专利名称：无刷电动机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据转子的旋转位置、目标电流及流过电动机绕组的实际电流，对电动机电流进行矢量控制的无刷电动机的控制装置。
背景技术：
图12所示为电动动力转向装置中的转向辅助力产生用三相无刷电动机1的与以往例有关的控制装置40″。控制装置40″具有信号处理电路40a、旋转位置检测单元2、电流检测单元3a、3b、3c、以及电动机驱动器7。信号处理电路40a具有dq轴目标电流运算单元4、dq轴实际电流运算单元5、以及施加电压运算单元6。旋转位置检测单元2检测从电动机1的定子的预先规定的基准位置起的转子旋转角度的当前值θ0，作为电动机1的转子旋转位置的当前值。电流检测单元3a、3b、3c检测电动机1的U相、V相、W相的各绕组的实际电流Iu、Iv、Iw。dq轴目标电流运算单元4将沿着转子具有的励磁的磁通方向的轴作为d轴，将与d轴及转子的旋转轴垂直的轴作为q轴，计算生成d轴方向的磁场的d轴作为q轴，计算生成d轴方向的磁场的d轴目标电流Id*以及生成q轴方向的磁场的q轴目标电流Iq*。例如将根据转向力矩τ及车速ν在目标值运算单元4a中运算的目标电流I*，利用预先规定的函数Fd及Fq，在dq目标值运算单元4b及4c中进行运算，从而算出d轴目标电流Id*及q轴目标电流Iq*。dq轴实际电流运算单元5根据绕组的检测实际电流Iu、Iv、Iw及检测旋转角度的当前值θ0，利用众所周知的变换式，来计算生成d轴方向的磁场的d轴实际电流Id及生成q轴方向的磁场的q轴实际电流Iq。施加电压运算单元6根据d轴目标电流Id*、q轴目标电流Iq*、d轴实际电流Id、q轴实际电流Iq以及检测旋转角度的当前值θ0，以设定的周期来计算对绕组的施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)。例如，利用偏差运算环节6a求出d轴目标电流Id*与在轴实际电流Id的偏差，在PI运算环形6c中进行该偏差的PI(比例积分)运算，从而求出d轴目标电压vd*，利用偏差运算环节6b求出q轴目标电流Iq*与q轴实际电流Iq的偏差，在PI运算环节6d中进行该偏差的PI运算，从而求出q轴目标电压vq*，根据d轴目标电压vd*、q轴目标电压vq*及检测旋转角度的当前值θ0，通过坐标变换环节6e，利用众所周知的变换式，来计算施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)。根据计算出的施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)，通过电动机驱动器7，更新对绕组的施加电压，从而利用绕组产生的磁场的变化，产生转子的旋转力(参照美国专利第6504336 B2)。
在上述那样的控制装置中，与目标电流的运算环分开，另外，设置对绕组的旋转电压的运算环，与目标电流的运算周期相比通过缩短对绕组的旋转电压的当前值的运算周期，能够力图高精度进行电动机电流的控制。但是，对绕组的施加电压的当前值的运算周期不仅受运算时间限制，还由于受到转子的旋转位置及实际电流的检测时间等的限制，因此要缩短就有限度。所以，对绕组的施加电压的当前值的运算周期设定为200μsec左右。
但是，若与转子旋转位置相对应的施加电压当前值的运算周期的缩短受到限制，则由于在该运算周期中电动机电流发生变化，因此产生的问题是，在该周期的倒数、即频率的附近，产生具有噪声峰值的异常噪声。即，如图13所示，在对U相、V相、W相的各绕组的施加电压vu、vv、vw与时间的关系中，理想的施加电压随着转子旋转位置的变化而相应的正弦波形状变化。与此不同的是，在以200μsec的运算周期求出对绕组的施加电压的当前值、并以该运算周期更新施加电压时，如图14所示，对绕组的施加电压不是用双点划线所示的正弦波形状，而且每隔200μsec呈阶梯状变化。因此，在5kHz左右的频率附近，产生具有噪声峰值的噪声。再有，在转子高速旋转时，由于随着施加电压更新时的电压变化Δv的增大，相应电流变化也增大，因此噪声显著。
本发明的目的在于提供能够解决上述那样问题的无刷电动机的控制装置。
发明内容
适用本发明的无刷电动机的控制装置，具有检测转子的旋转位置的旋转位置检测单元；检测流运绕组的实际电流的电流检测单元；将沿着所述转子具有的励磁的磁通方向的轴作为d轴、将与所述d轴及所述转子的旋转轴垂直的轴作为q轴，计算d轴目标电流及q轴目标电流的dq轴目标电流运算单元；根据所述绕组的检测实际电流及所述转子的检测旋转位置的当前值、计算d轴实际电流及q轴实际电流的dq轴实际电流运算单元；以及根据d轴目标电流、q轴目标电流、d轴实际电流、q轴实际电流及所述转子的检测旋转位置的当前值以设定的周期，计算对所述绕组的施加电压的当前值的施加电压运算单元，通过更新对所述绕组的施加电压，从而利用所述绕组产生的磁场的变化，产生所述转子的旋转力。
本发明的特征是，对所述绕组的施加电压的更新周期、比对所述绕组的施加电压的当前值的运算周期要短，设置旋转位置运算单元，该旋转位置运算单元根据所述转子的检测旋转位置的当前值、检测旋转位置的过支值及设定的施加电压更新周期，计算到下一次计算施加电压当前值为止的施加电压更新时刻的所述转子旋转位置预测值，根据d轴目标电流、q轴目标电流、d轴实际电流、q轴实际电流及所述转子旋转位置预测值，利用所述施加电压运算单元计算到下一次计算施加电压当前值为止的施加电压更新时刻的、对所述绕组的施加电压的预测值，根据计算的施加电压当前值及施加电压的预测值，更新对所述绕组的施加电压。
在以往，对绕组的施加电压的更新周期与施加电压的当前值的运算周期相等。而不同的是，根据本发明，由于施加电压的更新周期比对绕组的施加电压的当前值的运算周期要短，因此，比以往减少施加电压更新时的流过绕组的电流变化量，能够减少该更新频率的声音。
而且，在本发明中，由于求出转子旋转位置的检测值，并根据d轴目标电流、q轴目标电流、d轴实际电流、q轴实际电流及转子旋转位置预测值，计算对绕组的施加电压的预测值，因此，对绕组的旋转电压的预测值随转子旋转位置而相应变化。通过这样，能够减少施加电压的预测值与理想值之误差，防止在更新施加电压时流过绕组的电流的变化量增大。因此，能够减少以施加电压当前值的运算周期的倒数的频率和以更新周期的倒数的频率产生的声音。
最好利用所述旋转位置运算单元，计算到下一次计算施加电压当前值为止的全部施加电压更新时刻的所述转子旋转位置的预测值。通过这样，能够使全部施加电压更新时刻的各施加电压与转子的旋转位置相对应，更减少该更新频率的声音。
最好所述施加电压的更新周期比所述施加电压当前值的运算周期要短，使得所述施加电压当前值的一个运算周期中的所述施加电压的更新次数为大于等于3次，利用所述施加位置运算单元，计算到下一次计算施加电压当前值为止的仅仅某一个施加电压更新时刻的所述转子旋转位置预测值，设置插补运算单元，该插补运算单元根据利用所述施加电压运算单元计算的施加电压当然值及施加电压的预测值，利用插补运算求出剩下的施加电压更新时刻的对所述绕组的施加电压的预测值。为了减少对绕组的施加电压的更新频率的声音，最好增加该更新次数。
与根据d轴目标电流、q轴目标电流、d轴实际电流、q轴实际电流及转子旋转位置预测值来全部求出对绕组的施加电压的预测值相比，仅求出一部分的旋转位置及施加电压的预测值，再根据施加电压的当前值及一部分预测值，利用插补运算求出剩下的施加电压的预测值，这种方法的运算量少。因此，通过减少施加电压运算单元及旋转位置运算单元进行的运算次数，增加插入运算单元进行的运算次数，从而即使对绕组的施加电压的更新次数增大，也能够防止运算量增大的情况。
较好的是，将所述施加电压的更新周期设为小于等于100μsec。通过这样，能够大幅度减少因施加电压的更新而产生的噪声。最好是，将所述施加电压的更新周期设为小于等于50μsec。通过这样，由于施加电压的更新周期的倒数(20kHz)明显大于人的一般可听范围的最大频率(15～16kHz左右)，因此能够更减少因施加电压的更新而产生的异常噪声。
最好对无刷电动机进行PWM驱动，利用PWM控制信号的占空比进行更新，来进行对绕组的施加电压的更新，使该PWM控制信号的信号周期与施加电压的更新周期相对应。通过这样，能够利用PWM控制，容易实施本发明。
根据本发明的无刷电动机的控制装置，能够抑制更新对绕组的施加电压来控制电动机电流时产生的异常噪声，此外，还能够抑制为此而增加的运算量。
图1为本发明实施形态有关的电动动力转向装置的部分剖视图。
图2为本发明第1实施形态有关的无刷电动机的控制装置的构成说明图。
图3所示为本发明实施形态有关的电动动力转向装置的转向力矩与目标电流的关系图。
图4所示为本发明实施形态有关的无刷电动机的控制装置进行的转子旋转角度预测值的运算顺序的流程图。
图5所示为本发明实施形态有关的无刷电动机的转子旋转角度与时间的关系图。
图6所示为本发明实施形态有关的PWM控制信号的周期的波形图。
图7所示为本发明第1实施形态有关的无刷电动机的控制装置进行的控制顺序的流程图。
图8所示为本发明第1实施形态有关的无刷电动机的控制装置进行产生的对绕组的施加电压与时间的关系图。
图9为本发明第2实施形态有关的无刷电动机的控制装置的构成说明图。
图10所示为本发明第2实施形态有关的无刷电动机的控制装置进行的控制顺序的流程图。
图11所示为本发明第2实施形态有关的无刷电动机的控制装置产生的对绕组的施加电压与时间的关系图。
图12为以往例有关的无刷电动机的控制装置的构成说明图。
图13所示为无刷电动机的控制装置产生的对绕组的理想施加电压与时间的关系图。
图14所示为以往例有关的无刷电动机的控制装置产生的对绕组的施加电压与时间的关系图。
具体实施例方式
实施形态1下面参照图1～图8，说明本发明第1实施形态有关的无刷电动机的控制装置。在本实施形态中，与以往例相同的部分用同一标号表示。
图1所示的车辆的齿条齿轮式电动动力转向装置101，具有通过操作转向盘而旋转的转向轴103、转向轴103上设置的齿轮103a、以及与齿轮103a啮合的齿条104。齿条104的两端与转向用车轮(图示省略)连接。齿轮103a通过操作转向盘而旋转，从而齿条104沿长度方向即沿车辆宽度方向移动，由于该齿条104的移动，转向角进行变化。为了附加与利用转向轴103传递的转向力矩相对应的转向辅助力，设置检测转向力矩的力矩传感器107、根据检测的转向力矩，来驱动的三相无刷电动机1、以及将电动机1的旋转力向齿条104传递用的螺旋机构110。
电动机1具有包含固定在覆盖齿条104的机壳108中的U、V、W各相绕组的定子1a；通过轴承108a及108b支持在机壳108中、并可旋转的筒形转子1b；安装在转子1b上的永磁体1c；以及构成检测转子1b的旋转位置的旋转位置检测单元2的编码器等旋转位置传感器2a(参照图2)，利用转子1b包围齿条104，螺旋机构110具有在齿条104的外周形成一体的滚珠丝杠轴110a、以及通过滚球与滚珠丝杠轴110a螺旋耦合的滚珠螺母110b，将滚球螺母110b与电动机1的转子16连接。通过这样，利用电动机1驱动滚珠螺母110b旋转，利用滚球螺母110b的旋转，产生沿齿条104的长度方向的转向辅助力。
如图2所示，电动机1与控制装置40连接，对控制装置40输入利用力矩传感器107产生的转向力矩τ的检测信号及利用车速传感器(图示省略)产生的车速ν的检测信号。控制装置40具有信号处理电路40a、旋转位置检测单元2、电流检测单元3a、3b、3c、以及电动机驱动器7。信号处理电路40a具有dq轴目标电流运算单元4、dq轴实际电流运算单元5、旋加电压运算单元6、以及旋转位置运算单元8。
旋转位置检测单元2检测从电动机1的定子1a的预先规定的基准位置起的转子1b的旋转角度，作为电动机1的转子1b的旋转位置。电流检测单元3a、3b、3c可利用众所周知的电流传感器构成，检测流过电动机1的U相、V相、W相的各绕组的实际电流Iu、Iv、Iw。
dq轴目标电流运算单元4将沿着转子1b具有的励磁(永磁体1c)的磁通方向的轴作为d轴，将与d轴及转子1b的旋转轴垂直的轴作为q轴，计算生成d轴方向的磁场的d轴目标电流Id*及生成q轴方向的磁场的q轴目标电流Iq*。本实施形态的dq轴目标电流运算单元4根据控制装置40中存储的转向力矩τ与车速ν与目标电流I*的关系、利用力矩传感器107产生的检测转向力矩τ、以及利用车速传感器产生的检测车速ν，在目标值运算单元4a中，以设定周期计算目标电流I*，将该目标电流I*在dq目标值运算单元4b及4c中，利用预先规定的函数Fd及Fq，计算d轴目标电流Id*及q轴目标电流Iq*。转向力矩τ与车速ν与目标电流I*的关系如图3所示，可以设定转向力矩τ的大小越大，车速ν越小，则目标电流I*的大小越大。
dq轴实际电流运算单元5根据U、V、W各相绕组的检测实际电流Iu、Iv、Iw及转子1b的检测旋转角度的当前值θ0，计算生成d轴方向的磁场的d轴实际电流Id及生成q轴方向的磁场的q轴实际电流Iq。dq轴实际电流运算单元5的运算只要利用众所周知的运算式进行即可。例如，将[C]作为矩阵，利用下式(1)求出。
IdIq=[C]IUIVIW···(1)]]>[C]=(2/3)1/2cosθ0cos(θ0-2π/3)cos(θ0-4π/3)-sinθ0-sin(θ0-2π/3)-sin(θ0-4π/3)]]>施加电压运算单元6根据d轴目标电流Id*、q轴目标电流Iq*、d轴实际电流Id、q轴实际电流Iq及转子1b的检测旋转转角度的当前值θ0，以设定的周期(在本实施形态中为200μsec)计算对绕组的旋转电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)。本实施形态的施加电压运算单元6利用偏差运算环节6a求出d轴目标电流～与d轴实际电流Id之偏差，在PI运算单元6c中进行该偏差的PI运算，从而求出d轴目标电压vd*，利用偏差运算环节6b求出q轴目标电流Iq*与q轴实际电流Iq之偏差，在PI运算单元6d中进行该偏差的PI运算，从而求出q轴目标电压vq*，根据d轴目标电压vd*、q轴目标电压vq*及检测旋转角度的当前值θ0，通过坐标变换环节6e，计算施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)。坐标变换环节6e的运算只要利用众所周知的运算式进行即可。例如，采用上述的矩阵[C]的逆矩阵，利用下式(2)求出。
vUvVvW=[C]-1vd*vq*···(2)]]>在本实施形态中，对U、V、W各相的绕组的施加电压的更新周期设为50μsec，比施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)的运算周期(200μsec)要短。通过这样，施加电压当前值的一个运算周期中的施加电压的更新次数设为4次。
旋转位置运算单元8根据转子1b的检测旋转角度的当前值θ0、检测旋转角度的过去值及设定的施加电压更新周期，计算到下一次计算施加电压当前值为止的施加电压更新时刻的转子1b的旋转角度预测值。由于本实施形态的施加电压的运算周期为200μsec，更新周期为50μsec，因此从取决于当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)的施加电压的更新时刻起，计算50μsec后的更新时刻的旋转角度预测值θ50、100μsec后的更新时刻的旋转角度预测值θ100、以及150μsec后的更新时刻的旋转角度预测值θ150。在本实施形态中，设作为检测旋转角度的过去值的与200μsec前的施加电压更新时刻相对应的旋转角度为θ-200，施加电压的各运算周期的各自更新次数为k(初始值＝1)，与第k次更新时刻相对应的旋转角度预测值为θ50k，利用图4的流程图所示的运算顺序求出。另外，旋转角度的单位设为弧度。首先，利用下式(3)求出预测值θ50k(步骤S301)。
θ50k＝θ0+k(θ0-θ-200)/4…(3)然后，判断是否θ50k≥0(步骤S302)，若是θ50k≥0，则判断是否θ50k＜2π(步骤S303)，若是θ50k＜2π，则将θ50k保持原样作为求出的旋转角度预测值。在步骤S302中，若不是θ50K≥0，则将θ50k+2π作为求出的旋转角度预测值(步骤S304)。在步骤S303中，若不是θ50k＜2π，则将θ50k-2π作为求出的旋转角度预测值θ50k(步骤S305)。
图5所示为转子1b的旋转角度与时间的关系，旋转角度每50μsec的变化量δθ小于每200μsec的变化量Δθ。
另外，作为检测旋转角度的过去值，也可以不仅是200μsce前的值，而是用在它之前的值来求出旋转角度的预测值，例如，也可以根据那些检测旋转角度的过去值及现在值，求出检测旋转角度的平均变化速度，对该平均变化速度乘以更新时刻之前的时间，对该相乘之后的值加上现在值，从而求出旋转角度的预测值。
施加电压运算单元6的坐标变换环节6e根据d轴目标电压vd*、q轴目标电压vq*、检测旋转角度的现在值、以及转子1b的旋转角度的预测值θ50、θ100、θ150，计算到下一次计算施加电压当前值为止的全部施加电压更新时刻的对绕组的施加电压的预测值。即，从取决于当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)的施加电压的更新时刻起，计算与50μsec后的更新时刻的旋转角度预测值θ50相对应的施加电压的预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)；与100μsce后的更新时刻的旋转角度预测值θ100相对应的施加电压的预测值vu(100)、vv(100)、vw(100)；以及与150μsec后的更新时刻的旋转角度预测值θ150相对应的施加电压的预测值vu(150)、vv(150)、vw(150)。关于坐标变换环节6e中的施加电压的预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)、vu(100)、vv(100)、vw(100)、vu(150)、vv(150)、vw(150)的运算，只要采用与当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)的运算相同的众所周知的运算式进行即可。
根据这样求出的施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)及施加电压的预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)、vu(100)、vv(100)、vw(100)、vu(150)、vv(150)、vw(150)，通过电动机驱动器7，更新对绕组的施加电压，从而利用绕组产生的磁场的变化，产生转子1b的旋转力。
作为电动机驱动器7，采用利用PWM控制信号对电动机1进行PWM驱动的众所周知的装置，求出施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)及预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)、vu(100)、vv(100)、vw(100)、uv(150)、vv(150)、vw(150)作为PWM控制信号的占空比，能够使施加电压更新周期与PWM控制信号的信号周期相对应。在这种情况下，如图6所示，设PWM控制信号P的信号周期为50μsec，计算每50μsec的PWM控制信号P的占空比作为施加电压。即，PWM控制信号的信号周期与施加电压的更新周期相对应，更新PWM控制信号P的每50μsec的占空比，从而更新对电动机1的U、V、W各相绕组的施加电压。
图7的流程图所示为利用上述控制装置40的电动机1的控制顺序。首先，读入利用转向力矩传感器及车速传感器产生的检测值τ及ν(步骤S1)，根据检测的转向力矩τ及车速ν，计算目标电流I*(步骤S2)，通过dq轴目标电流运算单元4的运算，计算d轴目标电流Id*及q轴目标电流Iq*(步骤S3)，读入绕组的检测实际电流Iu、Iv、Iw及检测旋转角度的当前值θ0，利用dq轴实际电流运算单元5，计算d轴实际电流Id及q轴实际电流Iq(步骤S4)。接着，利用π运算环节6c及6d，计算和d轴目标电流Id*与d轴实际电流Id之偏差相对应的d轴目标电压vd*、以及和q轴目标电流Iq*与q轴实际电流Iq之偏差相对应的q轴目标电压vq*(步骤S5)。另外，利用旋转位置运算单元8，根据转子1b的检测旋转角度的当前值θ0及检测旋转角度的过去值θ-200，计算旋转角度的预测值θ50、θ100、θ150(步骤S6)。接着，根据d轴目标电压vd*、q轴目标电压vq*、检测旋转角度的当前值θ0及预测值θ50、θ100、θ150，计算对各相绕组的旋转电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)及预测值vv(50)、vv(50)、vw(50)、vu(100)、vv(100)、vw(100)、vu(150)、vv(150)、vw(150)(步骤S7)。然后，更新对绕组的施加电压(步骤S8)。关于对绕组的施加电压的更新，首先根据当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)进行，然后根据50μsec后的预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)进行，根据100μsec后的预测值vu(100)、vv(100)、vw(100)进行，根据150μsec后的预测值vu(150)、vv(150)、vw(150)进行。接着，判断是否以与施加电压的运算周期(200μsec)相对应的次数(4次)更新了施加电压(步骤S9)，若没有更新，则返回步骤S8，若已更新，则判断是否以与目标电流的运算周期(例如1msec)相对应的次数(5次)计算了施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)(步骤S10)，若没有计算，则返回步骤S4，若已计算，则利用例如点火开关的开与关来判断是否结束控制(步骤S11)，在不结束时，则返回步骤S1。
根据上述实施形态，则由于施加电压的更新周期50μsec)相对无刷电动机1的绕组的施加电压当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)的运算周期(200μsec)要短，因此，比以往减少施加电压更新时的流过绕组的电流变化时，能够减少该更新频率的声音。另外，根据d轴目标电流Id*、q轴目标电流Iq*、d轴实际电流Id、q轴实际电流Iq、转子1b的旋转角度的预测值θ50、θ100、θ150计算的对绕组的施加电压的预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)、vu(100)、vv(100)、vw(100)、vu(150)、vv(150)、vw(150)是与转子1b的旋转位置相应变化的。通过这样，能够减小施加电压的预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)、vu(100)、vv(100)、vw(100)、vu(150)、vv(150)、vw(150)与理想值的误差。因此，在图8所示的对绕组的施加电压(v)与时间的关系中，即使在与转子1b的旋转位置相应的施加电压的理想值变化相对应的图中用双点划线所示的正弦波顶点附近，也能够减小施加电压更新时的变化Δv。这样，由于能够防止流已绕组的电流的变化量增大，因此能够减少以施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)的运算周期(200μsec)的倒数的频率和以施加电压的更新周期(50μsec)的倒数的频率产生的声音。另外，在第1实施形态中，由于计算到下一次计算施加电压当前值为止的全部施加电压更新时刻的转子1b的旋转角度预测值θ50、θ100、θ150，因此能够使全部施加电压更新时刻的各施加电压与转子1b的旋转位置相对应，更减少该更新频率的声音。再有，通过将该施加电压的更新周期设为小于等于50μsec，从而它的周期的倒数(20kHz)明显大于人的一般可听范围的最大频率(15～16kHz左右)，因此能够大幅度减少因施加电压的更新而产生的异常噪声。
实施形态2图9～图11所示为电动动力转向装置的转向辅助力产生用三相无刷电动机1的第2实施形态有关的控制装置。在本实施形态中，与第1实施形态相同的部分用同一标号表示。与第1实施形态的不同在于，首先利用旋转位置运算单元8计算到下一次计算施加电压当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)为止的仅仅某一个施加电压更新时刻的转子1b的旋转角度预测值。本实施形态的旋转位置运算单元8从取决于当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)的施加电压的更新时刻起，仅计算150μsec后的更新时刻的旋转角度预测值θ150。
第2实施形态的施加电压运算单元6的坐标变换环节6e根据d轴目标电压vd*、q轴目标电压vq*、转子1b的旋转角度的现在值θ0及θ150，从取决于当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)的施加电压的更新时刻起，仅计算与150μsec后的更新时刻的旋转角度预测值θ150相对应的施加电压的预测值vu(150)、vv(150)、vw(150)。在第2实施形态中，与坐标变换环节6e连接插补运算单元9a、9b、9c。该插补运算单元9a、9b、9c根据利用施加电压运算单元6的坐标变换环节6e，计算的施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)及预测值vu(150)、vv(150)、vw(150)，利用插补运算，求出剩下的施加电压更新时刻、即从取决于当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)的施加电压的更新时刻起50μsec之后及100μsec之后的更新时刻的对绕组的施加电压的预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)、vu(100)、vv(100)、vw(100)。本实施形态中的插补运算是采用直线插补，但插补运算方法没有特别限定。
根据施加电压运算单元6计算的施加电压当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)及预测值vu(150)、vv(150)、vw(150)、以及插补运算单元9a、9b、9c计算的施加电压的预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)、vu(100)、vv(100)、vw(100)，通过电动机驱动器7，更新对绕组的施加电压，从而利用绕组产生的磁场的变化，产生转子1b的旋转力，其它构成与第1实施形态相同。
图10的流程所示为利用第2实施形态的控制装置40的电动机1的控制程序，在与第1实施形态的步骤S1～步骤S5相同的步骤S101～步骤S105之后，利用旋转位置运算单元8，在步骤S106中，根据转子1b的检测旋转角度的当前值θ0及过去值θ-200，计算旋转角度的预测值θ150。接着，在步骤S107中，根据d轴目标电压vd*、q轴目标电压vq*、检测旋转角度的当前值θ0及预测值θ150，计算对各相绕组的施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)及预测值vu(150)、vv(150)、vw(150)。然后，在步骤S108中，利用插补运算单元9a、9b、9c，求出对绕组的施加电压的预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)、vu(100)、vv(100)、vw(100)。以后的步骤S109至步骤S112与第1实施形态的步骤S8～步骤S11相同。
与根据d轴目标电压vd*、q轴目标电压vq*、及转子1b的旋转位置的预测值全部求出对绕组的施加电压的预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)、vu(100)、vv(100)、vw(100)、vu(150)、vv(150)、vw(150)的情况相比，仅求出一部分的预测值vu(150)、vv(150)、vw(150)，再根据施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)及一部分预测值vu(150)、vv(150)、vw(150)，利用插补运算，求出剩下的预测值vu(50)、vv(50)、vw(50)、vu(100)、vv(100)、vw(100)，这种方法的运算量少。这样，根据第2实施形态，通过减少施加电压运算单元6的坐标变换环节6e及旋转位置运算单元8进行的运算次数，增加插补运算单元9a、9b、9c进行的运算次数，从而即使对绕组的施加电压的更新次数增多，也能够防止运算量增大的情况。如图11所示为第2实施形态的对绕组的施加电压(v)与时间的关系，即使在与转子1b的旋转位置相应的施加电压的理想值变化相对应的图中用双点划线所示的正弦波顶点附近，也能够减小施加电压更新时的变化Δv。这样，由于能够防止流已绕组的电流的变化量增大，因此能够减少以施加电压的当前值vu(0)、vv(0)、vw(0)的运算周期(200μsec)的倒数的频率和以施加电压的更新周期(50μsec)的倒数的频率产生的声音。另外，通过将施加电压的更新周期设为小于等于50μsec，从而它的周期的倒数(20kHz)明显大于人的一般可听范围的最大频率(15～15kHz左右)，因此能够大幅度减少因施加电压的更新而产生的异常噪声。
以下的表1是表示以往例、第1实施形态及第2实施形态中设电动机1的转速为1200RPM时的频率4.5kHz～5.5kHz的异常噪声峰值、噪声级的总值、比以往例的运算增加时间、以及相对于对绕组的理想施加电压的误差(设以往例为100)。由表1可以确认，根据第1及第2实施形态，与以往例相比，声音的发生减少，相对于理想施加电压的误差减少，另外根据第2实施形态，与第1实施形态相比，运算量减少。
表1
以下的表2是表示以往例及第1实施形态中设施加电压的更新周期为100μsec、电动机1的转速为1200RPM时的频率4.5k～5.5kHz的异常噪声峰值、频率4.5k～5.5kHz的噪声级的总值、频率9.5kHz～10.5kHz的异常噪声峰值、以及频率9.5kHz～10.5kHz的噪声级的总值。由表2可以确认，根据第1实施形态，与以往例相比，声音的发生减少。
表2
本发明不限定于上述实施形态。例如，施加电压的更新周期若比施加电压的运算周期要短，则没有特别限定，但最好设为小于等于50μsec。施加电压当前值的一个运算周期中的施加电压的更新次数若是大于等于2次，则能够采用本发明，通过设定大于等于3次，就如第2实施形态那样，能够减少运算量。另外，施加电压当前值的运算周期不限定于200μsce。上述实施形态的坐标变换环节是根据d轴目标电压vd*、q轴目标电压vq*、以及电动机的检测旋转位置，来计算对U、V、W各相的绕组的施加电压，但也可以计算U、V、W中的两相的施加电压，再根据求出的施加电压，求出剩下一相的施加电压。另外，无刷电动机不限定于三相，用途也不限定于转向辅助力产生用。
权利要求
1.一种无刷电动机的控制装置，在通过更新对所述绕组的施加电压、从而利用所述绕组产生的磁场的变化来产生所述转子(1b)的旋转力的无刷电动机(1)的控制装置(40)中，其特征在于，具有检测转子(1b)的旋转位置的旋转位置检测单元(2)；检测流过绕组的实际电流的电流检测单元(3a、3b、3c)；将沿着所述转子(1b)具有的励磁(1c)的磁通方向的轴作为d轴、将与所述d轴及所述转子(1b)的旋转轴垂直的轴作为q轴、计算d轴目标电流(Id*)及q轴目标电流(Iq*)的dq轴目标电流运算单元(4)；根据所述绕组的检测实际电流及所述转子(1b)的检测旋转位置的当前值(θ0)，计算d轴实际电流(Id)及q轴实际电流(Iq)的dq轴实际电流运算单元(5)；以及根据d轴目标电流(Id*)、q轴目标电流(Iq*)、d轴实际电流(Id)、q轴实际电流(Iq)及所述转了(1b)的检测旋转位置的当前值(θ0)以设定的周期，计算对所述绕组的施加电压的当前值[vu(0)、vv(0)、vw(0)]的施加电压运算单元(6)，对所述绕组的施加电压的更新周期、比对所述绕组的施加电压的现在值[vu(0)、vv(0)、vw(0)]的运算周期要短，设置旋转位置运算单元(8)，该旋转位置运算单元(8)根据所述转子(1b)的检测旋转位置的当前值(θ0)、检测旋转位置的过去值及设定的施加电压更新周期，计算到下一次计算施加电压当前值[vu(0)、vv(0)、vw(0)]为止的施加电压更新时刻的所述转子(1b)的旋转位置预测值[θ50、θ100、θ150]，根据d轴目标电流(Id*)、q轴目标电流(Iq*)、d轴实际电流(Id)、q轴实际电流(Iq)及所述转子(1b)的旋转位置预测值[θ50、θ100、θ150]，利用所述施加电压运算单元(6)计算到下一次计算施加电压当前值[vu(0)、vv(0)、vw(0)]为止的施加电压更新时刻的、对所述绕组的施加电压的预测值[vu(50)(100)(150)]、[vv(50)(100)(150)]、[vw(50)(100)(150)]，根据计算的施加电压当前值[vu(0)、vv(0)、vw(0)]及施加电压的预测值[vu(50)(100)(150)]、[vv(50)(100)(150)]、[vw(50)(100)(150)]，更新对所述绕组的施加电压。
2.如权利要求1所述的无刷电动机的控制装置，其特征在于，利用所述旋转位置运算单元(8)，计算到下一次计算施加电压当前值[vu(0)、vv(0)、vw(0)]为止的全部施加电压更新时刻的所述转子(1b)的旋转位置预测值[θ50、θ100、θ150]。
3.如权利要求1所述的无刷电动机的控制装置，其特征在于，所述施加电压的更新周期比所述施加电压当前值[vu(0)、vv(0)、vw(0)]的运算周期要短，使得所述施加电压当前值[vu(0)、vv(0)、vw(0)]的一个运算周期中的所述施加电压的更新次数为大于等于3次，利用所述旋转位置运算单元(8)，计算到下一次计算施加电压当前值[vu(0)、vv(0)、vw(0)]为止的仅仅某一个施加电压更新时刻的所述转子(1b)的旋转位置预测值[θ50、θ100、θ150]，设置插补运算单元，该插补运算单元根据利用所述施加电压运算单元(6)计算的施加电压当前值[vu(0)、vv(0)、vw(0)]及施加电压的预测值[vu(50)(100)(150)]、[vv(50)(100)(150)]、[vw(50)(100)(150)]，利用插补运算求出剩下的施加电压更新时刻的、对所述绕组的施加电压的预测值[vu(50)(100)(150)]、[vv(50)(100)(150)]、[vw(50)(100)(150)]。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的无刷电动机的控制装置，其特征在于，所述施加电压的更新周期设为小于等于100μsec。
全文摘要
本发明揭示一种在抑制更新对绕组的施加电压来控制电动机电流时产生的异常噪声的无刷电动机的控制装置，根据d轴目标电流(I
文档编号H02P21/06GK1848662SQ20061006814
公开日2006年10月18日 申请日期2006年3月14日 优先权日2005年3月15日
发明者上田武史, 长濑茂树 申请人:株式会社捷太格特