电动机控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高效地驱动无刷DC电动机等的电动机控制装置。
【背景技术】
[0002]近年来，从保护地球环境的观点出发，强烈要求各电气设备降低耗电。作为降低耗电的技术之一，广泛使用以任意的频率来驱动效率高的电动机的逆变器控制等。在效率高的电动机中存在无刷DC电动机等。下面，也有时将无刷DC电动机记述为“电动机”。另外，作为驱动电动机的技术方式，存在利用矩形波状的电流来驱动电动机的矩形波驱动方式。还存在能够与矩形波驱动方式相比使效率更高且使噪音也低的正弦波驱动方式。特别是正弦波驱动方式受到关注。
[0003]为了高效地以正弦波驱动方式驱动无刷DC电动机，需要适当地控制向无刷DC电动机流通的绕组电流的相位。下面，也有时将绕组电流记述为“电流”。为了适当地控制绕组电流的相位，需要对电动机所具有的三相中的至少两相的绕组电流进行检测。作为廉价地检测该两相的电流的电流检测方式，提出了单分路(one-shunt)电流检测方式。
[0004]图11是表示以往的电动机控制装置的电路结构的结构图。如图11所示，使用以往的单分路电流检测方式的电动机控制装置具备逆变器23、直流电源25以及电流检测器22。
[0005]在逆变器23与直流电源25之间设置有一个电流检测器22。只要根据被提供至逆变器23的PWM信号适当地对来自电流检测器22的信号进行采样，就能够检测两相的电流。
[0006]逆变器23的一端与直流电源25的高电压侧电极连接。逆变器23的另一端与直流电源25的低电压侧电极连接。逆变器23具有与三相相应的数量的成对的开关元件。一对开关元件具有高电压侧的开关元件和低电压侧的开关元件。高电压侧的开关元件与低电压侧的开关元件串联连接。对高电压侧的开关元件附加后缀“H”。对低电压侧的开关元件附加后缀“L”。也就是说，作为使用于U相的一对开关元件，具有高电压侧开关元件23UH和低电压侧开关元件23UL。同样地，作为使用于V相的一对开关元件，具有高电压侧开关元件23VH和低电压侧开关元件23VL。作为使用于W相的一对开关元件，具有高电压侧开关元件23WH和低电压侧开关元件23WL。
[0007]图12是表示电角度和电动机绕组中流动的电流的方向的说明图。在图12中示出了电动机21所具有的各相的绕组中流动的相电流的状态。另外，在图12中示出了按60°对电角度进行划分所得的各区间中的各相的绕组中流动的电流的方向。如图12所示，将从逆变器23流向电动机中性点的方向定义为正，将从电动机21流向逆变器23的方向定义为负。例如，在电角度0°?60°的区间中，在U相绕组21U和W相绕组21W中流动正的电流，在V相绕组21V中流动负的电流。如图12所示，在电动机21中流动正弦波状的电流。正弦波状的电流每隔60°的电角度就有各相的电流的方向发生切换。由于这种正弦波状的电流流动，因此电动机21被高效地驱动。
[0008]为了向电动机21流通图12所示的正弦波状的电流，进行以下的控制。S卩，由控制电路24所具有的驱动电压指令运算器26来运算针对电动机21的驱动电压指令。基于运算得到的驱动电压指令来生成用于控制各开关元件的PWM信号。PWM信号是由脉冲调制器27生成的。利用图13所示的所生成的各相的PWM信号的组合来驱动逆变器23。
[0009]图13是表示单分路电流检测方式中的PWM信号与能够检测的相电流的关系的关系图。在图13中，“O”表示PWM信号的低电平。以“O”表示的PWM信号其对应的开关元件为“断开(OFF)”的状态。“I”表示PWM信号的高电平。以“I”表示的PWM信号其对应的开关元件为“接通(ON) ”的状态。在图13中，利用PWM信号的组合来表示能够由电流检测器22检测的电动机21的电流。例如，在组合(b)的PWM信号的情况下，能够检测流过W相的电流Iw。另外，在组合(c)的PWM信号的情况下，能够检测流过V相的电流Iv。
[0010]在此，如果针对各相的驱动电压指令彼此相离得足够远，则可以确保呈现各PWM信号的组合的状态的保持时间。因此，在PWM信号变化一个周期的期间内能够按照图13所示的PWM信号的组合来检测两相的电流。下面，也将PWM信号的一个周期称为“PWM周期”。
[0011]但是，当针对两相或三相的驱动电压指令接近时，呈现各PWM信号的组合的状态的保持时间变短。因此，产生无法检测两相的电流这样的问题。在专利文献I中记载了解决该问题的方法。专利文献I在无法检测两相的电流这样的期间，对PWM信号的脉宽进行校正。
[0012]图14A、图14B是用于说明以往的单分路电流检测方式中的PWM方式的波形图。
[0013]在图14A、图14B中，示出了对PWM信号的脉宽进行校正前后的三相的驱动电压指令VuS、VvS、VwS和三相的PWM信号UH、VH、WH的波形。
[0014]将在各PWM信号中为了正确地检测电流而需要的最低限度的保持时间设为时间to时间t是将从PWM信号发生变化起到由电流检测器22检测出的电流稳定为止的等待时间与取入所检测出的电流的电流值的时间相加所得的时间。为了正确地检测电流，需要将PWM信号的状态(“I”或“O”)保持时间t。但是，如图14A所示，在三相的驱动电压指令值中的两个以上的驱动电压指令值接近的情况下，产生无法确保时间t的PWM信号。当产生无法确保时间t的PWM信号时，无法检测电流。
[0015]为了避免该状态，进行以下的应对。如图11所示，驱动电压指令运算器26判断为由于针对两相的驱动电压指令值接近而无法检测两相的电流。此时，如图14B所示，驱动电压指令运算器26例如对驱动电压指令VwS进行调制使得在PWM信号的周期Tl内将PWM信号的各组合保持时间t。其结果，使PWM信号WH的脉宽从30减少到20。另外，在下一个PWM信号的周期T2内对驱动电压指令VwS进行调制，使PWM信号WH的脉宽从30增加到40。
[0016]这样，在PWM信号的两个周期内，PWM信号WH的脉宽的平均值保持30不变。而且，能够确保用于检测电流的时间t，因此能够稳定地检测电流。在此，在家电产品等噪音会成为问题的用途中，PWM信号的频率一般被设定为16?20kHz左右，使得因PWM产生的噪音不会进入听觉范围。下面，也有时将PWM信号的频率记述为“PWM频率”。
[0017]专利文献1:日本专利第3931079号公报
【发明内容】
[0018]为了达到上述目的，本发明的电动机控制装置具备逆变器、电流检测器以及控制电路。
[0019]逆变器的一方与直流电源连接，并且逆变器的另一方与具有多相的驱动绕组的电动机连接。逆变器具备多个开关元件对，该开关元件对具有配置于直流电源的高电压侧的上臂开关元件和配置于直流电源的低电压侧的下臂开关元件。在逆变器中，上臂开关元件与下臂开关元件的连接点连接于形成电动机的各相的驱动绕组。逆变器对多相的驱动绕组施加多相的驱动电压来驱动电动机。
[0020]电流检测器配置于直流电源与逆变器之间。
[0021]控制电路通过对由电流检测器检测的逆变器母线电流进行转换来检测流过驱动绕组的电流。控制电路对逆变器所具备的多个开关元件对输出多相的PWM信号。
[0022]控制电路在用于驱动电动机的电动机驱动用PWM信号上施加用于检测逆变器母线电流的电流检测用PWM信号，来生成PWM信号。
【附图说明】
[0023]图1是表示本发明的实施方式I中的电动机控制装置的电路结构的结构图。
[0024]图2是说明本发明的实施方式I中的单分路电流检测方式的PWM方式的波形图。
[0025]图3A是用于说明本发明的实施方式I中的电流检测器中流动的电流的说明图。
[0026]图3B是用于说明本发明的实施方式I中的电流检测器中流动的电流的说明图。
[0027]图3C是用于说明本发明的实施方式I中的电流检测器中流动的电流的说明图。
[0028]图3D是用于说明本发明的实施方式I中的电流检测器中流动的电流的说明图。
[0029]图3E是用于说明本发明的实施方式I中的电流检测器中流动的电流的说明图。
[0030]图4是表示能够利用本发明的实施方式I中的电流检测用PWM信号检测的电动机电流的关系图。
[0031]图5是用于说明本发明的实施方式2中的单分路电流检测方式的PWM方式的波形图。
[0032]图6A是用于说明本发明的实施方式2中的电流检测器中流动的电流的说明图。
[0033]图6B是用于说明本发明的实施方式2中的电流检测器中流动的电流的说明图。
[0034]图6C是用于说明本发明的实施方式2中的电流检测器中流动的电流的说明图。
[0035]图6D是用于说明本发明的实施方式2中的电流检测器中流动的电流的说明图。
[0036]图7是表示本发明的实施方式3中的电动机控制装置的电路结构的结构图。
[0037]图8A是用于说明本发明的实施方式3中的电动机控制装置在电动机负荷小时的动作的波形图。
[0038]图8B是用于说明本发明的实施方式3中的电动机控制装置在电动机负荷小时的动作的波形图。
[0039]图8C是用于说明本发明的实施方式3中的电动机控制装置在电动机负荷大时的动作的波形图。
[0040]图8D是用于说明本发明的实施方式3中的电动机控制装置在电动机负荷大时的动作的波形图。
[0041]图9A是用于说明本发明的实施方式3中的单分路电流检测方式的PWM方式的波形图。
[0042]图9B是用于说明本发明的实施方式3中的单分路电流检测方式的PWM方式的波