CN106160591A - 马达驱动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达驱动控制装置，马达(20)的驱动控制装置(1)具备：马达驱动部，其对马达(20)的各相施加电压；旋转位置检测电路(5)，其检测转子的旋转位置来生成旋转位置信息；以及控制部(4)，其基于检测到的旋转位置信息(相电压V1、V2、V3)，将以规定模式反复地调整通电转换时的超前角和滞后角的驱动控制信号(S4)输出至马达驱动部。如果马达(20)处于规定的旋转速度范围，则控制部(4)以规定模式反复地调整通电转换时的超前角和滞后角。控制部(4)输出驱动控制信号(S4)以便降低与转子的每1次旋转的通电转换次数n对应的n次分量的电源电流。

Description

马达驱动控制装置

技术领域

本发明涉及马达驱动控制装置。

背景技术

在通过转换对线圈的通电来驱动的一般的马达中，由通电转换的电磁振动分量是导致振动变差的主要因素之一，需要对策。

在使用旋转速度是一定的马达中，虽然通过避开在使用旋转速度下的共振能够回避共振，但是例如像轴流风扇马达那样，在必须将在从停止到最高旋转速度之间的所有旋转速度下的振动峰值抑制在一定值以下的马达中，上述方法无法使用，难以找到对策。

在专利文献1中，记载有一种马达控制装置，该马达控制装置抑制基于由与马达的固有振动频率的共振产生的定子的振动的噪声的发生。专利文献1所记载的马达控制装置具有：旋转速度计算部，其计算转子的旋转速度；调制系数调整部，其基于由旋转速度计算部计算出的旋转速度和定子的固有振动频率，调整对逆变器的调制系数。该马达控制装置设为希望能够防止高次谐波分量的频率与定子具有的固有振动频率F产生共振现象的发生，并抑制基于定子的振动的噪声的发生。

专利文献1：日本特开2011－55651号公报

专利文献1所记载的马达控制装置像180度通电那样需要在PWM信号的每个频率调整对逆变器的调制系数。因此，需要处理能力高的微型计算机，存在高成本化这样的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的技术问题在于提供一种马达驱动控制装置，该马达驱动控制装置是低价的结构，并且能够回避与在规定的旋转速度范围产生的马达固有振动频率的共振。

为了解决上述技术问题，本发明的马达驱动控制装置具备：马达驱动部，其对马达的各相施加电压来进行驱动；旋转位置检测电路，其检测转子的旋转位置来生成旋转位置信息；以及控制部，其基于检测到的上述旋转位置信息，将以规定模式反复地调整通电转换时的超前角和滞后角的驱动控制信号输出至上述马达驱动部。

对于其它的方法，在用于实施发明的方式中进行说明。

根据本发明，能够提供一种马达驱动控制装置，该马达驱动控制装置是低价的结构，并且能够回避与在规定的旋转速度范围产生的马达固有振动频率的共振。

附图说明

图1是表示本实施方式中的马达驱动控制装置的电路结构的框图。

图2是比较例中的6极9槽的无刷马达的电源电流波形图。

图3是本实施方式中的马达驱动控制装置的电源电流波形图。

图4是表示本实施方式中的马达驱动控制装置的通电控制的流程图，图4的(a)是主流程，图4(b)和图4(c)是通电转换的子流程。

图5是本实施方式中的马达驱动控制装置的频率相对电流值特性图。

图6是本实施方式中的马达驱动控制装置的频率相对振动值特性图。

附图标记说明:1...驱动控制装置(马达驱动控制装置的一个例子)；2...逆变电路(马达驱动部的一部分)；3...前置驱动电路(马达驱动部的一部分)；4...控制部；41...旋转位置计算部；42...旋转速度计算部；43...通电时刻调整部；44...通电信号生成部；5...旋转位置检测电路；S1...位置检测信号；S2...旋转速度信息；S3...通电时刻信号；S4...驱动控制信号；Lu、Lv、Lw...线圈；V1、V2、V3...相电压；Vcc...电源电压；Vd...直流电源；Vu、Vv、Vw...端子间电压；Vuu、Vul、Vvu、Vvl、Vwu、Vwl...驱动信号；I...电流；Q1～Q6...开关元件。

具体实施方式

以下，参照各附图对用于实施本发明的方式详细地进行说明。

图1是表示本实施方式中的马达20的驱动控制装置1的电路结构的框图。

在图1中，本实施方式所涉及的马达20是3相的无刷DC马达，并具备各相的线圈Lu、Lv、Lw和转子(未图示)。这些线圈Lu、Lv、Lw的一端被Y型连接。线圈Lu、Lv、Lw的另一端分别与逆变电路2的U相输出、V相输出、W相输出相连接，通过从逆变电路2供给3相交流，从而马达20被驱动为旋转。

马达20的驱动控制装置1(马达驱动控制装置的一个例子)具备驱动马达20的逆变电路2、前置驱动电路3(马达驱动部的一个例子)、以及检测转子的旋转位置来生成旋转位置信息的旋转位置检测电路5。驱动控制装置1还具备将驱动控制信号S4(后述)向马达驱动部输出的控制部。驱动控制装置1与直流电源Vd连接，并且通过U相布线、V相布线、W相布线的3相与马达20连接。驱动控制装置1对马达20施加驱动电压来控制马达20的旋转。对U相、V相、W相分别施加端子间电压Vu、Vv、Vw。

马达驱动部由逆变电路2以及前置驱动电路3构成。直流电源Vd对马达驱动部施加电源电压Vcc来供给电力。马达驱动部从直流电源Vd接受电力供给，并且基于来自控制部4的驱动控制信号S4向马达20的U相、V相、W相的线圈Lu、Lv、Lw供给驱动电流而使转子旋转。马达驱动部以正弦波驱动方式对马达20进行驱动。

逆变电路2与前置驱动电路3(马达驱动部的一部分)以及马达20具备的各相的线圈Lu、Lv、Lw连接。逆变电路2基于前置驱动电路3的驱动信号Vuu～Vwl对马达20的各相的线圈Lu、Lv、Lw通电。

逆变电路2具有：开关元件Q1、Q2被串联连接的U相的开关引脚；开关元件Q3、Q4被串联连接的V相的开关引脚；以及开关元件Q5、Q6被串联连接的W相的关引脚。这些开关元件Q1～Q6例如是FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)。逆变电路2与直流电源Vd连接，还与电阻R0连接。

U相、V相、W相的开关引脚分别具备上臂侧的开关元件Q1、Q3、Q5以及下臂侧的开关元件Q2、Q4、Q6。开关元件Q1、Q3、Q5的漏极端子分别与直流电源Vd的正极连接。开关元件Q1、Q3、Q5的源极端子分别与开关元件Q2、Q4、Q6的漏极端子连接，通过这些连接点，U相、V相、W相的交流信号分别被输出。开关元件Q2、Q4、Q6的源极端子分别经由电阻R0与地线(直流电源Vd的负极)连接。开关元件Q1～Q6的栅极端子分别与前置驱动电路3连接。

若逆变电路2从直流电源Vd接受电力的供给，并且从前置驱动电路3输入驱动信号Vuu～Vwl，则3相交流在马达20的U相布线、V相布线、W相布线流过。

前置驱动电路3(马达驱动部的一部分)通过与被连接的逆变电路2的组合构成马达驱动部，并且与控制部4连接。前置驱动电路3例如具备6个门驱动电路，并且生成用于驱动逆变电路2的驱动信号Vuu～Vwl。

控制部4具备旋转位置计算部41、旋转速度计算部42、通电时刻调整部43、以及通电信号生成部44，并被包含于微型计算机。此外，各部可以通过软件实现，也可以假想地表示功能。

旋转位置计算部41输入由包含电阻元件R1～R6的旋转位置检测电路5检测的转子的旋转位置信息(相电压V1、V2、V3)，并生成与它们对应的位置检测信号S1。旋转位置检测电路5在本实施方式中检测各相的反向电压来检测旋转位置。此外，旋转位置的检测方法并不限定于如本实施方式那样检测反向电压的结构，例如也可以是使用霍尔传感器等各种传感器来检测的结构。

旋转速度计算部42基于位置检测信号S1计算旋转速度，并生成旋转速度信息S2。

通电时刻调整部43基于从旋转速度计算部42输出的旋转速度信息S2，生成在规定的旋转速度范围时调整超前角和滞后角的通电时刻信号S3。

通电信号生成部44输入位置检测信号S1和通电时刻信号S3来生成驱动控制信号S4。

控制部4基于由旋转位置检测电路5检测到的旋转位置信息(相电压V1、V2、V3)，将以规定模式对通电转换时的超前角和滞后角进行反复地调整的驱动控制信号S4向马达驱动部输出。

在本说明书中，超前角是指使通电期间变短的，滞后角是指使通电期间变长。

具体而言，控制部4进行下述的通电转换设定。

如果马达20处于规定的旋转速度范围，则控制部4以规定模式反复地调整通电转换时的超前角和滞后角。在本发明中，将每1次旋转作为1个周期，将1次发生的现象作为1次分量，并将与转子的每1次旋转的通电转换次数n对应的周期定义为n次分量，规定的旋转速度范围包含该n次分量与马达的固有共振频率产生共振现象的范围。

控制部4以降低与转子的每1次旋转的通电转换次数n对应的n次分量的电源电流的方式输出驱动控制信号S4。

控制部4以交替地进行的方式控制马达驱动部通电转换时的超前角和滞后角。作为其结果，驱动控制装置1虽然使n/2次分量的电源电流增大，但使n次分量的电源电流降低。

以下，对如上述那样构成的马达驱动控制装置的动作进行说明。

首先，对本发明的基本的思考方法进行说明。

一般而言，为了有效地使马达驱动，以均匀一致地统一电流波形为目标。可是，若均匀一致地统一电流波形，则正好与通电时刻一致，作为结果，产生出某固定的旋转次数分量。

例如，如果是6极9槽的无刷马达，则针对1次旋转产生18次的通电转换。因此，若利用FFT(Fast Fourier Transform：快速傅里叶变换)分析电流波形，则理想地仅产生18次分量。该18次分量通过与马达的固有值(固有振动频率)共振从而导致变为大的电磁振动分量。

这里，通过将每一极的通电转换次数(例如在3相的情况下是6次)乘以极数的二分之一来求出每1次旋转的通电转换次数。

本发明在规定旋转速度范围以规定模式反复地调整通电转换时的超前角和滞后角。由此，通过将与成为电磁振动分量的产生主因的转子的每1次旋转的通电转换次数n对应的n次分量移至其它的次数分量，从而能够抑制电磁振动分量。

例如，如果是6极9槽的无刷马达，在导致18次分量与马达的固有值共振的确定的旋转速度区域，在每个通电转换时刻，控制通电波形以便交替地进行超前角和滞后角。由此，18次分量的一半的频率的9次分量的电源电流增加。9次分量的电源电流越来越增加，18次分量的电源电流被抑制。由此，能够回避与马达的固有振动频率的共振。

接着，对本实施方式的马达驱动控制装置的动作进行说明。

[比较例]

图2是比较例的6极9槽的无刷马达的电源电流波形图。图2的纵轴表示图1的电流I的电流波形，横轴表示时刻。

图2的符号A0、B0表示6极9槽的无刷马达的通电转换时刻。在图2中，表示周期性地进行通电转换的电源电流的波形。

如图2所示，通电转换时刻A0、B0间的通电期间C与通电转换时刻B0、A0间的通电期间D是大致相同的长度。另外，图2的虚线表示将电流波形的最大振幅相连的包络线，在每个通电转换时刻，同样的电流波形反复。

[本马达驱动控制装置]

图3是本实施方式的马达驱动控制装置的电源电流波形图，与图2的比较例的电源电流波形图对应。图3的纵轴表示图1的电流I的电流波形，横轴表示时刻。

图3的符号A、B表示基于本实施方式的超前角滞后角设定的通电转换时刻。

本实施方式使(n/2)次分量的电源电流增大，并降低n次分量的电源电流。这里，以为了降低18次分量，将进行包含9次分量的通电转换的情况为例进行说明书。

为了确保包含9次分量，在通电切换时，每2次进行1次使电流的振幅变大那样的通电转换。作为一个例子，以规定模式(例如，交替)反复地调整通电转换时的超前角和滞后角。具体而言，进行以下的控制。

<超前角滞后角设定>

(1)如图3所示，在通电转换时刻A，进行比通常更迟地转换通电的滞后角控制。

(2)如图3所示，在通电转换时刻B，进行比通常更早地转换通电的超前角控制。

(3)上述(1)(2)的超前角滞后角设定以规定模式(这里，交替)反复进行。即，将在上述(1)的通电转换时刻A的滞后角部分利用在下一个通电转换时刻B的超前角部分抵消。因此，若按转子的每1次旋转的通电转换观察，则没有超前角滞后角的影响。

具体而言，如图3所示，通电转换时刻A、B间的通电期间E与通电转换时刻B、A间的通电期间F是不同的长度。通电期间E比通常时短，通电期间D比通常时长，通过使通电期间E与通电期间F的合计与通常的通电转换2次部分的期间相同，从而在转子的每1次旋转中，超前角滞后角的影响消失。

此外，低端侧的通电转换时的滞后角控制与高端侧的通电转换时的超前角控制是一个例子，也可以使低端侧与高端侧的通电转换相反。该情况下，成为在低端侧的通电转换时进行超前角控制的方式，或者成为在高端侧的通电转换时进行滞后角控制的方式。

在交替地反复上述超前角滞后角的模式中，使(n/2)次分量(在本例中，是9次分量)的电源电流增大，从而能够降低成为转子每1次旋转的通电转换次数n时的n次分量(在本例中，是18次分量)的电源电流。另外，超前角滞后角设定是规定模式即可，也包含非交替的模式。例如，执行上述超前角滞后角设定，也可以在之后的数次的通电转换时，不进行上述超前角滞后角设定，在更之后的通电转换时执行上述超前角滞后角设定。

图3的虚线表示将电流波形的最大振幅相连的包络线。如该包络线所示那样，在通电转换时刻A电流的振幅变大，在通电转换时刻B电流的振幅比通常的通电转换时小。作为其结果，通过进行调整以便在通电期间E与通电期间F之间存在1次大的周期，从而能够设定成将每1次旋转的周期减半。

图4是表示本实施方式的马达驱动控制装置的通电控制的流程图，图4(a)是其主流程，图4(b)、图4(c)是图4(a)的步骤S102的子流程。图4的流程在控制部4(参照图1)中在每个规定时刻反复执行。

在步骤S101中，控制部4判定马达20(图1参照)是否处于规定的旋转速度范围。规定的旋转速度范围包含与转子的每1次旋转的通电转换次数n对应的n次分量和马达20的固有共振频率产生共振现象的范围。通过旋转位置计算部41(参照图1)生成与来自旋转位置检测电路5的旋转位置信息(相电压V1、V2、V3)对应的位置检测信号S1，并且旋转速度计算部42基于位置检测信号S1计算旋转速度，从而生成旋转速度信息S2，来计算马达20的旋转速度。

如果马达20处于规定的旋转速度范围(在步骤S101为是的判定)，为了抑制与马达20的固有振动频率共振的电磁振动分量，在步骤S102控制部4进行超前角滞后角设定。具体而言，在通电时刻调整部43中，基于从旋转速度计算部42输出的旋转速度信息S2，在规定的旋转速度范围时生成调整超前角和滞后角的通电时刻信号S3。通电信号生成部44输入位置检测信号S1和通电时刻信号S3来生成驱动控制信号S4。对上述步骤S102的超前角滞后角设定而言，在规定的旋转速度范围强制地以规定模式反复超前角、滞后角。详细说明如后所述。进行了超前角滞后角设定后，返回到步骤S101，马达20处于规定的旋转速度范围的期间(在步骤101为是的判定)继续步骤102的超前角滞后角设定的处理。

另一方面，在上述步骤S101马达20未处于规定的旋转速度范围的情况下(否的判定)，控制部4跳过上述步骤S102的超前角滞后角设定而进入步骤S103。

在步骤S103中，控制部4进行通常的通电控制来结束本流程。

接着，对上述超前角滞后角设定进行说明。

超前角滞后角设定以规定模式反复地调整转换时的超前角和滞后角。以下，举例说明。

<例1>

如图4(b)所示，在步骤S11中，旋转位置计算部41计算转子的旋转位置。

在步骤S12中，通电时刻调整部43基于转子的旋转位置交替地进行通电转换时的超前角和滞后角。

由此，能够使(n/2)次分量的电源电流增大来使n次分量的电源电流降低。例如，使9次分量的电源电流增大来使18次分量的电源电流降低。

<例2>

如图4(c)所示，在步骤S21中，旋转位置计算部41计算转子的旋转位置。

在步骤S22中，通电时刻调整部43以规定模式反复通电转换的超前角和滞后角。

由此，能够使成为转子的每1次旋转的通电转换次数n时的n次分量的电源电流降低。

图5是本实施方式的马达驱动控制装置的频率相对电流值特性图。图5表示在6极9槽的无刷马达扫描旋转速度而取得到的电流波形的FFT图表。图5的纵轴表示图1的电流I的电流值，横轴表示频率。图5的以实线表示的波形表示本实施方式的电流波形，以虚线表示的波形表示比较例的电流波形。

如图5的符号a所示，在比较例中，针对转子的每1次旋转产生18次的通电转换所伴随的18次分量。如上所述那样，该18次分量通过与马达20的固有值(固有振动频率)共振从而成为大的电磁振动分量。

在本实施方式中，通过交替地进行通电转换时的超前角和滞后角，由此使9次分量增大来使18次分量降低。

若使马达20的旋转速度变化，则在规定的旋转速度范围内，在与通电转换次数n对应的n次分量相当的频率范围，产生与马达20的固有振动频率共振的现象。在本实施方式中，通过在其频率范围抑制电源电流，从而能够回避在n次分量下的共振。

如图5的虚线的包围区域所示，在本实施方式中，抑制与18次分量相当的频率范围(3200Hz～4200Hz)中的电流值(参照图5的符号b)。

在图5中，在规定的旋转速度范围(包含与上述的频率范围对应的旋转速度10667rpm～14000rpm的范围)的区间中，通过进行通电控制(超前角滞后角设定)，从而回避马达20的固有值与18次分量的共振。

其中，如图5的符号c所示，在本实施方式中，9次分量增大。可是，由于该9次分量不与马达20的固有值(固有振动频率)共振，所以不会产生电磁振动分量。另外，对9次分量附近的频率区域而言，由于电流值也小，所以对系统没有影响。

这里，在本实施方式中，对与18次分量对应的旋转速度范围成为10667rpm～14000rpm的理由进行说明。

马达20的固有值(固有振动频率)通过测量是已知的。通过与该固有振动频率共振，产生大的电磁振动分量。在图5的情况下，共振点(电磁振动分量)位于从3200[Hz]到4200[Hz]之间。若将它们分别换算成旋转速度，则成为3200[Hz]×60÷18＝10667[rpm]，4200[Hz]×60÷18＝14000[rpm]。

即，n次分量的频率范围与f1[Hz]～f2[Hz]对应的旋转速度范围的下限Rmin[rpm]和上限Rmax[rpm]分别成为(f1×60÷n)[rpm]和(f2×60÷n)[rpm]。

而且，规定的旋转速度范围设定成至少包含与n次分量对应的旋转速度范围、即包含n次分量与马达20的固有共振频率产生共振现象的范围。

图6是本实施方式的马达驱动控制装置的频率相对振动值特性图。图6表示6极9槽的无刷马达的旋转方向上的振动值(振动分量的峰值)相对频率的变化。图6的纵轴表示振动值，横轴表示频率。以图6的实线表示的波形表示本实施方式的振动值，以虚线表示的波形表示比较例的振动值。

在与由图6的虚线包围的18次分量对应的电磁振动分量的频率范围内，振动峰值能够降低50％以上，取得了较大的振动降低效果。

如以上说明那样，本实施方式的马达20的驱动控制装置1具备：马达驱动部，该马达驱动部对马达20的各相施加电压来进行驱动；旋转位置检测电路5，该旋转位置检测电路5检测转子的旋转位置来生成旋转位置信息；控制部4，该控制部4基于被检测到的旋转位置信息(相电压V1、V2、V3)将以规定模式对通电转换时的超前角和滞后角反复地进行调整的驱动控制信号S4输出至马达驱动部。如果马达20处于规定的旋转速度范围，则控制部4以规定模式反复地调整通电转换时的超前角和滞后角。控制部4输出驱动控制信号S4以便降低成为转子的每1次旋转的通电转换次数n时的n次分量的电源电流。

由此，能够提供一种马达驱动控制装置，该马达驱动控制装置是低价的结构并能够回避与在规定的旋转速度范围产生的马达固有振动频率的共振且降低马达的振动以及伴随其的噪声。

另外，在本实施方式中，如专利文献1的技术那样，不会特别依赖于调制系数，由于在通电转换时进行调整通电期间，所以能够由低价的微型计算机(控制部)实现上述的方案。

另外，在本实施方式中，由于控制部4以交替进行的方式控制马达驱动部通电转换时的超前角和滞后角，所以能够使(n/2)次分量的电源电流增大来减低n次分量的电源电流。即，通过在规定的旋转速度范围在每个通电时刻交替进行超前角和滞后角的控制，从而能够抑制与转子的每1次旋转的通电次数n次对应的n次分量的电流值的大小。作为其结果，能够回避与在规定的旋转速度范围产生的马达固有振动频率的共振，并能够降低马达的振动以及伴随其的噪声。

(变形例)本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够进行变更实施，例如，存在如以下(a)～(g)那样的方式。

(a)规定的旋转速度范围根据与使用的马达的固有振动频率的共振点，应该适时、适当地被设定，并不被唯一地限定。本发明具有在通电转换时以规定模式强制地反复超前角、滞后角的特征。因此，在所有旋转速度范围都能够应用。

(b)驱动控制装置的各结构要素并不是至少其一部分由硬件进行处理，也可以由软件进行处理。

(c)在本实施方式中，虽然马达20作为6极9槽的无刷马达进行说明，但是并不特别限定磁极数、槽数、马达的种类。另外，马达20的相数也没有特别地限定。

(d)旋转位置检测电路并不限定于本实施方式(反向电压的检测电路)，例如也可以是霍尔传感器等。

(e)对于驱动控制装置而言，也可以至少将其一部分作为基成电路(IC：Integrated Circuit)。

(f)图1所示的驱动控制装置的电路块结构是具体例，并不限定于此。

(g)图4所示的控制流程是一个例子，并不限定于上述的步骤的处理，例如也可以在各步骤间插入其它处理。

Claims (7)

1.一种马达驱动控制装置，其特征在于，具备：

马达驱动部，其对马达的各相施加电压来进行驱动；

旋转位置检测电路，其检测转子的旋转位置来生成旋转位置信息；以及

控制部，其基于检测到的所述旋转位置信息，将以规定模式反复地调整通电转换时的超前角和滞后角的驱动控制信号输出至所述马达驱动部。

2.根据权利要求1所述的马达驱动控制装置，其特征在于，

如果所述马达处于规定的旋转速度范围，则所述控制部以规定模式反复地调整通电转换时的超前角和滞后角。

3.根据权利要求2所述的马达驱动控制装置，其特征在于，

所述规定的旋转速度范围包含与所述转子的每1次旋转的通电转换次数n对应的n次分量和所述马达的固有共振频率产生共振现象的范围。

4.根据权利要求3所述的马达驱动控制装置，其特征在于，

所述控制部输出所述驱动控制信号以便降低所述n次分量的电源电流。

5.根据权利要求3或4所述的马达驱动控制装置，其特征在于，

所述控制部使n/2次分量的电源电流增大，而降低所述n次分量的电源电流。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的马达驱动控制装置，其特征在于，

所述控制部控制成交替进行所述马达驱动部的通电转换时的超前角和滞后角。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的马达驱动控制装置，其特征在于，具备：

旋转速度计算部，其基于与所述旋转位置信息对应的信号来计算旋转速度；

通电时刻调整部，其基于从所述旋转速度计算部输出的旋转速度信息，来生成调整通电转换时的超前角和滞后角的通电时刻信号；以及

通电信号生成部，其输入与所述旋转位置信息对应的信号和所述通电时刻信号，生成所述驱动控制信号。