CN103503305A - 无刷电机控制装置、以及无刷电机控制方法 - Google Patents

Abstract

通过简易的控制方法使得三相无刷电机的转子预先移动到预定的旋转位置后，启动电机。无刷电机控制装置（10）在三相无刷电机（1）的启动前，在使得转子（3）移动到预先设定的旋转位置（停止位置）后启动电机（1）。例如，在数10msec的初始化时间内，通过在同样的两相之间（U、W相之间）持续流通直流电流Iuw，使得转子（3）移动到预先设定的旋转位置。在这个初始化时间经过的时点，由于转子（3）移动到了预先设定的旋转位置，因此在无刷电机控制装置（10）中，可以知道为了使得电机1正转或逆转，应该从哪个相开始通电。这样，无刷电机控制装置（10）在进行转子的正转或逆转启动时，能够正确地设定对电机线圈的通电相位。

Description

无刷电机控制装置、以及无刷电机控制方法

技术领域

本发明涉及一种作为内燃机构（引擎（engine））的启动机（starter motor）使用的对三相无刷电机（brushless motor）进行驱动的无刷电机控制装置以及无刷电机控制方法。

背景技术

一般地，作为内燃机构（引擎）的启动器使用的三相无刷电机（以下也会仅称为“电机”）的驱动控制方式，目前已知一种将用于检测三相无刷电机中的转子（rotor）（永久磁铁侧）位置的复数个霍尔（Hall）元件安装在转子周围的传感器（sensor）型驱动控制电路（参考非专利文献一）。但是，在这种传感器型驱动控制电路中，有必要在电机中设置复数个霍尔元件，另外，根据需要还有可能需要安装除转子外的转子位置检测用的磁铁等，因此成为了电机小型化和低成本化的障碍。另外，根据霍尔元件的安装情况，位置检测精度会出现偏差。所以，强烈希望能够实现一种不使用霍尔元件等的传感器来检测出转子位置的无传感器（sensorless）型驱动控制电路。

作为这样的无传感器型驱动控制电路，例如，目前已知一种通过检测非通电相的相电压的过零点（zero cross point）来检测出转子位置的通过120°通电（仅在全相180°期间中的120°的期间进行通电的方式）实现的驱动控制方式。另外，还已知一种通过设置检测三相无刷电机的任一相的相电压的辅助线圈（sub coil）Su（例如，参考图1中的三相无刷电机1中的辅助线圈Su），来检测出通过这个辅助线圈Su检测出的一相的相电压（正弦波电压）从而进行通电控制的无刷电机控制装置（参考专利文献一）。但是，在这个检测相电压的方法中，由于在电机停止时没有产生相电压因此不能检测出相位，不能检测出转子停止在什么位置。因此，当使得电机以正转或逆转旋转时，就不知道应该从哪个相通电来使得转子旋转，从停止状态进行转子的正转或逆转的旋转驱动控制就变得困难。

为了解决这个问题，在上述的专利文献一记载的无刷电机控制装置中，在电机停止的状态下，从U、V、W相的各相线圈中，依次选择任意两相的线圈，在这个选择的两相线圈之间，仅在电机不工作的短时间内施加直流电压从而进行通电，通过对流过这个选择的两相的线圈的电流的模式（两相的线圈组合加上直流电压的施加方向的总共六种电流模式）进行比较，检测出转子的旋转停止位置。

另外，例如，还已知一种相关的无刷电机的驱动控制装置（参考专利文献二）。在这个专利文献二记载的无刷电机的驱动控制装置中，利用了这样的原理：当比启动时的励磁信号的频率更高的高频的诊断信号T被施加到电机线圈U、V之间时，虽然转子不动，但是在线圈W中由于相互感应而产生的感应电压信号S就会被观测到。这个感应信号S随着转子的旋转停止位置，反映由与线圈W相对向的转子的磁极的面积（磁极数）、极性决定的扼铁（yoke）的磁阻值（相互感应（inductance）M），相位和电平（电压值）周期性地变化。检测出这个感应信号S，通过其相位及电压值等确定转子的旋转停止位置（励磁相）。

但是，根据上述的专利文献一记载的无刷电机控制装置中使用的转子停止位置检测方法，需要从U、V、W相的各相线圈（绕组）中，依次选择任意两相的线圈并在其上施加直流电压，另外，还需要测定流过被选择的两相线圈的电流，进行这个电流模式的比较。因此，电路结构和控制变得复杂，还会产生检测精度的问题。

另外，在上述的专利文献二的无刷电机的驱动控制装置中，需要将高频的诊断信号T施加到电机线圈U、V之间，测定被W相感应的信号，从而判定相位。因此，电路结构和控制变得复杂，还会产生检测精度的问题。

先行技术文献

专利文献

【专利文献一】WO2008/120734号公报

【专利文献二】日本特开平成7-274585号公报

非专利文献

【非专利文献一】近藤俊一《无刷DC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，p.212～220

发明内容

本发明的目的在于提供一种不检测三相无刷电机的转子的旋转位置（停止位置），也能够在电机启动时，正确地设定对电机线圈的通电相位的无刷电机控制装置，以及无刷电机控制方法。

本发明的一种实施方式的无刷电机控制装置是一种对三相无刷电机进行驱动控制的无刷电机控制装置，包括：控制部，在所述三相无刷电机的启动前，通过在该三相无刷电机的被选择的两相之间流通直流电流，使得所述三相无刷电机的转子预先移动到通过所述两相确定的停止位置。

在这样结构的无刷电机控制装置中，在三相无刷电机的启动前，控制部在使得转子移动到预先设定的旋转位置（停止位置）后开始电机启动。例如，在预定的初始化时间（例如，数10msec）内，在同样的两相之间（例如U、W相之间）持续流通预定的直流电流，使得转子移动到预先设定的旋转位置。在这个初始化时间经过的时点，由于转子移动到了预先设定的旋转位置，因此在无刷电机控制装置中，可以知道为了让电机正转或逆转，一个从哪个相开始通电。

这样，无刷电机控制装置不检测三相无刷电机的转子开始旋转的位置（停止位置），也能够在电机启动时，正确地设定对电机线圈的通电相位。

另外，本发明的一种实施方式的无刷电机控制装置还包括开关电路，具有三路由上臂侧的开关元件和下臂侧的开关元件构成的串联电路，各所述串联电路的两端与直流电源相连接，所述上臂侧及下臂侧的开关元件的各连接点分别与所述无刷电机的三相线圈的各相相连接，其中，所述控制部具有转子停止位置决定部，该转子停止位置决定部将所述上臂侧的开关元件中的预定的第一相的开关元件打开，将所述下臂侧的开关元件中的与所述第一相不同的预定的第二相的开关元件打开。

在这种结构的无刷电机控制装置中，包括使得转子移动到预先设定的旋转位置（停止位置）的转子停止位置决定部。这个转子停止位置决定部将三相桥式电路的上臂侧的开关元件中的预定的第一相（例如U相）的开关元件打开，并且，将下臂侧的开关元件中的与上述第一相不同的预定的第二相（例如W相）开关元件打开。这样，转子停止决定部在三相无刷电机的预定的两相之间，在预定的时间内流通预定的直流电流。

这样，无刷电机控制装置通过在三相无刷电机的启动前，在预定的两相之间（例如U、W间）流通直流电流，能够使得转子预先移动到预定的开始旋转的位置（停止位置）。因此，无刷电机控制装置不检测三相无刷电机转子的旋转的位置，也能够在电机启动时，正确地设定对电机线圈的通电相位。

另外，在本发明的一种实施方式的无刷电机控制装置中，所述转子停止位置决定部对所述上臂侧的所述第一相的开关元件及所述下臂侧的所述第二相的开关元件中的至少一个的打开或关闭的时间的占空比可变地进行控制。

在这样结构的无刷电机控制装置中，通过对上臂侧的第一相的开关元件（例如U相）及下臂侧的第二相的开关元件（例如W相）中的至少一个开关元件的打开或关闭时间的占空比可变地控制，对在三相无刷电机的预定的两相之间（例如U、W相之间）流过的直流电流的大小进行控制。

这样，转子停止决定部对在三相无刷电机的预定的两相之间流过的直流电流的大小进行控制，使得转子以所需的速度、且顺利地移动到预定的开始旋转的位置（停止位置）。

另外，在本发明的一种实施方式的无刷电机控制装置中，所述三相无刷电机是内燃机构的启动用的启动机。

在这种结构的无刷电机控制装置中，在作为内燃机构的启动用的启动机工作的三相无刷电机的启动前，使得转子移动到预先设定的旋转位置（旋转停止位置）。

这样，无刷电机控制装置在启动内燃机构的启动机时，不检测启动机的转子开始旋转的位置（停止位置），也能够在电机启动时，正确地设定对电机线圈的通电相位。

另外，本发明的一种实施方式的无刷电机控制方法是一种对三相无刷电机进行驱动控制的无刷电机控制方法，其中，在所述三相无刷电机的启动前，通过在该三相无刷电机的被选择的两相之间流通直流电流，使得所述三相无刷电机的转子预先移动到通过所述两相确定的停止位置。

在这样的无刷电机控制方法中，在三相无刷电机的启动前，在使得转子移动到预先设定的开始旋转的位置（停止位置）后开始电机启动。例如，在预定的初始化时间（例如，数10msec）内，通过在同样的两相之间（例如U、W相之间）持续流通预定的直流电流，使得转子移动到预先设定的旋转位置。在这个初始化时间经过的时点，由于转子移动到了预先设定的旋转位置，因此在无刷电机控制装置中，可以知道为了让电机正转或逆转，应该从哪个相开始通电。

这样，无刷电机控制装置不检测三相无刷电机的转子开始旋转的位置（停止位置），也能够在电机启动时，正确地设定对电机线圈的通电相位。

发明效果

在本发明的无刷电机控制装置中，在三相无刷电机的启动前，通过在该电机的预定的两相之间在预定的时间内流通预定的直流电流，来使得转子预先移动预定的旋转位置。

这样，无刷电机控制装置不检测开始三相无刷电机的转子的旋转位置（停止位置），就能够在电机启动时，正确地设定对电机线圈的通电相位。

附图说明

图1是显示本发明的实施方式涉及的无刷电机控制装置的结构的图；

图2A是用于说明转子停止位置决定部26的动作的图；

图2B是用于说明转子停止位置决定部26的动作的图；

图3是显示转子初始移动时的动作波形的图；

图4A是用于对转子初始移动时的占空控制进行说明的图；

图4B是用于对转子初始移动时的占空控制进行说明的图；

图5是用于对120°通电进行说明的图；

图6是显示120°通电时的占空比的控制的示例图；

图7A是用于说明过零点推定部22的动作的图；

图7B是用于说明过零点推定部22的动作的图；

图8是用于说明通过过零点推定实现的三相无刷电机的控制动作的图；以及

图9是显示辅助线圈的其他结构的示例图。

具体实施方式

（概要）

本发明的无刷电机控制装置在三相无刷电机的启动前，在使得转子移动到预先设定的旋转位置（停止位置）后开始电机的启动。例如，在数10msec的初始化时间内，通过在同样的两相之间（例如，U、W相之间）持续流通直流电流，将转子移动到预先设定的旋转位置。由于在这个初始化时间经过的时点，转子移动到了预先设定的旋转位置，因此可以明确在无刷电机控制装置中，为使电机正转或逆转，应该从哪个相开始通电。这样，无刷电机控制装置在进行转子的正转或逆转时，能够正确地设定对电机线圈的通电相位。

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。

（对无刷电机控制装置整体结构的说明）

图1是显示本发明的实施方式例涉及的无刷电机控制装置的结构的图。图1所示的无刷电机控制装置10是将蓄电池4作为直流电源，并将这个蓄电池4的直流电压切换成交流电压从而对三相无刷电机1进行驱动的控制装置。

在图1中，三相无刷电机（也会仅称为“电机”）1是作为引擎5的启动机使用的电机。这个三相无刷电机1由具有U、V、W的各相线圈（被铁芯卷绕的线圈）及该线圈的中性线N的定子2，以及两极的永久磁铁（一对N、S极）构成的转子3所构成。定子2中，三相（U、V、W）的线圈沿圆周方向被依次卷装。另外，对于转子3，举出了由两极的永久磁铁（一对N、S极）构成的例子，但这个转子3也有由多极构成的情况。例如，也有转子3由四极的永久磁铁（两对N、S极）所构成的情况。

另外，在定子2的U相线圈上，U相电压检测用的辅助线圈（Su）2a被并联设置。通过这个辅助线圈Su，检测出被U相感应的电压（更准确地说是通过转子3的永久磁铁被辅助线圈Su感应的正弦波交流电压）Vsu。另外，辅助线圈Su也可以被设置在其他相（V相或W相）。

在无刷电机控制装置10中，设有由Nch型FET（Field EffectTransistor）的开关（switching）元件Q1～Q6构成的三相桥式（bridge）电路。在这个三相桥式电路中，上臂侧的开关元件Q1、Q2、Q3各自的漏极端子与作为直流电源的蓄电池4的正侧（＋侧）端子相连通。另外，下臂侧的开关元件Q4、Q5、Q6各自的源极端子与作为直流电源的蓄电池4的负侧（－侧）端子相连通。

并且，上臂侧的开关元件Q1的源极端子与下臂侧的开关元件Q4的漏极端子相连接，这个开关元件Q1、Q4的连接点与三相无刷电机1的U相线圈端子相连接。另外，上臂侧的开关元件Q2的源极端子与下臂侧的开关元件Q5的漏极端子相连接，这个开关元件Q2、Q5的连接点与三相无刷电机1的V相线圈端子相连接。

另外，上臂侧的开关元件Q3的源极端子与下臂侧的开关元件Q6的漏极端子相连接，这个开关元件Q3、Q6的连接点与三相无刷电机1的W相线圈端子相连接。另外，在各个开关元件Q1～Q6上，续流二极管（flywheel diode）Dx如图所示的那样，以阴极朝向蓄电池4的正侧端子方向、阳极朝向蓄电池4的负侧方向的状态被并联连接。另外，开关元件Q1～Q6也可以是IGBT（Insulated Gate BipolarTransistor）或双极晶体管（bipolar transistor）。

另外，无刷电机控制装置10具有对上臂侧的开关元件（FET）Q1、Q2、Q3进行打开或关闭（ON/OFF）驱动的高（Hi）侧预驱动（predriver）电路11；对下臂侧的开关元件（FET）Q4、Q4、Q6进行打开或关闭驱动的低（Lo）侧预驱动电路12；过零点检测电路13；以及控制部20。上述的开关元件Q1～Q6通过从高侧预驱动电路11和低侧预驱动电路12输出的栅极驱动信号被驱动。这个栅极驱动信号是在预驱动电路11及12中，基于控制部（由CPU等构成的控制部）20输出的FET驱动信号被生成的。

过零点检测电路13在三相无刷电机1低速旋转的情况下（后述的进行120°通电的情况下），检测出被定子2的各相线圈（U相线圈、V相线圈、W相线圈）所感应的电压Vu、Vv、Vw的过零点。另外，过零点检测电路是在三相无刷电机1高速旋转的情况下(后述的进行180°通电的情况下)，根据被附设在三相无刷电机1的U相线圈上的辅助线圈Su感应的电压（U相电压）Vsu检测出过零点。通过这个过零点检测电路13检测出的过零点的信息被作为过零点信号发送给控制部20。另外，在被120°通电时的各相线圈（U相线圈、V相线圈、W相线圈）感应的交流电压中产生的过零点和在被辅助线圈Su感应的交流电压中产生的过零点是在该线圈的位置与转子3的磁极的中点（N、S极的交界点）一致时产生的。

控制部21具有过零点推定部22、通电控制部23以及占空（duty）控制部27。另外，通电控制部23具有120°通电控制部24、180°通电控制部25以及转子停止位置决定部26。

在对三相无刷电机1进行180°通电的情况下，控制部21中的过零点推定部22从过零点检测电路13输入被辅助线圈Su感应的电压Vsu的过零点的信息。然后，过零点推定部22测定被辅助线圈Su感应的电压Vsu的过零点（相邻的过零点）的间隔时间T。例如，通过计时器（timer）等对从在辅助线圈Su的输出电压Vsu中产生过零点的时间开始，到再次在输出电压Vsu中产生过零点为止的时间进行计数（count），从而测定出过零点的间隔时间T。

另外，过零点推定部22基于过零点的间隔时间T，计算出T/3和2T/3的时间，推定出其他两相（V相、W相）的过零点（位相）。然后，过零点推定部22将被辅助线圈Su感应的电压Vsu的过零点（U相的过零点）的信息和推定出的其他两相（V、W相）的过零点的信息向通电控制部23输出。对于这个过零点推定部22中的其他两相（V相、W相）的过零点的推定动作的详情，在后面进行描述。另外，辅助线圈Su也可以不设置在U相而是设置在V相或W相中的任一相。在这种情况下，过零点推定部22通过被辅助线圈Su感应的电压Vsu，推定出没有设置辅助线圈Su的其他两相的过零点。

通电控制部23中的120°通电控制部24在三相无刷电机1以低速旋转的情况下，对三相无刷电机1进行驱动控制使其仅在180度的全通电期间中的120度的通电期间，向线圈通电。180°通电控制部25在三相无刷电机1高速旋转时，通过180°通电，对三相无刷电机进行驱动控制。

另外，转子停止位置决定部26在三相无刷电机1的启动前，为了让转子3移动到预定的旋转位置（停止位置），对三相无刷电机1进行驱动控制。占空控制部27使用通过通电控制部23确定的占空比，对上臂侧的开关元件和下臂侧的开关元件Q1～Q6的打开期间内的打开或关闭（ON/OFF）的占空比进行控制。

另外，无刷电机控制装置10中搭载有微型计算机（microcomputer）（或微控制器（microcontroller）），对于无刷电机控制装置10中的控制部21、控制部21中的过零点推定部22、通电控制部23、以及占空控制部27等，可以通过执行软件程序（softwareprogram）来实现其处理功能，也可以通过软件处理来实现。当然，也可以由硬件（hardware）构成。

另外，对于设置在三相无刷电机1中的辅助线圈Su，如图1所示，定子的U相线圈与辅助线圈Su被并联设置。通过这个辅助线圈Su，检测出U相的感应电压（通过转子旋转被辅助线圈Su感应的正弦波电压）Vsu。另外，如以下说明的图9所示，也可以构成辅助线圈Su。

在图9所示的例子中，也可以使用在定子侧具有复数个极（图中的例子是六极）的三相无刷电机，通过使其中任一相（图中的例子是U相）中的复数个极中的任一极的线圈6与其他分开，通过使其成为隔离（floating）状态，来构成辅助线圈Su。即，将U相的全六极中的一极的线圈6与其他极分开（使其成为隔离状态），从这个分离的线圈6的两端分别引出端子SUB1和SUB2，通过这个端子SUB1及SUB2的端子间电压获得U相电压。

（对停止位置决定部26的动作的说明）

对在上述结构的无刷电机控制装置10中，通过转子停止位置决定部26进行的转子停止位置决定动作，即、使转子3移动到预先设定的旋转位置的，转子初始移动时的转子3的旋转控制的动作进行说明。

图2A及图2B是用于对转子初始移动时的动作（转子停止位置决定动作）进行说明的图。转子停止位置决定部26通过在U、V、W相线圈中的预定的两相间，在预定的时间内流通预定的直流电流，来使得转子3移动到预定的旋转位置。

例如，在启动三相无刷电机1之前，转子停止位置如图2A所示，设定为U相线圈和W相线圈与永久磁铁的S极相对向，V相线圈处在与永久磁铁的N极相对向的位置（初始状态）。在这个初始状态下，转子停止位置决定部26在预定的时间（初始移动时间）内，使得与U相线圈相连接的开关元件Q1以及与W相线圈相连接的开关元件Q6打开（ON）,使得除此之外的开关元件Q2、Q3、Q4、Q5关闭（OFF）。

这样，蓄电池4的直流电压（正侧）通过开关元件Q1被施加到U相线圈端子上，蓄电池4的直流电压（负侧）通过开关元件Q6被施加到W相线圈端子上，在U、W相之间流过直流电流Iuw。通过这个电流Iu在U、W相线圈中流过，磁场产生，由于通过这个U、W相线圈产生的磁场和通过转子3的磁极产生的磁场的相互作用，转子3开始旋转。然后，转子3最终如图2B中的三相无刷电机1所示，在作为通电后的转子位置的，U相线圈与永久磁铁的S极相对向，W相线圈与永久磁铁的N极相对向，V相线圈与永久磁石的S极及N极的交界部相对向的位置上稳定(停止)下来。这样，转子停止位置决定部26通过在U、V、W相线圈中的预定的两相之间，在预定的时间内流通预定的直流电流，能够使得转子3移动到预定的开始旋转的位置（停止位置）。

另外，图3显示的是转子初始移动时（电机启动前的转子的旋转位置决定动作时）的动作波形的示例图。在图3中，横向表示时间t的经过，并且，将实际的磁极变化的波形、电机通电波形（电压波形）、以及电机电流波形（更准确地说是从蓄电池4流向三相无刷电机1的电流波形）在纵向上依次排列显示。

如这个图3中的波形所示，在时刻t0～t1的转子初始移动期间，通过转子停止位置决定部26，在三相无刷电机1的预定的两相之间（图中的例子是U、W之间）流通直流电流Iuw，将转子3的停止位置移动到预先设定的旋转位置。然后，在转子3移动到预定的旋转位置后，通电控制部23在时刻t1启动电机1，在时刻t1以后，驱动电机1使其旋转速度逐渐上升。

在这个时刻t0～t1的转子初始移动期间，在时刻t0的时点，转子3的旋转位置如图3中的磁极变化的波形所示，设定为U相线圈与转子3的永久磁铁的S极相对向，V相线圈与转子3的永久磁铁的N极相对向，W相线圈与转子3的永久磁铁的S极相对向。然后，在时刻t0～t1的转子初始移动期间，如图3中的电机通电波形所示，打开开关元件Q1在电机1的U相线圈端子上施加蓄电池4的正（+）电压的同时，打开开关元件Q6在W相线圈端子上施加蓄电池4的负（-）电压。

另外，在这个时刻t0～t1的转子初始移动期间，通过使得U相的开关元件Q1保持打开，对W相的开关元件Q6进行打开或关闭控制（占空控制），等效性地调整施加到U、W相这两相的线圈之间的电压。这样，如图3中的电机电流波形所示，占空控制部27控制使得在U、W相这两相的线圈之间流过的电流Iuw达到所需的电流值。

然后，在时刻t0～t1的转子初始移动期间，当使得转子3移动到预定的旋转位置（停止位置）的转子停止位置决定动作结束时，变为在时刻t1的时点，U相线圈与转子3的永久磁铁的S极相对向，V相线圈与转子3的永久磁铁的N极和S极的切换点相对向，W相线圈与转子3的永久磁铁的N极相对向的状态。例如，转子3的旋转位置（停止位置）变为图2B所示的开始旋转的位置。

另外，图4A和图4B是用于对通过转子停止位置决定部26进行的转子初始移动时的占空控制进行说明的图。图4A显示的是占空比为一定时的例子，图4B显示的是随着时间的流逝可变地对占空比进行控制时的例子。在这个图4A和图4B中，横向表示时间t的经过，并且，在纵向上将开关元件Q1的打开或关闭波形，开关元件Q6的打开或关闭波形，以及在U、W相之间流过的电流Iuw的波形并排显示。

如这个图4A和图4B所示，在转子初始移动时（时间t0～t1），转子停止位置决定部26通过使得开关元件Q1经常地保持打开（ON），使得开关元件Q6打开或关闭（ON/OFF），进行打开或关闭的占空控制。即，在开关元件Q6中，打开的期间（Ton）和关闭的期间（Toff）被控制为交替地反复。

并且，图4A所示的例子是相对于时间t的流逝，占空比“Ton/Ton+Toff”维持在一定的值的例子，流过U、W相的电流Iuw为与占空比相对应的一定的电流值。

另外，图4B所示的例子是在从时刻t1开始的转子初始移动期间内，通过将开关元件Q6的打开期间Ton的宽度设为一定，并随着时间t的流逝逐渐延长关闭期间的宽度Toff，使得占空比“Ton/（Ton+Toff）”逐渐降低的例子。

如这个图4B所示，转子停止位置决定部26在转子初始移动期间，最初在三相无刷电机1的U、W相之间流通所需的值的电流Iuw，随着时间t的经过，能够使得电流Iuw逐渐下降。即，转子停止位置决定部26对在三相无刷电机1的预定的两相之间（U、W相之间）流过的直流电流Iuw的大小进行可变地控制。这样，在无刷电机控制装置10中，在将转子3移动到预先设定的旋转位置时，能够使得转子3以所需的速度、并且顺利地移动到预定的旋转位置（停止位置）。

这样，在无刷电机控制装置10中，在电机启动前，通过将转子3移动到预定的旋转位置（固定位置），能够正确地设定对电机线圈的通电相位，切实地启动三相无刷电机1。然后，在三相无刷电机1的启动后，即、时刻t1以后，通过通电控制部23，可以对三相无刷电机1使用120°通电或180°通电进行驱动。

另外，三相无刷电机1的通过120°通电的控制方法，以及通过180°通电的控制方法与本发明没有直接关系，并且是普通公知的方法，因此对这个120°通电和180°通电在以下仅简单地说明。

（对通过120°通电进行的控制方法的说明）

电机启动后，在三相无刷电机1以低旋转数旋转的情况下，120°通电控制部24通过120度通电法方式对电机进行驱动控制。

图5是用于对120°通电进行说明的图，横向表示时间t的经过，并且，是将U相线圈端子的电压波形、V相线圈端子的电压波形、以及W相线圈端子的电压波形并排显示的图。

这个120°通电是通过通电控制部23中的120°通电控制部24进行的。在这个120度通电控制中，如图5的U、V、W相的电压波形所示，在180度的全期间中，线圈仅在120度的期间被通电。因此，在U、V、W的各相中产生非通电相，通过检测出这个非通电相的过零点a、b、c，能够检测出转子位置。

例如，U相线圈在时刻t0～t1（60°相位中）时为非通电相，在时刻t1～t2（120°相位中）时为通电相。在这个时刻t0～t1（60°相位中）的为非通电相的区间中，在U相线圈中产生由于转子磁极引起的感应电压，通过检测出过零点a，能够检测出转子位置。同样地，对于V相，在为非通电相的区间中，通过检测出过零点b，可以检测出转子位置。同样地，对于W相，在为非通电相的区间中，通过检测出过零点c，能够检测出转子位置。这样，能够每60°检测转子位置（转子磁极的切换点）的同时，根据这个转子位置，决定对U、V、W相线圈的通电相和通电时间点，从而对三相无刷电机1进行驱动。

另外，在电机低速旋转时，切换到上述的120度通电，也可以基于被上述的辅助线圈Su感应的电压（U相电压）Vsu，通过后述的180°通电，对三相无刷电机1进行驱动控制。

另外，在通过120°通电控制部24进行120°通电时，为了调整施加到三相无刷电机1上的电压，可以在开关元件Q1～Q6各自的打开（ON）期间中，让占空控制部27控制打开或关闭的占空比。例如，如图6中的120°通电的U相线圈的电压波形所示，可以使得打开或关闭（ON/OFF）的占空比变化。这个占空比的控制在V相、W相中也同样进行。这样，能够使得施加到电机线圈上的电压随着三相无刷电机1的旋转数而变化。另外，对于这个占空比的控制，在后述的180°通电时，同样也可以进行。

（电机以高旋转数旋转时的转子位置的检测方法的说明）

另一方面，在电机以高旋转数旋转的情况下，为了充分调动电机功率，通过180°通电控制部25进行对三相无刷电机1的180度通电。在这个180°通电时，就不能如上述的120度通电时那样检测出非通电相的过零点。因此，在U、V、W相的任一相附设了辅助线圈。例如，如图1所示，在三相无刷电机1中，与U相线圈并联设置了辅助线圈Su。或者，如图9所示，使用在定子侧具有复数个极（图中的例子是六极）的三相无刷电机，将其中任一相（图中的例子是U相）中的复数个极中的任一极的线圈6同其他分开，通过将其隔离，来构成辅助线圈Su。

当把辅助线圈Su附设在U相线圈上时，U相的感应电压（通过转子旋转感应的正弦波电压）Vsu在辅助线圈Su中产生。过零点检测电路13通过检测出这个被辅助线圈Su感应的电压Vsu的过零点，可以判定定子2的磁极的中点（N、S极的交界点）与辅助线圈Su的位置一致。然后，过零点推定部22在检测通过上述的过零点检测电路13检测出的被辅助线圈Su感应的相电压Vsu的过零点的同时，基于这个过零点的信息，推定出其他两相（V、W相）的过零点（转子位置）。

（对过零点推定部22的动作和180°通电的说明）

图7A和图7B是用于说明过零点推定部22的动作的图。图7A是显示将U相线圈的一极的线圈6同其他绕组分开将其变为隔离状态，将这个成为隔离状态的线圈6作为辅助线圈Su的例子，是与图9所示的图相同的图。

另外，图7B是横向表示时间t的经过，纵向表示电压值，并且，是显示被辅助线圈Su感应的电压（U相电压）Vsu；这个电压Vsu的过零点；被推定出的V、W相电压的过零点；以及具有这个被推定出的过零点的V、W相波形（实际上是没有检测的用虚线表示的假想的V、W相的感应电压波形）的图。

过零点推定部22基于通过过零点检测电路13检测出的辅助线圈Su的输出电压Vsu的过零点的检测信号，在检测这个U相中的相电压的相位（被辅助线圈Su感应的电压Vsu的相位）的同时，计算出相邻的过零点之间的间隔时间T。更具体的是，如图7B所示，基于被辅助线圈Su感应的电压Vsu的时刻t0上的过零点a1，以及时刻t1时的过零点a2，计算出过零点之间的间隔时间T（=t1-t0）。

然后，过零点推定部22基于相邻的过零点a1及a2的间隔时间T（180°相位的期间），计算出将这个间隔时间T分为三份（以60°相位分割）时的1/3T、2/3T的时间。通过这个过零点推定部22计算出的1/3T的时间如图7B所示，相当于从U相的过零点a2产生的时刻t1到W相电压的过零点b1产生的时刻t2为止的时间。同样地，通过这个过零点推定部22计算出的2/3T的时间相当于从U相的过零点a2产生的时刻t1到V相电压的过零点c1产生的时刻t3为止的时间。

即，一般地，因为三相无刷电机1的旋转速度不会急剧变化，所以可以认为辅助线圈Su的输出电压（交流电压）Vsu的一周期前的波形与当前周期的波形类似。因此，在过零点推定部22中，基于辅助线圈Su的输出电压Vsu相邻的过零点的间隔时间T，可以推定出接下来产生的W相及V相的过零点。这个过零点是在转子磁极的中点（N、S极的交界点）与各相线圈的位置一致时产生的，通过推定出这个过零点，可以推定出交流输出电压Vu、Vv、Vw的相位（转子位置）。

之后，到达时刻t4，当在辅助线圈Su的输出电压Vsu中再次产生过零点a3时，过零点推定部22测定相邻的过零点a2及a3之间的间隔时间T'，基于这个间隔时间T’，再次计算出1/3T’、2/3T’的时间。通过这个过零点推定部22计算出的1/3T’的时间如图7B所示，相当于从U相的过零点a3产生的时刻t4到W相电压的过零点b2产生的时刻t5为止的时间。同样地，通过这个过零点推定部22计算出的2/3T’的时间相当于从U相的过零点a3产生的时刻t4到V相电压的过零点c2产生的时刻t6为止的时间。以后，在过零点推定部22中，反复进行辅助线圈Su的输出电压的过零点的间隔时间T的测定，以及通过计算1/3T、2/3T的时间进行的W、V相的过零点的推定处理。

图8是用于说明通过过零点推定进行的三相无刷电机的控制动作的图。这个图8是横向表示时间t的流逝，并且，是显示辅助线圈Su的输出电压Vsu；这个电压Vsu的过零点；被推定出的V、W相的过零点；具有这个被推定出的过零点的V、W相波形（实际是没有检测的用虚线表示的假想的V、W相的感应电压波形）的图。并且，图8是将基于过零点生成的与U相同步的矩形波Ru、与W相同步的矩形波Rw、与V相同步的矩形波Rv依次纵向排列显示的波形（转子位置检测波形）。另外，这个图8所示的U、V、W相的矩形波是基于电压Vsu的过零点和被推定出的V、W相的过零点，在通电控制部23（或过零点推定部22）中被生成的。

如这个图8所示，U相的矩形波Ru是在U相电压波形（更准确地说是辅助线圈Su的输出电压波形）的每个过零点（例如a2、a3、a4），电平反转的波形。这个矩形波Ru在过零点a2，从高电平（H电平）向低电平（L电平）变化，在过零点a3，从低电平向高电平变化，在过零点a4，从高电平向低电平变化。

另外，W相的矩形波Rw在W相电压波形（实际上是没有被检测的假想的电压波形）的每个过零点（例如b1、b2、b3），电平反转的波形。这个W相的矩形波Rw在过零点b1，从低电平向高电平变化，在过零点b2，从高电平向低电平变化，在过零点b3，从低电平向高电平变化。另外，V相的矩形波Rv在V相电压波形（实际上是没有检测的假想的电压波形）的每个过零点（例如c1、c2、c3），电平反转的波形。这个V相的矩形波Rv在过零点c1，从高电平向低电平变化，在过零点c2，从低电平向高电平变化，在过零点c3，从高电平向低电平变化。

所以，由于各相中的过零点是转子磁极的中点（N、S极的交界点）通过的点，因此可以根据图8所示的与W、U、V相同步的各矩形波形Ru、Rv、Rw的高电平和低电平的状态，通过过零点检测来检测出转子位置信息。例如，如图8所示，可以检测出每60度的0～5的六个区间。例如，在时刻t1～时刻t7的一个旋转周期（U相的360°期间）内，通过时刻t1～t2的第〇阶段（stage）ST0；时刻t2～t3的第一阶段ST1；时刻t3～t4的第二阶段ST2；时刻t4～t5的第三阶段ST3；时刻t5～t6的第四阶段ST4；时刻t6～t7的第五阶段ST5这六个区间，能够检测出每60°的转子位置，并将其设定为阶段（对U、V、W相线圈施加的每60度的相电压的阶段）的切换点。

这样，无刷电机控制装置10检测出仅被一个辅助线圈Su感应的电压Vsu的过零点，基于这个电压Vsu的过零点，推定出其他两相（V、W相）的过零点（推定转子位置）。然后，180°通电控制部25基于推定出的转子位置，控制对三相无刷电机1的U、V、W相线圈的通电相的切换和通电时间点。即，在无刷电机控制装置10中，通过过零点推定部22推定出过零点，从而推定转子位置，180°通电控制部25选择与这个转子位置相对应的通电模式和通电时间点，进行对电机线圈的180°通电。

另外，因为180°通电方式的详细情况及其通电波形等是一般公知的，所以省略其说明。另外，当进行上述的120°通电时，与在180°通电的情况相同，基于被辅助线圈Su感应的过零点，以及通过过零点推定部22推定出的过零点，推定出转子位置，并选择与转子位置相对应的通电模式和通电时间点，从而能够进行对电机线圈的120°通电。

如以上说明的那样，在本发明的无刷电机控制装置10中，在启动三相无刷电机1前，通过转子停止位置决定部26，在U、V、W的各相线圈中的预定的两相线圈之间，施加正和负的直流电压，将转子3移动到预定的旋转位置（停止位置）。然后，在通电控制部23中，通过选择在转子3的停止位置上可能产生最大扭矩（torque）的电机线圈的通电相，启动电机。

然后，在电机启动后的三相无刷电机1的低速旋转时，120°通电控制部24通过120°通电对三相无刷电机1进行驱动控制。另外，在三相无刷电机1的高速旋转时，180°通电控制部25通过180°通电对三相无刷电机1进行驱动控制。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，在这里，对本发明的一种实施方式与上述实施方式的对应关系进行补充说明。

在上述实施方式中，本发明的一种实施方式中的无刷电机控制装置与图1所示的无刷电机控制装置10相对应。另外，本发明的一种实施方式中的三相无电刷电机与三相无刷电机1相对应，本发明的一种实施方式中的转子与转子3相对应。另外，本发明的一种实施方式中的控制部与控制部21相对应。另外，本发明的一种实施方式中的上臂侧的开关元件与开关元件Q1、Q2、Q3相对应，另外，本发明的一种实施方式中的下臂侧的开关元件与开关元件Q4、Q5、Q6相对应，本发明的一种实施方式中的开关电路与由开关元件Q1～Q6构成的三相桥式电路相对应。另外，本发明的一种实施方式中的直流电源与蓄电池4相对应，本发明的一种实施方式中的转子停止决定部与控制部21中的转子停止位置决定部26相对应。

并且，在上述实施方式中，无刷电机控制装置10是驱动控制三相无刷电机1的无刷电机控制装置，包括控制部21，该控制部21在三相无刷电机1的启动前，通过在该电机1的预定的两相之间（例如U、W间）在预定的时间内流通预定的直流电流Iuw，将转子3预先移动到预定的旋转位置。

在这样结构的无刷电机控制装置10中，在无刷电机三相1的启动前，在将转子3移动到预先设定的旋转位置（停止位置）后开始电机启动。例如，在预定的初始化时间（例如，数10msec）内，通过在同样的两相之间（例如U、W相之间）持续流通预定的直流电流，来将转子3移动到预先设定的旋转位置。在这个初始化时间经过的时点，由于转子3移动到了预先设定的旋转位置，因此在无刷电机控制装置10中，可以知道为了使得电机1正转或逆转，应该从哪个相开始通电。

这样，无刷电机控制装置10不检测三相无刷电机1的转子3的旋转位置（停止位置），就能够在电机启动时，正确地设定对电机线圈的通电相位。

另外，在上述实施方式中，无刷电机控制装置10包：具有由上臂侧的开关元件Q1、Q2、Q3以及下臂侧的开关元件Q4、Q5、Q6构成的三路的串联电路，包括：上述各串联电路的两端与蓄电池4相连接，上述的上臂侧及下臂侧的开关元件的各连接点分别与无刷电机1的三相线圈的各相相连接的三相桥式电路；以及将上臂侧的开关元件中的预定的第一相（例如U相）的开关元件（例如Q1）打开，将与下臂侧的开关元件中的第一相不同的预定的第二相（例如W相）的开关元件（例如Q6）打开的转子停止位置决定部26。

在这样结构的无刷电机控制装置10中，包括在无刷电机三相1的启动前，为了使得转子3移动到预先设定的旋转位置（停止位置）的转子停止位置决定部26。这个转子停止位置决定部26将三相桥式电路的上臂侧的预定的第一相的开关元件（例如Q1）打开，并且，将下臂侧的预定的第二相的开关元件（例如Q6）打开。这样，转子停止位置决定部26在三相无刷电机1的预定的两相之间（例如U、W之间），在预定的时间内流通预定的直流电流（例如电流Iuw）。

这样，无刷电机控制装置10在三相无刷电机1的启动前，通过在预定的两相之间（例如U、W之间）流通直流电流（例如电流Iuw），能够使得转子3预先移动到预定的旋转位置（停止位置）。因此，无刷电机控制装置10不检测三相无刷电机1的转子3的旋转位置（停止位置），也能够在电机启动时，正确地设定对电机线圈的通电相位。

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控制装置并不仅限于上述图示的例子，当然也可以在不脱离本发明的主旨的范围内追加各种变更。

产业上的可利用性

本发明的一种实施方式中的无刷电机控制装置能够利用在作为内燃机构（引擎）的启动机中使用的三相无刷电机的驱动装置。在本发明的一种实施方式中的无刷电机控制装置中，在三相无刷电机的启动前，通过简易的控制方法使得转子预先移动到预定的旋转位置（停止位置）。这样，不检测三相无刷电机的转子的旋转位置，也能够在电机启动时，正确地设定对电机线圈的通电相位。

符号说明

1…三相无刷电机

2…定子

3…转子

4…蓄电池

5…引擎

10…无刷电机控制装置

11…高侧预驱动电路

12…低侧预驱动电路

13…过零点检测电路

21…控制部

22…过零点推定部

23…通电控制部

24…120°通电控制部

25…180°通电控制部

26…转子停止决定部

27…占空控制部

Ru、Rv、Rw…矩形波

Claims (5)

1.一种对三相无刷电机进行驱动控制的无刷电机控制装置，其特征在于，包括：

控制部，在所述三相无刷电机的启动前，通过在该三相无刷电机的被选择的两相之间流通直流电流，使得所述三相无刷电机的转子预先移动到通过所述两相确定的停止位置。

2.根据权利要求1所述无刷电机控制装置，其特征在于，还包括：

开关电路，具有三路由上臂侧的开关元件和下臂侧的开关元件构成的串联电路，各所述串联电路的两端与直流电源相连接，所述上臂侧及下臂侧的开关元件的各连接点分别与所述无刷电机的三相线圈的各相相连接，

其中，所述控制部具有转子停止位置决定部，该转子停止位置决定部将所述上臂侧的开关元件中的预定的第一相的开关元件打开，将所述下臂侧的开关元件中的与所述第一相不同的预定的第二相的开关元件打开。

3.根据权利要求2所述无刷电机控制装置，其特征在于：

其中，所述转子停止位置决定部对所述上臂侧的所述第一相的开关元件及所述下臂侧的所述第二相的开关元件中的至少一个的打开或关闭的时间的占空比可变地进行控制。

4.根据权利要求1～3中任一项所述无刷电机控制装置，其特征在于：

其中，所述三相无刷电机是内燃机构的启动用的启动机。

5.一种对三相无刷电机进行驱动控制的无刷电机控制方法，其特征在于：

其中，在所述三相无刷电机的启动前，通过在该三相无刷电机的被选择的两相之间流通直流电流，使得所述三相无刷电机的转子预先移动到通过所述两相确定的停止位置。

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