CN104518723B - 发动机控制装置、空气调节机、以及发动机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低成本、且高可靠性的发动机控制装置等。本发明的发动机控制装置(1)具备启动时状态推定部(115)，该启动时状态推定部(115)基于通过在逆变器电路(2)的直流侧设置的分流电阻(R)而检测出的电流值，对逆变器电路(2)输出控制信号，来以无位置传感器方式对发动机进行驱动，启动时状态推定部(115)在启动发动机(M)时，以该发动机(M)的电枢所具备的多相绕组中的一相为基准，将使在dq坐标系中沿着d轴的定位电流流动的指令输出给逆变器电路(2)，并基于根据该指令通过分流电阻(R)而检测出的电流值，至少推定流过所述电枢的发动机电流的相位角以及电气角频率。

Description

发动机控制装置、空气调节机、以及发动机控制方法

技术领域

本发明涉及一种对发动机的驱动进行控制的发动机控制装置等。

背景技术

公知一种基于在发动机的3相绕组产生的线间电压等，来推定转子的位置，并根据该推定结果来对发动机进行驱动的无位置传感器控制。通过采用无位置传感器控制，存在能够在各种设置环境设置发动机，并且由于省略了位置传感器，故而能够削减相应的制造成本的优点。

例如，专利文献1中记载了一种电动机的控制装置，其具备：对3相绕组的线间感应电压进行检测的感应电压检测电路；用于对在逆变器的直流侧流动的电流进行检测的分流电阻；和对同步发动机的驱动进行控制的微机。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-166695号公报

【发明概要】

【发明要解决的技术课题】

在专利文献1所记载的发明中，微机在启动发动机时(发动机停止时)，通过感应电压检测电路来检测空转所伴随的转子的磁极位置等。另外，微机，一边基于分流电阻的电流值来对发动机电流进行再现，一边执行PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)控制来驱动发动机。

如此记载于专利文献1的发明，是一种在对发动机的磁极位置等进行检测时，启动前和启动后使用不同的电路(感应电压检测电路以及分流电阻)的构成。这样由于存在多个用于发动机的磁极位置等的检测的电路，因此存在相应地控制装置的制造成本变高的问题。另外，在一方的电路存在不良状况的情况下，便有可能无法适当地启动发动机。

发明内容

因而，本发明的课题在于，提供一种低成本、且高可靠性的发动机控制装置等。

【用于解决课题的技术手段】

为了解决上述课题，本发明涉及的发动机控制装置，其特征在于，在启动发动机时，以该发动机的电枢所具备的多相绕组中的一相为基准，将使在dq坐标系中沿着d轴的定位电流流动的指令输出给逆变器电路，并基于根据该指令由电流检测器检测出的电流值，至少推定流过所述电枢流动的发动机电流的相位角以及电气角频率。

另外，关于详细情况，在本发明的实施方式中进行说明。

【发明效果】

根据本发明，能够提供一种低成本、高可靠性的发动机控制装置等。

附图说明

图1是本发明的一实施方式涉及的发动机控制装置的构成图。

图2是具备与发动机连结的室外风扇的空气调节机的系统构成图。

图3是表示在发动机的3相绕组中流动的相电流的相位角、与在3相绕组中流动的电流的走向之间的关系的说明图

图4(a)是表示在发动机的停止过程中由于室外风扇的空转而在3相绕组中流动电流的状态的说明图，(b)是表示将上臂开关元件设置为接通的状态的说明图，(c)是表示将下臂开关元件设置为接通的状态的说明图。

图5(a)是表示发动机的实轴与控制轴之间的关系的说明图，(b)是表示在发动机中流动定位电流时的电流矢量的说明图。

图6是发动机控制装置所具备的启动时状态推定部的构成图。

图7是表示发动机控制装置执行的处理的流程的流程图。

图8是表示发动机控制装置执行的启动时状态推定处理(S102：参照图7)的流程的流程图。

图9(a)是用dq坐标系对定位电流进行矢量表示的说明图，(b)是表示发动机正向转动的情况下的q轴电流随时间推移发生的变化的说明图，(c)是表示发动机停止的情况下的q轴电流随时间推移而发生的变化的说明图，(d)是表示发动机逆向转动的情况下的q轴电流随时间推移而发生的变化的说明图。

图10是与反馈电流的检测相关的说明图，(a)是U相、V相、W相的电压指令定时器计数值的说明图，(b)是表示各开关元件的接通/断开的说明图，(c)是表示在分流电阻中流动的母线电流的变化的说明图。

图11是表示在输入了定位电流指令的情况下流动的3相电流的走向的说明图，(a)与图10(c)的区间K2对应，(b)与图10(c)的区间K3对应。

图12是表示在输入了定位电流指令的情况下流动的3相电流的走向的说明图，(a)与图10(c)的区间K5对应，(b)与图10(c)的区间K6对应。

图13是表示发动机控制装置执行的控制模式设定处理(S103：参照图7)的流程的流程图。

具体实施方式

关于本发明的实施方式，适当地参照附图详细进行说明。以下，作为一例，针对与空气调节机S(参照图2)的室外机So连结的发动机M的控制进行说明。

《实施方式》

图1是本实施方式涉及的发动机控制装置的构成图。发动机控制装置1是如下装置：基于在逆变器电路2的直流侧设置的分流电阻R的电流检测值，对逆变器电路2输出控制信号来以无位置传感器方式对发动机M进行驱动。

以下，首先，针对作为发动机控制装置1的控制对象的逆变器电路2以及发动机M进行简单说明。接着，针对与发动机M连结的室外风扇F等进行说明，在对与该室外风扇F的状态推定相关的概要进行说明之后，针对本实施方式涉及的发动机控制装置1详细进行说明。

图1所示的逆变器电路2是如下电力变换器：将从直流电源3输入的直流电压(直流电力)变换成3相交流电压(3相交流电力)，将该3相交流电压输出给发动机M。在此，直流电源3将从交流电源31输入的交流电力通过整流电路32以及平滑电容器33变换成直流电力。

逆变器电路2通过将具备开关元件Tr_Pu、Tr_Nu的第1支路(参照图4)、具备开关元件Tr_Pv、Tr_Nv的第2支路、和具备开关元件Tr_Pw、Tr_Nw的第3支路相互并联连接而构成。以下，有时将任意的开关元件仅记作“开关元件Tr”。为了防止因整流而引起的开关元件Tr的破坏，因而在开关元件Tr反并联连接有回流二极管D_Pu、D_Nu等(参照图4)。

在逆变器电路2所具有的下臂开关元件Tr_Nu、Tr_Nv、Tr_Nw(参照图4)的共同连接点与直流电源3的负极之间(即，在逆变器电路2的直流侧连接的母线A)，设置有分流电阻R(电流检测器)。在分流电阻R中流动的电流的检测值，被输出给发动机控制装置1的电流再现处理部101。

发动机M是例如无刷直流发动机，具有卷绕3相绕组Lu、Lv、Lw(参照图4)的定子(电枢：未图示)、和相对于该定子可旋转地被轴支撑的转子(永久磁铁：未图示)。

通过上述的逆变器电路2的驱动，来切换在3相绕组Lu、Lv、Lw中流动的电流的走向，在与转子之间产生吸引力/反作用力。发动机M的转子的轴X，与空气调节机S的室外风扇F连结。

图2是具备与发动机连结的室外风扇的空气调节机的系统构成图。另外，图2所示的箭头表示在制冷运转时冷媒流动的方向。

空气调节机S具备：压缩机41、四通阀42、室外热交换器43、膨胀阀44、室内热交换器45、室外风扇F、和室内风扇F1。通过将四通阀42、压缩机41、室外热交换器43、膨胀阀44、以及室内热交换器45按环状依次连接，从而构成冷媒回路T。

室外风扇F是向室外热交换器43送入室外空气的风扇，被设置于室外机So。通过室外风扇F的转动，从而在室外热交换器43中流通的冷媒与外部气体进行热交换。如前所述，在室外风扇F连结有本实施方式所涉及的发动机M的转子(未图示)。

室内风扇F1是向室内热交换器45送入室内空气的风扇，被设置于室内机Si。通过室内风扇F1的转动，从而在室内热交换器45中流通的冷媒与室内空气进行热交换。在室内风扇F1设置另外的发动机M1。

室外机So由于被设置在屋外，因而很多情况下自然风会流入室外风扇F。因此，即使在发动机M停止的状态下(即，下次启动时)，有时室外风扇F也会因自然风而正向转动或者逆向转动。

本实施方式中，在发动机M的启动前，基于分流电阻R的电流检测值来推定在发动机M中流动的电流的相位角等。以下，有时将室外风扇F(即，发动机M的转子)空转的情况仅记作“发动机M空转”。

<发动机驱动过程中的相电流>

图3是表示在发动机的3相绕组流动的相电流的相位角、与在3相绕组流动的电流的走向之间的关系的说明图。另外，图3所示的“流入侧”以及“流出侧”，表示以发动机M为基准的电流的走向。

发动机控制装置1，基于PWM控制使电气角的相位角逐次相差120。的电流在3相绕组Lu、Lv、Lw中流动来使发动机M驱动。即，发动机控制装置1，使各开关元件Tr的接通占空(on duty)改变，以使得在3相绕组Lu、Lv、Lw中流动的电流按照电流相位区间L0～L5的顺序推移。由此，在3相绕组Lu、Lv、Lw产生使得与转子的磁极之间产生吸引力/反作用力的磁场。

<伴随发动机的空转而产生的相电流>

如前所述，若在使发动机M的驱动停止的状态下吹入自然风，则有时会反抗作用于发动机M的转子的惯性力/摩擦力、或在3相绕组Lu、Lv、Lw产生的反电动势而使得室外风扇F空转(free run)。若室外风扇F空转，则与该室外风扇F连结的转子也空转，通过在转子与定子之间产生的反电动势，从而电流流过3相绕组Lu、Lv、Lw。

<空转状态的推定处理的概要>

图4(a)是表示在发动机的停止中，由于室外风扇的空转而在3相绕组流动电流的状态的说明图。若在开关元件Tr全部断开的状态下室外风扇F进行空转(逆转)，则在某个时刻会流动图4(a)所示的走向的电流。即，产生胜过直流电源3的电动势的反电动势，并经由母线A以及回流二极管D_Nu向线圈Lu流入U相电流Iu。

另一方面，流经线圈Lv的V相电流Iv，经由回流二极管D_Pv被推向直流侧，流经线圈Lw的W相电流Iw经由回流二极管D_Pw被推向直流侧。另外，电流Iu、Iv、Iw的走向，根据转子的磁极位置而时刻发生变化。

接着，针对在停止了发动机M的驱动的状态下，使以U相为基准的微小的定位电流(d轴电流指令)流过3相绕组Lu、Lv、Lw的情况进行考虑。即，通过发动机控制装置1，向逆变器电路2输入以U相为基准在dq坐标系中沿着d轴的定位电流指令。

图4(b)是表示将上臂开关元件设置为接通的状态的说明图。在室外风扇F空转的状态下，例如按占空比10％将开关元件Tr_Pu设为接通，按占空比5％将开关元件Tr_Pv、Tr_Pw设为接通。

如图4(b)所示，在发动机M未空转的状态下，在开关元件Tr_Pu中流动的U相电流Iu流入线圈Lu之后，朝向线圈Lv、Lw进行分流。从线圈Lv流出的V相电流Iv，经由回流二极管D_Pv朝向开关元件Tr_Pu(关于W相电流Iw也同样)。这种情况下，发动机M的电枢不产生反电动势，没有转矩电流流过3相绕组Lu、Lv、Lw(q轴分量)。

如图4(c)所示，关于将下臂开关元件Tr设置为接通的情况也同样(关于图4(b)、(c)所示的区间K1、K2在后面叙述)。

另一方面，在发动机M空转的状态下，若使上述的定位电流流过3相绕组Lu、Lv、Lw，则不仅与该定位电流对应的电流(d轴分量)流动，而且因伴随转子的空转而产生的反电动势的影响而导致分流电阻R中也有电流流动。

在本实施方式中，对在像这样提供微小的定位电流时在分流电阻R中流动的电流进行检测，并基于该电流检测值来推定3相绕组Lu、Lv、Lw的电流相位角、电气角频率、以及空转的方向(正向转动/停止/逆向转动)。

<发动机控制装置的构成>

再次返回到图1继续进行说明。发动机控制装置1是如下装置：基于被从分流电阻R输入的电流检测值Ist来生成PWM信号，并将该PWM信号输出给逆变器电路2。发动机控制装置1是例如微机(Microcomputer：未图示)，读出在ROM(Read Only Memory，只读存储器)中存储的程序并在RAM(Random Access Memory，随机访问存储器)中展开，由CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)执行各种处理。

另外，图1所示的构成图中用粗边线示出的启动时状态推定部115以及启动模式设定部116，在对发动机M进行启动时(即，停止中)被使用，在发动机M的驱动过程中不被使用。

图5(a)是表示发动机的实轴与控制轴之间的关系的说明图。图5(a)所示的d轴是表示作为永久磁铁的转子的磁通方向的轴，q轴是与d轴正交的轴。在进行无位置传感器控制的情况下，在作为被推定的d轴的dc轴以及作为被推定的q轴的qc轴上进行电流控制。以下，有时将d轴以及q轴记作“实轴”，将dc轴以及qc轴记作“控制轴”。

发动机控制装置1主要具备电流再现处理部101、3相/2轴变换器102、轴误差推定器103、电压指令运算器112、2轴/3相变换器113、PWM信号发生器114、启动时状态推定部115、和启动模式设定部116。

电流再现处理部101根据被从分流电阻R输入的电流检测值Ist、和逆变器电路2所具有的开关元件Tr(参照图4)的接通/断开信号，来对在发动机M中流动的3相电流Iuc、Ivc、Iwc进行再现。电流再现处理部101，将所再现的3相电流Iuc、Ivc、Iwc输出给3相/2轴变换器102。

3相/2轴变换器102在发动机M的驱动过程中执行以下的处理。即，3相/2轴变换器102基于被再现的3相电流Iuc、Ivc、Iwc和从积分器107输入的相位θdc，来计算控制系统的dc轴电流Idc以及qc轴电流Iqc。

然后，3相/2轴变换器102将dc轴电流Idc输出给d轴电流指令发生器108，将qc轴电流Iqc输出给q轴电流指令发生器109。另外，3相/2轴变换器102将dc轴电流Idc以及qc轴电流Iqc输出给轴误差推定器103。

另外，在图1中，虽然将dc轴电流Idc的信号线、和qc轴电流Iqc的信号线从中途起作为同一信号线进行记载，但实际上分别作为不同的信号被输入至轴误差推定器103等(关于后述的Vdc*、Vqc*也同样)。

另外，3相/2轴变换器102在启动发动机M时(即，发动机M的驱动停止过程中)，执行以下的处理。即，3相/2轴变换器102，根据被从电流再现处理部101输入的3相电流Iuc、Ivc、Iwc来计算反馈电流Id_fb、Iq_fb。然后，启动时状态推定部115将所计算出的反馈电流Id_fb、Iq_fb输出给启动时状态推定部115。

这样，3相/2轴变换器102的处理内容在发动机启动时和在发动机驱动过程中是不同的。

轴误差推定器103基于dc轴电压指令Vdc*、qc轴电压指令Vqc*、dc轴电流Idc、qc轴电流Iqc、和电气角频率ω1c，来推定轴误差Δθc。即，轴误差推定器103基于被从分流电阻R输入的电流值Ist，来推定发动机M的实轴和控制轴之间的轴误差Δθc。另外，省略关于该推定处理的详细说明。

轴误差推定器103将所推定出的轴误差Δθc输出给符号翻转器104。

符号翻转器104使被从轴误差推定器103输入的轴误差Δθc的符号翻转(即，从作为轴误差指令值的零中减去轴误差Δθc)。符号翻转器104将值(-Δθc)输出给PLL电路105。

PLL(Phase Locked Loop，锁相环)电路105使用从符号翻转器104输入的值(-Δθc)来执行PI(Proportional Integral，比例积分)控制，计算出发动机M的角频率修正值Δω1。PLL电路105将所计算出的角频率修正值Δω1输出给加算器106。

加算器106将从角频率指令运算器111输入的电气角频率指令ω1*、和从PLL电路105输入的角频率修正值Δω1相加，来计算出角频率修正值Δω1。加算器106将角频率修正值Δω1输出给积分器107以及轴误差推定器103。积分器107对从加算器106输入的电气角频率ω1c进行积分来计算相位推定值θdc。积分器107将所计算出的相位推定值θdc输出给3相/2轴变换器102以及2轴/3相变换器113。

d轴电流指令发生器108基于从3相/2轴变换器102输入的dc轴电流Idc来计算d轴电流指令Id*。d轴电流指令发生器108将所计算出的d轴电流指令Id*输出给电压指令运算器112。

q轴电流指令发生器109基于从3相/2轴变换器102输入的qc轴电流Iqc来计算q轴电流指令Iq*。q轴电流指令发生器109，将所计算出的q轴电流指令Iq*输出给电压指令运算器112。

另外，d轴电流指令发生器108以及q轴电流指令发生器109在被从遥控器5输入启动指令时(即，实际使发动机M刚刚驱动之前)，生成规定的定位电流。如前所述，定位电流是用于对室外风扇F的空转状态进行检测的微小电流。另外，关于采用定位电流的处理的详细情况在后面叙述。

角频率指令发生器110为了按照预先设定的程序使发动机M驱动而产生角频率指令ωr*，以使得向室外热交换器43送入规定的风量的外部空气。角频率指令发生器110将所产生的角频率指令ωr*输出给角频率指令运算器111。

另外，角频率指令发生器110在发动机M的刚刚启动之前使定位电流(d轴电流指令)在电枢中流动时，产生角频率指令ωr*＝0。进而，角频率指令发生器110基于通过启动时状态推定部115推定的电气角频率Frq、和从启动模式设定部116输入的状态信息，来生成角频率指令ωr*。

角频率指令运算器111将从角频率指令发生器110输入的角频率指令ωr*乘以发动机M的极对数(P/2)，来计算电气角频率指令ω1*。角频率指令运算器111将所计算出的电气角频率指令ω1*输出给加算器106以及电压指令运算器112。

电压指令运算器112基于上述的d轴电流指令Id*、q轴电流指令Iq*、和电气角频率指令ω1*，来计算d轴电压指令Vd*以及q轴电压指令Vq*。电压指令运算器112将所计算出的d轴电压指令Vd*以及q轴电压指令Vq*输出给轴误差推定器103以及2轴/3相变换器113。

2轴/3相变换器113基于从电压指令运算器112输入的d轴电压指令Vd*以及q轴电压指令Vq*、和从积分器107输入的相位推定值θdc，来计算发动机的3相电压指令Vu*、Vv*、Vw*。2轴/3相变换器113将所计算出的3相电压指令Vu*、Vv*、Vw*输出给PWM信号发生器114。

PWM信号发生器114基于从2轴/3相变换器113输入的3相电压指令Vu*、Vv*、Vw*，生成PWM信号。PWM信号发生器114将所生成的PWM信号输出给逆变器电路2的开关元件Tr(参照图4)。

启动时状态推定部115基于伴随上述的定位电流的输入而在分流电阻R中流动的馈电流Id_fb、Iq_fb，来推定启动时的发动机M的空转状态。在此，“发动机M的空转状态”包含在3相绕组Lu、Lv、Lw中流动的发动机电流的相位角、电气角频率、以及转子空转的方向(正向转动/停止/逆向转动)。

图5(b)是表示在发动机中流动定位电流时的电流矢量的说明图。在发动机M未空转的情况下，与以d轴为基准的定位电流相应的电流I在分流电阻R中流动。这种情况下，q轴分量的反馈电流Iq_fb成为零。

另一方面，在发动机M空转的情况下，因反电动势的影响而产生的电流ΔI加在上述的电流I中，作为矢量而相加的电流(I+ΔI)在分流电阻R中流动。即，如图5(b)所示，电流(I+ΔI)的相位角根据发动机M空转的速度、方向而发生变化。

这样在本实施方式中，利用在分流电阻R中流动的反馈电流Id_fb、Iq_fb根据室外风扇F的空转状态而发生变化，来推定发动机M的空转状态。

图6是发动机控制装置所具备的启动时状态推定部的构成图。

启动时状态推定部115具有电流相位运算部115a、d轴相位变换部115b、减法运算器115c、相位差运算部115d、状态判定部115e、和频率运算部115f。

电流相位运算部115a在启动发动机M时基于从3相/2轴变换器102输入的反馈电流Id_fb、Iq_fb，来计算发动机电流的相位角。另外，电流相位运算部115a按规定周期(例如、每0.01秒)对相位角φ进行运算。电流相位φ基于以下所示的(式1)来计算。其中，本实施方式中由于以q轴为基准执行运算处理，因此(式1)中将分母设为q轴的反馈电流Iq_fb。

【式1】

···(式1)

电流相位运算部115a在从遥控器5(参照图1)输入了启动指令之后，将最初计算出的相位角φ输出给d轴相位变换部115b。另外，将按规定周期计算出的电流相位φ保存在存储单元(未图示)中。

d轴相位变换部115b基于从电流相位运算部115a输入的电流相位φ，来计算d轴相位θ_d。另外，定位电流作为d轴启动(d轴电流指令Id*≠0、q轴电流指令Iq*＝0)而被提供，且转动频率指令ωr*＝0[Hz]。因此，可以认为发动机M的电流相位φ与d轴相位θ_d之间相互对应。

在从状态判定部115e输入了表示“正向转动”的信息的情况下，d轴相位变换部115b基于以下所示的(式2)来计算d轴相位θ_d(参照图5(a))。

【式2】

···(式2)

另外，在转子逆向转动(空转)的情况下，d轴相位与正向转动时相比，相位偏离π[rad]。在从状态判定部115e输入了表示“逆向转动”的信息的情况下，d轴相位变换部115b基于以下所示的(式3)来计算d轴相位θ_d。

【式3】

···(式3)

d轴相位变换部115b将所计算出的d轴相位θ_d(即，发动机电流的相位角)输出给图1所示的积分器107。

减法运算器115cd对本次(第二次以后)计算出的相位角φ_n、与前次的相位角φ_n-1之间的相位差Δφ_n进行计算。减法运算器115c将所计算出的相位差Δφ_n输出给相位差运算部115d。

相位差运算部115d基于以下所示的(式4)，对N个按规定周期计算出的相位差Δφ_n进行取和，计算相位差Δφ_sum。上述值N是为了确保发动机M的运算精度而预先设定的值(例如、N＝16)。即，通过在N级的缓冲区(未图示)中保存电流相位来求出相位差Δφ_sum，从而即使在转子以低速转动进行空转的情况下，也能够高精度地计算频率Frq等。

【式4】

···(式4)

相位差运算部115d将所计算出的相位差Δφ_sum输出给状态判定部115e以及频率运算部115f。状态判定部115e基于从相位差运算部115d输入的相位差Δφ_sum，来判定转子(即，室外风扇F)是正向转动的空转/停止/逆向转动的空转中的哪一个。相位差Δφ_sum与转子的状态之间的关系如以下的表1所示。另外，在相位差Δφ_sum的绝对值为规定值以下的情况下，也可以通过状态判定部115e来判定为“停止”。

状态判定部115e将所判定出的结果输出给d轴相位变换部115b、频率运算部115f、以及启动模式设定部116(参照图1)。

【表1】

相位差	转子的状态
		Δφsum＞0	正向转动(空转)
Δφsum＝0	停止
		Δφsum＜0	逆向转动(空转)

频率运算部115f基于从相位差运算部115d输入的相位差Δφ_sum，来计算转子空转时的电气角频率Frq。即，频率运算部115f用相位差Δφ_sum除以将上述的值N、与相位角φ的运算周期ΔT相乘得到的值NΔT，进而乘以规定的常数来计算电气角频率Frq。频率运算部115f将所计算出的电气角频率Frq输出给角频率指令发生器110(参照图1)以及启动模式设定部116。

图1所示的启动模式设定部116基于从启动时状态推定部115输入的电气角频率Frq、和上述的状态信息，来设定发动机M的启动模式。另外，关于启动模式设定部116执行的处理的详细情况在后面叙述。启动模式设定部116将所设定的启动模式输出给角频率指令运算器111。

<发动机控制装置的动作>

图7是表示发动机控制装置执行的处理的流程的流程图。

步骤S101中，发动机控制装置1判定是否存在发动机M的启动指令。另外，发动机M的启动指令根据经由遥控器5的操作(例如、制冷运转打开)从室内机Si侧的控制装置(未图示)来输入。

在存在发动机M的启动指令的情况下(S101→是)，发动机控制装置1的处理进入步骤S102。另一方面，在没有发动机M的启动指令的情况下(S101→否)，发动机控制装置1反复步骤S101的处理。

步骤S102中，发动机控制装置1执行启动时状态推定处理，推定刚刚启动之前的发动机M的状态。

步骤S103中，发动机控制装置1基于步骤S102的推定结果，执行启动模式设定处理。另外，关于启动模式设定处理的详细情况在后面叙述。

图8是表示发动机控制装置执行的启动时状态推定处理(S102：参照图7)的流程的流程图。

步骤S1021中，发动机控制装置1为了使定位电流流过发动机M的电枢而生成定位电流指令(Id*≠0、Iq*＝0、ω*＝0)。若以dq坐标系表示该定位电流指令，则如图9(a)所示。

发动机控制装置1将上臂开关元件Tr_Pu、Tr_Pv、Tr_Pw设置为接通，以使得定位电流流过3相绕组Lu、Lv、Lw(参照图4(b))。例如，发动机控制装置1按占空比10％将开关元件Tr_Pu设置为接通，以其一半的占空比5％将开关元件Tr_Pv、Tr_Pw设置为接通。

另外，该状态对于转子作为微小的制动力而发挥作用。因此，为了不使发动机M的空转状态发生变化(即，使得不会由于提供定位电流而发生大的干扰)，优选定位电流为微少值。该状态与图10(c)所示的区间K1对应。

接着，发动机控制装置1根据上述的区间K1的状态对开关元件Tr_Pu、Tr_Nu的接通/断开进行切换。这样，如图11(a)所示，储蓄在各线圈中的电能被释放，经由分流电阻R而流动电流Iu(＝Iv+Iw)。该状态与图10(c)所示的区间K2对应。

接着，发动机控制装置1根据上述的区间K2的状态对开关元件Tr_Pv、Tr_Nv的接通/断开进行切换。这样，如图11(b)所示，经由分流电阻R而流动电流Iw。该状态与图10(c)所示的区间K3对应。

即，发动机控制装置1一边相对于V相以及W相而以2倍的接通占空来驱动U相的开关元件Tr_Pu或者Tr_Nu，一边对电流路径进行切换。通过按照这样经时性地对电流路径进行切换，从而通过一个分流电阻R便能得到与3相的电流Iu、Iv、Iw相关的信息。另外，电流Iv通过从在区间K2获取的电流值(Iv+Iw)中减去在区间K3获取的电流值Iw而得到。

另外，图10(a)所示的时间Δt是例如组装了发动机控制装置1的电路之后的微机的取样周期(或者其整数倍)。

接着，发动机控制装置1根据上述的区间K4的状态(参照图4(c)、图10(c))来切换U相的开关元件Tr_Pu、Tr_Nu的接通/断开。若这样，则如图12(a)所示，储蓄在各线圈中的电能被释放，经由分流电阻R而流动电流Iu(＝Iv+Iw)。该状态与图10(c)所示的区间K5对应。

接着，发动机控制装置1根据上述的区间K5的状态来切换开关元件Tr_Pv、Tr_Nv的接通/断开。若这样，则如图12(b)所示，经由分流电阻R而流动电流Iw。该状态与图10(c)所示的区间K6对应。

进而，发动机控制装置1根据区间K6的状态来切换W相的开关元件Tr_Pw、Tr_Nw的接通/断开，返回至区间K1的状态(参照图4(b)、图10(c))。

这样，发动机控制装置1通过对逆变器电路2所具有的多个开关元件Tr中、为了使定位电流流动而输入接通信号的开关元件Tr进行切换，来计算3相绕组Lu、Lv、Lw的电流值。由此，能够计算dq坐标系中的发动机电流的相位角φ(参照图6)。

另外，这样的一系列的处理，在非常短的时间(PWM控制的一个周期的时间)内被执行。发动机控制装置1按规定周期执行PWM控制，该PWM控制一边生成d轴电流指令Id*(参照图9(a))，一边使上述的区间K1～K6依次推移。若这样，则上述的反馈电流Id_fb、Iq_fb随着时间的经过而按照以下方式发生变化。

即，在发动机M向正向空转(正向转动)的情况下，因反电动势的影响而使得反馈电流Id_fb、Iq_fb时刻发生变化。例如，反馈电流的q轴分量随着时间的经过而按正弦波状发生变化(参照图9(b))。

另外，在发动机M未空转的情况下，分流电阻R中流动与上述的d轴电流指令Id*对应的反馈电流(作为磁通方向的d轴分量)。另外，发动机M中没有产生反电动势，并且q轴电流指令Iq*为零。因此，反馈电流的q轴分量Iq_fb大致成为零(参照图9(c))。

另外，在发动机M向反向空转(逆向转动)的情况下，反馈电流的q轴分量Iq_fb以与正向转动的情况相反的相位按正弦波状发生变化(参照图9(d))。

再次返回图8继续进行说明。在步骤S1022中，发动机控制装置1设值n＝1。该值n是每次计算发动机M的电流相位角时都递增的自然数(S1025)。

步骤S1023中，发动机控制装置1计算发动机电流的相位角φ_n。即，发动机控制装置1通过电流相位运算部115a，基于与步骤S1021的d轴指令相应的反馈电流Id_fb、Iq_fb，来计算发动机电流的相位角φ_n。发动机控制装置1将所计算出的相位角φ_n保存在存储单元(未图示)中。

步骤S1024中，发动机控制装置1判定是否值n＝1。在值n＝1的情况下(S1024→是)，发动机控制装置1的处理进入步骤S1025。在步骤S1025中，发动机控制装置1使值n递增，进入步骤S1023的处理。

另一方面，在不是值n＝1、即值n为2以上的情况下(S1024→否)，发动机控制装置1的处理进入步骤S1026。在步骤S1026中，发动机控制装置1通过减法运算器115c从本次的相位角φ_n中减去前次的相位角φ_n-1来计算相位差Δφ_n。

在步骤S1027中，发动机控制装置1通过相位差运算部115d计算从n＝1起至本次为止计算出的相位差Δφ_n的和Δφ_sum(n)。即，发动机控制装置1通过将本次计算出的相位差Δφ_n加在前次为止的和Δφ_sum(n-1)上，来计算和Δφ_sum(n)。

步骤S1028中，发动机控制装置1判定是否n＝N。如前所述，值N是为了确保运算精度而设定的值(例如、N＝16)。在n＜N的情况下(S1028→否)，在步骤S1025中，发动机控制装置1使值n递增，进入步骤S1023的处理。

另一方面，在n＝N的情况下(S1028→是)，发动机控制装置1的处理进入步骤S1029。在步骤S1029中，发动机控制装置1通过状态判定部115e来判定发动机M的状态(正向转动/停止/逆向转动)。该判定处理基于在步骤S1027中最终得到的相位差的总和Δφ_sum(N)的符号来判定(参照上述的表1)。

步骤S1030中，发动机控制装置1通过频率运算部115f来计算正在空转或者正处于停止的发动机M的电气角频率Frq。

发动机控制装置1按照这样来计算正在空转(或者处于停止)的发动机M的电流相位角、电气角频率、转动的方向(正向转动/停止/逆向转动)。发动机控制装置1基于这些计算结果来设定发动机M的启动模式。

图13是表示发动机控制装置执行的控制模式设定处理(S103：参照图7)的流程的流程图。

步骤S1031中，发动机控制装置1判定在步骤S1030(参照图8)中计算出的电气角频率Frq是否在规定值Frq1以上。在此，规定值Frq1是成为判定是否通过室外风扇F进行空转而适当地进行了经由室外热交换器43的热交换的判定基准的阈值。另外，即使电气角频率Frq在规定值Frq1以上且室外机S0逆向转动(空转)的情况下，也能经由室外热交换器43在空气与冷媒之间进行热交换。

在电气角频率Frq为规定值Frq1以上的情况下(S1031→是)，发动机控制装置1的处理进入步骤S1032。步骤S1032中，发动机控制装置1不对逆变器电路2进行驱动而使发动机M的空转继续。

步骤S1033中，发动机控制装置1判定是否在开始步骤S1032的处理之后经过了规定时间Δt1。规定时间Δt1是对空转状态的发动机M进行监视时的周期，是预先设定的。

在未经过规定时间Δt1的情况下(S1033→否)，发动机控制装置1的处理进入步骤S1032。另一方面，在经过了规定时间Δt1的情况下(S1033→是)，发动机控制装置1的处理进入图8的步骤S1021。发动机控制装置1以此方式来按照每个规定时间Δt1对发动机M的空转状态进行监视。

图13的步骤S1031中，在电气角频率Frq小于规定值Frq1的情况下(S1031→否)，发动机控制装置1的处理进入步骤S1034。步骤S1034中，发动机控制装置1判定发动机M是否处于正向转动的空转。在该处理中用到上述的步骤S1029(参照图8)的处理结果。

在步骤S1034中判定出发动机M正处于正向转动的空转的情况下(S1034→是)，步骤S1035中，发动机控制装置1执行无正向转动传感器运转。即，发动机控制装置1推定发动机M的磁极位置，执行PWM控制以使得上述的轴误差Δθ成为零。

在步骤S1034中判定出发动机M未处于正向转动的空转的情况下(S1034→否)，发动机控制装置1的处理进入步骤S1036。步骤S1036中，发动机控制装置1判定发动机M是否处于停止。另外，上述的“停止”还包含发动机M微动的情况。

在判定出发动机M处于停止的情况下(S1036→是)，在步骤S1037中，发动机控制装置1通过使制动电流流动而使发动机M完全停止，进行定位。

步骤S1038中，发动机控制装置1执行正向转动同步运转。即，发动机控制装置1基于步骤S1023中计算出的相位角φ₁、以及步骤S1030中计算出的电气角频率Frq来进行同步运转，使发动机M缓缓加速。在进行了正向转动同步运转之后，发动机控制装置1的处理进入步骤S1035(无正向转动传感器运转)。

在步骤S1036中判定出发动机M未停止(即，逆向转动的空转)的情况下，发动机控制装置1的处理进入步骤S1039。

步骤S1039中，发动机控制装置1判定在步骤S1030(参照图8)中计算出的电气角频率Frq是否在规定值Frq2以上。在此，规定值Frq2(＜Frq1)是成为判定不进行无逆向转动传感器而以规定的制动电流能否停止发动机M的空转的判定基准的阈值。

在电气角频率Frq为规定值Frq2以上的情况下(S1039→是)，发动机控制装置1在步骤S1040中执行无逆向转动传感器运转。即，发动机控制装置1将反抗发动机M的空转(逆向转动)来使发动机M正向转动的电压指令输出给逆变器电路2。由此，使发动机M逆向转动的力便被强制消除，发动机M的空转缓缓减速。

步骤S1041中，发动机控制装置1使发动机M的转子暂时停止，对转子的位置(机械角)进行保持。在按照这样进行定位之后，发动机控制装置1依次执行正向转动同步运转(S1038)以及无正向转动传感器运转(S1035)。

另一方面，在电气角频率Frq小于规定值Frq2的情况下(S1039→否)，发动机控制装置1在步骤S1042中使制动电流增加。即，发动机控制装置1一边将提供转动转矩的q轴电流指令Iq*设为零，一边使d轴电流指令Id*缓缓增加来使制动电流流过发动机M。若这样，则例如制动电流沿图4(b)或者图4(c)所示的走向流动，对发动机M的空转产生制动力。

之后，发动机控制装置1在进行了定位之后(S1041)，依次执行正向转动同步运转(S1038)以及无正向转动传感器运转(S1035)。

以此方式，发动机控制装置1或执行启动时的与发动机M的空转状态相应的控制模式来驱动室外风扇F(S1035)、或使该空转继续(S1032)。结果，能够使流经室外热交换器43的冷媒、与从室外风扇F送入的空气适当地进行热交换。

<效果>

根据本实施方式涉及的发动机控制装置1，在启动发动机M时，使以U相为基准的定位电流(d轴电流指令Id*)流过逆变器电路2，由此能够适当地检测发动机M的空转状态。

即，以在发动机M未空转的状态下检测的反馈电流(d轴电流Id_fb：参照图1)为基准，通过分流电阻R来检测空转所伴随的电流变动，能够正确地计算发动机电流的相位角、电气角频率、以及转动的方向。另外，该处理不需要复杂的运算，因此与以往相比能够降低发动机控制装置1(微机)的处理负荷。

另外，上述的专利文献1所记载的发明成为如下构成：对经由电阻与3相绕组相连接的晶体管的接通/断开进行切换，而在发动机的启动前来检测感应电压。若这样，则由于在对发动机进行驱动的期间不使用感应电压的检测电路，因此存在因上述的电阻而发生固定损失的问题。

相对于此，本实施方式中，只要在对发动机M的空转状态进行检测时对启动时状态推定部115(图1参照)以及启动模式设定部116输入信号，而在发动机M的驱动过程中不对启动时状态推定部115以及启动模式设定部116输入信号而执行通常的无位置传感器控制即可。因此，不会发生专利文献1所记载的发明那样的固定损失，能够削减发动机控制装置1的功率成本。

另外，本实施方式中，在启动发动机M时，通过对为了使定位电流流动而输入接通信号的开关元件Tr进行切换来计算发动机电流。由此，仅通过分流电阻R，就能够适当且容易地计算出3相绕组Lu、Lv、Lw中流动的电流。

另外，专利文献1所记载的发明成为如下构成：具备在发动机的启动前使用的感应电压检测电路、和用于基于分流电阻R的电流检测值来对发动机进行驱动的其他运算电路。这样，在用于对转子的磁极位置等进行推定的电路存在多个体系的情况下，在其中的一个体系发生了不良状况的情况下，有可能不能适当地启动发动机。

相对于此，本实施方式中，在利用分流电阻R的电流检测值(与反馈电流Id_fb、Iq_fb对应)来检测出发动机M的空转状态之后，又利用分流电阻R的电流检测值来对发动机M进行驱动。这样，通过将对发动机电流的相位角等进行推定的电路设为一个体系，能够降低不良状况的发生概率，并提高发动机控制装置1的可靠性。

另外，本实施方式中，由于不需要用于对发动机M的空转状态进行检测的感应电压检测电路，因此相应地能够降低发动机控制装置1的电路面积，并且能够削减发动机控制装置1(甚至空气调节机)的制造成本。

另外，通过执行与发动机M的空转状态(正向转动/停止/逆向转动)相应的控制模式，能够适当并且顺利地使发动机M启动。

《变形例》

以上，针对本发明涉及的发动机控制装置1，通过上述实施方式进行了说明，但本发明的实施方式并不限定于这些记载，还能够进行各种变更等。

例如，在上述实施方式中，针对在对发动机M的空转状态进行推定时，发动机控制装置生成以3相绕组中的U相为基准的d轴电流指令Id*的情况进行了说明，但并不限于此。即，也可以生成以V相或者W相为基准的d轴电流指令Id*。

另外，在上述实施方式中，针对发动机M的电枢具有3相绕组Lu、Lv、Lw的情况进行了说明，但并不限于此。例如，对于发动机M的电枢具有2相绕组的构成，也能够应用上述实施方式。

另外，在上述实施方式中，针对在逆变器电路2的直流侧的母线A设置分流电阻R的情况进行了说明，但并不限于此。例如，也可以取代分流电阻而将电流传感器(电流检测器)设置于母线A。

另外，在上述实施方式中，针对通过发动机控制装置1来控制与空气调节机S的室外风扇F连结的发动机M的情况进行了说明，但并不限于此。例如，也可以通过发动机控制装置1来控制在洗衣机、干燥器、吸尘器等家电产品中设置的风扇。

另外，在上述实施方式中，虽然针对通过发动机控制装置1控制的发动机M是无刷直流发动机的情况进行了说明，但并不限于此。也可以将上述实施方式应用于同步发动机等其他种类的发动机。

另外，在上述实施方式中，针对空气调节机S具备四通阀42(参照图2)的构成进行了说明，但并不限于此。即，也可以省略四通阀42，而设置为将压缩机41、室外热交换器43、膨胀阀44、室内热交换器45按环状依次连接的构成。

【符号说明】

S 空气调节机

1 发动机控制装置

101 电流再现处理部(控制单元)

102 3相/2轴变换器(控制单元)

103 轴误差推定器(控制单元)

112 电压指令运算器(控制单元)

113 2轴/3相变换器(控制单元)

114 PWM信号发生器(控制单元)

115 启动时状态推定部(控制单元)

115a 电流相位运算部(控制单元)

115b d轴相位变换部(控制单元)

115c 减法运算器(控制单元)

115d 位差运算部(控制单元)

115e 状态判定部(控制单元)

115f 频率运算部(控制单元)

116 启动模式设定部(控制单元)

2 逆变器电路

3 直流电源

41 压缩机

42 四通阀

43 室外热交换器

44 膨胀阀

45 室内热交换器

F 室外风扇

F1 室内风扇

M 发动机

R 分流电阻(电流检测器)

Tr_Pu、Tr_Nu、Tr_Pv、Tr_Nv、Tr_Pw、Tr_Nw 开关元件

Claims (5)

1.一种发动机控制装置，其特征在于，

具备控制单元，该控制单元基于由在逆变器电路的直流侧设置的电流检测器检测出的电流值，对所述逆变器电路输出控制信号，来以无位置传感器方式对发动机进行驱动，

所述控制单元，在对所述发动机进行启动时，以该发动机的电枢所具备的多相绕组中的一相为基准，将使在dq坐标系中沿着d轴的定位电流流动的指令输出给所述逆变器电路，并基于根据该指令由所述电流检测器检测出的电流值，至少推定流过所述电枢的发动机电流的相位角以及电气角频率，在所推定出的所述电气角频率小于规定值的情况下，将流动对所述发动机进行启动的电流的指令输出给所述逆变器电路，在所推定出的所述电气角频率为规定值以上的情况下，不向所述逆变器电路输出流动对所述发动机进行启动的电流的指令。

2.根据权利要求1所述的发动机控制装置，其特征在于，

所述控制单元具备：

电流相位运算部，其在对所述发动机进行启动时，按规定周期来计算所述发动机电流的相位角；

相位差运算部，其计算由所述电流相位运算部本次计算出的相位角、和前次计算出的相位角之间的相位差；

频率运算部，其基于由所述相位差运算部计算出的相位差，来计算空转所伴随的发动机电流的电气角频率；和

状态判定部，其基于由所述相位差运算部计算出的相位差的符号，判定所述发动机是正向转动、停止、逆向转动中的哪一个状态。

3.根据权利要求2所述的发动机控制装置，其特征在于，

所述电流相位运算部，通过对所述逆变器电路所具有的多个开关元件中、为了使所述定位电流流动而输入接通信号的开关元件进行切换，从而计算所述多相绕组的电流值，并基于该电流值来计算dq坐标系中的所述发动机电流的相位角。

4.一种空气调节机，具备：

冷媒回路，其将压缩机、室外热交换器、膨胀阀、和室内热交换器按环状依次连接而成；

室外风扇，其向所述室外热交换器送入外部空气；和

室内风扇，其向所述室内热交换器送入室内空气，

所述室外风扇与由权利要求1至3中任一项所记载的发动机控制装置进行驱动的所述发动机的转子连结。

5.一种发动机控制方法，其由控制单元执行，该控制单元基于由在逆变器电路的直流侧设置的电流检测器检测出的电流值，对所述逆变器电路输出控制信号来以无位置传感器方式对发动机进行驱动，

所述发动机控制方法的特征在于，

所述控制单元在对所述发动机进行启动时，以该发动机的电枢所具备的多相绕组中的一相为基准，将使在dq坐标系中沿着d轴的定位电流流动的指令输出给所述逆变器电路，

基于根据该指令由所述电流检测器检测出的电流值，至少推定流过所述电枢的发动机电流的相位角以及电气角频率，

在所推定出的所述电气角频率小于规定值的情况下，将流动对所述发动机进行启动的电流的指令输出给所述逆变器电路，在所推定出的所述电气角频率为规定值以上的情况下，不向所述逆变器电路输出流动对所述发动机进行启动的电流的指令。