專利名稱：無刷電動機的控制設備及使用無刷電動機的機器和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無刷電動機的控制設備，以及一種使用無刷電動機的機器和設備，并且特別涉及一種把無刷電動機的旋轉(zhuǎn)速度控制為希望旋轉(zhuǎn)速度的控制設備，以及使用這種無刷電動機的控制設備，通過控制用于驅(qū)動壓縮機和鼓風機的無刷電動機，以執(zhí)行室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)的空氣調(diào)節(jié)器，通過控制用于驅(qū)動壓縮機和鼓風機的無刷電動機，以執(zhí)行致冷的致冷器，以及通過控制用于驅(qū)動攪拌器和自旋籃的無刷電動機，以執(zhí)行洗衣的洗衣機。
從維修容易方面來說，對空氣調(diào)節(jié)器、致冷器和洗衣機等，使用一種結合了永久磁鐵轉(zhuǎn)子和定子繞組的無刷電動機。
在上述無刷電動機的驅(qū)動控制中，必須通過緊密地聯(lián)系轉(zhuǎn)子的磁極位置和用于供電的定子繞組的位置來實行。為了不用轉(zhuǎn)子位置檢測傳感器，例如霍爾元件，來檢測轉(zhuǎn)子的磁極位置，使用一種無傳感器位置檢測系統(tǒng)，這種系統(tǒng)使用在定子繞組中按照和轉(zhuǎn)子的磁極共同操作而感應的反電動勢，于是使轉(zhuǎn)子的磁極位置得到檢測。
對于其中使用上述轉(zhuǎn)子位置檢測系統(tǒng)的無刷驅(qū)動設備，例如有日本申請專利延遲公開出版物No.Hei 7-147793所述的無刷電動機驅(qū)動設備。在這種無刷電動機驅(qū)動設備中，通過一個變換器電路把直流電源輸出的直流電壓供給無刷電動機的定子繞組。一個端電壓檢測裝置通過對無刷電動機的定子繞組的端電壓進行分壓，取得檢測電壓，并且把檢測電壓輸入到一個比較電路。比較電路通過把檢測電壓與一個標準電壓比較，輸出一個相位信號。
并且，根據(jù)一個脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號PS，一個控制設備按照一個閂鎖信號產(chǎn)生電路，產(chǎn)生一個閂鎖定時信號LS，以在上述PWM信號PS從“接通”狀態(tài)變?yōu)椤皵嚅_”狀態(tài)的定時之后，執(zhí)行閂鎖操作。即使當定子繞組的端電壓產(chǎn)生振動時，也無振動引起的影響，比較電路95輸出的相位信號在閂鎖電路中鎖定，并且能獲得位置檢測信號。
在上述常規(guī)無刷電動機驅(qū)動設備中，閂鎖電路的輸出信號與比較電路輸出的相位信號延遲一個時間，因此用上述獲得的轉(zhuǎn)子磁極的檢測位置變得與轉(zhuǎn)子磁極的實際位置偏離很大。
如上所述，當位置檢測信號的檢測定時偏離很大時，無刷電動機的定子繞組電流的換向流程圖(供電)相位延遲，并且電流的上升也延遲，電流緊接繞組電流轉(zhuǎn)換之前突然增加，由于按照效率降低和電流突然增加，引起驅(qū)動電路負載增加，所以需要增加電路元件的載流量，因此與費用增加有關。或者，在閂鎖定時期間因干擾噪聲而使噪聲疊加在比較電路的輸出信號上，由于和原始位置檢測信號的位置偏離很大的相位信號被鎖定，所以無刷電動機不能正常地驅(qū)動，有一個問題，其中無刷電動機振動或停止。
此外，在上述常規(guī)無刷電動機驅(qū)動設備中，由于閂鎖操作是在PWM信號PS從“接通”狀態(tài)變?yōu)椤皵嚅_”狀態(tài)的定時之后執(zhí)行，所以當PWM控制下導電比是100％時，有一個問題，其中不能限定閂鎖電路的門信號，或不能限定在PWM控制等的導電比100％下的門信號。
本發(fā)明的一個目的是提供一種無刷電動機的控制設備，其中對無刷電動機能提高轉(zhuǎn)子的磁極位置檢測精度，并且能執(zhí)行精確控制。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種無刷電動機的控制設備，其中能減小由于噪聲引起的位置檢測錯誤。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種無刷電動機的控制設備，其中能減小由于噪聲引起的供電錯誤操作。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種無刷電動機的控制設備，其中能擴展控制范圍。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種無刷電動機的控制設備，其中無刷電動機能按效率重要特性來控制操作，或按高速重要特性來控制操作。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種無刷電動機的控制設備，其中能實現(xiàn)寬控制范圍。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種無刷電動機的控制設備，其中當供電轉(zhuǎn)換之后的回流電流的時限非常長，而不停止無刷電動機時，能執(zhí)行良好控制。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種機器和設備，其中如上述控制的無刷電動機成為動力源，特別例如空氣調(diào)節(jié)器、致冷器和洗衣機。
按照本發(fā)明的一個特征在于用于無刷電動機的控制設備，其中按照各相定子繞組的端電壓，通過檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置，來控制對定子繞組的供電，按照一個比較結果信息信號，來提取PWM信號的“接通”時限和“斷開”時限，其中把一個響應端電壓的檢測電壓與一個標準電壓比較。
按照本發(fā)明的另一個特征在于，在按照定子繞組的端電壓所提取的PWM信號的“接通”時限期間，上述比較結果信息信號按它原樣以相位信號輸出，并且在“斷開”時限期間，通過保持鄰接的前一個比較結果信息信號，它以相位信號輸出。
按照本發(fā)明的又一個特征在于，按照多相定子繞組的比較結果信息信號的圖形，檢測轉(zhuǎn)子的位置。
按照本發(fā)明的又一個特征在于，按照多相定子繞組的比較結果信息信號的圖形，確定對定子繞組的供電圖形。
按照本發(fā)明的又一個特征在于，按照多相定子繞組的比較結果信息信號的圖形，檢測供電轉(zhuǎn)換之后回流電流流動的時限。
按照本發(fā)明的又一個特征在于，在供電轉(zhuǎn)換之后的回流電流消逝之后，對用于對比位置檢測的相位信號圖形，執(zhí)行更新處理。
按照本發(fā)明的又一個特征在于，在供電轉(zhuǎn)換之后并經(jīng)過預定時間之后，對用于對比位置檢測的相位信號圖形，執(zhí)行更新處理。
按照本發(fā)明的又一個特征在于，按照比較結果信息信號的圖形，檢測轉(zhuǎn)子位置，并且按照存儲在存儲器中的供電相位信息或來自外部的相位控制指令，執(zhí)行供電相位的轉(zhuǎn)換。
按照本發(fā)明的又一個特征在于，在PWM控制區(qū)中，執(zhí)行具有操作效率重要性的相位控制，并且在高速旋轉(zhuǎn)重要性區(qū)中，執(zhí)行用于產(chǎn)生供電相位的控制。
按照本發(fā)明的又一個特征在于空氣調(diào)節(jié)器、致冷器和洗衣機，其中用上述控制設備所控制的無刷電動機作為動力源。


圖1是表示按照本發(fā)明的一個實施例的無刷電動機驅(qū)動設備的方框圖；圖2A是表示在按照圖1所示本發(fā)明的無刷電動機驅(qū)動設備中，門信號準備電路的方框圖；圖2B是表示在按照圖1所示本發(fā)明的無刷電動機驅(qū)動設備中，門信號準備電路的方框圖；圖2C是表示在按照圖1所示本發(fā)明的無刷電動機驅(qū)動設備中，門信號準備電路的方框圖；圖3是在按照圖1所示本發(fā)明的無刷電動機驅(qū)動設備中，與位置檢測電路有關的各信號波形；圖4是在按照圖1所示本發(fā)明的無刷電動機驅(qū)動設備中，控制電路中的處理流程圖；圖5是在按照圖1所示本發(fā)明的無刷電動機驅(qū)動設備中，在與位置檢測電路有關的具有小于100％導電比的PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制下，各信號波形；圖6是在按照圖1所示本發(fā)明的無刷電動機驅(qū)動設備中，在與位置檢測電路有關的具有100％導電比的PWM控制及PAM(脈沖幅度調(diào)制)控制下，各信號波形；圖7是按照本發(fā)明在供電轉(zhuǎn)換之后，回流電流流動的時限長時各信號波形；圖8是按照本發(fā)明的無刷電動機的操作效率特性；以及圖9是按照本發(fā)明的無刷電動機的速度特性圖。
在下文，將參考圖1至圖9，說明用于無刷電動機的控制設備及使用由該控制設備驅(qū)動和控制的無刷電動機的機器和設備的實施例。
圖1是表示按照本發(fā)明的一個實施例的無刷電動機驅(qū)動設備的方框圖。本無刷電動機驅(qū)動設備包括一個交流(AC)電源1，一個整流電路2，一個平滑電路3，一個變換器電路4，一個無刷電動機5，一個控制電路6，一個驅(qū)動器7，一個端電壓檢測裝置8，以及一個相位信號產(chǎn)生電路9。
整流電路2對交流(AC)電源1輸出的交流(AC)整流，平滑電路3平滑該整流輸出電壓，并產(chǎn)生一個直流(DC)電壓。變換器電路4把直流(DC)電壓轉(zhuǎn)換成具有最佳脈沖寬度的交流(AC)電壓，并把它供給無刷電動機5的定子繞組，于是使無刷電動機5旋轉(zhuǎn)。控制電路6(單片微處理器或混合IC)響應一個速度指令信號SV，執(zhí)行上述無刷電動機5的控制處理，并且驅(qū)動器7按照控制電路6來驅(qū)動變換器電路4。
按照端電壓檢測裝置8響應無刷電動機5的定子繞組的各相的端電壓(＝反電動勢)所獲得的檢測電壓8a，相位信號產(chǎn)生電路9產(chǎn)生一個相位信號9a，并把它供給上述控制電路6，該相位信號9a是無刷電動機5的轉(zhuǎn)子磁極的位置信息。
上述相位信號產(chǎn)生電路9基本上是一個電路裝置，當PWM信號在“接通”狀態(tài)時，對照與無刷電動機5的各相端電壓相對應的檢測電壓8a，使比較電路10輸出的比較結果信息信號10b以相位信號9a輸出，并且當PWM信號在“斷開”狀態(tài)時，保持比較結果信息信號10b，并以相位信號9a輸出。
相位信號產(chǎn)生電路9包括一個比較電路10，以把與無刷電動機5的定子繞組的各相端電壓相對應的檢測電壓8a與一個標準電壓比較，一個延遲電路11，以使比較電路10輸出的各相的比較結果信息信號10b延遲，一個選擇保持電路12，以按照延遲電路11的輸出信號11a，對上述控制電路6輸出產(chǎn)生的相位信號9a，以及一個門信號準備電路13，以按照上述比較電路10輸出的比較結果信息信號10a，準備一個用于控制選擇保持電路12的操作特性的門信號13a。
上述比較電路10是一個電路，其中把響應無刷電動機5的定子繞組各相的端電壓的檢測電壓8a與標準電壓比較，并且輸出各相端電壓的比較結果信息信號10a和10b。這里，用于比較的標準電壓是無刷電動機5的定子繞組的中性點電壓的1/2電壓，或平滑電路3輸出的直流(DC)電壓。
按照上述比較電路10輸出的比較結果信息信號10a，上述門信號比較電路13按照邏輯處理來提取PWM控制的“接通”時限或“斷開”時限。并且在選擇保持電路12中，門信號準備電路13還有一個功能，以準備和輸出門信號13a，以用于選擇是輸出反映當時的檢測電壓8a的相位信號，還是通過保持PWM信號變?yōu)椤皵嚅_”狀態(tài)之前的信號電平，輸出相位信號。當檢測電壓8a的電壓電平是一個用一般邏輯電路加以處理的電平時，能從這個檢測電壓8a直接準備門信號13a。
上述延遲電路11是一個功能裝置，以使上述比較電路10輸出的各相的比較結果信息信號10b延遲，以調(diào)節(jié)選擇信號并使信號保持在上述選擇保持電路12中的操作定時。由于這個延遲電路11具體地調(diào)節(jié)輸入到選擇保持電路12的信號11a的定時和選擇保持電路12的操作(門信號13a)，并且考慮到比較電路10和門信號準備電路13的電路常數(shù)，所以通過調(diào)節(jié)比較結果信息信號10b和門信號13a，能省略它。
按照上述門信號準備電路13供給的門信號13a，上述選擇保持電路12是這樣一個功能裝置，其中它選擇輸出來自上述延遲電路11的各輸出信號11a，以按原樣把各輸出信號11a作為相位信號9a輸出，或通過保持門信號13b改變之前的信號電平，以把門信號13a作為相位信號9a輸出。
圖2A、圖2B和圖2C的各圖是方框圖，其中說明上述門信號準備電路3的具體結構。所說明的門信號準備電路13由邏輯元件的組合構成，并且比較結果信息信號10a以Vu、Vv和Vw輸入，邏輯式(式1)的邏輯處理結果(輸出X)以門信號13a輸出。因此，當邏輯電路滿足式1時，即使它是另一種結構，也能類似地使用它。輸出X＝(Vu×Vv×Vw)+(Vu‾×Vv‾×Vw‾)‾]]>…式1圖3表示上述控制電路6和相位信號產(chǎn)生電路9中的信號波形。在圖3中，(a)表示上述控制電路6輸出的PWM信號。與此對照，圖3的(b)是無刷電動機5的定子繞組的端電壓的檢測電壓波形，其中反映了按照驅(qū)動器7和變換器電路4的影響，在tdON延遲期間的各上升和tdOFF延遲期間的各下降。圖3的(c)是比較電路10輸出的比較結果信息信號10a和10b。圖3的(d)是由門信號準備電路13按照比較結果信息信號10a所準備的門信號13a。
如圖3的(e)所示，按照上述門信號13a，當門信號13a為高電平時，選擇保持電路12反映延遲電路11的輸出信號11a，并且當門信號13a為低電平時，輸出具有緊接信號電平保持之前的波形的相位信號9a。
圖4表示上述控制電路6對上述相位信號9a的內(nèi)部處理的一例。處理41是包括無刷電動機5的速度控制等的電動機控制的主處理。處理42是關于轉(zhuǎn)子位置檢測的信號處理，處理43是按照上述處理42確定的轉(zhuǎn)子位置，用于確定變換器電路4的開關操作的驅(qū)動處理，處理44是根據(jù)位置檢測處理，對與驅(qū)動處理有關的準備標記的清除處理，以及處理45是對判斷相位信號圖形的兩次符合的符合標記的清除處理。這里，處理43的驅(qū)動處理是一個處理，其中在經(jīng)過預定時間之后，通過相位校正使它調(diào)節(jié)為能夠起動供電轉(zhuǎn)換。
上述處理42是一個處理，其中通過周期地讀出上述相位信號9a，并且根據(jù)這個相位信號9a，來檢測(確定)轉(zhuǎn)子位置。在該轉(zhuǎn)子位置檢測中，由于相位信號9a表現(xiàn)預定信號圖形，所以通過對比預定信號圖形來實行相位信號9a的圖形。
處理42a是一個計數(shù)處理，以管理與轉(zhuǎn)子位置檢測有關的信號處理，其中在電角度30度期間，在電角度60度期間，在電角度120度期間，在電角度360度期間，以及在機械角度360度期間等，執(zhí)行了多少次處理。此外，處理42a是一個計數(shù)處理，其中在經(jīng)過預定時間之后能執(zhí)行管理。
處理42b是用于讀入各相的相位信號9a的讀入處理。此時，為了知道相位信號9a讀入的定時，控制電路6的信號輸出，例如高電平或低電平為有效，以確認控制設備的操作。
處理42c是一個處理，其中在供電轉(zhuǎn)換之后，它判斷是否經(jīng)過了預定時間，該判斷是按照一個內(nèi)部計時器或上述處理42a等所獲得的計數(shù)值來判斷的。
處理42d是一個分支處理，其中它判斷是否設置了下次供電控制處理所需的預定信號圖形。
處理42e是一個處理，以在上述處理42d中，當判斷下次供電處理所需的預定信號圖形沒有設置時，更新并設置下次供電處理所需的預定信號圖形。處理42f是用于設置一個準備標記的處理，其中表示預定信號圖形被更新。處理42g是對用作判斷的標記的清除處理，其中它判斷定位信號圖形是否是第一次。
在處理42h中，把處理42b讀入的各相位信號9a的圖形與按照轉(zhuǎn)子位置所確定的預定信號圖形對比。
在處理42i中，當信號圖形符合時，它轉(zhuǎn)到處理42k，但是當信號圖形不符合時，它跳到處理42j。
處理42j執(zhí)行一個處理，其中清除在判斷符合信號圖形是否符合兩次情況下所使用的標記。
處理42k是一個分支處理，它判斷符合信號圖形是否符合兩次。處理42l是一個處理，其中當符合標記在“斷開”狀態(tài)時，并且信號圖形符合時，那么使符合標記為“設置”狀態(tài)。處理42m使一個分支處理，其中它判斷是否設置了下次供電控制處理所需的預定信號圖形。
處理42n是一個處理，其中在上述處理42m中，當判斷下次供電控制處理所需的預定信號圖形沒有設置時，更新并設置下次供電控制處理所需的預定信號圖形。處理42o是一個處理，其中設置一個用于表示預定信號圖形被更新的準備標記，以及處理42p是對在判斷符合信號圖形是否是第一次時所使用的標記的清除處理。換句話說，在上述處理42e或上述處理42n中，在預定信號圖形被更新之后，當在上述處理42b中讀入的相位信號9a的信號圖形符合兩次時，在這個旋轉(zhuǎn)位置下確定適當?shù)墓╇妶D形，然后執(zhí)行驅(qū)動處理43。
這里，由于從處理42d到處理42g與從處理42n到處理42p并列，所以通過形成子程序，能使程序數(shù)的增加限制在最小，并且同時當供電轉(zhuǎn)換之后的回流時限長時，能有效地控制無刷電動機5。
圖5表示定子繞組的各相(U、V、W相)的端電壓的檢測信號8a，PWM信號，從比較電路輸出的各相的比較結果信息信號，在“接通”狀態(tài)期間讀入控制電路6的PWM信息信號圖形，以及在小于100％導電比的PWM控制下，無刷電動機5的控制電路6的內(nèi)部所識別的位置檢測信息。
參考圖5，在使用圖4所示算法執(zhí)行控制處理情況下，如圖5所示t1和t3所示，緊接供電圖形轉(zhuǎn)換之后，當出現(xiàn)等于t2和t4的相位信號時，能防止錯誤判斷，并且沒有緊接供電圖形轉(zhuǎn)換之后流動的回流電流的影響，能有效地獲得良好的相位信號，因此能有效地執(zhí)行供電轉(zhuǎn)換。
此外，在參考圖4說明的處理42e和處理42n中，在信號圖形更新之后，如圖3的(b)所示，當信號在標準點附近振動時，如圖3的(c)所示，輸出振動信號，處理從上述處理41轉(zhuǎn)到周期處理42，處理42以圖3的(d)所示定時執(zhí)行，并且處理42b以圖3的(e)所示的定時執(zhí)行，在處理42h中執(zhí)行信號圖形的對比，按照處理42i中的圖形符合，轉(zhuǎn)到處理42k。此時，在本供電時限時間，由于有第一次圖形符合，并且符合標記為“清除”狀態(tài)，所以從處理42k分支到處理42l。之后，處理42b以圖3的(g)所示定時td再次執(zhí)行，并且在執(zhí)行本處理42h之后，在處理42i中，由于信號圖形不符合，所以它分支到處理42j，并且使符合標記清除，然后返回到處理41。
此外，當處理從上述處理41轉(zhuǎn)到周期處理42時，如上類似，在圖3的(c)所示定時tc執(zhí)行處理42b，直到執(zhí)行處理42l。在圖3的(c)所示定時td，執(zhí)行從處理42b到處理42k的處理，由于符合標記為“設置”狀態(tài)，所以通過處理42m轉(zhuǎn)到處理43，因此執(zhí)行適合于轉(zhuǎn)子位置的驅(qū)動處理。
當使用上述相位信號產(chǎn)生電路9和上述位置檢測算法時，即使進入脈沖形噪聲，也能適當?shù)貦z測轉(zhuǎn)子位置，因此，有可能執(zhí)行良好的電動機控制。此外，在按照本發(fā)明的這個實施例中，對于進行到驅(qū)動處理的條件，使用相位信號9a的兩次圖形符合，然而使用除兩次外的多次符合有效，并且通過抑制無刷電動機5的定子繞組的端電壓所出現(xiàn)的噪聲和振動而省略也有效。
圖6表示在導電比為100％的PWM控制下，或在PAM(脈沖幅度調(diào)制)控制下，無刷電動機5的定子繞組的端電壓的檢測電壓8a的一相部分，從比較電路10輸出的比較結果信息信號10a和10b，從門信號準備電路13輸出的門信號13a，以及從選擇保持電路12輸出的相位信號9a。
在使用本相位產(chǎn)生電路9的情況下，當PWM信號在“接通”狀態(tài)時，比較結果信息信號10b按原樣反映到相位信號9a，并且當PWM信號在“斷開”狀態(tài)時，通過保持緊接“斷開”狀態(tài)之前的信號，而不管是否執(zhí)行PWM控制下的斬波操作，能獲得類似的相位信號9a，因此有可能執(zhí)行PAM控制下的良好電動機控制。
此外，在按照本發(fā)明的這個實施例中，即使在使用輸出電壓可變型整流電路2的結構下，由于比較電路10的標準電壓響應此時的輸出電壓、PWM控制和PAM控制，或PWM/PAM的轉(zhuǎn)換控制而變化，所以能獲得相等的相位信號，并且能實現(xiàn)良好的電動機控制。
圖7表示在導電比為100％的PWM控制下，或PAM控制下，當供電轉(zhuǎn)換之后的回流電流流動的時限長時，無刷電動機5的定子繞組的端電壓的檢測電壓8a，從比較電路輸出的比較結果信息信號，以及控制電路6內(nèi)部的位置檢測信息的一相部分。
由于處理42c設置為判斷在供電轉(zhuǎn)換之后經(jīng)過了預定時間，所以當供電轉(zhuǎn)換之后回流電流流動的時限長，并且信息信號不在如圖6所示的標準點附近變化時，信號圖形改變，因此無刷電動機5不停止，并且能獲得良好的電動機控制。
并且當使用上述相位信號產(chǎn)生電路9時，由于從實際施加在無刷電動機5的定子繞組上的電壓(端電壓)提取PWM信號的“接通”時限和“斷開”時限，所以即使用于確定延遲時間的電路常數(shù)等變化時，也無須執(zhí)行進行定時調(diào)整的操作和來自外部的校正，有可能產(chǎn)生用于執(zhí)行優(yōu)良旋轉(zhuǎn)位置檢測處理的相位信號。
順便地說，在控制電路6產(chǎn)生的PWM信號與實際施加在無刷電動機5的定子繞組的電壓之間，由于操作延遲引起延遲時間產(chǎn)生，所以在控制電路6中，當響應PWM信號從電動機端電壓精確地檢測轉(zhuǎn)子位置時，必須執(zhí)行它們之間的定時調(diào)整。
由于控制電路6按照在某個時間(定時)，響應定子繞組的各相定子繞組的端電壓的相位信號圖形，來檢測(判斷)轉(zhuǎn)子位置，所以它能減小由于噪聲引起的錯誤檢測。
此外，在本控制電路6中，按照這個轉(zhuǎn)子位置和當前定子繞組的供電圖形，確定下一個供電圖形，所以能減小由于噪聲引起的錯誤操作。
在按照常規(guī)控制設備所示的邊沿中斷處理所檢測的轉(zhuǎn)子位置下，為了避免由于緊接換向之后產(chǎn)生的尖峰電壓所引起的錯誤操作，必須設置相位信號讀出居存部分。然而，按照本發(fā)明，通過測量尖峰電壓的時限，無須設置這樣的相位信號讀出居存部分，由于它能假定回流電壓流動的時間(回流電流消逝的定時)，通過把這個時間用于相位控制，因此能實現(xiàn)大范圍控制。
如圖8所示，由于無刷電動機5的操作效率隨反電動勢的供電相位改變，所以供電相位是一個非常重要的因素。因此，為了在電動機起動期間實現(xiàn)最高效率，使用預先存儲在RAM和ROM中的信息，控制供電，控制供電相位，因此能高效率地操作無刷電動機5。
此外，當從外部控制供電相位時，在用戶側(cè)能用適合于電動機的供電相位來操作無刷電動機5。用于外部控制的控制端能使用A/D轉(zhuǎn)換端、通信用端和輸入口等。
在無刷電動機5的速度控制中，在用脈沖寬度控制來控制供給定子繞組的端電壓的PWM控制下，當導電比達到最大值(100％)時，它不能執(zhí)行超過最大值來提高旋轉(zhuǎn)速度的控制。此外，在通過控制供給定子繞組的端電壓的大小，以執(zhí)行速度控制的PAM控制下，當端電壓達到最大值時，它不能執(zhí)行超過最大值來提高旋轉(zhuǎn)速度的控制。然而，如圖9所示，在把供給定子繞組的端電壓保持在相同值的條件下，供電相位改變，因此能改變旋轉(zhuǎn)速度。并且，通過使用相位信號，能實現(xiàn)供電相位的控制。
因此，除無刷電動機的定子繞組電流的PWM控制和/或PAM控制外，還執(zhí)行供電相位控制，能大范圍地控制無刷電動機的旋轉(zhuǎn)速度。例如，在PWM控制下，當導電比沒有達到最大值的條件下，或在PAM控制下，當供電電壓沒有達到最大值的條件下，在供電相位下的控制下，其中電動機的效率變?yōu)樽畲螅⑶覍щ姳然蚬╇婋妷哼_到最大值之后，執(zhí)行控制，以從最大效率點產(chǎn)生供電相位，并且以效率重要性來執(zhí)行操作控制特性，而且在高旋轉(zhuǎn)速度為必要的條件下，它能產(chǎn)生供電相位，并且能執(zhí)行具有高速特性重要性的操作控制特性。
在上述控制設備中，該控制設備由合并了控制電路6和相位信號產(chǎn)生電路9的混合IC，及合并了控制電路6和相位信號產(chǎn)生電路9的智能型電源組件構成，能使元件數(shù)減小，因此能獲得易于操縱的控制設備。
在熱泵系統(tǒng)空氣調(diào)節(jié)器中，由于冷卻和加熱輸出隨壓縮機的旋轉(zhuǎn)速度而變化，所以如上所述，除PWM控制和/或PAM控制外，通過使用在供電相位下控制的無刷電動機作為上述壓縮機和/或鼓風機的驅(qū)動源，于是能實現(xiàn)具有高冷卻和加熱能力的空氣調(diào)節(jié)器。此外，在正常操作區(qū)中，執(zhí)行具有效率重要性的操作控制，因此能獲得節(jié)能型空氣調(diào)節(jié)器。
如上類似，由于把使用本控制設備所控制的無刷電動機用作致冷器的壓縮機和/或鼓風機的驅(qū)動源，所以能實現(xiàn)具有優(yōu)良致冷能力的致冷器。
此外，當構成用于旋轉(zhuǎn)攪拌器和自旋籃的洗衣機時，使用本控制設備所控制的無刷電動機作為動力源，類似地能獲得具有優(yōu)良控制特性的洗衣機。特別是，有效地實現(xiàn)節(jié)能和高速自旋。
除上述外，當按照本發(fā)明的相位信號產(chǎn)生電路時，除上述外，由于使用具有大容量的電解電容器變得不必要，并且由于該設備具有保持信號電平的功能，所以即使在控制設備中使用具有慢處理速度的低費用微型計算機，也有可能執(zhí)行無刷電動機的轉(zhuǎn)子的位置檢測處理。此外，由于整體地形成變換器控制電路和驅(qū)動電路，因此能實現(xiàn)緊湊尺寸和低費用的變換器控制電路。由于構成其上安裝了上述控制設備的空氣調(diào)節(jié)器、致冷器和洗衣機，所以能實現(xiàn)緊湊尺寸、低費用和優(yōu)良控制特性的空氣調(diào)節(jié)器，緊湊尺寸、低費用和優(yōu)良控制特性的致冷器，以及緊湊尺寸、低費用和優(yōu)良控制特性的洗衣機。
按照本發(fā)明，在無刷電動機中，轉(zhuǎn)子的磁極位置檢測精度高，并且能實現(xiàn)精確控制。
此外，能減小由于噪聲引起的位置檢測錯誤和供電錯誤操作，因此能擴大控制范圍。
此外，由于按效率重要特性來控制操作無刷電動機，或按高速重要特性執(zhí)行操作控制，所以能在大范圍內(nèi)控制無刷電動機。
此外，通過把上述控制設備所控制的無刷電動機用作動力源，能實現(xiàn)具有高性能的空氣調(diào)節(jié)器，具有高性能的致冷器，以及具有高性能的洗衣機。
總之，按照本發(fā)明的特征之一，使用比較電路10、延遲電路11、門信號準備電路13和選擇信號保持電路12，來構成相位信號產(chǎn)生電路9，并且由這個相位信號產(chǎn)生電路9產(chǎn)生的相位信號由控制電路6圖形識別，使轉(zhuǎn)子位置得到檢測，因此能執(zhí)行全區(qū)PWM控制，PAM控制，以及轉(zhuǎn)換PWM/PAM控制。
權利要求
1.一種用于無刷電動機的控制設備，包括一個電壓檢測裝置，以響應無刷電動機的多相定子繞組的端電壓，產(chǎn)生一個檢測電壓；一個標準電壓產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生一個標準電壓；一個比較裝置，以通過比較所述檢測電壓和所述標準電壓，輸出一個比較結果信息信號；一個控制裝置，以按照所述比較結果信息信號，檢測無刷電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并且響應所述旋轉(zhuǎn)位置，產(chǎn)生一個對所述定子繞組的供電信號；以及一個輸出裝置，以按照所述供電信號，對所述定子繞組供電，其中所述控制裝置按照所述比較結果信息信號，提取PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號的“接通”時限或“斷開”時限。
2.一種用于無刷電動機的控制設備，包括一個電壓檢測裝置，以響應無刷電動機的多相定子繞組的端電壓，產(chǎn)生一個檢測電壓；一個標準電壓產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生一個標準電壓；一個比較裝置，以通過比較所述檢測電壓和所述標準電壓，輸出一個比較結果信息信號；一個選擇保持裝置，以選擇是否使所述比較裝置的所述比較結果信息信號以相位信號輸出，或是否通過及時保持先前比較結果信息信號，使所述比較裝置的所述比較結果信息信號以相位信號輸出；一個控制裝置，以按照所述比較結果信息信號，檢測無刷電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并且響應所述旋轉(zhuǎn)位置，產(chǎn)生一個對所述定子繞組的供電信號；以及一個輸出裝置，以按照所述供電信號，對所述定子繞組供電，其中當PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號在“接通”狀態(tài)時，所述選擇保持裝置輸出所述比較裝置的所述比較信息信號，按原樣作為所述相位信號輸出，而當PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號在“斷開”狀態(tài)時，通過保持緊接“斷開”狀態(tài)之前的比較結果信息信號，所述選擇保持裝置以相位信號輸出。
3.一種用于無刷電動機的控制設備，包括一個整流電路，以把交流電源電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓；一個變換器電路，以把所述直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，并把所述交流電壓供給無刷電動機，以及一個控制電路，以控制所述變換器電路，其中該用于無刷電動機的控制設備包括一個電壓檢測裝置，以響應無刷電動機的多相定子繞組的端電壓，產(chǎn)生一個檢測電壓；一個標準電壓產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生一個標準電壓；一個比較裝置，以通過比較所述檢測電壓和所述標準電壓，輸出一個比較結果信息信號；一個選擇保持裝置，以選擇是否使所述比較裝置的所述比較結果信息信號以相位信號輸出，或是否通過及時保持先前比較結果信息信號，使所述比較裝置的所述比較結果信息信號以相位信號輸出；一個控制裝置，以按照所述比較結果信息信號，檢測無刷電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并且響應所述旋轉(zhuǎn)位置，產(chǎn)生一個對所述定子繞組的供電信號；以及一個輸出裝置，以按照所述供電信號，對所述定子繞組供電，其中當PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號在“接通”狀態(tài)時，所述選擇保持裝置輸出所述比較裝置的所述比較信息信號，按原樣作為所述相位信號輸出，而當PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號在“斷開”狀態(tài)時，通過保持緊接“斷開”狀態(tài)之前的比較結果信息信號，所述選擇保持裝置以相位信號輸出。
4.一種用于無刷電動機的控制設備，包括一個轉(zhuǎn)換器電路，它具有一個整流電路和一個斬波電路，整流電路用來把交流電源電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，斬波電路用于控制所述直流電壓的大??；一個變換器電路，以把從所述轉(zhuǎn)換器電路接收的所述直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，并把所述交流電壓供給無刷電動機；一個轉(zhuǎn)換器控制電路，以控制所述轉(zhuǎn)換器電路的開關操作；一個變換器控制電路，以通過控制所述變換器電路的開關操作，驅(qū)動無刷電動機；以及一個控制電路，以控制所述轉(zhuǎn)換器控制電路和所述變換器控制電路，其中該用于無刷電動機的控制設備包括一個電壓檢測裝置，以響應無刷電動機的多相定子繞組的端電壓，產(chǎn)生一個檢測電壓；一個標準電壓產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生一個標準電壓；一個比較裝置，以通過比較所述檢測電壓和所述標準電壓，輸出一個比較結果信息信號；一個選擇保持裝置，以選擇是否使所述比較裝置的所述比較結果信息信號以相位信號輸出，或是否通過及時保持先前比較結果信息信號，使所述比較裝置的所述比較結果信息信號以相位信號輸出；一個控制裝置，以按照所述比較結果信息信號，檢測無刷電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并且響應所述旋轉(zhuǎn)位置，產(chǎn)生一個對所述定子繞組的供電信號；以及一個輸出裝置，以按照所述供電信號，對所述定子繞組供電，其中當PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號在“接通”狀態(tài)時，所述選擇保持裝置輸出所述比較裝置的所述比較信息信號，按原樣以所述相位信號輸出，而當PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號在“斷開”狀態(tài)時，通過保持緊接“斷開”狀態(tài)之前的比較結果信息信號，所述選擇保持裝置以相位信號輸出。
5.一種用于無刷電動機的控制設備，包括一個電壓檢測裝置，以響應無刷電動機的多相定子繞組的端電壓，產(chǎn)生一個檢測電壓；一個標準電壓產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生一個標準電壓；一個比較裝置，以通過比較所述檢測電壓和所述標準電壓，輸出一個比較結果信息信號；一個控制裝置，以按照從所述比較裝置輸出的所述比較結果信息信號，檢測無刷電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出一個供電信號；以及一個輸出裝置，以按照所述供電信號，對所述定子繞組供電，其中所述控制裝置按照多相比較結果信息信號的圖形，檢測所述轉(zhuǎn)子的位置。
6.一種用于無刷電動機的控制設備，包括一個電壓檢測裝置，以響應無刷電動機的多相定子繞組的端電壓，產(chǎn)生一個檢測電壓；一個標準電壓產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生一個標準電壓；一個比較裝置，以通過比較所述檢測電壓和所述標準電壓，輸出一個比較結果信息信號；一個控制裝置，以按照從所述比較裝置輸出的所述比較結果信息信號，檢測無刷電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出一個供電信號；以及一個輸出裝置，以按照所述供電信號，對所述定子繞組供電，其中所述控制裝置按照多相比較結果信息信號，確定對所述定子繞組的供電圖形。
7.一種用于無刷電動機的控制設備，包括一個電壓檢測裝置，以響應無刷電動機的多相定子繞組的端電壓，產(chǎn)生一個檢測電壓；一個標準電壓產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生一個標準電壓；一個比較裝置，以通過比較所述檢測電壓和所述標準電壓，輸出一個比較結果信息信號；一個控制裝置，以按照所述比較結果信息信號，檢測無刷電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并且響應所述旋轉(zhuǎn)位置，產(chǎn)生一個對所述定子繞組的供電信號；以及一個輸出裝置，以按照所述供電信號，對所述定子繞組供電，其中所述控制裝置按照所述比較結果信息信號的圖形，檢測在供電轉(zhuǎn)換之后回流流動的時限。
8.一種用于無刷電動機的控制設備，包括一個電壓檢測裝置，以響應無刷電動機的多相定子繞組的端電壓，產(chǎn)生一個檢測電壓；一個標準電壓產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生一個標準電壓；一個比較裝置，以通過比較所述檢測電壓和所述標準電壓，輸出一個比較結果信息信號；一個控制裝置，以按照從所述比較裝置輸出的所述比較結果信息信號，獲得相位信號，按照所述相位信號的圖形，檢測無刷電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出一個供電信號；以及一個輸出裝置，以按照所述供電信號，對所述定子繞組供電，其中在供電轉(zhuǎn)換之后的回流電流消逝之后，一個用于更新經(jīng)對比的相位信號圖形的處理執(zhí)行位置檢測。
9.一種用于無刷電動機的控制設備，包括一個電壓檢測裝置，以響應無刷電動機的多相定子繞組的端電壓，產(chǎn)生一個檢測電壓；一個標準電壓產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生一個標準電壓；一個比較裝置，以通過比較所述檢測電壓和所述標準電壓，輸出一個比較結果信息信號；一個控制裝置，以按照所述比較結果信息信號，檢測無刷電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并且響應所述旋轉(zhuǎn)位置，產(chǎn)生一個對所述定子繞組的供電信號；以及一個輸出裝置，以按照所述供電信號，對所述定子繞組供電，其中所述控制裝置按照所述比較結果信息信號的圖形，檢測轉(zhuǎn)子位置，并且按照存儲在存儲器中的供電信息，轉(zhuǎn)換供電相位。
10.一種用于無刷電動機的控制設備，包括一個電壓檢測裝置，以響應無刷電動機的多相定子繞組的端電壓，產(chǎn)生一個檢測電壓；一個標準電壓產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生一個標準電壓；一個比較裝置，以通過比較所述檢測電壓和所述標準電壓，輸出一個比較結果信息信號；一個控制裝置，以按照所述比較結果信息信號，檢測無刷電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并且響應所述旋轉(zhuǎn)位置，產(chǎn)生一個對所述定子繞組的供電信號；以及一個輸出裝置，以按照所述供電信號，對所述定子繞組供電，其中所述控制裝置按照所述比較結果信息信號的圖形，檢測轉(zhuǎn)子位置，并且按照來自外部的相位控制指令，轉(zhuǎn)換供電相位。
11.按照權利要求10的用于無刷電動機的控制設備，其中所述控制裝置使用A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換端，通信用端或輸入口，作為輸入來自所述外部的所述相位控制指令的端。
12.一種用于無刷電動機的控制設備，包括一個電壓檢測裝置，以響應無刷電動機的多相定子繞組的端電壓，產(chǎn)生一個檢測電壓；一個標準電壓產(chǎn)生裝置，以產(chǎn)生一個標準電壓；一個比較裝置，以通過比較所述檢測電壓和所述標準電壓，輸出一個比較結果信息信號；一個控制裝置，以按照所述比較結果信息信號，檢測無刷電動機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，并且響應所述旋轉(zhuǎn)位置，產(chǎn)生一個對所述定子繞組的供電信號；以及一個輸出裝置，以按照所述供電信號，對所述定子繞組供電，其中所述控制裝置在PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制區(qū)中以操作效率重要性執(zhí)行相位控制，并且在高速旋轉(zhuǎn)重要性控制區(qū)中執(zhí)行用于進行電氣相位的控制。
13.按照權利要求1至12中任何一項的用于無刷電動機的控制設備，其中所述控制裝置由一個具有多個輸入和輸出口的微處理器構成。
14.按照權利要求1至12中任何一項的用于無刷電動機的控制設備，其中所述控制裝置由一個具有多個輸入和輸出口的混合IC構成。
15.一種空氣調(diào)節(jié)器，其中該空氣調(diào)節(jié)器用一個壓縮機和/或一個鼓風機構成，其中由權利要求1至14中任何一項所限定的用于無刷電動機的控制設備所操作和控制的無刷電動機構成一個動力源。
16.一種致冷機，其中該致冷機用一個壓縮機和/或一個鼓風機構成，其中由權利要求1至14中任何一項所限定的用于無刷電動機的控制設備所操作和控制的無刷電動機構成一個動力源。
17.一種洗衣機，其中該洗衣機用一個壓縮機和/或一個鼓風機構成，其中由權利要求1至14中任何一項所限定的用于無刷電動機的控制設備所操作和控制的無刷電動機構成一個動力源。
18.一種具有一個無刷電動機和一個用于控制該無刷電動機的控制設備的無刷電動機系統(tǒng)，其中所述控制設備響應所述無刷電動機的定子繞組的電壓，檢測所述無刷電動機的轉(zhuǎn)子位置。
全文摘要
一種相位信號產(chǎn)生電路用一個比較電路10、一個延遲電路11、一個門信號準備電路13和一個選擇保持電路12構成。在該相位信號產(chǎn)生電路9中產(chǎn)生的相位信號在控制電路6中得到圖形識別,并且檢測轉(zhuǎn)子的位置,并且進一步執(zhí)行全區(qū)PWM控制、PAM控制和轉(zhuǎn)換PWM/PAM。能使轉(zhuǎn)子位置檢測精度得到提高,并且能獲得寬控制范圍。
文檔編號H02P6/18GK1230047SQ9910409
公開日1999年9月29日 申請日期1999年3月23日 優(yōu)先權日1998年3月23日
發(fā)明者川端幸雄, 能登原保夫, 田原和雄 申請人:株式會社日立制作所