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1、(10)申请公布号 CN 102820841 A (43)申请公布日 2012.12.12 C N 1 0 2 8 2 0 8 4 1 A *CN102820841A* (21)申请号 201210183044.3 (22)申请日 2012.06.05 2011-126359 2011.06.06 JP H02P 6/18(2006.01) (71)申请人爱信精机株式会社 地址日本爱知县 (72)发明人凑佳彦 (74)专利代理机构北京天昊联合知识产权代理 有限公司 11112 代理人宋丹氢 张天舒 (54) 发明名称 电机控制装置 (57) 摘要 一种电机控制装置，包括：控制条件存储单元 （3。
2、），其存储供至三相电机（10）的等效电压所限 定的控制条件、以及供至三相电机（10）的等效电 压与PWM信号的频率之间关系所限定的控制条件 中的至少一个；控制条件提取单元（2），其响应于 具有三相电机（10）作为动力源的泵（30）所供给 的粘性流体的温度，从控制条件存储单元（3）中 提取控制条件；以及PWM控制单元（1），其在三相 电机（10）启动时基于所提取的控制条件相关的 PWM信号，控制逆变器电路（11）中所包括的开关 元件（Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6）。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (1。
3、2)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种电机控制装置（100），包括： 控制条件存储单元（3），其存储供至三相电机（10）的等效电压所限定的控制条件、以 及供至所述三相电机（10）的所述等效电压与PWM信号的频率之间关系所限定的控制条件 中的至少一个； 控制条件提取单元（2），其响应于具有所述三相电机（10）作为动力源的泵（30）所供给 的粘性流体的温度，从所述控制条件存储单元（3）中提取所述控制条件；以及 PWM控制单元（1），在所述三相电机（10）启动时，基于所提取的所述控制条件相关的 PWM信号，该PWM控制单元（1）控制逆变器电路（11。
4、）中所包括的开关元件（Q1、Q2、Q3、Q4、 Q5、Q6）。 2.根据权利要求1所述的电机控制装置（100），其中，所述控制条件限定为，随着所述 粘性流体的温度越高，使所述等效电压越低。 3.根据权利要求1或权利要求2所述的电机控制装置（100），其中，所述等效电压限定 为负载比。 4.根据权利要求2或权利要求3所述的电机控制装置（100），其中，所述控制条件限定 为，随着所述粘性流体的温度越低，使所述频率越低。 权 利 要 求 书CN 102820841 A 1/6页 3 电机控制装置 技术领域 0001 本发明总体上涉及一种电机控制装置。 背景技术 0002 包括带有定子线圈的定子、以及。
5、带有永磁体的转子的三相电机已经用作电动装置 的驱动源。通过控制在向定子线圈施加电流时所产生的磁通与由永磁体所产生的磁通之间 作用的引力及斥力，来控制转子的旋转。这种控制方法需要确定转子的位置、并取决于转子 的位置向定子线圈供应适当的电流。虽然可能使用旋转传感器来检测转子的精确位置，但 这种方法导致成本增加。所以，已经提出了几种技术方法用于检测转子的位置而不使用旋 转传感器，例如，如JP2005-110345A（下文称为专利文献1）中所披露的。 0003 专利文献1披露了一种控制装置，用于激励无传感器式电机以便驱动液压泵。当 由温度传感器测得的液压油温度高于第一预定温度时，以具有第一启动换向频率。
6、的开环控 制激励无传感器式电机，然后，在转速达到预定速度之后，用闭环控制对无传感器式电机进 行控制。当液压油温度低于第一预定温度时，用具有第二启动换向频率的开环控制激励并 运转无传感器式电机，第二启动换向频率等于或低于第一启动换向频率。 0004 如上所述，专利文献1中所披露的控制装置想要基于液压油的测量温度来激励无 传感器式电机。当液压油温度低于预定温度时，使换向频率降低。由于电能从发电机或蓄 电池供至无传感器式电机，输出电压可能波动。例如，当输出电压升高时，无传感器式电机 快速旋转，并且可能超过期望的转动角度。另一方面，当输出电压下降时，无传感器式电机 的转动速度变低，并且用于检测无传感器。
7、式电机的位置的时间间隔变长，所以，延长了启动 时间。 0005 因此，对于电机控制装置存在这样的需求，适当地限定输出电压以及换向频率，并 且能扩展可以快速检测电机位置的粘性流体的温度范围。 发明内容 0006 根据本发明的一方面，一种电机控制装置，包括：控制条件存储单元，其存储供至 三相电机的等效电压所限定的控制条件、以及供至三相电机的等效电压与PWM信号的频率 之间关系所限定的控制条件中的至少一个；控制条件提取单元，其响应具有三相电机作为 动力源的泵所供给的粘性流体的温度，从控制条件存储单元中提取控制条件；以及PWM控 制单元，其在三相电机启动时基于所提取的控制条件相关的PWM信号，控制逆变。
8、器电路中 所包括的开关元件。 0007 根据上述结构，本电机控制装置产生具有适当控制条件的PWM信号，用于响应粘 性流体的温度来启动三相电机。当预先确定PWM信号以基于三相电机的载荷进行优化时， 能够扩展适用粘性流体的温度范围。在所扩展的温度范围内，能够快速地检测三相电机的 位置。 0008 根据本发明的另一方面，控制条件限定为，随着粘性流体的温度越高，使得等效电 说 明 书CN 102820841 A 2/6页 4 压越低。 0009 由于粘性流体的温度高时粘性流体的粘度低，则三相电机的载荷轻。根据上述结 构，可以使三相电机的输出扭矩降低。所以，即使当施加至三相电机的载荷轻时，也可以快 速地。
9、检测三相电机的位置。 0010 根据本发明的又一方面，等效电压限定为负载比（duty ratio）。 0011 根据上述结构，通过限定负载比可以适当地限定等效电压，以便快速启动三相电 机。所以，可以快速启动三相电机而与粘性流体的温度无关。 0012 根据本发明的又一方面，控制条件限定为，随着粘性流体的温度越低，使得频率越 低。 0013 由于粘性流体的温度低时粘性流体的粘度高，则三相电机的载荷重。根据上述结 构，可以使三相电机的输出扭矩增大。所以，即使当施加至三相电机的载荷重时，也可以快 速检测三相电机的位置。 附图说明 0014 根据下文结合附图进行的详细描述，本发明的这些以及其它的目的和优。
10、点将更为 明了，附图中： 0015 图1是示意性示出根据本文披露实施例的电机控制装置配置的方框图； 0016 图2是图示在用于各晶体管的信号周期的一个周期中所包括的PWM信号的图； 0017 图3是图示脉冲的一个周期的图； 0018 图4是图示控制条件示例的图；以及 0019 图5是图示控制条件的特性曲线示例的图。 具体实施方式 0020 下面，参照图1至图4，说明根据本发明的电机控制装置的配置及操作。电机控制 装置100具有这样的功能，以在粘性流体的任意温度下驱动三相电机，由该三相电机运转 的泵使粘性流体流动。在本发明中，作为示例，对包括带有永磁体的转子以及带有定子线圈 的定子的无传感器式无。
11、刷三相电机进行说明。据此，使用“油”作为“粘性流体”的示例。然 而，也可应用除“油”以外的其它“粘性流体”。 0021 图1示出根据本实施例的电机控制装置100的配置。电机控制装置100包括脉冲 宽度调制控制单元（下文称为PWM控制单元）1，控制条件提取单元2，控制条件存储单元3， 转子位置检测单元5，以及逆变器电路11。 0022 三相电机10包括带有永磁体的转子以及产生磁通用于给转子提供旋转力的定 子。定子包括分别对应于U相、V相、以及W相的三相定子线圈7U、7V、以及7W。各定子线 圈以三角形接法连接，并且将其与逆变器电路11连接。三相电机10用来驱动供油所使用 的油泵（泵）30。 00。
12、23 逆变器电路11使作为控制对象的三相电机10运转，逆变器电路11将直流电变换 成交流电。所以，逆变器电路11作为变频单元。自与逆变器电路11相连接的电源12供给 直流电。逆变器电路11包括六个晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5及Q6，其中包括与电源12的正 端子引线侧（正端子侧）连接的高端晶体管Q1、Q3及Q5，以及与电源12的负端子引线侧（负 说 明 书CN 102820841 A 3/6页 5 端子侧）连接的低端晶体管Q2、Q4及Q6。 0024 例如，在同时只接通晶体管Q1和晶体管Q4的情况下，在三相电机10所包括的三 个端子中的两个端子之间供给电流。三个端子对应于U相端子41、V相。
13、端子42、以及W相 端子43。当同时只接通晶体管Q1和晶体管Q4时，这两个端子对应于V相端子42及W相端 子43。所以，当同时只接通晶体管Q1和晶体管Q4时，将电流供至V相端子42和W相端子 43之间。换而言之，使电流经由晶体管Q1、定子线圈7V以及晶体管Q4供至三相电机10，并 经由晶体管Q1、定子线圈7U、定子线圈7W以及晶体管Q4供至三相电机10。 0025 另一方面，在同时只接通晶体管Q3和晶体管Q2的情况下，在V相端子42与W相 端子43之间供给电流。在这种情况下，将电流经由晶体管Q3、定子线圈7V以及晶体管Q2 供至三相电机10，并经由晶体管Q3、定子线圈7W、定子线圈7U以及晶体。
14、管Q2供至三相电机 10。 0026 在接通晶体管Q1和晶体管Q4的情况与接通晶体管Q3和晶体管Q2的情况之间， 通过定子线圈7U、7V以及7W的电流的方向是不同的。在各定子线圈7U、7V以及7W中，根 据电流的方向产生磁通，并且在该磁通与转子中所包括的永磁体之间产生引力及斥力。因 此，通过顺序接通每对由高端晶体管Q1、Q3以及Q5之一与低端晶体管Q2、Q4以及Q6之一 构成的多对晶体管，转子获得旋转力。 0027 各晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6设置有二极管D1、D2、D3、D4、D5以及D6，使 得晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6的集电极端子引线分别与二极管D1、D2。
15、、D3、D4、D5以 及D6的阴极端子引线连接，并且使二极管D1、D2、D3、D4、D5以及D6的阳极端子引线分别 与晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6的发射极端子引线连接。由于在使各定子线圈通电时 各定子线圈7U、7V以及7W充有能量，设置这些二极管D1、D2、D3、D4、D5以及D6，以避免在 停止对各定子线圈供电时所产生的反电动势力对周围器件的负效应。 0028 由PWM控制单元1实施施加至这些晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6的控制顺序。 PWM控制单元1用具有预定频率的PWM信号控制逆变器电路11中所包括的开关器件或开关 元件。逆变器电路11中所包括的开关器件与上述晶。
16、体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6对应。 所以，PWM控制单元1操作逆变器电路11中所包括的晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6。 0029 图2示出信号周期的一个周期中所包括的PWM信号的示例。在图示中，分别示出 用于晶体管Q1、Q3、Q5、Q2、Q4以及Q6的PWM信号。特别地，供至晶体管Q1、Q3和Q5的PWM 信号包括多个脉冲，并取决于此脉冲控制经由各晶体管Q1、Q3、Q5、Q2、Q4以及Q6的导电状 态（即接通或断开）。 0030 根据图1，基于和各定子线圈7U、7V以及7W中所产生的反电动势力相对应的电压 与预定基准电压之间的比较结果，转子位置检测单元5处理转子的位置检。
17、测。特别地，转子 位置检测单元5检测转子的位置是否达到预定位置。在检测过程中，能够应用周知技术或 通用技术。所以，在本说明书中省略检测过程的说明。转子位置检测单元5将得到的检测 结果传送至PWM控制单元1。基于自转子位置检测单元5传送的检测结果，PWM控制单元1 处理PWM控制。 0031 基于由油泵30运转所供给的油的温度，电机控制装置100输出PWM信号。因此， 可以不考虑油温，而能够快速检测三相电机10的位置。下文中，对这样一种启动控制进行 描述。 说 明 书CN 102820841 A 4/6页 6 0032 在本实施例中，设置温度传感器40，以测量由油泵30运转所供给的油的温度。周 。
18、知器件或通用器件能够用作温度传感器40。将温度传感器40的测量结果作为温度信息传 送至如下文所述的控制条件提取单元2。 0033 控制条件存储单元3存储控制条件，控制条件定义为供至三相电机10的电压和用 于控制三相电机10的PWM信号频率之间的关系。供至三相电机10的电压与来自逆变器电 路11的输出电压对应。如本实施例中上文所述，三相电机10由使用PWM信号的PWM控制 来运转，这种PWM信号包括多个脉冲。图3示出一个脉冲，其对应于PWM信号中所包括的 多个脉冲的一个信号周期（例如，该信号脉冲与图2中所示的B对应）。脉冲幅度对应于从 电源12输出的电压V。脉冲的一个循环周期（图2和图3中的B）。
19、包括脉冲幅度接近于电 压V的负载接通状态（on-duty state）以及脉冲幅度接近于0的负载断开状态（off- duty state）。所以，供至三相电机10的等效电压（或电流）由从电源12输出的电压V和负载接 通（on-duty）限定。 0034 具体而言，例如，电源12的输出电压假设为12伏。如果供至三相电机10的等效 电压为6伏，则负载接通设定为50%。同样，如果供至三相电机10的等效电压为4伏，则负 载接通设定为33.3%。如果供至三相电机10的等效电压为8伏，则负载接通设定为66.6%。 0035 当等效电压设定为较高值时，供至定子线圈的电流（电流量）增加，并且作用在定 子线圈与。
20、永磁体之间的引力及斥力较强。所以，感应电压较高，且启动扭矩较大。另一方 面，当等效电压设定为较低值时，供至定子线圈的电流（电流量）减小，并且作用在定子线圈 与永磁体之间的引力及斥力较弱。所以，感应电压较低，且启动扭矩较小。 0036 如图2所示，控制三相电机10的频率包括在一个周期内对晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、 Q5以及Q6的控制。更具体地，如果图2中所示PWM信号的一个周期对应于A，则频率为1/ A。例如，转子的转速因提高频率而增大。另一方面，转子的转速因降低频率而减小。 0037 因此，基于供至三相电机10的等效电压与频率之间的关系来确定PWM信号，并将 PWM信号与油温相关联地存储在。
21、控制条件存储单元3中。在本实施例中，控制条件限定为， 随着粘性流体（油）的温度升高，使得等效电压降低。换而言之，控制条件限定为，随着粘性 流体的温度越高，使得等效电压越低。随着粘性流体（油）的温度降低，频率减小。换而言 之，控制条件限定为，随着粘性流体的温度越低，使得频率越低。如上所述，与负载比（占空 比，duty ration）相关联地确定等效电压，将等效电压限定为负载比。 0038 图4示出存储在控制条件存储单元3中控制条件的示例。如图4所示，例如，在油 温T 0 大于或等于T的情况下，所存储的控制条件为“4伏/20赫兹”，而在油温T 0 小于T的 情况下，存储的控制条件为“8伏/10赫兹。
22、”。这种关系（电压除以频率）是与供至三相电机 10的等效电压和用于控制三相电机10的PWM信号频率之间关系相对应的一种示例。 0039 响应于粘性流体（油）的温度，控制条件提取单元2从控制条件存储单元3中提取 控制条件。如上所述，根据油温的温度信息从温度传感器40传送至控制条件提取单元2。 与油温相关的控制条件存储在控制条件存储单元3中。所以，控制条件提取单元2从控制 条件存储单元3中提取与温度信息所指示的油温相关的控制条件。将所提取的控制条件传 送至PWM控制单元1。 0040 当启动三相电机时，基于与所提取控制条件相对应的PWM信号，PWM控制单元1控 制逆变器电路11中所包括的晶体管Q1。
23、、Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6。所提取的控制条件是自控 说 明 书CN 102820841 A 5/6页 7 制条件提取单元2传送的控制条件。PWM控制单元1产生由这种控制条件限定的PWM信号， 并且控制晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5以及Q6。由于PWM信号是依据油温适当限定的控制条 件，则三相电机以可靠方式启动。在启动三相电机之后，基于来自作为上级系统的控制单元 的指令，通过产生PWM信号，PWM控制单元1控制三相电机10的转动。 0041 根据本实施例，电机控制装置100产生带有适当控制条件的PWM信号，以便响应粘 性流体的温度来启动三相电机10。当预先确定PWM信号以基于三相电机1。
24、0的载荷进行优 化时，能扩展适用于粘性流体的温度范围。在所扩展的温度范围内能快速地检测三相电机 10的位置。 0042 其他实施例 0043 上述实施例披露了控制条件存储单元3存储控制条件，该控制条件由供至三相电 机10的等效电压与用于控制三相电机10的PWM信号的频率之间关系限定。然而，有关本 发明的说明书的范围并不局限于这里所披露的特定实施例。控制条件存储单元3可以只设 置由供至三相电机10的等效电压所限定的控制条件。换而言之，PWM信号的频率可以保持 恒定值而与油温无关。 0044 另外，控制条件存储单元3可以存储由供至三相电机10的等效电压所限定的控制 条件、以及由供至三相电机10的等。
25、效电压与用于控制三相电机10的PWM信号的频率之间 关系所限定的控制条件二者。根据这种情况，控制条件提取单元2可以根据油温提取适当 的控制条件，该控制条件选自供至三相电机10的等效电压所限定的控制条件、以及由供至 三相电机10的等效电压与用于控制三相电机10的PWM信号的频率之间关系所限定的控制 条件。 0045 上述实施例披露这样限定控制条件，随着油温越高使得等效电压越低，以及随着 油温越低使得频率越低。然而，关于本发明的说明书的范围并不局限于本文所披露的特定 实施例。控制条件可以这样限定，随着油温越高使得等效电压越低而频率保持恒定值。 0046 上述实施例披露控制条件存储单元3存储当油温T。
26、 0 大于或等于T时的控制条件 “4伏/20赫兹”、以及当油温T 0 小于T时的控制条件“8伏/10赫兹”。然而，关于本发明的 说明书范围并不局限于本文所披露的特定实施例。控制条件存储单元3可以存储响应于油 温的三类限定。 0047 另外，作为一种示例，如图5所示，控制条件存储装置3可以存储与油温（纵轴）和 控制条件（横轴）诸如等效电压之间关系相对应的特性曲线。此外，控制条件存储装置3可 以存储与油温（X轴）、等效电压（Y轴）、以及频率（Z轴）之间关系相对应的三维映射。 0048 本发明能够应用于快速启动电机的电机控制装置。 0049 根据本发明的一方面，一种用于控制三相电机旋转驱动的电机控制。
27、装置，包括：控 制条件存储单元，其存储多个控制条件，这些控制条件涉及在将供自电源的电压施加至三 相电机时通过控制多个开关元件而施加至三相电机的电压的脉冲；PWM控制单元，其基于 来自控制条件存储单元的控制条件来控制多个开关元件；以及控制条件提取单元，其响应 粘性流体的温度从控制条件存储单元中提取控制条件之一，三相电机作为动力源的泵用来 使该粘性流体流动。 0050 根据上述结构，响应粘性流体的温度，可以适当地控制三相电机。所以，由于用对 应三相电机载荷的正确条件来控制三相电机，能够扩展适用粘性流体的温度范围。在所扩 说 明 书CN 102820841 A 6/6页 8 展的温度范围内，能够快速检测三相电机的位置。 说 明 书CN 102820841 A 1/3页 9 图1 说 明 书 附 图CN 102820841 A 2/3页 10 图2 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102820841 A 10 3/3页 11 图5 说 明 书 附 图CN 102820841 A 11 。