本发明涉及马达驱动控制装置、马达以及送风装置。
背景技术：
以往，公知有搭载有无传感器控制方式的无刷dc马达的送风装置。在无传感器控制方式的无刷dc马达中，根据由转子产生的感应电压来检测转子的旋转方向位置。但是，在该马达起动时，转子是停止的或低速旋转的，因此无法检测转子的旋转方向位置。因此，例如在日本特开-045941号公报中，通过强迫换流而将转子提高到一定的转速，然后停止强迫换流而使转子借惯性旋转，在该状态下检测转子的旋转方向位置，转移到无传感器控制。
专利文献1：日本特开-045941号公报
关于基于强迫换流的起动，无论转子的旋转方向位置如何，都是借助来自定子的旋转磁场而使转子旋转。因此，转子有时难以顺畅地旋转。另外，在起动开始时，由转子产生的感应电压的电平低，因此检测转子的旋转方向位置也困难。因此，从起动时的强迫换流向无传感器控制的转移有时会失败。在向无传感器控制的转移失败了的情况下，为了使无刷dc马达再次起动，进行短时制动等初始处理以使转子停止，然后执行强迫换流，因此起动花费时间。另外，仅隔着初始处理而重复进行强迫换流的话，向无传感器控制的转移有可能重复失败。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供能够提高马达部的起动成功率的马达驱动控制装置、马达以及送风装置。
本发明的例示的马达驱动控制装置具有：驱动控制部，其对被输入三相交流电压的马达部的驱动进行控制，按照规定的顺序而切换向所述马达部的相绕组通电的通电模式；电压检测部，其检测所述相绕组的电压；以及位置信息生成部，其根据所述电压检测部的检测结果而生成所述马达部的转子的旋转方向上的旋转方向位置信息。所述驱动控制部在能够根据规定的通电后的所述旋转方向位置信息而将所述转子的旋转方向位置检测为按照每60°的电角度划分出的第1旋转方向位置至第6旋转方向位置中的任意旋转方向位置的情况下，使根据所述旋转方向位置信息而切换所述通电模式的同步运转开始。所述驱动控制部在无法根据规定的通电后的所述旋转方向位置信息而将所述转子的旋转方向位置检测为所述任意旋转方向位置的情况下，追加所述通电模式下的通电。
本发明的例示的马达具有：马达部，其被输入三相交流电压；以及上述的马达驱动控制装置，其对所述马达部的驱动进行控制。
本发明的例示的送风装置具有：叶轮，其具有能够以在上下方向上延伸的中心轴线为中心进行旋转的叶片；以及上述的马达，其使所述叶片旋转。
根据本发明的例示的马达驱动控制装置、马达以及送风装置，能够提高马达部的起动成功率。
附图说明
图1是示出送风装置的一例的框图。
图2是示出在马达部的无传感器控制中对应于转子的电角度而检测到的端子电压的曲线图。
图3是用于对马达部的驱动控制例进行说明的流程图。
图4是用于对马达部的起动运转例进行说明的流程图。
标号说明
100：送风装置；110：叶轮；111：叶片；120：马达；200：直流电源；1：马达部；10：转子；11：定子；12：相绕组；12u：u相绕组；12v：v相绕组；12w：w相绕组；12c：中性点；13u：u相端子；13v：v相端子；13w：w相端子；3：逆变器；3a：电阻；31u、31v、31w：上臂开关；32u、32v、32w：下臂开关；4：马达驱动控制装置；41：驱动控制部；42：电流检测部；43：存储部；44：电压检测部；46：位置信息生成部；47：转速检测部；vu：u相端子电压；vv：v相端子电压；vw：w相端子电压；vn：假想的中性点电压；ca：中心轴线；n：通电模式的顺序；m：第1通电次数；k：第2通电次数；sk：第2通电次数的上限值。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的例示的实施方式进行说明。
另外，在本说明书中，在送风装置100中，将与马达部1和叶片111的旋转的中心轴线ca平行的方向称为“轴向”。
有时将马达部1的定子11的u相绕组12u、v相绕组12v、w相绕组12w各自或总体称为相绕组12。将在三相交流电压中对相绕组12通电的相称为通电相，将不对相绕组12通电的相称为非通电相。另外，将两个通电的相绕组12的组合称为通电模式。另外，有时将三相交流电压的u相电压、v相电压、w相电压各自或总体称为相电压。
＜1.实施方式＞
＜1-1.送风装置的结构＞
图1是示出送风装置100的一例的框图。在本实施方式中，送风装置100是产生从轴向一侧向另一侧流动的气流的轴流风扇。但是，不限于该例示，送风装置100也可以是将从轴向吸入的空气向径向外侧送出的离心风扇。
如图1所示，送风装置100具有叶轮110和马达120。叶轮110具有能够以在上下方向上延伸的中心轴线ca为中心进行旋转的叶片111。马达120驱动叶轮110以使其旋转，由此使叶片111旋转。另外，送风装置100与直流电源200连接。直流电源200是送风装置100的电力源。如图1所示，直流电源200的高电压侧的正输出端子与马达120的后述的逆变器3连接。直流电源200的低电压侧的负输出端子接地。
＜1-2.马达的结构要素＞
接下来，对马达120的各结构要素进行说明。马达120具有马达部1、逆变器3以及马达驱动控制装置4。
如上所述，马达120具有马达部1。从逆变器3向马达部1输入三相交流电压。马达部1例如是三相无刷dc马达(bldc马达)。更具体而言，马达部1具有转子10和定子11。在转子10中设置有永磁铁。在定子11中设置有u相绕组12u、v相绕组12v以及w相绕组12w。在本实施方式中，相绕组12u、12v、12w的一端分别与马达部1的端子13u、13v、13w连接。另外，相绕组12u、12v、12w的另一端可以采用像本实施方式那样以中性点12c为中心进行连接的y接线，但也可以采用δ(三角)接线。
另外，如上所述，马达120具有逆变器3。逆变器3向马达部1输出三相交流电压。逆变器3具有上臂开关31u、31v、31w和下臂开关32u、32v、32w。上臂开关31u、31v、31w和下臂开关32u、32v、32w形成桥电路，该桥电路生成向马达部1输出的三相交流电压。该桥电路具有：u相用的臂，其是高电压侧的上臂开关31u与低电压侧的下臂开关32u串联连接而成的；v相用的臂，其是高电压侧的上臂开关31v与低电压侧的下臂开关32v串联连接而成的；以及w相用的臂，其是高电压侧的上臂开关31w与低电压侧的下臂开关32w串联连接而成的。这些臂彼此并联连接。各个臂的高电压侧端与直流电源200的高电压侧端子连接。因此，对各个臂施加来自直流电源200的直流电压。各个臂的低电压侧端经由电流检测用的电阻3a而接地。
上臂开关31u、31v、31w和下臂开关32u、32v、32w分别包含开关元件和二极管。开关元件例如使用fet(场效应晶体管)、igbt(绝缘栅双极晶体管)等。二极管以从直流电源200的低电压侧朝向高电压侧的方向为正方向而与开关元件并联连接。换言之，二极管的阳极与开关元件的低电压侧端连接，阴极与开关元件的高电压侧端连接。二极管作为续流二极管(freewheelingdiode)而发挥功能。另外，二极管可以是寄生二极管(即内置于fet的体二极管)，或者也可以外置于开关元件。
接着，如上所述，马达120具有马达驱动控制装置4。马达驱动控制装置4对马达部1的驱动进行控制。更具体而言，马达驱动控制装置4对逆变器3进行pwm控制，经由逆变器3对马达部1的驱动进行控制。
＜1-3.马达驱动控制装置的结构要素＞
如图1所示，马达驱动控制装置4具有驱动控制部41、电流检测部42、存储部43、电压检测部44、位置信息生成部46以及转速检测部47。
如上所述，马达驱动控制装置4具有驱动控制部41。驱动控制部41对被输入三相交流电压的马达部1的驱动进行控制，按照规定的顺序n来切换对马达部1的相绕组12的通电模式。另外，n是正整数。例如，驱动控制部41使用保存于存储部43中的程序和信息而对马达部1的驱动进行无传感器控制。驱动控制部41通过pwm脉冲分别对逆变器3的上臂开关31u、31v、31w或者下臂开关32u、32v、32w的接通断开进行控制，由此使用向马达部1输出三相交流电压的逆变器3对马达部1的驱动进行控制。
如上所述，马达驱动控制装置4具有电流检测部42。电流检测部42检测在马达部1中流动的电流值。在本实施方式中，电流检测部42检测在连接于逆变器3的桥电路与接地端之间的电流检测用的电阻3a中流动的电流。
存储部43是即使电力供给停止也维持存储的非暂时性的存储介质。存储部43存储在马达驱动控制装置4的各结构要素中使用的信息、尤其是在驱动控制部41中使用的程序和控制信息等。
如上所述，马达驱动控制装置4具有电压检测部44。电压检测部44检测相绕组12的电压。在本实施方式中，例如，电压检测部44检测端子电压vu、vv、vw中的与不通电的相绕组12连接的端子13的端子电压作为该相绕组12的电压。更具体而言，电压检测部44检测马达部1的端子13v、13w之间通电时的端子13u的端子电压vu作为u相绕组12u的u相电压。另外，电压检测部44检测马达部1的端子13w、13u之间通电时的端子13v的端子电压vv作为v相绕组12v的v相电压，检测马达部1的端子13u、13v之间通电时的端子13w的端子电压vw作为w相绕组12w的w相电压。
如上所述，马达驱动控制装置4具有位置信息生成部46。位置信息生成部46根据电压检测部44的检测结果而生成马达部1的转子10的旋转方向上的旋转方向位置信息。图2是示出在马达部1的无传感器控制中对应于转子10的电角度而检测到的端子电压vu、vv、vw的曲线图。另外，在图2中，各个端子电压vu、vv、vw的曲线部分表示非通电时的电压。旋转方向位置信息是用将转子10的旋转方向位置按照每60°的电角度而划分出的第1旋转方向位置至第6旋转方向位置中的任意旋转方向位置来表示的。
例如，在相绕组12像图2那样被励磁的情况下，如果非通电相为u相，则在u相端子电压vu从比假想的中性点电压vn低的电平变化为比假想的中性点电压vn高的电平的情况下，旋转方向位置信息表示转子10处于电角度为0°的第1旋转方向位置。另外，在u相端子电压vu从比假想的中性点电压vn高的电平变化为比假想的中性点电压vn低的电平的情况下，旋转方向位置信息表示转子10处于电角度为180°的第4旋转方向位置。换言之，在端子电压vu上升而变得与假想的中性点电压vn相等的点，检测为转子10位于电角度为0°的第1旋转方向位置。另外，在端子电压vu下降而变得与假想的中性点电压vn相等的点，检测为转子10位于电角度为180°的第4旋转方向位置。
如果非通电相为v相，则在v相端子电压vv从比假想的中性点电压vn低的电平变化为比假想的中性点电压vn高的电平的情况下，旋转方向位置信息表示转子10处于电角度为120°的第3旋转方向位置。另外，在v相端子电压vv从比假想的中性点电压vn高的电平变化为比假想的中性点电压vn低的电平的情况下，旋转方向位置信息表示转子10处于电角度为300°的第6旋转方向位置。换言之，在端子电压vv上升而变得与假想的中性点电压vn相等的点，检测为转子10处于电角度为120°的第3旋转方向位置。另外，在端子电压vv下降而变得与假想的中性点电压vn相等的点，检测为转子10位于电角度为300°的第6旋转方向位置。
如果非通电相为w相，则在w相端子电压vw从比假想的中性点电压vn高的电平变化为比假想的中性点电压vn低的电平的情况下，旋转方向位置信息表示转子10处于电角度为60°的第2旋转方向位置。另外，在w相端子电压vw从比假想的中性点电压vn低的电平变化为比假想的中性点电压vn高的电平的情况下，旋转方向位置信息表示转子10处于电角度为240°的第5旋转方向位置。换言之，在端子电压vw下降而变得与假想的中性点电压vn相等的点，检测为转子10处于电角度为60°的第2旋转方向位置。另外，在端子电压vw上升而变得与假想的中性点电压vn相等的点，检测为转子10处于电角度为240°的第5旋转方向位置。
另外，例如，在转子10没有顺畅地旋转而减速、或停止、或反转等的情况下，各个端子电压vu、vv、vw有时无法与假想的中性点电压vn相等。在这种情况下，由于转子10的旋转方向位置是不明确的，因此位置信息生成部46例如生成表示旋转方向位置不明确这一内容的旋转方向位置信息。
如上所述，马达驱动控制装置4具有转速检测部47。转速检测部47根据旋转方向位置信息来检测马达部1的转子10的转速。
＜1-4.马达部的驱动控制例＞
接下来，对由马达驱动控制装置4进行的马达部1的驱动控制处理的一例进行说明。图3是用于对马达部1的驱动控制例进行说明的流程图。
在图3的开始时刻，马达部1的转子10是停止的或低速旋转的。因此，为了使各个相绕组12u、12v、12w产生生成旋转方向位置信息所需的感应电压，驱动控制部41实施马达部1的起动运转(步骤s1)。在起动运转中，在进行了短时制动等初始处理后，通过强迫换流而强迫地对马达部1的转子10进行旋转驱动。在强迫换流中，在每个规定的通电期间，马达部1的三个相绕组12中的特定的两个相绕组12被通电而被励磁。两个相绕组12的组合按照规定的顺序n而进行切换。
当起动运转中的转子10顺畅地旋转时，驱动控制部41实施马达部1的同步运转以使转子10的旋转加速(步骤s2)。在同步运转中，位置信息生成部46在各个通电模式下，例如根据非通电相的相电压变得与假想的中性点电压vn相同的时机和该时机下的感应电压的增减趋势这一检测结果而生成旋转方向位置信息(参照图2)。
在同步运转中，在与转子10的转速对应的每个通电期间，驱动控制部41根据旋转方向位置信息而切换通电模式，由此使转子10的旋转加速。
当转速达到规定的值以上时，驱动控制部41实施马达部1的稳定控制运转(步骤s3)。在稳定控制运转中，转子10以期望的转速旋转，通电模式根据马达部1的驱动信息和旋转方向位置信息而切换。然后，当马达部1的驱动停止时(在步骤s4中为“是”)，图3的驱动控制处理结束。
＜1-4-1.马达部的起动运转例＞
接下来，对马达部1的起动运转的一例进行具体说明。图4是用于对马达部1的起动运转例进行说明的流程图。
首先，驱动控制部41在进行了短时制动等初始处理之后，开始基于强迫换流的起动运转(步骤s101)。另外，在短时制动中，转子10由于马达部1的端子13u、13v、13w的短路而停止。
接着，驱动控制部41一边按照规定的顺序n来切换通电模式，一边进行总计m次的通电(步骤s102)。另外，第1通电次数m是正整数，在本实施方式中为12。电压检测部44检测非通电相的相电压(步骤s103)。位置信息生成部46生成旋转方向位置信息(步骤s104)。例如，如果在第m次的通电时非通电相为u相，则检测u相端子电压vu。并且，如果在u相端子电压vu变得与假想的中性点电压vn相等的点，u相端子电压vu处于增加趋势，则生成表示转子10位于第1旋转位置这一内容的旋转方向位置信息。
这里，在驱动控制部41能够根据旋转方向位置信息而检测转子10的旋转方向位置的情况下(在步骤s105中为“是”)，图4的处理结束，通过驱动控制部41使马达部1的同步运转开始。
另一方面，在驱动控制部41无法根据旋转方向位置信息而检测转子10的旋转方向位置的情况下(步骤s105中为“否”)，开始进行追加通电处理。例如，在旋转方向位置信息表示转子10的旋转方向位置不明确这一内容的情况下，驱动控制部41无法检测转子10的旋转方向位置。因此，驱动控制部41进行追加通电处理以能够检测该旋转方向位置，该追加通电处理是最多将通电模式切换sk次而对相绕组12进行通电(强迫换流)。另外，该上限值sk是2以上的正整数，在本实施方式中设定为sk＝6。
在追加通电处理中，首先，如果在追加通电处理中进行通电的第2通电次数k未达到上限值sk(在步骤s106中为“否”)，则驱动控制部41根据顺序n而切换通电模式，对相绕组12进行通电(步骤s107)。例如，当在追加通电处理开始前将通电模式切换了12次进行通电的情况下，实施第1通电模式下的向相绕组12的通电。然后，处理返回到s103以检测非通电相的相电压。
另一方面，如果在追加通电处理中进行通电的第2通电次数k达到上限值sk(在步骤s106中为“是”)，则图4处理返回到步骤s101以停止马达部1的驱动、再起动。
如上所述，在图4的起动运转例中，当能够根据旋转方向位置信息(在按照规定的顺序n切换通电模式进行通电的次数达到第1通电次数m时所生成的)而检测转子10的旋转方向位置的情况下，驱动控制部41使同步运转开始。换言之，在能够根据规定的通电后的旋转方向位置信息而将转子10的旋转方向位置检测为按照每60°的电角度划分出的第1旋转方向位置至第6旋转方向位置中的任意旋转方向位置的情况下，驱动控制部41使根据旋转方向位置信息而切换通电模式的同步运转开始。另外，在无法根据规定的通电后的旋转方向位置信息而将转子的旋转方向位置检测为上述任意旋转方向位置的情况下，驱动控制部41追加通电模式下的通电。即，驱动控制部41实施最多将通电模式切换sk次而对相绕组12进行通电(强迫换流)的追加通电处理。
这样，例如，当在规定的通电结束时无法检测转子10的旋转方向位置的情况下，驱动控制部41追加通电模式下的通电以尝试马达部1的起动。由此，能够提高马达部1的起动成功率。而且，不进行需要短时制动等初始处理等的再起动，马达部1的起动容易成功，因此能够提高马达部1的起动成功率。而且，也能够缩短马达部1的起动时间。
这里，规定的通电不使用旋转方向位置信息，在通电模式下进行第1通电次数m次。即，能够通过规定的通电而实施强迫换流。
另外，在图4的起动运转例中，如上所述，第1通电次数m为12。即，第1通电次数m是在假定转子10顺畅地旋转的情况下，直至转子10旋转720°的电角度为止的通电次数。如果在转子10旋转720°的电角度之前进行通电模式下的通电，则在大多数情况下，无需追加该通电就能够得到能够检测转子10的旋转方向位置的结果。因此，马达部1的起动更容易成功。另外，在大多数情况下，马达部1的起动动作每次都相同，因此用户不容易在马达部1的起动动作中感到不适。
而且，当在追加通电处理中能够检测转子10的旋转方向位置的情况下，驱动控制部41使基于旋转方向位置信息的同步运转立即开始。详细而言，当在追加了通电模式下的通电之后能够将转子10的旋转方向位置检测为第1旋转方向位置至第6旋转方向位置中的任意旋转方向位置的情况下，驱动控制部41使同步运转开始。这样，能够检测转子10的旋转方向位置，并且能够根据检测到的旋转方向位置而将对转子10的顺畅旋转更适合的相绕组12励磁。因此，能够在更短时间内使同步运转开始。
另外，在图4的起动运转例中，在追加通电处理中，当在上述规定的通电后追加的通电模式下的通电的第2通电次数k达到上限值sk的情况下，驱动控制部41对马达部1进行再起动。通过对追加通电期间内的第2通电次数k设置上限值sk，能够在马达部1的起动运转成功非常困难的情况下进行再起动。
另外，在图4的起动运转例中，如上所述，第2通电次数k的上限值sk为6。即，在假定转子10顺畅地旋转的情况下，第2通电次数k的上限值sk是直至转子10从上述规定的通电结束时的旋转方向位置旋转360°的电角度为止的通电次数。这样，能够在第2通电次数k达到上限值sk之前，以全部的通电模式对马达部1的相绕组12通电。因此，与仅以一部分的通电模式进行通电的情况相比，马达部1的起动成功率变高。
＜2.其他＞
以上，在本发明中，对例示的实施方式进行了说明。另外，本发明的范围不限于本发明。本发明能够在不脱离本发明主旨的范围内施加各种变更而实施。此外，在本发明中所说明的事项能够在不产生矛盾的范围内适当地任意组合。
产业上的可利用性
本发明有用于对马达部进行无传感器控制的马达驱动控制装置、马达、送风装置。
技术特征：
1.一种马达驱动控制装置，其具有：
驱动控制部，其对被输入三相交流电压的马达部的驱动进行控制，按照规定的顺序而切换向所述马达部的相绕组通电的通电模式；
电压检测部，其检测所述相绕组的电压；以及
位置信息生成部，其根据所述电压检测部的检测结果而生成所述马达部的转子的旋转方向上的旋转方向位置信息，
所述驱动控制部在能够根据规定的通电后的所述旋转方向位置信息而将所述转子的旋转方向位置检测为按照每60°的电角度划分出的第1旋转方向位置至第6旋转方向位置中的任意旋转方向位置的情况下，使根据所述旋转方向位置信息而切换所述通电模式的同步运转开始，
所述驱动控制部在无法根据规定的通电后的所述旋转方向位置信息而将所述转子的旋转方向位置检测为所述任意旋转方向位置的情况下，追加所述通电模式下的通电。
2.根据权利要求1所述的马达驱动控制装置，其中，
所述规定的通电不使用所述旋转方向位置信息，在所述通电模式下进行第1通电次数。
3.根据权利要求2所述的马达驱动控制装置，其中，
所述第1通电次数是直至所述转子旋转720°的电角度为止的通电次数。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的马达驱动控制装置，其中，
当在追加了所述通电模式下的通电之后能够将所述转子的旋转方向位置检测为所述第1旋转方向位置至所述第6旋转方向位置中的任意旋转方向位置的情况下，所述驱动控制部使所述同步运转开始。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的马达驱动控制装置，其中，
当在所述规定的通电后追加的所述通电模式下的通电的第2通电次数达到上限值的情况下，所述驱动控制部对所述马达部进行再起动。
6.根据权利要求5所述的马达驱动控制装置，其中，
所述第2通电次数的所述上限值是直至所述转子从所述规定的通电结束时的旋转方向位置旋转360°的电角度为止的通电次数。
7.一种马达，其具有：
马达部，其被输入三相交流电压；以及
权利要求1至6中的任意一项所述的马达驱动控制装置，其对所述马达部的驱动进行控制。
8.一种送风装置，其具有：
叶轮，其具有能够以在上下方向上延伸的中心轴线为中心进行旋转的叶片；以及
权利要求7所述的马达，其使所述叶片旋转。
技术总结
提供马达驱动控制装置、马达以及送风装置。马达驱动控制装置具有：驱动控制部，其对被输入三相交流电压的马达部的驱动进行控制，按照规定的顺序而切换马达部的相绕组的通电模式；电压检测部，其检测相绕组的电压；以及位置信息生成部，其根据电压检测部的检测结果而生成马达部的转子的旋转方向位置信息。驱动控制部在能够根据规定的通电后的旋转方向位置信息而将转子的旋转方向位置检测为按照每60°的电角度划分出的第1旋转方向位置至第6旋转方向位置中的任意旋转方向位置的情况下，使根据旋转方向位置信息而切换通电模式的下同步运转开始。另一方面，驱动控制部在无法检测为上述的任意旋转方向位置的情况下，追加通电模式下的通电。
技术研发人员：窪田雅弘;松崎和哉
受保护的技术使用者：日本电产株式会社
技术研发日：.07.18
技术公布日：.02.14
