无刷电动机的控制装置以及控制方法_2

文档序号:8270200阅读:来源:国知局
换定时而依次切换在3相中施加脉冲状的电压(以下,称为“脉冲电压”)的2相的选择模型(以下,称为“通电模式”)。并且,控制器220基于PWM信号以及通电模式而决定驱动电路210的各开关元件214a?214f以什么样的动作而开关,并根据该决定,将6个栅极信号输出到驱动电路210。
[0041]控制器220如下检测所述规定的切换定时。即,通过对2相施加脉冲状的电压(以下,称为“脉冲电压”),对在无刷电动机100的3相中的非通电相(开放相)中被感应的感应电压(以下,称为“脉冲感应电压”)的检测值与按每个通电模式而不同的规定的阈值进行比较,从而检测通电模式的切换定时。脉冲感应电压是,由磁性电路的饱和状态根据转子120的位置而变化所引起,从而作为与转子120的位置对应的电压而产生的电压。
[0042]另外,脉冲感应电压作为非通电相的端子电压而被检测。严格而言,该端子电压是地GND -端子间的电压,但在本实施方式中,另行检测中性点的电压,求出该中性点的电压与GND —端子间电压之差,并设为端子电压Vu、Vv、Vw。
[0043]图3表示各通电模式中的对于各相的电压施加状态。通电模式由按每个电角60deg依次切换的6组通电模式⑴?(6)构成,在各通电模式(I)?(6)中,对从3相中选择的2相(规定相)施加脉冲电压。
[0044]在本实施方式中,将U相的线圈的角度位置设为转子(磁极)120的基准位置(角度Odeg),将进行从通电模式(3)向通电模式(4)的切换的转子120的角度位置(磁极位置)设定为30deg,将进行从通电模式(4)向通电模式(5)的切换的转子120的角度位置设定为90deg,将进行从通电模式(5)向通电模式¢)的切换的转子120的角度位置设定为150deg,将进行从通电模式¢)向通电模式(I)的切换的转子120的角度位置设定为210deg,将进行从通电模式(I)向通电模式(2)的切换的转子120的角度位置设定为270deg,将进行从通电模式(2)向通电模式(3)的切换的转子120的角度位置设定为330dego
[0045]通电模式(I)通过将开关元件214a以及开关元件217d进行导通控制、将其他全部设为截止,从而对U相施加电压V、对V相施加电压一 V,将电流从U相向V相流过。
[0046]通电模式(2)通过将开关元件214a以及开关元件214f进行导通控制、将其他全部设为截止,从而对U相施加电压V、对W相施加电压一 V,将电流从U相向W相流过。
[0047]通电模式(3)通过将开关元件217c以及开关元件214f进行导通控制、将其他全部设为截止,从而对V相施加电压V、对W相施加电压一 V,将电流从V相向W相流过。
[0048]通电模式(4)通过将开关元件217b以及开关元件217c进行导通控制、将其他全部设为截止,从而对V相施加电压V、对U相施加电压一 V,将电流从V相向U相流过。
[0049]通电模式(5)通过将开关元件217b以及开关元件217e进行导通控制、将其他全部设为截止,从而对W相施加电压V、对U相施加电压一 V,将电流从W相向U相流过。
[0050]通电模式(6)通过将开关元件217e以及开关元件217d进行导通控制、将其他全部设为截止,从而对W相施加电压V、对V相施加电压一 V,将电流从W相向V相流过。
[0051]如上所述,通过将6个通电模式(I)?(6)根据开关元件214a?214f的导通/截止而按每个电角60deg依次切换,从而对每ISOdeg在120deg期间通电,所以将如图3所示的通电方式被称为120度通电方式。
[0052]由于所述通电模式的切换控制基于非通电相的感应电压而进行,所以是所谓的基于位置无传感器的通电控制,但其中也是以基于在非通电相中被感应的脉冲感应电压而进行作为特征的“低速无传感器控制”。低速无传感器控制是在将电动机转速分为低速域和高速域的两个的情况下,在低速域中使用的通电控制。
[0053]在高速域中使用的高速无传感器控制是,检测通过转子120旋转而产生的感应电压(以下,称为“速度引起电压(速度起電圧)”),并基于该速度引起电压而切换通电模式的控制,以速度引起电压的零交叉点为基准,设定通电模式的切换点。但是,在高速无传感器控制中使用的速度引起电压中,电动机转速降低时因噪声等而速度引起电压的灵敏度降低。因此,高速无传感器控制在能够基于速度引起电压而高精度地检测通电模式的切换点的规定的电动机转速以上的转速域、即高速域中实施。另一方面,由于低速无传感器控制能够检测与转子120的位置对应的脉冲感应电压而不依赖于转子120的转速,所以在基于高速无传感器控制的通电控制困难的小于所述规定的电动机转速的转速域、即低速域中实施。
[0054]图4表示通过控制器220以从E⑶38输出驱动指令信号为契机而开始执行且随着从ECU38输出停止指令信号而结束执行的、无刷电动机100的控制处理内容。
[0055]在步骤1001(在图中,简单记载为“S1001”。以下相同。)中,为了通过后述的无传感器控制而使转子120旋转,进行将转子120定位在规定位置的定位控制。另外,关于转子120的定位控制处理的细节,在后面叙述。
[0056]在步骤1002中,进行判定步骤1001的定位控制处理是否完成的定位完成判定。定位完成判定的基准是,例如在非通电相中产生的电压的绝对值成为规定值以下的时间持续了规定时间的情况,或者在将后述的定位通电模式切换为不同的通电模式之后经过了规定时间的情况下等,通过定位控制处理,以规定位置为中心的转子120的摇动衰减到或者估计会衰减到也可以使其转移到步骤1003的无传感器控制的程度。在判定为定位控制处理完成的情况下,进入步骤1003(是),另一方面,在判定为定位控制处理没有完成的情况下,返回到步骤1001(否)。
[0057]在步骤1003中,进行无刷电动机100的无传感器控制。具体而言,首先,进行前述的低速无传感器控制,在无刷电动机100的转速上升而达到了规定速度的情况下,进行前述的高速无传感器控制。
[0058]图5表示步骤1001中的转子120的定位控制处理的细节。
[0059]在步骤2001中,实施定位通电模式,以将转子120定位在规定位置。即,通过图3的通电模式(I)?(6)中的任一个,向3相中的规定的2相施加电压而保持通电,通过在2相中产生的磁通量,转子120中的一个磁极(例如,N极)被吸引,转子120以磁极的相位与根据通电模式而设定的定位角度一致的方式转动。
[0060]根据各通电模式而设定的定位角度是,将根据各相的励磁电流而产生的磁通量进行了合成的合成磁通量的相位。如图6所示,各通电模式的定位角度在通电模式(I)时为330deg、通电模式(2)时为30deg、通电模式(3)时为90deg、通电模式(4)时为150deg、通电模式(5)时为210deg、通电模式(6)时为270deg。另外,在本说明书中,将通电模式按升序切换时定位角度变化的方向设为正向、将通电模式按降序切换时定位角度变化的方向设为反向,将通电模式按升序切换称为“正向”切换,将通电模式按降序切换称为“反向”切换。
[0061]在本实施方式中,如图7所示,例如,通过将通电模式(3)作为定位通电模式,对V相施加电压V且对W相施加电压一 V,从而将电流从V相向W相流过,将定位角度设定为90dego在这个情况下,U相成为非通电相。当转子120在如图7所示的相位静止的情况下,转子120受到正向的转矩,转子120的磁极N朝向定位角度90deg而开始正向转动。
[0062]为了在使用电动水泵26的全部温度条件下能够进行定位控制处理中的转子120的转动,各通电模式中的施加电压V设定转子120能够抵抗在冷却系统中的冷却水的粘性等最高的温度下的摩擦力而动作的电压。施加电压V例如随着由水温传感器28检测出的水温或者由温度传感器32检测出的外部气体温度等的温度变高而设定得低等,可以对应于温度而设定。
[0063]另外,在使转子120缓慢地旋转了一圈时在非通电相中产生的脉冲感应电压,尤其关于通电模式(2)、通电模式(3)以及通电模式(4),分别成为如图8(a)?(c)所示的电压波形。
[0064]在图8的电压波形中,在转子120的磁极相位与定位角度一致的情况下,在非通电相中产生的脉冲感应电压大致为0(参照图中的黑色圆圈标记)。并且,通过预先存储这样的电压波形,还能够基于所存储的电压波形和在非通电相中产生的脉冲感应电压而确定转子120的位置。但是,在实际的定位控制中,与引起磁极的相位相对于定位角度而增减的摇动的转子120的转动速度对应的速度引起电压重叠到在非通电相中产生的脉冲感应电压。因此,非通电相的电压波形相对于图8所示的电压波形尤其在定位角度附近不同(不为O)。因此,控制器220考虑到这样的速度引起电压的影响,不参照
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