用于多相旋转电机的控制系统技术方案

一种控制系统，其通过１２０°通电过程和ＰＷＭ过程来控制多相旋转电机（２）。在１２０°通电过程中，接通电力变换电路（３）的高侧臂的开关元件（ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５）和低侧臂的开关元件（ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６）中的相应的一些。在ＰＷＭ过程中，接通／切断电力变换电路的开关元件，从而交替地使连接到接通状态的开关元件的两相与电力变换电路的高电势侧输入端子和低电势侧输入端子导通。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于多相旋转电机的控制系统，该控制系统通过操作 电力变换电路的开关元件而向多相旋转电机施加电压。
技术介绍
在一种用于多相电动机的常规控制系统中，例如在JP-9-312993A中， 在通过120°通电方法(系统)向三相电动机施加矩形波形电压时，调制矩 形波形电压的脉冲宽度。在该系统中，与用于施加矩形波形电压的切换的 转换时刻同步执行脉冲宽度调制(PWM)。这抑制了在对执行脉冲宽度调制 的开关元件进行切换时的噪声。在以上述方式执行P丽处理时，无电刷电动机的中性点电势与脉冲宽 度调制同步发生变化。另一方面，因为电动机的中性点一般通过绝缘体设 置成与导体相邻，因此中性点电势被等价地通过电容器接地。在这种情况 下，当中性点电势与脉冲宽度调制同步变化时，电流从中性点通过绝缘体 在导体侧中流动，而该电流可能会成为噪声。在另一种用于多相旋转电机的常规控制系统中，在以无传感器方式驱 动三相电动机时，在改变相位的同时执行两次从一个特定相到另一相的通 电过程，从而获取旋转角的初始值，由此固定旋转角。即使因为这样通过 两次通电过程控制旋转角使其到达最终旋转角而将通电过程开始前的转子 旋转角设置为相对于最终旋转角成接近电气角180° (死点)的不可控角度， 也可以将电动机的旋转角控制到最终的旋转角。亦即，当开始通电过程之 前的转子旋转角接近死点时，不能通过通电过程改变转子以将旋转角控制 到最终旋转角。然而，通电过程被执行两次，由此能够将电动机的旋转角 控制到最终旋转角。在两次通电过程中，例如JP 3244800 (US 5396159)提出了一项技术， 其中设置相应的通电过程次数，使得第一处理的频率fl (1/2X (处理时间))、第二处理的频率f2 (1/2X (处理时间))和电动机的固有频率满足 关系fl〉F0〉f2。结果，在电动机启动时可以安全地正向旋转电动机。被通电的电动机将旋转角收敛到给定角度所需的收敛时间取决于电动 机的惯性和转子与轴承之间的摩擦力。亦即，收敛时间随着惯性变大或摩 擦力变小而变长。因此，当基于上述范例中的固有频率设置第一通电过程 的时间时，根据电动机的不同，第二通电过程的开始时间点的旋转角有可 能变成接近死点的不可控角度。在这种情况下，不能正常启动电动机。在另一种用于多相旋转电机的常规控制系统中，通过检测无任何转子 位置检测器(例如霍尔元件)的定子绕组的端电压中出现的感应电压来检 测转子位置。例如，在通过120°通电方法驱动三相无电刷直流电动机时， 基于幵路相端电压与参考电压的比较结果来检测位置信号。在这种情况下， 为了控制施加到电动机的电压和电动机中流过的电流，进行脉冲宽度调制 控制或限流控制。当在P醫控制或限流控制下将定子绕组的通电状态从切断状态 (off-state)变成接通状态(on-state)时，端电压中会发生振铃振荡 (ringing)(周期性波动)。当端电压中出现振铃振荡时，在通过比较端电 压和参考电压提供的位置信号中发生相移(随时间的变化)，造成旋转不均 匀、噪音或不同相(step-out phase)。因此，JP 3308680提出将在P丽信号从接通状态到切断状态的下降时 刻的端电压和参考电压的比较结果信号锁存。因此，可以提供位置信号而 不会受到端电压中发生的振铃振荡的影响。然而，必需要向迄今一直使用 的微型计算机或逻辑电路添加锁存器电路作为新的功能电路，或者调节作 为微型计算机中装配的资源之一的锁存器电路，使其从实现另一预定目的 变为实现上述目的。结果，电路被复杂化。
技术实现思路
因此本专利技术的第一目的是提供一种用于多相旋转电机的控制系统，其 能够通过在向多相旋转电机施加电压时操作电力变换电路的开关元件来适 当地抑制噪声的发生。本专利技术的第二目的是提供一种用于旋转电机的控制系统，其对旋转电机的旋转角进行位置控制，使其通过中间角到达最终角，由此适当地启动 旋转电机。本专利技术的第三目的是提供一种用于多相旋转电机的控制系统，其能够 精确地检测位置信号而不会使系统结构复杂化。根据用于实现第一目的的第一方面，为多相旋转电机提供控制单元， 通过具有多个开关元件的电力变换电路控制该控制单元。控制单元操作所 述开关元件，以便交替地变换分别使所述第一相与所述高电势侧输入端子 导通且使所述第二相与所述低电势侧输入端子导通的状态以及分别使所述 第一相与所述低电势侧输入端子导通且使所述第二相与所述高电势侧输入 端子导通的状态。控制单元由此调制施加到旋转电机的矩形波形电压的脉 冲宽度。或者，控制单元操作所述电力变换电路以将其余相分成第一相和第二 相，并交替使所述第一相和所述第二相与所述高电势侧输入端子和所述低 电势侧输入端子导通。根据用于实现第二目的的第二方面，控制单元多次执行允许电流从旋 转电机的一个相流入另一相的过程，同时改变所述一个相和另一相中的至 少一个，以将旋转电机的旋转角通过中间角控制到最终角。控制单元由此 确定在根据最终角启动旋转电机时的旋转角的初始值。将所述多个过程中 紧靠最后过程的前一过程开始之后直到所述最后过程开始所需的时间设置 为长于第一时间，在所述第一时间期间，假设由紧靠所述最后过程的前一 过程导致的旋转角的目标值与所述最后过程造成的相对于最终角的不可控 角之间的角间隔与所述旋转电机的所述旋转角变动幅度一致。或者，在实际旋转角收敛到由所述多个过程中紧靠最后过程的前一过 程导致的旋转角段目标值的收敛条件下，将所述过程转换到所述最后过程。 在由紧靠所述最后过程的前一过程导致的旋转角的变动衰减直到所述旋转 角的变动落在一区域之内时，满足所述收敛条件，其中，所述区域以紧靠 所述最后过程的前一过程导致的所述旋转角的目标值为中心且比所述最后 过程的不可控角更靠近。根据用于实现第三目的的第三方面，控制单元产生屏蔽信号，在用于 电力变换电路的开关元件的P簡信号从接通状态变为切断状态的同时或之前使所述屏蔽信号有效，并在所述P丽信号从切断状态变为接通状态之后 过去给定延迟时间之后使其无效。控制单元在相应相的比较信号的逻辑与所述旋转电机的旋转的接下来预定的规则逻辑(regular logic) —致的条 件下产生逻辑的通信信号，所述比较信号的逻辑是作为比较旋转电机的端 电压与参考电压的结果而输出的。电力变换电路基于所述PWM信号和所述 通信信号对所述定子绕组通电。或者，所述电力变换器以电流控制信号取代P丽信号来控制旋转电机 的通电。使用屏蔽信号来屏蔽比较的结果。附图说明通过参考附图所作的以下详细说明，本专利技术的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中-图1是本专利技术第一实施例的系统的电路图2为示出了根据第一实施例的开关控制操作的时序图3A和3B为示出了根据第一实施例的P丽处理的优点的电路图4A到4D为示出了根据第一实施例的PWM处理的模拟结果的时序图5A到5D为示出了比较例的P丽处理的模拟结果的时序图6A到6D为示出了上述实施例的修改范例中的P丽处理的模拟结果的时序图7A到7D为示出了对130°通电过程的范例进行常规P丽处理的模拟结果的时序图8是示出了本专利技术第二实施例的系统电路图9为示出了定位过程中的问题的时序图IOA和IOB为示出了根据第二实施例的定位模式的时序图11为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多相旋转电机的控制系统，包括：　电力变换电路（３），其包括多个开关元件（ＳＷ１到ＳＷ６），所述电力变换电路使所述多相旋转电机的第一相与所述电力变换电路的高电势侧输入端子导通，并使第二相与所述电力变换电路的低电势侧输入端子导通， 以向所述多相旋转电机施加矩形波形电压；以及　控制单元（２０），其用于操作所述开关元件，以便交替地在第一状态和第二状态之间变换，从而调制所述矩形波形电压的脉冲宽度，在所述第一状态中，分别使所述第一相与所述高电势侧输入端子导通且使所述第二 相与所述低电势侧输入端子导通，在所述第二状态中，分别使所述第一相与所述低电势侧输入端子导通且使所述第二相与所述高电势侧输入端子导通。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：长田喜芳，赤间贞洋，大竹晶也，黑田昌宽，泷浩志，植田展正，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP[日本]