專利名稱：無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置。
下面，說明現(xiàn)有的無位置傳感器無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置。圖1是現(xiàn)有的無位置傳感器無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的框圖。
如圖所示，現(xiàn)有的無位置傳感器無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置由整流電路2、用6個半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的120度通電式的電壓式逆變器(逆變器)3、無刷直流電動機(jī)4、轉(zhuǎn)子位置檢測器5和驅(qū)動控制裝置7構(gòu)成。
從商用電源1經(jīng)整流電路2進(jìn)行整流平滑的直流電源供給逆變器3的輸入端。另外，逆變器3的輸出端與無刷直流電動機(jī)4的定子電樞繞組線連接，由此來接通、斷開上述直流電源，使無刷直流電動機(jī)4轉(zhuǎn)動。
無刷直流電動機(jī)4由將多相電樞繞組線進(jìn)行星形連接的定子和利用永久磁鐵構(gòu)成磁極對的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動而在定子電樞繞組線端6產(chǎn)生反電動勢。
上述反電動勢從定子電樞繞組線端6輸入轉(zhuǎn)子位置檢測器5，由該轉(zhuǎn)子位置檢測器5進(jìn)行轉(zhuǎn)子的位置檢測，并作為脈沖信號輸入驅(qū)動控制裝置7。
驅(qū)動控制裝置7由逆變器驅(qū)動電路8、輸出模式發(fā)生電路9和PWM控制電路10構(gòu)成。
輸出模式發(fā)生電路9與從轉(zhuǎn)子位置檢測器5輸入的檢測定時一致地確定驅(qū)動逆變器3的各開關(guān)元件的觸發(fā)的模式。進(jìn)而，輸出模式發(fā)生電路9將該模式與根據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)指令11確定PWM斬波控制的通/斷的占空比的PWM控制電路10的輸出進(jìn)行合成，生成信號，將該信號輸入逆變器驅(qū)動電路8。并且，利用該逆變器驅(qū)動電路8驅(qū)動逆變器3的各個觸發(fā)極。
下面，說明上述現(xiàn)有的無位置傳感器無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)子位置檢測器5。圖2是表示轉(zhuǎn)子位置檢測器5中的1相的電路圖。
如圖所示，轉(zhuǎn)子位置檢測器5由利用電阻21，22構(gòu)成的分壓電路20；用于除去直流成分的電容器23；利用電阻25和電容器26構(gòu)成的一次延遲濾波電路24；利用電阻28，29，30和比較器31構(gòu)成的比較電路27所構(gòu)成。
定子電樞繞組線端6的端電壓從輸入端輸入分壓電路20，以上述直流電源的0V為基準(zhǔn)，利用電阻21與電阻22的分壓比檢測該端電壓。
在該檢測的端電壓中，除了反電動勢的基波成分外，還包含上述PWM斬波控制引起的高頻成分、以換向后的回流模式發(fā)生的尖峰脈沖電壓和由分壓電路20的電阻21，22的偏差引起的直流成分的偏移等。為了減輕這些成分，通過連接電容器23用于隔斷直流成分，進(jìn)而利用一次延遲濾波器24減少高頻成分，同時，進(jìn)行90度移相。比較電路27通過將一次延遲濾波器24的輸出與基準(zhǔn)電壓34進(jìn)行比較，將轉(zhuǎn)子位置檢測信號作為脈沖信號向輸出端輸出。基準(zhǔn)電壓34使用直接將定子電樞繞組線的中性點電壓與上述一次延遲濾波器24的端電壓合成而得到的中性點電壓。
由于90度移相的檢測信號作為比檢測的本身的相落后120度的相的轉(zhuǎn)子位置檢測信號使用，所以，在電流相位角基本上為0度的位置進(jìn)行驅(qū)動。例如，以U，V，W的3相驅(qū)動時，以U相的端電壓檢測的檢測信號作為W相的轉(zhuǎn)子位置檢測信號使用。
作為無刷直流電機(jī)4的轉(zhuǎn)子，通常使用如圖3所示的那樣具有形成磁路的轉(zhuǎn)子軛12和瓦狀的勵磁用永久磁鐵13并在轉(zhuǎn)子軛12的外周表面粘接上述瓦狀的勵磁用永久磁鐵13而形成的表面磁鐵式的轉(zhuǎn)子和如圖4所示的那樣轉(zhuǎn)子具有形成磁路的轉(zhuǎn)子軛15和勵磁用永久磁鐵16并將上述勵磁用永久磁鐵16插入到設(shè)在轉(zhuǎn)子軛15上的槽內(nèi)而形成的埋入磁鐵式的轉(zhuǎn)子。作為這些轉(zhuǎn)子的控制方式，已提出了最佳的方法(森本、上野、武田「埋入磁鐵式結(jié)構(gòu)PM電動機(jī)的寬范圍可變速控制」平成6年電氣學(xué)會論文志D、114卷6號、p662-p667)。
通常，使用用d-q坐標(biāo)表示的永久磁鐵的無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式由下式給出。T＝p·{φmag·iq＋(Ld－Lq)·id·iq}...(1)其中，T為轉(zhuǎn)矩，p為極對數(shù)，φmag為永久磁鐵產(chǎn)生的電樞交鏈磁通，id、iq分別為電樞電流的d軸分量和q軸分量，Ld、Lq分別為d軸電感和q軸電感。
設(shè)電樞電流的振幅為I、相對于q軸的電樞電流的相位角(電流相位角)為θ時，則id、iq分別定義為
id＝-I·sinθ …(2)iq＝I·cosθ …(3)其中，I是電樞電流的振幅，θ表示從q軸看到的電流相位角。
根據(jù)定義式(2)、(3)，轉(zhuǎn)矩式(1)可以變換為下式。
式1T＝P·(φmag·Icosθ＋L1·I2sin2θ)…(4)其中，L1為如下公式L1＝(Lq-Ld)/2 …(5)在圖3所示的表面磁鐵式轉(zhuǎn)子的情況下，由于顯示出d軸電感和q軸電感相等的非突極性(Ld＝Lq)，所以，轉(zhuǎn)矩式(1)的第2項為0，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與q軸電流iq成正比地產(chǎn)生。另外，在(4)式中同樣也可以解得第2項為0，從而獲得使電流相位角θ為0度的最大的轉(zhuǎn)矩。即，根據(jù)(2)、(3)式使電流相位角θ為0度，令id＝0，對于非突極性即表面磁鐵式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷直流電動機(jī)是最佳的運轉(zhuǎn)控制法。這就是通常將d軸電流保持為0的控制法，稱為id＝0控制。
如圖3所示，表面磁鐵式轉(zhuǎn)子利用非磁性的套筒14將外周面覆蓋，防止由于高速轉(zhuǎn)動而引起永久磁鐵飛散。
另一方面，如圖4所示，由于埋入磁鐵式轉(zhuǎn)子在疊裝多個硅鋼片而成的轉(zhuǎn)子軛15的外周設(shè)置利用勵磁用永久磁鐵16而形成的磁極，所以，不必?fù)?dān)心磁鐵的飛散等，特別是可以實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動。該埋入磁鐵式轉(zhuǎn)子由于與d軸方向的磁等效氣隙相比，q軸方向的磁等效氣隙小，所以，顯示出q軸電感比d軸電感大的反突極性(Ld＜Lq)。
因此，根據(jù)轉(zhuǎn)矩式(1)，利用與第1項的q軸電流iq成正比的磁鐵引起的轉(zhuǎn)矩和由第2項的反突極性產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩可以得到產(chǎn)生的電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩。因此，根據(jù)轉(zhuǎn)矩式(4)，利用磁鐵引起的轉(zhuǎn)矩與磁阻轉(zhuǎn)矩的合成為最大的電流相位角θ(以后，稱為進(jìn)角θ)進(jìn)行控制，對于反突極性即埋入磁鐵式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷直流電動機(jī)，是最佳的運轉(zhuǎn)控制法。這就是通常有效地靈活運用磁阻轉(zhuǎn)矩的控制法，稱為最大轉(zhuǎn)矩控制法。圖5是進(jìn)行最大轉(zhuǎn)矩控制時的進(jìn)角θ與電動機(jī)轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系。
另外，作為埋入磁鐵式的控制法，已提出了通過積極地利用磁阻轉(zhuǎn)矩的等效減弱磁場控制而擴(kuò)大高速轉(zhuǎn)動區(qū)域的方法。在該方式中，直至加到電機(jī)上的最大外加電壓與電機(jī)的反電動勢相等的運轉(zhuǎn)區(qū)域，都可以利用上述最大轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行最佳的運轉(zhuǎn)。通常，在此以上的高速運轉(zhuǎn)區(qū)域，由于最大外加電壓和電機(jī)的反電動勢相等，所以，不能進(jìn)行運轉(zhuǎn)。但是，通過使超前角θ超前，使d軸電流積極地流過，便可利用d軸電樞反應(yīng)等效地減弱永久磁鐵的電樞交鏈磁通。只要利用該等效減弱磁場控制將電動機(jī)輸出控制為恒定輸出，就可以擴(kuò)大高速轉(zhuǎn)動區(qū)域的運轉(zhuǎn)范圍。通常，稱之為最大輸出控制。
在上述現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子位置檢測器5中，利用一次延遲濾波器24從定子電樞繞組線端6隔斷高頻成分，同時進(jìn)行端電壓的90度相移，所以，一次延遲濾波器24的截止頻率設(shè)定為從幾赫茲(Hz)到小于幾十赫茲(Hz)。
另一方面，因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動而在定子電樞繞組線端6產(chǎn)生的反電動勢的基波成分根據(jù)電動機(jī)轉(zhuǎn)動范圍通?？梢愿淖儙装俸掌?HZ)左右，所以，通過一次延遲濾波器24的轉(zhuǎn)子位置檢測信號的相位將隨無刷直流電動機(jī)4的轉(zhuǎn)動額率的增加而發(fā)生檢測延遲，在換向后的回流模式下發(fā)生尖峰脈沖電壓，脈沖寬度隨負(fù)荷電流的狀況而增加，所以，在檢測中將發(fā)生超前等現(xiàn)象，從而不能獲得正確的換向相位。特別是當(dāng)以高速轉(zhuǎn)動進(jìn)行驅(qū)動時，由于成為落后相位的運轉(zhuǎn)，所以，將限制運轉(zhuǎn)范圍，同時招致電機(jī)效率降低。
因此，利用現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子位置檢測器5的結(jié)構(gòu)難于進(jìn)行無刷直流電動機(jī)4的最佳的運轉(zhuǎn)控制，特別是在埋入磁鐵式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的情況下，如圖5所示的那樣，對于電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，必須控制為使超前角θ超前，從而不能充分發(fā)揮電動機(jī)性能。
另外，在埋入磁鐵式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無位置傳感器無刷直流電動機(jī)中，為了擴(kuò)大運轉(zhuǎn)范圍，可以采用上述最大輸出控制法。
但是，為了精密地控制超前角θ，需要高分辨率的編碼器，這將導(dǎo)致成本提高，由于多數(shù)無位置傳感器無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動用途是在特殊環(huán)境下，所以，不能使用高分辨率的編碼器及霍爾元件等的轉(zhuǎn)子位置檢測用的傳感器。
本發(fā)明的目的旨在提供一種無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置利用不受無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)動頻率及負(fù)荷的變化影響、總是能夠進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)子位置的檢測的轉(zhuǎn)子位置檢測器，可以簡單地擴(kuò)大特別是埋入磁鐵式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)范圍。
本發(fā)明可以利用下述(1)～(12)的方案達(dá)到這一目的。
(1)一種具有將3相電樞繞組線U、V、W進(jìn)行星形連接的定子、利用永久磁鐵構(gòu)成磁極對的轉(zhuǎn)子、備有多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的120度通電式的逆變器、檢測在上述定子的電樞繞組線端發(fā)生的端電壓并生成與上述轉(zhuǎn)子的磁極位置對應(yīng)的信號的轉(zhuǎn)子位置檢測器和根據(jù)上述轉(zhuǎn)子位置檢測器的信號進(jìn)行由上述逆變器利用PWM斬波控制的速度調(diào)整的驅(qū)動控制裝置的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于上述轉(zhuǎn)子位置檢測器具有根據(jù)上述定子的電樞繞組線端的端電壓生成電樞繞組線W-U間的線電壓Vw-u的第1線電壓生成器、生成電樞繞組線U-V間的線電壓Vu-v的第2線電壓生成器、生成電樞繞組線V-W間的線電壓Vv-w的第3線電壓生成器、放大從上述第1線電壓生成器輸出的關(guān)于線電壓Vw-u的信號的第1放大器、放大從上述第2線電壓生成器輸出的關(guān)于線電壓Vu-v的信號的第2放大器、放大從上述第2線電壓生成器輸出的關(guān)于線電壓Vv-w的信號的第3放大器、將關(guān)于上述線電壓Vw-u的信號與從上述第2放大器輸出的信號進(jìn)行比較的第1比較器、將關(guān)于上述線電壓Vu-v的信號與從上述第3放大器輸出的信號進(jìn)行比較的第2比較器和將關(guān)于上述線電壓Vv-w的信號與從上述第1放大器輸出的信號進(jìn)行比較的第3比較器。
(2)上述(1)所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于設(shè)流過上述定子的電樞繞組線的電流在d-q坐標(biāo)系中相對于q軸的相位角為電流相位角θ時，上述轉(zhuǎn)子位置檢測器檢測上述電流相位角θ于電氣角超前30度以上的指定的上述轉(zhuǎn)子的磁極位置。
(3)上述(1)或(2)所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于當(dāng)關(guān)于上述線電壓Vw-u的信號大于從上述第2放大器輸出的信號時，上述第1比較器輸出高電平的信號，當(dāng)關(guān)于上述線電壓Vu-v的信號大于從上述第3放大器輸出的信號時，上述第2比較器輸出高電平的信號，當(dāng)關(guān)于上述線電壓Vv-w的信號大于從上述第1放大器輸出的信號時，上述第3比較器輸出高電平的信號。
(4)上述(1)～(3)的任一項所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于上述轉(zhuǎn)子位置檢測器具有判斷電動機(jī)外加電壓的外加電壓判斷裝置和根據(jù)該外加電壓判斷裝置的信號改變上述第1、第2和第3放大器的增益的第1、第2和第3增益切換裝置。
(5)上述(1)～(3)的任一項所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于上述轉(zhuǎn)子位置檢測器具有判斷電動機(jī)外加電壓的n個(n為大于2的整數(shù))外加電動壓判斷裝置和根據(jù)該外加電壓判斷裝置的信號改變上述第1、第2和第3放大器的增益的n個增益切換裝置。
(6)上述(4)或(5)所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于在上述外加電壓判斷裝置中附設(shè)磁滯回路。
(7)上述(1)～(6)的任一項所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于上述驅(qū)動控制裝置具有與PWM斬波控制的斬波開通時一致地檢測上述轉(zhuǎn)子位置檢測器的信號的斬波開通檢測裝置、與開放相一致地選擇上述斬波開通檢測裝置的信號的開放相選擇裝置和根據(jù)上述開放相選擇裝置的信號檢測指定的邊緣的邊緣檢測裝置。
(8)上述(1)～(7)的任一項所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于當(dāng)利用上述轉(zhuǎn)子位置檢測器檢測到指定的上述轉(zhuǎn)子的磁極位置時，就與該檢測同步地輸出換向信號。
(9)上述(1)～(7)的任一項所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于從利用上述轉(zhuǎn)子位置檢測器檢測到指定的上述轉(zhuǎn)子的磁極位置到上述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動指定的移相量后，輸出換向信號。
(10)上述(9)所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于具有設(shè)定上述移相量的移相量設(shè)定裝置。
(11)上述(10)所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于利用上述移相量設(shè)定裝置進(jìn)行的移相量的設(shè)定至少根據(jù)上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行改變。
(12)上述(10)所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于利用上述移相量設(shè)定裝置進(jìn)行的移相量的設(shè)定至少根據(jù)上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)和電機(jī)電流進(jìn)行改變。
圖1是現(xiàn)有的無傳感器無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的框圖。
圖2是現(xiàn)有的無傳感器無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)子位置檢測器中的1相的電路。
圖3是示意地表示表面磁鐵式轉(zhuǎn)子的平面圖。
圖4是示意地表示埋入磁鐵式轉(zhuǎn)子的平面圖。
圖5是表示進(jìn)行最大轉(zhuǎn)矩控制時的超前角θ-轉(zhuǎn)矩T特性的曲線圖。
圖6是本發(fā)明的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖7是本發(fā)明的無刷直流電動機(jī)的勵磁模式的圖。
圖8是表示在本發(fā)明中無刷直流電動機(jī)的超前角為0度時的U相、V相、W相的反電動勢ea、eb、ec與驅(qū)動信號的關(guān)系的圖。
圖9是表示利用本發(fā)明的斬波控制在Ta+-Tb-導(dǎo)通時的等效電路的電路圖。
圖10是表示本發(fā)明的反電動勢的檢測定時的圖。
圖11是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子位置檢測器的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖12是表示本發(fā)明的轉(zhuǎn)子位置檢測的檢測定時的圖。
圖13是表示圖11所示的電路圖的各部分的信號波形的時間圖。
圖14是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子位置檢測器的其他結(jié)構(gòu)例的主要部分的框圖。
圖15是本發(fā)明的外加電壓判斷裝置的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖16是本發(fā)明的光控MOS開關(guān)的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖17是表示本發(fā)明的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的曲線圖。
圖18是表示本發(fā)明的電動機(jī)效率的曲線圖。
圖19是表示本發(fā)明的逆變效率的曲線圖。
圖20是本發(fā)明的第1放大器的其他結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖21是本發(fā)明的外加電壓判斷裝置的其他結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖22是本發(fā)明的外加電壓判斷裝置及其附近電路的其他結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖23是表示本發(fā)明的比較器和觸發(fā)電路的輸入輸出關(guān)系的圖。
圖24是表示本發(fā)明的T-N特性的曲線圖。
圖25是本發(fā)明的驅(qū)動控制裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖26是本發(fā)明的斬波開通檢測裝置、開放相選擇裝置和邊緣檢測裝置的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖27是表示圖26所示的電路的動作的時間圖。
圖28是表示本發(fā)明的真值表的圖。
圖29是本發(fā)明的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的其他結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖30是表示1換向循環(huán)的控制部的動作的流程圖。
圖31是本發(fā)明的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的其他結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖32是表示1換向循環(huán)的控制部的動作的流程圖。
1...商用電源2...整流電路3...電壓式逆變器4...無刷直流電動機(jī)5...轉(zhuǎn)子位置檢測器6...定子電樞繞組線端7...驅(qū)動控制裝置8...逆變器驅(qū)動電路9...輸出模式發(fā)生電路10...PWM控制電路11...轉(zhuǎn)數(shù)指令12...轉(zhuǎn)子軛13...勵磁用永久磁鐵14...套筒
15...轉(zhuǎn)子軛16...勵磁用永久磁鐵20...分壓電路21、22...電阻23...電容器24...一次延遲濾波電路25...電阻26...電容器27...比較電路28～30...電阻31...比較器32...輸入端33...輸出端34...基準(zhǔn)電壓35...基準(zhǔn)電壓40...無刷直流電動機(jī)41...定子42...轉(zhuǎn)子43...電壓式逆變器44...轉(zhuǎn)子位置檢測器45...驅(qū)動控制裝置50a...第1線電壓生成器50b...第2線電壓生成器
50c...第3線電壓生成器51～54...電阻55...放大器56～59...電阻60、65...放大器61～64...電阻66a...第1比較器66b...第2比較器66c...第3比較器70a、70b、70c...絕緣耦合器71...斬波開通檢測裝置72...開放相選擇裝置73...邊緣檢測裝置80a...第1放大器80b...第2放大器80c...第3放大器81、82...電阻83...放大器84、85...電阻86...放大器87、88...電阻89...放大器90a...第1增益切換裝置90b...第2增益切換裝置
90c...第3增益切換裝置91、93、95...電阻92、94、96...模擬開關(guān)101～10n...外加電壓判斷裝置100...“與”門101～103...“與”電路110...“異”門111～113...“異”電路121...數(shù)據(jù)選擇器200...“與”門201～203...“與”電路204...三角波發(fā)生電路205...比較器206...LED207...MOSFET208...比較器210...“或”門301～30n...比較器311、312...單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器400...控制部401...電流檢測器402...比較器501...觸發(fā)電路
S101～S106...步驟P101～P107...步驟下面，參照附圖所示的優(yōu)選的實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的無刷直流電動機(jī)(無位置傳感器無刷直流電動機(jī))的驅(qū)動裝置。(實施例1)下面，參照


本發(fā)明的實施例1。
圖6是本發(fā)明的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。
如圖所示，無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置由利用將3相的電樞繞組線(勵磁線圈)進(jìn)行星形連接的定子41和利用永久磁鐵構(gòu)成磁極(磁極對)的轉(zhuǎn)子42構(gòu)成的無刷直流電動機(jī)(電動機(jī))40、進(jìn)行利用斬波控制的速度調(diào)整的120度通電式的電壓式逆變器(以后，稱為逆變器)43、利用斬波開通時的反電動勢的轉(zhuǎn)子位置檢測器44和利用該轉(zhuǎn)子位置檢測器44的輸出(與信號同義)驅(qū)動控制逆變器43的驅(qū)動控制裝置45構(gòu)成。
將3相電樞繞組線進(jìn)行星形連接的定子41的各相勵磁線圈U、V、W與逆變器43的輸出端連接。直流電源Ed加到該逆變器43的輸入端，直流電源Ed的Ed+與各晶體管的P端連接，Ed的Ed-與N端連接。該逆變器43由各個P端的回流二極管Da+、Db+、Dc+連接的P端的晶體管(半導(dǎo)體開關(guān)元件)Ta+、Tb+、Tc+和各個N端的回流二極管Da-、Db-、Dc-連接的N端的晶體管(半導(dǎo)體開關(guān)元件)Ta-、Tb-、Tc-構(gòu)成。
如圖7所示，驅(qū)動控制裝置45從各相的勵磁線圈中選擇2個繞組線按照將P端晶體管與N端晶體管組合為一組的勵磁模式使之順序?qū)ǎ璐嗽诙ㄗ?1中形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子42轉(zhuǎn)動。另外，對于上述勵磁模式的P端晶體管或N端晶體管利用PWM控制使之交替地反復(fù)導(dǎo)通、截止(以后，將導(dǎo)通稱為斬波開通，將截止稱為斬波關(guān)閉)，通過改變斬波開通、斬波關(guān)閉的占空比，調(diào)整輸入功率，從而進(jìn)行速度調(diào)整。這時，在定子41的各相勵磁線圈U、V、W中，以直流電源Ed的Ed-端為基準(zhǔn)，可以得到端電壓Vu、Vv、Vw(直流電源Ed的Ed+端或Ed-端都可以作為基準(zhǔn)，但是，在本實施例中以Ed-為基準(zhǔn))。
下面，說明這些端電壓的波形。圖8是表示無刷直流電動機(jī)40的超前角為0度時的U相、V相、W相的反電動勢(反向激勵電壓)ea、eb、ec與驅(qū)動信號的關(guān)系的圖。這時，不論在什么相位，各晶體管中只有P端的指定的一相和與之不同的N端的指定的一相的2個晶體管動作。因此，在各相的端電壓中，1周期內(nèi)存在2次(按電氣角60度區(qū)間2次)P端和N端兩邊的晶體管都不動作的期間。以后，將該期間稱為「開放期間」、將處于該狀態(tài)的相稱為「開放相」。
所謂上述「超前角」是指流過定子的電樞繞組線(勵磁線圈)的電流在d-q坐標(biāo)系中相對于q軸的相位角(電流相位角)。
下面，討論開放期間的斬波開通時的端電壓。圖9是表示在斬波控制下Ta+-Tb-導(dǎo)通時的等效電路的電路圖。如圖所示，驅(qū)動信號輸入Ta+和Tb-，假定電流i從Ta+向Tb-導(dǎo)通即所謂的U相和V相導(dǎo)通的斬波開通。這時，開放相即W相的端電壓Vw可以表為如下形式。在圖9中，L是電感，r是電阻值，VCE是晶體管的集電極-發(fā)射極間的飽和電壓。
首先，根據(jù)電流i流動的環(huán)路，下式成立。Ed＝2(L·di/dt＋ri)＋ea－eb＋2·V CE…(6)L·di/dt＋ri＝Ed/2－(ea－eb)/2－VCE …(7)這時，開放相即W相的端電壓Vw可以用下式表示Vw＝VCE＋L·di/dt＋ri－eb＋ec…(8)將上述(7)式代入(8)式，可以得到下式Vw＝Ed/2＋ec－(ea＋eb)/2…(9)這里，如圖10(a)所示，假定反電動勢是完全的對稱波形，在開放相即W相的反電動勢ec為0V的P點附近，由于ea＝-eb，所以，(9)式成為如下形式Vw＝Ed/2＋ec…(10)該關(guān)系與所謂的P端斬波或N端斬波的PWM斬波控制的方式無關(guān)，不論哪種方式都成立，只要是斬波開通，不論哪種斬波都可以得到滿足上述(10)式的開放相端電壓。
另外，由上述(10)式可知，開放相端電壓Vw以直流電源Ed的1/2的電位為基準(zhǔn)隨反電動勢ec而變化(上下波動)。即，在斬波開通時，開放相端電壓Vw成為Ed/2的時刻(ec＝0的時刻)就是檢測到比超前角為0度的換向點的電氣角超前了30度的時刻。
下面，說明檢測該開放相端電壓Vw的反電動勢ec成為0V的P點的方法。在本例的情況下，在W相的開放期間中，其他U、V相的斬波開通時的狀態(tài)即U相端電壓Vu為Vu＝Ed－VCE…(11)V相端電壓Vv為Vv＝0＋VCE…(12)如圖10(b)所示，V相相對于W相的端電壓成為Vv－Vw＝-ec－(Ed/2－VCE)…(13)W相相對于U相的端電壓成為Vw－Vu＝ec－(Ed/2－VCE)…(14)將ec＝0分別代入上述(13)式和(14)式求反電動勢ec的P點時，在-(Ed/2－VCE)的點，則Vv－Vw與Vw－Vu一致。通常，VCE是很小的值，由于包含在(13)式和(14)式這兩個公式中，所以，對ec的P點的檢測沒有影響。下面，說明利用上述斬波開通時的反電動勢的轉(zhuǎn)子位置檢測器44。圖11是轉(zhuǎn)子位置檢測器44的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
如圖所示，定子41的各電樞繞組線端的端電壓Vu、Vv、Vw分別輸入第1線電壓生成器50a、第2線電壓生成器50b、第3線電壓生成器50c，變換為線電壓Vw-u、Vu-v、Vv-w 。
上述各線電壓分別輸入第1放大器80a、第2放大器80b、第3放大器80c，這些放大器80a、80b、80c的信號(輸出)和上述線電壓生成器50a、50b、50c的信號(輸出)輸入第1比較器66a、第2比較器66b、第3比較器66c。在上述比較器66a、66b、66c中將它們直接進(jìn)行比較，檢測比超前角為0度的換向點以電氣角超前了30度以上的轉(zhuǎn)子42的磁極位置，生成與該轉(zhuǎn)子42的磁極位置對應(yīng)的信號(磁極位置信號)Up、Vp、Wp。
該轉(zhuǎn)子42的磁極位置信號Up、Vp、Wp從轉(zhuǎn)子位置檢測器44輸入驅(qū)動控制裝置45，驅(qū)動控制裝置45根據(jù)該磁極位置信號控制逆變器43的驅(qū)動。
下面，詳細(xì)說明各線電壓生成器的結(jié)構(gòu)和動作。
第1線電壓生成器50a由電阻51、52、53、54和放大器55構(gòu)成。
并且，U相的端電壓Vu和W相的端電壓Vw輸入(加給)該第1線電壓生成器50a。
即，端電壓Vw通過電阻51輸入放大器55的+輸入端子，端電壓Vu通過電阻52輸入放大器55的-輸入端子，輸出W相相對于U相的端電壓。
該第1線電壓生成器50a是電阻53連接的放大器55的輸出端子與輸入端子之間、電阻54連接為從放大器55的+輸入端子到直流電源Ed的負(fù)端接地的所謂的差動放大器。這里，若令電阻51＝電阻52＝R1，電阻53＝電阻54＝R2，則第1線間電壓生成器50a的輸出(電壓)Vw-u可以表示為Vw-u＝R2/R1·(Vw－Vu) …(15a)結(jié)果，便可獲得以由R2/R1之比確定的放大率放大的W相-U相間的線電壓。
同樣，第2線電壓生成器50b由電阻56、57、58、59和放大器60構(gòu)成。
并且，V相的端電壓Vv和U相的端電壓Vu輸入該第2線電壓生成器50b。即，端電壓Vu通過電阻56輸入放大器60的+輸入端子，端電壓Vv通過電阻57輸入放大器60的-輸入端子，輸出U相相對于V相的端電壓。
該第2線電壓生成器50b是電阻58連接的放大器60的輸出端子與輸入端子之間、電阻59連接為從放大器60的+輸入端子到直流電源Ed的負(fù)端接地的所謂的差動放大器。這里，若令電阻56＝電阻57＝R1，電阻58＝電阻59＝R2，則第2線電壓生成器50b的輸出Vu-v可以表示為Vu-v＝R2/R1·(Vu－Vv) …(15b)結(jié)果，便可獲得以由R2/R1之比確定的放大率放大的U相-V相間的線電壓。
同樣，第3線電壓生成器50c由電阻61、62、63、64和放大器65構(gòu)成。
并且，W相的端電壓Vw和V相的端電壓Vv輸入該第3線電壓生成器50c。即，端電壓Vv通過電阻61輸入放大器65的+輸入端子，端電壓Vw通過電阻62輸入放大器65的-輸入端子，輸出V相相對于W相的端電壓。
該第3線電壓生成器50c是電阻63連接的放大器65的輸出端子與輸入端子之間、電阻64連接為從放大器65的+輸入端子到直流電源Ed的負(fù)端接地的所謂的差動放大器。這里，若令電阻61＝電阻62＝R1，電阻63＝電阻64＝R2，則第3線電壓生成器50c的輸出Vv-w可以表示為Vv-w＝R2/R1·(Vv－Vw) …(15c)結(jié)果，便可獲得以由R2/R1之比確定的放大率放大的V相-W相間的線電壓。
下面，詳細(xì)說明各放大器的結(jié)構(gòu)和動作。
第1線電壓生成器50a的輸出Vw-u輸入第1放大器80a。第1放大器80a由電阻81、82和放大器83構(gòu)成。即，第1放大器80a是上述第1線電壓生成器50a的輸出端與放大器83的+輸入端子連接、電阻81連接為從放大器83的-輸入端子到直流電源Ed的負(fù)端接地、電阻82連接在放大器83的輸出端子與-輸入端子之間的所謂的同相放大器。這里，若令電阻81＝R3、電阻82＝R4，則第1放大器80a的輸出Vw-u(增益)可以表示為Vw-u(增益)＝(1+R4/R3)·Vw-u…(16a)結(jié)果，便可獲得以由(1＋R4/R3)之比確定的放大率放大的成為Vw-u＜Vw-u(增益)的線電壓。
同樣，第2線電壓生成器50b的輸出Vu-v輸入第2放大器80b。第2放大器80b由電阻84、85和放大器86構(gòu)成。即，第2放大器80b是上述第2線電壓生成器50b的輸出端與放大器86的+輸入端子連接、電阻84連接為從放大器86的-輸入端子到直流電源Ed的負(fù)端接地、電阻85連接在放大器86的輸出端子與-輸入端子之間的所謂的同相放大器。這里，若令電阻84＝R3、電阻85＝R4，則第2放大器80b的輸出Vu-v(增益)可以表示為Vu-v(增益)＝(1＋R4/R3)·Vu-v…(16b)結(jié)果，便可獲得以由(1＋R4/R3)之比確定的放大率放大的成為Vu-v＜Vu-v(增益)的線電壓。
同樣，第3線電壓生成器50c的輸出Vv-w輸入第3放大器80c。第3放大器80c由電阻87、88和放大器89構(gòu)成。即，第3放大器80c是上述第3線電壓生成器50c的輸出端與放大器89的+輸入端子連接、電阻87連接為從放大器89的-輸入端子到直流電源Ed的負(fù)端接地、電阻88連接在放大器89的輸出端子與-輸入端子之間的所謂的同相放大器。這里，若令電阻87＝R3、電阻88＝R4，則第3放大器80c的輸出Vv-w(增益)可以表示為Vv-w(增益)＝(1＋R4/R3)·Vv-w…(16c)結(jié)果，便可獲得以由(1＋R4/R3)之比確定的放大率放大的成為Vv-w＜Vv-w(增益)的線電壓。
下面，詳細(xì)說明各比較器的動作。
在第1比較器66a中，將第2放大器80b的輸出Vu-v(增益)與第1線電壓生成器50a的輸出Vw-u進(jìn)行比較，當(dāng)Vu-v(增益)≥Vw-u時，就輸出低電壓(低電平的電壓)，當(dāng)Vu-v(增益)＜Vw-u時，就輸出高電壓(高電平的電壓)，借此生成脈沖信號(磁極位置信號)Up。
同樣，在第2比較器66b中，將第3放大器80c的輸出Vv-w(增益)與第2線電壓生成器50b的輸出Vu-v進(jìn)行比較，當(dāng)Vv-w(增益)≥Vu-v時，就輸出低電壓(低電平的電壓)，當(dāng)Vv-w(增益)＜Vu-v時，就輸出高電壓(高電平的電壓)，借此生成脈沖信號(磁極位置信號)Vp。
同樣，在第3比較器66c中，將第1放大器80a的輸出Vw-u(增益)與第3線電壓生成器50c的輸出Vv-w進(jìn)行比較，當(dāng)Vw-u(增益)≥Vv-w時，就輸出低電壓(低電平的電壓)，當(dāng)Vw-u(增益)＜Vv-w時，就輸出高電壓(高電平的電壓)，借此生成脈沖信號(磁極位置信號)Wp。
作為各比較器66a、66b、66c，分別最好主要使用比較電路等比較器。
圖12是表示利用第1比較器66a將第1線電壓生成器50a的輸出Vw-u與以(1＋R4/R3)的放大率放大的第2放大器80b的輸出Vu-v(增益)進(jìn)行比較時的轉(zhuǎn)子位置檢測的檢測時間圖。
如圖所示，從點H到點J的期間(電氣角60度)為開放期間。Vu-v(增益)呈現(xiàn)峰值的點J表示超前角為0度。設(shè)以該點J為基準(zhǔn)，點H方向的超前角為θ，則由Vw-u與Vu-v(增益)的交點決定的超前角θ可以用下式表示。
θ＝(A/(1＋A))·60 …(17)這里，(17)式中的A表示放大率。由(17)式可知，超前角θ由放大率A決定。例如，當(dāng)A＝1時，在超前角θ＝30度進(jìn)行檢測。另外，如果A＝2，就成為超前角θ＝40度，可以很容易地使轉(zhuǎn)子位置檢測的相位超前(按電氣角達(dá)到超前角30度以上)。
在轉(zhuǎn)子位置檢測中，最好設(shè)定按電氣角使超前角θ超前30度以上，設(shè)定為超前40以上更好，設(shè)定為超前50度以上則特別好。
如上述那樣通過使轉(zhuǎn)子位置檢測的相位超前，可以特別是擴(kuò)大電機(jī)的運轉(zhuǎn)范圍，從而例如可以提高使用無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的系統(tǒng)設(shè)計的自由度。
圖13是表示圖11所示的電路圖中各部分的信號波形的時間圖。在圖13中，Vw-u(增益)、Vu-v(增益)、Vv-w(增益)分別示出了取放大率A約為4倍的情況。
如圖所示，利用轉(zhuǎn)子位置檢測器44生成超前角θ設(shè)定為超前30度以上的磁極位置信號Up、Vp、Wp。
這里，以得到的上述超前30度以的信號Up、Vp、Wp為基準(zhǔn)，通過移相與電機(jī)的特性一致的超前角θ(例如，通過使換向的時刻延遲指定的超前角θ)，便可獲得最佳的運轉(zhuǎn)控制。
作為移相的方法，不特別限定，例如，可以使用將檢測信號用于觸發(fā)器而計數(shù)基準(zhǔn)脈沖的計數(shù)器的方法或者使用利用微處理器將所希望的移相量存儲到ROM等存儲裝置中、讀取并附加與瞬時的轉(zhuǎn)數(shù)對應(yīng)的移相量的方法等。
另外，移相量可以只與轉(zhuǎn)數(shù)對比或只與電機(jī)電流值對比或者與轉(zhuǎn)數(shù)及電機(jī)電流值等對比而改變?yōu)閷﹄姍C(jī)特性最佳的值。例如，為了滿足圖5的關(guān)系，可以與電機(jī)電流值對應(yīng)地改變移相量?？傊?，不論在哪種情況下，通過使用本發(fā)明的轉(zhuǎn)子位置檢測器44，可以將檢測信號正確地設(shè)定為超前30度以上，所以，超前角設(shè)定的范圍寬，從而可以擴(kuò)大運轉(zhuǎn)范圍。(實施例2)下面，參照

本發(fā)明的實施例2。
圖14是本發(fā)明的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)子位置檢測器的其他結(jié)構(gòu)例的主要部分的電路圖。
如圖所示，該轉(zhuǎn)子位置檢測器44是將第1增益切換裝置90a、第2增益切換裝置90b、第3增益切換裝置90c分別與上述實施例1的轉(zhuǎn)子位置檢測器44的第1放大器80a、第2放大器80b、第3放大器80c連接。這些增益切換裝置90a、90b、90c分別根據(jù)判斷電機(jī)外加電壓的外加電壓判斷裝置101的輸出L1在指定的時刻進(jìn)行切換。
下面，詳細(xì)說明判斷電動機(jī)外加電壓的外加電壓判斷裝置101的動作。圖15是外加電壓判斷裝置101的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
電動機(jī)的外加電壓，利用PWM斬波控制通過改變晶體管的斬波開通、斬波關(guān)閉的占空比進(jìn)行調(diào)整，所以，在本實施例中，根據(jù)該斬波開通、斬波關(guān)閉的占空比判斷電機(jī)外加電壓。
如圖15所示，從三角波發(fā)生電路204輸出斬波頻率的三角波或鋸齒波。并且，決定所希望的占空比的指令電壓V0和該三角波發(fā)生電路204的輸出輸入比較器205，由該比較器205將上述指令電壓V0與三角波發(fā)生電路204的輸出進(jìn)行比較，輸出與所希望的占空比對應(yīng)的矩形波。
在本實施例中，決定所希望的占空比的指令電壓V0還輸入比較器208。并且，由比較器208將該指令電壓V0與設(shè)定各增益切換裝置90a、90b、90c的切換時刻的基準(zhǔn)電壓V1進(jìn)行比較，輸出高電壓或低電壓的輸出信號L1。
決定所希望的占空比的方法，不特別限定，在本發(fā)明中，除了上述方法以外，例如還可以采用使用基準(zhǔn)振蕩器及微處理器內(nèi)部的定時器等方法。
下面，詳細(xì)說明各增益切換裝置的結(jié)構(gòu)和動作。
如圖14所示，第1增益切換裝置90a是電阻91與模擬開關(guān)92串聯(lián)連接而成，第2增益切換裝置90b是電阻93與模擬開關(guān)94串聯(lián)連接而成，第3增益切換裝置90c是電阻95與模擬開關(guān)96串聯(lián)連接而成。這對，模擬開關(guān)92、94、96隨判斷電機(jī)外加電壓的外加電壓判斷裝置101的輸出信號L1同時導(dǎo)通、截止，電阻91、93、95隨這些模擬開關(guān)92、94、96的導(dǎo)通、截止而導(dǎo)通或非導(dǎo)通。
作為模擬開關(guān)92、94、96最好使用導(dǎo)通電阻小的MOSFET等開關(guān)元件及圖16所示的光MOS開關(guān)。
光MOS開關(guān)可以利用LED206的光使電絕緣的MOSFET207直接開關(guān)，可以從微處理器的端口等直接觸發(fā)LED202，所以，用微處理器構(gòu)成外加電壓判斷裝置101時，在地線與轉(zhuǎn)子位置檢測器44不同的應(yīng)用中也可以。
如圖14所示，第1放大器80a由電阻81、82和放大器83構(gòu)成。這時，構(gòu)成為上述第1線電壓生成器50a的輸出端與放大器83的+輸入端子連接，電阻81連接為從放大器83的-輸入端子到直流電源Ed的負(fù)端接地，電阻82連接在放大器83的輸出端子與-輸入端子之間，串聯(lián)連接的電阻91和模擬開關(guān)92與電阻82并聯(lián)地連接在放大器83的輸出端子與-輸入端子之間的所謂的同相放大器。這里，若令電阻81＝R3，電阻82＝R4，電阻91＝R5，則第1放大器80a的輸出Vw-u(增益)可以表示為Vw-u(增益)＝(1＋Rz/R3)·Vw-u …(18a)Rz＝(R4·R5)/(R4＋R5)…(19)結(jié)果，可以獲得以由(1＋Rz/R3)之比決定的放大率放大的成為Vw-u＜Vw-u(增益)的線間電壓。因此，通過利用模擬開關(guān)92將電阻91＝R5切換為導(dǎo)通或非導(dǎo)通，改變(19)式的合成電阻Rz，便可改變由(1＋Rz/R3)之比決定的放大率。
同樣，第2放大器80b由電阻84、85和放大器86構(gòu)成。這時，構(gòu)成為上述第2線電壓生成器50b的輸出端與放大器86的+輸入端子連接，電阻84連接為從放大器86的-輸入端子到直流電源Ed的負(fù)端接地，電阻85連接在放大器86的輸出端子與-輸入端子之間，串聯(lián)連接的電阻93和模擬開關(guān)94與電阻85并聯(lián)地連接在放大器86的輸出端子與-輸入端子之間的所謂的同相放大器。這里，若令電阻84＝R3，電阻85＝R4，電阻93＝R5，則第2放大器80b的輸出Vu-v(增益)可以表示為Vu-v(增益)＝(1＋Rz/R3)·Vu-v …(18b)結(jié)果，可以獲得以由(1＋Rz/R3)之比決定的放大率放大的成為Vu-v＜Vu-v(增益)的線電壓。因此，通過利用模擬開關(guān)94將電阻93＝R5切換為導(dǎo)通或非導(dǎo)通，改變(19)式的合成電阻Rz，便可改變由(1＋Rz/R3)之比決定的放大率。
同樣，第3放大器80c由電阻87、88和放大器89構(gòu)成。這時，構(gòu)成為上述第3線電壓生成器50c的輸出端與放大器89的+輸入端子連接，電阻87連接為從放大器89的-輸入端子到直流電源Ed的負(fù)端接地，電阻88連接在放大器89的輸出端子與-輸入端子之間，串聯(lián)連接的電阻95和模擬開關(guān)96與電阻88并聯(lián)地連接在放大器89的輸出端子與-輸入端子之間的所謂的同相放大器。這里，若令電阻87＝R3，電阻88＝R4，電阻95＝R5，則第3放大器80c的輸出Vv-w(增益)可以表為Vv-w(增益)＝(1＋Rz/R3)·Vv-w …(18c)結(jié)果，可以獲得以由(1＋Rz/R3)之比決定的放大率放大的成為Vv-w＜Vv-w(增益)的線電壓。因此，通過利用模擬開關(guān)96將電阻95＝R5切換為導(dǎo)通或非導(dǎo)通，改變(19)式的合成電阻Rz，便可改變由(1＋Rz/R3)之比決定的放大率。
另外，將第1、第2、第3增益切換裝置90a、90b、90c分別與第1、第2、第3放大器80a、80b、80c的電阻81、84、87并聯(lián)連接，同樣也可以改變放大率。
這時，第1放大器80a的輸出Vw-u(增益)可以表為Vw-u(增益)＝(1＋R4/Rz1)·Vw-u…(20)Rz1＝(R3·R5)/(R3＋R5)…(21)結(jié)果，可以獲得以由(1＋Rz/Rz1)之比決定的放大率放大的成為Vw-u＜Vw-u(增益)的線電壓。因此，通過利用模擬開關(guān)92將電阻91＝R5切換為導(dǎo)通或非導(dǎo)通，改變(21)式的合成電阻Rz1，便可改變由(1＋R4/Rz1)之比決定的放大率。
圖17是使用具有圖5的特性的埋入磁鐵式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷直流電動機(jī)實際測量在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中改變增益時的電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的變化時的曲線圖。
如圖所示，轉(zhuǎn)矩特性S1是測量超前角0度的結(jié)果，S2是測量超前角20度的結(jié)果，S3是測量超前角30度的結(jié)果，S4是測量超前角40的結(jié)果。但是，關(guān)于超前角不足30度的轉(zhuǎn)矩特性S1、S2，可以通過將本發(fā)明的轉(zhuǎn)子位置檢測器44的輸出移相而得到。
轉(zhuǎn)矩特性S1是令轉(zhuǎn)位置檢測器44的輸出為超前角30度，將移相量固定并附加-30度(延遲30度)的特性。轉(zhuǎn)矩特性S2是令轉(zhuǎn)位置檢測器44的輸出為超前角30度，將移相量固定并附加-10度的特性。
另外，在實驗中，是通過手動改變外加電壓判斷裝置101的輸出L1分別測量轉(zhuǎn)矩特性S3和S4的。
根據(jù)圖17的結(jié)果可知，轉(zhuǎn)數(shù)從超前角0度的最大值8000rpm到超前角40增大為9500rpm，提高了1500rpm。另外，作為轉(zhuǎn)矩，若在7800rpm下進(jìn)行比較，若以超前角0度的增大轉(zhuǎn)矩為1(0.4N·m)，則在超前角40度時可以得到其大約5倍(1.98N·m)的轉(zhuǎn)矩。
圖18是表示在6000rpm下改變超前角θ時的電機(jī)效率的曲線圖，圖19是表示在6000rpm下改變超前角θ時的逆變器效率的曲線圖。
這時，圖18中的E1、E2、E3分別是在電動機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩1N·m、電動機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩2N·m、電動機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩3N·m下將超前角從20度到40度改變對的電動機(jī)效率。另外，圖19中的F1、F2、F3分別是在電動機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩1N·m、電動機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩2N·m、電動機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩3N·m下將超前角從20度到40度改變時的逆變器效率。
根據(jù)這些結(jié)果可知，使超前角從20度超前為40度時的電動機(jī)效率降低了約1.5％，逆變器效率降低了約0.5％，所以，綜合效率大約降低了2％。
從以上所述可知，在通常的運轉(zhuǎn)中，考慮到效率等，最好是以在額定點輸出轉(zhuǎn)矩的電動機(jī)電流減小的超前角θ即在額定轉(zhuǎn)矩下電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩成為最大的超前角進(jìn)行運轉(zhuǎn)，但是，在電動機(jī)運轉(zhuǎn)中，當(dāng)即使多少犧牲一點效率也需要在一點再增加一些轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)矩時，通過利用設(shè)定的電動機(jī)外加電壓切換到增加超前角一側(cè)，便可擴(kuò)大運轉(zhuǎn)范圍。
在本實施例中，是使用模擬開關(guān)和電阻構(gòu)成增益切換裝置的，但是，除此之外，例如還可以用FET取代模擬開關(guān)和電阻，采用使該FET在有源區(qū)動作可以連續(xù)改變電阻值的方法。
另外，在本實施例中是利用電動機(jī)外加電壓切換增益的，但是，也可以利用電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、電動機(jī)電流切換增益。(實施例3)下面，參照

本發(fā)明的實施例3。
圖20是本發(fā)明的1相的放大器(第1放大器)80a的其他結(jié)構(gòu)例的電路圖。關(guān)于第2、第3放大器80b、80c，由于和該第1放大器80a的結(jié)構(gòu)相同，所以，以后說明從略。
如圖所示，本實施例的轉(zhuǎn)子位置檢測器44相對于上述實施例1的轉(zhuǎn)子位置檢測器44的第1放大器80a的電阻82，是并聯(lián)地連接n個(n為大于2的整數(shù))增益切換裝置901、902、..90n。這些增益切換裝置901、902、...90n根據(jù)分別設(shè)置的n個外加電壓判斷裝置101、102、...10n的輸出L1、L2...Ln分別在指定的時刻進(jìn)行切換。
下面，說明判斷電動機(jī)外加電壓的n個外加電壓判斷裝置101、102、...10n。圖21是外加電壓判斷裝置的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
如圖所示，決定所希望的占空比的指令電壓V0輸入n個比較器301、302...30n。并且，利用n個比較器301、302...30n將該指令電壓V0與設(shè)定n個增益切換裝置901、902...90n的切換時刻的n個基準(zhǔn)電壓V1、V2...Vn進(jìn)行比較，并輸出高電壓或低電壓的輸出信號L1、L2...Ln。如圖20所示，增益切換裝置901是由電阻911與模擬開關(guān)921串聯(lián)連接而成。同樣，其他增益切換裝置902...90n也是分別由電阻912...91n與模擬開關(guān)922..92n串聯(lián)連接而成。模擬開關(guān)921...92n分別隨判斷電機(jī)外加電壓的外加電壓判斷裝置101...10n的輸出信號L1...Ln而導(dǎo)通、截止，以此使電阻911...91n成為導(dǎo)通、非導(dǎo)通。這里，若令電阻81＝R3、電阻82＝R4、n個電阻911...91n＝R511...R51n，則第1放大器80a的輸出Vw-u(增益)可以表示為Vw-u(增益)＝(1＋Rz2/R3)·Vw-u…(22)Rz2＝1/(1/R4＋1/R511＋…＋1/R51n)…(23)結(jié)果，可以獲得以由(1＋Rz2/R3)之比決定的放大率放大的成為Vw-u＜Vw-u(增益)的線電壓。因此，通過利用模擬開關(guān)921...92n將n個電阻911...91n＝R511...R51n切換為導(dǎo)通、非導(dǎo)通而改變(23)式的合成電阻Rz2，可以連續(xù)地改變由(1＋Rz2/R3)之比決定的放大率。
另外，將n個增益切換裝置901...90n與第1放大器80a的電阻81并聯(lián)連接同樣也可以改變放大率。
這時，第1放大器80a的輸出Vw-u(增益)可以表示為Vw-u(增益)＝(1＋R4/Rz3)·Vw-u …(24)Rz3＝1/(1/R3＋1/R511＋…＋1/R5n)…(25)結(jié)果，可以獲得以由(1＋R4/Rz3)之比決定的放大率放大的成為Vw-u＜Vw-u(增益)的線電壓。因此，通過利用模擬開關(guān)921...92n將n個電阻911...91n＝R511...R51n切換為導(dǎo)通、非導(dǎo)通而改變(25)式的合成電阻Rz3，可以連續(xù)地改變由(1＋R4/Rz3)之比決定的放大率。另外，也可以將其與圖20的結(jié)構(gòu)組合而使用。這樣，在電動機(jī)運轉(zhuǎn)中便可分階段地擴(kuò)大運轉(zhuǎn)范圍。(實施例4)下面，參照

本發(fā)明的實施例4。
圖22是本發(fā)明的外加電壓判斷裝置和其附近的電路的其他結(jié)構(gòu)例的電路圖。
如圖所示，在本實施例中，將磁滯電路110附加到上述實施例2的外加電壓判斷裝置101上。
該磁滯電路110主要是由比較器402與觸發(fā)電路501構(gòu)成。
決定所希望的占空比的指令電壓V0輸入比較器402的+輸入端子，設(shè)定磁滯電平的基準(zhǔn)電壓VH1輸入-輸入端子。并且，由比較器402將指令電壓V0與基準(zhǔn)電壓VH1進(jìn)行比較，當(dāng)VH1＜V0時，就輸出高電壓，當(dāng)VH1≥V0時，就輸出低電壓。
觸發(fā)電路501是帶預(yù)置和清零的D型觸發(fā)電路，具有獨立的數(shù)據(jù)(D)、預(yù)置(PR)、清零(CL)、時鐘(CLK)輸入端和互補(bǔ)輸出Q，NOTQ端。
數(shù)據(jù)(D)和時鐘(CLK)輸入GND，固定為低電壓。外加電壓判斷裝置101的比較器301的輸出C1輸入預(yù)置(PR)端，比較器402的輸出C2輸入清零(CL)端，輸出NOTQ端如下一級的第1、第2、第3增益切換裝置90a、90b、90c。各電壓值V0、V1、VH1設(shè)定為滿足V0(最大值)＞V1＞VH1的關(guān)系。
圖23是表示比較器301、401和觸發(fā)電路501的輸入輸出關(guān)系的圖。
如圖所示，當(dāng)指令電壓V0從低電平開始上升但低于V1、VH1時(狀態(tài)1)，比較器301的輸出為高電壓(H)，比較器402的輸出為低電壓(L)，觸發(fā)電路501的輸出NOTQ為高電壓。
其次，當(dāng)指令電壓V0高于VH1時(狀態(tài)2)，比較器301的輸出為高電壓，比較器402的輸出也為高電壓，觸發(fā)電路501的輸出NOTQ為高電壓。
這里，設(shè)NOTQ為高電壓時為第1增益(切換以前的增益)，為低電壓時為第2增益(切換后的增益)。
當(dāng)指令電壓V0進(jìn)一步上升，達(dá)到高于V1、VH1時(狀態(tài)3)，比較器301的輸出成為低電壓，比較器402的輸出成為高電壓，觸發(fā)電路501的輸出NOTQ成為低電壓。這時，利用下一級的增益切換裝置切換為第2增益，以該第2增益進(jìn)行運轉(zhuǎn)，直至達(dá)到V0的最大值。
然后，當(dāng)指令電壓V0從高電平開始下降到低于V1時(狀態(tài)4)，比較器301的輸出為高電壓，比較器402的輸出為高電壓，觸發(fā)電路501的輸出NOTQ為低電壓。
當(dāng)指令電壓V0進(jìn)一步下降，達(dá)到低于V1、VH1時(狀態(tài)5)，比較器301的輸出為高電壓，比較器402的輸出成為低電壓，觸發(fā)電路501的輸出NOTQ成為高電壓。這時，利用下一級的增益切換裝置切換為第1增益，以該第1增益進(jìn)行運轉(zhuǎn)，直至達(dá)到V0的最小值。
圖24是表示本實施例約T-N特性的曲線圖。在該曲線圖中示出了以指令電壓V0的最大值為占空比100％時取設(shè)定第1增益切換裝置90a的切換時刻的基準(zhǔn)電壓V1＝90％、設(shè)定磁滯電平的基準(zhǔn)電壓VH1＝80％，超前角隨放大率A的改變而從30度超前為40度的情況。
在圖24中，A1是占空比90％、超前角30度的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性，A2是占空比90％、超前角40度的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性，A3是占空比100％、超前角40度的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性，A4是占空比80％、超前角40度的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性，A5是占空比80％、超前角30度的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性。
如圖所示，使占空比上升時，占空比從0％到90％，電機(jī)以超前角30度進(jìn)行運轉(zhuǎn)。即，占空比不足90％時，電機(jī)在A1的內(nèi)側(cè)(曲線的原點一側(cè))的區(qū)域內(nèi)運轉(zhuǎn)。當(dāng)占空比達(dá)到90％時，超前角從30度切換為40度，這樣，占空比便保持90％，并且電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)上升，轉(zhuǎn)移到A2的轉(zhuǎn)矩特性上。即，占空比為90％時，電動機(jī)在A2上進(jìn)行運轉(zhuǎn)。
并且，占空比從90％到100％，電動機(jī)以超前角40度進(jìn)行運轉(zhuǎn)。這時，電機(jī)在A2與A3之間的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行運轉(zhuǎn)。
當(dāng)使占空比下降時，利用磁滯回路110使超前角的切換時刻從上升時的占空比90％改變?yōu)?0％。
因此，當(dāng)使占空比下降時，占空比從100％到80％，電動機(jī)以超前角40度進(jìn)行運轉(zhuǎn)。即，當(dāng)占空比超過80％時，電動機(jī)在A3與A4之間的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行運轉(zhuǎn)。
當(dāng)占空比成為80％時，超前角從40度切換為30度，這樣，占空比便保持80％，電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)下降，轉(zhuǎn)移到A5的轉(zhuǎn)矩特性上。即，占空比為80％時，電動機(jī)在A5上進(jìn)行運轉(zhuǎn)。
并且，占空比從80％到0％，電動機(jī)以超前角30度進(jìn)行運轉(zhuǎn)。這時，電動機(jī)在A5的內(nèi)側(cè)(曲線的原點一側(cè))的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行運轉(zhuǎn)。
這樣，在本實施例中，通過利用指令電壓V0的上升、下降在外加電壓判斷裝置的輸出時刻具有磁滯，便可擴(kuò)大運轉(zhuǎn)范圍，同時可以任意地在擴(kuò)大的區(qū)域進(jìn)行運轉(zhuǎn)。
另外，在本實施例中，是將磁滯回路110附加到實施例2的外加電壓判斷裝置101上，但是，本發(fā)明不限于圖示的結(jié)構(gòu)，例如，也可以對上述實施例3的n個外加電壓判斷裝置101...10n附加n個磁滯回路。(實施例5)下面，參照

本發(fā)明的實施例5。
圖25是本發(fā)明的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的驅(qū)動控制裝置45的結(jié)構(gòu)例的框圖。
如圖所示，驅(qū)動控制裝置45由驅(qū)動逆變器43的逆變器驅(qū)動電路8、與轉(zhuǎn)子位置檢測器44的檢測時刻一致地輸出無刷直流電動機(jī)40的驅(qū)動信號模式的輸出模式發(fā)生電路9、根據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)指令11輸出設(shè)定PWM斬波控制的斬波開通、斬波關(guān)閉的比率(斬波開通、斬波關(guān)閉的比率是可變的)的PWM信號P1的PWM控制電路(PWM發(fā)生電路)10、斬波開通檢測裝置71、開放相選擇裝置72和邊緣檢測裝置73構(gòu)成。
在本實施例中，轉(zhuǎn)子位置檢測裝置44的輸出(磁極位置信號)Up、Vp、Wp分別由斬波開通檢測裝置71與PWM斬波控制的斬波開通時刻一致地進(jìn)行檢測。
并且，利用開放相選擇裝置72與輸出模式發(fā)生電路9的當(dāng)前的驅(qū)動信號模式輸出一致地選擇斬波開通檢測裝置71的輸出的開放相。
邊緣檢測裝置73保持(檢測)該開放相選擇裝置72的輸出(開放相信號)P2中所需要的任意一點的邊緣。該邊緣檢測裝置73的輸出(檢測信號)P4和PWM控制電路10的輸出(PWM信號)P1分別輸入輸出模式發(fā)生電路9。
并且，下一個驅(qū)動信號模式從輸出模式發(fā)生電路9輸入逆變器驅(qū)動電路8，由該逆變器驅(qū)動電路8根據(jù)該驅(qū)動信號模式分別驅(qū)動逆變器43的各晶體管Ta+、Tb+、Tc+、Ta-、Tb-、Tc-。
圖26是斬波開通檢測裝置71、開放相選擇裝置72和邊緣檢測裝置73的結(jié)構(gòu)例的電路圖，圖27是表示圖26所示的電路的動作的時間圖。
如這些圖所示，斬波開通檢測裝置71由用于將上述轉(zhuǎn)子位置檢測裝置44的輸出Up、Vp、Wp變換為與直流電源Ed絕緣的檢測信號Ups、Vps、Wps的絕緣耦合器70a，70b，70c、由3個“與”電路101，102，103構(gòu)成的“與”門100和由3個“異”電路111，112，113構(gòu)成的“異”門110構(gòu)成。上述檢測信號Ups、Vps、Wps和上述PWM信號P1輸入“與”門100。從“與”門100作為PWM信號P1的斬波開通期間的信號成分輸出數(shù)據(jù)信號(脈沖信號)Ups+、Vps+、Wps+。其邏輯式為下述(26a)、(26b)、(26c)式。
Ups+＝Ups·P1 (26a)Vps+＝Vps·P1 (26b)
Wps+＝Wps·P1 (26c)上述數(shù)據(jù)信號數(shù)據(jù)信號Ups+、Vps+、Wps+和上述PWM信號P1輸入“異”門110。從“異”門110作為相對于上述PWM信號P1的斬波開通期間的信號成分Ups+、Vps+、Wps+電氣角分別延遲了180度相位的斬波開通期間的信號成分輸出數(shù)據(jù)信號Ups-、Vps-、Wps-。其邏輯式為下述(27a)、(27b)、(27c)式。
式2Ups-＝NOT(Ups+)·P1＋Ups+·NOT(P1)…(27a)Vps-＝NOT(Vps+)·P1＋Vps+·NOT(P1)…(27b)Wps-＝NOT(Wps+)·P1＋Wps+·NOT(P1)…(27c)其中，NOT(Ups+)、NOT(Vps+)、NOT(Wps+)、NOT(P1)分別表示Ups+、Vps+、Wps+、P1的否定。
這些數(shù)據(jù)信號Ups+、Vps+、Wps+、Ups-、Vps-、Wps-是與在斬波開通期間出現(xiàn)的反電動勢及尖脈沖電壓對應(yīng)的信號。
開放相選擇裝置72由數(shù)據(jù)選擇器121、由3個“與”電路201，202，203構(gòu)成的“與”門200和“或”門210構(gòu)成。
數(shù)據(jù)信號Ups+、Vps+、Wps+、Ups-、Vps-、Wps-作為數(shù)據(jù)選擇器121的數(shù)據(jù)信號輸入數(shù)據(jù)選擇器121。
另一方面，在該開放相選擇裝置72中，根據(jù)從輸出模式發(fā)生電路9輸出的驅(qū)動信號模式Tad+、Tbd+、Tcd+、Tad-、Tbd-、Tcd-生成開放相選擇信號S1、S2、S3。
這對，從輸出模式發(fā)生電路9輸出的驅(qū)動信號模式Tad+、Tbd+、Tcd+、Tad-、Tbd-、Tcd-輸入“與”門200，由該“與”門200生成信號K1、K2、K3。這些信號K1、K2、K3輸入“或”門210，由“或”門210生成開放相選擇信號S1。另外，作為開放相選擇信號S2，使用驅(qū)動信號模式Tbd+，作為開放相選擇信號S3，使用Tcd+。K1、K2、K3和S1的邏輯式分別為下述(28a)、(28b)、(28c)、(29)式。
K1＝Tad+·Tcd- (28a)K2＝Tbd+·Tad- (28b)K3＝Tcd+·Tbd- (28c)S1＝K1＋K2＋K3 (29)這些開放相選擇信號S1、S2、S3分別輸入數(shù)據(jù)選擇器121，由數(shù)據(jù)選擇器121按照圖28所示的真值表只選擇上述數(shù)據(jù)信號Ups+、Vps+、Wps+、Ups-、Vps-、Wps-的各個開放期間，輸出開放相信號P2。該開放相信號P2輸入邊緣檢測裝置73。
邊緣檢測裝置73主要由單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器311和單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器312構(gòu)成。
上述開放相信號P2首先輸入單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器311。該單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器311與開放相信號P2的最初的脈沖的邊緣(上升邊)同步地觸發(fā)，進(jìn)而與順序輸入的脈沖的邊緣同步地再觸發(fā)，這樣，便輸出由外加電阻R1和外加電容器C1的時間常數(shù)t1決定的脈沖寬度的脈沖信號P3。
該單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器311的輸出即脈沖信號P3輸入單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器312。該單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器312與脈沖信號P3的最初的脈沖的邊緣同步地觸發(fā)，這樣，便輸出由外加電阻R2和外加電容器C2的時間常數(shù)t2決定的脈沖寬度的脈沖信號(檢測信號)P4。
這里，開放相信號P2作為與上述PWM信號P1的斬波周期的開通期間同步的信號而被檢測。在開放相信號P2中包含檢測邊緣和由尖脈沖電壓引起的邊緣。該尖脈沖電壓也與斬波周期的開通期間同步地出現(xiàn)，電動機(jī)電流隨無刷直流電動機(jī)的負(fù)荷運轉(zhuǎn)而增加，因此，在斬波周期的開通期間內(nèi)時間寬度增加，脈沖邊緣也增加。
該尖脈沖電壓的發(fā)生時刻與換向時刻一致，所以，相鄰的檢測邊緣和由尖脈沖電壓引起的邊緣，發(fā)生時間有小于斬波周期的時間差。因此，由單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器311形成相對于開放相信號P2具有時間常數(shù)t1的脈沖寬度的波形。單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器311的時間常數(shù)t1的設(shè)定條件最好滿足下述(30)式。
1.5T＜t1(＝C1·R1)＜2.0T(30)其中，T表示由PWM信號P1的斬波頻率fc決定的斬波周期T(T＝1/fc)。
結(jié)果，便可得到脈沖信號P3。該脈沖信號P3的上升邊與超前角θ超前30度以上的轉(zhuǎn)子位置檢測信號對應(yīng)。
這里，假定超前角θ超前30度的檢測位置為移相30度的換向的情況，則從脈沖信號P3的上升邊到其下降邊的期間(脈沖信號P3的脈沖寬度)便由超前30度的檢測邊和在換向后的回流模式下出現(xiàn)的尖脈沖電壓的影響所決定。
單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器312只檢測脈沖信號P3的上升邊，輸出由時間常數(shù)t2決定的脈沖寬度的檢測信號P4。
結(jié)果，只檢測開放相信號P2的最初的脈沖的上升邊即最初的檢測邊，在無刷直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)中，與有無負(fù)荷無關(guān)，總是可以得到正確的超前30度以上的轉(zhuǎn)子位置檢測信號即檢測信號P4。
這樣，在本實施例中，在轉(zhuǎn)子位置檢測器44的輸出中，除了應(yīng)檢測的轉(zhuǎn)子磁極位置的信號外，即使還包含在換向后的回流模式下出現(xiàn)的尖脈沖電壓，也可以準(zhǔn)確而可靠地檢測轉(zhuǎn)子磁極位置，從而可以總是進(jìn)行正常的運轉(zhuǎn)。
另外，在本實施例中，是利用邏輯元件選擇開放相，但是，本發(fā)明不限于圖示的結(jié)構(gòu)。例如，使用微處理器等時，由于開放相在輸出的驅(qū)動信號模式中是唯一地確定的，所以，也可以構(gòu)成為在與驅(qū)動模式的輸出同時從微處理器輸出開放相選擇信號，數(shù)據(jù)選擇器121根據(jù)該開放相選擇信號只選擇數(shù)據(jù)信號Ups+、Vps+、Wps+、Ups-、Vps-、Wps-的各個開放期間，輸出開放相信號P2。
另外，也可以是將上述數(shù)據(jù)信號直接讀入微處理器、在微處理器內(nèi)部進(jìn)行所有的處理的結(jié)構(gòu)。(實施例6)下面，參照

本發(fā)明的實施例6。
圖29是本發(fā)明的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的其他結(jié)構(gòu)例的框圖。對于與上述實施例5的共同點，說明從略，只說明不同點。
如圖所示，本實施例的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置從根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測器44的磁極位置信號Up、Vp、Wp而生成的檢測信號P4中檢測無刷直流電動機(jī)40的轉(zhuǎn)數(shù)，通過根據(jù)該轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定適當(dāng)?shù)南辔灰梢愿咝试诤軐挼姆秶鷥?nèi)進(jìn)行運轉(zhuǎn)。
在本實施例中，控制部(移相量設(shè)定裝置)400與邊緣檢測裝置73的輸出端連接，輸出模式發(fā)生電路9與控制部400的輸出端連接。這時，檢測信號P4從邊緣檢測裝置73輸入控制部400，控制部400根據(jù)該檢測信號P4控制輸出模式發(fā)生電路9的動作。
控制部400例如由具有將各輸入信號變換為數(shù)字信號的A/D變換器、I/O(輸入/輸出)端口、定時計數(shù)器(定時器)、CPU和ROM及EEPROM等存儲器的微處理器構(gòu)成，根據(jù)邊緣檢測裝置73的檢測信號設(shè)定適當(dāng)?shù)囊葡嗔俊?br> 這時，在由控制部400的最后修正處理過的移相量決定的時刻輸出換向信號，根據(jù)該換向信號從輸出模式發(fā)生電路9輸出下一個驅(qū)動信號模式Tad+、Tbd+、Tcd+、Tad-、Tbd-、Tcd-。
具體地說來，當(dāng)進(jìn)行表面磁鐵式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動(id＝0控制)時，例如，將轉(zhuǎn)子位置檢測器44的檢測點(檢測時刻)設(shè)定為電氣角超前30度，利用控制部400移相(延遲)30度。這樣，便可總是在超前角0度的位置進(jìn)行驅(qū)動(換向)。
另外，在磁鐵埋入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動中，為了擴(kuò)大高轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域的運轉(zhuǎn)范圍時(減弱勵磁控制)，例如，可以按如下方式處理。
將轉(zhuǎn)子位置檢測器44的檢測點(檢測時刻)設(shè)定為電氣角超前40度以上，在低、中轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域利用控制部400移相指定角度，例如，在超前角超前20度的位置進(jìn)行驅(qū)動，進(jìn)行靈活運用磁阻轉(zhuǎn)矩的效率高的運轉(zhuǎn)。另一方面，在高轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域，利用控制部400與轉(zhuǎn)數(shù)對應(yīng)地移相指定角度。這樣，直至移相0即超前角超前40度以上的位置都可以擴(kuò)大運轉(zhuǎn)范圍。
上述低、中轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域的移相量本來必須根據(jù)電動機(jī)電流或負(fù)荷轉(zhuǎn)矩等決定，但是，在本實施例中，在低、中轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域設(shè)定為額定負(fù)荷的效率高的移相量。
下面，說明無刷直流電動機(jī)40的驅(qū)動控制的換向時刻的控制。
圖30是表示1換向循環(huán)的控制部400的動作的流程圖。下面，說明該流程圖。首先，從根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測器44的磁極位置信號Up、Vp、Wp而生成的檢測信號P4中測量無刷直流電動機(jī)40的轉(zhuǎn)數(shù)(轉(zhuǎn)子42的轉(zhuǎn)數(shù))，讀入該轉(zhuǎn)數(shù)(S101)。
在S101測量相鄰的2個檢測信號P4的間隔即從檢測信號P4的上升邊到下一個檢測信號P4的上升邊的時間，根據(jù)該測量值計算無刷直流電動機(jī)40的轉(zhuǎn)數(shù)。
然后，根據(jù)該轉(zhuǎn)數(shù)從裝配在控制部400內(nèi)部的存儲器讀出移相量的數(shù)據(jù)(S102)。
這時，在上述存儲器中預(yù)先列表存儲著與通過實驗等收集的與轉(zhuǎn)數(shù)對應(yīng)的移相量的數(shù)據(jù)，在S102，從該存儲器讀出與轉(zhuǎn)數(shù)對應(yīng)的適當(dāng)?shù)囊葡嗔康臄?shù)據(jù)。上述移相量的數(shù)據(jù)以換算為時間的數(shù)據(jù)存儲起來。
然后，根據(jù)上述讀出的移相量設(shè)定定時時間(S103)。
接著，便開始進(jìn)行定時計數(shù)(S104)。
然后，判斷是否經(jīng)過了定時時間(定時結(jié)束)(S105)。
在上述S105，當(dāng)判定尚未經(jīng)過定時時間時，就回到S104，繼續(xù)進(jìn)行定時計數(shù)(S104)，再次判斷是否經(jīng)過了定時時間(S105)。
在上述S105，當(dāng)判定已經(jīng)過了定時時間時，就輸出換向信號(S106)。
至此，1個換向循環(huán)的程序(控制動作)即告結(jié)束。
這樣，在本實施例中，由于轉(zhuǎn)子位置檢測器44的檢測點可以設(shè)定為電氣角超前30度以上，所以，可以擴(kuò)大無刷直流電動機(jī)40的運轉(zhuǎn)范圍。
另外，由于可以利用控制部400使換向的點移相(延遲)指定角度，所以，可以提高低、中轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域的運轉(zhuǎn)效率。
并且，移相量(使換向延遲的時間)可以根據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)自動地設(shè)定，所以，可以容易而可靠地進(jìn)行更精密的運轉(zhuǎn)控制。
在本實施例中，控制部400主要是進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)的讀入、移相的數(shù)據(jù)的存儲、定時計數(shù)等，但是，在本發(fā)明中，除此之外，控制部400也可以構(gòu)成為一并進(jìn)行PWM控制電路10、輸出模式發(fā)生電路9的動作和轉(zhuǎn)數(shù)指令11的讀入以及其他數(shù)字信號的處理等。(實施例7)下面，參照

本發(fā)明的實施例7。
圖31是本發(fā)明的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的其他結(jié)構(gòu)例的框圖。對于和上述實施例6的共同點，說明從略，只說明不同點。
如圖所示，本實施例的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置除了上述實施例6的結(jié)構(gòu)外，還具有檢測電動機(jī)電流的電流檢測器401。這時，電動機(jī)電流由電流檢測器401進(jìn)行檢測，該電動機(jī)電流的檢測值(電動機(jī)電流值)從電流檢測器401輸入控制部400。
下面，說明無刷直流電動機(jī)40的驅(qū)動控制的換向時刻的控制。
圖32是表示1換向循環(huán)的控制部400的動作的流程圖。下面，根據(jù)該流程圖進(jìn)行說明。
首先，從根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測器44的磁極位置信號Up、Vp、Wp而生成的檢測信號P4中測量無刷直流電動機(jī)40的轉(zhuǎn)數(shù)(轉(zhuǎn)子42的轉(zhuǎn)數(shù))，不讀入該轉(zhuǎn)數(shù)(P101)。
在該P101，測量相鄰的2個檢測信號P4的間隔即從檢測信號P4的上升邊到下一個檢測信號P4的上升邊的時間，根據(jù)該測量值計算無刷直流電動機(jī)40的轉(zhuǎn)數(shù)。
然后，讀入電動機(jī)電流值(P102)。
接著，根據(jù)上述轉(zhuǎn)數(shù)和電動機(jī)電流值從裝配在控制部400內(nèi)部的存儲器中讀出移相量的數(shù)據(jù)(P103)。
這時，在上述存儲器中預(yù)先列表存儲著通過實驗等收集的與轉(zhuǎn)數(shù)和電動機(jī)電流值對應(yīng)的移相量的數(shù)據(jù)，在P103，從該存儲器中讀出與轉(zhuǎn)數(shù)和電動機(jī)電流值對應(yīng)的適當(dāng)?shù)囊葡嗔康臄?shù)據(jù)。上述移相量的數(shù)據(jù)以換算為時間的數(shù)據(jù)存儲起來。
然后，根據(jù)上述讀出的移相量設(shè)定定時時間(P104)。
接著，開始進(jìn)行定時計數(shù)(P105)。
然后，判斷是否經(jīng)過了定時時間(定時結(jié)束)(P106)。
在上述P106，當(dāng)判定尚未經(jīng)過定時時間時，就回到P105，繼續(xù)進(jìn)行定時計數(shù)(P105)，再次判斷是否經(jīng)過了定時時間(P106)。
在上述P106，當(dāng)判定已經(jīng)過了定時時間時，就輸出換向信號(P107)。
至此，1換向循環(huán)的程序(控制動作)即告結(jié)束。
這樣，在本實施例中也和上述實施例6一樣，由于轉(zhuǎn)子位置檢測器44的檢測點可以設(shè)定為電氣角超前30度以上，所以，可以擴(kuò)大無刷直流電動機(jī)40的運轉(zhuǎn)范圍，由于可以利用控制部400將換向的點移相(延遲)指定角度，所以，可以提高低、中轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域的運轉(zhuǎn)效率。
另外，在本實施例中，移相量(使換向延遲的時間)可以根據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)自動地設(shè)定，所以，可以容易而可靠地進(jìn)行更精密的運轉(zhuǎn)控制。
因此，不僅可以擴(kuò)大高轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域的運轉(zhuǎn)范圍，同時，特別是還可以提高低、中轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域的運轉(zhuǎn)效率。另外，還可以在整個運轉(zhuǎn)范圍(不進(jìn)行減弱勵磁運轉(zhuǎn)時)內(nèi)進(jìn)行高效率運轉(zhuǎn)(特別是對于埋入磁鐵式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)的情況有利)。
在本實施例中，控制部400主要是進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)的讀入、移相的數(shù)據(jù)的存儲、定時計數(shù)、電動機(jī)電流值的讀入(A/D變換)等，但是，在本發(fā)明中，除此之外，控制部400也可以構(gòu)成為一并進(jìn)行PWM控制電路10、輸出模式發(fā)生電路9的動作和轉(zhuǎn)數(shù)指令11的讀入以及其他數(shù)字信號的處理等。
如上所述，按照本發(fā)明的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，可以將轉(zhuǎn)子位置檢測信號正確地設(shè)定為電氣角超前30度以上。因此，擴(kuò)大了可以設(shè)定超前角的范圍(角度范圍)，這樣，便可擴(kuò)大無刷直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)范圍，另外，還可以改善效率。
另外，當(dāng)具有外加電壓判斷裝置和第1、第2、第3增益切換裝置時，可以改變第1、第2、第3放大器的線電壓的放大率，所以，可以進(jìn)一步擴(kuò)大運轉(zhuǎn)范圍。
另外，當(dāng)具有n個外加電壓判斷裝置(n是大于2的整數(shù))和n個增益切換裝置時，在電動機(jī)運轉(zhuǎn)只可以分階段地擴(kuò)大運轉(zhuǎn)范圍。
另外，當(dāng)在上述外加電壓判斷裝置中附設(shè)磁滯回路時，可以擴(kuò)大運轉(zhuǎn)范圍，并且可以任意地在擴(kuò)大的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行運轉(zhuǎn)。
另外，當(dāng)具有與PWM斬波控制的斬波開通時刻一致地檢測轉(zhuǎn)子位置檢測器的信號的斬波開通檢測裝置、與開放相一致地選擇斬波開通檢測裝置的信號的開放相選擇裝置和根據(jù)開放相選擇裝置的信號檢測指定的邊緣的邊緣檢測裝置時，可以特別準(zhǔn)確而可靠地檢測轉(zhuǎn)子的磁極位置，因此，可以進(jìn)行正常的運轉(zhuǎn)。
另外，當(dāng)構(gòu)成為利用轉(zhuǎn)子位置檢測器檢測指定的轉(zhuǎn)子的磁極位置并在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動了指定的移相量之后輸出換向信號時，可以很容易地擴(kuò)大無刷直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)范圍，另外，還可以提高效率。
權(quán)利要求
1.一種具有將3相電樞繞組線U、V、W進(jìn)行星形連接的定子、利用永久磁鐵構(gòu)成磁極對的轉(zhuǎn)子、備有多個半導(dǎo)體開關(guān)元件的120度通電式的逆變器、檢測在上述定子的電樞繞組線端發(fā)生的端電壓并生成與上述轉(zhuǎn)子的磁極位置對應(yīng)的信號的轉(zhuǎn)子位置檢測器和根據(jù)上述轉(zhuǎn)子位置檢測器的信號進(jìn)行由上述逆變器利用PWM斬波控制的速度調(diào)整的驅(qū)動控制裝置的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于上述轉(zhuǎn)子位置檢測器具有根據(jù)上述定子的電樞繞組線端的端電壓生成電樞繞組線W-U間的線電壓Vw-u的第1線電壓生成器、生成電樞繞組線U-V間的線電壓Vu-v的第2線電壓生成器、生成電樞繞組線V-W間的線電壓Vv-w的第3線電壓生成器、放大從上述第1線電壓生成器輸出的關(guān)于線電壓Vw-u的信號的第1放大器、放大從上述第2線電壓生成器輸出的關(guān)于線電壓Vu-v的信號的第2放大器、放大從上述第2線電壓生成器輸出的關(guān)于線電壓Vv-w的信號的第3放大器、將關(guān)于上述線電壓Vw-u的信號與從上述第2放大器輸出的信號進(jìn)行比較的第1比較器、將關(guān)于上述線電壓Vu-v的信號與從上述第3放大器輸出的信號進(jìn)行比較的第2比較器和將關(guān)于上述線電壓Vv-w的信號與從上述第1放大器輸出的信號進(jìn)行比較的第3比較器。
2.按權(quán)利要求1所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于設(shè)流過上述定子的電樞繞組線的電流在d-q坐標(biāo)系中相對于q軸的相位角為電流相位角θ時，上述轉(zhuǎn)子位置檢測器檢測上述電流相位角θ于電氣角超前30度以上的指定的上述轉(zhuǎn)子的磁極位置。
3.按權(quán)利要求1或2所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的特征在于當(dāng)關(guān)于上述線電壓Vw-u的信號大于從上述第2放大器輸出的信號時，上述第1比較器輸出高電平的信號，當(dāng)關(guān)于上述線電壓Vu-v的信號大于從上述第3放大器輸出的信號時，上述第2比較器輸出高電平的信號，當(dāng)關(guān)于上述線電壓Vv-w的信號大于從上述第1放大器輸出的信號時，上述第3比較器輸出高電平的信號。
4.按權(quán)利要求1～3的任一項所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于上述轉(zhuǎn)子位置檢測器具有判斷電動機(jī)外加電壓的外加電壓判斷裝置和根據(jù)該外加電壓判斷裝置的信號改變上述第1、第2和第3放大器的增益的第1、第2和第3增益切換裝置。
5.按權(quán)利要求1～3的任一項所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于上述轉(zhuǎn)子位置檢測器具有判斷電動機(jī)外加電壓的n個(n為大于2的整數(shù))外加電壓判斷裝置和根據(jù)該外加電壓判斷裝置的信號改變上述第1、第2和第3放大器的增益的n個增益切換裝置。
6.按權(quán)利要求4或5所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于在上述外加電壓判斷裝置中附設(shè)磁滯回路。
7.按權(quán)利要求1～6的任一項所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于上述驅(qū)動控制裝置具有與PWM斬波控制的斬波開通時一致地檢測上述轉(zhuǎn)子位置檢測器的信號的斬波開通檢測裝置、與開放相一致地選擇上述斬波開通檢測裝置的信號的開放相選擇裝置和根據(jù)上述開放相選擇裝置的信號檢測指定的邊緣的邊緣檢測裝置。
8.按權(quán)利要求1～7的任一項所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于當(dāng)利用上述轉(zhuǎn)子位置檢測器檢測到指定的上述轉(zhuǎn)子的磁極位置時，就與該檢測同步地輸出換向信號。
9.按權(quán)利要求1～7的任一項所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于從利用上述轉(zhuǎn)子位置檢測器檢測到指定的上述轉(zhuǎn)子的磁極位置到上述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動指定的移相量后，輸出換向信號。
10.按權(quán)利要求9所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于具有設(shè)定上述移相量的移相量設(shè)定裝置。
11.按權(quán)利要求10所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于利用上述移相量設(shè)定裝置進(jìn)行的移相量的設(shè)定至少根據(jù)上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行改變。
12.按權(quán)利要求10所述的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置，其特征在于利用上述移相量設(shè)定裝置進(jìn)行的移相量的設(shè)定至少根據(jù)上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)和電動機(jī)電流進(jìn)行改變。
全文摘要
目的旨在提供通過總是進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)子位置檢測的轉(zhuǎn)子位置檢測器可以簡單地擴(kuò)大無刷直流電動機(jī)的運轉(zhuǎn)范圍的無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置。無刷直流電動機(jī)的驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)子位置檢測器44由根據(jù)端電壓生成線電壓的線電壓生成器50a～50c、放大線電壓生成器50a～50c的信號的放大器80a～80c、將線電壓生成器50a的信號與放大器80b的信號進(jìn)行比較的比較器66a、將線電壓生成器50b的信號與放大器80c的信號進(jìn)行比較的比較器66b、將線電壓生成器50c的信號與放大器80a的信號進(jìn)行比較的比較器66c構(gòu)成。
文檔編號H02P6/14GK1140357SQ9610414
公開日1997年1月15日 申請日期1996年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月31日
發(fā)明者新川修, 植竹昭仁 申請人:精工愛普生株式會社