CN1767361A - 电动机驱动设备和电动机驱动方法 - Google Patents
电动机驱动设备和电动机驱动方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1767361A CN1767361A CNA200510108803XA CN200510108803A CN1767361A CN 1767361 A CN1767361 A CN 1767361A CN A200510108803X A CNA200510108803X A CN A200510108803XA CN 200510108803 A CN200510108803 A CN 200510108803A CN 1767361 A CN1767361 A CN 1767361A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor
- signal
- phase
- conducting
- initial position
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 48
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 143
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 26
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 2
- 101150078570 WIN1 gene Proteins 0.000 description 32
- 101100154785 Mus musculus Tulp2 gene Proteins 0.000 description 29
- BATBOVZTQBLKIL-UHFFFAOYSA-N [1-(5,8-dihydroxy-1,4-dioxonaphthalen-2-yl)-4-methylpent-3-enyl] 3-methylbut-2-enoate Chemical compound C1=CC(O)=C2C(=O)C(C(OC(=O)C=C(C)C)CC=C(C)C)=CC(=O)C2=C1O BATBOVZTQBLKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 17
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 16
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 13
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- 101100448366 Arabidopsis thaliana GH3.12 gene Proteins 0.000 description 6
- 101150017489 WIN2 gene Proteins 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- 101100191136 Arabidopsis thaliana PCMP-A2 gene Proteins 0.000 description 4
- 101100048260 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) UBX2 gene Proteins 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 101100113373 Populus trichocarpa WIN6 gene Proteins 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
- H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/20—Arrangements for starting
- H02P6/21—Open loop start
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
一种电动机驱动设备和电动机驱动方法,所述设备包括比较器,对在非导通相的电动机绕组中产生的感应电压与预定阀值进行比较;阀值控制器,控制阀值;位置确定单元,基于来自比较器的输出可操作用于确定转子位置;相切换控制器,响应转子位置而切换导通相;以及电流输出单元,产生用于驱动电动机的电流并把该电流供给至导通相。当转子停止时,相切换控制器向绕组的预定相供给具有预定脉冲宽度的电流脉冲,从而不引起转子作出反应和工作,以确定转子的初始位置。位置确定单元基于电流脉冲在非导通相中产生的感应电压与阈值之间的比较结果确定转子的初始位置。相切换控制器依据确定的转子的初始位置执行激励,从而起动电动机。
Description
技术领域
本发明涉及电动机驱动技术,并更具体地涉及在无位置传感器(position sensor-less)***中驱动电动机,以基于在绕组的非导通相中产生的反电动势的零交叉点检测转子位置的驱动设备和方法。
背景技术
近年来,无刷电动机通常已被用作硬盘、光盘等的主轴电动机,或用作空调器的风扇电动机和压缩机驱动电动机。一般地,通过逆变器以PWM控制的方式驱动无刷电动机,从而提供宽范围中的可变速度控制操作,并也实现低功耗。
在具有三相绕组的无刷电动机内部,一般地,在每120度的电气角处设置比如霍尔元件之类的位置传感器,从而检测转子的磁极的位置。在这里,为了减小成本和实现小尺寸的装置,已经开发了各种无传感器技术。关于用于实现无传感器驱动操作的手段,有一种包括如下步骤的方法:实施120度导通(conduction),并通过检测在非导通期间产生的反电动势的零交叉点来检测转子位置。然而,在该方法中,由于电动机不旋转就不产生反电动势,所以在起动电动机时检测不到反电动势,结果,取决于转子的初始位置,易于出现诸如振荡、失步和反转之类的起动失败。
为此,已经提出了一种用于在电动机停止状态下确定转子对定子的相对位置的手段。
例如,日本专利No.2547778已经提出了一种控制***,其中在短的时间期间在跨过定子绕组的每一端施加电压,以不允许转子作出反应而移动,从而将产生了具有最高幅值的电流的绕组确定为要用于起动电流供给的绕组。
此外,例如JP2001-275387A已经提出了一种控制***,其中允许作为不允许转子作出反应而移动的短脉冲的电流脉冲随着它的极性的改变而连续地流至每一端,以检测和增加此时在非导通相中产生的感应电压,从而确定转子的初始位置。图19是示出了用于实现由JP2001-275387A示出的控制***的结构的图。图20A是示出了通过在非导通相中产生的电流脉冲所产生的感应电压的测量结果的图。
在图19中,电动机10包括具有通过永磁体给出的磁场部分的转子(未示出)和其中U相绕组11、V相绕组12和W相绕组13以‘Y’形连接的定子。电流输出单元20由例如3相桥电路构成,并设置于电源和GND之间,以为了电流流动而将电压施加至每一绕组的端子。相切换控制器50确定电流脉冲流过的绕组,并分别输出用于提供流向电流输出单元20的电流脉冲的信号和用于将选择的绕组指示给感应电压检测单元110的信号。
响应相切换控制器50的信号,感应电压检测单元110检测来自三相端电压Vu、Vv和Vw的相应相的感应电压以及电动机10的中性点电压Vc,并输出感应电压的值至加法器120。加法器120把在电流脉冲正向流过该相绕组时获得的非导通相的感应电压加到在电流脉冲反向流过该相绕组时获得的感应电压上。
例如,在图20A中,实线111表示在将电流脉冲从U相绕组供给到V相绕组12时,在W相绕组13中产生的感应电压,而虚线112表示在以相反的方式将电流脉冲从V相绕组12供给到U相绕组11时,在W相绕组中产生的感应电压。纵坐标轴表示检测电压(mV),而横坐标轴表示利用电气度(度)表示的转子对定子的相对位置。加法器120把通过感应电压检测单元110检测并如图20A所示的感应电压111和感应电压112相加,以获得在图20B所示的感应电压和113。
极性确定单元130确定在加法器120中获得的感应电压和113的极性。当确定它是U相的感应电压和时,单元130输出得到的信号至UDATA存储装置141。当确定它是V相的感应电压和时,单元130输出得到的信号至VDATA存储装置142。当确定它是W相的感应电压和时,单元130输出得到的信号至WDATA存储装置143。在图20B中,由于示出了W相的感应电压和,将确定的极性输出至WDATA存储装置143。此外,关于U相和V相,以相同的方式获得感应电压和,并分别把确定的极性输出至UDATA存储装置141和VDATA存储装置142。UDATA存储装置141、VDATA存储装置142和WDATA存储装置143的每一个存储从极性确定单元130输出的感应电压和的极性。
判断单元150基于分别存储于UDATA存储装置141、VDATA存储装置142和WDATA存储装置143中的极性的组合判断转子的初始位置。
定时发生器160输出定时信号至相切换控制器50、感应电压检测单元110、加法器120、UDATA存储装置141、VDATA存储装置142和WDATA存储装置143和判断单元150。从而控制相应处理步骤的定时。
在日本专利No.2547778中提出的控制***中,因为最高幅值基于定子的绕组中的制造偏差变化,则由于绕组中的轻微偏差,易于出现检测误差。因此,易于出现比如振荡、失步和反转之类的起动故障。
此外,在JP2001-275387A中提出的控制***中,安装了保持感应电压并相加这些感应电压的加法器120,并且需要外部增加的电容和用于充电和放电电容器的电路作为组成部分。此外,基于相应相绕组的感应电压和的极性的组合来判断转子的初始位置。必须参考涉及组合的表格等,这使得装置的结构更复杂。此外,由于通过利用在正向方向和反向方向上的一对电流脉冲检测感应电压,并由于针对相绕组的每一个来检测感应电压,常常需要供给总共六个模式的电流脉冲。为此,一旦判断出转子的初始位置,就不可避免地需要供给六个模式的电流脉冲所需的时间周期(一个循环)。
发明内容
本发明已经致力于解决上面提到的问题,目的是为了提供能够没有起动故障地实现稳定的无传感器起动的驱动设备和方法,也就是其能够缩短判断转子对定子的相对位置所需的时间周期,并实现设备的简单结构。
依据本发明的电动机驱动设备是一种在无传感器控制下驱动具有多个相的绕组和的转子的电动机的设备,所述电动机驱动设备包括比较器,其可操作用于对在非导通相的电动机绕组中产生的感应电压与预定阀值进行比较;阀值控制器,其可操作用于控制阀值;位置确定单元,其基于来自比较器的输出可操作用于确定转子位置;相切换控制器,响应转子位置,其可操作用于切换导通相;以及电流输出单元,其可操作用于产生驱动电动机的电流并将该电流供给至导通相。当转子停止时,相切换控制器向绕组的预定相供给具有预定脉冲宽度的电流脉冲,以不引起转子反应和工作,从而确定转子的初始位置。位置确定单元根据由电流脉冲在非导通相中产生的感应电压与阈值之间的比较结果,确定转子的初始位置。相切换控制器依据确定的转子的初始位置执行激励(或换向),从而起动电动机。
该设置允许快速地确定转子的初始位置,因此提供稳定的起动操作。其也可以在起动处的较早定时处开始供给电流至合适的相,因此减小了需要实现想要的转速所需的周期。
依据本发明,在短时间中可以检测转子初始位置,并且没有起动故障地实施稳定的无传感器起动操作;因此,通过利用简单的结构,它可以缩短起动所需的时间周期。
附图说明
图1示出了依据本发明的实施例1的无传感器电动机驱动设备的结构;
图2是示出了相切换控制器的具体结构的图;
图3是说明相切换控制器的操作的信号波形图;
图4A是示出了阀值控制器的具体结构的图;
图4B是说明阀值控制器的操作的信号波形图;
图5是示出了位置确定单元的具体结构的图;
图6是说明位置确定单元的操作的信号波形图;
图7是示出了在确定初始位置和确定电平时使用的信号的附图,它们是通过极性确定电路来指定的;
图8A和8B是示出了通过本发明的发明人实施的感应电压的测量结果的图;
图9是示出了指示感应电压和图8中示出的阀值(Vth+、Vth-)的比较结果的输出与扭矩常数之间的关系的图;
图10示出了在图9中获得的电流脉冲的导通方向和起动时的导通方向(conducation direction)之间的关系的图;
图11是示出了在确定初始位置时的电流脉冲(导通相和导通方向的组合)的方向、从其检测感应电压的绕组的相、用于该位置的多个阈值和在初始位置的确定完成之后在起动时的导通相之间的关系的图;
图12是示出了转子对定子的相对初始位置的确定操作的流程图;
图13是说明了图1的无传感器电动机驱动设备的操作的信号波形图;
图14是以放大的方式示出了在图13中示出的信号波形的一部分的图;
图15是示出了依据本发明的实施例2的无传感器电动机驱动设备的结构的图;
图16是示出了依据本发明的实施例2的位置确定单元的具体结构的图;
图17是说明了依据实施例2的位置确定单元的操作的信号波形图;
图18A是说明了实施例1的无传感器电动机驱动设备的导通周期和所有相高阻抗周期之间的关系的图;
图18B是说明了实施例2的无传感器电动机驱动设备的导通周期和所有相高阻抗周期之间的关系的图;
图19是示出了传统的电动机驱动设备的结构的图;
图20A是示出了感应电压的波形的图;
图20B示出了从传统的电动机驱动设备中的绕组获得的感应电压的和。
具体实施方式
参照附图,下面说明本发明的电动机驱动设备和方法的优选实施例。
依据下面说明的电动机驱动设备,检测电动机的绕组的一相的感应电压,并将它的幅值(绝对值)与阀值进行比较,从而确定转子的初始位置。因此,从对应于初始位置的相开始激励,以便起动电动机。
下面将对其进行详细说明。
实施例1
图1示出了依据本发明的实施例1的无传感器电动机驱动设备的结构。由本实施例的电动机驱动设备控制的电动机10包括具有由永磁体形成的磁场部分的转子和具有Y形连接的U相绕组11、V相绕组12和W相绕组13的定子。
无传感器电动机驱动设备具有电流输出单元20、电流检测单元30、开关控制器40、相切换控制器50、导通控制合成单元60、比较器71、71和73、位置确定单元80、确定/起动切换单元90和阀值控制器100。
下面说明在本实施例的电动机驱动设备中发送和接收的信号。
CLOCK:时钟信号(在本实施例中占空比=50%)
DMASK:用于屏蔽由于导通相(被激励的相)中电压变化引起的非导通相(未被激励的相)的振铃周期和三相全部维持在高阻抗处的周期的屏蔽信号。
INDET:初始位置确定信号。当已经正确确定转子位置时输出脉冲。
INIST:状态切换信号。用于切换工作状态至初始位置确定操作和加速操作(电动机驱动操作)的任何一个的信号。
PDET:相切换信号。该信号提供导通相的切换定时。
PWM:用于提供PWM驱动操作中的占空比的信号。
PWMMASK:用于屏蔽由PWM驱动操作引起的高频开关噪声的影响的屏蔽信号。
RGO:用于指示起动/停止操作的外部指令。
UN、VN、WN:比较输出信号。每一信号利用阀值指示电动机的每一相的端电压和其中性点电压比较结果。
UU、UL、VU、VL、WU、WL:分别用于驱动电流输出单元的开关元件的信号。
WIN1至6:用于确定在初始位置确定操作或加速操作中的六个导通模式之外适用的模式的信号。在这种情况中,电动机驱动设备具有对应于如图11中所示的导通相的组合的六个导通模式。利用这六个导通模式进行激励,同时以预定次序切换这些模式引起被驱动的电动机正向旋转(加速)。此外,在初始位置确定操作中,电动机驱动设备以六种导通模式执行激励(或换向),同时以如加速操作的相同次序切换模式,从而确定初始位置。
回到图1,电流输出单元20包括三个相桥电路,所述三相的每一相具有串联连接的两个开关元件。在电源1(Vm)和GND之间设置电流输出单元20,并施加跨越绕组的每一端的电压,以流动激励电流。通过来自导通控制合成单元60的输出信号UU、UL、VU、VL、WU、WL控制这些激励电流。
将在电流输出单元20和GND之间设置的电流检测单元30设计成检测来自电源1至GND流动的电流,并将这样被检测的电流检测信号CS输出至开关控制器40。
确定/起动切换单元90接收外部起动/停止指示信号RGO,并产生和输出用于切换加速操作和初始位置检测操作之间的操作的信号(INIST)。在初始位置检测操作过程中将INIST信号设置为“L(低)”电平,并在加速操作过程中设置为“H(高)”电平。
开关控制器40把用于实现响应来自电流检测单元30和外部指示信号EC的电流检测信号CS的电流的峰值控制操作的PWM信号输出至导通控制合成单元60。此外,开关控制器40把用于屏蔽由PWM驱动操作产生的高频开关噪声的影响的PWMMASK信号输出至位置确定单元80。在此,当来自确定/起动切换单元90的状态切换信号(INIST信号)在“L”电平处时,开关控制器40不工作,并且PWM信号和PWMMASK信号被设置为“H”电平,因此不进行PWM驱动操作。
相切换控制器50控制绕组的导通相。相切换控制器50响应来自位置确定单元80的PDET信号切换导通相,以把信号WIN1、WIN2、WIN3、WIN4、WIN5和WIN6输出至导通控制合成单元60和位置确定单元80,上述信号的每一个具有导通相的信息。信号WIN1至6分别对应于作为包括在电流输出单元20的开关元件的驱动模式的六个模式。响应来自确定/起动切换单元90的INIST信号来切换信号WIN1至6的输出。此外,将屏蔽信号DMASK输出至位置确定单元80,以屏蔽由于导通相中电压变化造成的非导通相的振铃周期和三相全部维持在高阻抗处的周期的屏蔽信号。
图2是说明相切换控制器50的具体结构的图,并且图3是说明相切换控制器50的操作的图。
如图2所示,相切换控制器50包括相切换电路51、状态选择电路52和屏蔽产生电路53。相切换电路51在与来自位置确定单元80的外部输入的恒定循环信号(时钟)同步的相切换信号(PDET)的上升定时处顺序地设置信号SEL1至6至“H”电平。响应来自确定/起动切换单元90的INIST信号,状态选择电路52在输出输入信号SEL1至6作为信号WIN1至6的操作和仅输出信号SEL1至6的“H”电平部分的后部分作为在时钟信号的上升定时处的信号WIN1至6的操作之间切换。如图3所示,以这种方式,仅从信号SEL1至6的“H”电平部分的后部分的产生信号WIN1至6能够提供导通周期(P1)和当确定初始位置时所有相保持在高阻抗处的周期(P2)的交替显现。进行这种设置,以避免在先前的导通相(电流供给模式)中产生的电动机电流提供对下一个导通相中位置确定操作的不利效应。
屏蔽产生电路53响应时钟信号、PDET信号和INIST信号输出屏蔽信号DMASK。在DMASK信号的“L”电平的周期过程中,在位置确定单元80中屏蔽来自比较器71、72和73的输出信号UN、VN和WN。当INIST信号在“L”电平处(也就是在确定初始位置的操作中)时,屏蔽信号DMASK以从时钟信号的上升定时的预定时间Tx的延迟,从“L”电平上升至“H”电平,同时在PDET信号的上升定时处,它从“H”电平下降至“L”电平。相反,当INIST信号在“H”电平时(也就是在加速操作中),DMASK信号在PDET信号的上升定时处下降,同时它以从PDET信号的上升定时的预定时间Tx的延迟而上升。
导通控制合成单元60接收来自开关控制器40的PWM信号,并输出来自相切换控制器50的信号WIN1至6,以及合成这些信号以输出信号UU、UL、VU、VL、WU、WL至电流输出单元20,从而确定包括PWM驱动操作的相应相绕组的激励状态。
比较器71、72和73比较相应相的端电压Vu、Vv和Vw与电动机10的中性点电压Vc,并输出比较输出信号UN、VN和WN至位置确定单元80。比较器71、72和73的每一个具有充当偏移电压的阀值。在收到来自阀值控制器100的NOFF信号时,每一比较器71、72或73设置阀值为零或预定有限值。当阀值是有限值时,比较器71、72或73依据来自阀值控制器100的OFFSET信号切换阀值的极性,并依据来自阀值控制器100的DECOFF信号改变阀值的绝对值。
阀值控制器100接收来自相切换控制器50的信号WIN1至6,以输出OFFSET信号和DECOFF信号至比较器71、72和73。此外,阀值控制器100接收来自确定/起动切换单元90的INIST信号和来自位置确定单元80的PDET信号,以输出NOFF信号至比较器71、72和73。
图4A示出了阀值控制器100的具体结构,并且图4B说明了阀值控制器100的操作。
如图4A所示,阀值控制器100包括转速检测单元101和阀值切换电路102。
当INIST信号在“L”电平时(也就是在初始位置检测操作中),转速检测单元101设置NOFF信号为PDET信号的上升周期的“L”电平阻抗。此外,基于信号WIN1至6中的“H”电平处的信号,阀值切换电路102切换OFFSET信号。在此,当信号WIN1、WIN3和WIN5输出“H”电平时,OFFSET信号输出“L”电平,以使每一比较器71、72或73的阀值具有负极性。当信号WIN2、WIN4和WIN6输出“H”电平时,OFFSET信号输出“H”电平,以使每一比较器71、72或73的阀值具有正极性。当全部信号WIN1至6在“L”电平处,维持先前状态。
当INIST信号在“H”电平时(也就是在加速操作中),转速检测单元101检测PDET信号的上升周期的转子转速。当转速超过设置值,转速检测单元101输出“H”电平处的NOFF信号。在此,转速的设置值可以是预定值或零。在这种情况中,独立于OFFSET信号的输出,将每一比较器71、72或73的阀值设置为零。图4B表示当转速的设置值是零时的操作。尽管未在附图中示出,DECOFF信号输出用于基于信号WIN1至6达到“H”电平的次数等减小每一比较器71、72或73的阀值的绝对值的指令。在此,加速操作过程中阀值的绝对值不必等于初始位置检测操作过程中的绝对值,并且可以改变该绝对值。基于比较器71、72和73的相应输出信号UN、VN和WN和来自相切换控制器50的信号WIN1至6,来确定转子对定子的相对位置。
下面的说明将讨论位置确定单元80。图5是示出了确定单元80的具体结构的图。图6是说明了其操作的图。如图5所示,位置确定单元80包括屏蔽处理电路81和极性确定电路82。
来自比较器71、72和73的输出信号UN、VN和WN包括了由于PWM驱动操作造成的高频开关噪声和由于导通相中电压变化而在非导通相引起的振铃的影响(在图6中省略噪声和振铃的影响)。屏蔽处理电路81接收来自开关控制器40的PWMMASK信号和来自相切换控制器50的DMASK信号,基于这些信号,屏蔽来自比较器71、72和73的输出信号UN、VN和WN,并输出通过屏蔽操作获得的信号UM、VM和WM至极性确定电路82。以这种方式,通过利用PWMMASK信号,屏蔽处理电路81通过利用DMASK信号屏蔽了由于PWM驱动操作引起的高频开关噪声的影响,也利用DMASK信号屏蔽了非导通相的振铃周期。
极性确定电路82基于比较器71至73的输出UN、VN和WN确定转子的初始位置。更具体地,极性确定电路82接收来自相切换控制器50的信号WIN1至6、来自屏蔽处理电路81的信号UM、VM和WM、来自确定/起动切换单元90的INIST信号以及外部时钟信号CLOCK,并产生PDET信号,以输出该信号至相切换控制器50,并也产生初始位置确定信号INDET,以输出该信号至确定/起动切换单元90。基于独立于INIST信号的“H”电平或“L”电平的信号WIN1至6,极性确定电路82选择信号UM、VM和WM。为选择的信号设置确定电平。图7示出了该设置的例子。
在图7中示出的例子中,当信号WIN1在“H”电平处,选择WM信号,并且把“L”电平指定为它的确定电平。当信号WIN2在“H”电平处,选择VM信号,并且把“H”电平指定为它的确定电平。当信号WIN3在“H”电平处,选择UM信号,并且把“L”电平指定为它的确定电平。当信号WIN4在“H”电平处,选择WM信号,并且把“H”电平指定为它的确定电平。当信号WIN5在“H”电平处,选择VM信号,并且把“L”电平指定为它的确定电平。当信号WIN6在“H”电平处,选择UM信号,并且把“H”电平指定为它的确定电平。
在加速操作过程中(当INIST信号在“H”电平处),当信号UM、VM和WM的电平被设置为通过信号WIN1至6所指定的电平,PDET信号输出“H”脉冲信号。在图6中,这对应于周期(iv)、(v)和(vi)。例如,在周期(v)过程中,信号WIN5在“H”电平处,并且然后图7示出选择的信号是“VM”,并且其确定电平是“L”。因此,响应VM信号到“L”电平的变化,PDET信号输出“H”电平。
相反,在初始位置确定操作过程中(当INIST信号在“L”电平处),即使当信号UM、VM和WM的电平不被设置为通过信号WIN1至6所指定的电平时,PDET信号在时钟信号CLOCK的下降定时处输出“H”脉冲信号。在图6中,这对应于周期(I)、(ii)和(iii)。
此外,在初始位置确定操作中,仅当信号UM、VM和WM的电平被设置为通过信号WIN1至6所指定的那些电平时,初始位置确定信号INDET彩被设置为与时钟信号CLOCK的下降定时同步的“H”电平。同时,检测转子的初始位置。这对应于图6中的周期(iv)(在该周期中,由于信号WIN4在“H”电平处,并且信号WM在“H”电平处,满足如图7所示的条件)。
在接收到用于指示驱动停止/驱动开始的指令信号RG0和来自位置确定单元80的初始位置确定信号INDET时,确定/起动切换单元90产生INIST信号,并输出该信号至切换控制器40、相切换控制器50、位置确定单元80和阀值控制器100。确定/起动切换单元90在用于确定转子对定子的相对初始位置的初始位置确定操作和开始于PWM驱动操作的加速之间切换。一旦检测到位置确定单元80的初始位置确定信号INDET的“H”电平,INIST信号从“L”电平改变至“H”电平。随后将详细说明这些信号的流动。
下面的说明将详细讨论通过电动机驱动设备电动机的起动方法。在当实施两相导通时的情况中,在非导通相中产生的电压(绕组的端子和中性点之间的电势差)包括当转子的旋转引起转子的磁通穿过定子的绕组时产生的电压,以及由于导通相期间电流的暂时变化产生的电压。在下面的说明中,将通过旋转产生的在前电压称作“反电动势”,并将通过电流中的变化产生的在后电压称作“感应电压”。
图8示出了通过本申请的发明人实施的感应电压的测量结果。当在极短的时间周期内施加高于V相绕组12对U相绕组11的端子的电压,以不允许转子作出反应和移动时(下文中将这表达为“从U相绕组11至V相绕组12供给电流脉冲),通过利用转子对定子的相对位置测绘在W相绕组13中产生的感应电压形成了图8A中的实线“A”。
此外,当在极短的时间周期内施加高于U相绕组11对V相绕组12的端子的电压,以不允许转子作出反应和移动时(下文中将这表达为“从V相绕组12至U相绕组11供给电流脉冲),通过利用转子对定子的相对位置测绘在W相绕组13中产生的感应电压形成了图8B中的实线“B”。
在图8中,Vth+和Vth-是分别具有正和负极性的预定电压。纵坐标轴表示检测的电压(mV),并且横坐标轴表示通过用电气角(度)表示的转子对定子的相对位置。在此,关于角度的基准,在转子旋转时在U相绕组11中产生的反电动势的上升的零交叉点被设置为0度。在此,在图8中,将从U相绕组11至V相绕组12电流脉冲的流动表达为“U→V”,并将从V相绕组12至U相绕组11电流脉冲的流动表达为“V→U”。下文中,在附图中,将从一相绕组至另一相绕组电流脉冲的流动表达为包括电流流动的方向的“→”。
关于图8A的实线“A”,在120度附近以及180附近出现大的峰值。此外,关于图8B的实线“B”,在300度附近以及360附近出现大的峰值。尽管没有在附图中示出,通过以±120度移位图8A的曲线获得的形状分别表示在从V相绕组12至W相绕组13供给电流脉冲时U相绕组11的感应电压和在从W相绕组13至U相绕组11供给电流脉冲时V相绕组12上的感应电压。此外,通过以±120度移位图8B的曲线获得的形状分别表示在从W相绕组13至V相绕组12供给电流脉冲时U相绕组11的感应电压和在从U相绕组11至W相绕组13供给电流脉冲时V相绕组12上的感应电压。
在图9中,(1)和(2)分别表示当通过比较器73比较由图8A的实线“A”表示的感应电压和预定值Vth+和Vth-时获得的输出。在图9中,(3)和(4)分别表示当通过比较器73比较由图8A的实线“B”表示的感应电压和预定值Vth+和Vth-时获得的输出。在这里,Vth+是正电压,并且Vth-是负电压,并且这些电压的绝对值彼此相等。将Vth+和Vth-定义为比较器73的阀值。当感应电压超过阀值时,输出“H”电平,并当感应电压低于阀值时,输出“L”电平。
此外,在图9中,Tu、Tv和Tw分别表示U相绕组11、V相绕组12和W相绕组13的扭矩常数。在这里,在扭矩常数是正值的情况下从绕组的端子供给电流至中性点时,在正向旋转方向中产生扭矩,以加速转子。在扭矩常数是负值的情况下从中性点供给电流至绕组的端子时,在正向旋转方向中产生扭矩,以加速转子。
例如,图9的(1)表示利用设置为Vth+的阀值从U相绕组11至V相绕组12供给电路脉冲时获得的比较器73的输出。它在其中输出“H”电平的范围中Tv是正的,并且Tw是负的。因此发现,通过对于转子能够作出反应的这种周期,使电流从V相绕组12至W相绕组13流动,可以在正向旋转方向中产生扭矩。以相同的方式,图9的(2)表示当将阀值设置为Vth-时获得的比较器73的输出。它示出在其中输出“L”电平的范围中Tu是正的,并且Tw是负的。因此发现,通过对于转子能够作出反应的这种周期,使电流从U相绕组11至W相绕组13流动,可以在正向旋转方向中产生扭矩。类似地,对于转子能够作出反应的这种周期,通过在其中输出“H”电平的范围中使电流从W相绕组13至图9的(3)中的U相绕组11流动,并使在其中输出“L”电平的范围中使电流从W相绕组13至图9的(4)中的V相绕组12流动,在正向旋转方向中产生扭矩。在这里,将在转子停止时用于在正向旋转方向产生扭矩的导通相称作“起动用的导通相”。
图10示出了从图9获得的电流脉冲的施加的方向、比较器73的阀值的极性和起动用的导通相之间的关系,在该图中,通过“=>”表示其中有电流流动的导通相。例如将从U相绕组至V相绕组流动的电流的导通相表达为“U=>V”。在本实施例中,以U=>V、U=>W、V=>W、V=>U、W=>U、W=>V、U=>V的次序切换导通相,从而正向旋转转子。
图10的(1)至(4)分别对应于图9的(1)至(4)。关于图10的(2)和(3),发现在检测到感应电压时施加的电流脉冲的方向和起动用的导通相之间的关系与切换用于转子的正向旋转的导通相的次序一致。
图11是示出了在确定初始位置(导通相和导通方向的组合)时施加的电流脉冲的方向、从其检测感应电压的绕组的相、用于位置确定的阀值的极性以及在初始位置确定的完成之后起动用的导通相之间的关系。如该图所示,其中电流脉冲流动的方向具有六个模式。以<1>→<2>→<3>→<4>→<5>→<6>→<1>→…的次序一个接一个地切换这六个模式。这些导通模式和切换次序与在初始位置确定之后加速电动机过程中施加的导通模式一致。换句话说,这些模式与用于转子的正向旋转的导通模式一致。因此,在初始位置确定之后起动用的导通相可以被确定为进行切换以从初始位置确定时的的导通相按照正向顺序提前一个模式的相。这允许简化装置结构。供给电流脉冲的方向对应于用于检测感应电压的绕组相和阀值的极性的组合。因此,指定供给电流脉冲的方向和阀值的极性仅引起确定了一个起动用的导通相。
图12是示出了在当供给电流的方向和起动用的导通相之间的关系满足如图11表示的关系时的情况下,电动机驱动设备的驱动方法的流程。
在接收到用于指示起动操作的指令信号RGO时,电动机驱动设备起动用于确定转子对定子的相对初始位置的操作。同时,将指示初始位置确定操作正在执行的INIST信号设置为“L”电平。
下面,将供给电流脉冲的方向设置为从U相绕组11至V相绕组12的方向(S1)。确定比较器的阀值的极性(S2)。对于转子未作出反应以移动的这种短时间,在设置的方向上施加电流脉冲(S3)。基于感应电压的检测相和通过如图11中所示的电流脉冲的方向确定的阀值的极性来检测感应电压(S4)。确定感应电压是否大于阀值(S5)。如果大于,流程进入步骤S10,同时如果小于,流程进入步骤S6。在这里,感应电压大于阀值的表示意味着阀值的极性和感应电压的极性彼此相等,并且感应的电压的绝对值大于阀值。
在步骤S6处,把电动机的三相绕组的全部端子设置为高阻抗。通过图11中示出的正向旋转中的切换次序中的一个步骤将供给电流脉冲的方向的设置切换至下一个模式(S7)。确定是否已经供给电流脉冲的六个模式。当已经供给电流脉冲的六个模式时,降低比较器的阀值的绝对值(S9)。进行该设置,以加宽其中感应电压超过阀值的角度范围,从而更容易确定转子对定子的相对初始位置。
其后,流程返回步骤S2,因此重复步骤S2至S9的操作,直至在步骤S5处已经进行YES确定。
此外,当感应电压大于步骤S5处的阀值,确定通过如图11所示的模式中的正向旋转方向上的一个步骤、通过切换至下一模式获得的导通相作为起动用的导通相(S10)。例如,当在供给电流的方向上的目前设置是从V相绕组至W相绕组时(模式<3>),将起动用的导通相设置为V=>U。在设置起动用的导通相过程中,INIST信号从“L”电平变化至“H”电平,从而完成初始位置确定操作。此外,当转速的设置值是零时,将比较器的阀值削减至零(S11),并切换控制操作至PWM驱动处理(S12)。然后以这种电平供给电流,以使转子充分地加速电动机。尽管没有在附图中示出,当转速的设置值是预定值时,切换控制操作至PWM驱动步骤(S12),并在通过以这种电平供给电流以使转子充分工作而加速电动机之后,将比较器的阀值削减至零(S11)。
在这里,在图12中,从U相绕组11至V相绕组12设置在起动处供给电路脉冲的方向(模式<1>)。然而,不局限于所述方向,通过利用另一模式也可以实现起动操作。此外,不必实施步骤12处的PWM驱动处理。并且可以实施线性驱动操作。在这里,在步骤S19处,实施用于降低每一比较器71、72或73的阀值的绝对值的操作。然而,可以激励绕组的任何一个,以移位转子对定子的相对初始位置,从而容易地检测感应电压。可替代地,可以稍微加宽电流脉冲的宽度,以可以容易地检测感应电压,或使用这些方法的组合。
参照图13和14,下面的说明将讨论在确定初始位置时进行的操作和加速用的操作。在这种情况下,将转速的设置值限定为零。在图13中,CLOCK表示外部时钟信号,并且RGO表示指令信号。Vu、Vv和Vw分别表示U相绕组11、V相绕组12和w相绕组13的端电压。Vc表示电动机10的中性点电压(图13中省略了开关噪声和振铃的影响)。此外,lu、lv和lw分别表示流过U相绕组11、V相绕组12和W相绕组13的电流,在这种情况下,从绕组的端子至中性点的方向是“正”的。INIST信号是确定/起动切换单元90的输出,PDET信号和初始位置确定信号INDET是位置确定单元80的输出。信号WIN1至6是相切换控制器50的输出。OFFSET信号和NOFF信号是阀值控制器100的输出,并且DMASK信号是相切换控制器50的输出。
图14是示出了在图13的从(I)至(VII)的周期过程中放大的信号波形的图。以如图13相同的方式限定时钟信号CLOCK、指令信号RGO和信号Vu、Vv、Vw和Vc。在这里,Vu-Vc、Vv-Vc和Vw-Vc分别表示通过从U相绕组11的端电压减去中性点电压获得的电压、通过从V相绕组12的端电压减去中性点电压获得的电压以及从W相绕组13的端电压减去中性点电压获得的电压。当在相绕组中没有电流流动时,Vu-Vc、Vv-Vc和Vw-Vc分别表示U相绕组11的感应电压、V相绕组12的感应电压和W相绕组13的的感应电压。UN、VN和WN分别是比较器71、72和73的输出。
在周期(I)中,用于指示起动操作的指令信号RGO变化至“H”电平,以使全部电路开始工作。INIST信号输出“L”电平,以实施初始位置确定操作。同时,开关控制器40不工作。此外,NOFF信号保持“L”电平。
在周期(II)中,信号WIN1在CLOCK信号的上升定时处变化至“H”电平,以同时允许电流脉冲从U相绕组11流动至V相绕组12(对应于图11中的<1>)。此外,OFFSET信号输出“L”电平,以将每一比较器71、72或73的阀值的极性设置为负的。当DMASK信号变化至“H”电平时,可以确定Vw和Vc之间的差分电压,也就是在W相绕组13中产生的感应电压。当位置确定单元80的WN信号输出“L”电平时,由于“H”电平处的信号WIN1,确定已经检测感应电压(见图7)。尽管W相绕组13的感应电压(Vw-Vc的值)的极性是负的,但是电压不超过阀值。因此,WN信号变成“H”电平,并确定已经检测到没有感应电压。
在周期(III)中,由于确定在周期(II)中确定已经检测到没有感应电压,PDET信号在CLOCK信号的下降定时处输出“H”脉冲。基于PDET信号的“H”脉冲的接收,信号WIN1变化至“L”电平,以使所有的相成为高阻抗,从而将从U相绕组11流动至V相绕组的电流设置为零。此外,在接收到PDET信号的“H”脉冲时,DMASK信号也变化至“L”电平。
在周期(IV)中,信号WIN2在CLOCK信号的上升定时处变化至“H”电平,以同时允许电流脉冲从U相脉冲流向W相绕组13(对应于图11中的<2>)。此外,OFFSET信号输出“H”电平,以将每一比较器71、72或73的阀值的极性设置为正的。的DMASK信号至“H”电平的状态变化允许V相绕组13中产生的感应电压被确定。当位置确定单元80的VN信号输出“H”电平时(见图7),由于“H”电平处的信号WIN2,确定已经检测感应电压。由于V相绕组12的感应电压(Vv-Vc的值)的极性是负的,VN信号变成“L”电平,结果确定已经检测到没有感应电压。
在周期(V)中,由于确定在周期(IV)中已经检测到没有感应电压,PDET信号在CLOCK信号的下降定时处输出“H”脉冲。在接收到PDET信号的“H”脉冲时,信号WIN2变化至“L”电平,以使所有相成为高阻抗,从而将从U相绕组11流动至W相绕组13的电流设置为零。此外,在接收到PDET信号的“H”脉冲时,DMASK信号也变化至“L”电平。
在周期(VI)中,信号WIN3在CLOCK信号的上升定时处变化至“H”电平,以同时允许电流脉冲从V相绕组12流向W相绕组13(对应于图11中的<3>)。此外,OFFSET信号输出“L”电平,以将每一比较器71、72或73的阀值的极性设置为负的。DMASK信号至“H”电平的状态的变化允许U相绕组11中产生的感应电压被确定。当位置确定单元的UN信号输出“L”电平时(见图7),由于“H”电平处的信号WIN3,确定已经检测感应电压。由于U相绕组11的感应电压(Vu-Vc的值)的极性是负的,并且感应电压超过阀值,UN信号变成“L”电平,因此确定已经检测到没有感应电压。
在周期(VII)中,由于确定在周期(VI)中已经检测到没有感应电压,PDET信号和初始位置确定信号INDET在CLOCK信号的下降定时处输出“H”脉冲,以完成初始位置确定操作。从该时间起,开始电动机起动操作。在接收到初始位置确定信号INDET的“H”脉冲时,INIST信号从“L”电平变化至“H”电平,并因此切换切开关制器40、相切换控制器50、位置确定单元80和阀值控制器100的操作。换句话说,比较器71、72和73的阀值变成零,并且结果是实施正常无传感器控制操作,其中通过PMW驱动检测反电动势的零交叉点。更具体地,开关控制器40开始操作以切换控制至PWM驱动。在相切换控制器50中,不与CLOCK信号同步地输出信号WIN1至6,并且也切换DMASK信号的输出控制。在位置确定单元80中,PDET信号的“H”脉冲不与CLOCK信号同步,并且不产生初始位置确定信号INDET的“H”脉冲。在阀值控制器100中,NOFF信号从“L”电平变化至“H”电平,并且比较器71、72和73的阀值变为零。此外,在接收到PDET信号的“H”脉冲时,信号WIN3也变化至“H”电平。
在周期(VIII)中,由于信号WIN4在“H”电平处,PWM控制的电流从V相绕组12流向U相绕组11,并且转子在正向旋转方向上旋转。由于比较器71、72和73的阀值变为零,控制PDET信号,以与反电动势的零交叉点同步地输出“H”脉冲。
其后,实施正常无传感器操作,并且依据转子的正向旋转,连续切换导通相和反电动势的检测极性,从而起动电动机,同时加速。
在图13中示出的例子中,三次实施用于初始位置的确定的感应电压检测操作。然而,在最小的情况中,通过检测操作的尝试可以检测初始位置。此外,当电流脉冲的六个模式为位置确定做准备,通过检测操作的至多的六次尝试就可以检测感应电压,以开始起动操作。在JP2001-275387A中公开的传统的方法中,必须提供对检测操作施加全部六个电流模式的周期。换句话说,对应一个循环的周期不可避免地需用于检测操作。相反,在本实施例的方法中,检测操作的尝试的数量最大为六。因此它变得可以缩短平均需用于检测操作的时间,并因此获得较早的起动操作。
如上面所述,在本实施例中,在供给电流脉冲过程中,在非导通相中产生的被设置为一个电平以不允许转子作出反应而移动至定子的预定相中的绕组的感应电压与被连续检测的阀值进行比较。该检测方法引起缩短了确定转子对定子的相对初始位置所需的时间,并因此获得具有短时间的起动操作。此外,由于在初始位置确定之后进行起动操作,所以能够获得稳定的起动操作。此外,在本实施例中,与为转子的正向旋转而施加的电流脉冲相同的次序切换供给用于确定位置的电流脉冲的方向,同时,基于供给电流脉冲的方向选择每一比较器71、72或73的阀值的极性。由于该设置,变得可以利用简单的结构来确定转子对定子的相对初始位置。
在本实施例中,已经通过利用其阀值可以控制的比较器进行了说明;然而,可以使用另一种设置,其中彼此并联使用具有零阀值的比较器、具有正阀值的比较器和具有负值的比较器,并且通过选择器可以选择比较器的输出。此外,三个比较器71、72和73用于转子的绕组每一相;然而,仅可以使用一个比较器。在这种情况中,通过选择器选择相应相的端电压Vu、Vv和Vw,并且选择电压的每一个与中性点电压Vc进行比较。此外,本实施例已经举例说明了其中在起动操作之后实施两相导通步骤的情况。然而,可以理解,通过利用具有斜率的三相导通可以实施起动操作。本实施例不局限于在起动操作之后限制控制。此外,可以理解,可以依据电动机常数改变电流脉冲的宽度。
在本实施例中,在检测感应电压的操作过程中开关控制器40不工作,并且检测当供给电流脉冲时产生的感应电压。然而,可以执行用于控制峰值电流的PWM驱动操作,并在PWM的一个周期过程中可以检测感应电压,因此利用如本实施例的相同结构可以确定转子对定子的相对初始位置。此外,为了控制峰值电流,可以执行PWM驱动操作,并且在PWM的一个周期过程中可以检测感应电压,因此也可以确定转子的初始位置。
实施例2
如图18A所示,在实施例1中,提供了一种在相应相的信号WIN1至6的‘on’周期中所有相都被设置为高阻抗的周期。进行该设置,以使一次将在施加电流时在定子绕组中产生电流设置为零,就获得下一检测操作中的精确检测。然而,如图18A所示,绕组中的残余电流在所有的相成为高阻抗的周期过程中在相对早的阶段中变成零。在残余电流变成零之后,不必将所有相设置为高阻抗状态,并且当所有相的高阻抗周期变得较短,它可以变得整体上缩短处理时间。因此,本实施例将讨论通过相比较于实施例1的设置缩短所有相的高阻抗周期,用于缩短确定位置所需的时间的设置。
图15示出了依据本发明的实施例2的无传感器电动机驱动设备的结构。该实施例在位置确定单元80A的内部结构方面不同于实施例1。其他结构和操作与在实施例1中的所述相同。
图16示出了本实施例中位置确定单元80A的具体结构。图17是说明了位置确定单元80A的操作的时序图。
本实施例的位置确定单元80A具有进一步配备除了实施例1的位置确定单元80之外的时间测量电路83的结构。位置确定单元80A通过时间测量电路83输入时钟信号CLOCK至极性确定电路82。
屏蔽处理电路81接收开关控制器40的PWMMASK信号和相切换控制器50的DMASK信号,屏蔽由于PWM驱动的高频开关噪声和由于包括在比较器71、72和73的UN、VN和WN信号中的导通相中的电压变化引起的非导通相中的振铃周期的影响,并输出得到的UM、VM和WM信号至极性确定电路82。
极性确定电路82接收来自相切换控制器50的信号WIN1至6、来自屏蔽处理电路81的UM、VM和WM信号、来自确定/起动切换单元90的INIST信号以及来自时间测量电路83的FORSIG信号,并分别输出PDET信号至相切换控制器50、以及初始位置确定信号INDET至确定/起动切换单元90。
时间测量电路83接收CLOCK信号,并输出FORSIG信号至极性确定电路82。FORSIG信号是以从CLOCK信号的上升定时的预定时间Ty的延迟而输出的脉冲信号。将预定时间Ty设置为大于CLOCK信号的脉冲宽度的值。
独立于INIST信号的“H”电平和“L”电平,当UM、VM和WM的电平对应于通过信号WIN1至6所指定的电平时,输出“H”脉冲信号至PDET信号。实际上,当INSIT信号在“L”电平处,即使UM、VM和WM的电平不对应于通过信号WIN1至6所指定的电平,在FORSIG信号的上升定时处也输出“H”脉冲信号至PDET信号。仅当INSIT信号在“L”电平处时,UM、VM和WM的电平对应于通过信号WIN1至6所指定的电平,在FORSIG信号的上升定时处输出“H”脉冲信号至PDET信号。
如上面所述,在本实施例中,在确定转子初始位置的周期(在INIST信号从“L”电平变化至“H”电平的周期过程中)过程中,使信号WIN1至6的每一个的脉冲宽度大于CLOCK信号,从而使用于供给电流脉冲的周期大于CLOCK信号的周期。因此,它变得可能缩短所有相保持在高阻抗的时间周期,在这里,当缩短了所有相保持在高阻抗的时间周期时,电流仍可以保持在从其检测感应电压的绕组中,并因此可以出现回扫噪声,引起感应电压中的错误检测。然而可以通过DMASK信号屏蔽回扫噪声。
图18A和18B示出了在起动操作之前确定初始位置的操作过程中实施的操作。图18A示出了实施例1的驱动设备,并且图18B示出了实施例2的驱动设备。在两幅图中CLOCK信号是具有恒定周期的外部输入信号,并且从相切换控制器50输出信号WIN1至3。在这里,lu、lv和lw是分别流过U相绕组11、V相绕组12和W相绕组13的电流,并且将从绕组的端子至中性点的流动方向限定为正的。在这种情况中,为了比较附图,使电流脉冲流动的周期彼此相等。
如图18B所示,依据本实施例,如相比较于在图18A中示出的实施例1的情况,它变得可以缩短所有相保持在高阻抗的时间周期,并因此缩短CLOCK信号的周期。因此,可以使转子对定子的相对初始位置的确定比实施例1早。在这里,在范围C中,在从V相绕组12流向W相绕组的电流下降至零之前,电流开始从V相绕组12流向U相绕组11。然而,由于通过DMASK信号提供屏蔽,没有错误检测出现在感应电压中。
如上面所述,在本实施例中,在初始位置的确定操作过程中控制所有相保持在高阻抗的时间周期。这使可以缩短需用于确定转子对定子的相对初始位置的时间。
依据本发明的电动机驱动设备和方法可以获得稳定的无传感器起动操作,并且通过缩短确定初始位置所需的时间也缩短了无传感器电动机的起动时间。因此,本发明有效地应用于其中实施PWM无传感器驱动操作的电动机驱动设备等。
尽管结合其具体实施例已经说明了本发明,多种修改、校正和应用对本领域的普通技术人员来说是显而易见的。因此,本发明不局限于在其给出的内容,而是仅受所附权利要求范围的限制。目前公开的内容涉及包括在2004年10月4日申请的No.2004-291181的日本专利申请的主题,因此在这里通过参考将其整体结合于此。
Claims (18)
1、一种在无传感器控制下驱动具有多相绕组和转子的电动机的电动机驱动设备,包括:
比较器,可操作用于对在非导通相的电动机绕组中产生的感应电压与预定阀值进行比较;
阀值控制器,可操作用于控制阀值;
位置确定单元,基于来自比较器的输出可操作用于确定转子位置;
相切换控制器,响应转子位置,可操作用于切换导通相;以及
电流输出单元,可操作用于产生用于驱动电动机的电流并把该电流供给至导通相,
其中,相切换控制器在转子停止时,向绕组的预定相供给具有预定脉冲宽度的电流脉冲,从而不引起转子作出反应和工作,以确定转子的初始位置;
位置确定单元基于由电流脉冲在非导通相中产生的感应电压与阈值之间的比较结果,确定转子的初始位置;以及
相切换控制器依据确定的转子的初始位置执行激励,从而起动电动机。
2、如权利要求1的电动机驱动设备,其中,阀值控制器依据电流脉冲的导通相和导通方向改变比较器的阀值的极性。
3、如权利要求1的电动机驱动设备,其中,相切换控制器依据为了正向旋转转子而设置的导通相和导通方向的次序切换电流脉冲的导通相和导通方向。
4、如权利要求1的电动机驱动设备,其中,位置确定单元在电动机电流减小的周期和电动机电流增大的周期的任何一个周期的过程中中检测感应电压,从而确定转子的初始位置。
5、如权利要求1的电动机驱动设备,其中,当完全确定转子的初始位置时,相切换控制器以为正向旋转子而设置的导通相的次序,将确定了转子的初始位置的导通相的下一导通相设置为用于驱动转子的适当导通相。
6、如权利要求1的电动机驱动设备,其中,在转子的初始位置的确定完成之后,阀值控制器将阀值设置为零。
7、如权利要求1的电动机驱动设备,其中,当检测电动机已经起动并达到预定转速时,阀值控制器将阀值设置为零。
8、如权利要求1的电动机驱动设备,其中,提供多个导通模式,所述多个导通模式是电流脉冲的导通相和导通方向的组合,并且以预定的次序切换导通模式,从而正向旋转电动机,以及,当尽管利用多个导通模式执行激励,但未确定转子的初始位置时,阀值控制器减小比较器的阀值的绝对值。
9、如权利要求1的电动机驱动设备,其中,当切换电流脉冲的导通相时,在电流脉冲的导通周期之后提供用于使电动机电流为零的周期,并使用于使电动机电流为零的周期短于导通周期。
10、一种在无传感器控制下驱动具有多相绕组和转子的电动机的电动机驱动方法,包括:
在转子停止时,向绕组的预定相供给具有预定脉冲宽度的电流脉冲,从而不引起转子作出反应和工作,以确定转子的初始位置;
通过对由电流脉冲在非导通相中产生的感应电压与预定阀值进行比较来确定转子的初始位置;以及
依据确定的转子的初始位置执行激励,从而起动电动机。
11、如权利要求10的电动机驱动方法,其中,依据电流脉冲的导通相和导通方向改变阀值的极性。
12、如权利要求10的电动机驱动方法,其中,依据为了正向旋转转子而设置的导通相和导通方向的次序改变电流脉冲的导通相和导通方向。
13、如权利要求10的电动机驱动方法,其中,在电动机电流减小的周期和电动机电流增大的周期的任何一个周期的过程中检测感应电压,从而确定转子的初始位置。
14、如权利要求10的电动机驱动方法,其中,当完全确定转子的初始位置时,以为正向旋转子而设置的导通相的次序,把确定转子初始位置的导通相的下一导通相设置为用于驱动转子的适当导通相。
15、如权利要求10的电动机驱动方法,其中,在转子的初始位置的确定完成之后,把阈值设置为零。
16、如权利要求10的电动机驱动方法,其中,当检测电动机已经起动并达到预定转速时,把阀值设置为零。
17、如权利要求10的电动机驱动方法,其中,提供多个导通模式,所述多个导通模式是电流脉冲的导通相和导通方向的组合,并且以预定的次序切换导通模式,从而正向旋转电动机,以及,在尽管利用多个导通模式执行激励,但未确定转子的初始位置时,阀值控制器减小比较器的阀值的绝对值。
18、如权利要求10的电动机驱动方法,其中,当切换电流脉冲的导通相时,在电流脉冲的导通周期之后提供用于使电动机电流为零的周期,并使用于使电动机电流为零的周期短于导通周期。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004291181 | 2004-10-04 | ||
JP2004291181A JP4386815B2 (ja) | 2004-10-04 | 2004-10-04 | モータの駆動装置および駆動方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1767361A true CN1767361A (zh) | 2006-05-03 |
Family
ID=36144592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNA200510108803XA Pending CN1767361A (zh) | 2004-10-04 | 2005-09-30 | 电动机驱动设备和电动机驱动方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7122980B2 (zh) |
JP (1) | JP4386815B2 (zh) |
CN (1) | CN1767361A (zh) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102132485A (zh) * | 2007-10-09 | 2011-07-20 | Nase电子工业公司 | 用于明确测定电机转子位置的方法和装置 |
CN102710191A (zh) * | 2006-11-30 | 2012-10-03 | 株式会社电装 | 用于驱动旋转机械的装置和方法 |
CN103780170A (zh) * | 2012-05-25 | 2014-05-07 | 凌云逻辑公司 | 使用非对称驱动模式确定在低速或零速下的无传感器永磁无刷电机的换向位置 |
CN103780172A (zh) * | 2012-05-25 | 2014-05-07 | 凌云逻辑公司 | 用于在启动期间校准永磁无刷电机的无传感器控制的电路与方法 |
CN103780171A (zh) * | 2012-05-25 | 2014-05-07 | 凌云逻辑公司 | 用于在低速或零速下的无传感器永磁无刷电机的不同类型操作之间切换以决定转子位置的方法及*** |
CN103780166A (zh) * | 2012-05-25 | 2014-05-07 | 凌云逻辑公司 | 用于隔离永磁无刷电机的未驱动电压以检测转子位置的***和方法 |
CN104044119A (zh) * | 2013-03-12 | 2014-09-17 | 松下电器产业株式会社 | 电动工具 |
CN105227009A (zh) * | 2014-06-20 | 2016-01-06 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于对电机的转子的位置进行检查的方法 |
CN109643964A (zh) * | 2016-08-26 | 2019-04-16 | 爱信精机株式会社 | 马达控制装置 |
CN111293936A (zh) * | 2018-12-06 | 2020-06-16 | 斯沃奇集团研究和开发有限公司 | 直流电动机的控制方法 |
CN115360941A (zh) * | 2022-08-08 | 2022-11-18 | 广州汽车集团股份有限公司 | 一种电机回转位置识别方法、ecu及汽车 |
Families Citing this family (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB0415153D0 (en) * | 2004-07-06 | 2004-08-11 | Newage Int Ltd | Electrical machine rotor position identification |
JP4539239B2 (ja) * | 2004-09-01 | 2010-09-08 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | 電動駆動制御装置、電動駆動制御方法及びプログラム |
TWI277285B (en) * | 2005-03-02 | 2007-03-21 | Delta Electronics Inc | Starting method of a tapered-air gap motor |
TWI424678B (zh) * | 2008-04-14 | 2014-01-21 | Feeling Technology Corp | 切換式調整電路及雙線圈馬達裝置 |
US7649378B1 (en) * | 2008-08-25 | 2010-01-19 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Methods for evaluating permanent magnet motors after manufacture and during service |
JP5378785B2 (ja) * | 2008-12-24 | 2013-12-25 | 株式会社イーバイク | 位置検知器を有しないブラシレス直流モータの起動駆動方法およびこれを用いた電動自転車 |
JP5515384B2 (ja) * | 2009-04-15 | 2014-06-11 | アイシン精機株式会社 | 交流モータの制御装置および制御方法 |
JP5149250B2 (ja) * | 2009-07-09 | 2013-02-20 | 株式会社日立製作所 | 永久磁石同期モータの制御装置 |
US20120249034A1 (en) * | 2011-03-30 | 2012-10-04 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Position sensing circuit for brushless motors |
JP5719715B2 (ja) * | 2011-07-26 | 2015-05-20 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | インバータ装置 |
US8988028B2 (en) * | 2011-08-17 | 2015-03-24 | Trane International Inc. | Reverse rotation braking for a PM motor |
JP5438081B2 (ja) * | 2011-09-21 | 2014-03-12 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | ブラシレスモータの駆動装置 |
JP5997458B2 (ja) * | 2012-02-22 | 2016-09-28 | ローム株式会社 | 回転制御装置及び方法、並びに、これを用いたディスク駆動装置 |
KR101961106B1 (ko) * | 2012-03-20 | 2019-03-25 | 삼성전자 주식회사 | 센서리스 제어 방법 및 장치 |
US8796973B2 (en) | 2012-03-26 | 2014-08-05 | Hella Corporate Center Usa, Inc. | Filter apparatus and method for brushless DC motors |
JP2013236431A (ja) * | 2012-05-08 | 2013-11-21 | Mitsubishi Electric Corp | ブラシレスモータの制御方法及び制御装置 |
US9000696B2 (en) * | 2012-05-25 | 2015-04-07 | Cirrus Logic, Inc. | Circuit and method for sensorless control of a permanent magnet brushless motor during start-up |
US9425725B2 (en) | 2013-02-28 | 2016-08-23 | Cirrus Logic, Inc. | Position estimation system and method for an electric motor |
US9628002B2 (en) | 2013-03-13 | 2017-04-18 | Cirrus Logic, Inc. | Circuit and method for detecting missed commutation of a brushless DC motor |
JP5929876B2 (ja) | 2013-11-12 | 2016-06-08 | 株式会社デンソー | 駆動制御装置、および、これを用いた燃料ポンプ |
JP6481254B2 (ja) * | 2014-03-06 | 2019-03-13 | 株式会社リコー | 位相検出装置、モータ駆動制御装置、及びモータ装置 |
US9525371B2 (en) * | 2014-03-31 | 2016-12-20 | Stmicroelectronics S.R.L. | Apparatus for detecting the rotor position of an electric motor and related method |
WO2016023588A1 (de) * | 2014-08-14 | 2016-02-18 | Pierburg Pump Technology Gmbh | Verfahren zum anlassen eines kraftfahrzeug-zusatzaggregats-antiebsmotors und karftfahrzeug-zusatzaggregat-antriebsmotor |
CN104753410B (zh) * | 2015-02-27 | 2018-02-02 | 燕山大学 | 一种基于合成电流控制的无刷直流电机瞬时转矩控制方法 |
CN109072854B (zh) * | 2016-02-11 | 2021-12-14 | 塞德马克机电私人有限公司 | 起动内燃发动机的方法和*** |
TWI691160B (zh) * | 2018-12-13 | 2020-04-11 | 臻禾興業有限公司 | 直流無刷馬達之控制器及其控制方法 |
US11533034B2 (en) * | 2020-09-22 | 2022-12-20 | Infineon Technologies Austria Ag | Current monitoring and amplifier gain control |
CN112688612B (zh) * | 2020-12-17 | 2022-10-11 | 聚辰半导体股份有限公司 | 一种三相无刷直流电机定子电感变化检测装置 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3739196A (en) * | 1971-09-23 | 1973-06-12 | Tavis Corp | Function generator |
US3906641A (en) * | 1971-09-27 | 1975-09-23 | Metal Marine Pilot Inc | Autopilot employing improved hall-effect direction sensor |
US4876491A (en) * | 1986-07-01 | 1989-10-24 | Conner Peripherals, Inc. | Method and apparatus for brushless DC motor speed control |
EP0251785B1 (en) | 1986-07-01 | 1993-08-04 | Conner Peripherals, Inc. | Electric motor control method and apparatus |
US5012166A (en) * | 1989-01-18 | 1991-04-30 | Hitachi, Ltd. | Control system for brushless DC motor |
US5177416A (en) * | 1990-06-20 | 1993-01-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Brushless dc motor |
US5254914A (en) * | 1990-06-29 | 1993-10-19 | Seagate Technology, Inc. | Position detection for a brushless DC motor without Hall effect devices using a mutual inductance detection method |
US5057753A (en) * | 1990-06-29 | 1991-10-15 | Seagate Technology, Inc. | Phase commutation circuit for brushless DC motors using a spike insensitive back EMF detection method |
US5530326A (en) * | 1993-07-19 | 1996-06-25 | Quantum Corporation | Brushless DC spindle motor startup control |
US5598071A (en) * | 1994-07-11 | 1997-01-28 | Seagate Technology | Method for starting and commutating a permanent-magnet direct current motor having a single phase winding |
US5841252A (en) * | 1995-03-31 | 1998-11-24 | Seagate Technology, Inc. | Detection of starting motor position in a brushless DC motor |
JP3726683B2 (ja) * | 1998-07-16 | 2005-12-14 | セイコーエプソン株式会社 | 位置センサレスモータの制御方法及びその制御装置 |
JP3673964B2 (ja) | 2000-03-29 | 2005-07-20 | 株式会社ルネサステクノロジ | ブラシレスモータ駆動制御用半導体集積回路およびブラシレスモータ駆動制御装置 |
US6664749B2 (en) * | 2001-04-06 | 2003-12-16 | Seagate Technology Llc | Spindle motor initialization after a control processor reset condition in a disc drive |
US6686714B2 (en) * | 2002-06-21 | 2004-02-03 | International Business Machines Corporation | Method and system for improved closed loop control of sensorless brushless DC motors |
-
2004
- 2004-10-04 JP JP2004291181A patent/JP4386815B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-09-30 CN CNA200510108803XA patent/CN1767361A/zh active Pending
- 2005-10-03 US US11/242,386 patent/US7122980B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104092415A (zh) * | 2006-11-30 | 2014-10-08 | 株式会社电装 | 用于驱动旋转机械的装置和方法 |
CN102710191A (zh) * | 2006-11-30 | 2012-10-03 | 株式会社电装 | 用于驱动旋转机械的装置和方法 |
CN104092415B (zh) * | 2006-11-30 | 2017-09-08 | 株式会社电装 | 用于驱动旋转机械的装置和方法 |
CN102710191B (zh) * | 2006-11-30 | 2015-04-15 | 株式会社电装 | 用于驱动旋转机械的装置和方法 |
CN102132485A (zh) * | 2007-10-09 | 2011-07-20 | Nase电子工业公司 | 用于明确测定电机转子位置的方法和装置 |
CN103780171A (zh) * | 2012-05-25 | 2014-05-07 | 凌云逻辑公司 | 用于在低速或零速下的无传感器永磁无刷电机的不同类型操作之间切换以决定转子位置的方法及*** |
CN103780166A (zh) * | 2012-05-25 | 2014-05-07 | 凌云逻辑公司 | 用于隔离永磁无刷电机的未驱动电压以检测转子位置的***和方法 |
CN103780172A (zh) * | 2012-05-25 | 2014-05-07 | 凌云逻辑公司 | 用于在启动期间校准永磁无刷电机的无传感器控制的电路与方法 |
CN103780170A (zh) * | 2012-05-25 | 2014-05-07 | 凌云逻辑公司 | 使用非对称驱动模式确定在低速或零速下的无传感器永磁无刷电机的换向位置 |
CN103780172B (zh) * | 2012-05-25 | 2018-03-16 | 凌云逻辑公司 | 用于在启动期间校准永磁无刷电机的无传感器控制的电路与方法 |
CN104044119A (zh) * | 2013-03-12 | 2014-09-17 | 松下电器产业株式会社 | 电动工具 |
CN104044119B (zh) * | 2013-03-12 | 2016-03-30 | 松下知识产权经营株式会社 | 电动工具 |
CN105227009A (zh) * | 2014-06-20 | 2016-01-06 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于对电机的转子的位置进行检查的方法 |
CN105227009B (zh) * | 2014-06-20 | 2020-03-03 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于对电机的转子的位置进行检查的方法 |
CN109643964A (zh) * | 2016-08-26 | 2019-04-16 | 爱信精机株式会社 | 马达控制装置 |
CN111293936A (zh) * | 2018-12-06 | 2020-06-16 | 斯沃奇集团研究和开发有限公司 | 直流电动机的控制方法 |
CN111293936B (zh) * | 2018-12-06 | 2023-06-30 | 斯沃奇集团研究和开发有限公司 | 直流电动机的控制方法 |
CN115360941A (zh) * | 2022-08-08 | 2022-11-18 | 广州汽车集团股份有限公司 | 一种电机回转位置识别方法、ecu及汽车 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4386815B2 (ja) | 2009-12-16 |
US20060076911A1 (en) | 2006-04-13 |
JP2006109579A (ja) | 2006-04-20 |
US7122980B2 (en) | 2006-10-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1767361A (zh) | 电动机驱动设备和电动机驱动方法 | |
CN1041155C (zh) | 直流无刷电机的驱动控制装置 | |
CN1182651C (zh) | 直流无刷电动机驱动设备和使用该设备的空气调节器 | |
CN1200506C (zh) | 同步马达的启动控制方法和控制装置及其应用 | |
CN1190886C (zh) | 脉冲宽度调制的脉冲控制方法 | |
CN1819438A (zh) | 逆变器装置 | |
CN1083635C (zh) | 驱动电动机用的设备和方法 | |
CN1317818C (zh) | 用于无刷dc马达的马达驱动器 | |
CN1061791C (zh) | 交流发电设备及其控制方法 | |
CN1168196C (zh) | 电子仪器 | |
CN1171378C (zh) | 用于检测无刷直流电动机内的转子位置的装置 | |
CN1069794C (zh) | 以脉宽调制模式降低旋转速度的电机驱动装置及方法 | |
CN1848659A (zh) | 无刷直流马达的控制方法及控制电路 | |
CN1754303A (zh) | 无刷直流电动机的驱动方法及其装置 | |
CN1799192A (zh) | 用于多方式电机的脉冲宽度调制控制电路和装备有这种控制电路的多方式电机 | |
CN101051806A (zh) | 车用空调压缩机新型电驱动控制***及方法 | |
CN1505256A (zh) | 马达驱动电路 | |
CN1232026C (zh) | 电机驱动装置及电机驱动方法 | |
CN1822489A (zh) | 利用磁极位置检测器的驱动多相电动机的装置和方法 | |
CN1230047A (zh) | 无刷电动机的控制设备及使用无刷电动机的机器和设备 | |
CN1848615A (zh) | 三相dc无刷电动机和绕线方法 | |
CN1728538A (zh) | 电机驱动装置及电机驱动方法 | |
CN1910811A (zh) | 电机驱动装置以及具有电机的电气机器 | |
CN1387311A (zh) | 用于驱动三相半波驱动无刷电机的装置 | |
CN1949650A (zh) | 用于控制无刷直流电机的装置和方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20060503 |