及狀態信號決定作用在該永磁式同步馬達的電壓向量；一計數暫存器，連接該感測電路，根據該零電流信號計數該馬達電流的下降時間；以及一初始角度偵測器，連接該計數暫存器，根據該計數暫存器的輸出判斷該永磁式同步馬達的轉子位置。
16. 如請求項15之轉子位置偵測裝置，其中該計數暫存器將目前計數得到的下降時間與已儲存在該計數暫存器的下降時間比較，若目前計數得到的下降時間小於已儲存在該計數暫存器的下降時間，以目前計數得到的下降時間取代已儲存在該計數暫存器的下降時間。
17. 如請求項16之轉子位置偵測裝置，其中該計數暫存器在計數完各電壓向量下的下降時間後，將其所儲存的下降時間所對應的電壓向量告知該初始角度偵測器。
18. 如請求項15之轉子位置偵測裝置，其中該計數暫存器儲存各電壓向量下該馬達電流的下降時間，並將其中最小下降時間所對應的電壓向量告知該初始角度偵測器。
19. 如請求項13之轉子位置偵測裝置，其中該感測電路包括：一雙端放大電路，連接該感測元件，放大該感測信號並加入一偏移電壓產生一放大信號；一第一比較器，連接該雙端放大電路，比較該放大信號及一第一臨界值產生該過電流信號；以及一第二比較器，連接該雙端放大電路，比較該雙端放大電路的輸出及一第二臨界值產生該零電流信號。
20. 如請求項19之轉子位置偵測裝置，其中該雙端放大電路包括：一第一電阻；一第二電阻；一運算放大器，具有一非反相輸入、一反相輸入及一輸出，該非反相輸入及反相輸入分別經該第一及第二電流連接該感測元件的兩端；一第三電阻，連接在該運算放大器的反相輸入及輸出之間；以及一第四電阻，連接在一電壓源及該運算放大器的非反相輸入之間，該電壓源提供該偏移電壓。
21. 如請求項19之轉子位置偵測裝置，更包括一數位類比轉換器根據作用在該永磁式同步馬達的電壓向量調節該第一臨界值。
22. 一種永磁式同步馬達的轉子位置偵測方法，包括下列步驟：依序將多個電壓向量作用在該永磁式同步馬達；偵測在各電壓向量下該永磁式同步馬達上的馬達電流之下降時間；以及根據最小下降時間所對應的電壓向量判斷該永磁式同步馬達的轉子位置。
23. 如請求項22之轉子位置偵測方法，其中該偵測在各電壓向量下該永磁式同步馬達上的馬達電流之下降時間的步驟包括：感測在目前電壓向量下的該馬達電流產生一感測信號；放大該感測信號並加入一偏移電壓產生一放大信號；比較該放大信號及一第一臨界值以產生一過電流信號；比較該放大信號及一第二臨界值以產生一零電流信號；根據該過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態信號，該致能信號及狀態信號用以決定作用在該永磁式同步馬達的電壓向量；以及根據該零電流信號計數該馬達電流之下降時間。
24. 如請求項23之轉子位置偵測方法，更包括根據作用在該永磁式同步馬達的電壓向量調節該第一臨界值。