专利名称：无电刷电动机驱动方法及无电刷电动机驱动控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无电刷电动机驱动方法及无电刷电动机驱动控制装置，尤其是涉及适合采用无刷电动机的液压动力转向装置的无刷电动机驱动方法及无刷电动机驱动控制装置。
背景技术：
采用无刷电动机的液压动力转向装置是一种利用无刷电动机驱动液压泵，再根据与车速或转向角速度等车辆行驶条件相对应的液压获得所要的助动力的电动泵式的装置。
这种液压动力转向装置，预先在存储器中存储车速或转向角速度和电动机目标转速间的关系。而且利用电动机旋转位置检测传感器检测电动机的转速，求得检测出的实际转速与存储器的目标转速之差，控制电动机的转速使差值始终小于规定值，得到所需的助动力(参照例如专利文献1特开平10-70894号公报(段落0003及图6))。
另外，在专利文献2(参照专利文献2特开平3-337067号公报(段落0009))中还记载着以无刷电动机的转速及电流为依据，对电动机驱动电路的通电相位角进行控制的情况。
发明内容
但是，在上述专利文献1的已有技术中，无刷电动机驱动电路的PWM驱动定时(通电相位角)是固定的，所以在以固定转速转动的电动机中虽然没有问题，但是对于要变速的电动机则存在效率降低，消耗电流坛加等问题。
另外，在上述专利文献2的已有技术中，记载着电动机驱动电路的通电相位角根据电动机的转速及电流进行控制，虽然能确认在各种转速的稳定运行的状态下的效果(提高效率、消耗电流降低)，但为了能在更宽的范围对转速进行控制，还要进一步提高响应特性。
本发明是为解决上述现有装置的问题而作出的，其目的在于提供一种能使无刷电动机在较宽的转速范围内提高效率，降低电流消耗，同时对于电动机转速变化也能确保响应特性的无刷电动机驱动方法及驱动控制装置。
本发明的又一目的在于，提供一种对采用电动泵驱动用无刷电动机的液压动力转向装置适用的无刷电动机驱动方法及驱动控制装置。
解决存在问题的手段是(1)本申请涉及的无刷电动机驱动方法，是根据目标电动机的转速和实际转速之偏算出相应的控制参数，再根据该控制参数，利用进行PWM驱动的驱动电路控制无刷电动机的转速，同时根据检测所述无刷电动机旋转位置的旋转位置检测传感器的旋转位置信号，控制上述驱动电路的通电相位角，在这样的无刷电动机驱动方法中，根据上述控制参数计算操作量，以这一操作量为依据，根据预先生成的上述操作量和提前角量的对应关系图计算提前角，以这一计算出的提前角信息修正根据上述旋转位置信号设定的上述驱动电路的通电相位角。
(2)又，本发明的上述(1)的无刷电动机驱动方法中，上述操作量利用上述控制参数中进行比例控制的比例项、进行积分控制的积分项、以及进行微分控制的微分项中至少一项进行计算，依据这一操作量，利用预先生成的操作量和提前角量间的对应关系图计算提前角量。
(3)本发明的无刷电动机驱动控制装置是具有如下所述结果的装置，即根据电动机目标转速和实际转速之差，利用转速控制手段算出控制参数，根据该控制参数通过PWM控制手段控制驱动电路，在控制无刷电动机的转速的同时，根据检测上述无刷电动机的旋转位置的旋转位置检测传感器的旋转位置信号，控制上述驱动电路的通电相位角，在这样构成的无刷电动机驱动控制装置中，还具备根据利用上述转速控制手段算出的控制参数计算提前角量，同时将这一算出的提前角信息提供给上述PWM控制手段的相位控制手段，上述PWM控制手段根据来自上述相位控制手段的信息，修正根据上述旋转位置信号设定的上述驱动电路的通电相位角。
(4)又，在本发明的上述(3)的无刷电动机驱动控制装置中，上述相位控制手段形成如下所述结构，即利用上述控制参数中进行比例控制的比例项、进行积分控制的积分项、进行微分控制的微分项中至少一项计算操作量，以该操作量为依据，利用预先生成的操作量和提前角量间的对应关系图计算提前角量。
采用本发明的无刷电动机驱动方法及驱动装置，无刷电动机在较宽的转速范围内，通过控制驱动电路的通电相位角(PWM驱动时刻)，从而能使电动机效率提高，降低电流消耗。
另外，通过利用转速控制的控制参数修正驱动电路的通电相位角，也能确保对于转速变化的响应特性。
再有，采用本发明能获得一种适用于采用无刷电动机的液压动力转向装置的无刷电动机驱动方法及驱动控制装置。
图1为应用本发明的电动泵液压动力转向装置的构成图。
图2为本发明实施形态1的无刷电动机驱动控制装置的控制方框图。
图3为表示无刷电动机中驱动电路的驱动占空比、通电相位角(PWM驱动时刻)、以及电动机转速间的关系的曲线图。
图4为说明本发明实施形态1的相位控制手段及PWM控制手段的动作用的控制流程图。
图5为本发明实施形态1用的提前角图的一个例子的示意图。
图6为表示本发明实施形态1的无刷电动机转速响应特性的曲线图。
记号说明6……无刷电动机、7……控制器、10……液压泵、11……转向角传感器、12……车速传感器、71……旋转位置检测传感器、72……驱动电路、73……目标转速运算手段、74……转速运算手段、75……转速控制手段、76……PWM控制手段、77……相位控制手段。
具体实施例方式
实施形态1电动机转速控制通常对驱动晶体管作PWM驱动，以使电动机目标转速和实际转速之差为零。通常根据这一差值相应地进行PID控制(P是比例控制、I是积分控制、D是微分控制)。但是仅以此方式电动机驱动电路的通电相位角是一定的，因此为了解决上述现有的问题要采用某种手段控制通电相位角。
本发明中，利用根据电动机目标转速与实际转速之差求出的控制参数即P项(比例项)、I项(积分项)、D项(微分项)，通过控制通电相位角，谋求既提高电动机效率，同时又提高转速响应特性。
以下参照图1～图6，说明本发明实施形态1中无刷电动机驱动方法及驱动控制装置。图中同一记号表示相同或相当的部分。图1为表示应用本发明的采用无刷电动机驱动电动泵的液压动力转向装置的构成图。
图1中，转向装置1在未图示的汽车等车辆的左右操舵轮上设置通过转向节臂连接的转向横拉杆2。
该转向装置1如所周知，具备驾驶盘3的驾驶操作通过转向轴4传递，以切换液压油路的油路切换阀、将驾驶操作传递到转向横拉杆2一侧的传递部、以及通过将油压导入左、右室中任何一个室产生与驾驶操作相对应的助动力的动力缸。
另外，液压泵10为由电动机驱动，通过液压配管9向转向装置1送液压油的泵，由油泵5、对其进行驱动的电动机即DC无刷电动机6、覆盖油泵5周围的罩壳形成的油箱8、以及对该电动机进行最佳控制的控制器7等构成。
图2为表示进行上述无刷电动机6的驱动控制的控制器7的控制方框图。
如图2所示，该无刷电动机6为三相电动机，利用图中未示出的6个功率晶体管组成的驱动电路72进行PWM驱动。
目标转速运算手段73根据车辆的驾驶动作的转向角及检测转向角速度的转向角传感器11和检测车速的车速传感器12的信号，计算预先存在存储器中的作为目标的电动机转速。
另一方面，无刷电动机6的转子旋转位置可利用旋转位置检测传感器71检测。来自该旋转位置检测传感器71的旋转位置信号被输入到转速运算手段74，以该信号为基础计算实际转速。
然后，上述目标转速运算手段73计算的目标转速和转速运算手段74算出的实际转速的差被输入到转速控制手段75。
该转速控制手段75及PWM控制手段76如例如如特开2001-103776号公报所示，可形成如下所述的结构，即记电动机的实际转速反馈，根据与目标转速的转速差，利用比例控制和积分控制设定控制电压，据此控制驱动电路的PWM驱动，从而能控制电动机的转速。
另外，在本发明的实施形态1中，转速控制手段75根据所述转速差计算比例项及积分项等控制参数，根据该结果，由PWM控制手段76进行PWM驱动占空比(duty)的计算。
而且，在本发明中，根据以转速控制手段75求出的转速差为依据的比例项、积分项、微分项等控制参数，由相位控制手段77求出驱动电路的最佳通电相位角(PWM驱动时刻)，由PWM控制手段76反映出其结果。
以下对相位控制手段77中驱动电路的通电相位角(PWM驱动时刻)的控制方法进行说明。
图3表示无刷电动机中的PWM驱动电路的驱动占空比(duty)、通电相位角(PWM驱动时刻)、以及电动机转速间的关系。电动机输出(转速)随着PWM驱动占空比的坛加一起上升，而且在相同驱动占空比的情况下，相位角的提前角也一起坛加。
因而，在对电动机进行转速控制时，即使不将相位角提前，在电动机输出超过负载转矩的区域(驱动占空比＜100％)的情况下也能以高效(驱动电流小)的相位角(提前角量小)进行驱动。
在负载转矩超出电动机输出的区域(驱动占空比＞100％)的情况下，使相位角超前，坛加电动机输出。
这里所谓的驱动占空比，是根据电动机转速控制中的目标转速和实际转速的差值将比例项、积分项、微分项等控制参数变换成电动机驱动电路的通电率的比率。
以下利用图4的控制流程，对相位控制手段77及PWM控制手段76的动作进行说明。
(1)PWM控制手段76在步骤101读入转速控制手段75算出的控制参数(比例项(P)、积分项(I))。
(2)在步骤102，根据步骤101读入的控制参数计算PWM驱动占空比。
(3)另一方面，相位控制手段77在步骤103和步骤101一样地读入控制参数。
(4)在步骤104根据这一控制参数计算操作量。在实施形态1，操作量为比例项(P)与积分项(I)之和。
(5)在步骤105，根据预先生成的存在控制器7的图中未示出的存储器中的提前角关系图，根据上述操作量求出提前角量。
图5为表示该提前角关系图的一个示例，设定成当操作量超过100％时坛加提前角量。
(6)在PWM控制手段76的步骤106中，读入上述步骤105求出的提前角量。
(7)在步骤107根据上述提前角量计算通电相位角(PWM驱动时刻)。
还有，上述步骤104中，取操作量为控制参数的比例项(P)与积分项(I)之和，此外还可加上微分项(D)。
另外，也可以不取各项之和，而在各项上乘以系数，或根据各项的乘积进行运算。
图6为采用上述实施形态1的无刷电动机驱动控制装置确认无刷电动机转速响应特性的结果的一示例。
图中分别表示使电动机目标转速从1000rpm阶段性地加速至4900rpm时的实际转速(图6(a))、控制参数的比例项(P)、积分项(I)、驱动占空比(图6(b))、及提前角量(图6(c))。
从图6可知，为了确保响应特性，在目标转速刚变化时，使驱动占空比为100％，同时根据与比例项(P)对应的提前角量进行驱动，此后，根据与积分项(I)对应的提前角量维持转速不变。
该提前角量比与现有的最大电动机输出对应的提前角量小，所以能减少电动机的电流消耗。
如上所述，本发明实施形态1的无刷电动机驱动方法及驱动装置除了通常的根据旋转位置检测传感器的旋转位置信号控制驱动电路的通电相位角(PWM驱动时刻)外，还利用根据目标转速和实际转速之差求出的控制参数、即比例项(P)、积分项(I)、微分项(D)，决定通电相位角，依照这一通电相位角信息，修正根据上述旋转位置信号设定的通电相位角。
因此，采用本发明，在无刷电动机的较宽的转速范围内，通过控制驱动电路的通电相位角(PWM驱动时刻)，从而能使电动机的效率提高，减少电流消耗。
另外，通过采用转速控制的控制参数修正驱动电路的通电相位角，也能确保对于转速变化的响应特性。
再有，采用本发明，能获得一种适用于采用无刷电动机驱动电动泵的液压动力转向装置的无刷电动机驱动方法及驱动控制装置。
权利要求
1.一种无刷电动机驱动方法，该方法根据电动机目标转速和实际转速之差计算出控制参数，根据这一控制参数，利用进行PWM驱动的驱动电路控制无刷电动机的转速，同时还根据检测所述无刷电动机的旋转位置的旋转位置检测传感器的旋转位置信号，控制所述驱动电路的通电相位角，这样的无刷电动机的驱动方法，其特征在于，根据所述控制参数计算操作量，以该操作量为基础，根据预先生成的所述操作量和提前角量间的对应关系图计算提前角量，按照该计算出的提前角信息，修正根据所述旋转位置信号设定的所述驱动电路的通电相位角。
2.如权利要求1所述的无刷电动机驱动方法，其特征在于，所述操作量利用所述控制参数中进行比例控制的比例项、进行积分控制的积分项、以及进行微分控制的微分项中至少一项进行运算，以该操作量为基础，采用预先生成的操作量和提前角量的对应关系图计算提前角量。
3.如权利要求1所述的无刷电动机驱动方法，其特征在于，所述操作量利用所述控制参数的进行比例控制的比例项、进行积分控制的积分项、以及进行微分控制的微分项进行计算，以该操作量为基础，采用预先生成的操作量和提前角量的对应关系图计算提前角量。
4.如权利要求1至3中任一项所述的无刷电动机驱动方法，其特征在于，根据所述控制参数计算所述驱动电路的驱动占空比，在该驱动占空比大于规定值时对驱动电路的通电相位角进行修正。
5.一种无刷电动机驱动控制装置，该装置根据电动机目标转速和实际转速之差，利用转速控制手段算出控制参数，根据该控制参数利用PWM控制手段控制驱动电路，在控制无刷电动机转速之同时，再根据检测所述无刷电动机旋转位置的旋转位置检测传感器的旋转位置信号控制所述驱动电路的通电相位角，在这种无刷电动机驱动控制装置中，其特征在于，还具有根据利用所述转速控制手段算出的控制参数计算提前角量，同时将该算出的提前角信息提供给所述PWM控制手段的相位控制手段，所述PWM控制手段根据所述相位控制手段来的信息，修正根据所述旋转位置信号设定的所述驱动电路的通电相位角。
6.如权利要求5所述的无刷电动机驱动控制装置，其特征在于，所述相位控制手段具有这样的构成，即采用所述控制参数中进行比例控制的比例项、进行积分控制的积分项、以及进行微分控制的微分项中至少一项计算操作量，以该操作量为依据，采用预先生成的操作量与提前角量的对应关系图计算提前角量。
7.如权利要求5所述的无刷电动机驱动控制装置，其特征在于，所述相位控制手段具有这样的构成，即采用所述控制参数的进行比例控制的比例项、进行积分控制的积分项、以及进行微分控制的微分项计算操作量，以该操作量为依据，采用预先生成的操作量与提前角量的对应关系图计算提前角量。
8.如权利要求5至7中任何一项所述的无刷电动机驱动控制装置，其特征在于，所述PWM控制手段采用如下所述的构成，即根据所述控制参数计算所述驱动电路的驱动占空比，在该驱动占空比大于规定值时修正驱动电路的通电相位角。
9.一种液压动力转向装置，其特征在于，液压泵驱动用的无刷电动机具备权利要求5所述的驱动控制装置。
全文摘要
本发明涉及无刷电动机驱动方法及驱动控制装置。利用根据电动机目标转速和实际转速之差求得的控制参数、即P(比例项)、I(积分项)、D(微分项)，通过控制PWM驱动电路的通电相位角，谋求提高电动机效率，同时还能提高转速响应特性。
文档编号B62D137/00GK1638257SQ20041007696
公开日2005年7月13日 申请日期2004年8月31日 优先权日2003年12月25日
发明者中川章宽, 铃村淳 申请人:三菱电机株式会社