專利名稱：Dc無電刷電動機的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DC無電刷電動機的控制裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為在無傳感器DC無電刷電動機等的電動機運轉(zhuǎn)區(qū)域中不存 在空白區(qū)域，或在整個轉(zhuǎn)速區(qū)域中能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的變頻控制系統(tǒng)的提供方 法，變頻控制系統(tǒng)包括具備具有多個磁極的轉(zhuǎn)子的電動機；為了驅(qū)動電 動機，而根據(jù)驅(qū)動信號對該電動機施加變頻輸出電壓的變頻裝置；檢測電 動機的磁極位置的磁極位置檢測電路；根據(jù)磁極位置和所定的載波頻率， 生成驅(qū)動信號，并向變頻裝置傳送的變頻控制裝置，在該變頻控制系統(tǒng)中， 提出當(dāng)所定的載波頻率變?yōu)樽冾l輸出電壓頻率的整數(shù)倍時，將該所定的載 波頻率變更為其他載波頻率，以生成所述驅(qū)動信號的變頻控制裝置；或在 根據(jù)磁極位置運算出的電動機的轉(zhuǎn)速與所定的載波頻率成所定比例時，將 所定的載波頻率變更為根據(jù)所定比例而設(shè)定的其他頻率，以生成驅(qū)動信號 的變頻控制裝置的方案。并且，也提出一種控制方法的方案，其特征在于， 從所定的載波頻率和變頻輸出電壓的整數(shù)倍一致的狀態(tài)，轉(zhuǎn)移到所定的載 波頻率和變頻輸出電壓的整數(shù)倍不一致的狀態(tài)時，將所定的載波頻率變更 為根據(jù)該狀態(tài)而設(shè)定的其他載波頻率，以生成驅(qū)動信號(例如，參照專利 文獻l)。
另外，作為為了抑制振動、噪音而選定適當(dāng)?shù)妮d波頻率的方法，提出 一種控制方法的方案，其特征在于預(yù)先選定載波頻率，用實驗求出相對 轉(zhuǎn)速的最佳載波頻率特性，在PWM載波頻率轉(zhuǎn)換電路內(nèi)進行數(shù)據(jù)庫化并
保存。根據(jù)表示載波頻率控制模式一例的圖，設(shè)定為在比較低的轉(zhuǎn)速區(qū) 域中增大載波頻率，在其以外的轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)減小載波頻率。另外，根據(jù)表 示載波頻率的控制模式的另一例，則為增大低轉(zhuǎn)速區(qū)域的載波頻率并保持 恒定，隨著變?yōu)槠湟酝獾母咿D(zhuǎn)速區(qū)域，直線地降低載波頻率的例子；或在
低轉(zhuǎn)速區(qū)域中增大載波頻率，隨著轉(zhuǎn)速的增加，階段性地降低載波頻率的 例子，這些控制模式都是作為通過使轉(zhuǎn)速和載波頻率一致而防止共振的方
法，從而被提出的(例如參照專利文獻2)。
(專利文獻l)
特開2002—101684號公報(0015
0024、圖1)
(專利文獻2)
特開2001 — 186787號公報(0052
0054、圖1) 在特開2002-101684號公報的方式中，其特征在于，在載波頻率變?yōu)?電動機轉(zhuǎn)速或變頻輸出電壓頻率的所定比例時，將所定的載波頻率變更為 根據(jù)所定比例而設(shè)定的其他載波頻率，以生成驅(qū)動信號，但是，由于變頻 電壓的頻率變?yōu)樗ū壤龝r的轉(zhuǎn)速和共振時的轉(zhuǎn)速沒有界限，故導(dǎo)致噪音 的增大。另外，對于所定的比例，只是成為整數(shù)倍，由于沒有涉及其數(shù)學(xué) 式或數(shù)值的根據(jù)，所以，在最佳地設(shè)計電動機轉(zhuǎn)速和載波頻率方面，其公 開是不夠充分的。
在特開2001-186787號公報的方式中，利用實驗的方法求出相對轉(zhuǎn)速 的最佳載波頻率特性的發(fā)明，但是，存在相對轉(zhuǎn)速的最佳載波頻率特性不 明確的問題。另外，根據(jù)載波頻率控制模式的例子，示出在電動機轉(zhuǎn)速為 低速的區(qū)域中，增大載波頻率，隨著轉(zhuǎn)速的增加，減小載波頻率的例子， 但是在電動機轉(zhuǎn)速為比較高速的區(qū)域中，利用低速設(shè)備時，位置檢測精度 惡化，控制變?yōu)椴环€(wěn)定，故必須用高價的高速設(shè)備。還有，由于在電動機 轉(zhuǎn)速為比較低速的區(qū)域中增大載波頻率大，故導(dǎo)致變頻效率的惡化、噪音 增大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述的問題，其目的在于，對成為DC無電刷電動機 不穩(wěn)定因素的轉(zhuǎn)速與載波頻率的關(guān)系，明確其機理，通過將成為不穩(wěn)定因
素的轉(zhuǎn)速和載波頻率數(shù)學(xué)公式化，從而即使在利用低速設(shè)備時，也容易實 現(xiàn)在轉(zhuǎn)速的全區(qū)域中穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
首先，結(jié)合圖1 圖6，研究上述問題的機理。圖1是DC無電刷電
動機的基本驅(qū)動控制框圖，其由DC無電刷電動機11;包括開關(guān)元件， 并利用該開關(guān)元件的開閉，根據(jù)PWM信號將直流電壓變換為交流電壓之 后，供給到DC無電刷電動機11的直流交流變換機構(gòu)12;檢測DC無電
刷電動機11的感應(yīng)電壓的感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)13;根據(jù)感應(yīng)電壓檢測機構(gòu) 13所輸出的磁極位置信息，輸出電壓波形的電壓控制機構(gòu)14;和根據(jù)電
壓控制機構(gòu)14的輸出，生成PWM信號的PWM控制機構(gòu)15構(gòu)成。
DC無電刷電動機11包括具有多個磁極的轉(zhuǎn)子；和相對該轉(zhuǎn)子生成
磁場的多個定子繞組，感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)13獲取由DC無電刷電動機11
轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動而在定子繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，將根據(jù)其感應(yīng)電壓的變化即 轉(zhuǎn)子的磁極位置變化而獲得的磁極位置信息和轉(zhuǎn)速信息輸出到電壓控制
機構(gòu)14。 PWM控制機構(gòu)15根據(jù)由電壓控制機構(gòu)14輸出的電壓波形的輸 出，向直流交流變換機構(gòu)12輸出PWM信號，從而由生成的交流電壓來 控制DC無電刷電動機ll。
在這里，已知該PWM信號的載波頻率(以下稱載波頻率)對DC 無電刷電動機11的感應(yīng)電壓波形有影響，對DC無電刷電動機11的轉(zhuǎn)子 的磁極位置檢測精度也有影響。特別是，若在具有n個磁極的DC無電刷 電動機11的轉(zhuǎn)速f m (以下稱轉(zhuǎn)速)與載波頻率f c中，禾口 f m =f cX2/ (3，n m) (m為自然數(shù))一致，即轉(zhuǎn)速變?yōu)楹洼d波頻率同步的轉(zhuǎn)速(以 下稱同步轉(zhuǎn)速)，則即使提高或降低PWM信號的DUTY,也會發(fā)生不 會進行PWM驅(qū)動信號的轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)速不提高或不降低的現(xiàn)象。結(jié)果，在 超過同步轉(zhuǎn)速時，在PWM信號的DUTY大的狀態(tài)下或小的狀態(tài)下進行 PWM信號的轉(zhuǎn)換，故轉(zhuǎn)速急劇上升或急劇下降，從而發(fā)生DC無電刷電 動機11的轉(zhuǎn)速控制不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
在圖2中表示進行上下支路PWM交替中斷時同步轉(zhuǎn)速中的動作，圖 4中表示進行上支路PWM交替中斷時同步轉(zhuǎn)速中的動作。在圖2的最初 的電角60°區(qū)間21中，A、 B、 C、 D、 E表示感應(yīng)電壓波形，T0、 Tl、 T2、 T3、 T4、 T5、 Ta、 Tb、 Tc、 Td、 Te表示日寸間，其中，Ta、 Tb、 Tc、
Td、 Te表示與作為直流電壓16的半電壓的VDC/2交叉的時間(以下稱零 交叉點)，小a、 (j)2、何、小e表示相位角。另外，在下一電角60。區(qū)間22 中也同樣，A' 、 B' 、 C' 、 D' 、 E'表示感應(yīng)電壓波形，TO' 、 Tl'、 T2' 、 T3' 、 T4' 、 T5' 、 Ta' 、 Tb( 、 Tc' 、 Td' 、 Te'表示時間， 其中，TV 、 Tb' 、 Tc' 、 Td' 、 Te'表示與作為直流電壓16的半電壓 的VDC/2交叉的時間(以下稱零交叉點)，(j) a'、小2' 、 fi'、小e'表 示相位角。
下面，結(jié)合圖2說明在上下支路PWM交替中斷、且f m =f cX2/ (3*n*m) (m為自然數(shù))中，m為奇數(shù)時的動作。由于m為奇數(shù)時， 其動作相同，故在這里只特別說明m二5的情形。在這里，上支路PWM信 號23和下支路PWM信號24是通過比較從電壓控制機構(gòu)14輸出的指示電 壓25和載波信號26而生成的。在最初的電角60。區(qū)間21中，感應(yīng)電壓波 形E的零交叉點為時間Te，到相位轉(zhuǎn)換為止，相位角被設(shè)定為(()e。在下一 電角60°區(qū)間22中，感應(yīng)電壓波形E'的零交叉點為時間Te'，到相位 轉(zhuǎn)換為止，相位角被設(shè)定為())e'。在這里，在控制算法上，^= (j)e'。
在這里，由于DC無電刷電動機11'的負(fù)荷變動等，從感應(yīng)電壓波形E 變?yōu)楦袘?yīng)電壓波形D時，在最初的電角60。區(qū)間21中，零交叉點變?yōu)闀r 間Td、相位角變?yōu)?))d。在下一電角60°區(qū)間22中也同樣，感應(yīng)電壓波形 變?yōu)镈'、零交叉點變?yōu)闀r間Td'、相位角變?yōu)?M' ， <()d= fi'，由于 相位轉(zhuǎn)換時間T5和T5'隨著感應(yīng)電壓波形而變化，故沒有控制上的問題。 這是在感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27中，存在感應(yīng)電壓波形D、感應(yīng)電壓波 形E、感應(yīng)電壓波形D'、感應(yīng)電壓波形E'的零交叉點的情形。
另一方面，在為感應(yīng)電壓波形B、感應(yīng)電壓波形C時，最初的電角 60°區(qū)間21的零交叉點為原來時間Tb、 Tc，但是，由于零交叉點不在 感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27中，故將零交叉點推定為時間T2。 一般地， 多為T2二 (Tl+T3) /2， T3—T2=T2—T1。這樣，即使在零交叉點位于 感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27以外區(qū)域時，或在由于電動機負(fù)荷變動，而從 感應(yīng)電壓波形C變動為感應(yīng)電壓波形'B時，或者在感應(yīng)電壓波形B變動 為感應(yīng)電壓波形C時，也將零交叉點推定為T2，和原來的感應(yīng)電壓波形 沒有關(guān)系，設(shè)定為相位角(f)2。
在下一電角60。區(qū)間22中同樣，相位角變?yōu)?()2 = (|)2'。從而，即使 感應(yīng)電壓波形變動，最初的電角60。區(qū)間21和下一電角60。區(qū)間22的 時間也不變。此時，從感應(yīng)電壓波形C變?yōu)楦袘?yīng)電壓波形B時的電動機變 為過勵磁狀態(tài)，從感應(yīng)電壓波形B變?yōu)楦袘?yīng)電壓波形C時的電動機變?yōu)槿?勵磁狀態(tài)。在過勵磁狀態(tài)下，感應(yīng)電壓波形相對相電流波形變?yōu)槌跋辔唬?在弱勵磁狀態(tài)下，感應(yīng)電壓波形相對相電流波形變?yōu)闇笙辔?，這些情況 下，導(dǎo)致相電流的峰值電流、振動、噪音增大。另外，陷入這種同步轉(zhuǎn)速 時，為了提高轉(zhuǎn)速，即使提高指示電壓25，如果零交叉點位于感應(yīng)電壓檢 測可能區(qū)域a27以外的區(qū)域內(nèi)，則轉(zhuǎn)速也不會提高。另外，在更進入過勵 磁狀態(tài)，感應(yīng)電壓波形B變?yōu)楦袘?yīng)電壓波形A時，或提高指示電壓25而 變?yōu)門b〈-Tl時，在零交叉點的時間Ta中，相位角變?yōu)樾二(j)2，轉(zhuǎn)速急 劇上升5 10Hz，從而噪音、振動增大。
另一方面，在更進入弱磁場狀態(tài)，且感應(yīng)電壓波形C變?yōu)楦袘?yīng)電壓波 形D時，或降低指示電壓25而成為Tc^T3時，在零交叉點的時間Td 中，相位角變?yōu)?^=小2，轉(zhuǎn)速急劇下降5 10Hz，從而噪音、振動增大。 在這里，轉(zhuǎn)速提高時的波動量Afmu可以利用電動機的轉(zhuǎn)速fm、載波頻 率f c和作為PWM信號接通時的時間比率的DUTY時間的三個參數(shù)，表
示為
△ fmu=2/{2/fm — 3'n' (1—DUTY) /fc} —fm。電動機轉(zhuǎn)速降
低時也同樣，可以表示為
△ fmd=fm —2/{2/fm+3 n(1—DUTY) /fc}。
(其中假設(shè)相位角小在最初的電角60°區(qū)間21和下一電角60°區(qū) 間22中相等。)
在圖3中表示波動量與載波頻率的關(guān)系。如圖3所示，表示為了將提 高或降低時的波動量Afmu、 Afmd抑制在所定的范圍AfmuO、 Afmd O以內(nèi)，載波頻率有必要為fcO或其以上。這樣，在上下支路PWM交替 中斷中，m為奇數(shù)時的同步轉(zhuǎn)速特別稱為強共振點。
在上支路PWM中斷或在下支路PWM中斷中，在fm二fcX2/(3 ti m) (m為自然數(shù))中，m為偶數(shù)時，發(fā)生上述現(xiàn)象，此時的同步轉(zhuǎn)速特別稱 為強共振點。在圖4中，雖然只表示m二6的上支路PWM中斷的情形，
但是，只要在m為偶數(shù)時，為上支路PWM中斷或下支路PWM中斷，其 動作就完全相同。另外，由于上下支路PWM交替中斷中的符號與動作相 同，故省略其說明。
并且，在DC無電刷電動機11的高轉(zhuǎn)速區(qū)域中，感應(yīng)電壓的零交叉 點隱藏在變頻輸出電壓區(qū)域內(nèi)，從而有時不能檢測。特別是在fm二fcX2/ (3 n k) (k為自然數(shù))中的k〈 5時，控制陷入不穩(wěn)定的狀態(tài)，發(fā)生 失調(diào)現(xiàn)象。
在圖5中表示上下支路PWM交替中斷的情況下感應(yīng)電壓檢測可能區(qū) 域a27窄的以往例，在圖6中表示上支路PWM交替中斷的情況下的感應(yīng) 電壓檢測可能區(qū)域a27窄的以往例。圖5中表示上下支路PWM交替中斷、 且fm二fcX2/ (3 *n.k) (k為自然數(shù))中的k二4時的情形。相位轉(zhuǎn)換 時間T5之后，在時間T0'的期間內(nèi)，存在感應(yīng)電壓檢測空白期間(以后 稱空白期間28)。 '
在空白期間28中，雖然原來在時間T5中進行相位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為下支 路PWM中斷，但實際上，相位轉(zhuǎn)換后載波一個周期份繼續(xù)上支路PWM 中斷。在一般的微型計算機中，空白期間28為載波頻率的一個周期份。 因此，感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27從時間Tl'變?yōu)門3'，作為期間，2a 窄，不能正確地檢測磁極位置，故控制陷入不穩(wěn)定，發(fā)生失調(diào)現(xiàn)象。在這 里，雖然說明了 f m=f cX2/ (3'n'.k)中k=0的情形，但是，只要k <5，就會由于感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27的期間不滿3a，而無法進行正
確的磁極位置檢測。
即使上支路PWM中斷或下支路PWM中斷中，在fm二fcX2/(3 "n k) (k為自然數(shù))中k〈5時，也會發(fā)生上述的現(xiàn)象。在圖6中，雖然表示了 k二4的上支路PWM中斷的情形，但是，只要k〈5，和上下支路PWM交 替中斷中同樣，感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27的期間，在電角60°區(qū)間為 2a，狹窄，故不能進行正確的磁極位i檢測。
因此在以往，為了提高最高轉(zhuǎn)速，使載波頻率fc適應(yīng)fmmax，在f m 二fcX2/ (3 (k為自然數(shù))中，有必要將k設(shè)定得高，以使k
>5 ?？墒窃谶@種情況下，電動機轉(zhuǎn)速為低速時，不僅導(dǎo)致變頻效率的降 低和噪音的增大，還存在不得不使用高成本的高速設(shè)備的問題。
因此，為了解決上述問題，如圖7所示，本發(fā)明的DC無電刷電動機 的控制裝置包括具有n個磁極的DC無電刷電動機ll;包含開關(guān)元件， 并利用開關(guān)元件的開閉，根據(jù)PWM信號將直流電壓16變換為交流電壓 之后，供給到DC無電刷電動機11的直流交流變換機構(gòu)12;檢測DC無
電刷電動機11的感應(yīng)電壓的感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)13;根據(jù)從感應(yīng)電壓檢測 機構(gòu)13輸出的磁極位置信息，輸出電壓波形的電壓控制機構(gòu)14;為了轉(zhuǎn)
換載波頻率7，而預(yù)先設(shè)定的載波頻率轉(zhuǎn)換表71;轉(zhuǎn)換載波頻率7的載波 頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)72;和根據(jù)電壓控制機構(gòu)14和載波頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)72的輸出， 生成PWM信號的PWM控制機構(gòu)15。并且，根據(jù)由感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)13 得到的轉(zhuǎn)速信息和以所定條件預(yù)先設(shè)定在載波頻率轉(zhuǎn)換表71內(nèi)的表格內(nèi) 容，轉(zhuǎn)換載波頻率7的裝置。


圖1是DC無電刷電動機的基本驅(qū)動控制框圖。
圖2是在上下支路PWM交替中斷時，轉(zhuǎn)速與載波頻率同步的例子(m 二5)。
圖3是表示電動機轉(zhuǎn)速的波動量與載波頻率關(guān)系的曲線。 圖4是在上支路PWM中斷時，轉(zhuǎn)速與載波頻率同步的例子(111 = 6)。 圖5是在上下支路PWM交替中斷時，感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域窄的例 子(k=4)。
圖6是在上支路PWM中斷時，感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域窄的例子(k =4)。
圖7是實施方式1所記載的DC無電刷電動機的驅(qū)動控制框圖。 圖8是實施方式1所記載的DC無電刷電動機的載波頻率轉(zhuǎn)換表。 圖9是在上下支路PWM交替中斷時的實施例(m=k=6)。 圖IO是在上支路PWM中斷時的實施例(m=k=5)。 圖中l(wèi)l一DC無電刷電動機，12 —直流交流變換機構(gòu)，13 —感應(yīng)電 壓檢測機構(gòu)，14一電壓控制機構(gòu)，15—PWM控制機構(gòu)，16 —直流電壓， 21 —最初的電角60。區(qū)間，22 —下一電角60°區(qū)間，23 —上支路PWM信 號，24 —下支路PWM信號，25 —指示電壓，26 —載波信號，27 —感應(yīng)電
壓檢測可能區(qū)域a， 28 —空白期間，71—載波頻率轉(zhuǎn)換表，72 —載波頻率 轉(zhuǎn)換機構(gòu)，81 —第一載波頻率fcl下的第一同步轉(zhuǎn)速frl (fcl) ， 82 — 第二載波頻率fc2下的第一同步轉(zhuǎn)速frl (fc2) ， 83 —第一載波頻率fc 1下的最高轉(zhuǎn)速，84 —第二載波頻率fc2下的最高轉(zhuǎn)速。
發(fā)明的
具體實施例方式
本發(fā)明根據(jù)由感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)13得到的轉(zhuǎn)速信息和以所定條件預(yù) 先設(shè)定在載波頻率轉(zhuǎn)換表71內(nèi)的表格內(nèi)容，轉(zhuǎn)換載波頻率的。載波頻率 轉(zhuǎn)換表71設(shè)定轉(zhuǎn)速和載波頻率，以使轉(zhuǎn)速fm和載波頻率fc下的轉(zhuǎn)速 f cx2/ (3.rvm) (m為自然數(shù))不相等。特別是在上下支路PWM交替中 斷時，m為奇數(shù)。特別是上支路PWM中斷或下支路PMW中斷時，m為 偶數(shù)。
另外，由于通過利用如上所述地設(shè)定過的載波頻率轉(zhuǎn)換表71，可以回 避同步轉(zhuǎn)速，故可以將電動機轉(zhuǎn)速提高或降低時的電動機轉(zhuǎn)速波動量抑制 在所定范圍內(nèi)。并且，將載波頻率轉(zhuǎn)換表的各載波頻率中的DC無電刷電 動機ll的最高轉(zhuǎn)速設(shè)定為f m=f cX2/ (3*n*k) (k為自然數(shù))或其 以下。特別是在上下支路PWM交替中斷時，k>5。特別是在上支路PWM 中斷或下支路PWM中斷時，k>5。
下面，說明本發(fā)明的DC無電刷電動機控制方法的實施方式。而且， 本發(fā)明并未由該實施方式限定。
(實施方式1)
結(jié)合圖7、圖8說明實施方式1的DC無電刷電動機的控制方法。圖 7是實施方式1的DC無電刷電動機的驅(qū)動控制框圖。在圖7中，DC無電 刷電動機的控制裝置由具有n個磁極的DC無電刷電動機ll;包含開關(guān) 元件，利用該開關(guān)元件的開閉，根據(jù)PWM信號將直流電壓16變換為交 流電壓之后，供給到DC無電刷電動機11的直流交流變換機構(gòu)12;檢測 DC無電刷電動機11的感應(yīng)電壓的感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)13;根據(jù)從感應(yīng)電 壓檢測機構(gòu)13輸出的磁極位置信息，輸出電壓波形的電壓控制機構(gòu)14; 為了轉(zhuǎn)換所述PWM信號的載波頻率7，而預(yù)先設(shè)定完的載波頻率轉(zhuǎn)換表
71;轉(zhuǎn)換載波頻率7的載波頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)72;和根據(jù)電壓控制機構(gòu)14和
載波頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)72的輸出，以生成PWM信號的PWM控制機構(gòu)15。
圖8表示以所定條件，在載波頻率轉(zhuǎn)換表71中設(shè)定完的表格內(nèi)容的 一例。在圖8中，fcl是第一載波頻率，fc2是第二載波頻率，fc3是第 三載波頻率，fc4是第四載波頻率，frl (fcl)是在第一載波頻率fcl 中轉(zhuǎn)速變?yōu)椴环€(wěn)定的第一同步轉(zhuǎn)速81，可表示為
frl (fcl) = fclX2/ (3 .n'm) (m為自然數(shù)) 同樣，frl (fc2)是第二載波頻率fc2的第一同步轉(zhuǎn)速82。另外， fmmax是第一載波頻率fc 1中的最高轉(zhuǎn)速83，可以表示為 fmmax (fcl) =fc 1 2/ (3 n k) (k為自然數(shù)) 同樣，fmmax (fc2)是第二載波頻率f c 2中的最高轉(zhuǎn)速84。 下面，說明DC無電刷電動機11的控制動作。首先，檢測DC無電刷 電動機11旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)13，向電壓控制 機構(gòu)14和載波頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)72輸出磁極位置信息和轉(zhuǎn)速信息。PWM控 制機構(gòu)15根據(jù)由電壓控制機構(gòu)14輸出的電壓波形和轉(zhuǎn)換載波頻率7的載 波頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)72的輸出，向直流交流變換機構(gòu)12輸出PWM信號。另 外，載波頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)72根據(jù)從感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)13輸出的轉(zhuǎn)速信息和 載波頻率轉(zhuǎn)換表71，選擇預(yù)先設(shè)定的載波頻率7并向PWM控制機構(gòu)15 輸出。
在這里，如圖8所示，載波頻率轉(zhuǎn)換表71將轉(zhuǎn)速區(qū)域分割為多個， 從轉(zhuǎn)速f m 0到f m 1為第一轉(zhuǎn)速區(qū)域，從轉(zhuǎn)速f m 1到f m 2為第二轉(zhuǎn)速 區(qū)域，從轉(zhuǎn)速fm2到fm3為第三轉(zhuǎn)速區(qū)域，從轉(zhuǎn)速fm3到fm4為第 四轉(zhuǎn)速區(qū)域，從轉(zhuǎn)速fm4到fm5為第五轉(zhuǎn)速區(qū)域；設(shè)定為DC無電刷 電動機11的轉(zhuǎn)速在第一轉(zhuǎn)速區(qū)域中，為了回避第一載波頻率fc 1的第一 同步轉(zhuǎn)速frl (fcl) (81)，而選擇載波頻率fc2;在第二轉(zhuǎn)速區(qū)域中， 為了回避第二載波頻率fc2的第一同步轉(zhuǎn)速frl (fc2) (82)，而選擇 載波頻率fcl;在第三轉(zhuǎn)速區(qū)域60中，為了回避第一載波頻率fcl的最 高轉(zhuǎn)速fmmax (fcl) (83)，而選擇載波頻率fc2。
另外，本控制應(yīng)用在空調(diào)機的壓縮機驅(qū)動用DC無電刷電動機時，對 轉(zhuǎn)速fml和第一載波頻率fcl的第一同步轉(zhuǎn)速frl ( fcl) (81)，給
予Af二fml —frl ( fcl)的界限，通常Af二2 3Hz，對轉(zhuǎn)速fm2和第 一載波頻率fcl的最高轉(zhuǎn)速fmmax( fcl) (83)，則給予Af' =fm2+ fmmax ( fcl)的界限，通常A f' 二 5 6Hz 。
因此，第一載波頻率f c 1是根據(jù)如下的兩個條件來設(shè)定的。 一個是由 同步轉(zhuǎn)速來設(shè)定的fcl二 (fml—Af) X (3'n*m)/2 (m為自然數(shù))， 另一個是由最高轉(zhuǎn)速來設(shè)定的fc 1= (fm2+Af ) X (3*n*5)/2。 對第二載波頻率也同樣，fc2= (fml+Af) X (3 .n.m) /2 (m為自 然數(shù))，fc2= (fm3+Af' ) X (3 n' 5) /2。由于第三、第四載波 頻率也同樣，故省略敘述。
另一方面，載波頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)72，在將由感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)13得到 的轉(zhuǎn)速信息在第一轉(zhuǎn)速區(qū)域中變更為第二載波頻率f c 2;在第二轉(zhuǎn)速區(qū)域 中變更為第一載波頻率f c 1;在第三轉(zhuǎn)速區(qū)域中變更為第二載波頻率f c 2 之后，輸出到PWM控制機構(gòu)15，而使得直流交流變換機構(gòu)12驅(qū)動。
另外，載波頻率轉(zhuǎn)換表71除了i述的轉(zhuǎn)速區(qū)域和載波頻率以外，還 設(shè)定如圖8所示的多種模式的轉(zhuǎn)速和載波頻率，在轉(zhuǎn)速和那些模式一致時， 載波頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)72利用相對那些轉(zhuǎn)速而預(yù)先設(shè)定在載波頻率轉(zhuǎn)換表71 中的載波頻率，輸出到PWM控制機構(gòu)15，驅(qū)動直流交流變換機構(gòu)12。
通過利用如上所述地設(shè)定載波頻率轉(zhuǎn)換表71，從而可以進行DC無電 刷電動機ll的控制，以使轉(zhuǎn)速不會等于fm二fcX2/ (3'n'm) (m為 自然數(shù))。另外，由于通過如上所述地設(shè)定載波頻率轉(zhuǎn)換表71，可以回避 同步轉(zhuǎn)速，故可以將電動機轉(zhuǎn)速上升或降低時的電動機轉(zhuǎn)速得波動量抑制 在所定范圍之內(nèi)。另外，電動機轉(zhuǎn)速上升或降低時的電動機轉(zhuǎn)速得波動量 Afmu、 Afmd如前所述可以表示為<formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 12</formula>
具有圖3所示的特性。
并且，可以進行DC無電刷電動機的控制，以使DC無電刷電動機ll 的最高轉(zhuǎn)速為f m=f cX2/ (3 n k) (k為自然數(shù))或其以下。
如上所說明得，根據(jù)實施方式1的DC無電刷電動機控制裝置，通過 如上所述地設(shè)定載波頻率轉(zhuǎn)換表71，將成為DC無電刷電動機11得不穩(wěn)
定因素的轉(zhuǎn)速和載波頻率的關(guān)系數(shù)學(xué)公式化，從而即使利用低速設(shè)備，也 可以容易地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速全范圍內(nèi)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
(實施方式2)
結(jié)合圖7、圖8、圖9說明本發(fā)明的實施方式2。圖7、圖8和實施方 式1相同。圖9是上下支路PWM交替中斷的情形，雖然是在fm二fcX 2/(3*n'm) (m為自然數(shù))中，m=6的情形，但是，只要m為偶數(shù)， 其動作就都相同。符號和現(xiàn)有例相同。
轉(zhuǎn)速變?yōu)椴环€(wěn)定的同步轉(zhuǎn)速分別存在于每一個載波頻率中，同步轉(zhuǎn)速 變?yōu)閒 r (f c) =f c 2/ (3 n m) (m為自然數(shù))。特別是在上下支路 PWM交替中斷時，如上述的發(fā)明所要解決的問題中所說明的，m為奇數(shù) 時變?yōu)閺姽舱顸c，所以，在fm二fcX2/ (3 *n.m) (m為自然數(shù))中， 回避m變?yōu)槠鏀?shù)的強共振點而通過設(shè)定載波頻率轉(zhuǎn)換表71 ，可以進行DC 無電刷電動機11的穩(wěn)定的控制。
在這里，作為m為偶數(shù)時的一例，結(jié)合圖9說明在f m二f c 2/(3 ti to) (m為自然數(shù))中m二6的情形。由于在感應(yīng)電壓波形A、感應(yīng)電壓波形 D、感應(yīng)電壓波形E時和現(xiàn)有例相同，零交叉點位于感應(yīng)電壓檢測可能區(qū) 域a27內(nèi)，所以在控制上沒有問題。
另一方面，在為感應(yīng)電壓波形B、感應(yīng)電壓波形C時，最初的電角 60°區(qū)間21中的零交叉點的原來時間是Tb、 Tc，但由于零交叉點位于 感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27以外，故在這個區(qū)間中，將零交叉點推定為 T2。 一般地，多為T2= (Tl+T3) /2、 T3_T2 = T2—Tl。這樣，在作 為零交叉點的時間Tb、 Tc存在于感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27以外時，即 使在由于電動機負(fù)荷的變動而導(dǎo)致感應(yīng)電壓波形C變?yōu)楦袘?yīng)電壓波形B 的情況下，因為將零交叉點推定為時間T2，故和原來的感應(yīng)電壓波形沒 有關(guān)系而將相位角設(shè)定為(j)2。
在下一電角60。區(qū)間22中也同樣'，相位角設(shè)定為(()2' =*2，但是， 由于作為感應(yīng)電壓波形B'、感應(yīng)電壓波形C'的零交叉點的時間Tb'、 Tc'存在于感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27內(nèi)，所以，如圖9所示，在下一電 角60°區(qū)間22中，通過將相位轉(zhuǎn)換時間設(shè)定為相位角(()2'，從而自載波
頻率和轉(zhuǎn)速的同步中脫離。
另外，如上所述，由于通過設(shè)定載波頻率轉(zhuǎn)換表71，可以回避同步轉(zhuǎn) 速，故可以將轉(zhuǎn)速上升或下降時的波動量抑制在所定范圍之內(nèi)。
因此，PWM信號為上下PWM時，在fm二fc'2/ (3 n m) (m
為自然數(shù))中，通過特別回避m變?yōu)槠鏀?shù)的強共振點來設(shè)定載波頻率轉(zhuǎn)換 表，從而即使在利用低速設(shè)備的情況下，也可以在轉(zhuǎn)速全范圍內(nèi)容易地實 現(xiàn)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。
(實施方式3)
結(jié)合圖7、圖8和圖10說明本發(fā)明的實施方式3。圖7、圖8和實施 方式1相同。圖10是表示上支路PWM中斷時的動作，雖然是在f m =f c X2/ (3 n m) (m為自然數(shù))中m=5的情形，但是，只要m為奇數(shù)， 其動作都相同。
在上支路PWM中斷時，如上述的發(fā)明所要解決的問題中所說明的， 成為m為偶數(shù)時的強共振點，所以，在f m=f c 2/ (3 n m) (m為
自然數(shù))中，通過特別回避成為m為偶數(shù)時的強共振點，設(shè)定載波頻率轉(zhuǎn) 換表，從而進行DC無電刷電動機的穩(wěn)定控制。
另外，如上所述，由于通過設(shè)定載波頻率轉(zhuǎn)換表71，可以回避同步轉(zhuǎn) 速，故可以將轉(zhuǎn)速上升或下降時的波動量抑制在所定范圍之內(nèi)。在這里， 作為m為奇數(shù)時的一例，圖10中示出m =5的情形，但由于其內(nèi)容和實 施方式2相同，故省略說明。
(實施方式4)
結(jié)合圖7、圖8、圖9說明本發(fā)明的實施方式4。圖7、圖8和實施方 式1相同。圖9是上下支路PWM交替中斷的情形，是在f m=f cX2/ (3 n k) .(k為自然數(shù))中k二5的情形。
此時，感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27從Tl'到T2'、從T3'到T4'， 擴大為4a，可以正確地進行磁極位置'的檢測。但是，在k二5時，如發(fā)明 所要解決的問題中所說明的，相當(dāng)于強共振點，所以，在上下支路PWM 交替中斷時，在fm二fc.2/ (3 'n'k) (k為自然數(shù))中，最高轉(zhuǎn)速為k>5。
因此，在上下支路PWM交替中斷時，在載波頻率轉(zhuǎn)換表71中，通 過在f m=f c 2/ (3 n k) (k為自然數(shù))中將最高轉(zhuǎn)速設(shè)定為k〉5, 確保感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的控制，同時如實施方式 l所示，通過將載波頻率轉(zhuǎn)換為fcl、 fc2，可以提高最高轉(zhuǎn)速。
(實施方式5)
結(jié)合圖7、圖8和圖10說明本發(fā)明的實施方式5。圖7、圖8和實 施方式5相同。圖10是表示上支路PWM中斷中，在fm二fcX2/(3 n
(k為自然數(shù))中，k二5的情形。此時，感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27從 Tl'到T3'、從T4'到T5'擴大為3a的期間，可以進行磁極位置的 檢測。
因此，在上支路PWM中斷時，在載波頻率轉(zhuǎn)換表71中，在fm二fc 2/ (3-n*k) (k為自然數(shù))中，通過將最高轉(zhuǎn)速設(shè)定為k>5，從而確保 感應(yīng)電壓檢測可能區(qū)域a27，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的控制，同時，如實施方式1 所示，通過將載波頻率轉(zhuǎn)換為fcl、 fc2，可以提高最高轉(zhuǎn)速。
(發(fā)明的效果)
如上所說明的，由于本發(fā)明在由感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)所獲得的轉(zhuǎn)速達(dá)到 載波頻率轉(zhuǎn)換表中設(shè)定的轉(zhuǎn)速時可以轉(zhuǎn)換載波頻率，故在DC無電刷電動 機的轉(zhuǎn)速全范圍內(nèi)可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，同時，在控制上不需要高速設(shè)備， 故可以低價地提供本控制裝置。
權(quán)利要求
1、一種DC無電刷電動機控制裝置，其中包括直流交流變換機構(gòu)，其包含開關(guān)元件，并利用開關(guān)元件的開閉，根據(jù)PWM信號將直流電壓變換為交流電壓之后，供給到具有n個磁極的DC無電刷電動機；感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)，其檢測所述DC無電刷電動機感應(yīng)電壓；電壓控制機構(gòu)，其根據(jù)所述感應(yīng)電壓檢測機構(gòu)所輸出的感應(yīng)位置信息，輸出電壓波形；載波頻率轉(zhuǎn)換表，其是為了轉(zhuǎn)換所述PWM信號的載波頻率而預(yù)先設(shè)定的；載波頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)，轉(zhuǎn)換所述載波頻率；和PWM控制機構(gòu)，根據(jù)電壓控制機構(gòu)和所述載波頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)的輸出，生成PWM信號，其特征在于，所述載波頻率轉(zhuǎn)換表具有以所定條件預(yù)先設(shè)定的表格內(nèi)容，根據(jù)所述載波頻率轉(zhuǎn)換表，由所述載波頻率轉(zhuǎn)換機構(gòu)來生成所述PWM信號，所述所定條件，是將所述DC無電刷電動機的轉(zhuǎn)速和所述載波頻率設(shè)定為使具有n個磁極的DC無電刷電動機的最高轉(zhuǎn)速為PWM信號的載波頻率的2/(3·n·k)倍或其以下，其中k為自然數(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC無電刷電動機控制裝置，其特征在于， 在上下支路PWM交替中斷時，所述自然數(shù)k， k〉5。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC無電刷電動機控制裝置，其特征在于， 在上支路PWM中斷或下支路PWM中斷時，所述自然數(shù)k， k>5。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，對成為DC無電刷電動機不穩(wěn)定因素的轉(zhuǎn)速與載波頻率的關(guān)系，明確其機理，提供一種通過將成為不穩(wěn)定因素的轉(zhuǎn)速和載波頻率數(shù)學(xué)公式化，從而即使在利用低速設(shè)備時，也容易實現(xiàn)在轉(zhuǎn)速的全區(qū)域中穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的DC無電刷電動機控制裝置。本發(fā)明根據(jù)電動機感應(yīng)電壓檢測中所獲得的轉(zhuǎn)速信息和預(yù)先以所定條件而設(shè)定在載波頻率轉(zhuǎn)換表里的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換載波頻率。由此，可以以低價的低速設(shè)備來實現(xiàn)在DC無電刷電動機的運轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)不存在空白區(qū)域，并能在轉(zhuǎn)速全區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的控制。
文檔編號H02P6/10GK101179249SQ20071016241
公開日2008年5月14日 申請日期2004年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月26日
發(fā)明者東光英, 谷祐二, 長谷川博基 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社