專利名稱：電動機(jī)驅(qū)動裝置、電動機(jī)驅(qū)動方法及盤驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可不使用用于檢測轉(zhuǎn)子位置的傳感器而起動電動機(jī)的電動機(jī)驅(qū)動裝置及驅(qū)動方法。
背景技術(shù)：
在無電刷電動機(jī)的驅(qū)動中，為了選擇定子的適當(dāng)?shù)南?，賦予電流，對電動機(jī)賦予穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩，需要知道轉(zhuǎn)子相對定子的電相對位置。為了知道轉(zhuǎn)子相對定子的電相對位置，利用多樣的定子位置傳感器。另一方面，從可靠性或成本增加或耐環(huán)境性的方面考慮，開發(fā)了不需要定子位置傳感器的無傳感器驅(qū)動技術(shù)。
在這樣的無傳感器驅(qū)動技術(shù)中，通常公知的是通過讀取轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時在電動機(jī)繞線中產(chǎn)生的逆起電壓(逆起電圧)來檢測轉(zhuǎn)子位置。但是，由于轉(zhuǎn)子停止時不產(chǎn)生逆起電壓，因此作為轉(zhuǎn)子停止時的轉(zhuǎn)子位置檢測方法而提出了各種方法。
例如，專利文獻(xiàn)1公開了依次選擇定子的相，同時施加作為用于檢測定子的初始位置的脈沖的初始位置檢索脈沖，根據(jù)此時流動的電流產(chǎn)生了最高值時的相檢測轉(zhuǎn)子位置的方法。
另外，專利文獻(xiàn)2用如下的方法求出轉(zhuǎn)子位置。依次選擇定子的相，施加轉(zhuǎn)子位置探索脈沖。將此時電動機(jī)繞線所展現(xiàn)的電壓分為表示接近電源電壓的1/3值的測定電壓值的第一測定電壓組和表示接近電源電壓的2/3值的測定電壓值的第二測定電壓組，存儲各測定電壓值。根據(jù)各測定值的存儲數(shù)據(jù)，按各電壓組，求出絕對值為最小值的電壓值和絕對值為最大值的電壓值。然后基于比較針對各組求出的差電壓可得到較大的差電壓的通電模式，確定轉(zhuǎn)子位置。
另外，根據(jù)專利文獻(xiàn)3公開的電動機(jī)的驅(qū)動裝置，依次選擇定子的相，施加轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流流動時，將所產(chǎn)生的電動機(jī)繞線的中性點電壓輸入檢測轉(zhuǎn)子位置的檢測電路。于是，展示了基于轉(zhuǎn)子定位的中性點電壓的參照數(shù)據(jù)來決定轉(zhuǎn)子位置的方法。另外，在檢測電路中，使檢測電平移動為與轉(zhuǎn)子位置檢測用驅(qū)動信號對應(yīng)的電平，將用比較器比較所移動的檢測電平和電動機(jī)繞線的中性點電壓后得到的輸出進(jìn)行存儲，并基于所存儲的數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)子定位的中性點電壓的變動的參照數(shù)據(jù)的比較來確定轉(zhuǎn)子位置。
專利文獻(xiàn)1日本國特許第2547778號專利文獻(xiàn)2特公平7-83628號公報專利文獻(xiàn)3特開2004-104846在無電刷電動機(jī)中，由于通過在結(jié)構(gòu)上下功夫來抑制振動、噪聲、旋轉(zhuǎn)不均，因此市場上出現(xiàn)了改變了轉(zhuǎn)子的磁鐵的磁化方法或鐵心的形狀等各種各樣的電動機(jī)。在驅(qū)動這樣的電動機(jī)的電動機(jī)驅(qū)動裝置中，要求更可靠地起動電動機(jī)。
在所述現(xiàn)有的方法中，從轉(zhuǎn)子位置的探索過程開始，切換為在檢測逆起電壓的同時驅(qū)動電動機(jī)的動作方式(以下稱為“逆起電壓反饋方式”)。因此，當(dāng)在轉(zhuǎn)子位置的探索過程中無法檢測初始位置時，電動機(jī)保持停止的狀態(tài)。另外，若所檢測的初始位置不正確，則無法對電動機(jī)賦予適當(dāng)?shù)某跏技铀購亩袚Q為逆起電壓檢測方式，因此有可能引起起動不良的誤動作(反轉(zhuǎn)等)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決所述問題而作出的，其目的在于提供一種能更可靠地起動電動機(jī)的電動機(jī)驅(qū)動裝置。
本發(fā)明在探索起動方式中，為了檢測轉(zhuǎn)子位置，而在正向及反向上施加2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，檢測本征中性點和假想中性點的電壓的差即中性點差電壓，對正向及反向的中性點差電壓的響應(yīng)信號進(jìn)行加法運算，進(jìn)行其加法運算結(jié)果的判定。在此，所謂本征中性點是電動機(jī)繞線的中性點，所謂假想中性點是賦予將電動機(jī)端子電壓平均化后的電壓的節(jié)點，例如，能以與電動機(jī)繞線并聯(lián)的電阻的共用連接點實現(xiàn)。重復(fù)進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的如此的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的通電所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索，通過規(guī)定數(shù)的所述極性判定結(jié)果進(jìn)行電動機(jī)位置判定。
即，在依次選擇通電相進(jìn)行通電時，存儲以假想中性點的電壓為基準(zhǔn)的、根據(jù)轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的施加所產(chǎn)生的本征中性點的電壓變動而得到的響應(yīng)信號電位差，并對存儲后的數(shù)據(jù)進(jìn)行加法運算合成，對所述加法運算合成結(jié)果進(jìn)行極性判定。
接著，基于該極性判定來確定電動機(jī)起動的通電相，按照該確定來進(jìn)行電動機(jī)的起動通電。此時，不直接從探索起動方式切換為逆起電壓反饋方式，而是經(jīng)由對電動機(jī)的初始起動賦予適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)速度的過程而切換為逆起電壓反饋方式。
因此，在探索起動方式中，交替地進(jìn)行通過檢測中性點差電壓來探索轉(zhuǎn)子位置的“轉(zhuǎn)子位置探索過程”、和用于施加起動轉(zhuǎn)矩的“起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程”。轉(zhuǎn)子位置探索過程的中性點差電壓檢測，在電動機(jī)的初始起動的適當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度下，能夠活用成為中性點差電壓的響應(yīng)信號不包括逆起電壓的轉(zhuǎn)子位置信息的特性，能夠檢測正確的轉(zhuǎn)子位置信息。
本發(fā)明的電動機(jī)驅(qū)動裝置具體具有以下的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的電動機(jī)驅(qū)動裝置具備假想中性點機(jī)構(gòu)，其具有假想中性點，且在該假想中性點上賦予將電動機(jī)端子電壓平均化后的電壓；變換器，其由多個開關(guān)元件構(gòu)成；逆起電壓檢測機(jī)構(gòu)，其檢測電動機(jī)的逆起電壓；中性點差電壓檢測機(jī)構(gòu)，其檢測假想中性點和作為電動機(jī)繞線的共用連接點的本征中性點之間的差電壓即中性點差電壓；轉(zhuǎn)子位置檢測機(jī)構(gòu)，其基于中性點差電壓檢測轉(zhuǎn)子的位置；控制機(jī)構(gòu)，其控制變換器的換流。
控制機(jī)構(gòu)作為動作方式具有探索起動方式，其基于轉(zhuǎn)子位置檢測機(jī)構(gòu)的檢測結(jié)果確定電動機(jī)起動時的通電相，相對該確定后的通電相進(jìn)行起動通電；逆起電壓反饋方式，其基于由逆起電壓檢測機(jī)構(gòu)檢測出的逆起電壓控制換流。
探索起動方式交替地進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索過程和起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程。轉(zhuǎn)子位置探索過程，在至少一對通電相的正向及反向上施加用于檢測轉(zhuǎn)子位置的探索脈沖，檢測中性點差電壓，對在正向及反向上得到的中性點差電壓進(jìn)行加法運算，并基于加法運算后的中性點差電壓的極性判定轉(zhuǎn)子位置。起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程，基于在轉(zhuǎn)子位置探索過程中判定的轉(zhuǎn)子位置，對轉(zhuǎn)子賦予起動旋轉(zhuǎn)脈沖，所述起動旋轉(zhuǎn)脈沖賦予規(guī)定的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的電動機(jī)驅(qū)動方法具有執(zhí)行探索起動方式的步驟，其施加探索脈沖，基于其響應(yīng)信號確定通電相，相對所確定后的通電相進(jìn)行起動通電；執(zhí)行逆起電壓反饋方式的步驟，其檢測電動機(jī)產(chǎn)生的逆起電壓，并基于檢測出的逆起電壓控制換流。探索起動方式交替地進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索過程和起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程。
轉(zhuǎn)子位置探索過程在至少一對通電相的正向及反向上施加用于檢測轉(zhuǎn)子位置的探索脈沖，分別在正向及反向上檢測作為將電動機(jī)端子電壓平均化后的電壓的假想中性點電壓和作為電動機(jī)繞線的共用連接點的本征中性點的電壓之間的差電壓即中性點差電壓，對分別在正向及反向上得到的中性點差電壓進(jìn)行加法運算，并基于加法運算后的中性點差電壓的極性判定轉(zhuǎn)子位置。
起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程基于在轉(zhuǎn)子位置探索過程中判定的轉(zhuǎn)子位置，對轉(zhuǎn)子賦予起動旋轉(zhuǎn)脈沖，所述起動旋轉(zhuǎn)脈沖賦予規(guī)定的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)本發(fā)明，在作為電動機(jī)起動時的方式的探索起動方式中，基于電動機(jī)繞線的中性點即本征中性點和賦予將電動機(jī)端子電壓平均化后的電壓的假想中性點的差電壓即中性點差電壓，進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置判定，在初始起動中賦予適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)速度(起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)。由于中性點差電壓不包括逆起電壓的影響，因此通過如此設(shè)置中性點差電壓，能夠在不受逆起電壓影響的情況下檢測轉(zhuǎn)子位置信息，從而能夠可靠地進(jìn)行電動機(jī)的初始起動。另外，在探索起動方式中，通過賦予充分的加速，能夠平滑地向其后的逆起電壓反饋方式切換，從而能夠可靠且迅速地進(jìn)行無轉(zhuǎn)子位置傳感器電動機(jī)的起動。
另外，在起動時，即使在轉(zhuǎn)子位于無法進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置判定的止點(deadpoint)時，通過賦予使轉(zhuǎn)子位置變位的突跳脈沖，也能夠消除止點，從而能夠可靠地進(jìn)行電動機(jī)起動。
圖1是本發(fā)明的電動機(jī)驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)圖；
圖2是表示轉(zhuǎn)子位置檢測電路和中性點差電壓檢測器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖；圖3是表示由比較器構(gòu)成的逆起電壓檢測器和電動機(jī)繞線的連接例的圖；圖4是電動機(jī)驅(qū)動裝置的起動時的流程圖；圖5(a)是表示作為正向的從U相繞線向V相繞線的轉(zhuǎn)子探索脈沖施加時的中性點差電壓的響應(yīng)信號的測定結(jié)果A、及作為反向的從V相繞線向U相繞線的轉(zhuǎn)子探索脈沖施加時的中性點差電壓的響應(yīng)信號的測定結(jié)果B的特性圖，(b)是表示在(a)所表示的正向和反向上的中性點差電壓的加法運算結(jié)果的圖；圖6是表示圖5所示的相對轉(zhuǎn)子位置的中性點差電壓的加法運算合成結(jié)果(E1、E2、E3)的極性輸出和轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間的關(guān)系的圖；圖7是表示中性點差電壓的加法運算合成結(jié)果(E1、E2、E3)的極性輸出的組合和可檢測轉(zhuǎn)子位置的位置之間的關(guān)系的圖；圖8(a)是表示根據(jù)在2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖而得到的轉(zhuǎn)子位置判定中的、電流脈沖的通電方向(通電相及通電方向的組合)、中性點差電壓檢測器所檢測的中性點差電壓值、和加法運算后的中性點差電壓值E1、E2、E3之間的關(guān)系的圖，(b)是表示E1、E2、E3的極性判定結(jié)果、和基于E1、E2、E3的極性判定結(jié)果的起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相之間的關(guān)系的圖；圖9是探索起動方式的轉(zhuǎn)子位置探索過程的流程圖；圖10是探索起動方式的起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程的流程圖；圖11是表示實施方式1的轉(zhuǎn)子探索脈沖和起動旋轉(zhuǎn)脈沖施加的定時的例的圖；圖12(a)是無傳感器方式的電動機(jī)驅(qū)動裝置的通電電流波形的時間圖，(b)是表示檢測對U相、V相、W相各相通電時在非通電相產(chǎn)生的逆起電壓的情況下的零交叉(zero cross)檢測的邊緣方向的圖；圖13是說明逆起電壓的零交叉的檢測定時的圖；圖14(a)是表示在3相無電刷電動機(jī)的電動機(jī)轉(zhuǎn)速50rpm下的從U相繞線向V相繞線的通電時，在作為非通電相的W相產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和逆起電壓的各自的波形的圖，(b)是表示在非通電相(W相)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和逆起電壓的合成電壓的波形的圖；圖15(a)是表示在3相無電刷電動機(jī)的電動機(jī)轉(zhuǎn)速100rpm和200rpm下的從U相繞線向V相繞線的通電時，在作為非通電相的W相產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和逆起電壓的各自的波形的圖，(b)是表示在非通電相(W相)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和逆起電壓的合成電壓的波形的圖；圖16(a)是表示在3相無電刷電動機(jī)中從U相繞線向V相繞線及W相繞線施加了轉(zhuǎn)子探索脈沖時的中性點差電壓的響應(yīng)信號的測定結(jié)果的特性圖，(b)是表示從V相繞線及W相繞線向U相繞線施加了轉(zhuǎn)子探索脈沖時的中性點差電壓的響應(yīng)信號的測定結(jié)果的特性圖；圖17是用于說明基于轉(zhuǎn)子位置檢測電路的加法運算中性點差電壓E1、E2、E3的極性判定結(jié)果的、起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相的設(shè)定方法的另一例的圖；圖18是表示從U相繞線向V相繞線施加了轉(zhuǎn)子探索脈沖時的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的電平不同時的中性點差電壓的響應(yīng)信號的轉(zhuǎn)子位置依存特性的圖；圖19是用于說明轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的電流峰值的控制的圖；圖20是說明轉(zhuǎn)子位置探索脈沖和起動旋轉(zhuǎn)脈沖的賦予方法的圖；圖21是說明用多個脈沖構(gòu)成了起動旋轉(zhuǎn)脈沖時的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖和起動旋轉(zhuǎn)脈沖施加的圖；圖22是表示從U相繞線向V相繞線施加了轉(zhuǎn)子探索脈沖時的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的電流減少時和電流增加時的情況下的中性點差電壓的響應(yīng)信號的轉(zhuǎn)子位置依存特性的圖；圖23是包括本發(fā)明的普通化的轉(zhuǎn)子位置探索過程、向以同步運轉(zhuǎn)進(jìn)行起動的同步起動方式轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變過程、和逆起電壓反饋方式運轉(zhuǎn)切換過程的流程圖；圖24是本發(fā)明的光盤系統(tǒng)驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖中3～5-高電位側(cè)開關(guān)元件(高電位側(cè)驅(qū)動晶體管)；6～8-低電位側(cè)開關(guān)元件(低電位側(cè)驅(qū)動晶體管)；9-電動機(jī)；10-U相電動機(jī)繞線；11-V相電動機(jī)繞線；12-W相電動機(jī)繞線；13-U相端子線；14-V相端子線；15-W相端子線；17-電阻電路；22-換流控制部；25-探索指令信號生成器；26-起動指令信號生成器；30-變換器電路；36、36b-逆起電壓檢測器；40-中性點差電壓檢測器；45-PWM信號生成器；50-轉(zhuǎn)子位置檢測電路；54-極性判定器；58-轉(zhuǎn)子位置判別器；100-光盤驅(qū)動系統(tǒng)；A1-電動機(jī)繞線的中性端子點；CN1-本征中性點；CN2-假想中性點。
具體實施例方式
以下，參照
本發(fā)明的電動機(jī)驅(qū)動裝置及電動機(jī)驅(qū)動方法的具體實施方式
。
實施方式11電動機(jī)驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)圖1表示本發(fā)明的電動機(jī)驅(qū)動裝置的電路結(jié)構(gòu)。電動機(jī)驅(qū)動裝置是驅(qū)動電動機(jī)9的裝置。
電動機(jī)9包括由U相、V相、W相這3相繞線10～12構(gòu)成的定子及通過由定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。在本實施方式中，作為電動機(jī)9使用3相電動機(jī)，但是也可以是N相(N是4以上的整數(shù))電動機(jī)。在定子中U相繞線10、V相繞線11、W相繞線12由中性點CN1共用連接。
電動機(jī)驅(qū)動裝置具備供給電動機(jī)9的驅(qū)動電力，且包括多個開關(guān)元件3～8的變換器電路30；輸出變換器電路30的各開關(guān)元件3～8的驅(qū)動信號的預(yù)驅(qū)動器(predriver)29；將切換作為通電的電動機(jī)繞線的相的通電相的信號輸出到預(yù)驅(qū)動器29中的換流控制部22；判定轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測電路50。
進(jìn)而，電動機(jī)驅(qū)動裝置具備包括與各相的電動機(jī)繞線10～12連接且由中性點(“假想中性點”)CN2連接的電阻的電阻電路17；檢測電動機(jī)繞線的中性點(“本征中性點”)CN1和電阻電路17的假想中性點CN2之間的差電壓即中性點差電壓的中性點差電壓檢測器40；檢測電動機(jī)繞線的逆起電壓的逆起電壓檢測器36；設(shè)定用于檢測逆起電壓的閾值的閾值設(shè)定器38；將控制脈沖寬度的信號輸出到換流控制部22中的PWM信號生成器45。電阻電路17是賦予將電動機(jī)端子電壓平均化后的電壓的電路，可由具有同樣功能的其他電路代替。例如，電阻電路17若具有賦予將電動機(jī)端子電壓平均化后的電壓的功能，則也可以包括電阻以外的元件?；蛘撸部梢詫㈦娮桦娐?7的電阻元件由其他元件或電路取代。
PWM信號生成器45將利用峰檢測方式控制脈沖寬度的脈沖信號輸出到換流控制部22，所述峰檢測方式以利用電流檢測電阻28檢測出的電動機(jī)電流為基礎(chǔ)。PWM信號生成器45包括輸出規(guī)定的脈沖寬度的脈沖信號的脈沖產(chǎn)生器20；將來自脈沖產(chǎn)生器20的輸出作為設(shè)置信號而輸入的PWM控制部21；向PWM控制部21輸出設(shè)置信號的比較部23；基于外部指令信號生成轉(zhuǎn)矩控制信號的相轉(zhuǎn)矩指令信號生成部24。進(jìn)而，PWM信號生成器45包括設(shè)定探索脈沖的振幅值的探索指令信號生成器25；設(shè)定起動旋轉(zhuǎn)脈沖的振幅值的起動指令信號生成器26。比較部23輸入由電流檢測電阻28檢測且由電流檢測放大器27放大的電動機(jī)電流的檢測值。
轉(zhuǎn)子位置檢測電路50具備存儲中性點差電壓的取樣(sampling)數(shù)據(jù)的2個取樣數(shù)據(jù)存儲器51、52；對所存儲的中性點差電壓的取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行加法運算的加法運算合成器53；判定加法運算后的中性點差電壓的極性的極性判定器54；存儲極性判定結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲器55～57；基于數(shù)據(jù)存儲器55～57所存儲的數(shù)據(jù)來判定轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置判別器58。轉(zhuǎn)子位置檢測電路50將所判定的轉(zhuǎn)子位置信息輸出到換流控制部22中。
圖2表示中性點差電壓檢測器40的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。中性點差電壓檢測器40輸入本征中性點CN1的電壓信號A1和假想中性點CN2的電壓信號A2，并輸出表示它們的差分的電壓。如圖2所示，中性點差電壓檢測器40由具有電平移動功能的差電壓檢測電路(由電阻和放大器構(gòu)成)、ADC(AD變換器)及電壓測定電路44構(gòu)成。
圖3(a)表示逆起電壓檢測器36的具體結(jié)構(gòu)例。逆起電壓檢測器36包括1個比較器34和選擇電路32。選擇電路32包括分別與電動機(jī)繞線10～12串聯(lián)連接的開關(guān)。通過在選擇電路32中選擇任一個開關(guān)，可檢測U相、V相、W相中任一相的逆起電壓。通過可識別任一相是否是非通電相的換流控制部22來控制選擇電路32的開關(guān)的切換。在逆起電壓反饋方式中，逆起電壓檢測器36經(jīng)由選擇電路32從非通電相的繞線端子讀出逆起電壓。在逆起電壓反饋方式中，比較器34的閾值的絕對值被降低或除去，比較器34作為用于比較逆起電壓的比較器而使用。逆起電壓的零交叉在預(yù)測其出現(xiàn)的定時下經(jīng)由選擇電路32從規(guī)定的非通電相的繞線端子來檢測。
另外，作為逆起電壓檢測器的另一結(jié)構(gòu)例也可以考慮圖3(b)所示的結(jié)構(gòu)。在圖3(a)所示的逆起電壓檢測器36中，通過選擇電路32來切換檢測逆起電壓的相，但是在圖3(b)所示的逆起電壓檢測器36b中，各比較器直接從非通電相的電動機(jī)繞線讀出逆起電壓。即，逆起電壓檢測器36b的各相都具有用于從非通電相的繞線端子檢測逆起電壓的比較器。此時，在逆起電壓反饋方式中，比較器的閾值的絕對值被降低或除去，比較器作為用于比較逆起電壓的比較器而使用。
還有，在進(jìn)行了2相通電時，作為在非通電相產(chǎn)生的電壓(繞線的端子和本征中性點的電位差)，有因轉(zhuǎn)子的磁通在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)作用下橫切電動機(jī)繞線而產(chǎn)生的電壓、和因通電相的電流的時間變化而產(chǎn)生的電壓。在以下的說明中，將前者的因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的電壓稱為“逆起電壓”，將后者的因電流變化而產(chǎn)生的電壓稱為“感應(yīng)電壓”。
2電動機(jī)驅(qū)動裝置的動作以下說明如上構(gòu)成的電動機(jī)驅(qū)動裝置的動作。還有在以下的說明中，針對電動機(jī)繞線的通電方向，將U相→V相→W相→U相→……的方向作為正向。本實施方式的電動機(jī)驅(qū)動裝置具有探索電動機(jī)位置且加速的“探索起動方式”、和利用逆起電壓來識別電動機(jī)位置的同時進(jìn)行換流控制的“逆起電壓反饋方式”。
圖4表示本實施方式的電動機(jī)驅(qū)動裝置的起動時的動作的流程圖。電動機(jī)驅(qū)動裝置在包括電動機(jī)起動時的極低旋轉(zhuǎn)區(qū)域中以探索電動機(jī)位置且加速的“探索起動方式”進(jìn)行動作(S1)。探索起動方式包括用于檢測轉(zhuǎn)子位置的“轉(zhuǎn)子位置探索過程”和對電動機(jī)賦予起動時的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的“起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程”。在探索起動方式中當(dāng)滿足向逆起電壓反饋方式切換的切換條件時(S2)，切換為“逆起電壓反饋方式”。向逆起電壓反饋方式切換的切換條件例如是電動機(jī)速度是否達(dá)到了一定速度以上。即，在能夠穩(wěn)定地檢測因電動機(jī)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的逆起電壓并進(jìn)行換流控制的區(qū)域中，以利用逆起電壓來識別電動機(jī)位置的同時進(jìn)行換流控制的逆起電壓反饋方式(S3)進(jìn)行動作。
在本實施方式中，在探索起動方式中對電動機(jī)賦予了起動加速后，切換為逆起電壓反饋方式。在探索起動方式中，通過重復(fù)進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索過程和起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程，來對電動機(jī)賦予初始加速。對電動機(jī)賦予適當(dāng)?shù)某跏技铀俣D(zhuǎn)移到逆起電壓反饋方式，由此防止逆起電壓的零交叉判定時的誤檢測，防止起動不良、誤動作等。尤其在本實施方式中，在探索起動方式中，檢測電動機(jī)繞線的本征中性點和與電動機(jī)繞線并列設(shè)置的電阻電路的假想中性點之間的差電壓，并基于該差電壓判定電動機(jī)位置。該差電壓由于不受逆起電壓的影響，因此僅以在電動機(jī)繞線中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的特性即可檢測位置信息，從而能進(jìn)行精度更好的位置判定。以下，針對探索起動方式及逆起電壓反饋方式說明具體的動作。
2-1探索起動方式電動機(jī)在剛剛開始后處于極低旋轉(zhuǎn)區(qū)域中時，以探索起動方式進(jìn)行動作(圖4的步驟S1)。探索起動方式通過交替地重復(fù)進(jìn)行對電動機(jī)繞線賦予轉(zhuǎn)子位置探索脈沖、利用其響應(yīng)信號來探索轉(zhuǎn)子位置的“轉(zhuǎn)子位置探索過程”、和對位置判明后的轉(zhuǎn)子賦予起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的“起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程”，來進(jìn)行起動加速。通過交替地重復(fù)進(jìn)行這2個過程，來進(jìn)行起動時的加速。在探索起動方式中，換流控制部22選擇3相繞線的U相端子、V相端子及W相端子中的2端子，對兩端子間施加轉(zhuǎn)子位置探索脈沖。
以下，針對轉(zhuǎn)子位置探索過程和起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程的各自的動作，具體地進(jìn)行說明。
2-1-1中性點差電壓在本實施方式中，基于作為電動機(jī)繞線的中性點(本征中性點)CN1的電壓、和與電動機(jī)繞線10～12并聯(lián)的電阻電路17的中性點(假想中性點)CN2的電壓的差的中性點差電壓，來判定轉(zhuǎn)子位置。
圖5是表示在3相無電刷電動機(jī)中，對2個相施加轉(zhuǎn)子位置探索脈沖而得到的中性點差電壓的響應(yīng)的特性圖。在該圖中，在轉(zhuǎn)子相對定子的相對位置描繪了作為假想中性點CN2的電壓和在本征中性點CN1產(chǎn)生的電壓的差電壓的中性點差電壓。
圖5(a)是在2相通電中，測定了相對轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的施加的、中性點差電壓的波形圖。縱軸表示中性點電壓，其基準(zhǔn)為假想中性點電壓(0mV)。橫軸表示轉(zhuǎn)子的相對位置，其基準(zhǔn)為從電動機(jī)端子U向電動機(jī)端子V通以恒定電流時鎖定轉(zhuǎn)子的位置(150度)。將這樣的轉(zhuǎn)子的相對位置簡稱為“轉(zhuǎn)子位置”。后述的圖6、圖7、圖8、圖11、圖14、圖15、圖16、圖18、圖21、圖22中，橫軸的基準(zhǔn)也是同樣的。轉(zhuǎn)子位置探索脈沖以U相為源(source)相，以V相為同步(sync)相，在轉(zhuǎn)子不運動的程度下極其短時間或微小地施加。另外，圖5(a)的B波形的情況下，轉(zhuǎn)子位置探索脈沖以V相為源相，以U相為同步相，在轉(zhuǎn)子不運動的程度下極其短時間或微小地施加。
在此，源相是從變換器電路30向電動機(jī)繞線流出電動機(jī)電流的相。同步相是從電動機(jī)繞線向變換器電路30流入電動機(jī)電流的相。另外，源相電流是源相中的電動機(jī)電流，同步相電流是同步相中的電動機(jī)電流。
在圖5(a)中，波形A及波形B是中性點差電壓。還有，如圖5(a)的A波形所示，以U相為源相，以V相為同步相，將通以電流脈沖表示為UV。另外，如圖5(a)的B波形所示，以V相為源相，以U相為同步相，將通以電流脈沖表示為VU。同樣，將從源相向同步相通以電流脈沖表示為(源相)(同步相)。在此，(源相)及(同步相)分別是U、V、W中的任意之一。(源相)(同步相)表示通以電流脈沖時的通電相是(源相)和(同步相)，且電流脈沖的朝向從(源相)朝向(同步相)。在此，也將轉(zhuǎn)子位置探索脈沖稱為“通以電流脈沖的朝向”，并以(源相)(同步相)來表示。
在圖5(a)中，波形A表示作為正向的從U相繞線向V相繞線施加了轉(zhuǎn)子位置探索脈沖時的本征中性點CN1的電壓和假想中性點CN2的電壓的差電壓即中性點差電壓的響應(yīng)信號的測定結(jié)果。另外，波形B表示作為反向的從V相繞線向U相繞線施加了轉(zhuǎn)子位置探索脈沖時的中性點差電壓的響應(yīng)信號的測定結(jié)果。
圖5(b)是表示對圖5(a)所示的U相繞線和V相繞線間的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖施加時的中性點差電壓的正向特性(A)和反向特性(B)進(jìn)行了加法運算合成而得到的結(jié)果(A+B)的圖。對這樣的中性點差電壓的正向特性(A)和反向特性(B)進(jìn)行的加法運算合成通過加法運算合成器53來實施。
還有，圖5的縱軸表示中性點差電壓(mV)。在圖5的橫軸中所表述的電角表示將從U相端子向V相端子通以恒定電流時鎖定轉(zhuǎn)子的位置作為150度來表示，在其他同樣的附圖中也同樣。
更具體地，圖5(a)的波形A在轉(zhuǎn)子相對定子的相對位置描繪了在以轉(zhuǎn)子不進(jìn)行反應(yīng)而運動之類的極短時間從V相繞線向U相繞線施加了高電壓(轉(zhuǎn)子位置探索脈沖)時，以假想中性點CN2的電壓為基準(zhǔn)的、在本征中性點CN1產(chǎn)生的中性點差電壓。
另外，圖5(a)的波形B在轉(zhuǎn)子相對定子的相對位置描繪了在以轉(zhuǎn)子不進(jìn)行反應(yīng)而運動之類的極短時間從U相繞線向V相繞線施加了高電壓時，以假想中性點CN2的電壓為基準(zhǔn)的、在本征中性點CN1產(chǎn)生的中性點差電壓。
在圖5(a)的波形A中，在110度附近和190度附近能看到較大的峰Bm、Pm。將110度附近的峰Bm稱為“主底”，將190度附近的峰稱為“主峰”同樣，在波形B中，在10度附近和290度附近能看到較大的峰Bm、Pm。將10度附近的峰Bm稱為“主底”，將290度附近的峰成為“主峰”。還有，雖未圖示，但是從V相繞線向W相繞線通以電流脈沖時的中性點差電壓、和從W相繞線向U相繞線通以電流脈沖時的中性點差電壓，在圖5(a)的實線A的描繪下分別成為±120度移動的形狀，另外，從W相繞線向V相繞線通以電流脈沖時的中性點差電壓、和從U相繞線向W相繞線通以電流脈沖時的中性點差電壓，在圖5(a)的波形B的描繪下分別成為±120度移動的形狀。
另外，如圖5(a)所示，2相通電下的相對轉(zhuǎn)子位置的主峰Pm的中心位置(190度、290度)、和主底Bm的中心位置(10度、110度)相對所希望的值偏離若干。在此，所謂所希望的值如電角60度、120度、180度、240度、300度、360度(0度)所示，是電角每隔60度的轉(zhuǎn)子位置。與此相對，在圖5(b)中可知，加法運算后的主底Bm的中心位置和加法運算后的主峰Pm的中心位置分別是60度、240度，與所希望的值大致一致。圖5(b)中水平的虛線表示用于對中性點差電壓的加法運算合成結(jié)果(A+B)進(jìn)行極性判定的規(guī)定閾值(此時是零)。即可以知道，波形A+B在電角從150度至330度的期間表示高于閾值(零)的正值，在電角從0度至150度和從330度至360度(0度)的期間表示低于閾值(零)的負(fù)值。
2-1-2中性點差電壓的極性和轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間的關(guān)系圖6表示對在不同的通電方向求出的1組中性點差電壓進(jìn)行加法運算而得到的電壓(以下，稱為“加法運算差電壓”)E1、E2、E3的極性判定輸出、和轉(zhuǎn)矩常數(shù)之間的關(guān)系。
圖6(a)、(b)、(c)的波形分別表示圖5(b)所示的極性判定器54的輸出。極性判定器54判定通過2個相繞線間的雙方向的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的施加而得到的加法運算合成波形的極性，并輸出其判定結(jié)果。在此，“E1”是對在U相繞線和V相繞線間分別在正向及反向上施加了轉(zhuǎn)子位置探索脈沖時得到的中性點差電壓的響應(yīng)信號進(jìn)行加法運算而得到的加法運算差電壓。“E2”是對在V相繞線和W相繞線間分別在正向及反向上施加了轉(zhuǎn)子位置探索脈沖時得到的中性點差電壓的響應(yīng)信號進(jìn)行加法運算而得到的加法運算差電壓。“E3”是對在W相繞線和U相繞線間分別在正向及反向上施加了轉(zhuǎn)子位置探索脈沖時得到的中性點差電壓的響應(yīng)信號進(jìn)行加法運算而得到的加法運算差電壓。加法運算差電壓E1、E2、E3的極性判定結(jié)果分別存儲在數(shù)據(jù)存儲器55、56、57中。
圖6(a)表示與U相繞線和V相繞線間的通電相關(guān)的加法運算差電壓E 1的極性判定輸出。在圖6(a)中可知，加法運算差電壓E1的極性在電角從150度至330度之間表示正值，在電角從0度至150度和電角從330度至360度(0度)之間表示負(fù)值。
同樣在6(b)表示與V相繞線和W相繞線間的通電相關(guān)的加法運算差電壓E2的極性判定輸出。在圖6(b)中可知，加法運算差電壓E2的極性在電角從0度至90度和電角從270度至360度(0度)之間表示正值，在電角從90度至270度之間表示負(fù)值。
圖6(c)表示與W相繞線和U相繞線間的通電相關(guān)的加法運算差電壓E3的極性判定輸出。在圖6(c)中可知，加法運算差電壓E3的極性在電角從30度至210度之間表示正值，在電角從0度至30度和電角從210度至360度(0度)之間表示負(fù)值。
還有，在圖6中，以電動機(jī)繞線的中性點電壓為基準(zhǔn)，將從U相繞線產(chǎn)生的逆起電壓開始在正方向上產(chǎn)生的電角配置為0度。
在圖6中，Tu、Tv、Tw分別表示U相電動機(jī)繞線、V相電動機(jī)繞線、W相電動機(jī)繞線的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。所謂轉(zhuǎn)矩常數(shù)通過相對在電動機(jī)繞線中流動的電動機(jī)電流，以比表示所得到的轉(zhuǎn)矩而得到。在某相的轉(zhuǎn)矩常數(shù)是正的情況下，若對對應(yīng)的電動機(jī)繞線通以源電流，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)子加速。另外，在某相的轉(zhuǎn)矩常數(shù)是負(fù)的情況下，若對對應(yīng)的電動機(jī)繞線通以同步電流，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)子加速。
例如在圖6中，在E1的極性是正、E2的極性是負(fù)、E3的極性是正的期間，V相轉(zhuǎn)矩常數(shù)Tv是正、W相轉(zhuǎn)矩常數(shù)Tw是負(fù)，因此若在VW的朝向，通以具有轉(zhuǎn)子開始運動的程度的時間或振幅的電流脈沖，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。同樣地，在E1的極性是負(fù)、E2的極性是負(fù)、E3的極性是正的期間，U相轉(zhuǎn)矩常數(shù)Tu是正、W相轉(zhuǎn)矩常數(shù)Tw是負(fù)，因此若在UW的朝向，通以具有轉(zhuǎn)子開始運動的程度的時間或振幅的電流脈沖，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
同樣，在圖6中，在E1的極性是正、E2的極性是正、E3的極性是負(fù)的期間，在WU的朝向，另外，在E1的極性是負(fù)、E2的極性是正、E3的極性是負(fù)的期間，在WV的朝向，分別通以具有轉(zhuǎn)子開始運動的程度的時間或振幅的電流脈沖，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在此，將轉(zhuǎn)子停止時在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的通電相稱為“起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相”，以(源相)(同步相)表示。
圖6與圖5相同，作為橫軸的基準(zhǔn)，在從U相電動機(jī)繞線向V相電動機(jī)繞線通以恒定電流時，以鎖定轉(zhuǎn)子的位置為150度。該150度在圖6的情況下，是U相轉(zhuǎn)矩常數(shù)Tu和V相轉(zhuǎn)矩常數(shù)Tv都為正，且大小一致的轉(zhuǎn)子位置。即，該位置是U相轉(zhuǎn)矩常數(shù)Tu和V相轉(zhuǎn)矩常數(shù)Tv在都為正的區(qū)域交叉的點。當(dāng)轉(zhuǎn)子位于該位置時，即使對U相通以源電流，對V相通以同步電流，源電流和同步電流的大小也一致，因此轉(zhuǎn)子不運動而被鎖定。于是所述的橫軸的基準(zhǔn)和圖6的各轉(zhuǎn)矩常數(shù)Tu、Tv、Tw的波形對應(yīng)。在該圖中，U相轉(zhuǎn)矩常數(shù)Tu在鎖定位置0度開始在正方向上產(chǎn)生。此時，U相電動機(jī)繞線的逆起電壓也在轉(zhuǎn)子位置0度，以中性點電壓為基準(zhǔn)開始在正方向上產(chǎn)生。
在圖7中，Tu、Tv、Tw分別表示U相繞線、V相繞線、W相繞線的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。
在所述轉(zhuǎn)矩常數(shù)是正值時，若從電動機(jī)繞線的端子對本征中性點CN1通以電流，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子加速。另外，在所述轉(zhuǎn)矩常數(shù)是負(fù)值時，若從本征中性點CN1對電動機(jī)繞線的端子通以電流，則在反旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子加速。
例如，在圖6中，在E1的極性是負(fù)、E2的極性是正、E3的極性是負(fù)的范圍，Tw是正值、Tv是負(fù)值。因而，若從W相繞線向V相繞線通以轉(zhuǎn)子反應(yīng)的程度的時間幅度的電流，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
同樣，在E1的極性是負(fù)、E2的極性是正、E3的極性是正的范圍，Tu是正值、Tv是負(fù)值，因此，若從U相繞線向V相繞線通以轉(zhuǎn)子反應(yīng)的程度的時間幅度的電流，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
同樣，在E1的極性是負(fù)、E2的極性是負(fù)、E3的極性是正的范圍，Tu是正值、Tw是負(fù)值，因此，若從V相繞線向W相繞線通以轉(zhuǎn)子反應(yīng)的程度的時間幅度的電流，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
同樣，在E1的極性是正、E2的極性是負(fù)、E3的極性是正的范圍，Tv是正值、Tw是負(fù)值，因此，若從V相繞線向W相繞線通以轉(zhuǎn)子反應(yīng)的程度的時間幅度的電流，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
同樣，在E1的極性是正、E2的極性是負(fù)、E3的極性是負(fù)的范圍，Tv是正值、Tu是負(fù)值，因此，若從V相繞線向U相繞線通以轉(zhuǎn)子反應(yīng)的程度的時間幅度的電流，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
同樣，在E1的極性是正、E2的極性是正、E3的極性是負(fù)的范圍，Tw是正值、Tu是負(fù)值，因此，若從W相繞線向U相繞線通以轉(zhuǎn)子反應(yīng)的程度的時間幅度的電流，則在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
以下，將轉(zhuǎn)子停止時在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的通電相稱為“起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相”。
2-1-3中性點差電壓的極性和可檢測轉(zhuǎn)子的位置之間的關(guān)系圖7是表示圖6所示的加法運算差電壓E1、E2、E3的極性的組合和可檢測轉(zhuǎn)子的位置之間的關(guān)系的圖。
換言之，圖7是表示相對極性判定加法運算合成結(jié)果E1、E2及E3而得到的輸出，可檢測轉(zhuǎn)子位置的位置的圖，其中，合成結(jié)果E1、E2及E3通過對在2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索中分別在正向和反向上施加轉(zhuǎn)子位置探索脈沖而產(chǎn)生的中性點差電壓進(jìn)行加法運算合成而得到。從圖7可知，通過在以下的各區(qū)域中在以下的相方向上通以電流，能夠在正旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
表1
如上所述，“E1負(fù)”是指在U相繞線和V相繞線間分別在正向和反向上通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流，對各自的中性點差電壓的響應(yīng)信號進(jìn)行加法運算合成后的結(jié)果E1的極性判定是負(fù)?！癊2正”是指在V相繞線和W相繞線間分別在正向和反向上通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流，對各自的中性點差電壓的響應(yīng)信號進(jìn)行加法運算合成后的結(jié)果的極性判定是正?！癊3負(fù)”是指在W相繞線和U相繞線間分別在正向和反向上通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流，對各自的中性點差電壓的響應(yīng)信號進(jìn)行加法運算合成后的結(jié)果的極性判定是負(fù)。
2-1-4中性點差電壓的檢測、極性判定圖8(a)、(b)表示從2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖得到的轉(zhuǎn)子位置判定中的、電流脈沖的通電方向(通電相及通電方向的組合)、中性點差電壓檢測器40檢測的中性點差電壓值、加法運算差電壓值E1、E2、E3、以E1、E2、E3的極性判定輸出為基礎(chǔ)的起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相之間的關(guān)系。
圖8(a)是表示從2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖得到的轉(zhuǎn)子位置判定中的、正向和你方向的電流脈沖的通電方向(通電相即通電方向的組合)、中性點差電壓檢測器40檢測的中性點差電壓ΔVc1、ΔVc2、……、相對中性點差電壓的加法運算差電壓E1、E2、E3之間的關(guān)系的圖。
圖8(b)是表示E1、E2、E3的極性、判定的轉(zhuǎn)子位置、起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相之間的關(guān)系的圖。在本實施方式中，如圖8(b)所示，以UV、UW、VW、VU、WU、WV、UV的順序來切換起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相(用于使轉(zhuǎn)子正旋轉(zhuǎn)的通電相)。符號“”表示以起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相通以電流的朝向。另外，在每當(dāng)轉(zhuǎn)子位置正旋轉(zhuǎn)電角60度，E1、E2及E3的極性的狀態(tài)轉(zhuǎn)變產(chǎn)生反轉(zhuǎn)的點，也采用“”的符號。
在探索起動方式下，換流控制部22選擇3相繞線的U相、V相及W相中的2相，對該2相間施加轉(zhuǎn)子位置探索脈沖。
最初，在圖8(a)的<1>中，為了對在被選擇的2相(U相、V相)的繞線的正向上施加轉(zhuǎn)子位置探索脈沖而從U相繞線向V相繞線通以電流脈沖時的中性點差電壓進(jìn)行測定，而對中性點差電壓檢測器40輸入假想中性點CN2的電壓信號和本征中性點CN1的電壓信號。這些信號經(jīng)由輸入緩沖器，輸入由差動放大器構(gòu)成的差電壓檢測電流中(參照圖2)。在此，差電壓檢測電路包括4個電阻R1、R2。若將輸入的假想中性點CN2的電壓作為A2，將本征中性點CN1的電壓作為A1，并可忽略輸入緩沖器和差動放大器的偏離(offset)電壓，則差電壓檢測電路的輸出Vo由下式表示。
Vo＝(R2/R1)×(A1-A2)+Voffset電阻R1和電阻R2的電阻值的比為1，中性點差電壓的信號ΔVc由下式表示。
ΔVc＝Vo-Voffset＝A1-A2差電壓檢測電路的輸出對賦予假想中性點CN2的電壓和本征中性點CN1的電壓的差電壓的Voffset電壓和Vo電壓進(jìn)行輸出。ADC及電壓測定電路44采用來自換流控制部22的定時信號，適當(dāng)?shù)貙offset電壓和Vo電壓進(jìn)行取樣并運算，輸出作為中性點差電壓的ΔVc1(＝Vo-Voffset＝A1-A2)。然后，從換流控制部22采用定時信號，對作為中性點差電壓的ΔVc1進(jìn)行取樣，并將該取樣數(shù)據(jù)暫時存儲于取樣數(shù)據(jù)存儲器51中。
接著，為了測定對所選擇的2相在反向上即從V相繞線向U相繞線施加轉(zhuǎn)子位置探索脈沖而得到的中性點差電壓，而對中性點差電壓檢測器40輸入假想中性點CN2的電壓的信號和本征中性點CN1的電壓的信號。與所述同樣，ADC及電壓測定電路44輸出作為中性點差電壓的ΔVc2。然后，從換流控制部22采用定時信號，對作為中性點差電壓的ΔVc2進(jìn)行取樣，并將該取樣數(shù)據(jù)暫時存儲于取樣數(shù)據(jù)存儲器52中。
接著，采用來自換流控制部22的定時信號，用加法運算合成器53對ΔVc1和ΔVc2進(jìn)行加法運算合成。由極性判定器54判定加法運算合成后的結(jié)果E1(＝ΔVc1+ΔVc2)的極性，并采用來自換流控制部22的定時信號將其判定結(jié)果暫時存儲于E1數(shù)據(jù)存儲器55中。
接著，在圖8(a)的<2>中，為了測定在接著選擇的2相(V相、W相)的繞線的正向上施加轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，從V相繞線向W相繞線通以電流脈沖時的中性點差電壓，而對中性點差電壓檢測器40輸入假想中性點CN2的電壓信號和本征中性點CN1的電壓信號。
在中性點差電壓檢測器40中，差電壓檢測電路的輸出對作為假想中性點CN2的電壓和本征中性點CN1的電壓的差電壓的Voffset電壓和Vo電壓進(jìn)行輸出進(jìn)行輸出，ADC及電壓測定電路44采用來自換流控制部22的定時信號，適當(dāng)?shù)貙offset電壓和Vo電壓進(jìn)行取樣并運算，輸出作為中性點差電壓的ΔVc3(＝Vo-Voffset＝A1-A2)。然后，采用來自換流控制部22的定時信號，對作為中性點差電壓的ΔVc3進(jìn)行取樣，并將該取樣數(shù)據(jù)暫時存儲于取樣數(shù)據(jù)存儲器51中。
接著，同樣地，在反向上即從W相繞線向V相繞線通以電流脈沖，測定中性點差電壓ΔVc4，并存儲于取樣數(shù)據(jù)存儲器52中。
利用加法運算合成器53讀出取樣數(shù)據(jù)存儲器51、52所存儲的ΔVc3和ΔVc4，并進(jìn)行加法運算合成。加法運算合成后的結(jié)果E2由極性判定器54判定極性，其判定結(jié)果存儲于E2數(shù)據(jù)存儲器56中。
接著，在圖8(a)的<3>中，選擇W相和U相，以后，同樣地，檢測在正向及反向上施加了轉(zhuǎn)子位置探索脈沖時的中性點差電壓ΔVc5、ΔVc6。分別存儲于取樣數(shù)據(jù)存儲器51、52中。然后，中性點差電壓ΔVc5、ΔVc6由加法運算合成器53加法運算合成ΔVc5和ΔVc6，加法運算合成后的結(jié)果E3由極性判定器54進(jìn)行極性判定，其判定結(jié)果暫時存儲于E3數(shù)據(jù)存儲器57中。
在此，作為中性點差電壓的響應(yīng)信號的ΔVc1、ΔVc2、ΔVc3、ΔVc4、ΔVc5、ΔVc6只根據(jù)電動機(jī)繞線的本征中性點CN1的電壓的信號A1、和假想中性點CN2的電壓的信號A2的差電壓求出。然后，作為中性點差電壓的響應(yīng)信號的差電壓的振幅電平移動為以差電壓檢測電路的Voffset電壓為中心的電壓，向ADC及電壓測定電路44輸入。于是，能夠限制向ADC(AD變換器)的輸入電壓范圍，且能夠只抽出轉(zhuǎn)子位置信息的檢測所需要的中性點差電壓的響應(yīng)信號。
假如中性點差電壓檢測器40不具有電平移動功能，相對直接ADC的輸入，輸入了本征中性點CN1的電壓的信號A1、和假想中性點CN2的電壓的信號A2時，若ADC的輸入電壓范圍需要是電動機(jī)驅(qū)動裝置的電源部的電源電壓的1/3至2/3，則ADC的需要輸入電壓范圍需要是電動機(jī)驅(qū)動裝置的電源部的電源電壓的1/3。但是，在本實施方式中，中性點差電壓檢測器40由于具有電平移動功能，因此ADC的需要輸入電壓范圍是電動機(jī)驅(qū)動裝置的控制部的電源電壓的0至1/8倍左右，ADC的需要輸入電壓范圍是控制部的電源電壓的1/8倍即可(此時的電動機(jī)驅(qū)動裝置的電源部或控制部的電源電壓是5V左右，中性點差電壓的信號的振幅是0.6V左右)。即，通過在中性點差電壓檢測器40上設(shè)置具有電平移動功能的差電壓檢測器，能夠在不依存于對電動機(jī)的驅(qū)動電壓的振幅進(jìn)行確定的電源電壓的情況下控制向ADC的輸入電壓范圍。由此，能夠削減ADC的精度和功能。這樣的技術(shù)尤其適合于以電動機(jī)追求自律的控制性的用途、或廉價的電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。
2-1-5起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相的確定參照圖8(b)，說明起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相的確定方法。
如上所述，若得到相對E1、E2、E3的極性判定結(jié)果，則轉(zhuǎn)子位置判別器58根據(jù)圖8(b)的參照表所示的信息來判別現(xiàn)狀的轉(zhuǎn)子位置，確定下一個需要施加用于賦予起動轉(zhuǎn)矩的起動旋轉(zhuǎn)脈沖的通電相。
在E1、E2、E3的極性判定結(jié)果是負(fù)、負(fù)、正的情況下，轉(zhuǎn)子位置判別器58如圖8(b)的<1>所示，確定需要施加起動旋轉(zhuǎn)脈沖的通電相及通電方向，使得賦予起動轉(zhuǎn)矩后電流脈沖從U相繞線向W相繞線流動。
在E1、E2、E3的極性判定結(jié)果是正、負(fù)、正的情況下，轉(zhuǎn)子位置判別器58如圖8(b)的<2>所示，確定起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相，使得賦予起動轉(zhuǎn)矩的電流脈沖從V相繞線向W相繞線流動。
在E1、E2、E3的極性判定結(jié)果是正、負(fù)、負(fù)的情況下，轉(zhuǎn)子位置判別器58如圖8(b)的<3>所示，確定起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相，使得賦予起動轉(zhuǎn)矩的電流脈沖從V相繞線向U相繞線流動。
在E1、E2、E3的極性判定結(jié)果是正、正、負(fù)的情況下，轉(zhuǎn)子位置判別器58如圖8(b)的<4>所示，確定起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相，使得賦予起動轉(zhuǎn)矩的電流脈沖從W相繞線向U相繞線流動。
在E1、E2、E3的極性判定結(jié)果是負(fù)、正、負(fù)的情況下，轉(zhuǎn)子位置判別器58如圖8(b)的<5>所示，確定起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相，使得賦予起動轉(zhuǎn)矩的電流脈沖從W相繞線向V相繞線流動。
在E1、E2、E3的極性判定結(jié)果是負(fù)、正、正的情況下，轉(zhuǎn)子位置判別器58如圖8(b)的<6>所示，確定起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相，使得賦予起動轉(zhuǎn)矩的電流脈沖從U相繞線向V相繞線流動。
如上所述，數(shù)據(jù)存儲器55、56、57暫時保持的極性判定結(jié)果，采用來自換流控制部22的定時信號，由轉(zhuǎn)子位置判別器58讀出，對應(yīng)于圖8(b)的表的信息，確定起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相。所確定的通電相的信息作為轉(zhuǎn)子位置信號輸入換流控制部22中，設(shè)定起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相。
在探索起動方式的轉(zhuǎn)子位置探索過程中，中性點差電壓檢測器40和轉(zhuǎn)子位置檢測電路50如上所述進(jìn)行動作。
另外，在本實施方式中轉(zhuǎn)子位置檢測電路50內(nèi)的數(shù)據(jù)取樣或數(shù)據(jù)傳送的定時信號采用來自換流控制部22的定時信號進(jìn)行了說明，但是也可以與其不同，根據(jù)定時信號產(chǎn)生器來作成數(shù)據(jù)取樣或數(shù)據(jù)傳送的定時信號。
2-1-6第2次以后的轉(zhuǎn)子位置探索過程的簡化在探索起動方式中，通過交替重復(fù)進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索過程、和對定子相施加轉(zhuǎn)矩電流脈沖的起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程，來進(jìn)行起動加速，其中，所述定子相適合于對位置判明后的轉(zhuǎn)子賦予起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。以下，說明用于縮短電動機(jī)起動時間的處理。在此，使第1次轉(zhuǎn)子位置探索過程和第2次以后的轉(zhuǎn)子位置探索過程中的處理不同。
在圖8(b)的<1>中，加法運算差電壓E1、E2、E3的極性分別是負(fù)、負(fù)、正，在<2>中，是正、負(fù)、正。即，從圖8(b)的<1>、<2>可知，在轉(zhuǎn)子位置從120度變化至180度時，只有E1的極性變化，E2、E3的極性不變化。從該事實可知，在轉(zhuǎn)子位置的變化的判定中，不需要始終判斷3個加法運算差電壓E1、E2、E3的極性的變化，只要判定E1、E2、E3中任一個加法運算差電壓的極性的變化即可。
例如，當(dāng)在第1次轉(zhuǎn)子位置探索過程中，極性判定的結(jié)果是E1負(fù)、E2負(fù)、E3正，可判定為轉(zhuǎn)子位置是120度時，在第2次轉(zhuǎn)子位置探索過程中，只檢測E1的極性從負(fù)切換為正。同樣，為了檢測轉(zhuǎn)子位置從180度變化至240度，只要判定E3的極性的變化即可，為了檢測轉(zhuǎn)子位置從240度變化至300度，只要判定E2的極性的變化即可。
即，可以知道，在第2次以后的轉(zhuǎn)子位置探索過程中，若對通過前一次的轉(zhuǎn)子位置探索過程的3次極性判定的結(jié)果E1、E2、E3而得到的通電相的組在正向和反向上施加轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流，對這些相檢測極性的變化，則能夠判定轉(zhuǎn)子位置。
在第2次以后的轉(zhuǎn)子位置探索過程中只檢測1次極性的變化即可檢測轉(zhuǎn)子位置，因此能夠削減伴隨極性判定的動作，可縮短電動機(jī)起動時間。
還有，在第2次以后的轉(zhuǎn)子位置探索中，也可以對所有的加法運算差電壓E1、E2、E3進(jìn)行極性判定。
2-1-7轉(zhuǎn)子位置探索過程在以下的例中，在第1次轉(zhuǎn)子位置探索中，從U相繞線向V相繞線通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流。
(轉(zhuǎn)子位置探索)首先，通過換流控制部22選擇性地開通圖1的驅(qū)動晶體管3及驅(qū)動晶體管7，使轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流在包括高電位側(cè)電源線1、驅(qū)動晶體管3、U相繞線10、電動機(jī)繞線的本征中性點端子CN1、V相繞線11、驅(qū)動晶體管7、電流檢測電阻28及低電位側(cè)電源線2的路徑中流動。此時在電動機(jī)繞線的本征中性點CN1和電阻電路17的假想中性點CN2之間產(chǎn)生的、以假想中性點CN2的電位為基準(zhǔn)的中性點差電壓的響應(yīng)電壓相對轉(zhuǎn)子位置的特性如圖5(a)的實線A所示。在探索起動方式中，中性點差電壓檢測器40檢測中性點差電壓的響應(yīng)電壓，將其檢測出的響應(yīng)電壓輸入ADC及電壓測定電路44中并運算。轉(zhuǎn)子位置檢測電路50將其運算結(jié)果作為取樣數(shù)據(jù)ΔVc1而存儲于取樣數(shù)據(jù)1存儲器中。
接著，通過換流控制部22開通驅(qū)動晶體管4及驅(qū)動晶體管6，將轉(zhuǎn)子位置探索脈沖施加在高電位側(cè)電源線1、驅(qū)動晶體管4、V相繞線11、電動機(jī)繞線的本征中性點端子CN1、U相繞線10、驅(qū)動晶體管6、電流檢測電阻18及低電位側(cè)電源線2的路徑中。即，從V相繞線向U相繞線通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖。此時在本征中性點CN1和假想中性點CN2之間產(chǎn)生的、以假想中性點CN2為基準(zhǔn)的中性點差電壓的響應(yīng)電壓相對轉(zhuǎn)子位置的特性如圖5(a)的虛線B所示。中性點差電壓檢測器40檢測中性點差電壓的響應(yīng)電壓，輸入ADC及電壓測定電路44中并運算。轉(zhuǎn)子位置檢測電路50將其運算結(jié)果作為取樣數(shù)據(jù)ΔVc2而存儲于取樣數(shù)據(jù)2存儲器中。
接著，采用來自換流控制部22的定時信號，由加法運算合成器對ΔVc1和ΔVc2進(jìn)行加法運算合成，根據(jù)加法運算合成結(jié)果E1由極性判定器來判定極性，并從換流控制部22采用定時信號，將其判定結(jié)果暫時保持在E1數(shù)據(jù)存儲器中。
進(jìn)而，換流控制部22開通驅(qū)動晶體管4和驅(qū)動晶體管8，從V相繞線向W相繞線通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流，在探索起動方式中由中性點差電壓檢測器檢測中性點差電壓的響應(yīng)電壓，輸入ADC及電壓測定電路中并運算，由轉(zhuǎn)子位置極性檢測塊將取樣數(shù)據(jù)ΔVc3暫時保持于取樣數(shù)據(jù)1存儲器中。
接著，換流控制部22開通驅(qū)動晶體管5和驅(qū)動晶體管7，從W相繞線向V相繞線通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流，在探索起動方式中由中性點差電壓檢測器檢測中性點差電壓的響應(yīng)電壓，輸入ADC及電壓測定電路中并運算，由轉(zhuǎn)子位置極性檢測塊(block)將取樣數(shù)據(jù)ΔVc4暫時保持于取樣數(shù)據(jù)2存儲器中。
接著，采用來自換流控制部22的定時信號，由加法運算合成器對ΔVc3和ΔVc4進(jìn)行加法運算合成，根據(jù)其加法運算合成結(jié)果E2由極性判定器來判定極性，并從換流控制部22采用定時信號，將其判定結(jié)果暫時保持在E2數(shù)據(jù)存儲器中。
進(jìn)而，換流控制部22開通驅(qū)動晶體管5和驅(qū)動晶體管6，從W相繞線向U相繞線通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流，在探索起動方式中由中性點差電壓檢測器檢測中性點差電壓的響應(yīng)電壓，輸入ADC及電壓測定電路中并運算，由轉(zhuǎn)子位置極性檢測塊將取樣數(shù)據(jù)ΔVc5暫時保持于取樣數(shù)據(jù)1存儲器中。
接著，換流控制部22開通驅(qū)動晶體管3和驅(qū)動晶體管8，從U相繞線向W相繞線通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流，在探索起動方式中由中性點差電壓檢測器檢測中性點差電壓的響應(yīng)電壓，輸入ADC及電壓測定電路中并運算，由轉(zhuǎn)子位置極性檢測塊將取樣數(shù)據(jù)ΔVc6暫時保持于取樣數(shù)據(jù)2存儲器中。
接著，采用來自換流控制部22的定時信號，由加法運算合成器對ΔVc5和ΔVc6進(jìn)行加法運算合成，根據(jù)其加法運算合成結(jié)果E3由極性判定器來判定極性，并從換流控制部22采用定時信號，將其判定結(jié)果暫時保持在E3數(shù)據(jù)存儲器中。
(起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予)起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的賦予如下進(jìn)行。在E1、E2、E3的各自的極性判定結(jié)果是負(fù)、負(fù)、正時，如圖8(b)的<1>所示，轉(zhuǎn)子位置判別器58判定為轉(zhuǎn)子位置處于電角120度附近(從90度至150度之間)，且為了從U相繞線向W相繞線通以電流而開通驅(qū)動晶體管3及8。由此，能夠賦予良好的起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。另外，在E1、E2、E3的各自的極性判定結(jié)果是正、負(fù)、正時，如圖8(b)的<2>所示，轉(zhuǎn)子位置判別器58判定為轉(zhuǎn)子位置處于電角180度附近(從150度至210度之間)，且為了從V相繞線向W相繞線通以電流而開通驅(qū)動晶體管4及8。
如上所述，從換流控制部22采用定時信號，將作為所述E1、E2及E3數(shù)據(jù)存儲器所暫時保持的極性判定結(jié)果的E1的極性數(shù)據(jù)、E2的極性數(shù)據(jù)、E3的極性數(shù)據(jù)輸入轉(zhuǎn)子位置判別器58中。轉(zhuǎn)子位置判別器58對應(yīng)于圖8(b)的數(shù)據(jù)，確定起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相，并將確定后的通電相向換流控制部22作為轉(zhuǎn)子位置的信號而輸入并進(jìn)行處理，由此能夠賦予電動機(jī)的良好的起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
2-1-8轉(zhuǎn)子位置探索過程的流程圖參照圖9的流程圖，具體說明探索起動方式的轉(zhuǎn)子位置探索過程的處理。
首先，抽出中性點差電壓ΔVc1、ΔVc2(步驟S11)。具體地，為了進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索，將電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電設(shè)定為能夠進(jìn)行作為正向的從U相繞線向V相繞線通電的朝向。在所設(shè)定的朝向上通以電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電。將輸入中性點差電壓檢測器中的中性點差電壓的響應(yīng)信號的中性點差電壓ΔVc1抽出。
抽出ΔVc1后，作為初始設(shè)定，使轉(zhuǎn)子位置探索通電下的繞線中流動的電流為零。切換電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電的朝向的設(shè)定。接著，為了進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索，將電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電設(shè)定為能夠進(jìn)行作為反向的從V相繞線向U相繞線通電的朝向。在所設(shè)定的朝向上通以電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電。將輸入中性點差電壓檢測器中的中性點差電壓的響應(yīng)信號的中性點差電壓ΔVc2抽出。
抽出ΔVc2后，作為初始設(shè)定，使轉(zhuǎn)子位置探索通電下的繞線中流動的電流為零。切換電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電的朝向的設(shè)定。
對在步驟S11中抽出的中性點差電壓的ΔVc1電壓和ΔVc2電壓進(jìn)行加法運算合成，并判定加法運算合成的結(jié)果E1(＝ΔVc1+ΔVc2)的極性(步驟S12)。作為極性判定結(jié)果保持E1的極性。
接著，抽出中性點差電壓ΔVc3、ΔVc4(步驟S13)。為了進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索，將電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電設(shè)定為能夠進(jìn)行作為正向的從V相繞線向W相繞線通電的朝向。在所設(shè)定的朝向上通以電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電。將輸入中性點差電壓檢測器中的中性點差電壓的響應(yīng)信號的中性點差電壓ΔVc3抽出。
抽出ΔVc3后，作為初始設(shè)定，使轉(zhuǎn)子位置探索通電下的繞線中流動的電流為零。切換電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電的朝向的設(shè)定。接著，為了進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索，將電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電設(shè)定為能夠進(jìn)行作為反向的從W相繞線向V相繞線通電的朝向。在所設(shè)定的朝向上通以電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電。將輸入中性點差電壓檢測器中的中性點差電壓的響應(yīng)信號的中性點差電壓ΔVc4抽出。
抽出ΔVc4后，作為初始設(shè)定，使轉(zhuǎn)子位置探索通電下的繞線中流動的電流為零。切換電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電的朝向的設(shè)定。
對在步驟S13中抽出的中性點差電壓的ΔVc3電壓和ΔVc4電壓進(jìn)行加法運算合成，并判定加法運算合成的結(jié)果E2(＝ΔVc3+ΔVc4)的極性(步驟S14)。作為其極性判定結(jié)果保持E2的極性。
接著，抽出中性點差電壓ΔVc5、ΔVc6(步驟S15)。為了進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索，將電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電設(shè)定為能夠進(jìn)行作為正向的從W相繞線向U相繞線通電的朝向。在所設(shè)定的朝向上通以電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電。將輸入中性點差電壓檢測器中的中性點差電壓的響應(yīng)信號的中性點差電壓ΔVc5抽出。
抽出ΔVc5后，作為初始設(shè)定，使轉(zhuǎn)子位置探索通電下的繞線中流動的電流為零。切換電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電的朝向的設(shè)定。接著，為了進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索，將電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電設(shè)定為能夠進(jìn)行作為反向的從U相繞線向W相繞線通電的朝向。在所設(shè)定的朝向上通以電流脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置探索通電。將輸入中性點差電壓檢測器中的中性點差電壓的響應(yīng)信號的中性點差電壓ΔVc6抽出。
抽出ΔVc6后，作為初始設(shè)定，使轉(zhuǎn)子位置探索通電下的繞線中流動的電流為零。對中性點差電壓的ΔVc5電壓和ΔVc6電壓進(jìn)行加法運算，并判定其加法運算結(jié)果E3(＝ΔVc5+ΔVc6)的極性(步驟S16)。作為其極性判定結(jié)果保持E3的極性。
基于E1、E2、E3的極性判定結(jié)果，參照圖8(b)所示的數(shù)據(jù)，判定轉(zhuǎn)子位置(步驟S17)。
若能夠判定轉(zhuǎn)子的位置(在步驟S18中“是”)，則結(jié)束探索起動方式。若無法進(jìn)行判定(在步驟18中“否”)，則進(jìn)入重試方式(步驟S19)。在重試方式中，執(zhí)行用于使轉(zhuǎn)子移動到可進(jìn)行位置判定的位置的規(guī)定處理。
在重試方式中，例如，施加用于使轉(zhuǎn)子稍微旋轉(zhuǎn)的突跳脈沖，由此使轉(zhuǎn)子相對定子的相對位置移動。此時，也可以預(yù)先用循環(huán)計數(shù)器對重試方式的執(zhí)行次數(shù)進(jìn)行計數(shù)，在達(dá)到了規(guī)定值時不執(zhí)行重試方式，而轉(zhuǎn)移到其他起動方式(例如同步起動方式)。或者，在重試方式中，也可以變更與構(gòu)成電動機(jī)驅(qū)動裝置的各電路相關(guān)的規(guī)定的設(shè)定參數(shù)(例如，中性點差電壓檢測器的Voffset電壓值的切換等)，再次重復(fù)進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索。此時，也可以針對變更次數(shù)受到限制的設(shè)定參數(shù)，預(yù)先對該變更次數(shù)進(jìn)行計數(shù)，以使變更次數(shù)不超過限制。
還有，在所述流程圖中，將轉(zhuǎn)子位置探索通電的開始時通以電流脈沖的朝向設(shè)定為從U相繞線向V相繞線的朝向，但是并不限定于該朝向，也能以其他通電模式開始。
另外，如上所述在第2次以后的轉(zhuǎn)子位置探索過程中，優(yōu)選只相對U相-V相、V相-W相、W相-U相中任一組通電相施加探索脈沖。而且，只對E1、E2及E3內(nèi)中任一個進(jìn)行極性判定。即，參照圖8(b)的信息來確定與在前一次的轉(zhuǎn)子位置探索過程中判定的轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相，并對該確定后的通電相在正向、反向上進(jìn)行通電。通電后只對加法運算差電壓E1、E2及E3中的1個進(jìn)行極性判定。進(jìn)行極性判定的加法運算差電壓基于圖8(b)的信息而確定。判定的結(jié)果在檢測出極性反轉(zhuǎn)時判斷為轉(zhuǎn)子移動到下一個位置，并參照圖8(b)的數(shù)據(jù)來確定與該位置對應(yīng)的起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相，對該確定后的通電相在正向、反向上進(jìn)行通電。以后，重復(fù)進(jìn)行該過程。
2-1-9起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程的流程圖參照圖10的流程圖，具體說明探索起動方式中的起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程的處理。
在起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程中，對基于前一次的轉(zhuǎn)子位置探索通電方式中的判定結(jié)果而確定的相施加起動旋轉(zhuǎn)脈沖(S31)，由此，使轉(zhuǎn)子移動。在前一次的判定成功后的條件下在正向和反向上施加探索脈沖(S32)。檢測正向及反向通電所產(chǎn)生的中性點差電壓，并對其進(jìn)行加法運算，判定該加法運算值的極性(S33)。
在極性未從前一次的狀態(tài)反轉(zhuǎn)的情況下，判定為轉(zhuǎn)子依然位于前一次判定的60度區(qū)間(S35)。在極性從前一次的狀態(tài)反轉(zhuǎn)的情況下，判定為轉(zhuǎn)子換流到下一個60區(qū)間(S35)。
2-1-10轉(zhuǎn)子位置探索脈沖和起動旋轉(zhuǎn)脈沖波形參照圖11具體說明轉(zhuǎn)子位置探索脈沖和起動旋轉(zhuǎn)脈沖的施加方法。
圖11是說明轉(zhuǎn)子位置探索脈沖和起動旋轉(zhuǎn)脈沖的施加的圖。圖11中橫軸是時間軸。圖11(a)、(b)及(c)分別表示U相繞線電流、V相繞線電流及W相繞線電流。圖11(d)表示加法運算差電壓E1、E2及E3的極性判定結(jié)果，圖11(e)表示轉(zhuǎn)子位置判定結(jié)果。
圖11表示適用了如下的轉(zhuǎn)子位置探索過程的例在第1次轉(zhuǎn)子位置探索過程中，施加6次(即相對3組通電相)轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，在第2次以后的轉(zhuǎn)子位置探索過程中，對基于前一次的轉(zhuǎn)子位置探索過程的判定結(jié)果而確定的通電相施加起動旋轉(zhuǎn)脈沖。
在圖11中，DS1表示第1次轉(zhuǎn)子位置探索所需要的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖過程。如圖8(a)所示以<1><2><3>的順序施加了轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，施加了3次正向和反向?qū)Φ霓D(zhuǎn)子位置探索脈沖。
通過開通驅(qū)動晶體管3及7，而從U相繞線向V相繞線施加第1次正向的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，抽出取樣數(shù)據(jù)ΔVc1，并暫時保持所抽出的數(shù)據(jù)ΔVc1。接著，通過開通驅(qū)動晶體管4及6，而從V相繞線向U相繞線施加反向的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，抽出取樣數(shù)據(jù)ΔVc2，并暫時保持所抽出的數(shù)據(jù)ΔVc2。
判定為對ΔVc1和ΔVc2的取樣數(shù)據(jù)的中性點差電壓的響應(yīng)信號進(jìn)行加法運算合成后的判定結(jié)果即E1的極性判定是正。
通過開通驅(qū)動晶體管4及8，而從V相繞線向W相繞線施加第2次正向的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，抽出取樣數(shù)據(jù)ΔVc3，并暫時保持所抽出的數(shù)據(jù)ΔVc3。
接著，通過開通驅(qū)動晶體管5及7，而從W相繞線向V相繞線施加反向的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，抽出取樣數(shù)據(jù)ΔVc4，并暫時保持所抽出的數(shù)據(jù)ΔVc4。
判定為對ΔVc3和ΔVc4的取樣數(shù)據(jù)的中性點差電壓的響應(yīng)信號進(jìn)行加法運算合成后的判定結(jié)果即E2的極性判定是負(fù)。
通過開通驅(qū)動晶體管5及6，而從W相繞線向U相繞線施加第3次正向的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，抽出取樣數(shù)據(jù)ΔVc5，并暫時保持所抽出的數(shù)據(jù)ΔVc5。
接著，通過開通驅(qū)動晶體管3及8，而從U相繞線向W相繞線施加反向的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，抽出取樣數(shù)據(jù)ΔVc6，并暫時保持所抽出的數(shù)據(jù)ΔVc6。
判定為對ΔVc5和ΔVc6的取樣數(shù)據(jù)的中性點差電壓的響應(yīng)信號進(jìn)行加法運算合成后的判定結(jié)果即E3的極性判定是負(fù)。
由于判定為E1的極性是正、E2的極性是負(fù)、E3的極性是負(fù)，因此判定為轉(zhuǎn)子位置位于240度附近。為了保存此時的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖條件，并且在起動旋轉(zhuǎn)脈沖過程SP1中，對轉(zhuǎn)子施加合適的轉(zhuǎn)矩，而開通驅(qū)動晶體管4及6，從V相繞線向U相繞線賦予起動旋轉(zhuǎn)脈沖。
參照前一次保存的探索脈沖條件，可以知道轉(zhuǎn)子位置位于240度附近。在轉(zhuǎn)子位置位于240度附近時，從圖8(b)可知，接著需要從V相向U相通電。另外，可以知道，轉(zhuǎn)子位置的檢測只要僅檢測加法運算差電壓E2的極性的反轉(zhuǎn)即可。
因此，在第2次轉(zhuǎn)子位置探索脈沖過程DS2中，通過開通驅(qū)動晶體管4及8，而從V相繞線向W相繞線施加正向的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，抽出取樣數(shù)據(jù)ΔVc3，暫時保持?jǐn)?shù)據(jù)。
接著，通過開通驅(qū)動晶體管5及7，而從W相繞線向V相繞線施加反向的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，抽出取樣數(shù)據(jù)ΔVc4，并暫時保持所抽出的數(shù)據(jù)ΔVc4。
判定對ΔVc3和ΔVc4的取樣數(shù)據(jù)的中性點差電壓的響應(yīng)信號進(jìn)行加法運算合成后的判定結(jié)果即E2的極性判定的狀態(tài)轉(zhuǎn)變是否反轉(zhuǎn)。
在圖11的例中，判定的結(jié)果在DS2中作為E2的極性判定的輸出再次得到負(fù)。這是因為，起動時通常旋轉(zhuǎn)速度低因此產(chǎn)生換流的頻率與轉(zhuǎn)子位置探索次數(shù)相比充分低。為了保存此時的探索脈沖條件，并且對轉(zhuǎn)子施加合適的轉(zhuǎn)矩，而在起動旋轉(zhuǎn)脈沖過程SP2中，開通驅(qū)動晶體管4及6，從V相繞線向U相繞線賦予起動旋轉(zhuǎn)脈沖。
以下，直至檢測轉(zhuǎn)子位置的變動，同樣地重復(fù)進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索脈沖過程DS3、DS4、DS5及起動旋轉(zhuǎn)脈沖過程SP3、SP4。
若在第5次轉(zhuǎn)子位置探索脈沖過程DS5中得到E2的極性的反轉(zhuǎn)，則由此判定為轉(zhuǎn)子位于300度附近。為了保存此時的探索脈沖條件，并且對轉(zhuǎn)子施加合適的轉(zhuǎn)矩，而開通驅(qū)動晶體管5及6，從W相繞線向U相繞線賦予SP5所示的起動旋轉(zhuǎn)脈沖過程。
以后，同樣地重復(fù)進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索脈沖過程和起動旋轉(zhuǎn)脈沖過程。如上所述，從最初的轉(zhuǎn)子位置探索過程DS1，經(jīng)過確認(rèn)了第1次60度正旋轉(zhuǎn)換流的第5次轉(zhuǎn)子位置探索過程DS5、及確認(rèn)了第2次60度正旋轉(zhuǎn)換流的第8次轉(zhuǎn)子位置探索過程DS8，在第10次轉(zhuǎn)子位置探索過程DS10中確認(rèn)第3次60度正旋轉(zhuǎn)換流。若以這3次60度正旋轉(zhuǎn)換流判定為旋轉(zhuǎn)起動成功，則然后采用逆起電壓進(jìn)行位置檢測。
在期間AP1中，能夠開通驅(qū)動晶體管3及7對電流進(jìn)行PWM控制從U相繞線驅(qū)動V相繞線。然后，通過逆起電壓所進(jìn)行的轉(zhuǎn)子位置檢測來驅(qū)動電動機(jī)(逆起電壓反饋方式)。
還有如上所述，通過完成了3次60度正旋轉(zhuǎn)換流，而判定為起動成功，但是用于判定起動成功的正旋轉(zhuǎn)換流的次數(shù)并不限定于3次。另外，也可以基于根據(jù)60度正旋轉(zhuǎn)換流的間隔(interval)得到的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到了規(guī)定值這一情況，來判定旋轉(zhuǎn)起動的成功。
另外，在剛剛從探索起動方式變化為逆起電壓反饋方式之后的加速轉(zhuǎn)矩施加中，將用于檢測通電曲線(profile)形成及逆起電壓的零交叉的電流零期間同步地設(shè)置為根據(jù)探索起動方式中的每60度的換流周期預(yù)先預(yù)測的、產(chǎn)生逆起電壓的零交叉的定時。
例如，在圖11中，作為逆起電壓的零交叉，檢測期間AP1之后的零交叉。接受判定為轉(zhuǎn)子位置位于60度區(qū)域這一情況，例如檢測需要在60度區(qū)域的中心定時產(chǎn)生的W相繞線的逆起電壓的從正向負(fù)的零交叉。若在零交叉檢測期間的開始時仍然未產(chǎn)生所述規(guī)定的零交叉，則等待該零交叉的產(chǎn)生，以該產(chǎn)生來檢測60度正旋轉(zhuǎn)換流。換言之，在等待W相繞線的逆起電壓的從正向負(fù)的零交叉時，若在逆起電壓檢測期間開始時W相繞線的逆起電壓仍然為正，則繼續(xù)零交叉檢測期間直至產(chǎn)生規(guī)定的零交叉，并以產(chǎn)生了規(guī)定的零交叉的時點產(chǎn)生零交叉。當(dāng)根據(jù)逆起電壓信號的極性判明了在逆起電壓零交叉檢測期間的開始時已經(jīng)產(chǎn)生了規(guī)定的零交叉時，將逆起電壓零交叉檢測期間的開始定時作為零交叉產(chǎn)生的定時。即，在W相繞線的逆起電壓的從正向負(fù)的零交叉的檢測中，若在檢測期間開始時W相繞線的逆起電壓已經(jīng)變?yōu)樨?fù)，則立即產(chǎn)生零交叉。還有，將在后面參照圖13敘述逆起電壓的零交叉檢測。
2-2逆起電壓反饋方式接著說明逆起電壓反饋方式。逆起電壓反饋方式是穩(wěn)定地檢測因轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的逆起電壓并進(jìn)行換流控制的方式。
2-2-1逆起電壓反饋方式的轉(zhuǎn)矩控制說明逆起電壓反饋方式的轉(zhuǎn)矩控制。在本方式中，探索指令信號生成器25及起動指令信號生成器26不發(fā)揮功能。
相轉(zhuǎn)矩指令信號生成部24接受從外部發(fā)出轉(zhuǎn)矩指令的信號(外部指令信號)，生成與來自換流控制部22的定時和開關(guān)元件3～8的開通狀態(tài)的組合對應(yīng)的多種成分轉(zhuǎn)矩指令信號。
脈沖產(chǎn)生器20輸出由換流控制部22選擇的相中的賦予PWM信號的開通定時的信號(PWM開通脈沖)。比較部23從換流控制部22接受位于開通狀態(tài)的相的信息，選擇1個需要與電流檢測放大器27的輸出進(jìn)行比較的成分轉(zhuǎn)矩指令信號，并比較所選擇的成分轉(zhuǎn)矩指令信號和電流檢測放大器27的輸出。或者，比較部23比較電流檢測放大器的輸出和多個成分轉(zhuǎn)矩指令信號的各自，并選擇這些結(jié)果中的1個。在電流檢測放大器27的輸出比需要比較的成分轉(zhuǎn)矩指令信號大時，比較部23輸出賦予PWM信號的關(guān)閉定時的信號(PWM關(guān)閉脈沖)。PWM控制部21輸入來自脈沖產(chǎn)生器20的PWM信號的開通脈沖和PWM關(guān)閉脈沖，控制換流控制部22所選擇的相的脈沖寬度。
所述方法即使在對全部3相繞線通以電流時也可進(jìn)行電流控制(例如，參照特開2003-174789號公報)。還有，在進(jìn)行120度通電時不需要相轉(zhuǎn)矩指令信號生成部24。
2-2-2逆起電壓反饋方式的通電控制接著說明逆起電壓反饋方式的通電相控制。在逆起電壓反饋方式中，換流控制部22在針對各電動機(jī)繞線預(yù)測各自的逆起電壓的極性產(chǎn)生變化的期間進(jìn)行通電控制使得各繞線的電流為零。
在電流為零的繞線中電流的時間變化成分也在短時間后變?yōu)榱?，在各繞線的兩端子間、即U相端子線13和電動機(jī)繞線的本征中性點CN1之間、或V相端子線14和本征中性點CN1之間、或W相端子線15和本征中性點CN1之間，展現(xiàn)因各繞線和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁通的相互作用而產(chǎn)生的逆起電壓。因而，能夠檢測極性變化的定時(零交叉定時)，從而正確地識別轉(zhuǎn)子位置。
在逆起電壓反饋方式中，閾值設(shè)定器38與逆起電壓檢測器36的差動輸入信號的比較相關(guān)而設(shè)定若干的偏離。該偏執(zhí)通過察動輸入信號間的電位差是否達(dá)到了規(guī)定值來使比較器34的輸出變化。換言之，偏離作為相對逆起電壓檢測器36的差動輸入信號的閾值而起作用，防止零交叉定時的頻跳(chattering)所導(dǎo)致的影響。
在逆起電壓檢測器36中，基于來自換流控制部22的信息，利用選擇電路32來選擇電流及其時間變化變?yōu)榱愕睦@線。電流及其時間變化變?yōu)榱愕睦@線的電壓的零交叉定時經(jīng)由逆起電壓檢測器36反饋到換流控制部22中。由此繼續(xù)維持正確的換流定時的控制。還有，為了防止頻跳，也可以不設(shè)置偏離即閾值。也可以將PWM控制部21設(shè)置在換流控制部22內(nèi)部，此時不需要閾值設(shè)定器38。另外，也可以對各相繞線預(yù)先準(zhǔn)備由比較器構(gòu)成的逆起電壓檢測器，由此，不需要端子線的選擇電路32。
2-2-3電動機(jī)電流及逆起電壓圖12(a)是表示逆起電壓反饋方式中的各相的電動機(jī)電流波形的圖。圖12(b)是表示檢測在相對U相、V相、W相的各通電狀態(tài)的非通電相產(chǎn)生的逆起電壓時的零交叉檢測的邊緣方向的圖。
圖12表示對由換流控制部22確定的通電相進(jìn)行通電的相電流和各相的逆起電壓。圖12(a)的實線表示U相電流，虛線表示U相逆起電壓。同樣，圖12(b)的實線表示V相電流，虛線表示V相逆起電壓，(c)的實線表示W(wǎng)相電流，虛線表示W(wǎng)相逆起電壓。對相對圖12(a)、(b)、(c)的實線涂成影線的部分進(jìn)行PWM控制。另外，如圖12所示的區(qū)間I、II、III、IV、V及區(qū)間VI分別相當(dāng)于電角60度。
圖12(d)是將檢測區(qū)間I、II、III、IV、V及區(qū)間VI中的各通電相的通電狀態(tài)及在相對U相、V相、W相的各通電狀態(tài)而選擇的非通電相產(chǎn)生的逆起電壓時的零交叉檢測的邊緣方向表示為零交叉點檢測的表。與圖12(d)的零交叉點檢測相關(guān)，在區(qū)間I中，進(jìn)行控制以檢測由換流控制部22確定的非通電相的W相的零交叉點。因而在選擇電路32中，選擇電動機(jī)繞線的中性點端子線A1和W相端子線15，在由比較器構(gòu)成的逆起電壓檢測器34中，檢測W相的逆起電壓小于電動機(jī)繞線的中性點的電壓的零交叉點。在圖12(d)中將其表現(xiàn)為W↓。
另外，在區(qū)間II中，進(jìn)行控制以檢測由換流控制部22確定的非通電相的V相的零交叉點。因而在選擇電路32中，選擇電動機(jī)繞線的中性點端子線A1和V相端子線14，在由比較器構(gòu)成的逆起電壓檢測器34中，檢測V相的逆起電壓大于電動機(jī)繞線的中性點的電壓的零交叉點。在圖12(d)中將其表現(xiàn)為V↑。
同樣，在電角60度的各區(qū)間，接受由換流控制部22確定的非通電相，在區(qū)間III中檢測U相逆起電壓小于電動機(jī)繞線的中性點的電壓的零交叉點U↓，在區(qū)間IV中檢測W相逆起電壓大于電動機(jī)繞線的中性點的電壓的零交叉點W↑，在區(qū)間V中檢測V相逆起電壓小于電動機(jī)繞線的中性點的電壓的零交叉點V↓，在區(qū)間VI中檢測U相逆起電壓大于電動機(jī)繞線的中性點的電壓的零交叉點U↑。
由以上所述可以理解逆起電壓反饋方式中的檢測在相對U相、V相、W相的各通電狀態(tài)的非通電相產(chǎn)生的逆起電壓時的零交叉檢測的邊緣方向的概念。
2-2-4逆起電壓的零交叉的檢測定時采用圖13詳述逆起電壓的零交叉檢測。圖13(a)是說明檢測逆起電壓零交叉的定時的圖。圖13(b)及(c)分別表示剛從探索起動方式變化為逆起電壓反饋方式之后轉(zhuǎn)子位置位于定時t69及定時t70時的電流曲線。橫軸表示轉(zhuǎn)子位置或時間軸。
在圖13中，T61表示圖12所示的6種60度期間H1～H6中任一種。t62、t63及t64分別表示60度期間T61的中心位置、初始位置及最終位置。T65a及T65b表示逆起電壓零交叉檢測期間的進(jìn)相成分。T66a及T66b表示延長到產(chǎn)生逆起電壓零交叉的逆起電壓零交叉的檢測期間的延長區(qū)間。t67a及t67b表示逆起電壓零交叉檢測期間的開始定時。t68a及t68b表示逆起電壓零交叉檢測期間的結(jié)束定時。
在無傳感器驅(qū)動中，需要在各相設(shè)置用于檢測逆起電壓的零電流區(qū)間。設(shè)零電流區(qū)間內(nèi)的規(guī)定的期間為零交叉檢測期間。零交叉檢測期間在比考慮前一次的60度期間T而預(yù)測的下一次逆起電壓零交叉定時早規(guī)定期間T65a或T65b的定時t67a或t67b開始。
當(dāng)由此預(yù)測的周期長時，即預(yù)測的旋轉(zhuǎn)速度低時，相位一點點地前進(jìn)，慢慢地修正預(yù)測值。另外，當(dāng)預(yù)測的周期短時，即預(yù)測的旋轉(zhuǎn)速度高時，如上所述在規(guī)定的相繼續(xù)等待產(chǎn)生規(guī)定的逆起電壓零交叉，因此結(jié)果是相位延遲，正確的逆起電壓零交叉在定時t68a或t68b被檢測，修正預(yù)測定時。
通常即將切換為逆起電壓反饋方式之前的探索起動方式中的60度正旋轉(zhuǎn)換流期間中的起動旋轉(zhuǎn)脈沖的次數(shù)充分多，剛剛變化為逆起電壓反饋方式之后的轉(zhuǎn)子位置位于其60度期間中的初始階段例如定時t69。
此時的各相電流的電流曲線如圖13(b)所示。接受之前的轉(zhuǎn)子位置信息，U相電流84a比較陡峭地立起，V相電流83a比較陡峭地下降，W相電流85a以比較平緩的傾斜下降。然后V相電流83a開始以比較平緩的傾斜立起。在此的V相電流83a和W相電流85a等的平緩變化率用于構(gòu)成對降低電動機(jī)振動及噪聲有效的坡(slope)狀的電流。不久V相電流83a變?yōu)榱?，?jīng)過直至V相電流83a穩(wěn)定為零的短期間的零電流區(qū)間，馬上開始用于檢測V相展現(xiàn)的逆起電壓的從負(fù)向正的零交叉的零交叉檢測期間，在定時t62檢測零交叉的結(jié)果是，V相電流83a進(jìn)而在正方向上開始以比較平緩的傾斜立起。
如上所述能夠與向逆起電壓反饋方式轉(zhuǎn)移后產(chǎn)生的逆起電壓的零交叉相關(guān)，檢測在其60度期間的中間定時t62產(chǎn)生的逆起電壓零交叉。因而，也可以在約30度期間后的定時62附近，設(shè)定零交叉檢測期間。此時，由于繼續(xù)零交叉檢測期間直至檢測出零交叉，因此能夠正確地檢測零交叉定時。
另外，之前的探索起動方式中的60度期間中的起動旋轉(zhuǎn)脈沖的次數(shù)少，剛剛向逆起電壓反饋方式轉(zhuǎn)移之后的轉(zhuǎn)子位置位于該60度期間中的最終即定時t70時，電流曲線如圖13(c)所示。接受之前的轉(zhuǎn)子位置信息，U相電流84b比較陡峭地立起，V相電流83b比較陡峭地下降，W相電流85b以比較平緩的傾斜下降。然后，V相電流83b開始以比較平緩的傾斜立起。在此的V相電流83b和W相電流85b的平緩變化率用于構(gòu)成對降低電動機(jī)振動及噪聲有效的坡狀的電流。不久V相電流83b變?yōu)榱?，?jīng)過直至V相電流83b穩(wěn)定為零的短期間的零電流區(qū)間，馬上開始用于檢測V相展現(xiàn)的逆起電壓的從負(fù)向正的零交叉的零交叉檢測期間。此時，在定時t62已經(jīng)產(chǎn)生逆起電壓零交叉，乍一看，好像在下一個來到的60度期間的中間定時檢測零交叉為好。
但是，此時若探索起動方式的正旋轉(zhuǎn)換流的60度期間中的起動旋轉(zhuǎn)脈沖的次數(shù)充分多，則零交叉檢測期間繼續(xù)約90度期間的時間，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩降低的問題。因而，即使在剛剛轉(zhuǎn)移到逆起電壓反饋方式之后的轉(zhuǎn)子位置位于定時t70時，也等待該60度期間的逆起電壓零交叉為好。此時，由于在定時t62已經(jīng)產(chǎn)生了逆起電壓零交叉，因此進(jìn)而直至180度相當(dāng)期間后極性恒定。
因而，可根據(jù)該極性判斷為在逆起電壓零交叉檢測開始定時t67b已經(jīng)產(chǎn)生了逆起電壓零交叉，看作立即進(jìn)行了零交叉檢測，形成下一個60度的曲線。利用該方法來進(jìn)一步抑制轉(zhuǎn)矩降低。如已經(jīng)說明的內(nèi)容所述，能夠在T65b所示的期間一點點地縮短預(yù)測周期信息，同時不久后能夠檢測正確的零交叉定時。
2-2-5剛剛轉(zhuǎn)移到逆起電壓反饋方式之后的逆起電壓的測定結(jié)果在3相無電刷電動機(jī)中，對在剛剛從探索起動方式切換為逆起電壓反饋方式之后的非通電相產(chǎn)生的逆起電壓進(jìn)行測定。圖14、圖15表示其測定結(jié)果。
圖14(a)是在3相無電刷電動機(jī)B的電動機(jī)轉(zhuǎn)速50rpm時的從U相繞線向V相繞線的通電時，在作為非通電相的W相產(chǎn)生的逆起電壓的波形(Ve50)、和W相的感應(yīng)電壓的波形(Vi)的圖。還有，橫軸表示電角，縱軸表示電壓。3相無電刷電動機(jī)的發(fā)電常數(shù)是Ke＝0.74mV/rpm(rpm每一分鐘間的電動機(jī)轉(zhuǎn)速)。圖14(b)是表示圖14(a)所示的W相的感應(yīng)電壓(Vi)和電動機(jī)轉(zhuǎn)速50rpm時的W相的逆起電壓(Ve50)的合成電壓的波形的圖。
圖15(a)是在3相無電刷電動機(jī)的電動機(jī)轉(zhuǎn)速100rpm時的從U相繞線向V相繞線的通電時，在作為非通電相的W相產(chǎn)生的逆起電壓的波形(Ve100)、在電動機(jī)轉(zhuǎn)速200rpm時的從U相繞線向V相繞線的通電時，在作為非通電相的W相產(chǎn)生的逆起電壓(Ve200)的波形、和W相的感應(yīng)電壓的波形(Vi)的圖。圖15(b)是表示圖15(a)所示的W相的感應(yīng)電壓和電動機(jī)轉(zhuǎn)速100rpm時的W相的逆起電壓的合成電壓的波形(Vie100)、及W相的感應(yīng)電壓和電動機(jī)轉(zhuǎn)速200rpm時的W相的逆起電壓的合成電壓的波形(Vie200)的圖。
在剛剛從探索起動方式切換為逆起電壓反饋方式之后，在檢測從U相繞線向V相繞線的2相通電下的逆起電壓時，在非通電相的W相上，如圖14(b)、圖15(b)所示產(chǎn)生了逆起電壓和感應(yīng)電壓的合成電壓。另外，如圖15的說明所述，在從U相繞線相V相繞線的通電時的逆起電壓反饋方式中，W相電壓的零交叉的檢測成為檢測W相合成電壓的下降邊緣。
如圖14(b)所示，剛剛從探索起動方式切換為逆起電壓反饋方式之后，由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速低，因此W相產(chǎn)生的逆起電壓小，另外，2相通電的電流由于電動機(jī)起動而比較大。因而，W相的感應(yīng)電壓的影響變大。
因此，在圖14(b)中，在電動機(jī)轉(zhuǎn)速是50rpm時，W相感應(yīng)電壓和電動機(jī)繞線的中性點電壓的零交叉檢測的點在電角50度附近和270度附近的2個部位Z1、Z2產(chǎn)生。逆起電壓檢測期間的檢測所產(chǎn)生的50度附近的零交叉的檢測是正常位置下的檢測，沒有問題。但是，270度附近的零交叉的檢測是誤檢測位置下檢測，從而有可能產(chǎn)生電動機(jī)反轉(zhuǎn)等問題。
為了避免該問題，在剛剛從探索起動方式切換為逆起電壓反饋方式之后，較高地維持電動機(jī)轉(zhuǎn)速。由此在W相產(chǎn)生的逆起電壓變高，能夠相對2相通電下的W相的感應(yīng)電壓和W相的逆起電壓的波形的合成電壓，降低W相的感應(yīng)電壓的影響。
通過圖15(b)能夠容易地理解其原因。在該圖中，逆起電壓波形(Ve100、Ve200)和W相逆起電壓的合成電壓的零交叉只在電角50度附近(Z1)產(chǎn)生。即，在電角270度附近(Z2)，由于W相的逆起電壓因比圖14(b)的情況高的電動機(jī)轉(zhuǎn)速而變得更大，因此避免了270度附近的零交叉Z2。由此，能夠防止270度附近的零交叉Z2的誤檢測。
由以上情況可知，優(yōu)選在從探索起動方式切換為逆起電壓反饋方式時，在探索起動方式中將電動機(jī)轉(zhuǎn)速加速到規(guī)定轉(zhuǎn)速之后，切換為逆起電壓反饋方式。
另外，在通常的電動機(jī)中，分別在U相繞線、V相繞線、W相繞線產(chǎn)生的逆起電壓是分別具有120度的相位差的正弦波狀，3相電動機(jī)的中性點電壓成為分別在U相繞線、V相繞線、W相繞線產(chǎn)生的逆起電壓的合成電壓。即，通常公知的是，3個具有120度的相位差的正弦波的合成電壓即3相電動機(jī)的中性點電壓在理想的情況下成為零(不過除去3倍高次諧波成分等)。由以上內(nèi)容可知，電動機(jī)繞線的本征中性點CN1電壓和電阻電路17的假想中性點CN2的電壓的差電壓只包括不受逆起電壓影響的中性點差電壓的變動成分，因而，成為不受逆起電壓影響的正確的轉(zhuǎn)子位置信息。
即，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，探索起動方式交替地重復(fù)進(jìn)行檢測2相通電下的中性點差電壓的響應(yīng)信號的轉(zhuǎn)子位置探索過程、和在切換為逆起電壓反饋方式之前對轉(zhuǎn)子賦予適當(dāng)?shù)钠饎蛹铀俚钠饎有D(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程。在探索起動方式中，在2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索過程中，在作為檢測轉(zhuǎn)子位置信號的點的電動機(jī)繞線的本征中性點CN1的電壓和電阻電路17的假想中性點CN2的電壓的差電壓的響應(yīng)信號中，只檢測不受逆起電壓影響的中性點差電壓的變動成分。因而，能夠通過探索起動方式的起動加速來檢測正確的轉(zhuǎn)子位置信息，從而能夠迅速且可靠地實現(xiàn)所希望的起動加速。
另外，在剛剛從探索起動方式切換為逆起電壓方式之后，在為了檢測逆起電壓的非通電相中產(chǎn)生了感應(yīng)電壓和逆起電壓的合成電壓，但是若電動機(jī)起動時的初始加速時的轉(zhuǎn)速不充分，則如圖14所示在特定的3相無電刷電動機(jī)中，有可能產(chǎn)生因轉(zhuǎn)子位置的誤檢測而導(dǎo)致的反轉(zhuǎn)等問題。但是，根據(jù)本實施方式，作為電動機(jī)位置的檢測信號采用本征中性點CN1的電壓和假想中性點CN2的電壓的差電壓。由于該中性點差電壓信號只包括不受逆起電壓影響的中性點差電壓的變動成分，因此能夠檢測正確的轉(zhuǎn)子位置信息。另外，在探索起動方式中對轉(zhuǎn)子賦予充分的起動加速直至規(guī)定的電動機(jī)轉(zhuǎn)速以上，并提高所檢測的中性點差電壓所包括的感應(yīng)電壓成分，由此，在剛剛從探索起動方式向逆起電壓反饋方式的切換之后，能夠防止轉(zhuǎn)子位置的誤檢測，從而能夠?qū)崿F(xiàn)迅速且可靠的起動。
2-2-63相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索圖15是表示在3相無電刷電動機(jī)中施加2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索而產(chǎn)生的中性點差電壓的圖。圖16是表示在3相無電刷電動機(jī)中施加3相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索而產(chǎn)生的中性點差電壓的圖。圖16(a)是表示中性點差電壓的響應(yīng)電壓的測定結(jié)果的特性圖，所述中性點差電壓是施加從U相繞線向V相及W相繞線的轉(zhuǎn)子探索脈沖時的本征中性點CN1的電壓和假想中性點CN2的電壓的差電壓。圖16(b)是表示施加從V相及W相繞線向U相繞線的轉(zhuǎn)子探索脈沖時的中性點差電壓的響應(yīng)電壓的測定結(jié)果的特性圖。
討論圖5所示的2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索和圖16所示的3相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索的不同。
在圖5(a)和圖16(a)、(b)中，為了對主峰Pm和主底Bm進(jìn)行極性判定，而相對主峰Pm設(shè)置規(guī)定的正的閾值，進(jìn)行正的極性判定，相對主底設(shè)置規(guī)定的負(fù)的閾值，進(jìn)行負(fù)的極性判定。
2相通電下的轉(zhuǎn)子探索脈沖所產(chǎn)生的可檢測轉(zhuǎn)子位置的區(qū)域能夠在1次轉(zhuǎn)子探索脈沖中以正負(fù)的兩極性檢測中性點差電壓的變動，因此，就轉(zhuǎn)子位置信息本質(zhì)上所具有的可檢測轉(zhuǎn)子位置的區(qū)域的信息量而言，2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索時多。
由以上內(nèi)容可知，可在無轉(zhuǎn)子位置傳感器電動機(jī)的起動時，根據(jù)加法運算合成后的中性點差電壓進(jìn)行極性判定，以規(guī)定數(shù)的極性判定結(jié)果為基礎(chǔ)對應(yīng)于參照數(shù)據(jù)，賦予探索起動方式的起動轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行起動加速，從而切換為逆起電壓反饋方式。因此，通過可檢測轉(zhuǎn)子位置的區(qū)域的信息量變多能夠降低電動機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息的止點所導(dǎo)致的再起動的概率，通過加法運算合成能夠修正轉(zhuǎn)子位置信息的偏差，因此，能夠降低探索起動方式時的再起動的概率，能夠通過賦予最優(yōu)的起動轉(zhuǎn)矩來進(jìn)行起動加速，由此，能夠可靠且迅速地進(jìn)行無轉(zhuǎn)子位置傳感器電動機(jī)的起動。
實施方式2在實施方式1中，參照圖8說明了起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相的設(shè)定方法，不過在本實施方式中，說明起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相的設(shè)定方法的另一例。
圖17(a)表示另一例。在圖17(a)的例中，用運算電路處理E1、E2及E3的極性判定。具體地，將E1、E2及E3的極性進(jìn)行2值化。對2值化后的E1、E2、E3的極性值分別進(jìn)行加權(quán)并積算，基于積算值來設(shè)定起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相。
在圖17(a)的例中，當(dāng)E1、E2及E3的各極性是正時，設(shè)極性值為1，是負(fù)時，設(shè)極性值是0。相對E1、E2及E3的各極性值的權(quán)重分別是1、2、4。用于進(jìn)行極性判定的積算值是4、5、1、2、3、6。在極性判定時，算出E1、E2及E3的極性值的積算值，該積算值成為圖17(a)所示的值時，對應(yīng)于積算值的值，將起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相設(shè)定為UW、VW、VU、WU、WV或UV。
通過以上內(nèi)容可以理解，與E1、E2及E3的極性判定下的起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相的設(shè)定相關(guān)，可進(jìn)行圖8(b)、圖17(a)、圖17(b)中任一種處理?？梢岳斫?，E1、E2及E3的極性判定下的起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相的設(shè)定，在圖8(b)中用邏輯電路進(jìn)行處理，在圖17(a)、圖17(b)中用運算電路進(jìn)行處理。
還有，就起動旋轉(zhuǎn)脈沖開始的通電相的設(shè)定而言，與用運算電路進(jìn)行處理相比，用邏輯電路進(jìn)行處理時，電路規(guī)模處于變得比較小的傾向，從而容易適用于以電動機(jī)追求自律的控制性的情況或廉價的電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的情況。
實施方式3說明轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的優(yōu)選方式。圖18表示施加2相通電(從U相繞線V相繞線)下的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖時，作為本征中性點CN1和假想中性點CN2的差電壓的中性點差電壓的響應(yīng)信號相對轉(zhuǎn)子位置的特性。圖18表示轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的電流電平分別不同的2個例的特性。
在圖18中，用實線X表示轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流比較大時的中性點差電壓的變動。在圖18中，用虛線Y表示轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流比較小時的中性點差電壓的變動。
從圖18可知，較高地設(shè)定了轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流時(實線X)的副峰Ps及副底Bs小于較低地設(shè)定了轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流時(虛線Y)的副峰Ps及副底Bs。
因而，在所述轉(zhuǎn)子位置檢測中將轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流值控制為更小，由此能夠減少電動機(jī)繞線的兩端展現(xiàn)的響應(yīng)電壓信號的副峰及副底的大小，從而更有助于抽出能夠更正確地判定轉(zhuǎn)子位置的取樣數(shù)據(jù)。
說明用于檢測轉(zhuǎn)子位置的取樣脈沖。轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的施加基本上如下進(jìn)行使所選擇的高電位側(cè)驅(qū)動晶體管和低電位側(cè)驅(qū)動晶體管開通，由此對繞線端子間以規(guī)定時間幅度施加規(guī)定電壓。探索指令信號生成器25設(shè)定轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的電流峰值。
在起動方式中換流控制部22，對應(yīng)于經(jīng)由PWM控制部21的脈沖產(chǎn)生器20所產(chǎn)生的脈沖對用于施加轉(zhuǎn)子位置探索脈沖而選擇的驅(qū)動晶體管進(jìn)行PWM開通，并對應(yīng)于經(jīng)由PWM控制部21的比較部23所產(chǎn)生的輸出對其進(jìn)行PWM關(guān)閉。
圖19(a)、(b)及(c)分別表示轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流、在轉(zhuǎn)子位置檢測電路50內(nèi)部生成的取樣脈沖及比較部23的輸出信號。轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流由電流檢測電阻28檢測(參照圖19(a))，其經(jīng)由電流檢測放大器27輸入比較部23中。比較部23將經(jīng)由電流檢測放大器27輸入的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流的檢測信號與由探索指令信號生成器25設(shè)定的規(guī)定值Ith比較，當(dāng)在轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流的立起中檢測信號的峰值達(dá)到了規(guī)定值Ith時，在該定時輸出圖19(c)所示的關(guān)閉信號。PWM控制部21接受該關(guān)閉信號，將用于進(jìn)行PWM關(guān)閉的控制信號向換流控制部22輸出。在轉(zhuǎn)子位置檢測電路50中，與轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流的檢測信號的峰值達(dá)到規(guī)定值Ith的定時大致同步地生成圖19(b)所示的取樣脈沖。
即，在轉(zhuǎn)子位置檢測電路50的取樣脈沖的定時中，轉(zhuǎn)子位置檢測電路50取入了取樣數(shù)據(jù)之后，轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流被PWM關(guān)閉。
當(dāng)轉(zhuǎn)子位于圖18所示的0度附近時，為了不使中性點差電壓檢測器40伴隨轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流的增加而誤檢測副峰Ps，而在與中性點差電壓檢測器40的輸出穩(wěn)定的電流區(qū)域相當(dāng)?shù)亩〞r，產(chǎn)生取樣脈沖。轉(zhuǎn)子位置檢測電路50在取樣脈沖的定時對中性點差電壓檢測器40的輸出進(jìn)行取樣并存儲，由此防止誤轉(zhuǎn)子位置判定。
還有，在圖19(a)～(c)中，說明了在轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流的立起時與到達(dá)了規(guī)定值Ith的定時同步地生成的取樣脈沖，但是如圖19(d)、(e)所示，也可以在轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流的下降時與達(dá)到了規(guī)定值Ith的定時同步地生成取樣脈沖。
參照圖20，說明起動旋轉(zhuǎn)脈沖的賦予方法。在所述的說明中轉(zhuǎn)子位置探索脈沖及起動旋轉(zhuǎn)脈沖分別如圖20(a)所示由1個脈沖構(gòu)成。但是，當(dāng)由1個脈沖構(gòu)成了起動旋轉(zhuǎn)脈沖時，有時賦予起動旋轉(zhuǎn)脈沖的時間變長從而產(chǎn)生過大的電流上升，因此在可靠性上存在問題。
因此，如圖20(b)所示，可以由多個脈沖構(gòu)成起動旋轉(zhuǎn)脈沖。此時，比較來自起動指令信號生成器26的指令值和來自電流檢測放大器27的電流檢測值，當(dāng)電流檢測值達(dá)到了來自起動指令信號生成器26的指令值時，進(jìn)行PWM關(guān)閉，經(jīng)過規(guī)定時間后再次進(jìn)行PWM開通。由此，能夠保持大致恒定的電流電平，從而能夠維持可靠性。
另外，探索指令信號生成器25設(shè)定轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的電流峰值。轉(zhuǎn)子位置探索脈沖也如圖20(b)所示可通過對電流值進(jìn)行PWM控制而由多個脈沖構(gòu)成。具體地，比較來自探索指令信號生成器25的指令值和來自電流檢測放大器27的電流檢測值，當(dāng)電流檢測值達(dá)到了來自探索指令信號生成器25的指令值時，進(jìn)行PWM關(guān)閉，經(jīng)過規(guī)定時間后再次進(jìn)行PWM開通。由此，具有防止轉(zhuǎn)子位置的誤檢測的效果。
圖21是說明由多個脈沖構(gòu)成了起動旋轉(zhuǎn)脈沖時的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖和起動旋轉(zhuǎn)脈沖施加的圖。圖21(a)、(b)、(c)分別表示U相繞線電流、V相繞線電流及W相繞線電流。圖21(d)表示E1、E2及E3的極性判定的輸出結(jié)果，圖21(e)表示轉(zhuǎn)子位置判定結(jié)果。除了起動脈沖由多個脈沖構(gòu)成這一點以外，與圖11的例相同。
根據(jù)本實施方式的起動旋轉(zhuǎn)脈沖及轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，由于不有助于轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的次數(shù)減少，可進(jìn)行由PWM驅(qū)動來控制起動旋轉(zhuǎn)脈沖的施加，因此連續(xù)施加的起動旋轉(zhuǎn)脈沖的施加時間增加，從而能夠提高起動時的加速度。
在以上的說明中，基本討論了電流的大小處于增大傾向時的響應(yīng)信號，不過以下說明即使在電流的大小處于減少傾向時也可以進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測的情況。
圖22是表示從U相繞線向V相繞線施加轉(zhuǎn)子探索脈沖時的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的電流減少時和電流增加時的各自的情況下的中性點差電壓的變動的圖。在該圖中，實線F表示在從U相向V相的方向上流動的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流處于增加傾向時的、中性點差電壓的響應(yīng)信號的變動。虛線E表示在從U相向V相的方向上流動的轉(zhuǎn)子位置探索施加電流處于減少傾向時的、中性點差電壓的響應(yīng)信號的變動。
這些響應(yīng)信號作為電感和電流變化的積而被檢測，因此轉(zhuǎn)子位于相同位置時展現(xiàn)的電流增加時的中性點差電壓的響應(yīng)信號和電流減少時的響應(yīng)信號成為相反極性。
因而，例如在圖20(b)中當(dāng)轉(zhuǎn)子位置探索脈沖電流的開通后被關(guān)閉時，能夠在關(guān)閉的前后檢測極性相反的響應(yīng)信號，因此能夠?qū)⑵淅糜谵D(zhuǎn)子位置探索，這是很明了的。
即，在圖8的說明中，說明了為了檢測轉(zhuǎn)子從240度移動到300度附近，而檢測正向即從V相向W相方向通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的情況、和反向即從W相向V相方向通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的情況的中性點差電壓的加法運算合成電壓即E2的極性判定的結(jié)果從負(fù)向正轉(zhuǎn)移的情況。但是，在關(guān)閉期間，由于檢測正向即從V相向W相方向通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的情況、和反向即從W相向V相方向通以轉(zhuǎn)子位置探索脈沖的情況的中性點差電壓的加法運算合成電壓即E2的極性判定的結(jié)果從正向負(fù)轉(zhuǎn)移的情況，因此也可以對其加以利用。
實施方式4圖23表示電動機(jī)驅(qū)動裝置的動作流程的另一例。在圖23的例中，在重試方式中施加突跳脈沖，使電動機(jī)位置變位。另外，在利用重試方式無法進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測時，轉(zhuǎn)移到以同步運轉(zhuǎn)使電動機(jī)起動的同步起動方式。另外，將電動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度在規(guī)定值以上作為從探索起動方式向逆起電壓反饋方式切換的切換條件。
在圖23中，當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度不足規(guī)定值時，如上所述依次對電動機(jī)繞線的各相對通電，求出加法運算中性點差電壓E1、E2、E3，判定其極性(S52～57)?；跇O性判定結(jié)果來判定轉(zhuǎn)子位置(S58)。
當(dāng)能夠判定轉(zhuǎn)子位置時，施加以該判定的轉(zhuǎn)子位置為基礎(chǔ)的起動旋轉(zhuǎn)脈沖(S63)。然后，判定電動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度是否達(dá)到了規(guī)定值以上(S51)，當(dāng)達(dá)到了規(guī)定值以上時，將比較器的閾值的絕對值設(shè)定為適合于逆起電壓反饋方式的運轉(zhuǎn)的規(guī)定值(S61)，轉(zhuǎn)移到逆起電壓反饋方式(S62)。
另一方面，在無法判定轉(zhuǎn)子位置時，進(jìn)入重試方式。在重試方式中，為了使轉(zhuǎn)子位置移動，而施加規(guī)定次數(shù)的突跳脈沖(S59)，然后，再次進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索過程。對重試方式的試行此時進(jìn)行計數(shù)，在達(dá)到了規(guī)定次數(shù)時(S60)，中止轉(zhuǎn)子位置探索脈沖施加所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置檢測，切換為使定子產(chǎn)生規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)磁場而進(jìn)行電動機(jī)起動的同步起動方式(S64)。在該同步起動方式中，起動速度變慢，但是即使轉(zhuǎn)子位置不明也能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的起動。
還有，突跳脈沖包括多個脈沖，該多個脈沖中至少一個必須能夠施加規(guī)定值以上的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。例如，可以施加相互90度相位不同的2種脈沖。由此，在使最大轉(zhuǎn)矩為1時至少能夠施加0.71的轉(zhuǎn)矩。或者，也可以施加相互60度或120度相位不同的3種脈沖。此時，至少能夠施加0.87的轉(zhuǎn)矩?；蛘?，也可以施加相互60度或120度相位不同的2種脈沖。此時，至少能夠施加0.50的轉(zhuǎn)矩。相互60度或120度相位不同的脈沖的組可通過對電動機(jī)的3個相繞線端子中任意選擇的2個端子間施加電流脈沖來實現(xiàn)。90度相位不同的脈沖的組可通過對第1次對3個相繞線端子中任意選擇的2個端子間施加電流脈沖，并且第2次對捆扎了這2個相繞線端子后而得的端子和剩余的1個相繞線端子之間施加電流脈沖來實現(xiàn)。
實施方式5對利用了在所述實施方式中說明的電動機(jī)驅(qū)動裝置的盤驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行說明。在圖24中，作為盤驅(qū)動系統(tǒng)的一例表示光盤驅(qū)動系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)。圖24所示的光盤驅(qū)動系統(tǒng)100中，電動機(jī)驅(qū)動電路103與所述各實施方式的電動機(jī)驅(qū)動裝置相當(dāng)。
光敏感元件(pick-up)105向CD(Compact Disk)、DVD(Digital VersatileDisk)等光盤200照射光束，利用其反射光將光盤200上的信息作為再生信號向再生信號處理電路101輸出。再生信號處理電路101對所輸入的再生信號進(jìn)行振幅修正。再生信號解調(diào)電路102對振幅修正后的再生信號進(jìn)行解調(diào)，再生光盤200所記錄的信息。
伺服電路115經(jīng)由電動機(jī)驅(qū)動電路103來控制電動機(jī)104的旋轉(zhuǎn)，使得光盤200以微型電子計算機(jī)120指定的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。再生信號處理電路101生成光束焦點的聚焦(focus)方向的誤差信號即聚焦誤差信號和光束焦點的跟蹤(tracking)方向的誤差信號即跟蹤誤差信號。
伺服電路115基于由再生信號處理電路101作成的聚焦誤差信號，以光束焦點與光盤200的記錄面一致的方式，經(jīng)由聚焦驅(qū)動電路113來控制聚焦促動器111，在聚焦方向上控制光束焦點。另外，伺服電路115基于聚焦伺服跟蹤誤差信號，以光束焦點追隨光盤上的記錄徑跡(track)的方式，進(jìn)行所謂的跟蹤伺服，即，經(jīng)由跟蹤驅(qū)動電路109和跟蹤促動器107在跟蹤方向上控制光束焦點。
以上，說明了本發(fā)明的幾個實施方式。根據(jù)所述的實施方式，在電動機(jī)起動時的方式即探索起動方式中，基于電動機(jī)繞線的中性點(本征中性點)和與電動機(jī)繞線并列設(shè)置的電阻電路的中性點(假想中性點)的差電壓即中性點差電壓，進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置判定，在初始起動中賦予適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)速度(起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)。由于中性點差電壓不包括逆起電壓的影響，因此通過如此設(shè)置中性點差電壓，能夠在不受逆起電壓影響的情況下檢測轉(zhuǎn)子位置信息，從而能夠可靠地進(jìn)行電動機(jī)的初始起動。另外，在探索起動方式中，通過賦予充分的加速，可向其后的逆起電壓反饋方式平滑地切換，從而能夠可靠且迅速地進(jìn)行無轉(zhuǎn)子位置傳感器電動機(jī)的起動。
另外，在起動時，即使轉(zhuǎn)子位于無法進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置判定的止點時，通過賦予使轉(zhuǎn)子位置變位的突跳脈沖，也能夠消除止點，從而能夠可靠地進(jìn)行電動機(jī)起動。
另外，也可以檢測為了轉(zhuǎn)子位置探索而賦予的探索信號處于規(guī)定范圍內(nèi)時的中性點差電壓的響應(yīng)信號，由此能夠進(jìn)行中性點差電壓的響應(yīng)信號的質(zhì)量良好且正確的轉(zhuǎn)子位置判定。另外，中性點差電壓檢測器也可以具備具有電平移動功能的差電壓檢測機(jī)構(gòu)，由此，能夠在不依存確定電動機(jī)驅(qū)動部的驅(qū)動振幅的電源電壓的情況下控制向AD變換部的輸入電壓范圍，另外，能夠削減AD變換部的精度和功能。
根據(jù)以上優(yōu)點，本發(fā)明能夠適用于以電動機(jī)追求自律的控制性的情況或廉價的電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的情況。
進(jìn)而，在探索起動方式中，在第2次以后的轉(zhuǎn)子位置探索過程中，也可以只相對比第1次選擇的通電相的組合數(shù)少的數(shù)的通電相的組合，賦予轉(zhuǎn)子位置探索脈沖，由此，能夠縮短直至向逆起電壓反饋方式的轉(zhuǎn)移的起動期間，提高起動速度。
2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信息與3相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信息相比，可檢測轉(zhuǎn)子位置的區(qū)域的信息量多。因而，通過進(jìn)行2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索，能夠比3相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索的情況降低轉(zhuǎn)子位置信息的止點所導(dǎo)致的電動機(jī)的再起動的產(chǎn)生。進(jìn)而能夠通過對通電方向不同的2個中性點差電壓進(jìn)行加法運算來修正2相通電下的轉(zhuǎn)子位置探索脈沖所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置信息的偏差。由此，能夠降低探索起動方式的再起動的產(chǎn)生，能夠通過最優(yōu)的起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予來進(jìn)行起動加速，因而，能夠可靠且迅速地進(jìn)行無轉(zhuǎn)子位置傳感器電動機(jī)的起動。
本發(fā)明說明了特定的實施方式，但是對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說當(dāng)然也可以進(jìn)行其他多種變形、修正、利用。因此，本發(fā)明并不限定于在此的特定的公開，本發(fā)明只其由權(quán)利要求限定。
(工業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的電動機(jī)驅(qū)動裝置及電動機(jī)驅(qū)動方法可正確地判定轉(zhuǎn)子位置，由此可實現(xiàn)穩(wěn)定且高速的起動速度，有助于系統(tǒng)的高速起動。另外，也能夠提高耐起動時的負(fù)載變動的起動速度。這些控制能以低成本容易地實現(xiàn)，從而對廉價穩(wěn)定且高性能的無傳感器電動機(jī)驅(qū)動裝置是極其有用的。
權(quán)利要求
1.一種電動機(jī)驅(qū)動裝置，其包括轉(zhuǎn)子和具有多相電動機(jī)繞線的定子，其特征在于，具備假想中性點機(jī)構(gòu)，其具有假想中性點，且在該假想中性點上賦予將電動機(jī)端子電壓平均化后的電壓；變換器，其由多個開關(guān)元件構(gòu)成；逆起電壓檢測機(jī)構(gòu)，其檢測電動機(jī)的逆起電壓；中性點差電壓檢測機(jī)構(gòu)，其檢測所述假想中性點和作為所述電動機(jī)繞線的共用連接點的本征中性點之間的差電壓即中性點差電壓；轉(zhuǎn)子位置檢測機(jī)構(gòu)，其基于所述中性點差電壓檢測所述轉(zhuǎn)子的位置；控制機(jī)構(gòu)，其控制所述變換器的換流，所述控制機(jī)構(gòu)作為動作方式具有探索起動方式，其基于所述轉(zhuǎn)子位置檢測機(jī)構(gòu)的檢測結(jié)果確定電動機(jī)起動時的通電相，相對該確定后的通電相進(jìn)行起動通電；逆起電壓反饋方式，其基于由所述逆起電壓檢測機(jī)構(gòu)檢測出的逆起電壓控制換流，在所述探索起動方式中，交替地進(jìn)行如下的過程轉(zhuǎn)子位置探索過程，其在至少一對通電相的正向及反向上施加用于檢測轉(zhuǎn)子位置的探索脈沖，檢測所述中性點差電壓，對在正向及反向上得到的中性點差電壓進(jìn)行加法運算，并基于所述加法運算后的中性點差電壓的極性判定轉(zhuǎn)子位置；起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程，其基于在所述轉(zhuǎn)子位置探索過程中判定的轉(zhuǎn)子位置，對轉(zhuǎn)子賦予起動旋轉(zhuǎn)脈沖，所述起動旋轉(zhuǎn)脈沖賦予規(guī)定的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
2.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)，在最初的轉(zhuǎn)子位置探索過程中，對所有通電模式進(jìn)行中性點差電壓的檢測，判定其檢測出的中性點差電壓的極性，并基于其極性判定結(jié)果判定轉(zhuǎn)子位置，在第2次以后的轉(zhuǎn)子位置探索過程中，只對基于由前一次的轉(zhuǎn)子位置探索過程得到的極性判定結(jié)果而確定的通電相對，施加探索脈沖，檢測中性點差電壓，并基于其檢測出的中性點差電壓判定轉(zhuǎn)子位置。
3.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)還具備重試方式，所述重試方式在所述轉(zhuǎn)子位置探索過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置的判定失敗時，變更設(shè)定參數(shù)，并在該變更后，再次進(jìn)行基于所述轉(zhuǎn)子位置探索過程的轉(zhuǎn)子位置判定。
4.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)還具備重試方式，所述重試方式在所述轉(zhuǎn)子位置探索過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置的判定失敗時，對所述電動機(jī)繞線施加突跳脈沖，然后，再次進(jìn)行基于所述轉(zhuǎn)子位置探索過程的轉(zhuǎn)子位置的檢測。
5.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子位置檢測機(jī)構(gòu)具備如下方式，即，將所述加法運算后的中性點差電壓的極性變換為邏輯值，用該邏輯值進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置判定。
6.如權(quán)利要求5所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子位置檢測機(jī)構(gòu)具備如下方式，即，相對所述邏輯值對每個通電相的組合進(jìn)行加權(quán)，對加權(quán)后的通電相的邏輯值進(jìn)行積算，并采用其積算值進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置的判定。
7.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，還具有控制所述探索脈沖的電流峰值的指令機(jī)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，還具有控制所述起動旋轉(zhuǎn)脈沖的電流峰值的指令機(jī)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)在探索起動方式中當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速超過了規(guī)定值時切換為所述逆起電壓反饋方式。
10.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，中性點差電壓檢測機(jī)構(gòu)具備差動放大電路。
11.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，所述假想中性點機(jī)構(gòu)包括相對所述電動機(jī)繞線并聯(lián)的多個共用連接的電阻，并以所述電阻的共用連接點為所述假想中性點。
12.一種電動機(jī)驅(qū)動方法，其是驅(qū)動包括轉(zhuǎn)子和具有多相電動機(jī)繞線的定子的電動機(jī)的方法，其特征在于，具有執(zhí)行探索起動方式的步驟，其施加探索脈沖，基于其響應(yīng)信號確定通電相，并相對所確定后的通電相進(jìn)行起動通電；執(zhí)行逆起電壓反饋方式的步驟，其檢測電動機(jī)產(chǎn)生的逆起電壓，并基于所述檢測出的逆起電壓控制換流，所述探索起動方式交替地進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索過程和起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程，所述轉(zhuǎn)子位置探索過程在至少一對通電相的正向及反向上施加用于檢測轉(zhuǎn)子位置的探索脈沖，分別在正向及反向上檢測作為將所述電動機(jī)端子電壓平均化后的電壓的假想中性點電壓、和作為所述電動機(jī)繞線的共用連接點的本征中性點的電壓之間的差電壓即中性點差電壓，對分別在正向及反向上得到的中性點差電壓進(jìn)行加法運算，并基于所述加法運算后的中性點差電壓的極性判定轉(zhuǎn)子位置，所述起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程基于在所述轉(zhuǎn)子位置探索過程中判定的轉(zhuǎn)子位置，對轉(zhuǎn)子賦予起動旋轉(zhuǎn)脈沖，所述起動旋轉(zhuǎn)脈沖賦予規(guī)定的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
13.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，在所述探索起動方式中，將所述加法運算后的中性點差電壓與規(guī)定的閾值比較，由此進(jìn)行中性點差電壓的極性判定。
14.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，只在最初的轉(zhuǎn)子位置探索過程中，相對最大3對通電相施加探索脈沖，進(jìn)行中性點差電壓的檢測。
15.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，在第2次以后的轉(zhuǎn)子位置探索過程中的轉(zhuǎn)子位置極性檢測中，對基于由前一次的轉(zhuǎn)子位置探索過程得到的中性點差電壓的極性而確定的1對通電相，施加探索脈沖，求出所述中性點差電壓，并基于該求出后的中性點差電壓判定轉(zhuǎn)子的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，在無法識別轉(zhuǎn)子的狀態(tài)轉(zhuǎn)變的情況下，相對在前一次的轉(zhuǎn)子位置探索過程中能夠檢測轉(zhuǎn)子的狀態(tài)轉(zhuǎn)變時使用的1對通電相施加下一次轉(zhuǎn)子位置探索過程中的探索脈沖。
16.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，在第2次以后的探索脈沖施加過程中，對基于由前一次的轉(zhuǎn)子位置探索過程得到的中性點差電壓的極性而確定的1對通電相，施加探索脈沖，求出所述中性點差電壓，并基于該求出的中性點差電壓判定轉(zhuǎn)子的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，在可識別轉(zhuǎn)子的狀態(tài)轉(zhuǎn)變的情況下，相對可確認(rèn)向下一個轉(zhuǎn)子位置的狀態(tài)轉(zhuǎn)變的1對通電相施加下一次轉(zhuǎn)子位置探索過程中的探索脈沖。
17.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，在轉(zhuǎn)子位置探索過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子位置的檢測失敗時，為了使轉(zhuǎn)子位置變化而施加突跳脈沖，然后再次重復(fù)進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索過程。
18.如權(quán)利要求17所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，所述突跳脈沖由相位以規(guī)定角度互不相同的2或3個脈沖構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求18所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，所述規(guī)定角度是大約90度、大約60度或大約120度。
20.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，所述起動旋轉(zhuǎn)脈沖由將電流峰值控制為規(guī)定值的多個脈沖構(gòu)成。
21.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，所述探索脈沖由將電流峰值控制為規(guī)定值的多個脈沖構(gòu)成。
22.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，在探索起動方式中，當(dāng)檢測出規(guī)定次數(shù)的轉(zhuǎn)子的狀態(tài)轉(zhuǎn)變時，切換為所述逆起電壓反饋方式。
23.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，在探索起動方式中，當(dāng)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到了規(guī)定值時，切換為所述逆起電壓反饋方式。
24.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，基于零交叉定時進(jìn)行逆起電壓反饋方式轉(zhuǎn)移后的最初的逆起電壓的檢測，所述零交叉定時基于其之前的探索起動方式的換流期間預(yù)測。
25.如權(quán)利要求12所述的電動機(jī)驅(qū)動方法，其特征在于，基于所述探索脈沖的電流達(dá)到了規(guī)定值的時點的中性點差電壓，進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置的判定。
26.一種盤驅(qū)動系統(tǒng)，其具備使盤旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)；驅(qū)動所述電動機(jī)的如權(quán)利要求1至11中任一項所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置。
全文摘要
一種電動機(jī)驅(qū)動裝置、電動機(jī)驅(qū)動方法及盤驅(qū)動裝置，該電動機(jī)驅(qū)動裝置能夠進(jìn)行可靠的電動機(jī)起動，其具備中性點差電壓檢測器，其檢測與電動機(jī)繞線并聯(lián)的電阻電路的假想中性點和電動機(jī)繞線的中性點之間的差電壓；轉(zhuǎn)子位置檢測電路，其基于中性點的差電壓檢測轉(zhuǎn)子位置；控制部，其控制變換器電路的換流。電動機(jī)驅(qū)動裝置具有探索轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行起動通電的探索起動方式；基于電動機(jī)的逆起電壓進(jìn)行換流控制的逆起電壓反饋方式。在探索起動方式中交替地進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置探索過程，其基于向通電相對在正向及反向上施加探索脈沖并檢測出的中性點差電壓，判定轉(zhuǎn)子位置；起動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩賦予過程，其基于判定后的轉(zhuǎn)子位置，對轉(zhuǎn)子賦予起動旋轉(zhuǎn)脈沖，所述起動旋轉(zhuǎn)脈沖賦予旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
文檔編號H02P6/18GK101051807SQ200710084239
公開日2007年10月10日 申請日期2007年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者深水新吾, 山本泰永, 黑島伸一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社