電動機控制系統(tǒng)、電動機控制裝置以及無刷電動的制造方法
【專利摘要】電動機控制系統(tǒng)具備：上級ECU，其控制車輪驅(qū)動部，當(dāng)IG開關(guān)斷開時停止提供電源；以及電動機控制裝置，其從上級ECU接收PWM指示信號，控制冷卻鼓風(fēng)機的電動機。上級ECU根據(jù)電動機的目標轉(zhuǎn)速來調(diào)制PWM指示信號的脈沖的占空比、根據(jù)電動機的持續(xù)動作時間來調(diào)制PWM指示信號的脈沖的周期，并發(fā)送到電動機控制裝置。電動機控制裝置根據(jù)所接收到的PWM指示信號來恢復(fù)目標轉(zhuǎn)速和持續(xù)動作時間，控制電動機的轉(zhuǎn)速，并且在未接收到PWM指示信號的時間大于持續(xù)動作時間時使電動機停止旋轉(zhuǎn)。
【專利說明】電動機控制系統(tǒng)、電動機控制裝置以及無刷電動機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冷卻鼓風(fēng)機用的電動機控制系統(tǒng)、電動機控制裝置以及無刷電動機。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動力汽車、電動汽車為了使車輛本身行駛而搭載有大型電池(主機電池)，為了將該電池冷卻而使用了氣冷卻鼓風(fēng)機。關(guān)于大型電池，不僅在汽車行駛過程中，在停止并斷開點火開關(guān)之后也需要與即將斷開之前的狀況相應(yīng)地進行規(guī)定的冷卻。這種冷卻鼓風(fēng)機從控制發(fā)動機等的車輪驅(qū)動部的被稱為ECU(Electoronic Control Unit:電子控制單元)的電子控制單元接收冷卻鼓風(fēng)機的冷卻能力(例如風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速)、冷卻時間(例如風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)持續(xù)時間)的指示，由此被控制。另外，通常電子控制單元存在以下問題:當(dāng)點火開關(guān)被斷開時停止供電，因此停止對冷卻鼓風(fēng)機發(fā)送冷卻指示。
[0003]以往，為了應(yīng)對該問題，在以往的發(fā)動機汽車中為了防止由發(fā)動機的過熱導(dǎo)致的損壞而提出了如下方法。在該方法中，具備:負荷檢測單元，其檢測發(fā)動機的負荷；冷卻水溫度檢測單元，其檢測發(fā)動機的冷卻水的溫度；以及驅(qū)動單元，其驅(qū)動電動冷卻泵、電動冷卻風(fēng)扇。而且，在發(fā)動機停止后不經(jīng)由電子控制單元而從電池經(jīng)由繼電器等，基于發(fā)動機的負荷、冷卻水的溫度對驅(qū)動單元提供固定期間電源來使驅(qū)動單元進行動作(例如參照專利文獻I)。
[0004]然而，關(guān)于上述以往的方法，需要用于從負荷檢測單元、冷卻水溫度檢測單元向驅(qū)動單元傳達信息的布線、繼電器等多余的部件。另外，還考慮了如下方法:在發(fā)動機停止后也對電子控制單元提供電源以使其動作，在經(jīng)過固定時間后自身操作繼電器來停止電源提供。然而，還預(yù)想到在這種情況下也需要另外設(shè)置繼電器或者熔接繼電器的接點之類的問題。另外，電子控制單元原本用于控制發(fā)動機等的車輪驅(qū)動單元，功耗大。因而，當(dāng)通過電子控制單元控制冷卻鼓風(fēng)機時，會消耗過量的電力。
[0005]專利文獻1:日本實開平06-34131號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的電動機控制系統(tǒng)具備:上級控制器，其控制車輛的車輪驅(qū)動部，當(dāng)點火開關(guān)斷開時停止對該上級控制器提供電源；以及電動機控制裝置，其從上級控制器接收PWM指示信號，對用于冷卻向車輪驅(qū)動部提供電源的電源提供部的鼓風(fēng)機的電動機進行控制。上級控制器根據(jù)電動機的目標轉(zhuǎn)速來調(diào)制PWM指示信號的脈沖的占空比，并且根據(jù)電動機的持續(xù)動作時間來調(diào)制PWM指示信號的脈沖的周期，將調(diào)制得到的PWM指示信號發(fā)送到電動機控制裝置。電動機控制裝置對所接收到的PWM指示信號進行解調(diào)來恢復(fù)目標轉(zhuǎn)速和持續(xù)動作時間，基于目標轉(zhuǎn)速來控制電動機的轉(zhuǎn)速，并且在未接收到PWM指示信號的時間大于持續(xù)動作時間時進行控制以使電動機停止旋轉(zhuǎn)。
[0007]由此，即使在點火開關(guān)被斷開后也能夠恰當(dāng)?shù)乩鋮s對車輪驅(qū)動部提供電源的電源提供部，能夠提供結(jié)構(gòu)簡單、廉價且功耗少的冷卻鼓風(fēng)機用的電動機控制系統(tǒng)。
[0008]另外，本發(fā)明的電動機控制裝置是從上級控制器接收PWM指示信號來控制冷卻鼓風(fēng)機的電動機的電動機控制裝置。該電動機控制裝置具備:PWM信號處理部，其基于PWM指示信號輸出目標轉(zhuǎn)速；位置檢測部，其檢測電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置并輸出位置檢測信號；轉(zhuǎn)速計算部，其基于位置檢測信號來計算電動機的轉(zhuǎn)速并輸出檢測轉(zhuǎn)速；旋轉(zhuǎn)控制部，其基于目標轉(zhuǎn)速和檢測轉(zhuǎn)速輸出驅(qū)動信號；以及通電驅(qū)動部，其基于驅(qū)動信號對電動機進行通電驅(qū)動。而且，PWM信號處理部根據(jù)PWM指示信號的脈沖的占空比來恢復(fù)目標轉(zhuǎn)速，根據(jù)PWM指示信號的脈沖的周期來恢復(fù)持續(xù)動作時間，當(dāng)未接收到PWM指示信號的時間大于持續(xù)動作時間時，向旋轉(zhuǎn)控制部提供使電動機停止旋轉(zhuǎn)的目標轉(zhuǎn)速。
[0009]由此，即使在點火開關(guān)被斷開后也能夠恰當(dāng)?shù)乩鋮s對車輪驅(qū)動部提供電源的電源提供部，能夠提供結(jié)構(gòu)簡單、廉價且功耗少的冷卻鼓風(fēng)機用的電動機控制系統(tǒng)。
[0010]另外，在本發(fā)明的電動機控制裝置中，PWM信號處理部具備:周期檢測部，其檢測PWM指示信號的脈沖的周期；占空比檢測部，其檢測PWM指示信號的脈沖的占空比；持續(xù)動作時間計算部，其基于脈沖的周期來計算持續(xù)動作時間；目標轉(zhuǎn)速計算部，其基于脈沖的占空比來計算目標轉(zhuǎn)速；時間計量部，其對沒有輸入PWM指示信號的未輸入信號時間進行計量；以及目標轉(zhuǎn)速指示部，其在未輸入信號時間大于持續(xù)動作時間時輸出使電動機停止旋轉(zhuǎn)的目標轉(zhuǎn)速。
[0011]并且，本發(fā)明的無刷電動機具備轉(zhuǎn)子、具備三相的繞組的定子以及對繞組進行通電驅(qū)動的上述電動機控制裝置。
[0012]這樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠恰當(dāng)?shù)乩鋮s車載用的電池，結(jié)構(gòu)簡單且功耗少的冷卻鼓風(fēng)機用的電動機控制系統(tǒng)、電動機控制裝置以及無刷電動機。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是包括本發(fā)明的實施方式的電動機控制系統(tǒng)的車的控制系統(tǒng)的框圖。
[0014]圖2是表示本發(fā)明的實施方式的電動機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的實施方式的上級E⑶的功能框圖。
[0016]圖4是本發(fā)明的實施方式的PWM信號處理部的功能框圖。
[0017]圖5是用于說明本發(fā)明的實施方式的PWM信號處理部的動作的信號波形圖。
[0018]圖6是用于說明本發(fā)明的實施方式的PWM信號處理部的動作的信號波形圖。
[0019]圖7是本發(fā)明的實施方式的無刷電動機的截面圖。
【具體實施方式】
[0020]下面，使用附圖來說明本發(fā)明的實施方式。
[0021](實施方式)
[0022]圖1是包括本發(fā)明的實施方式的電動機控制系統(tǒng)的車的控制系統(tǒng)的框圖。圖1以電動汽車、混合動力汽車的冷卻鼓風(fēng)機及其控制為中心來表示其結(jié)構(gòu)例。從作為電源提供部的主機電池2對車輛的車輪驅(qū)動用電動機等的車輪驅(qū)動部提供電源。冷卻鼓風(fēng)機8由無刷電動機50和被無刷電動機50旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的風(fēng)扇7構(gòu)成。主機電池2通過來自冷卻鼓風(fēng)機8的送風(fēng)而被冷卻。無刷電動機50由電動機40和對電動機40的旋轉(zhuǎn)進行控制的電動機控制裝置10構(gòu)成。該冷卻鼓風(fēng)機8的冷卻能力由電動機40的轉(zhuǎn)速來決定。關(guān)于該電動機40的轉(zhuǎn)速，通過電動機控制裝置10從上級控制器(以下稱為上級E⑶)20接收指示信號而被控制。
[0023]上級ECU20還基于來自車速傳感器、加速踏板開度傳感器的信息來控制車輪驅(qū)動部4、車內(nèi)的空調(diào)(未圖示)等。另外，上級E⑶20基于來自檢測主機電池2的溫度的溫度傳感器6的信息來控制冷卻鼓風(fēng)機8的冷卻能力。具體地說，上級ECU20經(jīng)由PWM信號線19，通過PWM信號向電動機控制裝置10發(fā)送電動機40的目標轉(zhuǎn)速的信息。此外，在此電動機40的轉(zhuǎn)速是電動機40的每單位時間的轉(zhuǎn)數(shù)。
[0024]從與主機電池2不同的輔機電池3對上級E⑶20、無刷電動機50提供電源。此外，輔機電池3除了對上級E⑶20、無刷電動機50提供電源以外，還對收音機等其它車載組件提供電源。在此，上級ECU20由微型計算機(以下稱為微計算機)、ROM、RAM等構(gòu)成，由于需要高精度地控制車輪驅(qū)動部4，因此使用以微計算機為代表的高性能的部件。因此，上級ECU20的功耗變大。因此，為了低功耗化，在不需要來自上級ECU20的控制的情況下停止對上級E⑶20提供電源以減少功耗。因此，上級E⑶20經(jīng)由點火開關(guān)(以下稱為IG開關(guān))5與輔機電池3相連接。而且，在運轉(zhuǎn)中即IG開關(guān)5接通(以下記載為0N)的狀態(tài)下總是提供電源，在停車而IG開關(guān)5為斷開(以下記載為OFF)的狀態(tài)下停止提供電源。另一方面，在IG開關(guān)5為OFF的狀態(tài)下也需要冷卻主機電池2，因此無刷電動機50與輔機電池3直接連接。電動機控制裝置10也包括微計算機，但電動機控制裝置10的微計算機在沒有從上級ECU20接收到指示信號時設(shè)定為休眠模式，來盡量抑制功耗。
[0025]接著，參照圖2?圖5來說明電動機控制系統(tǒng)I的結(jié)構(gòu)和動作。圖2是表示本發(fā)明的實施方式的電動機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0026]如圖2所示，本實施方式的電動機控制系統(tǒng)I是包括無刷電動機50和控制該無刷電動機50的上級ECU20的結(jié)構(gòu)。另外，下面對詳細情況進行說明，在本實施方式中，將無刷電動機50設(shè)為安裝有構(gòu)成電動機控制裝置10的電路部件的結(jié)構(gòu)。即，如圖2所示，在無刷電動機50中，電動機控制裝置10對電動機40進行驅(qū)動控制。
[0027]電動機40具備轉(zhuǎn)子和具有繞組56的定子，通過對繞組56進行通電驅(qū)動來使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。在本實施方式中，列舉利用相位彼此相差120度的設(shè)為U相、V相、W相的三個相來驅(qū)動電動機40的無刷電動機50的一例進行說明。為了進行這種三相的驅(qū)動，電動機40具有驅(qū)動U相的繞組56U、驅(qū)動V相的繞組56V以及驅(qū)動W相的繞組56W作為繞組56。
[0028]電動機控制裝置10按每一相對繞組56施加規(guī)定波形的驅(qū)動電壓。由此，轉(zhuǎn)子以追隨來自電動機控制裝置10的旋轉(zhuǎn)控制的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)。另外，為了進行這種旋轉(zhuǎn)控制，在電動機40中配置有用于檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置、轉(zhuǎn)速的傳感器。在本實施方式中，為了檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，在電動機40中與各相相對應(yīng)地配置有霍爾元件等三個位置檢測傳感器49。而且，對電動機控制裝置10提供來自位置檢測傳感器49的傳感器信號Det。
[0029]另外，如圖2所示，電動機控制裝置10經(jīng)由PWM信號線19與上級E⑶20進行信號連接。從上級E⑶20經(jīng)由PWM信號線19對電動機控制裝置10通知用于對電動機40進行旋轉(zhuǎn)控制的指示。另外，相反地，從電動機控制裝置10經(jīng)由PWM信號線19對上級E⑶20通知無刷電動機50的信息。在以下說明中，說明從上級ECU20對無刷電動機50的電動機控制裝置10通知指示的情況。[0030]在本實施方式中，作為來自上級ECU20的指示，向電動機控制裝置10通知指示電動機40的目標轉(zhuǎn)速的目標轉(zhuǎn)速指示。另外，由目標轉(zhuǎn)速指示所指示的轉(zhuǎn)速經(jīng)由PWM信號線19，以進行脈沖寬度調(diào)制后的PWM指示信號Si進行通知。另外，作為目標轉(zhuǎn)速指示，例如使用每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)。
[0031]接著，說明電動機控制裝置10的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，電動機控制裝置10具備旋轉(zhuǎn)控制部12、PWM驅(qū)動電路14、逆變器15、位置檢測部16、轉(zhuǎn)速計算部17、PWM信號處理部30。而且，如上所述，從配置于電動機40的三個位置檢測傳感器49對電動機控制裝置10提供傳感器信號Det。并且，電動機控制裝置10經(jīng)由用于傳送PWM指示信號Si的PWM信號線19與上級E⑶20相連接。
[0032]首先，來自位置檢測傳感器49的傳感器信號Det被提供給位置檢測部16。位置檢測部16根據(jù)與追隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的磁極變化相應(yīng)地變化的傳感器信號Det來檢測各相的位置信息。例如，位置檢測部16檢測在磁極變化時間點傳感器信號Det發(fā)生零交叉的定時，輸出基于所檢測出的該定時的位置檢測信號Pd。即，進行旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置與這種檢測定時對應(yīng)，能夠利用檢測定時來檢測旋轉(zhuǎn)位置。另外，具體地說，將位置檢測信號Pd例如設(shè)為表示這種檢測定時的脈沖信號即可。位置檢測部16將與各相對應(yīng)的位置檢測信號Pd提供給轉(zhuǎn)速計算部17。
[0033]轉(zhuǎn)速計算部17基于位置檢測信號Pd所表示的旋轉(zhuǎn)位置，例如通過微分運算等計算轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速計算部17將所計算出的轉(zhuǎn)速作為檢測轉(zhuǎn)速Vd來按時間序列提供給旋轉(zhuǎn)控制部12。此外，在本實施方式中，列舉基于來自位置檢測傳感器49的傳感器信號Det來生成檢測轉(zhuǎn)速Vd這樣的一例來進行說明，但也可以是如下結(jié)構(gòu):通過速度檢測單元來檢測轉(zhuǎn)子速度，基于該檢測結(jié)果來生成檢測轉(zhuǎn)速Vd。S卩，檢測轉(zhuǎn)速Vd只要是表示根據(jù)電動機的實際旋轉(zhuǎn)而檢測出的速度的時間序列的值、信號即可。
[0034]PWM信號處理部30接收從上級E⑶20發(fā)送來的PWM指示信號Si，進行將脈沖寬度調(diào)制后的信號解調(diào)的動作。PWM信號處理部30通過該解調(diào)動作，從所接收到的PWM指示信號Si中按時間序列恢復(fù)目標轉(zhuǎn)速Vr。PWM指示信號Si是上級ECU20所指示的轉(zhuǎn)速、即由與目標轉(zhuǎn)速指示相應(yīng)的脈沖寬度的脈沖構(gòu)成的脈沖信號。PWM信號處理部30通過對PWM指示信號Si的各脈沖的脈沖寬度或者與脈沖寬度對應(yīng)的占空比進行檢測，來將PWM指示信號Si解調(diào)。然后，PWM信號處理部30將通過解調(diào)動作恢復(fù)的目標轉(zhuǎn)速Vr按時間序列輸出。PWM信號處理部30通過像這樣地進行動作而將上級E⑶20的目標轉(zhuǎn)速指示恢復(fù)為目標轉(zhuǎn)速Vr0
[0035]目標轉(zhuǎn)速Vr被提供給旋轉(zhuǎn)控制部12。另外，對旋轉(zhuǎn)控制部12提供由轉(zhuǎn)速計算部17計算出的檢測轉(zhuǎn)速Vd。旋轉(zhuǎn)控制部12基于目標轉(zhuǎn)速Vr和檢測轉(zhuǎn)速Vd來生成表示對繞組56的驅(qū)動量的驅(qū)動值Dd。具體地說,旋轉(zhuǎn)控制部12求出表示速度指示的目標轉(zhuǎn)速Vr與表示對應(yīng)于實際速度的檢測速度的檢測轉(zhuǎn)速Vd之間的速度偏差。而且，旋轉(zhuǎn)控制部12生成表示與速度偏差對應(yīng)的扭矩量的驅(qū)動值Dd，使得成為按照速度指示的實際速度。旋轉(zhuǎn)控制部12將這樣的驅(qū)動值Dd提供給PWM驅(qū)動電路14。
[0036]PWM驅(qū)動電路14按每一相生成用于驅(qū)動繞組56的驅(qū)動波形，對所生成的驅(qū)動波形分別進行脈沖寬度調(diào)制，作為驅(qū)動脈沖信號Dp進行輸出。在對繞組56進行正弦波驅(qū)動的情況下驅(qū)動波形是正弦波波形，在進行矩形波驅(qū)動的情況下驅(qū)動波形是矩形波波形。另外，與驅(qū)動值Dd相應(yīng)地決定驅(qū)動波形的振幅。PWM驅(qū)動電路14以按每一相生成的驅(qū)動波形為調(diào)制信號，分別進行脈沖寬度調(diào)制，將利用驅(qū)動波形進行脈沖寬度調(diào)制而得到的脈沖列的驅(qū)動脈沖信號Dp提供給逆變器15。
[0037]逆變器15基于驅(qū)動脈沖信號Dp，按每一相對繞組56進行通電，對繞組56進行通電驅(qū)動。逆變器15針對U相、V相、W相分別具備與電源的正極側(cè)相連接的開關(guān)元件和與電源的負極側(cè)相連接的開關(guān)元件。U相的驅(qū)動輸出Uo與繞組56U相連接，V相的驅(qū)動輸出Vo與繞組56V相連接，而且，W相的驅(qū)動輸出Wo與繞組56W相連接。而且，在每一相中，根據(jù)驅(qū)動脈沖信號Dp來使開關(guān)元件接通或斷開。于是，從電源經(jīng)由接通的開關(guān)元件，進一步從驅(qū)動輸出對繞組56提供驅(qū)動電壓。通過提供該驅(qū)動電壓使驅(qū)動電流流過繞組56。在此，驅(qū)動脈沖信號Dp是對驅(qū)動波形進行脈沖寬度調(diào)制而得到的信號，因此利用與驅(qū)動波形相應(yīng)的驅(qū)動電流對各繞組56進行通電。
[0038]另外，通過PWM驅(qū)動電路14和逆變器15來構(gòu)成通電驅(qū)動部13。通電驅(qū)動部13如上述那樣基于驅(qū)動值Dd，按每一相對電動機40的繞組56進行通電驅(qū)動。
[0039]根據(jù)如上所述的結(jié)構(gòu)，形成對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進行控制的反饋控制環(huán)以追隨目標轉(zhuǎn)速Vr。
[0040]接著，參照圖3?圖5對上級E⑶20和電動機控制裝置10的PWM信號處理部30的詳細結(jié)構(gòu)進行說明。圖3是本發(fā)明的實施方式的上級ECU20的功能框圖。圖4是本發(fā)明的實施方式的PWM信號處理部30的功能框圖。圖5是用于說明本發(fā)明的實施方式的PWM信號處理部的動作的信號波形圖。其中，圖3僅示出了與冷卻鼓風(fēng)機8的控制有關(guān)的結(jié)構(gòu)。
[0041]如圖3、圖4所示，對上級E⑶20和PWM信號處理部30提供時鐘信號Ckl。時鐘信號Ckl是固定周期的脈沖信號，與PWM指示信號Si的頻率相比頻率足夠高。例如，將PWM指示信號Si的頻率設(shè)為500Hz，將時鐘信號Ckl的頻率設(shè)為1MHz。另外，在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，列舉了如下的結(jié)構(gòu)例:利用對時鐘信號Ckl進行計數(shù)的計數(shù)器來生成PWM信號。
[0042]首先，參照圖3、圖5說明上級E⑶20的結(jié)構(gòu)和動作。圖5示出了電動機控制裝置10的主要部分的信號波形、定時等，在圖5的上部，用實線示出了 PWM指示信號Si的信號波形，用虛線示出了目標轉(zhuǎn)速指示，用點劃線示出了持續(xù)動作時間指示。在圖5的下部，用實線示出了表示脈沖開始的信號Ps的定時。
[0043]如圖3所示，上級E⑶20具備目標轉(zhuǎn)速決定部21、持續(xù)動作時間決定部22、占空比計算部23、頻率計算部24以及PWM信號輸出部25。目標轉(zhuǎn)速決定部21基于來自溫度傳感器6的主機電池2的溫度、來自車速傳感器的車速信息來決定電動機40的目標轉(zhuǎn)速,將目標轉(zhuǎn)速指示提供給占空比計算部23。占空比計算部23計算與該目標轉(zhuǎn)速指示相應(yīng)的PWM調(diào)制信號的各脈沖的脈沖寬度，并提供給PWM信號輸出部25。在此，目標轉(zhuǎn)速是每單位時間的轉(zhuǎn)數(shù)。通過變更占空比在10%?90%的范圍內(nèi)變更目標轉(zhuǎn)速(rpm)。同樣地，持續(xù)動作時間決定部22基于來自溫度傳感器6的主機電池2的溫度、來自車速傳感器的車速的信息，來決定從IG開關(guān)5斷開到電動機40停止旋轉(zhuǎn)為止的電動機40的持續(xù)動作時間,將持續(xù)動作時間指示提供給頻率計算部24。頻率計算部24對與該持續(xù)動作時間指示相應(yīng)的PWM調(diào)制信號的頻率、即各脈沖的周期進行計算，并提供給PWM信號輸出部25。使該頻率例如在400Hz?500Hz的范圍內(nèi)變化，與該頻率的變化對應(yīng)地使持續(xù)動作時間例如在I分鐘至10分鐘的范圍內(nèi)變更。[0044]接著，參照圖4對PWM信號處理部30的結(jié)構(gòu)和動作進行詳細地說明。圖4僅示出了解調(diào)PWM指示信號Si的結(jié)構(gòu)。PWM信號處理部30具備休眠解除檢測部31、上升邊緣檢測部32、邊緣周期檢測部33、占空比檢測部34、作為時間計量部的計時計數(shù)器35、持續(xù)動作時間計算部36、目標轉(zhuǎn)速計算部37以及目標轉(zhuǎn)速指示部38。
[0045]在PWM信號處理部30中，從上級E⑶20接收到的PWM指示信號Si被提供給休眠解除檢測部31和上升邊緣檢測部32。如圖5的上部所示，PWM指示信號Si是周期Tp (Tpl或Tp2)的脈沖列，各周期Tp期間由水平高的接通期間Ton(Tponl或Τροη2)和水平低的斷開期間Toff(Tpoffl或Tpoff2)構(gòu)成。根據(jù)持續(xù)動作時間來調(diào)制該周期Tp。另外，根據(jù)目標轉(zhuǎn)速來調(diào)制作為接通期間Ton與周期Tp的比的占空比(Ton/Tp)。S卩，在PWM信號處理部30中，通過檢測周期Tp能夠恢復(fù)持續(xù)動作時間，通過檢測接通期間Ton相對于周期Tp期間的比率即占空比，能夠恢復(fù)目標轉(zhuǎn)速。
[0046]例如圖5的上部所示,在目標轉(zhuǎn)速指示的水平小(例如減小目標轉(zhuǎn)速的指示)且持續(xù)動作時間指示的水平大(例如增大持續(xù)動作時間的指示)的區(qū)域A中，PWM信號輸出部25生成脈沖周期為Tpl、接通期間為Ton1、斷開期間為Toffl的脈沖列的信號、即PWM指示信號Si，將該PWM指示信號Si發(fā)送到PWM信號處理部30。另一方面，在目標轉(zhuǎn)速指示的水平比區(qū)域A中的水平大、持續(xù)動作時間指示的水平比區(qū)域A中的水平小的區(qū)域B中，PWM信號輸出部25例如生成脈沖周期為Tp2(Tp2〈Tpl)、接通期間為Τοη2、斷開期間為Toff2 (Ton2/Tp2>Tonl/Tpl)的PWM指示信號Si，并將該PWM指示信號Si發(fā)送到PWM信號處理部30。此夕卜，本實施方式的目標轉(zhuǎn)速指示、持續(xù)動作時間指示的各水平、脈沖周期Tp、占空比(Ton/Tp)之間的彼此關(guān)系僅是一例，并不限定于此。
[0047]休眠解除檢測部31根據(jù)PWM指示信號Si來檢測上升或下降的邊緣，當(dāng)構(gòu)成PWM信號處理部30的微計算機在休眠模式中檢測到邊緣時，解除自身的休眠模式。
[0048]上升邊緣檢測部32針對PWM指示信號Si的各脈沖檢測從斷開向接通上升的邊緣的定時，基于該定時來生成邊緣檢測信號Ps。如圖5的下部所示，該邊緣檢測信號Ps的定時與構(gòu)成PWM指示信號Si的各脈沖的開始定時對應(yīng)。所生成的邊緣檢測信號Ps被提供給邊緣周期檢測部33、占空比檢測部34以及計時計數(shù)器35。在本實施方式中，作為對向規(guī)定方向變化的邊緣的定時進行檢測的邊緣定時檢測部的一例，列舉出進行這種動作的上升邊緣檢測部32。
[0049]邊緣周期檢測部33對從上升邊緣檢測部32依次提供的邊緣檢測信號Ps的周期進行檢測。在本結(jié)構(gòu)例中，邊緣周期檢測部33具有對時鐘信號Ckl的數(shù)量進行計數(shù)的計數(shù)器。而且，計數(shù)器對邊緣檢測信號Ps之間的時鐘數(shù)進行計數(shù)，由此檢測邊緣檢測信號Ps的周期。邊緣周期檢測部33的計數(shù)器進行這樣的動作，如圖5的下部所示那樣檢測周期Tp的期間的計數(shù)數(shù)量Ntp。所檢測出的該計數(shù)數(shù)量Ntp與構(gòu)成PWM指示信號Si的各脈沖的周期Tp對應(yīng)。計數(shù)數(shù)量Ntp被提供給持續(xù)動作時間計算部36。持續(xù)動作時間計算部36根據(jù)計數(shù)數(shù)量Ntp來計算電動機40的動作持續(xù)時間，并提供給目標轉(zhuǎn)速指示部38。
[0050]占空比檢測部34在本結(jié)構(gòu)例中具有對時鐘信號Ckl的數(shù)量進行計數(shù)的計數(shù)器。如圖5的下部所示，占空比檢測部34的計數(shù)器在邊緣檢測信號Ps的定時開始計數(shù)，在PWM指示信號Si的接通期間Ton的期間持續(xù)進行計數(shù)，來檢測接通期間Ton的計數(shù)數(shù)量Non。并且，占空比檢測部34計算計數(shù)數(shù)量Non相對于計數(shù)數(shù)量Ntp的比率。該比率與PWM指示信號Si的占空比對應(yīng)。占空比檢測部34將該比率提供給目標轉(zhuǎn)速計算部37。目標轉(zhuǎn)速計算部37根據(jù)占空比來恢復(fù)目標轉(zhuǎn)速。
[0051]計時計數(shù)器35是在從上升邊緣檢測部32接收到邊緣檢測信號Ps時復(fù)位的計數(shù)器。即，計時計數(shù)器35對沒有輸入PWM指示信號Si的脈沖的未輸入信號時間進行計量，將該未輸入信號時間提供給目標轉(zhuǎn)速指示部38。
[0052]目標轉(zhuǎn)速指示部38分別從持續(xù)動作時間計算部36、目標轉(zhuǎn)速計算部37以及計時計數(shù)器35接收輸出，來決定最終的目標轉(zhuǎn)速并將目標轉(zhuǎn)速Vr提供給旋轉(zhuǎn)控制部12。
[0053]在IG開關(guān)5為接通狀態(tài)的情況下，例如當(dāng)將計數(shù)數(shù)量Ntp設(shè)為2000、將計數(shù)數(shù)量Non設(shè)為1000時，其比率為0.5，占空比為50%。目標轉(zhuǎn)速指示部38例如根據(jù)50%的占空比將目標轉(zhuǎn)速Vr恢復(fù)為1000 (rpm)，在25%的占空比的情況下將目標轉(zhuǎn)速Vr恢復(fù)為500 (rpm)。
[0054]另一方面，當(dāng)IG開關(guān)5為斷開狀態(tài)時，停止對上級E⑶20提供電源，因此停止從上級ECU20發(fā)送PWM指示信號Si。在該狀態(tài)下，在作為來自計時計數(shù)器35的輸出的未輸入信號時間比作為來自持續(xù)動作時間計算部36的輸出的持續(xù)動作時間Tc長時，目標轉(zhuǎn)速指示部38進行動作以將目標轉(zhuǎn)速Vr設(shè)定為“O”。S卩，電動機控制裝置10進行控制以使電動機40停止旋轉(zhuǎn)。
[0055]接著，參照圖6進一步詳細地說明目標轉(zhuǎn)速指示部38的動作。圖6是用于說明本發(fā)明的實施方式的PWM信號處理部的動作的信號波形圖。
[0056]圖6示出了 IG開關(guān)5被斷開前后的目標轉(zhuǎn)速Vr的變化，在圖6的上部示出了 IG開關(guān)5從接通切換為斷開的狀態(tài)，在圖6的中部示出了 PWM指示信號Si的上升邊緣檢測信號Ps，在圖6的下部示出了目標轉(zhuǎn)速Vr的變化。
[0057]計時計數(shù)器35由計數(shù)器構(gòu)成，提供給計數(shù)器的時鐘Ck2的頻率既可以比PWM指示信號Si的頻率高也可以比PWM指示信號Si的頻率低，只要是足以對持續(xù)動作時間進行計數(shù)的頻率即可。在本實施方式中，以時鐘Ck2的頻率低于PWM指示信號Si的頻率的情況進行說明。另外，將與恢復(fù)的動作持續(xù)時間Tc相當(dāng)?shù)挠嫈?shù)值設(shè)為Ntc。
[0058]計時計數(shù)器35的計數(shù)器構(gòu)成為基于上升邊緣檢測信號Ps復(fù)位，對所輸入的時鐘Ck2進行計數(shù)。如圖6所示，時鐘Ck2的周期Tck2比上升邊緣檢測信號Ps的周期Tp長。如果設(shè)為IG開關(guān)5在時刻tl從接通切換為斷開，則當(dāng)IG開關(guān)5為接通時(t0〈t〈tl)，在計數(shù)開始之前計時計數(shù)器35被復(fù)位，因此計時計數(shù)器35的輸出不會大于I。另一方面，在IG開關(guān)5切換為斷開之后(t > tl)，不再輸入PWM指示信號Si，因此沒有上升邊緣檢測信號Ps。在這種情況下，不會使計時計數(shù)器35復(fù)位，因此計時計數(shù)器35對時鐘Ck2進行計數(shù)，當(dāng)計時計數(shù)器35的輸出比對應(yīng)于持續(xù)動作時間的計數(shù)值Ntc大時(t > t2)，在將目標轉(zhuǎn)速設(shè)定為“O”的同時將PWM信號處理部30的微計算機設(shè)定為休眠模式。
[0059]通過這樣，能夠基于IG開關(guān)5即將斷開時的車速、主機電池2的溫度，使冷卻鼓風(fēng)機8的電動機40以恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速動作恰當(dāng)時間之后停止。
[0060]此外，在以上說明中，列舉了利用計數(shù)器等構(gòu)成PWM信號處理部30的一例進行了說明，但也能夠利用微計算機等來構(gòu)成PWM信號處理部30。即，只要構(gòu)成為如下結(jié)構(gòu)即可:將如上所述的PWM信號處理部30的功能作為程序嵌入并執(zhí)行如上所述的處理。另外，在上述的結(jié)構(gòu)例中，列舉了以脈沖的上升為基準來對接通期間的脈沖寬度進行調(diào)制的一例進行了說明，但也可以是如下結(jié)構(gòu):以脈沖的下降為基準，或者對斷開期間的脈沖寬度進行調(diào)制?？傊?，只要是能夠在PWM信號處理部30中根據(jù)所接收到的PWM指示信號Si準確地恢復(fù)脈沖周期和占空比的結(jié)構(gòu)即可。
[0061]接著，說明無刷電動機50的詳細結(jié)構(gòu)。
[0062]圖7是本發(fā)明的實施方式的無刷電動機50的截面圖。在本實施方式中，列舉轉(zhuǎn)子以旋轉(zhuǎn)自如的方式配置在定子的內(nèi)周側(cè)的內(nèi)轉(zhuǎn)子型的無刷電動機50的例子來進行說明。
[0063]如圖7所示，無刷電動機50具備定子51、轉(zhuǎn)子52、電路基板53以及電動機盒54。電動機盒54由密封的圓筒形狀的金屬形成，無刷電動機50是在這種電動機盒54內(nèi)收納有定子51、轉(zhuǎn)子52以及電路基板53的結(jié)構(gòu)。
[0064]在圖7中，定子51是在定子鐵芯55上卷繞每一相的繞組56而構(gòu)成的。定子鐵芯55具有向內(nèi)周側(cè)突出的多個凸極。另外，定子鐵芯55的外周側(cè)是大致圓筒形狀，其外周被固定于電動機盒54。在定子51的內(nèi)側(cè)隔著空隙插入了轉(zhuǎn)子52。轉(zhuǎn)子52在轉(zhuǎn)子框架57的外周保持圓筒形狀的永磁體58，配置成以由軸承59支承的旋轉(zhuǎn)軸60為中心自由旋轉(zhuǎn)。SP，配置成定子鐵芯55的凸極的前端面與永磁體58的外周面相對置。利用這樣的定子51和由軸承59支承的轉(zhuǎn)子52來構(gòu)成電動機40。[0065]并且，在該無刷電動機50中，安裝有各種電路部件41的電路基板53內(nèi)置于電動機盒54的內(nèi)部。利用這些電路部件41來具體地構(gòu)成用于控制、驅(qū)動電動機40的電動機控制裝置10。另外，為了檢測轉(zhuǎn)子52的旋轉(zhuǎn)位置，在電路基板53上還安裝有由霍爾元件等構(gòu)成的位置檢測傳感器49。在定子鐵芯55上安裝有支承構(gòu)件61，電路基板53通過該支承構(gòu)件61被固定在電動機盒54內(nèi)。而且，U相、V相、W相各自的繞組56U、56V、56W的端部作為引出線56a從定子51引出，各個弓丨出線56a與電路基板53相連接。
[0066]另外，從無刷電動機50引出用于與上級E⑶20相連接的PWM信號線19。
[0067]從外部對以上述方式構(gòu)成的無刷電動機50提供電源電壓、PWM指示信號Si，由此通過在電路基板53上構(gòu)成的電動機控制裝置10使驅(qū)動電流流過繞組56，從定子鐵芯55產(chǎn)生磁場。然后，通過來自定子鐵芯55的磁場和來自永磁體58的磁場,與這些磁場的極性相應(yīng)地產(chǎn)生吸引力和排斥力，通過這些力使轉(zhuǎn)子52以旋轉(zhuǎn)軸60為中心進行旋轉(zhuǎn)。
[0068]如以上說明那樣，在本實施方式的電動機控制系統(tǒng)1、電動機控制裝置10中，不需要具備上級ECU20和冷卻鼓風(fēng)機8專用的繼電器。在上級ECU20和冷卻鼓風(fēng)機8的電動機控制裝置10之間不需要用于模式切換、速度/時間設(shè)定的串行通信。因而，電動機控制裝置10能夠以廉價的部件、低規(guī)格的微計算機等來實現(xiàn)。另外，不需要串行通信用的電子部件(CAN收發(fā)器、扼流線圈、高精度時鐘等)。因此，能夠降低電動機控制系統(tǒng)I的成本。并且，當(dāng)IG開關(guān)5斷開并經(jīng)過持續(xù)動作時間時，電動機控制裝置10轉(zhuǎn)變?yōu)樾菝吣Ｊ?，因此能夠大幅減小車輛停止時的暗電流，因此能夠?qū)崿F(xiàn)混合動力車的燃料消耗率提高、運轉(zhuǎn)距離的提聞。
[0069]產(chǎn)業(yè)h的可利用件
[0070]本發(fā)明的電動機控制系統(tǒng)、電動機控制裝置以及無刷電動機適于車載用的冷卻鼓風(fēng)機，特別是對搭載于利用大型電池進行動作的混合動力車、電動汽車的冷卻鼓風(fēng)機有用。
[0071]附圖標記說明
[0072]I:電動機控制系統(tǒng)；2:主機電池(電源提供部)；3:輔機電池；4:車輪驅(qū)動部；5:IG開關(guān)(點火開關(guān))；6:溫度傳感器；7:風(fēng)扇；8:冷卻鼓風(fēng)機；10:電動機控制裝置；12 --旋轉(zhuǎn)控制部；13:通電驅(qū)動部；14:PWM驅(qū)動電路；15:逆變器；16:位置檢測部；17:轉(zhuǎn)速計算部；19:PWM信號線；20:上級E⑶(上級控制器)；21:目標轉(zhuǎn)速決定部；22:持續(xù)動作時間決定部；23:占空比計算部；24:頻率計算部；25:PWM信號輸出部；30:PWM信號處理部；31:休眠解除檢測部；32:上升邊緣檢測部；33:邊緣周期檢測部(周期檢測部);34:占空比檢測部；35:計時計數(shù)器(時間計量部)；36:持續(xù)動作時間計算部；37:目標轉(zhuǎn)速計算部；38:目標轉(zhuǎn)速指示部；40:電動機；41:電路部件；49:位置檢測傳感器；50:無刷電動機；51:定子；52:轉(zhuǎn)子；53:電路基板;54:電動機盒；55:定子鐵芯；56、56U、56V、56W:繞組;56a:引出線；57:轉(zhuǎn)子框架；58:永磁體；59:軸承；60:旋轉(zhuǎn)軸；61:支承構(gòu)件。
【權(quán)利要求】
1.一種電動機控制系統(tǒng)，具備:上級控制器，其控制車輛的車輪驅(qū)動部，當(dāng)點火開關(guān)斷開時停止對該上級控制器提供電源；以及電動機控制裝置，其從上述上級控制器接收PWM指示信號，對用于冷卻向上述車輪驅(qū)動部提供電源的電源提供部的冷卻鼓風(fēng)機的電動機進行控制，該電動機控制系統(tǒng)的特征在于， 上述上級控制器根據(jù)上述電動機的目標轉(zhuǎn)速來調(diào)制上述PWM指示信號的脈沖的占空t匕，并且根據(jù)上述電動機的持續(xù)動作時間來調(diào)制上述PWM指示信號的脈沖的周期，將調(diào)制得到的上述PWM指示信號發(fā)送到上述電動機控制裝置， 上述電動機控制裝置對所接收到的上述PWM指示信號進行解調(diào)來恢復(fù)上述目標轉(zhuǎn)速和上述持續(xù)動作時間，基于上述目標轉(zhuǎn)速來控制上述電動機的轉(zhuǎn)速,并且在未接收到上述PWM指示信號的時間大于上述持續(xù)動作時間時,進行控制以使上述電動機停止旋轉(zhuǎn)。
2.一種電動機控制裝置，從上級控制器接收PWM指示信號，控制冷卻鼓風(fēng)機的電動機，該電動機控制裝置的特征在于，具備: PWM信號處理部，其基于上述PWM指示信號輸出目標轉(zhuǎn)速； 位置檢測部，其檢測上述電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置并輸出位置檢測信號； 轉(zhuǎn)速計算部，其基于上述位置檢測信號來計算上述電動機的轉(zhuǎn)速并輸出檢測轉(zhuǎn)速； 旋轉(zhuǎn)控制部，其基于上述目標轉(zhuǎn)速和上述檢測轉(zhuǎn)速輸出驅(qū)動信號；以及 通電驅(qū)動部，其基于上述驅(qū)動信號對上述電動機進行通電驅(qū)動， 其中，上述PWM信號處理部根據(jù)上述PWM指示信號的脈沖的占空比來恢復(fù)目標轉(zhuǎn)速，根據(jù)上述PWM指示信號的脈沖的周期來恢復(fù)持續(xù)動作時間， 當(dāng)未接收到上述PWM指示信號的時間大于上述持續(xù)動作時間時，上述PWM信號處理部向上述旋轉(zhuǎn)控制部提供使上述電動機停止旋轉(zhuǎn)的目標轉(zhuǎn)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于， 上述PWM信號處理部具備: 周期檢測部，其檢測上述PWM指示信號的脈沖的周期； 占空比檢測部，其檢測上述PWM指示信號的脈沖的占空比； 持續(xù)動作時間計算部，其基于上述脈沖的周期來計算上述持續(xù)動作時間； 目標轉(zhuǎn)速計算部，其基于上述脈沖的占空比來計算上述目標轉(zhuǎn)速； 時間計量部，其對沒有輸入上述PWM指示信號的未輸入信號時間進行計量；以及目標轉(zhuǎn)速指示部，其在上述未輸入信號時間大于上述持續(xù)動作時間時輸出使上述電動機停止旋轉(zhuǎn)的目標轉(zhuǎn)速。
4.一種無刷電動機，其特征在于，具備: 轉(zhuǎn)子； 定子，其具備三相的繞組；以及 對上述繞組進行通電驅(qū)動的根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電動機控制裝置。
【文檔編號】H02P6/06GK103534926SQ201380001076
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月15日
【發(fā)明者】佐藤大資 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社