CN100506624C - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

利用廉价的少极数分相器和有利于小型高输功率出多极电动机组合的电动机控制装置,达到确实地检测出分相器故障的目的。本发明所涉及的电动机控制装置有以下特征:设m、n都是自然数,在根据通过2n极的分相器检测的转子的旋转角θ来驱动2m极电动机的电动机控制装置中,上述电动机的分相器的励磁信号以与上述的转子旋转角θ相对应的sinθ和cosθ进行调制,将上述分相器的以sinθ调制的信号平方和以cosθ信号平方之相加值与规定的故障判定阈值相比较,来判定上述分相器的故障,同时在设上述加法值看作为正常值是a2时,设故障规定阈值为{a×cos((π/2)/(m/n))}2

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及最适用于汽车等的电动动力操纵的分相器故障检测方法、以及应用该方法的电动机控制装置。
背景技术
图7所示的是以前的分相器信号检测装置。
在图中,51a和51b所示的是平方电路,52a和52b所示的是整流电路,53是加法电路,54是恒压电路,55是比较电路。图中表示将sin信号的平方同cos信号的平方之和与规定电压相比较,来判定异常。
(专利文献1)实开昭62-99815号公报
以前的分相器信号检测装置中,没有提及到关于上述故障判定的阈值电压。
取决于分相器的极数以及电动机的极数之间的组合,当分相器出现断线等故障时,电动机的实际电角度会与通过分相器检测的电角度偏离90度以上。若电动机的电角度检测值偏离90度以上,电动机的输出转矩会与指示值的方向相反。若将这样的电动机控制装置比如说用于电动动力操纵装置,并发生故障,则由于电动机产生了与驾驶者的操纵力相反的操纵力,因此产生与操纵力大致成比例的与操纵力相反的力,最差的是操纵处于锁定状态。存在的问题在于,利用上述故障判定的阈值电压的设定值,极难判定操纵锁定状态。
本发明是为了解决上述的问题而提出的,其目的在于,利用廉价的极数少的分相器和有利于小型高输出功率的多极电动机的组合的电动机控制装置,确实检测出分相器故障。
发明内容
本发明所涉及的电动机控制装置,有以下特征:设m、n都是自然数,在根据通过2n极的分相器检测的转子的旋转角θ来驱动2m极电动机的电动机控制装置中,以与上述电动机的转子旋转角θ相对应的sinθ和cosθ对励磁信号进行调制的分相器的,将以sinθ调制的信号平方和以cosθ调制的信号平方之相加值与规定的故障判定阈值相比较,来判定上述分相器的故障,同时将上述相加值视为正常的值设为a2时,设故障判定阈值为{a×cos((π/2)/(m/n))}2以上。
另外,本发明涉及的电动机控制装置,当设上述励磁信号的振幅为b、上述分相器的变压比为k时,上述视为正常的值a2为(k×b)2
另外,本发明涉及的电动机控制装置,若在第一规定时间内上述的相加值持续在上述判定阈值以下,则判定为故障,并停止对上述电动机的驱动,若在第二规定时间内上述的相加值持续在上述判定阈值以上,判定为正常,并驱动上述电动机。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,若在第三规定时间内上述的相加值持续在上述判定阈值以下,则到再启动之前维持停止对电动机的驱动,设定上述的第一规定时间比上述第三规定时间要短。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,对上述以sinθ调制的信号和以cos
θ调制的信号的视为振幅的值进行取样,并利用离散系统处理上述分相器的故障判定。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,对视为上述励磁信号振幅的值进行取样,并利用离散系统处理进行上述分相器的故障判定处理。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,判定为故障时,停止励磁信号。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,使上述电动机的输出转矩作用于车辆的转向系统而构成。
本发明所涉及的电动机控制装置,有以下特征:
设m、n都是自然数,在根据通过2n极分相器检测的转子的旋转角θ来驱动2m极电动机的电动机控制装置中,上述的分相器的励磁信号以与上述电动机的定子旋转角θ相对应的sinθ和cosθ进行调制,将上述分相器的以sinθ调制的信号平方和以cosθ信号平方之相加值与规定的故障判定阈值相比较,来判定上述分相器的故障,同时上述加法值为正常值看作是a2,则故障规定阈值为{a×cos((π/2)/(m/n))}2以上,确实能够检测出分相器的故障。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,由于当设上述励磁信号的振幅为b、上述分相器的变压比为k时,看作上述正常值的a2为(k×b)2,因此能够与励磁振幅的变动无关,确实检测出分相器的故障。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,若在第一规定时间内上述的加法值持续在上述规定阈值以下,则判定为故障,并停止对上述电动机的驱动,若在第二规定时间内上述的加法值持续在上述规定阈值以上,判定为正常,并驱动上述电动机,能够使电动机的输出转矩方向与指示值的方向相反的时间最短,防止由于噪声引起的错误判定,确实检测出分相器的故障。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,由于若在第三规定时间内上述的加法值持续在上述规定的阈值以下,则到再启动之前维持停止对电动机的驱动,上述的第二规定的时间设定比上述第三规定的时间短,因此能够使电动机的输出转矩方向与指示值的方向相反的时间最短,防止由于噪声引起的错误判定,确实检测出分相器的故障。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,由于对上述以sinθ调制的信号和以cosθ调制的信号的振幅值取样后,并利用离散系统处理上述分相器的故障判定,因此能够利用微机判定分相器的故障。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,由于对看作上述励磁信号的振幅值取样后,离散系统处理上述分相器的故障判定,因此能够利用微机判定分相器的故障。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,由于判定为故障时,停止励磁信号,因此能够防止故障时烧坏励磁电路。
另外,本发明所涉及的电动机控制装置,由于上述电动机输出转矩作用于车辆的转向系统,因此能够构筑更安全的转向控制装置。
附图说明
图1表示本发明实施例的构成图。
图2表示与本发明的实施形态1有关的电动动力操纵装置用的电动机控制装置的控制模块。
图3是与本发明的实施形态有关的分相器的信号波形例。
图4是与本发明的实施形态有关的电角度和分相器角度的关系图。
图5是与本发明的实施形态1有关的故障判定区域的表示图。
图6是表示与本发明的实施形态2有关的电动动力操纵装置用的电动机控制装置的控制方框图。
图7表示以前的分相器故障判定的方框图。
(标号说明)
1        操纵盘
2        操纵轴
3        转矩传感器
4        减速齿轮
5        永磁体同步电动机
6        车速传感器
7        电池
8        点火开关钥匙
9        分相器
100      控制器
100a     q轴目标电流运算单元
100b     d轴目标电流设定单元
100c     位置运算单元
100d     dq变换单元
100e     电流控制单元
100f     dq逆变换单元
100g     励磁信号产生单元
100h、i  故障判定单元
101      驱动单元
102a、b  电流传感器
51a、b   平方电路
52a、b   整流电路
52       加法电路
54       恒压电路
55       比较电路
具体实施方式
实施状态1
关于本发明的第一实施例,下面参照附图进行说明。图1是关于本发明的实施例的电动动力操纵装置构成图。
产生操纵辅助转矩的永磁同步电动机(以下称为PM电动机)5通过减速齿轮4与操纵轴2的一端相连,操纵轴2的另一端同操纵盘1相连。而且,操纵轴2与检测操纵盘1的操纵转矩的转矩传感器3相连。
控制器100根据转矩传感器3的转矩检测值和车速传感器6的车速检测值来决定操纵辅助转矩,根据分相器9检测出的转子位置来驱动PM电动机5,通过这样来辅助驱动操纵盘的操纵。
图2表示的是与第一实施例有关的电动动力操纵装置的功能。本实施例以8极电动机(m=4)和4极分相器(n=2)的组合为例进行说明。
图中的100是进行操纵辅助控制的微机,微机100内的软件构成用功能模块表示。在图2中,微机100包括:q轴目标电流运算单元100a,d轴目标电流设定单元100b,位置运算单元100c,dq变换单元100d,电流控制单元100e,dq逆变换单元100f,励磁信号产生单元100g,故障判定单元100h。
q轴目标电流运算单元100a根据检测操纵转矩用的转矩传感器3转矩检测的信号以及检测车速用的车速传感器6的车速检测信号进行规定的运算,确定驱动PM电动机5用的q轴目标电流值(Iq*),将确定的q轴目标电流值供给电流控制单元100e。但是,在从故障判定单元100h供给电动机驱动停止的信号情况下,将q轴目标电流值作为0供给电流控制单元100e。
d轴目标电流设定单元100b将d轴目标电流值作为0供给电流控制单元100e。
励磁信号产生单元100g产生生成分相器9的励磁信号用的10kHz的脉冲信号。将上述脉冲信号进行波形整形,作为励磁信号b×sinωt(图3(a))输入分相器9。若设分相器的变压比为k,则从分相器9输出对应转子的角度θ、对磁激信号以sinθ进行调幅的信号k×b×sinθ×sinωt(图3(b))以及以cosθ进行调幅的信号k×b×cosθ×sinωt(图3(c))。
位置运算单元100c根据对上述以sinθ调幅的信号和上述以cosθ的调幅信号的看作为的振幅信号取样后得到的k×b×sinθ和k×b×cosθ的信息(图3(d)(e)),通过关系θ=a tan(sinθ/cosθ)算出分相器的位置θ。而且,相对于分相器的4极(n=2),由于电动机是8极(m=4),因此通过关系θe=(m/n)×θ=2×θ求出电动机的电角度θe,上述θe值供给角速度运算单元100g、dq变换单元100d以及dq逆变换单元100f。
dq变换单元100d根据电流传感器102a、102b所检测出的相电流值(Iu、Iv)以及上述电角度θe,进行三相到二相的变换(dq变换),将变换后的dq轴电流(Id,Iq)供给电流控制单元100e。
电流控制单元100e根据dq轴目标电流(Id*,Iq*)和所检测出的dq轴电流(Id、Iq)之间的偏差进行PI控制,产生dq轴目标施加电压(Vd*,Vq*)。
dq逆变换单元100f根据dq轴目标施加电压(Vd*、Vq*)以及上述电角度θe,进行二相到三相的逆变换(dq逆变换),并供给驱动单元101三相目标施加电压(Vu*,Vv*,Vw*)。
故障判定单元100h计算对上述以sinθ调幅信号和以cosθ的调幅信号的看作为振幅的信号取样得到k×b×sinθ和k×b×cosθ的平方和,同时根据由对分相器的励磁信号的看作为振幅的信号取样后得到的励磁信号振幅b、以及预先存储好的分相器的变比k作为由a2=(k×b)2算出的看作是正常值a2,作为{a×cos((π/2)/(m/n))}2(={k×b×cos(45deg)}2)算出相应的故障判定值
故障判定单元100h在上述的平方和在上述故障判定阈值以下的状态,持续在第一规定时间时判断为故障,对q轴目标电流运算单元100a输出电动机停止驱动信号。
故障判定单元100h在上述的平方和在上述故障判定阈值以上的状态,持续在第二规定时间时判断为正常,对q轴目标电流运算单元100a输出电动机驱动许可信号。
而且另外,故障判定单元100h在上述的平方和在上述故障判定阈值以上的状态,持续比第一规定的要长的第三规定时间时,判断为故障,在系统再次启动之前一直对q轴目标电流运算单元100a输出电动机驱动停止信号,同时停止从励磁信号产生单元100g输出脉冲信号。
下面以分相器在断线时的故障检测例进行说明。
例如当分相器的sin信号线断掉的情况下,因输入位置运算单元100c的sinθ信息为0,因此电动机的电角度的检测值θe固定为0。这时,电动机根据转矩产生的方向,贴近电角度90度或电角度270度(-90度),对于电动动力操纵装置来说,是处于最差情况下的操纵锁定状态。
这时分相器的分相器角贴近45度和315度(-45度)的角度,图4所示的是电动机的电角度θe和分相器角θ的关系。
这时,输入故障判定单元100h的信号中,由于断线,sin信号为0,cos信号为k×b×cos(45deg)。将它用矢量表示如图5A所示,当矢量A进入故障检测的范围时,能够检测出故障。
于是,故障判定阈值为检测出的sin信号和cos信号的平方和02+{k×b×cos(45deg)}2以上时,就可以检测出故障来。
在本实施例的8极电动机(m=4)和4极分相器(n=2)的组合中,由于故障判断阈值{a×cos((π/2)/(m/n))}2以上,即{k×b×cos(45deg)}2)以上,能够确实地检测出故障。
以上所述的本实施例涉及的电动动力操纵装置能够确实地检测出由于分相器断线而使操纵处于锁定状况下的故障。
另外,由于检测出励磁信号的振幅b,并根据励磁振幅检测值算出故障判定阈值,因此能够与励磁振幅的变动无关,确实检测出分相器的故障。
实施状态2
图6是关于本发明的实施形态2的电动动力操纵装置构成图,另外,对于与上述实施的形态1具有相同功能的单元分标上相同的标号,省略说明。
故障判定单元100i存储根据分相器的励磁振幅和分相器的变比预先算出的故障判定阈值,然后根据这个存储的故障判定值进行故障判定。
本实施例与实施形态1相比较,具有不需要分相器励磁信号监测电路以及不需要算出故障判定阈值的优点。

Claims (10)

1.一种电动机控制装置,其特征在于,包含
设m、n都是自然数,在根据通过2n极的分相器检测的转子的旋转角θ来驱动2m极电动机的电动机控制装置中,以与上述电动机的转子旋转角θ相对应的sinθ和cos θ对励磁信号进行调制的分相器的,将以sin θ调制的信号平方和以cosθ调制的信号平方之相加值与规定的故障判定阈值相比较,来判定上述分相器的故障,同时将上述相加值视为正常的值设为a2时,设故障判定阈值为{a×cos((π/2)/(m/n))}2以上。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置,其特征在于:
若在第一规定时间内上述的相加值持续在上述判定阈值以下,则判定为故障,并停止对上述电动机的驱动,若在第二规定时间内上述的相加值持续在上述判定阈值以上,判定为正常,并驱动上述电动机。
3.如权利要求2所述的电动机控制装置,其特征在于:
若在第三规定时间内上述的相加值持续在上述判定阈值以下,则到再启动之前维持停止对电动机的驱动,设定上述的第一规定时间比上述第三规定时间要短。
4.如权利要求1所述的电动机控制装置,其特征在于:
当设上述励磁信号的振幅为b、上述分相器的变压比为k时,上述视为正常的值a2为(k×b)2
5.如权利要求4所述的电动机控制装置,其特征在于:
若在第一规定时间内上述的相加值持续在上述判定阈值以下,则判定为故障,并停止对上述电动机的驱动,若在第二规定时间内上述的相加值持续在上述判定阈值以上,判定为正常,并驱动上述电动机。
6.如权利要求5所述的电动机控制装置,其特征在于:
若在第三规定时间内上述的加法值持续在上述判定阈值以下,则到再启动之前维持停止对电动机的驱动,设定上述的第一规定时间比上述第三规定时间要短。
7.如权利要求4所述的电动机控制装置,其特征在于:
对视为上述励磁信号振幅的值进行取样,并利用离散系统处理进行上述分相器的故障判定处理。
8.如权利要求1—6的任何一项所述的电动机控制装置,其特征在于:
对上述以sin θ调制的信号和以cos θ调制的信号的视为振幅的值进行取样,并利用离散系统处理上述分相器的故障判定。
9.如权利要求1所述的电动机控制装置,其特征在于:
判定为故障时,停止励磁信号。
10.如权利要求1所述的电动机控制装置,其特征在于,使所述电动机的输出转矩作用于车辆的转向系统而构成。
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