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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für einen bürstenlosen Motor, der einen Rotor aus einem Permanentmagnetensatz und einen Statorspulensatz aus mehreren Phasenspulen aufweist.
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Die
JP 2009-268169 A und die
JP 2009-165297 A , welche der
US 2009/0174350 A1 entspricht, offenbaren beispielsweise herkömmliche Steuersysteme für einen bürstenlosen Motor, die dazu ausgelegt sind, einen Rotor an einer vorbestimmten Winkelposition zu positionieren, bevor der bürstenlose Motor angesteuert wird, um so ein Starten des bürstenlosen Motors zu gewährleisten. Gemäß dem in der
JP 2009-268169 A offenbarten herkömmlichen Steuersystem wird ein Rotor positioniert, indem ein Gleichstrom von einer bestimmten Phasenspule (W-Phase) durch eine Inverterschaltung in die anderen Phasenspulen (U-Phase und V-Phase) eines Statorspulensatzes, der einen Motor bildet, gespeist wird. Gemäß dem herkömmlichen System, das in der
JP 2009-165297 A beschrieben ist, wird ein Rotor positioniert, indem ein Strom von einer bestimmten Phase in die andere Phase eines Statorspulensatzes gespeist wird, und zwar zweimal, während die Phasen des Statorspulensatzes gewechselt werden. Folglich wird auch dann, wenn eine Rotationswinkelposition eines Rotors nahe einem elektrischen Winkel von 180° (Totpunkt) liegt, bei dem der Rotor bezüglich eines zu positionierenden Endwinkels nicht steuerbar ist, bewirkt, dass der Rotor bis zum Endwinkel steuerbar ist.
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Hierin wird beispielsweise angenommen, dass ein Steuersystem für einen bürstenlosen Motor eine Haupt-ECU und ein Motorsteuergerät separat aufweist. Die Haupt-ECU ist vorgesehen, um eine Ausgabe eines Sollwerts (wie beispielsweise einer Soll-Drehzahl) bezüglich einer Steuerung für einen bürstenlosen Motor zu bestimmen. Das Motorsteuergerät ist dazu ausgelegt, eine Stromversorgung des bürstenlosen Motors tatsächlich zu steuern.
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Wenn dieses Steuersystem mit elektrischer Energie versorgt wird, um seinen Motorsteuerbetrieb zu starten, berechnet die Haupt-ECU einen Sollwert zur Steuerung des bürstenlosen Motors auf der Grundlage von Signalen von verschiedenen Sensoren und Schaltern und sendet die Haupt-ECU einen berechneten Sollwert an das Motorsteuergerät. Das Motorsteuergerät erkennt, wenn es den Sollwert empfängt, dass der bürstenlose Motor gestartet werden muss, um zu arbeiten. Das Motorsteuergerät positioniert den Rotor zunächst und steuert anschließend einen Rotationszustand des bürstenlosen Motors in Übereinstimmung mit dem empfangenen Sollwert.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Steuersystem ist es, nach einem Einschalten der Energieversorgung und vor einem Starten des bürstenlosen Motors, um diesen anzutreiben, erforderlich, verschiedene Verarbeitungen auszuführen, die eine Sollwert-Berechnung durch die Haupt-ECU, eine Sollwert-Übertragung von der Haupt-ECU zum Motorsteuergerät, eine Rotorpositionierung durch das Motorsteuergerät und dergleichen umfassen. Folglich braucht das Steuersystem lange, bis der bürstenlose Motor tatsächlich gestartet wird, und ist das Anlaufverhalten des bürstenlosen Motors schlecht.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem bereitzustellen, das eine Zeitspanne von einer Energieversorgung bis zu einem Betriebsstart eines bürstenlosen Motors auch dann verkürzt, wenn eine Haupt-ECU zur Bestimmung eines Sollwerts bezüglich der Steuerung des bürstenlosen Motors und ein Motorsteuergerät zur tatsächlichen Steuerung des bürstenlosen Motors separat vorgesehen sind.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist ein Steuersystem für einen bürstenlosen Motor mit einem Rotor aus einem Permanentmagnetensatz und einem Statorspulensatz aus mehreren Phasenspulen eine Haupt-ECU, einen Positionserfassungsabschnitt und ein Motorsteuergerät auf. Die Haupt-ECU ist dazu ausgelegt, einen Sollwert bezüglich einer Steuerung für den bürstenlosen Motor zu bestimmen. Der Positionserfassungsabschnitt ist dazu ausgelegt, eine Rotationsstellung des Rotors zu erfassen. Das Motorsteuergerät ist dazu ausgelegt, eine Rotorpositionierungsverarbeitung für den Rotor auszuführen, indem es einen Strom in eine bestimmte Phasenspule des Statorspulensatzes speist, und Phasenspulen des Statorspulensatzes, in die ein Strom gespeist wird, in Übereinstimmung mit der vom Positionserfassungsabschnitt erfassten Rotationsstellung des Rotors derart umzuschalten, dass eine Rotation des bürstenlosen Motors in Übereinstimmung mit dem von der Haupt-ECU ausgegebenen Sollwert gesteuert wird. Das Motorsteuergerät ist ferner dazu ausgelegt, die Rotorpositionierungsverarbeitung auszuführen, indem es den Strom in wenigstens die bestimmte Phasenspule des Statorspulensatzes speist, bevor es den Sollwert von der Haupt-ECU empfängt, wenn eine Energieversorgung eingeschaltet wird.
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In den beigefügten Zeichnungen zeigt:
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1 einen Schaltplan zur Veranschaulichung einer Gesamtkonfiguration eines Steuersystems für einen bürstenlosen Motor gemäß einer Ausführungsform;
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2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer vom Motorsteuergerät ausgeführten Steuerverarbeitung für einen bürstenlosen Motor;
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3 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung von Details einer Rotationssteuerverarbeitung im Ablaufdiagramm der 2;
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4 ein Signalwellenformdiagramm zur Veranschaulichung eines Falls, in dem das Motorsteuergerät eine Positionierungsverarbeitung startet, bevor es einen Sollwert bezüglich einer Steuerung des bürstenlosen Motors von einer Haupt-ECU empfängt, wenn eine Energieversorgung des Motorsteuergeräts eingeschaltet wird, und das Motorsteuergerät eine Rotationssteuerung des bürstenlosen Motors in Übereinstimmung mit einem Sollwert ausführt, nachdem es die Rotorpositionierungsverarbeitung beendet hat;
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5 ein Signalwellenformdiagramm zur Veranschaulichung eines Falls, in dem ein Rotations-Sollwert auch nach Beendigung der Rotorpositionierungsverarbeitung nicht empfangen wird und ein Rotorpositionierungszustand nach der Rotorpositionierungsverarbeitung aufrechterhalten wird;
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6 ein Signalwellenformdiagramm zur Veranschaulichung eines Fall, in dem der Rotations-Sollwert vom Motorsteuergerät während einer vorbestimmten Zeitspanne der Aufrechterhaltung des Rotorpositionierungszustandes nach der Rotorpositionierungsverarbeitung nicht empfangen wird und der Rotorpositionierungszustand gelöst wird;
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7 ein Signalwellenformdiagramm zur Veranschaulichung eines Falls, in dem eine Rotation des bürstenlosen Motors in Übereinstimmung mit dem Sollwert gesteuert wird, ohne die Rotorpositionierungsverarbeitung auszuführen, wenn der Rotations-Sollwert von der Haupt-ECU empfangen wird und der bürstenlose Motor in einer normalen Rotationsrichtung rotiert, und zwar zum Zeitpunkt einer Energieversorgung des Motorsteuergeräts;
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8 ein Signalwellenformdiagramm zur Veranschaulichung eines Falls, in dem eine Rotation des bürstenlosen Motors in Übereinstimmung mit dem Sollwert gesteuert wird, nachdem eine Bremsverarbeitung zum Stoppen der Rotation des Rotors beendet wurde und die Rotorpositionierungsverarbeitung ausgeführt wurde, wenn der Rotations-Sollwert von der Haupt-ECU empfangen wird und der bürstenlose Motor in einer Rückwärtsrichtung rotiert, und zwar zum Zeitpunkt einer Energieversorgung des Motorsteuergeräts;
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9 ein Signalwellenformdiagramm zur Veranschaulichung eines Falls, in dem die Rotorpositionierungsverarbeitung ausgeführt wird, wenn der Rotations-Sollwert nicht von der Haupt-ECU empfangen wird und der bürstenlose Motor in der normalen oder Rückwärtsrichtung rotiert, und zwar zum Zeitpunkt einer Energieversorgung des Motorsteuergeräts;
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10 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer Verarbeitung gemäß einer Modifikation der Ausführungsform; und
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11 ein Signalwellenformdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebs, der anhand der im Ablaufdiagramm der 10 gezeigten Verarbeitung ausgeführt wird.
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(Ausführungsform)
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Nachstehend wird ein Steuersystem für einen bürstenlosen Motor gemäß einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Der bürstenlose Motor der Ausführungsform kann in einem Fahrzeug verwendet werden, beispielsweise zur Ansteuerung einer Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff aus einem Kraftstofftank ansaugt und den Kraftstoff an ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor gibt, oder zur Ansteuerung eines Gebläses, das eine Menge von Luft reguliert, die von einer Klimaanlage in einen Fahrzeuginnenraum geblasen wird. Es sollte jedoch beachtet werden, dass der bürstenlose Motor dieser Ausführungsform nicht alleine auf solch eine Verwendung beschränkt ist.
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Ein bürstenloser Motor 10 ist, wie in 1 gezeigt, ein permanentmagneterregter Drehstromsynchronmotor, der beispielsweise ein Synchronmotor mit implantierten Magneten (IPMSM). Der bürstenlose Motor 10 ist über eine Inverterschaltung 18 mit einer DC-Batterie 12 verbunden. Die Inverterschaltung 18 weist ein in Reihe geschaltetes Paar von Schaltelementen SUU, SUL, ein in Reihe geschaltetes Paar von Schaltelementen SVU, SVL und ein in Reihe geschaltetes Paar von Schaltelementen SWU, SWL auf. Knotenpunkte dieser Reihenschaltungspaare sind entsprechend mit einer U-Phasen-Spule, einer V-Phasen-Spule und einer W-Phasen-Spule des bürstenlosen Motors 10 verbunden. Jedes der Schaltelemente SUU, SUL, SVU, SVL, SWU, SWL ist aus einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) aufgebaut. Dioden DUU, DUL, DVU, DVL, DWU, DWL sind entsprechend parallel zu den Schaltelementen SUU, SUL, SVU, SVL, SWU, SWL geschaltet.
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Das Steuersystem weist einen Spannungserfassungsabschnitt 16 auf, der induzierte Spannungen erfasst, die in Phasenspulen erzeugt werden, in denen kein Ansteuerstrom fließt, unter einem Statorspulensatz (U-Phasen-Spule, V-Phasen-Spule, W-Phasen-Spule) des bürstenlosen Motors 10. D. h., eine Rotation des bürstenlosen Motors 10 wird in einer sensorlosen Weise gesteuert, durch die eine Winkelposition des Rotors des bürstenlosen Motors 10 erfasst und eine Stromversorgungsphase in Übereinstimmung mit der erfassten Winkelposition umgeschaltet wird. Es ist jedoch möglich, einen Winkelpositionssensor, wie beispielsweise ein Hall-Element, zu verwenden.
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Der Spannungserfassungsabschnitt 16 gibt die induzierte Spannung, die von jeder Phasenspule erzeugt wird, an ein Motorsteuergerät 20, das eine elektronische Steuereinheit (ECU) ist, die dazu ausgelegt ist, die Inverterschaltung 18 zu steuern, nach einer Verstärkung, Wellenformung, Phasenverschiebung der induzierten Spannung in herkömmlicher Weise. Das Motorsteuergerät 20 erfasst eine Winkelposition des Rotors auf der Grundlage der induzierten Spannung jeder Phase, die an es gegeben wird. Das Motorsteuergerät 20 erzeugt Betriebssignale (PWM-Signale) und gibt diese aus, wobei die Betriebssignale die Inverterschaltung 18 betreiben, so dass Ansteuerströme in Stromversorgungsphasen gespeist werden, und zwar in Übereinstimmung mit der erfassten Winkelposition des Rotors. Die Signale zum Betreiben der Schaltelemente SUU, SUL, SVU, SVL, SWU, SWL der Inverterschaltung 18 sind entsprechend EIN/AUS-Betriebssignale GUU, GUL, GVU, GVL, GWU, GWL.
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Das Motorsteuergerät 20 berechnet ferner eine Drehzahl des bürstenlosen Motors 10 und überprüft dessen Rotationsrichtung auf der Grundlage einer Wellenform der induzierten Spannung von jeder Phasenspule, die vom Spannungserfassungsabschnitt 16 eingegeben wird. Zusätzlich zur Steuerung der Rotation des bürstenlosen Motors 10 durch Umschalten der Stromversorgungsphasen gemäß obiger Beschreibung positioniert das Motorsteuergerät 20 den Rotor an einer vorbestimmten Winkelposition, indem es einen Strom in wenigstens eine Spule einer bestimmten Phase speist, bevor es die Rotation des bürstenlosen Motors 10 steuert. Diese Rotorpositionierungsverarbeitung kann ausgeführt werden, indem ein Gleichstrom von einer bestimmten Phasenspule (W-Phase) an die anderen Phasenspulen (U-Phase, V-Phase) gegeben wird oder ein Strom von einer bestimmten Phasenspule zwei Mal in die andere Phasenspule gespeist wird, während die Phasen geändert werden, gleich der herkömmlichen Weise.
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Auch im Falle des sensorlosen Systems kann die Winkelposition des Rotors durch die Rotorpositionierungsverarbeitung an die vorbestimmte Winkelposition gesetzt werden. Hierdurch kann der Rotor angesteuert werden, um in einer gewünschten Rotationsrichtung zu rotieren, und der bürstenlose Motor 10 sicher gestartet werden. Für den Fall, dass ein Winkelpositionssensor, wie beispielsweise ein Hall-Element, verwendet wird, kann der Rotor in einer Rückwärtsrichtung drehen oder der bürstenlose Motor 10 mitunter nicht normal gestartet werden, auch wenn die Stromversorgung zu einer Stromversorgungsphase in Übereinstimmung mit einer vom Winkelpositionssensor erfassten Position gestartet wird. Dies wird in Abhängigkeit des Auflösungsvermögens des Winkelpositionssensors verursacht. Aus diesem Grund ist es wirksam, dass das Motorsteuergerät 20 die Rotorpositionierungsverarbeitung auch in einem Fall ausführt, in dem der Winkelpositionssensor vorgesehen ist.
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Das Motorsteuergerät 20 ist über ein In-Vehicle-LAN mit einer elektronischen Hauptsteuereinheit (ECU) 22 verbunden, damit beide in Übereinstimmung mit einem Kommunikationsprotokoll, wie beispielsweise einem CAN-Protokoll oder einem LIN-Protokoll, miteinander kommunizieren können. Die Haupt-ECU 22 bestimmt einen Sollwert bezüglich einer Steuerung für den bürstenlosen Motor 10 und gibt den Sollwert über das Kommunikationsnetz an das Motorsteuergerät 20.
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Für den Fall, dass der bürstenlose Motor 10 beispielsweise als eine Antriebsenergieversorgungsquelle für eine Kraftstoffpumpe verwendet wird, bestimmt die Haupt-ECU 22 eine Soll-Drehzahl des bürstenlosen Motors 10 und gibt die Haupt-ECU 22 die Soll-Drehzahl als Rotations-Sollwert an das Motorsteuergerät 20, das eine Rotation des bürstenlosen Motors 10 anweist. Die Soll-Drehzahl wird bestimmt, um in der Lage zu sein, eine erforderliche Menge an Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe an eine Kraftstoffzuführvorrichtung zu geben, auf der Grundlage eines Betriebszustands oder einer Betriebslast eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs. Für den Fall, dass der bürstenlose Motor 10 verwendet wird, um ein Gebläse anzusteuern, berechnet die Haupt-ECU 22 eine Soll-Drehzahl und gibt die berechnete Soll-Drehzahl aus. Wenn eine Menge an Luft von einem Fahrgast in einem manuellen Modus angewiesen wird, wird die Soll-Drehzahl in Übereinstimmung mit der angewiesenen Menge an Luft berechnet. Wenn einzig eine bestimmte Temperatur von einem Fahrgast in einem Automatikmodus angewiesen wird, wird eine Menge an Luft, die erforderlich ist, um die bestimmte Temperatur zu erreichen, berechnet und die Soll-Drehzahl in Übereinstimmung mit der berechneten Menge an Luft berechnet. In Abhängigkeit eines Anwendungsbereichs des Motors ist es wahrscheinlich, dass ein Soll-Drehmoment beispielsweise als ein Rotations-Sollwert anstelle der Soll-Drehzahl an das Motorsteuergerät 20 gegeben wird.
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Wenn der Sollwert von der Haupt-ECU 22 angewandt wird, steuert das Motorsteuergerät 20 eine Rotation des bürstenlosen Motors 10, um den Sollwert zu erreichen. Für den Fall, dass die Soll-Drehzahl beispielsweise als der Sollwert angewandt wird, steuert das Motorsteuergerät 20 Spannungen, die an jede Phasenspule des bürstenlosen Motors 10 gelegt werden, im Ansprechen auf die Betriebssignale GUU, GUL, GVU, GVL, GWU, GWL derart, dass die Drehzahl des bürstenlosen Motors 10 gleich der Soll-Drehzahl wird.
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Nachstehend werden Details der Steuerung, die das Motorsteuergerät 20 für den bürstenlosen Motor 10 ausführen kann, unter Bezugnahme auf die in den 2 und 3 gezeigten Ablaufdiagramme und die in den 4 bis 9 gezeigten Signalwellenformdiagramme beschrieben. Die im Ablaufdiagramm der 2 gezeigte Verarbeitung wird gestartet, um ausgeführt zu werden, wenn eine Energieversorgung des Motorsteuergeräts 20 eingeschaltet wird. Das Motorsteuergerät 20 und die Haupt-ECU 22 werden gleichzeitig mit elektrischer Energie versorgt, wenn die Steuerung für den bürstenlosen Motor 10 gestartet werden muss. In Schritt S100 wird überprüft, ob die induzierten Spannungen vom Spannungserfassungsabschnitt 16 eingegeben werden, um so zu überprüfen, ob der bürstenlose Motor 10 rotiert. Wenn der bürstenlose Motor 10 rotiert, wird ebenso die Rotationsrichtung bestimmt. Für den Fall, dass der bürstenlose Motor 10 verwendet wird, um das Gebläse anzutreiben, kann das Gebläse durch einen Luftstrom rotieren, auch wenn kein Betriebssignal für die Inverterschaltung 18 vom Motorsteuergerät 20 ausgegeben wird. Dies führt dazu, dass der bürstenlose Motor 10 unbeabsichtigt rotieren kann. Auch für den Fall, dass der bürstenlose Motor 10 verwendet wird, um die Kraftstoffpumpe anzutreiben, kann der bürstenlose Motor 10 durch eine Schwingung eines Fahrzeugs unbeabsichtigt rotieren.
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In Schritt S110 wird überprüft, ob der bürstenlose Motor 10 rotiert, infolge der Erfassung der induzierten Spannung in Schritt S100. Wenn in Schritt S110 bestimmt wird, dass der bürstenlose Motor rotiert, wird Schritt S120 ausgeführt. Wenn in Schritt S110 bestimmt wird, dass der bürstenlose Motor 10 nicht rotiert, wird Schritt S150 ausgeführt. In Schritt S150 wird der Rotor anhand der Rotorpositionierungsverarbeitung, d. h. indem ein Strom in wenigstens eine Spule einer bestimmten Phase gespeist wird, an der vorbestimmten Winkelposition positioniert.
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Insbesondere startet das Motorsteuergerät 20, wie im Signalwellenformdiagramm der 4 gezeigt, die Rotorpositionierungsverarbeitung, bevor der Sollwert bezüglich der Steuerung für den bürstenlosen Motor 10 von der Haupt-ECU 22 empfangen wird, wenn der bürstenlose Motor 10 zum Zeitpunkt eines Einschaltens der Energieversorgung für das Motorsteuergerät 20 ruht. Die Haupt-ECU 22 wird zur gleichen Zeit wie das Motorsteuergerät 20 mit Energie versorgt und berechnet den Sollwert bezüglich der Steuerung für den bürstenlosen Motor 10 auf der Grundlage der Signale von verschiedenen Sensoren und Schaltern, nachdem die Energieversorgung eingeschaltet wurde. Anschließend wird der berechnete Sollwert in Übereinstimmung mit dem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll an das Motorsteuergerät 20 gesendet. Aus diesem Grund dauert es dann, wenn die Kommunikation im Kommunikationsnetz zwischen der Haupt-ECU 22 und dem Motorsteuergerät 20 beispielsweise ausgelastet, mitunter lange, bis das Motorsteuergerät 20 den Sollwert von der Haupt-ECU 22 empfängt.
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Aus diesem Grund führt das Motorsteuergerät 20 die Rotorpositionierungsverarbeitung aus, unmittelbar nachdem die Energieversorgung des Motorsteuergeräts 20 eingeschaltet wurde, und nicht, nachdem es den Sollwert von der Haupt-ECU 22 empfangen hat. Folglich ist die Rotorpositionierungsverarbeitung beendet oder wird die Rotorpositionierungsverarbeitung wenigstens gerade ausgeführt, wenn der Sollwert von der Haupt-ECU 22 empfangen wird. Folglich kann die Zeitspanne verkürzt werden, die erforderlich ist, bis die Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 im Ansprechen auf den empfangenen Sollwert gestartet wird.
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In Schritt S160 wird überprüft, ob der Rotations-Sollwert von der Haupt-ECU 22 empfangen wird. Wenn das Überprüfungsergebnis in Schritt S160 JA lautet, wird Schritt S220 ausgeführt. Nach Beendigung der Rotorpositionierungsverarbeitung gemäß der 4 wird die Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 in Übereinstimmung mit dem empfangenen Sollwert gestartet. Diese Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 in Übereinstimmung mit dem Sollwert wird nachstehend noch unter Bezugnahme auf das in der 3 gezeigte Ablaufdiagramm beschrieben. Nachdem die Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 im Ansprechen auf den Empfang des Sollwerts von der Haupt-ECU 22 gestartet wurde, setzt das Motorsteuergerät 20 die Ausführung der Rotationssteuerung über den Schritt S230 auf der Grundlage des Sollwerts fort, bis in Schritt S230 bestimmt wird, dass die Energieversorgung abgeschaltet wird.
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Wenn kein Sollwert, der eine Rotation anweist, empfangen wird, bevor die Rotorpositionierungsverarbeitung in Schritt S150 beendet wird, und das Überprüfungsergebnis in Schritt S160 NEIN lautet, wird Schritt S170 ausgeführt. In Schritt S170 werden die Spulen von allen Phasen auf Masse gelegt, werden die Spulen von allen Phasen mit der Energieversorgungsquelle verbunden oder wird die Stromversorgung zu der Phase, die für die Rotorpositionierung bestimmt wird, mit einem geringen Strom fortgesetzt, indem die Betriebssignale GUU, GUL, GVU, GVL, GWU, GWL entsprechend an die Schaltelemente SUU, SUL, SVU, SVL, SWU, SWL der Inverterschaltung 18 ausgegeben werden. Folglich wird, da der Rotorpositionierungszustand aufrechterhalten wird, d. h. der Rotor bereits auf die vorbestimmte Winkelposition bewegt worden ist, die Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 in Übereinstimmung mit dem Sollwert sofort gestartet, wenn der Rotations-Sollwert empfangen wird. Das in der 5 gezeigte Signalwellenformdiagramm zeigt einen Fall auf, in dem kein Rotations-Sollwert empfangen wird, auch nachdem die Rotorpositionierungsverarbeitung in Schritt S150 beendet wurde, und der Rotorpositionierungszustand aufrechterhalten wird, nachdem der Rotor positioniert wurde. Im Falle der 5 wird der Rotations-Sollwert in einer Zeitspanne empfangen, in welcher der Rotorpositionierungszustand aufrechterhalten wird, und wird die Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 in Übereinstimmung mit dem Sollwert gestartet.
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In Schritt S180 wird überprüft, ob eine vorbestimmte Zeitspanne (erste vorbestimmte Zeitspanne T1) verstrichen ist, nachdem die Aufrechterhaltung des Rotorpositionierungszustands gestartet wurde. Wenn die verstrichene Zeit kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne ist, wird erneut Schritt S160 ausgeführt. Wenn die verstrichene Zeit länger als die vorbestimmte Zeitspanne ist (d. h. länger als T1), wird Schritt S190 ausgeführt. In Schritt S190 wird der Rotorpositionierungszustand gelöst, indem die Ausgabe der Betriebssignale GUU, GUL, GVU, GVL, GWU, GWL entsprechend an die Schaltelemente SUU, SUL, SVU, SVL, SWU, SWL der Inverterschaltung 18 gestoppt wird. Der Rotorpositionierungszustand wird gelöst, um eine Zunahme im Energieverbrauch zu stoppen, die andernfalls verursacht werden würde, wenn die Betriebssignale GUU, GUL, GVU, GVL, GWU, GWL fortlaufend ohne Zeitbeschränkung ausgegeben werden würden.
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In Schritt S200 wird überprüft, ob der Rotations-Sollwert von der Haupt-ECU 22 empfangen wird. Wenn in dieser Überprüfungsverarbeitung bestimmt wird, dass der Rotations-Sollwert empfangen wird, wird Schritt S210 ausgeführt. In Schritt S210 wird die Rotorpositionierungsverarbeitung erneut ausgeführt. Anschließend wird Schritt S220 ausgeführt. Die Signalwellenformen der 6 zeigen einen Fall auf, in dem der Rotorpositionierungszustand gelöst wird, da kein Rotations-Sollwert während der vorbestimmten Zeitspanne der Aufrechterhaltung des Rotorpositionierungszustands nach Beendigung der Rotorpositionierung empfangen wird. Im Falle der 6 wird die Rotorpositionierungsverarbeitung im Ansprechen auf den Empfang des Rotations-Sollwerts erneut ausgeführt und wird anschließend die Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 ausgeführt.
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In Schritt S120, der im Ansprechen auf das Überprüfungsergebnis in Schritt S110 ausgeführt wird, was bedeutet, dass der bürstenlose Motor 10 rotiert, wird überprüft, ob der Rotations-Sollwert von der Haupt-ECU 22 empfangen wird. Diese Verarbeitung wird ausgeführt, um zu überprüfen, ob die Energieversorgung des Motorsteuergeräts 20 schnell wieder aufgenommen wird, nachdem die Energieversorgung für eine kurze Zeitspanne abgeschaltet wurde, aufgrund einer vorübergehenden Unterbrechung oder eines vorübergehenden Abfallens einer Energieversorgungsspannung. D. h., für den Fall, dass die Energieversorgung, aufgrund der vorübergehenden Unterbrechung oder des vorübergehenden Abfallens der Energieversorgungsspannung, nur für eine kurze Zeitspanne abgeschaltet wird, während eine Rotation des bürstenlosen Motors 10 in Übereinstimmung mit dem Sollwert gesteuert wird, wird die Ausgabe der Betriebssignale GUU, GUL, GVU, GVL, GWU, GWL vom Motorsteuergerät 20 gestoppt. Der Rotor des bürstenlosen Motors 10 rotiert jedoch bedingt durch die Massenträgheit weiter. Aus diesem Grund rotiert der bürstenlose Motor 10 dann, wenn die Energieversorgung des Motorsteuergeräts 20, aufgrund der vorübergehenden Unterbrechung oder des vorübergehenden Abfallens der Energieversorgungsspannung, für eine kurze Zeitspanne abgeschaltet, später jedoch wieder eingeschaltet wird, immer noch. Ferner ist das Motorsteuergerät 20, da der Sollwert von der Haupt-ECU 22 gesendet wird, in der Lage, den Sollwert zu empfangen.
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Wenn das Überprüfungsergebnis in Schritt S120 JA lautet, wird die Richtung der Rotation des bürstenlosen Motors 10 in Schritt S130 überprüft. Wenn bestimmt wird, dass der bürstenlose Motor 10 in der normalen (Vorwärts-)Rotationsrichtung rotiert, wird Schritt S220 ausgeführt, um die Rotation des bürstenlosen Motors 10 in Übereinstimmung mit dem Rotations-Sollwert zu steuern, ohne die Rotorpositionierungsverarbeitung auszuführen. Folglich kann, wie im Signalwellenformdiagramm der 7 gezeigt, die Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 in Übereinstimmung mit dem Rotations-Sollwert sofort neu gestartet werden, wenn das Motorsteuergerät 20 aus dem kurzzeitigen Abschaltezustand zurückkehrt.
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Wenn in Schritt S130 bestimmt wird, dass der bürstenlose Motor 10 in der Rückwärtsrichtung rotiert, wird Schritt S140 ausgeführt, um die Bremsverarbeitung auszuführen, um zu verhindern, dass der bürstenlose Motor in der Rückwärtsrichtung rotiert. Diese Bremsverarbeitung kann ausgeführt werden, indem die Spulen von allen Phasen des bürstenlosen Motors 10 über die Schaltelemente SUU, SUL, SVU, SVL, SWU, SWL der Inverterschaltung 18 mit der Masse oder der Energieversorgungsquelle verbunden werden. Anschließend wird in Schritt S150 die Rotorpositionierungsverarbeitung ausgeführt. Ferner wird in Schritt S220 die Rotationssteuerverarbeitung in Übereinstimmung mit dem Rotations-Sollwert ausgeführt.
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Der bürstenlose Motor 10 rotiert beispielsweise in solch einem Fall, wie er nachstehend aufgezeigt wird, in der Rückwärtsrichtung, wenn der Rotations-Sollwert von der Haupt-ECU 22 empfangen wird. Es wird angenommen, dass die Haupt-ECU 22, wie im Signalwellenformdiagramm der 8 gezeigt, einen Stopp-Sollwert, der ein Stoppen des bürstenlosen Motors 10 anweist, an das Motorsteuergerät 20 sendet, bevor das kurzzeitige Abschalten im Motorsteuergerät 20 auftritt. In diesem Fall stoppt das Motorsteuergerät 20 die Ausgabe der Betriebssignale GUU, GUL, GVU, GVL, GWU, GWL an die Schaltelemente SUU, SUL, SVU, SVL, SWU, SWL der Inverterschaltung 18. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich, dass der bürstenlose Motor 10 durch eine externe Kraft eines Luftstroms oder einer Schwingung unbeabsichtigt in der Rückwärtsrichtung rotiert. Wenn der von der Haupt-ECU 22 gesendete Sollwert zum Rotations-Sollwert wechselt, der die Rotation des bürstenlosen Motors 10 anweist, während das kurzzeitige Abschalten auftritt, wird der Rotations-Sollwert zum Zeitpunkt der Rückkehr in den Einschaltzustand von der Haupt-ECU 22 empfangen, und rotiert der bürstenlose Motor 10 rückwärts. In diesem Fall wird die vorstehend beschriebene Bremsverarbeitung ausgeführt, um die Rotation in der Rückwärtsrichtung zu stoppen, so dass der Rotor sicher und schnell an der vorbestimmten Winkelposition positioniert werden kann.
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Wenn in Schritt S120 bestimmt wird, dass der Rotations-Sollwert nicht empfangen wird, wird angenommen, dass der bürstenlose Motor 10 in der normalen Rotationsrichtung oder der Rückwärtsrichtung rotiert, da die externe Kraft eines Luftstroms oder der Schwingung auf ihn wirkt, wenn die Energieversorgung des Motorsteuergeräts 20 eingeschaltet wird. Folglich wird in diesem Fall Schritt S150 ausgeführt, um die Rotorpositionierungsverarbeitung als Vorbereitung für die Rotationssteuerung auszuführen, die im Ansprechen auf den Empfang des Rotations-Sollwerts gestartet wird. Das Signalwellenformdiagramm der 9 zeigt solch einen Fall. D. h., im Falle der 9 wird, obgleich die Energieversorgung des Motorsteuergeräts 20 aufgrund einer vorübergehenden Unterbrechung kurzzeitig abfällt, einzig der Stopp-Sollwert des bürstenlosen Motors 10 von der Haupt-ECU 22 ausgegeben. Aus diesem Grund wird auch dann, wenn der bürstenlose Motor 10 beispielsweise in der Rückwärtsrichtung rotiert, die Bremsverarbeitung nicht ausgeführt, sondern einzig die Rotorpositionierungsverarbeitung ausgeführt. Dieser Rotorpositionierungszustand wird anschließend für die vorbestimmte Zeitspanne aufrechterhalten.
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Anders als im Falle der 9 wird die Rotorpositionierungsverarbeitung von Schritt S150 durch die Verarbeitung von Schritt S120 ausgeführt, wenn der bürstenlose Motor 10 in der normalen Richtung oder der Rückwärtsrichtung rotiert, wenn die Energieversorgung des Motorsteuergeräts 20 beispielsweise normal eingeschaltet wird.
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Nachstehend wird die in Schritt S220 der 2 ausgeführte Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 unter Bezugnahme auf das in der 3 gezeigte Ablaufdiagramm näher beschrieben.
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In Schritt S300 wird überprüft, ob der von der Haupt-ECU 22 empfangene Sollwert einen Rotationsstopp des bürstenlosen Motors 10 anweist. Wenn bei dieser Überprüfungsverarbeitung bestimmt wird, dass der Sollwert den Rotationsstopp anweist, wird Schritt S310 ausgeführt. Wenn bestimmt wird, dass der Sollwert den Rotationsstopp nicht anweist, wird Schritt S390 ausgeführt.
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In Schritt S310 wird die Rotation des bürstenlosen Motors 10 gestoppt, indem die Ausgaben der Betriebssignale GUU, GUL, GVU, GVL, GWU, GWL an die Schaltelemente SUU, SUL, SVU, SVL, SWU, SWL der Inverterschaltung 18 gestoppt werden. In diesem Fall kann die Bremsverarbeitung von Schritt S140 im Ablaufdiagramm der 2 ausgeführt werden.
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In Schritt S320 wird die Rotorpositionierungsverarbeitung in einer Weise gleich Schritt S150 im Ablaufdiagramm der 2 ausgeführt. D. h., die Rotorpositionierungsverarbeitung wird nicht einzig dann ausgeführt, wenn die Energieversorgung des Motorsteuergeräts 20 eingeschaltet wird, sondern ebenso dann, wenn der bürstenlose Motor 10 im Ansprechen auf den Rotationsstoppbefehl des bürstenlosen Motors 10 stoppt. Folglich kann das Starten der Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 im Ansprechen auf den Empfang des Rotations-Sollwerts vorbereitet werden.
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Nach der Rotorpositionierungsverarbeitung wird die Verarbeitung von Schritt S330 bis Schritt S380 ausgeführt. Da diese Verarbeitung gleich derjenigen in den Schritten S160 bis S210 im Ablaufdiagramm der 2 ist, wird hierauf nicht wiederholt eingegangen. Folglich können ein Betrieb und Vorteile gleich denjenigen bereitgestellt werden, die erzielt werden, wenn die Energieversorgung eingeschaltet wird, und zwar auch zum Zeitpunkt des Rotationsstopps, indem, nach der Rotorpositionierungsverarbeitung, eine Verarbeitung gleich derjenigen ausgeführt wird, die erfolgt, wenn die Energieversorgung eingeschaltet wird. In Schritt S390 wird die Rotation des bürstenlosen Motors 10 in Übereinstimmung mit dem von der Haupt-ECU 22 empfangenen Sollwert gesteuert.
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Das Steuersystem für einen bürstenlosen Motor ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann in Form verschiedener modifizierter Ausführungsformen realisiert werden.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Rotorpositionierungsverarbeitung beispielsweise erneut ausgeführt, wenn der Rotations-Sollwert empfangen wird, wenn der Rotorpositionierungszustand gelöst wird, nachdem der Rotorpositionierungszustand für die vorbestimmte Zeitspanne aufrechterhalten wurde, indem die Verarbeitung in den Schritten S190 bis S210 im Ablaufdiagramm der 2 ausgeführt wird.
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Wenn jedoch, wie in 10 gezeigt, in Schritt S200 bestimmt wird, dass der Rotations-Sollwert empfangen wird, kann Schritt S240 ausgeführt werden. In Schritt S240 wird überprüft, ob eine zweite vorbestimmte Zeitspanne T2 (wie beispielsweise einige zehn Mikrosekunden) verstrichen ist, nachdem der Rotorpositionierungszustand gelöst wurde, oder der Rotor wenigstens einen vorbestimmten Winkel rotiert ist. Einzig dann, wenn bestimmt wird, dass die zweite vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist oder der Rotor wenigstens den vorbestimmten Winkel rotiert ist, kann die Rotorpositionierungsverarbeitung von Schritt S210 ausgeführt werden. In diesem Fall wird, wie im Signalwellenformdiagramm der 11 gezeigt, angenommen, dass der Rotor die Winkelposition beibehält, an welcher der Rotor positioniert wird, wenn die verstrichene Zeitspanne kürzer als die zweite vorbestimmte Zeitspanne oder die Rotation des Rotors unter dem vorbestimmten Winkel liegt, und zwar in einer Zeitspanne vom Lösen des Rotorpositionierungszustands bis zum Starten der Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor. Aus diesem Grund kann die Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 gestartet werden, ohne die Rotorpositionierungsverarbeitung erneut auszuführen. Gemäß dieser modifizierten Ausführungsform kann genau bestimmt werden, ob die Rotorpositionierung erneut ausgeführt werden muss, und die Rotorpositionierungsverarbeitung einzig dann ausgeführt werden, wenn es erforderlich ist. Dies führt dazu, dass die Steuerung für den bürstenlosen Motor früher gestartet werden kann.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird angenommen, dass die Phase der Spule, in die der Strom bei der Rotorpositionierungsverarbeitung gespeist wird, auf die bestimmte Phase festgelegt ist. Die Phase der Spule, in die der Strom zur Positionierung gespeist wird, muss jedoch nicht festgelegt sein, sondern kann jedes Mal geändert werden, wenn die Rotorpositionierung ausgeführt wird. Auf diese Weise kann eine Verschlechterung bestimmter Schaltungskomponenten oder Schaltungsteile, die dann auftreten kann, wenn einzig eine bestimmte Phasenspule im Statorspulensatz verwendet wird, unterdrückt und somit die Lebensdauer des Steuersystems verlängert werden. Für den Fall, dass die Phase der Spule, in die ein Strom während der Rotorpositionierung gespeist wird, variiert bzw. gewechselt wird, können die Phasen in einer vorbestimmten Reihenfolge oder zufällig gewechselt werden, so dass alle Teile der Schaltung in gleichem Maße verwendet werden können.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird angenommen, dass der bürstenlose Motor 10 vom Motorsteuergerät 20 in einer Richtung (in der normalen Rotationsrichtung) angetrieben wird. Der bürstenlose Motor 10 kann jedoch ein reversibler Motor sein, der vom Motorsteuergerät 20 in beiden Richtungen angetrieben werden kann. In diesem Fall kann eine Antriebsrichtung von der Haupt-ECU 22 zusätzlich als ein Teil des Sollwerts bezüglich der Steuerung für den bürstenlosen Motor 10 empfangen werden und die vorstehend beschriebene Verarbeitung ausgeführt werden, indem die empfangene Antriebsrichtung als die normale Rotationsrichtung festgelegt wird.
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Vorstehend wird ein Steuersystem für einen bürstenlosen Motor offenbart.
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Ein Motorsteuergerät 20 ist dazu ausgelegt, eine Positionierung eines Rotors eines bürstenlosen Motors 10 sofort auszuführen, wenn eine Stromversorgung eingeschaltet wird, und nicht erst dann, wenn ein Sollwert zur Steuerung des bürstenlosen Motors 10 von einer den Sollwert bestimmenden Haupt-ECU 22 tatsächlich empfangen wird. Das Motorsteuergerät 20 beendet die Rotorpositionierung oder führt die Rotorpositionierung aus, wenn der Sollwert von der Haupt-ECU 20 empfangen wird. Folglich kann das Motorsteuergerät 20 die Rotationssteuerung für den bürstenlosen Motor 10 in Übereinstimmung mit dem empfangenen Sollwert in kurzer Zeit starten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009-268169 A [0002, 0002]
- JP 2009-165297 A [0002, 0002]
- US 2009/0174350 A1 [0002]
