CN103563241A - 无刷电机控制装置、以及无刷电机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无刷电机控制装置及控制方法，在本发明的无刷电机控制装置及控制方法中，将三相无刷电机的任一相的相电压Vsu通过辅助线圈（Su）（6）检测出，计测其相邻的过零点a1、a2的间隔时间T，并基于这个过零点的间隔时间T，计算出T/3和2T/3的时间。然后，根据T/3和2T/3的时间，推定出其他两相的过零点b1、c1的相位。然后，通过基于这个被推定出的过零点b1、c1推定出其他两相的相电压的相位，来控制对三相无刷电机的各相绕组的通电。

Description

无刷电机控制装置、以及无刷电机控制方法

技术领域

本发明涉及一种对作为内燃机构（引擎（engine））的启动器（starter）用电机以及交流发电机使用的三相无刷电机（brushlessmotor）进行控制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）的启动器使用的无刷电机的驱动控制方式，目前已知一种将用于检测无刷电机中的转子（rotor）（永久磁铁侧）的位置的复数个霍尔（Hall）元件安装在转子的周围的传感器（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，根据需要还有可能必须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出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°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），来检测出被这个辅助线圈Su感应的一相的相电压（正弦波电压）从而进行180°通电控制的无刷电机控制装置（参考专利文献一）。

在这个专利文献一记载的无刷电机控制装置中，生成与通过辅助线圈Su检测出的一相的相电压同步的矩形波，并生成与这个矩形波的0°～180°的相位同步的三角波。另外，生成与矩形波的180°～360°的相位同步的三角波。然后，基于这些三角波，生成与其他两相同步的矩形波（转子位置检测波形），通过这些矩形波推定出转子位置，从而通过180°通电对三相无刷电机进行驱动控制。另外，同样地，还已知一种通过检测出被三相无刷电机（作为三相交流发电机工作的无刷电机）的辅助线圈Su感应的一相的相电压，推定出其他两相的相电压的相位，对三相无刷电机的交流输出电压进行整流从而进行对蓄电池（battery）的充电的蓄电池充电装置（参考专利文献二）。

在上述的专利文献一记载的无刷电机控制装置中，通过从与U相同步的矩形波生成三角波，从而生成与其他两相（V、W相）同步的矩形波。在这种情况下，在无刷电机控制装置中，与U相的矩形波的脉冲宽度的大小无关的高度（三角波的峰值电压）生成一定的三角波。在这里，参照图10A和图10B，对与U相的矩形波同步且峰值电压一定的三角波的产生机制的一例进行说明。

一般地，因为三相无刷电机的转数，即、从辅助线圈Su输出的U相电压（交流电压）Vsu的频率不会急剧变化，所以可以认为一周期前的波形和当前周期的波形几乎相同。例如，在图10A中，如果把波形2看作是当前周期的波形，则波形2的半周期T2和这一周期前的波形1的半周期T1几乎相同。利用上述特性通过下面的工序生成三角波电压VB。

（工序1）如图10A所示，在波形1的周期中，根据辅助线圈Su输出的交流电压Vsu生成矩形波Ru。与这个波形1对应的矩形波Ru的半周期与波形1的周期中的交流电压Vsu的半周期T1一致。

（工序2）接着，对矩形波Ru的半周期T1的时间进行计数（count）。

（工序3）接着，用半周期T1的时间的计数值除以预定的解析率n，得到时刻t1（=T1/n）。在这里，解析率n是规定三角波电压VB的斜坡（slope）滑度的量，解析率n越高，三角波电压VB的斜坡越平滑。

（工序4）接着，用三角波电压VB的峰值电压Vp除以预定的解析率n，得到电压v1（=Vp/n）。

（工序5）接着，如图10B所示，在下一周期的波形2上升的时间点（timing）（开始计数T2的时间点），仅使得三角波电压VB上升上述电压v1，并使得这个三角波电压VB仅维持上述时间t1。

（工序6）同样在波形2的周期中，在经过了上述时刻t1的时间点，使得三角波电压VB仅上升上述电压v1，将这些都反复n次，则得到图10B所示的阶梯状的波形，即得到与波形2的周期对应的相当于三角波电压的斜坡部分的阶梯状的波形。解析率n的值越大，阶梯状的波形越平滑，可以得到更好的三角波。通过以上的工序，使用一周期前的交流电压Vsu的波形，能够生成与交流电压Vsu的各周期对应的三角波电压，即峰值电压Vp一定的三角波。

然后，如图11所示，与U相的矩形波Ru的0°到180°的相位同步，产生第1三角波S1，另外，与180°到360°的相位同步，产生第2三角波S2。然后，通过没有图示的电压检测电路（比较电路），生成在第1三角波S1的峰值电压Vp的2/3的电压点X2进行电平反转的同时，在第2三角波S2的峰值电压Vp的2/3的电压点Y2进行电平反转的V相矩形波Rv，并生成在第1三角波S1的峰值电压Vp的1/3的电压点X1进行电平反转的同时，在第2三角波S2的峰值电压Vp的1/3的电压点Y1进行电平反转的W相矩形波Rw。

通过上述的阶段，以与U相的交流输出电压Vsu同步的矩形波Ru为基准，能够生成与其他两相同步的矩形波Rv及Rw。然后，在无刷电机控制装置中，通过这些矩形波Ru、Rv、Rw来推定出转子位置，进行对无刷电机的180°通电控制。

另外，还有相关的电机驱动装置（参考专利文献三）。这个专利文献三中记载的电机驱动装置的目的在于提供一种对于电机驱动使用的转子位置信息，不使用转动位置传感器也能够高精度地将其检测出的电机驱动装置以及转子位置检测方法。

但是，在上述的专利文献1记载的无刷电机控制装置中，需要用于生成三角波的三角波生成电路，以及用于检测三角波的电压的电压检测电路。因此，会出现由于设置三角波生成电路和电压检测电路而导致的成本上升。另外，存在由于电压检测电路中使用的零件特性的偏差而导致检测精度变差的问题。这种情况对于专利文献二中记载的蓄电池充电装置而言也是同样的。

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】WO2007-114272号公报

【专利文献三】日本特开2003-164190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无刷电机控制装置，以及无刷电机控制方法。

进一步，本发明的实施方式的目的在于提供一种无刷电机控制装置，以及无刷电机控制方法，在通过180°通电对无转动位置传感器的三相无刷电机进行驱动控制的情况下，检测出三相无刷电机的仅任一相的相电压，当根据这一相的相电压推定其他两相的相电压的位相时，不使用上述的三角波生成电路和电压检测电路，通过检测出其中仅任一相的相电压，就可以推定出其他两相的相电压的相位（以及基于各相的相电压的相位的转子位置）。

本发明的一种实施方式中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：相电压检测部，检测所述三相无刷电机的任一相的相电压；过零点检测电路，检测通过所述相电压检测部检测出的一相的相电压的过零点；过零点推定部，在计测通过所述过零点检测电路检测出的过零点的间隔时间T的同时，基于所述过零点的间隔时间T，计算出T/3和2T/3的时间从而推定出其他两相的过零点；以及通电控制部，基于所述一相的相电压的过零点和被推定出的所述其他两相的过零点，推定所述转子的转动位置，控制对所述三相无刷电机的各相绕组的通电。

在上述结构的无刷电机控制装置中，检测三相无刷电机的任一相的相电压，在计测其过零点间隔时间T的同时，基于这个过零点间隔时间T，计算T/3和2T/3的时间推定出其他两相的过零点。然后，基于这个推定出的过零点，推定其他两相的相电压的相位（以及基于各相相电压的相位的转子位置），从而进行对各相绕组的通电的控制。

这样，通过180°通电对无转动位置传感器的三相无刷电机进行驱动控制时，基于三相无刷电机的仅任一相的相电压，不使用三角波生成电路及电压检测电路，也能够推定出其他两相的相电压的相位（以及基于各相相电压的相位的转子位置）。因此，能够基于三相无刷电机的仅任一相的相电压，推定转子位置，从而进行对三相无刷电机的各相绕组的通电的控制。

另外，在本发明的一种实施方式中的无刷电机控制装置中，在所述一相的相电压中产生了过零点后，当在所述过零点的间隔时间T经过前在所述一相的相电压产生了下一个过零点时，所述过零点推定部基于该下一个过零点再次推定出所述其他两相的过零点。

在上述结构的无刷电机控制装置中，检测三相无刷电机的任一相的相电压，在计测其过零点的间隔时间T的同时，基于这个过零点的间隔时间T，计算T/3和2T/3的时间，推定出其他两相的过零点。然后，在上述一相的相电压中产生过零点后，在上述过零点的间隔时间T的经过前，当在该一相的相电压中产生下一个过零点时，基于该下一个过零点，再次推定出其他两相的过零点。

这样，即使在三相无刷电机的转数变化时，也能够根据这个电机转数的变化，基于三相无刷电机的任一相的相电压，推定出其他两相的相电压的相位。

另外，在本发明的一种实施方式中的无刷电机控制装置中，当在推定出的所述其他两相的过零点之前在所述一相的相电压中产生了下一个过零点时，所述过零点推定部基于该下一个过零点再次推定出所述其他两相的过零点。

在上述结构的无刷电机控制装置中，检测三相无刷电机的任一相的相电压，在计测其过零点间的隔时间T的同时，基于这个过零点的间隔时间T，计算T/3和2T/3的时间，推定出其他两相的过零点。然后，在上述推定出的其他两相的过零点前，当在上述一相的相电压中产生下一个过零点时，基于该下一个过零点，再次推定出其他两相的过零点。

这样，即使在三相无刷电机的转数急剧变化时，也能够随着这个电机转数的变化，基于三相无刷电机的任一相的相电压，推定出其他两相的相电压的相位。

另外，在本发明的一种实施方式中的无刷电机控制装置中，在所述三相无刷电机作为给蓄电池充电的三相交流发电机工作时，所述通电控制部包括基于所述一相的相电压的过零点和被推定出的所述其他两相的过零点，推定出所述其他两相的相电压的相位，对从所述三相无刷电机输出的各相的交流输出电压进行整流及相位控制，从而给所述蓄电池充电的相位控制调节器部。

在这样结构的无刷电机控制装置中，当三相无刷电机作为被内燃机构（引擎）转动驱动的三相交流发电机工作时，过零点推定部基于上述一相的相电压的过零点，推定其他两相的过零点，通电控制部中的相位控制调节器部基于上述一相的相电压的过零点，以及推定除的其他两相的过零点，推定其他两相的相电压的相位的，对从三相无刷电机（三相交流发电机）输出的各相的交流输出电压进行整流及相位控制，从而给蓄电池充电。

这样，当三相无刷电机作为三相交流发电机工作时，基于三相无刷电机的任一相的相电压，不使用三角波生成电路及电压检测电路，也能够推定出其他两相的相电压的相位，对从三相无刷电机（三相交流发电机）输出的各相的交流输出电压进行整流及相位控制，从而给蓄电池充电。

另外，在本发明的一种实施方式中的无刷电机控制装置中，所述三相无刷电机的定子侧的U、V、W相各自的线圈由复数个极构成，同时，通过使得所述U、V、W相的任一相中的一个极的线圈变为隔离状态的线圈，检测出所述三相无刷电机的一相的相电压。

在上述结构的无刷电机控制装置中，使用在定子侧具有复数个极的三相无刷电机，将其任一相中的一极线圈隔离将其作为辅助线圈，通过从这个隔离的辅助线圈获得相电压，从而在检测这个相的相位的同时，计测过零点的间隔时间T，计算T/3和2T/3的时间T，推定出其他两相的过零点。

这样，把三相无刷电机的输出的减少抑制到一相的一极，能够在不提高产品的成本的情况下，形成辅助线圈。

另外，在本发明的一种实施方式中的无刷电机控制装置中，所述三相无刷电机是作为内燃机构的启动用的启动机工作的同时，作为通过所述内燃机构被转动驱动的三相交流发电机的电机。

在上述结构的无刷电机控制装置中，三相无刷电机在内燃机构的启动时，作为启动机工作，在内燃机构的启动后，作为被这个内燃机构转动驱动的三相交流发电机工作。

这样，当使得五转动位置传感器的三相无刷电机作为启动机工作时，以及使其作为三相交流发电机工作时，基于三相无刷电机的任一相的相电压，不使用三角波生成电路及电压检测电路，也能够推定出其他两相的相电压的相位（以及基于各相相电压的相位的转子位置）。

另外，在本发明的一种实施方式中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，包含：相电压检测步骤，检测所述三相无刷电机的任一相的相电压；过零点检测步骤，检测通过所述相电压检测步骤检测出的一相的相电压的过零点；过零点推定步骤，在计测通过所述过零点检测步骤检测出的过零点的间隔时间T的同时，基于所述过零点的间隔时间T，计算出T/3和2T/3的时间从而推定其他两相的过零点；以及通电控制步骤，基于所述一相的相电压的过零点和被推定出的所述其他两相的过零点，推定所述转子的转动位置，控制对所述三相无刷电机的各相绕组的通电。

在包含上述步骤的无刷电机控制方法中，检测出三相无刷电机的任一相的相电压，在计测其过零点间的隔时间T的同时，基于这个过零点的间隔时间T，计算T/3和2T/3的时间，推定出其他两相的过零点。然后，基于这个推定出的过零点，推定其他两相的相电压的相位（以及基于各相相电压的相位的转子位置），进行对各相绕组的通电的控制。

这样，当通过180°通电对无转动位置传感器的三相无刷电机进行驱动控制时，基于三相无刷电机的任一相的相电压，不使用三角波生成电路及电压检测电路，也能够推定出其他两相的相电压的相位（以及基于各相相电压的相位的转子位置）。因此，能够基于三相无刷电机的任一相的相电压，推定出转子位置，从而进行对三相无刷电机的各相绕组的通电的控制。

发明效果

在本发明的无刷电机控制装置中，检测出三相无刷电机的任一相的相电压，在计测其过零点的间隔时间T的同时，基于这个过零点的间隔时间T，计算出T/3和2T/3的时间，推定其他两相的过零点。然后，基于这个被推定出的过零点，通过推定出其他两相的相电压的相位（以及基于各相的相电压的相位的转子位置），进行对各相绕组的通电的控制。

这样，在通过180°通电对无位置传感器的三相无刷电机进行驱动控制的情况下，基于三相无刷电机的仅任一相的相电压，不使用三角波生成电路和电压检测电路，就能够推定出其他两相的相电压的相位（以及基于各相相电压的相位的转子位置）。因此，能够基于三相无刷电机的仅任一相的相电压，推定出转子位置，从而进行对三相无刷电机的各相绕组的通电的控制。

附图说明

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2是显示辅助线圈的结构的一例的图；

图3A是显示辅助线圈的结构的其他示例的图；

图3B是用于说明图3A所示的辅助线圈的过零点推定部21的动作的图；

图4是用于对通过过零点推定而实现的三相无刷电机的控制动作进行说明的图；

图5是用于对120°通电进行说明的图；

图6是用于对占空比的控制进行说明的图；

图7是用于对转数变化时的过零点的推定动作进行说明的图；

图8是用于对提前角/迟后角控制进行说明的图；

图9是显示使得无刷电机控制装置作为蓄电池充电装置工作时的结构的示例图；

图10A是显示峰值电压一定的三角波的产生机制的一例的图；

图10B是显示峰值电压一定的三角波的产生机制的一例的图；以及

图11是用于对V相矩形波和W相矩形波的生成方法进行说明的图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。

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的直流电压转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（以下也会仅称为“电机”）1是引擎5的启动器用电机，同时也是作为被引擎5转动驱动的三相无刷电机使用的电机。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，以及四极的永久磁铁（两对N、S极）构成的转子3所构成。在定子2中，三相（U、V、W）的绕组（线圈）被沿圆周方向依次卷装。

另外，在定子2的U相线圈上，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和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和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和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～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～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驱动信号而被生成的。

过零点检测电路13在三相无刷电机1低速转动的情况下（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高速转动的情况下(后述的进行180°通电的情况下)，根据附设在三相无刷电机1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120°通电时被各相线圈（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20由过零点推定部21和通电控制部22构成。另外，通电控制部22具有对三相无刷电机1进行120°通电的120°通电控制部22和对三相无刷电机1进行180°通电的180°通电控制部24。120°通电控制部22在三相无刷电机1低速转动的情况下，通过120°通电（在三相中的两相中通电）来对三相无刷电机1进行驱动控制。另外，180°通电控制部22在三相无刷电机1高速转动的情况下，通过180°通电（全相通电）来对三相无刷电机1进行驱动控制。

在对三相无刷电机1进行180°通电的情况下，控制部20中的过零点推定部21从过零点检测电路13接收被辅助线圈Su感应的电压Vsu的过零点的信息。然后，过零点推定部21对被辅助线圈Su感应的电压Vsu的过零点（相邻的过零点）的间隔时间T进行计测。例如，将从在辅助线圈Su的输出电压Vsu中产生的过零点的时间开始到在下一个输出电压Vsu中产生过零点为止的时间通过计时器（timer）等进行计数，从而计测过零点的间隔时间T。

另外，过零点推定部21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21将被辅助线圈Su感应的电压Vsu的过零点（U相的过零点）的信息以及推定出的其他两相（V、W相）的过零点信息发送给通电控制部22。对于这个过零点推定部21中的其他两相（V相、W相）的过零点的推定动作的详细情况，在后面进行描述。另外，辅助线圈Su也可以不被设置在U相上而是设置在V相或W相中的任意一个。在这种情况下，过零点推定部21通过被辅助线圈Su感应的电压Vsu，推定没有设置辅助线圈Su的其他两相的过零点。

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20、过零点推定部21、通电控制部22、以及其他的电路等，可以通过执行软件程序（software program）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，设置在三相无刷电机1上的辅助线圈Su如图1所示，定子的U相线圈与辅助线圈Su并联设置，通过这个辅助线圈Su可以检测出U相的感应电压（通过转子转动而被辅助线圈Su所感应的正弦波电压）Vsu，另外，也可以通过图2所示的方法构成辅助线圈Su。

在图2所示的例子中，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，通过将其中任一相（图中的例子是U相）中的一极的线圈6隔离（floating），形成辅助线圈Su。即，去除U相的全六极中的一极的线圈6（使其成为隔离状态），从这个去除了的线圈6引出端子SUB1和SUB2，通过这个端子SUB1和SUB2，获得U相电压（通过转子3被线圈6感应的交流电压）Vsu。过零点推定部21从过零点检测电路13接收被这个隔离的线圈6感应的电压Vsu的过零点的信息。然后，过零点推定部21在检测被这个辅助线圈Su感应的电压Vsu的相位的同时，计测相邻的过零点之间的时间t，推定出其他两相（V、W相）的过零点。

（对过零点推定部21的动作的说明）

图3A和图3B是用于说明过零点推定部21的动作的图。图3A是将U相线圈的一极的线圈6同其他绕组分离使其成为隔离状态，并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2所示的图相同的图。

另外，图3B是横向表示经过的时间t，并且，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；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假想的V、W相的感应电压波形）的图。

过零点推定部21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3B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和时刻t1上的过零点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21基于相邻的过零点a1及a2的间隔时间T（相位180°的期间），计算出将这个间隔时间T分为三份（每60°相位分割）时的1/3T、2/3T的时间。通过这个过零点推定部21计算出的1/3T的时间如图3B所示，相当于从V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21计算出的2/3T的时间相当于从V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，由于通常三相无刷电机1的转动速度不会急剧变化，因此可以认为辅助线圈Su的输出电压（交流电压）Vsu的一周期前的波形和当前周期的波形类似。所以，在过零点推定部21中，基于辅助线圈Su的输出电压Vsu的相邻的过零点的间隔时间T，能够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，通过推定这个过零点，能够推定出转子位置。这样，通电控制部22可以选择与转子位置相对应的通电模式和通电时间点来进行对三相无刷电机1的各相绕组的通电。

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21对相邻的过零点a2和a3之间的间隔时间T’进行计测，并基于这个间隔时间T’，再次计算出1/3T’、2/3T’的时间。通过这个过零点推定部21计算出的1/3T’的时间如图3B所示，相当于时刻t5上的W相的过零点b2产生的时间。同样地，通过这个过零点推定部21计算出的2/3T’的时间相当于时刻t6上的V相的过零点c2产生的时间。以后，在过零点推定部21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的计测，以及通过计算1/3T、2/3T的时间实现的W、V相的过零点的推定处理。

（对于通过过零点推定进行的三相无刷电机的控制方法的说明）

无刷电机控制装置10在电机停止时，例如可以通过前述的专利献一中记载的方法，在U、V、W的各相线圈中的两相的线圈之间施加正和负的直流电压，利用电流的上升特性检测出转子停止位置。然后，在通电控制部22中，通过选择在转子停止位置上能够产生最大扭矩（torque）的电机绕组的通电相来启动电机。

之后，当三相无刷电机1开始启动并转动时，通电控制部22基于被辅助线圈Su感应的电压Vsu的过零点和通过过零点推定部21推定出的W、V相的过零点，进行对三相无刷电机1的各相绕组通电的控制。通过这个过零点推定进行的三相无刷电机1的控制是通过通电控制部22中的180°通电控制部24进行的。另外，三相无刷电机1在被驱动为低速转动的情况下，也可以不进行180°通电而是进行120°通电。对于这个120°通电在后面进行描述。

图4是用于对通过过零点推定实现的三相无刷电机的控制动作进行说明的图。图4是横向表示经过的时刻t，并且，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（实际上是没有检测的假想的V、W相的感应电压波形）的图。另外，图4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并排显示的波形（转子位置检测波形）。

如这个图4所示，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）每个的过零点（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（实际上是没有被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4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4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的一个转动周期（U相的360°期间）中，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相的线圈施加的每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，通电控制部22通过基于辅助线圈Su的输出电压（U相电压）Vsu的过零点和其他两相（V、W相）被推定出的过零点，进行阶段的切换，能够进行对U、V、W相线圈的通电相的切换和通电时间点的控制。即，在无刷电机控制装置10中，通过过零点推定部21推定出过零点，来选择出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通电。

另外，在电机以高速转动的情况下，为了充分调动电机功率，如上所述，通过进行被辅助线圈Su感应的电压（U相电压）Vsu的检测和过零点的推定，进行180度通电，但是，在电机以低速转动的情况下，也可以通过120度通电方式来驱动电机。这个120°通电方式本身是周知的普通方法，以下对这个120°通电进行简单的说明。

图5是用于对120°通电进行说明的图。这个120°通电是通过通电控制部22中的120°通电控制部23进行的。在这个120度通电方式中，如图5中的U、V、W的相电压波形所示，在180度的全期间，线圈仅在120度的期间内被通电。所以，在U、V、W各相中会出现非通电相，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）为非通电相，在时刻t1～t2（120°相位中）中变为通电相。这个时刻t0～t1（60°相位中）的为非通电相的区间中，在U相线圈中产生了通过转子磁极产生的感应电压，通过检测其过零点a，可以检测出转子位置。同样地，对于V相，也可以在为非通电相的区间中，通过检测其过零点b，来检测出转子位置。

同样地，对于W相，也可以在为非通电相的区间中，通过检测其过零点c，来检测出转子位置。这样，能够检测出每60°的转子位置（转子磁极的切换点）的同时，能够根据这个转子位置，决定对U、V、W相线圈的通电相和通电时间点，从而驱动三相无刷电机1。

另外，在电机低速转动时，也可以切换到上述的120度通电，通过进行根据被上述的辅助线圈Su感应的电压（U相电压）Vsu进行的过零点检测，以及由过零点推定部21进行的其它两相（V、W相）的过零点推定，通过180°通电控制三相无刷电机1。

另外，在通过上述的180°通电控制部24进行180°通电的情况下，以及在通过120°通电控制部23进行120°通电的情况下，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各自的打开的期间中，对打开或关闭的占空比进行控制。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的占空比变化。这样，能够根据三相无刷电机1的转数，使得施加到电机绕组的电压变化。另外，在180°通电时，同样也可以对打开或关闭的占空比进行控制，从而使得施加到电机绕组的电压变化。

另外，图7是用于对转数变化时的例子进行说明的图。这个图7所示的例子是横轴表示时间t的流逝，并且，是在纵向将电机转数一定时被辅助线圈Su感应的电压Vsu的波形（W1），以及电机转数变化时被辅助线圈Su感应的电压Vsu的波形（W2）并排显示的图。

如图7所示，在辅助线圈Su的输出电压Vsu中产生了过零点a2后，电机转数变化，在时刻t2’，当比原来预计的过零点a3的位置（时刻t2的位置）更早地在辅助线圈Su的输出电压Vsu中产生了下一个过零点a3’时，再次基于该下一个过零点a3’推定出其他两相的过零点。

例如，如图7所示，过零点推定部21基于辅助线圈Su的输出电压Vsu的时刻t0时的过零点a1，以及时刻t1时的过零点a2，计算出过零点a1及a2之间的间隔时间T（=t1-t0）。计算出把这个相邻的过零点的间隔时间T3分为三份（以60°相位分割）时的T/3、2T/3的时间，推定出其他两相（V、W相）的过零点。

然后，电机转数变快，在被辅助线圈Su感应的电压（U相电压）Vsu中，当比原来预计的过零点a3的时刻t2更早，在时刻t2’产生过零点a3’时，过零点推定部21进行过零点的间隔时间T的更新。即，过零点推定部21在这个时点（时刻t2’），基于这个时刻t2’时的过零点a3’和时刻t1时的过零点a2，再次计算过零点的间隔时间T’（t2’-t1）并将其更新。

接着，过零点推定部21基于这个更新了的过零点间隔时间T’，计算出T’/3和2T’/3，再次推定其他两相（V、W相）的过零点。然后，在通电控制部22中，基于通过过零点推定部21再次推定出的其他两相（V、W相）的过零点的信息，进行对三相无刷电机1的通电的控制。

之后，在时刻t3，当在辅助线圈Su的输出电压Vsu中产生过零点a4时，在这个时点（时刻t3），基于这个时刻t3时的过零点a4和时刻t2’时的过零点a3’，再次计算出过零点的间隔时间T”（t3-t2’）并将其更新。过零点推定部21基于这个更新了的过零点的间隔时间T”，计算T”/3和2T”/3，推定出其他两相（W、V相）的过零点。然后，在通电控制部22中，基于通过过零点推定部21再次被推定出的其他两相（V、W相）的过零点的信息，进行对三相无刷电机1的通电的控制。

同样，在时刻t4，当在辅助线圈Su的输出电压Vsu中产生过零点a5时，过零点推定部21基于这个时刻t4时的过零点a5和时刻t3时的过零点a4，计算出过零点之间的间隔时间T”’（=t4-t3）。然后，在通电控制部22中，基于通过过零点推定部21再次被推定出的其他两相（V、W相）的过零点的信息，进行对三相无刷电机1的通电的控制。

这样，在无刷电机控制装置10中，电机转数变化，在被辅助线圈Su感应的电压（U相电压）Vsu中，当比原来预计的过零点的时刻更早地产生过零点时，基于在这个时点检测出的过零点和上次检测出的过零点，对过零点的间隔时间T进行更新。然后，在过零点推定部21中，基于被更新的过零点的间隔时间T，计算出T/3和2T/3，再次推定其他两相（W、V相）的过零点。在通电控制部22中，基于再次被推定的其他两相（W、V相）的过零点，进行对无刷电机三相1的通电的控制。这样，在电机转数变化的情况下，也能够切实地执行对无刷电机三相1的通电的控制。

另外，在图7所示的例子中，显示了被辅助线圈Su感应的电压Vsu中产生了过零点a2后，比原来预计的过零点a3的时刻t2更早，在时刻t2’时产生了过零点a3’的例子，但并不限于此。例如，在通过过零点推定部21推定出的其他两相的过零点之前，比如在2T/3时间经过之前，在被辅助线圈Su感应的电压Vsu中产生了下一个过零点的情况下，也能够基于该下一个过零点再次推定出其他两相的过零点。这样，在三相无刷电机1的转数急剧变化的情况下，也能够根据这个电机转数的变化，再次推定出其他两相的相电压的相位（转子位置）。

以上，对将三相无刷电机1作为电机驱动时（例如，作为启动机进行驱动时）的动作进行了说明，以下将对三相无刷电机1通过引擎5被转动驱动，作为三相交流发电机工作时的例子进行说明。

（对三相无刷电机1作为三相交流发电机进行工作的说明）

当三相无刷电机1被引擎5转动驱动时，三相无刷电机1变为三相交流发电机。当这个三相无刷电机1变为三相交流发电机时，无刷电机控制装置将从三相无刷电机1输出的三相交流输出电压转换（顺转换）为直流电压，通过这个直流电压向蓄电池4流通充电电流。在这种情况下，为了使得无刷电机控制装置高效地进行对蓄电池4的充电，进行控制三相无刷电机1的发电量的提前角/迟后角控制。另外，因为，提前角/迟后角控制的控制方法本身与本发明没有直接的关系，所以，以下对这个提前角/迟后角控制仅简单地说明（详细内容请参考专利文献二）。

提前角/迟后角控制如图8所示，是指对于三相无刷电机1的交流输出电压的相位，通过将构成无刷电机控制装置中的整流部的开关元件Q1～Q6的通电时间点移动到提前角侧或迟后角侧，来对三相无刷电机1的发电量进行控制。根据这个提前角/迟后角控制，能够在蓄电池4的电压比基准电压低而需要给蓄电池充电时，对无刷电机控制装置进行迟后角控制使得变为蓄电池充电状态，在蓄电池4的电压比基准电压高不需要充电时，对无刷电机控制装置进行提前角控制从而使得变为从蓄电池向三相无刷电机1释放能量的状态。

图9是显示使得无刷电机控制装置作为蓄电池充电装置工作时的结构的示例图，是无刷电机控制装置10a作为蓄电池充电装置和电机驱动装置工作时的结构的一例。图9所示的无刷电机控制装置10a与图10A和图10B所示的无刷电机控制装置10相比，在通电控制部22a中追加了相位控制调节器（regulator）部25（包含提前角/迟后角控制部25a）这一点上不同。另外，在控制部20a中新追加了用于检测蓄电池电压Vbat的电阻分压电路（由电阻R1及R2构成的电路）、生成基准电压Vref的基准电压电路31、比较蓄电池电压Vbat和基准电压Vref的误差放大器（amplifier）32这一点上不同。其他的结构与图1所示的无刷电机控制装置10相同。因此，对相同的结构部分给予相同的符号并省略重复的说明。

误差放大器32对来自实际的蓄电池电压Vbat的反馈（feedback）信号Vfb与蓄电池充电电压的设置值（目标值）Vref进行比较，将它们的差的信号放大并作为误差放大器输出Vc输出。另外，误差放大器输出Vc在蓄电池电压Vbat低、Vfb＜Vref的情况下，为Vc＞0，在蓄电池电压Vbat高、Vfb＞Vref的情况下，为Vc＜0。当Vc＞0时，进行对蓄电池4的充电（迟后角控制），当Vc＜0时，进行蓄电池4的放电（提前角控制）。

相位控制调节器部25中的提前角/迟后角控制部25a从误差放大器输出Vc接收误差放大器输出Vc的信号，决定提前角/迟后角量，生成根据提前角/迟后角量的开关元件Q1～Q6的打开或关闭信号，并向高侧预驱动电路11和低侧预驱动电路12输出。

在这样结构的无刷电机控制装置10a中，通过过零点检测电路13，检测出三相交流发电机的任一相，例如上述U相的辅助线圈Su的输出电压Vsu的过零点。然后，通过过零点推定部21，推定出其他两相（V、W相）的过零点。然后，通过被辅助线圈Su感应的电压（U相电压）Vsu的过零点，以及通过过零点推定部21推定出的其他两相（V相、W相）的过零点，推定出三相无刷电机1各相的交流输出电压的相位。

然后，在相位控制调节器部25中，相对于这个被推定出的三相无刷电机1的交流输出电压的相位，基于误差放大器32的输出电压Vc决定提前角/迟后角量，通过上述的提前角/迟后角控制部25a将开关元件Q1～Q6的通电时间点控制为提前角侧或迟后角侧。

这样，本发明的一个实施方式的无刷电机控制装置10a不在三相无刷电机（三相交流发电机）1的各相上设置转子位置检测传感器，也不设置前述的三角波生成电路、电压检测电路等，也能够对三相无刷电机1的交流输出电压进行提前角/迟后角控制，并进行对蓄电池4充电的控制。

如以上说明的那样，在本发明的一个实施方式的无刷电机控制装置10及10a中，在由U、V、W相构成的三相交流发电机的任一相上设置辅助线圈（交流输出电压检测用的辅助绕组），通过检测出这一相的辅助线圈的交流输出电压的过零点，推定其他两相的过零点（位相）。这样，不设置前述的三角波生成电路、电压检测电路等，也能够进行三相无刷电机1的控制。因此，能够使得无刷电机控制装置10及10a的结构简化，谋求成本的降低。

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

本发明的实施方式适用于三相无刷电机的控制装置，以及三相无刷电机的控制方法。根据这个无刷电机控制装置，以及无刷电机控制方法，在通过180°通电来对无转动位置传感器的三相无刷电机进行控制的情况下，检测出三相无刷电机的任一相的相电压，当根据这一相的相电压来推定其他两相的相电压的相位时，不使用三角波生成电路和电压检测电路，也能够推定出其他两相的相电压的相位。

符号说明

1…三相无刷电机

2…定子

2a…辅助线圈Su

3…转子

4…蓄电池

5…引擎

6…辅助线圈

10、10a…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

20、20a…控制部

21…过零点推定部

22、22a…通电控制部

23…120°通电控制部

24…180°通电控制部

25…相位控制调节器部

25a…提前角/迟后角控制部

31…基准电压电路

32…误差放大器

Q1～Q6…开关元件

Su…辅助线圈

Claims (7)

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：

相电压检测部，检测所述三相无刷电机的任一相的相电压；

过零点检测电路，检测通过所述相电压检测部检测出的一相的相电压的过零点；

过零点推定部，在计测通过所述过零点检测电路检测出的过零点的间隔时间T的同时，基于所述过零点的间隔时间T，计算出T/3和2T/3的时间从而推定出其他两相的过零点；以及

通电控制部，基于所述一相的相电压的过零点和被推定出的所述其他两相的过零点，推定所述转子的转动位置，控制对所述三相无刷电机的各相绕组的通电。

2.根据权利要求1所述的无刷电机控制装置，其特征在于：

其中，在所述一相的相电压中产生了过零点后，当在所述过零点的间隔时间T经过前在所述一相的相电压产生了下一个过零点时，所述过零点推定部基于该下一个过零点再次推定出所述其他两相的过零点。

3.根据权利要求1或2所述的无刷电机控制装置，其特征在于：

其中，当在推定出的所述其他两相的过零点之前在所述一相的相电压中产生了下一个过零点时，所述过零点推定部基于该下一个过零点再次推定出所述其他两相的过零点。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的无刷电机控制装置，其特征在于：

其中，在使得所述三相无刷电机作为给蓄电池充电的三相交流发电机工作时，所述通电控制部包括基于所述一相的相电压的过零点和被推定出的所述其他两相的过零点，推定出所述其他两相的相电压的相位，对从所述三相无刷电机输出的各相的交流输出电压进行整流及相位控制，从而给所述蓄电池充电的相位控制调节器部。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的无刷电机控制装置，其特征在于：

其中，所述三相无刷电机的定子侧的U、V、W相各自的线圈由复数个极构成，同时，通过使得所述U、V、W相的任一相中的一极的线圈变为隔离状态的线圈，检测出所述三相无刷电机的一相的相电压。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的无刷电机控制装置，其特征在于：

其中，所述三相无刷电机是作为内燃机构的启动用的启动机工作的同时，作为通过所述内燃机构被转动驱动的三相交流发电机的电机。

7.一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，包含：

相电压检测步骤，检测所述三相无刷电机的任一相的相电压；

过零点检测步骤，检测通过所述相电压检测步骤检测出的一相的相电压的过零点；

过零点推定步骤，在计测通过所述过零点检测步骤检测出的过零点的间隔时间T的同时，基于所述过零点的间隔时间T，计算出T/3和2T/3的时间从而推定出其他两相的过零点；以及

通电控制步骤，基于所述一相的相电压的过零点和被推定出的所述其他两相的过零点，推定所述转子的转动位置，控制对所述三相无刷电机的各相绕组的通电。

Images