电机驱动装置制造方法

电机驱动装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种电机驱动装置，其实时监控电机工作状态监控电路，检测监控电路是否正常工作，本发明的电机驱动装置包括：致动器，将电能转换为旋转运动；监控部，监控所述致动器的状态；控制部，根据所述监控部的监控结果，生成控制信号；以及驱动信号发生部，根据所述控制信号，生成对于所述致动器的驱动信号，其中，所述控制部根据所述监控部的输出电压判断所述监控部有无故障。
【专利说明】电机驱动装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电机驱动装置，更详细而言，可靠地监控电机工作状态。即，涉及 一种实时监控电机工作状态监控电路，检测监控电路是否正常工作的电机驱动装置。

【背景技术】
[0002]目前对汽车的转向装置进行电子控制已普遍化，且已获得极大的发展。电子转向 装置是去掉转向装置与车轮的机械连接，将转向装置的扭矩、速度及方向等信息转换为电 子信号，根据转换的信号直接控制车轮的方式。由此，由于无需转向装置与车轮之间的机械 连接，可自由地增加转向装置控制功能。即，能够容易且低廉地实现驾驶者感觉最适化和自 动调整、可变传动比等功能。
[0003] 另一方面，转向装置的电子控制利用称为电子控制单兀（Electronic Control Unit)的处理器，利用这种处理器进行的电子控制方式中为了误操作最小化进行的可靠性 确保较为重要。并且，通过电子控制单元进行的车轮的控制由无刷交流（Brushless AC)电 机负责，因此确保对于无刷交流电机误操作的可靠性更为重要。无刷交流电机的误操作对 于车辆运行安全性成为较大危险因素，因此正在进行避免引起误操作的研究。
[0004] 以往，电子转向装置由无刷交流电机和故障保护用直流电机（ - DC )构成，当无刷交流电机故障（fail)时，通过电子控制单元的控制使直流电机工作，能 够确保电子转向装置的一定性能。
[0005] 这种系统中，无刷交流电机的瞬时扭矩控制必不可少，为此需要转子的位置信息。 这种转子的位置信息通过安装在无刷交流电机的作为位置传感器的霍尔传感器检测，但由 于价格因素，进行了不安装霍尔传感器来检测转子位置信息的方法的研究。
[0006] 但是，现有技术中无法知道转子的初期角以及很难充分确保监控转子位置信息的 电路的可靠性，因此存在无刷交流电机瞬间误操作的危险性。为了解决这种初期化问题，进 行了同时使用直流电机和无刷交流电机的方法的研究。
[0007] 作为一例，韩国公开专利第10-2006-0007557号涉及一种以具备无刷交流电机和 故障保护用直流电机的结构，并且考虑故障保护，在车辆的电子转向装置工作时算出电机 基准角的方法。该方法的特征为，利用电机初期驱动电子转向装置之后，驱动无刷交流电 机，此时构成为如下方式：电子控制单元检测基于无刷交流电机驱动的反电动势（ )，从而算出基准角。
[0008] 但是，即使在这种结构中，在不具备检测反电动势的监控电路的可靠性的情况下， 无刷交流电机工作可能会引起误操作。因此，为了验证监控电路的可靠性，以往使用两个相 同的监控电路，通过比较这两个监控电路来判断有无故障。
[0009] 图6是表示现有的电机驱动装置的结构图。
[0010] 如图6所示，现有的电机驱动装置由如下部件构成：致动器100,将电能转换为旋 转运动；控制部200,分析监控信息来控制致动器100 ;监控部300,位于致动器100与控制 部200之间，监控致动器100的状态；以及驱动信号发生部400,位于致动器100与控制部 200之间，根据控制部200的控制，发生能够使致动器100工作的驱动信号。
[0011] 致动器1〇〇是将电能转换为旋转运动的部件，使用无刷交流电机。无刷交流电机 是电子转向装置中将转向装置的运动传递给车轮时使用的电机，其特征为无刷驱动。
[0012] 即，无刷交流电机是不将供电的线圈粘贴在转子上，而是粘贴在定子上，并将粘贴 在定子上的磁铁粘贴在转子上的电机。现有电机通过电刷改变通过旋转供给到线圈的电流 的方向，关于无刷交流电机，为了改变通过旋转产生的电流方向，必须进行转子的旋转角检 测。
[0013] 无刷交流电机的旋转角检测能够通过将霍尔传感器粘贴到无刷交流电机的每个 相位U、相位V以及相位W上来得到。霍尔传感器是指电流流动的导体的磁场发生变化的情 况下，对与上述变化成比例地生成的电流进行检测的传感器。根据霍尔电流变化能够掌握 无刷交流电机内部的磁场变化，通过磁场变化算出转子的旋转角。但是，为了粘贴霍尔传感 器，无刷交流电机内部的结构变得复杂，因此一直利用不设置霍尔传感器来检测线圈的电 流变化，检测转子的旋转角的方式。
[0014] g卩，作为掌握无刷交流电机内部转子的旋转角的方法，可以使用检测无刷交流电 机内部的定子的线圈电流来推断旋转角的方法。由该线圈输出的电流是检测无刷交流电机 中发生的反电动势的原理。通过检测该反电动势，能够掌握转子的旋转角。
[0015] 另一方面，控制部200是分析监控部300的信息来控制致动器100的部件，通过分 析致动器100的反电动势电压来进行控制。由该电压值能够掌握致动器100的旋转角，以 转向装置的扭矩、方向及速度为基础，能够确定以后需要控制的旋转角。
[0016] 并且，控制部200能够判断监控部300的工作有无发生故障。关于判断有无发生 故障的方法是进一步具备至少两个以上的监控部300,比较各监控部300的输出来判断有 无发生故障的方法。为了判断可靠性的计算，控制部200优选使用微处理器和数字信号处 理器（Digital Signal Processor)。
[0017] 监控部300是位于致动器100与控制部200之间来监控致动器100的状态的部件， 测定从致动器100提取的各相位的电流。
[0018] 此时，为了测定电流而使用分流（shunt)电阻，分流电阻是与无刷交流电机的线圈 串联的电阻。电阻通常具有将电阻内部的电流消耗为热的特性，因此分流电阻使用电阻值 小的电阻。由于电阻值越小，因周边干扰影响导致发生测定电流误差，因此考虑这些因素来 选定。由分流电阻测定的电流转换为电压供给到控制部200。
[0019] 驱动信号发生部400是位于致动器100与控制部200之间，根据控制部200的控 制，发生能够使致动器100工作的驱动信号的部件，其分为"+"控制和"一"控制来进行控 制。
[0020] 致动器100分为三个相位来控制电机的负荷，分别区分为相位U、相位V及相位W。 根据致动器100的内部结构的不同，其驱动方式有所不同，通常为了对各相位进行"+"控制 和"一"控制而独立控制供电。电流控制能够利用场效应晶体管（FET)来驱动，由利用场效 应晶体管的高输出开关电路构成。该开关电路为了向相位U、相位V及相位W供给"+"电压 和"一"电压而独立使用。即，由对于相位U的" + "电压供给开关电路和"一"电压供给开 关电路、对于相位V的"+"电压供给开关电路和"一"电压供给开关电路、对于相位W的"+" 电压供给开关电路和"一 "电压供给开关电路构成。
[0021] 但是，这种方式存在监控电路的尺寸和部件数增加，消耗功率等问题。因此需要一 种能够利用一个监控电路来判断有无发生故障的解决方案。
[0022] 现有技术文献
[0023] 专利文献
[0024] 专利文献1 :韩国公开专利第10-2006-0007557号（2006. 01. 26)


【发明内容】

[0025] (一）要解决的技术问题
[0026] 本发明是为了解决前述的现有技术中存在的问题而提出的，本发明的目的在于提 供一种电机驱动装置及方法，其能够以简单的结构对监控无刷交流电机的工作状态的监控 电路有无异常进行监控。
[0027] 并且，本发明的另一目的在于，提供一种电机驱动装置及方法，其能够仅使用一个 监控电路来周期性地对监控电路有无异常进行监控，由此能够大幅减少尺寸及部件数，并 且能够减少功率消耗。
[0028] (二）技术方案
[0029] 为了解决上述技术问题，本发明的电机驱动装置包括：致动器，将电能转换为旋转 运动；监控部，监控所述致动器的状态；控制部，根据所述监控部的输出电压，生成控制信 号；以及驱动信号发生部，根据所述控制信号，生成对于所述致动器的驱动信号，其中，所述 控制部根据所述监控部的输出电压来判断所述监控部有无故障。
[0030] 一实施例中，优选致动器使用无刷交流电机。
[0031] 一实施例中，优选无刷交流电机的内部不具备霍尔传感器。
[0032] 一实施例中，优选监控部包括至少一个以上用于测定致动器的反电动势的分流电 阻。
[0033] -实施例中，监控部具备运算放大器，所述运算放大器能够调整放大比率，用于将 致动器的电流转换为电压并进行放大。
[0034] 一实施例中，监控部的输出电压包括偏置电压，所述偏置电压被调整为位于供给 到所述控制部的电压范围的中央。
[0035] 一实施例中，偏置电压是使用电压跟随器（voltage follower)方式的运算放大器 来提供。
[0036] -实施例中，控制部按一定周期确认所述监控部的输出电压。
[0037] -实施例中，一定周期是致动器不供给电流的预定周期区间。
[0038] -实施例中，控制部在监控部的输出电压与已设定的偏置电压不同的情况下判断 为故障。
[0039] (三）有益效果
[0040] 本发明的电机驱动装置具有能够以简单的结构对电机监控电路进行监控的优 占.
[0041] 并且，本发明的电机驱动装置具有能够大幅缩减尺寸和部件数，还能够减少功率 消耗的效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0042] 图1是表示本发明一实施例的电机驱动装置。
[0043] 图2是详细表示图1的监控部的一部分和驱动信号发生部的电路图。
[0044] 图3是详细表示图2的驱动信号发生部的控制信号的时序图。
[0045] 图4是表示监控部的电路结构的一例的图。
[0046] 图5是详细表不本发明一实施例的电机驱动方法的流程图。
[0047] 图6是表示现有的电机驱动装置的结构图。
[0048] 附图标记说明
[0049] 100 :致动器
[0050] 200 :控制部
[0051] 300 :监控部
[0052] 400 :驱动信号发生部

【具体实施方式】
[0053] 说明本发明的优选实施例时，本说明书和权利要求书中所使用的术语和单词不能 限定解释为通常或词典的意思，发明人为了以最适方法说明本发明，能够以适当定义术语 的概念的原则，解释符合本发明的技术思想的意思和概念。
[0054] 因此，本说明书中记载的实施例和附图所示的结构只是本发明的最优选实施例， 不能代表本发明的全部技术思想，因此可以理解为在本申请的基础上可以存在各种等价物 或变形例。
[0055] 以下，参照附图对本发明的优选实施例进行说明。
[0056] 图1是表示本发明一实施例的电机驱动装置的结构图。
[0057] 如图1所示，本发明的电机驱动装置由如下部件构成：致动器100,将电能转换为 旋转运动；控制部200,分析监控信息来控制致动器100 ;监控部300,位于致动器100与控 制部200之间，监控致动器100的状态；以及驱动信号发生部400,位于致动器100与控制 部200之间，根据控制部200的控制，发生能够使致动器100工作的驱动信号。
[0058] 致动器100是将电能转换为旋转运动的部件，使用无刷交流电机。无刷交流电机 是电子转向装置中将转向装置的运动传递给车轮时使用的电机，其特征为无刷驱动。
[0059] S卩，无刷交流电机是不将供电的线圈粘贴在转子上，而是粘贴在定子上，并将粘贴 在定子上的磁铁粘贴在转子上的电机。现有电机通过电刷改变通过旋转供给到线圈的电流 的方向，关于无刷交流电机，为了改变通过旋转产生的电流的方向，必须进行转子的旋转角 检测。
[0060] 无刷交流电机的旋转角检测能够通过将霍尔传感器粘贴到无刷交流电机的每个 相位U、相位V以及相位W上来得到。霍尔传感器是指电流流动的导体的磁场发生变化的情 况下，对与上述变化成比例地生成的电流进行检测的传感器。根据霍尔电流变化能够掌握 无刷交流电机内部的磁场变化，通过磁场变化算出转子的旋转角。但是，为了粘贴霍尔传感 器，无刷交流电机内部的结构变得复杂，因此一直利用不设置霍尔传感器来检测线圈的电 流变化，由此检测转子的旋转角的方式。
[0061] 即，作为掌握无刷交流电机内部转子的旋转角的方法，可以使用检测无刷交流电 机内部的定子的线圈电流来推断旋转角的方法。由该线圈输出的电流是检测无刷交流电机 中发生的反电动势的原理。通过检测该反电动势，能够掌握转子的旋转角。
[0062] 另一方面，控制部200是分析监控部300的信息来控制致动器100的部件，通过分 析致动器100的反电动势电压来进行控制。由该电压值能够掌握致动器100的旋转角，以 转向装置的扭矩、方向及速度为基础，能够确定以后需要控制的旋转角。
[0063] 并且，控制部200通过确认监控部300的输出电压与偏置电压，从而判断监控部 300的工作有无故障，在无致动器100供电的时间区域周期性地进行测定。
[0064] 监控部300是位于致动器100与控制部200之间来监控致动器100的状态的部件， 测定从致动器100提取的各相位的电流。
[0065] 此时，为了测定电流而使用分流电阻，分流电阻是与无刷交流电机的线圈串联的 电阻。电阻通常具有将电阻内部的电流消耗为热的特性，因此分流电阻使用电阻值小的电 阻。由于电阻值越小，因周边干扰影响导致发生测定电流误差，因此考虑这些因素来选定。 由分流电阻测定的电流转换为电压供给到控制部200。
[0066] 驱动信号发生部400是位于致动器100与控制部200之间，根据控制部200的控 制，发生能够使致动器100工作的驱动信号的部件，其分为"+"控制和"一"控制来进行控 制。
[0067] 致动器100分为三个相位来控制电机的负荷，分别区分为相位U、相位V及相位W。 根据致动器100的内部结构的不同，其驱动方式有所不同，通常为了对各相位进行"+"控制 和"一"控制而独立控制供电。电流控制能够利用场效应晶体管来驱动，由利用场效应晶体 管的高输出开关电路构成。该开关电路为了向相位U、相位V及相位W供给" + "电压和"一" 电压而独立使用。即，由对于相位U的" + "电压供给开关电路和"一"电压供给开关电路、 对于相位V的"+"电压供给开关电路和"一"电压供给开关电路、对于相位W的"+"电压供 给开关电路和"一"电压供给开关电路构成。
[0068] 图2是详细表示图1的监控部300的一部分和驱动信号发生部400的电路图。
[0069] 如图2所示，相位U的" + "控制（410、U_HI)为了控制致动器的相位U施加" + "供 给电源，改变致动器100内部的定子的磁场。并且，与相位U的"一"控制（421、U_L0)相反 地控制，以免致动器的" + "供给电源430和致动器的"一"供给电源440发生短路。
[0070] 相位U的"一"控制（421、U_L0)为了控制致动器的相位U施加"一"供给电源，改 变致动器100内部的定子的磁场。并且，与相位U的" + "控制（411、U_HI)相反地控制，以 免致动器的" + "供给电源430和致动器的"一"供给电源440发生短路。
[0071] 相位U的分流电阻311是为了检测对于致动器的相位U的电流而插入的电阻，为 了减少功率消耗而使用较小值，以检测时不受周边干扰影响的方式选定为适当值。
[0072] 相位V的" + "控制（412、V_HI)为了控制致动器的相位V施加" + "供给电源，改变 致动器100内部的定子的磁场。并且，与相位V的"一"控制（422、V_L0)相反地控制，以免 致动器的" + "供给电源430和致动器的"一"供给电源440发生短路。
[0073] 相位V的"一"控制（422、V_L0)为了控制致动器的相位V施加"一"供给电源，改 变致动器100内部的定子的磁场。并且，与相位V的" + "控制（412、V_HI)相反地控制，以 免致动器的" + "供给电源430和致动器的"一"供给电源440发生短路。
[0074] 相位V的分流电阻312是为了检测对于致动器的相位V的电流而插入的电阻，为 了减少功率消耗而使用较小值，以检测时不受周边干扰影响的方式选定为适当值。
[0075] 相位W的" + "控制（413、W_HI)为了控制致动器的相位W施加" + "供给电源，改变 致动器100内部的定子的磁场。并且，与相位W的"一"控制（423、W_L0)相反地控制，以免 致动器的" + "供给电源430和致动器的"一"供给电源440发生短路。
[0076] 相位W的"一"控制（423、W_L0)为了控制致动器的相位W施加"一"供给电源，改 变致动器100内部的定子的磁场。并且，与相位W的" + "控制（413、W_HI)相反地控制，以 免致动器的" + "供给电源430和致动器的"一"供给电源440发生短路。
[0077] 相位W的分流电阻313是为了检测对于致动器的相位W的电流而插入的电阻，为 了减少功率消耗而使用较小值，以检测时不受周边干扰影响的方式选定为适当值。
[0078] 另一方面，致动器的" + "供给电源430为了驱动致动器而供给" + "电源，供给直流。 艮P，无刷交流电机的内部线圈的反电动势以交流工作，但是供给电压以直流供给为特征。即 使无刷交流电机的供给电压以直流供给，通过实际转子和定子的电磁感应，线圈中产生的 反电动势电流显示为交流。
[0079] 致动器的"一"供给电源440为了驱动致动器而供给"一"电源，与GND连接。无 刷交流电机的应用使用"一"电压的情况下，致动器的" + "供给电源430与GND连接，也可 以将致动器的" 一"供给电源440代替GND与"一 "电压连接来使用。
[0080] 接着，图3是详细表示图2的驱动信号发生部400的控制信号的时序图。
[0081] 如图3所示，相位U的" + "控制（411、U_HI)为了控制致动器的相位U施加" + "供 给电源，导通的情况下供给" + "电源，截止的情况下断开（open) " + "电源。
[0082] 相位U的"一"控制（421、U_L0)为了控制致动器的相位U施加"一"供给电源，与 相位U的" + "控制（411、U_HI)相反地控制，以免致动器的" + "供给电源430和致动器的 "一"供给电源440发生短路。
[0083] 因此，相位U的"一"控制（421、U_L0)导通时分流电阻与致动器100连接。但是 相位U的"一 "控制（421、U_L0)截止时分流电阻与致动器100断开，是对分流电阻不施加 任何信号的时点，可以不受致动器100的影响，检查电流放大电路是否正常。
[0084] 相位V的" + "控制（412、V_HI)为了控制致动器的相位V施加" + "供给电源，导通 的情况下供给" + "电源，截止的情况下断开（open) " + "电源。
[0085] 相位V的"一"控制（422、V_L0)为了控制致动器的相位V施加"一"供给电源，与 相位V的" + "控制（412、V_HI)相反地控制，以免致动器的" + "供给电源430和致动器的 "一"供给电源440发生短路。
[0086] 因此，相位V的"一"控制（422、V_L0)导通时分流电阻与致动器100连接。但是 相位V的"一 "控制（422、V_L0)截止时分流电阻与致动器100断开，是对分流电阻不施加 任何信号的时点，可以不受致动器100的影响，检查电流放大电路是否正常。
[0087] 相位W的" + "控制（413、W_HI)为了控制致动器的相位W施加" + "供给电源，导通 的情况下供给" + "电源，截止的情况下断开（open) " + "电源。
[0088] 相位W的"一"控制（423、W_L0)为了控制致动器的相位W施加"一"供给电源，与 相位W的" + "控制（413、W_HI)相反地控制，以免致动器的" + "供给电源430和致动器的 "一"供给电源440发生短路。
[0089] 因此，相位W的"一"控制（423、W_L0)导通时分流电阻与致动器100连接。但是 相位W的"一"控制（423、W_LO)截止时分流电阻与致动器100断开，是对分流电阻不施加 任何信号的时点，可以不受致动器100的影响，检查电流放大电路是否正常。
[0090] 故障检测时点424是检查监控电路有无故障的时点，致动器100的相位U、V、W均 不与分流电阻连接的时点较为适合，是控制部200能够周期性地对监控部300有无故障进 行判断的时点。
[0091] 本发明的电机驱动装置按照故障检测时点424周期性地检测监控电路的偏置电 压，从而判断监控电路有无故障。以下，对本发明的电机驱动装置检测偏置电压来判断监控 电路有无故障的方式进行详细说明。
[0092] 图4是表示图1的监控部300的电路结构的一例的图。
[0093] 如图4所示，运算放大器" + "供给电源330 (以下称为VCC)向偏置供给用运算放 大器351 ( )供给" + "电源，供给到第一偏置电阻321、偏置供 给用运算放大器351及增益控制用运算放大器（ ）352。VCC为了 容易与控制部200连接（interface)，可以使用控制部200所使用的+5V。
[0094] 运算放大器" 一"供给电源340向偏置供给用运算放大器351供给"一 "电源，与 第二偏置电阻322、偏置供给用运算放大器351及增益控制用运算放大器352连接。通常可 以使用GND，电路特性上需要"一"的情况下，可以代替GND连接"一"电源来供给电压。
[0095] 第一偏置电阻321 (以下称为R1)向偏置供给用运算放大器351供给" + "基准电 压，是为了向偏置供给用运算放大器351供给偏置电压而使用的电阻。供给到偏置供给用 运算放大器351的电压由与第二偏置电阻322 -同确定的电流来确定，可以由VCC - (在R1 中流动的电流）*R1表示。
[0096] 第二偏置电阻322 (以下称为R2)向偏置供给用运算放大器351供给"一"基准电 压，是为了供给偏置电压而使用的电阻。供给到偏置供给用运算放大器351的电压由与R1 一同确定的电流来确定，可以由VCC -（在R2中流动的电流）*R2表示。
[0097] 这里，（在R2中流动的电流）=VCC/ (R1+R2)。运算放大器在特性上没有输入到运 算放大器内部的电流，因此R1中流动的电流和R2中流动的电流相同，结果使得利用R1计 算的偏置电压输入361和利用R2计算的偏置电压输入361相同。
[0098] 偏置电压输入361 (以下称为Voffset_in)供给由R1和R2确定的偏置电压，偏置 供给用运算放大器351中放大电流，R1和R2相同且VCC使用5V的情况下具有2. 5V的值。 但是R1和R2的情况下，应调整为最终分流电压输出364能够测定为2. 5V，因此可以与2. 5V 有所不同。由R1和R2确定的Voffset_in可以整理为如下数学式。
[0099] Voffset_in={Rl/(R1+R2)}*VCC
[0100] 偏置供给用运算放大器351向增益控制用运算放大器352供给偏置电压，是电压 跟随器。即，是电路构成为输入到偏置供给用运算放大器351的电压直接显示在偏置电压 输入362的运算放大器。这里，电压跟随器是具有即使输出负荷有变动的情况下，也供给电 压不变的特征，因此主要用作电流放大或输入输出隔离（isolation)功能的运算放大器应 用。
[0101] 偏置电压输出362 (以下称为Voffset_out)相同地输出Voffset_in的电压，由 偏置供给用运算放大器351周边的电路结构确定。即，运算放大器在特性上，运算放大器的 " + "输入端子的电压应直接显示为"一"，此时，偏置供给用运算放大器351的"一"输入与 Voffset_out连接，因此Voffset_out中显示出Voffset_in，这可以由以下数学式表示。
[0102] Voffset_out=Voffset_in
[0103] 增益控制用第三电阻323 (以下称为R3)向增益控制用运算放大器352的" + "输 入端提供偏置电压，是为了向增益控制用运算放大器352供给偏置电压而使用的电阻。由 与增益控制用第四电阻324 -同确定的电流来确定VoffSet_〇Ut的电压。假设相位U的分 流电阻311非常小，则可以忽略相位U的分流电阻311的影响，因此分流电压输入363由 Voffset_out -（在R3中流动的电流）*R3表示。
[0104] 相位U的分流电阻311是为了测定对于致动器的相位U的电流而插入的电阻，通 常用于测定致动器的相位U的电流。但是由于在故障检测时点424相位U的分流电阻311 与致动器不连接，因此可以忽略而代替为短路（）。
[0105] 增益控制用第四电阻324 (以下称为R4)向增益控制用运算放大器352的" + "输 入端提供致动器反馈电压，与相位U的分流电阻相同地通常用于测定致动器的相位U的电 流。但是，由于在故障检测时点424相位U的分流电阻311与致动器不连接，因此相位U的 分流电阻311的影响被忽略，从而可以代替为与GND连接。
[0106] 即，分流电压输入363可以由（在R4中流动的电流）*R4表示。
[0107] 这里，显示为（在R4中流动的电流)=Voffset_out/ (R3+R4)。因此利用R3计算的 分流电压输入363与利用R4计算的分流电压输入363相同。
[0108] 分流电压输入363 (以下称为Vshunt_in)由偏置电压输入362与相当于致动器的 反馈电流的电压输入的和确定，并供给到增益控制用运算放大器352,在增益控制用运算放 大器352中电压放大表现。通常将Voffset_out和致动器的工作电压一同放大，但在故障 检测时点424仅用作放大Voffset_out的输入。因此Vshunt_in可以由如下数学式表示。
[0109] Vshunt_in={R4/(R3+R4)}*Voffset_out
[0110] 增益控制用运算放大器352将偏置电压和致动器的电流转换为电压来放大，在故 障检测时点424只放大Voffset_out。
[0111] 运算放大器的特性上运算放大器的"+"输入端子的电压应直接显示为"一"。因 此，增益控制用运算放大器352的" + "输入为Vshunt_in，"一"输入与偏置供给用运算放大 器351的输出连接，因此分流电压输出364上显示为Voffset_in。
[0112] 增益控制用第五电阻325 (以下称为R5)向增益控制用运算放大器352的"一"输 入端提供"一"电压，由在R5中流动的电流确定。但是运算放大器的特性上"一"电压输入 与" + "电压输入相同，因此可以利用作为" + "电压输入值的Vshunt_in来计算在R5中流动 的电流。因此，在R5中流动的电流可以由Vshunt_in/R5表示，运算放大器特性上电流不会 流入运算放大器输入，因此该电流具有流到增益控制用第六电阻326的特征。
[0113] 增益控制用第六电阻326 (以下称为R6)向增益控制用运算放大器352的"一"输 入端提供反馈电压，由在R6中流动的电流确定。实际上，增益控制用运算放大器352的"一" 电压输入值为Vshunt_in，在R5中流动的电流也为Vshunt_in/R5,因此R6两端间的电压差 可以由{Vshunt_in/R5}*R6 计算。
[0114] 分流电压输出364 (以下称为Vout)控制Vshunt_in的增益来输出，提供能够检测 监控电路有无异常的电压。整理之前说明的数学式如下。
[0115] Vout={(R5+R6)/R5}*Vshunt_in
[0116] Vout={R2/(R1+R2)}*{R4/(R3+R4)}*{(R5+R6)/R5}*VCC
[0117] 该数学式是在故障检测时点424整理的，设定R1=R2、R3=R6、R4=R5,以使最终Vout 可以检测为VCC/2V，本发明中为了电阻与运算放大器特性上产生的偏置补偿，初期调整R1 或R2。
[0118] 本发明中，判断监控部300有无故障时，若检测为Vout为VCC/2V，则可以判断为 监控部300正常工作。即，作用于Vout电压的电阻及运算放大器发生异常的情况下Vout 电压会变，因此能够判断监控部300有无故障。汽车的电子助力转向（Electric Power Steering)的情况下，可以将故障检测时点424的间隔设为62. 5 μ sec左右来进行测定，因 此能够迅速地判断监控电路有无故障。
[0119] 图5是详细表示本发明一实施例的电机驱动方法的流程图。
[0120] 如图5所示，本发明的电机驱动方法大致包括以下步骤：电路异常检测步骤S100， 检测监控部300的电路有无异常；电路异常判断步骤S200,比较检测的结果来判断电路有 无异常；状态收集步骤S300,收集致动器100的状态；控制步骤S400,发生用于控制致动器 100的控制信号；驱动信号转换步骤S500,将控制信号转换为能够驱动致动器的驱动信号； 以及驱动步骤S600,通过驱动信号进行驱动。
[0121] 电路异常检测步骤S100中检测监控部300的电路有无异常，由控制部200测定故 障检测时点424的监控部300的输出是否为VCC的一半即VCC/2V。测定结果，在故障检测 时点424,输出为VCC/2V则判断为正常，若不是VCC/2V，则判断为非正常。S200判断结果， 没有异常的情况下，进行致动器100的驱动，或者为非正常的情况下，致动器100会引起误 操作，因此不控制致动器100。
[0122] 状态收集步骤S300中收集致动器100的状态，推断致动器100的转子的旋转角。
[0123] 旋转角的推断利用检测在U、V、W各相位中流动的反电动势来进行提取的方法。无 刷交流电机是具备u、v、w这三个相位的电机，各相位起到负荷的作用。若在u、v、w负荷上 施加"+"电压，则由线圈构成的负荷上产生磁场来发挥磁铁的功能。此时，若将"+"电压 变更为"一"电压，则为了恢复之前发生的磁场，而线圈中流动反向的电流，由此发生反电动 势。因此，反电动势的检测通过将"+"电源施加到u、v、w各相位之后变更为"一"电源时进 行测定，由此推断反电动势。
[0124] 并且，致动器100内部具有由磁铁构成的转子，转子旋转并通过电子感应对作为 定子的U、V、W负荷也进行电流感应。因此，在监控部300测定的电流由连接"一"电压时流 动的反电动势和感应电流的和构成。根据转子的旋转角不同，电子感应的电流不同，根据转 速电子感应的电流越来越大，因此分析这两种电流不仅能够推断现在的旋转角，还能够推 断转速。
[0125] 控制步骤S400中生成用于控制致动器100的控制信号，以在状态收集步骤S300 推断的旋转角和由转向装置输入的扭矩、速度以及方向为基础，生成控制致动器100旋转 角的信号。
[0126] 驱动信号转换步骤S500中将生成的控制信号转换为能够驱动致动器的驱动信 号，具备使用场效应晶体管的开关电路。在控制步骤S400生成的控制信号控制开关电路， 以便分离为U、V、W的" + "电源施加信号和"一"电源施加信号。
[0127] 通过相位U、V及W的驱动信号进行驱动S600。U、V、W表示三相负荷，具有各负荷 间具有120°相位差的特性。根据无刷交流电极的结构不同，驱动方法有所不同，如图3所 不，通常序列对（U，V，W)以（+，+，+)、（+，+，一）、（+，一，一）、（ 一，一，一）、（+，一，一）、（+， +，一)、（+，+，+)的方式控制。
[0128] 如上所述的本发明的电机驱动装置具有能够以简单的结构对电机监控电路进行 监控的优点，
[0129] 并且，本发明的电机驱动装置具有能够大幅减少尺寸及部件数，还能够减少功率 消耗的效果。
【权利要求】
1. 一种电机驱动装置，其特征在于，包括： 致动器，将电能转换为旋转运动； 监控部，监控所述致动器的状态； 控制部，根据所述监控部的输出电压，生成控制信号；以及 驱动信号发生部，根据所述控制信号，生成对于所述致动器的驱动信号， 其中，所述控制部根据所述监控部的输出电压来判断所述监控部有无故障。
2. 根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于， 所述致动器使用无刷交流电机。
3. 根据权利要求2所述的电机驱动装置，其特征在于， 所述无刷交流电机的内部不具备霍尔传感器。
4. 根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述监控部包括至少一个以上 用于测定所述致动器的反电动势的分流电阻。
5. 根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述监控部具备运算放大器，所 述运算放大器能够调整放大比率，用于将所述致动器的电流转换为电压并进行放大。
6. 根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述监控部的输出电压包括偏 置电压，所述偏置电压被调整为位于供给到所述控制部的电压范围的中央。
7. 根据权利要求6所述的电机驱动装置，其特征在于，所述偏置电压是使用电压跟随 器方式的运算放大器来提供。
8. 根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述控制部按一定周期确认所 述监控部的输出电压。
9. 根据权利要求8所述的电机驱动装置，其特征在于，所述一定周期是所述致动器不 供给电流的预定周期区间。
10. 根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述控制部在所述监控部的输 出电压与已设定的偏置电压不同的情况下判断为故障。
【文档编号】H02P29/02GK104113266SQ201410153399
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2013年4月16日
【发明者】诸圭荣 申请人:株式会社万都