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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren für einen bürstenlosen Motor, der zum Beispiel für eine in einem Kühlsystem für einen Fahrzeugverbrennungsmotor verwendete elektrische Wasserpumpe oder für ein bürstenloses elektrisches VTC-(Ventilzeitsteuerungs-)System der nächsten Generation verwendet wird.
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HINTERGRUNDTECHNIK
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In den letzten Jahren bestand ein erhöhter Bedarf an bürstenlosen Motoren ohne Sensor in Fahrzeugen anstelle jener mit Sensoren, um eine Kostenreduzierung und Verbesserung der Montierbarkeit zu erzielen. Darüber hinaus muss diese Art von bürstenlosem Motor bei extrem niedrigen Drehraten einschließlich eines Stillstands angetrieben werden.
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Patentdokument 1 offenbart beispielsweise eine sensorlose Steuerung bei niedriger Geschwindigkeit bzw. Drehzahl unter Verwendung einer magnetischen Sättigungsspannung. Bei der sensorlosen Steuerung bei niedriger Drehzahl wird eine in einer offenen Phase der 120-Grad-Erregung erzeugte elektromotorische Kraft basierend auf der Nichtlinearität magnetischer Sättigungscharakteristiken eines Motors detektiert und wird ein Rotorwinkel (N-Pol-Mittelposition) geschätzt.
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LISTE VON REFERENZDOKUMENTEN
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PATENTDOKUMENT
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Patentdokument 1:
JP 2009-189176 A -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
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Bei einer extrem niedrigen Drehrate wird angenommen, dass aufgrund eines Lastmoments oder dergleichen eine Drehung in einer Richtung entgegengesetzt zu einer gewünschten Drehrichtung (Rückwärtsdrehung) auftritt und somit eine Steuerung, bei der eine Drehung nur in einer Richtung detektiert wird, eine Schrittauslassung bzw. einen Step-out (engl.: step-out) verursacht. Um einen Step-out während der extrem niedrigen Drehrate zu verhindern, ist es notwendig, eine für eine Erfassung der magnetischen Sättigungsspannung notwendige Tastgradbreite Dw so zu begrenzen, dass „Dmin < Dw < Dmax“ erfüllt wird. Dmin ist hier ein minimaler Tastgrad, und Dmax ist ein maximaler Tastgrad.
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Wenn ein Motoranlegungs-Tastgrad (engl.: motor application duty) erhöht wird, kann jedoch keine Tastgradbreite zur Detektion einer Rückwärtsdrehung sichergestellt werden. In einem Fall, in dem eine Rückwärtsdrehung auftritt, kann daher die Rückwärtsdrehung nicht detektiert werden und kann ein Step-out auftreten.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die in Anbetracht der oben beschriebenen Umstände gemacht wurde, besteht darin, eine Steuerungsvorrichtung für einen bürstenlosen Motor und ein Steuerungsverfahren für einen bürstenlosen Motor bereitzustellen, die das Auftreten eines bei einer Rückwärtsdrehung verursachten Step-out in einer sensorlosen Steuerung bei niedriger Drehzahl unterdrücken kann.
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MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden eine Steuerungsvorrichtung für einen bürstenlosen Motor und ein Steuerungsverfahren für einen bürstenlosen Motor bereitgestellt. Die Steuerungsvorrichtung für einen bürstenlosen Motor legt an einen bürstenlosen Motor einen positiven Impuls, der ein Drehmoment in einer Drehrichtung des bürstenlosen Motors erzeugt, und einen negativen Impuls, der ein Drehmoment in einer umgekehrten bzw. Rückwärtsdrehrichtung erzeugt, an und detektiert eine Drehrichtung unter Verwendung einer magnetischen Sättigungsspannung, die erzeugt wird, wenn die positiven und negativen Impulse angelegt werden. Die Steuerungsvorrichtung für einen bürstenlosen Motor stellt einen oberen Grenzwert für einen Motoranlegungs-Tastgrad ein, der durch einen Wert repräsentiert wird, der durch Subtrahieren eines Anlegungs-Tastgrads des negativen Impulses von einem Anlegungs-Tastgrad des positiven Impulses erhalten wird.
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EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Tastgrad, bei dem Detektion und Nicht-Detektion einer Rückwärtsdrehung des bürstenlosen Motors umgeschaltet werden, eingestellt, und in einem Fall, in dem ein Drehmoment, das das Drehmoment übersteigt, wenn der Motoranlegungs-Tastgrad größer als oder gleich dem eingestellten Tastgrad ist, notwendig ist, wird der Motoranlegungs-Tastgrad basierend auf der Drehzahl bestimmt. Selbst wenn eine Rückwärtsdrehung in der sensorlosen Steuerung bei niedriger Drehzahl auftritt, kann daher das Auftreten eines Step-out unterdrückt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Konfigurationsdarstellung, die ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs veranschaulicht.
- 2 ist eine Schaltungsdarstellung einer Motor-Ansteuerungsvorrichtung und eines bürstenlosen Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine Funktionsblockdarstellung, die Komponenten in Bezug auf eine sensorlose Steuerung bei niedriger Drehzahl einer Steuerungseinheit in 2 veranschaulicht.
- 4 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm, das Beispiele von Dreiphasen-Eingangsspannungen in einem 120-Grad-Erregungssystem des bürstenlosen Motors veranschaulicht.
- 5 ist eine Schaltungsdarstellung, um die sensorlose Steuerung bei niedriger Drehzahl des bürstenlosen Motors zu erläutern.
- 6 ist eine Darstellung, um einen Motoranlegungs-Tastgrad in einer Ansteuerungsvorrichtung des bürstenlosen Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
- 7 ist eine Wellenformdarstellung, die Simulationsergebnisse eines Drehmoments eines Motors, einer Winkelgeschwindigkeit des Motors, eines Winkels des Motors und eines Motoranlegungs-Tastgrads in einer bestehenden sensorlosen Steuerung bei niedriger Drehzahl veranschaulicht.
- 8 ist eine Wellenformdarstellung, die Simulationsergebnisse eines Drehmoments eines Motors, einer Winkelgeschwindigkeit des Motors, eines Winkels des Motors und des Motoranlegungs-Tastgrads in der sensorlosen Steuerung bei niedriger Drehzahl gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Mit Verweis auf die Zeichnungen wird im Folgenden eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 veranschaulicht eine schematische Konfiguration eines Kühlsystems für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs in einem Fall, in dem die vorliegende Erfindung für einen bürstenlosen Motor einer elektrischen Wasserpumpe verwendet wird. Das Kühlsystem ist eine wassergekühlte Kühlvorrichtung, die Kühlwasser durch einen Umwälzkanal umwälzt bzw. zirkulieren lässt. Das Kühlsystem umfasst eine elektrische Wasserpumpe 40, die von einem bürstenlosen Motor 100 angetrieben wird, und der bürstenlose Motor 100 wird unter einer sensorlosen Steuerung durch eine Steuerungsvorrichtung 200 wie etwa einer ECU angesteuert.
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Basierend auf einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors, beispielsweise beim Kaltstart, beim Aufwärmen und beim Abstellen des Motors nach dem Aufwärmen eines Start-Stopp-Systems, wird die elektrische Wasserpumpe 40 durch den bürstenlosen Motor 100 angetrieben, um das Kühlwasser je nach Wärmeerzeugungszustand eines Verbrennungsmotors 10 durch verschiedene Umwälzkanäle zirkulieren zu lassen. Wenn der bürstenlose Motor 100 bei einer extrem niedrigen Drehrate (zum Beispiel 100 U/Min oder weniger) unter einer sensorlosen Steuerung bei niedriger Drehzahl angesteuert wird, wird beim Abstellen des Motors nach einem Aufwärmen eine sogenannte Impulsverschiebungssteuerung, bei der Schaltzeitpunkte jeweiliger Phasen optional verschoben werden, durchgeführt, um Phasenspannungen zu detektieren.
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Mit anderen Worten ist ein Getriebe 20 wie etwa ein CVT (Continuously Variable Transmission bzw. stufenloses Getriebe) als Beispiel einer Leistungs- bzw. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 10 verbunden und wird eine Abgabe des Getriebes 20 auf (nicht veranschaulichte) Antriebsräder des Fahrzeugs übertragen.
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Das Kühlsystem für den Verbrennungsmotor 10 umfasst ein Stromregel- bzw. Stromsteuerventil 30, eine durch einen bürstenlosen Motor 100 angetriebene elektrische Wasserpumpe 40, einen Kühler 50, einen Zylinderkopf-Kühlwasserkanal 61, einen Zylinderblock-Kühlwasserkanal 62, einen Heizkörper (Heizeinrichtung) 91, eine Öl-Erwärmungseinrichtung (O/W) 21 für das Getriebe 20, Rohrleitungen 70, die diese Komponenten verbinden, und dergleichen.
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Der Zylinderkopf-Kühlwasserkanal 61 des Verbrennungsmotors 10 verbindet einen Kühlwassereinlass 13, der an einem Ende eines Zylinderkopfes 11 in einer Zylinderanordnungsrichtung angeordnet ist, und einen Kühlwasserauslass 14, der am anderen Ende des Zylinderkopfes 11 in der Zylinderanordnungsrichtung angeordnet ist, und erstreckt sich innerhalb des Zylinderkopfes 11.
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Der Zylinderblock-Kühlwasserkanal 62 des Verbrennungsmotors 10 zweigt vom Zylinderkopf-Kühlwasserkanal 61 zu einem Zylinderblock 12 ab, erstreckt sich innerhalb des Zylinderblocks 12 und ist mit einem im Zylinderblock 12 angeordneten Kühlwasserauslass 15 verbunden.
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Ein Ende einer ersten Kühlwasser-Rohrleitung 71 ist mit dem Kühlwasserauslass 14 des Zylinderkopfes 11 verbunden, und das andere Ende der ersten Kühlwasser-Rohrleitung 71 ist mit einem Kühlwassereinlass 51 des Kühlers 50 verbunden.
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Auf der anderen Seite ist ein Ende einer zweiten Kühlwasser-Rohrleitung 72 mit dem Kühlwasserauslass 15 des Zylinderblock-Kühlwasserkanals 62 verbunden und ist das andere Ende der zweiten Kühlwasser-Rohrleitung 72 mit einem ersten Einlassanschluss 31 von vier Einlassanschlüssen 31 bis 34 des Stromsteuerventils 30 verbunden.
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Außerdem ist ein Ende einer dritten Kühlwasser-Rohrleitung 73 mit der Mitte der ersten Kühlwasser-Rohrleitung 71 verbunden und ist das andere Ende der dritten Kühlwasser-Rohrleitung 73 mit dem zweiten Einlassanschluss 32 des Stromsteuerventils 30 verbunden. Eine Öl-Erwärmungseinrichtung 21, die eine Temperatur eines Hydrauliköls des Getriebes 20 einstellt, ist in der Mitte der dritten Kühlwasser-Rohrleitung 73 angeordnet.
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Darüber hinaus ist ein Ende einer vierten Kühlwasser-Rohrleitung 74 mit der ersten Kühlwasser-Rohrleitung 71 zwischen dem Kühlwasserauslass 14 und einem Verbindungspunkt der dritten Kühlwasser-Rohrleitung 73 verbunden und ist das andere Ende der vierten Kühlwasser-Rohrleitung 74 mit dem dritten Einlassanschluss 33 des Stromsteuerventils 30 verbunden. Die vierte Kühlwasser-Rohrleitung 74 ist mit verschiedenen Arten von Wärmetauschervorrichtungen wie etwa dem Heizkörper 91, der klimatisierte Luft in einer Fahrzeugklimaanlage erwärmt, versehen.
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Ein Ende einer fünften Kühlwasser-Rohrleitung 75 ist mit einem Kühlwasserauslass 52 des Kühlers 50 verbunden, und das andere Ende der fünften Kühlwasser-Rohrleitung 75 ist mit dem vierten Einlassanschluss 34 des Stromsteuerventils 30 verbunden.
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Das Stromsteuerventil 30 weist einen Auslassanschluss 35 auf. Ein Ende einer sechsten Kühlwasser-Rohrleitung 76 ist mit dem Auslassanschluss 35 verbunden, und das andere Ende der sechsten Kühlwasser-Rohrleitung 76 ist mit einem Sauganschluss 41 der elektrischen Wasserpumpe 40 verbunden.
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Ein Ende einer siebten Kühlwasser-Rohrleitung 77 ist mit einem Auslassanschluss 42 der elektrischen Wasserpumpe 40 verbunden, und das andere Ende der siebten Kühlwasser-Rohrleitung 77 ist mit dem Kühlwassereinlass 13 des Zylinderkopfs 11 verbunden.
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Ein Ende einer achten Kühlwasser-Rohrleitung 78 ist mit der ersten Kühlwasser-Rohrleitung 71 auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Verbindungspunkts der dritten Kühlwasser-Rohrleitung 73 und eines Verbindungspunkts der vierten Kühlwasser-Rohrleitung 74 verbunden, und das andere Ende der achten Kühlwasser-Rohrleitung 78 ist mit der sechsten Kühlwasser-Rohrleitung 76 verbunden.
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Wie oben beschrieben wurde, umfasst das Stromsteuerventil 30 vier Einlassanschlüsse 31 bis 34 und einen Auslassanschluss 35. Die Kühlwasser-Rohrleitungen 72, 73, 74 und 75 sind jeweils mit den Einlassanschlüssen 31 bis 34 verbunden. Das Stromsteuerventil 30 stellt eine Menge des Kühlwassers, das durch die Kühlwasser-Rohrleitungen 72, 73, 74 und 75 (Kühlwasser-Umwälzleitungen) zirkuliert, ein, indem eine Öffnungsfläche von jeder der Kühlwasser-Rohrleitungen 72, 73, 74 und 75 (Auslassfläche von jeder der Kühlwasser-Umwälzleitungen) gesteuert wird.
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Man beachte, dass, selbst wenn alle Einlassanschlüsse 31 bis 34 des Stromsteuerventils 30 geschlossen sind, die achte Kühlwasser-Rohrleitung 78 das Kühlwasser, das durch den Zylinderkopf-Kühlwasserkanal 61 gelangt ist, unter Umgehung des Kühlers 50 zirkulieren lassen kann.
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Die elektrische Wasserpumpe 40 (der bürstenlose Motor 100) und das Stromsteuerventil 30, die oben beschrieben wurden, werden durch eine Steuerungsvorrichtung 200 gesteuert.
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Die Steuerungsvorrichtung 200 steuert einen Austritts-Volumenstrom der elektrischen Wasserpumpe 40 (Drehzahl des bürstenlosen Motors 100) und Öffnungsflächen der jeweiligen Einlassanschlüsse 31 bis 34 des Stromsteuerventils 30 basierend auf Kühlwassertemperatur-Informationen des Verbrennungsmotors 10, die von den Wassertemperatursensoren 81 und 82 detektiert werden, und dergleichen. Man beachte, dass beispielsweise der Wassertemperatursensor 82 von den Wassertemperatursensoren 81 und 82 weggelassen werden kann und die Konfiguration nicht auf die zwei Wassertemperatursensoren umfassende Konfiguration beschränkt ist.
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Beispielsweise steuert beim Kaltstart, wenn die Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors 10 geringer als eine Schwelle zur Bestimmung eines kalten Motors ist, die Steuerungsvorrichtung 200 das Stromsteuerventil 30 so, dass alle Einlassanschlüsse 31 bis 34 geschlossen sind, und steuert die Drehzahl der elektrischen Wasserpumpe 40 (des bürstenlosen Motors 100) auf eine extrem niedrige Drehzahl (zum Beispiel etwa 100 U/Min bis etwa 200 U/Min).
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Mit anderen Worten zirkuliert beim Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 das Kühlwasser, das in den Zylinderkopf 11 (Zylinderkopf-Kühlwasserkanal 61) geströmt ist, ohne durch andere Wärmetauschervorrichtungen einschließlich des Kühlers 50 zu gelangen, und ist eine Zirkulations- bzw. Umwälzrate des Kühlwassers minimiert. Infolgedessen wird ein Temperaturanstieg des Zylinderkopfes 11 gefördert und eine Variation der Temperatur im Kühlwasser-Umwälzkanal unterdrückt.
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Danach öffnet die Steuerungsvorrichtung 200 die Einlassanschlüsse 31 bis 34 und erhöht die Drehzahl der elektrischen Wasserpumpe 40 (des bürstenlosen Motors 100) mit dem Anstieg der Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors 10, wodurch die Kühlwassertemperatur innerhalb eines geeigneten Temperaturbereichs gehalten wird.
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In einem Fall, in dem der Verbrennungsmotor 10 durch das Start-Stopp-System oder dergleichen in einem aufgewärmten Zustand gestoppt wird, wird eine Impulsverschiebungssteuerung durchgeführt. Die elektrische Wasserpumpe 40 (der bürstenlose Motor 100) wird bei einer extrem niedrigen Drehzahl (zum Beispiel 100 U/Min oder weniger) angetrieben, und deren Volumenstrom wird reduziert. Selbst während des Abstellens des Verbrennungsmotors 10 zirkuliert das Kühlwasser durch den Zylinderkopf 11, um einen Temperaturanstieg zu unterdrücken.
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In diesem Fall zirkuliert das Kühlwasser, das in den Zylinderkopf-Kühlwasserkanal 61 geströmt ist, durch die anderen Wärmetauschervorrichtungen einschließlich des Kühlers 50, wodurch der Zylinderkopf 11 langsam gekühlt wird. Infolgedessen wird in einem Fall, in dem der Verbrennungsmotor 10 nach dem Aufwärmen gestoppt wird, das Auftreten eines Hotspots, bei dem nur die Kühlwassertemperatur im Motor und dessen Umgebung, insbesondere im Zylinderkopf 11, ansteigt, unterdrückt, was ermöglicht, die Temperatur des Kühlwassers gleichmäßig einzurichten und eine anormale Verbrennung beim Neustart zu unterdrücken. Da die elektrische Wasserpumpe 40 bei einer extrem niedrigen Drehzahl angetrieben wird, ist es außerdem möglich, zu verhindern, dass der Zylinderkopf 11 übermäßig gekühlt wird, oder zu verhindern, dass der Leistungsverbrauch erhöht wird.
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In einem Fall, in dem die elektrische Wasserpumpe 40 bei der extrem niedrigen Drehzahl zu der Zeit angetrieben wird, zu der der Strömungsweg des Kühlwassers durch das Stromsteuerventil 30 umgeschaltet wird, kann sich ein Widerstand des Strömungswegs plötzlich ändern. Da zu diesem Zeitpunkt der bürstenlose Motor 100 bei der extrem niedrigen Drehzahl dreht, ist das Drehmoment gering und kann, falls eine Last plötzlich erhöht wird, ein Step-out auftreten. Daher wird die Häufigkeit bzw. Frequenz einer Positions- bzw. Lagemessung vorzugsweise erhöht, wenn der Strömungsweg des Kühlwassers umgeschaltet wird.
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2 ist eine Schaltungsdarstellung von Konfigurationsbeispielen des bürstenlosen Motors 100 als Antriebsquelle der elektrischen Wasserpumpe 40 und einer Ansteuerungsvorrichtung 200A des bürstenlosen Motors 100 in der Steuerungsvorrichtung 200.
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Die Ansteuerungsvorrichtung 200A, die den bürstenlosen Motor 100 ansteuert und steuert, weist eine Motor-Ansteuerungsschaltung (BLM-Ansteuerungsschaltung) 210, eine Steuerungseinheit 220 und eine Stromversorgungsschaltung (Batterie) 230 auf. Die Steuerungseinheit 220 enthält einen Mikrocomputer, der einen A/D-Wandler, einen Mikroprozessor (CPU oder MPU) und dergleichen aufweist.
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Der bürstenlose Motor 100 ist ein bürstenloser Dreiphasen-Gleichstrommotor und weist in Sternschaltung verbundene Dreiphasen-Wicklungen 110u, 110v und 110w einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase in einem (nicht dargestellten) zylindrischen Stator auf. Ein Permanentmagnetrotor (Rotor) 120 ist in einem in der Mitte des Stators ausgebildeten Raum drehbar angeordnet.
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Die Motor-Ansteuerungsschaltung 210 weist eine Inverterschaltung auf, in der Schaltelemente 211a bis 211f in einer Dreiphasen-Brückenschaltung verbunden sind. Jedes der Schaltelemente 211a bis 211f wird in diesem Beispiel von einem IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) gebildet, kann aber ein anderes Halbleiterelement zur Leistungssteuerung wie etwa ein FET (Feldeffekttransistor) sein. Eine Kathode und eine Anode jeder von Dioden 212a bis 212f sind so verbunden, dass sie zwischen einem Kollektor und einem Emitter des entsprechenden IGBT in einer Erregungsrichtung umgekehrt sind.
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Steuerungsanschlüsse (Gate-Anschlüsse) der Schaltelemente 211a bis 211f sind mit der Steuerungseinheit 220 verbunden, und die Steuerungseinheit 220 steuert das Ein- und Ausschalten von jedem der Schaltelemente 211a bis 211f durch eine PWM mit Dreieckwellenvergleich, wodurch eine an den bürstenlosen Motor 100 angelegte Spannung (Motor-Eingangsspannung) gesteuert wird.
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Bei einer PWM-Steuerung mit Dreieckwellenvergleich detektiert die Steuerungseinheit 220 die Ein- und Aus-Zeitpunkte der Schaltelemente 211a bis 211f, indem eine Dreieckwelle (Träger) mit einem PWM-Zeitgeber (PWM-Tastgrad) verglichen wird, der basierend auf einem Anweisungs-Tastgrad (Anweisungs-Impulsweite) eingestellt ist.
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Der Wert des PWM-Zeitgebers wird auf einen größeren Wert eingestellt, je größer der Tastgrad ist. Der PWM-Zeitgeber wird auf einen maximalen Wert eingestellt, wenn der Tastgrad 100% beträgt, und der PWM-Zeitgeber wird auf einen minimalen Wert (Null) eingestellt, wenn der Tastgrad 0% beträgt.
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Der bürstenlose Motor 100 enthält keinen Sensor, der Lageinformationen über den Rotor 120 detektiert. Die Steuerungseinheit 220 steuert den bürstenlosen Motor 100 ohne Verwendung des die Lageinformationen über den Rotor 120 detektierenden Sensors mittels eines sensorlosen Ansteuerungsverfahrens an und steuert ihn. Ferner schaltet die Steuerungseinheit 220 basierend auf einer Motordrehzahl das sensorlose Ansteuerungsverfahren zwischen einem Sinuswellen-Ansteuerungsverfahren und einem Rechteckwellen-Ansteuerungsverfahren um.
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Das Sinuswellen-Ansteuerungsverfahren ist ein Verfahren, um den bürstenlosen Motor 100 anzusteuern, indem eine Sinuswellenspannung an jede Phase der Dreiphasen-Wicklungen 110u, 110v und 110w angelegt wird.
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Im Sinuswellen-Ansteuerungsverfahren erfasst die Steuerungseinheit 220 die Lageinformationen über den Rotor 120 aus einer induzierten Spannung (elektromotorische Kraft der Drehzahl), die durch Drehung des Rotors 120 erzeugt wird. Außerdem schätzt während einer Periode, in der die Lage des Rotors durch die elektromotorische Kraft der Drehzahl detektiert wird, die Steuerungseinheit 220 die Lage des Rotors basierend auf der Motordrehzahl ab, berechnet sie einen Dreiphasen-Ausgangseinstellwert aus der geschätzten Lage des Rotors und dem PWM-Tastgrad, steuert sie Richtung und Intensität eines Stroms basierend auf einer Differenz zwischen Spannungen zwischen den Phasen, wodurch bewirkt wird, dass ein Dreiphasen-Wechselstrom durch jede Phase fließt.
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Man beachte, dass die Steuerungseinheit 220 die Motordrehzahl basierend auf einer Detektionsperiode der Lage des Rotors berechnet.
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Das Rechteckwellen-Ansteuerungsverfahren ist ein Verfahren, um den bürstenlosen Motor 100 anzusteuern, indem ein Schaltmuster (Erregungsmodus) von zwei Phasen, an die eine gepulste Spannung angelegt wird, unter den drei Phasen für jede vorbestimmte Lage des Rotors sequentiell umgeschaltet wird.
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Im Rechteckwellen-Ansteuerungsverfahren erfasst die Steuerungseinheit 220 die Lageinformationen über den Rotor 120, indem eine Spannung (elektromotorische Kraft eines Transformators), die durch eine nicht-erregte Phase (offene Phase) durch Anlegung der gepulsten Spannung an erregte Phasen induziert wird, mit einer Schwelle verglichen wird, und detektiert sie einen Schaltzeitpunkt des Erregungsmodus, der das Auswahlmuster der erregten Phasen ist, basierend auf solchen Lageinformationen.
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Die für eine Lagedetektion im Sinuswellen-Ansteuerungsverfahren detektierte elektromotorische Kraft der Drehzahl wird mit Abnahme der Motordrehzahl im Ausgangspegel reduziert, und die Genauigkeit der Lagedetektion wird in einem niedrigen Drehzahlbereich verringert. Auf der anderen Seite kann die induzierte Spannung, die für die Lagedetektion im Rechteckwellen-Ansteuerungsverfahren detektiert wird, selbst im niedrigen Drehzahlbereich einschließlich eines Motorstoppzustands detektiert werden, und die Lagedetektionsgenauigkeit kann selbst im niedrigen Drehzahlbereich beibehalten werden.
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Daher steuert die Steuerungseinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 mittels des Sinuswellen-Ansteuerungsverfahrens in einem hohen Drehzahlbereich, in dem die Lageinformationen mit ausreichender Genauigkeit mittels des Rechteckwellen-Ansteuerungsverfahrens detektiert werden können, das heißt in einem Bereich, in dem die Motordrehzahl höher als der Soll- bzw. Einstellwert ist, wohingegen die Steuerungseinheit 220 den bürstenlosen Motor 100 mittels des Rechteckwellen-Ansteuerungsverfahrens im niedrigen Drehzahlbereich steuert, in dem die Lageinformationen mittels des Sinuswellen-Ansteuerungsverfahrens nicht mit ausreichender Genauigkeit detektiert werden können.
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Man beachte, dass der niedrige Drehratenbereich, in dem die Lageinformationen mittels des Sinuswellen-Ansteuerungsverfahrens nicht mit ausreichender Genauigkeit detektiert werden können, einen Bereich, in dem die Motordrehzahl niedriger als der Einstellwert ist, und einen Bereich beim Start des bürstenlosen Motors 100 umfasst.
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Darüber hinaus bestimmt in der PWM-Steuerung des bürstenlosen Motors 100 die Steuerungseinheit 220 den Tastgrad der PWM-Steuerung basierend auf beispielsweise einer Abweichung zwischen dem detektierten Wert der Motordrehzahl und einer Ziel-Motordrehzahl (Drehzahl-Anweisungswert) und bringt eine tatsächliche Motordrehzahl nahe an die Ziel-Motordrehzahl.
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3 ist eine Funktionsblockdarstellung, die Komponenten in Bezug auf die sensorlose Steuerung bei niedriger Drehzahl der Steuerungseinheit 220 veranschaulicht.
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Die Steuerungseinheit 220 umfasst eine Anlegungsspannung-Berechnungseinheit 302, eine PWM-Erzeugungseinheit 304, eine Gatesignal-Schalteinheit 306, eine Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 308, eine Vergleichseinheit 310, eine Spannungsschwelle-Schalteinheit 312, eine Spannungsschwelle-Lerneinheit 314, eine Einheit 316 zur Auswahl einer Spannung einer nicht-erregten Phase, eine einen Hauptperiode-Tastgrad einstellende Einheit 318, eine einen Korrekturperiode-Tastgrad einstellende Einheit 320, eine Tastgrad-Korrektureinheit 322 und dergleichen.
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Die Kühlwassertemperatur-Informationen des Verbrennungsmotors 10, die durch die Wassertemperatursensoren 81 und 82 detektiert werden, werden in die Anlegungsspannung-Berechnungseinheit 302 eingegeben. Die Anlegungsspannung-Berechnungseinheit 302 berechnet die Ziel-Drehzahl und die Motordrehzahl des bürstenlosen Motors 100 basierend auf den Kühlwassertemperatur-Informationen und einem Modusumschalt-Auslösesignal, das von der Vergleichseinheit 310 abgegeben wird, und berechnet einen Anweisungswert einer Anlegungsspannung basierend auf der berechneten Ziel-Drehzahl und der berechneten Motordrehzahl.
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Die PWM-Erzeugungseinheit 304 erzeugt ein pulsweitenmoduliertes PWM-Signal basierend auf dem Anweisungswert der durch die Anlegungsspannung-Berechnungseinheit 302 berechneten Anlegungsspannung.
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Die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 308 ist eine Vorrichtung, die ein Modus-Anweisungssignal abgibt, um den Erregungsmodus der Motor-Ansteuerungsschaltung 210 zu bestimmen, und schaltet den Erregungsmodus auf sechs Arten mit dem von der Vergleichseinheit 310 als Auslöser abgegebenen Modusumschalt-Auslösesignal um.
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Der Erregungsmodus ist ein Auswahlmuster von zwei Phasen, an die die gepulste Spannung angelegt wird, unter den drei Phasen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase des bürstenlosen Motors 100. Es gibt sechs Arten von Erregungsmodi, nämlich einen ersten Erregungsmodus M1, in welchem ein Strom von der U-Phase zur V-Phase fließt, einen zweiten Erregungsmodus M2, in welchem ein Strom von der U-Phase zur W-Phase fließt, einen dritten Erregungsmodus M3, in welchem ein Strom von der V-Phase zur W-Phase fließt, einen vierten Erregungsmodus M4, in welchem ein Strom von der V-Phase zur U-Phase fließt, einen fünften Erregungsmodus M5, in welchem ein Strom von der W-Phase zur U-Phase fließt, und einen sechsten Erregungsmodus M6, in welchem ein Strom von der W-Phase zur V-Phase fließt.
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Die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 308 gibt das Modus-Anweisungssignal, das einen von dem ersten Erregungsmodus M1 bis zum sechsten Erregungsmodus M6 anweist, basierend auf einem von der Vergleichseinheit 310 abgegebenen Modusumschalt-Auslösesignal ab.
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Die Gatesignal-Schalteinheit 306 bestimmt eine Schaltoperation für jedes der Schaltelemente 211a bis 211f der Motor-Ansteuerungsschaltung 210 basierend auf dem Modus-Anweisungssignal, das eine Ausgabe der Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 308 ist, und dem durch die PWM-Erzeugungseinheit 304 erzeugten PWM-Signal und gibt sechs Gate-Impulssignale basierend auf der Bestimmung an die Motor-Ansteuerungsschaltung 210 ab.
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Die Spannungsschwelle-Schalteinheit 312 schaltet eine zur Detektion des Schaltzeitpunktes des Erregungsmodus verwendete Spannungsschwelle basierend auf dem Erregungsmodus sequentiell um und gibt sie aus. Ein Schaltzeitpunkt der Schwelle wird basierend auf dem Modus-Anweisungssignal bestimmt, das eine Ausgabe der Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 308 ist.
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Die Einheit 316 zur Auswahl einer Spannung einer nicht-erregten Phase wählt den detektierten Wert der Spannung der nicht-erregten Phase aus den Dreiphasen-Anschlussspannungen Vu, Vv und Vw des bürstenlosen Motors 100 basierend auf dem Modus-Anweisungssignal aus und gibt den ausgewählten detektierten Wert an die Vergleichseinheit 310 und die Spannungsschwelle-Lerneinheit 314 aus.
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Genauer gesagt ist die Anschlussspannung der nicht-erregten Phase eine Spannung zwischen einer Masse bzw. Erdung (GND) und dem Anschluss; jedoch wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Spannung an einem Sternpunkt detektiert oder wird die Spannung am Sternpunkt als 1/2 einer Stromversorgungsspannung VB betrachtet, und die Differenz (nämlich die Phasenspannung) zwischen der Spannung am Sternpunkt und der Spannung zwischen der Erdung (GND) und dem Anschluss wird bestimmt und als die Anschlussspannung der nicht-erregten Phase behandelt.
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Die Vergleichseinheit 310 vergleicht die von der Spannungsschwelle-Schalteinheit 312 ausgegebene Schwelle mit dem detektierten Wert der Spannung (detektierten Wert einer impulsinduzierten Spannung) der nicht-erregten Phase, die von der Einheit 316 zur Auswahl einer Spannung einer nicht-erregten Phase abgegeben wird, um den Schaltzeitpunkt des Erregungsmodus zu detektieren, nämlich ob sich der Rotor bei der Position bzw. Lage (Magnetpollage) befindet, bei der der Erregungsmodus umgeschaltet wird, und gibt das Modusumschalt-Auslösesignal an die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 308 ab, wenn der Schaltzeitpunkt detektiert wird.
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Die Spannungsschwelle-Lerneinheit 314 ist eine Vorrichtung, die die für eine Bestimmung des Schaltzeitpunktes des Erregungsmodus verwendete Schwelle aktualisiert und speichert.
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Die impulsinduzierte Spannung der nicht-erregten Phase (offenen Phase) variiert bzw. schwankt aufgrund von Fertigungsschwankungen des bürstenlosen Motors 100, Detektionsschwankungen einer Spannungsdetektionsschaltung oder dergleichen. Wenn ein fester Wert als die Schwelle genutzt wird, kann deshalb der Schaltzeitpunkt des Erregungsmodus falsch bestimmt werden.
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Daher detektiert die Spannungsschwelle-Lerneinheit 314 die impulsinduzierte Spannung bei einer vorbestimmten Magnetpollage, bei der der Erregungsmodus umgeschaltet wird, und führt eine Verarbeitung zum Lernen einer Schwelle durch, um die in der Spannungsschwelle-Schalteinheit 312 gespeicherte Schwelle basierend auf einem Ergebnis der Detektion zu korrigieren.
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Wie oben beschrieben gibt es sechs Erregungsmodi M1 bis M6. Die Steuerungseinheit 220 schaltet sequentiell die Erregungsmodi M1 bis M6 bei Schaltwinkellagen, die in Intervallen von 60° eines elektrischen Winkels festgelegt sind, um und schaltet die beiden Phasen, an die die gepulste Spannung angelegt wird, unter den drei Phasen des bürstenlosen Motors 100 sequentiell um, wodurch der bürstenlose Motor 100 drehend angetrieben bzw. angesteuert wird.
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Falls man annimmt, dass eine Winkellage der U-Phase-Wicklung 110u eine Referenzlage (Winkel = 0 Grad) des Rotors (Magnetpols) 120 ist, schaltet die Steuerungseinheit 220 den Erregungsmodus von dem dritten Erregungsmodus M3 zum vierten Erregungsmodus M4, wenn die Winkellage (Magnetpollage θ) des Rotors 120 30 Grad beträgt, wie in 4 veranschaulicht ist. Wenn die Winkellage des Rotors 90 Grad beträgt, schaltet die Steuerungseinheit 220 den Erregungsmodus vom vierten Erregungsmodus M4 zum fünften Erregungsmodus M5. Wenn die Winkellage des Rotors 150 Grad beträgt, schaltet die Steuerungseinheit 220 den Erregungsmodus vom fünften Erregungsmodus M5 zum sechsten Erregungsmodus M6. Wenn die Winkellage des Rotors 210 Grad beträgt, schaltet die Steuerungseinheit 220 den Erregungsmodus vom sechsten Erregungsmodus M6 zum ersten Erregungsmodus M1. Wenn die Winkellage des Rotors 270 Grad beträgt, schaltet die Steuerungseinheit 220 den Erregungsmodus vom ersten Erregungsmodus M1 zum zweiten Erregungsmodus M2. Wenn die Winkellage des Rotors 330 Grad beträgt, schaltet die Steuerungseinheit 220 den Erregungsmodus vom zweiten Erregungsmodus M2 zum dritten Erregungsmodus M3.
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Die Spannungsschwelle-Schalteinheit 312 der Steuerungseinheit 220 speichert die induzierten Spannungen (elektromotorischen Kräfte des Transformators) der nicht-erregten Phase bei den jeweiligen Winkellagen des Rotors 120, bei denen der Erregungsmodus umgeschaltet wird, als die aktualisierbaren Schwellen und gibt die dem Erregungsmodus zu diesem Zeitpunkt entsprechende Schwelle aus.
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Wenn die induzierte Spannung der nicht-erregten Phase die Schwelle erreicht, gibt die Vergleichseinheit 310 ein Signal ab, das angibt, dass der Winkel, bei dem ein Umschalten zum nächsten Erregungsmodus durchgeführt wird, detektiert wurde, und die Erregungsmodus-Bestimmungseinheit 308 schaltet basierend auf dem Ausgangssignal den Erregungsmodus um.
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Darüber hinaus führt beispielsweise im ersten Erregungsmodus M1, in welchem der Strom von der U-Phase zur V-Phase fließt, die Steuerungseinheit 220 (Gatesignal-Schalteinheit 306) eine komplementäre PWM-Steuerung an einem Ein-Aus-Verhältnis des oberen Schaltelements 211c der V-Phase (oberer Arm der V-Phase) und des unteren Schaltelements 211d der V-Phase (unterer Arm der V-Phase) durch, während sie das obere Schaltelement 211a der U-Phase (oberer Arm der U-Phase) einschaltet, wodurch die durchschnittliche Anlegungsspannung der U-Phase und der V-Phase, durch die der Strom fließt, basierend auf dem PWM-Tastgrad variabel gesteuert wird.
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Zu dieser Zeit schaltet beispielsweise im ersten Erregungsmodus M1 die Steuerungseinheit 220 (Gatesignal-Schalteinheit 306) die Schaltelemente 211 b, 211e und 211f mit Ausnahme des oberen Schaltelements 211a der U-Phase, des oberen Schaltelements 211c der V-Phase und des unteren Schaltelements 211d der V-Phase aus.
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Man beachte, dass die Steuerungseinheit 220 (Gatesignal-Schalteinheit 306) die PWM-Steuerung zum Ein- und Ausschalten des Schaltelements des oberen Arms und des Schaltelements des unteren Arms einer stromabwärts gelegenen Phase durch ein komplementäres Steuerungsverfahren im anderen Erregungsmodus als dem ersten Erregungsmodus M1 durchführt.
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5 veranschaulicht einen Strompfad zur Zeit einer Erregung von der V-Phase-Wicklung zur W-Phase-Wicklung. Wenn die Schaltelemente 211c und 211f eingeschaltet sind und die Schaltelemente 211a, 211b, 211d und 211e ausgeschaltet sind, fließt ein Strom von der Batterie-Stromversorgung (Spannung VB) zur Erdung (GND) über einen Kollektor und einen Emitter des Schaltelements 211c, die V-Phase-Wicklung 110v, den Sternpunkt, die W-Phase-Wicklung 110w und einen Kollektor und einen Emitter des Schaltelements 211f. Die Spannung der offenen Phase (U-Phase) zu dieser Zeit wird durch ein Offen-Phase-Spannungsmessgerät bzw. -Voltmeter 221 detektiert, und die detektierte Spannung wird A/Dumgewandelt, um die Lageinformationen über den Rotor 120 zu schätzen. Darüber hinaus führt die Steuerungseinheit 220 eine Erregung mittels der PWM-Steuerung durch und steuert den bürstenlosen Motor 100 bei einer extrem niedrigen Drehzahl an.
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Um eine Erregung von der W-Phase-Wicklung zur V-Phase-Wicklung durchzuführen, werden die Schaltelemente 211e und 211d eingeschaltet und werden die Schaltelemente 211a, 211b, 211c und 211f ausgeschaltet. Infolgedessen fließt ein Strom von der Batterie-Stromversorgung (Spannung VB) zur Erdung (GND) über einen Kollektor und einen Emitter des Schaltelements 211e, die W-Phase-Wicklung 110w, den Sternpunkt, die V-Phase-Wicklung 110v und einen Kollektor und einen Emitter des Schaltelements 211d.
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6 veranschaulicht einen Motoranlegungs-Tastgrad (Tastgrad) in der Ansteuerungsvorrichtung des bürstenlosen Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hier wird als ein Beispiel ein Fall beschrieben, bei dem wie in 5 veranschaulicht eine Erregung von der V-Phase-Wicklung 110v zur W-Phase-Wicklung 110w (Vorwärtsdrehungs-Tastgrad) durchgeführt wird und dann eine Erregung von der W-Phase-Wicklung 110w zur V-Phase-Wicklung 110v (Rückwärtsdrehungs-Tastgrad) in einer Periode der PWM-Steuerung durchgeführt wird.
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Bei einer stationären Ansteuerung bei der extrem niedrigen Drehzahl (100 U/Min) aufgrund einer Kontamination im bürstenlosen Motor für die im Kühlsystem für den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs genutzte elektrische Wasserpumpe kann eine Rückwärtsdrehung auftreten.
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Wenn der Motoranlegungs-Tastgrad erhöht wird, kann eine Tastgradbreite zur Detektion einer Rückwärtsdrehung nicht sichergestellt werden. In einem Fall, in dem eine Rückwärtsdrehung auftritt, kann deshalb die Rückwärtsdrehung nicht detektiert werden und kann ein Step-out auftreten. Um einen Step-out während der extrem niedrigen Drehzahl zu verhindern, ist es notwendig, eine für eine Erfassung einer magnetischen Sättigungsspannung notwendige Tastgradbreite Dw so begrenzen, dass „Dmin ≤ Dw ≤ Dmax“ erfüllt wird, wie oben beschrieben wurde.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird unter solch einer Vorbedingung ein Tastgrad (Schalt-Tastgrad), bei dem Detektion und Nicht-Detektion einer Rückwärtsdrehung des bürstenlosen Motors umgeschaltet werden, eingestellt, und in einem Fall, in dem ein Drehmoment notwendig ist, dass ein Drehmoment übersteigt, wenn „Motoranlegungs-Tastgrad ≥ Schalt-Tastgrad“ enigerichtet ist, wird der Motoranlegungs-Tastgrad basierend auf der Motordrehzahl bestimmt.
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In dem in 6 veranschaulichten Beispiel ist der Motoranlegungs-Tastgrad bei einem Maximum auf 60 % begrenzt und bei einem Minimum auf 40 % begrenzt. Wie oben beschrieben wurde, ist, da der maximale Tastgrad auf 60 % begrenzt ist, der Tastgrad zur Detektion einer Rückwärtsdrehung von nur bis zu 40 % als Eingangs-Tastgrad für den Motor verwendbar (der an den Motor angelegte Tastgrad beträgt 60 % - 20 % = 40 %).
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In einer Periode der PWM-Steuerung wird zunächst das obere Schaltelement 211c der V-Phase eingeschaltet, wird das untere Schaltelement 221d der V-Phase ausgeschaltet, wird das obere Schaltelement 211e der W-Phase ausgeschaltet und wird das untere Schaltelement 211f der W-Phase eingeschaltet, um die Erregung von der V-Phase zur W-Phase durchzuführen. Mit anderen Worten wird ein positiver Impuls, der ein Drehmoment in Drehrichtung des bürstenlosen Motors erzeugt, an den bürstenlosen Motor angelegt. Anschließend wird das obere Schaltelement 211c der V-Phase ausgeschaltet, wird das untere Schaltelement 211d der V-Phase eingeschaltet, wird das obere Schaltelement 211e der W-Phase eingeschaltet und wird das untere Schaltelement 211f der W-Phase ausgeschaltet, um die Erregung von der W-Phase zur V-Phase durchzuführen. Mit anderen Worten wird ein negativer Impuls, der ein Drehmoment in einer Rückwärtsdrehrichtung des bürstenlosen Motors erzeugt, an den bürstenlosen Motor angelegt.
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Wenn der Vorwärtsdrehungs-Tastgrad in einer Richtung der Erregung von der V-Phase zur W-Phase auf 20 % eingestellt ist und der Rückwärtsdrehungs-Tastgrad in einer Richtung der Erregung von der W-Phase zur V-Phase auf 20 % eingestellt ist, beträgt der Motoranlegungs-Tastgrad 0 %.
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Wenn in einer Periode der PWM-Steuerung gleichermaßen der Vorwärtsdrehungs-Tastgrad in der Richtung der Erregung von der V-Phase zur W-Phase auf 60 % eingestellt ist und der Rückwärtsdrehungs-Tastgrad in der Richtung der Erregung von der W-Phase zur V-Phase auf 20 % eingestellt ist, beträgt der Motoranlegungs-Tastgrad 40 %.
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Wenn darüber hinaus in einer Periode der PWM-Steuerung der Vorwärtsdrehungs-Tastgrad in der Richtung der Erregung von der V-Phase zur W-Phase auf 60 % eingestellt ist und der Rückwärtsdrehungs-Tastgrad in der Richtung der Erregung von der W-Phase zur V-Phase auf 0 % eingestellt ist, beträgt der Motoranlegungs-Tastgrad 60 % bei einem Maximum.
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Wie oben beschrieben wurde, wird in einem Fall, in dem der durch „maximaler Tastgrad - minimaler Tastgrad“ berechnete Motoranlegungs-Tastgrad als der obere Grenzwert des Schalt-Tastgrads für Detektion und Nicht-Detektion der Rückwärtsdrehung gehandhabt wird und keine Möglichkeit der Rückwärtsdrehung beim oberen Grenzwert besteht (die Motordrehzahl ist hoch), der Motoranlegungs-Tastgrad erhöht und wird die Detektion der Rückwärtsdrehung nicht durchgeführt. Falls eine Möglichkeit der Rückwärtsdrehung aufgrund eines Lastmoments besteht (die Motordrehzahl ist niedrig), gilt „Motoranlegungs-Tastgrad = oberer Grenzwert“. Infolgedessen tritt kein Step-out auf, selbst wenn eine Rückwärtsdrehung stattfindet.
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Man beachte, dass es während der Verarbeitung des oberen Grenzwerts vorzuziehen ist, einen Berechnungswert durch einen Integrator (I) zu halten, der eine Komponente einer Drehzahl-Rückkopplungs-(F/B-)Steuerung ist, und eine Berechnungsaktualisierung zu überspringen.
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7 und 8 veranschaulichen Simulationsergebnisse eines Drehmoments des Motors, einer Winkelgeschwindigkeit des Motors, eines Winkels des Motors und des Motoranlegungs-Tastgrads in einer bestehenden sensorlosen Steuerung bei niedriger Drehzahl (vor den Maßnahmen) und in der sensorlosen Steuerung bei niedriger Drehzahl gemäß der vorliegenden Erfindung (nach den Maßnahmen). In der bestehenden sensorlosen Steuerung bei niedriger Drehzahl kann beispielsweise, wenn der Tastgrad 40 % oder mehr in Bezug auf die Ziel-Motordrehzahl von 300 U/Min beträgt, die Rückwärtsdrehung nicht detektiert werden und tritt dementsprechend ein Step-out auf.
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Im Gegensatz dazu kann der Motordrehwinkel erkannt werden, indem der obere Grenzwert des Tastgrads auf zum Beispiel 40 % bei der extrem niedrigen Drehzahl (zum Beispiel 100 U/Min) begrenzt wird. Selbst wenn der Motor rückwärts dreht, tritt daher kein Step-out auf.
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Wie oben beschrieben wurde, wird bestätigt, dass das Unterdrücken eines Step-out ermöglicht, die genauen Winkelinformationen unter Verwendung der Motorwinkelinformationen zu erkennen.
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Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Tastgrad, bei dem Detektion und Nicht-Detektion einer Rückwärtsdrehung umgeschaltet werden, eingestellt, und in einem Fall, in dem ein Drehmoment notwendig ist, das ein Drehmoment übersteigt, wenn der Motoranlegungs-Tastgrad größer als der oder gleich dem eingestellten Tastgrad ist, wird der Motoranlegungs-Tastgrad basierend auf der Drehzahl bestimmt. Selbst wenn eine Rückwärtsdrehung in der sensorlosen Steuerung bei niedriger Drehzahl auftritt, kann deshalb das Auftreten eines Step-out unterdrückt werden.
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Technische Ideen, die man aus der oben beschriebenen Ausführungsform verstehen kann, werden unten beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt legt eine Steuerungsvorrichtung für einen bürstenlosen Motor an einen bürstenlosen Motor einen positiven Impuls, der ein Drehmoment in einer Drehrichtung des bürstenlosen Motors erzeugt, und einen negativen Impuls, der ein Drehmoment in einer Rückwärtsdrehrichtung erzeugt, an und detektiert eine Drehrichtung unter Verwendung einer magnetischen Sättigungsspannung, die erzeugt wird, wenn die positiven und negativen Impulse angelegt werden. Die Steuerungsvorrichtung für einen bürstenlosen Motor stellt einen oberen Grenzwert für einen Motoranlegungs-Tastgrad ein, der durch einen Wert repräsentiert wird, der durch Subtrahieren eines Anlegungs-Tastgrads des negativen Impulses von einem Anlegungs-Tastgrad des positiven Impulses erhalten wird.
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In einem bevorzugten Aspekt ist der obere Grenzwert ein Tastgrad, bei dem Detektion und Nicht-Detektion einer Rückwärtsdrehung umgeschaltet werden, und ist der obere Grenzwert ein Tastgrad, der geringer als ein oder gleich einem Tastgrad ist, der durch einen Unterschied zwischen einem Tastgrad einer Obergrenze und einem Tastgrad einer Untergrenze repräsentiert wird, bei dem die magnetische Sättigungsspannung detektierbar ist.
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In einem bevorzugten Aspekt wird überdies in einem Fall, in dem eine Drehzahl des bürstenlosen Motors geringer als ein vorbestimmter Wert ist, eine Verarbeitung des oberen Grenzwerts durchgeführt. Während der Verarbeitung des oberen Grenzwerts wird ein Berechnungswert eines Integrators, der eine Komponente einer Drehzahl-Rückkopplungssteuerung ist, gehalten und wird keine Berechnungsaktualisierung durchgeführt.
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Die Verarbeitung des oberen Grenzwerts kann aus einer Steigung der magnetischen Sättigungsspannung anstelle eines Vergleichs der Motordrehzahl mit dem vorbestimmten Wert bestimmt werden.
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Darüber hinaus wird in einem bevorzugten Aspekt der vorbestimmte Wert, der mit der Drehzahl des bürstenlosen Motors verglichen werden soll, auf eine Drehzahl eingestellt, die berechenbar und aktualisierbar ist, bevor eine Drehzahlpolarität umgeschaltet wird, selbst wenn ein in einem System angenommenes Lastmoment auftritt und die Drehzahl reduziert wird.
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In einem bevorzugten Aspekt ist darüber hinaus der vorbestimmte Wert eine Drehzahl des bürstenlosen Motors, bei der man annimmt, dass eine Rückwärtsdrehung bei einer Drehzahl, die größer als diese oder gleich dieser Drehzahl ist, nicht auftritt.
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In einem bevorzugten Aspekt wird der Motoranlegungs-Tastgrad, der durch einen Wert repräsentiert wird, der durch Subtrahieren eines minimalen Tastgrads von einem maximalen Tastgrad erhalten wird, auf einen oberen Grenzwert eines Tastgrads eingestellt, bei dem Detektion und Nicht-Detektion einer Rückwärtsdrehung des bürstenlosen Motors umgeschaltet werden, und in einem Fall, in dem eine Drehzahl des bürstenlosen Motors beim oberen Grenzwert hoch ist, wird der Motoranlegungs-Tastgrad erhöht und wird keine Detektion einer Rückwärtsdrehung durchgeführt, und in einem Fall, in dem die Drehzahl des bürstenlosen Motors niedrig ist, wird der Motoranlegungs-Tastgrad beim oberen Grenzwert gehalten.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Steuerungsverfahren für einen bürstenlosen Motor ein Steuerungsverfahren, bei dem an einem bürstenlosen Motor ein positiver Impuls, der ein Drehmoment in einer Drehrichtung eines bürstenlosen Motors erzeugt, und ein negativer Impuls, der ein Drehmoment in einer Rückwärtsdrehrichtung erzeugt, angelegt werden und eine Drehrichtung unter Verwendung einer magnetischen Sättigungsspannung detektiert wird, die erzeugt wird, wenn die positiven und negativen Impulse angelegt werden. Das Verfahren schließt ein Einstellen eines oberen Grenzwerts für einen Motoranlegungs-Tastgrad ein, der durch einen Wert repräsentiert wird, der durch Subtrahieren eines Anlegungs-Tastgrads des negativen Impulses von einem Anlegungs-Tastgrad des positiven Impulses erhalten wird.
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In einem bevorzugten Aspekt ist der obere Grenzwert ein Tastgrad, bei dem Detektion und Nicht-Detektion einer Rückwärtsdrehung des bürstenlosen Motors umgeschaltet werden, und der obere Grenzwert ist ein Tastgrad, der geringer als ein oder gleich einem Tastgrad ist, der durch einen Unterschied zwischen einem Tastgrad einer oberen Grenze und einem Tastgrad einer unteren Grenze repräsentiert wird, bei dem die magnetische Sättigungsspannung detektierbar ist.
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Die in der Ausführungsform beschriebenen Konfigurationen sind in einem Maße, das ermöglicht, dass die vorliegende Erfindung verstanden und realisiert wird, nur schematisch veranschaulicht. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann sie auf verschiedene Weisen verändert werden, ohne vom Umfang der technischen Ideen in den Ansprüchen abzuweichen.
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In der Ausführungsform ist beispielsweise der bürstenlose Motor für die im Kühlsystem für den Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs genutzte elektrische Wasserpumpe als Beispiel beschrieben; jedoch ist die vorliegende Erfindung ähnlich anwendbar auf den anderen bürstenlosen Motor, der erforderlich ist, um einen Antrieb bzw. eine Ansteuerung bei extrem niedriger Drehrate durchzuführen, zum Beispiel einen bürstenlosen Motor, der für ein bürstenloses elektrisches VTC-System der nächsten Generation verwendet wird.
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Im elektrischen VTC der nächsten Generation wird ein VTC-Winkel unter Verwendung eines Motordrehwinkels im Betrieb berechnet, während der Motor bei niedriger Drehzahl dreht. Falls ein Step-out des Motors auftritt, wird daher der Motordrehwinkel unklar und wird auch der VTC-Winkel unklar. Somit trägt eine Unterdrückung eines Step-out des Motors zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des elektrischen VTC bei.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 20
- Getriebe
- 30
- Stromsteuerventil
- 40
- elektrische Wasserpumpe
- 100
- bürstenloser Motor (bürstenloser Dreiphasen-Gleichstrommotor)
- 110u, 110v, 110w
- Dreiphasen-Wicklung
- 120
- Permanentmagnetrotor (Rotor)
- 211a to 211f
- Schaltelement
- 200
- Steuerungsvorrichtung
- 200A
- Motor-Ansteuerungsvorrichtung
- 210
- Motor-Ansteuerungsschaltung
- 220
- Steuerungseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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