无刷电动机控制装置及无刷电动机的制作方法

专利名称：无刷电动机控制装置及无刷电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适合于使旋转驱动稳定的无刷电动机控制装置及无刷电 动机，尤其是使处于紧接启动之后的低速旋转状态下的旋转驱动期间的旋转驱 动稳定。
背景技术：
在无刷电动机中，用旋转传感器检测转子的旋转位置，并且根据测得的旋转 位置来设定定子线圈的通电定时，从而对电动机产生的旋转进行控制。第
2002-315381号日本专利公开以及第3420317号日本专利描述了这种无刷电动机 的例子。
在电动机的旋转驱动期间，当驱动电流随着该电动机转速的加快而增加时， 通电定时因受电枢反应的影响而延迟。因此，为了抵消该延迟，会采用所谓的角 超前控制。该角超前控制将旋转传感器预先设在超前角一侧来使得通电定时超前， 或者以比标准通电定时超前的超前角通电定时来控制电动机，如第2002-315381 号曰本专利公开所示的。
在像这样的超前角控制中，当电动机的转速为低速时，通电定时过于超前。 所以，使得超前角通电定时向标准通电定时延迟。此时，利用延迟计数器设定与 转速相应的计数值，并且根据该延迟计数器的计数值而延迟通电定时。
然而，在紧接启动之后的电动机速度极低的期间，最好以标准的通电定时进 行通电。由此，随电动机的转速降低而增大的计数值在该低速期间变得极大。然 而，延迟计数器的计数值是有限的。由此，在紧接启动之后电动机速度极低的期 间，计数值溢出。为此，通电定时的延迟无法正确进行，并且通电定时仍然与所 需的定时有所偏差。在紧接启动之后的极低速期间，这降低了电动机的效率，并 且增大噪音和振动。
第3420317号日本专利中，并未进行使用超前角通电定时的角超前控制， 而是根据旋转传感器所输出之检测信号的脉冲边沿计算出当前状态下最优的 通电定时来对电动机进行控制。由此，在紧接启动之后电动机速度极低的期间 不会产生上述问题。然而，必须在全部的转速区域内进行复杂的运算。这导致 控制器需要进行复杂运算的CPU，并且增加了控制器的成本
发明内容
本发明的目的在于提供以简单控制使得旋转稳定化的无刷电动机控制装 置及无刷电动机，尤其是使在紧接启动之后的低速状态下旋转稳定。
为了达到上述目的，本发明的一个方面提供了 一种对无刷电动机进行旋转 控制的无刷电动机控制装置，所述旋转控制通过根据旋转传感器的检测信号来 检测转子的旋转位置及转速并且根据所述测得的转子旋转位置及转速来决定 三相定子线圈的通电定时而进行。所述无刷电动机控制装置包括标准定时生成 单元，其生成由所述转子的旋转位置决定的标准通电定时。超前角定时生成单 元，其生成由所述转子的旋转位置决定的、比所述标准通电定时超前预定量的 超前角通电定时，生成根据所述转子的转速而变化的延迟量，并且生成比所述 超前角通电定时延迟所述延迟量的最终超前角通电定时。控制转换单元，其在 所述转子的转速小于预定值时所执行的第一旋转控制和所述转子的转速大于 或等于所述预定值时所执行的第二旋转控制之间转换所述电动机的旋转控制。 在所述第一旋转控制中，根据所述标准通电定时对所述电动机进行控制，并且 在所述第二旋转控制中，根据所述最终超前角通电定时对所述电动机进行控 制。
结合附图，参考下文之以实例的方式阐述本发明主旨的描述，可明白本发 明的其他方面与优点。


参考下文之现时较佳实施例的描述以及附图，可最佳地理解本发明及其目 的与优点，其中
图1是根据本发明较佳实施方式的无刷电动机和控制装置的示意方框图； 图2是示出标准通电定时的驱动控制信号的波形图； 图3是图2的标准通电定时的真值表；
图4是示出生成图2的标准通电定时的逻辑门电路的电路图； 图5是示出120°超前角通电定时的驱动控制信号的波形图； 图6是图5的120°超前角通电定时的真值表；
图7是示出生成图5的120°超前角通电定时的逻辑门电路的电路图； 图8是示出生成标准通电定时和120°超前角通电定时的逻辑门电路的电 路图9A是说明较佳实施方式中旋转速度控制的图表； 图9B是说明现有技术中旋转速度控制的图表； 图IOA是说明较佳实施方式中旋转控制的流程图； 图10B是说明另一个例子中旋转控制的流程图； 图11是18(T超前角通电定时的真值表；图12是说明生成标准通电定时和180°超前角通电定时的另一个例子的 逻辑门电路的电路图。
具体实施例方式
现参照

本发明的较佳实施方式。
图1示出了无刷电动机10，其用作车用空调器的送风用电动机。无刷电动 机10利用U相、V相、W相的三相驱动供电而旋转驱动。控制装置ll为这三 相设定通电定时，并且为各相生成驱动电力，来对无刷电动机10进行旋转控 制。控制装置11一体形成在无刷电动机10中。
控制装置11包括三相逆变器电路12，以将直流电源E所供给的直流电生 成为相互差120°相位的三相驱动电力。三相逆变器电路12包括使用六个开关 元件FETlu、 FET2u、 FETlv、 FET2v、 FETlw、 FET2w的桥接电路。在高电位侧 电源线Ll和接地线GND之间，U相FETlu和FET2u串联在一起、V相FETlv和 FET2v串联在一起、W相FETlw和FET2w串联在一起。来自直流电源E的直流 电通过由扼流圈13a与滤波电容13b及13c组成的电源稳定电路13进行稳定， 并且供给至高电位侧电源线Ll和接地线GND。生成续流电流的二极管D1 D6 分别反接至各FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw、 2w。
无刷电动机10包括六极可旋转转子10a，所述转子具有间隔60。设置的 不同磁极。定子10b包括形成为Y连接(星形连接)的U相、V相、W相定子线 圈10u、 10v、 10w。 U相FETlu与2u之间的输出端子连接至U相线圈10u的一 个端子；V相FETlv与2v之间的输出端子连接至V相线圈10v的一个端子；W 相FETlw与2w之间的输出端子连接至W相线圈10w的一个端子。通过在预定 定时对逆变器电路12的各FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw、 2w进行开关控制而生成 的各相驱动电力被供给至各相的线圈10u、 10v、 10w。
图2及图5示出了开关控制的定时。在U相FETlu与2u中，FET2u具有 120°电角度的接通期间，之后是60°电角度的断开期间。然后，FETlu重复 120°电角度的接通期间，以及之后的60。电角度的断开期间。V相FETlv、 2v 及W相FETlw、 2w的通断期间也这样设定。另外，在这些相位之间设有120° 的相位差，以使U相FETlu接通期间的结束和V相FETlv接通期间的开始相匹 配、V相FETlv接通期间的结束和W相FETlw接通期间的开始相匹配。这将具 有120°相位差的各相驱动电力(图2中未予图示)供给至电动机10各相的线 圈10u、 10v、 10w。
随着转子10a的旋转，从作为旋转传感器(后述)的霍尔元件Hn、 Hv、 Hw 得到具有120。相位差的脉冲检测信号。在图2所示的标准通电定时中，基于 U相霍尔元件Hu的转至高电平的上升沿，FET2u接通；基于霍尔元件Hu的转
6至低电平的下降沿，FETlu接通。基于V相霍尔元件Hv的转至高电平的上升沿， FET2w接通；基于霍尔元件Hv转至低电平的下降沿，FETlw接通。基于W相霍 尔元件Hw的转至高电平的上升沿，FET2v接通；基于霍尔元件Hw的转至低电 平的下降沿，FETlv接通。120°超前角通电定时相对于标准通电定时前进了 120° 。
FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw及2w中，对设在接地线GND侧的下部FET2u、 2v 及2w进行PWM控制，以使FET2u、 2v及2w在接通期间以更高频率进行接通 和断开(图2中由竖条纹表示P丽控制期间)。以这种方式控制无刷电动机10 (转子10a)的旋转速度。通过控制电路15进行FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw及2w
的开关控制。
如图1所示，控制电路15包括驱动定时生成单元16、控制单元(控制转换 单元)17、 F/V转换器18及P丽生成单元19，这些单元基于等待电路14的操 作电力进行工作。等待电路14基于设在电动机10外的空调器ECU的启动命令 信号来生成操作电力，并且将操作电力供给至各电路。
在无刷电动机10中，间隔40° (电角度是120。间隔)设置三个霍尔元件 Hu、 Hv、 Hw，以检测六极转子10a的各相的旋转位置(磁极位置)。霍尔元件 Hu、 Hv、 Hw配置于与O。超前角相对应的位置。随着转子10a的旋转而从各霍 尔元件Hu、 Hv、 Hw输出的检测信号，呈互相有120。相位差的脉冲状(参见图 2)，并且输出到驱动定时生成单元16、控制单元17及F/V转换器18。
基于从霍尔元件Hu、 Hv、 Hw输入的检测信号，驱动定时生成单元16按照 转子10 a的旋转位置来设定各相线圈10u、 10v、 10w的当前通电定时，即设 定FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw、 2w的驱动定时。驱动定时生成单元16的详细结 构将在后面叙述。控制单元17根据来自霍尔元件Hu、 Hv、 Hw的检测信号来操 作循环计数器，并且根据由所述周期计数器获得的转子10a的转速来决定当前 通电定时的超前角量，从而对驱动定时生成单元16进行控制。控制单元17基 于由驱动定时生成单元16产生的所述通电定时，将最终驱动控制信号直接输 出给FETlu、 lv、 lw，并且通过AND电路(与电路)20将最终驱动控制信号输出 至lj FET2u、 2v、 2w。
F/V转换器18将与转子10a的转速相对应的、来自霍尔元件Hu、 Hv、 Hw 的检测信号的频率转换成电压，并且将该经转换的电压输出到PWM生成单元 19。 P丽生成单元19从该经转换的电压识别转子10a的转速，并且将PWM控 制信号输出到A扁电路20，以使该P丽控制信号加入控制单元17的驱动控制 信号。该P丽生成单元19根据来自空调器ECU的启动指令信号逐步地增大P丽 控制信号的占空比，以执行转速逐步加快的软启动。PWM生成单元19在该软启 动之后，对该P丽控制信号的占空比进行控制，以使动子10a的转速变得恒定为由速度命令值设定单元(未示)的速度指令值所设定的速度。这改变了下部
FET2u、 2v、 2w接通期间内的实际接通时间，以调节供给电动机10的驱动电力 并且控制电动机10的转速。
控制电路15包括保护电路21。保护电路21强制停止控制单元17向 FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw、 2w输出驱动控制信号，以停止FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw、 2w的工作及电动机10的旋转。这保护了电动机IO和控制装置11。
现详述驱动定时生成单元16的结构以及由控制单元17执行的控制。如图 8所示，驱动定时生成单元16包括基本定时生成单元31、输出转换单元32和 延迟电路33。基本定时生成单元31由逻辑门电路组成。驱动定时生成单元16 形成为能够根据霍尔元件Hu、Hv、Hw输出的检测信号生成超前角量在(T 120 °之间变化的通电定时。在无刷电动机10中，因无刷电动机结构造成的电枢 反应等影响，将必要超前角量的最大值例如设定为80° 。驱动定时生成单元 16生成一通电定时，所述通电定时通过来自120°超前角通电定时的延迟计数 操作进行延迟调节。
图4示出了逻辑门电路31x的结构，其根据来自霍尔元件Hu、 Hv、 Hw输 出的检测信号生成如图2所示的标准通电定时，图3则示出了该标准通电定时 的真值表。
逻辑门电路31x包括六个緒D电路41 46。霍尔元件Hu的检测信号通过 反相电路47输入AND电路41的一个输入端子，霍尔元件Hw的检测信号输入 AND电路41的另一个输入端。更具体的，霍尔元件Hu的反相检测信号和霍尔 元件Hw的检测信号输入AND电路41中，并且输出信号输出到FETlu。
霍尔元件Hu的检测信号输入認D电路42的一个输入端子，而来自霍尔元 件Hw的检测信号通过反相电路49输入AND电路42的另一个输入端子。更具 体的，霍尔元件Hu的检测信号和霍尔元件Hw的反相检测信号输入AND电路42 中，并且输出信号输出到FET2u。
霍尔元件Hv的检测信号输入AND电路43的一个输入端子，而霍尔元件Hw 的检测信号通过反相电路49输入認D电路43的另一个输入端子。更具体的， 霍尔元件Hv的检测信号和霍尔元件Hw的反相检测信号输入AND电路43中， 并且输出信号输出到FETlv。
霍尔元件Hv的检测信号通过反相电路48输入AND电路44的一个输入端 子，而霍尔元件Hw的检测信号输入認D电路44的另一个输入端子。更具体的， 霍尔元件Hv的反相检测信号和霍尔元件Hw的检测信号输入AND电路44中， 并且输出信号输出到FET2v。
霍尔元件Hu的检测信号输入AND电路45的一个输入端子，而霍尔元件Hv 的检测信号通过反相电路48输入認D电路45的另一个输入端子。更具体的，霍尔元件Hu的检测信号和霍尔元件Hv的反相检测信号输入AND电路45中， 并且输出信号输出到FETlw。
霍尔元件Hu的检测信号通过反相电路47输入認D电路46的一个输入端 子，而霍尔元件Hv的检测信号输入AND电路46的另一个输入端子。更具体的， 霍尔元件Hu的反相检测信号和霍尔元件Hv的检测信号输入AND电路46,并且 输出信号输出到FET2w。这样，如上所述可形成根据霍尔元件Hu、 Hv、 Hw的检 测信号生成标准通电定时的逻辑门电路31x。
图7示出了逻辑门电路31y的结构，其根据霍尔元件Hu、 Hv、 Hw的检测 信号生成如图5所示的120°超前角通电定时，图6示出了 120°超前角通电 定时的真值表。
由图7可知，逻辑门电路31y与前述逻辑门电路31x结构相同。然而，AND 电路41的输出信号输出到FETlv、 AND电路42的输出信号输出到FET2v、 AND 电路43的输出信号输出到FETlw。另外，AND电路44的输出信号输出到FET2w、 認D电路45的输出信号输出到FETlu、 AND电路46的输出信号输出到FET2u。 这样，使用相同结构的逻辑门电路31x和31y，只要改变AND电路41 44的输 出信号，就能够生成标准通电定时和120°超前角通电定时。
因此，本较佳实施方式中，驱动定时生成单元16采用逻辑门电路31x(31y) 作为基本定时生成单元31，并且形成为从构成该基本定时生成单元31的AND 电路41 46输出的输出信号通过输出转换单元32进行转换。输出转换单元32 具有12个AND电路51a、 51b 56a、 56b，以及6个0R电路(或电路)61 66。
基本定时生成单元31的認D电路41的输出信号输入输出转换单元32的 AND电路51a的一个输入端子，由控制单元17输出的转换信号输入AND电路 51a的另一个输入端子。AND电路51a的输出信号输入OR电路61的一个输入 端子。AND电路45的输出信号输入認D电路51b的一个输入端子，由控制单元 17所输出之转换信号的反相信号输入AND电路51b的另一个输入端子。AND电 路51b的输出信号通过延迟电路33输入到OR电路61的另一个输入端子。OR 电路61将输出信号输出到FETlu。
AND电路42的输出信号输入AND电路52a的一个输入端子，控制单元17 输出的转换信号输入AND电路52a的另一个输入端子。AND电路52a的输出信 号输入到0R电路62的一个输入端子。另夕卜，AND电路46的输出信号输入AND 电路52b的一个输入端子，而控制单元17所输出之转换信号的反相信号输入 認D电路52b的另一个输入端子。AND电路52b的输出信号通过延迟电路33输 入到OR电路62的另一个输入端子。OR电路62将输出信号输出到FET2u。
AND电路43的输出信号输入A腸电路53a的一个输入端子，控制单元17输出的转换信号输入AND电路53a的另一个输入端子。AND电路53a的输出信 号输入到OR电路63的一个输入端子。AND电路41的输出信号输入AND电路 53b的一个输入端子，而控制单元17所输出之转换信号的反相信号输入A腦 电路53b的另一个输入端子。認D电路53b的输出信号通过延迟电路33输入到 OR电路63的另一个输入端子。OR电路63将输出信号输出到FETlv。AND电路44的输出信号输入AND电路54a的一个输入端子，而控制单元 17输出的转换信号输入AND电路54a的另一个输入端子。A腦电路54a的输出 信号输入到OR电路64的一个输入端子。AND电路42的输出信号输入AND电路 54b的一个输入端子，而控制单元17所输出之转换信号的反相信号输入AND 电路54b的另一个输入端子。AND电路54b的输出信号通过延迟电路33输入到 OR电路64的另一个输入端子。OR电路64将输出信号输出到FET2v。AND电路45的输出信号输入AND电路55a的一个输入端子，而控制单元 17输出的转换信号输入AND电路55a的另一个输入端子。AND电路55a的输出 信号输入到OR电路65的一个输入端子。AND电路43的输出信号输入AND电路 55b的一个输入端子，而控制单元17所输出之转换信号的反相信号输入AND 电路55b的另一个输入端子。AND电路55b的输出信号通过延迟电路33输入到 OR电路65的另一个输入端子。OR电路65将输出信号输出到FETlw。AND电路46的输出信号输入AND电路56a的一个输入端子，而控制单元 17输出的转换信号输入AND电路56a的另一个输入端子。A腦电路56a的输出 信号输入到OR电路66的一个输入端子。AND电路44的输出信号输入認D电路 56b的一个输入端子，而控制单元17所输出之转换信号的反相信号输入AND 电路56b的另一个输入端子。AND电路56b的输出信号通过延迟电路33输入到 OR电路66的另一个输入端子。OR电路66将输出信号输出到FET2w。将转换信号输出至具有上述结构的驱动定时生成单元16的控制单元17， 在使用标准通电定时的时候将该转换信号转换至高电平，而在使用120°超前 角通电定时的时候，则将该转换信号转换至低电平。当控制单元17的转换信号为高电平时，在驱动定时生成单元16中，基本 定时生成单元31的認D电路41 46的输出信号通过AND电路51a 56a输出 到后级。为此，根据从霍尔元件Hu、 Hv、 Hw的检测信号生成的基本定时，生 成具有标准通电定时的驱动控制信号(参见图2)，然后将这些控制信号输出 到FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw、 2w的门。当控制单元17的转换信号为低电平时，在驱动定时生成单元16中，基本 定时生成单元31的緒D电路41 46的输出信号通过AND电路51b 56b输出 到后级。为此，根据从霍尔元件Hu、 Hv、 Hw的检测信号生成的基本定时，生 成具有12(T超前角通电定时的驱动控制信号(参见图5)。这些具有12(T超前角通电定时的驱动控制信号经过延迟电路33的延迟计数操作而产生0° 120°的超前角调整，并且输出到FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw、 2w的门。参考图10A的流程图，现描述由本较佳实施方式的控制电路15进行的旋 转控制。首先，步骤S1中，根据空调器ECU的启动指令信号，无刷电动机10启动， 并且无刷电动机10的旋转驱动开始。启动期间，控制单元17的转换信号为高 电平。在图8所示的驱动定时生成单元16中，根据霍尔元件Hu、 Hv、 Hw的检 测信号生成标准通电定时的驱动控制信号，并且这些驱动控制信号输出到逆变 器电路12的FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw、 2w。 FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw、 2w根据 标准通电定时的驱动控制信号进行开或关，并且驱动电力供给至无刷电动机 10。在步骤S2中，通过由P觀生成单元19在启动期间进行的软启动控制，标 准通电定时的驱动控制信号的占空比由小逐渐地增大。这逐步增大了供给至无 刷电动机10的驱动电力，并且使转子10a的转速逐渐加快。在步骤S3中，根据由控制单元17中的周期计数器所获得的转子10a的转 速来判定转子10a的转速是否达到预定转速(例如，800[rpm])，所述控制单 元根据霍尔元件Hu、 Hv、 Hw的检测信号而工作。更具体的，在当前标准通电 定时转换到120°超前角通电定之时，判定转子10a的转速是否慢得足以使延 迟电路33的延迟计数器处于其溢出的溢出区间。当转子10a的转速小于预定 转速时，则重复步骤S2、 S3，直到其该转速变成大于或等于该预定转速。当转 子10a的转速大于或等于该预定转速时，则判定可进行以120。超前角通电定 时进行旋转控制而不会导致延迟计数器溢出的正常操作。由此，处理进入步骤 S4。在步骤S4中，为了准备在步骤S6中转换至120°超前角通电定时，从控 制单元17内的周期计数器生成120°超前角通电定时的延迟量，所述延迟量反 映转子10a的当前转速。紧接着从标准通电定时转换之后，120°超前角通电 定时的延迟量设为120° ， g卩，超前角量调节为0° 。然后，随着转速加快， 该延迟量减小，并且该超前角量调节为逐渐增大。在步骤S5中，为了准备在步骤S6中转换至120°超前角通电定时，在步 骤S4中生成的该延迟量设定(反映)为延迟电路33的延迟计数器的计数值。在步骤S6中，输入到图8所示驱动定时生成单元16的转换信号从高电平 转换至低电平。根据该超前角通电定时的驱动控制信号，逆变器电路12的 FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw、 2w进行开关，所述超前角通电定时对应转子10a当 前的转速进行超前调整。在步骤S7中，控制单元17获取包括转速及驱动电流在内的电动机信息。在步骤S8中，控制单元17从所获取的电动机信息来判定当前超前角是否 为必要的超前角，即判定该超前角量与当前旋转状态是否一致。当判定该超前角量与该当前旋转状态一致时，则判定在步骤S9中无需改变该超前角量而进 入步骤Sll。当判定该超前角量与该当前旋转状态不一致时，则在步骤S10中 改变该延迟量。在步骤S11中，步骤S9或S10中的该延迟量被反映在延迟计数器上，并 且调节为与当前旋转状态一致的超前角通电定时的超前角量。通过重复步骤 S7 S11，步骤S9及S10中的该延迟量可被调节为与当前旋转状态一致的超前 角通电定时。在按照上述步骤S1 S11进行旋转控制的本较佳实施方式中，如图9A所 示，在紧接着启动之后的极低速期间，以标准通电定时(零超前角)执行旋转控 制。然后，在转速加快至该超前角通电定时的延迟计数器并不溢出的转速之后， 该旋转控制则转换成以该超前角通电定时的旋转控制。如图9B所示，现有技 术中，总是以超前角通电定时进行旋转控制。由此，在紧接着启动之后的极低 速期间，延迟计数器溢出，并且该超前角通电定时无法进行准确的延迟。由于 无法以最优定时来执行通电，使得电动机效率降低，并且噪音和振动增大。然 而，本较佳实施方式防止了这一情况的发生。因此，在本较佳实施方式中，即 使从紧接着启动之后的极低速期间也能够稳定无刷电动机10的旋转驱动。现描述本较佳实施方式的优点。 (1 )在本较佳实施方式中，驱动定时生成单元16根据转子10a的旋转 位置(霍尔元件Hu、 Hv、 Hw的检测信号)生成标准通电定时和120°超前角通电 定时。此外，控制单元17生成与转子10a的转速一致的120°超前角通电定时 的延迟量。当转子10a的转速小于预定转速时，控制单元17以标准通电定时 执行旋转控制。当转子10a的转速大于或等于该预定转速时，控制单元17以 超前角通电定时执行旋转控制，所述超前角通电定时在反映该延迟量之后获 得。更具体的，在紧接着启动之后的极低速期间，由于是根据与转子10a的转 速相一致的延迟量来操作延迟计数器以调节超前角通电定时的超前角量，因此 角超前控制是不合适的。由此，在转子10a的转速小于该预定转速的低转速状 态下，则选择根据转子10a的旋转位置容易生成的标准通电定时并且以该标准 通电定时执行旋转控制。这样的简单控制防止了电动机效率下降以及噪音和振 动增大。此外，即使从紧接着启动之后的极低速期间，也能够使无刷电动机IO 的旋转驱动稳定。(2 )在本较佳实施方式中，驱动定时生成单元16包括基本定时生成单 元31和输出转换单元32。基本定时生成单元31生成由转子10a的旋转位置所 决定的基本定时。通过控制转换单元对输出转换单元32进行控制，以从基本定时可选择地生成标准通电定时及超前角通电定时。更具体的，在驱动定时生成单元16中，基本定时生成单元31生成共用的基本定时，并且基于该共用的 基本定时可选择地生成标准及超前角通电定时。基本定时生成单元31与输出 转换单元32形成具有简单结构的驱动定时生成单元16。(3)在本较佳实施方式中，在间隔为60。的超前角通电定时中，驱动定 时生成单元16生成120°超前角通电定时，这一角度大于无刷电动机10的必 要超前角量80。并且是最小角。三相定子线圈10u、 10v、 10w的通电执行为各 相间隔12(T ，并且霍尔元件Hu、 Hv、 Hw的检测信号输出为各相间隔120° 。 因而，从这些检测信号可容易地生成超前角量为120°的超前角通电定时。另 外，因为采用其超前角量比无刷电动机10的必要超前角量80。大并且为最小 角的超前角通电定时，可以防止在进行超前角调节时所生成的延迟量变大。为 此，反映延迟量的延迟计数器可小型化。这使得控制电路15的电路规模减小。 另外，当延迟量增大时，通电定时的误差将增大。然而，由于使得延迟量为最 小，就能够以较高精度执行超前角控制。本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其它具体形式实现而不 脱离本发明的精神和范围。具体的，本发明可以以如下的形式实现。在较佳实施方式中，虽然在步骤S6中没有具体说明标准通电定时向超前 角通电定时的转换，但可以暂时停止电动机IO(线圈10u、 10v、 10w)的通电以 执行该转换。更具体的，如图10B所示，在进行向超前角通电定时转换的步骤S6之前， 可插入步骤S12以暂时地使无刷电动机IO停止。然后，在步骤S6之后，插入 步骤S13以再次启动无刷电动机10。当标准通电定时在无刷电动机10的工作 期间转换到超前角通电定时，这两个通电定时会变得混在一起并且造成旋转控 制期间的错误工作。为此，通过使得无刷电动机10暂时停止以执行该转换， 错误操作可得以防止。在较佳实施方式中，用作标准定时生成单元及超前角定时生成单元的驱动 定时生成单元16，形成为生成标准通电定时和120°超前角通电定时。然而， 该超前角通电定时的超前角量可改变为大于必要超前角量(因电动机的结构而 不同)的任何值。在此情况下，使用60°间隔(60° 、 180° 、 240° 、 300° ) 的超前角通电定时是理想的。例如，如图12所示，可形成生成标准通电定时和180°超前角通电定时的 驱动定时生成单元16A。图11是18(T超前角通电定时真值表。驱动定时生成单元16A包括EX-NOR电路71 73。各EX-NOR电路71 73 包括分别从基本定时生成单元31 (图4的逻辑门电路31x)中的霍尔元件Hu、Hv、 Hw接收检测信号的一个端子，以及分别接收转换信号的另一个端子。当该转换信号为低电平时，来自霍尔元件Hu、 Hv、 Hw的检测信号直接输入基本定时生 成单元31，并且该标准通电定时的输出信号从用作基本定时生成单元31的输 出电路的AND电路41 46输出。当该转换信号变为高电平时，来自霍尔元件 Hu、 Hv、 Hw的检测信号的反相信号输入在基本定时生成单元31，并且180°超 前角通电定时的输出信号从用作基本定时生成单元31的输出电路的AND电路 41 46输出。然后通过该标准通电定时和180°超前角通电定时的输出信号来 执行FETlu、 2u、 lv、 2v、 lw、 2w的开/关控制。具有这种结构的驱动定时生成单元16A可用于较佳实施方式中必要超前角 量为80°的无刷电动机IO。驱动定时生成单元16A形成为使用较少门数。这 使得控制电路15的电路规模得以縮小。通过使用基本定时生成单元31，并且采用由AND电路、OR电路、EX-N0R 电路等逻辑门电路组合成的电路作为超前角通电定时的输入/输出电路，可容 易地形成生成超前角量为120°和180°之外的诸如60。 、 240°及300°的超 前角通电定时的逻辑门电路。在较佳实施方式中，三个霍尔元件Hu、Hv、 Hw用作旋转传感器。然而， 传感器的数量不限于三个，例如也可使用一个或两个。另外，旋转传感器也可 以使用磁传感器或其它类型的传感器来代替霍尔元件。在较佳实施方式中，控制装置11用于作为车辆空调器之送风用电动机的 无刷电动机IO。然而，控制装置ll可用于其它用途的无刷电动机。在此的例子及实施例应认为是说明性的而非限制性的，并且本发明不限于 在此给出的细节，而是可在附属权利要求的范围及等同物之内进行修改。
权利要求
1、一种对无刷电动机进行旋转控制的无刷电动机控制装置，所述旋转控制通过根据旋转传感器的检测信号来检测转子的旋转位置及转速并且根据所述测得的转子旋转位置及转速来决定三相定子线圈的通电定时来进行，所述无刷电动机控制装置包括标准定时生成单元，其生成由所述转子的旋转位置决定的标准通电定时；超前角定时生成单元，其生成由所述转子的旋转位置决定的、比所述标准通电定时超前预定量的超前角通电定时，生成根据所述转子的转速而变化的延迟量，并且生成比所述超前角通电定时延迟所述延迟量的最终超前角通电定时；和控制转换单元，其在所述转子的转速小于预定值时所执行的第一旋转控制和所述转子的转速大于或等于所述预定值时所执行的第二旋转控制之间转换所述电动机的旋转控制，其中在所述第一旋转控制中，根据所述标准通电定时对所述电动机进行控制，并且在所述第二旋转控制中，根据所述最终超前角通电定时对所述电动机进行控制。
2、 根据权利要求1所述的无刷电动机控制装置，其中当从所述第一旋转 控制向所述第二旋转控制转换时，所述控制转换单元暂时停止所述电动机。
3、 根据权利要求1所述的无刷电动机控制装置，其中所述标准定时生成单元和所述超前角定时生成单元包括基本定时生成单元，其生成由所述转子的旋转位置所决定的基本定时；和 输出转换单元，其受所述控制转换单元的控制以从所述基本定时可选择地生成所述标准通电定时及所述超前角通电定时。
4、 根据权利要求1所述的无刷电动机控制装置，其中所述超前角定时生 成单元形成为在间隔60°的多个所述超前角通电定时中，生成比所述电动机的 必要超前角量大并且作为最小角的超前角通电定时。
5、 一种无刷电动机，包括与所述电动机一体形成的如权利要求1 4中任一项所述的控制装置。
6、 一种对无刷电动机进行旋转控制的无刷电动机控制方法，所述控制方 法通过根据旋转传感器的检测信号来检测转子的旋转位置及转速并且根据所 述测得的转子旋转位置及转速来决定三相定子线圈的通电定时来进行，所述方 法包括生成由所述转子的旋转位置决定的标准通电定时；和生成超前角通电定时，所述超前角通电定时由所述转子的旋转位置所决 定，并且比所述标准通电定时超前预定的量；生成与所述超前角通电定时相关的延迟量，所述延迟量根据所述转子的转 速而变化；生成比所述超前角通电定时延迟所述延迟量的最终超前角通电定时； 当所述转子的转速小于预定值时，根据所述标准通电定时对所述电动机进 行控制；并且当所述转子的转速大于或等于所述预定值时，根据所述最终超前角通电定 时对所述电动机进行控制。
全文摘要
一种对无刷电动机进行控制的无刷电动机控制装置，所述控制通过根据转子的旋转位置及转速来决定三相定子线圈的通电定时而进行。控制装置包括标准定时生成单元、超前角定时生成单元及控制转换单元。标准定时生成单元生成标准通电定时。超前角定时生成单元生成比标准通电定时超前预定量的超前角通电定时，以及比超前角通电定时延迟某延迟量而得到的最终超前角通电定时。所述控制转换单元在根据标准通电定时进行的第一旋转控制和根据最终超前角通电定时进行的第二旋转控制之间转换电动机的旋转控制。
文档编号H02P6/08GK101599731SQ200910132239
公开日2009年12月9日 申请日期2009年4月24日 优先权日2008年4月24日
发明者北河高行 申请人:阿斯莫有限公司