马达控制装置的制作方法

本发明涉及向无刷马达的多个励磁线圈供给电力由此控制转子的旋转的马达控制装置。

背景技术：

作为马达控制装置在专利文献1记载了在进行无刷马达的强制的启动(文献中起动)时，在从强制的启动开始在基准时间内马达转速没有达到预先设定的值的情况下停止供电，并且在从该供电的停止经过了规定时间之后进行再启动的控制形态。

另外，在专利文献2记载了对规定的励磁线圈(固定绕线)通电来进行马达的启动，在该启动失败了的情况下，改变启动时的励磁线圈的组合来进行再启动的技术。

专利文献1：日本特开2006-115641号公报

专利文献2：日本特开2003-219684号公报

例举无刷dc马达(以下，也称为马达)为例，在马达的启动时以预先设定的顺序对多个励磁线圈进行通电由此进行使转子旋转的强制换向。

另外，在无刷dc马达中，如4极6插槽型的马达那样，转子的磁极数与插槽数不同，所以转子没有以决定好的姿势停止。因此，在强制换向中，即使以预先设定的顺序对多个励磁线圈进行通电，在强制换向的开始时也无法适当地对转子作用扭矩，往往也无法启动马达。

相应地，在停止马达时，还考虑进行移至可靠地进行马达的再启动的目标姿势的控制。然而，在不具备检测转子的旋转姿势的传感器的无传感器马达中，在马达的停止时往往难以将转子可靠地移至目标姿势，无法进行马达的可靠的启动。

因此，如专利文献1记载的那样，考虑在马达的启动时进行强制的启动，并且进行根据转子的转速判定转子的旋转的有无，在该判定之后进行再启动的控制。然而，在该控制中，在无法进行马达的启动的情况下，在启动之前需要时间。

与此相对，如专利文献2记载那样，在马达的启动失败了的情况下，在进行改变启动时的线圈的组合的控制中，在连续地启动均失败了的情况下，在每次该失败时，需要连续地切换多个通电图案，在启动马达之前需要时间。

基于这样的理由，谋求一种即使是无传感器马达也无论转子的停止姿势如何都能够在短时间内进行马达的适当的启动的马达控制装置。

技术实现要素：

本发明的特征是以下各点，具备：

旋转控制部，其通过构成无刷马达的定子的三相励磁线圈的驱动电力的控制来控制构成上述无刷马达的转子的旋转；以及

感应电压计测部，其对伴随着上述转子的旋转而在上述励磁线圈产生的感应电压进行计测，

上述旋转控制部执行以下步骤：

一相通电步骤，在上述无刷马达的启动时，以设定时间对三相上述励磁线圈中的一相进行通电；

判定步骤，由上述感应电压计测部计测伴随着上述一相通电步骤的通电而在与进行了该通电的上述励磁线圈不同的相的上述励磁线圈产生的感应电压，基于计测结果判定能否启动；以及

强制换向步骤，基于上述判定步骤的判定结果将三相上述励磁线圈中的一相设定为最初进行电力供给的供给开始线圈而进行强制换向。

根据该特征结构，在马达的启动时在一相通电步骤中，以设定时间对被设定的励磁线圈通电(一相通电)。另外，在进行该一相通电时，由感应电压计测部计测在用于一相通电的励磁线圈以外的相的线圈产生的感应电压，旋转控制部根据计测结果在判定步骤中判断能否启动马达。

假设，将连结由在强制换向中最初进行电力供给的供给开始线圈励磁的一对插槽彼此的假想线、与连结转子的特定的磁极的假想线交叉的角度定义为转子的停止角。在这样定义了的情况下，例如在对供给开始线圈通电的情况下(进行了一相通电的情况下)，在处于使大的扭矩作用于转子的转子的停止角的情况下由感应电压计测部计测的感应电压高，判断为马达容易启动。与此相对，在作用于转子的扭矩极小的情况下、几乎不作用扭矩的情况下，由感应电压计测部计测的感应电压低，判断为不能启动马达。

基于该理由，根据伴随着一相通电步骤的通电的感应电压能够判断马达能否启动，并且在强制换向步骤中，基于在判定步骤的旋转控制部的判定来设定供给开始线圈，向被设定的供给开始线圈最初地进行电力供给，由此能够进行马达可靠的启动。特别是，在该结构中，在开始了马达的启动控制之后，即使不进行计测转子的转速的处理，也实现马达可靠的启动。

这样，即使是无传感器马达，也能够构成无论转子的停止姿势如何都能够在短时间内进行马达的适当的启动的马达控制装置。

作为其它结构，在上述判定步骤中，在由上述旋转控制部判定为能够启动的情况下，上述旋转控制部也可将在上述一相通电步骤中已通电的上述励磁线圈设定为上述供给开始线圈。

这样，在判定步骤中，在判定为能够启动马达的情况下，旋转控制部将在一相通电步骤中已通电的励磁线圈设定为供给开始线圈而进行强制换向，由此通过在励磁线圈最初创建的磁场，对转子作用马达的启动所需的扭矩，实现马达可靠的启动。

作为其它结构，在上述判定步骤中，在由上述旋转控制部判定为不能启动的情况下，上述旋转控制部也可将与在上述一相通电步骤中已通电的上述励磁线圈不同的相的上述励磁线圈设定为上述供给开始线圈。

这样，在判定步骤中，在判定为不能启动马达的情况下，旋转控制部将与在一相通电步骤中已通电的励磁线圈不同的相的励磁线圈改变为强制换向的供给开始线圈，由此通过在励磁线圈最初创建的磁场，对转子作用马达的启动所需的扭矩，实现马达可靠的启动。

作为其它结构，在上述判定步骤中，上述旋转控制部也可在执行上述一相通电步骤时计测出的感应电压是阈值以上的情况下，判定为能够启动上述无刷马达，也可在计测出的感应电压小于阈值的情况下，判定为不能启动上述无刷马达。

据此，旋转控制部在进行了一相通电的情况下，通过由感应电压计测部计测出的感应电压与阈值的比较来进行能够启动马达、和不能启动马达的任一个的判定，所以处理变得容易。

附图说明

图1是表示马达控制装置的结构的电路图。

图2是表示马达的定子与转子的剖视图。

图3是示意性表示转子的多个停止角的图。

图4是表示伴随着一相通电的感应电压的时序图。

图5是马达的启动控制的流程图。

图6是表示其它实施方式(a)中与45°对应的转子的停止角的图。

图7是表示其它实施方式(a)中伴随着一相通电的感应电压的时序图。

图8是其它实施方式(a)的马达的启动控制的流程图。

具体实施方式

以下，结合附图来说明本发明的实施方式。

〔基本结构〕

如图1、图2所示，将能够以旋转轴芯y为中心旋转的转子r收纳于定子s而构成无传感器无刷dc马达m(称为以下马达m)，构成了控制该马达m的马达控制装置10。

定子s具备从环状的磁轭1向径向的内侧突出的六个插槽2，在各个插槽2卷绕励磁线圈3。转子r具备4个永久磁铁4由此在周向形成了4个磁极。这样，马达m被构成为4极6插槽型。

马达m例如构成为在车辆的内燃机中驱动使冷却水循环的水泵。因此，在与转子r连结的轴6设置有水泵的叶轮7。另外，该马达m除了水泵以外，例如也可用于油泵的驱动、散热器风扇的驱动等。

〔马达控制装置〕

如图1所示，马达控制装置10具备：逆变电路11、驱动电路12、电压计测部13(感应电压计测部的一个例子)以及旋转控制部14。

为了区别励磁线圈3的u相、v相及w相，对六个插槽2的励磁线圈3标注3u、3v、3w的标记。逆变电路11具备控制来自电源b的电力的六个开关元件11a，并具备3个电力线11b，所述3个电力线11b将由上述开关元件11a生成的电力向励磁线圈3供给或者从励磁线圈3输出。

驱动电路12具备设定驱动逆变电路11的六个开关元件11a的信号的占空比的逻辑门、比较器等半导体元件等。该驱动电路12根据来自旋转控制部14的控制信号来设定六个开关元件11a的驱动时刻。

电压计测部13基于在3个电力线11b的各个中流动的电流，计测以中性点电位为基准的各相的电压。在该电压计测部13中，例如在对u相的电压进行计测的情况下，通过比较与v相和w相对应的电力线11b的电位的两相比较来计测电压。该电压计测部13将各相的电力线11b的电压值向旋转控制部14输出。

旋转控制部14基于来自作为车辆所具备的ecu的发动机控制部21的控制信号来控制向三相励磁线圈3供给的驱动电力，由此实现马达m的启动和停止。特别是，旋转控制部14具备：在马达m的运转时(旋转时)进行旋转控制的反馈控制单元14a、以及在马达m的启动时进行启动控制的启动控制单元14b。

反馈控制单元14a为了实现旋转控制，根据转子r的旋转时由电压计测部13取得的各相的电压值取得转子r的旋转角，将基于该旋转角的控制信号赋予给驱动电路12，由此实现无传感器控制。

启动控制单元14b为了实现迅速且可靠的马达m的启动，控制驱动电路12并进行一相通电，基于由电压计测部13计测出的电压值来判定马达m能否启动，基于该判定进行强制换向控制。另外，该启动控制单元14b的启动控制将在后述。

旋转控制部14通过由具有cpu(centralprocessingunit：中央处理单位)、dsp(digitalsignalprocessor：数字信号处理器)、asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)等的电路基板构成的硬件，控制cpu、dsp、asic等的软件的组合而构成。虽假设反馈控制单元14a和启动控制单元14b由软件构成，但也可由硬件构成一部分。

〔控制形态〕

在该马达m中层叠电磁钢板等强磁性体而一体形成磁轭1和六个插槽2，对转子r形成4个磁极，所以在马达m停止时通过磁极与六个插槽2之间作用的吸引力，在多个停止角(转子r的停止姿势)的任个停止。

在图3中，以作为连结u相的一对插槽2的假想线的插槽线c为基准，将该插槽线c、与作为连结停止状态的转子r的一对s极的假想线的磁极线d交叉的角度定义为转子r的停止角。另外，同图的(a)、(b)、(c)、(d)作为转子r的停止角示出了75°、45°、15°以及90°。

这样由于转子r的停止角并不恒定，所以在旋转控制部14基于来自发动机控制部21的信息启动马达m的情况下，启动控制单元14b执行图5的流程图所示的控制，以便能够可靠且迅速地启动。

即在该控制中，启动控制单元14b控制驱动电路12以设定时间在既定的通电方向对作为供给开始线圈而被预先设定的u相的励磁线圈3u进行一相通电，由电压计测部13计测在与该一相通电同步的时刻由其它励磁线圈3(3v、3w)的至少一方产生的感应电压，启动控制单元14b判定马达m能否启动(#01～#03步骤)。

在该控制中，启动控制单元14b控制驱动电路12进行一相通电的处理(#01步骤)是一相通电步骤，由电压计测部13计测的感应电压的电压值与转子r的停止角对应。另外，启动控制单元14b基于计测出的电压值判定马达m能否启动的处理(#03步骤)是判定步骤。

具体而言，进行一相通电，由此在与u相的一对插槽2的转子r对置的前端创建n极，转子r以与停止角相等的角度朝向目标旋转方向f旋转，若越过了0°则相反方向旋转力起作用，旋转逐渐地收敛，向原来的停止角返回。其结果是，如图4所示，伴随着一相通电的其它励磁线圈3(3v、3w)所产生的感应电压也在产生了正电压之后产生负电压的现象反复，上述电压随着时间经过而衰减。另外，在关于该马达m的启动控制中，图3所示的目标旋转方向f是使转子r旋转的方向。

另外，在电压计测部13计测感应电压的情况下，不需要取得图4的图表所示的感应电压的多个峰值，只要取得伴随着一相通电而产生的最大(最初)的感应电压即可。因此，在与一相通电并行的时刻计测由励磁线圈3u的其它励磁线圈3(3v、3w)的至少一方产生的感应电压。

另外，伴随着一相通电而产生的感应电压在转子r的停止角如图3(a)那样处于75°的情况下，产生最高的电压，作用于转子r的扭矩也较大。另外，在转子r的停止角如图3(b)那样处于45°的情况下，与75°比较产生稍低的电压，与75°比较作用稍小的扭矩。而且，在如图3(c)那样处于15°的情况下，产生轻微的感应电压，在如图3(c)那样处于90°的情况下，几乎不产生感应电压。

这样，感应电压的电压值与转子r的停止角对应，伴随着一相通电由电压计测部13计测的感应电压越是高的值则马达m的启动性越良好，由电压计测部13计测的感应电压越是低的值则启动性越不良。基于该理由，设定阈值t(规定的电压值)，以便在转子r的停止角处于75°、45°及15°的情况下，启动控制单元14b判定为能够启动马达m，在转子r的停止角处于90°(包含处于90°的附近的情况下)的情况下，启动控制单元14b判定为不能启动马达m。

而且，在启动控制单元14b判定为能够启动马达m的情况下(由电压计测部13计测的感应电压是阈值t以上的情况下)，以在既定的通电方向对作为供给开始线圈的既定的励磁线圈3(3u)最初供给电力的形态，启动控制单元14b开始强制换向控制。另外，在启动控制单元14b判定为不能启动马达m的情况下(由电压计测部13计测的感应电压小于阈值t的情况下)，启动控制单元14b将供给开始线圈改变为励磁线圈3(3w)，以对这样改变的供给开始线圈最初供给电力的形态开始强制换向控制(#04～#07步骤)。

强制换向控制(强制换向步骤)是以规定的周期对u相、v相、w相这三相励磁线圈3以决定的模式依次进行通电，由此进行转子r的强制的旋转的控制。

这样在启动控制单元14b判定为能够启动马达m的情况下，如上所述在强制换向控制的开始时对既定的励磁线圈3(3u)以向既定的通电方向进行通电的方式最初供给电力，所以在启动控制单元14b的强制换向控制的开始时对转子r作用大的扭矩而能够可靠的启动。

与此相反，在启动控制单元14b判定为不能启动马达m的情况下，启动控制单元14b在强制换向控制开始时将供给电力的供给开始线圈改变为励磁线圈3(3w)，并且以按照向既定的通电方向通电的方式对改变了的励磁线圈3(3w)最初供给电力的形态，进行启动控制单元14b的强制换向控制。由此在换流控制开始时对转子r作用大的扭矩，使马达m可靠的启动成为可能。

另外，在转子r的停止角如图3(c)那样是15°的情况下，与如图3(d)那样转子r的停止角是90°的情况相同，启动控制单元14b也能够判定为不能启动马达m。这样在设定启动控制单元14b进行的判定的控制形态的情况下，在转子r的停止角是90°的情况下，与上述相同，启动控制单元14b将供给开始线圈改变为励磁线圈3(3w)，在转子r的停止角是15°的情况下，启动控制单元14b将供给开始线圈改变为励磁线圈3(v)。该切换基于由电压计测部13计测的感应电压来进行。

这样，在转子r的停止角处于90°的情况下将供给开始线圈改变为励磁线圈3(3w)从而与转子r的停止角处于30°的状态相同能够启动马达m。另外，在转子r的停止角处于15°的情况下将供给开始线圈改变为励磁线圈3(3v)从而与转子r的停止角是75°的状态相同能够启动马达m。

另外，在执行强制换向控制时，不进行反馈转子r的旋转角的控制，基于由电压计测部13计测的电压信号仅取得转子r的旋转速度(每单位时间的转速)。

而且，当判断出转子r的旋转速度达到预先设定的值，旋转控制部14能够过渡到反馈控制时，过渡到反馈控制(#08、#09步骤)。

在反馈控制中，反馈控制单元14a以基于来自电压计测部13的各相的电压信号取得转子r的旋转角的形态，驱动逆变电路11的各开关元件11a由此实现没有失调的适当的旋转。

〔实施方式作用/效果〕

这样，在启动马达m时，在一相通电步骤中启动控制单元14b控制驱动电路12进行以短时间暂时对供给开始线圈供给电流的一相通电，电压计测部13与该一相通电并行地计测由其它励磁线圈3产生的感应电压。通过该感应电压的计测，能够由启动控制单元14b进行转子r是处于能够启动和不能启动的哪一个状态的判定。即即使不具备用于检测转子r的停止角的传感器部件，也与转子r的停止角对应地实现马达m的能够启动和不能启动的判定。

而且，在启动控制单元14b的判定的结果是转子r能够启动的情况下，以向既定的通电方向对既定的供给开始线圈(3u)最初供给电力的形态进行强制换向控制，由此从强制换向控制的初期使扭矩作用于转子r而实现可靠的启动。

另外，在启动控制单元14b的判定的结果是转子r不能旋转的情况下，启动控制单元14b改变供给开始线圈，由此以向既定的通电方向对改变后的供给开始线圈最初供给电力的形态进行强制换向控制。由此，从强制换向控制的初期使扭矩作用于转子r而实现可靠的启动。而且，在进行判定的情况下，进行比较由电压计测部13计测的感应电压与阈值t的处理，所以启动控制单元14b非常容易进行判定。

特别是，在该结构中，例如在马达m启动时进行强制换向控制，与从强制换向控制开始经过了规定时间之后判定转子r的旋转状态的情况比较，能够缩短在马达m启动时启动控制单元14b判定转子r的停止角的处理之后到进行强制换向控制的时间。这样，即使不具备用于检测转子r的停止角的传感器部件也能够可靠且迅速地进行马达m的启动。

〔别实施方式〕

本发明除了上述实施方式以外也可以下那样地构成(对具有与实施方式相同的功能的部件标注与实施方式共同的编号、附图标记)。

(a)如实施方式中说明的那样，在通过启动控制单元14b进行以适合于马达m的启动的停止角使转子r停止的控制的情况下，还考虑了因负荷的作用、其它原因转子r的停止角偏离实施方式中说明的角度的情况。作为其一个例子，如图6所示，在与实施方式中说明的45°的停止角(停止姿势)相同的角度，将转子r的磁极的极性成为与图3(b)相反的停止角作为一个例子来说明控制形态。

这样在转子r是图6所示的停止角的状况下启动控制单元14b控制驱动电路12以既定的通电方向(与实施方式中说明的通电方向相同的方向)向既定的相的励磁线圈3(3u)进行一相通电的情况下，相对于转子r沿与目标旋转方向f相反的方向作用扭矩而使其旋转，所以在其它相的励磁线圈3(3v或者3w)产生的感应电压，如图7的图表所示呈现与实施方式所示的图表相反。

即使是这样的转子r的停止角，启动控制单元14b也能够通过改变供给开始线圈而得到沿着目标旋转方向f的适当的扭矩。基于该理由设定图8的流程图所示的控制。

在图8所示的流程图中，是与实施方式中说明的控制的流程基本相同的流程，所以在转子r的停止角是图3(a)～(c)所示的任一个的情况下，与实施方式#01～#04步骤相同，进行#101～#104步骤的控制。即在启动控制单元14b判定为能够启动马达m的情况下，作为供给开始线圈设定既定的励磁线圈3(3u)，以向既定的通电方向最初供给电力的形态开始强制换向控制(#105、#106步骤)。

然而，通过#101步骤的一相通电，如图7的图表所示，在产生了负的感应电压的情况下，由电压计测部13计测的感应电压超过阈值t(在负的方向超过)，所以在#104中启动控制单元14b虽判定为能够启动马达m，但在#105步骤中启动控制单元14b将供给开始线圈设定(改变)为其它励磁线圈3(3v、3w)，在#106步骤中开始强制换向控制。

另外，作为该#105步骤的控制，还考虑了作为供给开始线圈不改变既定的励磁线圈3(3u)，与实施方式比较而使向该励磁线圈3(3u)供给的电流的通电方向相反来开始强制换向控制。

而且，在#104步骤中，在判定为不能启动马达m的情况下，转子r的停止角是图3(d)那样的90°的停止角，或者是与其相同的停止角，但认为转子r的磁极的极性是相反的情况。因此，启动控制单元14b将供给开始线圈改变为励磁线圈3(3w)，并且启动控制单元14b对该励磁线圈3(3w)进行一相通电，由电压计测部13计测在该励磁线圈3(3w)以外的励磁线圈(3u、3v)的至少一方产生的感应电压，基于该计测值来设定供给开始线圈从而开始强制换向控制(#107～#111步骤)。

在该控制中，启动控制单元14b虽将供给开始线圈改变为励磁线圈3(3w)，但作为改变后的供给开始线圈只要是励磁线圈3(3u)以外即可，所以也可将供给开始线圈改变为励磁线圈3(3v)。

即、在#104步骤中判定为转子r是不能启动的状态的情况下，启动控制单元14b反复进行一相通电，但利用第二次的一相通电根据由电压计测部13计测并确认出的感应电压(电压的正负)能够确认转子r的旋转方向，所以启动控制单元14b判定改变后的供给开始线圈(3w)是否合适，在适当(感应电压为正)的情况下，将改变后的供给开始线圈(3w)设定为强制换向控制的供给开始线圈。

另外，在启动控制单元14b判定为不适当(由电压计测部13计测的感应电压为负)的情况下，启动控制单元14b作为供给开始线圈改变为励磁线圈3(v)。这样，启动控制单元14b基于由第二次的一相通电产生的感应电压的正负来设定供给开始线圈，所以无论转子r是哪种停止角，在开始强制换向控制的情况下，都能够朝向目标旋转方向f作用扭矩而使转子r旋转。

另外，作为在启动控制单元14b判定为不适当(由电压计测部13计测的感应电压是负)的情况下的#110步骤的控制，还考虑了不改变改变后的励磁线圈3(3w)，而使向该励磁线圈3(3w)供给的电流的通电方向相反来开始强制换向控制的情况。

接下来，转子r通过#106步骤的强制换向控制，或者#111步骤的强制换向控制而旋转，在旋转控制部14基于转子r的旋转速度判断为能够过渡为反馈控制的情况下，过渡为反馈控制(#112、#113步骤)。另外，该反馈控制由反馈控制单元14a实现。

在该其它实施方式(a)中，在启动控制单元14b判定为不能启动马达m的情况下，启动控制单元14b用于进行两次一相通电的处理步骤虽变多，但例如在开始强制换向控制之后，若与启动控制单元14b判定转子r的旋转的状态的控制形态比较，则能够缩短判定能否旋转的时间，能够缩短到马达m启动为止的时间。

(b)马达m的极数和插槽数并不限于实施方式所示的情况，也可是任意数量。另外，关于这样的极数与插槽数不同的情况，虽转子r的多个停止角与实施方式不同，但电压计测部13计测一相通电后的感应电压并与阈值t比较从而启动控制单元14b判定马达m能否启动，所以无论马达m的构造如何，都能够进行判定，不改变启动控制单元14b的软件即可完成，实现高的通用性。

(c)作为感应电压的取得时间，例如也可按照取得图4的图表所示的多个峰值的方式进行设定，通过对已取得的多个峰值进行平均，提高启动控制单元14b进行的判定的精度。

(d)在一相通电之后，利用转子r以向正反方向稍微摆动的方式进行旋转时的惯性(动态惯性)，以在转子r向启动方向旋转的时刻开始强制换向控制的方式设定控制的时刻。这样设定强制换向控制的开始时刻，由此利用转子r的惯性的旋转来实现更可靠的马达m的启动。

工业上利用的可能性

本发明能够应用在供给向多个励磁线圈供给的电力由此控制转子的旋转的马达控制装置。

附图标记的说明

3…励磁线圈、13…电压计测部(感应电压计测部)、14…旋转控制部、m…无刷马达、r…转子、s…定子、t…阈值。