專利名稱：內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)用無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法，特別是涉及適用于起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生巨大扭矩的無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
在作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的無(wú)碳刷馬達(dá)中，是向3相定子線圈的通電，轉(zhuǎn)子(下稱轉(zhuǎn)子)以電角度每旋轉(zhuǎn)120°依次切換，來(lái)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。以往的無(wú)碳刷馬達(dá)所具有的用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的霍爾元件等的位置檢測(cè)元件是很普遍的。近年，為適應(yīng)無(wú)碳刷馬達(dá)的小型化的要求，提出了不使用位置檢測(cè)元件的無(wú)碳刷馬達(dá)。
例如，在特公平5-24760號(hào)公報(bào)所記載的無(wú)碳刷馬達(dá)中，依照通電在3相定子線圈中的順序不同的2相間進(jìn)行，檢測(cè)出在沒(méi)有通電相中的感應(yīng)電壓，根據(jù)此檢測(cè)出的電壓，算出轉(zhuǎn)子的位置。在這種無(wú)碳刷馬達(dá)中，因?yàn)闊o(wú)法得到作為計(jì)算起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的位置的基準(zhǔn)的感應(yīng)電壓，首先進(jìn)行使轉(zhuǎn)子稍稍旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)制換流。所謂強(qiáng)制換流就是與轉(zhuǎn)子的位置無(wú)關(guān)，令定子的各相間的任意相，例如在U相及V相間通電(以下稱為「1相通電」)。于是，根據(jù)此時(shí)的感應(yīng)電壓檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，其后轉(zhuǎn)移到以此檢測(cè)位置為基準(zhǔn)的通常的通電。
在馬達(dá)沒(méi)有通電的自由狀態(tài)下停止時(shí)的轉(zhuǎn)子和定子(以下稱為「定子」)的相對(duì)位置關(guān)系是以磁鐵的吸引力以及排斥力的關(guān)系所規(guī)定的。例如在具有3相定子線圈的外轉(zhuǎn)子型的無(wú)碳刷馬達(dá)的情況下，作為轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置的停止位置如圖13所示的6種形態(tài)，即存在停止位置p1-p6。另外，圖13在表示前述馬達(dá)在自由狀態(tài)停止時(shí)的轉(zhuǎn)子和定子的相對(duì)位置關(guān)系的同時(shí)，也表示了無(wú)碳刷馬達(dá)的主要部位的構(gòu)成。
在圖13中，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是將圖中的逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)稱為正轉(zhuǎn)Rs、將順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)稱為逆轉(zhuǎn)Rr。在無(wú)碳刷馬達(dá)的內(nèi)周側(cè)配置定子100、在外周側(cè)配置轉(zhuǎn)子200。定子100具有U、V、W相的磁極300。在磁極300上纏繞有線圈。在轉(zhuǎn)子200中在圓周方向交互設(shè)置具有N極和S極的極性的永久磁鐵m1、m2、m3…。
對(duì)從這些各停止位置p1-p6開始沒(méi)有經(jīng)過(guò)初期勵(lì)磁，從U相向W相強(qiáng)制換流的情況下的轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)，下面參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。另外若從U相向W相通電，則U相的極性是N極，W相的是S極。
在停止位置p1中，磁鐵m2的S極被吸引到U相的N極，磁鐵m2的S極與W相的S極相斥，轉(zhuǎn)子200以最大的扭矩向正轉(zhuǎn)方向Rs旋轉(zhuǎn)。在停止位置p2中，磁鐵m2的S極被吸引到U相的N極的同時(shí)，與磁鐵m3的N極相斥，轉(zhuǎn)子200以最大的扭矩向正轉(zhuǎn)方向Rs旋轉(zhuǎn)。在停止位置p3中，因?yàn)閁相的N極與磁鐵m2的S極間的吸引力、和W相的S極與磁鐵m1的N極間的吸引力相互平衡，所以相對(duì)于轉(zhuǎn)子200的旋轉(zhuǎn)力沒(méi)有產(chǎn)生。
在停止位置4中，磁鐵m2的N極被吸引到W相的S極的同時(shí)，與磁鐵m1的S極相斥，轉(zhuǎn)子200向反轉(zhuǎn)方向Rr旋轉(zhuǎn)。同樣，在停止位置p5中，磁鐵m3的S極被吸引到U相的N極的同時(shí)，與磁鐵m2的N極相斥，轉(zhuǎn)子200向反轉(zhuǎn)方向Rr旋轉(zhuǎn)。在停止位置p6中，因?yàn)閁相的N極與磁鐵m2的N極間的相斥力、和W相的S極與磁鐵m1的S極間的相斥力相互平衡，所以相對(duì)于轉(zhuǎn)子200的旋轉(zhuǎn)力沒(méi)有產(chǎn)生。
象這樣，在停止位置p3、p6中，因?yàn)闆](méi)有產(chǎn)生起動(dòng)扭矩或者即使產(chǎn)生也很小，不能使無(wú)碳刷馬達(dá)起動(dòng)。特別是與無(wú)碳刷馬達(dá)連接的負(fù)荷很大，在要求較大起動(dòng)扭矩的情況下，容易產(chǎn)生問(wèn)題。例如，在內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī))起動(dòng)用的馬達(dá)中，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦系數(shù)很大，即使使用具有很大能力的馬達(dá)，起動(dòng)扭矩不足的情況也多有發(fā)生。另外，在停止位置p4、p5中，因?yàn)檗D(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，無(wú)法得到檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置所必須的感應(yīng)電壓，所以無(wú)法轉(zhuǎn)換到通常的通電。象這樣，若馬達(dá)從處于自由狀態(tài)的停止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行強(qiáng)制換流，則能夠使馬達(dá)正轉(zhuǎn)的在6次中僅有2次，即準(zhǔn)確率只有1/3。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種即使在不使用轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件的情況下，也可得到很大的起動(dòng)扭矩的無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法。另外，其他的目的是提供可以簡(jiǎn)單且平順地進(jìn)行從強(qiáng)制換流向通常運(yùn)轉(zhuǎn)切換的無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法。
另外，其他的目的是提供在強(qiáng)制換流時(shí)，通過(guò)持續(xù)供給上限電流，可以處理超越扭矩的無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法。
本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)用無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法，其構(gòu)成為具有與內(nèi)燃機(jī)的輸出軸連接的磁鐵轉(zhuǎn)子、和保持電角度120°的相位差所配置的第1、第2、第3相的定子線圈，根據(jù)前述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)，對(duì)前述各定子線圈依次通電，進(jìn)行強(qiáng)制換流，其第一特征在于，起動(dòng)時(shí)，作為初期勵(lì)磁，僅在前述第1、第2、第3相的定子線圈中的任意兩個(gè)線圈之間通電，固定前述磁鐵轉(zhuǎn)子的位置；接著，作為前述強(qiáng)制換流，一邊逐漸增加通電量的同時(shí)，一邊在前述各相的線圈之間依次強(qiáng)制通電，強(qiáng)制性的使前述磁鐵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；在前述強(qiáng)制通電時(shí)，在沒(méi)有通電的線圈上通過(guò)被感應(yīng)的電壓信號(hào)形成旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)該形成的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)進(jìn)行通常通電，驅(qū)動(dòng)前述磁鐵轉(zhuǎn)子，驅(qū)動(dòng)前述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸的同時(shí)，從該旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)出前述內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或者轉(zhuǎn)數(shù)，在達(dá)到規(guī)定旋轉(zhuǎn)次數(shù)或是轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，停止通電。
根據(jù)此特征，可以不設(shè)置位置檢測(cè)元件而進(jìn)行起動(dòng)扭矩較大的內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)。因此，可以容易地將無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)與無(wú)碳刷起動(dòng)馬達(dá)兼用。
另外，本發(fā)明的第2特征在于，從前述強(qiáng)制換流轉(zhuǎn)換到通常通電的時(shí)間，通過(guò)從前述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)算出的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或是轉(zhuǎn)數(shù)所達(dá)到的規(guī)定值來(lái)判斷。
根據(jù)此特征，因?yàn)樵趦?nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或者轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，即換流動(dòng)作和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系在某種程度穩(wěn)定后自動(dòng)切換到通常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而可以簡(jiǎn)單且平順的進(jìn)行切換。
再有，本發(fā)明的第3特征在于，前述初期勵(lì)磁結(jié)束后的通電，是在設(shè)置有將通電電流限制在規(guī)定值的限制器的狀態(tài)下，使PWM的負(fù)載逐漸增加。
根據(jù)此特征，可以持續(xù)確保起動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)的平順上升，將通電用驅(qū)動(dòng)器的容量控制在很小。
另外，本發(fā)明的第4特征在于，以使通電電流不超過(guò)規(guī)定值的監(jiān)視狀態(tài)，逐漸增加通電量通電進(jìn)行初期勵(lì)磁，在通電電流值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的監(jiān)視值時(shí)，在該監(jiān)視值附近繼續(xù)通電。
根據(jù)此特征，在強(qiáng)制換流時(shí)因?yàn)榭梢猿掷m(xù)供給上限電流，所以可以提供可得到較大起動(dòng)扭矩的無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法。另外，因此用于使內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)的超越扭矩是必要時(shí)，提供該超越扭矩，不使用位置傳感器也可以起動(dòng)起動(dòng)扭矩較大的內(nèi)燃機(jī)。
另外，本發(fā)明的第5特征在于，通過(guò)由前述磁鐵轉(zhuǎn)子的強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)、在沒(méi)有通電的線圈上被感應(yīng)的電壓信號(hào)形成旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)，在旋轉(zhuǎn)次數(shù)或是轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到規(guī)定值以上后，根據(jù)前述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行前述各相的線圈的通電。
根據(jù)此特征，以旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)為基準(zhǔn)算出的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或者轉(zhuǎn)數(shù)在達(dá)到規(guī)定值后，即，換流動(dòng)作和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系在某種程度穩(wěn)定后，通過(guò)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)數(shù)的開關(guān)可以自動(dòng)切換到通常運(yùn)轉(zhuǎn)。
另外，本發(fā)明的第6特征在于，在前述初期勵(lì)磁狀態(tài)中，在通電電流超過(guò)規(guī)定值的情況下停止通電。
根據(jù)此特征可以避免在初期勵(lì)磁狀態(tài)中的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
再有，本發(fā)明的第7特征在于，向前述各相線圈的通電控制是通過(guò)定量增減PWM的負(fù)荷的控制進(jìn)行的。
根據(jù)此特征，通過(guò)簡(jiǎn)單的方法，就可以進(jìn)行向各相線圈的通電控制。
圖1是適用本發(fā)明的無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置的側(cè)視圖。
圖2是圖1的V-V的剖視圖。
圖3是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置的系統(tǒng)圖。
圖4是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置的起動(dòng)控制的流程圖。
圖5是初期勵(lì)磁的控制的流程圖。
圖6是第1、第2初期勵(lì)磁的動(dòng)作的說(shuō)明圖。
圖7是第1、第2初期勵(lì)磁的動(dòng)作的說(shuō)明圖。
圖8是強(qiáng)制換流的第1實(shí)施例的控制的流程圖。
圖9是強(qiáng)制換流的第2實(shí)施例的控制的流程圖。
圖10是通常通電的控制的流程圖。
圖11是表示在初期停止位置p1-p6中，1相勵(lì)磁的情況的轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定時(shí)間的圖。
圖12是表示從初期勵(lì)磁完成后的強(qiáng)制換流到通常通電的通電電流的變化、PWM負(fù)荷的變化、以及發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄轉(zhuǎn)數(shù)的變化的圖。
圖13是表示在自由狀態(tài)下停止時(shí)的定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照?qǐng)D面，就本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1是作為無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置的側(cè)視圖，圖2是圖1的V-V的剖視圖。
發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置1具有發(fā)動(dòng)機(jī)2和發(fā)電機(jī)3。發(fā)電機(jī)3是磁鐵式多極發(fā)電機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)2的曲軸4通過(guò)設(shè)置在曲軸箱5的側(cè)壁5a上的軸承6支撐。一端引出到發(fā)動(dòng)機(jī)2的外部。在圍繞曲軸4的曲軸箱5的側(cè)壁5a的周緣凸起部上，環(huán)狀星型鐵心7通過(guò)螺栓8被固定。鐵心7由環(huán)狀的軛鐵部7a和從其放射狀突出的27個(gè)顯極部7b構(gòu)成。
在前述顯極部7a上，3相的線圈依次交互纏繞構(gòu)成定子8。鐵心7通過(guò)象這樣的多極化，取得大輸出的同時(shí)，可以縮短環(huán)狀的軛鐵部7a以及顯極部7b的半徑方向的尺寸，有助于輕量化。
在曲軸4的前端嵌入固定著鍛造品的轂9，兼作轉(zhuǎn)子軛的飛輪10結(jié)合于此轂9上。飛輪10由將高張力鋼板沖壓成杯狀而形成的盤部10a和圓筒部10b構(gòu)成。盤部10a固定在轂9上，圓筒部10b覆蓋鐵心7的顯極部7b的外側(cè)而被安裝。
在飛輪10的圓筒部10b的內(nèi)周面上，18個(gè)具有高磁力的釹系磁鐵11圍繞周方向固定，構(gòu)成了外齒輪型磁鐵轉(zhuǎn)子12。這樣的轉(zhuǎn)子12將磁鐵11全面鋪到圓筒部10b的內(nèi)周面而形成，可以確保足夠的量，據(jù)此，可以發(fā)揮作為飛輪的功能。
冷卻風(fēng)扇13安裝在飛輪10的盤部10a上。冷卻風(fēng)扇13是在圓環(huán)狀的基板13a的一方的側(cè)面，圍繞周方向立設(shè)多個(gè)葉輪13b，基板13a固定在飛輪10的盤部10a的外表面。覆蓋冷卻風(fēng)扇13的風(fēng)扇罩14形成從飛輪10的側(cè)方至發(fā)動(dòng)機(jī)2的冷卻風(fēng)導(dǎo)風(fēng)路14a。
圖3是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置1的系統(tǒng)圖。發(fā)電機(jī)3由(內(nèi)燃)發(fā)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生3相交流。發(fā)電機(jī)3的輸出交流通過(guò)由將半導(dǎo)體整流元件裝入電橋的整流電路所組成的轉(zhuǎn)換器15，進(jìn)行全波整流轉(zhuǎn)換成直流。從轉(zhuǎn)換器15輸出的直流通過(guò)電容器平滑電路16平滑輸入到變流器17，通過(guò)構(gòu)成變流器17的FET的電橋電路變換為規(guī)定頻率的交流。從變流器17輸出的交流輸入至解調(diào)濾波器18，僅低頻率成分(例如商用頻率)通過(guò)。通過(guò)解調(diào)濾波器18后的交流，經(jīng)繼電器19以及保險(xiǎn)絲20接續(xù)到輸出端子21。繼電器19在發(fā)動(dòng)機(jī)2起動(dòng)時(shí)為「開」，在發(fā)動(dòng)機(jī)2起動(dòng)到規(guī)定程度時(shí)為「關(guān)」。
發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置1的發(fā)電機(jī)3可以作為用于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)2的起動(dòng)馬達(dá)使用。發(fā)電機(jī)3具有用于此的起動(dòng)驅(qū)動(dòng)器22。在起動(dòng)驅(qū)動(dòng)器22上因?yàn)楣┙o用于發(fā)動(dòng)機(jī)2起動(dòng)的電流，所以設(shè)有整流電路23和平滑電路24。整流電路23由高次諧波濾波器231和轉(zhuǎn)換器232構(gòu)成。高次諧波濾波器231具有保險(xiǎn)絲20A，經(jīng)此保險(xiǎn)絲20A接續(xù)到輸出端子21。發(fā)電機(jī)3的輸出側(cè)，例如接續(xù)到交流200V的單相電源25，從此電源25供給用于起動(dòng)的交流。此交流輸入到高次諧波濾波器231，濾掉高次諧波，通過(guò)轉(zhuǎn)換器232變換為直流后，進(jìn)一步經(jīng)平滑電路24供給起動(dòng)驅(qū)動(dòng)器22，作為其電源使用。
起動(dòng)驅(qū)動(dòng)器22為使發(fā)動(dòng)機(jī)2起動(dòng)，按照預(yù)定的順序依次對(duì)發(fā)電機(jī)3的3相線圈的各相供給電流。在各相的線圈上設(shè)有用于依次供給電流的開關(guān)元件(FET)221、和CPU222、及不使用用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子12的位置的傳感器(磁極檢測(cè)傳感器)的無(wú)傳感器驅(qū)動(dòng)部223。該無(wú)傳感器驅(qū)動(dòng)部223伴隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，根據(jù)在保持電角度120°的相位差而配置的第1、第2、第3的定子線圈上被感應(yīng)的電壓信號(hào)，檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，決定向該定子線圈通電。
圖4是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置1的起動(dòng)控制的流程圖。若想使發(fā)電機(jī)3從自由的停止旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)起動(dòng)，則根據(jù)轉(zhuǎn)子、定子的相互位置關(guān)系，在強(qiáng)制換流時(shí)有時(shí)不能得到大的起動(dòng)扭矩。另外，也有不能正轉(zhuǎn)的情況。因此，在步驟S1、S2中，通過(guò)強(qiáng)制換流可得到最大的扭矩，且在可以正轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、定子的相互關(guān)系位置上，進(jìn)行為使轉(zhuǎn)子12變位的第1、第2的初期勵(lì)磁。通過(guò)這些初期勵(lì)磁，可以將轉(zhuǎn)子12變位到可得到最大扭矩的規(guī)定位置。第1及第2初期勵(lì)磁相互通電的相不同，但處理是相同的(后述)。如后所述，通過(guò)2次的初期勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子、定子在前述自由停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即無(wú)論在任何的相互位置關(guān)系(圖13的停止位置p1-p6)上停止時(shí)，都可以使轉(zhuǎn)子12變位到能得到最大扭矩的位置。初期勵(lì)磁的時(shí)間若過(guò)短，則轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，因?yàn)樵趹?yīng)該停止的位置搖動(dòng)，所以初期勵(lì)磁的通電時(shí)間最好是到轉(zhuǎn)子位置穩(wěn)定的時(shí)間，例如是1秒左右。
在步驟S3進(jìn)行強(qiáng)制換流。強(qiáng)制換流在前述第2初期勵(lì)磁完成后，從可以得到的前述最大扭矩的轉(zhuǎn)子、定子的位置關(guān)系，進(jìn)行1相通電。通過(guò)強(qiáng)制換流，從沒(méi)有通電的相檢測(cè)感應(yīng)電壓，根據(jù)此感應(yīng)電壓，檢測(cè)轉(zhuǎn)子12的位置。若檢測(cè)出感應(yīng)電壓，檢測(cè)出轉(zhuǎn)子12的位置，則進(jìn)入到步驟S4的通常通電，即進(jìn)行通常通電。
圖5是表示初期勵(lì)磁(第1及第2初期勵(lì)磁共通)的處理的流程圖。在步驟S10中，控制前述FET221，向預(yù)定的相通電。在第1初期勵(lì)磁中從V相向U相通電，在第2初期勵(lì)磁中從V相向W相通電。在步驟S11中，使通電負(fù)載的初期值增大到預(yù)先規(guī)定的增量值(例如是1％)。在步驟S12中，產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)后，判斷轉(zhuǎn)子12是否停止在轉(zhuǎn)子、定子的起始位置(后述的p1’-p6’)。因?yàn)槿敉Ｖ箘t反電動(dòng)勢(shì)為“0”，所以通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)是否為“0”，可以判斷轉(zhuǎn)子12是否在起始位置停止。另外，在此判斷步驟中，是判斷一旦發(fā)生反電動(dòng)勢(shì)后的反電動(dòng)勢(shì)是否為“0”，所以一次也沒(méi)有產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的情況判斷為“否”。如果步驟S12是肯定，則判斷初期勵(lì)磁完成，進(jìn)入到下一步的處理。即，第1初期勵(lì)磁后轉(zhuǎn)換到第2初期勵(lì)磁，第2初期勵(lì)磁后轉(zhuǎn)換到強(qiáng)制換流。
在步驟S12為否定時(shí)，進(jìn)入到步驟S13，判斷FET221的通電負(fù)載是否在預(yù)定的上限值(例如50％)以上。若不在上限值以上，在現(xiàn)有的負(fù)載上通電(步驟S14)，進(jìn)入到步驟S11。即使負(fù)載達(dá)到上限值，轉(zhuǎn)子12也不停止在起始位置，或者反電動(dòng)勢(shì)一次也沒(méi)有發(fā)生時(shí)，步驟S13是肯定，判斷為鎖止?fàn)顟B(tài)或者超負(fù)荷狀態(tài)，在步驟S15中，使負(fù)載為“0”，失效結(jié)束(步驟S16)。
參照?qǐng)D6以及圖7，具體說(shuō)明前述第1初期勵(lì)磁以及第2初期勵(lì)磁的動(dòng)作。圖6、圖7的最左側(cè)的停止位置p1-p6，表示相對(duì)于發(fā)電機(jī)在自然停止時(shí)的定子100的轉(zhuǎn)子200的初期停止位置，這與圖13的p1-p6相同。為了第1初期勵(lì)磁，若從V相向U相通電，則V相的極性是N極，U相的極性是S極。因此，在初期停止位置p1中的轉(zhuǎn)子200的永久磁鐵m2被吸引到V相N極，永久磁鐵m3被吸引到U相S極，因?yàn)槿〉昧硕ㄗ?00和轉(zhuǎn)子200的磁極的平衡，轉(zhuǎn)子200不動(dòng)，成為停止位置p1’。初期停止位置p2-p6情況下的定子100和轉(zhuǎn)子200的相互位置關(guān)系也因同樣的理由，分別成為停止位置p2’-P6’。很明顯，在停止位置p1’-P6’中，僅停止位置p4’與其他的停止位置p1’-p3’、p5’p6’不同。
接著，為了第2初期勵(lì)磁，若從V相向W相通電，則V相的極性為N極，W相的極性為S極。據(jù)此，轉(zhuǎn)子200的S極與W相的S極相斥，N極被吸引，在V相N極的位置的S極的永久磁鐵m2、在W相S極的位置的N極的永久磁鐵m1為切斷狀態(tài)，轉(zhuǎn)子200停止。此停止位置P1”為在前述第1初期勵(lì)磁的結(jié)果所得到的全部的停止位置p1’-p6’上，實(shí)施第2初期勵(lì)磁而得到的，這是很明顯的。即，若在最初的停止位置p1-p6上實(shí)施第1、第2初期勵(lì)磁，則可以使其收斂于一個(gè)停止位置P1”。此轉(zhuǎn)子和定子的位置關(guān)系是通過(guò)從作為接著的強(qiáng)制換流的U相向W相通電而成為U相N極、W相S極時(shí)，正轉(zhuǎn)時(shí)輸出最大起動(dòng)扭矩的位置。
因此，若對(duì)在前述停止位置P1”的狀態(tài)中的發(fā)電機(jī)實(shí)施強(qiáng)制換流，則因?yàn)榘l(fā)電機(jī)是從輸出最大扭矩的轉(zhuǎn)子、定子的位置關(guān)系開始起動(dòng)的，發(fā)電機(jī)開始平滑的向正轉(zhuǎn)側(cè)旋轉(zhuǎn)。
下面，參照?qǐng)D11就前述第1、第2初期勵(lì)磁的勵(lì)磁時(shí)間進(jìn)行說(shuō)明。圖11表示在前述初期停止位置p1-p6中的定子和轉(zhuǎn)子上進(jìn)行1相勵(lì)磁時(shí)，直至使轉(zhuǎn)子的動(dòng)作穩(wěn)定所需要的時(shí)間。初期勵(lì)磁時(shí)間若過(guò)短，則轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，在應(yīng)該停止的位置搖動(dòng)。如圖所明示，從初期勵(lì)磁開始到轉(zhuǎn)子動(dòng)作穩(wěn)定的時(shí)間在初期停止位置p5時(shí)最大，即可知約是0.7秒。因此，考慮余量，直到轉(zhuǎn)子動(dòng)作穩(wěn)定的初期勵(lì)磁的通電時(shí)間最好是例如為1秒左右。
圖8是表示強(qiáng)制換流的處理的流程圖。在步驟S20中，是進(jìn)行預(yù)定的相，例如從U相向W相的通電。步驟S21中，使PWM的負(fù)載逐漸增加例如是每次增加1％。在步驟S22中，使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)所必須的扭矩，例如特別是超越需要大扭矩的壓縮上止點(diǎn)時(shí)的電流，以通過(guò)容許值為基準(zhǔn)，判斷其是否超過(guò)了設(shè)置的上限值的值(＝過(guò)電流)。
此步驟S22的判斷為肯定時(shí)，即達(dá)到上限值的情況下，為保護(hù)驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)元件等進(jìn)入到步驟S24，使負(fù)載例如減少1％。于是，在步驟S25中，利用此減少1％的負(fù)載實(shí)行/繼續(xù)強(qiáng)制換流。
另外，在此步驟S22的判斷為否定時(shí)，進(jìn)入到步驟S23，判斷內(nèi)燃機(jī)預(yù)定的旋轉(zhuǎn)次數(shù)是否達(dá)到例如10次以上的旋轉(zhuǎn)。步驟S23若是肯定，則判斷通過(guò)強(qiáng)制換流而使旋轉(zhuǎn)到達(dá)穩(wěn)定區(qū)域，結(jié)束強(qiáng)制換流，轉(zhuǎn)換到圖10的通常通電。另外，代替該旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可以通過(guò)轉(zhuǎn)數(shù)即一定時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)辨別旋轉(zhuǎn)是否穩(wěn)定。
在前述動(dòng)作中，前述無(wú)傳感器驅(qū)動(dòng)部223以沒(méi)有通電的線圈所感應(yīng)的電壓信號(hào)形成旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)該旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)前述轉(zhuǎn)子。另外，前述內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或者轉(zhuǎn)數(shù)可以從該旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。
如上所述，設(shè)有將通電電流控制在規(guī)定值的限制器，因?yàn)樵谶_(dá)到預(yù)定的上限值時(shí)，使PWM的負(fù)載逐漸增加，不用進(jìn)行多余的大電流通電，可有效地進(jìn)行向各線圈的通電。另外，在達(dá)到上限值的情況下，因?yàn)槭关?fù)載減少，向各線圈的通電以沒(méi)有形成過(guò)電流的負(fù)載可繼續(xù)進(jìn)行。
圖9是表示強(qiáng)制換流的變形例的流程圖。從發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置1的開關(guān)元件以及驅(qū)動(dòng)器等的能力，實(shí)際上也有在超過(guò)上限值的過(guò)電流狀態(tài)，多次實(shí)施強(qiáng)制換流，通過(guò)超越扭矩，發(fā)生有必要超過(guò)壓縮上死點(diǎn)的情況。此變形例就是在這種情況下最好的處理，對(duì)于與圖8的處理相同、或在同等的處理付與同樣的標(biāo)記步驟號(hào)，在此省略說(shuō)明。
在步驟S22中判斷為過(guò)電流時(shí)，進(jìn)入到步驟S31，將計(jì)數(shù)器值進(jìn)1。在步驟S32中，例如判斷該計(jì)數(shù)器值是否大于10，在否定的情況下，進(jìn)入步驟S25，通過(guò)該過(guò)電流的負(fù)載實(shí)行強(qiáng)制換流。一直將因該過(guò)電流的強(qiáng)制換流持續(xù)到計(jì)數(shù)器值達(dá)到10，即使如此在繼續(xù)過(guò)電流的情況下(步驟S32的判斷為否定)，通過(guò)步驟S33減少負(fù)載1％，解消過(guò)電流。
圖10是表示通常通電的處理的流程圖。在步驟S41中，負(fù)載增加1％，在步驟S42中，判斷是否是預(yù)先設(shè)定的上限值，即是否是過(guò)電流，在此判斷為否定時(shí)進(jìn)入到步驟S43，判斷轉(zhuǎn)數(shù)是否達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)(例如800rpm)以上。若步驟S43是肯定，則判定發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)起動(dòng)，結(jié)束起動(dòng)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)。即，進(jìn)入到步驟S44，使負(fù)載為0％。一方面，在前述步驟S42中的判斷是肯定時(shí)，為解消過(guò)電流進(jìn)入到步驟S45，負(fù)載減少1％，在步驟S46中，以當(dāng)時(shí)的負(fù)載實(shí)行動(dòng)作。
圖12是表示結(jié)束初期勵(lì)磁后的從強(qiáng)制換流到通常通電的通電電流的變化、PWM的負(fù)載變化以及發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄轉(zhuǎn)數(shù)變化的一個(gè)例子的圖表。從此表上可以明白，從發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的強(qiáng)制換流到通常換流轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)平順的提升。
通過(guò)上述的說(shuō)明即可明白，根據(jù)權(quán)利要求1-3的發(fā)明，起動(dòng)扭矩大的內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)可以使用沒(méi)有設(shè)置霍爾元件等的位置檢測(cè)元件的無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行。另外，無(wú)碳刷發(fā)電機(jī)可以容易的作為無(wú)碳刷起動(dòng)馬達(dá)兼用。
另外，根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)明，根據(jù)以在沒(méi)有通電的線圈上所感應(yīng)的電壓信號(hào)為基準(zhǔn)形成的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或者轉(zhuǎn)數(shù)，因?yàn)樵趦?nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或者轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)的切換到通常的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以從強(qiáng)制換流到通常通電的切換可簡(jiǎn)單且平順的進(jìn)行。
另外，根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)明，因?yàn)榻Y(jié)束初期勵(lì)磁后的通電是在設(shè)有將通電電流控制在規(guī)定值的限制器的狀態(tài)下，使PMW的負(fù)載逐漸增加，所以可以持續(xù)平順的確保起動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)的上升，將通電用驅(qū)動(dòng)器的容量控制在很小。
根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)明，在強(qiáng)制換流時(shí)，用于使內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)的超越扭矩為必要時(shí)，因?yàn)榭梢猿掷m(xù)供給上限電流，所以可以起動(dòng)起動(dòng)扭矩大的內(nèi)燃機(jī)。
根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)明，以旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)為基準(zhǔn)算出的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或者轉(zhuǎn)數(shù)在達(dá)到規(guī)定值后，即，換流動(dòng)作和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系在某種程度穩(wěn)定后，因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)數(shù)的開關(guān)可以自動(dòng)切換到通常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以向通常運(yùn)轉(zhuǎn)的切換變得簡(jiǎn)單且平順。
根據(jù)權(quán)利要求6的發(fā)明，可以避免在初期勵(lì)磁狀態(tài)中的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)明，通過(guò)簡(jiǎn)單的方法，進(jìn)行向各相線圈通電控制的同時(shí)，還可以提高信賴性。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)用無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法，其構(gòu)成為具有與內(nèi)燃機(jī)的輸出軸連接的磁鐵轉(zhuǎn)子、和保持電角度120°的相位差而配置的第1、第2、第3相的定子線圈，根據(jù)前述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)，對(duì)前述各定子線圈依次通電，進(jìn)行強(qiáng)制換流，其特征在于，起動(dòng)時(shí)，作為初期勵(lì)磁，僅在前述第1、第2、第3相的定子線圈中的任意兩個(gè)線圈之間通電，固定前述磁鐵轉(zhuǎn)子的位置；接著，作為前述強(qiáng)制換流，一邊逐漸增加通電量的同時(shí)，一邊在前述各相的線圈之間依次強(qiáng)制通電，強(qiáng)制性地使前述磁鐵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；在前述強(qiáng)制通電時(shí)，通過(guò)在沒(méi)有通電的線圈上被感應(yīng)的電壓信號(hào)形成旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)該形成的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)，進(jìn)行通常通電，驅(qū)動(dòng)前述磁鐵轉(zhuǎn)子，驅(qū)動(dòng)前述內(nèi)燃機(jī)的輸出軸的同時(shí)，從該旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)出前述內(nèi)燃機(jī)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或者轉(zhuǎn)數(shù)，在達(dá)到規(guī)定旋轉(zhuǎn)次數(shù)或是轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，停止通電。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)用無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法，其特征在于，從前述強(qiáng)制換流轉(zhuǎn)換到通常通電的時(shí)間，通過(guò)從前述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)算出的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或是轉(zhuǎn)數(shù)所達(dá)到的規(guī)定值來(lái)判斷。
3.如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)用無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法，其特征在于，前述初期勵(lì)磁結(jié)束后的通電，是在設(shè)置有將通電電流限制在規(guī)定值的限制器的狀態(tài)下，使PWM的負(fù)載逐漸增加。
4.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)用無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法，其特征在于，在初期勵(lì)磁中，以使通電電流不超過(guò)規(guī)定值的監(jiān)視狀態(tài)，逐漸增加通電量進(jìn)行通電，前述強(qiáng)制換流后，在通電電流值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的監(jiān)視值時(shí)，在該監(jiān)視值附近繼續(xù)通電。
5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)用無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法，其特征在于，通過(guò)由前述磁鐵轉(zhuǎn)子的強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)、在沒(méi)有通電的線圈上被感應(yīng)的電壓信號(hào)形成旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)，在旋轉(zhuǎn)次數(shù)或是轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到規(guī)定值以上后，根據(jù)前述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行前述各相的線圈的通電。
6.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)用無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法，其特征在于，在前述初期勵(lì)磁狀態(tài)中，在通電電流超過(guò)規(guī)定值的情況下停止通電。
7.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)用無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法，其特征在于，向前述各相線圈的通電控制是通過(guò)定量增減PWM的負(fù)荷的控制進(jìn)行的。
全文摘要
提供一種即使不使用轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)元件，也可得到很大的起動(dòng)扭矩，從強(qiáng)制換流向通常運(yùn)轉(zhuǎn)的切換可以簡(jiǎn)單且平順的進(jìn)行的無(wú)碳刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)方法。起動(dòng)時(shí)，作為初期勵(lì)磁，僅在3相定子線圈中的任意兩個(gè)線圈之間通電，固定前述磁鐵轉(zhuǎn)子的位置(步驟S1、S2)。接著一邊逐漸增加通電量，一邊在各相的線圈間依次強(qiáng)制通電(步驟S3)。在此強(qiáng)制換流時(shí)，根據(jù)在沒(méi)有通電的線圈上通過(guò)被感應(yīng)的電壓信號(hào)所形成的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)子，驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的輸出軸。因旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)信號(hào)而檢測(cè)出的內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，在達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，停止通電。
文檔編號(hào)H02P6/20GK1424816SQ0215458
公開日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月11日
發(fā)明者稲川敏規(guī), 飯嵨良洋, 中村滿, 脇谷勉 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社