3相無刷電機的制動裝置製造方法
2023-08-10 20:37:41
3相無刷電機的制動裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及3相無刷電機的制動裝置，在利用短路制動使3相無刷電機產生制動力的制動裝置中，抑制利用短路制動產生的制動力，防止因過大的制動力導致在安裝有3相無刷電機的電氣設備中產生不良後果。在3相無刷電機的制動時，代替使3相無刷電機的3個端子間短路的3相短路制動，而利用使2個端子間短路的2相短路制動。在2相短路制動中執行H／L短路相切換控制，即在電池的正極（H）側、負極（L）側交替切換使2個端子間短路所用的路徑，並且將短路的2相的組合依次切換為UV、VW、WU。另外，若從該H／L短路相切換控制變更為將電池的正極（H）側的通電路徑保持為斷開狀態的L側短路相切換控制，則能夠進一步抑制制動力。
【專利說明】3相無刷電機的制動裝直
【技術領域】
[0001]本發明涉及通過使3相無刷電機的端子間短路來產生制動力的3相無刷電機的制
動裝置。
【背景技術】
[0002]以往，在將3相無刷電機作為動力源的電氣設備中，在使3相無刷電機的旋轉降低或者停止時，利用通過使3相無刷電機的各端子間短路來產生制動力的、所謂的短路制動(例如參照專利文獻I)。
[0003]在該短路制動中，例如，通過將設置於3相無刷電機的各端子和直流電源的負極之間的通電路徑上的3個開關元件(所謂低壓端開關)設為接通狀態，將設置於3相無刷電機的各端子和直流電源的正極之間的通電路徑上的3個開關元件(所謂高壓端開關)設為斷開狀態，由此使3相無刷電機產生制動力。
[0004]因此，通過短路制動，僅通過對針對3相無刷電機的通電控制所使用的開關元件的接通/斷開狀態進行切換，就能夠對3相無刷電機進行制動(減速或者停止)。
[0005]【專利文獻I】日本特開平3— 74194號公報
[0006]但是，在上述以往的短路制動中，由於在3相無刷電機的全相中流過電流，使制動力產生，因此制動力過大，因該制動力導致施加於電氣設備的力變大，有時對電氣設備帶來不良影響。
[0007]例如，在 通過3相無刷電機使旋轉刀片旋轉的充電式割草機中，若通過以往的短路制動使3相無刷電機的旋轉停止，則制動力過強，存在安裝旋轉刀片的螺絲或螺母等會鬆動的問題。
[0008]另外，例如在通過3相無刷電機使圓鋸高速旋轉的充電式圓鋸中，若通過以往的短路制動來施加制動，則存在由於制動力過強，所以反作用力變大，損害使用者的使用感的問題。
【發明內容】
[0009]本發明是鑑於這樣的問題而完成的，其目的在於，在利用短路制動使3相無刷電機產生制動力的制動裝置中，對利用短路制動產生的制動力進行抑制，從而防止在安裝有3相無刷電機的電氣設備中產生不良後果。
[0010]在為了實現上述目的而完成的技術方案I所述的3相無刷電機的制動裝置中，在3相無刷電機旋轉時，若輸入了該3相無刷電機的停止指令或者減速指令，則制動控制單元控制構成開關電路的各開關元件的接通/斷開狀態，由此使3相無刷電機產生制動力。
[0011 ] 並且，尤其在本發明中，制動控制單元不進行使連接3相無刷電機的各端子與直流電源的正極側或負極側的3個通電路徑(正極側通電路徑或者負極側通電路徑)同時導通的3相短路控制，而是進行僅使該3個通電路徑內的2個通電路徑成為導通狀態的2相短路控制。[0012]因此，根據本發明的制動裝置，與進行3相短路控制的以往裝置相比，能夠降低在制動時3相無刷電機所產生的制動力，從而防止因過大的制動力導致給電氣設備帶來不良影響。
[0013]另外，在執行本發明的2相短路控制時，產生雖然在3相無刷電機的2個相中流過根據3相無刷電機的旋轉而變化的電流，但是在短路控制中未使用的剩餘的相中不流過電流的期間。
[0014]並且，在該期間內，2個相的電流變化在電流為O的點(零交點)交叉。即，在基於2相短路控制的制動中，產生在3相無刷電機的所有相中流過的電流成為零的時刻。
[0015]因此，作為解除基於2相短路控制的3相無刷電機的制動的時刻(即2相短路控制的結束時刻)，如技術方案2所述，可以設定在3相無刷電機的各相流過的電流成為零的時刻。
[0016]S卩，在3相短路控制中，由於在制動中必定在3相無刷電機的其中一相中流過電流，所以若為了 3相短路控制的結束而將至目前為止為導通狀態的3個通電路徑切換為切斷狀態，則在該時刻在電流流過的繞線的兩端會產生高電壓。
[0017]該高電壓經由和與對應的端子連接的開關元件並聯的二極體(FET的寄生二極體等)在直流電源側被再生為再生能量，但是若該再生能量(換言之是產生電壓)較大，則會損傷開關元件。
[0018]尤其是，在3相無刷電機中，若為了使高負載時的電機特性高效化而降低通電路徑的阻抗或開關元件的接通電阻，則進行短路制動時的制動電流變大，在短路制動結束時產生的再生能量也變大。
[0019]因此，在通過基於以往的3相短路控制的短路制動來使3相無刷電機制動的情況下，對於開關元件而言，需要使用耐壓性強的開關元件，以使得不會被在短路制動結束時產生的再生能量(高電壓)損傷。
[0020]相對於此，在2相短路控制中，由於存在3相無刷電機的所有相的電流為零的時亥IJ，所以如果如技術方案2所述那樣在該時刻結束2相短路控制，則能夠使在該結束時刻產生的再生能量為零。
[0021]因此，根據技術方案2所述的制動裝置，能夠減小開關元件的耐壓，乃至能夠降低制動裝置的成本。
[0022]另外，流過3相無刷電機的各相的電流為零的時刻根據3相無刷電機的旋轉狀態(更具體而言是旋轉速度、旋轉位置)而發生變化，因此2相短路控制的結束時刻能夠基於3相無刷電機的旋轉狀態而設定。
[0023]另外，3相無刷電機的旋轉狀態能夠利用一般設置於3相無刷電機的旋轉位置檢測用的旋轉傳感器(霍爾元件、編碼器等)來檢測。
[0024]另外，3相無刷電機的旋轉狀態也能夠通過檢測制動時在各相產生的感應電壓、流過各相的電流來進行檢測。
[0025]另一方面，在本發明的2相短路控制中，通過使3相無刷電機的2個端子短路，利用因3相無刷電機的旋轉產生的感應電動勢在各相繞線中流過電流，從而使制動力產生。
[0026]因此，在3相無刷電機的制動時，也可以使2個通電路徑連續導通。但是，若這樣設置，則經由與開關元件並聯的二極體(FET的寄生二極體等)，在通電路徑沒有導通的其他相中也流過電流,產生制動力。
[0027]因此，可認為在每次實施2相短路控制時，雖然在使正極側或者負極側的2個通電路徑連續成為導通狀態的情況下，與3相短路控制相比能夠降低制動力，但是無法充分降低該制動力。
[0028]因此，在本發明(技術方案I或者技術方案2)的制動裝置中，如技術方案3所述，可以構成為:設置檢測3相無刷電機的旋轉位置的旋轉位置檢測單元，制動控制單元執行2相短路間歇控制。
[0029]在該2相短路間歇控制中，根據由旋轉位置檢測單元檢測出的3相無刷電機的旋轉位置，間歇地進行2相短路控制，在2相短路控制的非執行時，使正極側通電路徑以及負極側通電路徑全部為非導通狀態。
[0030]並且，若這樣設置，則通過間歇地執行2相短路控制，能夠防止在與導通的2個通電路徑不對應的相中流過電流，或者抑制在導通的2個通電路徑中流過的電流。
[0031 ] 即，根據技術方案3所述的制動裝置，通過利用2相短路間歇控制來調整使2相短路控制停止的期間，能夠任意設定在3相無刷電機的制動時產生的制動力。
[0032]接著，技術方案3所述的2相短路間歇控制能夠通過使2相短路控制中使用的2個通電路徑間歇地導通，來降低3相無刷電機所產生的制動力，但是也可以依次切換在該2相短路間歇控制中間歇地導通的通電路徑。
[0033]即，如技術方案4所述，也可以構成為，制動控制單元執行根據由旋轉位置檢測單元檢測出的3相無刷電機的旋轉位置來切換在2相短路控制中設為導通狀態的2個通電路徑的2相短路切換控制。
[0034]並且，若這樣設置，則通過對在2相短路控制中控制為導通狀態的2個通電路徑的組合進行切換，能夠將3相無刷電機所產生的制動力設定為大於2相短路間歇控制、且比連續實施2相短路控制時小的制動力。
[0035]另外，在實施技術方案4所述的2相短路間歇控制時，如技術方案5所述，可以構成為，從構成正極側通電路徑以及負極側通電路徑的一方的3個通電路徑中選擇在2相短路控制中設為導通狀態的2個通電路徑，並且根據無刷電機的旋轉位置來切換該選擇的通電路徑的組合。
[0036]另外，如技術方案6所述，可以構成為，根據3相無刷電機的旋轉位置，從構成正極側通電路徑的3個通電路徑以及構成所述負極側通電路徑的3個通電路徑中交替選擇在2相短路控制中設為導通狀態的2個通電路徑。
[0037]並且，如果2相短路控制每I次的執行期間相同，則能夠使基於技術方案6所述的制動控制單元的2相短路控制的所有執行期間成為基於技術方案5所述的制動控制單元的2相短路控制的所有執行期間的2倍。
[0038]因此，在這種情況下，根據技術方案6所述的制動裝置，與技術方案5所述的制動裝置相比，能夠增大3相無刷電機所產生的制動力。
[0039]另外，在技術方案3?技術方案6所述的制動裝置中，由於2相短路控制被間歇地執行，所以如技術方案7所述，如果根據3相無刷電機的旋轉狀態來變更該2相短路控制每I次的執行期間，能夠對3相無刷電機所產生的制動力進行最佳控制。
[0040]即，例如能夠實現如下的效果，即，在3相無刷電機的旋轉速度較高時，抑制制動力來降低制動時產生的減速衝擊，在3相無刷電機的旋轉速度較低的情況下，增大制動力來在不會產生減速衝擊的情況下使3相無刷電機迅速停止。
[0041]另外，在這樣根據3相無刷電機的旋轉狀態來控制制動力時，如技術方案8所述，可以構成為，將以往的3相短路控制和本發明的2相短路控制組合來執行制動控制單元。
[0042]另外，在這種情況下，對於2相短路控制而言，也可以切換執行2相短路間歇控制、2相短路切換控制之類的控制方式。
[0043]並且，如果這樣設置，則能夠根據此時的旋轉狀態，以最佳的制動力來制動3相無刷電機。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0044]圖1是表示實施方式的電機驅動裝置整體構成的框圖。
[0045]圖2是表示全相短路制動中的霍爾信號、驅動信號、相電流的變化的說明圖。
[0046]圖3是表不2相短路制動的H / L短路相切換控制中的霍爾/[目號、驅動/[目號、相電流的變化的說明圖。
[0047]圖4是表不2相短路制動/L側短路相切換控制中的霍爾信號、驅動信號、相電流的變化的說明圖。
[0048]圖5是表不2相短路制動/L側UV相短路控制中的霍爾/[目號、驅動/[目號、相電流的變化的說明圖。
[0049]圖6是表示圖3?圖5所示的2相短路制動中使用的控制映射的說明圖。
[0050]圖7是表示為了 在控制電路中實現作為制動控制部的功能而執行的控制處理的流程圖。
[0051]圖8是表示2相短路制動/L側短路相切換控制的變形例的說明圖。
[0052]附圖標記說明:
[0053]2…電機(3相無刷電機),4...電池,6?8…霍爾傳感器，10…電機驅動裝置,12...開關電路，Ql?Q3…開關元件，Q7…通電切斷開關，14…電流檢測電路，16…電壓檢測電路，17...溫度傳感器，18...溫度檢測電路，20...旋轉位置檢測電路，22...旋轉速度計算電路，24...操作部，26...制動力切換開關，30...控制電路(微型計算機)，32-PWM生成部，34…進角/通電角生成部，36...過電流判定部，38...制動控制部，40...驅動信號生成部。
【具體實施方式】
[0054]以下基於附圖來說明本發明的實施方式。
[0055]對本實施方式來說，是在上述的充電式割草機或充電式圓鋸等的電氣設備中，對作為動力源的3相無刷電機(以下簡稱為電機)2進行驅動時所使用的電機驅動裝置10中應用了本發明。
[0056]如圖1所示，在本實施方式的電機驅動裝置10中，具備與作為直流電源的電池4的正極側連接的電源線、和與電池4的負極側連接的接地線。
[0057]並且，在該正極側的電源線和負極側的接地線之間，設置有用於控制流過電機2的各相U、V、W的電流的開關電路12。
[0058]該開關電路12由設置於電機2的各相U、V、W的端子與電源線之間的正極側通電路徑上的3個開關兀件Ql、Q2、Q3 (具體是U相聞壓端開關Ql、V相聞壓端開關Q2、W相聞壓端開關Q3)、和設置於電機2的各相U、V、W的端子與接地線之間的負極側通電路徑上的3個開關元件Q4、Q5、Q6 (具體是U相低壓端開關Q4、V相低壓端開關Q5、W相低壓端開關Q6)構成。
[0059]另外，在開關電路12與接地線之間(即負極側的開關元件Q4?Q6與接地線之間)的負極側通電路徑上，設置有通電切斷用的開關元件(通電切斷開關)Q7以及電阻R1。
[0060]並且，在該電阻Rl的兩端連接有檢測從電阻Rl的兩端電壓流過電機2的電流的電流檢測電路14，在通電切斷開關Q7的附近設置有特性根據通電切斷開關Q7的溫度而變化的溫度傳感器17。
[0061]另外，在溫度傳感器17上連接有藉助溫度傳感器17檢測通電切斷開關Q7的溫度的溫度檢測電路18，來自該溫度檢測電路18的檢測信號與來自電流檢測電路14的檢測信號一併被輸入控制電路30。
[0062]另外，對於上述各開關元件Ql?Q7而言，在本實施方式中，由η通道的MOSFET構成。
[0063]另外，在從電池4的正極側至開關電路12的電源線(正極側通電路徑)與接地線之間，設置有平滑用電容器Cl，並且設置有檢測該電源線間的電壓(即電池電壓)的電壓檢測電路16。
[0064]另外，在電機驅動裝置10中，還設置有檢測電機2的旋轉位置的旋轉位置檢測電路20、以及基於由該旋轉位置檢測電路20檢測出的旋轉位置來計算電機2的旋轉速度的旋轉速度計算電路22。
[0065]並且，來自電壓檢測電路16、旋轉位置檢測電路20以及旋轉速度計算電路22的檢測信號也被輸入至控制電路30。
[0066]另外，旋轉位置檢測電路20基於來自設置於電機2的旋轉位置檢測用的3個霍爾傳感器6、7、8的檢測信號(霍爾信號)，來檢測電機2的旋轉位置(換言之是旋轉角度)。
[0067]S卩，霍爾傳感器6、7、8分別以120度的間隔配置於電機2的轉子的周圍，每當轉子旋轉180度，輸出增減方向反轉的U相、V相、W相的霍爾信號。
[0068]並且，旋轉位置檢測電路20通過對來自各霍爾傳感器6、7、8的各相U、V、W的霍爾信號進行波形整形，生成每隔轉子的180度正負反轉的脈衝狀霍爾信號(參照圖2?圖4)，根據各霍爾信號的邊沿以60度間隔檢測電機2 (具體而言是轉子)的旋轉位置。另外，旋轉速度計算電路22根據各霍爾信號的邊沿間隔來計算電機2的旋轉速度。
[0069]接著，控制電路30由以CPU、ROM、RAM為中心構成的微型計算機(微機)構成，按照由使用者操作的操作部24的狀態，執行電機2的驅動控制以及制動控制。
[0070]S卩，若操作部24被使用者操作，則控制電路30判斷為輸入了驅動指令，從而根據操作部24的操作量來驅動電機2，若使用者進行的操作部24的操作結束，則判斷為輸入了減速指令或者停止指令，對電機2施加制動。
[0071]並且，為了執行上述的電機2的驅動控制以及制動控制，控制電路30執行ROM所存儲的各種控制程序，實現作為圖1所示的PWM生成部32、進角/通電角生成部34、過電流判定部36、制動控制部38以及驅動信號生成部40的功能。
[0072]這裡，進角/通電角生成部34基於由電流檢測電路14檢測的針對電機2的通電電流、由旋轉位置檢測電路20檢測的電機2的旋轉位置，參照預先存儲於ROM內的進角/通電角映射(map)，來生成表示電機2驅動時的進角/通電角的通電指令，並向驅動信號生成部40輸出。
[0073]另外，PWM生成部32計算用於對針對電機2的通電進行PWM控制的驅動佔空比，並生成表示該驅動佔空比的PWM指令且輸出至驅動信號生成部40。
[0074]並且，驅動信號生成部40在操作部24被操作從而進行電機2的驅動控制時，使通電切斷開關Q7接通，並且按照來自進角/通電角生成部34的通電指令，生成使構成開關電路12的正極側的開關元件(高壓端開關)Q1?Q3之一以及負極側的開關元件(低壓端開關)Q4?Q6之一接通的驅動信號，並輸出至開關電路12。
[0075]另外，驅動信號生成部40通過將針對高壓端開關以及低壓端開關之一的驅動信號設為與來自PWM生成部32的PWM指令對應的驅動佔空比的PWM信號，來對該開關進行佔空驅動。
[0076]其結果，在電機2的各相U、V、W流過與驅動佔空比對應的電流，電機2以與操作部24的操作量對應的旋轉速度旋轉。
[0077]另外，若由電流檢測電路14檢測到的電機2的驅動電流超過了過電流判定用的閾值，則過電流判定部36使來自驅動信號生成部40的驅動信號的輸出(換言之使電機2的驅動)停止。
[0078]另外，控制電路30基於來自電壓檢測電路16以及溫度檢測電路18的檢測信號，監視電池電壓以及溫度，在電池電壓降低時或溫度上升時，停止電機2的驅動控制。
[0079]接著，制動控制部38是實現作為本發明的制動裝置的功能的控制塊，在執行電機2的驅動控制時，若使用者進行的操作部24的操作結束，則設為輸入了減速指令或者停止指令，使電機2產生制動力。
[0080]具體而言，制動控制部38藉助驅動信號生成部40，使通電切斷開關Q7成為斷開狀態，並且通過選擇性地使開關電路12內的開關元件Ql?Q6的一部分成為接通狀態，來使電機2的端子間連接，從而使電機2產生制動力。
[0081]這樣，作為連接電機2的各相U、V、W的端子間來產生制動力的短路制動，如圖2所示，已知有將電機2的各相U、V、W的正極側(H側)的開關元件Ql?Q3控制為斷開狀態，將負極側(L側)的開關元件Q4?Q6設為接通狀態的全相短路制動。
[0082]但是，在該全相短路制動中，根據電機2的旋轉，電機2的各相U、V、W中流過電流(所謂制動電流)，產生與該制動電流對應的制動力，因此根據電機2的旋轉狀態(旋轉速度等)的不同，有時制動力過大，對電氣設備帶來不良後果。
[0083]於是，在本實施方式中，制動控制部38通過除了圖2所示的全相短路制動以外，還執行圖3?圖5所示的2相短路制動之一,能夠以所希望的制動力對電機2制動。
[0084]即，在本實施方式的電機驅動裝置10中，設置有制動力切換開關26，在該制動力切換開關26中，使用者通過開關操作，將電機2的制動時的制動力從基於全相短路制動的最大的制動力到圖3?圖5所示的基於2相短路制動的制動力按4級進行切換。
[0085]並且，制動控制部38通過利用藉助該制動力切換開關26設定的短路制動使電機2產生制動力，來使電機2制動。
[0086]這裡，圖3所示的2相短路制動是以如下的順序使電機2產生制動力的H / L短路相切換控制:
[0087]I)每當電機2旋轉60度，將通過使開關電路12內的開關元件接通而導通的通電路徑在正極側(H側)側通電路徑和負極側(L側)通電路徑之間交替切換，
[0088]2)作為同時導通的通電路徑，從U、V、W的3相中選擇2相，
[0089]3)將該選擇的2相的組合依次切換為UV、VW、WU,
[0090]4)並且，將該切換時刻(斷開時刻)設定為從霍爾信號的邊沿(O度、60度、120度…)起延遲了電機2的20度旋轉量的時刻。
[0091]並且，在該H/ L短路相切換控制中，如圖3所示，雖然每當電機2旋轉60度，切換經由通電路徑而短路的2相，但是在電機2的整個旋轉區域中，其中的一相的端子間短路，在2相中流過制動電流。
[0092]另外，將電機2每旋轉60度的2相短路控制的切換時刻設定為從霍爾信號的邊沿(O度，60度，120度…)延遲了電機2的20度旋轉量的時刻，是因為在該時刻，能夠使流過電機2的各相的電流足夠小。
[0093]S卩，流過電機2的各相的電流為零的時刻在速度(感應電壓)、制動電流值、電機2的繞線電感等條件下發生變化。
[0094]因此，為了將上述切換時刻設定為在電機2的各相流過的電流為零的時刻，根據上述條件來設定切換時刻即可。
[0095]但是，由於上述各條件變動，所以以使得流過電機2的各相的電流一定為零的方式來設定上述切換時刻較難。
[0096]於是，在本實 施方式中，求出在某條件下流過電機2的各相的電流為零的時刻，將其設定為切換時刻，由此在流過電機2的各相的電流為零或者足夠小時，進行2相短路控制的切換。
[0097]並且，通過該切換時刻的設定，能夠防止在從導通狀態切換為切斷狀態的通電路徑上產生高電壓，從而保護與該通電路徑連接的開關元件不受高電壓的影響。
[0098]接著，圖4所示的2相短路制動是以如下的順序使電機2產生制動力的L側短路相切換控制:
[0099]I)在開關電路12內的開關元件Ql?Q6內，將設置於正極側(H側)側通電路徑的開關元件(高壓端開關)Ql?Q3設為斷開狀態，由此切斷正極側(H側)側通電路徑，
[0100]2)每當電機2旋轉120度，僅在60度內將設置於負極側(L側)通電路徑的開關元件(低壓端開關)Q4?Q6內的2個設為接通狀態，由此將負極側(L側)通電路徑的2個設為導通狀態，
[0101]3)將設為該接通狀態的2個開關元件的組合依次切換為UV、VW、WU,
[0102]4)並且，將通過該切換而從接通狀態切換至斷開狀態的開關元件的斷開時刻設定為從霍爾信號的邊沿(O度，120度，240度…)延遲了電機2的20度旋轉量的時刻。
[0103]並且，在該L側短路相切換控制中，如圖4所示，每當電機2旋轉120度，經由負極側(L側)通電路徑短路的2相被切換，由於該2相的短路期間是電機2旋轉60度的期間，所以在電機2的整個旋轉區域的I / 2的區域內在2相流過制動電流。
[0104]因此，在基於該L側短路相切換控制的2相短路制動中，與圖3所示的基於H / L短路相切換控制的2相短路制動相比，能夠抑制電機2產生的制動力。[0105]另外，將電機2每旋轉120度的2相短路控制的結束時刻設定為從霍爾信號的邊沿(O度，120度，240度…)延遲了電機2的20度旋轉量的時刻，是因為在該時刻，能夠使流過電機2的各相的電流足夠小。
[0106]S卩，在本實施方式中，對於L側短路相切換控制下的2相短路制動的切換時刻，也和上述的H / L短路相切換控制的情況相同，求出在某條件下流過電機2的各相的電流為零的時刻，將其設定為切換時刻。
[0107]因此，在該L側短路相切換控制中，也和圖3所示的H / L短路相切換控制相同，通過2相短路控制的結束時刻的設定，能夠防止在從導通狀態切換成切斷狀態的通電路徑上產生高電壓，從而保護與該通電路徑連接的開關元件不受高電壓的影響。
[0108]另外，接著，圖5所示的2相短路制動是以如下的順序使電機2產生制動力的L側UV相短路控制:
[0109]I)在開關電路12內的開關元件Ql?Q6內，將設置於正極側(H側)側通電路徑的開關元件(高壓端開關)Ql?Q3、和設置於負極側(L側)通電路徑的開關元件(低壓端開關)Q4?Q6內的W相低壓端開關Q6設為斷開狀態，由此切斷設置有這些各開關元件Ql?Q3、Q6的通電路徑，
[0110]2)在電機2的一次旋轉中，將設置於負極側(L側)通電路徑的開關元件(低壓端開關)Q4?Q6內的剩餘的2個(U相低壓端開關Q4、V相低壓端開關Q5)僅在旋轉100度的期間內設為接通狀態，由此使設置有這些各開關元件Q4、Q5的通電路徑在一定期間內成為導通狀態，
[0111]3)並且，將使該開關元件Q4、Q5從接通狀態切換為斷開狀態的斷開時刻設定為從霍爾信號的120度的邊沿起延遲了電機2的40度旋轉量的時刻。
[0112]並且，在該L側UV相短路控制中，如圖5所示，在電機2的一次旋轉中，在從W相的霍爾信號的下降時刻(電 機2的旋轉位置:60度)至電機2旋轉100度為止的期間，U相低壓端開關Q4、V相低壓端開關Q5成為接通狀態，在設置有這些2個開關元件的負極側(L偵D通電路徑中流過制動電流。
[0113]另外，在該期間，W相低壓端開關Q6雖然被保持為斷開狀態，但是在構成W相低壓端開關Q6的FET的漏極一源極之間，存在從源極朝向漏極為順方向的寄生二極體，因此在制動電流的通電期間的前半部分，經由該二極體，在W相的負極側通電路徑上也流過制動電流。
[0114]因此，在該L側UV相短路控制中，在電機2產生與流過各相U、V、W的負極側通電路徑的制動電流對應的制動力，該制動力能夠根據流過W相的制動電流的量而被設定成與圖3、圖4所示的2相短路制動不同的值。
[0115]S卩，在L側UV相短路控制中，如果使制動電流在W相的負極側通電路徑中流動的時間變短，則能夠使制動力減小，如果使制動電流在W相的負極側通電路徑中流動的時間變長，則能夠使制動力增大。
[0116]因此，在L側UV相短路控制中，與圖3、圖4所示的2相短路制動的制動力相比，能夠使電機2產生的制動力減小，也能夠使其變大。
[0117]另外，將開關元件Q4、Q5的斷開時刻設定為從霍爾信號的120度的邊沿起延遲了電機2的40度旋轉量的時刻，是因為在該時刻下，能夠使流過電機2的各相的電流足夠小。[0118]S卩，在本實施方式中，對於L側UV相短路控制下的開關元件Q4、Q5的斷開時刻而言，也和上述的H / L短路相切換控制、L側短路相切換控制下的切換時刻同樣，求出在某條件下流過電機2的各相的電流為零的時刻，並將其設定為斷開時刻。
[0119]因此，在該L側UV相短路控制下，也與圖3所示的H / L短路相切換控制以及圖4所示的L側短路相切換控制同樣，通過2相短路控制的結束時刻的設定，能夠防止在從導通狀態切換為切斷狀態的通電路徑中產生高電壓，從而保護與該通電路徑連接的開關元件不受高電壓的影響。
[0120]接著，為了實現上述3種2相短路制動，在控制電路30的存儲器(ROM或者非易失性的RAM)內，按上述2相短路制動的每一種來存儲有圖6所示的控制映射。
[0121]並且，在控制電路30 (具體而言是CPU)執行基於2相短路制動的制動控制時，根據2相短路制動的種類，選擇控制映射，並按照該選擇的控制映射，切換開關電路12內的開關元件Ql?Q6的接通/斷開狀態。
[0122]另外，如圖6所示，上述各2相短路制動的控制映射通過按各與霍爾信號的邊沿對應的電機2的基準旋轉位置(O度，60度，120度，…)來描述各開關元件Ql?Q6的接通/斷開狀態、和距表示該接通/斷開狀態的切換時刻的基準旋轉位置的延遲角度而構成。
[0123]並且，控制電路30與霍爾信號的邊沿時刻同步地，每當電機2旋轉60度，執行圖7所示的霍爾信號中斷處理，並且，根據需要執行圖7所示的計時器中斷處理，由此實現作為制動控制部38的功能。
[0124]如圖7所示，在霍爾信號中斷處理中，首先在SllO (S表示步驟)中，取得從上次的霍爾信號中斷起的經過時間。
[0125]另外，在接著的S120中，根據各相U、V、W的霍爾信號的信號電平，檢測電機2的旋轉位置(角度:0度，60 度，120度，…)。
[0126]並且，在S130中，從與當前選擇的2相短路制動的種類對應的控制映射中，取得與在S120中檢測到的電機2的旋轉位置對應的驅動信號模式(開關元件Ql?Q6的接通/斷開狀態)，在S140中，將該取得的驅動信號模式設置於設定預約緩衝器中。
[0127]接著，在S150中，根據與S130同樣的控制映射，取得與在S120中檢測到的電機2的旋轉位置對應的延遲角度，在接著的S160中，判斷該延遲角度是否是O度。
[0128]並且，如果延遲角度為O度，則由於無需使驅動信號的輸出延遲，所以移至S170，將在S140中設置於設定預約緩衝器中的各開關元件Ql?Q6的驅動信號輸出至對應的開關元件Ql?Q6的柵極，並暫時結束該霍爾信號中斷處理。
[0129]另一方面，在S160中，若判斷為延遲角度不是O度，則移至S180，基於在SllO中取得的從前次的霍爾信號中斷起的經過時間、和在S150中取得的延遲角度，計算出至下一驅動信號切換時刻為止的延遲時間作為計時器值。
[0130]g卩，在S180中，由於從前次的霍爾信號中斷起至本次的霍爾信號中斷為止的電機2的旋轉角度為60度，所以將至下一驅動信號切換時刻為止的延遲時間計算為「延遲時間=經過時間.(延遲角度/ 60度)」，並將該延遲時間換算為計時用的計時器值(計數值)。
[0131]並且，在接著的S190中，將該計時器值設定在計時器寄存器中，使計時器的計時開始，並暫時結束該霍爾信號中斷處理。
[0132]接著，若在S200中使計時器的計時開始，則在之後經過了延遲時間的時間點，產生計時器中斷。
[0133]因此，在控制電路30中，通過該計時器中斷，執行S210的處理，將在S140中設置於設定預約緩衝器中的各開關元件Ql?Q6的驅動信號輸出至對應的開關元件Ql?Q6的柵極。
[0134]其結果，作為2相短路制動，即使選擇了 H / L短路相切換控制、L側短路相切換控制、以及L側UV相短路控制之一的控制，在與該控制對應的控制模式中，也切換開關元件Ql?Q6的接通/斷開狀態，在電機2中產生與該控制對應的制動力。
[0135]如上所述，根據本實施方式的電機驅動裝置10，作為在電機2的制動時執行的制動控制，能夠設定全相短路制動和3種2相短路制動(H / L短路相切換控制、L側短路相切換控制、L側UV相短路控制)之一。
[0136]因此，根據本實施方式的電機驅動裝置10，在作為以往的3相短路控制的全相短路制動中，在電機2的制動時的制動力過大的情況下，使用者能夠以使得制動力成為所希望的制動力的方式，選擇3種2相短路制動之一，能夠防止因過大的制動力導致在電氣設備中廣生不良後果。
[0137]另外，在本實施方式中，在H / L短路相切換控制、L側短路相切換控制、以及L側UV相短路控制之一的2相短路制動中，在為了短路相的切換而暫時結束2相短路控制時，也以使得流過電機2的各相的電流成為零或者足夠小的電流值的方式，設定2相短路控制的結束時刻。
[0138]因此，能夠防止在該結束時刻從導通狀態切換為切斷狀態的通電路徑上產生高電壓，從而保護與該通電路徑連接的開關元件不受高電壓(換言之是再生能量)的影響。
[0139]另外，在本實施方式中，控制電路30 (具體而言是制動控制部38)相當於本發明的制動控制單元。
[0140]另外，在由基於控制電路30的制動控制(圖7的霍爾信號中斷處理以及計時器中斷處理)實現的2相短路制動內，H / L短路相切換控制以及L側短路相切換控制對應於本發明的2相短路切換控制，L側UV相短路控制對應於本發明的2相短路間歇控制。
[0141]以上對本發明的一實施方式進行了說明，但是本發明不限於上述實施方式，在不脫離本發明的要旨的範圍內能夠實施各種方式。
[0142]例如，在上述實施方式中，作為電機2的制動控制，通過由使用者操作制動力切換開關26來選擇全相短路制動和3種2相短路制動(H / L短路相切換控制、L側短路相切換控制、L側UV相短路控制)之一。
[0143]但是，該選擇也可以由控制電路30基於電機2的制動時的旋轉速度等來自動進行。
[0144]並且，若如此處理，則能夠自動進行:在電機2的高速旋轉時，選擇制動力較低的2相短路制動(L側UV相短路控制)來緩和對電子設備附加的衝擊，在電機2的低速旋轉時，選擇制動力較高的全相短路制動來使電機2迅速停止這樣的處理。
[0145]另外，H / L短路相切換控制、L側短路相切換控制、L側UV相短路控制等2相短路制動不用必須如上述實施方式那樣準備多種，也可以僅利用能夠得到所希望的制動力的I種2相短路制動來實施電機2的減速控制。
[0146]另外，接著，在上述實施方式中，說明了在執行2相短路制動時，從設置於正極側通電路徑的開關元件Ql?Q3或者設置於負極側通電路徑的開關元件Q4?Q6中，選擇2個開關元件來同時設為接通狀態的例子。
[0147]但是，在構成開關元件Ql?Q6的FET中，存在寄生二極體，根據電流方向的不同，即使不將開關元件設為接通狀態，也能夠經由該二極體來使制動電流流動。
[0148]例如，圖8示出了在2相短路制動內，與圖4所示的L側短路相切換控制同樣地流過制動電流的控制(即L側短路相切換控制)。
[0149]在圖8所示的控制中，在與圖4同樣的控制時刻，僅使成為控制對象的2相內的一方的開關元件成為接通狀態，在設置有另一方的開關元件的通電路徑中，經由被賦予開關元件的二極體而流過制動電流。
[0150]這樣，在2相短路控制中，存在在使電機2的端子間導通的2個通電路徑內，通過僅將設置於一個通電路徑的開關元件設為接通狀態，能夠使制動電流流動，從而使電機2產生制動力的情況，因此在實施本發明的情況下，也可以選擇這樣的控制方法。
[0151]另外，在上述實施方式中，在2相短路制動的L側UV相短路控制中，通過將開關元件的接通期間設定成電機2的100度旋轉期間，除了導通的UV相的負極側通電路徑之外，在W相的負極側通電路徑中也流過制動電流。
[0152]這是通過也在W相流過制動電流來使在電機2的制動時產生的制動力增加，但是也可以按照使得在不是控制對象的其他相(W相)的通電路徑中不流過制動電流的方式，來設定開關元件的接通期間。
[0153]另外，接著，在上述實施方式中，2相短路控制的切換時刻是基於來自檢測電機2的旋轉位置的霍爾傳感器6?8的檢測信號(霍爾信號)而設定的，但是該切換時刻也可以利用來自編碼器等、旋轉位置檢測用的其他旋轉傳感器的檢測信號來設定。另外，切換時刻也可以基於在制動時各相產生的感應電壓、流過各相的電流的變化來進行設定。
【權利要求】
1.一種3相無刷電機的制動裝置，其特徵在於，具備: 開關電路，由設置於分別連接3相無刷電機的3個端子和直流電源的正極側以及負極側的正極側通電路徑以及負極側通電路徑來使各通電路徑導通/切斷的6個開關元件構成；以及制動控制單元，若在所述3相無刷電機進行旋轉時輸入了該3相無刷電機的停止指令或者減速指令，則控制構成所述開關電路的各開關元件的接通/斷開狀態，由此使所述3相無刷電機產生制動力， 作為使所述3相無刷電機產生制動力的制動控制，所述制動控制單元執行如下的2相短路控制，即以使得構成所述正極側通電路徑以及所述負極側通電路徑中的一方的3個通電路徑內的2個通電路徑成為導通狀態，並使得另一通電路徑成為非導通狀態的方式，設定所述開關電路內的各開關元件的接通/斷開狀態。
2.根據權利要求1所述的3相無刷電機的制動裝置，其特徵在於， 所述制動控制單元基於所述3相無刷電機的旋轉狀態，來檢測出流過所述3相無刷電機的各相的電流成為零的時刻作為所述2相短路控制的結束時刻，並在該檢測出的結束時刻結束所述2相短路控制。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的3相無刷電機的制動裝置，其特徵在於， 具備檢測出所述3相無刷電機的旋轉位置的旋轉位置檢測單元， 作為所述制動控制，所述制動控制單元執行如下的2相短路間歇控制，即根據由所述旋轉位置檢測單元檢測出的所述3相無刷電機的旋轉位置，間歇地進行所述2相短路控制，在所述2相短路控制非執行時，使所述正極側通電路徑以及所述負極側通電路徑全部成為非導通狀態。
4.根據權利要求1或權`利要求2所述的3相無刷電機的制動裝置，其特徵在於， 具備檢測所述3相無刷電機的旋轉位置的旋轉位置檢測單元， 作為所述制動控制，所述制動控制單元執行如下的2相短路切換控制，即根據由所述旋轉位置檢測單元檢測出的所述3相無刷電機的旋轉位置來切換在所述2相短路控制中成為導通狀態的2個通電路徑。
5.根據權利要求4所述的3相無刷電機的制動裝置，其特徵在於， 所述制動控制單元從構成所述正極側通電路徑以及所述負極側通電路徑中的一方的3個通電路徑中選擇在所述2相短路控制中成為導通狀態的2個通電路徑，並且，根據所述無刷電機的旋轉位置來切換該選擇的通電路徑的組合，由此執行所述2相短路切換控制。
6.根據權利要求4所述的3相無刷電機的制動裝置，其特徵在於， 所述制動控制單元根據所述無刷電機的旋轉位置，從構成所述正極側通電路徑的3個通電路徑以及構成所述負極側通電路徑的3個通電路徑中交替選擇在所述2相短路控制中成為導通狀態的2個通電路徑，由此執行所述2相短路切換控制。
7.根據權利要求3?權利要求6中任意一項所述的3相無刷電機的制動裝置，其特徵在於， 所述制動控制單元根據所述3相無刷電機的旋轉狀態來變更所述2相短路控制的執行期間，由此使所述3相無刷電機所產生的制動力發生變化。
8.根據權利要求1?權利要求7中任意一項所述的3相無刷電機的制動裝置，其特徵在於，作為所述制動控制，所述制動控制單元能夠執行如下的3相短路控制，即以使得構成所述正極側通電路徑以及所述負極側通電路徑的一方的3個通電路徑成為導通狀態，並使得構成另一方的3個通電路徑成為非導通狀態的方式，設定所述開關電路內的各開關元件的接通/斷開狀態，並且，在所述3相無刷電機進行制動時，所述制動控制單元通過將所述3相短路控制和 所述2相短路控制組合執行來控制所述3相無刷電機所產生的制動力。
【文檔編號】H02P6/24GK103427735SQ201310182041
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年5月16日 優先權日:2012年5月18日
【發明者】市川佳孝 申請人:株式會社牧田