CN113840981B - 电动机控制装置、方法和可变阀定时控制装置、方法 - Google Patents

电动机控制装置、方法和可变阀定时控制装置、方法 Download PDF

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Abstract

本发明的课题是在电动机频繁地切换正转与反转的情况下也确保速度运算精度而适当地控制电动机。具有电动机控制装置(20)，其具有输出用于检测电动机(10)的旋转角的3相信号的旋转传感器(12)，基于上述3相信号和指令信号(21)来控制电动机(10)的旋转速度输出。包括：第1期间判断单元(42)，其判断从旋转角传感器(12)输出的上述3相信号在3相中按上升、下降、上升的顺序输出的第1期间；和第2期间判断单元(43)，其判断从旋转角传感器(12)输出的上述3相信号在3相中按下降、上升、下降的顺序输出的第2期间。进行控制，使得旋转角传感器(12)的输出处于第1期间或第2期间中的情况下更新电动机(10)的旋转速度输出。

Description

电动机控制装置、方法和可变阀定时控制装置、方法
技术领域
本发明涉及电动机控制装置和电动机控制方法、以及使用它们的可变阀定时控制装置和可变阀定时控制方法。
背景技术
在机动车等中搭载的内燃机中，要求燃耗改善、排气清洁化。作为实现该要求的一个方案，发动机的辅助设备的电动化正在进展。通过使以往将发动机作为直接的动力源驱动的部分电动化，能够期待控制响应性能提高和摩擦等机械损失减少。例如，对于用发动机的动力来驱动液压泵而工作的助力转向，电动化正在进展，进而对于可变阀定时装置这样与发动机燃烧控制相关的部分也正在研究电动化。
存在各种各样用于电动化的电动机，但机动车中因为使用直流电源所以使用直流电动机。以往使用电刷换向器的直流换向器电动机是主流，但随着近年来的功率电子学的发展，无刷直流电动机正在逐渐普及。无刷直流电动机用霍尔传感器或编码器等旋转角传感器检测磁极位置，基于检测出的旋转角控制对电动机线圈施加的电压。
作为这样的电动机控制技术的一例，例如有专利文献1。
专利文献1中，公开了具备包括3个霍尔传感器的主控制部，检测V相信号上升、W相信号上升、U相信号下降、或者U相信号上升、W信号下降、V相信号上升并切换运转模式的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-261957号公报
发明内容
发明要解决的课题
用电动机对发动机中的阀定时进行可变控制的情况下，在电动机的旋转轴上安装的凸轮以使阀开闭的方式工作。控制电动机的可变阀定时控制装置通过改变与发动机的旋转角对应的电动机的旋转角来控制开阀或闭阀时机。在发动机运转中，为了应对要求的动作、例如发动机转矩的变动，而要求电动机加速、减速。因此，取决于条件，存在电动机的旋转方向从正转变为反转和从反转变为正转的情况。该情况下，例如将专利文献1中记载的技术用于可变阀定时控制的情况下，因为根据旋转角传感器的脉冲信号的间隔得到速度信息，所以在旋转方向的切换点处产生脉冲信号的间隔与速度不对应的期间。因此，存在旋转方向的切换点附近存在速度被判断为过大的期间的可能性。因为可变阀定时控制装置中需要适当地控制电动机，所以要求高响应性能，上级控制系统中的增益一般被设定为较高。但是，如上所述存在过大速度的情况下，在确保稳定性的观点上不能提高增益，速度运算精度降低而难以适当地控制电动机。
本发明的目的在于提供一种在电动机频繁地切换正转与反转的情况下也能够确保速度运算精度而适当地控制电动机的电动机控制装置和电动机控制方法、以及使用它们的可变阀定时控制装置和可变阀定时控制方法。
用于解决课题的技术方案
为了达成上述目的，本发明例如是一种电动机控制装置，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，基于所述3相信号和指令信号来控制所述电动机的旋转速度输出，其特征在于，包括：第1期间判断单元，其判断从所述旋转角传感器输出的所述3相信号在3相中按上升、下降、上升的顺序输出的第1期间；和第2期间判断单元，其判断从所述旋转角传感器输出的所述3相信号在3相中按下降、上升、下降的顺序输出的第2期间，所述电动机控制装置进行控制，使得在所述旋转角传感器的输出处于所述第1期间或所述第2期间中的情况下更新所述电动机的旋转速度输出。
另外，本发明是一种电动机控制方法，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，基于所述3相信号和指令信号来控制所述电动机的旋转速度输出，其特征在于：将从所述旋转角传感器输出的所述3相信号在3相中按上升、下降、上升的顺序输出的期间作为第1期间，将从所述旋转角传感器输出的所述3相信号在3相中按下降、上升、下降的顺序输出的期间作为第2期间，进行控制，使得在所述旋转角传感器的输出处于所述第1期间或所述第2期间中的情况下更新所述电动机的旋转速度输出。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在电动机频繁地切换正转与反转的情况下也能够确保速度运算精度而适当地控制电动机的电动机控制装置和电动机控制方法、以及使用它们的可变阀定时控制装置和可变阀定时控制方法。
附图说明
图1是表示本发明第一实施例的电动机驱动系统的框图。
图2是本发明第一实施例的电动机控制装置20的控制框图。
图3是本发明第一实施例的电动机速度推算单元28的控制框图。
图4是表示本发明第一实施例的电动机速度推算单元28的动作的一例的图。
图5是表示本发明第一实施例的电动机速度推算单元28的动作的流程图。
图6是本发明第二实施例的电动机速度推算单元28的控制框图。
图7是表示本发明第二实施例的电动机速度推算单元28的动作的一例的图。
图8是本发明第三实施例的电动机速度推算单元28的控制框图。
图9是表示本发明第三实施例的电动机速度推算单元28的动作的一例的图。
图10是表示本发明第三实施例的电动机速度推算单元28的动作的流程图。
图11是表示本发明第三实施例的变化相与旋转方向的关系的图。
图12是本发明第四实施例的可变阀定时控制装置的截面图。
图13是表示本发明第四实施例的可变阀定时控制装置的动作的图。
图14是本发明第五实施例的电动助力转向装置的概略图。
具体实施方式
本发明的实施方式的电动机控制装置，适用于特别要求速度的高响应性能的应用，作为电动机以无刷直流电动机为对象。作为主要的应用例，设想使用电动机控制内燃机发动机中的阀定时的可变阀定时控制装置、用电动机辅助转向操作的电动助力转向装置。
在本发明的实施方式中，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，特征在于：将从所述旋转角传感器输出的所述3相信号在3相中按上升、下降、上升的顺序输出的期间作为第1期间，将从所述旋转角传感器输出的所述3相信号在3相中按下降、上升、下降的顺序输出的期间作为第2期间，进行控制，以使所述旋转角传感器的输出处于所述第1期间或所述第2期间中的情况下更新所述电动机的旋转速度输出。在本实施方式中，通过构成为如上所述，在电动机的旋转方向变化了的情况和电动机旋转达到稳定的期间中，能够将根据旋转角传感器脉冲信号间隔检测而计算的旋转速度输出运算正确的情况选择为旋转速度。由此，能够排除正转与反转变化的区间和轴刚性不足等导致的速度不稳定区间中的速度运算误差的影响。
另外，本发明的实施方式中，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，特征在于：将从所述旋转角传感器输出的所述3相信号中的仅特定相的信号变化了2次以上的时刻起到检测出所述特定相以外的相的信号变化的期间作为第3期间，所述旋转角传感器的输出处于所述第3期间中的情况下，使所述电动机的旋转速度输出保持为上一次的旋转速度输出，在所述第3期间结束时更新所述电动机的旋转速度输出。
另外，本发明的实施方式中，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，特征在于：将从所述旋转角传感器输出的所述3相信号中的仅特定相的信号变化了2次以上的时刻起到检测出所述特定相以外的相的信号变化的期间作为第3期间，所述旋转角传感器的输出处于所述第3期间中的情况下，使所述电动机的旋转速度输出成为0，在所述第3期间结束时更新所述电动机的旋转速度输出。
进而，本发明的实施方式中，在一种具有分别使进气阀和排气阀开闭的进气凸轮和排气凸轮、与所述进气凸轮和所述排气凸轮分别连结的进气侧凸轮轴和排气侧凸轮轴、以及对所述进气侧凸轮轴和所述排气侧凸轮轴进行旋转驱动的进气侧电动阀定时控制电动机和排气侧电动阀定时控制电动机的可变阀定时控制中，特征在于：对于所述进气侧电动阀定时控制电动机和所述排气侧电动阀定时控制电动机，用上述实施方式所述的电动机控制进行控制。
本发明的实施方式中，通过使用由上述电动机控制装置驱动的电动机调整发动机的阀定时，在正转与反转频繁地切换的情况下也能够确保速度运算精度而适当地控制电动机，有助于燃耗降低、排气清洁化。
对于使上述实施方式具体化的实施例，在以下进行说明。
实施例1
图1是表示本发明第一实施例的电动机驱动系统的框图。本实施例中，使用3相电动机驱动用的逆变器作为电力转换装置，作为控制对象的电动机10使用无刷直流电动机。由电动机10发生的转矩被传递至电动机轴11。电动机10用旋转角传感器12判断对各绕组施加电压的时机。作为旋转角传感器12，能够使用绝对编码器或同步分解器等，但本图中使用霍尔IC的例子进行说明。霍尔IC将磁通方向变换为数字信号输出。与电动机10连接的配线是3相的配线13，对配线13施加来自电力转换装置14的交流电压。电力转换装置14通过使开关元件15通/断而将直流电压转换为交流电压，生成对配线13施加的交流电压。
电流检测器16(直流电流检测器)测定电力转换装置14中流入或流出的电流。一般而言将分流电阻插入接地点与开关元件15的负极侧连接端子之间，通过测定分流电阻的两端电压来检测电流。用由栅极驱动器17生成的栅极电压18使开关元件15通/断。栅极驱动器17将决定开关元件15的通/断时序的栅极信号19放大，转换为开关元件15能够工作的电压和电流。
电动机控制装置20接收来自电子控制单元(ECU)等上级控制系统的指令信号21，生成使电动机10以追随该指令信号21的方式工作用的栅极信号19。电动机控制装置20使用旋转角传感器信号22和直流电流信号23作为其他输入。旋转角传感器信号22是旋转角传感器12的输出，输出U相、V相、W相这3相的信号。本实施例中将这3相的信号定义为3相信号。直流电流信号23是电流检测器16的输出。
接着，对于作为电动机驱动系统的结构的一部分的电动机控制装置20的结构进行说明。图2是本发明第一实施例的电动机控制装置20的控制框图。本实施例中，电动机控制装置20接收的指令信号21是转矩指令。
指令信号21被输入至补偿单元24。补偿单元24将指令信号21和转矩推算值25作为输入，以使指令信号21与转矩推算值25的偏差减小的方式进行控制，输出转矩指令信号26。具体而言，使用PID控制等方案。转矩推算单元27从直流电流信号23推算转矩推算值25。作为本实施例的对象的无刷直流电动机中，发生转矩与直流电流大致成正比，所以能够从直流电流信号23推算转矩推算值25。
旋转角传感器信号22被输入至电动机速度推算单元28，输出电动机速度推算值29。电动机速度推算值29例如被用于速度控制系统的构建、反向电动势的修正、旋转速度的精度提高等各种目的，此处为了简化仅图示了反向电动势推算单元30。无刷直流电动机(电动机10)中，随着旋转速度上升，能够用于发生转矩的电压因电动机内部的电动势而降低。反向电动势推算单元30计算反向电动势推算值31。不进行超前控制等的情况下，反向电动势单纯地与电动机旋转速度成正比。
转矩指令信号26和反向电动势推算值31被发送至相电压变换单元32，计算对电动机10的各相施加的相电压。电力转换装置14通过改变开关的占空比而改变相电压，所以此处输出占空比信号33。例如占空比是1时，施加直流电压(VDC)作为相电压，占空比是0时施加0，占空比是0.5时施加直流电压的一半(VDC/2)。这样生成的占空比信号33、转矩方向信号34、旋转角传感器信号22被输入至栅极信号生成单元35，输出调整为使电动机10发生要求的转矩的栅极信号19。
接着，对于构成电动机控制装置20的结构的一部分的电动机速度推算单元28的结构进行说明。图3是本发明第一实施例的电动机速度推算单元28的控制框图。
对电动机速度推算单元28输入的旋转角传感器信号22被输入至变化事件检测单元41、第1期间判断单元42、第2期间判断单元43。变化事件检测单元41在旋转角传感器信号22变化时发生事件检测信号44。通常，事件检测信号44大多作为中断起动在微型计算机中实现。事件检测信号44发生时，第1期间判断单元42、第2期间判断单元43存储旋转角传感器信号22的状态，与预先设定的变化模式对照。
旋转角传感器信号22有高电平和低电平这2种，将旋转角传感器信号22从低电平变化为高电平称为上升，将旋转角传感器信号22从高电平变化为低电平称为下降。
本实施例中，第1期间是从旋转角传感器12输出的旋转角传感器信号22(3相信号)顺次检测出上升、下降、上升的变化、并且上述变化跨U相、V相、W相全部相(3相)的模式。
另外，第2期间是从旋转角传感器12输出的旋转角传感器信号22(3相信号)顺次检测出下降、上升、下降的变化、并且上述变化跨U相、V相、W相全部相(3相)的模式。对于第1期间和第2期间的时序图，用图4在后文中叙述。
第1期间判断单元42和第2期间判断单元43的输出被发送至逻辑或单元45，在满足第1期间、第2期间中的某一方时实施后述的速度运算。
另外，事件检测信号44使经过时间运算单元46工作。经过时间运算单元46输入由FRC(自由运行计数器)47发生的FRC当前值48，计算与FRC上次值存储单元49中记录的FRC上次值50的差。这与事件检测信号44的时间间隔等价。计算上述差之后，将FRC当前值48发送至FRC上次值存储单元49，更新FRC上次值50。速度运算单元51通过计算用经过时间运算单元46计算出的时间间隔的倒数而推算电动机速度。因为速度运算单元51不能随时运算电动机速度，所以具备推算速度选择单元52。例如，电动机速度是0(零)的情况下并不发生事件检测信号44，所以这样的情况下需要用其他方法输出某种电动机速度推算值。本实施例中，推算速度选择单元52选择在不能运算电动机速度的情况下是使用速度的上次值、还是强制地将电动机推算速度设为0(零)。
本实施例中，旋转角传感器12的变动与第1期间判断单元42和第2期间判断单元43双方都不符合的情况下，用推算速度选择单元52选择速度上次值存储单元53的存储值或零速度设定单元54作为推算速度55。旋转角传感器12的变动与第1期间判断单元42和第2期间判断单元43中的某一方符合的情况下，速度运算单元51的输出被选择为推算速度55的输出。
接着，使用图4，对于电动机速度推算单元28的动作进行说明。图4是表示本发明第一实施例的电动机速度推算单元28的动作的一例的图。另外，为了使说明简化，假定为以下情况。
·旋转角传感器12是霍尔IC，是数字信号输出。
·经过时间运算单元46在某一相的旋转角传感器12变化时获取时刻。
·霍尔IC是各相逐次偏移120度地配置的，每隔电动机旋转角60度地发生事件检测信号44。
·电动机是3相两级机，不考虑减速机等的影响。因此，机械角与电角相等，能够省略换算。
·关于电动机旋转方向，将顺时针定义为正转，将逆时针定义为反转。
另外，各相顺时针是U相、V相、W相，在与电动机线圈U相相比滞后60度的位置配置U相霍尔IC，在与电动机线圈V相相比滞后60度的位置配置V相霍尔IC，在与电动机线圈W相相比滞后60度的位置配置W相霍尔IC。
图4中，22a是U相霍尔IC，22b是V相霍尔IC，22c是W相霍尔IC。霍尔IC22a～22c在电动机10的各绕组之间如图所示地配置。61a、61b、61c、61d、61e是霍尔IC22a～22c变化的瞬间的时刻，62a、62b、62c、62d、62e是时刻61a、61b、61c、61d、61e时的电动机10的旋转状态。
速度运算单元51能够计算可信赖的推算速度的条件，是经过时间运算单元46能够正确地获取电动机10旋转60度耗费的时间的情况。经过时间运算单元46监视霍尔IC22a～22c的变化，观察其时间间隔，所以在正转与反转切换的情况下，经过时间运算单元46并没有测定旋转60度耗费的时间，结果，速度运算单元51输出与实际不同的速度运算结果。
图4中，假设电动机10向正方向旋转直到时刻61a。此处，将顺时针定义为正方向。在时刻61a时W相霍尔IC22c的输出变化之后，从时刻61a到时刻61b的期间中电动机10受到外力等的影响而反转，在时刻61b时W相霍尔IC22c的输出再次变化。从时刻61b到时刻61c的期间中电动机10恢复为正转，在时刻61c时W相霍尔IC22c的输出变化。之后，在时刻61d、时刻61e时都持续正方向旋转。在持续正方向旋转的期间61c、61d、61e中，观测到W相霍尔IC22c的输出上升、V相霍尔IC22b输出下降、U相霍尔IC22a的输出上升。即，通过观测霍尔IC22a～22c的输出的上升、下降模式，能够判断是稳定地进行正方向旋转、还是反方向旋转，成为是否使速度运算单元51工作的判断基准。
箭头所示的时间间隔63是用经过时间运算单元46计算的。另外，Δ所示的速度运算选择时刻64是推算速度选择单元52选择用速度运算单元51计算的结果的时刻。
此处，将霍尔IC22a～22c的输出按上升、下降、上升顺次变化、并且全部霍尔IC22a～22c输出变化的模式作为第1期间。另外，将霍尔IC22a～22c的输出按下降、上升、下降顺次变化、并且全部霍尔IC22a～22c输出变化的模式作为第2期间。
图4中，编号65所示的箭头是第1期间，编号66所示的箭头是第2期间。无刷DC电动机中，正常地正方向旋转或反方向旋转的情况下，只要霍尔IC22a～22c正常地连续工作，就会观测到第1期间65或第2期间66。旋转角传感器信号22的输出处于第1期间65或第2期间66中的情况下，采用速度运算单元51的结果，更新电动机10的旋转速度输出。
图4中在检测出第1期间65或第2期间66时表示了速度运算选择时刻64。通过这样，能够进行不采用根据不能获取电动机10旋转60度耗费的时间的时刻61a到时刻61b的时间间隔和时刻61b到时刻61c的时间间隔得到的速度运算单元51的结果的判断。然后，旋转角传感器信号22的输出处于第1期间65或第2期间66以外的情况下，使电动机10的旋转速度输出保持为更新时的旋转速度输出。
另外，图4中也不采用根据时刻61c到时刻61d的时间间隔得到的速度运算单元51的结果。这是在正转中发生意外的反转的情况下，预测是施加了较大的外力，担心在该期间中因轴扭转或背隙等的影响而在从时刻61c到时刻61d的时间间隔中经过时间运算单元46的输出精度恶化。本实施例中，在从时刻61c到时刻61d的期间中不采用速度运算单元51的输出，所以特别适合难以确保刚性的应用。
另外，因为确保了高响应性能，所以适合具有高增益特性的控制系统。高增益控制系统的情况下，速度推算误差较大时，判断为相对于指令的偏差也较大，而要发生大转矩以追随。结果，消耗电力增加。另外，也难以确保稳定性，但本实施例能够容易地解决这样伴随高增益控制系统的课题。
接着，对于电动机速度推算单元28的动作进行说明。图5是表示本发明第一实施例的电动机速度推算单元28的动作的流程图。
图5中，流程图因检测出事件检测信号44而开始。S101是获取计数器的处理，将FRC47的当前值保存在变量cnt中。S102是霍尔IC22a～22c的输出获取处理。对于所获取的霍尔IC22a～22c的输出，用变化相识别处理S103确定发生了变化的相。然后，用变化相写入处理S104对变量phs写入变化相信息。变量phs只要能够确定相，就既可以是整数值(U相＝1，V相＝2，W相＝3等)也可以是文字(U相＝’u’，V相＝’V’，W相＝’W’等)。计数器获取处理S101和霍尔IC22a～22c的输出获取处理S102、变化相识别处理S103以及变化相写入处理S104是以事件检测信号44为触发而并行执行的。
计数器上次值获取处理S105读取上次因事件检测信号44而获取的计数器信息作为变量cnt_z。S106是时间间隔获取处理，计算变量cnt与cnt_z的差并保存在变量t60中。t60表示电动机10旋转电角60度所需的时间。FRC47用有限的bit表达，所以每一定时间被复位为0。因此，取决于cnt获取时机，存在cnt_z>cnt的情况。
时间间隔判断处理S107观察变量t60的正负而判断是否为cnt_z>cnt。
变量t60是负的情况下，用时间间隔修正处理S108加上预先设定的常数CMAX+1。由此得到正确的时间间隔。其中，CMAX是FRC的最大值。例如，FRC是16bit的情况下，CMAX是65535。变量t60是正的情况下，直接采用变量t60作为时间间隔。
S109是速度运算处理，对变量t60的倒数乘以2π(π是圆周率)，并除以6，由此得到电角暂定速度spd_tmp。乘以2π是为了将单位系变换为rad/s，除以6是为了换算为旋转一周的速度。S110是计数器上次值更新处理，将获取的计数器信息cnt代入计数器上次值cnt_z。处理S101至处理S110是主要用经过时间运算单元46、FRC上次值存储单元49、速度运算单元51进行的处理。
S111是相信息获取处理，读取变化相phs、上次变化相phs_z、上上次变化相phs_z2。变量phs是用变化相写入处理S104写入的。S112是第1期间判断处理，判断变化相phs、上次变化相phs_z、上上次变化相phs_z2是否相当于上述第1期间。不相当于第1期间的情况下，进行接下来的第2期间判断处理S113，判断是否相当于上述第2期间。如果S112、S113中的某一者判断为是，则采用由速度运算处理S109计算得到的电角暂定速度spd_tmp作为电角速度spd。
既不是第1期间也不是第2期间的情况下，用速度比较处理S115判断是高速还是低速。常数TH是速度阈值，变量spd_tmp大于速度阈值TH的情况下，用速度上次值设定处理S116将电角速度spd设定为电角速度上次值spd_z。另外，变量spd_tmp小于速度阈值TH的情况下，用零速度设定处理S117将电角速度spd设定为0。该电角速度spd是推算速度55。此处，旋转角传感器的输出处于第1期间或第2期间以外的情况下，将电动机的旋转速度输出设为0。
S119是相信息更新处理，对上上次变化相phs_z2代入上次变化相phs_z，对上次变化相phs_z代入变化相phs。S111至S119是用第1期间判断单元42、第2期间判断单元43、逻辑或单元45、推算速度选择单元52、速度上次值存储单元53、零速度设定单元54进行的处理。
根据本实施例，因为以旋转角传感器的输出处于第1期间或第2期间中的情况下更新电动机的旋转速度输出的方式进行控制，所以在电动机频繁地切换正转与反转的情况下也能够确保速度运算精度而适当地控制电动机。
实施例2
接着说明第二实施例。图6是本发明第二实施例的电动机速度推算单元28的控制框图。电动机控制装置20和电动机驱动系统的结构与图1相同，所以省略详细说明。
第一实施例中的图3的不同，在于代替第1期间判断单元42、第2期间判断单元43和逻辑或单元45而设置了第3期间判断单元56。第3期间定义为从3相信号中的仅特定相的信号变化了2次以上的时刻起直到检测出特定相以外的相的变化的期间。
图7是表示本发明第二实施例的电动机速度推算单元28的动作的一例的图。图7中，第3期间是时刻61b到时刻61d的期间。速度运算选择时刻64与图4不同，时刻61d时也是速度运算选择时刻。不采用根据不能获取电动机10旋转60度耗费的时间的时刻61a到时刻61b的时间间隔和时刻61b到时刻61c的时间间隔而得到的速度运算单元51的结果，这一点与图4相同。但是，采用根据时刻61c与时刻61d的时间间隔得到的速度运算单元51的结果作为速度运算结果。
时刻61c与时刻61d的期间中，例如在电动机10的旋转轴等中确保了充分的刚性的情况和能够使用高分辨能力的传感器的情况下，速度检测误差充分小。从而，在满足上述条件的硬件的情况下能够使用第二实施例。
第二实施例中，通过使用基于第3期间的判断，在时刻61d时也能够更新速度信息，在提高响应性能上是有效的。
接着说明速度的运算方法。其中，为了使说明简化，仍然应用关于图4中使用的旋转角传感器12和电动机10的假定。
图7与图4的不同，在于根据有无第3期间67来判断速度运算的执行和停止。从第3期间67开始时到第3期间67即将结束前选择速度上次值存储单元53的存储值或零速度设定单元54作为推算速度55。选择了零速度设定单元54的值的情况下，电动机10的旋转速度输出是0。速度运算单元51在第3期间67中也持续工作，在第3期间67结束后立即更新推算速度55。没有检测出第3期间67的情况下对于推算速度55如通常一般采用速度运算单元51的结果。
另外，第二实施例中的流程图，仅在图5所示的第一实施例的流程图中将第1期间判断处理S112和第2期间判断处理S113置换为第3期间判断处理，所以省略记载。
根据第二实施例，在电动机频繁地切换正转与反转的情况下也能够确保速度运算精度而适当地控制电动机。
实施例3
接着说明第三实施例。图8是本发明第三实施例的电动机速度推算单元28的控制框图。电动机控制装置20和电动机驱动系统的结构与图1相同，所以省略详细说明。另外，为了使说明简化，此后认为旋转角传感器12是霍尔IC进行说明。
作为各相的相变化事件发生单元的U相变化事件发生单元71a、V相变化事件发生单元71b、W相变化事件发生单元71c分别监视各相的旋转角信号的变化并通知有无变化。
图8中，输入的3相的旋转角传感器信号22中的U相霍尔IC22a输出被输入至U相变化事件发生单元71a。U相变化事件发生单元71a随时监视霍尔IC22a输出，在检测出变化时发生事件检测信号44。在嵌入式微型计算机中实现的情况下，一般通过根据数字I/O输入变化发生中断而实现。具有充分的处理性能的情况下也可以采用通过轮询随时监视的结构。对于V相、W相也是同样的，具有监视霍尔IC22b输出的V相变化事件发生单元71b、监视霍尔IC22c输出的W相变化事件发生单元71c。另外，从V相变化事件发生单元71b发生V相事件检测信号44b，从W相变化事件发生单元71c发生W相事件检测信号44c。
3相的旋转角传感器信号22被输入至U相更新允许单元72a，决定是使用还是忽略上述U相变化事件。在嵌入式微型计算机中实现的情况下，一般作为标志实现。该情况下，U相更新允许单元72a例如如下所述地工作。
·刚发生了变化的相是V相或W相的情况下，设置U相更新允许标志(允许)·刚发生了变化的相是U相的情况下，清除U相更新允许标志(不允许)。另外，在实现时也可以使用不根据标志而是例如基于状态转移的方法。
对于V相、W相也是完全同样的，具有V相更新允许单元72b、W相更新允许单元72c。
U相事件检测信号44a使U相变化时刻存储单元73a工作。U相变化时刻存储单元73a在U相更新允许单元72a允许更新的情况下存储从自由运行计数器47得到的FRC当前值48(当前时刻)作为U相变化的时刻。U相更新允许单元72a禁止更新的情况下，U相变化时刻存储单元73a不工作。对于V相、W相也是完全同样的，具有V相变化时刻存储单元73b、W相变化时刻存储单元73c。
U相变化时刻存储单元73a、V相变化时刻存储单元73b、W相变化时刻存储单元73c(相变化时刻存储单元)按每个相存储旋转角信号的变化时刻。然后，U相变化时刻存储单元73a、V相变化时刻存储单元73b、W相变化时刻存储单元73c(相变化时刻存储单元)分别在处理结束后，被发送至经过时间运算单元46，开始工作。
经过时间运算单元46输入U相变化时刻存储单元73a所存储的U相变化时刻、V相变化时刻存储单元73b所存储的V相变化时刻、W相变化时刻存储单元73c所存储的W相变化时刻，计算最近2个变化时刻的差。得到的变化时刻的差被发送至速度运算单元51。速度运算单元51根据从3相中的各相的相变化时刻存储单元输出的各相的旋转角信号的变化时刻的差(最近2个变化时刻的差)来运算速度。最近2个变化时刻的差表示事件检测信号44的发生间隔，所以通过计算倒数能够得到速度信息。
图9是表示本发明第三实施例的电动机速度推算单元28的动作的一例的图。图9中，具有W相更新禁止区间68，这一点是与第二实施例中的图7的不同。
在时刻61a时观测到W相霍尔IC22c的输出变化。前一旋转角传感器信号22的变化是U相，所以此时W相更新允许单元72c是允许状态，W相变化时刻存储单元73c工作。与此同时，经过时间运算单元46和速度运算单元51工作。另外，在经过时间运算单元46、速度运算单元51工作之后，W相更新允许单元72c清除W相更新允许标志，成为不允许W相的变化的状态。
在时刻61b时，电动机10因外力等的影响而反转时，W相霍尔IC22c的输出再次变化。但是，此时W相更新允许单元72c不允许W相变化时刻存储单元73c工作，所以时刻61b时的变化时刻信息被跳过。即，在其他相变化之前，同一相连续地变化的情况下，忽略变化时刻信息。在时刻61c时电动机10恢复为正转，但此时也同样地，W相更新允许单元72c不允许W相变化时刻存储单元73c工作，所以时刻61c时的变化时刻信息被跳过。即，相变化时刻存储单元在相变化事件发生单元检测出1个相中的旋转角信号的变化之后，检测出其他相中的旋转角信号的变化的情况下更新电动机10的旋转速度输出。
在时刻61d时，观测到V相霍尔IC22b的变化。此时V相更新允许单元72c允许V相变化时刻存储单元73b工作，V相变化时刻存储单元73b工作。与此同时，经过时间运算单元46和速度运算单元51工作。另外，在经过时间运算单元46、速度运算单元51工作之后，V相更新允许单元72b清除V相更新允许标志，成为不允许V相的变化的状态。同时，W相更新允许单元72c设置W相更新允许标志，成为允许W相的变化的状态。
图9所示的实施例的情况下也与图7所示的实施例完全相同地，在时刻61d时也能够更新电动机的旋转速度输出，在提高响应性能上是有效的。
图10是表示本发明第三实施例的电动机速度推算单元28的动作的流程图。其中，关于经过时间运算单元46、速度运算单元51，因为与图5所示的流程图中的S106以后的处理完全相同，所以省略记载。
图10中，U相霍尔IC22a、V相霍尔IC22b、W相霍尔IC22c同时并行地被监视，所以在处理开始之后，使处理流程分支为3部分。左起分别是关于U相的处理、关于V相的处理、关于W相的处理，各相的处理是同样的，所以说明中对于位于最左侧的处理流程(末尾是’a’)进行说明。
S121a是U相霍尔IC22a的监视处理，用中断等手段监视U相霍尔IC22a的变化。没有变化的情况下继续监视，发生了变化的情况下转移至U相更新判断处理S122a。如果U相更新允许单元72a允许更新则前进至下一处理，如果禁止则再次返回处理S121a。关于U相更新允许单元72a的更新判断方法，因为已在图8的说明文中记载，所以省略记载。
S123a是获取U相霍尔IC22a的变化方向的脉冲方向获取处理。
此处将表示脉冲方向的变量名记载为“pls_dir”。S101a是计数器获取处理，S105a是计数器上次值获取处理，进行与图5记载的流程图同样的处理。
S124a是信息更新处理，更新U相变化时刻存储单元73a的变量。此处，将当前时刻的变化相记载为“phs”，将上次的变化相记载为“phs_z”。另外，将处理S123a中说明的变量“pls_dir”的上次值记载为“pls_dir_z”。此处更新的变量，是为了判断电动机10的旋转方向而设置的。
本实施例中的电动机控制装置20是以频繁地反复电动机的正转、反转的应用为对象的，在上级控制系统中判断旋转方向大多是重要的，所以使用了变量。通过使用这些变量的组合，能够例如如图11所示的表一般地容易地决定电动机的旋转方向。
图11是表示本发明第三实施例的变化相与旋转方向的关系的图。另外，此处设表示变化相的变量“phs”“phs_z”是字符类型，表示脉冲方向的变量“pls_dir”“pls_dir_z”将上升记载为+1、将下降记载为-1。
图10中，处理S125a表示U相变化时刻存储单元73a的处理。处理S126是结合处理，在关于U相的处理、关于V相的处理、关于W相的处理中的任一者结束时使分支的处理流程结合，转移至之后的处理。另外，为了注意在电动机控制中不会同时进行各分支地进行设计、而对于各分支流程之间的存储器冲突处理和中断优先顺位等的考虑全部省略记载。
根据第三实施例，在其他相变化之前同一相连续变化的情况下，忽略变化时刻信息，所以电动机频繁地切换正转与反转的情况下也能够确保速度运算精度而适当地控制电动机。
以上说明了本发明的电动机控制装置20的实施例。本发明是将旋转角传感器12的时间间隔用于速度检测的形式的电动机控制装置，进而能够有其他方式的实施例。例如，旋转角传感器12不限定于霍尔IC，例如也能够同样地应用于编码器脉冲信号。一般的增量编码器脉冲是A相、B相这两相，但例如通过在图6、图8所示的实施例中省略W相能够同样地实现。另外，各实施例的说明中，为了使说明简化，而使用每电动机旋转角60度计测的时间间隔计算速度，但使用其他速度检测方法的情况下也能够应用本发明。例如也可以使用U相的上升到下次上升、U相的下降到下次下降、V相的上升到下次上升、V相的下降到下次下降、W相的上升到下次上升、W相的下降到下次下降这6个时间间隔信息。这是每电动机旋转角60度计测旋转360耗费的时间的方法，对于它也能够通过变更速度运算单元51而应用。
另外，将旋转角传感器信号22的输出的时间间隔用于速度检测的情况下，电动机完全停止时不能得到旋转角传感器信号22的信息，所以严密而言不能实施速度运算单元51。关于该情况，例如使用在一定时间以上没有得到信息的情况下、将速度设为0(零)等应对方法即可。
根据本实施例，在正转与反转切换的瞬间，检测出旋转角传感器信号22的时间间隔与旋转速度不对应的状况，并进行应对，所以在正转与反转切换的状况下也能够减小速度计算误差。因此，本实施例特别适合反复正转与反转的应用。
实施例4
接着说明本发明第四实施例。第四实施例中，说明将第一实施例至第三实施例中说明的电动机控制装置应用于可变阀定时控制装置的例子。
图12是本发明第四实施例的可变阀定时控制装置的截面图。
发动机201中具有进气侧电动阀定时控制装置10a和排气侧电动阀定时控制装置10b。发动机的曲轴202与气缸内的活塞连结，将活塞的往复运动变换为旋转运动。
在进气侧凸轮轴203a和排气侧凸轮轴203b上，分别连结了进气凸轮204a和排气凸轮204b。
进气侧电动阀定时控制装置10a具有在发动机201中安装的进气侧电动阀定时控制电动机和在进气侧凸轮轴203a上安装的进气侧相位变更器。进气侧相位变更器用定时链条或定时皮带传递曲轴202的旋转力，并且具有减速机构(未图示)，能够使进气侧电动阀定时控制电动机的旋转减速而变更进气侧凸轮轴203a与曲轴202的旋转相位。
排气侧电动阀定时控制装置10b具有在发动机201中安装的排气侧电动阀定时控制电动机和在排气侧凸轮轴203b上安装的排气侧相位变更器。排气侧相位变更器也与进气侧相位变更器同样地用定时链条或定时皮带传递曲轴202的旋转力，并且具有减速机构(未图示)，能够使排气侧电动阀定时控制电动机的旋转减速而变更排气侧凸轮轴203b与曲轴202的旋转相位。
进气凸轮204a通过推压进气阀杆端部205a而使进气阀206a开阀。进气凸轮204a旋转至不推压进气阀杆端部205a的位置时，进气阀206a因进气阀弹簧207a而闭阀。
在排气侧也完全同样，排气凸轮204b通过推压排气阀杆端部205b而使排气阀206b开阀。排气凸轮204b旋转至不推压排气阀杆端部205b的位置时，排气阀206b因排气阀弹簧207b而闭阀。
图12所示的可变阀定时控制装置是称为旋转同步型的方式，进气侧凸轮轴203a和排气侧凸轮轴203b被控制为通常与曲轴202同步地旋转。另外，四冲程内燃机的情况下，“同步状态”定义为与曲轴旋转2周对应地凸轮轴旋转1周，并且开阀开始角度和开阀结束角度总是相同的曲轴角度。
这样的可变阀定时控制装置中，从同步状态起使进气侧电动阀定时控制电动机的转速加快，在达到要求的开阀开始角度时再次恢复为同步状态，由此能够使进气时机提前。称此为“超前”。另外，从同步状态起使进气侧电动阀定时控制电动机的转速减慢，在达到要求的开阀开始角度时再次恢复为同步状态，由此能够使进气时机延迟。称此为“滞后”。对于排气阀也能够完全同样地控制。
接着，用图13说明可变阀定时控制装置的动作。图13是表示本发明第四实施例的可变阀定时控制装置的动作的图。
此处，举例示出从发动机允许的最大的滞后(最大滞后)经过最大的超前(最大超前)、恢复为再大滞后的动作。横轴是时间。211是是发动机转速的图，212是阀相位角的图，213是电动机速度的图。另外，本实施例中，假设发动机转速恒定，关于阀相位角212，在通常运转状态下的与曲轴角度相对的凸轮轴角度时视为相位角0度。另外，进气侧、排气侧中完全相同，所以此后不区分进气、排气。本实施例中，在进气、排气中的至少一者中具有使阀开闭的电动机。
从最大滞后变换为最大超前的情况下，电动机速度在t1时先上升，之后在t2时下降至同步速度。由此，能够使阀相位角变更为最大超前。从该状态起，在t3时降低电动机速度，再次在t4时提高至同步速度，由此能够使阀相位角变更为最大滞后。从超前侧变更为滞后侧的情况下，在t3到t4时降低电动机速度，但此时，因为由发动机转速决定的同步速度和达到最大滞后的要求响应而发生电动机旋转速度从正转切换为反转的状况。现有的电动机速度计算方法中，从正转切换为反转时的计算误差较大。可变阀定时控制装置中，为了确保高响应性能，上级控制系统大多是高增益的，因此存在计算误差使控制性能大幅恶化的情况。
于是，第四实施例中，通过用第一实施例至第三实施例中说明的电动机控制装置控制进气侧电动阀定时控制装置10a、排气侧电动阀定时控制装置10b，能够减少从正转切换为反转时的计算误差，所以能够提供提高了响应性能的可变阀定时控制装置。
实施例5
接着说明本发明第五实施例。第五实施例中，说明将第一实施例至第三实施例中说明的电动机控制装置应用于电动助力转向装置的例子。图14是本发明第五实施例的电动助力转向装置的概略图。电动助力转向装置用电动机的驱动力对转向操作进行辅助。
在方向盘221连结了转向轴222。作为电动助力转向装置的驱动源的电动机10与电动机轴11连结。电动机轴11用动力合成单元223与转向轴222连接，用动力合成单元223将电动机10的动力合成至转向轴222。动力合成后的转向轴222与转向齿轮机构224结合。转向齿轮机构224被安装在转向节臂225上，改变车轮226的方向。
电动助力转向装置中，处于随时受到路面的阻力的状态。另外，驾驶员为了用方向盘补偿路面阻力而细微地反复调整，所以电动机10成为反复正转与反转的状态。通过在电动助力转向装置中应用第一实施例～第三实施例中说明的电动机控制装置，能够得到例如在越野行驶中方向盘221向与驾驶员想要的方向相反的方向旋转的情况(所谓“反冲”状态)下、能够实现减少对驾驶员反冲的转矩的控制这样的效果。另外，在电动飞机普及的情况下，在飞机用的电动方向舵控制中也能够期待同样的效果。
附图标记说明
10…电动机，10a…进气侧电动阀定时控制装置，10b…排气侧电动阀定时控制装置，11…电动机轴，12…旋转角传感器，13…配线，14…电力转换装置，15…开关元件，16…电流检测器，17…栅极驱动器，18…栅极电压，19…栅极信号，20…电动机控制装置，21…指令信号，22…旋转角传感器信号，23…直流电流信号，24…补偿单元，25…转矩推算值，26…转矩指令信号，27…转矩推算单元，28…电动机速度推算单元，29…电动机速度推算值，30…反向电动势推算单元，31…反向电动势推算值，32…相电压变换单元，33…占空比信号，34…转矩方向信号，35…栅极信号生成单元，41…变化事件检测单元，42…第1期间判断单元，43…第2期间判断单元，44…事件检测信号，44a…U相事件检测信号，44b…V相事件检测信号，44c…W相事件检测信号，45…逻辑或单元，46…经过时间运算单元，47…自由运行计数器，48…FRC当前值，49…上次值存储单元，50…上次值，51…速度运算单元，52…推算速度选择单元，53…速度上次值存储单元，54…零速度设定单元，55…推算速度，56…第3期间判断单元，61a、61b、61c、61d、61e…时刻，63…时间间隔，64…速度运算选择时刻，65…第1期间，66…第2期间，67…第3期间，68…相更新禁止区间，71a…U相变化事件发生单元，71b…V相变化事件发生单元，71c…W相变化事件发生单元，72a…U相更新允许单元，72b…V相更新允许单元，72c…W相更新允许单元，73a…U相变化时刻存储单元，73b…V相变化时刻存储单元，73c…W相变化时刻存储单元，201…发动机，202…曲轴，203a…进气侧凸轮轴，203b…排气侧凸轮轴，204a…进气凸轮，204b…排气凸轮，205a…进气阀杆端部，205b…排气阀杆端部，206a…进气阀，206b…排气阀，207a…进气阀弹簧，207b…排气阀弹簧，212…阀相位角，221…方向盘，222…转向轴，223…动力合成单元，224…转向齿轮机构，225…转向节臂，226…车轮。

Claims (9)

1.一种电动机控制装置，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，基于所述3相信号和指令信号来控制所述电动机的旋转速度输出，其特征在于，包括：
第1期间判断单元，其判断从所述旋转角传感器输出的所述3相信号在3相中按上升、下降、上升的顺序输出的第1期间；
第2期间判断单元，其判断从所述旋转角传感器输出的所述3相信号在3相中按下降、上升、下降的顺序输出的第2期间；和
速度上次值存储单元，其在所述旋转角传感器的输出处于所述第1期间或所述第2期间以外的情况下，使所述电动机的旋转速度输出为上次值，
所述电动机控制装置进行控制，使得在所述旋转角传感器的输出处于所述第1期间或所述第2期间中的情况下更新所述电动机的旋转速度输出。
2.一种电动机控制装置，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，基于所述3相信号和指令信号来控制所述电动机的旋转速度输出，其特征在于：
具有第3期间判断单元，其判断从由所述旋转角传感器输出的所述3相信号中的仅特定相的信号变化了2次以上的时刻到检测出所述特定相以外的相的信号变化为止的第3期间，
在所述旋转角传感器的输出处于所述第3期间中的情况下，将所述电动机的旋转速度输出保持为上次的旋转速度输出，在所述第3期间结束时更新所述电动机的旋转速度输出。
3.一种电动机控制装置，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，基于所述3相信号和指令信号来控制所述电动机的旋转速度输出，其特征在于：
具有第3期间判断单元，其判断从由所述旋转角传感器输出的所述3相信号中的仅特定相的信号变化了2次以上的时刻到检测出所述特定相以外的相的信号变化为止的第3期间，
所述旋转角传感器的输出处于所述第3期间中的情况下，使所述电动机的旋转速度输出为0，在所述第3期间结束时更新所述电动机的旋转速度输出。
4.一种电动机控制装置，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，基于所述3相信号和指令信号来控制所述电动机的旋转速度输出，其特征在于，包括：
监视3相中的各相的旋转角信号的变化并通知有无变化的相变化事件发生单元；
按每个相存储所述电动机的旋转角信号的变化时刻的相变化时刻存储单元；和
速度运算单元，其从由所述相变化时刻存储单元输出的各相中的所述旋转角信号的变化时刻的差来运算速度，
所述相变化时刻存储单元，在所述相变化事件发生单元检测出1个相中的旋转角信号的变化之后检测出其他相中的旋转角信号的变化的情况下，更新所述电动机的旋转速度输出。
5.一种可变阀定时控制装置，具有分别使进气阀和排气阀开闭的进气凸轮和排气凸轮、与所述进气凸轮和所述排气凸轮分别连结的进气侧凸轮轴和排气侧凸轮轴、以及对所述进气侧凸轮轴和所述排气凸轮轴进行旋转驱动的进气侧电动阀定时控制电动机和排气侧电动阀定时控制电动机，其特征在于：
所述进气侧电动阀定时控制电动机和所述排气侧电动阀定时控制电动机，由权利要求1～4中任一项所述的电动机控制装置来控制。
6.一种电动机控制方法，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，基于所述3相信号和指令信号来控制所述电动机的旋转速度输出，其特征在于：
将从所述旋转角传感器输出的所述3相信号在3相中按上升、下降、上升的顺序输出的期间作为第1期间，
将从所述旋转角传感器输出的所述3相信号在3相中按下降、上升、下降的顺序输出的期间作为第2期间，
进行控制，使得在所述旋转角传感器的输出处于所述第1期间或所述第2期间中的情况下更新所述电动机的旋转速度输出，
在所述旋转角传感器的输出处于所述第1期间或所述第2期间以外的情况下，将所述电动机的旋转速度输出保持为更新时的旋转速度输出。
7.一种电动机控制方法，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，基于所述3相信号和指令信号来控制所述电动机的旋转速度输出，其特征在于：
将从由所述旋转角传感器输出的所述3相信号中的仅特定相的信号变化了2次以上的时刻到检测出所述特定相以外的相的信号变化为止的期间作为第3期间，
在所述旋转角传感器的输出处于所述第3期间中的情况下，将所述电动机的旋转速度输出保持为上次的旋转速度输出，在所述第3期间结束时更新所述电动机的旋转速度输出。
8.一种电动机控制方法，具有输出用于检测电动机的旋转角的3相信号的旋转角传感器，基于所述3相信号和指令信号来控制所述电动机的旋转速度输出，其特征在于：
将从由所述旋转角传感器输出的所述3相信号中的仅特定相的信号变化了2次以上的时刻到检测出所述特定相以外的相的信号变化为止的期间作为第3期间，
在所述旋转角传感器的输出处于所述第3期间中的情况下，使所述电动机的旋转速度输出为0，在所述第3期间结束时更新所述电动机的旋转速度输出。
9.一种可变阀定时控制方法，具有分别使进气阀和排气阀开闭的进气凸轮和排气凸轮、与所述进气凸轮和所述排气凸轮分别连结的进气侧凸轮轴和排气侧凸轮轴、以及对所述进气侧凸轮轴和所述排气凸轮轴进行旋转驱动的进气侧电动阀定时控制电动机和排气侧电动阀定时控制电动机，其特征在于：
使用权利要求6～8中任一项所述的电动机控制方法，对所述进气侧电动阀定时控制电动机和所述排气侧电动阀定时控制电动机进行控制。
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