CN101647189A - 无刷电机、无刷电机控制系统以及无刷电机控制方法 - Google Patents

无刷电机、无刷电机控制系统以及无刷电机控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的无刷电机控制系统，在定子具有U、V、W三相线圈的无刷电机启动时，检测转子的停止位置，控制向U、V、W各相线圈通电的相电压，所述无刷电机控制系统使用在定子侧具有N极U、V、W相线圈，并且在所述N极中的一极，U、V、W相线圈中的任意一相线圈被去掉的无刷电机，其中N≥2，并且，所述无刷电机控制系统包括：电流上升沿检测电路，在所述无刷电机停止时，从所述U、V、W各相线圈中依次选择两相线圈，在该选择出的两相线圈之间施加规定的直流电压，并且检测流过所述选择出的两相线圈的电流值；以及转子停止位置检测部，根据所述电流上升沿检测电路检测出的流过各相线圈的电流值信息，判定所述无刷电机的转子停止位置。

Description

无刷电机、无刷电机控制系统以及无刷电机控制方法
技术领域
本发明涉及一种作为用于内燃机(引擎)启动装置的电机而使用的无刷电机(无刷直流电机)的无刷电机控制系统，特别是涉及到不使用霍尔元件等转子位置检测传感器而能够确实地检测出电机停止时转子的停止位置的无刷电机、无刷电机控制系统以及无刷电机控制方法。
本发明依据2007年3月30日在日本申请的特愿2007-95450号要求优先权，在此引用其内容。
背景技术
一般来讲，作为在内燃机的启动装置中使用的无刷电机驱动控制方式，已知有一种传感器型驱动控制电路，其为了检测出无刷电机内的转子(永磁体侧)的位置，在转子的周围安装了多个霍尔元件。但是，在这种传感器型驱动控制电路中，因为必须安装多个霍尔元件或者视需要而与转子分开安装位置检测用磁铁等，所以会阻碍电机的小型化和低成本化。而且，由于霍尔元件的安装状况而导致在位置检测精度上产生偏差。所以，强烈希望可以实现一种不使用霍尔元件等传感器而能检测出转子位置的无传感器型驱动控制电路，现在这个愿望终于实现了。
在传统的无刷电机的无传感器型驱动控制中，已知有一种基于120度通电(只在全相期间180度中的120度的期间内通电的方式)的驱动控制方式。其中，以不会引起电机转动那样程度的高速同步使驱动电流流过电枢绕组，根据该驱动电流的上升沿特性检测无刷电机内转子的停止位置，确定通电开始的相并使转子转动，在开始通电后，通过检测非通电相的相电压的零交叉点来检测转子的位置。作为另外的通电方式，还有一种180度通电方式(例如参考专利文献1、2、3、4、5和非专利文献1、2)。其中，依据从子线圈中检测出的转子位置检测波形来获取转子的位置，以180度通电来执行无刷电机的驱动控制。
上述电机停止时转子停止位置的检测是对U、V、W相进行短时间(例如几毫秒)通电，依据转子(的磁铁)的位置和电机线圈的位置之间的关系，取得上升沿电流的差值，从而检测出转子的位置。
在这种转子停止位置的检测方法中，三相电机的分别卷绕于多极的U、V、W各相线圈的L(电感)值分别在U、V、W相上相等，在这里利用了以下的事实，即由于转子(的磁铁)的位置使得各相线圈上接收的磁场产生差异，所以当给具有相同L值的线圈通电时，电流的上升沿会产生差值。
专利文献1：日本专利第3673964号说明书
专利文献2：日本特开2006-81396号公报
专利文献3：日本特开平10-257792号公报
专利文献4：日本特开平7-274585号公报
专利文献5：日本特开2001-327185号公报
非专利文献1：近藤 俊一「ブラシレスD Cモ一タ制御回路の設計」、トランジスタ技術、C Q出版株式会社、2000年2月号、p.212～220(近藤俊一，《无刷直流电机控制电路的设计》，晶体管技术，CQ出版株式会社，2000年2月号，第212～220页)
非专利文献2：日下智「ブラシレスD Cモ一タの駆動法」、トランジスタ技術、CQ出版株式会社、2000年2月号、p.221～228(日下智，《无刷直流电机的驱动方法》，晶体管技术，CQ出版株式会社，2000年2月号，第221～228页)
然而，在上述的转子停止位置的检测方法中，存在以下问题。
第一个问题是，因为上升沿电流的差值必定是受磁场影响的，虽然前提是三相中各线圈的L值相等，但是实际的电机线圈存在偏差，所以上述三相中各线圈的L值通常不会完全相等。
特别是摩托车或者车辆等的发电机中的电机，其与用于驱动软盘(注册商标)或者硬盘的无刷电机不同，需要较大的功率，所以三相的L值均较大。如果L值大的话，由线圈的偏差导致的L值的差值就会变大。因此，与磁场的影响相比，上升沿电流上表现出来的差值更受L值的偏差所左右。从而，在由于偏差而产生差值时，会错误地检测出转子停止时的转子位置。例如，与由于磁场的影响而易于流过电流的相上流过的电流相比，在L值的影响下，在由于磁场的影响而本应难以流过电流的相上会流过更大的电流。
第二个问题是，因为是在不会引起转子转动那样程度的非常短的时间内通电，所以出现了电流差值的差异变得很小的问题。
这样，在传统的转子停止位置的检测方法中，有与磁场的影响相比线圈的上升沿电流上表现出来的差值更受L值的偏差所左右的情况存在，也有错误地检测出转子停止时转子的停止位置的情况存在，另外，在转子停止位置的检测中，也会有因为在不会引起转子转动那样程度的非常短的时间内进行通电，所以电流差值的差异变得很小，导致难于准确检测出转子停止位置的情况存在。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题的。本发明的目的在于提供一种无刷电机、无刷电机控制系统以及无刷电机控制方法，在无刷电机中，无须在U、V、W各相安装霍尔元件或者与转子分开安装位置检测用磁铁等，即使多个相的驱动线圈的电感值出现偏差，也能够确实地检测出转子的停止位置。
本发明就是为了解决上述问题的。一种无刷电机控制系统中的本发明的无刷电机，所述无刷电机控制系统驱动作为用于引擎启动装置的电机而使用、且定子具有U、V、W三相线圈的无刷电机，并且在所述无刷电机启动时检测转子的停止位置，控制向U、V、W各相线圈通电的相电压，所述无刷电机在定子侧具有N极U、V、W相线圈，并且在所述N极中的一极，U、V、W相线圈中的任意一相线圈被去掉，其中N≥2。
根据采用上述构成的无刷电机，在U、V、W各相线圈卷绕于多极(多个并联)的无刷电机中，只移除其中一极U、V、W线圈中的任意一相线圈，使这个相的L值成为与其它两相明显不同的L值。从而，在向U、V、W相线圈施加直流电压，检测流过各相线圈的电流的模式时，即使各相L值的偏差大，由于只在一极上缺少线圈的那个相的L值会使电流差值清楚地表现出来，所以，由于L值的偏差而导致的电流大小的逆转现象也会消失。
由此，虽然不能比较各相本来的电流值，但却使得由于转子的位置而引起的流过各相的电流的电流差值明确化，从而能够准确检测出转子的位置。因此，在无刷电机中，无须在U、V、W各相安装霍尔元件或者与转子分开安装位置检测用磁铁等，而能够确实地检测出电机停止时转子的停止位置。并且，实现无传感器电机(无刷电机)的零件件数的减少和小型轻量化。
本发明的无刷电机控制系统，驱动作为用于引擎启动装置的电机而使用、且定子具有U、V、W三相线圈的无刷电机，并且在所述无刷电机启动时检测转子的停止位置，控制向U、V、W各相线圈通电的相电压，所述无刷电机控制系统使用在定子侧具有N极U、V、W相线圈，并且在所述N极中的一极，U、V、W相线圈中的任意一相线圈被去掉的无刷电机作为所述无刷电机，其中N≥2，并且，所述无刷电机控制系统包括：电流上升沿检测电路，在所述无刷电机停止时，从所述U、V、W各相线圈中依次选择两相线圈，在该选择出的两相线圈之间施加规定的直流电压，并且检测流过所述选择出的两相线圈的电流值；以及转子停止位置检测部，根据所述电流上升沿检测电路检测出的流过各相线圈的电流值信息，判定所述无刷电机的转子停止位置。
采用上述构成的无刷电机控制系统，使用U、V、W各相线圈卷绕于多极(多个线圈并联)的无刷电机，并且使用在其中一极只移除U、V、W相线圈中的任意一相线圈，使这个相的L值成为与其它两相明显不同的L值的无刷电机。
在电机停止时，依次在U、V、W相中的两相线圈之间施加直流电压，检测流过各相线圈的电流的模式(共有六种模式)，判定转子的停止位置。
由此，即使无刷电机的U、V、W各相线圈的L值的偏差大，由于只在一极上缺少线圈的那个相的L值会使流过各线圈的电流的差值变得明显不同，所以，也能够消除由于L值的偏差而导致的电流大小的逆转现象。
因此，在无刷电机中，无须在U、V、W各相安装霍尔元件或者与转子分开安装位置检测用磁铁等，而能够确实地检测出电机停止时转子的停止位置。
在本发明的无刷电机控制系统中，可以使用具有包含两对N极和S极的四极转子的无刷电机作为所述无刷电机，所述电流上升沿检测电路可以按照所述定子的U、V、W各相线圈的U-V之间、V-U之间、V-W之间、W-V之间、W-U之间、U-W之间的顺序，在从第一到第六的六个规定时刻施加规定的直流电压，检测电流模式，所述电流模式包括所述从第一到第六的各个时刻流过各相线圈的电流值，所述转子停止位置检测部可以检测电流模式的差异，判定所述转子停止位置，所述电流模式包括所述从第一到第六的各个时刻的电流值。
根据采用上述构成的无刷电机控制系统，在具有四极(两对N、S极)转子的无刷电机(去掉线圈的无刷电机)中，在定子侧的U、V、W各相线圈中的两相线圈之间施加直流电压，根据电流的上升沿特性检测转子的停止位置。此时，按照U、V、W各相线圈的U-V之间、V-U之间、V-W之间、W-V之间、W-U之间、U-W之间的顺序，在六个时刻使电流流过。但是，与通常的驱动时间相比，更高速地切换电流模式，以使电机不发生转动。判定这六个时刻电流值的模式的差异，检测转子的停止位置。
由此，在无刷电机中，无须在U、V、W各相安装霍尔元件或者与转子分开安装位置检测用磁铁等，而能够确实地检测出电机停止时转子的停止位置。
在本发明的无刷电机控制系统中，所述被去掉的相可以是V相，所述转子停止位置检测部在检测所述电流模式的差异时，可以在从所述第一时刻到第四时刻，使用流过所述V相线圈的V相电流值，在所述第五时刻，使用流过W相线圈的W相电流值，在所述第六时刻，使用流过U相线圈的U相电流值。
在采用上述构成的无刷电机控制系统中，使用V相线圈被去掉的无刷电机，在检测电流模式的差异时，在从第一时刻到第四时刻，使用流过V相线圈的V相电流的电流值，在第五时刻，使用流过W相线圈的W相电流值，在第六时刻，使用流过U相线圈的U相电流值。
由此，能够确实地检测出电机停止时转子的停止位置。
一种无刷电机控制系统中的本发明的无刷电机控制方法，所述无刷电机控制系统驱动作为用于引擎启动装置的电机而使用、且定子具有U、V、W三相线圈的无刷电机，并且在所述无刷电机启动时检测转子的停止位置，控制向U、V、W各相线圈通电的相电压，所述无刷电机控制方法包括：无刷电机使用步骤，使用在定子侧具有N极U、V、W相线圈，并且在所述N极中的一极，U、V、W相线圈中的任意一相线圈被去掉的无刷电机作为所述无刷电机，其中N≥2；电流上升沿检测步骤，在所述无刷电机停止时，从所述U、V、W各相线圈中依次选择两相线圈，在该选择出的两相线圈之间施加规定的直流电压，并且检测流过所述选择出的两相线圈的电流值；以及转子停止位置检测步骤，根据所述电流上升沿检测步骤检测出的流过各相线圈的电流值信息，判定所述无刷电机的转子停止位置。
在包括上述步骤的无刷电机控制方法中，使用U、V、W各相线圈卷绕于多极(多个线圈并联)的无刷电机，并且使用在其中一极只移除U、V、W相线圈中的任意一相线圈，使这个相的L值成为与其它两相明显不同的L值的无刷电机。
在电机停止时，依次在U、V、W相中的两相线圈之间施加直流电压，检测流过各相线圈的电流的模式(共有六种模式)，判定转子的停止位置。
由此，即使无刷电机的U、V、W各相线圈的L值的偏差大，由于只在一极上缺少线圈的那个相的L值会使流过各线圈的电流的差值变得明显不同，所以，也能够消除由于L值的偏差而导致的电流大小的逆转现象。
因此，在无刷电机中，无须在U、V、W各相安装霍尔元件或者与转子分开安装位置检测用磁铁等，而能够确实地检测出电机停止时转子的停止位置。
根据本发明的无刷电机控制系统，在无刷电机中，无须在U、V、W各相安装霍尔元件或者与转子分开安装位置检测用磁铁等，而能够确实地检测出电机停止时转子的停止位置。因此，能够提供便宜的无刷电机控制系统，并且实现无传感器电机(无刷电机)的零件件数的减少和小型轻量化。
附图说明
图1示出了本发明实施方式所述的无刷电机控制系统的构成；
图2示出了图1所示的无刷电机控制系统中的控制部的构成；
图3A示出了无刷电机的U、V、W相线圈绕组的构成；
图3B示出了无刷电机的U、V、W相线圈绕组的构成；
图4示出了流过无刷电机U、V、W相线圈的电流模式；
图5A示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(1)；
图5B示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(1)；
图5C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(1)；
图6A示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(2)；
图6B示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(2)；
图6C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(2)；
图7A示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(3)；
图7B示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(3)；
图7C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(3)；
图8A示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(4)；
图8B示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(4)；
图8C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(4)；
图9A示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(5)；
图9B示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(5)；
图9C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(5)；
图10A示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(6)；
图10B示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(6)；
图10C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(6)；
图11A示出了电流模式差异检测方法(1)；
图11B示出了电流模式差异检测方法(1)；
图12A示出了电流模式差异检测方法(2)；
图12B示出了电流模式差异检测方法(2)；
图13A示出了电流模式差异检测方法(3)；
图13B示出了电流模式差异检测方法(3)；
图14示出了在120度通电方式下U、V、W的相电压波形。
符号说明
1   无刷电机
2   定子
3   转子
10  无刷电机控制系统
11  FET驱动电路
12  电流上升沿检测电路
13  零交叉检测电路
20  控制部
21  转子停止位置检测部
22  基于零交叉信号的转子位置检测部
23  电机控制部
具体实施方式
[概要]
本发明能够确实地对无刷电机停止时转子(永磁体侧)的停止位置进行检测。
在无刷电机停止时，在定子侧的U、V、W各相线圈中的两相线圈之间施加正和负的直流电压，根据电流的上升沿特性检测转子的停止位置。此时，在六个时刻使电流流过U、V、W各相线圈。但是，与通常的驱动时间相比，更高速地切换电流模式，以使电机不发生转动。根据该驱动电流的上升沿特性检测停止状态的转子位置。
一般来讲，作为用于内燃机的启动电机而使用的无刷电机中，U、V、W各相线圈卷绕于多极(多个并联)。只移除其中一极U、V、W线圈中的任意一相线圈，使这个相的L值成为较之其它两相明显小的L值。从而，即使各相L值的偏差大，由于只在一极上缺少线圈的那个相的L值会使电流差值明显不同，所以，由于L值的偏差而导致的电流大小的逆转现象也会消失。由此，虽然不能比较各相本来的电流值，但却使得由于转子的位置而引起的电流差值明确化，从而准确检测出转子的位置。
例如，在传统的无刷电机(不去掉线圈的无刷电机)的例子中，把流向线圈的电流的通电时间设为2.0毫秒通电来进行试验时，有因为转子转动而不能检测出准确位置的情况。此外，当把通电时间设为1.0毫秒时，电流差值太小，难以检测出转子的位置。但是，对于本发明中使用的无刷电机，因为存在L值不同的一相，所以即使是原本由于非常短的通电时间而导致差值很小的电流值，电流差值也会很明显地表现出来，从而能够准确检测出转子的位置。
如上所述，在本发明的无刷电机以及无刷电机控制系统中，无刷电机中无须在U、V、W各相安装霍尔元件或者与转子分开安装位置检测用磁铁等，而能够确实地检测出电机停止时转子的停止位置。因此，能够提供便宜的无刷电机控制系统，并且实现无传感器电机(无刷电机)的零件件数的减少和小型轻量化。
下面参考附图说明本发明的实施方式。
[基于本发明的无刷电机控制系统的构成的说明]
图1示出了本发明实施方式所述的无刷电机控制系统的构成。在图1中，无刷电机控制系统包括：无刷电机1和无刷电机控制装置10。
无刷电机1是用于内燃机启动装置的电机，其由定子2和转子3构成。定子2包括U、V、W各相线圈(卷绕在铁芯上的线圈)以及上述线圈的中性线。转子3由四极永磁体(两对N、S极)组成。
无刷电机控制装置10是驱动三相无刷电机1的控制装置。无刷电机控制装置10包括：由场效应晶体管(FET，Field Effect Transistor)的三相桥构成的开关元件Q1～Q6，FET驱动电路11，电流上升沿检测电路12，零交叉检测电路13以及控制部20。
在无刷电机1中，通常，如图3A所示，定子2的U、V、W各相线圈的绕组本来是由六极绕组(U1～U6、V1～V6、W1～W6这六层绕组)并联连接而成的，但如图3B所示，却移除(去掉)了一极上的V相线圈V6(移除的线圈C)。此外，移除的线圈可以是任意一极上的任意一相线圈。并且，绕组的并联极数也不局限于六极，无论多少极都可以。
在由三相桥构成的开关元件Q1～Q6中，开关元件Q1被连接在作为直流电源的电池(未图示)的+侧电压Vbat和无刷电机1的U相线圈之间，开关元件Q2被连接在电池的+侧电压Vbat和V相线圈之间，开关元件Q3被连接在电池的+侧电压Vbat和W相线圈之间。
开关元件Q4被连接在无刷电机1的U相线圈和电池的地(GND)之间，开关元件Q5被连接在V相线圈和电池的GND之间，开关元件Q6被连接在W相线圈和电池的GND之间。
上述开关元件Q1～Q6通过从FET驱动电路11输出的栅极驱动信号来驱动。该栅极驱动信号是在FET驱动电路11中根据从控制部(由CPU等构成的控制部)20输出的FET驱动信号生成的。
电流上升沿检测电路12是对用于在无刷电机1停止时检测转子的停止位置的电流信号进行检测的电路，检测出的电流值信息被发送到控制部20。
零交叉检测电路13是用于在无刷电机1转动时根据无刷电机1的U、V、W各相线圈中感应的电压(非通电相的电压)检测零交叉点的电路，检测出的零交叉点的信息作为零交叉信号被发送到控制部20。
图2示出了控制部20的构成。该控制部20的构成包括CPU(微型计算机、微型控制器)、ROM、RAM、A/D转换器、D/A转换器等硬件。
控制部20中的转子停止位置检测部21从电流上升沿检测电路12接收电流信号，并根据该电流信号，进行电机停止时转子停止位置的检测处理。该转子停止位置检测部21检测出的转子停止位置的信息被发送到电机控制部23。另外，关于转子停止位置检测部21中转子停止位置的检测方法，将在后文描述。
基于零交叉信号的转子位置检测部22接收零交叉检测电路13检测出的零交叉点的信息，并根据该零交叉点的信息，进行电机转动时转子位置的检测处理。在该基于零交叉信号的转子位置检测部22中检测出的转子位置的信息作为转子位置信息被发送到电机控制部23。
在电机控制部23中，根据从转子停止位置检测部21接收的转子停止位置的信息，以及从基于零交叉信号的转子位置检测部22接收的转子位置信息，生成用于驱动开关元件(FET)Q1～Q6的FET驱动信号，并控制向无刷电机1的各相线圈U、V、W通电的电压。
另外，电流上升沿检测电路12相当于上述本发明中的电流上升沿检测电路，转子停止位置检测部21相当于转子停止位置检测部。
[基于电流模式的转子停止位置检测控制方法的说明]
在这里，对利用电流上升沿检测电路12和转子停止位置检测部21进行的、基于电机停止时的电流模式的转子停止位置检测控制方法进行说明。
图4示出了使U、V、W相线圈中流过的电流模式。为了根据电流模式检测出转子的停止位置，如图4所示，按模式P1～模式P6所示的顺序，只在不引起电机运转那样程度的短时间内(例如，几毫秒)施加直流电压进行通电，根据流过U、V、W各相线圈的电流的模式，检测转子的停止位置。
这里是根据以下内容来检测转子的停止位置的：电流流过卷绕在定子上的各相线圈时，在定子侧产生的磁场和由转子侧的永磁体产生的磁场的影响下，是在定子侧的磁通量(进一步指电流)增加的方向上产生作用，还是在磁通量被抵消而减少的方向上产生作用，是依据转子和定子之间的位置关系而变化的。
图5～图10示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法的例子。图5A～5C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(1)。图5A示出了在转子侧的永磁体为四极(N、S极为两对)、且定子侧卷绕有U、V、W各相线圈的无刷电机中，转子侧的中点a(N极与S极的分界点)与U相线圈的线圈轴相一致的状态。在图5A中，符号a～d表示中点。
在图5A所示的转子停止位置的状态下，如果使电流按照P1～P6的模式流过的话，会得到如图5B和图5C所示的电流模式。图5B示出了使用传统的无刷电机(不去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。图5C示出了使用基于本发明的无刷电机(去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。
在如图5B所示的传统的无刷电机的情况下，在模式P4(在W、V相之间施加电压，使W相为+电位)下有最大的电流流过，在模式P3(在V、W相之间施加电压，使V相为+电位)下有最小的电流流过。
这样，根据流过U、V、W各相线圈的电流的模式P1～P6，判定转子停止位置是图5A中的状态。因此，在U、V、W各相线圈的L(电感)有误差时，存在误判的可能性。
图5C是使用基于本发明的无刷电机的情况，可以看出，如模式P1、P2、P3、P4所示，流过V相的电流与流过其它相的电流大为不同。此外，关于转子停止位置的判定方法，将在后文描述。
图6A～6C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(2)。图6A示出了转子侧的中点d(N极与S极的分界点)与W相线圈的线圈轴相一致的状态。在图6A中，符号a到d表示中点。
在图6A所示的转子停止位置的状态下，如果使电流按照P1～P6的模式流过的话，会得到如图6B和图6C所示的电流模式。图6B示出了使用传统的无刷电机(不去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。图6C示出了使用基于本发明的无刷电机(去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。
在如图6B所示的传统的无刷电机的情况下，在模式P1(在U、V相之间施加电压，使U相为+电位)下有最大的电流流过，在模式P2(在U、V相之间施加电压，使V相为+电位)下有最小的电流流过。
这样，根据流过U、V、W各相线圈的电流的模式P1～P6，判定转子停止位置是图6A中的状态。因此，在U、V、W各相线圈的L(电感)有误差时，存在误判的可能性。
图6C示出了使用基于本发明的无刷电机的情况，可以看出，在模式P1、P2、P3、P4下，流过V相的电流与流过其它相的电流大为不同。此外，关于本发明情况下转子停止位置的判定方法，将在后文描述。
图7A～7C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(3)。图7A示出了转子侧的中点c(N极与S极的分界点)与V相线圈的线圈轴相一致的状态。在图7A中，符号a～d表示中点。
在图7A所示的转子停止位置的状态下，如果使电流按照P1～P6的模式流过的话，会得到如图7B和图7C所示的电流模式。图7B示出了使用传统的无刷电机(不去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。图7C示出了使用基于本发明的无刷电机(去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。
在如图7B所示的传统的无刷电机的情况下，在模式P6(在U、W相之间施加电压，使U相为+电位)下有最大的电流流过，在模式P5(在U、W相之间施加电压，使W相为+电位)下有最小的电流流过。
这样，根据流过U、V、W各相线圈的电流的模式P1～P6，判定转子停止位置是图7A中的状态。因此，在U、V、W各相线圈的L(电感)有误差时，存在误判的可能性。
图7C示出了使用基于本发明的无刷电机的情况，可以看出，在模式P2、P3下，流过V相的电流与流过其它相的电流大为不同。此外，关于本发明情况下转子停止位置的判定方法，将在后文描述。
图8A～8C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(4)。图8A示出了转子侧的中点b(N极与S极的分界点)与U相线圈的线圈轴相一致的状态。在图8A中，符号a～d表示中点。
在图8A所示的转子停止位置的状态下，如果使电流按照P1～P6的模式流过的话，会得到如图8B和图8C所示的电流模式。图8B示出了使用传统的无刷电机(不去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。图8C示出了使用基于本发明的无刷电机(去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。
在如图8B所示的传统的无刷电机的情况下，在模式P3(在V、W相之间施加电压，使V相为+电位)下有最大的电流流过，在模式P4(在V、W相之间施加电压，使W相为+电位)下有最小的电流流过。
这样，根据流过U、V、W各相线圈的电流的模式P1～P6，判定转子停止位置是图8A中的状态。因此，在U、V、W各相线圈的L(电感)有误差时，存在误判的可能性。
图8C示出了使用基于本发明的无刷电机的情况，可以看出，在模式P1、P2、P3、P4下，流过V相的电流与流过其它相的电流大为不同。此外，关于本发明情况下转子停止位置的判定方法，将在后文描述。
图9A～9C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(5)，示出了转子侧的中点a(N极与S极的分界点)与W相线圈的线圈轴相一致的状态。在图9A中，符号a～d表示中点。
在图9A所示的转子停止位置的状态下，如果使电流按照P1～P6的模式流过的话，会得到如图9B和图9C所示的电流模式。图9B示出了使用传统的无刷电机(不去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。图9C示出了使用基于本发明的无刷电机(去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。
在如图9B所示的传统的无刷电机的情况下，在模式P2(在V、U相之间施加电压，使V相为+电位)下有最大的电流流过，在模式P1(在V、U相之间施加电压，使V相为+电位)下有最小的电流流过。
这样，根据流过U、V、W各相线圈的电流的模式P1～P6，判定转子停止位置是图9A中的状态。因此，在U、V、W各相线圈的L(电感)有误差时，存在误判的可能性。
图9C示出了使用基于本发明的无刷电机的情况，可以看出，在模式P1、P2、P3、P4下，流过V相的电流与流过其它相的电流大为不同。此外，关于本发明情况下转子停止位置的判定方法，将在后文描述。
图10A～10C示出了基于电流模式的转子停止位置检测控制方法(6)，示出了转子侧的中点d(N极与S极的分界点)与V相线圈的线圈轴相一致的状态。在图10A中，符号a～d表示中点。
在图10A所示的转子停止位置的状态下，如果使电流按照P1～P6的模式流过的话，会得到如图10B和图10C所示的电流模式。图10B示出了使用传统的无刷电机(不去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。图10C示出了使用基于本发明的无刷电机(去掉V相线圈的无刷电机)时的电流模式。
在如图10B所示的传统的无刷电机的情况下，在模式P5(在W、U相之间施加电压，使W相为+电位)下有最大的电流流过，在模式P6(在W、U相之间施加电压，使U相为+电位)下有最小的电流流过。这样，根据流过U、V、W各相线圈的电流的模式P1～P6，判定转子停止位置是图10A中的状态。因此，在U、V、W各相线圈的L(电感)有误差时，存在误判的可能性。
图10C示出了使用基于本发明的无刷电机的情况，可以看出，在模式P1、P2、P3、P4下，流过V相的电流与流过其它相的电流大为不同。此外，关于本发明情况下转子停止位置的判定方法，将在后文描述。
[基于电流模式差异检测方法的转子停止位置的检测方法的说明]
下面，对基于如图5～图10所示的电流模式差异的转子停止位置的检测方法进行说明。
图11A和图11B示出了电流模式差异检测方法(1)，在传统的不去掉V相L(线圈)的情况下，从图5～图10的模式可以看出，电流有四种，如图11A所示。因此，在比较各波形的大小时，存在由于L值的偏差使得差值变小从而无法比较大小等发生大小关系逆转的可能性。
在基于本发明的去掉V相L(线圈)的情况下，从图5到图10的模式可以看出，电流有四种，如图11B所示。因此，即使存在L值的误差，因为V相电流值的电流差大，所以容易比较大小，也不会发生大小关系的逆转。从而，能够没有误判地识别出四种V相电流。
图12A和图12B示出了电流模式差异检测方法(2)。对于模式P1～P4，可以根据V相电流识别出从“电流容易流过”到“电流难以流过”的四种电流。对于模式P5、P6，因为没有V相电流，所以需要采取另外的方法。
对于模式P5的W相，与模式P4的W相波形进行大小比较。已经知道模式P4的W相波形相当于四种电流中的哪一种，而且是同相的波形，所以在L值的偏差方面不会有问题(因为只有由于磁场的影响而产生的电流差异会作为差值表现出来)。
基于转子位置的W相电流的模式有六种，对应于转子位置1～6(图5～图10)。W相的模式P4、P5的波形组合如图12B所示的表那样。此时，模式P4的W相电流值A、B、C、D可以根据V相的波形(电流值)识别出来。
在图12B所示的表中，模式P4的W相电流值为A、D时的模式分别只有一种。因此，即使不计算也能够识别出模式P5的W相电流值。
在转子位置2(图5A)、转子位置6(图10A)的情况下，模式P5的W相电流为C或者A。由于L值的误差不会在电流值上产生能够逆转“C←→A”的差异，因此，单纯比较大小，把大的当作电流值A，把小的当作电流值C。在转子位置3(图7A)、转子位置5(图9A)的情况下，和上述同样地进行大小比较，把大的当作电流值B，把小的当作电流值D。
对于模式P6的U相电流波形，与模式P1的U相电流波形进行大小比较。已经知道模式P1的U相波形相当于四种电流中的哪一种，而且是同相的波形，所以在L值的偏差方面不会有问题(只有由于磁场的影响而产生的电流差异会作为差值表现出来)。
基于转子位置的电流的模式有六种，对应于上述的转子位置1(图5A)～转子位置6(图10C)。W相的模式P1、模式P6的波形组合如图13B的表所示。此时，模式P1的U相电流值A、B、C、D可以根据V相的波形(电流值)识别出来。
如图13B的表所示，模式P1的U相电流值为A、D时的模式分别只有一种。因此，即使不计算也能够识别出模式P6的U相电流值。
在转子位置1(图5A)、转子位置3(图7A)的情况下，模式P6的W相电流为C或者A。由于L值的误差不会在电流值上产生能够逆转“C←→A”的差异，因此，单纯比较大小，把大的当作电流值A，把小的当作电流值C。在转子位置4(图8A)、转子位置6(图10A)的情况下，也和上述同样地进行大小比较，把大的当作电流值B，把小的当作电流值D。
根据以上说明的判定方法，能够全部获知在上述六种模式的转子位置(图5A～图10C)下从“电流容易流过的通电相”到“电流难以流过的通电相”，从而能够判定转子的停止位置。
[电机转动时的转子位置的检测方法的说明]
下面对于电机转动时的转子位置的检测方法进行说明。这种方法本身和本发明并没有关系，另外，因为是常规方法，所以下面只做简单的说明。
在电机转动时，通过120度通电方式来驱动电机。在这种120度通电方式中，如图14的U、V、W的相电压波形所示，在180度的整个通电期间中，只在120度的期间里给线圈进行通电。因此，在U、V、W各相中会产生非通电相，通过检测该非通电相的零交叉点a、b、c，能够检测出转子的位置。
如上所述，根据本发明，在无刷电机中，无须在U、V、W各相安装霍尔元件或者与转子分开安装位置检测用磁铁等，而能够确实地检测出电机停止时转子的停止位置。因此，能够提供便宜的无刷电机控制系统，并且实现无传感器电机(无刷电机)的零件件数的减少和小型轻量化。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的无刷电机和无刷电机控制系统并不只局限于上述附图示例，当然，在不违背本发明宗旨的范围内，可以施加各种变更。
本发明可适用于无刷电机、无刷电机控制系统和无刷电机控制方法。根据该无刷电机、无刷电机控制系统和无刷电机控制方法，在无刷电机中，无须在U、V、W各相安装霍尔元件或者与转子分开安装位置检测用磁铁等，即使多个相的驱动线圈的电感值有偏差，也能够确实地检测出转子的停止位置。

Claims (5)

1、一种无刷电机控制系统中的无刷电机，所述无刷电机控制系统驱动作为用于引擎启动装置的电机而使用、且定子具有U、V、W三相线圈的无刷电机，并且在所述无刷电机启动时检测转子的停止位置，控制向U、V、W各相线圈通电的相电压，
所述无刷电机在定子侧具有N极U、V、W相线圈，并且在所述N极中的一极，U、V、W相线圈中的任意一相线圈被去掉，其中N≥2。
2、一种无刷电机控制系统，驱动作为用于引擎启动装置的电机而使用、且定子具有U、V、W三相线圈的无刷电机，并且在所述无刷电机启动时检测转子的停止位置，控制向U、V、W各相线圈通电的相电压，
所述无刷电机控制系统使用在定子侧具有N极U、V、W相线圈，并且在所述N极中的一极，U、V、W相线圈中的任意一相线圈被去掉的无刷电机作为所述无刷电机，其中N≥2，
并且，所述无刷电机控制系统包括：
电流上升沿检测电路，在所述无刷电机停止时，从所述U、V、W各相线圈中依次选择两相线圈，在该选择出的两相线圈之间施加规定的直流电压，并且检测流过所述选择出的两相线圈的电流值；以及
转子停止位置检测部，根据所述电流上升沿检测电路检测出的流过各相线圈的电流值信息，判定所述无刷电机的转子停止位置。
3、根据权利要求2所述的无刷电机控制系统，其中，
使用具有包含两对N极和S极的四极转子的无刷电机作为所述无刷电机，
所述电流上升沿检测电路，按照所述定子的U、V、W各相线圈的U-V之间、V-U之间、V-W之间、W-V之间、W-U之间、U-W之间的顺序，在从第一到第六的六个规定时刻施加规定的直流电压，检测电流模式，所述电流模式包括所述从第一到第六的各个时刻流过各相线圈的电流值，
所述转子停止位置检测部，检测电流模式的差异，判定所述转子停止位置，所述电流模式包括所述从第一到第六的各个时刻的电流值。
4、根据权利要求3所述的无刷电机控制系统，其中，
所述被去掉的相是V相，
所述转子停止位置检测部在检测所述电流模式的差异时，
在从所述第一时刻到第四时刻，使用流过所述V相线圈的V相电流值，
在所述第五时刻，使用流过W相线圈的W相电流值，
在所述第六时刻，使用流过U相线圈的U相电流值。
5、一种无刷电机控制系统中的无刷电机控制方法，所述无刷电机控制系统驱动作为用于引擎启动装置的电机而使用、且定子具有U、V、W三相线圈的无刷电机，并且在所述无刷电机启动时检测转子的停止位置，控制向U、V、W各相线圈通电的相电压，所述无刷电机控制方法包括：
无刷电机使用步骤，使用在定子侧具有N极U、V、W相线圈，并且在所述N极中的一极，U、V、W相线圈中的任意一相线圈被去掉的无刷电机作为所述无刷电机，其中N≥2；
电流上升沿检测步骤，在所述无刷电机停止时，从所述U、V、W各相线圈中依次选择两相线圈，在该选择出的两相线圈之间施加规定的直流电压，并且检测流过所述选择出的两相线圈的电流值；以及
转子停止位置检测步骤，根据所述电流上升沿检测步骤检测出的流过各相线圈的电流值信息，判定所述无刷电机的转子停止位置。
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