马达的旋转检测装置的制作方法

1.本发明涉及一种马达的旋转检测装置，该装置在没有霍尔传感器的情况下能够生成用于检测马达旋转的脉冲。


背景技术：

2.应用于座椅的马达的定子(stator)使用电流流过线圈而形成的电枢，并且转子中应用通过重复n极和s极而形成的永磁体。为了使马达连续旋转，需要形成马达的连续旋转磁场，并且为了形成连续旋转磁场，流过电枢的各相线圈的电流必须在适当的时间点进行转换。此时，需要精确地识别转子的位置以确定转换时间点。
3.特别地，为了使马达顺利地运转，必须精确匹配转子的位置和相电流的转换时间点，为此，用于检测转子位置的霍尔传感器应用于马达内部。由于全球成本竞争，正在研究一种能够通过从记忆座椅(memory seat)中去除霍尔传感器来降低成本的方法。这种技术被称为无传感器马达控制技术，其核心技术是分析马达旋转时产生的电流纹波(ripple)。在马达电流中，合成有绕组电阻和反电动势的成分引起的低频成分和整流子旋转引起的高频成分，因此不容易区分纹波的拐点。
4.在向马达施加电源之后，在安全化状态下稳定地产生纹波。此时，当计算纹波的增量时，以0为基准反复输出正值和负值，由此出现符号变化点(零点交叉)。当利用符号变化点时，容易计算马达的旋转。但是，马达制动(brake)之后产生的电流的纹波不稳定，并且即使获得纹波的增量，也很难清楚地判别增量是正值还是负值，因此存在难以判断马达旋转的问题。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本发明的目的是提供一种马达的旋转检测装置，该装置去除霍尔传感器，并且通过利用在马达制动之后产生的反电动势来生成可以判断马达的旋转量的脉冲。
7.本发明的目的是提供一种马达的旋转检测装置，该装置基于马达制动之前生成的脉冲周期来校正马达制动之后由反电动势引起的电流的量少而导致不能生成脉冲的区间。
8.(二)技术方案
9.本发明的实施例提供一种马达的旋转检测装置。马达的旋转检测装置包括：第一开关元件和第二开关元件，连接到电源；第三开关元件和第四开关元件，连接到接地；马达，连接在所述第一开关元件和所述第三开关元件连接的第一节点与所述第二开关元件和所述第四开关元件连接的第二节点之间；第一电阻元件和第二电阻元件，分别设置在所述第三开关元件与所述接地之间以及所述第四开关元件与所述接地之间；以及控制器，对通过所述马达制动时产生的反电动势而流过所述第一电阻元件或所述第二电阻元件的电流进行积分，以导出所述马达的旋转量，并基于所述马达的旋转量生成脉冲。
10.根据一示例，当所述马达正向旋转时，电流流过所述第二电阻元件，当所述马达逆
向旋转时，电流流过所述第一电阻元件，当所述马达在所述正向旋转期间制动时，所述控制器基于流过所述第一电阻元件的电流生成所述脉冲，当所述马达在所述逆向旋转期间制动时，所述控制器基于流过所述第二电阻元件的电流生成所述脉冲。
11.根据一示例，所述控制器基于流过所述第一电阻元件或所述第二电阻元件的电流的纹波(ripple)斜率检测直到所述马达制动之前的所述马达的旋转。
12.根据一示例，所述控制器校正在所述马达制动时间点到累积的流过所述第一电阻元件或所述第二电阻元件的电流的积分值大于或等于初始阈值的时间点产生的脉冲的缺失。
13.根据一示例，所述控制器基于直到所述马达制动时间点之前的脉冲周期的平均值生成缺失的脉冲。
14.根据一示例，所述控制器在对电流进行积分的电流积分值的累积量大于或等于初始阈值的时间点生成所述脉冲的边沿。
15.根据一示例，在超过所述初始阈值的时间点之后，所述控制器将所述初始阈值与预设范围值相加的值设置为第一阈值，所述控制器在从生成所述脉冲的边沿之后的所述电流积分值的累积量大于或等于所述第一阈值的时间点生成所述脉冲的边沿。
16.根据一示例，在生成所述脉冲的边沿之后，所述控制器将所述第一阈值与所述范围值相加的值设置为第二阈值，并且通过比较所述第二阈值和所述电流积分值的累积量来生成所述脉冲的边沿，所述控制器通过比较持续更新的新阈值和所述电流积分值的累积量来生成所述脉冲的边沿。
17.根据一示例，所述控制器包括：电流测量部，测量流过所述第一电阻元件或所述第二电阻元件的电流；积分部，导出与对所测量的电流进行积分的电流积分值成比例的所述马达的旋转量；校正逻辑生成部，校正在所述马达制动时间点到所述电流积分值的累积量大于或等于初始阈值的时间点产生的脉冲的缺失；以及脉冲生成部，通过比较所述电流积分值的累积量和第n阈值来生成所述脉冲。
18.根据一示例，所述脉冲生成部将第n-1阈值与预设范围值相加的值设置为第n阈值，在从生成所述脉冲的边沿之后累积的所述电流积分值大于或等于第n阈值的时间点生成所述脉冲的新边沿。
19.根据一示例，所述电流测量部基于电流流过所述第一电阻元件或所述第二电阻元件中的哪一个电阻元件而导出所述马达的制动之前的旋转方向。
20.(三)有益效果
21.根据本发明的实施例，马达的旋转检测装置在没有霍尔传感器的情况下也可以基于马达制动之后的电流的积分值生成脉冲。由于可以通过由马达的旋转检测装置生成的脉冲来导出马达的旋转量，因此可以通过去除霍尔传感器来实现降低成本的效果。
22.根据本发明的实施例，马达的旋转检测装置可以基于马达制动之前导出的脉冲校正基于电流的积分值生成的脉冲中缺失的部分。因此，马达的旋转检测装置可以防止由于缺失的脉冲而在判断马达的旋转量时出现误差。
附图说明
23.图1是用于说明根据本发明的实施例的马达的旋转检测装置测量马达正向旋转时
产生的电流的电路图。
24.图2是用于说明根据本发明的实施例的马达的旋转检测装置测量马达逆向旋转时产生的电流的电路图。
25.图3是用于说明根据本发明的实施例的马达的旋转检测装置测量马达制动时产生的电流的电路图。
26.图4是示出根据本发明的实施例的马达的旋转检测装置的控制部的框图。
27.图5是用于说明检测直到根据本发明的实施例的马达制动之前的马达的旋转量的方法的曲线图。
28.图6是对根据本发明的实施例的马达制动之后检测到的电流进行积分的曲线图。
29.图7是用于说明基于根据本发明的实施例的对电流进行积分的曲线图生成脉冲的曲线图。
30.图8是用于说明根据本发明的实施例的马达的旋转检测方法的流程图。
具体实施方式
31.参照下文详细描述的实施例和附图，本发明的优点、特征和实现它们的方法会变得更加清楚。然而，本发明不限于以下公开的实施例，可以以多种不同的形式实现，提供本实施例是为了确保本发明完整公开，并且将发明范围完整地告知本发明所属领域的普通技术人员，并且本发明仅由权利要求书的范围定义。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的组件。
32.说明书中记载的
“…
部”、“...单元”、“...模块”等术语表示处理至少一个功能或操作的单位，并且可以通过硬件或软件或硬件和软件的组合来实现。
33.另外，在本说明书中，将配置的名称区分为第一、第二等是用于将名称相同的配置进行区分，并且不必限于以下说明中的顺序。
34.详细描述是用于例示本发明。另外，上述内容示出并描述了本发明的优选实施方式，并且本发明可以用于各种其他组合、修改和环境。即，可以在本说明书中公开的发明的概念的范围、等同于记载的公开内容的范围和/或本领域的技术或知识的范围内进行改变或修改。所记载的实施例描述了用于实现本发明的技术思想的最佳状态，并且在本发明的特定应用领域和用途中可能需要各种改变。因此，以上发明的详细描述不旨在将本发明限制于所公开的实施方式。另外，所附权利要求书应被解释为包括其他实施方式。
35.图1是用于说明根据本发明的实施例的马达的旋转检测装置测量马达正向旋转时产生的电流的电路图，图2是用于说明根据本发明的实施例的马达的旋转检测装置测量马达逆向旋转时产生的电流的电路图。
36.参照图1和图2，马达的旋转检测装置可以是能够替代应用于马达内部的霍尔传感器以计算记忆座椅(memory seat)的马达位置(旋转角度或轨道位置)的装置。马达的旋转检测装置在没有现有的霍尔传感器的情况下也可以生成脉冲以确定马达的位置。
37.马达的旋转检测装置可以由马达10、h桥电路21、22、23、24、31、32和控制器(未示出)构成。马达的旋转检测装置可以利用流过应用于h桥电路21、22、23、24、31、32的电阻元件31、32的电流以生成脉冲。控制器(未示出)可以是用于控制座椅的驱动的电子控制单元(electronic control unit，ecu)。
38.h桥电路21、22、23、24、31、32可以包括连接到电源50的第一开关元件21和第二开关元件22、连接到接地80的第三开关元件23和第四开关元件24、设置在第三开关元件23和接地80之间的第一电阻元件31以及设置在第四开关元件24和接地80之间的第二电阻元件32。第一开关元件21和第三开关元件23连接的点可以被定义为第一节点n1，第二开关元件22和第四开关元件24连接的点可以被定义为第二节点n2。马达10可以设置在第一节点n1和第二节点n2之间，并且可以与第一开关元件21、第二开关元件22、第三开关元件23和第四开关元件24连接。
39.马达10被应用于车辆用座椅，通过乘员的开关操作而使马达10正向旋转和逆向旋转。当通过乘员的开关操作导通(on)第一开关元件21和第四开关元件24并且断开(off)第二开关元件22和第三开关元件23时，马达10可以正向旋转。此时，电流流过第二电阻元件32，并且控制器(未示出)可以测量流过第二电阻元件32的电流。当第一开关元件21和第四开关元件24导通时，电流可以从电源50经过第一开关元件21、马达10和第四开关元件24而流过第二电阻元件32。
40.当通过乘员的开关操作导通(on)第二开关元件22和第三开关元件23并且断开(off)第一开关元件21和第四开关元件24时，马达10可以逆向旋转。此时，电流流过第一电阻元件31，并且控制器(未示出)可以测量流过第一电阻元件31的电流。当导通第二开关元件22和第三开关元件23时，电流可以从电源50经过第二开关元件22、马达10和第三开关元件23而流过第一电阻元件31。
41.控制器(未示出)可以通过测量电流流过第一电阻元件31和第二电阻元件32中哪一个电阻元件来判断当前马达10是正向旋转还是逆向旋转。
42.图3是用于说明根据本发明的实施例的马达的旋转检测装置测量马达制动时产生的电流的电路图。为了简略说明，省略重复内容的记载。
43.参照图1至图3，当马达10在正向运转期间制动时，由于产生反电动势，电流沿方向
②
流动。电流从马达10经过第三开关元件23流过第一电阻元件31，并且控制器(未示出)可以测量流过第一电阻元件31的电流。因此，控制器(未示出)可以判断马达10在正向运转期间制动。
44.当马达10在逆向运转期间制动时，由于产生反电动势，电流沿方向
①
流动。电流从马达10经过第四开关元件24流过第二电阻元件32，并且控制器(未示出)可以测量流过第二电阻元件32的电流。因此，控制器(未示出)可以判断马达10在逆向运转期间制动。
45.图4是示出根据本发明的实施例的马达的旋转检测装置的控制部的框图。
46.参照图3和图4，控制器100可以基于马达10制动时产生的反电动势导出马达10的旋转量，由此，可以生成根据马达10的旋转量的脉冲。具体地，可以对通过马达10制动时产生的反电动势而流过第一电阻元件31或第二电阻元件32的电流进行积分，以导出马达10的旋转量，并且基于马达10的旋转量生成脉冲。当马达10正向旋转时，电流流过第二电阻元件32，当马达10逆向旋转时，电流流过第一电阻元件31。当马达10在正向旋转期间制动时，控制器100可以基于流过第一电阻元件31的电流生成脉冲。当马达10在逆向旋转期间制动时，控制器100可以基于流过第二电阻元件32的电流生成脉冲。由控制器100生成的脉冲与由霍尔传感器产生的脉冲类似，根据本发明的实施例的控制器100在没有霍尔传感器的情况下也可以生成用于判断马达10的旋转量的脉冲。控制器100可以在判断马达100在制动之前是
正向运转还是逆向运转，然后可以基于由反电动势产生的电流判断马达的旋转量。
47.控制器100可以包括电流测量部110、积分部120、脉冲生成部140和校正逻辑生成部140。电流测量部110、积分部120、脉冲生成部140和校正逻辑生成部140是根据控制器100的功能进行分类的，其可以不是物理式的控制器100的组件。
48.电流测量部110可以测量流过第一电阻元件31或第二电阻元件32的电流。基于电流流过第一电阻元件31或第二电阻元件32中哪一个电阻元件，电流测量部110可以确定马达10在制动之前沿哪个方向旋转。
49.积分部120可以对电流测量部110测量的电流进行积分。马达10可以通过以下方程式进行运转。
[0050][0051]
其中，v
in
可以表示施加到马达10的电压，i可以表示电流，ri可以表示电阻，l可以表示电感，e可以表示反电动势，ke可以表示反电动势常数，w可以表示马达的转速。
[0052]
当马达10制动时，施加到马达10的电压为0，并且当马达10制动时，电流i可以表示由反电动势产生的电流ie。
[0053][0054]
此时，可以忽略由电感产生的电压。马达10制动时的电流ie与马达10的转速成比例，并且对马达10的转速进行积分的马达10的旋转量通过对电流ie进行积分而导出。
[0055][0056]
此后，将由积分部120积分的电流值定义为电流积分值ie。
[0057]
脉冲生成部130可以通过比较与马达10的旋转量成比例的马达10制动时的电流积分值ie的累积量和阈值来生成脉冲。脉冲生成部130可以比较电流积分值ie的累积量和阈值，并且可以在电流积分值ie的累积量大于或等于阈值的时间点生成脉冲。阈值可以表示通过实验导出的值。具体地，脉冲生成部130可以在电流积分值ie的累积量大于或等于初始阈值的时间点生成脉冲的边沿。在马达10刚制动之后，由于电流积分值ie的累积量极小，因此当电流积分值ie的累积量小于初始阈值时，脉冲生成部130可能难以生成脉冲。因此，脉冲生成部130可以从电流积分值ie的累积量大于或等于初始阈值的时间点开始生成脉冲。
[0058]
脉冲生成部130可以在电流积分值ie的累积量超过初始阈值的时间点之后将初始阈值与预设范围值相加的值设置为第一阈值。预设范围值可以基于由霍尔传感器测量马达10的旋转时施加到马达10的能够生成一个脉冲的电流值而导出。即，预设范围值可以表示通过实验导出的常数值。脉冲生成部130可以持续地更新阈值以持续地生成脉冲。脉冲生成部130可以通过比较与马达10的旋转量成比例的电流积分值ie的累积量和第n-1阈值来生成脉冲。在电流积分值ie的累积量大于或等于第n-1阈值的时间点，脉冲生成部130可以生成第n边沿。在生成第n边沿之后，脉冲生成部130可以通过将第n-1阈值与预设范围值相加来设置第n阈值。脉冲生成部130可以在从生成脉冲的第n边沿之后累积的电流积分值ie大于或等于第n阈值的时间点生成脉冲的第n 1边沿。脉冲生成部130可以通过上述过程持续地更新阈值并生成脉冲的边沿，直到马达10的反电动势为0的时间点为止。
[0059]
校正逻辑生成部140可以校正在马达10的制动时间点到累积的电流积分值ie大于或等于初始阈值的时间点产生的脉冲的缺失。在马达10刚制动之后，由反电动势产生的电流可能极小。因此，当电流积分值ie的累积量极小时，脉冲生成部130不能生成脉冲。校正逻辑生成部140可以基于直到马达10的制动时间点之前导出的脉冲周期的平均值生成缺失的脉冲。直到马达10制动之前，控制器100可以基于流过第一电阻元件31或第二电阻元件32的电流的纹波的斜率变化来判断马达10的旋转。即，当向马达10施加电源时，控制器100将电流纹波的斜率设置为0，并且基于以0为基准电流纹波的斜率具有正值还是负值来生成脉冲。因此，校正逻辑生成部140可以基于直到马达10制动之前生成的脉冲周期的平均值来生成缺失的脉冲。
[0060]
根据本发明的实施例，马达的旋转检测装置的控制器100在没有霍尔传感器的情况下也可以基于马达10制动之后的电流的积分值来生成脉冲。由于可以通过由控制器100生成的脉冲来导出马达10的旋转量，所以可以通过去除霍尔传感器来实现降低成本的效果。
[0061]
根据本发明的实施例，马达的旋转检测装置可以基于马达10制动之前导出的脉冲来校正基于电流的积分值生成的脉冲中缺失的部分。因此，马达的旋转检测装置可以防止由于缺失脉冲而在判断马达10的旋转量时出现误差。
[0062]
图5是用于说明检测直到根据本发明的实施例的马达制动之前的马达的旋转量的方法的曲线图。在图5中，对在马达正向旋转期间马达制动的情况进行说明。
[0063]
参照图4和图5，控制器100可以基于在马达正向运转期间测量的电流的变化量来生成脉冲。具体地，控制器100可以将在向马达施加电源的时间点的电流纹波的斜率设置为0，并且导出以0为基准电流纹波的斜率是正值还是负值，以生成脉冲。
[0064]
在马达制动之后，由反电动势产生电流，因此由控制器100测量的电流纹波的斜率可以是负值。因此，在马达被制动之后，控制器100无法通过电流纹波的斜率生成脉冲，并且控制器100无法判断马达的旋转。
[0065]
图6是对根据本发明的实施例的马达制动之后检测到的电流进行积分的曲线图。在图6中，对在马达正向旋转期间马达制动的情况进行说明。
[0066]
参照图4和图6，电流测量部110可以测量马达制动时间点之后产生的反电动势引起的电流。积分部120可以通过对由反电动势产生的电流进行积分来导出马达的旋转量。此时，由于导出的马达的旋转量不是脉冲形态，因此难以直观地判断马达的旋转量。作为对电流进行积分的值的电流积分值可以与马达的旋转量成比例，并且在图6中，y轴可以表示电流积分值和马达旋转量。
[0067]
图7是用于说明基于根据本发明的实施例的对电流进行积分的曲线图生成脉冲的曲线图。
[0068]
参照图4和图7，脉冲生成部130可以基于马达制动时间点之后由积分部120导出的电流积分值来生成脉冲。脉冲生成部130可以在电流积分值的累积量大于或等于初始阈值t1的第一时间点p1生成脉冲的第一边沿。在第一时间点p1过去之后，脉冲生成部130可以将初始阈值t1与预设范围值相加的值设置为第一阈值t2。脉冲生成部130可以判断从第一时间点p1之后累积的电流积分值是否大于或等于第一阈值t2。脉冲生成部130可以在从第一时间点p1之后累积的电流积分值大于或等于第一阈值t2的第二时间点p2生成脉冲的第二
边沿。
[0069]
脉冲生成部130可以从生成脉冲的第n边沿之后将第n-1阈值与预设范围值相加的值设置为第n阈值。脉冲生成部130可以持续地生成脉冲，直到电流积分值大于或等于第n阈值的时间点为止。从马达制动之后到马达重新驱动之前，由脉冲生成部130生成的脉冲周期可以增加。
[0070]
校正逻辑生成部140可以校正在马达制动时间点到电流累积量大于或等于初始阈值t1的第一时间点p1之前缺失的脉冲。校正逻辑生成部140可以基于马达制动时间点之前导出的脉冲周期的平均值来生成缺失的脉冲。在马达刚制动之后，制动前的转速会保持预定的时间或者转速不会迅速下降。因此，校正逻辑生成部140可以基于马达制动之前导出的脉冲的平均值来推导缺失的脉冲以减少在确定马达的旋转量时产生的误差。
[0071]
图8是用于说明根据本发明的实施例的马达的旋转检测方法的流程图。
[0072]
参照图8，判断马达的旋转量的逻辑可以以马达制动时间点为基准而不同。可以通过控制器基于马达制动前的旋转方向和电流流过设置在马达的旋转检测装置的h桥内的电阻元件中的哪一个电阻元件来判断马达是否制动(s100)。
[0073]
直到马达制动之前，可以基于流过电阻元件的电流的纹波斜率来检测马达的旋转。控制器可以根据电流纹波的斜率基于马达制动时的参考值具有正值还是负值来生成脉冲。可以通过参照生成的脉冲来确定马达的旋转量(s200、s300)。
[0074]
在马达制动之后，控制器可以基于由反电动势产生的电流来确定马达的旋转量。首先，控制器可以对反电动势引起的马达电流进行积分(s400)。
[0075]
控制器可以判断作为积分电流的电流积分值的累积量是否大于或等于初始阈值。在电流积分值的累积量大于或等于初始阈值之前，控制器无法基于电流积分值生成脉冲。即，在马达制动时间点到电流积分值的累积量大于或等于初始阈值的时间点之间可能会发生脉冲缺失(s500)。
[0076]
控制器可以基于马达制动时间点之前的脉冲周期的平均值来推导缺失的脉冲。控制器可以从马达制动时间点开始基于马达制动时间点之前的脉冲周期的平均值来实时推导脉冲(s600)。
[0077]
控制器可以在电流积分值的累积量大于或等于初始阈值的时间点生成新边沿。在生成边沿之后，控制器可以将预设范围值与初始阈值相加的值设置为新阈值。在生成新边沿之后，控制器可以持续地设置新阈值(s700)。
[0078]
控制器可以在持续地更新阈值的同时生成边沿。控制器可以通过比较阈值和生成新边沿之后的电流积分值之和来连续地生成脉冲(s800)。
[0079]
以上，尽管参照附图描述了本发明的实施例，但本发明所属领域的普通技术人员可以理解的是，在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下可以以其他具体形式来实施本发明。因此，应理解为以上说明的实施例在所有方面均为示例性而非限制性的。