CN102843079A

CN102843079A - 无电刷dc电机的无传感器控制装置

Info

Publication number: CN102843079A
Application number: CN2012102106247A
Authority: CN
Inventors: 三浦悠一; 狮子原祐树; 尾崎大辅
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: US8890451B2; JP2013009489A; EP2538545A3; EP2538545A2; JP5998434B2; US20120326642A1; CN102843079B; EP2538545B1

Abstract

本发明提供一种无电刷DC电机的无传感器控制装置。其中，设定指令转速＝初始转速（S2）来开始强制换流模式（S3）。在强制换流模式（S3）下，以规定上升幅度来增加转速（S5）直至达到设定转速（S4）。然后，当转速达到设定转速（S4）并且能够检测出转子位置时（S6），移向无传感器控制模式（S7）。

Description

无电刷DC电机的无传感器控制装置

技术领域

本发明涉及无电刷DC电机的无传感器控制装置，尤其涉及适于驱动吸入以及喷出油的泵的无电刷DC电机的无传感器控制装置。

背景技术

在利用油压泵向汽车的变速器供给油压，但从节能等观点出发，停车时执行停止发动机的所谓的怠速停止（在丰田汽车的说明书中译作怠速停止（idling stop），因此本申请也使用“怠速停止”）的汽车中，为了在怠速停止时也确保向变速器供给油压，会使用电动油压泵。

使用无电刷DC电机作为搭载在汽车中的泵驱动用电动电机。另外，进行不使用旋转位置检测传感器地驱动电机的所谓的无传感器控制。

为了对无电刷DC电机进行无传感器控制，需要推定转子的旋转位置来生成旋转位置推定信号，其中，该旋转位置推定信号与来自旋转位置检测传感器的旋转位置信号相当。旋转位置推定信号的推定通常使用电机的3相感应电压来进行，但在电机起动时，若转子未旋转以及若转子以低速旋转，则感应电压为零或者为低值，从而无法生成旋转位置推定信号。因此，要通过以一定周期强制性地切换对3相电的通电模式来产生旋转磁场，从而进行使转子强制性地制动的强制换流。

日本特开2005－278320号公报的无传感器控制装置使无电刷DC电机以规定转速旋转来判定是否能够检测出转子位置，当能够检测出转子位置时，从强制换流模式移向无传感器控制模式。

在汽车变速器的油压泵驱动用无电刷DC电机中应用上述现有的无电刷DC电机的无传感器控制装置的情况下，存在当油温低（油压负荷高）时，无法顺利地从强制换流模式移向无传感器控制模式这一问题。

即，现有的装置有时会在根据检测到转子位置而移向无传感器控制后，无法检测出转子位置，该情况下，有时会无法进行无传感器控制。另外，在起动时也难以使油压迅速地上升。

于是，为了即使油温低也不发生检测错误，而考虑过较高地设定强制换流模式下的转子转速，但存在转子无法跟随磁极变化而容易失调这一问题。

发明内容

本发明提供顺利地从强制换流模式移向无传感器控制模式的无电刷DC电机的无传感器控制装置。

根据本发明的一个实施例的特征,在无电刷DC电机的无传感器控制装置中，起动时以强制换流模式来使无电刷DC电机旋转，当能够检测出转子位置时移向无传感器控制模式，在强制换流模式下，从规定转速开始到以规定上升幅度增加转速直至该转速达到设定转速为止进行强制换流，当转速达到设定转速并且能够检测出转子位置时，移向无传感器控制模式。

附图说明

以下，参照附图来说明实施方式，从而进一步地明确本发明的上述以及其他目的、特征以及优点，此外，同一部件标注同一参照附图标记，其中，

图1是表示无电刷DC电机的无传感器控制装置的框图。

图2是表示从强制换流模式移向无传感器控制模式时的步骤的流程图。

图3是表示强制换流模式下的指令转速的时间变化的样子的曲线图。

图4是将无电刷DC电机用于油压泵驱动用的情况下，比较在本发明的控制与现有的控制下油压随时间如何变化的曲线图。

具体实施方式

以下,参照附图来说明本发明的实施方式。

图1概略地表示无电刷DC电机的无传感器控制装置的构成。

该无电刷DC电机的无传感器控制装置搭载在汽车中，使用由搭载在汽车中的蓄电池供给的直流电源（2）以单侧PWM方式驱动无电刷DC电机（1），其中，该无电刷DC电机（1）驱动吸入以及喷出油的泵（11），该无电刷DC电机的无传感器控制装置由旋转位置推定信号生成装置（3）和通电控制装置（4）构成，其中，该旋转位置推定信号生成装置（3）是基于3相电压以数字方式生成各相的旋转位置推定信号的旋转位置推定信号生成机构，该通电控制装置（4）是基于各相的旋转位置推定信号以PWM方式控制从直流电源（2）向3相电通电的通电控制机构。

旋转位置推定信号生成装置（3）基于电机（1）的U相、V相、W相这3相电压Vu、Vv、Vw，来生成各相的旋转位置推定信号Hu、Hv、Hw。

通电控制装置（4）由通电信号生成机构（5）、开关电路（6）、电流检测器（7）、电流控制部（8）、PWM驱动机构（9）以及栅极驱动电路（10）构成。

通电信号生成机构（5）基于由旋转位置推定信号生成机构（3）生成的旋转位置推定信号Hu、Hv、Hw，来生成分别控制各元件的通电用的通电信号Cu＋、Cu－、Cv＋、Cv－、Cw＋、Cw－。通电信号生成机构（5）可以由MPU（Micro Processing Unit：微处理单元）构成，也可以由专用的数字电路构成。

开关电路（6）具备控制从电源（2）向电机（1）的U相通电的上臂开关元件（16u+）以及下臂开关元件（16u-）、控制从电源（2）向电机（1）的V相通电的上臂开关元件（16v+）以及下臂开关元件（16v-）以及控制从电源（2）向电机（1）的W相通电的上臂开关元件（16w+）以及下臂开关元件（16w-）。

电流检测器（7）将电流测量电路与开关电路（6）连接来检测电机电流。在电机（1）的U相、V相、W相的定子绕组中流动的合计电流值由电流检测器（7）检测。

电流控制部（8）比较由电流检测器（7）检测到的电机（1）的电流检测值A与电流指令值Aa，基于两者的大小关系来创建对电机（1）进行PWM驱动用的电流控制信号Apwm，并发送给PWM驱动机构（9）。

PWM驱动机构（9）基于发送来的通电信号以及电流控制信号Apwm，来创建针对各开关元件的开关元件控制信号Du＋、Du－、Dv＋、Dv－、Dw＋、Dw－，并输出至栅极驱动电路（10）。

栅极驱动电路（10）基于发送来的开关元件控制信号来驱动各开关元件的接通/断开，从而使电机（1）的定子绕组产生旋转磁场。

在图1中，起动时设定强制换流模式，起动指令被发送给通电信号生成机构（5）。当通电信号生成机构（5）接收到起动指令时，对PWM驱动机构（9）赋予存储在存储器内的通电模式。这与电机（1）的转子位置无关地执行。转速的增加通过提高频率来实现，对于电流而言，不依据来自电流控制部（8）的电流控制信号Apwm，而从直流电源（2）基于存储在PWM驱动机构（9）存储器内的值来赋予一定的电流。该电流值为比电机的额定电流大的值。PWM驱动机构（9）基于来自通电信号生成机构（5）的通电信号，向栅极驱动电路（10）输出针对各开关元件的开关元件控制信号，由此驱动各开关元件接通/断开，在电机（1）的定子绕组中产生用于强制换流的旋转磁场。

通过进行强制换流，电机（1）的U相、V相、W相这3相电压Vu、Vv、Vw变大，以此为基础，旋转位置推定信号生成机构（3）能够生成各相的旋转位置推定信号Hu、Hv、Hw（即，能够检测出转子位置）。由此，通电信号生成机构（5）基于由旋转位置推定信号生成机构（3）生成的旋转位置推定信号Hu、Hv、Hw来生成通电信号。PWM驱动机构（9）基于该通电信号以及电流控制信号Apwm来创建针对各开关元件的开关元件控制信号，并赋给栅极驱动电路（10）。这样，从强制换流模式移向无传感器控制模式。

图2表示从强制换流模式移向无传感器控制模式时的流程图。

在该图中，强制换流模式基于起动指令（S1）而开始，首先，赋予预先设定的初始转速（规定转速）作为指令转速（S2）。通过将与该转速对应的旋转磁场赋给电机（1）的定子绕组来执行强制换流模式（S3）。接着，判定指令转速是否达到设定转速（S4）。由于初始转速＜设定转速，因此最初判定为“否（NO）”，使指令转速＝初始转速＋上升幅度来增加转速（S5）。由此，与增加后的指令转速对应的旋转磁场被赋给电机（1）的定子绕组。以上升幅度逐步增加指令转速的步骤（S5）一直持续至指令转速达到设定转速。若执行基于指令转速＝设定转速的强制换流模式，则在之后的判定指令转速是否达到设定转速的步骤（S4）中，判定为“是（YES）”，从而强制换流模式结束。之后，转子位置的检测禁止处理被解除，判定是否能够检测出转子位置（S6），当判定为“是”时，移向无传感器控制模式（S7）。当在转子位置检测步骤（S6）中判断为“否”时，返回设定指令转速＝初始转速的步骤（S2），再次执行强制换流模式（S3）。

在图2的流程图的增加转速的步骤（S5）中，指令转速如图3所示那样地变化。即，转速的上升幅度是一定的，随着转速的增加，该转速下的强制换流时间变短。根据图2的流程图，在指令转速未达到设定转速的期间，不实施检测转子位置的步骤，因此图3中用T表示的期间为转子位置检测禁止时间。由此，不会在比设定转速低的指令转速（比图3中用T表示的转子位置检测禁止时间短的时间）下移向无传感器控制模式。由此可避免由于转速低而误检测转子位置。

图4是求出在泵（11）中油压如何随时间变化的图，与以一定转速强制换流，当能够检测出转子旋转位置时移向无传感器控制的现有的控制相比较。

根据现有的控制，在驱动油压泵（11）的电机（1）中，当油温低（25℃）时，油压负荷高，因此在实际的电机转速未达到足够的值的阶段，有时会移向无传感器控制模式。该情况下，如该图中虚线所示那样，在油压开始上升后，仅保持低值来变化，不会立即就达到足够的大小。一般认为这是由于当在转速低的状态时，感应电压低，因此即使在相同的转速下，也有时能够检测转子位置，有时无法检测转子位置。即使较高地设定强制换流模式下的指令转速，也无法防止在实际的电机转速未达到足够的值的阶段就移向无传感器控制模式。

与此相对，该发明的无电刷DC电机的无传感器控制装置如上述那样，作为逐渐地提高强制换流模式下的起动转速的动作，仅在转速为设定转速且能够检测出转子位置的情况下，才移向无传感器控制模式，从而顺利地从强制换流模式移向无传感器模式。因此，根据该发明的无电刷DC电机的无传感器控制装置可知，如该图中用实线所示那样，油压随时间增加，短时间就达到所希望的基准油压。此外，在图4中T表示执行强制换流模式的时间（与图3的T相同的时间即转子位置检测禁止时间）。

在上述说明中，作为缩短起动时间有效的设定值，初始转速被设定成比有可能产生失调的最小转速低一些的值，对于设定转速而言，若将其作为初始转速，则虽然有可能产生失调，但能够被设定为作为移向无传感器控制的转速而优选的值。上升幅度根据想要的转子位置检测禁止时间T来适当地设定。即，若想缩短转子位置检测禁止时间T来缩短从强制换流模式移向无传感器模式的时间，则在不产生失调的程度较大地设定上升幅度即可。

初始转速、上升幅度以及设定转速的值按各个电机而适当地设定，由此即使电机发生了变化，也不需要变更程序。

在上述实施方式中，对用作车载用电动油压泵（11）的驱动用的无电刷DC电机（1）进行了说明，该发明也能够应用于采用120度通电矩形波驱动的所有的无电刷DC电机的无传感器驱动装置中。

此外，在图1所示的框图中，也可以在电流控制部（8）中添加或者取而代之而设置速度控制部。速度控制部比较电机（1）转子的旋转速度检测值S与从外部赋予的包含旋转方向的旋转速度设定值Sa，基于两者的大小关系来创建用于对电机（1）进行PWM驱动的速度控制信号Spwm，并输出至PWM驱动机构（9）。

Claims

1.一种无电刷DC电机的无传感器控制装置，在起动时以强制换流模式来使无电刷DC电机旋转，当能够检测出转子位置时移向无传感器控制模式，该无电刷DC电机的无传感器控制装置的特征在于，

在强制换流模式下，从规定转速开始以规定上升幅度增加转速直至该转速达到设定转速为止进行强制换流，当转速达到设定转速且能够检测出转子位置时，移向无传感器控制模式。

2.根据权利要求1所述的无电刷DC电机的无传感器控制装置，其特征在于，

控制驱动吸入以及喷出油的泵的无电刷DC电机。