[发明专利]用于多相旋转电机的控制系统

说明书

本申请是申请日为2009年1月9日、申请号为200910002604.9、发明名称为“用于多相旋转电机的控制系统”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于多相旋转电机的控制系统，该控制系统通过操作电力变换电路的开关元件而向多相旋转电机施加电压。

背景技术

在一种用于多相电动机的常规控制系统中，例如在JP-9-312993A中，在通过120°通电方法（系统）向三相电动机施加矩形波形电压时，调制矩形波形电压的脉冲宽度。在该系统中，与用于施加矩形波形电压的切换的转换时刻同步执行脉冲宽度调制（PWM）。这抑制了在对执行脉冲宽度调制的开关元件进行切换时的噪声。

在以上述方式执行PWM处理时，无电刷电动机的中性点电势与脉冲宽度调制同步发生变化。另一方面，因为电动机的中性点一般通过绝缘体设置成与导体相邻，因此中性点电势被等价地通过电容器接地。在这种情况下，当中性点电势与脉冲宽度调制同步变化时，电流从中性点通过绝缘体在导体侧中流动，而该电流可能会成为噪声。

在另一种用于多相旋转电机的常规控制系统中，在以无传感器方式驱动三相电动机时，在改变相位的同时执行两次从一个特定相到另一相的通电过程，从而获取旋转角的初始值，由此固定旋转角。即使因为这样通过两次通电过程控制旋转角使其到达最终旋转角而将通电过程开始前的转子旋转角设置为相对于最终旋转角成接近电气角180°（死点）的不可控角度，也可以将电动机的旋转角控制到最终的旋转角。亦即，当开始通电过程之前的转子旋转角接近死点时，不能通过通电过程改变转子以将旋转角控制到最终旋转角。然而，通电过程被执行两次，由此能够将电动机的旋转角控制到最终旋转角。

在两次通电过程中，例如JP3244800（US5396159）提出了一项技术，其中设置相应的通电过程次数，使得第一处理的频率f1（1/2×（处理时间））、第二处理的频率f2（1/2×（处理时间））和电动机的固有频率满足关系f1>F0>f2。结果，在电动机启动时可以安全地正向旋转电动机。

被通电的电动机将旋转角收敛到给定角度所需的收敛时间取决于电动机的惯性和转子与轴承之间的摩擦力。亦即，收敛时间随着惯性变大或摩擦力变小而变长。因此，当基于上述范例中的固有频率设置第一通电过程的时间时，根据电动机的不同，第二通电过程的开始时间点的旋转角有可能变成接近死点的不可控角度。在这种情况下，不能正常启动电动机。

在另一种用于多相旋转电机的常规控制系统中，通过检测无任何转子位置检测器（例如霍尔元件）的定子绕组的端电压中出现的感应电压来检测转子位置。例如，在通过120°通电方法驱动三相无电刷直流电动机时，基于开路相端电压与参考电压的比较结果来检测位置信号。在这种情况下，为了控制施加到电动机的电压和电动机中流过的电流，进行脉冲宽度调制控制或限流控制。

当在PWM控制或限流控制下将定子绕组的通电状态从切断状态（off-state）变成接通状态（on-state）时，端电压中会发生振铃振荡（ringing）（周期性波动）。当端电压中出现振铃振荡时，在通过比较端电压和参考电压提供的位置信号中发生相移（随时间的变化），造成旋转不均匀、噪音或不同相（step-out phase）。

因此，JP3308680提出将在PWM信号从接通状态到切断状态的下降时刻的端电压和参考电压的比较结果信号锁存。因此，可以提供位置信号而不会受到端电压中发生的振铃振荡的影响。然而，必需要向迄今一直使用的微型计算机或逻辑电路添加锁存器电路作为新的功能电路，或者调节作为微型计算机中装配的资源之一的锁存器电路，使其从实现另一预定目的变为实现上述目的。结果，电路被复杂化。

发明内容

因此本发明的第一目的是提供一种用于多相旋转电机的控制系统，其能够通过在向多相旋转电机施加电压时操作电力变换电路的开关元件来适当地抑制噪声的发生。

本发明的第二目的是提供一种用于旋转电机的控制系统，其对旋转电机的旋转角进行位置控制，使其通过中间角到达最终角，由此适当地启动旋转电机。

本发明的第三目的是提供一种用于多相旋转电机的控制系统，其能够精确地检测位置信号而不会使系统结构复杂化。