CN102299674A

CN102299674A - 用于驱动控制电动机的方法

Info

Publication number: CN102299674A
Application number: CN2011101908462A
Authority: CN
Inventors: 丸山将见
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2031-06-27
Also published as: US20110316455A1; EP2400658A3; CN102299674B; JP2012010557A; JP5624810B2; EP2400658A2; US8704466B2; EP2400658B1

Abstract

本发明的方法能够使电动机在各个相位的负载-保持停止位置处停止的持续时间都相等从而使相位线圈的发热量平均化。由控制单元来执行用于驱动控制电动机的方法，其中多相电动机被用作辅助机构的驱动源，该控制单元包括用于驱动该多相电动机的驱动电路。该方法的特征在于：该控制单元控制以使转子停在一负载-保持停止位置，在该位置处，转子的旋转停在电动机线圈被激励的状态中且转子处于负载-保持状态中，并且在规定的旋转方向上，相对于转子的先前的负载-保持停止位置，该负载-保持停止位置发生了电角度为180/n(n是相位的数目且是整数2或更大)度的角度移动。

Description

用于驱动控制电动机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于驱动控制电动机的方法。

背景技术

电动机包括转子和定子。定子具有定子芯，其中，电动机线圈缠绕在具有绝缘体的齿部之上。

例如，在车辆中，电动机被用于启动离合器、加速器等。根据负载，电动机的旋转运动被转换成线性运动，以便传送该线性运动。

例如，已经开发了：离合器机构，其中，根据按压离合器踏板的量来驱动电动机以便启动一辅助构件来连接离合器片或使离合器片断开连接；刹车机构，其中，根据按压刹车踏板的量来驱动电动机以便启动一辅助构件从而将刹车油的液压施加给主缸；等等。

在上述离合器机构或刹车机构中，三相电动机通常停止并维持在负载-保持状态中，在该状态中踏板被按压且电动机线圈被激励。在这种状态中，穿过一个相位线圈的电流将过度地增大。为了解决这个问题，向电动机提供一个温度传感器(比如热敏电阻)以测量电动机的温度增大，并且通过计算来估计这些相位线圈的温度。在这些相位线圈之一的温度高于预定的温度的情况下，使电动机的旋转位置移动，以从峰值减小最大电流所通过的相位的电流值(绝对值)。例如，在使电动机停止的状态中大电流通过W相位的情况下，使电动机旋转，直到通过W相位的电流的电流值达到通过V相位的电流的电流值(该值小于W相位的峰值)且U相位的电流值达到零，使得W相位线圈的温度增大可以受到限制(参见日本特开专利公报2009-220807)。

在上述常规的电动机驱动机构中，如果使电动机停止以便保持一负载，则很有可能这些相位线圈的温度是不同的。因此，上述机构的寿命一定会因热劣化而缩短。因为线圈的温度是基于线圈的导热性质来进行检测的，而不是基于提供给电动机外壳的温度传感器，所以很容易因导热性质不稳定而出现检测误差。此外，相位线圈的温度是基于温度传感器所检测到的温度以及计算过程来进行估计的，所以一定会需要复杂的控制来执行这种计算过程，并且温度传感器的部件成本一定会增大。

发明内容

相应地，本发明的目的是提供一种用于驱动控制电动机以便解决常规技术的上述问题的方法。即，本发明的方法能够使电动机在各个相位的负载-保持停止位置处停止的持续时间都相等从而使相位线圈的发热量平均化。

为了实现上述目的，本发明具有下列的结构。

即，控制单元执行用于驱动控制电动机的方法，其中多相电动机被用作辅助机构的驱动源，该控制单元包括用于驱动该多相电动机的驱动电路，

该方法的特征在于，

该控制单元控制以使转子停在一负载-保持停止位置，在该位置处，转子的旋转停在电动机线圈被激励的状态中且转子处于负载-保持状态中，并且

在规定的旋转方向上，相对于转子的先前的负载-保持停止位置，该负载-保持停止位置发生了电角度为180/n(n是相位的数目且是整数2或更大)度的角度移动。

较佳地，转子的一个旋转循环被定义为使转子从给定的负载-保持停止位置起进行旋转并且在转子旋转了规定的角度之后使转子停在给定的负载-保持停止位置，并且

在执行转子的一个旋转循环或多个旋转循环的同时，激励每个相位的线圈的总的持续时间是恒定的。

较佳地，负载-保持停止位置是最大电流穿过任何相位的线圈的特定电角度所对应的转子的停止位置。

较佳地，控制单元基于相对于电动机的先前的停止位置(该位置由位置传感器来检测)的转子的位置(该位置由旋转传感器来检测)来控制上述驱动电路，以便使电动机停在一个相对于先前的停止位置发生过规定角度的角度移动的位置处。

在本发明中，转子停在相对于转子的先前的负载-保持停止位置在规定的旋转方向上发生过电角度为180/n(n是相位的数目且是整数2或更大)度的角度移动的负载-保持停止位置处。转子的一个旋转循环被定义为使转子从给定的负载-保持停止位置起进行旋转并且在转子旋转了规定的角度之后使转子停在给定的负载-保持停止位置，并且在执行转子的一个旋转循环或多个旋转循环的同时，使用于激励每个相位的线圈的总的持续时间在该负载-保持停止位置处是相等的。在使用上述控制的情况下，可以用不包括温度传感器的简单结构来防止特定相位的线圈的升温。可以在没有温度传感器的情况下控制电动机线圈的温度，所以该系统可以被简化并且该控制过程可以被简化。此外，因为没有温度传感器，所以可以防止不稳定的导热性质所引起的坏影响，使得该控制不受使用环境影响。

附图说明

现在将参考附图通过示例来描述本发明的实施方式，其中：

图1是电动机的控制系统的框图；

图2是示出了电动机的负载-保持停止动作的模式的时序图；

图3是示出了在每个电角度处在负载-保持状态中电动机的负载-保持停止动作的次数的表格；

图4是示出了另一个电动机的负载-保持停止动作的模式的时序图；

图5是示出了在每个电角度处在负载-保持状态中另一个电动机的负载-保持停止动作的次数的表格；

图6是示出了U相位线圈的温度增大的图；

图7是示出了相位线圈的电流波形与电角度之间的关系的图；

图8是示出了比较性的示例的负载维持停止动作的模式的时序图；

图9是示出了在每个电角度处在负载-保持状态中比较性的示例的负载-保持停止动作的次数的表格；

图10是示出了在规定的负载-保持位置处的温度增大的图。

具体实施方式

现在将参考附图详细描述本发明的较佳实施例。在下面的实施例中，作为电动机的示例，将解释一种车内三相DC无刷式电动机。

首先，将参照图1来解释电动机的控制系统。

电动机1产生电能以便帮着按压离合器踏板。根据离合器踏板的按压动作或返回动作，电动机1在正方向上或反方向上旋转。通过辅助机构的滚珠轴承螺丝，电动机1的旋转移动被转换成线性移动，使得离合器片可以被连接，也可以被断开连接。如果在按下离合器踏板的同时驱动电动机1(在负载-保持停止状态中)，则有可能最大电流通过特定相位的电动机线圈3并且这些线圈被热损坏。

转子磁铁(未示出)被提供给转子2。转子2与转子轴(未示出)整合在一起，并且与之一起旋转。转子磁体被提供给转子轴的中间部分，并且转子磁体的两侧被滚珠轴承(未示出)可旋转地保持着。

三相(U相位、V相位和W相位)的电动机线圈3缠绕在面对着转子磁体的定子芯(未示出)上。控制单元(车内ECU)6使电动机电流按规定的时序穿过每个相位的电动机线圈3。在本实施方式中，电动机线圈3是Y形连接的。注意到，电动机线圈3的连接模式不限于Y形连接，例如，它们可以是△形连接的。

转子磁体的磁极的位置是由旋转传感器(霍尔传感器)4来检测的，使得转子2的旋转位置可以被检测到。此外，可移动的离合器片相对于车体的绝对位移是由位置传感器(解算器)5从电动机1的旋转位移中检测到的。

旋转传感器4和位置传感器5被连接到控制单元6。控制单元6进一步包括控制电路7，控制电路7由各种元件(比如CPU、ROM、RAM)构成，以便驱动控制该电动机1。从DC电源8(比如电池)向控制电路7施加DC电压，以启动该控制电路7。

旋转传感器4的检测信号被发送到控制电路7。根据转子2的旋转位置，经由FET驱动器9和FET桥式电路10，控制电路7使电动机电流穿过任何两个相位的电动机线圈3，以便启动转子2的旋转。

根据位置传感器5的检测信号，解算器LSI 11检测已停止的电动机1的旋转角度。相对于解算器LSI 11所检测到的旋转角度位置，控制电路7经由FET驱动器9和FET桥式电路10来控制上述转子2的旋转位置以对应于作为标准位置的规定的位置。

例如，当使转子2的旋转停在负载-保持状态中且三相电动机1的每个相位的电动机线圈3被激励时，提供给每个相位的电动机线圈3的电流受到控制，以使转子2在规定的旋转方向上相对于转子2的先前的停止位置发生电角度为180/n(n是相位的数目且是整数2或更大)度(如60度)的角度转动或旋转。

在本发明中，转子操作(旋转)的一个循环被定义为使转子2从给定的负载-保持停止位置起进行旋转并且在转子2旋转了规定的角度之后使转子2停在给定的负载-保持停止位置。在执行转子操作的一个循环的同时，控制电路7使转子2停在每个负载-保持停止位置处的总的持续时间是恒定的。此外，在执行转子操作的多个循环的同时，使转子2停在每个负载-保持停止位置处的总的持续时间可以是恒定的。

每个线圈3的发热量Q是通过下面的公式获得的：

Q＝0.24×I²×R×t

其中，R是电阻值，I是电流值，t是激励上述线圈的持续时间。

如上所述，如果在执行转子操作的一个循环或多个循环的同时用于在每个负载-保持停止位置处激励每个相位线圈3的总的持续时间t是恒定的，则通过U相位、V相位和W相位的相位线圈3的电流按顺序地达到最大并且发热Q被平均化。因此，不需要标准位置。在三相电动机1的情况下，当可变的电角度是60xN(N是除了3的倍数以外的整数)度时可以使发热Q平均化。

注意到，在可变的电角度是60x3N(N是整数)度的情况下，通过每个相位的电流的方向发生改变，但是转子2停在具有相同的电流值的电流通过的状态中。因此，在特定的相位中的电动机线圈3的发热Q增大了。

接下来，将参照图2-6解释用于激励电动机线圈3的模式。

图2是时序图，示出了在执行电动机操作的一个循环的同时在负载-保持停止位置(1)-(3)处使三相电动机线圈3的激励过程停止的持续时间的模式。电动机操作的一个循环是使转子2从给定的负载-保持停止位置(1)起进行旋转并且在转子2转动或旋转了规定的角度之后使转子2再次停在给定的负载-保持停止位置(1)处。当然，电动机操作的一个循环可以是在负载-保持停止位置(2)或(3)处开始和停止的。

离合器踏板的按压动作和返回动作被重复，使得在离合器踏板被按压时转子2在正方向上进行旋转。另一方面，在离合器踏板返回到初始位置时，转子2在反方向上进行旋转。周期1-3是转子操作的一个循环的总时间。

负载-保持停止位置是根据电角度(1)-(3)来定义的。例如，电角度(1)-(3)是用60度的角度间隔(电角度)来分开的。根据图2，每当转子转动了60度的电角度，三相电动机的六个激励模式就被切换。首先，在U相位的线圈被激励的状态中，转子在第一负载-保持停止位置(1)处停了1T的持续时间。其次，在V相位的线圈被激励的状态中，转子在第二负载-保持停止位置(2)处停了1T的持续时间。此外，在W相位的线圈被激励的状态中，转子在第三负载-保持停止位置(3)处停了0.55T的持续时间。上述激励模式被重复。

图3是表格，示出了在执行转子操作的两个循环的同时在每个相位的负载-保持停止位置处所执行的负载-保持停止动作的次数。在每个相位中所执行的负载-保持停止动作的次数是恒定的，即两次。因此，相位线圈的发热可以被平均化。

图4是时序图，示出了在执行电动机操作的一个循环的同时在负载-保持停止位置(1)-(3)处使三相电动机线圈的激励过程停止的持续时间的模式。

离合器踏板的按压动作和返回动作被重复，就像上述示例那样。所以，当离合器踏板被按压时，转子在正方向上进行旋转；当离合器踏板返回到初始位置时，转子在反方向上进行旋转。

负载-保持停止位置是根据电角度(1)-(3)来定义的。例如，电角度是用60度的角度间隔(电角度)来分开的。根据图4，首先，在U相位的线圈被激励的状态中，转子在第一负载-保持停止位置(1)处停了2T的持续时间。其次，在V相位的线圈被激励的状态中，转子在第二负载-保持停止位置(2)处停了1T的持续时间。第三，在W相位的线圈被激励的状态中，转子在第三负载-保持停止位置(3)处停了1T的持续时间。第四，在V相位的线圈被激励的状态中，转子在第二负载-保持停止位置(2)处停了1T的持续时间。此外，在W相位的线圈被激励的状态中，转子在第三负载-保持停止位置(3)处停了1T的持续时间。上述激励模式被重复。

图5是表格，示出了在执行转子操作的一个循环的同时在每个相位的负载-保持停止位置处所执行的负载-保持停止动作的次数。在每个相位中所执行的负载-保持停止动作的次数是恒定的，即两次。因此，相位线圈的发热可以被平均化。

实际上，离合器踏板是被驾驶员任意地操作的。所以，转子并不总是停在分别对应于给定的电角度的电角度(1)-(3)处达相同的持续时间，同时激励相位线圈。然而，在本实施例中，如果在电角度(1)处用于激励这些线圈的持续时间是很长的，则使电动机转动以通过电角度(1)一次，然后，在其它负载-保持停止位置处用于激励这些线圈的持续时间被增大。在使用这种控制的情况下，在每个相位中所执行的负载-保持停止动作的次数是恒定的，即两次。因此，相位线圈的发热可以被平均化。

此外，通过增大操作离合器踏板的次数，停在电角度(1)-(3)处的次数就被增大了，使得相位线圈的发热可以被随机地平均化。

图6是示出了U相位线圈的温度增大测试的结果的图。该图的左边一半示出了在与电角度(1)-(3)相对应的负载-保持停止位置处的U相位线圈的与时间有关的温度增大。在该测试中，在每个负载-保持停止位置处使转子停止，直到温度增大被稳定在某一水平处，然后，使转子转动，直到达到下一个负载-保持停止位置并且在负载-保持状态中停在那里。随着时间推移，U相位线圈的温度增大变得更大。另一方面，该图的右边一半示出了与本发明有关的示例。没有标准位置被定义。使转子从先前的负载-保持停止位置起转动了规定的角度达规定的时间，并且停在一个新的负载-保持停止位置。通过改变该负载-保持停止位置，用于激励相位线圈的总的持续时间被平均化，使得U相位线圈的温度增大可以被限制。注意到，在该测试中，不是通过人工操作离合器踏板来使转子转动的。通过程序，使转子转动到下一个负载-保持停止位置达预定的时间。

在上述实施方式中，电角度(1)-(3)是任意的角度，并且转子可以停在任何位置处直到旋转了180/n(n是相位的数目且是整数2或更大)度的电角度。电角度可以是图7所示的(1)′-(3)′。

图7示出了在三相线圈的最大电流与电角度之间的关系。例如，U相位的电角度(1)′是0度，V相位的电角度(2)′是经120度角度移动的，W相位的电角度(3)′是经60度角度移动的。负载-保持停止位置可以是根据电角度(1)′-(3)′来定义的，并且它们可以被用于上文参照图2-5所解释的控制之中。

图8-10示出了与本发明作比较的比较性的示例。图10示出了每个相位的线圈的与时间有关的温度变化。在特定的相位中，执行负载-保持停止动作。

图8是时序图，示出了在执行转子操作的六个循环的同时使转子停在负载-保持停止位置(1)处的持续时间。在U相位中，执行负载-保持停止动作。

根据图8，首先，在U相位的线圈被激励的状态中，转子在负载-保持停止位置处停了1T的持续时间。然后，根据转子的旋转位置来激励V相位和W相位的线圈，使转子转动到并停在负载-保持停止位置(1)处，且在该位置处U相位的线圈被激励。这种模式被重复。

图9是表格，示出了在执行转子操作的六个循环的同时在U相位的负载-保持停止位置处所执行的负载-保持停止动作的次数。在具有不同的激励模式的六个循环中的每一个循环内，使转子每次都停在U相位的负载-保持停止位置(1)处，所以负载-保持停止动作的次数是六。

因此，负载-保持停止位置仅限于与U相位相对应的负载-保持停止位置(1)，所以U相位的线圈的发热大于其它相位的线圈的发热。

在本发明中，在负载-保持停止位置处用于激励这些相位线圈的持续时间以及激励模式可以被任意地改变。

在上述实施方式中，电动机是三相电动机，但是本发明可以应用于两相电动机、四相电动机等。

此外，电动机可以是内部转子型DC无刷式电动机或外部转子型DC无刷式电动机。

本文所引述的所有的示例和条件都是示范性的，旨在帮助读者理解本发明以及发明人对本领域贡献的概念，且应该被解释为不限于这些特定的示例和条件，说明书中这些示例的组织方式也不涉及本发明的优势与劣势的展示。尽管本发明的实施方式已被详细地描述，但是应该理解，可以作出各种改变、替换和变更，而不背离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种用于驱动控制电动机的方法，其中多相电动机被用作辅助机构的驱动源，所述方法是由控制单元来执行的，所述控制单元包括用于驱动所述多相电动机的驱动电路，

所述方法的特征在于，

所述控制单元进行控制以使转子停在一负载-保持停止位置，在该负载-保持停止位置处，所述转子的旋转停在电动机线圈被激励的状态中且所述转子处于负载-保持状态中，并且

在规定的旋转方向上，相对于所述转子的先前的负载-保持停止位置，所述负载-保持停止位置发生了电角度为180/n(n是相位的数目且是整数2或更大)度的角度移动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述转子的一个旋转循环被定义为使所述转子从给定的负载-保持停止位置起进行旋转并且在所述转子旋转了规定的角度之后使所述转子停在给定的负载-保持停止位置，并且

在执行所述转子的一个旋转循环或多个旋转循环的同时，激励每个相位(U，V，W)的线圈的总的持续时间是恒定的。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述负载-保持停止位置是特定的电角度所对应的转子的停止位置，在所述特定的电角度处最大电流通过任何相位(U，V，W)的线圈。

4.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，

所述控制单元基于相对于所述电动机的先前的停止位置的所述转子的位置来控制所述驱动电路，以便使所述电动机停在一个相对于先前的停止位置发生过规定角度的角度移动的位置处，其中所述电动机的先前的停止位置是由位置传感器来检测的，而转子的位置是由旋转传感器来检测的。