專利名稱：電動機驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動機驅(qū)動裝置，通過對應(yīng)于轉(zhuǎn)速設(shè)定信息的PWM(Pulse Width Modulation)控制而把直流電壓施加給電動機，由此來驅(qū)動電動機。
作為這種電動機驅(qū)動裝置的一個例子，無換向器DC電動機的驅(qū)動裝置是公知的。如公知的那樣，其通過構(gòu)成換向器的三相橋式連接的6個開關(guān)元件來把直流電源施加給三相Y形接線的電動機的驅(qū)動繞組。各個開關(guān)元件通過根據(jù)電動機的永磁轉(zhuǎn)子的位置檢測，例如根據(jù)在電動機的驅(qū)動繞組中所感應(yīng)的感應(yīng)電壓而提供的換向控制電流被接通/關(guān)斷，由此，來進行電動機電流的換向以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子。根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定信息來對提供給各個開關(guān)元件的換向控制信號進行PWM控制，通過改變換向控制信號的脈寬，來實現(xiàn)施加在電動機的驅(qū)動繞組上的平均電壓即電動機的轉(zhuǎn)速的變化。
因此，在這樣的驅(qū)動裝置中，通過施加在構(gòu)成換向器的開關(guān)元件上的直流電源的電壓，來限制電動機的最高轉(zhuǎn)速。即，由于在電動機的驅(qū)動繞組中所感應(yīng)的感應(yīng)電壓隨著電動機的轉(zhuǎn)速變高而變大，因此，當感應(yīng)電壓到達由占空比100％的換向控制信號所提供的電壓時，在電動機的驅(qū)動繞組中就不流通電流，轉(zhuǎn)速就不會上升到其以上。由此，從擴大電動機的旋轉(zhuǎn)區(qū)域的觀點上看，希望使用較高的電壓來作為直流電源的電壓。
但是，當依照上述觀點把直流電源的電壓設(shè)定得較高時，與電動機的旋轉(zhuǎn)區(qū)域擴大相反，較高的電源電壓通過由PWM所產(chǎn)生的調(diào)制而施加在電動機上，因此，尤其是在低速和中速的旋轉(zhuǎn)區(qū)域中，電動機電流的變化變大。由此，由磁通的變化所引起的磁滯回線變大，而存在鐵損增大的問題。
圖8是用于說明鐵損增大的示意圖。在圖8中，波形(a)表示在電動機的驅(qū)動繞組中流通的電流波形，波形(b)表示施加在電動機的驅(qū)動繞組上的電壓波形。在電動機的轉(zhuǎn)速較低時，通過由PWM所產(chǎn)生的調(diào)制而提供給開關(guān)元件的換向控制信號的脈寬變小，因此，施加在驅(qū)動繞組上的電壓脈沖的寬度變大。由此，當把直流電源的電壓設(shè)定得較高時，與此相應(yīng)，施加在驅(qū)動繞組上的電壓脈沖的電壓值變高，因此，電動機電流變大，則電流變化進一步變大。其結(jié)果，由磁通的變化所引起的磁滯回線變大，鐵損增大。
本發(fā)明的目的是提供一種改良的電動機驅(qū)動裝置。
本發(fā)明的另一個目的是一種電動機驅(qū)動裝置，能夠降低在PWM(Pulse Width Modulation)控制中引起的鐵損，而謀求電動機效率的提高。
為了實現(xiàn)上述和其他的目的，提供一種電動機驅(qū)動裝置，根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定信息來對直流電壓進行PWM控制，通過由PWM所調(diào)制的電壓脈沖來驅(qū)動電動機，該裝置包括整流裝置，對交流電源進行全波整流或倍壓整流，把進行了全波整流的電壓或進行了倍壓整流的電壓作為上述直流電壓來進行供電；和整流控制裝置，響應(yīng)于上述電動機的轉(zhuǎn)速，當上述電動機的轉(zhuǎn)速在預(yù)定轉(zhuǎn)速以下時，控制上述整流裝置以使上述整流裝置進行全波整流，當上述電動機的轉(zhuǎn)速在預(yù)定轉(zhuǎn)速以上時，控制上述整流裝置以使上述整流裝置進行倍壓整流。
根據(jù)這樣的構(gòu)成，在電動機為預(yù)定轉(zhuǎn)速以下時，把進行了全波整流的直流電壓提供給電動機，在電動機為預(yù)定轉(zhuǎn)速以上時，把進行了倍壓整流的直流電壓提供給電動機，該直流電壓為與全波整流時相比的2倍的直流電壓。由于在預(yù)定轉(zhuǎn)速以下時提供低電壓，則由PWM控制所引起的電動機電流的變化變小，就能降低鐵損。而在預(yù)定轉(zhuǎn)速以上時提供高電壓，因此，電動機的旋轉(zhuǎn)區(qū)域不會變窄。
為了實現(xiàn)上述和其他的目的，提供一種電動機驅(qū)動裝置，具有驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機的電動機，根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定信息來對直流電壓進行PWM控制，通過由PWM所調(diào)制的電壓脈沖來驅(qū)動電動機，該裝置包括整流裝置，對交流電源進行全波整流或倍壓整流，把進行了全波整流的電壓或進行了倍壓整流的電壓作為上述直流電壓來進行供電；和整流控制裝置，響應(yīng)于要求上述空調(diào)系統(tǒng)的供暖運轉(zhuǎn)或制冷運轉(zhuǎn)的供暖/制冷信息，在上述空調(diào)系統(tǒng)進行制冷運轉(zhuǎn)時，控制上述整流裝置以使上述整流裝置進行全波整流，在上述空調(diào)系統(tǒng)進行供暖運轉(zhuǎn)時，控制上述整流裝置以使上述整流裝置進行倍壓整流。
根據(jù)這樣的構(gòu)成，在上述空調(diào)系統(tǒng)進行制冷運轉(zhuǎn)時，把進行了全波整流的直流電壓提供給電動機，在上述空調(diào)系統(tǒng)進行供暖運轉(zhuǎn)時，把進行了倍壓整流的直流電壓提供給電動機。由于在制冷運轉(zhuǎn)時提供低于供暖運轉(zhuǎn)時的電壓，則由PWM控制所引起的電動機電流的變化變小，就能降低鐵損。由于在制冷運轉(zhuǎn)中，與供暖運轉(zhuǎn)時相比不需要使驅(qū)動壓縮機的電動機以高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，因此，即使降低了通過PWM控制所供給的直流電壓，也不會對制冷運轉(zhuǎn)帶來障礙。而在供暖運轉(zhuǎn)時提供高電壓，因此，就不會給需要更大能力的供暖運轉(zhuǎn)帶來障礙。
本發(fā)明的這些和其他的目的、優(yōu)點及特征將通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例的描述而得到進一步說明。在這些附圖中

圖1是表示本發(fā)明的第一實施例的構(gòu)成圖；圖2是表示圖1的構(gòu)成中的感應(yīng)電壓、無傳感器信號和換向控制信號的波形圖；圖3是用于說明無換向器DC電動機的無傳感器運轉(zhuǎn)的示意圖；圖4是圖1的控制器單元的流程圖；圖5和圖6是表示本發(fā)明的第二實施例的構(gòu)成圖；圖7是圖5的控制器單元的流程圖；圖8是用于說明鐵損增大的示意圖。
圖1是表示本發(fā)明的第一實施例的構(gòu)成圖。圖2是表示圖1的構(gòu)成中的感應(yīng)電壓A，B，C、無傳感器信號ZA，ZB，ZC和換向控制信號Au，AL，Bu，BL，Cu，CL的波形圖。
在圖1中，標號1，2和3是無換向器DC電動機的驅(qū)動繞組。驅(qū)動繞組1～3是三相Y接線。驅(qū)動繞組1～3被固定在電動機中。標號22是無換向器DC電動機的永磁轉(zhuǎn)子。標號4，5，6，7，8和9是構(gòu)成用于控制驅(qū)動繞組1～3換向的換向器的三相橋式連接的開關(guān)晶體管。標號10是給開關(guān)晶體管4～9的集電極·發(fā)射極電路施加直流電壓的整流裝置。開關(guān)晶體管4～9的基極從控制器單元11接收換向控制信號Au～CL。換向控制信號Au～CL根據(jù)下述的無傳感器信號ZA～ZC而生成，由PWM(Pulse Width Modulation)進行調(diào)制以使電動機成為對應(yīng)于轉(zhuǎn)速設(shè)定信息的轉(zhuǎn)速，被提供給開關(guān)晶體管4～9。開關(guān)晶體管4～9按照換向控制信號Au～CL進行通/斷，由此，驅(qū)動繞組1～3的電動機電流進行換向，來使永磁轉(zhuǎn)子22轉(zhuǎn)動。通過對應(yīng)于轉(zhuǎn)速設(shè)定信息的換向控制信號Au～CL的PWM控制，來改變施加在驅(qū)動繞組1～3上的平均電壓，以控制電動機的轉(zhuǎn)速。
整流裝置10包括具有二極管D1，D2，D3和D4的單相橋式整流電路12、具有電解電容器C1，C2和C3的電容器電路13、開關(guān)裝置14。單相橋式整流電路12的輸入端子a和b連接在交流電源15上。在本例中，交流電源15是AC 100V。電容器電路13是電容器C1和C2串聯(lián)連接地連接在整流電路12的輸出端子c和d上，電容器C3與電容器C1，C2的串聯(lián)連接相并聯(lián)地連接在整流電路12的輸出端子c和d上。開關(guān)裝置14的一端連接在整流電路12的輸入端子b上，而另一端連接在電容器電路13的電容器C1和C2之間。
這樣構(gòu)成的整流裝置10在開關(guān)裝置14關(guān)斷的狀態(tài)下進行全波整流。由此，在本例中，電容器電路13被充電成141V，該直流電壓被提供給開關(guān)晶體管4～9的集電極·發(fā)射極電路。即，在開關(guān)裝置14關(guān)斷的狀態(tài)下，交流電源15的半波通過輸入端子a→二極管D1→輸出端子c→電容器電路13→輸出端子d→二極管D4→輸入端子b而流通，而接著的半波通過輸入端子b→二極管D3→輸出端子c→電容器電路13→輸出端子d→二極管D2→輸入端子a而流通。由此，進行全波整流，而把141V的直流電壓提供給開關(guān)晶體管4～9。
另一方面，在開關(guān)裝置14導(dǎo)通的狀態(tài)下，整流裝置10進行倍壓整流。由此，電容器電路13被充電成全波整流時的2倍的282V，該直流電壓被提供給開關(guān)晶體管4～9的集電極·發(fā)射極電路。即，在開關(guān)裝置14導(dǎo)通的狀態(tài)下，交流電源15的半波通過輸入端子a→二極管D1→輸出端子c→電容器電路13的電容器C1→開關(guān)裝置14→輸入端子b而流通，由此電容器電路13的電容器C1被充電成141V。接著的半波通過輸入端子b→開關(guān)裝置14→電容器電路13的電容器C2→輸出端子d→二極管D2→輸入端子a而流通，由此，電容器電路13的電容器C2被充電成141V。由此，進行把電容器電路13的電容器C3充電成141V的2倍的282V的倍壓整流，282V的直流電壓被提供給開關(guān)晶體管4～9。
單相橋式整流電路12的二極管D3和D4在全波整流時能夠積極地作為整流元件而起作用，在倍壓整流時，作為用于防止由過負荷而使電容器電路13的極性反轉(zhuǎn)的保護用元件來起作用。
開關(guān)裝置14通過控制器單元11來在無換向器DC電動機的轉(zhuǎn)速在預(yù)定轉(zhuǎn)速以下時被控制為關(guān)斷狀態(tài)，在無換向器DC電動機的轉(zhuǎn)速在預(yù)定轉(zhuǎn)速以上時被控制為導(dǎo)通狀態(tài)。預(yù)定轉(zhuǎn)速在由全波整流所提供的電壓即本例中的141V下被設(shè)定為低于可運轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速的值上。
在無換向器DC電動機旋轉(zhuǎn)時，在驅(qū)動繞組1～3中產(chǎn)生感應(yīng)電壓A，B和C。標號16，17和18是比較器，比較器16～18輸入感應(yīng)電壓A～C和中性點電位，把進行了脈沖整形的無傳感器信號ZA，ZB和ZC提供給控制器單元11。通過構(gòu)成驅(qū)動繞組1～3的假想中性點的電阻19，20和21來提供中性點電位。無傳感器信號ZA～ZC，其上升邊和下降邊代表感應(yīng)電壓A～C的過零點。
控制器單元11加入來自比較器16～18的無傳感器信號ZA～ZC而輸入起動信號和轉(zhuǎn)速設(shè)定信息，來控制無換向器DC電動機的起動和運轉(zhuǎn)，同時，對整流裝置10的開關(guān)裝置14進行通/斷控制。
控制器單元11按下述那樣來起動無換向器DC電動機。首先，控制器單元11把頻率逐漸增加的同步信號提供給開關(guān)晶體管4～9的基極。由此，在驅(qū)動繞組1～3中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加的旋轉(zhuǎn)磁場，永磁轉(zhuǎn)子22開始旋轉(zhuǎn)。接著，控制器單元11，在經(jīng)過了感應(yīng)電壓A～C成為穩(wěn)定輸出狀態(tài)的預(yù)定時間后，或者在電動機到達感應(yīng)電壓A～C成為穩(wěn)定輸出狀態(tài)的預(yù)定轉(zhuǎn)速后，根據(jù)感應(yīng)電壓A～C即無傳感器信號ZA～ZC來生成換向控制信號Au～CL，切換為由換向控制信號Au～CL所產(chǎn)生的無傳感器運轉(zhuǎn)。
控制器單元11按下述那樣來實現(xiàn)無換向器DC電動機的無傳感器運轉(zhuǎn)。
圖3是用于說明無換向器DC電動機的無傳感器運轉(zhuǎn)的示意圖。在圖3中，Tn-1是這次的換向周期，Tn是下次的換向周期，h是無傳感器信號ZA～ZC的上升或下降邊，tact是實際過零時間。實際過零時間tact是在這次的換向周期Tn-1開始后到實際發(fā)生無傳感器信號ZA～ZC的上升/下降邊h為止的時間寬度。標號tref是目標過零時間。目標過零時間tref表示在這次的換向周期Tn-1開始后到應(yīng)當發(fā)生無傳感器信號ZA～ZC的上升/下降邊h為止的希望時間寬度。
控制器單元11在從起動向無傳感器運轉(zhuǎn)的切換的起初，設(shè)定預(yù)定的換向周期，把預(yù)定的換向控制信號提供給開關(guān)晶體管4～9。由此，在時刻t1，換向發(fā)生，而開始這次的換向周期Tn-1。當這次的換向周期Tn-1開始時，控制器單元11根據(jù)這次的換向周期Tn-1來設(shè)定下次的換向定時，同時，檢測出作為到無傳感器信號ZA～ZC的上升/下降邊h實際發(fā)生之前的時間寬度的實際過零時間tact。下次的換向定時是這次的換向周期Tn-1的結(jié)束即時刻t2。通過成為下次的換向定時即時刻t2，控制器單元11用按照轉(zhuǎn)速設(shè)定信息的PWM來對根據(jù)無傳感器信號ZA～ZC的狀態(tài)而進行預(yù)先分配的換向控制信號Au～CL進行調(diào)制，而提供給開關(guān)晶體管4～9。下面對換向控制信號Au～CL的分配進行描述。由此，新的換向發(fā)生。
控制器單元11按下述那樣決定下次的換向周期Tn。首先，目標過零時間tref根據(jù)這次的換向周期Tn-1來設(shè)定。
tref＝(j/k)·Tn-1在上述中，(j/k)·Tn-1表示到把這次的換向周期Tn-1進行k等分的第j個為止的時間寬度。在本例中，j和k為j＝1、k＝2，目標過零時間tref為tref＝1/2·Tn-1，而設(shè)定為處于換向周期的中央。在目標過零時間tref設(shè)定之后，運算目標過零時間tref與實際過零時間tact之差Δtn-1。
Δtn-1＝tref-tact根據(jù)差Δtn-1來運算下次的換向周期Tn的積分值Tin。
Tin＝Ki·Δtn-1+Tin-1在上式中，Ki是積分常數(shù)，Tin-1是這次的換向周期Tn-1的積分值。根據(jù)差Δtn-1和下次的換向周期Tn的積分值Tin來運算下次的換向周期Tn，以便于無傳感器信號ZA～ZC的上升/下降邊h在目標過零時間tref中發(fā)生。
Tn＝Kp·Δtn-1+Tin
在上式中，Kp是比例常數(shù)。
當下次的換向周期Tn被決定時，根據(jù)換向周期Tn來設(shè)定新的換向定時，同時，檢測出新的實際過零時間tact。接著，如上述那樣，通過成為換向定時，以按照轉(zhuǎn)速設(shè)定信息的PWM來對對應(yīng)于無傳感器信號ZA～ZC的狀態(tài)而分配的換向控制信號Au～CL進行調(diào)制，并輸出。
控制器單元11根據(jù)無傳感器信號ZA～ZC的狀態(tài)而把“0”或“1”分配給換向控制信號Au～CL。如圖2所示的那樣，無傳感器信號ZA～ZC具有狀態(tài)1～狀態(tài)6。在本例中，在ZA～ZC＝(0，0，1)的狀態(tài)1下，Au＝0，AL＝1，Bu＝0，BL＝0，Cu＝1，CL＝0。在ZA～ZC＝(0，1，0)的狀態(tài)2下，Au＝0，AL＝0，Bu＝1，BL＝0，Cu＝0，CL＝1。在ZA～ZC＝(0，1，1)的狀態(tài)3下，Au＝0，AL＝1，Bu＝1，BL＝0，Cu＝0，CL＝0。在ZA～ZC＝(1，0，0)的狀態(tài)4下，Au＝1，AL＝0，Bu＝0，BL＝1，Cu＝0，CL＝0。在ZA～ZC＝(1，0，1)的狀態(tài)5下，Au＝0，AL＝0，Bu＝0，BL＝1，Cu＝1，CL＝0。在ZA～ZC＝(1，1，0)的狀態(tài)6下，Au＝1，AL＝0，Bu＝0，BL＝0，Cu＝0，CL＝1。開關(guān)晶體管4～9在“1”下導(dǎo)通，在“0”下關(guān)斷。
控制器單元11至少根據(jù)一個無傳感器信號ZA～ZC的上升或下降邊的周期來檢測出無換向器DC電動機的轉(zhuǎn)速?？刂破鲉卧?1把檢測出的轉(zhuǎn)速與預(yù)定轉(zhuǎn)速進行比較，按上述那樣，當無換向器DC電動機的轉(zhuǎn)速在預(yù)定轉(zhuǎn)速以下時，把整流裝置10的開關(guān)裝置14控制為關(guān)斷狀態(tài)，在無換向器DC電動機的轉(zhuǎn)速在預(yù)定轉(zhuǎn)速以上時，把開關(guān)裝置14控制為導(dǎo)通狀態(tài)。
圖4是圖1的控制器單元11的流程圖。
當提供了起動信號時，控制器單元11在步驟30中使開關(guān)裝置14成為關(guān)斷狀態(tài)以使整流裝置10進行全波整流，在步驟31中起動無換向器DC電動機。無換向器DC電動機按上述那樣通過同步運轉(zhuǎn)被起動。然后，在步驟32中，控制器單元11，根據(jù)經(jīng)過了感應(yīng)電壓A～C成為穩(wěn)定輸出的狀態(tài)的預(yù)定時間后或者根據(jù)電動機到達感應(yīng)電壓A～C成為穩(wěn)定輸出的預(yù)定轉(zhuǎn)速后，來決定是否能夠向無傳感器運轉(zhuǎn)過渡。當控制器單元11在步驟32中決定了可以向無傳感器運轉(zhuǎn)過渡時，進入步驟33的無傳感器運轉(zhuǎn)。在步驟33中，在進行上述無傳感器運轉(zhuǎn)的同時，按照轉(zhuǎn)速設(shè)定信息來對換向控制信號Au～CL進行PWM控制。由此，電動機在對應(yīng)于轉(zhuǎn)速設(shè)定信息的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。
然后，控制器單元11進入步驟34，至少根據(jù)一個無傳感器信號ZA～ZC的上升或下降邊的周期來檢測出電動機的轉(zhuǎn)速，在步驟35中，決定檢測出的轉(zhuǎn)速是否在預(yù)定轉(zhuǎn)速以上。預(yù)定轉(zhuǎn)速如在構(gòu)成說明中所述的那樣，被設(shè)定為低于由全波整流動作所提供的電壓即本例中的141V下可運轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速的值上。如果電動機的轉(zhuǎn)速在預(yù)定轉(zhuǎn)速以下時，控制器單元11從步驟35進入步驟36，把開關(guān)裝置14控制為關(guān)斷狀態(tài)，返回步驟33。在開關(guān)裝置14關(guān)斷狀態(tài)下，整流裝置10進行全波整流，而把本例中的141V的直流電壓提供給開關(guān)晶體管4～9。如果電動機轉(zhuǎn)速在預(yù)定轉(zhuǎn)速以上，控制器單元11從步驟35進入步驟37，把開關(guān)裝置14控制為導(dǎo)通狀態(tài)，返回步驟33。在開關(guān)裝置14導(dǎo)通狀態(tài)下，整流裝置10進行倍壓整流，把本例中的141V的2倍的282V的直流電壓提供給開關(guān)晶體管4～9。
這樣，在電動機的轉(zhuǎn)速為預(yù)定轉(zhuǎn)速以下的情況下，整流裝置10進行全波整流，與預(yù)定轉(zhuǎn)速以上的情況相比，給開關(guān)晶體管4～9提供1/2的直流電壓。這樣，為了進行低速和中速控制，而減小被進行了PWM控制的換向控制信號Au～CL的脈寬，由此，使施加在驅(qū)動繞組1～3上的電壓脈沖的寬度變小，則電壓脈沖的電壓值成為預(yù)定轉(zhuǎn)速以上時的1/2。由此，電動機電流變小，鐵損減小。由于如上述那樣在預(yù)定轉(zhuǎn)速以下時電動機電流變小，則開關(guān)晶體管4～9的導(dǎo)通損耗降低。另一方面，當在預(yù)定轉(zhuǎn)速以上時，整流裝置10進行倍壓整流，而供給預(yù)定轉(zhuǎn)速以下時的2倍的直流電壓。這樣，電動機的運轉(zhuǎn)區(qū)域不會變窄。在電動機的轉(zhuǎn)速較高時，由于施加在驅(qū)動繞組1～3上的電壓脈沖的寬度變大，則電流變化變小。這樣鐵損不會增大。
通過插入單相橋式整流電路12和電容器電路13之間的開關(guān)裝置14的通/斷，來提供低壓和高壓兩種整流輸出。這樣，就能通過極其簡單的構(gòu)成來提供低壓和高壓兩種整流輸出。單相橋式整流電路12的二極管D3和D4在全波整流的情況下能夠積極地作為整流元件而起作用，而在倍壓整流的情況下能夠作為用于防止由過負荷等而使電容器電路13的極性反轉(zhuǎn)的保護用元件來起作用。由此，無論是全波整流還是倍壓整流都能有效地利用單相橋式整流電路12的二極管D1～D4。
圖5和圖6是表示本發(fā)明的第二實施例的構(gòu)成圖，表示空調(diào)系統(tǒng)的電動機驅(qū)動裝置。在圖5中，與圖1相同的標號表示相同的部件。
在第二實施例中，通過控制器單元40來對整流裝置10的開關(guān)裝置14進行通/斷控制，以便于在空調(diào)系統(tǒng)進行制冷運轉(zhuǎn)時，整流裝置10進行全波整流，在空調(diào)系統(tǒng)進行供暖運轉(zhuǎn)時，整流裝置10進行倍壓整流。具有驅(qū)動繞組1～3和永磁轉(zhuǎn)子22的無換向器DC電動機41通過控制器單元40來按照第一實施例所述的那樣進行起動和運轉(zhuǎn)控制，同時，通過對應(yīng)于轉(zhuǎn)速設(shè)定信息的換向控制信號Au～CL的PWM控制來控制轉(zhuǎn)速。
無換向器DC電動機41驅(qū)動圖6的壓縮機42。在圖6中，通過由控制器單元40所控制的四通閥43來切換供暖運轉(zhuǎn)或制冷運轉(zhuǎn)。在供暖運轉(zhuǎn)中，由控制器單元40來切換四通閥43，以形成冷卻媒質(zhì)流過壓縮機42的排出側(cè)a→四通閥43→室內(nèi)熱交換器44→膨脹閥45→室外熱交換器46→四通閥43→蓄熱器47→壓縮機42的吸入側(cè)b的供暖循環(huán)。在制冷運轉(zhuǎn)中，由控制器單元40來切換四通閥43，以形成冷卻媒質(zhì)流過壓縮機42的排出側(cè)a→四通閥43→室外熱交換器46→膨脹閥45→室內(nèi)熱交換器44→四通閥43→蓄熱器47→壓縮機42的吸入側(cè)b的制冷循環(huán)。
控制器單元40加入來自比較器16～18的無傳感器信號ZA～ZC，輸入起動信號、停止信號、供暖/制冷信息和轉(zhuǎn)速設(shè)定信息，來控制無換向器DC電動機的起動和運轉(zhuǎn)，同時，控制四通閥43的切換和整流裝置10的開關(guān)裝置14的通/斷。停止信號是要求空調(diào)系統(tǒng)停止的信號，供暖/制冷信息是要求供暖運轉(zhuǎn)或制冷運轉(zhuǎn)的信號。其他的結(jié)構(gòu)與第一實施例所述的相同。
圖7是圖5的控制器單元40的流程圖。
通過提供起動信號，控制器單元40在步驟50中輸入供暖/制冷信息，在步驟51中決定是供暖還是制冷。如果是制冷，控制器單元40從步驟51進入步驟52的制冷設(shè)定，切換四通閥43以形成制冷循環(huán)，在步驟53中，使整流裝置10的開關(guān)裝置14成為關(guān)斷狀態(tài)，然后進入步驟54。在開關(guān)裝置14導(dǎo)通的狀態(tài)下，整流裝置10進行全波整流工作，在本例中是把141V的直流電壓提供給開關(guān)晶體管4～9。如果是供暖，控制器單元40從步驟51進入步驟55的供暖設(shè)定，切換四通閥43以形成供暖循環(huán)，在步驟56中使整流裝置10的開關(guān)裝置14成為導(dǎo)通狀態(tài)，然后進入步驟54。在開關(guān)裝置14導(dǎo)通的狀態(tài)下，整流裝置10進行倍壓整流工作，在本例中是把141V的2倍的282V的直流電壓提供給開關(guān)晶體管4～9。
控制器單元40在步驟54中起動無換向器DC電動機41。無換向器DC電動機按第一實施例那樣通過同步運轉(zhuǎn)來起動。然后，控制器單元40，在步驟57中，根據(jù)經(jīng)過了感應(yīng)電壓A～C成為穩(wěn)定輸出狀態(tài)的預(yù)定時間或者電動機達到感應(yīng)電壓A～C成為穩(wěn)定輸出狀態(tài)的預(yù)定轉(zhuǎn)速，來決定是否能夠向無傳感器運轉(zhuǎn)過渡。若控制器單元11在步驟57中決定為能夠向無傳感器運轉(zhuǎn)過渡，由此，進入步驟58的無傳感器運轉(zhuǎn)。在步驟58中，按第一實施例所述的那樣，進行無傳感器運轉(zhuǎn)，同時，根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定信息來對換向控制信號Au～CL進行PWM控制。
然后，控制器單元40進入步驟59，來決定是否停止電動機41。在本實施例中，在提供停止信號的情況下以及在進行供暖/制冷切換的情況下，決定電動機41的停止。這樣，通過在運轉(zhuǎn)中從供暖向制冷切換或者從制冷向供暖切換，則決定電動機41的停止。根據(jù)供暖/制冷信息來認識是否進行供暖/制冷的切換。控制器單元40通過在步驟59中決定電動機41的停止，則返回步驟58，而繼續(xù)進行無換向器DC電動機41的無傳感器運轉(zhuǎn)。控制器單元40通過決定了電動機41的停止，則進入步驟60，而停止電動機41的運轉(zhuǎn)，然后進入步驟61。在步驟61中，需決定是通過停止信號來使電動機41停止，還是通過供暖/制冷的切換來使電動機41停止。如果控制器單元40是由停止信號所產(chǎn)生的停止，則結(jié)束圖7的控制。如果控制器單元40是由供暖/制冷的切換所產(chǎn)生的停止，則返回步驟50，根據(jù)供暖/制冷的切換來控制四通閥43和整流裝置10的開關(guān)裝置14，重新開始無換向器DC電動機41的起動和無傳感器運轉(zhuǎn)。
這樣，在空調(diào)系統(tǒng)進行制冷運轉(zhuǎn)的情況下，整流裝置10進行全波整流，與供暖運轉(zhuǎn)的情況相比，給開關(guān)晶體管4～9提供1/2的直流電壓。這樣，通過減小被進行了PWM控制的換向控制信號Au～CL的脈寬，來使施加在驅(qū)動繞組1～3上的電壓脈沖的寬度變小，則電壓脈沖的電壓值成為供暖運轉(zhuǎn)時的1/2。由此，電動機電流變小，其電流變化變小，因此由磁通的變化所引起的磁滯回線變小，則鐵損減小。在制冷運轉(zhuǎn)下，與供暖運轉(zhuǎn)時相比較不需要時驅(qū)動壓縮機42的電動機41以高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，因此即使降低了驅(qū)動電壓，也不會對制冷運轉(zhuǎn)帶來障礙。由于如上述那樣在制冷運轉(zhuǎn)中電動機電流變小，則開關(guān)晶體管4～9的導(dǎo)通損耗降低。另一方面，在供暖運轉(zhuǎn)中，整流裝置10進行倍壓整流，而供給制冷運轉(zhuǎn)時的2倍的直流電壓。這樣，不會給需要更大能力的供暖運轉(zhuǎn)帶來障礙。
雖然上述實施例具有無換向器DC電動機，但并不僅限于此。本發(fā)明能夠廣泛地適用于下述系統(tǒng)通過對應(yīng)于轉(zhuǎn)速設(shè)定信息的PWM控制來提供直流電壓，由此，來控制電動機的轉(zhuǎn)速。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經(jīng)對電動機驅(qū)動裝置進行了表示和說明，但是，應(yīng)當知道，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不背離本發(fā)明的精神的條件下進行變化和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種電動機驅(qū)動裝置，根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定信息來對直流電壓進行PWM控制，通過由PWM所調(diào)制的電壓脈沖來驅(qū)動電動機，其特征在于，包括整流裝置，對交流電源進行全波整流或倍壓整流，把進行了全波整流的電壓或進行了倍壓整流的電壓作為上述直流電壓來進行供電；和整流控制裝置，響應(yīng)于上述電動機的轉(zhuǎn)速，當上述電動機的轉(zhuǎn)速在預(yù)定轉(zhuǎn)速以下時，控制上述整流裝置以使上述整流裝置進行全波整流，當上述電動機的轉(zhuǎn)速在預(yù)定轉(zhuǎn)速以上時，控制上述整流裝置以使上述整流裝置進行倍壓整流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述整流裝置包括施加了交流電源的單相橋式整流電路；電容器電路，用上述單相橋式整流電路的整流電壓進行充電；和開關(guān)裝置，插入上述單相橋式整流電路與上述電容器電路之間，以便于在關(guān)斷狀態(tài)下進行全波整流，在導(dǎo)通狀態(tài)下進行倍壓整流；上述整流控制裝置對上述整流裝置的開關(guān)裝置進行通/斷控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述電容器電路包括串聯(lián)連接的第一和第二電容器；與第一和第二電容器的串聯(lián)連接相并聯(lián)地插入的第三電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述預(yù)定轉(zhuǎn)速被設(shè)定為低于在全波整流的直流電壓下可運轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速的值上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述電動機是無換向器DC電動機，進一步包括無傳感器信號發(fā)生裝置，響應(yīng)于在上述無換向器DC電動機的驅(qū)動繞組中發(fā)生的感應(yīng)電壓，根據(jù)上述感應(yīng)電壓和上述驅(qū)動繞組的中性點電位，發(fā)生表示上述感應(yīng)電壓的過零點的無傳感器信號；驅(qū)動裝置，響應(yīng)于上述無傳感器信號發(fā)生裝置，根據(jù)上述無傳感器信號而發(fā)生換向控制信號，對上述換向控制信號進行PWM控制，以便于使上述無換向器DC電動機成為對應(yīng)于上述轉(zhuǎn)速設(shè)定信息的轉(zhuǎn)速，并輸出；和開關(guān)電路裝置，響應(yīng)于上述驅(qū)動裝置，按照上述換向控制信號而把由上述整流裝置所供給的直流電壓提供給上述無換向器DC電動機的驅(qū)動繞組。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述整流控制裝置至少根據(jù)一個上述無傳感器信號的上升/下降邊的周期來檢測上述無換向器DC電動機的轉(zhuǎn)速。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述整流裝置包括施加了交流電源的單相橋式整流電路；電容器電路，用上述單相橋式整流電路的整流電壓進行充電；和開關(guān)裝置，插入上述單相橋式整流電路與上述電容器電路之間，以便于在關(guān)斷狀態(tài)下進行全波整流，在導(dǎo)通狀態(tài)下進行倍壓整流；上述整流控制裝置對上述整流裝置的開關(guān)裝置進行通/斷控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述電容器電路包括串聯(lián)連接的第一和第二電容器；與第一和第二電容器的串聯(lián)連接相并聯(lián)地插入的第三電容器；以及上述開關(guān)裝置的一端連接在上述第一電容器和上述第二電容器之間，另一端連接在上述單相橋式整流電路的一方的輸入端子上。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述預(yù)定轉(zhuǎn)速被設(shè)定為低于在全波整流的直流電壓下可運轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速的值上。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述驅(qū)動裝置包括實際過零時間檢測裝置，響應(yīng)于上述無傳感器信號發(fā)生裝置，檢測出表示從這次的換向周期開始到發(fā)生無傳感器信號的上升/下降邊為止的時間寬度的實際過零時間；換向控制信號輸出裝置，根據(jù)這次的換向周期來設(shè)定換向定時，通過成為換向定時來輸出換向控制信號；目標過零時間設(shè)定裝置，根據(jù)這次的換向周期，來設(shè)定表示從這次換向周期開始到上述無傳感器信號的上升/下降邊應(yīng)發(fā)生的所希望的時間寬度的目標過零時間；和換向周期決定裝置，響應(yīng)于上述實際過零時間檢測裝置和上述目標過零時間設(shè)定裝置，根據(jù)實際過零時間和目標過零時間來決定下次的換向周期。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述目標過零時間設(shè)定裝置按照下式來設(shè)定目標過零時間tref＝(j/k)·Tn-1其中，tref是目標過零時間，(j/k)·Tn-1是到把這次的換向周期Tn-1進行k等分的第j個為止的時間寬度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述換向周期決定裝置按照下式來決定下次的換向周期Δtn-1＝tref-ractTin＝Ki·Δtn-1+Tin-1Tn＝Kp·Δtn-1+Tin其中，Δtn-1是運算目標過零時間tref與實際過零時間tact之差，Tin是下次換向周期的積分值，Ki是積分常數(shù)，Tin-1是這次的換向周期Tn-1的積分值，Tn是下次的換向周期，Kp是比例常數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述換向控制信號輸出裝置具有根據(jù)上述無傳感器信號的狀態(tài)來預(yù)先分配的換向控制信號，輸出對應(yīng)于上述無傳感器信號的狀態(tài)的換向控制信號。
14.一種電動機驅(qū)動裝置，具有驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機的電動機，根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定信息來對直流電壓進行PWM控制，通過由PWM所調(diào)制的電壓脈沖來驅(qū)動上述電動機，其特征在于，包括整流裝置，對交流電源進行全波整流或倍壓整流，把進行了全波整流的電壓或進行了倍壓整流的電壓作為上述直流電壓來進行供電；和整流控制裝置，響應(yīng)于要求上述空調(diào)系統(tǒng)的供暖運轉(zhuǎn)或制冷運轉(zhuǎn)的供暖/制冷信息，在上述空調(diào)系統(tǒng)進行制冷運轉(zhuǎn)時，控制上述整流裝置以使上述整流裝置進行全波整流，在上述空調(diào)系統(tǒng)進行供暖運轉(zhuǎn)時，控制上述整流裝置以使上述整流裝置進行倍壓整流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述整流裝置包括施加了交流電源的單相橋式整流電路；電容器電路，用上述單相橋式整流電路的整流電壓進行充電；和開關(guān)裝置，插入上述單相橋式整流電路與上述電容器電路之間，以便于在關(guān)斷狀態(tài)下進行全波整流，在導(dǎo)通狀態(tài)下進行倍壓整流；上述整流控制裝置對上述整流裝置的開關(guān)裝置進行通/斷控制。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述電容器電路包括串聯(lián)連接的第一和第二電容器；與第一和第二電容器的串聯(lián)連接相并聯(lián)地插入的第三電容器。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述整流控制裝置在上述電動機起動之前，根據(jù)供暖/制冷信息來控制上述整流裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，進一步包括電動機停止裝置，響應(yīng)于上述供暖/制冷信息，在上述電動機驅(qū)動中進行供暖/制冷的切換的情況下，在上述整流控制裝置控制上述整流裝置的過程中，停止上述電動機。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述電動機是無換向器DC電動機，進一步包括無傳感器信號發(fā)生裝置，響應(yīng)于在上述無換向器DC電動機的驅(qū)動繞組中發(fā)生的感應(yīng)電壓，根據(jù)上述感應(yīng)電壓和上述驅(qū)動繞組的中性點電位，發(fā)生表示上述感應(yīng)電壓的過零點的無傳感器信號；驅(qū)動裝置，響應(yīng)于上述無傳感器信號發(fā)生裝置，根據(jù)上述無傳感器信號而發(fā)生換向控制信號，對上述換向控制信號進行PWM控制，以便于使上述無換向器DC電動機成為對應(yīng)于上述轉(zhuǎn)速設(shè)定信息的轉(zhuǎn)速，并輸出；和開關(guān)電路裝置，響應(yīng)于上述驅(qū)動裝置，按照上述換向控制信號而把由上述整流裝置所供給的直流電壓提供給上述無換向器DC電動機的驅(qū)動繞組。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述整流裝置包括施加了交流電源的單相橋式整流電路；電容器電路，用上述單相橋式整流電路的整流電壓進行充電；和開關(guān)裝置，插入上述單相橋式整流電路與上述電容器電路之間，以便于在關(guān)斷狀態(tài)下進行全波整流，在導(dǎo)通狀態(tài)下進行倍壓整流；上述整流控制裝置對上述整流裝置的開關(guān)裝置進行通/斷控制。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述電容器電路包括串聯(lián)連接的第一和第二電容器；與第一和第二電容器的串聯(lián)連接相并聯(lián)地插入的第三電容器；以及上述開關(guān)裝置的一端連接在上述第一電容器和上述第二電容器之間，另一端連接在上述單相橋式整流電路的一方的輸入端子上。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述驅(qū)動裝置包括實際過零時間檢測裝置，響應(yīng)于上述無傳感器信號發(fā)生裝置，檢測出表示從這次的換向周期開始到發(fā)生無傳感器信號的上升/下降邊為止的時間寬度的實際過零時間；換向控制信號輸出裝置，根據(jù)這次的換向周期來設(shè)定換向定時，通過成為換向定時來輸出換向控制信號；目標過零時間設(shè)定裝置，根據(jù)這次的換向周期，來設(shè)定表示從這次換向周期開始到上述無傳感器信號的上升/下降邊應(yīng)發(fā)生的所希望的時間寬度的目標過零時間；和換向周期決定裝置，響應(yīng)于上述實際過零時間檢測裝置和上述目標過零時間設(shè)定裝置，根據(jù)實際過零時間和目標過零時間來決定下次的換向周期。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述目標過零時間設(shè)定裝置按照下式來設(shè)定目標過零時間tref＝(j/k)·Tn-1其中，tref是目標過零時間，(j/k)·Tn-1是到把這次的換向周期Tn-1進行k等分的第j個為止的時間寬度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述換向周期決定裝置按照下式來決定下次的換向周期Δtn-1＝tref-tactTin＝Ki·Δtn-1+Tin-1Tn＝Kp·Δtn-1+Tin其中，Δtn-1是運算目標過零時間tref與實際過零時間tact之差，Tin是下次換向周期的積分值，Ki是積分常數(shù)，Tin-1是這次的換向周期Tn-1的積分值，Tn是下次的換向周期，Kp是比例常數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述換向控制信號輸出裝置具有根據(jù)上述無傳感器信號的狀態(tài)來預(yù)先分配的換向控制信號，輸出對應(yīng)于上述無傳感器信號的狀態(tài)的換向控制信號。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，上述整流控制裝置在上述電動機起動之前，根據(jù)供暖/制冷信息來控制上述整流裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，進一步包括電動機停止裝置，響應(yīng)于上述供暖/制冷信息，在上述電動機驅(qū)動中進行供暖/制冷的切換的情況下，在上述整流控制裝置控制上述整流裝置的過程中，停止上述電動機。
全文摘要
電動機驅(qū)動裝置,根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定信息來對來自整流單元的直流電壓進行PWM控制,由用PWM所調(diào)制的電壓脈沖來驅(qū)動電動機。對整流單元進行控制,以便于當電動機在預(yù)定轉(zhuǎn)速以下時進行全波整流,而在電動機在預(yù)定轉(zhuǎn)速以上時進行倍壓整流。在電動機驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機的情況下,對整流單元進行控制,以便于當空調(diào)系統(tǒng)進行制冷運轉(zhuǎn)時進行全波整流,而在空調(diào)系統(tǒng)進行供暖運轉(zhuǎn)時進行倍壓整流。
文檔編號H02P27/08GK1191411SQ9710859
公開日1998年8月26日 申請日期1997年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月30日
發(fā)明者武川順之, 高木伸和 申請人:株式會社杰克賽爾