用于驱动旋转机械的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于驱动旋转机械的装置和方法。一种电机驱动装置(1)，具有失步监测电路(7)，其监测诸如无刷DC电机等旋转机械(2)的旋转以检测转变到失步状态的迹象。当检测到所述迹象时，激励控制电路(4)暂时停止驱动旋转机械以使其进入自由运行状态，之后执行控制以恢复对旋转机械(2)的驱动。此外，所述电机驱动装置(1)具有逆变器(12)和驱动控制电路(220)，其基于旋转机械(2)的旋转来控制逆变器(12)的开关操作。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2007年11月30日、专利技术名称为用于驱动旋转机械的装置和 方法的专利申请200710194074. 3的分案申请。
本专利技术涉及一种用于驱动诸如无刷DC电机等旋转电机的装置和方法，其中估计 旋转机械的转子位置以确定驱动该旋转机械的激励时间点。
技术介绍
-些常规驱动装置采用无位置传感器的方法，该方法被设计为对无刷DC电机的 转子位置进行估计，从而获得该电机的换向时间点并驱动该电机。如果这类驱动装置中发 生故障或者发生负载波动，则它可能进入失步状态，在该失步状态下，驱动装置不能再像预 期的那样驱动电机。 JP-A-2004-104935公开了一种技术，该技术用于在检测到电机已经进入失步状态 并且已经停止时重新开始驱动控制该电机。然而，根据这种技术，在电机等驱动电动车辆的 情况下，即使电机已经进入了失步状态，也不适宜在车辆正在行驶的同时停止该电机的旋 转。必须尽可能地维持电机的旋转。在这种技术中，在检测到电机已经完全失步之后，要妥 善处理该失步。 JP4-317587A、US5432414(JP5-284781A)和 JP7-327390A 公开的技术是通过改变 电机的励磁（激励）频率来起动该电机。由于电机暂时沿相反方向旋转或者电机中产生的 转矩太大，而且这会引起过速和失步，从而导致了常规装置的起动时间变长，所以提出了这 些技术。然而，提出的用于改变励磁频率的电路非常复杂，并且这也会不可避免地增加了电 路的尺寸。例如，当利用数字处理来改变励磁频率时，用于计算对应于频率的周期的计数器 的位数也要增加。 JP11-18478A公开了一种基于产生的作为电机端电压的感应电压来检测时间点的 技术，在该时间点，电机的电角度等于预定电角度。依照这种技术，限制了能够对出现预定 电角度的时间进行检测的允许时间段。然而，检测到的电机转速值转变到过高的值或者过 低的值，并固定在那个值。在这些情况下，难以按照需要控制电机的旋转状态。当电机的转 速值转变到过高的值或者过低的值时，出现预定电角度的时间没有落入该允许时间段内。 存在这样的情况，例如电机的供电电压或者负载突然波动，并且这会引起电机的转速突然 波动。还有，在这些情况下，出现预定电角度的时间可能会临时落在该允许时间段之外。由 于这个原因，如果出现预定电角度的时间没有落入允许时间段内，那么将确定旋转状态异 常。存在下列可能性，即，将难以按照需要控制旋转状态的状态（失步状态）和负载变化等 引起的临时旋转波动状态都确定为异常。因此，例如仅发生负载变化，则难以继续控制旋转 机械。 US2005/0258788(JP2005-333689A)公开了通过检测感应电压（即，端电压）来确 定电机的电角度。当起动三相电机时，逆变器的所有开关元件都是关断的，因此三相电机的 每一相都是高阻抗状态。由于这个原因，可能会出现中性点电压等于三相电机的每一相电 势的情况。在该状态下检测感应电压时，如果混入了噪声，那么中性点电压和每相电压往往 会相互串扰。最后，常常错误地检测了过零时间。由于这个原因，例如，需要基于与过零时 间点有关的检测信号在紧挨着三相电机起动之后操作逆变器的系统无法适当地满足这个 要求。 此外，在US2005/0258788中，可以利用出现上述过零情况的时间点之间的时间间 隔来确定转子旋转预定电角度间隔所需要的时间。将出现过零时间点之后经过所需时间的 时间点看作是所指定的时间点，在该指定的时间点处，出现了为开关操作提供基准的角度。 当三相电机起动并且通过上述方法设置该指定时间点时，该指定时间点通过缩短在上面计 算所需要的时间中使用的预定电角度间隔来设置。如果该时间点是在正常条件下起动的初 始阶段中计算出来的，那么该时间点会毫无例外地相对于出现参考角的时间点存在延迟。 在这种情况下，通过基于出现过零时间点之间的时间间隔来确定从出现过零时间点到出现 参考角所需的时间，以设置该指定时间点。本专利技术人发现：为了进行精确的设置，电机的转 速必须稳定。由于这个原因，不但在电机起动时而且一般在转速大幅波动时，都不能精确地 设置出现所述参考角的时间点。这可能导致电机的可控性下降。 JP2642357B1公开了用于多相旋转机械的常规控制装置的实例。在控制旋转机械 (三相无刷电机）的另一种技术中，提出了一种图50所示的120°激励方法。在该附图中， (a)示出了端电压Vu、Vv、Vw的转变情况；(b)示出了作为图（a)中用实线表示的端电压Vu、 Vv、Vw与参考电压Vref的比较结果的比较信号PU、PV、PW的转变情况；（c)示出了通过将 比较信号PU、PV、PW逻辑组合获得的一位组合信号PS的转变情况；（d)示出了通过对组合 信号PS的波形进行整形所获得的检测信号Qs的转变情况。在由（a)表示的端电压Vu、Vv、 Vw与参考电压Vref -致的时间点（过零时间点）处，使比较信号PU、PV、PW的输出翻转。 然而，实际上，当与无刷电机连接的逆变器（电力变换电路）的开关元件的操作改变时，t匕 较信号PU、PV、PW的输出也翻转。该翻转是由电流流经与开关元件并联连接的二极管引起 的。由于这个原因，通过逻辑合成比较信号PU、PV、PW所获得的组合信号PS的上升沿和下 降沿不仅仅只与过零时间点一致。一些上升沿和下降沿与提供电流通过二极管的时间点一 致。与此同时，获得的作为波形整形结果的检测信号Qs的全部上升沿和下降沿都与过零时 间点一致。 无刷电机的电角度由过零时间点唯一确定。由于这个原因，当从过零时间开始已 经经过了电机旋转预定角度间隔（例如30° )所需的时间时，通过在此时（指定时间点） 改变开关元件的操作状态可以执行下列操作。可以利用120°激励方法来控制无刷电机。 更具体来说，预先确定关于开关元件操作的时序模式。因此，通过在每次出现指定时间点时 根据上述模式来操作开关元件可以实现120°激励方法的控制。 由于检测信号Qs是一位信号，因此不可能在三相无刷电机中根据该信号将一个 过零时间与另一个过零时间区分开来。由于这个原因，如果无刷电机的旋转状态变得异常 或者噪声混入端电压Vu、Vv、Vw等中，那么存在无刷电机的可控性显著下降的可能性。下面 将给出更具体的说明。即使无刷电机例如反向旋转，也难以根据检测信号Qs检测到这种反 向旋转。因此，当从检测信号Qs的上升沿或者下降沿开始已经经过了所需的时间（指定时 间点）时，存在开关元件的操作在正常条件下继续改变的可能性。在这种情况下，不能很好 地控制无刷电机。 为了控制无刷电机的输出、控制并限制供给无刷电机的电流或者为了其它类似目 的，存在一种用于执行下列的公知技术。在开关元件的导通操作的允许时间段（基于上述 指定时间点限定）期间，执行PWM调制处理以重复导通和关断所述开关元件。然而，在这种 情况下，出现了问题。在PWM调制处理中，开关元件频繁地从导通切换到关断，从而使电流 频繁地流经二极管。结果，比较信号PU、PV、PW和组合信号PS将频繁地翻转。此时，难以产 生用作与过零时间点同步的适当信号的检测信号Qs。因此，难以适当地设置指定时间点。
技术实现思路
因此，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转机械驱动装置，包括：功率变换电路(12)，其包括开关元件(SW1到SW6)和与所述开关元件分别并联连接的续流元件(D1到D6)，以对电源(214)到旋转机械(2)的连接进行控制；以及驱动控制电路(220)，其用于基于所述旋转机械的感应电压来检测所述旋转机械的电角度等于预定电角度的时间点，从而设置指定时间点以为所述开关元件的操作提供基准，其特征在于，所述驱动控制电路(220)包括：允许时间段设置模块(S10－S24)，其用于设置允许时间段，在所述允许时间段内允许基于所述旋转机械的端电压的检测值来检测所述预定电角度；以及确定模块(S58，S78)，其用于在所述预定电角度连续出现在所述允许时间段之前或之后的次数等于或大于阈值时，确定所述旋转机械的旋转状态为异常。

【技术特征摘要】
2006.11.30 JP 2006-323947;2006.12.06 JP 2006-329431. 一种旋转机械驱动装置，包括： 功率变换电路（12)，其包括开关元件（SW1到SW6)和与所述开关元件分别并联连接的 续流元件（D1到D6)，以对电源（214)到旋转机械⑵的连接进行控制；以及 驱动控制电路（220)，其用于基于所述旋转机械的感应电压来检测所述旋转机械的电 角度等于预定电角度的时间点，从而设置指定时间点以为所述开关元件的操作提供基准， 其特征在于，所述驱动控制电路（220)包括： 允许时间段设置模块（S10 - S24)，其用于设置允许时间段，在所述允许时间段内允许 基于所述旋转机械的端电压的检测值来检测所述预定电角度；以及 确定模块（S58, S78)，其用于在所述预定电角度连续出现在所述允许时间段之前或之 后的次数等于或大于阈值时，确定所述旋转机械的旋转状态为异常。2. 如权利要求1所述的旋转机械驱动装置，其中： 出现所述预定电角度的时间是所述旋转机械的感应电压等于参考电压的过零时间；以 及 基于所述旋转机械的端电压的检测值与所述参考电压的比较结果来检测所述过零时 间。3. 如权利要求2所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述驱动控制电路（220)还包括用于确定所述过零时间是否已经出现在所述允许时 间段之前的模块；并且 当确定所述过零时间已经出现在所述允许时间段之前时，通过假定所述允许时间段的 开始时间为所述过零时间来设置所述指定时间点。4. 如权利要求2所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述驱动控制电路（220)还包括用于确定所述过零时间是否已经出现在所述允许时 间段之前的模块，以及用于设置能够被采用作为所述允许时间段之前的过零时间的最大超 前时间的模块；并且 当确定所述过零时间已经出现在所述允许时间段之前时，通过假定所述过零时间位于 所述最大超前时间与所述允许时间段的开始时间之间来设置所述指定时间点。5. 如权利要求2至4中任一项所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述驱动控制电路（220)包括用于确定所述过零时间是否已经出现在所述允许时间 段之后的模块；以及 当确定所述过零时间出现在所述允许时间段之后时，通过假定所述允许时间段的结束 时间为所述过零时间来设置所述指定时间点。6. 如权利要求5所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述驱动控制电路（220)还包括比较模块，其用于输出表示所述端电压和所述参考电 压之间的比较结果的二进制信号；并且 所述确定模块基于所述允许时间段的开始时间处的所述二进制信号的值来检查所述 过零时间是否已经出现在所述允许时间段之前，并基于在所述允许时间段内存在或不存在 逻辑值变化来检查所述过零时间是否出现在所述允许时间段之后。7. 如权利要求1至4中任一项所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述允许时间段设置模块包括一个设置模块，其基于所述旋转机械的转速以及所述旋 转机械的转速变化来设置从所述预定电角度到所述允许时间段所需的时间，其中所述旋转 机械的转速是根据出现所述预定电角度的相邻时间之间的时间间隔的检测值确定的。8. 如权利要求7所述的旋转机械驱动装置，其中： 基于电源电压的检测值变化来确定所述转速变化。9. 如权利要求7所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述驱动控制电路（220)还包括提取模块，其基于出现所述预定电角度的时间的检测 结果来提取与所述转速变化有关的信息； 基于所述提取的信息来确定所述转速变化。10. -种旋转机械驱动装置，包括： 功率变换电路（12)，其包括开关元件（SW1到SW6)和与所述开关元件分别并联连接的 续流元件（D1到D6)，以对电源（214)到旋转机械⑵的连接进行控制；以及 驱动控制电路（220)，其用于基于所述旋转机械的感应电压来确定所述旋转机械的电 角度等于预定电角度的时间，从而设置指定时间点以为所述开关元件的操作提供基准， 其特征在于，所述驱动控制电路（220)包括： 允许时间段设置模块（S10 - S24)，其用于设置允许时间段，在所述允许时间段内允许 基于所述旋转机械的端电压的检测值来检测所述预定电角度；并且 所述允许时间段设置模块（S10 - S24)包括一个设置模块，其基于所述旋转机械的转 速以及所述旋转机械的转速变化来设置从所述预定电角度到所述允许时间段所需的时间， 其中所述旋转机械的转速是根据出现所述预定电角度的相邻时间点之间的时间间隔的检 测值确定的。11. 如权利要求10所述的旋转机械驱动装置，其中： 通过电源电压的检测值的变化来确定所述转速变化。12. 如权利要求10所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述驱动控制电路（220)还包括提取模块，其基于出现所述预定电角度的时间的检测 结果来提取与所述转速变化有关的信息， 其中通过所述提取的信息来确定所述转速变化。13. 如权利要求10至12中任一项所述的旋转机械驱动装置，其中： 出现所述预定电角度的所述时间是所述旋转机械的感应电压等于参考电压的过零时 间，并基于所述旋转机械的端电压的检测值与所述参考电压的比较结果来检测所述过零时 间。14. 如权利要求10至12中任一项所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述旋转机械是用于燃料泵的无刷电机，所述燃料泵用于为安装在机车中的内燃机提 供燃料。15. 如权利要求12所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述提取模块提取旋转机械的加速度，作为与所述转速变化有关的信息。16. -种用于旋转机械（10)的旋转机械驱动装置，包括： 功率变换电路（12)，其包括开关元件（SW1到SW6)，所述开关元件（SW1到SW6)基于所 述旋转机械的感应电压等于参考电压的过零时间点，分别将电源（214)的正极和负极与所 述旋转机械相连接；以及 比较模块（220)，用于逐个将所述旋转机械的每一相的端电压与所述参考电压进行比 较， 其特征在于： 获取模块（220)，其基于关于每一相的、在所述开关元件的当前操作状态中出现所述过 零时间点时假定的所述比较模块的比较结果和实际比较结果，获得与所述旋转机械的电角 度有关的信息。17. 如权利要求16所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述获取模块（220)包括检测模块，其用于基于关于至少一相的假定的比较结果与实 际的比较结果之间的一致来检测所述过零时间点。18. 如权利要求17所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述获取模块（220)包括检测模块，其用于基于关于所有相的假定的比较结果与实际 的比较结果之间的一致来检测所述过零时间点。19. 如权利要求17或18所述的旋转机械驱动装置，还包括： 设置模块（220)，其用于基于所述过零时间点来设置指定时间点，所述指定时间点为改 变所述开关元件的操作状态提供基准。20. 如权利要求19所述的旋转机械驱动装置，其中： 所述指定时间点与所述过零时间点具有--对应的相互关系。21. 如权利要求20所述的旋转机械驱动装置，还包括： 操作模块（220)，用于在所述指定时间点确定的针对每个开关元件的导通操作允许时 间段内，使与正极或负极连接的该开关元件在导通操作和关断操作之...

【专利技术属性】
技术研发人员：赤间贞洋，我妻秀治，植田展正，黑田昌宽，长田喜芳，大竹晶也，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：日本;JP