本发明涉及用于电动致动器和电动泵等的无刷电机的驱动装置及驱动方法。
背景技术：
以往，在无刷电机的控制中，采用单独地控制d轴电流和q轴电流的向量控制。在向量控制中，d轴电流是无效电流分量，所以基本上控制为0a，q轴电流有助于电机转矩，所以将相当于必要的转矩的电流作为指令值提供。在相电流的检测中，一般是使用3个分流电阻的方式(3分流方式)和使用1个分流电阻的方式(1分流方式)。
前者可随时检测相电流，但分流电阻需要3个，成本较高。另一方面，后者是分流电阻1个即可，所以可以低成本，但仅在电压脉冲的施加时可以进行电流检测。而且，若在电压脉冲施加时发生相电流的振铃(ringing)，则直至电流稳定之前都不能获取正确的电流值。因此，对电压脉冲宽度(占空宽度)有限制。
因此，例如，在专利文献1的第4实施方式中，记载了进行在振铃的收敛的定时中的电流检测的技术(以后，称为脉冲移位)，以在三角波载波的单调增加周期中对电压加上校正，在其下一个单调减少周期中减去修正的量，以使平均为零。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2010/103565号
技术实现要素：
发明要解决的问题
可是，若实施脉冲移位，在适用于进行可变压缩比(vcr：variablecompressionratio)发动机中电动致动器那样的位置控制的无刷电机的驱动的情况下，有可能在固定角度保持时发生不愉快的噪声(噪音)。这是起因于电流通过脉冲移位而较大振动(变动)。这样的固定角度控制时的噪声，在静音化的发动机、搭载了怠速停止功能的发动机中有无法忽略的问题的顾虑。
本发明是鉴于上述情况完成的发明，其目的在于，提供能够抑制脉冲移位处理造成的噪声的发生的无刷电机的驱动装置及驱动方法。
用于解决问题的方案
本发明的无刷电机的驱动装置包括：用于测量3相无刷电机的相电流的1个分流电阻；以及构成为使用所述分流电阻以1分流方式测量所述无刷电机的相电流，基于测量的相电流而驱动控制所述无刷电机的控制器，构成为在所述无刷电机的驱动线间的电压脉冲宽度大于规定值时实施脉冲移位，在小于规定值时不实施脉冲移位。
此外，本发明的无刷电机的驱动方法是以1分流方式测量相电流并驱动3相无刷电机的方法，包括以下步骤：检测所述无刷电机的驱动线间的电压脉冲宽度；比较测量出的所述电压脉冲宽度和规定值；以及在测量出的所述电压脉冲宽度大于规定值时实施脉冲移位，在小于规定值时不实施脉冲移位。
发明效果
根据本发明，在无刷电机的驱动线间的电压脉冲宽度大于规定值时，由于实施脉冲移位而可以获取用于向量控制的正确的电流值，在小于规定值时，由于不实施脉冲移位而可以抑制噪声的发生。
附图说明
图1是适用了本发明的无刷电机的控制装置的可变压缩比发动机的概略剖面结构图。
图2是用于说明本发明的实施方式的无刷电机的驱动装置的图，是在图1中的电动致动器和vcr控制器中抽出主要部分来表示的框图。
图3是表示图2的vcr控制器中的驱动电路的结构例子的电路图。
图4是表示图2的vcr控制器中的控制组件的控制的一例子的功能框图。
图5是用于说明本发明的实施方式的无刷电机的驱动方法的流程图。
图6a是用于说明进行脉冲移位(pulseshift)处理的情况下的相电流信息的获取的波形图。
图6b是用于说明进行脉冲移位处理的情况下的相电流信息的获取的波形图。
图6c是用于说明进行脉冲移位处理的情况下的相电流信息的获取的波形图。
图7是表示具有脉冲移位的情况下的v相电流和u相电流的波形图。
图8是表示没有脉冲移位的情况下的v相电流和u相电流的波形图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是发动机的概略剖面结构图，是将本发明的无刷电机的控制装置适用于可变压缩比发动机的图。该发动机10包括变更活塞12的上死点位置的可变压缩比机构100。
可变压缩比机构100是，将曲轴14和活塞12用下连杆16及上连杆18联结，并且用控制连杆20限制下连杆16的移动，通过变更活塞12的上死点位置而变更压缩比的机构。将活塞12的上死点位置升高，即，活塞12的上死点位置靠近气缸盖21的变化称为高压缩比，将活塞12的上死点位置变低，即，活塞12的上死点位置从气缸盖21分离的变化称为低压缩比。
下连杆16左右2构件可分割地构成，以大致中央的联结孔安装在曲轴14的曲轴销14b上。而且，下连杆16以曲轴销14b作为中心轴而旋转。
曲轴14包括多个轴颈14a和曲轴销14b。轴颈14a通过气缸体22及梯形车架24被自由旋转地支承。曲轴销14b从轴颈14a偏心规定量，在其上旋转自由地联结下连杆16。
下连杆16的一端通过联结销26联结到上连杆18，下连杆16的另一端通过联结销28联结到控制连杆20。
上连杆18的下端通过联结销26联结到下连杆16的一端，上连杆18的上端通过活塞销30联结到活塞12。
活塞12接受燃烧压力，在气缸体22的气缸22a内往复运动。
控制连杆20的一端通过在前端设置的联结销28，可转动地连接到下连杆16。控制连杆20的另一端通过联结销32相对控制轴36偏心联结。由此，控制连杆20以联结销32为中心摆动。
在控制轴36的外周形成齿轮，齿轮与在电动致动器102的旋转轴104中设置的小齿轮106啮合。而且，通过电动致动器102使控制轴36旋转，联结销32移动。电动致动器102以内置的3相无刷电机(blm)112作为动力源。无刷电机112构成为可以正反两方向旋转。因此，旋转轴104、小齿轮106、甚至控制轴36都可以正反两方向旋转，可使活塞12的上死点位置变化为低压缩比侧和高压缩比侧。
此外，在控制轴36的轴端，连接检测控制轴36的实际的旋转角度即实际旋转角度的旋转角度检测传感器(例如，旋转传感器)108。向vcr控制器110输出由该旋转角度检测传感器108检测出的实际旋转角度的实际旋转角度信号。控制轴36的实际旋转角度是相当于活塞12的实际的上死点位置即实际上死点位置(实际的动作位置)的参数。
主控制器42控制对筒内直接喷射燃油的燃油喷射装置(燃油喷射阀)38的燃油喷射，此外，控制火花塞(点火线圈)40的点火时刻。该主控制器42包含包括了cpu、rom、ram、输入输出接口等的微计算机而构成。主控制器42中，输入来自检测发动机10的发动机负载tp的负载传感器44、检测发动机10的转速ne的旋转传感器46、检测发动机10的冷却水的温度(发动机温度)tw的水温传感器48等各种传感器的检测信号。主控制器42基于来自这些各种传感器的检测信号，输出燃油喷射装置38、火花塞40等的控制信号(操作信号)。
此外，主控制器42基于来自各种传感器的检测信号，估计发动机10的负载状态(例如，车辆的加速状态等)。主控制器42对通过can(controllerareanetwork；控制器区域网)等的车载网络可通信连接的低位的vcr控制器110，根据估计出的发动机10的负载状态，向vcr控制器110输出相当于活塞12的目标的上死点位置即目标上死点位置(目标动作位置)的信号，即，可变压缩比机构100中的控制轴36的目标旋转角度的信号。
vcr控制器110包含包括了cpu、rom、ram、输入输出接口等的微计算机而构成。该vcr控制器110基于从旋转角度检测传感器108输入的实际旋转角度信号和从主控制器42输入的控制轴36的目标旋转角度信号，控制可变压缩比机构100中的电动致动器102(无刷电机112)而使控制轴36旋转。由此，vcr控制器110变更活塞12的上死点位置，将发动机10的压缩比(机械压缩比)变更到低压缩比或高压缩比的其中一个。
更具体地说，vcr控制器110根据控制轴36的实际旋转角度和目标旋转角度的偏差，设定对无刷电机112供给的电流的目标电流值，基于该目标电流值和无刷电机112中实际流动的实际电流值的差分进行电流反馈控制。电流反馈控制通过向量控制在旋转正交坐标即d-q坐标上进行。d-q坐标是，将无刷电机112之中、与永久磁铁转子即转子同步旋转的磁场方向设为d轴，并且将与该d轴正交的转矩生成方向作为q轴的坐标。
图2是在图1的电动致动器102和vcr控制器110中，抽出与无刷电机的驱动有关系的主要部分而表示结构例子。在电动致动器102中，内置无刷电机112。无刷电机112具有：卷绕了u相、v相、w相的绕组114u、114v、114w的圆筒状的定子(未图示)；以及在该定子的中央部作为可旋转地包括的永久磁铁转子的转子120。该转子120的旋转位置由旋转角度检测传感器108检测。绕组114u、114v、114w的一端被共同连接(星形接线)，其他端分别连接到vcr控制器110的驱动线210u、210v、210w。再者，无刷电机112也可以是将3相的绕组114u、114v、114w三角形状接线的无刷电机。
vcr控制器110包括：驱动电路(逆变器电路)200、在向无刷电机112施加电压脉冲时检测相电流的分流电阻(1分流方式)220、电池等的车载电源230及控制组件300。控制组件300基于从主控制器42供给的致动器指令角度和致动器角度(检测值)、由分流电阻220检测出的3相电流检测值、以及表示由旋转角度检测传感器108检测出的无刷电机112的实际旋转角度的实际旋转角度信号(电机角度检测用传感器输出)，生成将驱动电路200中的各开关元件导通/截止控制的栅极电压vu、vv、vw并供给到驱动电路200。
驱动电路200分别通过驱动线210u、210v、210w，供给用于以脉宽调制(pwm：pulsewidthmodulation)控制来驱动无刷电机112的3相端子电压vud、vvd、vwd。
如图3所示，驱动电路200包括各相分别使用了2组电力用的功率半导体元件(开关元件211a～211f)的3相电桥电路，构成将从车载电源230供给的直流电力转换为交流电力并供给到无刷电机112的电力转换器。各开关元件211a～211f在本例中由igbt(insulatedgatebipolartransistor；绝缘栅双极晶体管)构成，但也可以是fet(fieldeffecttransistor；场效应晶体管)等其他的电力控制用的半导体元件。在这些igbt的集电极、发射极间，二极管212a～212f的阴极，阳极分别使通电方向相反来连接。
在开关元件211a～211f的控制端子(栅极端子)中，从控制组件300供给栅极电压vu、vv、vw而被选择性地导通/截止控制，生成驱动无刷电机112的3相端子电压vud、vvd、vwd。而且，在这些电压脉冲为车载电源230的电压vb的定时(timing)，通过分流电阻220获取在3相电桥电路流动的相电流，3相电流检测值被供给到控制组件300。
图4是表示控制组件300进行的控制的一例子的功能框图。以往，根据致动器的指令角度和致动器角度(检测值)，进行位置反馈控制(模型规范控制)而求q轴电压，将该电压转换为电流而生成q轴电流指令，以向量控制进行q轴电流反馈。
相对于此，在本实施方式中，在无刷电机112的驱动线210u、210v、210w间的电压脉冲宽度大于规定值时实施脉冲移位，在小于规定值时不实施脉冲移位。而且，在不实施脉冲移位中，无法检测相电流，所以通过将位置反馈控制的q轴电压直接用作q轴电压而进行不使用电流的控制。
即，控制组件300包括输出q轴电压的位置反馈(f/b)控制单元310。该位置反馈控制单元310为了控制可变压缩比机构100中的控制轴36，基于电动致动器102的指令角度和检测出的致动器角度计算q轴电压。由此，对于活塞12的目标上死点位置反馈实际上死点位置，进行设定电动致动器102(无刷电机112)的操作量的模型规范控制。
从位置反馈控制单元310输出的q轴电压，输入到切换开关单元320的第1固定接点。此外，该q轴电压被输入到加法器330与从非干扰项运算单元340输出的非干扰项相加，输入到切换开关单元320的第2固定接点。切换开关单元320由切换信号控制，选择位置反馈控制单元310的输出、或者加法器330的输出。上述切换信号例如为与无刷电机112的驱动线210u、210v、210w间的3相端子电压vud，vvd，vwd的脉冲宽度是否大于规定值(或小于)对应的信号。
d轴电流指令供给到d轴电流控制及非干扰项运算单元350。该d轴电流指令是无效电流分量而设为0a，但在弱磁场实施时设为-20a。在该d轴电流控制及非干扰项运算单元350中，分别被供给从3相2轴转换器360输出的d轴电流和q轴电流。d轴电流控制及非干扰项运算单元350基于d轴电流指令、d轴电流及q轴电流计算d轴电压，相加非干扰项，校正d轴电压。
对切换开关单元370的第1固定接点施加0v的电压，对第2固定接点供给d轴电流控制及非干扰项运算单元350的输出。切换开关单元370由切换信号控制，选择0v、或者选择d轴电流控制及非干扰项运算单元350的输出。通过切换开关单元320供给的q轴电压和通过切换开关单元370供给的d轴电压分别供给到2轴3相转换器380。在2轴3相转换器380中，基于电机角度进行2轴3相转换，从q轴电压和d轴电压生成栅极电压vu、vv、vw。
由2轴3相转换器380生成的栅极电压vu、vv、vw供给到切换开关单元390的第1固定接点，并且供给到脉冲移位处理单元400，实施了脉冲移位处理的电压vu’、vv’、vw’供给到切换开关单元390的第2固定接点。该切换开关单元390由切换信号控制，选择栅极电压vu、vv、vw、或者栅极电压vu’、vv’、vw’。
表示由旋转角度检测传感器108检测出的无刷电机112的实际旋转角度的实际旋转角度信号(电机角度检测用传感器输出)，输入到blm角度及角速度运算单元410，计算电机角度和电机角速度。算出的电机角度供给到3相2轴转换器360及2轴3相转换器380，算出的电机角速度供给到非干扰项运算单元340。在3相2轴转换器360中，基于由blm角度及角速度运算单元410算出的电机角度和由分流电阻220检测出的3相电流检测值进行3相2轴转换，生成d轴电流和q轴电流。
生成的d轴电流输入到非干扰项运算单元340和d轴电流控制及非干扰项运算单元350，q轴电流输入到d轴电流控制及非干扰项运算单元350。在非干扰项运算单元340中计算非干扰项，通过与从上级系统的控制求得的电压(位置反馈控制单元310的输出)相加，生成q轴电压。
再者，在图4中，以虚线420包围的区域对应于以往的向量控制单元。
在上述那样的结构中，设为在无刷电机112的驱动线210u、210v、210w间的3相端子电压vud、vvd、vwd的脉冲宽度大于规定值的情况下实施脉冲移位，在小于规定值的情况下不实施。
<模式1>
在实施脉冲移位的情况下，关于q轴电压，将切换开关单元320的可动接点通过切换信号连接到第1固定接点，选择位置反馈控制单元310的输出，进行q轴电流反馈。此外，关于d轴电压，将切换开关单元370的可动接点连接到第2固定接点，选择d轴电流控制及非干扰项运算单元350的输出。将该结果得到的q轴电压和d轴电压供给到2轴3相转换器380，生成栅极电压vu、vv、vw，供给到脉冲移位处理单元400。进而，将切换开关单元390的可动接点通过切换信号连接到第2固定接点而选择脉冲移位处理单元400的输出，将施加了脉冲移位处理的电压vu’、vv’、vw’通过驱动线210u、210v、210w分别供给到无刷电机112的绕组114u、114v、114w。
另一方面，在不实施脉冲移位的情况下，关于q轴电压，将切换开关单元320的可动接点通过切换信号连接到第1固定接点，选择位置反馈控制单元310的输出，进行q轴电流反馈。此外，关于d轴电压，将切换开关单元370的可动接点连接到第1固定接点，输入0v作为d轴电压。将这样得到的q轴电压和d轴电压供给到2轴3相转换器380而生成栅极电压vu、vv、vw。然后，将切换开关单元390的可动接点通过切换信号连接到第1固定接点并选择2轴3相转换器380的输出，将生成的栅极电压vu、vv、vw通过驱动线210u、210v、210w分别供给到无刷电机112的绕组114u、114v、114w。
这样，在模式1中，q轴电压在脉冲移位的实施中返回为电流，成为q轴电流以向量控制进行q轴电流反馈。
<模式2>
或者，在实施脉冲移位的情况下，关于q轴电压，将切换开关单元320的可动接点通过切换信号连接到第2固定接点，选择加法器330的输出，选择对规范模型的q轴电压相加了非干扰项的电压。此外，关于d轴电压，将切换开关单元370的可动接点连接到第2固定接点，选择d轴电流控制及非干扰项运算单元350的输出。将该结果得到的q轴电压和d轴电压供给到2轴3相转换器380，生成栅极电压vu、vv、vw，供给到脉冲移位处理单元400。然后，将切换开关单元390的可动接点通过切换信号连接到第2固定接点而选择脉冲移位处理单元400的输出，将实施了脉冲移位处理的电压vu’、vv’、vw’通过驱动线210u、210v、210w分别供给到无刷电机112的绕组114u、114v、114w。
另一方面，在不实施脉冲移位的情况下，关于q轴电压，将切换开关单元320的可动接点通过切换信号连接到第2固定接点，选择加法器330的输出，选择对规范模型的q轴电压相加了非干扰项的电压。此外，关于d轴电压，将切换开关单元370的可动接点通过切换信号连接到第1固定接点，输入0v作为d轴电压。将这样得到的q轴电压和d轴电压供给到2轴3相转换器380，生成栅极电压vu、vv、vw。然后，将切换开关单元390的可动接点通过切换信号连接到第1固定接点而选择2轴3相转换器380的输出，将生成的栅极电压vu、vv、vw通过驱动线210u、210v、210w分别供给到无刷电机112的绕组114u、114v、114w。
这样，在模式2中，无论实施还是不实施脉冲移位，都不进行q轴电流反馈，而直接使用q轴电压进行恒定控制。
图5是用于说明本发明的实施方式的无刷电机的驱动方法的流程图。在图5中，表示以1分流方式测量相电流的过程。首先，测量无刷电机112的驱动线210u、210v、210w间的电压vu、vv、vw的脉冲宽度(步骤s1)。接着，将测量出的电压脉冲宽度和vcr控制器110(也可以是主控制器42)的存储装置中预先存储的规定值进行比较(步骤s2)。
然后，在测量出的电压脉冲宽度大于规定值时实施脉冲移位而驱动无刷电机112(步骤s3)，在小于规定值时不实施脉冲移位而驱动无刷电机112(步骤s4)。此时，在不实施脉冲移位时，如前述那样无法检测相电流，所以通过将位置反馈控制的q轴电压直接用作q轴电压而进行不使用电流的控制。
如上述，在本实施方式中，不实施同时控制d轴电流和q轴电流的向量控制，q轴电压根据从上级的主控制器42求得的电压来确定。q轴电流在对无刷电机112提供的电压脉冲宽度较小时(低占空时)不实施电流检测而将d轴电压设为0[v]，在低占空时之外进行电流检测，实施电流反馈控制。
由此，即使在以1分流方式施加电压脉冲时发生相电流的振铃，通过脉冲移位处理在振铃的收敛的定时也可以电流检测，可以获取正确的电流值用于向量控制。相对于此，在电压脉冲宽度小于规定值时，通过不实施脉冲移位而可以抑制噪声的发生。
图6a～图6c分别是用于说明进行脉冲移位处理的情况下获取相电流信息的波形图。如图6a所示，若要输入的电压脉冲宽度(＝占空(duty))δd1较小，则在分流电阻220中仅短时间流过相电流，极大地受到振铃的影响而相电流的检测精度下降。
因此，如图6b所示，施加可以第1次可靠地获取相电流的最小占空宽度δd2的电压脉冲来获取相电流信息，在第2次的电压脉冲中不获取相电流信息，而施加校正占空宽度δd3的电压脉冲(根据情况还发生逆转矩方向)。此时，校正占空宽度δd3是“δd3＝2×δd1-δd2”。
图6c将以图6b的虚线包围的区域放大表示。第1次的电压脉冲在振铃收敛后获取相电流信息，第2次的电压脉冲受到振铃的影响而未获取相电流信息。这样，以连续施加的2次的电压脉冲的平均，可以设定为要输入的占空宽度δd1。
图7是表示在有脉冲移位的情况下的v相电流和u相电流的波形图，图8是表示没有脉冲移位的情况下的v相电流和u相电流的波形图。如图7所示，在对无刷电机112提供的电压的占空较小(低电压)时，因脉冲移位而发生电流的抖动，发生了所谓沙沙的声音，而通过设为不实施脉冲移位，如图8所示，抑制一定角度控制时的电流的抖动，可以降低噪声。
再者，本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离宗旨的范围内可以各种变形地实施。
[变形例1]
例如，在上述实施方式中，基于无刷电机112的驱动线210u、210v、210w间的3相端子电压vud、vvd、vwd的脉冲宽度，切换脉冲移位的实施和不实施，但也可以按与电动致动器102的动作要求对应的信号进行控制。
此外，通过电动致动器102的位置指令值和检测位置的偏差与规定值的比较，也可以切换脉冲移位的实施/不实施，根据发动机压缩比的指示值和实际值，也可以切换脉冲移位的实施/不实施。而且，也可以基于它们的组合进行切换。
[变形例2]
另外，也可以根据脉冲移位的实施/不实施而切换d轴及q轴电流反馈控制的实施/不实施，在d轴电压为规定值以下时，将d轴电流反馈控制设为不实施。
[变形例3]
此外，在实施弱磁场控制时，在d轴电流的指令值为0a时，也可以从实施d轴电流反馈控制切换到不实施。
[变形例4]
在实施脉冲移位的中间切换为不实施的情况下，作为与d轴电压有关的切换条件，除了上述条件，在d轴电流反馈中的d轴电压为0v或极性变化时将d轴电压切换为0v。
或者在d轴电流指令值为0a、脉冲移位实施中在弱磁场下对d轴电流(基本为0a)有指令设定为0a以外的状况，所以在返回到0a时切换为不实施脉冲移位。
标号说明
10...发动机、42...主控制器、100...可变压缩比机构、102...电动致动器、108...旋转角度检测传感器、110...vcr控制器、112...无刷电机、114u，114v，114w...绕组、200...驱动电路、210u，210v，210w...驱动线、211a～211f...开关元件、220...分流电阻、230...车载电源、300...控制组件、vu，vv，vw...栅极电压、vud，vvd，vwd...3相端子电压、310...位置反馈控制单元、320...切换开关单元、330...加法器、340...非干扰项运算单元、350...d轴电流控制及非干扰项运算单元、360...3相2轴转换器、370...切换开关单元、380...2轴3相转换器、390...切换开关单元、400...脉冲移位处理单元、410...blm角度及角速度运算单元。