CN102893508A - 无刷电动机的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明的无刷电动机的驱动装置包括：电流检测单元(6)，该电流检测单元(6)在驱动电路的开关元件(5H，5L)导通的期间内，检测流过电枢绕组(9)的电流；运算处理单元，该运算处理单元比较目标电流值与检测电流值，来运算用于施加到电枢绕组的电压指令值；以及PWM驱动单元(4)，该PWM驱动单元(4)基于该电压指令值来控制开关元件的导通、断开，运算处理单元还包括电流检测可能性判定单元，该电流检测可能性判定单元根据各相的开关元件的动作状态，来判定能否检测出流过电枢绕组(9)的电流，电流检测可能性判定单元在判定为处于无法检测出电流的状态时，使用能检测出电流时的检测电流值，来求出电压指令值，以继续驱动电动机。

Description

无刷电动机的驱动装置

技术领域

本发明涉及利用流过无刷电动机的电枢绕组的相电流来控制无刷电动机的驱动的无刷电动机的驱动装置。

背景技术

在根据流过电动机的电枢绕组的电枢电流来对无刷电动机的输出进行反馈控制的电动机驱动装置中，将流过对电动机驱动用逆变器电路的每相所设置的电流检测用电阻的电流检测作为每相的电枢电流。对每相计算出对应于目标电流与检测电流之间的偏差的占空比，利用PWM控制来对构成该逆变器电路的各相的开关元件进行导通/断开控制。由此，改变施加到各相的电枢绕组的相电压，使各相的电枢绕组中流过驱动电流，从而控制电动机输出。

例如图14是专利文献1所示那样的表示现有的无刷电动机的驱动装置的一个例子的电路结构图。

现有的无刷电动机的驱动装置如图14所示，采用以下结构：即，对于每个相，上级开关元件5uH、5vH、5wH(以下，简单地总称为5H)与电枢绕组9、下级开关元件5uL、5vL、5wL(以下，简单地总称为5L)相连接，在下级开关元件5L与接地之间配置有电流检测用电阻6u、6v、6w(以下，简单地总称为6)。为了检测出流过电流检测用电阻6的电流，在利用PWM控制单元即驱动控制电路4、使得开关元件的状态成为下级的开关元件5L为导通的状态时，电动机的电枢绕组9的电枢电流流经下级的开关元件5L、电流检测用电阻6，并流向接地。在该电流检测用电阻6中流经有电流的状态下，通过检测电流检测用电阻6两端的电位差，从而来测量电枢电流。

所谓下级的开关元件5L为导通的状态是指，为了使电流流过电枢绕组9，而不使电流通过同相的上、下级的开关元件，而使上级的开关元件5H处于断开状态。由此，为了检测电枢电流，仅在使上级的开关元件5H为断开状态、下级的开关元件5L为导通状态时能进行检测。

相反，在利用驱动控制电路4的PWM控制信号对开关元件5H、5L进行导通/断开控制的情况下，存在没有电流流过电流检测用电阻6的期间。因此，存在无法正确地检测电流的状况。因此，需要限制PWM控制信号的占空比，即限制施加到电枢绕组9的电压，限制占空比会导致需降低电源电压的利用率来利用电动机，因而，会限制电动机性能。

因此，在专利文献1中，记载有以下方案：即，对于由U相、V相、W相构成的无刷电动机，在基于来自PWM控制单元的占空比的指示来分别对U相、V相、W相的开关元件进行导通/断开控制的情况下，对于U相，在以小于规定值的占空比来对开关元件进行导通/断开控制的情况下，由于处于不易检测出U相的电流的状态，因此，能利用检测出的V相的电流Iv、W相的电流Iw，使用下式(1)来计算出U相的电流Iu。

Iu＝－(Iv＋Iw)…··(1)

另外，还记载有：对于其他相即V相或W相，同样地，在以占空比小于规定值的占空比来对开关元件进行导通/断开的情况下，能利用在其他相中检测出的电流来进行计算。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4140454号公报

发明内容

在上述现有技术中，在某相的占空比小于规定值时，例如，在U相的占空比小于规定值的状态下，由于无法直接检测出U相电流，因此，通过检测出其他相即V相及W相电流，来计算U相电流。然而，此时，其他相即V相、W相必须处于必定能检测出相电流的状态。即，必须使3相中的2相的占空比为规定值以上。因而，需要将占空比限制在能检测出电流的范围内，因此，存在不能自由地控制占空比的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种无刷电动机的驱动装置，无论是否为能检测出电枢电流的状态，该无刷电动机的驱动装置都能驱动电动机，而无需限制占空比，因而，能自由地向电动机的电枢绕组施加电压，从而能提高电动机的输出。

本发明所涉及的无刷电动机的驱动装置包括：无刷电动机的驱动电路，该无刷电动机的驱动电路中并联连接有多个臂部，所述多个臂部包括由配置在电源侧的第一(上侧的)开关元件和配置在接地侧的第二(下侧的)开关元件构成的相互串联连接的开关元件对；电流检测单元，该电流检测单元在所述驱动电路的开关元件导通的期间内，对流过无刷电动机的电枢绕组的电流进行检测；运算处理单元，该运算处理单元比较用于驱动所述无刷电动机的目标电流值与由所述电流检测单元所检测出的检测电流值，基于其偏差来计算用于施加到所述无刷电动机的电枢绕组的电压指令值；以及PWM驱动单元，该PWM驱动单元基于来自该运算处理单元的电压指令值来产生驱动信号，对所述驱动电路的开关元件的导通、断开进行控制，所述运算处理单元还包括电流检测可能性判定单元，该电流检测可能性判定单元根据所述驱动电路的各相中的所述开关元件的动作状态，来判定能否检测出流过无刷电动机的各相的电枢绕组的电流，在所述电流检测可能性判定单元判定为处于不能检测出电流的状态时，所述运算处理单元使用能检测出电流时的检测电流值，并将其与所述目标电流值进行比较，从而求出所述电压指令值，以继续进行电动机驱动。

根据本发明的无刷电动机的驱动装置，能获得一种无论是否处于能检测出电枢电流的状态、都能驱动电动机、而无需限制占空比、从而能提高电源电压的利用率并提高电动机的输出的无刷电动机的驱动装置。

关于本发明的上述的和其他的目的、特征、效果，可以从以下实施方式中的详细说明及附图的记载来进一步明确。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的无刷电动机的驱动装置的结构的简要结构图。

图2是用于对本发明的实施方式1中的电流检测单元的动作进行说明的时序图。

图3是表示本发明的实施方式1中的上级FET的驱动的图。

图4是表示本发明的实施方式1中的下级FET的驱动的图。

图5表示本发明的实施方式1中的坐标变换单元的详细控制框图。

图6是表示本发明的实施方式1中的电流检测的处理的流程图。

图7是表示本发明的实施方式1中的电动机驱动装置异常时的处理的流程图。

图8是表示本发明的实施方式1中的电动机特性和能检测出的电流的范围的图。

图9表示本发明的实施方式2中的坐标变换单元的详细控制框图。

图10是表示本发明的实施方式2中的电流检测的处理的流程图。

图11是表示本发明的实施方式2中的电动机角度和能检测出电流的范围的图。

图12是表示本发明的实施方式2中的电动机驱动装置异常时的处理的流程图。

图13是表示本发明的实施方式2中的电动机驱动装置异常时的处理的其他例子的流程图。

图14是表示现有装置的一个例子的简要结构图。

具体实施方式

实施方式1.

以下，参照附图说明本发明的实施方式1的无刷电动机的驱动装置。图1是实施方式1中的无刷电动机的驱动装置的简要结构图。在图1中，无刷电动机由具有电枢绕组9的三相同步永磁体电动机构成，包括检测电动机的磁极位置的、例如由旋转变压器构成的位置传感器10，利用位置传感器10向后述的控制部(控制器)输出电动机的磁极位置信息。

众所周知，驱动无刷电动机的驱动电路采用以下结构：即，将配置在电源8侧的第一开关元件即FET(场效应晶体管)5H(5uH、5vH、5wH)和配置在接地侧的第二开关元件即FET5L(5uL、5vL、5wL)以相互成对的方式进行串联连接，构成各对的FET5H、5L的连接点分别与电动机的电枢绕组9的各相相连接。然后，根据来自PWM驱动电源4的驱动信号来控制各FET5H、5L的导通、断开，控制施加到电动机电枢绕组9的施加电压，来驱动电动机。

下级FET5(5uL、5vL、5wL)与接地之间连接有电流检测单元即电流检测用电阻6(6u、6v、6w)。关于电流检测的具体的动作，将在后文中阐述。

电动机的控制部即运算处理单元由微型计算机构成，输入来自检测电动机的旋转位置的位置传感器10的信号，以计算电动机位置θ。

另外，从检测流过无刷电动机各相的电流的电流检测单元6向电枢绕组9输入流过其U、V、W各相的电流。

接下来，说明运算处理单元的各部分。

来自电流检测单元6的电流Iu、Iv、Iw输入到坐标变换单元100，坐标变换单元100基于电动机位置θ和U、V、W相检测电流来进行dq变换，从而求出q轴、d轴这两个轴的检测电流Iq、Id。

另外，电动机的目标电流指令运算单元1计算用于电动机驱动的指示电流即目标q轴电流TIq、目标d轴电流TId，并将其输出。

利用目标电压运算单元即比例积分运算单元2来对来自目标电流指令运算单元1的目标q轴电流TIq与实际所检测出的q轴电流Iq之间的偏差进行PI控制运算，以求出q轴的指令电压Vq。另外，同样，对目标d轴电流TId与检测d轴电流Id之间的偏差进行PI控制运算，以求出d轴指令电压Vd。

将由比例计分运算单元2所运算出的q轴指令电压Vq和d轴指令电压Vd输入到三相变换运算单元3，三相变换运算单元3对d轴、q轴的指令电压进行三相转换，即，通过进行dq逆转换，从而将其转换为要施加到电动机的U、V、W这三相的电枢绕组的电压指令值Vu、Vv、Vw。

该电压指令值Vu、Vv、Vw输入到驱动电路的控制单元即PWM驱动单元4，PWM驱动单元4将这些三相电压指令值置换为占空比，进行脉宽调制，来指示FET驱动电路进行驱动。FET驱动电路接收来自PWM驱动单元4的驱动信号，以实现斩波控制。由此，电流流经无刷电动机的电枢绕组9的各相，无刷电动机产生转矩而进行旋转。

接着，参照图2，说明电流检测单元6u、6v、6w进行电流检测的具体动作。在图2中，(1)是脉宽调制(PWM)中的、表示载波的计时器，图2还示出了其最小状态为0%、最大状态为100%的占空比(2)。

在载波(1)大于占空比(2)时，信号(3)使配置在上级的FET5H导通，信号(4)使配置在下级的FET5L断开。相反，在载波(1)小于占空比(2)时，信号(3)使配置在上级的FET5H断开，信号(4)使配置在下级的FET5L导通。

由此，通过控制导通与断开之间的时间比例，从而控制施加到电枢绕组9的电压。

如图3所示，在电流检测中，将利用上述信号(3)、(4)使得上级侧FET导通、下级侧FET断开的情况设为断开状态，流过电枢绕组9的电流不会通过电流检测单元6，因此，不能检测出电流。相反，如图4所示，将上级侧FET断开、下级侧FET导通的情况设为导通状态，从而流过电枢绕组9的电流会通过电流检测单元6，因而，能进行电流检测。因而，在电流检测电路中，需要在上述导通状态时检测电流。

在图4的电流检测单元6中，对于用于仅取出电流检测值的采样保持的指示信号，需要在导通状态下即图2的t1的时间内进行采样保持。进行采样保持的时间t2是由该进行采样保持的单元所决定的，因此，为了检测出电流，必须使得t1≥t2。

即，对于能否检测出电流的判断，能在导通状态期间t1大于t2时，判断为能检测出电流，能在导通状态期间t1小于t2时，判断为不能检测出电流。

导通状态期间t1表示下级侧FET5L的导通时间，而且，若使PWM的载波周期T固定，则能基于占空比来决定t1。因此，能检测出电流的占空比表示t2/T以上的情况，换言之，在占空比为t2/T以上时，处于能检测出电流的状态。相反，当占空比小于t2/T时，能够判断为不能检测出电流的状态。而且，由于占空比是基于各相的指令电压(电压指令值)所求出的，因此，能基于各相所指示的占空比或各相的指令电压，来判断各相中是否能检测出电流。

另外，在上述说明中，尽管能基于所指示的占空比或指令电压来判断是否能检测出电流，但是，电枢绕组上的电压会因上下级的FET5H、5L而在电源电压和接地电压之间发生变动。也可以对该电压变动进行检测，对电枢绕组上的电压处于接地侧的状态的时间进行测量，并对其是否为t2以上的时间进行判断，从而判断是否能检测出电流。另外，也可以对电枢绕组上的电压为接地侧的状态的时间、和为电源侧的状态的时间进行测量，并求出其比例，从而计算实际的占空比，以判断是否能检测出电流。

另外，能分别检测电枢绕组上的电压和电源电压，并求出其比例，从而计算占空比。也可以基于该占空比来判断是否能检测出电流。

接着，基于图5，来说明本发明的主要部分即坐标转换单元100的详细情况。在图5中，电流检测切换处理部105中，如上所述，进行判断各相是否能检测出电流的处理，除此之外，还输出切换各相中所检测出的电流的指示信号。在U相中能检测出电流时，U相电流输入处理部101将所输入的检测电流ADu原样作为Iu输出。

在判断为U相中不能检测出电流时，输出下式(2)的值。

Iu＝－(ADv＋ADw)…··(2)

V相电流输入处理部102也相同，在V相中能检测出电流时，将所输入的电流ADv原样作为Iv输出。

在判断为V相中不能检测出电流时，输出下式(3)的值。

Iv＝－(ADu＋ADw)……(3)

W相电流输入处理部103也相同，在V相中能检测出电流时，将所输入的电流ADw原样作为Iw输出。在判断为W相中不能检测出电流时，输出下式(4)的值。

Iw＝－(ADu＋ADv)…··(4)

在电流检测切换处理部105中，在仅在一个相中能检测出电流或在所有相中都检测不出电流的情况下，输出计算时的相电流作为各相的电流。

由此，基于由各相获得的相电流Iu、Iv、Iw来计算下式(5)，输出由Id、Iq表示的d、q轴检测电流。

[数学式1]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& \cos (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \mathrm{\θ}& -\sin (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{Iu}\\ \mathrm{Iv}\\ \mathrm{Iw}\end{array}\right]---\left(5\right)$

图6以流程图示出了以上处理。

在步骤S1中，比较U相的占空比Du与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S2。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S3。

在步骤S2中，比较V相的占空比Dv与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S4。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S5。

在步骤S3中，比较V相的占空比Dv与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S6。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S13。

在步骤S4中，比较W相的占空比Dw与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S7。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S8。

在步骤S5中，比较W相的占空比Dw与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S9。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S10。

在步骤S6中，比较W相的占空比Dw与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S11。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S12。

在步骤S7中，能检测出所有的三个相中的电流，因此，能原样使用由电流检测单元所检测出的信号ADu、Adv、ADw。

在步骤S8中，由于无法检测出W相中的电流，因此，根据式(4)来计算W相的电流，对于其他的U相、V相，原样利用由电流检测单元所检测出的信号ADu、ADv。

在步骤S9中，由于无法检测出V相中的电流，因此，根据式(3)来计算V相的电流，对于其他的U相、W相，原样利用由电流检测单元所检测出的信号ADu、ADw。

在步骤S10中，无法检测出两个相中的电流，即，仅能检测出一个相中的电流，因此，对于各相的检测电流，利用上次值。

在步骤S11中，由于无法检测出U相中的电流，因此，根据式(2)来计算U相的电流，对于其他的V相、W相，原样利用由电流检测单元所检测出的信号ADv、ADw。

在步骤S12中，无法检测出两个相中的电流，即，仅能检测出一个相中的电流，因此，对于各相的检测电流，利用上次值。

在步骤S13中，无法检测出两个相以上的相中的电流，即，无法检测出两个相中的电流或无法检测出所有相中的电流，因此，对于各相的检测电流，利用上次值。

在步骤S15中，作为能够检测出电流的状态，设Flg＝0。

在步骤S16中，作为存在不能检测出电流的状态，设Flg＝1。

在步骤S17中，基于三相中的检测电流，来计算式(5)。

由此，实施方式1的无刷电动机的驱动装置包括：无刷电动机的驱动电路，该无刷电动机的驱动电路中并联连接有多个臂部，所述多个臂部包括由配置在电源侧的第一(上侧的)开关元件和配置在接地侧的第二(下侧的)开关元件构成的相互串联连接的开关元件对；电流检测单元，该电流检测单元在该驱动电路的开关元件导通的期间内，对流过无刷电动机的电枢绕组的电流进行检测；运算处理单元，该运算处理单元比较用于驱动无刷电动机的目标电流值与由电流检测单元所检测出的检测电流值，基于其偏差来计算用于施加到无刷电动机的电枢绕组的电压指令值；以及PWM驱动单元，该PWM驱动单元基于来自该运算处理单元的电压指令值来产生驱动信号，对驱动电路的开关元件的导通、断开进行控制，运算处理单元还包括电流检测可能性判定单元，该电流检测可能性判定单元根据驱动电路的各相中的开关元件的动作状态，来判定能否检测出流过无刷电动机的各相的电枢绕组的电流，在电流检测可能性判定单元判定为处于不能检测出电流的状态时，运算处理单元使用能检测出电流时的检测电流值，并将其与目标电流值进行比较，从而求出电压指令值，以继续进行电动机驱动，因此，能最大限度地利用占空比，而无需将各相的占空比限制在能检测出电流的范围内。

另外，无刷电动机具有由n个相构成的电枢绕组，对于运算处理单元，在由电流检测可能性判定单元判断为能检测出电流的相为(n－2)以下的状态时，使用能检测出所有相中的电流时的相电流检测值，将该相电流检测值与目标电流值进行比较，从而求出电压指令值，以继续驱动电动机，因此，例如即使在仅能检测出一个相中的电流、而无法推定出其他相中的电流的情况下，无论是否处于无法检测出电流的状态，都能驱动电动机，从而也就无需限制占空比。

然而，在无法检测出电流那样的情况下，需要使U、V、W相的指令电压随着d、q轴的目标电压的增大而增大。即，所谓产生电动机的电枢绕组的电压上升的状况，是指电动机进行旋转、根据其转速而产生反电动势、各相的感应电压增大的情况。因而，为了避免成为因电动机驱动装置的故障而导致无法检测出电流的状况，只要检测电动机的旋转状态即可。

即，在成为不能检测出电流的状况时，若电动机转速为规定值以下，则停止驱动电动机。由此，能检测出电动机驱动装置中发生异常的情况，能停止驱动电动机。

图7是表示基于图6的处理、在PWM驱动单元4中、处理上述的内容、并将其流程化的流程图。

在图7中，对根据图6中的处理而得的无法检测电流状态标记Flg进行检验，若为能检测出电流的状态，则前进至步骤S34，若为不能检测出电流的状态，则前进至步骤S32。

在步骤S32中，对电动机转速是否为规定值α以上进行判定，若为规定值以上，则前进至步骤S34，当小于规定值α时，前进至步骤S33。

在步骤S33中，判定为异常，并指示停止PWM控制。

在步骤S34中，将所指示的各相电压转换成占空比，以能够进行PWM控制。

在步骤S35中，为了使电动机驱动电路的FET导通或截止，而输出控制信号，该控制信号是基于PWM控制的导通/截止指示，或者使所有FET截止以停止PWM控制。

已知电动机通常具有图8所示的特性M。

因而，为了进一步提高检测异常的检测精度，预先求出由电动机转速和q轴电流所决定的阈值TH，根据基于检测出的电动机角度而求出的电动机转速和所检测出的q轴电流，来对电动机是处于大于阈值TH的区域A还是处于小于阈值TH的区域B进行判断，在电动机处于区域B且成为不能检测出电流的状况时，停止驱动电动机。

如图7所示，尽管在步骤S32中对电动机转速是否小于规定值进行了判定，但是该判定也能如图8所示那样，即，对由q轴电流和电动机转速所示的区域是区域A还是区域B进行判定，若为区域A，则前进至步骤S34，若为步骤B，则前进至步骤S33。

如上所述，根据本发明的实施方式1的无刷电动机的驱动装置，在规定的电动机角度时，或在规定的电动机转速以下、且电流检测可能性判定单元判定为不能检测出电枢绕组的相电流时，或在预定的电动机特性的范围内、且电流检测可能性判定单元判定为不能检测出相电流时，PWM驱动单元会使所有的开关元件断开，以停止驱动电动机，因此，即使在无法检测出电流的状态下，也能检测出电动机驱动装置的异常状况，并能停止驱动电动机。

实施方式2.

图9表示本发明的实施方式2中的、坐标变换单元100的其他方式。在图9中，在UVW相坐标变换处理部111中，假设能在所有相中检测出电流时，基于从各相中获得的相电流ADu、ADv、ADw，来运算下式(6)，输出以Id、Iq来表示的d、q轴检测电流。

[数学式2]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& \cos (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -\sin \mathrm{\θ}& -\sin (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{ADu}\\ \mathrm{ADv}\\ \mathrm{Adw}\end{array}\right]---\left(6\right)$

假设不能检测出U相中的电流的情况，在VW相坐标变换处理部114中，基于从剩余的两相中获得的相电流ADv、ADw，来运算下式(7)，输出以Id、Iq来表示的d、q轴检测电流。

[数学式3]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right]=\sqrt{2}\left[\begin{array}{cc}\sin (\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})& -\sin (\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\\ \cos (\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})& -\cos (\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{ADv}\\ \mathrm{ADw}\end{array}\right]---\left(7\right)$

假设不能检测出V相中的电流的情况，在UW相坐标变换处理部113中，基于从剩余的两相中获得的相电流ADu、ADw，来运算下式(8)，输出以Id、Iq来表示的d、q轴检测电流。

[数学式4]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right]=\sqrt{2}\left[\begin{array}{cc}-\sin (\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})& -\sin \mathrm{\θ}\\ -\cos (\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{3})& -\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{ADu}\\ \mathrm{ADw}\end{array}\right]---\left(8\right)$

假设不能检测出W相中的电流的情况，在UV相坐标变换处理部112中，基于从剩余的两相中获得的相电流ADu、ADv，来运算下式(9)，输出以Id、Iq来表示的d、q轴检测电流。

[数学式5]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{Id}\\ \mathrm{Iq}\end{array}\right]=\sqrt{2}\left[\begin{array}{cc}\sin (\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})& \sin \mathrm{\θ}\\ \cos (\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{3})& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{ADu}\\ \mathrm{ADv}\end{array}\right]---\left(9\right)$

d、q轴电流切换处理部110中，在能检测出三个相中的电流的情况下，选择由UVW相坐标变换处理部111所获得的d、q轴电流Id、Iq。

在仅无法检测出U相电流的情况下，选择由VW相坐标变换处理部114所获得的d、q轴电流Id、Iq。

在仅无法检测出V相电流的情况下，选择由UW相坐标变换处理部113所获得的d、q轴电流Id、Iq。

在仅无法检测出W相电流的情况下，选择由VW相坐标变换处理部112所获得的d、q轴电流Id、Iq。在无法检测出两个相中的电流或在无法检测出所有相中的电流的情况下，不对Id、Iq进行坐标变换，而使用上次值。

图10以流程图示出了以上处理。

在步骤S121中，比较U相的占空比Du与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S122。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S123。

在步骤S122中，比较V相的占空比Dv与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S124。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S125。

在步骤S123中，比较V相的占空比Dv与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S126。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S137。

在步骤S124中，比较W相的占空比Dw与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S127。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S129。

在步骤S125中，比较W相的占空比Dw与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S131。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S133。

在步骤S126中，比较W相的占空比Dw与t2/T，来判断是否能检测出电流。在能检测出电流时，前进至步骤S134。在判断为不能检测出电流时，前进至步骤S136。

在步骤S127中，能检测出所有的三个相中的电流，因此，能原样使用由电流检测单元所检测出的信号ADu、ADv、ADw。

在步骤S128中，计算式(6)。

在步骤S129中，由于不能检测出W相中的电流，因而对于U、V相，原样使用由电流检测单元检测出的信号ADu、ADv。

在步骤S130中，计算式(9)。

在步骤S131中，由于不能检测出V相中的电流，因而对于其他的U、W相，原样使用由电流检测单元检测出的信号ADu、ADw。

在步骤S132中，计算式(8)。

在步骤S133中，无法检测出两个相中的电流，即，仅能检测出一个相中的电流，因此，对于d、q轴的检测电流，利用上次值。

在步骤S134中，由于不能检测出U相中的电流，因而对于其他的V、W相，原样使用由电流检测单元检测出的信号ADv、ADw。

在步骤S135中，计算式(7)。

在步骤S136中，无法检测出两个相中的电流，即，仅能检测出一个相中的电流，因此，对于d、q轴的检测电流，利用上次值。

在步骤S137中，无法检测出两个相以上的相中的电流，即，无法检测出两个相中的电流或无法检测出所有相中的电流，因此，对于d、q轴的检测电流，利用上次值。

在步骤S141中，由于处于能检测出所有相中的电流的状态，因此，设Flg＝0。

在步骤S142中，由于处于无法检测出W相中的电流的状态，因此，设Flg＝3。

在步骤S143中，由于处于无法检测出V相中的电流的状态，因此，设Flg＝2。

在步骤S144中，由于处于无法检测出两个相以上的相中的电流的状态，因此，设Flg＝4。

在步骤S145中，由于处于无法检测出U相中的电流的状态，因此，设Flg＝1。

在步骤S146中，由于处于无法检测出两个相以上的相中的电流的状态，因此，设Flg＝4。

在步骤S147中，由于处于无法检测出两个相以上的相中的电流的状态，因此，设Flg＝4。

如上所述，根据本发明的实施方式2，无刷电动机包括由U、V、W这三个相构成的电枢绕组，运算处理单元包括：第一坐标变换单元，该第一坐标变换单元将由电流检测单元所检测出的检测电流变换为由表示磁通方向的电流的d轴电流和表示转矩方向的电流的q轴电流构成的二轴的电流；目标电压运算单元，该目标电压运算单元根据二轴的目标电流值与由第一坐标变换单元求出的二轴的检测电流值，来求出二轴的目标电压；以及三相变换单元(第二坐标变换单元)，该三相变换单元将由目标电压运算单元求出的二轴的目标电压转换为三相的电压指令值，在电流检测可能性判定单元判断为在三个相中都能检测出流过各相的电枢绕组的电流时，利用第一坐标变换单元将U、V、W相的检测电流变换为二轴的电流，在电流检测可能性判定单元判断为无法检测出一个相中的电流时，利用其他两个能检测出电流的相的电流来求出无法检测出电流的相中的电流，利用第一坐标变换单元来将U、V、W相的检测电流转换为二轴的电流，在电流检测可能性判定单元判断为无法检测出两个相以上的相中的电流时，将上一次由第一坐标变换单元求出的d轴及q轴电流用于电压指令值的运算，因此，即使在仅能检测出一个相中的电流而无法推测出各相电流的情况下，也能计算各相电流的检测值，来转换为二轴的电流，因此，能最大限度地利用占空比，而无需将各相的占空比限制在能检测出电流的范围内。

另外，由于能兼带进行坐标变换地进行运算，因此，能减轻运算处理单元的处理负荷。

然而，施加到电枢绕组的电压换言之占空比的振幅增大时，并非同样无法检测出电流，其原因在于，电压会根据各相的电枢绕组的不同而产生作用，因而，因电动机角度而无法检测出电流的区域不同。如图11所示，在区域A中，在占空比的振幅较小时，能检测出所有相的各相中的电流。

若占空比的振幅增大，则在从区域B到D所示的区域内成为无法检测出一个相中的电流的情况。此时，各区域B、C、D表现出不能检测出电流的相各不相同的情况。

而且，随着占空比的振幅增大，区域E表现出无法检测出两个相中的电流的情况。

因而，通过确认图11所示的不能检测出电流的状态与此时的电动机角度之间的关系，从而能检测出电动机驱动装置的异常。

在PWM驱动单元4中，处理上述内容，并在图12中以流程图示出了该处理。

在图12中，在步骤S150中，将各相的指示电压转换为占空比。

在步骤S151中，对根据图10中的处理而得的无法检测电流状态存在标记Flg进行检验，若Flg为0，则前进至步骤S152，若为1，则前进至步骤S153，若为2，则前进至步骤S154，若为3，则前进至步骤S155，若为4，则前进至步骤S156。

在步骤S152中，基于电动机角度来判断是否位于区域A内。若位于区域A内，则前进至步骤S158，若不位于区域A内，则前进至步骤S157。

在步骤S153中，基于电动机角度来判断是否位于区域B内。若位于区域B内，则前进至步骤S158，若不位于区域B内，则前进至步骤S157。

在步骤S154中，基于电动机角度来判断是否位于区域C内。若位于区域C内，则前进至步骤S158，若不位于区域C内，则前进至步骤S157。

在步骤S155中，基于电动机角度来判断是否位于区域D内。若位于区域D内，则前进至步骤S158，若不位于区域D内，则前进至步骤S157。

在步骤S156中，基于电动机角度来判断是否位于区域E内。若位于区域E内，则前进至步骤S158，若不位于区域E内，则前进至步骤S157。

在步骤S157中，限制在步骤S150中求出的占空比，将其设为t2/T以上。在为该占空比时，能强制切换到能检测出电流的区域。即，通过改变PWM驱动信号来延迟上述实施方式1中示出的下级侧FET的导通时间，从而能检测出电流。

因而，能检测出电流，能通过检测电流来判断异常。另外，如实施方式1所示的方法那样，无需停止驱动电动机，尽管会降低施加到电枢绕组的电压，但是能继续驱动电动机。另外，在限制占空比的情况下，能仅在各相中进行实施，也能通过对所有相同时限制占空比，来检测出所有相中的电流。

在步骤S158中，将占空比作为PWM驱动信号来输出到FET驱动电路，以对FET驱动电路进行导通/断开驱动。

如实施方式1所述，在无法检测出电流时，电动机仍在旋转。

因此，电动机角度会发生变化，图11所示的区域始终发生变化。即，无法检测出电流的状态不会长时间持续，根据电动机转速而在能检测出电流的状态和不能检测出电流的状态之间移动改变。

因而，即使不根据电动机角度进行判定，也能对无法检测出电流的状态的持续时间进行测量，设定例如对应于电动机转速的时间作为规定值，能在无法检测出电流的状态持续该时间以上时，判断为异常。

在图12所示的流程图中，将判定异常的步骤S152~S156置换为判断各状态的持续时间是否持续了规定时间的步骤，从而获得图13所示的流程图。如图13所示，即使置换为判断异常的步骤S161~S164的步骤，也能获得同样的作用效果。

如上所述，根据本发明的实施方式2，在电流检测可能性判定单元中，在无法检测出电流的状态持续规定时间时，PWM驱动单元输出延长无法检测出电流的相的第二开关元件的导通期间的驱动信号，以使得能检测出该相中的电流，因此，在利用上一次的检测电流来继续驱动电动机的状态下，能防止出现无法检测出电动机驱动装置异常的状态。

另外，在电流检测可能性判定单元中，在无法检测出电流的状态持续第二规定时间时，PWM驱动单元输出延长所有相的第二开关元件的导通期间的驱动信号，因此，能防止出现即使电动机驱动装置发生故障、也无法检测出故障的状态，并能降低所有的输出来平滑地驱动电动机。

另外，包括检测无刷电动机的磁极位置的角度的单元，在因电动机角度为规定的角度而由电流检测可能性判定单元判定为无法检测出相电流时，与图13的步骤S161~S164所示的判定相同，利用步骤S157来限定占空比，输出延长第二开关元件的导通期间的驱动信号，从而也能获得相同的效果。

而且，包括根据角度检测来计算电动机转速的单元，在为规定的电动机转速以下、而由电流检测可能性判定单元判定为无法检测出相电流时，PWM驱动单元输出延长所有的第二开关元件的导通期间的驱动信号，同样也能防止出现无法检测出电动机驱动装置的异常的状态，并能降低所有的输出来平滑地驱动电动机。

而且，在处于预定的电动机特性的范围内、而由电流检测可能性判定单元判定为无法检测出相电流时，PWM驱动单元输出延长所有的第二开关元件的导通期间的驱动信号，也能获得相同的效果。

工业中的应用

本发明是适用于安装于车辆的例如电动动力转向装置的无刷电动机的驱动装置。

标号说明

1  目标电流指令运算单元

2  目标电压运算单元(PI控制运算单元)

3  三相变换运算单元

4  PWM驱动单元

5H(5uH、5vH、5wH)第一开关元件(FET)

5L(5uL、5vL、5wL)第二开关元件(FET)

6(6u、6v、6w)电流检测单元

9   无刷电动机的电枢绕组

10  位置传感器

100 坐标变换单元

Claims (14)

1.一种无刷电动机的驱动装置，包括：无刷电动机的驱动电路，该无刷电动机的驱动电路中并联连接有多个臂部，所述多个臂部包括由配置在电源侧的第一开关元件即上侧的开关元件和配置在接地侧的第二开关元件即下侧的开关元件构成的相互串联连接的开关元件对；电流检测单元，该电流检测单元在所述驱动电路的开关元件导通的期间内，对流过无刷电动机的电枢绕组的电流进行检测；运算处理单元，该运算处理单元比较用于驱动所述无刷电动机的目标电流值与由所述电流检测单元所检测出的检测电流值，基于其偏差来计算用于施加到所述无刷电动机的电枢绕组的电压指令值；以及PWM驱动单元，该PWM驱动单元基于来自该运算处理单元的电压指令值来产生驱动信号，对所述驱动电路的开关元件的导通、断开进行控制，其特征在于，

所述运算处理单元还包括电流检测可能性判定单元，该电流检测可能性判定单元根据所述驱动电路的各相中的所述开关元件的动作状态，来判定能否检测出流过无刷电动机的各相的电枢绕组的电流，在所述电流检测可能性判定单元判定为处于不能检测出电流的状态时，所述运算处理单元使用上一次能检测出电流时的检测电流值，并将其与所述目标电流值进行比较，从而求出所述电压指令值，以继续进行电动机驱动。

2.如权利要求1所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

所述无刷电动机包括由n相构成的电枢绕组，在所述电流检测可能性判定单元判断为能检测出电流的相为(n－2)以下的状态时，所述运算处理单元使用能检测出所有的相电流时的相电流检测值，并将该相电流检测值与所述目标电流值进行比较，从而求出所述电压指令值，以继续进行电动机驱动。

3.如权利要求1所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

所述无刷电动机包括由U、V、W这三个相构成的电枢绕组，所述运算处理单元包括：第一坐标变换单元，该第一坐标变换单元将由所述电流检测单元所检测出的检测电流变换为由表示磁通方向的电流的d轴电流和表示转矩方向的电流的q轴电流构成的二轴的电流；目标电压运算单元，该目标电压运算单元根据二轴的目标电流值与由所述第一坐标变换单元求出的二轴的检测电流值，来求出二轴的目标电压；以及三相变换单元即第二坐标变换单元，该三相变换单元将由所述目标电压运算单元求出的所述二轴的目标电压转换为三相的电压指令值，在所述电流检测可能性判定单元判断为在三个相中都能检测出流过各相的电枢绕组的电流时，利用所述第一坐标变换单元将U、V、W相的检测电流变换为所述二轴的电流，在所述电流检测可能性判定单元判断为无法检测出一个相中的电流时，利用其他两个能检测出电流的相的电流来求出无法检测出电流的相中的电流，利用所述第一坐标变换单元来将U、V、W相的检测电流转换为所述二轴的电流，在所述电流检测可能性判定单元判断为无法检测出两个相以上的相中的电流时，将上一次由第一坐标变换单元求出的d轴及q轴电流用于所述电压指令值的运算。

4.如权利要求1所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

在所述电流检测可能性判定单元判断为在三个相中都能检测出流过各相的电枢绕组的电流时，所述运算处理单元利用所述第一坐标变换单元来将U、V、W相的检测电流转换为所述二轴的电流，

在利用所述电流检测可能性判定单元判定为无法检测出U相时，将V、W相的检测电流转换为所述二轴的电流，

在利用所述电流检测可能性判定单元判定为无法检测出V相时，将U、W相的检测电流转换为所述二轴的电流，

在利用所述电流检测可能性判定单元判定为无法检测出W相时，将U、V相的检测电流转换为所述二轴的电流，

在利用所述电流检测可能性判定单元判定为无法检测出两个相以上的相中的电流时，使用由上一次的坐标变换所求出的d轴及q轴电流。

5.如权利要求1至4的任一项所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

在所述电流检测可能性判定单元中，在无法检测出电流的状态持续规定时间时，所述PWM驱动单元输出延长无法检测出电流的相的所述第二开关元件导通的期间的驱动信号，以使得能够检测出该相中的电流。

6.如权利要求1至4的任一项所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

在所述电流检测可能性判定单元中，在无法检测出电流的状态持续第二规定时间时，所述PWM驱动单元输出延长所有相的所述第二开关元件导通的期间的驱动信号。

7.如权利要求1至4的任一项所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

所述无刷电动机的驱动装置包括检测无刷电动机的磁极位置的角度的单元，在电动机角度为规定的角度时，在由所述电流检测可能性判定单元判定为无法检测出相电流时，所述PWM驱动单元输出延长无法检测出电流的相的所述第二开关元件的导通期间的驱动信号，以使得能检测出该相的相电流。

8.如权利要求1至4的任一项所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

所述无刷电动机的驱动装置包括检测无刷电动机的磁极位置的角度的单元，在电动机角度为规定的角度时，在由所述电流检测可能性判定单元判定为无法检测出相电流时，所述PWM驱动单元输出延长所有所述第二开关元件的导通期间的驱动信号。

9.如权利要求1至4的任一项所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

所述无刷电动机的驱动装置包括利用角度检测来运算电动机转速的单元，在为规定的电动机转速以下、由所述电流检测可能性判定单元判定为无法检测出相电流时，所述PWM驱动单元输出延长所有所述第二开关元件的导通期间的驱动信号。

10.如权利要求1至4的任一项所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

在处于预定的电动机特性的范围内、由所述电流检测可能性判定单元判定为无法检测出相电流时，所述PWM驱动单元输出延长所有所述第二开关元件的导通期间的驱动信号。

11.如权利要求1至4的任一项所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

在所述电流检测可能性判定单元中，在无法检测出电流的状态持续第二规定时间时，所述PWM驱动单元使所有的所述开关元件断开，来停止电动机驱动。

12.如权利要求1至4的任一项所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

所述无刷电动机的驱动装置包括检测无刷电动机的磁极位置的角度的单元，在电动机角度为规定的角度时，在由所述电流检测可能性判定单元判定为无法检测出相电流时，所述PWM驱动单元断开所有所述开关元件，来停止电动机驱动。

13.如权利要求1至4的任一项所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

所述无刷电动机的驱动装置包括利用角度检测来运算电动机转速的单元，在为规定的电动机转速以下、由所述电流检测可能性判定单元判定为无法检测出相电流时，所述PWM驱动单元断开所有的所述开关元件，来停止电动机驱动。

14.如权利要求1至4的任一项所述的无刷电动机的驱动装置，其特征在于，

在处于预定的电动机特性的范围内、由所述电流检测可能性判定单元判定为无法检测出相电流时，所述PWM驱动单元断开所有的所述开关元件，来停止电动机驱动。

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