用于驱动旋转机械的装置和方法制造方法及图纸

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
ー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公开了ー种技术，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。JP 4-317587A, US 5432414 (JP 5-284781A)和 JP 7-327390A 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歩，从而导致了常规装置的起动时间变长，所以提出了这些技木。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増加了电路的尺寸。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。JP 11-18478A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。依照这种技木，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。US 2005/0258788 (JP 2005-333689A)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，因此三相电机的每ー相都是高阻抗状态。由于这个原因，可能会出现中性点电压等于三相电机的每ー相电势的情況。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US 2005/0258788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參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參考角所需的时间，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參考角的时间点。这可能导致电机的可控性下降。 JP 2642357B1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)的另ー种技术中，提出了ー种图50所示的120°激励方法。在该附图中，(a)示出了端电压Vu、Vv、Vw的转变情況；(b)示出了作为图(a)中用实线表示的端电压Vu、Vv, Vw与參考电压Vref的比较结果的比较信号PU、PV、Pff的转变情况；(c)示出了通过将比较信号PU、PV、Pff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的转变情況。在由(a)表示的端电压Vu,Vv,Vw与參考电压Vref —致的时间点(过零时间点)处，使比较信号ro、PV、PW的输出翻转。然而，实际上，当与无刷电机连接的逆变器(电カ变换电路)的开关元件的操作改变吋，比较信号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ニ极管引起的。由于这个原因，通过逻辑合成比较信号PU、PV、Pff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ニ极管的时间点一致。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ー个过零时间与另ー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木。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ニ极管。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，本专利技术的第一目的是提供一种旋转机械驱动装置和方法，其中在旋转机械完全进入失步状态之前，可以恢复驱动控制而无需停止由无传感器方法驱动的旋转机械的操作。为了实现第一目的，监测旋转机械的旋转状态以检测所述旋转机械转变到失步状态的迹象(sign),并且当检测到所述迹象时,暂时停止所述旋转机械的驱动，以使所述旋转机械进入自由运行状态。之后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2006.11.30 JP 323947/2006;2006.12.06 JP 329430/2001.一种旋转机械驱动装置，包括 功率变换电路(12)，其包括用于控制旋转机械(2)的开关元件(SWl到SW6)，其特征在于， 提取模块(220)，其用于从所述旋转机械的感应电压等于参考电压的过零时间点的检测结果中提取与所述旋转机械的转速变化有关的信息；以及 设置模块(220)，其用于基于出现的所述过零时间点之间的时间间隔，计算从出现的所述过零时间点到出现的指定时间点所需的时间，所述指定时间点为所述开关元件的操作提供基准， 其中，所述设置模块基于与所述转速变化有关的所述信息来可变地设置所述指定时间点。2.如权利要求I所述的旋转机械驱动装置，其中 所述转速增加得越大，所述设置模块(220)使所述指定时间点超前得越多。3.如权利要求I或2所述的旋转机械驱动装置，其中所述设置模块(220)包括 所需时间计算模块，其用于利用所述过零时间点之间的时间间隔对从紧挨着出现所述指定时间点之前出现的过零时间点到出现的所述指定时间点所需的时间进行计算；以及 校正模块，其用于基于所述信息校正所述所需时间。4.如权利要求I或2所述的旋转机械驱动装置,还包括 比较模块(220)，其用于将所述旋转机械的端电压与参考电压针对幅值进行比较；以及 禁止模块(220)，其用于在从出现所述过零时间点开始的预定时间段内禁止所述比较模块的比较， 其中所述功率变换电路(12)包括与所述开关元件的每一个并联连接的续流模块(Dl到 D6)； 其中，所述过零时间点被检测为所述比较模块的比较结果翻转的时间点，并且其中，所述提取模块(220)基于从取消所述禁止模块的禁止到出现所述过零时间点的时间来获取所述信息。5.如权利要求I或2所述的旋转机械驱动装置，其中 所述提取模块(220)基于与出现所述过零时间点之间的时间间隔有关的多个值来计算所述旋转机械的加速度，以作为所述信息；并且 所述设置模块(220)使用作为所述信息的所述加速度来设置所述指定时间点。6.如权利要求I或2所述的旋转机械驱动装置,还包括 比较模块(220)，其用于将所述旋转机械的端电压与参考电压关于幅值进行比较；以及 禁止模块(220)，其用于在从出现所述过零时间点开始的预定时间段内禁止所述比较模块的比较， 其中，所述功率变换电路(12)包括与所述开关元件的每一个并联连接的续流模块(Dl到 D6)； 其中，所述过零时间点被检测为所述比较模块的比较结果翻转的时间点， 其中，所需时间是从紧挨着出现指定时间点之前出现的过零时间点所需的时间，并且其中，提供估计模块(220)，其用于当取消所述禁止模块的禁止时，如果紧挨着之前的过零时间点的出现已经完成，则基于所述感应电压来估计从紧挨着之前出现的过零时间点到当前时间已经经过的时间。7.如权利要求I或2所述的旋转机械驱动装置,还包括 加速度计算模块(220，S500)，其用于基于与出现所述过零时间点之间的时间间隔有关的多个值来计算所述旋转机械的加速度；以及 限制模块(220，S504, S508)，其用于根据所述计算的加速度来限制激励量。8.如权利要求I或2所述的旋转机械驱动装置，其中 在所述旋转机械起动时，所述设置模块(220)基于所述提取的信息来设置所述指定时间点。9.如权利要求I或2所述的旋转机械驱动装置,还包括 定位模块(220)，其用于在所述旋转机械起动之前使电流从所述旋转电机的一部分相流到另一部分相，从而将所述旋转机械的旋转角度固定在预定角度， 其中，所述一部分相和所述另一部分相中的至少一个包括多个相。10.一种旋转机械驱动装置,包括 功率变换电路(12)，其包括用于控制旋转机械(2)的开关元件(SWl到SW6)，通过基于出现的过零时间点之间的时间间隔确定从出现过零时间点到出现指定时间点所需的时间来操作所述开关元件，其中在所述过零时间点，所述旋转机械的感应电压等于参考电压，而所述指定时间点为所述开关元件的操作提供基准， 其特征在于， 加速度计算模块(200，S500)，其用于基于与所述过零时间点的出现之间的时间间隔有关的多个值来计算所述旋转机械的加速度；以及 限制模块(220，S504, S508)，其用于根据所述计算的加速度来限制激励量。11.一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(SWl到SW6)，所述开关元件基于旋转机械(2)的感应电压,通过确定操作所述旋转机械的指定时间点来控制所述旋转机械的输出， 其特征在于， 定位模块(220)，其用于在所述旋转机械起动之前使电流从所述旋转电机的一部分相流到另一部分相，从而将所述旋转机械的旋转角度固定在预定角度， 其中所述一部分相和所述另一部分相中的至少一个包括多个相。12.如权利要求11所述的旋转机械驱动装置，其中 所述旋转机械为三相旋转机械。13.如权利要求11或12所述的旋转机械驱动装置，其中 所述定位模块(220)包括短路模块，用于在使电流从所述旋转机械的所述一部分相流到所述另一部分相的过程之后，在所述旋转机械的电源的正极或负极与所述旋转机械的所有相之间建立导通，从而使所述旋转机械的所有相短路。14.如权利要求11或12所述的旋转机械驱动装置，其中 所述定位模块(220) —次以上地执行使电流从所述旋转机械的所述一部分相流到所述另一部分相的过程，从而将所述旋转机械的所述旋转角度固定在预定角度，其中每次都改变所述一部分相和所述另一部分相。15.如权利要求14所述的旋转机械驱动装置，其中 所述定位模块(220)还包括建立模块，用于在把所述电流从所述一部分相供给所述另一部分相之后，在所述旋转机械的所述电源的所述正极或所述负极与所述旋转机械的所有相之间建立导通，从而在所述一部分相和所述另一部分相被改变之前使所述旋转机械的所有相短路。16.如权利要求11或12所述的旋转机械驱动装置，还包括 限制模块(220)，其用于在由于所述定位模块的激励操作使提供给所述旋转机械的电流量等于或大于预定值时，限制所述激励量。17.如权利要求11或12所述的旋转机械驱动装置，其中 所述定位模块(220)将所述预定角度设置在从第一角度到第二角度的角度范围内，所述第一角度位于从其中如果伴随所述旋转机械起动的第一开关操作被保持则获得的所述旋转机械的旋转角度的稳定值延迟了 180°的角度之前，而所述第二角度位于超前所述稳定值30°的角度之后。18.如权利要求1，10或11所述的旋转机械驱动装置，还包括 抑制模块(220)，其用于抑制所述旋转机械起动，直到所述旋转机械的电源的电压等于或大于预定的指定电压， 其中，19.如权利要求18所述的旋转机械驱动装置，其中 所述抑制模块(220)抑制所述旋转机械起动，直到所述电源的所述电压等于或大于所述指定电压的时间段持续了预定时间。20.如权利要求I、10或11所述的旋转机械驱动装置，其中 所述旋转机械是燃料泵的致动器。21.—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(SWl到SW6)和与所述开关元件分别并联连接的续流元件(Dl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。22.如权利要求21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。23.如权利要求22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。24.如权利要求22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...

【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：