CN102422523A - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

如果经由霍尔IC(17)的输出信号线来输入与该输出信号线的接地短路或瞬时断路相对应的由规定逻辑电平信号形成的输出模式(LLL或HHH)，则比较由该输出模式输入时刻前后所输入的检测信号形成的输出模式，当两者不是同一个模式的情况下，判定为有可能发生转子(11)从目标位置偏移以及伴随其发生转子(11)的逆旋转。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及用来控制无刷电动机的驱动的电动机控制装置。

背景技术

使用无刷电动机作为车用EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)阀或VG(variable geometric：变几何)涡轮致动器等排气控制用致动器的驱动源。图18是表示控制无刷电动机的驱动的结构的图。在图18(a)所示的结构中，ECU(Engine Control Unit：引擎控制单元)具有直接驱动三相无刷电动机的功能，ECU和无刷电动机通过线束相连接(ECU直接驱动型)。ECU利用经由该线束从无刷电动机侧获取的霍尔IC的输出信号来检测出转子的旋转位置，控制无刷电动机的驱动以使电动机的旋转位置达到目标位置。

此外，在图18(b)的结构中，作为用来驱动三相无刷电动机的专用电路，设置有EDU(Electrical actuator Drive Unit：电致动器驱动单元)。EDU和无刷电动机通过线束相连接，且利用CAN(Controller Area Network：控制器局域网络)将EDU和ECU相连接(驱动电路分体型)。霍尔传感器信号经由线束及CAN从无刷电动机侧传输到ECU。ECU基于用霍尔IC的输出信号检测的转子旋转位置等向EDU输出控制信号，EDU根据来自ECU的控制信号来控制无刷电动机的驱动。

在图18(c)的结构中，驱动电路3内置在三相无刷电动机中，ECU和无刷电动机的该驱动电路通过CAN相连接而非经由线束相连接(驱动电路一体型)。ECU利用CAN从无刷电动机侧输入霍尔IC的输出信号来检测出转子旋转位置，控制无刷电动机的驱动以使转子达到目标位置。

在ECU直接驱动型及驱动电路分体型的结构中，与驱动电路一体型的不同，其霍尔IC的输出信号经由线束发送到ECU。因此，如果线束发生短路或瞬时断路，或者噪声叠加于在线束中传输的信号上，则有可能霍尔IC的输出信号中发生异常，无刷电动机转子从目标位置偏移，电动机进行逆旋转。举例而言，在利用无刷电动机作为EGR阀控制用致动器的驱动源的情况下，如果发生上述位置偏移或电动机的逆旋转，则有可能电动机轴碰撞电动机止动器(全开端或全闭端)，而使电动机和阀的构成零部件损坏。

作为这种检测无刷电动机的异常的现有技术，有专利文献1中公开的异常检测装置。该装置存储着随着无刷电动机的旋转而变化的磁极位置传感器(例如霍尔IC)在正常时的输出模式，当实际检测出的磁极位置传感器的输出模式脱离了预先存储的模式的情况下，判定为异常。具体而言，以U相为高位、W相为最低位的二进制来提取三相(UVW)磁极位置传感器的各输出信号，对该三位数据在正常时所表示的六种值的输出模式与从实际信号求出的输出模式进行比较。

然而，在专利文献1中，由于仅根据与正常时的输出模式之差来判定异常，因此存在如下问题：不能判定传感器输出信号线中的瞬间接地短路或开路是否是有意对无刷电动机的驱动控制产生影响而出现的异常。举例而言，通过瞬间接地短路或开路而在传感器输出模式中发生变化，但即使从接地短路或开路立即恢复且电动机未从目标位置发生偏移的情况下，在专利文献1中，电动机也会根据与正常时的输出模式之差而停止。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种电动机控制装置，该电动机控制装置能够正确以及迅速地检测出在用来检测转子磁极位置的位置检测部的输出信号线上发生的对无刷电动机驱动有意产生的影响而出现的异常。另外，其目的在于提供一种电动机控制装置，该电动机控制装置能够检测出因上述信号线异常而发生的电动机的逆旋转，并进行驱动修正到正常旋转方向。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：

日本专利特开平6-249037号公报

发明内容

本发明涉及电动机控制装置，其包括驱动控制部，该驱动控制部与无刷电动机的位置检测部的输出信号线相连接，其中无刷电动机包括：紧固有磁极位置检测用磁体的、具有规定极数的转子；具有多相励磁线圈的定子；以及对应于所述定子各相而设置的、检测出磁极位置检测用磁体的磁极并输出与该磁极极性相对应的逻辑电平检测信号的位置检测部，且该驱动控制部经由该输出信号线从位置检测部依次输入由检测信号形成的输出模式，以对应于该输出模式的励磁模式对定子的各相励磁线圈的通电进行切换，以使转子旋转，在该电动机控制装置中，包括：模式检查部，如果输入与输出信号线的对接地电位的短路或断路相对应的由规定逻辑电平信号形成的输出模式，则比较由该输出模式的输入时刻前后所输入的检测信号形成的输出模式，当两者不是同一个模式的情况下，该模式检查部判定为有可能发生转子从目标位置偏移以及伴随该偏移发生转子的逆旋转。

根据本发明，如果输入与输出信号线的对接地电位的短路或断路相对应的由规定逻辑电平信号形成的输出模式，则比较由该输出模式的输入时刻前后所输入的检测信号形成的输出模式，当两者不是同一个模式的情况下，判定为有可能发生转子从目标位置偏移以及伴随该偏移发生转子的逆旋转。通过这样，得到如下效果：即能够正确和迅速地检测出在检测转子磁极位置的位置检测部的输出信号线上发生的、对无刷电动机的驱动控制有意产生的影响而出现的异常。

附图说明

图1是表示用本发明实施方式1所涉及的电动机控制装置对无刷电动机进行驱动控制的EGR阀的结构的图。

图2是从电动机轴端面看到的无刷电动机的图。

图3是从电动机轴端面看到的无刷电动机另一结构的图。

图4是表示实施方式1所涉及的电动机控制装置的结构的框图。

图5是用来说明无刷电动机工作时的通电方向、霍尔IC_Phase(IC_相)和霍尔IC输出的关系的图。

图6是用来说明双倍精度无刷电动机进行逆旋转的过程的图。

图7是表示图4中的控制部的结构的框图。

图8是表示霍尔IC输出模式以及与各输出模式相关联的模式号的图。

图9是表示方式A中信号模式的变化的图。

图10是表示方式B中信号模式的变化的图。

图11是表示方式C中信号模式的变化的图。

图12是表示方式D中信号模式的变化的图。

图13是表示模式号0或者7的霍尔IC输出模式前后的霍尔IC输出模式的模式号的差值的图。

图14是用来说明直到检测出电动机逆旋转为止的过程的图。

图15是用来说明直到检测出电动机逆旋转为止的过程的图。

图16是表示模式号的差值以及计数校正值的图。

图17是用来说明对电动机逆旋转进行修正的过程的图。

图18是表示控制无刷电动机的驱动的结构的图。

具体实施方式

下面，为了对本发明进行更详细的说明，根据附图对用于实施本发明的方式进行说明。

实施方式1

图1是用本发明实施方式1所涉及的电动机控制装置对无刷电动机进行驱动控制的EGR阀的结构的图，示出了沿ECR阀的轴向切断的截面图。该EGR阀由无刷电动机1和阀机构2构成。无刷电动机1如下构成：拧紧在电动机轴10上的圆筒状的转子11插入紧固在壳体12上的定子13的中空部，转子11被轴承14支承而可自由旋转。另外，在转子11上，在与该转子轴垂直的面上紧固有磁极位置检测用磁体15。

另外，在印制基板16上装载霍尔IC(位置检测部)17。霍尔IC 17是检测出转子11的旋转位置(磁极位置)的传感器，由组装有霍尔元件的集成电路(IC)来构成。印制基板16安装在壳体12上，使霍尔IC 17处于与磁极位置检测用磁体15相对的位置。电动机轴10能够利用转子11的旋转而沿转子轴向(图1中的上下方向)移动。

在阀机构2中，设置紧固有阀芯20a的阀轴21，其轴配置为与电动机轴10的轴成为同一轴。该阀轴21利用复位弹簧22向阀芯20a关闭的方向施加作用力。阀轴21由于其一端与电动机轴10抵接，从而可沿其轴向移动。

设置阀芯20a，使得通过将电动机轴10拉入到无刷电动机1一侧，落座于阀座20b，通过将电动机轴10推出到阀机构2一侧，与阀座20b分离。通过基于转子11的旋转位置来检测出电动机轴10的实际开度位置，能够掌握阀芯20b的开闭状态。

图2是从电动机轴端面看到的无刷电动机的图，示出磁极位置检测用磁体15为8个极的情况。在图2中，无刷电动机1的定子13的槽数为“9”，转子11的极数为“8”。关于磁极位置检测用磁体15的结构，是与转子11的1个极对应有1对NS极。

如图2所述，相对磁极位置检测用磁体15而配置的霍尔IC 17由U霍尔IC、V霍尔IC以及W霍尔IC这三个霍尔IC构成。

此后，将转子11的极数与磁极位置检测用磁体15的极数相同、且包括三个霍尔IC的无刷电动机装置1称为“单精度电动机”。

图3是从电动机轴端面看到的无刷电动机的另一结构的图，示出磁极位置检测用磁体15为16个极的情况。该无刷电动机1的定子13的槽数为“9”，转子11的极数为“8”。关于磁极位置检测用磁体15的结构，是与转子11的1个极对应有1对NS极。在图3中，加了斜线的部分中的一对NS极与转子11的N极对应，未加虚线的部分中的一对NS极与转子11的S极对应。

相对磁极位置检测用磁体15而配置的霍尔IC 17与图2相同由U霍尔IC、V霍尔IC以及W霍尔IC这三个霍尔IC构成。另外，将磁极位置检测用磁体15的极数是转子11的极数的两倍、且包括三个霍尔IC的无刷电动机1称为“双倍精度电动机”。在该双倍精度电动机中，能将转子11的旋转位置检测分辨率提高到单精度电动机的两倍。

图4是表示实施方式1所涉及的电动机控制装置的结构的框图，示出对定子13的槽数为“3”、磁极位置检测用磁体15的极数成为“4”的双倍精度电动机的驱动进行控制的情况。电动机控制装置3装载于同无刷电动机1分开设置的ECU或EDU等装置中，且包括与霍尔IC 17的接口(I/F)30、以及具有作为本发明的驱动控制部的功能的控制部31以及驱动电路32。

与定子13的各相UVW对应地设置U霍尔IC 17a、V霍尔IC 17b、以及W霍尔IC 17c，检测出磁极位置检测用磁体15的磁极并输出对应于该磁极极性的逻辑电平的检测信号。U霍尔IC 17a与霍尔IC端子(U)通过U霍尔IC 17a的输出信号线相连接，此外，V霍尔IC 17b与霍尔IC端子(V)通过V霍尔IC 17b的输出信号线相连接，W霍尔IC 17c与霍尔IC端子(W)通过W霍尔IC 17c的输出信号线相连接。将U霍尔IC 17a的输出信号线、V霍尔IC 17b的输出信号线和W霍尔IC 17c的输出信号线例如组装成将无刷电动机1与电动机控制装置3连接起来的线束。

霍尔IC的接口30经由输出信号线和霍尔IC端子(U)输入来自U霍尔IC 17a的输出信号，施加规定的放大处理等后向控制部31输出。此外，霍尔IC的接口30经由输出信号线和霍尔IC端子(V)输入来自V霍尔IC17b的输出信号，施加规定的放大处理等后向控制部31输出。此外，霍尔IC的接口30经由输出信号线和霍尔IC端子(W)输入来自W霍尔IC 17c的输出信号，施加规定的放大处理等后向控制部31输出。

控制部31由微机等运算处理电路构成，基于从接口30输入的霍尔IC17的输出模式，生成表示驱动占空比的PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制信号并提供给驱动电路32。在驱动电路32中，以对应于PWM控制信号的规定周期，经由电动机端子(U)、电动机端子(V)和电动机端子(W)对定子13的线圈通电。此外，如果定子13的线圈通电的电流达到规定值以上，则驱动电路32判断为过电流，将驱动停止信号输出到控制部31。由此，停止由控制部31生成PWM控制信号。

图5是用来说明无刷电动机的工作时的通电方向、霍尔IC_Phase(以下称作霍尔IC相)和霍尔IC输出的对应关系的图，示出了使用无刷电动机1作为图1所示的EGR阀的驱动源、利用图4所示的电动机控制装置3来控制其驱动的情况。

此外，图5(a)表示图2所示的单精度无刷电动机1的通电方向、霍尔IC相以及霍尔IC输出的对应关系。图5(b)表示图3所示的双倍精度无刷电动机1的通电方向、霍尔IC相以及霍尔IC输出的对应关系。另外，霍尔IC相则相当于利用图8在下文所描述的模式号。此外，电动机励磁模式与以霍尔IC相指定的各霍尔IC输出模式相对应，将对该电动机励磁模式进行切换的顺序称作电动机计数(电动机通电号)。

在图5(a)中，在使转子11向阀芯20a的开方向(以下称作“开阀驱动”)旋转的情况下，如图5(a)中的箭头所示那样，以V→U、W→U、W→V、U→V、U→W、V→W的顺序对定子13的U相、V相和W相的各线圈重复进行通电。由此，通过以升序切换电动机计数1～6的电动机励磁模式，对单精度无刷电动机1进行开阀驱动。

另一方面，在使转子11向阀芯20a的关方向(以下称作“关阀驱动”)旋转的情况下，如图5(a)中的箭头所示那样，以W→V、W→U、V→U、V→W、U→W、U→V的顺序对定子13的U相、V相和W相的各线圈重复进行通电。由此，通过以降序切换电动机计数1～6的电动机励磁模式，对单精度无刷电动机1进行关阀驱动。

在图5(b)的无刷电动机1中，由于磁极位置检测用磁体15的极数为16个，因此即使霍尔IC 17的输出模式转一圈，但由电动机励磁模式而得到的移动量也只有图5(a)的一半。因此，对于一个通电方向，霍尔IC17的输出模式将变成有2种。即，在开阀驱动的通电方向为V→U、W→U和W→V而关阀驱动的通电方向为V→W、U→W和U→V的A区域；开阀驱动的通电方向为U→V、U→W和V→W而关阀驱动的通电方向为W→V、W→U和V→U的B区域中，从霍尔IC 17出现相同的输出模式。

此外，如图5(b)中的箭头所示那样，通过对电动机计数1～12的电动机励磁模式进行升序切换，双倍精度无刷电动机1进行开阀驱动，且通过对电动机计数1～12的电动机励磁模式进行降序切换，双倍精度无刷电动机1进行关阀驱动。

在此，对因霍尔IC 17的输出信号线上发生的异常(接地短路或瞬时断路)而使双倍精度无刷电动机1进行逆旋转的过程进行详细说明。

图6是用来说明双倍精度无刷电动机进行逆旋转的过程的图。在图6中，在正常情况下，如图5(b)所示，电动机励磁模式的A区域和B区域中霍尔IC 17的输出模式相同。在此，举出如下情况作为示例：在电动机励磁模式的B区域的施加了右上方的斜线的区域中U霍尔IC 17a的输出信号线上发生接地短路，U霍尔IC 17a的输出信号逻辑电平成为L电平。

在该情况下，原本U霍尔IC 17a、V霍尔IC 17b和W霍尔IC 17c的输出信号的逻辑电平应分别为HHL而变为LHL，接着应为HLL而变为LLL，随后应成为HLH而变为LLH。

此外，霍尔IC相从与原来的HHL对应的“1”变为与异常发生后的LHL对应的“6”。在下一霍尔IC相中，原本为“2”，但由于霍尔IC输出模式变为LLL，因此霍尔IC相变为“0”。随后，原本霍尔IC相为“3”，但变化为与异常发生后的LLH对应的霍尔IC相“4”。

如果在开阀驱动中发生该问题，则刚从A区域切换到B区域后，如图6中施加了右上方的斜线的部分所示，由于霍尔IC相为“6”，因此以与此对应的电动机励磁模式(电动机计数“6”)对定子13的U相、V相和W相的各线圈进行通电。因而，原本通电方向为U→V，而继续进行通电方向W→V的通电。随后，由于因异常发生而变化为霍尔IC相“4”的霍尔IC输出模式LLH，电动机计数与此对应地偏移成“4”，以电动机计数“4”的电动机励磁模式即通电方向W→U进行通电。由此，电动机计数从原本的“10”变为“4”，偏移了-6计数值。

这样，在开阀驱动中以A区域中出现的通电方向W→U来执行通电的情况下，即使原本属于电动机励磁模式的B区域，也可能判断为属于A区域。此时，如果在关阀驱动中以A区域中出现的电动机励磁模式中的、与因电动机计数偏移而形成的霍尔IC相“4”相对应的电动机励磁模式即通电方向U→W进行通电，则随后如图6中施加了右下方的斜线的部分所示，关阀驱动中以电动机励磁模式依次进行通电，无刷电动机1进行逆旋转来进行关阀驱动。

另一方面，在关阀驱动中发生上述问题的情况下，刚从B区域切换到A区域后，也由于霍尔IC相为“6”，因此如图6中施加栅格线的部分所示，以与霍尔IC相“6”对应的电动机计数“12”的电动机励磁模式即通电方向W→V继续进行通电。由此，电动机计数从原本的“6”变为“12”，偏移了+6计数值。

这样，在关阀驱动中以B区域中出现的通电方向W→V执行通电的情况下，即使原本属于电动机励磁模式的A区域，也可能判断为属于B区域。此时，如果在开阀驱动中以A区域中出现的电动机励磁模式中的、与因电动机计数偏移而形成的霍尔IC相“6”相对应的电动机励磁模式即通电方向W→V进行通电，则随后如图6中施加了栅格线的部分所示，开阀驱动中以电动机励磁模式依次进行通电，无刷电动机1进行逆旋转来进行开阀驱动。

为了防止如上所述的因霍尔IC 17的输出信号线的接地短路或瞬时断路(瞬时开路)而导致的电动机计数的计数偏移，控制部31具备如图7所示的功能块。在图7中，控制部31具备：第一检测部4a、第二检测部4b、逻辑与运算部45、以及逻辑或运算部46。第一检测部4a是根据因霍尔IC 17的输出信号线上发生的接地短路或瞬时断路而导致的霍尔IC输出模式的变化、来检测出有可能发生转子11的位置偏移或伴随其发生的无刷电动机1的逆旋转的异常的结构部，具备模式检查部40和计时器(计时器输出部)41。

模式检查部40是如下的结构部：经由接口30从霍尔IC 17输入霍尔IC输出模式，如果获取了与霍尔IC 17的输出信号线的接地短路或瞬时断路相对应的由规定逻辑电平信号形成的输出模式(以下用图8描述的LLL和HHH)，则根据该输入时刻前后的霍尔IC输出模式是否相同，来判定有可能发生转子11的位置偏移以及伴随其发生无刷电动机1的逆旋转。

计时器41是以由模式检测部40进行的异常判定为契机开始计数、在计数宽度(日语：幅分)期间输出表示异常判定的规定逻辑电平(H电平)信号的结构部。将该计时器41的输出信号作为输出B。另外，之所以利用计时器41在规定计数宽度期间继续通知异常检测，是为了补偿直到在霍尔IC输出模式中反映霍尔IC 17的输出信号线上发生的接地短路或瞬时断路为止的计时延迟。

第二检测部4b是如下的结构部：在跟踪目标波形来驱动无刷电动机1时，将驱动占空比和位置速度的相乘值分别与规定的第一阈值和第二阈值相比较，根据该比较结果来输出表示逆旋转判定结果的规定的逻辑电平信号，并且具备乘法器42和比较器43a、43b。另外，所谓目标波形，是使转子11的旋转位置的目标位置按步级(step)(阶梯)随时间变化时、由各目标位置构成的波形。此外，所谓位置速度，是转子11的实际位置随目标波形而变化的速度。

乘法器42是输入通过跟踪目标波形的电动机驱动控制而依次得到的驱动占空比和位置速度、并将两者相乘的结构部。比较器(第一比较判定部、比较判定部)43a是如下的结构部：依次输入由乘法器42计算的驱动占空比和位置速度的相乘值，如果该积分值满足利用第一阈值的规定成立条件，就输出规定逻辑电平(H电平)信号。将该比较器43a的输出信号作为输出A。

此外，比较器(第二比较判定部、比较判定部)43b是如下的结构部：与比较器43a同样地依次输入由乘法器42计算的驱动占空比和位置速度的相乘值，如果该积分值满足利用第二阈值的规定成立条件，就输出规定逻辑电平(H电平)信号。将该比较器43b的输出信号作为输出C。

作为比较器43a、43b的上述成立条件，例如，当上述相乘值仅连续为规定数且低于上述阈值的情况下，判定为成立。另外，在比较器43b中，将上述第二阈值和上述规定数规定为比比较器43a的上述成立条件要严格。即，第二阈值比第一阈值要小，比较器43b的上述规定数比比较器43b的规定数要大。

逻辑与运算部(AND)45是对计时器41的输出B与比较器43的输出A进行逻辑与运算的结构部，其输出被输入到逻辑或运算部46。逻辑或运算部(OR)46是对逻辑与运算部45的输出和比较器43b的输出C进行逻辑或运算的结构部。该输出D成为无刷电动机1的逆旋转的检测结果。

图8是表示霍尔IC输出模式以及与各输出模式相关联的模式号的图。在模式检查部40中，利用图8所示各霍尔IC输出模式相关联的模式号，来监控经由接口30获取的霍尔IC输出模式。在此，模式号1～6的霍尔IC输出模式是UVW各相位中包含一个L电平或H电平的、以及包含二个L电平或H电平的组合。

H电平为一个的霍尔IC输出模式(模式号2、4、6)中，在从霍尔IC17输出H电平的输出信号线上发生接地短路的情况下，该输出模式变为LLL。将该模式作为模式号0。此外，L电平为一个的霍尔IC输出模式(模式号1、3、5)中，在从霍尔IC 17输出L电平的输出信号线上发生瞬时断路的情况下，该输出模式变为HHH。将该模式作为模式号7。

即使在霍尔IC输出信号线上发生接地短路或瞬时断路的情况下，在该接地短路或瞬时断路发生前后霍尔IC输出模式不变化的情况下，位置计数值(电动机计数值)也不受影响。另一方面，如果接地短路或瞬时断路发生前后霍尔IC输出模式发生变化，则有可能发生转子11的位置偏移以及伴随其发生无刷电动机1的逆旋转。

在此，如果霍尔IC输出模式发生异常，则在模式号0或7的霍尔IC输出模式的输入时刻前后的霍尔IC输出图案不相同的情况下，在模式检查部40中判定为有可能发生转子11从目标位置偏移以及伴随其发生无刷电动机1的逆旋转，而如果相同，则判定为驱动控制没有问题。

接下来，对动作进行说明。

(1)第一异常检测(检测出可能发生电动机逆旋转的状态)

实施方式1所涉及的电动机控制装置3检测出因霍尔IC的输出信号线的接地短路或瞬时断路发生而有可能发生位置偏移以及伴随其发生电动机逆旋转的状态作为异常(第一异常检测)。由图7所示的第一检测部4a执行该处理。

在U霍尔IC 17a、V霍尔IC 17b以及W霍尔IC 17c的输出信号线中的任一个发生接地短路或瞬时断路时，作为切换成模式号0的LLL或模式号7的HHH的模式，霍尔IC输出模式存在下述4种方式A～D。

方式A是如下的情况：因在霍尔IC 17的输出信号线上发生接地短路或瞬时断路而应从上述输出信号线输入的输出信号逻辑电平变得异常的状态下，对定子13的三相UVW的各线圈进行通电，转子11进行旋转而通过该定子13的各励磁线圈。

方式B是如下的情况：在霍尔IC的输出信号线上发生接地短路或瞬时断路，早于由转子11旋转所产生的相位切换而从接地短路或瞬时断路恢复。

方式C是如下的情况：在相当于方式A的状况的中途，在霍尔IC的输出信号线上发生接地短路或瞬时断路，或者在相当于方式A的状况的中途，霍尔IC的输出信号线从接地短路或瞬时断路恢复。

方式D是如下的情况：转子11往返于模式号0或7的霍尔IC输出模式以及与其相邻的相的霍尔IC输出模式。

图9是表示方式A中信号模式的变化的图。如图9所示，信号模式表示霍尔IC输出模式的转变，用模式号来表示霍尔IC输出模式。举例而言，关于异常发生前开阀驱动的信号模式1→2→3，表示以电动机计数的加法计数顺序来排列霍尔IC输出模式的HHL→HLL→HLH。

随着U相的U霍尔IC 17a的输出信号线瞬间变为接地短路，变为异常发生后的信号模式6→0→4(霍尔IC输出模式的LHL→LLL→LLH)。此时，动作变为关阀驱动，无刷电动机1进行逆旋转。

图10是表示方式B中信号模式的变化的图，同图9一样，将霍尔IC输出模式换成模式号。在方式B中，早于由转子11旋转所产生的相位切换，而从接地短路或瞬时断路恢复。

例如，在霍尔IC输出模式被切换前的信号模式2→2→2中，U霍尔IC17a的输出信号线瞬间从接地短路恢复的情况下，从结果来看霍尔IC输出模式未变化。因此，不发生转子11从目标位置的位置偏移，当然电动机逆旋转也不发生。

图11是表示方式C中信号模式的变化的图，同图9一样，将霍尔IC输出模式换成模式号。作为方式C，列举了即使在相当于方式A的状况的中途在霍尔IC的输出信号线上发生接地短路或瞬时断路、也返回到原来的霍尔IC输出模式的情况。

例如，在作为开阀驱动的信号模式的2→3→4中，在模式号2之后在U霍尔IC 17a的输出信号线上发生接地短路的情况下，如图11所示，与模式号2对应的霍尔IC输出模式的HLL变为模式号0的LLL。

随后，模式号3的霍尔IC输出模式的HLH变为模式号4的LLH，其后的模式号4的霍尔IC输出模式LLH中，由于U霍尔IC 17a的输出信号的逻辑电平本来是L电平，因此保持不变。因而，其结果为，信号模式中的最终的霍尔IC输出模式不变化，不发生因转子11从目标位置的位置偏移而发生的逆旋转。

此外，作为方式C中又一信号模式变化的事例，举出了在相当于方式A的状况的中途、在霍尔IC的输出信号线上发生接地短路或瞬时断路又立即恢复的情况。

例如，在作为开阀驱动的信号模式的6→1→2中，在模式号6之后在U霍尔IC 17a的输出信号线上发生接地短路的情况下，如图11所示，模式号6的霍尔IC输出模式LHL保持不变，而模式号1的霍尔IC输出模式HHL变为模式号1的LHL。

随后，模式号2的霍尔IC输出模式的HLL变为模式号0的LLL后，早于由转子11旋转所产生的相位切换，U霍尔IC 17a的输出信号线从接地短路恢复，从而从模式号0的LLL再次回到模式号2的霍尔IC输出模式的HLL。因此，其结果为，信号模式中的最终的霍尔IC输出模式不变化，不发生因转子11从目标位置的位置偏移而发生的逆旋转。

图12是表示方式D中信号模式的变化的图，同图9一样，将霍尔IC输出模式换成模式号。在方式D中，以转子11经由对应于相邻的相的霍尔IC输出模式的位置往返于某一霍尔IC输出模式位置的动作为前提，例如，举出如图12所示的信号模式1→2→1的情况。

在该信号模式1→2→1中，在U霍尔IC 17a的输出信号线上发生接地短路的情况下，与模式号1对应的霍尔IC输出模式的HHL变为模式号6的LHL。随后，作为模式号2的霍尔IC输出模式的HLL变为模式号0的LLL后，霍尔IC输出模式HHL变为模式号6的LHL。在方式D中，由于模式号0或7的霍尔IC输出模式的输入时刻前后的霍尔IC输出模式彼此相同，因此不发生因转子11从目标位置的位置偏移而发生的逆旋转。

如上所述，即使在霍尔IC输出信号线上发生接地短路或瞬时断路，但模式号0的LLL或模式号7的HHH的输入时刻前后的霍尔IC输出模式彼此相同的方式B、D中，也不发生使无刷电动机1进行逆旋转那样的转子11的位置偏移。

因此，在第一检测部4a的模式检查部40中，对从霍尔IC 17获取的霍尔IC输出模式中的霍尔IC输出模式LLL(模式号0)或霍尔IC输出模式HHH(模式号7)进行监控，判定所检测的霍尔IC输出模式LLL或HHH的输入时刻前后的霍尔IC输出模式是否相同。

例如，如图13所示，模式检查部40求出从LLL(模式号0)或HHH(模式号7)的输入时刻之前的霍尔IC输出模式的模式号、减去LLL或HHH的输入时刻之后的霍尔IC输出模式的模式号的差值。在该差值不为零的情况下(方式A、C)，模式检查部40判定为有可能因转子11的位置偏移而发生逆旋转，将该异常判定通知给计时器41。计时器41以由模式检查部40进行的异常判定为契机开始计数，在计数宽度期间输出H电平信号。

(2)第二异常检测(检测电动机逆旋转)

在无刷电动机1跟踪目标波形来驱动的情况下，对驱动占空比和位置速度进行乘法运算的值成为正，但如果无刷电动机1进行逆旋转，驱动占空比和位置速度的乘积则成为负值。例如，如果发出开阀指令，使无刷电动机1进行逆旋转，则驱动占空比为正值，而作为转子11的实际位置变化的速度的位置速度成为负值。

在此，在实施方式1所涉及的电动机控制装置3中，除了第一异常检测结果之外，利用上述乘法值和规定阈值的比较结果，来判定电动机是否进行逆旋转(第二异常检测)。

图14是用来说明检测出电动机逆旋转为止的过程的图，使用双倍精度的无刷电动机1作为图1所示的EGR阀的驱动源，表示用图7所示的控制部31来控制其驱动的情况。控制内容，是对转子11的旋转位置进行控制，以使其跟踪如图14(a)所示每2秒重复驱动开始位置与前进90步级的位置的矩形波的目标波形(图14(a)中加了标号a的波形)。此外，加了标号b的波形是表示对应于转子11的旋转位置的EGR阀的开度的步级数，沿着加了标号c的转子11的实际位置波形。

在图14中，举出在开始驱动控制后的超过6秒附近霍尔IC的输出信号线的任一个发生接地短路或瞬时断路、因转子11的位置偏移而使无刷电动机1进行逆旋转的情况为例。此时，如图14(a)所示，表示转子11的实际位置的波形c在超过6秒附近与目标波形a偏离较多。

此外，对于第二检测部4b中的乘法器42，依次输入图14(b)所示的驱动占空比(Duty)与转子11的实际位置变化的位置速度(PSspeed)，并将两者相乘。图14(c)表示其结果。另外，从图14(c)中的加了标号E1的部分可知，由于无刷电动机1进行逆旋转，驱动占空比和位置速度的积分值变为负值。

比较器43a依次输入如上所述用乘法器42计算出的驱动占空比和位置速度的相乘值，如果规定数个积分值连续并满足低于第一阈值的成立条件，则输出H电平信号(输出A)。另一方面，同样在比较器43b中，也依次输入用乘法器42计算出的驱动占空比和位置速度的相乘值，如果规定数个积分值连续并满足低于第二阈值的成立条件，则输出H电平信号(输出C)。

另外，作为比较器43a的成立条件，例如设第一阈值为-300，当相乘值连续2点低于-300的情况下，判定为成立。此外，作为比较器43b的成立条件，例如设第二阈值为-600，以使上述成立条件比比较器43a的要严格，当相乘值连续8点低于-600的情况下，判定为成立。由此，对比较器43a、43b分别设置阈值，关于使比较器43b的成立条件比比较器43a的要严格的理由，利用图15在下面阐述。

此外，因为有可能因转子11的位置偏移而发生逆旋转，因而由第一检测部4a来进行异常判定，计时器41输出表示在计数宽度期间进行了异常判定的H电平信号(输出B)。由此，输出A～C成为如图14(d)所示的信号波形。在此，通过由计时器41通知在计数宽度期间进行了异常判定，在包含由模式检查部40进行了异常判定的时刻到电动机实际上进行逆旋转的时刻的期间(加了标号E1的部分)连续地进行表示异常判定的H电平的信号输出。

由输出D的值来进行最终的电动机逆旋转判断。在此，由于输出A、B为H电平，因此逻辑与运算部45输出H电平信号。此外，由于输出C与逻辑与运算部45的输出为H电平，因此逻辑或运算部46输出H电平值。由此，如图14(d)中加了标号E2的部分所示，由于输出D的逻辑电平成为H电平，由此判定为无刷电动机1进行了逆旋转。

图15是用来说明用另一控制内容检测出电动机逆旋转为止的过程的图，与图14相同，使用双倍精度的无刷电动机1作为图1所示的EGR阀的驱动源，表示用图7所示的控制部31来控制其驱动的情况。控制内容，是对转子11的旋转位置进行控制，以使其跟踪如图15(a)所示的、重复前进90步级的位置的斜波波形的目标波形a。此外，加了标号b的波形是表示对应于转子11的旋转位置的EGR阀的开度的步级数，沿着加了标号c的转子11的实际位置波形。

在图15中，举出开始驱动控制后超过5秒附近霍尔IC的输出信号线上以短周期(例如0.1秒)间断发生接地短路、由此因转子11的位置偏移而使无刷电动机1进行逆旋转的情况为例。此时，如图15(a)所示，表示转子11的实际位置的波形c在超过5秒附近与目标波形a偏离较多。

将图15(b)所示的驱动占空比(Duty)和转子11的实际位置变化的位置速度(PSspeed)依次相乘的结果为图15(c)。如图15(c)所示，从超过5秒附近开始频频出现成为负值的相乘值。

比较器43a依次输入用乘法器42计算出的驱动占空比和位置速度的相乘值，如果规定数个积分值连续并满足低于第一阈值的成立条件，则输出H电平值(输出A)。同样在比较器43b中，也依次输入用乘法器42计算出的驱动占空比和位置速度的相乘值，如果规定数个积分值连续并满足低于第二阈值的成立条件，则输出H电平信号(输出C)。

在此，由于开始驱动控制后超过5秒附近频频出现成为负值的相乘值，因此输出A～C变为如图15(d)所示的信号波形。计时器41以由模式检查部40进行的异常判定为契机，以加了标号E3的部分所示的计数宽度输出H电平值。然而，如果异常判定逻辑间断地成立，则如加了标号E4部分的放大图所示，将长时间输出H电平信号。如果计时器41的计数宽度加长，则这一倾向将更加显著。

因此，本发明中，使比较器43b的成立条件比比较器43a的要严格，将输入了比较器43b的输出C的逻辑或作为最终电动机逆旋转的判断结果D。由此，不用将计时器41的计数宽度设定得较长，而在能够明确判断为要发生电动机逆旋转的大异常动作(连续得到负侧大相乘值的情况)发生的阶段，能够立即检测出电动机逆旋转。例如，在E4的放大图中，在输出A变为H电平之前，在比较器43b的输出C变为H电平的时刻(参照加了标号E5的部分)，判定为无刷电动机1进行逆旋转。

(3)电动机逆旋转的修正

如上所述，在第一检测部4a中，作为有可能因转子11的位置偏移而发生逆旋转的异常，检测出方式A或C的信号模式的变化。对双倍精度电动机的驱动进行控制的情况下，方式A或C的信号模式的变化中，与模式号0或7的霍尔IC输出模式前后的霍尔IC输出模式相对应的模式号的差，如图16所示，当在开阀驱动时向关阀方向进行逆旋转时，变为-2或+4，在关阀驱动时向开阀方向进行逆旋转时，变为-4或+2。

双倍精度电动机在开阀驱动时向关阀方向进行逆旋转的情况下，模式号的差值为-2或4这相当于如上述图6所示的电动机计数偏移了-6计数值的情况。此外，双倍精度电动机在关阀驱动时向开阀方向进行逆旋转的情况下，模式号的差值为-4或+2这相当于图6所示的电动机计数偏移了+6计数值的情况。

因此，如果由第一检测部4a和第二检测部4b检测出电动机逆旋转，则控制部31对此时的电动机计数值加上图16所示的计数校正值。在此，从开阀驱动向关阀方向进行逆旋转的情况下，对电动机计算值加上+6计数作为计数校正值，从关阀驱动向开阀方向进行逆旋转的情况下，对电动机计数值加上-6计数作为计数校正值。

在图6所示的示例中，从开阀驱动向关阀方向进行逆旋转的情况下，因计数偏移，电动机计数变为“4”时是加上+6计数值，从而修正为电动机计数“10”的电动机励磁模式。由此，以作为开阀驱动中B区域的电动机励磁模式的通电方向U→W对定子13的线圈进行通电，不发生逆旋转。

另一方面，从关阀驱动向开阀方向进行逆旋转的情况下，因计数偏移，电动机计数变为“12”时是加上-6计数值，从而修正为电动机计数“6”的电动机励磁模式。由此，以作为关阀驱动中A区域的电动机励磁模式的通电方向V→W对定子13的线圈进行通电，不发生逆旋转而继续进行关阀驱动。

图17是用来说明对电动机逆旋转进行修正的过程的图，示出对图14所示的示例施加电动机逆旋转修正的情况。如果根据逻辑与运算部46的输出D的值判定为无刷电动机1进行逆旋转，则控制部31根据是开阀驱动中的逆旋转、还是关阀驱动中的逆旋转，将+6或-6计数作为计数校正值与电动机计数进行相加。

例如，如图17(d)所示，根据输出D变为H电平(参照加了标号E7的部分)来判定电动机逆旋转，对此时的电动机计数加上计数校正值。这样，如加了标号E6的部分所示，电动机旋转被修正为正常方向，用波形b、c表示的转子11的动作恢复到沿目标波形a的动作。

另外，在单精度电动机中，尽管发生转子11的位置偏移也不发生电动机逆旋转，但与双倍精度电动机的情况相同，能够利用第一检测部4a和第二检测部4b基于方式A、C的信号模式变化来检测出转子11的位置偏移。此外，用方式A、C的信号模式变化检测出转子11的位置偏移的情况下，可通过将上述计数校正值与电动机计数进行相加来修正。

如上所述，在本实施方式1中，如果经由霍尔IC 17的输出信号线来输入与该输出信号线的接地短路或瞬时断路相对应的由规定逻辑电平信号形成的输出模式(LLL或HHH)，则比较由该输出模式输入时刻前后所输入的霍尔IC 17的检测信号形成的输出模式，当两者不是同一个模式的情况下，判定为有可能发生转子11从目标位置偏移以及伴随其发生转子11的逆旋转。通过这样，能够正确和迅速地检测出在检测转子11的磁极位置的霍尔IC 17的输出信号线上发生的、对无刷电动机1的驱动有意产生的影响而出现的异常。

此外，根据本实施方式1，对双倍精度电动机进行驱动控制的电动机控制装置3包括：比较器43a，对该比较器43a依次输入由乘法器42计算出的相乘值，且当相乘值连续规定次数达不到第一阈值的情况下，输出表示转子11进行逆旋转的H电平信号；比较器43b，对该比较器43b依次输入由乘法器42计算出的相乘值，且该相乘值连续多于比较器43a的次数达不到小于第一阈值的第二阈值的情况下，判定为转子11进行逆旋转并输出H电平信号；计时器41，该计时器41以由模式检查部40进行的异常判定为契机开始计数，在该计数宽度期间输出表示所述异常判定的H电平信号；逻辑与运算部45，对该逻辑与运算部45输入计时器41和比较器43a的输出信号并计算逻辑与；逻辑或运算部46，对该逻辑或运算部46输入逻辑与运算部45的逻辑与的计算结果和比较器43b的输出信号并计算出逻辑或，将其作为最终转子11的逆旋转判定结果而输出。通过这样的结构，能够迅速检测出因在霍尔IC 17的输出线上发生的异常而使无刷电动机1发生逆旋转的情况。

而且，根据本实施方式1，如果判定出转子11的逆旋转，则控制部31通过校正作为切换电动机励磁模式的顺序的电动机计数对励磁模式进行校正，来对该转子11的逆旋转进行修正。通过这样，即使因在霍尔IC 17的输出信号线上发生的异常而使无刷电动机1进行逆旋转，也能够校正到正常方向。

工业上的实用性

对于本发明所涉及的电动机控制装置，由于能够正确并迅速地检测出在检测转子磁极位置的位置检测部的输出信号线上发生的、对无刷电动机驱动有意产生的影响而出现的异常，因此适用于经由将位置检测部的输出信号线组装成的线束、与无刷电动机相连接的ECU直接驱动型或驱动电路分体型的电动机控制装置。

Claims (6)

1.一种电动机控制装置，其包括驱动控制部，该驱动控制部与无刷电动机的位置检测部的输出信号线相连接，其中无刷电动机包括：紧固有磁极位置检测用磁体的、具有规定极数的转子；具有多相励磁线圈的定子；以及对应于所述定子各相而设置的、检测出所述磁极位置检测用磁体的磁极并输出与该磁极极性相对应的逻辑电平检测信号的所述位置检测部，且该驱动控制部经由该输出信号线从所述位置检测部依次输入由所述检测信号形成的输出模式，以对应于该输出模式的励磁模式对所述定子的各相励磁线圈的通电进行切换，以使所述转子旋转，该电动机控制装置的特征在于，包括：

模式检查部，如果模式检查部被输入与所述输出信号线的对接地电位的短路或断路相对应的由规定逻辑电平信号形成的输出模式，则比较由该输出模式的输入时刻前后所输入的所述检测信号形成的输出模式，当两者不是同一个模式的情况下，判定为有可能发生所述转子从目标位置偏移以及伴随其发生所述转子的逆旋转。

2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，包括计时器输出部，该计时器输出部以模式检查部的异常判定为契机开始计数，在该计数宽度期间输出表示所述异常判定的信号。

3.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，磁极位置检测用磁体的磁极数是转子极数的两倍，

位置检测部是基于来自所述磁极位置检测用磁体的磁通检测出所述转子磁极位置的霍尔元件，

所述电动机控制装置包括：乘法部，其用于将驱动控制部的脉宽调制控制的驱动占空比与表示所述转子实际位置变化的位置速度相乘；以及

比较判定部，其比较由所述乘法部计算出的相乘值与规定阈值，当所述相乘值达不到所述规定阈值的情况下，判定为所述转子进行逆旋转。

4.如权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，依次输入由乘法部计算出的相乘值，当所述相乘值连续规定次数达不到规定阈值的情况下，比较判定部判定为转子进行逆旋转。

5.如权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，所述比较判定部包括：

第一比较判定部，依次输入由乘法部计算出的相乘值，当所述相乘值连续规定次数达不到第一阈值的情况下，输出表示转子进行逆旋转的逻辑电平信号；以及

第二比较判定部，依次输入由所述乘法器计算出的相乘值，当所述相乘值连续多于所述第一比较部的次数达不到小于所述第一阈值的第二阈值的情况下，判定为所述转子进行逆旋转并输出所述逻辑电平信号，

所述电动机控制装置包括：计时器输出部，该计时器输出部以模式检查部的异常判定为契机开始计数，在该计数宽度期间输出表示所述异常判定的所述逻辑电平信号；

逻辑与运算部，输入所述计时器输出部和所述第一比较部的输出信号并计算逻辑与；以及

逻辑或运算部，输入所述逻辑与运算部的逻辑与计算结果和所述第二比较部的输出信号，将它们的逻辑或作为最终所述转子逆旋转的判定结果而输出。

6.如权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，如果判定转子进行逆旋转，则驱动控制部通过对切换电动机励磁模式的顺序进行校正，从而对该转子的逆旋转进行修正。

Images