专利名称：马达控制器以及转向设备的制作方法
技术领域：
本技术领域通常涉及一种用于由变换器驱动的控制的马达控制器，以及一种转向设备。
背景技术：
JP-A-2002-10685(专利文献1)公开了一种现有技术的用于由变换器(inverter)驱动的马达的时间补偿控制。这个出版文献的马达控制设备提供用于由于PWM控制而出现的延迟时间的补偿量给用于驱动变换器的PWM信号。根据这个马达控制设备，按照基于转矩电流指令值所计算的转矩量来计算延迟时间补偿增益，由此该计算的补偿增益被乘以上面描述的补偿量，以校正PWM信号。因此，可以平稳将被传输到变换器的PWM信号，使得可以抑制马达的电流变化，以及抑制马达的转矩变化。
除上述专利文献1之外，JP-A-2000-85610(专利文献2)公开了另一种现有技术，其中转向设备安装有传动比改变机构，用于改变方向盘的转向角与转向车轮的转动角之间的传动比，并且该传动比改变机构用于马达。
如果在提供给变换器的开关元件的电气特性值中存在某种偏差，则即使确定了延迟时间补偿增益以及该延迟时间的补偿量被乘以该增益以校正PWM信号，变换器产生的每一相位的正弦波的波高和波形也与参考正弦波的波高和波形不一致，那么转矩电流中会出现浪涌，并且出现转矩变化。
此外，当专利文献2中所公开的马达通过利用上述马达控制器进行驱动时，由于上述原因马达中将出现转矩变化，并且这个转矩变化被传输到方向盘，使得驾驶员有不舒服的感觉。相同的症状可能发生在电力转向中，其中用于辅助方向盘转向力的辅助机构用于马达。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够抑制转矩变化的马达控制器。
此外，另一个目的在于提供一种转向设备，其能够抑制与马达的转矩变化相关的方向盘的摆动。
为了实现上述目的，根据第一方面的马达控制器包括一个变换器，该变换器包括多个被进行PWM控制以产生多个相位的正弦波的开关元件；一个马达，包括定子线圈和转子，该定子线圈被提供所产生的正弦波以便在该定子线圈中产生旋转磁场，该转子由该定子线圈产生的旋转磁场的动作来旋转驱动；一个存储单元，用于检测在该变换器产生的各个相位的正弦波和存储用于每个相位的校正量，该校正量基于检测结果来计算以便该各个相位的正弦波彼此一致；以及一个校正单元，用于基于该计算的校正量来校正用于对该开关元件执行PWM控制的PWM信号。
根据另一个方面，马达控制器包括一个变换器，该变换器包含多个被进行PWM控制以产生多个相位的正弦波的开关元件；以及一个马达，该马达包括定子线圈和转子，该定子线圈被提供所产生的正弦波以便在该定子线圈中产生旋转磁场，该转子由该定子线圈产生的旋转磁场的动作来旋转驱动；其中所述开关元件根据预定的电气特性值范围被分组，并且所述变换器通过利用属于相同组的开关元件来构造。
根据上述的方面，能够使得由变换器产生的各个相位的正弦波彼此一致，以便能够抑制转矩电流的浪涌，并且能够抑制马达的转矩变化，从而实现上述目。
根据另一个方面，校正量可以被计算，以便每个相位的正弦波与不同于所述各个相位的正弦波的参考正弦波一致。因此，当输出所期望的马达输出时，能够抑制由开关元件当中的电气特性值的偏差所引起浪涌。
根据另一个方面，校正量可以被计算，以便所述各个相位的正弦波的其中之一可以被设置为参考正弦波，并且其它相位的正弦波与该参考正弦波一致。
通过将所述各个相位的正弦波的其中之一设置为参考正弦波，以及基于该参考正弦波来校正其余相位的正弦波，同样能够抑制由开关元件当中的电气特性值的偏差所引起的转矩电流的浪涌。
根据另一个方面，校正量可以包含偏移值和增益，该偏移值用于偏移在其处每个相位的正弦波的极性被改变的电平，以便所述正弦波的正和负极性侧的峰值距离该电平的绝对值基本上彼此相等，该增益被设置以便所述正弦波的正和负极性侧的峰值与参考正弦波的相应峰值一致。
因此，基于对马达的转矩有最强作用的每个相位的正弦波的峰值来计算作为校正量的偏移值和增益，以便可以容易和有效地使得每个相位的正弦波与参考正弦波一致，并且能够抑制转矩电流的浪涌。
由于具有变换器的马达控制器是已知的具有用于当变换器的上下臂的晶体管被进行转换控制时防止短路的设备的马达控制器，该设备是一个延迟时间补偿设备。由延迟时间补偿设备校正的正弦波具有以下特征，即在零交叉点的附近变形最大，而在峰值的附近变形最小。根据该方面，基于在其处由于校正导致正弦波的变形最小的峰值来计算作为校正量的偏移值和增益。因此，即使在具有延迟时间补偿设备的马达控制器中，可以容易和有效地使得每个相位的正弦波与参考正弦波的波形一致，并且能够抑制转矩电流的浪涌。
根据另一个方面，根据马达的转子被锁定的情况基于正弦波来计算校正量。
感应电压发生在马达的定子线圈，以便当马达的转子旋转时，感应电压的相位相对于互连磁通前进90度。由变换器产生的各个相位的正弦波的相位可以被发生在定子线圈中的感应电压替代等。另一方面，根据该方面，在转子的旋转被停止的情况下，由变换器产生的各个相位的正弦波被检测以计算校正量。因此，不需要注意发生在定子线圈中的感应电压，从而能够容易地计算校正量。
根据另一个方面，在装运之前仅计算一次校正量，并将其保存在存储单元中，校正单元(24)总是可以基该于校正量来校正PWM信号。
众所周知开关元件的电气特性值根据周围的大气例如温度等等进行变化。根据该方面，马达控制器从工厂等装运之前，在周围的大气可以被相对地固定的工厂等中计算校正量。因此，能够精确地计算校正量。
根据另一个方面，马达控制器还装备有用于计算校正量的校正量计算单元，每次启动马达时，校正量被计算并且被保存在存储单元中，校正单元基于该校正量来校正PWM信号。因此，可以解决开关元件的电气特性值的老化。
根据另一个方面，校正单元对PWM信号执行基于增益的增益校正，以计算增益校正后的PWM信号，并且当该增益校正后的PWM信号的极性不同于增益校正之前的PWM信号的极性时，校正单元执行箝位处理，用于使得该增益校正后的PWM信号的极性不相同的部分的值无效，从而计算箝位处理后的PWM信号。
当采用预定的增益执行增益校正时，存在一种情况，其中PWM信号的正和负极性在PWM信号的极性转换位置的附近交替地变化。例如，PWM信号的极性如负极性-正极性-负极性-正极性这样进行变化。当PWM信号的正和负极性如上所述地交替变化时，每当极性改变就转换到马达的电流供给方向，使得发生转矩变化。
另一方面，根据该方面，箝位处理被执行，以使得在增益校正之后所述增益校正后的PWM信号的极性不同于在校正之前的PWM信号的极性的部分的值无效，以便阻止在极性转换位置的附近中的正和负极性的交替变化，从而能够抑制在极性转换位置附近中出现转矩变化。
根据另一个方面，在箝位处理后的PWM信号被计算之后，校正单元可以基于偏移值执行偏移校正，以计算偏移校正后的PWM信号。
在这方面，当箝位处理被执行时，增益校正后的PWM信号的极性被转换的位置，也就是说，零位置被设置为判断参考。因此，在筘位处理被执行之后执行偏移校正。因此，在没有改变箝位处理的判断参考的情况下能够校正PWM信号，使得能够简化校正单元的处理。
根据另一个方面，正弦波可以是被输出到每个相位的终端的电压值。通常已知的是，当测量在电路中流动的电量时，测量电压值比测量电流值更容易。因此，依据这个方面，从变换器输出到每个相位的终端的电量被取出作为电压值，从而能够容易地测量正弦波。
根据另一个方面，正弦波可以是被输出到每个相位的终端的电流值。从变换器输出到每个相位的电量被取出作为电流值。
根据另一个方面，电气特性值可以是每个开关元件的门限电压、连接到每个开关元件的控制终端(MOSFET中的栅极端子)的电阻的阻抗值、和/或电容器的电容或相应于每个开关元件的内部电容的寄生电容。
发明人通过实验等已经发现，当在提供给变换器的每个开关元件的阈值、连接到每个开关元件的控制终端(MOSFET中的栅极端子)的电阻的阻抗值、每个电容器的电容或每个开关元件的寄生电容的中存在某种偏差时，在每个开关元件的开关转换定时以及每个相位中流动的电压值和电流值中也出现偏差。考虑到这个事实，在每个开关元件的门限电压、连接到每个控制终端(MOSFET中的栅极端子)的每个电阻的阻抗值、每个电容器的电容或每个开关元件的寄生电容在预定范围内的条件下，由开关元件、电阻和电容器来构造变换器，从而能够使得由变换器产生的各个相位的正弦波彼此一致。
根据另一个方面，在转向设备中，所述转向设备用于基于由转向状况检测单元检测的转向状况来驱动马达，以及促动用于改变方向盘的转向角与转向车轮的转动角之间的传动比的传动比改变机构的转向设备，或者促动用于辅助方向盘的转向力的辅助机构，由根据上述方面的任何一个的马达控制器来驱动马达。
因此，提供到转向设备的马达的转矩变化被抑制，以便能够抑制由转矩变化引起的方向盘的摆动，并且能够增强驾驶员的转向感。因此，能够实现上述目的。
附图简述根据以下参考附图的详细说明，本发明的以上及其他目的、特征和优点将变得更加清晰。在附图中
图1是一个示出转向设备结构的方块图；图2是一个示出应用于转向设备的电动马达的马达控制器结构的方块图；图3是一个示出当变换器基于MOS校正器中校正的PWM信号进行PWM操作时、每一相位的马达电流和转矩电流的图；图4是一个示出当变换器没有在MOS校正器中校正PWM信号的情况下进行PWM操作时、每一相位的马达电流和转矩电流的图；图5是一个示出校正量计算设备的结构的方块图；图6是一个示出U-相的电压波形与偏移值之间的关系的图；以及图7是一个示出U-相电压波形与参考电压波形之间的关系的图。
优选实施例的详细说明参考附图来描述优选实施例。
参考附图来描述马达控制器以及转向设备的实施例。以下实施例将通过使用装备在诸如汽车等这样的车辆上的转向设备作为转向设备进行描述。
(第一实施例)第一实施例将参考附图进行描述。图1是一个示出转向设备结构的方块图。图2是一个示出用于应用于转向设备的电动马达(称为马达)的马达控制器的结构的方块图。在这个实施例中，具有传动比改变机构的转向设备将被描述成转向设备，该传动比改变机构用于根据车辆速度来改变方向盘的转向角与转向车轮的转动角之间的旋转传动比。例如，传动比改变机构的旋转传动比由转向设备进行控制，以便当车辆停止或者以低速移动时，转向车轮的转动角大于方向盘的转向角，从而减少驾驶员对方向盘的操作量。另一方面，当车辆以高速移动时，控制旋转传动比，以便转动角小于转向角，从而使得车辆平稳地行使。
如图1中所示，转向设备1包括机械结构，用于将方向盘2的旋转力传输到转向车轮10以转动转向车轮10，以及电动结构，用于电控制一部分机械结构。机械结构主要包括方向盘2、输入轴3、传动比改变机构4、输出轴7、齿轮设备8以及转向车轮10，而电动结构主要包括转向角传感器11、旋转角传感器12、车速传感器13以及计算机(以下简称ECU)14。
输入轴3的一端连接到方向盘2，输入轴3的另一端连接到传动比改变机构4的输入侧。输出轴7的一端连接到传动比改变机构4的输出侧，齿条齿轮型的齿轮设备8的输入侧连接到输出轴7的另一端。齿条轴9连接到齿轮设备8的输出侧，以及转向车轮10通过转向横拉杆(未示出)连接到齿条轴9的两侧。
传动比改变机构4例如包括马达5和包含行星齿轮传动机构的减速器6。输入轴3和输出轴7之间的旋转传动比G是通过利用马达5驱动减速器6进行改变的，从而输出轴7的旋转角的变化量能够相对于输入轴3的旋转角的变化量进行改变。
在这个实施例中，具有作为转子的永久磁铁和作为定子的三相定子线圈的三相无电刷马达被用作马达5。用于传动比改变机构4的马达5不局限于三相无电刷马达，可以使用三相感应马达，或者可以使用三相以上的多相位马达(例如，6-相马达或8-相马达等)。
如图1中所示，转向角传感器11装备在输入轴3上，以检测输入轴3的旋转角，也就是说，方向盘2的转向角θh，并且将该转向角信号传送到ECU 14。旋转角传感器12装备在马达5的转子上，以检测转子的旋转角θm(电角度)，并且传送该旋转角信号到ECU 14。ECU 14根据旋转角θm和旋转传动比G计算输出轴7的旋转角，即输出角θp以及转向车轮10的转动角。车速传感器13检测车辆的速度V，并且传送该车辆信号到ECU 14。
ECU 14根据车辆速度V计算传动比改变机构4的旋转传动比G，并且基于旋转传动比G和转向角θh的变化量计算输出角θp的变化量。ECU 14基于转子的当前旋转角θm与当前输出角θp之间的差来计算转子的目标旋转角θmm，以便输出角θp等于所计算的变化量，并且基于目标旋转角θmm来确定马达电压指令值Vq*。ECU 14还起马达控制器的作用，并且产生相应于与指令值Vq*相对应的三相正弦波的马达电流(Iu，Iv，Iw)，并且将该马达电流提供到马达5的定子线圈。
如上所述，当车辆停止或者以低速移动时，转向设备1控制马达5，以改变传动比改变机构4的旋转传动比G，并且相对于转向角θh增加转向车轮10的转动角，从而减少驾驶员对方向盘2的操作量。另一方面，当车辆以高速移动时，转向设备1控制马达5，以改变传动比改变机构4的旋转传动比G，并且相对于转向角θh减少转动角，从而使车辆平稳行驶。
接下来，详细描述对应于马达控制器的ECU 14，该马达控制器用于控制转向设备1的马达5的驱动。
ECU 14包括PWM信号计算器20和变换器30。PWM信号计算器20基于从外部输入的转向角θh、转子的旋转角θm以及车辆速度V来计算各个相位(U_PWM3，V_PWM3，W_PMW3)的偏移校正PWM信号，并且将该偏移校正PWM信号提供给变换器30。变换器30包括PWM电路31和开关电路32，基于该偏移校正信号(U_PWM3，V_PWM3，W_PMW3)产生三相马达电流(Iu，Iv，Iw)，并且提供给马达5的定子线圈。
PWM电路31是一个脉冲调制电路，其中基于在PWM信号计算器20中计算的各个相位的偏移校正PWM信号(U_PWM3，V_PWM3，W_PMW3)来产生能够开启/关闭开关电路32的驱动信号(UH、VH、WH、UL、VL、WL)，并且它将该驱动信号提供到开关电路32。
如图2中所示，开关电路32包括用于U、V、W每一相的两个开关元件，也就是说，开关电路32包括总共六个开关元件，诸如MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)，并且基于驱动信号(UH、VH、WH、UL、VL、WL)对各个MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)执行开启/关闭控制，以产生U、V、W每一相的马达电流(Iu、Iv、Iw)。IGBT可以用作开关元件。
如图2中所示，PWM信号计算器20包括电压指示器21、二相三相转换器22、延迟时间补偿器23、相应于校正单元的MOS校正器24、以及相应于存储单元的校正量存储部分25。
电压指示器21基于从ECU 14的外部输入的转向角θh、转子旋转角θm以及车辆速度来计算用于将转子的旋转角θm设置成目标旋转角θmm的马达电压指令值Vq*。指令值Vq*被输出到二相三相转换器22。这个指令值Vq*是q轴上的电压指令值。
二相三相转换器22基于马达5的旋转角θm对马达电压指令值Vq*执行dq逆转换(三相转换)，以计算各个相位的电压指令值(Vu*、Vv*、Vw*)。由二相三相转换器22逆转换的各个相位的电压指令值(Vu*、Vv*、Vw*)作为U相电压指令值Vu*、V相电压指令值Vv*以及W相电压指令值Vw*被输出到延迟时间补偿器23。
为了防止每一相位的上下臂的MOSFET(T1和T4、T3和T6、T5和T2)同时被开启，从而彼此短路，用于执行PWM控制的变换器30通常被提供有关闭每一个相位的上下臂的MOSFET(T1和T4、T3和T6、T5和T2)的驱动信号的延迟时间。虽然通过提供延迟时间给驱动信号，上下臂的MOSFET(T1和T4、T3和T6、T5和T2)能够被防止彼此短路，但是出现了转矩脉动。因此，执行补偿控制，即防止转矩脉动出现的延迟时间补偿控制。
延迟时间补偿器23校正基于延迟时间的电流几乎不流动的区域的各个相位的电压指令值(Vu*、Vv*、Vw*)，并且该校正的电压指令值通过预定的计算等式被转换成占空比(％)，以获得基本的PWM信号(U_PWM、V_PWM、W_PWM)。该转换成占空比的基本PWM信号(U_PWM、V_PWM、W_PWM)被输出到MOS校正器24。
在组成变换器30的MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)之间的电气特性值中存在某种偏差。例如电气特性值是MOSFET的门限电压Vth或者MOSFET的内部电容C(寄生电容)。如果在电气特性值中存在任何偏差，将存在以下问题，即使变换器30基于预定的PWM信号进行PWM驱动，MOSFET的驱动时间与对应于预定的PWM信号的驱动时间不一致，从而产生的各个相位的马达电流(Iu，Iv，Iw)的波形产生偏差。结果，在转矩电流Iq中出现浪涌，以及在马达5出现转矩变化。
MOS校正器24连接到延迟时间补偿器23，并且校正量存储单元25连接到MOS校正器24。MOS校正器24具有以下功能，即基于保存在校正量存储单元25中的校正量来校正从延迟时间补偿器23中输入的基本PWM信号(U_PWM，V_PWM，W_PWM)，并且输出该校正的基本PWM信号到变换器30。
通过比较参考马达电流(相应于参考正弦波)和每一个相位的马达电流(Iu，Iv，Iw)所计算的增益(DGA_U、DGA_V、DGA_W)、以及偏移值(DOA_U、DOA_V、DOA_W)在校正量存储单元25中被作为校正量进行存储，该偏移值用于偏移一电平(以下简称″极性切换电平″)，在该极性切换电平中切换马达电流的极性以便该极性切换电平的正极性侧和负极性侧的峰值的绝对值彼此相等。这里所描述的参考马达电流是产生预定马达输出所需的马达电流。计算增益和偏移值的方法稍后将进行详细地描述。
MOS校正器24包括增益校正器26和偏移校正器27。在增益校正器26中，基于增益(DGA_U、DGA_V、DGA_W)对基本PWM信号(U_PWM、V_PWM、W_PWM)进行增益校正，以计算增益校正后的PWM信号(U_PWM1、V_PWM1、W_PWM1)。此后，对该增益校正后的PWM信号(U_PWM1、V_PWM1、W_PWM1)执行箝位处理(clamp processing)，以计算箝位处理后的PWM信号(U_PWM2、V_PWM2、W_PWM2)。
在偏移校正器27中，基于偏移值(DOA_U、DOA_V、DOA_W)对该筘位处理后的PWM信号(U_PWM2、V_PWM2、W_PWM2)进行偏移校正，以计算偏移校正后的PWM信号(U_PWM3、V_PWM3、W_PWM3)。该计算的偏移校正后的PWM信号(U_PWM3，V_PWM3，W_PWM3)被输出到PWM电路31。稍后将详细地描述计算增益校正、箝位处理和偏移校正的方法。
在这个实施例中，用于校正基本PWM信号(U_PWM，V_PWM，W_PWM)的MOS校正器24被提供给ECU 14，从而能够克服由MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的电气特性值的偏差引起的各个相位的马达电流(Iu、Iv、Iw)的偏差。
如上所述，由MOS校正器24中的增益校正器26对基本PWM信号(U_PWM、V_PWM、W_PWM)进行增益校正和箝位处理，以计算箝位处理校正后的PWM信号(U_PWM2、V_PWM2、W_PWM2)。随后，在MOS校正器24的偏移校正器27中，对箝位处理后的PWM信号(U_PWM2，V_PWM2，W_PWM2)进行偏移校正，以计算偏移校正后的PWM信号(U_PWM3、V_PWM3、W_PWM3)，从而能够校正构成变换器30的MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的电气特性值的偏差。
结果，能够使每个相位的马达电流(Iu、Iv、Iw)与参考马达电流一致，并且也能够使各个相位的马达电流(Iu、Iv、Iw)的波形彼此一致，以便在输出预定的马达输出时，能够抑制转矩电流Iq的浪涌，并且能够抑制转矩变化。在这里，虽然参考正弦波被描述为电流波形，然而，参考正弦波可以是电压波形。
此外，可以将参考马达电流设置为各个相位的马达电流(Iu、Iv、Iw)中的任何一个马达电流(例如，Iu)，并且可以计算增益(DGA_U、DGA_V、DGA_W)和偏移值(DOA_U、DOA_V、DOA_W)，以便其它相位的马达电流(例如，Iv、Iw)与该马达电流(例如，Iu)一致，从而在MOS校正器24中校正基本PWM信号(U_PWM、V_PWM、W_PWM)。在这种情况下，可以获得不期望的马达输出。因此，需要提供电压调整器，用于调整马达输出。
通过将这个实施例的马达控制器应用到转向设备1，能够抑制由马达5的转矩变化所引起的方向盘2的摆动，能够增强驾驶员的转向感受。
此外，替代改变传动比改变机构4的旋转传动比G的转向设备1，可以将上述的马达控制器应用于电力转向设备，该电力转向设备用来将由马达5产生的转矩应用到用于协助方向盘2的转向力的辅助机构。
接下来，将参考图2到4来描述增益校正器26和偏移校正器27中的增益校正、箝位处理和偏移校正的过程。在下面的说明中，仅U相的PWM信号被描述。图3是一个示出当变换器30基于在MOS校正器24中校正的PWM信号进行PWM驱动时每个相位的马达电流(Iu、Iv、Iw)和转矩电流Iq的图，而图4是一个示出当变换器30没有在MOS校正器24中校正PWM信号的情况下进行PWM驱动时每个相位的马达电流(Iu、Iv、Iw)和转矩电流Iq的图。
在增益校正器26中，首先基于增益DGA_U执行增益校正，以计算增益校正后的PWM信号U_PWM1，然后执行箝位处理，以计算箝位处理后的PWM信号U_PWM2。增益校正被执行，以使得由变换器30产生的马达电流Iu的波高与参考马达电流的波高一致。箝位处理被执行，以使得在增益校正之后的增益校正的PWM信号U_PWM1的极性与增益校正之前的基本PWM信号U_PWM的极性一致。
(对于基本PWM信号U_PWM＞0)当从延迟时间补偿器23中输入的基本PWM信号U_PWM满足U_PWM＞0时，首先根据等式(1)来执行增益校正。
U_PWM1＝U_PWM+DGA_U...(1)随后，基于这个结果，根据等式(2)和(3)执行筘位处理。
U_PWM2＝0(对于U_PWM1＜0) ...(2)
U_PWM2＝U_PWM1(对于U_PWM1≥0) ...(3)通过执行如上所述的箝位处理，能够防止以下现象。例如，在增益DGA_U为负的情况下，当执行基于等式(1)的增益校正时，尽管基本PWM信号的极性处于正区域，但是在U_PWM＜DGA_U的情况下，增益校正后的PWM信号的极性可以变成负的。
当如上所述增益校正后的PWM信号的极性不同于基本PWM信号的极性时，马达电流的方向与指令的电流方向相反，从而发生转矩变化。因此，通过执行筘位处理，能够使得增益校正后的PWM信号的极性与基本PWM信号的极性一致，从而能够解决上述问题。(对于基本PWM信号U_PWM＝0)当从延迟时间补偿器23中输入的基本PWM信号U_PWM满足U_PWM＝0时，首先基于该等式(4)来执行增益校正，然后基于等式(5)来执行箝位处理。
U_PWM1＝U_PWM ...(4)U_PWM2＝U_PWM1 ...(5)(对于基本PWM信号U_PWM＜0)当从延迟时间补偿器23中输入的基本PWM信号U_PWM满足U_PWM＜0时，首先基于该等式(6)来执行增益校正。
U_PWM1＝U_PWM-DGA_U ...(6)随后，基于这个结果，根据等式(7)和(8)来执行箝位处理。
U_PWM2＝0(对于U_PWM1＞0) ...(7)U_PWM2＝U_PWM1(对于U_PWM1≤0) ...(8)通过执行如上所述的箝位处理，能够解决与基本PWM信号U_PWM＞0的情况相同的问题。
在偏移校正器27中，基于偏移值DOA_U对从增益校正器26中输入的筘位处理后的PWM信号U_PWM2执行偏移校正，以计算偏移校正后的PWM信号U_PWM3。偏移校正被执行，以偏移极性转换电平(即，马达电流Iu的极性被转换的电平)，以便马达电流Iu的正极性侧的峰值距离极性转换电平的绝对值与马达电流Iu的负极性侧的峰值距离极性转换电平的绝对值一致。根据等式(9)执行偏移校正。该偏移校正后和所计算的偏移校正后的PWM信号U_PWM3被输出到PWM电路31。
U_PWM3＝U_PWM2+PWM_OFFSET+DOA_U...(9)当变换器30进行互补PWM控制时，增加等式(9)中的互补PWM偏移值PWM_OFFSET，并且其数值被设置为占空比50％。当没有对变换器30执行互补PWM控制时，可以在没有增加互补PWM偏移值PWM_OFFSET的情况下计算U_PWM3。
能够通过利用与等式(1)到(9)相同的计算等式来计算V相位的增益校正后的PWM信号V_PWM1、箝位处理后的PWM信号V_PWM2和偏移校正后的PWM信号V_PWM3，以及W相位的增益校正后的PWM信号W_PWM1、箝位处理后的PWM信号W_PWM2和偏移校正后的PWM信号W_PWM3。
在MOS校正器24中，基本PWM信号(U_PWM、V_PWM、W_PWM)被校正，并且变换器30进行PWM驱动，从而如图3中所示各个相位的马达电流(Iu、Iv、Iw)波形可以彼此一致，以便能够抑制转矩电流Iq的浪涌。
在这个实施例中，根据以下过程来执行校正。也就是说，在增益校正器26中，首先校正基本PWM信号U_PWM，以计算筘位处理后的PWM信号U_PWM2，然后在偏移校正器27中，校正箝位处理后的PWM信号U_PWM2，以计算偏移校正后的PWM信号U_PWM3。
因此，当执行箝位处理时的判断参考可以被设置为其中所有相位(U、V、W)的极性被转换的位置，也就是说，被设置为零，以便防止处理被复杂化而且嫩够简化处理。
反之，当执行偏移校正之后执行增益校正和箝位处理时，判断参考增加每个相位的偏移值，从而箝位处理的处理是繁重的。
接下来，计算作为保存在校正量存储单元25中的校正量的增益(DGA_U、DGA_V、DGA_W)和偏移值(DOA_U、DOA_V、DOA_W)的方法将参考图5到7进行详细地描述。图5是一个示出校正量计算设备的结构的方块图。图6是一个示出U-相位的电压波形与偏置值之间的关系的图，以及图7是一个示出U-相电压波形与参考电压波形之间的关系的图。在以下的说明中，仅描述计算U-相位的校正量的方法。
如图5中所示，用于计算保存在校正量存储单元25中的校正量(增益、偏移值)的校正量计算设备40包括用于测量在变换器30中产生的各个相位的正弦波的电压测量单元41，以及校正量计算器42，基于电压波形来计算校正量。
每个相位的正弦波可以作为电流波形被测量，并且校正量可以在校正量计算器42中被计算。通常，测量电压波形比测量电流波形更简单，因此这个实施例测量电压波形。
当增益DGA_U和偏移值DOA_U被执行时，根据马达5的转子被停止的情况来执行有关的计算。如果转子的旋转未停止，则相对于互连磁场同相前进90度的感应电压将发生在定子线圈，以便由变换器30产生的各个相位的电压波形被替换。如果转子的旋转被停止，则并且校正量被计算，则没必要注意发生在定子线圈的感应电压，从而能够容易地计算校正量。
在装运马达5之前，例如在工厂中的生产线上校正量计算器40连接到变换器30和马达5之间的电线，并且计算校正量。该计算的校正量通过可以将数据写入到校正量存储单元25中的设备被保存在ECU 14中的校正量存储单元25。在这个实施例中，在工厂中的生产线上计算校正量，从而能够容易地固定周围的大气，也就是说，温度条件，从而能够精确地计算增益和偏移值。这防止MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的电气特性值根据温度条件进行变化。
此外，可以在工厂中的生产线上提供校正量计算器40，从而不必要提供校正量计算器设备40到每个马达5，以便可以防止ECU 14复杂化。
首先，将参考图6描述计算偏移值DOA_U的处理过程。这个处理过程计算偏移值DOA_U，该偏移值DOA_U用于偏移包含电压波形的零交叉点(其中电压的极性进行变化的点)的电平，这样测量该电平以便正极性侧的峰值距离该电平的值的绝对值等于负极性侧的峰值距离该电平的值的绝对值(参看图6)。
接下来，将参考图7来描述计算增益DGA_U的处理过程。在这个处理过程中，在将该电平偏移了该偏移值DOA_U之后的电压波形(虚线)与相应于参考正弦波的参考电压波形(实线)相比较，以计算增益DGA_U。基于偏移之后的电压波形的正极性侧的峰值与参考电压波形的正极性侧的峰值之间的偏差，或者偏移之后的电压波形的负极性侧的峰值与参考电压波形的负极性侧的峰值之间的偏差来计算增益DGA_U(参看图7)。
在这个实施例中，基于对马达5的转矩有最强作用的电压波形的正或者负极性侧的峰值来执行用于计算增益DGA_U和偏移值DOA_U的处理过程。因此，能够容易和有效地使得每个相位的电压波形与参考电压波形一致，并且能够抑制转矩电流Iq的浪涌。
此外，由延迟时间补偿器23校正的电压波形具有以下特性，即其失真在零交叉点的附近最大，而在峰值的附近最小。从这点来看，基于其中由补偿器23校正的电压波形的失真相对小的正或者负极性侧的峰值来计算作为校正量的偏移值和增益，从而在具有延迟时间补偿器23的马达控制器中，容易和有效地使得每个相位的电压波形与参考电压波形彼此一致，并且能够抑制转矩电流Iq的浪涌。
可以每个马达5的ECU 14中装备有校正量计算器40。因此，每次马达5启动时能够计算校正量，并且最近的校正量可以保存在校正量存储单元25中，从而解决了MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的电气特性值的衰变恶化。
(第二实施例)将描述第二实施例。在这个实施例中，变换器30由具有在预定范围之内的电气特性值的MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)来构造。
MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)被分为多个组，其中MOSFET的门限电压Vth的范围或者MOSFET的寄生电容C的范围是不同的，并且变换器30由相同组中的MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)来构造。因此，能够抑制构成变换器30的MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的电气特性值的偏差，并且能够使得由变换器30产生的各个相位的波形彼此一致，以便能够抑制转矩电流Iq的浪涌，以及能够抑制马达5的转矩变化。
不需要执行基于门限电压Vth和寄生电容C的任何一个的MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的分组，而是基于阈值Vth和寄生电容C两者来执行分组。因此，能够抑制MOSFET(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的电气特性值的偏差。
同样地，关于连接到MOSFET的栅极端子的栅极电阻，电容器等，可以将这些元件的电气特性值设置为彼此接近。
本发明的描述本质上仅仅是示范性的，由此，不脱离本发明的精神的变化被确定为在本发明的范围内。这样的变化不被认为是偏离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种马达控制器(14)，包括变换器(30)，包括多个开关元件(32)，所述多个开关元件被进行PWM控制以产生多个相位的正弦波；马达(5)，包括定子线圈和转子，所述定子线圈被提供所述产生的正弦波以便在所述定子线圈中产生旋转磁场，所述转子由所述定子线圈产生的所述旋转磁场的动作来旋转驱动；存储单元(25)，用于检测在所述变换器(30)中产生的所述各个相位的正弦波以及存储每个相位的校正量，所述校正量基于检测结果来计算以便所述各个相位的正弦波彼此一致；以及校正单元(24)，用于基于所述计算的校正量来校正用于对所述开关元件进行所述PWM控制的PWM信号。
2.根据权利要求1所述的马达控制器(14)，其中所述校正量被计算以便每个相位的正弦波与不同于所述各个相位的正弦波的参考正弦波一致。
3.根据权利要求1所述的马达控制器(14)，其中所述校正量被计算以便所述各个相位的正弦波的其中之一被设置为参考正弦波，并且其它相位的正弦波与所述参考正弦波一致。
4.根据权利要求2或3所述的马达控制器(14)，其中所述校正量包含偏移值和增益，所述偏移值用于偏移在其处每个相位的正弦波的极性被改变的电平，以便所述正弦波的正和负极性侧的峰值距离所述电平的绝对值基本上彼此相等，并且所述增益被设置以便所述正弦波的正和负极性侧的峰值与所述参考正弦波的相应峰值一致。
5.根据权利要求1到4的任何一个所述的马达控制器(14)，其中根据所述马达(5)的转子被锁定的情况基于所述正弦波来计算所述校正量。
6.根据权利要求5所述的马达控制器(14)，其中所述校正量在装运之前仅被计算一次并保存在所述存储单元(25)中，并且所述校正单元(24)总是基于所述校正量来校正所述PWM信号。
7.根据权利要求5所述的马达控制器(14)，还包括用于计算所述校正量的校正量计算单元(40)，其中每次启动所述马达(5)时，所述校正量由所述校正量计算单元(40)进行计算，并且被保存在所述存储单元(25)中，并且所述校正单元(24)基于所述校正量来校正所述PWM信号。
8.根据权利要求4所述的马达控制器(14)，其中所述校正单元(24)对所述PWM信号执行基于增益的增益校正，以计算增益校正后的PWM信号，并且当所述增益校正后的PWM信号的极性不同于在所述增益校正之前的所述PWM信号的极性时，所述校正单元(24)执行箝位处理，用于使所述增益校正后的PWM信号的极性不相同的部分的值无效，从而计算箝位处理后的PWM信号。
9.根据权利要求8所述的马达控制器(14)，其中所述箝位处理后的PWM信号被计算之后，所述校正单元(24)基于偏移值执行偏移校正，以计算偏移校正后的PWM信号。
10.根据权利要求1到9的任何一个所述的马达控制器(14)，其中所述正弦波是被输出到每个相位的终端的电压值。
11.根据权利要求1到9的任何一个所述的马达控制器(14)，其中所述正弦波是被输出到每个相位的电流值，其中从所述变换器(30)输出到每个相位的电量被取出作为电流值。
12.一种马达控制器(14)，包括变换器(30)，包括多个开关元件(32)，所述多个开关元件被进行PWM控制以产生多个相位的正弦波；以及马达(5)，包括定子线圈和转子，所述定子线圈被提供所述产生的正弦波以便在所述定子线圈中产生旋转磁场，而所述转子由所述定子线圈产生的旋转磁场的动作来旋转驱动，其中所述开关元件(32)根据预定的电气特性值范围被分组，并且所述变换器(30)通过利用属于相同组的所述开关元件来构造。
13.根据权利要求12所述的马达控制器(14)，其中所述电气特性值包括每个开关元件的门限电压、连接到每个开关元件的控制终端(MOSFET中的栅极端子)的电阻的阻抗值、或者电容器的电容或与每个开关元件的内部电容相应的寄生电容。
14.一种转向设备(1)，用于基于由转向状况检测单元所检测的转向状况来驱动马达(5)，以及促动用于改变在方向盘(2)的转向角与转向车轮(10)的转动角之间的传动比的传动比改变机构(4)，或者促动用于辅助所述方向盘的转向力的辅助机构，其中所述马达由根据权利要求1到13的任何一个的马达控制器(14)来驱动。
15.一种马达控制器(14)，包括校正单元(24)，用于校正由延迟时间补偿器(23)产生的基本PWM信号，以防止各个相位的马达电流(Iu、Iv、Iw)的波形的偏差和产生的马达(5)的转矩变化，其中所述校正单元(24)包括增益校正器(26)和偏移校正器(27)，所述增益校正器用于基于保存在校正量存储单元(25)中的增益值对所述基本PWM信号进行增益校正，以及对所述增益校正后的信号进行箝位处理；而所述偏移校正器用于基于保存在所述校正量存储单元(25)中的偏移值对所述箝位处理后的PWM信号进行偏移校正。
16.根据权利要求15所述的马达控制器(14)，其中所述偏移值偏移包含所述PWM信号的电压波形的零交叉点的电平，所述电平被测量以便从所述零交叉点到正极性侧的峰值的绝对值等于从所述零交叉点到负极性侧的峰值的绝对值，其中所述增益值是所述偏移后的电压波形的正极性侧的峰值与参考电压波形的正极性侧的峰值之间的偏差量，或者所述偏移后的电压波形的负极性侧的峰值与所述参考电压波形的负极性侧的峰值之间的偏差量。
全文摘要
一种马达控制器，包括一个变换器，该变换器包含多个被PWM控制以产生多个相位的正弦波的开关元件；一个马达，该马达包括定子线圈和转子，该定子线圈被提供所产生的正弦波以便在该定子线圈中产生旋转磁场，该转子由该定子线圈产生的旋转磁场的动作来旋转驱动；一个存储单元，用于检测在该变换器中产生的各个相位的正弦波和存储用于每个相位的校正量，该校正量基于检测结果来计算以便该各个相位的正弦波彼此一致；以及一个校正单元，用于基于该计算的校正量来校正用于对所述开关元件执行PWM控制的PWM信号。
文档编号H02P21/00GK1783699SQ20051012859
公开日2006年6月7日 申请日期2005年11月29日 优先权日2004年11月30日
发明者日高研一郎, 平峰干大, 河合元史, 筒井敏雄, 宫田正浩, 小城隆博 申请人:株式会社电装