CN109983688A - 无刷电动机控制装置以及无刷电动机控制方法 - Google Patents

无刷电动机控制装置以及无刷电动机控制方法 Download PDF

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Abstract

无刷电动机控制装置具备:逆变器电路,其对无刷电动机的各相的绕组施加驱动电压;转子磁极检测部,其基于由霍尔传感器检测到的磁极的变化来输出与无刷电动机的转子位置对应的磁极检测信号;转子位置估计部,其输出用电角度表示转子估计位置的转子估计位置信号,该转子估计位置信号每当磁极检测信号的电平切换时表示与切换后的电平对应地预先决定的电角度;电流检测部,其检测对逆变器电路供给的电流来作为电源电流值;以及电角度校正部,其基于电源电流值的变动来决定电角度偏移,通过对转子估计位置信号表示的电角度加上电角度偏移来校正转子估计位置信号。

Description

无刷电动机控制装置以及无刷电动机控制方法
技术领域
本公开涉及一种对无刷电动机进行旋转控制的无刷电动机控制装置以及无刷电动机控制方法。特别是,本公开涉及一种在无刷电动机进行旋转动作时利用霍尔传感器等位置检测单元检测转子位置来决定对电动机线圈通电的通电定时的无刷电动机控制装置以及无刷电动机控制方法。
背景技术
近来,对于通常使用的混合动力汽车的电池冷却用风扇来说,根据其寿命、节能化以及静音性的要求,使用了无刷电动机。对于冷却用风扇来说,根据当时的气温和冷却对象的温度,风扇所需要的风量以及在周边附近发出的驱动音是确定的。需要进行控制以满足它们。已知风量的偏差取决于安装于叶轮(impeller)的电动机的转速的偏差。已知驱动音和电动机振动取决于电动机的旋转转矩。
另外,在通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,以下记为PWM)驱动进行控制的三相无刷电动机的情况下,如以下那样利用电动机控制装置进行控制。首先,电动机控制装置根据霍尔传感器的输出电平的上升沿和下降沿来检测转子的旋转位置。根据每单位时间的旋转位置的变化量来计算实际转速。在电动机控制装置中,按照计算出的实际转速对用于实现PWM驱动的配置在逆变器电路内的MOS-FET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)的开关脉冲宽度进行控制。
因此,由于霍尔传感器的安装位置以及转子磁体的N极和S极的磁化不均等,在转子的规定旋转位置处霍尔传感器的输出电平不切换,上升沿或下降沿的定时发生偏离。已知由此导致从逆变器电路向电动机线圈通电的通电相位或周期等发生偏离。另外,已知电动机的转矩波动增大,振动和噪音也变大。
作为这种偏差的对策,已知一种检测感应电压并校正各霍尔传感器的相对的位置偏离的技术(例如,参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第5469520号公报
发明内容
本公开的目的在于,提供一种不追加通常旋转时不需要的部件地对由霍尔传感器的反应偏差、位置偏离引起的转子的检测位置偏离进行校正来减轻转矩波动的无刷电动机控制装置以及方法。
为了实现上述目的,本公开的电动机控制装置的一个方式具备:逆变器电路,其对无刷电动机的各相的绕组施加驱动电压;转子磁极检测部,其基于由霍尔传感器检测到的磁极的变化来输出与无刷电动机的转子位置对应的磁极检测信号;转子位置估计部,其输出用电角度表示转子估计位置的转子估计位置信号,该转子估计位置信号每当磁极检测信号的电平切换时表示与切换后的电平对应地预先决定的电角度;电流检测部,其检测对逆变器电路供给的电流来作为电源电流值;以及电角度校正部,其基于电源电流值的变动来决定电角度偏移(offset),通过对转子估计位置信号表示的电角度加上电角度偏移来校正转子估计位置信号。
另外,本公开的无刷电动机控制方法的一个方式是使用对无刷电动机的各相的绕组施加驱动电压的逆变器电路的无刷电动机控制方法,包括以下步骤:基于由霍尔传感器检测到的磁极的变化来输出与无刷电动机的转子位置对应的磁极检测信号;输出用电角度表示转子估计位置的转子估计位置信号,该转子估计位置信号每当磁极检测信号的电平切换时表示与切换后的电平对应地预先决定的电角度;检测对逆变器电路供给的电流来作为电源电流值;基于电源电流值的变动来决定电角度偏移;以及通过对转子估计位置信号表示的电角度加上电角度偏移来校正转子估计位置信号。
根据本公开的无刷电动机控制装置以及无刷电动机控制方法,能够不追加在通常旋转时不需要的部件地对由霍尔传感器的反应偏差、位置偏离引起的转子的检测位置偏离进行校正,来减轻转矩波动。
附图说明
图1是表示实施方式的无刷电动机控制装置的结构例和无刷电动机的框图。
图2A是表示电角度表部的一例的图。
图2B是表示从转子磁极检测部输出的磁极检测信号的波形和从转子位置估计部输出的转子估计位置信号的波形的时序图。
图3是表示从转子磁极检测部输出的磁极检测信号的波形、从电角度偏移生成部输出的电角度偏移的波形以及从电角度偏移切换部输出的电角度偏移的波形的时序图。
图4是表示从转子磁极检测部输出的磁极检测信号的波形、从转子位置估计部输出的转子估计位置信号的波形、从电角度偏移切换部输出的电角度偏移的波形以及从电角度校正部输出的转子估计位置信号的波形的时序图。
图5是对使从电角度偏移生成部输出的电角度偏移的值变化时的从评价值计算部输出的评价值进行标绘得到的曲线图。
图6是表示将电角度偏移设为0的情况下的磁极检测信号和电源电流值的曲线图。
图7是表示将电角度偏移设为图5中记载的电角度偏移Pb的情况下的磁极检测信号和电源电流值的曲线图。
图8是表示电角度校正部的决定电角度偏移的处理例的流程图。
图9是表示电角度校正部的决定电角度偏移的其它处理例的流程图。
图10是表示实施方式的无刷电动机控制方法的流程图。
具体实施方式
在专利文献1中,需要在通常旋转时不需要的部件、例如用于将电动机线圈的中性点与感应电压进行比较的比较器或者输出该比较器的输出与霍尔传感器输出的异或的EX-OR(exclusive OR)电路(异或电路)。由此,部件数量增加,因此导致电动机控制装置的大型化、成本增加。
以下,使用附图对实施方式进行说明。
(实施方式)
图1是表示实施方式的无刷电动机控制装置14的结构例和无刷电动机5的框图。在图1中,无刷电动机控制装置14从电动机驱动用电源线+B和GND线接收电力供给。无刷电动机控制装置14以速度指令Spreq为输入来对无刷电动机5进行旋转控制。无刷电动机控制装置14由速度控制部1、PWM波形生成部2、电流检测部3、逆变器电路4、转子磁极检测部6、电角度校正部7、转子位置估计部11以及速度估计部13构成。并且,转子磁极检测部6与无刷电动机5中具备的霍尔传感器6a连接。电角度校正部7由评价值计算部8、电角度偏移生成部9、电角度偏移切换部10以及加法运算器7a构成。转子位置估计部11具备电角度表部12。
速度控制部1被输入用于指示无刷电动机5的转速的速度指令SPreq和来自速度估计部13的估计速度SPest。速度控制部1设定并输出PWM占空比值Dut,使得估计速度SPest满足速度指令SPreq。
PWM波形生成部2按照来自速度控制部1的PWM占空比值Dut向逆变器电路输出PWM信号Wpwm。PWM信号Wpwm用于控制逆变器电路4内的开关元件的接通和断开。
电流检测部3检测向逆变器电路4供给的电流来作为电源电流值Adet。
逆变器电路4按照来自PWM波形生成部2的PWM信号Wpwm对无刷电动机5的各相的绕组施加驱动电压。
无刷电动机5例如是三相的无刷电动机,具有定子和带磁性的转子,其中,该定子具有U相绕组、V相绕组和W相绕组。
转子磁极检测部6基于由霍尔传感器6a检测到的磁极的变化来输出与无刷电动机5的转子位置对应的数字的磁极检测信号Hdet。
转子位置估计部11输出用电角度表示转子估计位置的转子估计位置信号Pest。转子估计位置信号Pest是表示电角度的从0度到360度的值的信号。转子位置估计部11基于电角度表部12和估计速度SPest来生成转子估计位置信号Pest。具体地说,输出每当磁极检测信号Hdet的电平切换时表示与切换后的电平对应地预先决定的电角度的转子估计位置信号Pest。按电平切换的每个类型(也就是上升沿和下降沿)在电角度表部12中设定了预先决定的电角度。另外,在从磁极检测信号Hdet的电平切换起直到下一次切换为止的区间内,转子位置估计部11基于估计速度SPest估计转子估计位置信号Pest的电角度。
电角度校正部7基于由电流检测部3检测到的电源电流值Adet的变动来决定电角度偏移Pofs。电角度校正部7通过对转子估计位置信号Pest表示的电角度加上电角度偏移Pofs来校正转子估计位置信号Pest。电角度校正部7输出校正后的转子估计位置信号Posi。电角度偏移Pofs被电角度偏移生成部9决定为适于抑制电源电流值Adet的变动的值。
电角度表部12保持电角度表。图2A是表示电角度表部12的一例的图。在图2A中示出与磁极检测信号Hdet的下降沿的定时对应的转子的电角度是210度、与上升沿的定时对应的转子的电角度是30度的情况。在该情况下,电角度表是保持与标志(Index)0对应的电角度(210度)及与标志1对应的电角度(30度)的表即可。例如,电角度表部12在被输入标志0时向转子位置估计部11输出与电角度210度对应的模拟值或数字值。另外,电角度表部12在被输入标志1时向转子位置估计部11输出与电角度30度对应的模拟值或数字值。例如,转子位置估计部11在磁极检测信号Hdet的下降沿的定时向电角度表部12输出标志0。转子位置估计部11在磁极检测信号Hdet的上升沿的定时向电角度表部12输出标志1。
速度估计部13基于校正后的转子估计位置信号Posi来估计转子的转速,并将其作为估计速度SPest输出。
对电角度校正部7的结构进行说明。
评价值计算部8被输入由电流检测部3检测出的电源电流值Adet,来计算在无刷电动机5以固定速度进行旋转动作时表示电源电流值Adet的变动的评价值Eval。该评价值Eval例如可以是方差、振幅的大小、频率分布等。
电角度偏移生成部9生成与评价值Eval的最小值对应的电角度偏移Posn。例如,电角度偏移生成部9在使无刷电动机5以固定速度进行旋转动作的过程中一边使电角度偏移Posn逐渐增加或减少一边多次校正转子估计位置信号Pest。评价值计算部8计算并保持各电角度偏移Posn时的由电流检测部3检测出的多个电源电流值Adet的方差来作为评价值Eval。电角度偏移生成部9利用多项式对电角度偏移Posn与评价值的关系进行近似,在多项式中计算出最小的评价值Eval。电角度偏移生成部9将根据多项式得到的评价值Eval为最小时的电角度偏移决定为适当的电角度偏移Posn。这样,基于电源电流值Adet的变动来决定电角度偏移Posn,因此能够抑制由新的部件的追加导致的电路规模的增大。
电角度偏移切换部10在磁极检测信号Hdet为高电平和低电平中的一方的电平的区间内输出要与转子估计位置信号Pest表示的电角度相加的电角度偏移Pofs。电角度偏移切换部10具备零产生部10a和选择器10b。零产生部10a产生表示电角度为0度的零信号(例如,地电平的信号)。选择器10b选择零信号和电角度偏移Posn中的一方。选择器10b在磁极检测信号Hdet为高电平和低电平中的一方的电平的区间内选择电角度偏移Posn,在另一方的电平的区间内选择零信号。将选择结果、即选择器10b的输出信号称为电角度偏移Pofs。
加法运算器7a将转子估计位置信号Pest与电角度偏移Pofs相加。相加结果也就是加法运算器7a的输出信号是校正后的转子估计位置信号Pest,称为转子估计位置信号Posi。
所谓的磁极检测信号Hdet为高电平和低电平中的一方的电平的区间例如是指低电平的区间。在该情况下,电角度校正部7在磁极检测信号Hdet的低电平区间内对转子估计位置信号Pest加上电角度偏移Posn,在磁极检测信号Hdet的高电平区间内对转子估计位置信号Pest加上零信号。换言之,仅对在电角度表中预先设定的转子的电角度的单侧(与上升沿或下降沿对应的电角度)加上电角度偏移。以这种方式相加是基于以下理由。在无刷电动机5中产生转矩波动那样的情况下,磁极检测信号Hdet的高电平区间与低电平区间的时间并不均等,转子估计位置信号Pest表示的变化量在高电平区间与低电平区间内是不同的,因此转子估计位置信号Pest的值不连续地大幅变化(参照图2B)。在一方的电平的区间内,能够通过对转子估计位置信号Pest表示的电角度加上适当的电角度偏移Posn来进行校正以消除转子估计位置信号Pest的值大幅变化,也就是说能够对转子估计位置信号Pest表示的变化量的不均匀性进行校正,进而抑制转矩波动。
接着,对磁极检测信号Hdet和转子估计位置信号Pest的具体例进行说明。
图2B是表示从转子磁极检测部6输出的磁极检测信号Hdet的波形和从转子位置估计部11输出的转子估计位置信号Pest的波形的时序图。在霍尔传感器6a被安装于理想的位置的情况下,当无刷电动机5以固定速度旋转时,转子磁极检测部6的磁极检测信号Hdet的高电平区间与低电平区间相等。在此,示出由于霍尔传感器6a的位置偏离或者针对霍尔传感器6a的N极及S极的反应偏差等某些理由导致转子磁极检测部6的磁极检测信号Hdet的高电平区间与低电平区间不相等的情况。图2B的磁极检测信号Hdet示出了高电平区间:低电平区间并非50:50而是(50-x):(50+x)的例子。
如图1所示,转子位置估计部11具备电角度表部12。转子位置估计部11以磁极检测信号Hdet为输入。在图2B中,在磁极检测信号Hdet的信号电平切换的时刻t0和t1,转子位置估计部11参照图2A中记载的电角度表部12,针对磁极检测信号Hdet的沿的类型,输出预先决定的电角度来作为转子估计位置信号Pest。其结果,转子估计位置信号Pest在时刻t0表示电角度30度,在时刻t1表示电角度210度。
然后,在直到下次的信号电平切换为止的期间(例如,区间t0~t1、t1~t0),按照估计速度SPest的速度使转子估计位置信号Pest的值逐渐地增加。因此,在磁极检测信号Hdet的高电平区间与低电平区间的时间不相等的情况下(例如图2B所示,高电平区间短、低电平区间长的情况下),转子估计位置信号Pest表示的变化量在区间t0~t1和区间t1~t0内是不同的,因此在时刻t0和t1,转子估计位置信号Pest的值不连续地大幅地变化。
接着,对被输入到电角度偏移切换部10的磁极检测信号Hdet及电角度偏移Posn和从电角度偏移切换部10输出的电角度偏移Pofs的具体例进行说明。
图3是表示从转子磁极检测部6输出的磁极检测信号Hdet的波形、从电角度偏移生成部9输出的电角度偏移Posn的波形以及从电角度偏移切换部10输出的电角度偏移Pofs的波形的时序图。如图1所示,电角度偏移生成部9将以后述的方法决定的值(-n度)作为电角度偏移Posn向电角度偏移切换部10输出。
电角度偏移切换部10将磁极检测信号Hdet作为切换控制用的信号输入。电角度偏移切换部10在磁极检测信号Hdet的电平切换的图3的时刻t0从电角度偏移Posn(-n)切换为零信号。电角度偏移切换部10在时刻t1从零信号切换为电角度偏移Posn(-n)。这样,电角度偏移切换部10输出了电角度偏移Pofs。其结果,电角度偏移Pofs在磁极检测信号Hdet为低电平时是-n度,在磁极检测信号Hdet为高电平时是0度。
接着,对基于电角度偏移Pofs的转子估计位置信号Pest的校正的具体例进行说明。
图4是表示从转子磁极检测部6输出的磁极检测信号Hdet的波形、从转子位置估计部11输出的转子估计位置信号Pest的波形、从电角度偏移切换部10输出的电角度偏移Pofs的波形以及从电角度校正部7输出的转子估计位置信号Posi的波形的时序图。如图1所示,作为电角度校正部7的输出信号的转子估计位置信号Posi为转子估计位置信号Pest与从电角度偏移切换部10输出的电角度偏移Pofs的和。因此,从电角度偏移切换部10输出的电角度偏移Pofs在时刻t0从-n向0切换以及在时刻t1从0向-n切换,由此从电角度校正部7输出的转子估计位置信号Posi成为无台阶地线性增加的锯齿波形。
接着,说明如何决定电角度偏移Posn的适当的值。
图5是对使从电角度偏移生成部9输出的电角度偏移Posn的值变化时的从评价值计算部8输出的评价值Eval进行标绘得到的曲线图。如图1所示,评价值计算部8的输入是来自电流检测部3的电源电流值Adet。评价值计算部8通过(式1)计算预先决定的时间内的来自电流检测部3的电源电流值Adet的方差、即评价值Eval。在图5中,使电角度偏移Posn的值增加,将旋转稳定后1秒的期间的N个数据的方差值设为Eval。
【数1】
其中,i是1至N的整数。xi是连续地检测出的N个电源电流值Adet。μ是xi的平均值。
在图5的例子中,评价值计算部8针对从0起逐渐地增加的N个电角度偏移Posn计算N个评价值Eval。
评价值Eval能够表现偏差的大小即可,也可以是标准偏差、最大值与最小值的差(幅度)。
在如图2B那样磁极检测信号Hdet的高电平区间与低电平区间不相等的情况下,如图5所示,在来自电角度偏移生成部9的电角度偏移Posn为值Pb处,评价值Eval具有最小值Eb。这样,图5为向下凸的曲线图。在调整作业时,求出值Pb,并且将图3中示出的从电角度偏移生成部9输出的电角度偏移Posn的值(-n)设为Pb,由此能够减小电流振幅(波动)。
图6是表示将电角度偏移Posn设为0的情况下的磁极检测信号Hdet和电源电流值Adet的曲线图。图7是表示将电角度偏移Posn设为图5中记载的电角度偏移Pb的情况下的磁极检测信号Hdet和电源电流值Adet的曲线图。根据图6和图7可知,当将电角度偏移Posn设为评价值Eval最小时的电角度偏移Pb时,电流检测部3的电源电流值Adet的振动幅度变小,换言之,转矩波动减轻。
接着,对决定适当的电角度偏移Posn的具体的处理例进行说明。
图8是表示电角度校正部7的决定电角度偏移Posn的处理例的流程图。关于图8的处理,作为决定适当的电角度偏移Posn的调整作业,既可以在旋转动作中随时执行,也可以在旋转动作刚开始后执行,还可以在工厂发货时执行。在图8中,首先,电角度校正部7判定无刷电动机5是否正在以固定速度进行旋转动作(步骤S80)。如果不是正在以固定速度进行旋转动作(在步骤S80中为“否”),电角度校正部7重复进行判定,直到成为固定速度的旋转动作为止。如果是正以固定速度进行旋转动作(在步骤S80中为“是”),则电角度校正部7将电角度偏移Posn的值初始化为-α(步骤S81)。α例如既可以是1度也可以是0.5度还可以是其它值。并且,电角度校正部7通过对电角度偏移Posn加上α来更新Posn(步骤S82)。初次的电角度偏移Posn为0。电角度校正部7在磁极检测信号Hdet是低电平的区间内,通过对转子估计位置信号Pest加上电角度偏移Posn来校正转子估计位置信号Pest(步骤S83)。在该状态下,电角度校正部7按照(式1)来计算评价值Eval,将电角度偏移Posn与评价值Eval对应地保持(步骤S84)。并且,电角度校正部7判定步骤S82~S84的重复次数是否达到K次(步骤S85),如果没有达到K次(在步骤S85中为“否”)则返回到步骤S82。K是表示重复次数的整数。
这样,保持K个与电角度偏移Posn对应的评价值Eval。
电角度校正部7利用多项式对K组电角度偏移Posn与评价值Eval的关系进行近似(步骤S86)。如图5示出的那样,该近似也可以是利用了二次式的近似。电角度校正部7将与在多项式中为最小的评价值Eval对应的电角度偏移Posn的值决定为适当的电角度偏移Posn(步骤S87)。
之后,电角度校正部7输出适当的电角度偏移Posn,由此能够如图7中示出的那样抑制电源电流值Adet的变动,进而减轻转矩波动。
根据本实施方式的无刷电动机控制装置14,不需要具备感应电压检测电路以及高精度高灵敏度的霍尔传感器。因此,能够使无刷电动机控制装置14成为简单的电路结构。另外,能够抑制电路面积、成本。另外,不仅通过转矩波动的减轻来降低旋转振动和噪音并延长轴承的寿命,而且电动机旋转中的电流振动也变小。因此,能够使电动机中流动的平均电流值更接近电路的能够容许的最大值。由此,不需要为了确保它们的富余而搭载更大型的电路。例如,在冷却风扇中使用无刷电动机5的情况下,能够实现冷却风扇的更加小型化、轻量化。
此外,决定适当的电角度偏移Posn的处理并不限于图8。例如,也可以通过图9所示的处理来决定适当的电角度偏移Posn。图9是表示电角度校正部7的决定电角度偏移Posn的其它处理例的流程图。图9与图8相比的不同之处在于,具有步骤S84a、S86a、S87a来替代步骤S84、S86、S87。以下,以不同之处为中心进行说明。
在步骤S84a中,电角度校正部7对电源电流值Adet进行频率分析,将电角度偏移Posn与分析结果对应地保持。
在步骤S86a中,电角度校正部7判别分析结果中的预先决定的频率成分最小的分析结果。也可以根据转子磁体的极对数和转速来计算预先决定的频率成分。
在步骤S87a中,电角度校正部7将与最小的分析结果对应的电角度偏移Posn决定为适当的电角度偏移Posn。
对无刷电动机控制装置14的无刷电动机控制方法进行说明。
图10是表示实施方式的无刷电动机控制方法的流程图。图10示出了在图1示出的无刷电动机控制装置14中使用对无刷电动机的各相的绕组施加驱动电压的逆变器电路4的无刷电动机控制方法。
如图1那样,转子磁极检测部6基于由霍尔传感器6a检测出的磁极的变化来输出与无刷电动机5的转子位置对应的数字的磁极检测信号Hdet(步骤S101)。转子位置估计部11参照电角度表部12来输出用电角度表示转子估计位置的转子估计位置信号Pest,该转子估计位置信号Pest每当磁极检测信号Hdet的电平切换时表示与切换后的电平对应地预先决定的电角度(步骤S102)。
另外,电流检测部3检测对逆变器电路4供给的电流来作为电源电流值Adet(步骤S110),基于电源电流值Adet的变动来决定电角度偏移Pofs(步骤S111)。
电角度校正部7通过将电角度偏移Pofs与转子估计位置信号Pest表示的电角度相加来校正转子估计位置信号Pest(步骤S103)。电角度校正部7向速度估计部13输出校正后的转子估计位置信号Posi(步骤S104)。
步骤S101~S104分别是无刷电动机5的旋转动作中的在时间上连续的处理,且并行地执行。这些步骤的各信号是时间序列的信号,被并行地输出。另外,步骤S110和S111也可以是实质上与图8或图9的处理相同的处理,简略地表示图8或图9的处理。与图8和图9同样地,步骤S110和S111即可以随时执行,也可以在旋转动作刚开始后执行,还可以在工厂发货时执行。
这样,在本实施方式的无刷电动机控制装置14以及无刷电动机控制方法中,关于转子磁极检测部6基于由霍尔传感器6a检测到的磁极的变化来输出的与无刷电动机5的转子位置对应的数字的磁极检测信号Hdet,仅在低电平区间对电角度的估计位置加上利用规定的方法预先决定的偏移。由此,在本实施方式中,即使在由于霍尔传感器6a的反应偏差(霍尔元件的偏移和内部比较器的滞后)的影响导致磁极检测信号Hdet所示的高电平区间与低电平区间不均等的情况下,也无论转子的位置在何处,向PWM波形生成部2输入的作为表示电角度的信号的转子估计位置信号Posi在旋转中始终为接近真正的转子位置的值。因此,对无刷电动机5施加的驱动电压的相位不会在霍尔传感器6a的上升沿或下降沿处不连续地大幅地变化(跳跃),而是连续地变化。因此,无刷电动机5的电流波形成为漂亮的正弦波形状,转矩波动减轻。
根据本实施方式,当转矩波动减轻时,能够实现旋转振动和噪音的降低、轴承的长寿命化。另外,在无刷电动机5的旋转中,从电源朝向逆变器电路4的电流的电流振动也变小,因此能够使从电源供给的平均电流值更接近电源电路能够容许的值(过电流错误的阈值)。由此,不需要为了确保它们的富余而搭载更大型的电动机芯、轴承、电路。另外,不需要具备感应电压检测电路和高精度的霍尔传感器。同时,也不需要传感器位置精度高的安装。因而,能够以简单的电路结构实现,能够抑制部件成本和制造成本。例如,能够在冷却风扇的情况下实现小型化、轻量化、低成本化。
如以上那样,本实施方式的无刷电动机控制装置14具备:逆变器电路4,其对无刷电动机5的各相的绕组施加驱动电压;转子磁极检测部6,其基于由霍尔传感器6a检测到的磁极的变化来输出与无刷电动机5的转子位置对应的磁极检测信号Hdet;转子位置估计部11,其输出用电角度表示转子估计位置的转子估计位置信号Pest,该转子估计位置信号Pest每当磁极检测信号Hdet的电平切换时表示与切换后的电平对应地预先决定的电角度;电流检测部3,其检测对逆变器电路4供给的电流来作为电源电流值Adet;以及电角度校正部7,其基于电源电流值Adet的变动来决定电角度偏移Pofs,通过对转子估计位置信号Pest表示的电角度加上电角度偏移Pofs来校正转子估计位置信号Pest。
由此,能够不追加在通常旋转时不需要的部件地校正由霍尔传感器6a的反应偏差、位置偏离引起的转子的检测位置偏离,来抑制电源电流值Adet的变动。因而,能够使转矩波动减轻。
在此,电角度校正部7也可以在无刷电动机5以固定速度进行旋转动作时计算电源电流值Adet的方差来作为评价值Eval,决定与评价值Eval的最小值对应的电角度偏移Pofs。
由此,能够决定使电源电流值Adet的方差最小的电角度偏移Pofs。
在此,电角度校正部7也可以在磁极检测信号Hdet为高电平和低电平中的某一方的电平的区间内对转子估计位置信号Pest表示的电角度加上电角度偏移Pofs。
由此,通过对与磁极检测信号Hdet的上升沿和下降沿中的一方对应的电角度进行校正,来减轻电流变动,从而使转矩波动减轻。
在此,也可以是,电角度校正部7在使无刷电动机5以固定速度进行旋转动作的过程中,一边使电角度偏移Pofs逐渐增加或减少一边多次校正转子估计位置信号Pest,将针对各电角度偏移Pofs而由电流检测部3检测出的多个电源电流值的方差作为评价值Eval,并且用多项式对电角度偏移Pofs与评价值Eval的关系进行近似,来决定与在该多项式中为最小的评价值Eval对应的电角度偏移Pofs。
由此,能够使用多项式来适当地决定电角度偏移Posn。
在此,也可以是,电角度校正部7在使无刷电动机5以固定速度进行旋转动作的过程中,使电角度偏移Pofs逐渐增加或减少,对各电角度偏移Pofs时的由电流检测部3检测出的电源电流值Adet进行频率分析,来决定与预先决定的频率成分的最小值对应的电角度偏移Pofs。
由此,能够通过频率分析来适当地决定电角度偏移Posn。
另外,本实施方式的无刷电动机控制方法是使用对无刷电动机5的各相的绕组施加驱动电压的逆变器电路4的无刷电动机控制方法,基于由霍尔传感器6a检测到的磁极的变化来输出与无刷电动机5的转子位置对应的磁极检测信号Hdet,输出用电角度表示转子估计位置的转子估计位置信号Pest,该转子估计位置信号Pest每当磁极检测信号Hdet的电平切换时表示与切换后的电平对应地预先决定的电角度,检测对逆变器电路4供给的电流来作为电源电流值Adet,基于电源电流值Adet的变动来决定电角度偏移Pofs,通过对转子估计位置信号Pest表示的电角度加上电角度偏移Pofs来校正转子估计位置信号Pest。
由此,能够不追加在通常旋转时不需要的部件地对由霍尔传感器6a的反应偏差、位置偏离引起的转子的检测位置偏离进行校正,来抑制电源电流值Adet的变动。因而,能够使转矩波动减轻。
产业上的可利用性
本公开的电动机控制装置以及方法能够利用简单的结构减轻转矩波动,并减少振动。因而,不仅能够应用于混合动力汽车的电池冷却用鼓风机,也能够应用于家庭用或产业用的无刷电动机,特别是适用于要求高效率、低噪音的冷却风扇和鼓风机用电动机的控制。
附图标记说明
1:速度控制部;2:PWM波形生成部;3:电流检测部;4:逆变器电路;5:无刷电动机;6:转子磁极检测部;6a:霍尔传感器;7:电角度校正部;7a:加法运算器;8:评价值计算部;9:电角度偏移生成部;10:电角度偏移切换部;10a:零产生部;10b:选择器;11:转子位置估计部;12:电角度表部;13:速度估计部;14:无刷电动机控制装置;SPreq:速度指令;+B:电源端子;Adet:电源电流值;Dut:PWM占空比值;Wpwm:PWM信号;Hdet:磁极检测信号;Pest:转子估计位置信号;Eval:评价值;Posn:电角度偏移;Pofs:电角度偏移;Posi:转子估计位置信号;SPest:估计速度。

Claims (6)

1.一种无刷电动机控制装置,具备:
逆变器电路,其用于对无刷电动机的各相的绕组施加驱动电压;
转子磁极检测部,其基于由霍尔传感器检测到的磁极的变化来输出与所述无刷电动机的转子位置对应的磁极检测信号;
转子位置估计部,其输出用电角度表示转子估计位置的转子估计位置信号,该转子估计位置信号每当所述磁极检测信号的电平切换时表示与切换后的电平对应地预先决定的电角度;
电流检测部,其检测对所述逆变器电路供给的电流来作为电源电流值;以及
电角度校正部,其基于所述电源电流值的变动来决定电角度偏移,通过对所述转子估计位置信号表示的电角度加上所述电角度偏移来校正所述转子估计位置信号。
2.根据权利要求1所述的无刷电动机控制装置,其特征在于,
所述电角度校正部在所述无刷电动机以固定速度进行旋转动作时计算所述电源电流值的方差来作为评价值,来决定与所述评价值的最小值对应的所述电角度偏移。
3.根据权利要求1所述的无刷电动机控制装置,其特征在于,
所述电角度校正部在所述磁极检测信号为高电平和低电平中的某一方的电平的区间内对所述转子估计位置信号表示的电角度加上所述电角度偏移。
4.根据权利要求1所述的无刷电动机控制装置,其特征在于,
所述电角度校正部在使所述无刷电动机正在以固定速度进行旋转动作的过程中,一边使所述电角度偏移逐渐增加或减少一边多次校正所述转子估计位置信号,将针对各电角度偏移而由所述电流检测部检测出的多个电源电流值的方差作为评价值来保持,并且用多项式对所述电角度偏移与所述评价值的关系进行近似,来决定与在所述多项式中为最小的所述评价值对应的所述电角度偏移。
5.根据权利要求1所述的无刷电动机控制装置,其特征在于,
所述电角度校正部在使所述无刷电动机正在以固定速度进行旋转动作的过程中,使所述电角度偏移逐渐增加或减少,对各电角度偏移时的由所述电流检测部检测出的电源电流值进行频率分析,来决定与预先决定的频率成分的最小值对应的所述电角度偏移。
6.一种无刷电动机控制方法,使用对无刷电动机的各相的绕组施加驱动电压的逆变器电路,该无刷电动机控制方法包括以下步骤:
基于由霍尔传感器检测到的磁极的变化来输出与所述无刷电动机的转子位置对应的磁极检测信号;
输出用电角度表示转子估计位置的转子估计位置信号,该转子估计位置信号每当所述磁极检测信号的电平切换时表示与切换后的电平对应地预先决定的电角度;
检测对所述逆变器电路供给的电流来作为电源电流值;
基于所述电源电流值的变动来决定电角度偏移;以及
通过对所述转子估计位置信号表示的电角度加上所述电角度偏移来校正所述转子估计位置信号。
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