CN116134722A - 电动机控制装置、无刷dc电动机、致动器及egr阀装置 - Google Patents

电动机控制装置、无刷dc电动机、致动器及egr阀装置 Download PDF

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CN116134722A CN202080104554.XA CN202080104554A CN116134722A CN 116134722 A CN116134722 A CN 116134722A CN 202080104554 A CN202080104554 A CN 202080104554A CN 116134722 A CN116134722 A CN 116134722A
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川崎祥子
加藤友邦
川阪泰平
今村直树
川村敏
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Abstract

电动机控制装置(200)包括：获取电动机主体部(400)中的转子(5)的目标旋转位置(TRP)的目标旋转位置获取部(31)；使用由电动机主体部(400)的旋转位置传感器(23)输出的脉冲信号(PS)来运算转子(5)的旋转位置(RP)的旋转位置运算部(32)；根据旋转位置(RP)，对转子(5)的转速(N)进行运算的转速运算部(33)；第一占空比运算部(34)，该第一占空比运算部(34)根据目标旋转位置(TRP)及旋转位置(RP)，运算用于控制电动机主体部(400)的第一占空比(DR1)；第二占空比运算部(35)，该第二占空比运算部(35)基于包含与转速(N)对应的变量的一次函数，运算与第一占空比(DR1)的绝对值的上限值对应的第二占空比(DR2)；以及控制信号输出部(36)，该控制信号输出部(36)在第一占空比(DR1)的绝对值比第二占空比(DR2)的绝对值要小的情况下，输出与第一占空比(DR1)对应的控制信号，在第二占空比(DR2)的绝对值比第一占空比(DR1)的绝对值要小的情况下，输出与第二占空比(DR2)对应的控制信号。

Description

电动机控制装置、无刷DC电动机、致动器及EGR阀装置
技术领域
本公开涉及电动机控制装置、无刷DC电动机、致动器及EGR阀装置。
背景技术
以往，在汽车中的阀的开度控制中使用致动器。具体而言，例如，致动器被用于EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)阀的开度控制、废气门阀的开度控制或节流阀的开度控制。另外，在该致动器中使用电动机。具体而言，例如使用无刷DC(DirectCurrent：直流)电动机。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2005－124359号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
从保护电动机中的电子元器件的观点以及抑制电动机中的温度上升的观点出发，要求将电动机中的电流值控制为小于规定值的值。另一方面，从增大电动机的转矩的观点出发，有时要求增大电动机中的电流值。在这种情况下，优选将电动机中的电流值控制为小于规定值的值中的相对于规定值的附近的值(以下称为“最大限度的值”)。
为了实现该控制，考虑使用电流值的反馈(例如，参照专利文献1)。但是，在该情况下，从实现电流值的反馈的观点以及执行基于该反馈的电流值的运算的观点出发，存在使电动机的电路结构变得复杂的问题。
本公开是为了解决上述问题而提出的，其目的在于通过简单的电路结构将电流值控制为小于规定值的值。
用于解决技术问题的技术手段
本公开所涉及的电动机控制装置包括：获取电动机主体部中的转子的目标旋转位置的目标旋转位置获取部；使用由电动机主体部的旋转位置传感器输出的脉冲信号来运算转子的旋转位置的旋转位置运算部；根据旋转位置，对转子的转速进行运算的转速运算部；第一占空比运算部，该第一占空比运算部根据目标旋转位置及旋转位置，运算用于控制电动机主体部的第一占空比；第二占空比运算部，该第二占空比运算部基于包含与转速对应的变量的一次函数，运算与第一占空比的绝对值的上限值对应的第二占空比；以及控制信号输出部，该控制信号输出部在第一占空比的绝对值比第二占空比的绝对值要小的情况下，输出与第一占空比对应的控制信号，在第二占空比的绝对值比第一占空比的绝对值要小的情况下，输出与第二占空比对应的控制信号。
发明效果
根据本公开，由于如上述那样构成，因此通过简单的电路结构，能够将电流值控制为小于规定值的值。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的包含电动机控制装置的无刷DC电动机的主要部分的剖视图。
图2是表示由各个磁传感器输出的脉冲信号的示例以及对各相的供电状态为导通状态的定时的示例的说明图。
图3是表示实施方式1所涉及的包含电动机控制装置的无刷DC电动机的主要部分的框图。
图4是表示与具有正截距的一次函数对应的第二占空比的曲线的说明图。
图5是表示与具有负截距的一次函数对应的第二占空比的曲线的说明图。
图6是表示由第二占空比运算部运算的第二占空比的曲线图的说明图。
图7是表示实施方式1所涉及的电动机控制装置的主要部分的硬件结构的框图。
图8是表示实施方式1所涉及的电动机控制装置的主要部分的其他硬件结构的框图。
图9是表示实施方式1所涉及的电动机控制装置的主要部分的其他硬件结构的框图。
图10是表示实施方式1所涉及的电动机控制装置的动作的流程图。
图11是表示实施方式1所涉及的电动机控制装置中的第二占空比运算部以及控制信号输出部的动作的流程图。
图12是表示相对于转速的转矩的示例的特性图。
图13是表示由各个磁传感器输出的脉冲信号的其他示例以及对各相的供电状态为导通状态的定时的其他示例的说明图。
图14是表示实施方式1所涉及的将包含电动机控制装置的无刷DC电动机包含在内的致动器的主要部分的框图。
图15是表示实施方式1所涉及的包含将包含电动机控制装置的无刷DC电动机包含在内的致动器的EGR阀装置的主要部分的框图。
具体实施方式
以下，为了更详细地说明本公开，根据附图对用于实施本公开的方式进行说明。
实施方式1.
图1是表示实施方式1所涉及的包含电动机控制装置的无刷DC电动机的主要部分的剖视图。图2是表示由各个磁传感器输出的脉冲信号的示例以及对各相的供电状态为导通状态的定时的示例的说明图。图3是表示实施方式1所涉及的包含电动机控制装置的无刷DC电动机的主要部分的框图。参照图1～图3，对实施方式1所涉及的包含电动机控制装置的无刷DC电动机进行说明。
如图1所示，无刷DC电动机100具有大致圆筒状的定子1。定子1包含定子芯体2、绝缘体3和线圈4。另外，转子5通过定子1。换言之，定子1配置在相对于转子5的外周部。转子5包含主磁体6、转子芯体7、树脂成型部8及轴9。主磁体6与定子1相对配置。除此之外，转子5包含传感器磁体10。传感器磁体10与后述的基板16相对配置。转子5由轴承11、12相对于定子1转动自如地支承。
图中，RA表示转子5的转动轴。另外，RD1表示转子5的旋转方向。另外，RD2表示转子5的其他旋转方向。以下，与旋转方向RD1、RD2中的任意一方对应的方向有时称为“正转方向”。另外，与旋转方向RD1、RD2中的任意另一方对应的方向有时称为“反转方向”。即，正转方向是与转子5的正转对应的方向。另一方面，反转方向是与转子5的反转对应的方向。
由外壳13及盖板14构成无刷DC电动机100的壳体部15。定子1、转子5及轴承11、12收纳在壳体部15中。其中，轴9的前端部向框体部15的外部突出。另外，在框体部15中收纳有基板16。
在基板16上设置有多个电路。该多个电路包含控制电路(即电动机控制装置200)、电源电路21及驱动电路22。另外，在基板16上设置有多个传感器。该多个传感器包含旋转位置传感器23和温度传感器24。
电源电路21使用由外部电源300提供的电力，向电动机控制装置200提供动作用的电力。另外，电源电路21使用由外部电源300提供的电力，向旋转位置传感器23提供动作用的电力。外部电源300设置在无刷DC电动机100的外部。外部电源300例如由车载用电池构成。在图1中，外部电源300省略了图示。
驱动电路22使用由外部电源300提供的功率，在电动机控制装置200的控制下，通过向线圈4提供电流来驱动转子5。这里，无刷DC电动机100为三相型。驱动电路22包含对应于各相的两个开关元件SE_H、SE_L。更具体地说，驱动电路22包含：对应于U相高侧的开关元件SE_H_U、对应于U相的低侧的开关元件SE_L_U、对应于V相的高侧的开关元件SE_H_V、对应于V相的低侧的开关元件SE_L_V、对应于W相的高侧的开关元件SE_H_W和对应于W相的低侧的开关元件SE_L_W。各个开关元件SE使用FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)。
第一，开关元件SE_H_U的状态被连续地控制为关断状态，并且开关元件SE_L_U的状态被连续地控制为导通状态，由此对U相的供电状态成为导通状态。另外，开关元件SE_H_V的状态被连续地控制为关断状态，并且开关元件SE_L_V的状态被连续地控制为导通状态，由此对V相的供电状态成为导通状态。另外，开关元件SE_H_W的状态被连续地控制为关断状态，并且开关元件SE_L_W的状态被连续地控制为导通状态，由此对W相的供电状态成为导通状态。以下，这些状态统称为“第一导通状态”。
第二，通过PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)驱动开关元件SE_H_U，并且通过PWM驱动开关元件SE_L_U，对U相的供电状态成为导通状态。另外，通过PWM驱动开关元件SE_H_V，并且通过PWM驱动开关元件SE_L_V，由此对V相的供电状态成为导通状态。另外，通过PWM驱动开关元件SE_H_W，并且通过PWM驱动开关元件SE_L_W，对W相的供电状态成为导通状态。以下，这些状态统称为“第二导通状态”。
在转子5的旋转过程中，对U相的供电状态、对V相的供电状态以及对W相的供电状态依次成为导通状态。换言之，通过将对U相的供电状态、对V相的供电状态以及对W层的供电状态依次成为导通状态，使转子5旋转。图2表示对各相的供电状态为导通状态的定时的示例。
旋转位置传感器23包含与各相对应的磁传感器MS。即，旋转位置传感器23包含对应于U相的磁传感器MS_U、对应于V相的磁传感器MS_V以及对应于W相的磁传感器MS_W。各个磁传感器MS均使用霍尔IC(Integrated Circuit：集成电路)。
这里，各个磁传感器MS与转子5相对配置。如上所述，在转子5上设置有传感器磁体10，传感器磁体10与基板16相对配置。传感器磁体10中的磁极数设定为与无刷DC电动机100中的励磁数相同的值。
由此，在转子5的旋转中，由各个磁传感器MS输出脉冲信号PS。更具体地说，通过磁传感器MS_U输出脉冲信号PS_U。另外，通过磁传感器MS_V输出脉冲信号PS_V。另外，通过磁传感器MS_W输出脉冲信号PS_W。图2表示了由各个磁传感器MS输出的脉冲信号PS的示例。
温度传感器24例如使用热敏电阻。温度传感器24检测无刷DC电动机100中的温度T。
由此构成无刷DC电动机100的主要部分。以下，有时将无刷DC电动机100中除了电动机控制装置200以外的部位统称为“电动机主体部”。即，无刷DC电动机100包含电动机控制装置200和电动机主体部400。
以下，参照图3对电动机控制装置200进行说明。在图3中，电动机主体部400中的除了电源电路21、驱动电路22、旋转位置传感器23及温度传感器24以外的部位省略了图示。
如图3所示，电动机控制装置200包含目标旋转位置获取部31、旋转位置运算部32、转速运算部33、第一占空比运算部34、第二占空比运算部35以及控制信号输出部36。另外，在无刷DC电动机100的外部设置有外部控制装置500。外部控制装置500例如由相对于电动机控制装置200的上位的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)构成。
外部控制装置500输出对电动机控制装置200的指示信号。该输出的指示信号包含转子5在各个时刻tn的目标旋转位置TRP。目标旋转位置获取部31获取该输出的指示信号。由此，目标旋转位置获取部31获取转子5在各个时刻tn的目标旋转位置TRP。
目标位置运算部32获取由各个磁传感器MS输出的脉冲信号PS。旋转位置运算部32使用该获取到的脉冲信号PS，运算转子5在各个时刻tn的旋转位置RP。
转速运算部33获取由旋转位置运算部32运算出的旋转位置RP。转速运算部33使用该获取到的旋转位置RP，运算转子5的旋转速度(以下称为“转速”)N。
更具体地说，转速运算部33针对各定时(tn)的旋转位置RP，运算在前定时(tn-1)中相对于旋转位置RP的差分值ΔRP。转速运算部33是基于该运算出的差分值ΔRP，运算对应的定时(tn)的转速N。
第一占空比运算部34获取由目标旋转位置获取部31获取的目标旋转位置TRP、由旋转位置运算部32运算出的旋转位置RP、以及由转速运算部33运算出的转速N。第一占空比运算部34使用该获取到的目标旋转位置TRP、该获取到的旋转位置RP以及该获取到的转速N，运算用于控制各个开关元件SE的占空比(以下称为“第一占空比”)DR1。
即，第一占空比运算部34针对各定时(tn)的旋转位置RP，运算在对应的定时(tn)中相对于目标旋转位置TRP的偏差ΔP1。另外，第一占空比运算部34对于各定时(tn)中目标旋转位置TRP，运算在前定时(tn-1)中相对于目标旋转位置TRP的偏差ΔP2。第一占空比运算部34使用该运算出的偏差ΔP1、该运算出的偏差ΔP2以及上述获取到的转速N，通过规定的运算式运算第一占空比DR1。
该运算式例如由I-PD控制及前馈控制(FF控制)组合而成。此时，第一占空比运算部34将上述运算出的偏差ΔP1用于积分项(I项)中的系数。另外，第一占空比运算部34将上述获取到的转速N用于比例项(P项)中的系数。另外，第一占空比运算部34将上述运算出的偏差ΔP2用于前馈项(FF项)中的系数。
由此，运算第一占空比DR1。即，根据旋转位置RP的反馈来运算第一占空比DR1。向正转方向驱动转子5时，第一占空比DR1设定为正值。另一方面，向反转方向驱动转子5时，第一占空比DR1设定为负值。
第二占空比运算部35获取表示由第一占空比运算部34运算出的第一占空比DR1的正负的信息(以下称为“正负信息”)。另外，第二占空比运算部35获取由转速运算部33检测出的转速N。第二占空比运算部35使用该获取到的正负信息以及该获取到的转速N，运算与第一占空比DR1的绝对值的上限值对应的占空比(以下称为“第二占空比”)DR2。
更具体地说，在上述运算出的第一占空比DR1为正值的情况下，第二占空比运算部35使用以下的式(1)所示的一次函数运算第二占空比DR2。另一方面，在上述运算出的第一占空比DR1为负值的情况下，第二占空比运算部35使用以下的式(2)所示的一次函数运算第二占空比DR2。
DR2＝aN+b (1)
DR2＝aN－b (2)
即，在第二占空比DR2的运算中使用的一次函数包含与转速N对应的变量。另外，在第二占空比DR2的运算中使用的一次函数包含斜率值a和截距值b。根据第一占空比DR1的正负来设定截距值b的正负。
图4表示与式(1)所示的一次函数对应的第二占空比DR2的曲线。即，图4表示与具有正截距(+b)的一次函数对应的第二占空比DR2的曲线。另一方面，图5表示与式(2)所示的一次函数对应的第二占空比DR2的曲线。即，图5表示与具有负截距(-b)的一次函数对应的第二占空比DR2的曲线。与此相对，图6表示由第二占空比运算部35运算的第二占空比DR2的曲线。
这里，第二占空比运算部35如下设定斜率值a。另外，第二占空比运算部35如下设定截距值b。
即，第二占空比运算部35从温度传感器24获取无刷DC电动机100中的温度T。第二占空比运算部35运算该获取到的温度T相对于规定的基准温度T_ref的差分值ΔT。另外，第二占空比运算部35从电源电路21获取无刷DC电动机100中的电源电压V。
第二占空比运算部35通过以下的式(3)运算K，通过以下的式(4)运算斜率值a。这里，ke表示相感应电压常数。α表示磁力的温度系数。β表示规定的常数。
K＝ke× (1+α×ΔT) (3)
a＝K/ (V×β) (4)
第二占空比运算部35通过以下的式(5)运算R，通过以下的式(6)运算截距值b。这里，r表示相电阻。γ表示电阻的温度系数。i_l im表示相电流限制值。δ表示规定的常数。对于各相中的电流值i，相电流限制值i_lim对应于允许的最大值。
R＝r× (1+γ×ΔT) (5)
b＝R×i＿l im/ (V×δ) (6)
由此，斜率值a根据差分值ΔT而设定为不同的值，并且根据电源电压V而设定为不同的值。另外，斜率值a设定为与相感应电压常数ke对应的值。由此，截距值b根据差分值ΔT而设定为不同的值，并且根据电源电压V而设定为不同的值。另外，截距值b设定为与相电阻r对应的值。另外，截距值b设定为与相电流限制值i_lim对应的值。
控制信号输出部36获取由第一占空比运算部34运算出的第一占空比DR1，并获取由第二占空比运算部35运算出的第二占空比DR2。控制信号输出部36将该获取到的第一占空比DR1的绝对值与该获取到的第二占空比DR2的绝对值进行比较。控制信号输出部36输出与该比较的结果相对应的控制信号。该输出的控制信号被输入到相应的开关元件SE。由此，实现由电动机控制装置200对驱动电路22的控制。其结果，实现对各相的供电(参照图2)，驱动转子5。
这里，当第一占空比DR1的绝对值比第二占空比DR2的绝对值要小时，控制信号输出部36输出与第一占空比DR1对应的控制信号。另一方面，当第二占空比DR2的绝对值比第一占空比DR1的绝对值要小时，控制信号输出部36输出与第二占空比DR2对应的控制信号。由此，如上所述，第二占空比DR2对应于第一占空比DR1的绝对值的上限值。换言之，与由控制信号输出部36输出的控制信号相对应的占空比(以下称为“控制占空比”)DR被控制为小于该上限值的值。
更具体地说，在向正转方向驱动正转中的转子5时，控制占空比DR成为图6所示的区域A1内的值。另外，在向反转方向驱动反转中的转子5时，控制占空比DR成为图6所示的区域A2内的值。另外，当在正转方向上驱动反转中的转子5时，控制占空比DR成为图6所示的区域A3内的值。另外，在向反转方向驱动正转中的转子5时，控制占空比DR为图6所示的区域A4内的值。
由此构成电动机控制装置200的主要部分。
以下，有时将由目标旋转位置获取部31执行的处理统称为“目标旋转位置获取处理”。另外，有时将由旋转位置运算部32执行的处理统称为“旋转位置运算处理”。另外，有时将由转速运算部33执行的处理统称为“转速运算处理”。另外，有时将由第一占空比运算部34执行的处理统称为“第一占空比运算处理”。另外，有时将由第二占空比运算部35执行的处理统称为“第二占空比运算处理”。另外，有时将由控制信号输出部36执行的处理统称为“控制信号输出处理”。
以下，有时将目标旋转位置获取部31所具有的功能统称为“目标旋转位置获取功能”。另外，有时将旋转位置运算部32具有的功能统称为“旋转位置运算功能”。另外，有时将转速运算部33具有的功能统称为“转速运算功能”。另外，有时将第一占空比运算部34具有的功能统称为“第一占空比运算功能”。另外，有时将第二占空比运算部35具有的功能统称为“第二占空比运算功能”。另外，有时将控制信号输出部36具有的功能统称为“控制信号输出功能”。
以下，有时将“F1”标号用于目标旋转位置获取功能。另外，有时将“F2”标号用于旋转位置运算功能。另外，有时将“F3”标号用于转速运算功能。另外，有时将“F4”标号用于第一占空比运算功能。另外，有时将“F5”标号用于第二占空比运算功能。另外，有时将“F6”标号用于控制信号输出功能。
接着，参照图7～图9，对电动机控制装置200的主要部分的硬件结构进行说明。
如图7所示，电动机控制装置200具有处理器41和存储器42。在存储器42中存储有与多个功能(包含目标旋转位置获取功能、旋转位置运算功能、转速运算功能、第一占空比运算功能、第二占空比运算功能以及控制信号输出功能。)F1～F6对应的程序。处理器41读取并执行存储在存储器42中的程序。由此，实现多个功能F1～F6。
或者，如图8所示，电动机控制装置200具有处理电路43。处理电路43执行与多个功能F1～F6相对应的处理。由此，实现多个功能F1～F6。
或者，如图9所示，电动机控制装置200具有处理器41、存储器42和处理电路43。在存储器42中，存储有与多个功能F1～F6中的一部分功能相对应的程序。处理器41读取并执行存储在存储器42中的程序。由此，实现了上述一部分功能。另外，处理电路43执行与多个功能F1～F6中的剩余的功能相对应的处理。由此，实现了上述剩余的功能。
处理器41由一个以上处理器构成。各个处理器例如使用CPU(Central ProcessingUnit：中央处理单元)、GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)、微处理器、微控制器或DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)。
存储器42由一个以上非易失性存储器构成。或者，存储器42由一个以上非易失性存储器和一个以上易失性存储器构成。即，存储器42由一个以上存储器构成。各个存储器例如使用半导体存储器或磁盘。更具体地，各个易失性存储器例如使用RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)。另外，各个非易失性存储器例如为ROM(Read Only Memory：只读存储器)、闪存、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory：可擦可编程只读存储器)、EEPROM(Electricaly Erasable Programmable Read Only Memory：电可擦可编程只读存储器)、固态驱动器或硬盘驱动器。
处理电路43由一个以上数字电路构成。或者，处理电路43由一个以上数字电路和一个以上模拟电路构成。即，处理电路43由一个以上处理电路构成。各个处理电路例如使用ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、PLD(ProgrammabelLogic Device：可编程逻辑器件)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、SoC(System on a Chip：片上系统)或系统LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)。
这里，当处理器41由多个处理器构成时，多个功能F1～F6与多个处理器的对应关系是任意的。即，多个处理器中的每一个可以读取并执行与多个功能F1～F6中的对应的一个以上功能对应的程序。或者，处理器41可以包含与多个功能F1～F6中的每一个相对应的专用处理器。
另外，当存储器42由多个存储器构成时，多个功能F1～F6与多个存储器的对应关系是任意的。即，多个存储器中的每一个可以存储与多个功能F1～F6中的对应的一个以上功能对应的程序。或者，存储器42可以包含与多个功能F1～F6中的每一个相对应的专用存储器。
另外，处理电路43由多个处理电路构成时，多个功能F1～F6与多个处理电路的对应关系是任意的。即，多个处理电路中的每一个可以执行与多个功能F1～F6中的对应的一个以上功能对应的处理。或者，处理电路43可以包含与多个功能F1～F6中的每一个相对应的专用处理电路。
接着，参照图10所示的流程图，对电动机控制装置200的动作进行说明。图10所示的处理在满足规定的条件时(例如外部电源300对无刷DC电动机100的供电状态为导通状态时)反复执行。
首先，目标旋转位置获取部31执行目标旋转位置获取处理(步骤ST1)。接着，旋转位置运算部32执行旋转位置运算处理(步骤ST2)。接着，转速运算部33执行转速运算处理(步骤ST3)。接着，第一占空比运算部34执行第一占空比运算处理(步骤ST4)。接着，第二占空比运算部35执行第二占空比运算处理(步骤ST5)。接着，控制信号输出部36执行控制信号输出处理(步骤ST6)。
接着，将参照图11所示的流程图说明第二占空比运算部35和控制信号输出部36的动作。即，说明在步骤ST5、ST6中执行的处理。
首先，第二占空比运算部35获取温度T及电源电压V(步骤ST11)。从温度传感器24获取温度T。从电源电路21获取电源电压V。
接着，第二占空比运算部35使用在步骤ST11中获取的温度T和电源电压V，设定斜率值a和截距值b(步骤ST12)。此时，将斜率值a设定为基于式(3)和式(4)的值。另外，将截距值b设定为基于式(5)和式(6)的值。
接着，第二占空比运算部35使用在步骤ST4中输出的正负信息，判定在步骤ST4中运算出的第一占空比DR1的正负(步骤ST13)。在第一占空比DR1为正值的情况下(步骤ST13为“是”)，第二占空比运算部35根据式(1)运算第二占空比DR2(步骤ST14)。另一方面，在第一占空比DR1为负值的情况下(步骤ST13为“否”)，第二占空比运算部35根据式(2)运算第二占空比DR2(步骤ST15)
接着，控制信号输出部36将在步骤ST4中运算出的第一占空比DR1的绝对值与在步骤ST14或ST15中运算出的第二占空比DR2的绝对值进行比较(步骤ST16)。当第一占空比DR1的绝对值比第二占空比DR2的绝对值要小时(步骤ST16为“是”)，控制信号输出部36输出与第一占空比DR1对应的控制信号(步骤ST17)。另一方面，当第二占空比DR2的绝对值比第一占空比DR1的绝对值要小时(步骤ST16为“否”)，控制信号输出部36输出与第二占空比DR2对应的控制信号(步骤ST18)。在步骤ST17或ST18中输出的控制信号被输入到对应的开关元件SE。
接着，对无刷DC电动机100的效果进行说明。
第一，控制占空比DR可以是小于规定值(更具体地说是与第二占空比DR2对应的上限值)的值。由此，能够将无刷DC电动机100中的电流值I(更具体地说，各相中的电流值i)控制为小于规定值的值。另外，通过第一占空比运算部34中的运算式，也能够将电流值I控制为最大限度的值。
此时，第一占空比运算部34通过旋转位置RP的反馈来运算第一占空比DR1。更具体地说，第一占空比运算部34使用目标旋转位置TRP、旋转位置RP以及转速N来运算第一占空比DR1。另外，第二占空比运算部35基于包含与转速N对应的变量的一次函数，运算第二占空比DR2。即，在将电流值I控制为小于规定值的值时，可以不需要电流值I的反馈。由此，与使用电流值I的反馈的情况相比，能够简化无刷DC电动机100中的电路结构。
换言之，不使用电流值I的反馈，能够实现与使用电流值I的反馈的控制同样的控制。具体而言，例如能够实现使无刷DC电动机100中的转矩TR及电流值I恒定的同时，使无刷DC电动机100中的施加电压变化的控制。即，通常，随着转速N变大，阻碍转矩TR的产生的反电动势逐渐变大。与此相对，由于能够连续地使控制占空比DR变化，因此能够实现上述控制。图12是表示相对于转速N的转矩TR(即电流值I)的示例的特性图。
第二，电动机控制装置200设置在基板16上。换言之，电动机控制装置200与电动机主体部400一体地构成。由此，不需要在电动机主体部400的外部设置电动机控制装置200。其结果，能够使无刷DC电动机100紧凑。
第三，主磁体6设置在转子5上，并且传感器磁体10设置在转子5上。换言之，主磁体6及传感器磁体10与转子5一体构成。由此，能够抑制传感器磁体10的磁化位置相对于主磁体6的磁化位置产生偏移。其结果，能够抑制由旋转位置运算部32运算的旋转位置RP相对于实际的旋转位置RP产生偏移。
第四，斜率值a及截距值b分别根据温度T相对于基准温度T_ref的差分值ΔT而设定为不同的值。另外，斜率值a和截距值b分别根据电源电压V设定为不同的值。更具体地说，将斜率值a设定为基于式(3)和式(4)的值。另外，将截距值b设定为基于式(5)和式(6)的值。由此，对于由温度T的变动及电源电压V的变动引起的磁力的变动及电阻的变动，能够将斜率值a及截距值b分别设定为适当的值。换言之，对于这些变动，可以将各个区域A1、A2、A3、A4设定在适当的范围内。
第五，根据第一占空比DR1的正负，当然能够向正转方向驱动无刷DC电动机100，也能够向反转方向驱动无刷DC电动机100。由此，可以将无刷DC电动机100用于各种用途。换言之，可以增加无刷DC电动机100的用途。
接着，对无刷DC电动机100的变形例进行说明。
第一占空比运算部34也可以代替将正负信息输出到第二占空比运算部35，而将正负信息输出到控制信号输出部36。
该情况下，第二占空比运算部35运算基于式(1)的第二占空比DR2，并且运算基于式(2)的第二占空比DR2。即，第二占空比运算部35运算与各定时(tn)对应的两个第二占空比DR2。第二占空比运算部35将该运算出的两个第二占空比DR2输出到控制信号输出部36。控制信号输出部36使用正负信息，选择该运算出的两个第二占空比DR2中的与第一占空比DR1的正负对应的一个第二占空比DR2。
控制信号输出部36将上述所选择的第二占空比DR2的绝对值与第一占空比DR1的绝对值进行比较。当上述所选择的第二占空比DR2的绝对值比第一占空比DR1的绝对值要小时，控制信号输出部36输出对应于上述所选择的第二占空比DR2的控制信号。
接着，对无刷DC电动机100的其他变形例进行说明。
旋转位置运算部32中旋转位置RP的运算、转速运算部33中的转速N的运算、第一占空比运算部34中的第一占空比DR1的运算、第二占空比运算部35中的温度T的获取、第二占空比运算部35中的电源电压V的获取以及第二占空比运算部35中的第二占空比DR2的运算中的至少一个中，也可以使用移动平均。
即，旋转位置运算部32也可以针对与连续的M个定时(t1～tM)对应的M个旋转位置RP_1～RP_M，运算M个旋转位置RP_1～RP_M的移动平均值。该情况下，上述移动平均值也可以用于转速N的运算另外，上述移动平均值也可以用于第一占空比DR1的运算。这里，M是2以上的整数。
另外，转速运算部33也可以针对与连续的M个定时(t1～tM)对应的M个转速N_1～N_M，运算M个转速N_1～N_M的移动平均值。该情况下，上述移动平均值也可以用于第一占空比DR1的运算。另外，上述移动平均值也可以用于第二占空比DR2的运算。
另外，第一占空比运算部34也可以针对与连续的M个定时(t1～tM)对应的M个第一占空比DR1_1～DR1_M，运算M个第一占空比DR1_1～DR1_M的移动平均值。该情况下，第一占空比运算部34也可以代替将与各定时(tn)对应的第一占空比DR1输出到控制信号输出部36，而将上述移动平均值输出到控制信号输出部36。
另外，第二占空比运算部35也可以针对与连续的M个定时(t1～tM)对应的M个温度T_1～T_M，运算M个温度T_1～T_M的移动平均值。该情况下，上述移动平均值也可以用于斜率值a的设定。另外，上述移动平均值也可以用于截距值b的设定。
另外，第二占空比运算部35也可以针对与连续的M个定时(t1～tM)对应的M个电源电压V_1～V_M，运算M个电源电压V_1～V_M的移动平均值。该情况下，上述移动平均值也可以用于斜率值a的设定。另外，上述移动平均值也可以用于截距值b的设定。
另外，第二占空比运算部35也可以针对与连续的M个定时(t1～tM)对应的M个第二占空比DR2_1～DR2_M，运算M个第二占空比DR2_1～DR2_M的移动平均值。该情况下，第二占空比运算部35也可以代替将与各定时(tn)对应的第二占空比DR2输出到控制信号输出部36，而将上述移动平均值输出到控制信号输出部36。
或者，控制信号输出部36也可以针对与连续的M个定时(t1～tM)对应的M个控制占空比DR_1～DR_M，运算M个控制占空比DR_1～DR_M的移动平均值。控制信号输出部36也可以输出与上述移动平均值对应的控制信号。
通过使用这些移动平均值，可以得到以下的效果。即，对于各个传感器(包含旋转位置传感器23和温度传感器24)的检测值，有时在与连续的M个定时(t1～tM)对应的M个检测值中的至少一个检测值中产生误差。此时，能够降低上述误差的影响。其结果，能够使与由控制信号输出部36输出的控制信号对应的操作量θ稳定。
另一方面，通过不使用这些移动平均值，能够降低电动机控制装置200中的运算量。换言之，通过减少运算电动机控制装置200中的移动平均值的部位的个数，能够降低电动机控制装置200中的运算量。特别是对于上述误差发生概率低的参数，优选不使用移动平均值。
接着，对无刷DC电动机100的其他变形例进行说明。
如上所述，传感器磁体10中的磁极数可以设定为与无刷DC电动机100中的励磁数相同的值。与此相对，传感器磁体10中的磁极数也可以设定为相对于无刷DC电动机100的励磁数的整数倍的值。
具体而言，例如，传感器磁体10的磁极数也可以设定为相对于无刷DC电动机100的励磁数的两倍的值。图13表示该情况下对各相的供电状态为导通状态的定时的示例。另外，图13表示该情况下由各个磁传感器MS输出的脉冲信号PS的示例。
由此，与图2所示的示例相比，能够使由各个磁传感器MS输出的脉冲信号PS的周期为1/2。其结果，对于由电动机控制装置200进行的驱动电路22的控制，能够将控制分辨率提高到两倍。
接着，对无刷DC电动机100的用途的具体示例进行说明。
如图14所示，无刷DC电动机100也可以用于致动器600。致动器600包含无刷DC电机100和致动器输出部700。致动器输出部700例如包含与转子5的轴9机械连接的输出轴。
致动器600例如用于EGR阀的开度控制、废气门阀的开度控制或节流阀的开度控制。该情况下，致动器输出部700的输出轴与上述阀的阀体机械连接。通过转子5旋转，上述阀的开度变化。另一方面，通过维持转子5的旋转位置RP，维持上述阀的开度。
这里，致动器输出部700也可以包含产生所谓的“返回转矩”的构件(例如弹簧)。该情况下，也可以通过由上述构件产生的返回转矩与由无刷DC电动机100产生的转矩TR的平衡来控制上述阀的开度。具体而言，例如，也可以通过针对阀体的打开方向的转矩TR与针对阀体的关闭方向的返回转矩的平衡来控制上述阀的开度。
接着，对致动器600的用途的具体示例进行说明。
如图15所示，致动器600也可以用于EGR阀装置800。EGR阀装置800包含致动器600和EGR阀900。致动器输出部700的输出轴与EGR阀900的阀体机械连接。通过转子5旋转，EGR阀900的开度变化。另一方面，通过维持转子5的旋转位置RP，维持EGR阀900的开度。即，通过致动器600控制EGR阀900的开度。
如上所述，实施方式1所涉及的电动机控制装置200包括：获取电动机主体部400中的转子5的目标旋转位置TRP的目标旋转位置获取部31；使用由电动机主体部400的旋转位置传感器23输出的脉冲信号PS来运算转子5的旋转位置RP的旋转位置运算部32；根据旋转位置RP，对转子5的转速N进行运算的转速运算部33；第一占空比运算部34，该第一占空比运算部34根据目标旋转位置TRP及旋转位置RP，运算用于控制电动机主体部400的第一占空比DR1；第二占空比运算部35，该第二占空比运算部35基于包含与转速N对应的变量的一次函数，运算与第一占空比DR1的绝对值的上限值对应的第二占空比DR2；以及控制信号输出部36，该控制信号输出部36在第一占空比DR1的绝对值比第二占空比DR2的绝对值要小的情况下，输出与第一占空比DR1对应的控制信号，在第二占空比DR2的绝对值比第一占空比DR1的绝对值要小的情况下，输出与第二占空比DR2对应的控制信号。由此，在将电动机(例如无刷DC电动机100)中的电流值I控制为小于规定值的值时，可以不需要电流值I的反馈。其结果，能够使该电动机的电路结构简单。另外，能够连续地改变控制占空比DR。
另外，一次函数中的斜率值a根据电动机主体部400中的温度T相对于基准温度T_ref的差分值ΔT而设定为不同的值，一次函数中的截距值b根据差分值ΔT而设定为不同的值。由此，对于温度T的变动，能够将斜率值a和截距值b分别设定为适当的值。
另外，一次函数中的斜率值a根据电动机主体部400中的电源电压V设定为不同的值，一次函数中的截距值b根据电源电压V设定为不同的值。由此，对于电源电压V的变动，能够将斜率值a和截距值b分别设定为适当的值。
另外，一次函数中的斜率值a设定为与电动机主体部400中的相感应电压常数ke对应的值。由此，根据相感应电压常数ke，能够将斜率值a设定为适当的值。
另外，一次函数中的截距值b设定为与电动机主体部400中的相电流限制值i_lim对应的值。由此，能够根据相电流限制值i_lim，将截距值b设定为适当的值。其结果，能够避免过电流的产生。
另外，在第一占空比DR1的运算中使用移动平均。由此，能够使操作量θ稳定。
另外，在第二占空比DR2的运算中使用移动平均。由此，能够使操作量θ稳定。
另外，电动机控制装置200与电动机主体部400一体地构成。由此，能够使电动机(例如无刷DC电动机100)紧凑。
另外，根据转子5的驱动方向设定第一占空比DR1的正负，根据第一占空比DR1的正负设定一次函数中的截距值b的正负。由此，不仅当然能够向正转方向驱动转子5，还能够向反转方向驱动转子5。其结果，能够增加电动机(例如无刷DC电动机100)的用途。
另外，实施方式1所涉及的无刷DC电动机100包括电动机控制装置200和电动机主体部400。由此，能够实现使用了电动机控制装置200的无刷DC电动机100。
另外，旋转位置传感器23使用磁传感器MS，在电动机主体部400中的脉冲信号PS的生成中使用磁体(传感器磁体10)，磁体(传感器磁体10)中的磁极数设定为与电动机主体部400中的励磁数相同的值。由此，能够生成与各相对应的脉冲信号PS。
另外，旋转位置传感器23使用磁传感器MS，在电动机主体部400中的脉冲信号PS的生成中使用磁体(传感器磁体10)，磁体(传感器磁体10)中的磁极数设定为相对于电动机主体部400的励磁数的整数倍的值。由此，能够生成与各相对应的脉冲信号PS。另外，能够提高控制分辨率。
另外，实施方式1所涉及的致动器600包括无刷DC电动机100。由此，能够实现使用了无刷DC电动机100的致动器600。
另外，致动器600用于EGR阀900的开度控制、废气门阀的开度控制或节流阀的开度控制。由此，致动器600能够用于车载用阀的开度控制。
另外，实施方式1所涉及的EGR阀装置800包括致动器600和EGR阀900，EGR阀900的开度由致动器600控制。由此，可以实现使用了致动器600的EGR阀装置800。
另外，本申请公开在其公开范围内可以对实施方式的任意结构要素进行变形，或者在实施方式中省略任意的结构要素。
工业上的实用性
本公开所涉及的电动机控制装置例如可以用于无刷DC电动机。本公开所涉及的无刷DC电动机例如可以用于致动器。本公开所涉及的致动器例如可以用于EGR阀装置。本公开所涉及的EGR阀装置例如可以用于汽车。
标号说明
1定子，2定子芯体，3绝缘体，4线圈，5转子，6主磁体，7转子芯体，8树脂成型部，9轴，10传感器磁体，11轴承，12轴承，13外壳，14盖板，15壳体部，16基板，21电源电路，22驱动电路，23旋转位置传感器，24温度传感器，31目标旋转位置获取部，32旋转位置运算部，33转速运算部，34第一占空比运算部，35第二占空比运算部，36控制信号输出部，41处理器，42存储器，43处理电路，100无刷DC电动机，200电动机控制装置，300外部电源，400电动机主体部，500外部控制装置，600致动器，700致动器输出部，800EGR阀装置，900EGR阀。

Claims (15)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，包括：
目标旋转位置获取部，该目标旋转位置获取部获取电动机主体部中的转子的目标旋转位置；
旋转位置运算部，该旋转位置运算部使用由所述电动机主体部的旋转位置传感器输出的脉冲信号来运算所述转子的旋转位置；
转速运算部，该转速运算部根据所述旋转位置，对所述转子的转速进行运算；
第一占空比运算部，该第一占空比运算部根据所述目标旋转位置及所述旋转位置，运算用于控制所述电动机主体部的第一占空比；
第二占空比运算部，该第二占空比运算部基于包含与所述转速对应的变量的一次函数，运算与所述第一占空比的绝对值的上限值对应的第二占空比；以及
控制信号输出部，该控制信号输出部在所述第一占空比的绝对值比所述第二占空比的绝对值要小的情况下，输出与所述第一占空比对应的控制信号，在所述第二占空比的绝对值比所述第一占空比的绝对值要小的情况下，输出与所述第二占空比对应的所述控制信号。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述一次函数的斜率值根据所述电动机主体部中的温度相对于基准温度的差分值而设定为不同的值，
所述一次函数的截距值根据所述差分值设定为不同的值。
3.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述一次函数的斜率值根据所述电动机主体部的电源电压设定为不同的值，
所述一次函数的截距值根据所述电源电压设定为不同的值。
4.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述一次函数的斜率值设定为与所述电动机主体部中的相感应电压常数对应的值。
5.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述一次函数的截距值设定为与所述电动机主体部中的相电流限制值对应的值。
6.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
在所述第一占空比的运算中使用移动平均。
7.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
在所述第二占空比的运算中使用移动平均。
8.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
与所述电动机主体部一体构成。
9.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
根据所述转子的驱动方向设定所述第一占空比的正负，
根据所述第一占空比的正负设定所述一次函数的截距值的正负。
10.一种无刷DC电动机，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的电动机控制装置；以及
所述电动机主体部。
11.如权利要求10所述的无刷DC电动机，其特征在于，
所述旋转位置传感器使用磁传感器，
在所述电动机主体部的所述脉冲信号的生成中使用磁体，
所述磁体的磁极数设定为与所述电动机主体部的励磁数相同的值。
12.如权利要求10所述的无刷DC电动机，其特征在于，
所述旋转位置传感器使用磁传感器，
在所述电动机主体部的所述脉冲信号的生成中使用磁体，
所述磁体的磁极数设定为相对于所述电动机主体部的励磁数的整数倍的值。
13.一种致动器，其特征在于，
包括如权利要求10所述的无刷DC电动机。
14.如权利要求13所述的致动器，其特征在于，
用于EGR阀的开度控制、废气门阀的开度控制或节流阀的开度控制。
15.一种EGR阀装置，其特征在于，包括：
如权利要求13所述的致动器；以及
EGR阀，
所述EGR阀的开度由所述致动器控制。
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