TWI756423B - 油泵電動機用驅動設備與驅動控制方法 - Google Patents

Abstract

一種油泵電動機驅動設備包含：電流偵測單元，其用於偵測流經定子之線圈之多相電流的每一者；控制單元，其用於將所偵測到的多相電流轉換為d軸電流Id及q軸電流Iq、藉由將d軸電流Id與d軸電流指令值Idref比較並將q軸電流Iq與d軸電流指令值Idref比較而計算轉子之實際旋轉位置與假想旋轉位置之間的相位誤差、執行控制使得相位誤差接近零、並將指示待施加至無刷電動機之個別相位之電壓的電壓指令值輸出至電動機驅動電路，其中當電動機的轉數小於預定轉數時，控制單元將d軸電流指令值Idref設成大於零的數值。

Description

油泵電動機用驅動設備與驅動控制方法

本發明揭示內容有關用於油泵電動機的驅動設備與用於油泵電動機的驅動控制方法。

吾人已知向量控制型無感測器方法，其基於自電動機常數（諸如電流、電壓、及繞組電阻）計算之電動機的感應電壓而估計無刷電動機之轉子的位置。日本專利公開公報第2014-064385號（下文稱為專利文獻1）揭示一種向量控制型無感測器方法的技術，在該技術中，執行180度通電正弦波驅動，以基於在無刷電動機轉速高於最小電動機轉速之高速範圍內的感應電壓獲得轉子的位置資訊，以及在該電動機轉速低於最小電動機轉速的低速範圍內執行120度通電矩形波驅動。日本專利公開公報第2010-233301號（下文稱為專利文獻2）揭示一種技術，在該技術中改變控制模式，使得無刷電動機在電動機的啟動（啟動模式）時不使用感測器、藉由執行開迴路控制加以驅動，且無刷電動機在電動機的啟動之後藉由執行電流反饋控制（電流控制模式）加以驅動。

本發明人已發現以下問題。即，最近已研究如何將向量控制型無感測器方法應用至油泵無刷電動機（下文亦稱為「油泵無刷電動機」）的驅動。吾人期望將油泵無刷電動機用在低速操作以及高速操作中。如上所述，在專利文獻1所揭示的技術中，電動機驅動模式在無刷電動機以高速旋轉時及以低速旋轉時之間變換。然而，當電動機驅動模式如上所述變換時，其控制趨於變得複雜。期望一種較簡單的控制方法以供驅動油泵無刷電動機。然而，當在整個速度範圍內執行180度通電正弦波驅動（其被執行以基於感應電壓估計轉子的位置）時，在感應電壓為低的低速操作中估計轉子位置的精確性降低。因此，轉子在低速操作中可能無法平順地旋轉。

同時，專利文獻2中揭示的技術可避免在低速操作中估計轉子位置的精確性降低。然而，當將此技術應用於驅動相對大尺寸的無刷電動機（諸如油泵無刷電動機）時，由於因電流在啟動模式中增加而導致之轉子的變形而可能發生振動。

其他問題和新穎的特徵自本說明書及隨附圖式中的描述將為顯而易見。

根據一實施例，一種用於油泵電動機的驅動設備包含：電流偵測單元及控制單元。當包含定子及轉子的油泵無刷電動機旋轉時，該電流偵測單元偵測流經定子之線圈之多相電流的每一者。該控制單元將所偵測到的多相電流轉換為d-q坐標系統中的d軸電流Id及q軸電流Iq、藉由將d軸電流Id與d軸電流指令值Idref比較並將q軸電流Iq與d軸電流指令值Idref比較而計算轉子之實際旋轉位置與其假想旋轉位置之間的相位誤差、及執行控制使得相位誤差接近零，該d-q坐標系統包含與由轉子的磁鐵產生之磁通量的方向平行的d軸及與d軸正交的q軸、且被定義為與轉子一起旋轉。接著，控制單元將電壓指令值輸出至電動機驅動電路，該電壓指令值指示待施加至無刷電動機之個別相位的電壓。此外，當無刷電動機的轉數小於預定轉數時，控制單元將d軸電流指令值Idref設成大於零的數值。

根據上述實施例，即使當無刷電動機以低速旋轉時，亦可藉由向量控制無感測器方法以穩定的方式控制油泵無刷電動機的驅動。

下文參照圖式詳細說明應用上述解決問題之裝置的實施例。為了使說明清楚，以下描述及圖式可適當地部分省略及簡化。此外，在圖式中顯示為用於執行諸多製程的功能方塊之複數元件的每一者可由諸如CPU（中央處理單元）、記憶體、及其他類型的電路之硬體實施，或由諸如加載於記憶體中之程式的軟體實施。因此，精於本項技術之人士將理解這些功能方塊可僅由硬體、僅由軟體、或其組合實施。也就是說，其不限於硬體或軟體。注意，在所有圖式中，將相同的符號分派至相同的元件，且依需要省略重複的說明。

此外，上述程式可使用任何類型之非暫態電腦可讀媒體儲存並提供至電腦。非暫態電腦可讀媒體包含任何類型的實體儲存媒體。非暫態電腦可讀媒體的示例包含磁儲存媒體（諸如軟碟、磁帶、硬式磁碟機等）、光學磁儲存媒體（例如磁光碟）、CD-ROM（光碟唯讀記憶體）、CD-R（可燒錄光碟）、CD-R/W（可重寫光碟）、及半導體記憶體（諸如遮罩ROM、PROM（可程式ROM）、EPROM（可清除PROM）、快閃ROM、RAM（隨機存取記憶體）等）。該程式亦可使用任何類型的暫態電腦可讀媒體而提供至電腦。暫態電腦可讀媒體的示例包含電訊號、光訊號、及電磁波。暫態電腦可讀媒體可經由有線通信線路（例如電線及光織）或無線通信線路將程式提供至電腦。

在以下實施例中，當必要時，藉由使用單獨的部分或單獨的實施例說明本發明揭示內容。然而，除了特別明示的情況之外，該等實施例彼此並非不相關。也就是說，其以一實施例為另一實施例的一部分或全部之修改的示例、應用示例、詳細示例、或補充示例之方式相關。此外，在以下實施例中，當提及元件的數目等（包含數目、數值、量、範圍等）時，數目並不限於該特定的數目，除了明確指定數目或數目基於其原理明顯限於特定數目的情況之外。也就是說，亦可使用比特定數目大或小的數目。

此外，在以下實施例中，其元件（包含操作步驟等）不一定為必需的，除了特別明確指定元件或元件基於其原理為明顯必需的情況之外。類似地，在以下實施例中，當提及元件等的形狀、位置關係等時，實質上類似於或相似於該形狀的形狀等亦被包含在該形狀中，除了明確指定或基於其原理而排除的情況之外。此對於上述數目等（包括數目、數值、量、範圍等）亦是如此。 實施例概要

在解釋實施例的細節之前，首先說明實施例的概要。圖1係根據實施例的概要顯示用於油泵電動機的驅動設備10（下文亦稱為「油泵電動機驅動設備10」）之配置之示例的示意圖。如圖1所示，油泵電動機驅動設備10包含電動機驅動電路12、電流偵測單元13、及控制單元14。

當包含定子及轉子16之用於油泵的無刷電動機11（下文亦稱為「油泵無刷電動機11」）旋轉時，電流偵測單元13偵測流經定子的線圈15之多相電流的每一者。控制單元14將所偵測到的多相電流轉換為d-q坐標系統中的d軸電流Id及q軸電流Iq。注意，d-q坐標系統包含與由轉子16的磁鐵產生之磁通量的方向平行的d軸及與d軸正交的q軸，且被定義為與轉子16一起旋轉。控制單元14藉由將d軸電流Id與d軸電流指令值Idref比較並將q軸電流Iq與d軸電流指令值Idref比較，而計算轉子16的實際旋轉位置與其假想旋轉位置之間的相位誤差。此外，控制單元14執行控制，使得相位誤差變得接近零，且將標示待施加至無刷電動機11之個別相位之電壓的電壓指令值輸出至電動機驅動電路12。當無刷電動機11的轉數（例如每分鐘的轉數）小於預定轉數時，控制單元14將d軸電流指令值Idref（其係d軸方向上的電流指令值）設成大於零的數值。

如上所述，當無刷電動機11中之轉子16的轉數小於預定轉數時，油泵電動機驅動設備10將d軸電流指令值Idref設成大於零的數值。以此方式，即使當無刷電動機以低速旋轉時，亦可增加感應電壓e並藉此在不使用感測器的情況下精確地估計相位誤差。因此，即使當無刷電動機以低速旋轉時，亦可藉由向量控制無感測器的方法以穩定的方式控制油泵無刷電動機的驅動。 第一實施例

接著，說明第一實施例的細節。圖2係顯示根據第一實施例之油泵電動機驅動設備110之實施例的電路方塊圖。注意，油泵電動機驅動設備110以無感測器的方式（即，不使用諸如編碼器或霍耳元件的位置感測器）偵測油泵無刷電動機111中之轉子的角位置，並驅動無刷電動機111。如圖2所示，油泵電動機驅動設備110包含電流偵測單元113、控制單元114、電動機驅動電路112、及閘極驅動電路120。

無刷電動機111係在載具等中使用的油泵無刷電動機。無刷電動機111係三相DC（直流）無刷電動機，其中三相繞組（即，U相、V相、及W相繞組（U相繞組115u、V相繞組115v、及W相繞組115w））設置在圓柱形的定子中，而包含永久磁鐵的轉子116設置在定子中心內所形成的空間中。

電流偵測單元113係偵測流經無刷電動機111之個別相位（U相、V相、及W相）之電流Iu、Iv、及Iw的感測器。控制單元114係例如MCU（微控制單元），且藉由180度通電之無感測器向量方法控制無刷電動機111的驅動。也就是說，控制單元114在180度通電正弦波驅動中以向量控制型無感測器方法計算標示待施加至無刷電動機111之個別相位之電壓的電壓指令值，並將所計算之電壓指令值輸出至電動機驅動電路112。稍後將描述由控制單元114執行之用於無刷電動機111之驅動控制方法的細節。閘極驅動電路120將自控制單元114輸出的六控制訊號轉換為六相電壓訊號（U+/-、V+/-、及W+/-），並將獲得的六相電壓訊號輸出至電動機驅動電路112。

電動機驅動電路112係反向器電路，且包含藉由連接分別包含反平行二極體118a至118f的開關元件117a至117f而形成之呈三相橋構造的電路、及電源電路119。開關元件117a至117f之每一者的控制端子（閘極端子）連接至閘極驅動電路120。開關元件117a至117f由例如FET（場效電晶體）形成。開關元件117a至117f之控制端子（閘極端子）的每一者連接至閘極驅動電路120。開關元件117a至117f的開/關狀態由自控制單元114提供、經由閘極驅動電路120的控制訊號控制。

接著，說明由控制單元114執行之無刷電動機111的驅動控制方法。注意，在以下說明中，亦適當地參照圖2中顯示的油泵電動機驅動設備110的電路方塊圖。

圖3係用於說明向量控制之處理流程之概要的流程圖。如圖3所示，首先，取入由電流偵測單元113偵測的三相電流Iu、Iv、及Iw（步驟S101）。此外，將所取入的三相電流Iu、Iv、及Iw轉換為數位值、且接著轉換為二相電流Iα和Iβ（步驟S102）。注意，二相電流Iα及Iβ分別為α-β坐標系統中的α軸分量及β軸分量，該α-β坐標系統為雙軸靜止坐標系統，其中α軸平行於U相的方向。三相電流Iu、Iv、及Iw藉由使用下列計算公式而轉換為二相電流Iα及Iβ。

[表式1]

在步驟S102之後，將二相電流Iα及Iβ進一步轉換為d軸電流Id及q軸電流Iq（步驟S103）。注意，d軸及q軸電流Id及Iq分別為d-q坐標系統中的d軸分量及q軸分量，該d-q坐標系統為定義成與無刷電動機111之轉子116一起旋轉的坐標系統。d軸係與藉由附接至轉子之永久磁鐵產生的磁通量之方向平行的軸，而q軸係與d軸正交的軸。q軸電流Iq係產生旋轉扭矩的分量，而d軸電流Id係產生磁通量的分量。藉由使用下列計算公式將二相電流Iα及Iβ轉換為d軸及q軸電流Id及Iq。

[表式2]

在步驟S103之後，藉由執行PI控制（比例積分控制）計算d軸電壓指令值Vd及q軸電壓指令值Vq，使得d軸及q軸電流Id及Iq分別迅速地確定為d軸電流指令值Idref及q軸電流指令值Iqref（步驟S104）。接著，將d軸及q軸電壓指令值Vd及Vq分別轉換為α-β坐標系統中之α軸分量的電壓指令值Vα、及α-β坐標系中之β軸分量的電壓指令值Vβ（步驟S105）。下列為用於將值Vd及Vq轉換為值Vα及Vβ的計算公式。

[表式3]

在步驟S105之後，藉由PWM調變將α-β坐標系統中的電壓指令值Vα及Vβ轉換為三相電壓指令值Vu、Vv、及Vw，而所獲得的三相電壓指令值Vu、Vv、及Vw經由閘極驅動電路120輸出至電動機驅動電路112（步驟S106）。

接著，解釋向量控制型無感測器方法中之轉子116之位置資訊的估計。

無刷電動機111未配有用於偵測轉子116之位置資訊的位置感測器，諸如編碼器或霍耳元件。未配有位置感測器之無刷電動機之向量控制方法（向量控制型無感測器方法）係揭示於例如“Sensorless Brushless DC Motor Drives Using Estimated Current Error (Institute of Electrical Engineers of Japan D, 1995, Vol. 115, No. 4)”等。在基於向量控制型無感測器方法之無刷電動機的驅動控制中，估計轉子的實際旋轉位置與控制製程中假設之轉子的假想旋轉位置間的偏差（相位誤差）。接著，校正該假想旋轉位置，使得相位誤差變為零。相位誤差的計算係間接從感應電壓獲得。

具體而言，當無刷電動機111未配有位置感測器時，d軸及q軸上之轉子116的位置（即轉子116的實際旋轉位置）為未知的。因此，定義基於轉子116之假想旋轉位置的γ-δ坐標系統。圖4係示意性地顯示d-q坐標系統與γ-δ坐標系統間之關係的圖。如圖4所示，在γ-δ坐標系統中，γ軸係定義在自d軸延遲角度Δθ的位置，而δ軸係定義在自γ軸前移90度的位置。也就是說，自d軸之γ軸的延遲Δθ係轉子116的實際旋轉位置與其假想旋轉位置間的相位誤差。d-q坐標系統中的坐標可藉由相位誤差Δθ的旋轉矩陣而轉換為γ-δ坐標系統中的坐標。自d-q坐標系統轉換為γ-δ坐標系統的計算公式如下。

[表式4]

用於d-q坐標系統中之無刷電動機111的電壓方程式由下面顯示的表式5表示。在該表式中：Vd係d軸方向上的電壓[V]；Vq係q軸方向上的電壓[V]；Id係d軸方向上的電流[A]；Iq係q軸方向上的電流[A]；R係繞組電阻[Ω]；Ld係d軸繞組自感[H]；Lq係q軸繞組自感[H]；e係感應電壓[V]；而p係運算子。

[表式5]

對於d-q坐標系統中的無刷電動機111，藉由執行由上述自d-q坐標系統轉換至用於上述電壓方程式的γ-δ坐標系統之計算公式表示的計算，獲得用於γ-δ坐標系統中之無刷電動機111的電壓方程式。接著，自所獲得之γ-δ坐標系統中之無刷電動機111的電壓方程式推導估計電流誤差。當自d軸之γ軸的延遲（相位誤差）Δθ足夠小時，取樣點n處之估計電流誤差ΔI(n)由下面顯示的表式6表示。在該表式中：T係電動機扭矩；e(n-1)係取樣點n-1處的感應電壓；而Δθ(n-1)係取樣點n-1處的相位誤差。

[表式6]

估計的相位誤差Δθ可自上面顯示之估計電流誤差之表式估計。如可自上面顯示之估計電流誤差之表式所理解，感應電壓e需要大到一定程度以精確地估計相位誤差Δθ。然而，當轉子116以低速旋轉時，感應電壓e很小，因此難以自估計電流誤差的表式估計相位誤差Δθ。

應注意感應電壓e由電動機角速度（電角度）ω[弳度/秒]及感應電壓常數KE[V/（弳度/秒）]的函數表示（即，表示為「e=KE×ω」）。感應電壓常數KE與磁力的大小之間有關係。也就是說，隨著磁力增加，感應電壓常數KE增加。磁力可藉由饋送正電流作為d軸電流Id而增加。也就是說，藉由饋送正電流作為d軸電流Id可增加感應電壓e。因此，當無刷電動機111的轉子116以低速旋轉時，藉由饋送正電流作為d軸電流Id而增加感應電壓e，因而使得可精確地估計相位誤差Δθ。

因此，在根據此實施例的油泵電動機驅動設備110中，當無刷電動機111中之轉子116的轉數（例如每分鐘的轉數）小於預定轉數（例如300 rpm）時，將d軸電流指令值Idref設成大於零的數值。以此方式，正電流作為d軸電流Id流動，且因此可增加感應電壓e。因此，可精確地估計相位誤差Δθ。

圖5係顯示d軸電流指令值Idref關於無刷電動機111中之轉子116的轉數之示例的示意圖。如圖5所示，當無刷電動機111中之轉子116的轉數小於300 rpm時，將d軸電流指令值Idref設成大於零的預定值（例如，3[A]）。以此方式，由於感應電壓e可在無刷電動機111的轉子116以低速旋轉時增加，因此可精確地偵測電流誤差ΔI。因此，即使當無刷電動機111的轉子116以低速旋轉時，亦可在不使用感測器的情況下精確地估計相位誤差Δθ。

另一方面，當無刷電動機111中之轉子116的轉數大於300 rpm時，感應電壓e足夠大以在不饋送d軸電流Id的情況下精確地偵測電流誤差ΔI。因此，當無刷電動機111中之轉子116的轉數大於300 rpm時，將d軸電流指令值Idref設成零，且因此將d軸電流Id（其不導致扭矩）控制為零。因此，可減少無刷電動機111的電力消耗。

圖6係用於說明在轉子116的轉數小於預定轉數時，用於將d軸電流指令值Idref設成大於零的預定值之處理流程之示例的流程圖。注意在以下說明中，亦適當地參照圖2中顯示之油泵電動機驅動設備110的電路方塊圖。

如圖6所示，首先，偵測轉子116的轉數（步驟S201）。接著，判定轉子116的轉數是否小於預定轉數（步驟S202）。在步驟S202中，當轉子116的轉數等於或大於預定轉數（步驟S202處為否）時，處理進行至稍後將描述的步驟S204。在步驟S202中，當轉子116的轉數小於預定轉數（步驟S202處為是）時，將d軸電流指令值Idref設成預定值（步驟S203）。在步驟S203之後，判定無刷電動機111是否已停止（步驟S204）。當在步驟S204中判定無刷電動機111已停止時，處理結束。另一方面，當判定無刷電動機111尚未停止時，處理返回至步驟S201。 [修改的示例1]

圖7係顯示d軸電流指令值Idref關於無刷電動機111中之轉子116的轉數之另一示例（與圖5顯示者不同之示例）的示意圖。如圖7所示，當無刷電動機111中之轉子116的轉數小於300 rpm時，將d軸電流指令值Idref設成大於零且根據無刷電動機111之轉數判定的數值。在此示例中，當轉子116的轉數小於300 rpm時，將d軸電流指令值Idref[A]與轉子116的轉數R[rpm]之間的關係表示為「Idref[A]=3-R[rpm]/100」。以此方式，當無刷電動機111的轉子116以低速旋轉時，可將感應電壓e調整至需要且足夠的電壓。因此，與圖5顯示之示例中的電力消耗相比，可降低轉子116以低速旋轉時的電力消耗。

當無刷電動機111中之轉子116的轉數大於300 rpm時，將d軸電流指令值Idref設成零，且因此將d軸電流Id（其不導致扭矩）如圖5顯示的示例中控制為零。

圖8係用於說明在無刷電動機111中之轉子116的轉數小於預定轉數時，用於將d軸電流指令值Idref設成大於零且根據無刷電動機111中之轉子116之轉數判定的數值之處理流程之示例的流程圖。注意在以下說明中，亦適當地參照圖2中顯示之油泵電動機驅動設備110的電路方塊圖。

如圖8所示，首先，偵測轉子116的轉數（步驟S301）。接著，判定轉子116的轉數是否小於預定轉數（步驟S302）。在步驟S302中，當轉子116的轉數等於或大於預定轉數（步驟S302處為否）時，處理進行至稍後將描述的步驟S305。在步驟S302中，當轉子116的轉數小於預定轉數（步驟S302處為是）時，自Idref表檢索對應於當時轉子116之轉數的數目Idslowref（步驟S303）。注意Idref表係圖7中顯示的數據表，其中記錄了轉子116的轉數與d軸電流指令值Idref的設定值Idslowref之間的對應關係。在步驟S303之後，將在步驟S303中檢索的數目Idslowref設作d軸電流指令值Idref（步驟S304）。

在步驟S304之後，判定無刷電動機111是否已停止（步驟S305）。當在步驟S305中判定無刷電動機111已停止時，處理結束。另一方面，當判定無刷電動機111尚未停止時，處理返回至步驟S301。

如上所述，在根據第一實施例的油泵電動機驅動設備110中，當無刷電動機111中之轉子116的轉數小於預定轉數時，將d軸電流指令值Idref設成大於零的數值。以此方式，正電流作為d軸電流Id流動，且因此可增加感應電壓e。因此，即使當無刷電動機111的轉子116以低速旋轉時，亦可在不使用感測器的情況下精確地估計相位誤差Δθ。因此，即使當無刷電動機以低速旋轉時，可藉由向量控制無感測器的方法以穩定的方式控制油泵無刷電動機的驅動，而不引起導致諸如不同步之問題的可能性。

此外，在油泵電動機驅動設備110中，不需要執行開迴路控制，該開迴路控制在專利文獻2中揭示的技術中於旋轉指令突然改變時需被執行。因此，與專利文獻2中所揭示技術中的控制相比，速度反應快。此外，在油泵電動機驅動設備110中，即使在電動機以低速旋轉時亦沒有由於轉子的變形而發生振動的風險。 [第二實施例]

以下參照圖式說明根據本揭示內容的第二實施例。注意，與第一實施例中相同的符號係分派至與第一實施例中相同的部件/結構，並省略對其的說明。根據第二實施例之油泵電動機驅動設備的整體配置與圖2中顯示之油泵電動機驅動設備110的整體配置相同。此外，由油泵電動機驅動設備110的控制單元114執行之用於無刷電動機111之驅動控制中的處理流程，基本上與在第一實施例中參照圖3及圖6（或圖8）的上述處理相同。

在此實施例中，在圖2顯示之用於無刷電動機111的驅動控制中，當無刷電動機111的轉數小於預定轉數時，控制單元114監視q軸電流Iq的數值並執行控制，使得d軸電流Id的數值根據（即，跟隨）q軸電流Iq的數值增加/減少而增加/減少。也就是說，在此實施例中，當q軸電流Iq受干擾等而改變時，控制單元114判定無刷電動機111的扭矩已波動並因此增加/減少d軸電流指令值Idref，使得d軸電流Id的數值根據（即，跟隨）q軸電流Iq的數值增加/減少而增加/減少。此特徵與第一實施例不同。

圖9係顯示當無刷電動機111的轉數小於預定轉數時，d軸及q軸電流Id及Iq隨時間變化之示例的示意圖。在該圖中，縱軸表示電流數值[A]，水平軸表示耗用時間[s]。此外，實線L1代表d軸電流Id，虛線L2代表q軸電流Iq。如圖9所示，d軸電流Id在q軸電流Iq已增加的時機增加，即，與q軸電流Iq同步增加。

圖10係說明在轉子116的轉數小於預定轉數時，用於監視q軸電流Iq中的變化及根據（即，跟隨）q軸電流Iq的增加/減少而增加/減少d軸電流指令值Idref之處理流程之示例的流程圖。注意在以下說明中，亦適當地參照圖2中顯示之油泵電動機驅動設備110的電路方塊圖。此外，藉由增加關於與圖6中顯示之流程圖中之第一實施例不同之上述特徵的處理而獲得圖10中顯示之處理流程的示例。自不待言，可在圖8中顯示的流程圖中增加關於與第一實施例不同之上述特徵的處理，而非將其增加至圖6顯示的流程圖中。

如圖10所示，首先，偵測轉子116的轉數（步驟S401）。接著，判定轉子116的轉數是否小於預定轉數（步驟S402）。在步驟S402中，當轉子116的轉數等於或大於預定轉數（步驟S402處為否）時，處理進行至稍後將描述的步驟S409。在步驟S402中，當轉子116的轉數小於預定轉數（步驟S402處為是）時，將d軸電流指令值Idref設成預定值（步驟S403）。

在步驟S403之後，判定轉子116的轉數是否實質上恆定（步驟S404）。接著，對q軸電流Iq進行取樣（即，測量）（步驟S405）。接著，判定當前取樣的q軸電流Iq(n)是否已自先前取樣的q軸電流Iq(n-1)增加（Iq(n)＞Iq(n-1)）、是否已自先前取樣的q軸電流Iq(n-1)減少（Iq(n)＜Iq(n-1)）、或是否尚未自先前取樣的q軸電流Iq(n-1)變化（Iq(n)=Iq(n-1)）（步驟S406）。注意，當前取樣的q軸電流Iq(n)尚未自先前取樣的q軸電流Iq(n-1)變化的狀態（Iq(n)=Iq(n-1)）意味著當前取樣的q軸電流Iq(n)與先前取樣的q軸電流Iq(n-1)之間的差ΔIq（ΔIq=Iq(n)-Iq(n-1)）在預定範圍之內的狀態（-α≤ΔIq≤α，α＞0）。類似地，當差ΔIq大於預定範圍的上限（ΔIq＞α）時，其意味著當前取樣的q軸電流Iq(n)大於先前取樣的q軸電流Iq(n-1)（Iq(n)＞Iq(n-1)），而當差ΔIq小於預定範圍的下限（ΔIq＜-α）時，其意味著當前取樣的q軸電流Iq(n)小於先前取樣的q軸電流Iq(n-1)（Iq(n)＜Iq(n-1)）。

在步驟S406中，當判定當前取樣的q軸電流Iq(n)等於先前取樣的q軸電流Iq(n-1)（Iq(n)=Iq(n-1)）時，處理進行至稍後將描述的步驟S409。在步驟S406中，當判定當前取樣的q軸電流Iq(n)大於先前取樣的q軸電流Iq(n-1)（Iq(n)＞Iq(n-1)）時，將對應於差ΔIq的電流ΔId增加至d軸電流指令值Idref（Idref=Idref+ΔId）（步驟S407），且處理進行至稍後描述的步驟S409。在步驟S406中，當判定當前取樣的q軸電流Iq(n)小於先前取樣的q軸電流Iq(n-1)（Iq(n)＜Iq(n-1)）時，自d軸電流指令值Idref減去對應於差ΔIq的電流ΔId（Idref=Idref-ΔId）（步驟S408），且處理進行至稍後描述的步驟S409。

接著，判定無刷電動機111是否已停止（步驟S409）。當在步驟S409中判定無刷電動機111已停止時，處理結束。另一方面，當判定無刷電動機111尚未停止時，處理返回至步驟S401。

q軸電流Iq的增加發生於無刷電動機111的負載由於干擾等而增加之時。這是因為當施加在無刷電動機111上的負載增加時，無刷電動機111的轉數減少。然而，為了保持無刷電動機111的轉數，需要增加q軸電流Iq。若d軸電流Id在q軸電流Iq由於負載增加而增加時未增加，則感應電壓可能自足夠大的電壓減少以精確地偵測電流誤差。因此，有無法精確估計相位誤差Δθ的可能性。另一方面，q軸電流Iq的減少發生於無刷電動機111的負載由於一些原因而減少之時。若d軸電流Id在q軸電流Iq減少時未減少，則感應電壓自足夠大到精確地偵測電流誤差的電壓增加。因此，電動機的效率降低。

如上所述，根據此實施例的油泵電動機驅動設備在無刷電動機的轉數小於預定轉數時，監視q軸電流Iq中的變化並根據（即，跟隨）q軸電流Iq的增加/減少而增加/減少d軸電流指令值Idref。以此方式，即使負載於無刷電動機以低速旋轉時改變，亦可將d軸電流Id保持在需要且足夠的電壓以執行精確的估計。

由本申請案的發明人做出的本揭示內容已基於實施例以具體的方式說明於上。然而，本揭示內容不限於上述實施例，且自不待言，可在不背離本揭示內容的精神及範圍之情況下做出諸多修改。

舉例而言，在以上實施例中，可在無刷電動機的啟動時執行d軸電流Id的開迴路控制。注意，用於執行d軸電流Id之開迴路控制的方法係眾所周知的。舉例而言，專利文獻2揭示如此方法。因此，此處不再詳細說明。在以上實施例中，藉由在無刷電動機的啟動時執行d軸電流Id的開迴路控制，可獲得啟動時轉子的精確位置，從而可能在啟動之後立即進一步改善估計低速操作中之轉子位置的精確性。因此，可能在啟動之後以更穩定的方式立即控制低速操作中之無刷電動機的驅動。

雖然本發明已由幾個實施例描述，但精於本項技術之人士將理解本發明可以隨附申請專利範圍之精神及範疇內的諸多修改實施、且本發明不限於上述示例。

此外，申請專利範圍的範疇並不受限於上述實施例。

此外，注意本案申請人意圖包含所有請求項要件的均等者（即使在審查期間有所修正）。

在此技術領域具有通常知識者可依需要結合第一及第二實施例。

10‧‧‧油泵電動機驅動設備11‧‧‧無刷電動機12‧‧‧電動機驅動電路13‧‧‧電流偵測單元14‧‧‧控制單元15‧‧‧線圈16‧‧‧轉子110‧‧‧油泵電動機驅動設備111‧‧‧無刷電動機112‧‧‧電動機驅動電路113‧‧‧電流偵測單元114‧‧‧控制單元115u‧‧‧U相繞組115v‧‧‧V相繞組115w‧‧‧W相繞組116‧‧‧轉子117a‧‧‧開關元件117b‧‧‧開關元件117c‧‧‧開關元件117d‧‧‧開關元件117e‧‧‧開關元件117f‧‧‧開關元件118a‧‧‧反平行二極體118b‧‧‧反平行二極體118c‧‧‧反平行二極體118d‧‧‧反平行二極體118e‧‧‧反平行二極體118f‧‧‧反平行二極體119‧‧‧電源電路120‧‧‧閘極驅動電路S101‧‧‧步驟S102‧‧‧步驟S103‧‧‧步驟S104‧‧‧步驟S105‧‧‧步驟S106‧‧‧步驟S201‧‧‧步驟S202‧‧‧步驟S203‧‧‧步驟S204‧‧‧步驟S301‧‧‧步驟S302‧‧‧步驟S303‧‧‧步驟S304‧‧‧步驟S305‧‧‧步驟S401‧‧‧步驟S402‧‧‧步驟S403‧‧‧步驟S404‧‧‧步驟S405‧‧‧步驟S406‧‧‧步驟S407‧‧‧步驟S408‧‧‧步驟S409‧‧‧步驟

以上及其他實施態樣、優點、及特徵將從以下若干實施例的敘述結合隨附圖式而變得顯而易見，其中：

圖1係根據實施例的概要顯示油泵電動機驅動設備之配置之示例的示意圖；

圖2係顯示根據第一實施例之油泵電動機驅動設備之實施例的電路方塊圖；

圖3係用於說明根據第一實施例之油泵電動機驅動設備中之向量控制之處理流程之概述的流程圖；

圖4係示意性地顯示d-q坐標系統與γ-δ坐標系統間之關係的圖；

圖5係顯示d軸電流指令值Idref關於無刷電動機中之轉子的轉數之示例的示意圖；

圖6係用於說明在轉子的轉數小於預定的轉數時，用於將d軸電流指令值Idref設成大於零的預定值之處理流程之示例的流程圖；

圖7係顯示d軸電流指令值Idref關於無刷電動機中之轉子的轉數之另一示例的示意圖；

圖8係用於說明在無刷電動機中之轉子的轉數小於預定轉數時，用於將d軸電流指令值Idref設成大於零且根據無刷電動機中之轉子之轉數判定的數值之處理流程之示例的流程圖；

圖9係顯示在根據第二實施例的油泵電動機驅動設備中，當無刷電動機的轉數小於預定轉數時，d軸電流Id及q軸電流Iq隨時間變化之示例的示意圖；

圖10係根據第二實施例說明在轉子的轉數小於預定轉數時，用於監視q軸電流Iq中的變化及根據油泵電動機驅動設備中之q軸電流Iq的增加/減少而增加/減少d軸電流指令值Idref之處理流程之示例的流程圖。

10‧‧‧油泵電動機驅動設備

11‧‧‧無刷電動機

12‧‧‧電動機驅動電路

13‧‧‧電流偵測單元

14‧‧‧控制單元

15‧‧‧線圈

16‧‧‧轉子

Claims (12)

1. 一種用於油泵電動機的驅動設備，包含：一電流偵測單元，其配置成當包含一定子及一轉子的油泵無刷電動機旋轉時，偵測流經該定子之線圈之多相電流的每一者；一控制單元，其用於藉由無感測器控制來控制該無刷電動機，該控制配置成將所偵測到的該多相電流轉換為d-q坐標系統中的d軸電流Id及q軸電流Iq、藉由將該d軸電流Id與d軸電流指令值Idref比較並將該q軸電流Iq與該d軸電流指令值Idref比較而計算該轉子之實際旋轉位置與其假想旋轉位置之間的相位誤差、執行控制使得該相位誤差接近零、並將電壓指令值輸出至電動機驅動電路，該d-q坐標系統包含與由該轉子的磁鐵產生之磁通量的方向平行的d軸及與該d軸正交的q軸、且被定義為與該轉子一起旋轉，該電壓指令值指示待施加至該無刷電動機之個別相位的電壓，其中在執行該控制使得該相位誤差接近零的時間段期間，當該無刷電動機的轉數小於預定轉數時，該控制單元將該d軸電流指令值Idref設成大於零的數值。
2. 如申請專利範圍第1項之用於油泵電動機的驅動設備，其中，當該無刷電動機的轉數小於該預定轉數時，該控制單元將該d軸電流指令值Idref設成預定值。
3. 如申請專利範圍第1項之用於油泵電動機的驅動設備，其中，當該無刷電動機的轉數小於該預定轉數時，該控制單元將該d軸電流指令值Idref設成對應於該無刷電動機之轉數的數值。
4. 如申請專利範圍第1項之用於油泵電動機的驅動設備，其中，當該無刷電動機的轉數等於或大於該預定轉數時，該控制單元將該d軸電流指令值Idref設成零。
5. 如申請專利範圍第1項之用於油泵電動機的驅動設備，其中，當該無刷電動機的轉數小於該預定轉數時，該控制單元監視該q軸電流Iq中的變化，並根據該q軸電流Iq的增加/減少而增加/減少該d軸電流指令值Idref。
6. 如申請專利範圍第1項之用於油泵電動機的驅動設備，其中，在該無刷電動機的啟動時，該控制單元藉由執行該d軸電流Id的開迴路控制而偵測該轉子的位置。
7. 一種用於油泵電動機的驅動控制方法，包含：當包含一定子及一轉子的油泵無刷電動機旋轉時，偵測流經該定子之線圈之多相電流的每一者；將所偵測到的該多相電流轉換為d-q坐標系統中的d軸電流Id及q軸電流Iq、藉由將該d軸電流Id與d軸電流指令值Idref比較並將該q軸電流Iq與該d軸電流指令值Idref比較而計算該轉子之實際旋轉位置與其假想旋轉位置之間的相位誤差、執行控制使得該相位誤差接近零、並將電壓指令值輸出至電動機驅動電路，該d-q坐標系統包含與由該轉子的磁鐵產生之磁通量的方向平行的d軸及與該d軸正交的q軸、且被定義為與該轉子一起旋轉，該電壓指令值指示待施加至該無刷電動機之個別相位的電壓；及 在執行該控制使得該相位誤差接近零的時間段期間，當該無刷電動機的轉數小於預定轉數時，將該d軸電流指令值Idref設成大於零的數值。
8. 如申請專利範圍第7項之用於油泵電動機的驅動控制方法，其中，當該無刷電動機的轉數小於該預定轉數時，將該d軸電流指令值Idref設成預定值。
9. 如申請專利範圍第7項之用於油泵電動機的驅動控制方法，其中，當該無刷電動機的轉數小於該預定轉數時，將該d軸電流指令值Idref設成對應於該無刷電動機之轉數的數值。
10. 如申請專利範圍第7項之用於油泵電動機的驅動控制方法，其中，當該無刷電動機的轉數等於或大於該預定轉數時，將該d軸電流指令值Idref設成零。
11. 如申請專利範圍第7項之用於油泵電動機的驅動控制方法，其中，當該無刷電動機的轉數小於該預定轉數時，監視該q軸電流Iq中的變化，並根據該q軸電流Iq的增加/減少而增加/減少該d軸電流指令值Idref。
12. 如申請專利範圍第7項之用於油泵電動機的驅動控制方法，其中，在該無刷電動機的啟動時，藉由執行該d軸電流Id的開迴路控制而偵測該轉子的位置。

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