專利名稱：無電刷電動機驅動方法及無電刷電動機驅動控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及無電刷電動機驅動方法及無電刷電動機驅動控制裝置，尤其是涉及適合采用無刷電動機的液壓動力轉向裝置的無刷電動機驅動方法及無刷電動機驅動控制裝置。
背景技術：
采用無刷電動機的液壓動力轉向裝置是一種利用無刷電動機驅動液壓泵，再根據與車速或轉向角速度等車輛行駛條件相對應的液壓獲得所要的助動力的電動泵式的裝置。
這種液壓動力轉向裝置，預先在存儲器中存儲車速或轉向角速度和電動機目標轉速間的關系。而且利用電動機旋轉位置檢測傳感器檢測電動機的轉速，求得檢測出的實際轉速與存儲器的目標轉速之差，控制電動機的轉速使差值始終小于規定值，得到所需的助動力(參照例如專利文獻1特開平10-70894號公報(段落0003及圖6))。
另外，在專利文獻2(參照專利文獻2特開平3-337067號公報(段落0009))中還記載著以無刷電動機的轉速及電流為依據，對電動機驅動電路的通電相位角進行控制的情況。

發明內容
但是，在上述專利文獻1的已有技術中，無刷電動機驅動電路的PWM驅動定時(通電相位角)是固定的，所以在以固定轉速轉動的電動機中雖然沒有問題，但是對于要變速的電動機則存在效率降低，消耗電流壇加等問題。
另外，在上述專利文獻2的已有技術中，記載著電動機驅動電路的通電相位角根據電動機的轉速及電流進行控制，雖然能確認在各種轉速的穩定運行的狀態下的效果(提高效率、消耗電流降低)，但為了能在更寬的范圍對轉速進行控制，還要進一步提高響應特性。
本發明是為解決上述現有裝置的問題而作出的，其目的在于提供一種能使無刷電動機在較寬的轉速范圍內提高效率，降低電流消耗，同時對于電動機轉速變化也能確保響應特性的無刷電動機驅動方法及驅動控制裝置。
本發明的又一目的在于，提供一種對采用電動泵驅動用無刷電動機的液壓動力轉向裝置適用的無刷電動機驅動方法及驅動控制裝置。
解決存在問題的手段是(1)本申請涉及的無刷電動機驅動方法，是根據目標電動機的轉速和實際轉速之偏算出相應的控制參數，再根據該控制參數，利用進行PWM驅動的驅動電路控制無刷電動機的轉速，同時根據檢測所述無刷電動機旋轉位置的旋轉位置檢測傳感器的旋轉位置信號，控制上述驅動電路的通電相位角，在這樣的無刷電動機驅動方法中，根據上述控制參數計算操作量，以這一操作量為依據，根據預先生成的上述操作量和提前角量的對應關系圖計算提前角，以這一計算出的提前角信息修正根據上述旋轉位置信號設定的上述驅動電路的通電相位角。
(2)又，本發明的上述(1)的無刷電動機驅動方法中，上述操作量利用上述控制參數中進行比例控制的比例項、進行積分控制的積分項、以及進行微分控制的微分項中至少一項進行計算，依據這一操作量，利用預先生成的操作量和提前角量間的對應關系圖計算提前角量。
(3)本發明的無刷電動機驅動控制裝置是具有如下所述結果的裝置，即根據電動機目標轉速和實際轉速之差，利用轉速控制手段算出控制參數，根據該控制參數通過PWM控制手段控制驅動電路，在控制無刷電動機的轉速的同時，根據檢測上述無刷電動機的旋轉位置的旋轉位置檢測傳感器的旋轉位置信號，控制上述驅動電路的通電相位角，在這樣構成的無刷電動機驅動控制裝置中，還具備根據利用上述轉速控制手段算出的控制參數計算提前角量，同時將這一算出的提前角信息提供給上述PWM控制手段的相位控制手段，上述PWM控制手段根據來自上述相位控制手段的信息，修正根據上述旋轉位置信號設定的上述驅動電路的通電相位角。
(4)又，在本發明的上述(3)的無刷電動機驅動控制裝置中，上述相位控制手段形成如下所述結構，即利用上述控制參數中進行比例控制的比例項、進行積分控制的積分項、進行微分控制的微分項中至少一項計算操作量，以該操作量為依據，利用預先生成的操作量和提前角量間的對應關系圖計算提前角量。
采用本發明的無刷電動機驅動方法及驅動裝置，無刷電動機在較寬的轉速范圍內，通過控制驅動電路的通電相位角(PWM驅動時刻)，從而能使電動機效率提高，降低電流消耗。
另外，通過利用轉速控制的控制參數修正驅動電路的通電相位角，也能確保對于轉速變化的響應特性。
再有，采用本發明能獲得一種適用于采用無刷電動機的液壓動力轉向裝置的無刷電動機驅動方法及驅動控制裝置。


圖1為應用本發明的電動泵液壓動力轉向裝置的構成圖。
圖2為本發明實施形態1的無刷電動機驅動控制裝置的控制方框圖。
圖3為表示無刷電動機中驅動電路的驅動占空比、通電相位角(PWM驅動時刻)、以及電動機轉速間的關系的曲線圖。
圖4為說明本發明實施形態1的相位控制手段及PWM控制手段的動作用的控制流程圖。
圖5為本發明實施形態1用的提前角圖的一個例子的示意圖。
圖6為表示本發明實施形態1的無刷電動機轉速響應特性的曲線圖。
記號說明6……無刷電動機、7……控制器、10……液壓泵、11……轉向角傳感器、12……車速傳感器、71……旋轉位置檢測傳感器、72……驅動電路、73……目標轉速運算手段、74……轉速運算手段、75……轉速控制手段、76……PWM控制手段、77……相位控制手段。
具體實施例方式
實施形態1電動機轉速控制通常對驅動晶體管作PWM驅動，以使電動機目標轉速和實際轉速之差為零。通常根據這一差值相應地進行PID控制(P是比例控制、I是積分控制、D是微分控制)。但是僅以此方式電動機驅動電路的通電相位角是一定的，因此為了解決上述現有的問題要采用某種手段控制通電相位角。
本發明中，利用根據電動機目標轉速與實際轉速之差求出的控制參數即P項(比例項)、I項(積分項)、D項(微分項)，通過控制通電相位角，謀求既提高電動機效率，同時又提高轉速響應特性。
以下參照圖1～圖6，說明本發明實施形態1中無刷電動機驅動方法及驅動控制裝置。圖中同一記號表示相同或相當的部分。圖1為表示應用本發明的采用無刷電動機驅動電動泵的液壓動力轉向裝置的構成圖。
圖1中，轉向裝置1在未圖示的汽車等車輛的左右操舵輪上設置通過轉向節臂連接的轉向橫拉桿2。
該轉向裝置1如所周知，具備駕駛盤3的駕駛操作通過轉向軸4傳遞，以切換液壓油路的油路切換閥、將駕駛操作傳遞到轉向橫拉桿2一側的傳遞部、以及通過將油壓導入左、右室中任何一個室產生與駕駛操作相對應的助動力的動力缸。
另外，液壓泵10為由電動機驅動，通過液壓配管9向轉向裝置1送液壓油的泵，由油泵5、對其進行驅動的電動機即DC無刷電動機6、覆蓋油泵5周圍的罩殼形成的油箱8、以及對該電動機進行最佳控制的控制器7等構成。
圖2為表示進行上述無刷電動機6的驅動控制的控制器7的控制方框圖。
如圖2所示，該無刷電動機6為三相電動機，利用圖中未示出的6個功率晶體管組成的驅動電路72進行PWM驅動。
目標轉速運算手段73根據車輛的駕駛動作的轉向角及檢測轉向角速度的轉向角傳感器11和檢測車速的車速傳感器12的信號，計算預先存在存儲器中的作為目標的電動機轉速。
另一方面，無刷電動機6的轉子旋轉位置可利用旋轉位置檢測傳感器71檢測。來自該旋轉位置檢測傳感器71的旋轉位置信號被輸入到轉速運算手段74，以該信號為基礎計算實際轉速。
然后，上述目標轉速運算手段73計算的目標轉速和轉速運算手段74算出的實際轉速的差被輸入到轉速控制手段75。
該轉速控制手段75及PWM控制手段76如例如如特開2001-103776號公報所示，可形成如下所述的結構，即記電動機的實際轉速反饋，根據與目標轉速的轉速差，利用比例控制和積分控制設定控制電壓，據此控制驅動電路的PWM驅動，從而能控制電動機的轉速。
另外，在本發明的實施形態1中，轉速控制手段75根據所述轉速差計算比例項及積分項等控制參數，根據該結果，由PWM控制手段76進行PWM驅動占空比(duty)的計算。
而且，在本發明中，根據以轉速控制手段75求出的轉速差為依據的比例項、積分項、微分項等控制參數，由相位控制手段77求出驅動電路的最佳通電相位角(PWM驅動時刻)，由PWM控制手段76反映出其結果。
以下對相位控制手段77中驅動電路的通電相位角(PWM驅動時刻)的控制方法進行說明。
圖3表示無刷電動機中的PWM驅動電路的驅動占空比(duty)、通電相位角(PWM驅動時刻)、以及電動機轉速間的關系。電動機輸出(轉速)隨著PWM驅動占空比的壇加一起上升，而且在相同驅動占空比的情況下，相位角的提前角也一起壇加。
因而，在對電動機進行轉速控制時，即使不將相位角提前，在電動機輸出超過負載轉矩的區域(驅動占空比＜100％)的情況下也能以高效(驅動電流小)的相位角(提前角量小)進行驅動。
在負載轉矩超出電動機輸出的區域(驅動占空比＞100％)的情況下，使相位角超前，壇加電動機輸出。
這里所謂的驅動占空比，是根據電動機轉速控制中的目標轉速和實際轉速的差值將比例項、積分項、微分項等控制參數變換成電動機驅動電路的通電率的比率。
以下利用圖4的控制流程，對相位控制手段77及PWM控制手段76的動作進行說明。
(1)PWM控制手段76在步驟101讀入轉速控制手段75算出的控制參數(比例項(P)、積分項(I))。
(2)在步驟102，根據步驟101讀入的控制參數計算PWM驅動占空比。
(3)另一方面，相位控制手段77在步驟103和步驟101一樣地讀入控制參數。
(4)在步驟104根據這一控制參數計算操作量。在實施形態1，操作量為比例項(P)與積分項(I)之和。
(5)在步驟105，根據預先生成的存在控制器7的圖中未示出的存儲器中的提前角關系圖，根據上述操作量求出提前角量。
圖5為表示該提前角關系圖的一個示例，設定成當操作量超過100％時壇加提前角量。
(6)在PWM控制手段76的步驟106中，讀入上述步驟105求出的提前角量。
(7)在步驟107根據上述提前角量計算通電相位角(PWM驅動時刻)。
還有，上述步驟104中，取操作量為控制參數的比例項(P)與積分項(I)之和，此外還可加上微分項(D)。
另外，也可以不取各項之和，而在各項上乘以系數，或根據各項的乘積進行運算。
圖6為采用上述實施形態1的無刷電動機驅動控制裝置確認無刷電動機轉速響應特性的結果的一示例。
圖中分別表示使電動機目標轉速從1000rpm階段性地加速至4900rpm時的實際轉速(圖6(a))、控制參數的比例項(P)、積分項(I)、驅動占空比(圖6(b))、及提前角量(圖6(c))。
從圖6可知，為了確保響應特性，在目標轉速剛變化時，使驅動占空比為100％，同時根據與比例項(P)對應的提前角量進行驅動，此后，根據與積分項(I)對應的提前角量維持轉速不變。
該提前角量比與現有的最大電動機輸出對應的提前角量小，所以能減少電動機的電流消耗。
如上所述，本發明實施形態1的無刷電動機驅動方法及驅動裝置除了通常的根據旋轉位置檢測傳感器的旋轉位置信號控制驅動電路的通電相位角(PWM驅動時刻)外，還利用根據目標轉速和實際轉速之差求出的控制參數、即比例項(P)、積分項(I)、微分項(D)，決定通電相位角，依照這一通電相位角信息，修正根據上述旋轉位置信號設定的通電相位角。
因此，采用本發明，在無刷電動機的較寬的轉速范圍內，通過控制驅動電路的通電相位角(PWM驅動時刻)，從而能使電動機的效率提高，減少電流消耗。
另外，通過采用轉速控制的控制參數修正驅動電路的通電相位角，也能確保對于轉速變化的響應特性。
再有，采用本發明，能獲得一種適用于采用無刷電動機驅動電動泵的液壓動力轉向裝置的無刷電動機驅動方法及驅動控制裝置。
權利要求
1.一種無刷電動機驅動方法，該方法根據電動機目標轉速和實際轉速之差計算出控制參數，根據這一控制參數，利用進行PWM驅動的驅動電路控制無刷電動機的轉速，同時還根據檢測所述無刷電動機的旋轉位置的旋轉位置檢測傳感器的旋轉位置信號，控制所述驅動電路的通電相位角，這樣的無刷電動機的驅動方法，其特征在于，根據所述控制參數計算操作量，以該操作量為基礎，根據預先生成的所述操作量和提前角量間的對應關系圖計算提前角量，按照該計算出的提前角信息，修正根據所述旋轉位置信號設定的所述驅動電路的通電相位角。
2.如權利要求1所述的無刷電動機驅動方法，其特征在于，所述操作量利用所述控制參數中進行比例控制的比例項、進行積分控制的積分項、以及進行微分控制的微分項中至少一項進行運算，以該操作量為基礎，采用預先生成的操作量和提前角量的對應關系圖計算提前角量。
3.如權利要求1所述的無刷電動機驅動方法，其特征在于，所述操作量利用所述控制參數的進行比例控制的比例項、進行積分控制的積分項、以及進行微分控制的微分項進行計算，以該操作量為基礎，采用預先生成的操作量和提前角量的對應關系圖計算提前角量。
4.如權利要求1至3中任一項所述的無刷電動機驅動方法，其特征在于，根據所述控制參數計算所述驅動電路的驅動占空比，在該驅動占空比大于規定值時對驅動電路的通電相位角進行修正。
5.一種無刷電動機驅動控制裝置，該裝置根據電動機目標轉速和實際轉速之差，利用轉速控制手段算出控制參數，根據該控制參數利用PWM控制手段控制驅動電路，在控制無刷電動機轉速之同時，再根據檢測所述無刷電動機旋轉位置的旋轉位置檢測傳感器的旋轉位置信號控制所述驅動電路的通電相位角，在這種無刷電動機驅動控制裝置中，其特征在于，還具有根據利用所述轉速控制手段算出的控制參數計算提前角量，同時將該算出的提前角信息提供給所述PWM控制手段的相位控制手段，所述PWM控制手段根據所述相位控制手段來的信息，修正根據所述旋轉位置信號設定的所述驅動電路的通電相位角。
6.如權利要求5所述的無刷電動機驅動控制裝置，其特征在于，所述相位控制手段具有這樣的構成，即采用所述控制參數中進行比例控制的比例項、進行積分控制的積分項、以及進行微分控制的微分項中至少一項計算操作量，以該操作量為依據，采用預先生成的操作量與提前角量的對應關系圖計算提前角量。
7.如權利要求5所述的無刷電動機驅動控制裝置，其特征在于，所述相位控制手段具有這樣的構成，即采用所述控制參數的進行比例控制的比例項、進行積分控制的積分項、以及進行微分控制的微分項計算操作量，以該操作量為依據，采用預先生成的操作量與提前角量的對應關系圖計算提前角量。
8.如權利要求5至7中任何一項所述的無刷電動機驅動控制裝置，其特征在于，所述PWM控制手段采用如下所述的構成，即根據所述控制參數計算所述驅動電路的驅動占空比，在該驅動占空比大于規定值時修正驅動電路的通電相位角。
9.一種液壓動力轉向裝置，其特征在于，液壓泵驅動用的無刷電動機具備權利要求5所述的驅動控制裝置。
全文摘要
本發明涉及無刷電動機驅動方法及驅動控制裝置。利用根據電動機目標轉速和實際轉速之差求得的控制參數、即P(比例項)、I(積分項)、D(微分項)，通過控制PWM驅動電路的通電相位角，謀求提高電動機效率，同時還能提高轉速響應特性。
文檔編號B62D137/00GK1638257SQ20041007696
公開日2005年7月13日 申請日期2004年8月31日 優先權日2003年12月25日
發明者中川章寬, 鈴村淳 申請人:三菱電機株式會社