CN107360736A - 马达控制装置 - Google Patents

Abstract

马达控制装置应用到具备马达和编码器的工作装置，对马达进行驱动，具有控制部和驱动电路。控制部在电源接入后的初始驱动时学习转子的初始位置，并且在初始驱动后的通常驱动时决定通电相。驱动电路进行开关动作，以向通电相通电。控制部在初始位置的学习中，在A相信号及B相信号的值均为Hi或Lo之中的第1状态时，学习转子的初始位置是两相对置位置(S4)，在A相信号及B相信号的值均为Hi或Lo之中的第2状态时，学习转子的初始位置是一相对置位置(S5)。

Description

马达控制装置

相关申请的相互参照

本申请以2015年2月25日提交的日本专利申请2015-35186号为基础，其内容通过参照援引于本发明。

技术领域

本发明涉及基于编码器的输出信号来依次切换马达的通电相，并对转子进行旋转驱动的马达控制装置。

背景技术

已知如下的马达控制装置：在对开关磁阻马达等马达进行驱动的控制装置中，对于与转子的旋转同步地由编码器输出的脉冲信号进行计数，基于其计数值来检测转子的旋转位置，并依次切换通电相，从而对转子进行旋转驱动。

这种马达能够基于起动后的编码器的输出信号的计数值来检测从转子的起动位置起的旋转量(旋转角度)，所以在起动开始时需要通过某种方法来学习转子的绝对初始位置，决定转子的旋转位置和通电相的对应关系。

在例如专利文献1所公开的开关磁阻马达的角度传感器整合方法中，在起动开始时对两个相同时通电，以经过规定时间后的转子的旋转位置为基准来决定通电相。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP2000-69779A

发明内容

根据专利文献1，当转子的停止位置处于不稳定平衡点时，在起动时对于两个相同时通电时，转子从该位置起完全不动。在此，在“实施方式1”中，进行先对一个相通电、然后再对两个相通电的两阶段的驱动。此外，在“实施方式2”中，用弹簧按压转子轴而组装产品，以避免转子在不稳定平衡点停止。

专利文献1所公开的二阶段的驱动方法，在初始驱动时要花费时间。此外，使用弹簧等对产品的组装采取措施的方法，因产品不同而应用的可能性受到限制。

本发明的目的在于提供一种马达控制装置，不需要二阶段驱动和产品组装的措施，就能够在起动开始时简便地学习转子的初始位置。

根据本发明的一个方式，马达控制装置应用到具备马达和编码器的工作装置，并且对马达进行驱动。马达包括在内周部具有卷绕三相绕线的多个突极的定子和在外周部具有多个突极的转子。编码器伴随着转子的旋转，以规定的角度间隔输出取Hi或Lo的某个值的A相信号及B相信号。马达控制装置具有控制部和驱动电路。控制部在电源接入后的初始驱动时，基于在向三相之中的某两相通电的状态下从编码器取得的A相信号及B相信号，学习转子的初始位置，并且在初始驱动后的通常驱动时，基于转子的旋转位置决定通电相。驱动电路进行开关动作，以向控制部决定的通电相通电。控制部在初始位置的学习中，在A相信号及B相信号的值均为Hi或Lo之中的第1状态时，学习：转子的初始位置是转子的相邻的两个突极和定子的两相的通电相的突极对置的两相对置位置。控制部在初始位置的学习中，在A相信号及B相信号的值均为Hi或Lo之中的第2状态时，学习：转子的初始位置是转子的一个突极和定子的一相的非通电相的突极对置的一相对置位置。

根据本发明，能够基于向三相之中的两相通电时的A相信号及B相信号的值，学习转子的初始位置是两相对置位置还是一相对置位置。因此，不需要进行二阶段驱动或者在产品组装上想办法，能够在起动开始时简便地学习转子的初始位置。

此外，在本发明中，在初始位置的学习中向三相之中的两相通电，所以即使一相断线，也能够学习初始位置。

附图说明

本发明的上述及其他目的、特征及优点，通过参考附图进行的下面的详细说明而变得明确。

图1是应用了本发明的一个实施方式的马达控制装置的档位切换装置的整体构成图。

图2是档位切换装置的立体图。

图3是马达控制装置的概略电路构成图。

图4是说明SR马达的构成的图。

图5是从径向观察SR马达的转子的图。

图6是旋转磁铁的示意图。

图7是转子旋转位置处于两相对置位置时的SR马达的图。

图8是表示两相对置位置的定子和转子的对置关系的示意图。

图9是转子旋转位置处于一相对置位置时的SR马达的图。

图10是表示一相对置位置的定子和转子的对置关系的示意图。

图11(a)～图11(c)是一个实施方式的初始位置学习处理的时序图。

图12是一个实施方式的初始位置学习处理的流程图。

以下基于附图说明本发明的一个实施方式的马达控制装置。

(一个实施方式)

参照图1～图6说明本发明的一个实施方式的马达控制装置、以及应用该马达控制装置的自动变速器的档位切换装置的构造。

参照图1、图2说明档位切换装置10的整体构成。档位切换装置10相当于工作装置的一例。

如图1所示，档位切换装置10具备作为档位切换机构11的驱动源的马达30和检测马达30的转子旋转位置的编码器44。马达30例如由开关磁阻马达(以下记为SR马达)构成，内置有减速机构12。

在与SR马达30的减速机构12连接的输出轴13上设置着输出轴传感器14。输出轴传感器14例如由电位计构成，检测输出轴13的旋转角。能够基于由输出轴传感器14检测到的SR马达30的旋转角，确认当前的自动变速器27的档位。

马达控制装置50包括控制部51及驱动电路55。

控制部51对从编码器44输出的A相信号及B相信号的上升沿及下降沿进行计数。然后，按照其计数值，决定从驱动电路55向SR马达30通电的通电相，并向驱动电路55发出指令。

驱动电路55基于来自控制部51的指令进行开关动作，向SR马达30供给U相、V相、W相的三相交流电力。

在此，参照图2说明档位切换机构11的构成。

在输出轴13上固定着止动杆15。在止动杆15上连接着手动阀16的滑阀17。在使止动杆15旋转时，SR马达30与其相应地切换手动阀16的滑阀17的位置。

在止动杆15上固定着L字形的驻车杆18。设置于驻车杆18的前端部的圆锥体19与锁止杆21抵接。锁止杆21按照圆锥体19的位置而以轴22为中心上下移动，将驻车齿轮20锁止或解锁。驻车齿轮20设置于自动变速器27的输出轴。驻车齿轮20被锁止杆21锁止时，车辆的驱动轮保持为被止转的驻车状态。

此外，用于将止动杆15保持在驻车档位(以下记为“P档位”)和其他档位(以下记为“非P档位”)的止动弹簧23固定在手动阀16上。设置于止动弹簧23的前端的卡合部231嵌入到止动杆15的凹部24时，止动杆15被保持在P档位的位置。卡合部231嵌入到止动杆15的凹部25时，止动杆15被保持在非P档位的位置。

在P档位，驻车杆18向接近锁止杆21的方向移动，圆锥体19的粗部分将锁止杆21顶起。这样，锁止杆21的凸部211与驻车齿轮20咬合而使驻车齿轮20成为锁止状态。结果，自动变速器27的输出轴(驱动轮)被锁止，保持在驻车状态。

在非P档位中，驻车杆18向远离锁止杆21的方向移动，圆锥体19的粗部分从锁止杆21拔出而使锁止杆21下降。这样，锁止杆21的凸部211从驻车齿轮20脱离，驻车齿轮20的锁止被解除。结果，自动变速器27的输出轴可旋转，保持为可行驶的状态。

回到图1，对马达控制装置50输入用于进行向P档位的切换操作的P档位开关52和用于进行向非P档位的切换操作的非P档位开关53的操作信号。通过P档位开关52或非P档位开关53的操作而被选择的档位，显示在设于仪表板(未图示)的档位显示部54上。

接下来，参照图3、图4说明SR马达30的构成。SR马达30是定子31及转子41均具有突极构造的马达，不需要永久磁铁，构造简单。

如图4所示，定子31及转子41相对于中心轴O同轴地设置。在定子31的内周部，12个突极32、33、34在周方向上以30°等间隔地形成。在转子41的外周部，8个突极42在周方向以45°等间隔形成。定子31的突极数和转子41的突极数之比被设定为“3比2”。伴随着转子41的旋转，转子41的各突极42隔着微小间隙按顺序与定子31的各突极32、33、34对置。

在定子31的突极32、33、34分别卷绕着U相绕线36、V相绕线37、W相绕线38。换言之，将卷绕着U相绕线36的突极的符号记为32，将卷绕着V相绕线37的突极的符号记为33，将卷绕着W相绕线38的突极的符号记为34。

如图3所示，U相绕线36、V相绕线37、W相绕线38以各4个串联连接，串联连接的共12个各相绕线36、37、38在中性点39进行Y结线，构成三相绕线组35。与此对应地，定子31的突极32、33、34以3个为一组而在周方向上依次配置四组。

三相绕线36、37、38以搭载于车辆的电池59为电源，从驱动电路55通电。以下将向SR马达30的定子31的绕线36、37、38通电简称为“向SR马达30通电”。此外，将向三相绕线36、37、38之中的任两相绕线通电简称为“向两相通电”。

在图3所示的驱动电路55的电路构成例中，采用在各相各设置一个晶体管等开关元件56、57、58的单极驱动方式的电路构成。但是，也可以采用在各相各设置两个开关元件的双极驱动方式的电路构成。驱动电路55的各相开关元件56、57、58的开/关由控制部51控制。

接下来，参照图5、图6说明检测转子41的旋转位置的构成。

如图5所示，在SR马达30设置有电磁式的编码器44。编码器44由圆环状的旋转磁铁45及霍尔IC等磁传感器47、48等构成。旋转磁铁45中，N极及S极在圆周方向上交替地以等间距磁化，在转子41的侧面固定在同轴上。

磁传感器47、48配置在与旋转磁铁45对置的位置。磁传感器47、48基于对置的位置的旋转磁铁45磁极，分别输出A相信号及B相信号。

在本实施方式中，A相磁传感器47及B相磁传感器48在与N极对置时输出高电平的值“Hi”，与S极对置时输出低电平的值“Lo”。

如图6所示，旋转磁铁45的N极及S极设置有共48极(24极对)，N极和S极的磁化间距被设定为7.5°。该磁化间距(7.5°)被设定为与SR马达30的每一次励磁的转子41的旋转角度相同。

A相磁传感器47和B相磁传感器48偏移48.75°而配置，该48.75°是将转子41的突极42彼此的间隔即45°和与旋转磁铁45的磁化间距的2分之1相当的3.75°相加而得到的。

伴随着转子41的旋转，磁传感器47、48将A相信号及B相信号以规定的角度间隔向马达控制装置50的控制部51输出(参照图1)。在SR马达30的通常驱动时，控制部51对A相信号及B相信号的上升沿及下降沿进行计数，按照其计数值来切换通电相，从而对SR马达30进行旋转驱动。另外，基于编码器44的计数值的马达驱动方法是周知技术，所以省略详细说明。

在此，编码器44的计数值存储在控制部51的RAM中，例如点火电源关闭后，计数值的存储数据消失。因此，在多次电源接入后，需要使编码器44的计数值和实际的转子41的旋转位置对应，并进行学习计数值和通电相的对应关系的初始位置学习处理。

以下说明本实施方式特有的初始位置学习处理。

本实施方式的马达控制装置50在电源接入后的初始驱动时，在向SR马达30的三相之中的两相通电的状态下，基于从编码器44取得的A相信号及B相信号，学习转子41的初始位置。

首先，参照图7～图10说明通过两相通电来进行初始驱动时，转子41稳定的位置。在以下的说明中，向U相及V相这两相通电。

图7及图9表示相对于图4向U相及V相通电的状态的转子41的旋转位置。作为通电相的U相及V相的绕线36、37以粗实线示出，作为非通电相的W相的绕线38以细虚线示出。此外，穿过中心点O的虚线表示定子31的突极32、33、34和转子41的突极42所对置的方向。

图8及图10是将SR马达30的周方向的一部分(约110～120°范围)展开的示意图，示出了定子31的突极32、33、34和转子41的突极42的位置关系、以及旋转磁铁45的磁极(参照图6)和磁传感器47、48的位置关系。在此，在说明时对于转子41的多个突极42在符号的第3位追加数字而区分。

此外，与图7及图9同样，作为通电相的U相及V相的绕线36、37以粗实线示出，作为非通电相的W相的绕线38以细虚线示出。进而，示意性地示出基于磁吸引力的耦合M。

在图7、图8所示的位置，转子41的相邻的两个突极421、422和定子31的两相的通电相(U相、V相)的突极32、33对置。这时，转子41的突极421与定子31的U相突极32磁耦合，与突极421相邻的突极422与V相突极33磁耦合。将转子41的该旋转位置称作“两相对置位置”。

在两相对置位置，A相传感器47及B相传感器48均与旋转磁铁45的N极对置。因此，作为A相信号及B相信号的值，均输出“Hi”。这种情况下，相当于A相信号及B相信号的值均为Hi或Lo的一方(或第1状态)的情况的一例。

在图9、图10所示的位置，转子41的一个突极423(或425)和定子31的一相的非通电相(W相)的突极34对置。详细地说，在转子41的周方向上隔着一个配置的突极423、425与定子31的W相突极34对置。并且，之间的突极424位于U相突极32和V相突极33的中间，与U相突极32及V相突极33的双方磁耦合。将转子41的该旋转位置称作“一相对置位置”。

在一相对置位置，A相传感器47及B相传感器48均与旋转磁铁45的S极对置。因此，作为A相信号及B相信号的值，均输出“Lo”。这种情况下，相当于A相信号及B相信号的值均为Hi或Lo的另一方(或第2状态)的情况的一例。

接下来，参照图11(a)～图11(c)的时序图及图12的流程图说明控制部51执行的初始位置学习处理。

图11(a)～图11(c)的共通的横轴表示时间。图11(a)的纵轴表示各相的通电开/关，图11(b)、图11(c)的纵轴表示A相信号及B相信号的Hi/Lo值。

此外，在图12的流程图的说明中，记号“S”表示步骤(也称作部分)。

在图11(a)～图11(c)中，初始位置学习处理在时刻t1开始，在时刻t2结束。时刻t1的转子41的停止位置不明。在时刻t1开始向U相及V相的两相通电后，SR马达30开始初始驱动。在初始驱动的期间，转子41向某个方向旋转，或者完全不旋转，到时刻t2为止，在两相对置位置或一相对置位置的某个初始位置稳定。

图11(b)、图11(c)的A相信号及B相信号表示转子41的初始位置稳定之后的值。如图11(b)所示，在两相对置位置稳定的情况下，A相信号及B相信号的值均为Hi。另一方面，如图11(c)所示，在一相对置位置稳定的情况下，A相信号及B相信号的值均为Lo。

控制部51在时刻t2将基于两相通电的初始驱动结束，并且基于时刻t2的A相信号及B相信号的值，学习转子41的初始位置是两相对置位置或一相对置位置的哪一个。

如图12所示，在初始位置学习处理的S1中，向SR马达30的三相之中的两相通电，进行初始驱动。在S1执行时，相当于图11(a)～图11(c)的时刻t1。这时，通过其他检测手段知晓了例如W相断线的情况下，必然向未断线的U相及V相的两相通电。此外，任一相均正常的情况下，选择哪两相都可以。在此，设想向U相及V相的两相通电的例子。

S2中，等待规定时间经过。S2的规定时间相当于图11(a)～图11(c)的时刻t1～时刻t2为止的时间。

在时刻t2执行的S3的判定中，A相信号及B相信号均为Hi的情况下(S3：是)，控制部51学习转子41的初始位置是两相对置位置(S4)。另一方面，A相信号及B相信号均为Lo的情况下(S3：NO)，控制部51学习转子41的初始位置是一相对置位置(S5)。

在S6中，以学习的初始位置为基准，开始SR马达30的通常驱动。在通常驱动中，基于编码器44的输出信号的计数值，检测转子41从初始位置起的旋转角度，计算转子41的当前的旋转位置。控制部51基于转子41的旋转位置，以依次切换通电相的方式决定通电相，并向驱动电路55发出指令。驱动电路55进行开关动作，以向控制部51决定的通电相通电。

另外，例如W相断线的情况下，向U相及V相的两相交替地通电而使SR马达30旋转。通过适当地调节通电的定时和通电量，能够通过两相通电对SR马达30进行通常驱动。

本实施方式的马达控制装置50，在SR马达30的驱动控制中，在电源接入后的初始驱动时向三相之中的某两相通电。然后，处于转子41的相邻的两个突极42和定子31的两相的通电相的突极对置的位置时，将该位置作为初始位置而学习。关于这一点，与专利文献1的现有技术同样。

专利文献1的现有技术完全没有考虑将“转子41的一个突极42和定子31的一相的非通电相的突极对置的一相对置位置”用于学习。专利文献1的现有技术中，先向一相通电，然后向两相通电，即实施两阶段通电，从而必定将转子41引导至两相对置位置，并且通过弹簧等实施产品组装。因此，初始驱动要花费时间，或者可应用的产品受限制。

本实施方式中，除了将两相对置位置作为初始位置的学习，还积极地采用将一相对置位置作为初始位置的学习。通过两相通电进行初始驱动后，转子41必定在两相对置位置或一相对置位置的某个位置稳定。然后，该判定基于编码器44的A相信号及B相信号的值均为Hi还是均为Lo而能够容易地实施。因此，不需要像现有技术那样进行二阶段驱动或者在产品组装上想办法，在起动开始时能够简便地学习转子41的初始位置。

此外，根据日本专利第3800529号公报和日本专利第4936069号公报所公开的现有技术，在初始驱动时依次向三相通电，所以花费时间，并且消耗电流可能会变大，而且在一相断线的情况下，无法学习初始位置。

与此相对，在本实施方式中，在初始位置的学习中向三相之中的两相通电，所以即使一相断线，也能够学习初始位置。因此，例如应用到车辆的档位切换装置的情况下，在退避行驶时能够实施档位切换。

(其他实施方式)

(1)在上述实施方式中，磁传感器47、48在与N极对置时输出“Hi”，在与S极对置时输出“Lo”。与此相对，设想如下的构成：旋转磁铁45的磁极配置与图6相同，在磁传感器47、48与N极对置时输出“Lo”，在与S极对置时输出“Hi”。在该构成中，在初始位置学习处理中，A相信号及B相信号均为Lo的情况下，判定为转子41的初始位置是两相对置位置，A相信号及B相信号均为Hi的情况下，判定为转子41的初始位置是一相对置位置。此外，旋转磁铁45的磁极配置与图6相反，并且将磁传感器47、48的输出值设定为与上述实施方式相同的情况下也是同样的。

像这样，初始位置学习处理的判定基准也可以根据旋转磁铁45的磁极配置和磁传感器47、48的输出设定来适当变更。

(2)只要马达是基于编码器的输出信号的计数值来检测转子的旋转位置，并依次切换通电相的无刷型的同步马达即可，不限于SR马达，也可以是其他种类的无刷型的同步马达。

此外，定子的突极数和转子的突极数不限于上述实施方式中例示的12个和8个，可以设定为任意个。

(3)编码器除了A相信号及B相信号之外，如周知的那样，也可以输出作为基准信号的Z相信号。此外，不限于电磁式的编码器，也可以使用光学式或有刷式等的编码器。

(4)也可以由多个绕线组构成马达，与绕线组的个数对应地设置多个马达控制装置的驱动电路。由此，在一部分驱动电路或绕线组故障时，能够使用其他的正常的驱动电路及绕线组来继续马达的驱动，所以提高了可靠性。

(5)应用本发明的马达控制装置的档位切换装置不限于上述实施方式那样切换P档位及非P档位的两个档位的构成，例如也可以与止动杆的回动动作连动地切换自动变速器的档位切换阀和手动阀，从而切换自动变速器的P、R、N、D等的各档位。

(6)本发明的马达控制装置不限于车辆的档位切换装置，也可以应用到驱动SR马达等无刷型的同步马达的各种工作装置。

如以上说明，根据本发明，能够提供一种可应用到具备马达和编码器的工作装置，并驱动马达的各种马达控制装置。

另外，马达包括：在内周部具有卷绕三相绕线的多个突极和在外周部具有多个突极的转子。编码器伴随着转子的旋转而以规定的角度间隔输出取Hi或Lo的某个值的A相信号及B相信号。

马达控制装置在通常驱动时基于编码器的输出信号的计数值来检测转子的旋转位置，依次切换通电相而驱动马达。

马达也可以是开关磁阻马达。此外，该马达控制装置例如作为工作装置而应用到作为车辆的自动变速器的档位切换装置，马达在档位切换装置中作为切换档位的驱动源使用。

本发明的一例的马达控制装置具有控制部及驱动电路。

控制部在电源接入后的初始驱动时，基于在向三相之中的某两相通电的状态下从编码器取得的A相信号及B相信号，学习转子的初始位置，并且在初始驱动后的通常驱动时，基于转子的旋转位置决定通电相。

驱动电路进行开关动作，以向控制部决定的通电相通电。

控制部在初始位置的学习中，如下那样进行学习。

A相信号及B相信号的值均为Hi或Lo的一方(相当于第1状态)时，学习转子的初始位置是转子的相邻的两个突极和定子的两相的通电相的突极对置的“两相对置位置”。

A相信号及B相信号的值均为Hi或Lo的另一方(相当于第2状态)时，学习转子的初始位置是转子的一个突极和定子的一相的非通电相的突极对置的“一相对置位置”。

马达也可以被设定为，定子的突极数和转子的突极数之比为“3比2”。例如定子的突极数设定为12，转子的突极数设定为8。

根据本发明，基于向三相之中的两相通电时的A相信号及B相信号的值，学习转子的初始位置是两相对置位置还是一相对置位置。因此，不需要如现有技术那样进行二阶段驱动或者在产品组装上想办法，在起动开始时能够简便地学习转子的初始位置。

此外，在本发明中，在初始位置的学习中，向三相之中的两相通电，所以即使一相断线，也能够学习初始位置。因此，例如应用到车辆的档位切换装置的情况下，能够在退避行驶时实施档位切换。

在此，本申请所记载的流程图或流程图的处理由多个步骤(或者叫部分)构成，各步骤例如记为S1。进而，各步骤能够分割为多个子步骤。另一方面，也可以将多个步骤合并成一个步骤。

以上例示了本发明的马达控制装置的实施方式、构成、形态，但是本发明的实施方式、构成、形态不限于上述的各实施方式、各构成、各形态。例如，将不同的实施方式、构成、形态所分别公开的技术内容适当组合而得到的实施方式、构成、形态也包含在本发明的实施方式、构成、形态的范围内。

Claims (4)

1.一种马达控制装置，应用到如下的工作装置(10)，所述工作装置(10)具备：马达(30)，包括在内周部具有卷绕三相绕线(36、37、38)的多个突极(32、33、34)的定子(31)和在外周部具有多个突极(42)的转子(41)；以及编码器(44)，伴随着所述转子的旋转而以规定的角度间隔输出取Hi或Lo的某个值的A相信号及B相信号，该马达控制装置对所述马达进行驱动，

所述马达控制装置具有：

控制部(51)，在电源接入后的初始驱动时，基于在向三相之中的某两相通电的状态下从所述编码器取得的所述A相信号及所述B相信号，学习所述转子的初始位置，并且在初始驱动后的通常驱动时，基于所述转子的旋转位置决定通电相；以及

驱动电路(55)，进行开关动作，以向所述控制部决定的通电相通电，

所述控制部，在所述初始位置的学习中，

在所述A相信号及所述B相信号的值均为Hi或Lo之中的第1状态时，学习：所述转子的初始位置是所述转子的相邻的两个突极和所述定子的两相的通电相的突极对置的两相对置位置，

在所述A相信号及所述B相信号的值均为Hi或Lo之中的第2状态时，学习：所述转子的初始位置是所述转子的一个突极和所述定子的一相的非通电相的突极对置的一相对置位置。

2.如权利要求1所述的马达控制装置，

所述马达被设定为，所述定子的突极数和所述转子的突极数之比为3比2。

3.如权利要求1或2所述的马达控制装置，

所述马达是开关磁阻马达。

4.如权利要求1～3中任一项所述的马达控制装置，

所述工作装置是自动变速器(27)的档位切换装置，

所述马达在所述档位切换装置中作为切换档位的驱动源使用。