專利名稱：無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明內(nèi)容一般涉及ー種無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備。
背景技術(shù)：
作為ー種直流無刷電機，公知無傳感器型電機(為了降低成本的原因而未設(shè)置有檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的傳感器)在實際中進(jìn)行使用。公知無傳感器無刷電機設(shè)置有位置檢測電路，該位置檢測電路用于通過檢測在電機的定子的電樞繞組的一端處產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，來檢測轉(zhuǎn)子相對于該轉(zhuǎn)子的一對磁極的旋轉(zhuǎn)位置?；谒鶛z測的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，電源控制裝置確定供應(yīng)電源電壓給電樞繞組的上電時間帶(energization time zone)。電源電 路(其一般由逆變器電路所配置)根據(jù)所確定的上電時間帶將電源電壓供應(yīng)至電樞繞組，從而對電樞繞組上電。具有三相電樞繞組的電機經(jīng)常采用這樣ー種驅(qū)動方法，其中根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，以120度的電度角(electrical angle)的斜度依次按序?qū)Χ鄠€相位端上電。在這樣的驅(qū)動方法中，上電時間帶可超過120度的電度角并且可與多個相位交疊。另外在大多數(shù)情況下，電源電路被脈寬調(diào)制(或在下文中被縮寫為PWM)生成的信號，即PWM生成電路生成的信號所控制，從而占空比可變以調(diào)節(jié)輸出扭矩。通過轉(zhuǎn)子的一對磁極與處于非上電時間帶中的電樞繞組之間的磁通互聯(lián),產(chǎn)生由上文所述的位置檢測電路所檢測的感應(yīng)電壓。由于所感應(yīng)的感應(yīng)電壓的位置隨著電樞繞組和轉(zhuǎn)子的相對旋轉(zhuǎn)位置而改變，從而將感應(yīng)電壓作為用于檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的指示。隨著依次按序?qū)ι鲜鱿辔欢松想?，在感?yīng)出感應(yīng)電壓處的相位按序改變。傳統(tǒng)上采用三相組合型電路系統(tǒng)和三相獨立型電路系統(tǒng)作為用于檢測感應(yīng)電壓的電路系統(tǒng)。一般而言，在這兩個電路系統(tǒng)中，通過比較器將感應(yīng)電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并且在比較結(jié)果改變的時刻檢測轉(zhuǎn)子的參考旋轉(zhuǎn)位置。將為電源電壓值一半的中間電平值或以Y-型連接進(jìn)行彼此連接的電樞繞組的中性點電壓(neutral point voltage)作為參考電壓。在JPH11-32498A中公開了ー個被應(yīng)用到無傳感器無刷電機的上述類型的驅(qū)動設(shè)備的實例。在JPH11-32498A中公開的無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備和控制方法通過整流器和倍壓器對交流電源進(jìn)行整流以獲得直流電壓，該直流電壓通過被PWM斬波驅(qū)動的逆變器而被施加到具有開關(guān)的無刷電機。至少在啟動時和低速運行時間期間，關(guān)斷倍壓器并且同時將PWM斬波變?yōu)轭A(yù)定的占空(duty)，從而通過延長PWM斬波的工作期間(on-dutyperiod)在不使用倍壓器的模式下，不會失敗地檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。在JPH8-23694A中公開了ー個應(yīng)用于使用直流電源的無刷電機的速度控制設(shè)備的示例。在JPH8-23694A中公開的速度控制裝置(配備有用于改變調(diào)節(jié)電機速度的上電期間的長度的PWM控制裝置和電機速度檢測裝置)通過響應(yīng)于電機速度自動改變PWM頻率來控制電機旋轉(zhuǎn)，從而PWM頻率自動并持續(xù)地根據(jù)電機速度而改變，以在低速到高速的寬范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的速度控制。在無傳感器無刷電機中，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度被控制為低的情況下，PWM控制的占空比被控制為小，在端處感應(yīng)電壓被感應(yīng)的持續(xù)時間變小以與工作期間一致。因此，從位置檢測電路的比較器輸出的比較結(jié)果還包括間歇波形。在位置檢測電路中讀出比較器的輸出的時刻正常為脈寬調(diào)制信號的下降相位，即工作期間的完成時間。原因是，逆變器控制電路和逆變器電路包括傳輸延遲時間，因而上述時刻對讀出輸出中的變化是適當(dāng)?shù)?，這種輸出中的變化在延遲了傳輸延遲時間的工作周期期間于比較器處發(fā)生。在占空比于低速范圍急速下降的情況下(即當(dāng)工作期間變的比傳輸延遲時間短時)，旋轉(zhuǎn)位置不再被檢測。原因是，比較器處工作期間的整個持續(xù)時間被延遲并跟在脈寬調(diào)制信號的下降相位之后，而基本不存在于位置檢測電路中讀出比較器的輸出的時間。為了適應(yīng)在低速下檢測旋轉(zhuǎn)位置的難度，如同在JPH11-32498A中公開的無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備所披露的，通過在低速時切換到倍壓器模式來延長PWM斬波的占空的工作期間(on-period)是有效的。在JPH11-32498A中公開的設(shè)備基于具有交流電源來應(yīng)用倍壓器裝置。結(jié)果是，在JPH11-32498A中使用的方法不適用于電池或其它直流電源所 驅(qū)動的無傳感器無刷電機。在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度被控制為高的情況下，PWM控制的占空比被控制為大。結(jié)果是，由于比較器的輸出的改變中斷的時刻與比較器的輸出被讀出的時刻一致(being off)，從而不具有不能檢測旋轉(zhuǎn)位置的問題，然而產(chǎn)生了另一問題。在高速范圍增加了相應(yīng)于一個PWM頻率周期的旋轉(zhuǎn)角的量。在高速范圍用位置檢測方法(工作在PWM信號的預(yù)定相位處)使用常數(shù)PWM頻率使得用于檢測旋轉(zhuǎn)位置的時刻被延遲，這導(dǎo)致檢測位置具有增加的測量誤差。在極端情況下，測量誤差幾乎為整個旋轉(zhuǎn)角。在JPH11-32498A中公開的設(shè)備作為解決在高速范圍增加的旋轉(zhuǎn)位置檢測誤差的問題并沒有效，這導(dǎo)致在高速范圍時控制電機有困難。在JPH8-23694A中公開的速度控制裝置根據(jù)用電機速度檢測裝置自動并持續(xù)檢測的電機速度來改變PWM頻率，這對于在高速范圍和低速范圍兩者中均存在的上述問題是有效的。具有電機速度檢測裝置意味著具有一種旋轉(zhuǎn)位置檢測傳感器。提供自動并持續(xù)改變的PWM頻率的電路的設(shè)計是復(fù)雜的。結(jié)果是，在JPH8-23694A中公開的速度控制裝置必定具有高成本并且不適于提供低成本的無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備。因而，存在對這樣一種無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備的需求，其可控制成本增加，并在從低速到高速的寬范圍內(nèi)準(zhǔn)確地檢測電機的旋轉(zhuǎn)位置以提供驅(qū)動電機的舒適控制，以及將驅(qū)動和控制范圍增加到比傳統(tǒng)電機更寬的范圍。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，一種無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備包括逆變器電路，將電源電壓供應(yīng)到所述無傳感器無刷電機的三相電樞繞組的三相端，該電源電壓的占空比通過脈寬調(diào)制方法可變控制，所述無傳感器無刷電機設(shè)置有包括所述三相電樞繞組的定子并設(shè)置有包括一對磁極的轉(zhuǎn)子。無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備還包括PWM產(chǎn)生器電路，生成包括與被指令的占空比相應(yīng)或與所述電機的被指令的旋轉(zhuǎn)數(shù)量相應(yīng)的所述占空比的脈寬調(diào)制信號；位置檢測電路，在所述脈寬調(diào)制信號的預(yù)定相位運行，于不從所述逆變器電路供應(yīng)所述電源電壓給所述三相端的非上電時間帶中檢測在所述三相端處感應(yīng)的感應(yīng)電壓，并基于所述感應(yīng)電壓檢測所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置；以及逆變器控制電路，基于所述位置檢測電路檢測的所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置確定所述電源電壓被供應(yīng)到所述三相端的每一端的上電時間帶，以及將基于所述上電時間帶的設(shè)定和所述脈寬調(diào)制信號所確定的上電控制信號傳輸?shù)剿瞿孀兤麟娐?。所述PWM產(chǎn)生器電路響應(yīng)于如下多個參數(shù)之一的增加和降低來提供脈寬調(diào)制頻率的步進(jìn)增加和降低，所述多個參數(shù)包括被指令的占空比、被指令的所述電機的旋轉(zhuǎn)數(shù)量、檢測的占空比以及檢測的所述電機的旋轉(zhuǎn)數(shù)量。無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備的PWM產(chǎn)生器電路響應(yīng)于如下多個參數(shù)之一的增加和降低來提供PWM(脈寬調(diào)制)頻率的步進(jìn)增加和降低，所述多個參數(shù)包括被指令的占空t匕、所述電機的被指令的旋轉(zhuǎn)數(shù)量、檢測的占空比以及檢測的所述電機的旋轉(zhuǎn)數(shù)量。當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度低并且占空比小時，PWM頻率降低并且使得一個周期變長，從而工作期間沒有很大改變，從而位置檢測電路提供有讀取比較器的輸出的時刻而不受到整個系統(tǒng)的傳輸延遲時間的影響。結(jié)果是，在低速區(qū)域中以高精度檢測轉(zhuǎn)子的位置，以提供更舒適的轉(zhuǎn)子的控制和驅(qū)動，從而將轉(zhuǎn)子被制且驅(qū)動到更低的旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度高時，PWM頻率增加并使得一個周期變短，從而位置檢測電路提供了更多的讀取比較器輸出的時間以減小檢測轉(zhuǎn)子位置的延遲。結(jié)果是，在高速區(qū)域以高精度檢測轉(zhuǎn)子的位置，以提供更舒適的轉(zhuǎn)子的控制和驅(qū)動，從而將轉(zhuǎn)子控制且驅(qū)動到更高的旋轉(zhuǎn)速度。根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備還包括PWM產(chǎn)生器電路，其提供正常PWM頻率和低速PWM頻率，其中所述正常PWM頻率為在正常狀態(tài)下使用的脈寬調(diào)制頻率，所述低速PWM頻率相對于所述正常PWM頻率具有較低頻率。其中當(dāng)所述多個參數(shù)其中之一達(dá)到等于并降低到低于低速轉(zhuǎn)換閾值時所述正常PWM頻率被切換到所述低速PWM頻率,當(dāng)所述多個參數(shù)其中之一達(dá)到等于并增加到高于低速釋放閾值(low-speedrelief threshold)時所述低速PWM頻率被切換到所述正常PWM頻率。PWM產(chǎn)生器電路根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度在正常PWM頻率和低速PWM頻率之間來回切換PWM頻率。當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度低并且占空比小時，使用低速PWM頻率使得PWM頻率的一個周期更長，從而工作期間沒有很大地改變到較小值，從而位置檢測電路提供有讀取比較器的輸出的時刻，而不受到整個系統(tǒng)的傳輸延遲時間的影響。結(jié)果是，在低速區(qū)域以高精度檢測轉(zhuǎn)子的位置，以提供更舒適的轉(zhuǎn)子的控制和驅(qū)動，從而將轉(zhuǎn)子控制且驅(qū)動到更低的旋轉(zhuǎn)速度。用簡單的電路在正常PWM頻率和低速PWM頻率的兩個階段對PWM頻率進(jìn)行切換，從而不需要具有復(fù)雜電路的高成本。根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備設(shè)置有低速轉(zhuǎn)換閾值，其相比于所述低速釋放閾值被設(shè)定為較低值。用低速轉(zhuǎn)換閾值的值小于低速釋放閾值，在低速轉(zhuǎn)換閾值和低速釋放閾值之間，對用于進(jìn)行來回切換的閾值設(shè)定提供了滯后，從而當(dāng)轉(zhuǎn)子在正常速度區(qū)域和低速區(qū)域之間的邊界線附近旋轉(zhuǎn)時，防止頻繁地切換PWM頻率。 根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備還包括PWM產(chǎn)生器電路，其提供正常PWM頻率和高速PWM頻率，該正常PWM頻率為在正常狀態(tài)下使用的脈寬調(diào)制頻率，該高速PWM頻率相對于所述正常PWM頻率具有較高頻率。當(dāng)所述多個參數(shù)其中之一達(dá)到等于并增加到高于高速轉(zhuǎn)換閾值時所述正常PWM頻率被切換到所述高速PWM頻率，當(dāng)所述多個參數(shù)其中之一達(dá)到等于并降低到低于高速釋放閾值時所述高速PWM頻率被切換到所述正常PWM頻率。PWM產(chǎn)生器電路根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度在正常PWM頻率和高速PWM頻率之間來回切換PWM頻率。當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度高吋，使用高速PWM頻率使得PWM頻率的ー個周期更短，從而工作期間沒有很大地改變到較小值，從而位置檢測電路提供有更多的讀取比較器34的輸出的時刻，以減小檢測轉(zhuǎn)子位置的延遲。結(jié)果是，在高速區(qū)域以高精度檢測轉(zhuǎn)子的位置，以提供更舒適的轉(zhuǎn)子的控制和驅(qū)動，從而將轉(zhuǎn)子控制且驅(qū)動到更高的旋轉(zhuǎn)速度。用簡單電路在正常PWM頻率和高速PWM頻率兩個階段對PWM頻率進(jìn)行切換。用于在高速區(qū)域切換的電路與用于在低速區(qū)域切換的上述電路一起使用時提供了三個階段的切換電路，其仍為簡單電路，從而不需要具有復(fù)雜電路的高成本。
根據(jù)本發(fā)明的另ー個方案，無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備設(shè)置有相比于所述高速釋放閾值被設(shè)定為較高值的所述高速轉(zhuǎn)換閾值。用高速轉(zhuǎn)換閾值的值大于高速釋放閾值，在高速轉(zhuǎn)換頻率和高速釋放頻率之間，對用于進(jìn)行來回切換的閾值設(shè)定提供了另ー滯后，從而當(dāng)轉(zhuǎn)子在正常速度區(qū)域和高速區(qū)域之間的邊界線附近旋轉(zhuǎn)吋，防止頻繁地切換PWM頻率。根據(jù)本發(fā)明的另ー個方案，無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備使用所述PWM產(chǎn)生器電路的所述脈寬調(diào)制信號的下降相位以控制所述電源電壓的下降時亥IJ。所述位置檢測電路運行在所述Pmi產(chǎn)生器電路的所述脈寬調(diào)制信號的下降相位。PWM產(chǎn)生器電路通過脈寬調(diào)制信號的下降相位控制電源電壓的下降時刻，并且位置檢測電路運行在脈寬調(diào)制信號的下降相位。結(jié)果是，位置檢測電路可根據(jù)相對于PWM信號具有傳輸延遲時間的感應(yīng)電壓可靠地檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且具有PWM產(chǎn)生器電路切換PWM頻率的效果，從而驅(qū)動和控制范圍增加到較大范圍。根據(jù)本發(fā)明的另ー個方案，無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備設(shè)置有相比于所述高速釋放閾值被設(shè)定為較低值的所述低速釋放閾值。所述低速釋放閾值相比于所述高速釋放閾值被設(shè)定為較低值，從而在正常速度區(qū)域、低速區(qū)域以及高速區(qū)域的三個階段控制轉(zhuǎn)子。在低速范圍和高速范圍都能以高精度舒適地控制和驅(qū)動轉(zhuǎn)子，從而可提供較大范圍的旋轉(zhuǎn)速度控制。在閾值處切換PWM頻率以提供三個不同的PWM頻率，即正常PWM頻率、低速PWM頻率以及高速PWM頻率。通過用分頻電路改變PWM頻率的分頻比(division ratio)，不費カ且不增加成本地提供不同頻率。根據(jù)本發(fā)明的另ー個方案，無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備設(shè)置有PWM產(chǎn)生器電路，當(dāng)所述多個參數(shù)其中之ー為介于所述低速釋放閾值與所述高速釋放閾值之間的ー個值時，所述PWM產(chǎn)生器電路采用正常PWM頻率。當(dāng)所述多個參數(shù)其中之ー為介于所述低速釋放閾值與所述高速釋放閾值之間的ー個值吋，所述PWM產(chǎn)生器電路采用所述正常PWM頻率，從而在正常速度區(qū)域、低速區(qū)域以及高速區(qū)域的三個階段控制轉(zhuǎn)子。在低速范圍和高速范圍都能以高精度舒適地控制和驅(qū)動轉(zhuǎn)子，從而可提供較大范圍的旋轉(zhuǎn)速度控制。在閾值處切換PWM頻率以提供三個不同的PWM頻率，即正常PWM頻率、低速PWM頻率以及高速PWM頻率。通過用分頻電路改變PWM頻率的分頻比，不費カ且不增加成本地提供不同頻率。根據(jù)本發(fā)明的另ー個方案，無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備設(shè)置有所述低速PWM頻率，其為所述正常PWM頻率的一半頻率。當(dāng)降低轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度吋，PWM頻率在達(dá)到轉(zhuǎn)子位置的檢測限制之前切換到低速PWM頻率。當(dāng)使用具有正常PWM頻率的一半頻率的低速PWM頻率吋，PWM信號的ー個周期翻倍。并且工作期間也翻倍，因而使得占空比等于正常PWM頻率的占空比，從而用相同的電源電壓的有效值實現(xiàn)相同的旋轉(zhuǎn)速度。結(jié)果是，位置信號上的工作期間變?yōu)閮杀堕L。使工作期間兩倍長使得位置檢測電路能夠不會失敗地讀取位置信號，這是由于讀取位置信號的時間與在位置信號在接近中間的某些時間處于高電平時的期間一致。結(jié)果是，在低速區(qū)域以高精度檢測轉(zhuǎn)子的位置，以提供更舒適的轉(zhuǎn)子的控制和驅(qū)動，從而將轉(zhuǎn)子控制且驅(qū)動到更低的旋轉(zhuǎn)速度。根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備設(shè)置有所述高速PWM頻率，其為所述正常PWM頻率的兩倍頻率。
PWM頻率在位置檢測誤差增加到對轉(zhuǎn)子驅(qū)動的控制變困難的那個點之前切換到高速PWM頻率。當(dāng)高速PWM頻率為正常PWM頻率的兩倍頻率時，PWM信號的一個周期減半。工作期間也減半，因而使得占空比等于正常PWM頻率的占空比，從而用相同的電源電壓有效值實現(xiàn)相同的旋轉(zhuǎn)速度。結(jié)果是，位置檢測電路的讀取位置信號的次數(shù)加倍，從而在讀取位置信號的變化時延遲變小，這會導(dǎo)致降低由于讀取位置信號的延遲所引起的位置檢測誤差。結(jié)果是，可以在高速范圍以較高精度檢測轉(zhuǎn)子的位置，從而在更高速范圍對驅(qū)動轉(zhuǎn)子的控制變得更舒適。


從如下參考附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明內(nèi)容的上述和附加的特征和特性將更加顯而易見，其中圖I為描述根據(jù)第一實施例的作為一個整體的無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備的配置圖；圖2為示出了當(dāng)電機被驅(qū)動時負(fù)載的特性的一個示例并且還描述了用于控制PWM頻率進(jìn)行切換的閾值的視圖；圖3為用于根據(jù)第一實施例的PWM頻率控制的流程圖；圖4A為示出描述根據(jù)第一實施例的驅(qū)動設(shè)備是否能夠在低速范圍檢測位置檢測電路的位置信號中的從低到高的電平變化的波形的視圖，其示出了當(dāng)在低速范圍使用正常PWM頻率時檢測的限制；圖4B為示出描述根據(jù)第一實施例的驅(qū)動設(shè)備是否能夠在低速范圍檢測位置檢測電路的位置信號中的從低到高的電平變化的波形的視圖，其示出了當(dāng)在低速范圍使用低速PWM頻率時能夠進(jìn)行檢測；圖4C為示出描述根據(jù)第一實施例的驅(qū)動設(shè)備是否能夠在低速范圍檢測位置檢測電路的位置信號中的從低到高的電平變化的波形的視圖，其示出了當(dāng)在低速范圍使用低速PWM頻率時的檢測的限制；圖5A為示出描述了根據(jù)第一實施例的由于在高速范圍讀取位置檢測電路的位置信號的延遲所引起的位置檢測誤差的波形的視圖，其示出了當(dāng)在高速范圍使用正常PWM頻率時的位置檢測誤差；圖5B為示出描述了根據(jù)第一實施例的由于在高速范圍讀取位置檢測電路的位置信號的延遲所引起的位置檢測誤差的波形的視圖，其示出了當(dāng)在高速范圍使用高速PWM頻率時降低了位置檢測誤差；
圖6為描述根據(jù)第二實施例的作為ー個整體的無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備的配置圖7為用于根據(jù)第二實施例的PWM頻率控制的流程圖；圖8為描述根據(jù)第三實施例的作為ー個整體的無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備的配置圖。
具體實施例方式為了描述根據(jù)本發(fā)明的無傳感器無刷電機9的驅(qū)動設(shè)備I的實施例的目的，在一個PWM頻率周期內(nèi)供應(yīng)電源電壓Vcc的時間長度被稱為工作期間。將電源電壓Vcc持續(xù)供應(yīng)到具有高于120度電度角或接近該角度的多個工作期間的預(yù)定相位的時間長度被稱為上電時間帯。一般而言，工作期間比上電時間帶短得多。將參考圖I到圖5描述根據(jù)第一實施例的無傳感器無刷電機9的驅(qū)動設(shè)備I的配置和驅(qū)動操作。配置如圖I所示的驅(qū)動設(shè)備I通過使用逆變器電路2對無傳感器無刷電機9上電，在逆變器電路2中電源電壓的占空比通過PWM(脈寬調(diào)制)方法而改變。無傳感器無刷電機9設(shè)置有定子91和轉(zhuǎn)子100,該定子91包括以Δ (delta)連接進(jìn)行彼此連接的UV電樞繞組92、VW電樞繞組93以及WU電樞繞組94 (即三相電樞繞組)，并且該轉(zhuǎn)子100包括一對磁極S、N，然而無傳感器無刷電機9不包括用于檢測轉(zhuǎn)子100的旋轉(zhuǎn)位置的傳感器。定子91包括U-相端95U、V-相端95V以及W-相端95W(即三相端)。UV電樞繞組92連接到U-相端95U和V-相端95V以位于U-相端95U和V-相端95V之間，Vff電樞繞組93連接到V-相端95V和W-相端95W以位于V-相端95V和W-相端95W之間，WU電樞繞組94連接到W-相端95W和U-相端95U以位于W-相端95W和U-相端95U之間。根據(jù)第一實施例，對定子91的三相電樞繞組92、93、94的數(shù)目或轉(zhuǎn)子100的成對磁極S、N的數(shù)目沒有限制。驅(qū)動設(shè)備I由逆變器電路2、位置檢測電路3、逆變器控制電路4、上電相位切換設(shè)定電路41、PWM產(chǎn)生器電路5以及旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定電路51構(gòu)成。逆變器電路2包括輸入端21和接地端E，兩者均連接到直流電源從而將電源電壓Vcc供應(yīng)到逆變器電路2。逆變器電路2被配置為包括三相橋。參考圖I并且將U-相作為ー個示例來詳細(xì)描述這種配置，處于U-相的電源側(cè)開關(guān)元件22U和處于U-相的接地側(cè)開關(guān)元件23U彼此串聯(lián)連接，并且U-相輸出端24U插入到開關(guān)元件22U和23U之間。V-相和W-相的配置類似。對于每個開關(guān)元件23U、24U，例如可使用場效應(yīng)晶體管(FET)。因而，逆變器電路2被配置為根據(jù)上電控制信號SC在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)之間可控切換。每個相位的輸出端經(jīng)由電源線25U、25V、25W分別連接到定子91的三相端95U、95V、95W。定子91的U-相端95U、V_相端95V以及W-相端95W的每ー個根據(jù)逆變器電路2的各開關(guān)元件22U、23U的打開和關(guān)閉控制而在三種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。由于三種狀態(tài)在U-、V-、W-相之間相同，從而將在U-相端95U的實例中描述三種狀態(tài)。當(dāng)處于U-相的電源側(cè)開關(guān)元件22U處于導(dǎo)通狀態(tài)并且處于U-相的接地側(cè)開關(guān)元件23U處于關(guān)閉狀態(tài)吋，U-相端95U連結(jié)(tie)到電源電壓Vcc。當(dāng)U-相電源側(cè)開關(guān)元件22U處于關(guān)閉狀態(tài)并且U-相接地側(cè)開關(guān)元件23U處于導(dǎo)通狀態(tài)時，U-相端95U連結(jié)到零電壓。當(dāng)處于U-相的電源側(cè)開關(guān)元件22U和處于U-相的接地側(cè)開關(guān)元件23U都為關(guān)閉狀態(tài)時，U-相端95U處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。
當(dāng)U-相端95U處于高阻抗?fàn)顟B(tài)時，在U-相端95U處產(chǎn)生U-相感應(yīng)電壓。通過來自與UV電樞繞組92和WU電樞繞組94 (兩者都連接到U-相端95U)互連(interlink)的轉(zhuǎn)子100的成對電極S、N的磁通 量產(chǎn)生U-相感應(yīng)電壓。因此，U-相感應(yīng)電壓根據(jù)UV電樞繞組92和WU電樞繞組94相對于轉(zhuǎn)子100的旋轉(zhuǎn)位置而改變，因而U-相感應(yīng)電壓可為用于檢測轉(zhuǎn)子100的旋轉(zhuǎn)位置的指示。處于U-相的電源側(cè)開關(guān)元件22U和處于U-相的接地側(cè)開關(guān)元件23U被控制為同時不會處于導(dǎo)電狀態(tài)，從而防止電源電壓的短路故障。位置檢測電路3配置有三相組合阻抗31U、31V、31W、比較器34以及位置檢測部37。三相組合阻抗31U、31V、31W的阻值R彼此相同。三相組合阻抗31U、31V、31W位于電源線25U、25V、25W與組合點32 (其為組合阻抗31U、31V、31W之間的共同組合點)之間。換言之，三相組合阻抗31U、31V、31W以Y-連接彼此連接并且組合點32被用作Y-連接的中性(netural)點。U-相感應(yīng)電壓、V-相感應(yīng)電壓以及W-相感應(yīng)電壓被組合，因而在組合點32處產(chǎn)生合成電壓Vmix。U-相感應(yīng)電壓、V-相感應(yīng)電壓以及W-相感應(yīng)電壓為分別在定子91的三相端95U、95V以及95W處產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。組合點32連接到比較器34的正側(cè)輸入端+ (將合成電壓Vmix輸入該端)。另一方面，中間電平值VM( = Vcc/2)作為參考電壓輸入至比較器34的負(fù)側(cè)輸入端_。通過由阻抗值r、r彼此相同的兩個電阻將DC電源的電源電壓Vcc分成兩份，來獲得中間電平值VM。比較器34比較輸入到比較器34的正側(cè)輸入端+的合成電壓Vmix的幅度相對于輸入到其負(fù)側(cè)輸入端-的中間電平值VM的幅度,并輸出位置信號SX。換言之,在合成電壓Vmix小于中間電平值VM的情況下位置信號SX處于低電平L，并且在于比較器34的輸出端35處合成電壓Vmix等于或大于中間電平值VM的情況下位置信號SX處于高電平H。比較器34的輸出端35連接到(將位置信號SX輸入至)位置檢測部37以及旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定電路51。如同在下文中將要描述的，位置檢測部37運行在脈寬調(diào)制信號SP的下降相位用于位置檢測。位置檢測部37接收比較器34的位置信號SX作為輸入，并在位置信號SX的高電平H和低電平L之間的改變的時刻檢測轉(zhuǎn)子100的參考旋轉(zhuǎn)位置。旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定電路51為PWM產(chǎn)生器電路5的一部分。旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定電路51接收作為來自外部源的輸入的被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr (用作被指令的電機的旋轉(zhuǎn)數(shù)量)。旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定電路51基于在驅(qū)動電極時負(fù)載的特性，設(shè)定與所指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr相應(yīng)的被指令的占空比值A(chǔ)r(用作被指令的占空比)。圖2為示出了當(dāng)電機被驅(qū)動時負(fù)載的特性的示例的視圖，該視圖還描述了用于控制PWM頻率切換的閾值。視圖的橫軸表示施加到無傳感器無刷電機9的電源電壓Vcc的占空比A，并且視圖的縱軸表示用于驅(qū)動負(fù)載的旋轉(zhuǎn)速度N。圖2中的呈對角狀的右上特性線表示旋轉(zhuǎn)速度N隨著占空比A的增加而增力口，換言之隨著電源電壓Vcc的有效值的增加而增加。圖2中的特性線初始設(shè)置在旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定電路51的存儲器中，從而旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定電路51可從被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr確定被指令的占空比值A(chǔ)r,并將這些值作為指令輸出到PWM發(fā)生器電路5。旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定電路51接收作為來自位置檢測電路3的輸入的位置信號SX，從而旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定電路51可確定所檢測的電極旋轉(zhuǎn)速度值Nm(用作所檢測的電極的旋轉(zhuǎn)數(shù)量)。當(dāng)被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr與所檢測的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nm彼此不同時，旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定電路51可請求適當(dāng)?shù)谋恢噶畹恼伎毡戎礎(chǔ)r，使得所檢測的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nm接近被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr。PWM產(chǎn)生器電路5為以矩形波形產(chǎn)生PWM信號SP的電路，其可切換到三種不同的頻率，即用于電機100的正常速度旋轉(zhuǎn)的正常PWM頻率fN、小于正常PWM頻率fN的低速PWM頻率以及大于正常PWM頻率fN的高速PWM頻率fH。通過使用分頻電路對具有高頻的參考頻率(其為晶體振蕩器或類似器件所產(chǎn)生)進(jìn)行分頻來生成PWM頻率。因而通過改變分頻比能夠容易地切換到三種不同頻率。在如圖2中所示的示出了負(fù)載的特性的視圖上，設(shè)定四個閾值點Pl到P4用于控制P麗頻率的切換。從旋轉(zhuǎn)速度N或占空比A來確定并設(shè)定每個閾值點Pl到P4。在第一實施例中，閾值點Pl到P4由旋轉(zhuǎn)速度N所確定并被設(shè)定如下。如圖2所示，按序從低旋轉(zhuǎn) 速度到高旋轉(zhuǎn)速度，閾值點Pl被設(shè)定為低速轉(zhuǎn)換閾值NI，閾值點P2被設(shè)定為低速釋放閾值N2，閾值點P3被設(shè)定為高速釋放閾值N3并且閾值點P4被設(shè)定為高速轉(zhuǎn)換閾值N4。如下文將要描述的，每個閾值NI到N4(閾值點Pl到P4)被確定以提供在低速旋轉(zhuǎn)時和在高速旋轉(zhuǎn)時最有效的位置檢測操作?；趫D3所示的PWM頻率控制流程并參考被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度Nr作為參數(shù)，PWM產(chǎn)生器電路5在如圖2所示的閾值NI到N4 (閾值點Pl到P4)處切換到用于使用的PWM頻率。參見圖3，當(dāng)被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr為一介于低速釋放閾值N2和高速釋放閾值N3之間的值吋，PWM產(chǎn)生器電路5處于正常模式麗并使用正常PWM頻率fN。接著，在步驟SI中，PWM產(chǎn)生器電路5以預(yù)定間隔接收被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr以更新該值。在步驟S2中，判斷最新的被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr以確定該值是否等于或小于低速轉(zhuǎn)換閾值NI。當(dāng)滿足條件吋，PWM產(chǎn)生器電路5轉(zhuǎn)換到低速模式ML并且將PWM頻率切換到低速PWM頻率fL。當(dāng)不滿足條件時，流程跳到步驟S3。在步驟S3中，判斷被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr以確定該值是否等于或大于高速轉(zhuǎn)換閾值N4。當(dāng)滿足條件吋，PWM產(chǎn)生器電路5轉(zhuǎn)換到高速模式MH并且將PWM頻率切換到高速PWM頻率fH。當(dāng)步驟2和步驟3的條件均不滿足時，PWM產(chǎn)生器電路5保持在正常模式麗并且通過使用正常PWM頻率fN重復(fù)步驟SI到S3的流程。在步驟S4中，當(dāng)在低速模式ML下使用低速P麗頻率fL時，PWM產(chǎn)生器電路5接收被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr用于更新該值。在如下步驟S5中，判斷最新被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr以確定該值是否等于或大于低速轉(zhuǎn)換閾值N2。當(dāng)滿足條件吋，PWM產(chǎn)生器電路5轉(zhuǎn)換到正常模式MN并將PWM頻率切換到正常PWM頻率fN。當(dāng)不滿足條件時，PWM產(chǎn)生器電路5保持處于低速模式ML。與步驟S6類似，當(dāng)在高速模式MH下使用高速PWM頻率fH吋，PWM產(chǎn)生器電路5接收被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr用于更新該值。在如下步驟S7中，判斷最新被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr以確定該值是否等于或小于高速轉(zhuǎn)換閾值N3。當(dāng)滿足條件吋，PWM產(chǎn)生器電路5轉(zhuǎn)換到正常模式麗并將PWM頻率切換到正常PWM頻率fN。當(dāng)不滿足條件吋，PWM產(chǎn)生器電路5保持處于高速模式MH?？偟膩碚f，當(dāng)被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr等于或小于低速轉(zhuǎn)換閾值NI吋，PWM產(chǎn)生器電路5使用低速PWM頻率fL ；當(dāng)被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr介于低速釋放閾值N2和高速釋放閾值N3之間時，PWM產(chǎn)生器電路5使用正常PWM頻率fN ;當(dāng)被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr等于或大于高速轉(zhuǎn)換閾值N4吋，PWM產(chǎn)生器電路5使用高速PWM頻率fH。當(dāng)被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr介于低速釋放閾值NI和低速釋放閾值N2之間時，PWM產(chǎn)生器電路5繼續(xù)使用低速PWM頻率fL或正常速PWM頻率fN(之前剛剛使用過的任一個頻率);當(dāng)被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr介于高速釋放閾值N3和高速釋放閾值N4之間時，PWM產(chǎn)生器電路5繼續(xù)使用正常PWM頻率fN或高速PWM頻率fH(之前剛剛使用過的任一個頻率)。PWM產(chǎn)生器電路5使用正常PWM頻率fN、低速PWM頻率fL或高速PWM頻率fH中的任一個，然后生成具有矩形波且滿足被指令的占空比的PWM信號SP并將其輸出到逆變器控制電路4。上電相位切換設(shè)定電路41為逆變器控制電路4的一部分?；谒邮盏年P(guān)于轉(zhuǎn)子100的參考位置的信號(由位置檢測電路3的位置檢測部37所檢測)，上電相位切換設(shè)定電路41確定一關(guān)于何時對U-相端95U、V-相端95V以及W-相端95W進(jìn)行上電使得以120度電度角斜度(electrical angle pitch)切換相位的信號，并將該信號發(fā)送給逆變器控制電路4。 逆變器控制電路4接收來自PWM產(chǎn)生器電路5的PWM信號SP并接收來自上電相位切換設(shè)定電路41關(guān)于切換上電相位的時刻的信號。基于所接收的信號，逆變器控制電路 4確定并發(fā)送上電控制信號SC以控制處于U-相的開關(guān)元件22U、23U和類似處于V-相和W-相的開關(guān)元件的打開和關(guān)閉，以使控制上電時間帶和U-相端95U、V-相端95V以及W-端95W的工作期間。接下來，對于低速旋轉(zhuǎn)場合和高速旋轉(zhuǎn)場合分別描述根據(jù)第一實施例的配置的無傳感器無刷電機9的驅(qū)動設(shè)備I的操作。圖4A到圖4C為示出了描述根據(jù)第一實施例的驅(qū)動設(shè)備I是否能夠在低速范圍內(nèi)檢測位置檢測電路3的位置信號SX中的從低到高的電平變化的波形的附圖。圖4A示出當(dāng)在低速范圍使用正常PWM頻率fN時的檢測限制，圖4B示出當(dāng)在低速范圍使用低速PWM頻率時檢測的可能性，圖4C示出當(dāng)在低速范圍使用低速PWM頻率fL時的檢測限制。在圖4A到圖4C的每幅圖中，頂部圖示出PWM信號SP的波形，中部圖示出位置信號SX的波形，底部圖示出轉(zhuǎn)子位置(即轉(zhuǎn)子100的旋轉(zhuǎn)位置)。在上面三幅圖中共用示出所經(jīng)時間的水平軸。圖4A到圖4C中的PWM信號SP具有負(fù)邏輯。結(jié)果是，低電平表示電源電壓Vcc被施加到U-相端95U、V-相端95V以及W-端95W中的任一個的工作期間。圖4A為當(dāng)無傳感器無刷電機9的驅(qū)動設(shè)備I在低速范圍使用正常PWM頻率時的情形。PWM信號SP具有周期Tl、工作期間T2、第一低速占空比ALl (等于T2/T1)。位置檢測電路3在PWM信號SP的預(yù)定相位(即如圖4A中的向下箭頭所示的每個工作完成時間til、tl2、tl3，即工作期間T2的完成時間)中的下降相位(在負(fù)邏輯波形中為上升相位)工作并讀取位置信號SX。位置信號SX輸出工作期間中的信號，其相對于PWM信號SP延遲了延遲量AT。該延遲量為由于信號通過逆變器控制電路4、逆變器電路2以及比較器34等傳輸所產(chǎn)生的延遲(可基于電路配置被確定為近似恒定量)。轉(zhuǎn)子位置圖示出了轉(zhuǎn)子100在時間tA通過參考位置，這表示在時間tA之后的工作期間中位置信號SX處于高電平H。圖4A示出工作完成時間tl3，其為位置檢測電路3讀取位置信號SX的時刻，幾乎與位置信號SX的高電平H的開始點吻合。結(jié)果是，當(dāng)工作期間T2縮短時，即當(dāng)?shù)谝坏退僬伎毡華Ll被控制成較小值時，對位置信號的檢測變的不可能。原因是，作為一個整體的位置信號SX的工作期間被延遲在工作完成時間tl3之后，在此處用于讀取位置信號SX的時刻不存在。換言之，圖4A示出當(dāng)無傳感器無刷電機9的驅(qū)動設(shè)備I使用正常PWM頻率fN并且延遲量AT幾乎等于工作期間時對轉(zhuǎn)子100位置的檢測限制。換言之，很難進(jìn)一步縮短工作期間T2以控制轉(zhuǎn)子100到更低速的旋轉(zhuǎn)。上述限制也為檢測的限制在使用與正常PWM頻率fN相當(dāng)?shù)某?shù)PWM頻率的傳統(tǒng)驅(qū)動設(shè)備中的檢測限制。當(dāng)降低轉(zhuǎn)子100的旋轉(zhuǎn)速度時，本發(fā)明的第一實施例將PWM頻率在達(dá)到如圖4A所示的檢測限制之前切換到低速PWM頻率fL。假定低速PWM頻率fL為正常PWM頻率fN的一半，則PWM信號SP的周期T3加倍(即T3 = 2XT1)。如圖4B所示，當(dāng)工作期間T4也加倍(即T4 = 2 X T2)吋，使得占空比A等于第一低速占空比ALl，從而用相同的電源電壓Vcc的有效值實現(xiàn)相同的旋轉(zhuǎn)速度。結(jié)果是，位置信號SX的工作期間變?yōu)閮杀堕L。使工作期間T4變成兩倍長使得位置檢測電路3能夠不會失敗地讀取位置信號SX，這是由于如圖4B中的向下箭頭所示的工作完成時間t21 (在此處讀取位置信號SX)與當(dāng)位置信號SX在接近中間的某些時間處于高電平H時的周期一致。如圖4C所示，當(dāng)無傳感器無刷電機9的驅(qū)動設(shè)備I使用低速PWM頻率fL并且PWM信號SP具有周期T3( = 2XT1)吋，對檢測的限制為工作期間Τ5幾乎等于延遲量ΛΤ( Τ2)時，其中占空比A為第二低速占空比AL2，其等于方程中的(Τ5/Τ3) ALl X (1/2)，從而控制轉(zhuǎn)子100到進(jìn)ー步的低速旋轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡?。換言之，當(dāng)?shù)退貾WM頻率fL為正常PWM頻率fN的Ι/k倍時，轉(zhuǎn)子100可被控制到更低速的旋轉(zhuǎn)以達(dá)到具有幾乎Ι/k倍的占空比A。圖5A、圖5B為示出描述根據(jù)第一實施例的由于在高速范圍讀取位置檢測電路3的位置信號SX的延遲所引起的位置檢測誤差ER1、ER2的波形的視圖。圖5A示出了當(dāng)在高速范圍使用正常PWM頻率fN時的位置檢測誤差El。圖5B示出了當(dāng)在高速范圍使用高速PWM頻率fH時降低了位置檢測誤差E2。在圖5A和圖5B的每幅圖中，頂部圖示出PWM信號SP的波形，中部圖示出位置信號SX的波形，底部圖示出轉(zhuǎn)子位置(即轉(zhuǎn)子100的旋轉(zhuǎn)位置)。在上述兩幅圖之間共用表示所經(jīng)時間的水平軸。如圖4A和圖4C，圖5A和圖5B中的PWM信號SP具有負(fù)邏輯。結(jié)果是，低電平表示電源電壓Vcc被施加到U-相端95U、V-相端95V以及W-相端95W中的任ー個的工作期間。在圖5A中，無傳感器無刷電機9的驅(qū)動設(shè)備I在高速范圍使用正常PWM頻率fN。PWM信號SP具有周期Tl、工作期間T6、第一高速占空比AHl (等于T6/T1)。位置檢測電路3在每個工作完成時間til、tl2、tl3(即如圖5A中的向下箭頭所示的工作期間T6的完成時間)工作并讀取位置信號SX，。位置信號SX輸出工作期間中的信號，其相對于PWM信號SP延遲了延遲量ΔΤ。轉(zhuǎn)子位置圖示出了轉(zhuǎn)子100在時間tB通過參考位置,這表示在時間tB過去之后的工作期間中位置信號SX處于高電平H。圖5A示出位置檢測電路3在每個工作完成時間til和tl2檢測位置信號SX的低電平L，并在工作完成時間tl3檢測位置信號SX的高電平H。位置檢測電路3檢測出轉(zhuǎn)子100在工作完成時間tl3達(dá)到參考位置。由于來自時間tB的延遲，所檢測的旋轉(zhuǎn)位置包括位置檢測誤差ERl。位置檢測誤差ERl的量在較高旋轉(zhuǎn)速度處變得更大，這使得在高速對驅(qū)動轉(zhuǎn)子100的控制是困難的。本發(fā)明的第一實施例在位置檢測誤差ERl被增加到對驅(qū)動轉(zhuǎn)子100的控制變困難的那個點之前，將PWM頻率切換到高速PWM頻率fH。假定高速PWM頻率fH為正常PWM頻率fN的兩倍，則PWM信號SP的周期T7減半(即T7 = T1/2)。如圖5B所示，當(dāng)工作期間T8也減半(即T8 = T6/2)時，使得占空比A等于第一高速占空比AHl，從而用相同的電源、電壓Vcc的有效值實現(xiàn)相同的旋轉(zhuǎn)速度。結(jié)果是，位置檢測電路3讀取位置信號SX的次數(shù)加倍，從而在工作完成時間t21處讀取位置信號SX中的變化時從時間tB的延遲變短。結(jié)果是，位置檢測誤差ER2相對于在圖5A中描述的情況降低?？稍诟咚俜秶暂^高準(zhǔn)確性檢測到轉(zhuǎn)子100的旋轉(zhuǎn)位置，從而在更高速范圍下對驅(qū)動轉(zhuǎn)子100的控制變得更舒適。如上文所述，根據(jù)此處披露的第一實施例的驅(qū)動設(shè)備I以高準(zhǔn)確性在低速范圍和高速范圍都舒適地控制并驅(qū)動轉(zhuǎn)子100，從而可提供控制旋轉(zhuǎn)速度的較大范圍。通過改變分頻電路的分頻比，在三個階段(正常、低速以及高速)不費力且未增加成本地對PWM頻率進(jìn)行切換并且未增加成本。此外，為低速轉(zhuǎn)換閾值NI和低速釋放閾值N2之間切換PWM頻率SP的閾值設(shè)定提供了滯后，并且為高速轉(zhuǎn)換閾值N4和高速釋放閾值N3之間也提供了另一滯后，這防止當(dāng)轉(zhuǎn)子100在用于切換PWM頻率SP的邊界線附近旋轉(zhuǎn)時頻繁地切換PWM頻率SP0接著，主要將基于第一實施例與第二實施例之間的區(qū)別，來描述根據(jù)第二實施例的無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備，其使用所檢測的占空比值A(chǔ)m(用作所檢測的占空比)作為參數(shù)來切換PWM頻率。圖6為描述根據(jù)第二實施例的作為一個整體的無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備10的配置圖。如圖6和圖I的比較所示，第二實施例在兩點上與第一實施例不同。首先，第二實施例包括占空比設(shè)定電路52代替旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定電路51。其次，在第二實施例中，逆變器控制電路4確定所檢測的上電控制信號SC的占空比值A(chǔ)m并反饋到PWM產(chǎn)生器電路50。占空比設(shè)定電路52為PMW產(chǎn)生器電路5配置的一部分。占空比設(shè)定電路52從外部源接收指令信號和被指令的占空比值A(chǔ)r，并將指令占空比值A(chǔ)r的轉(zhuǎn)換形式輸出到PWM產(chǎn)生器電路50。PMW產(chǎn)生器電路50為產(chǎn)生具有矩形波形式的PWM信號SP的電路，并在三個階段(正常PWM頻率fN、低速PWM頻率fL、高速PWM頻率fH)切換PWM頻率。第二實施例使用對于如圖2所示的預(yù)定閾值點Pl到P4的占空比A。每個閾值的占空比A以較小值到較大值的順序依次為低速轉(zhuǎn)換預(yù)置Al (對于閾值點Pl)、低速釋放閾值A(chǔ)2 (對于閾值點P2)、高速釋放閾值A(chǔ)3 (對于閾值點P3)以及高速轉(zhuǎn)換閾值A(chǔ)4 (對于閾值點P4)。PWM產(chǎn)生器電路50基于圖7所示的PWM頻率控制流程并參考所檢測的占空比Am作為參數(shù)，切換PWM頻率以在閾值A(chǔ)l到A4 (閾值點Pl到P4)使用。圖7所示的PWM頻率控制流程與圖3的PWM頻率控制流程相似，因而將簡化描述。在步驟SI I，處于正常模式MN的PWM產(chǎn)生器電路50使用正常PWM頻率fN并更新所檢測的占空比值A(chǔ)m。在下面的步驟S12中，當(dāng)所檢測的占空比值A(chǔ)m等于或小于低速轉(zhuǎn)換閾值A(chǔ)l時，PWM產(chǎn)生器電路50轉(zhuǎn)換到 低速模式ML并且將PWM頻率切換到低速PWM頻率fL。接著，在步驟S13中，當(dāng)所檢測的占空比值A(chǔ)m等于或大于高速轉(zhuǎn)換閾值A(chǔ)4時，PWM產(chǎn)生器電路50轉(zhuǎn)換到高速模式MH并且將PWM頻率切換到高速PWM頻率fH。當(dāng)步驟12和步驟13的條件都不滿足時，PWM產(chǎn)生器電路5保持在正常模式麗并通過使用正常PWM頻率fN重復(fù)從步驟SI到S3的流程。當(dāng)在步驟S4和S5中在低速模式ML下使用低速PWM頻率fL的同時，當(dāng)所檢測的占空比值A(chǔ)m等于或大于低速釋放閾值A(chǔ)2時，PWM產(chǎn)生器電路5轉(zhuǎn)換到正常模式麗并且將PWM頻率切換到正常PWM頻率。當(dāng)不滿足該條件時，PWM產(chǎn)生器電路50保持在低速模式ML。當(dāng)在步驟S16和S17中在高速模式MH下使用高速PWM頻率fH的同時，當(dāng)所檢測的占空比值A(chǔ)m等于或小于高速釋放閾值A(chǔ)3時，PWM產(chǎn)生器電路50轉(zhuǎn)換到正常模式麗并將PWM頻率切換到正常PWM頻率fN。當(dāng)不滿足該條件吋，PWM產(chǎn)生器電路50保持在高速模式MH。如上文所述，此處披露的根據(jù)第二實施例的無傳感器無刷電機9的驅(qū)動設(shè)備10控制并切換PWM頻率，以在低速范圍和高速范圍都能提供轉(zhuǎn)子位置檢測的效果，其與圖4和圖5所述的第一實施例的效果類似，從而可提供旋轉(zhuǎn)速度控制的較大范圍。
接著，根據(jù)第三實施例的無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備具有不同配置的電樞繞組92A、93A、94A的無傳感器無刷電機90，并具有使用不同參考電壓的比較器34。圖8為描述根據(jù)第三實施例的作為ー個整體的無傳感器無刷電機的驅(qū)動設(shè)備11的配置圖。如圖8所示，根據(jù)第三實施例，U-相電樞繞組92A、V-相電樞繞組93A、W-相電樞繞組94 (即三相電樞繞組)以Y-連接彼此連接。換言之，U-相電樞繞組92A連接在U-相端95U和中性點95N之間，類似地，V-相電樞繞組93A連接在V-相端95V和中性點95N之間，W-相電樞繞組94A連接在W-相端95W和中性點95N之間。中性點95N連接至比較器34的負(fù)側(cè)輸入端-，其在無傳感器無刷電機90的外部。結(jié)果是，來自以Y-連接進(jìn)行連接的電樞繞組的中性點電壓VN為用于比較器34的參考電壓。除為第三實施例所描述的上述特征之外，第三實施例的其它特征與第一實施例相同。在第三實施例中，假定U-相端95U處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，則V-相端95V連結(jié)到零電壓，并且W-相端95W處于PWM控制狀態(tài)，在W-相端95W和V-相端95V之間供應(yīng)電源電壓Vcc。換言之，W-相電樞繞組94A和V-相電樞繞組93A被上電，并且在中性點95N產(chǎn)生的中性點電壓VN為電源電壓Vcc的一半，與中間電平值VM相應(yīng)。根據(jù)第三實施例的驅(qū)動設(shè)備11的操作幾乎與根據(jù)第一實施例的驅(qū)動設(shè)備I的操作相同，并且效果類似，因而省略詳細(xì)描述。此外，第二實施例的作為整體的配置可設(shè)置有Y-連接的無傳感器無刷電機90來代替具有△連接的無傳感器無刷電機9，并對比較器34的參考電壓使用中心點電壓VN。此外，作為用于切換PWM頻率的參數(shù)，代替使用上述被指令的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nr或所檢測的占空比值A(chǔ)m，可使用所檢測的電機旋轉(zhuǎn)速度值Nm或被指令的占空比值A(chǔ)r。此夕卜，每個實施例被描述為具有PWM頻率的三個階段，然而，階段可増加至四個或更多以在進(jìn)一歩分割的范圍內(nèi)切換頻率。即使當(dāng)階段被反向地降低為兩個時，即降低為正常階段和低速階段或正常階段和高速階段，也提供了將驅(qū)動和控制范圍增加到較大范圍。
權(quán)利要求
1.一種無傳感器無刷電機(9，90)的驅(qū)動設(shè)備(1，10，11)，包括 逆變器電路(2)，將電源電壓(Vcc)供應(yīng)到所述無傳感器無刷電機(9，90)的三相電樞繞組(92，93，94，92A，93A，94A)的三相端(95U，95V，95W)，所述電源電壓(Vcc)的占空比(A)通過脈寬調(diào)制方法可變控制，所述無傳感器無刷電機(9，90)設(shè)置有包括所述三相電樞繞組(92，93，94，92A，93A，94A)的定子(91)并設(shè)置有包括一對磁極(S，N)的轉(zhuǎn)子(100)； PWM產(chǎn)生器電路(5，50)，產(chǎn)生包括所述占空比(A)的脈寬調(diào)制信號(SP)，所述占空比⑷與被指令的占空比(Ar)相應(yīng)或與所述電機的被指令的旋轉(zhuǎn)數(shù)量(Nr)相應(yīng)； 位置檢測電路(3，30)，運行在所述脈寬調(diào)制信號(SP)的預(yù)定相位，在非上電時間帶中 檢測在所述三相端(95U，95V，95W)處感應(yīng)的感應(yīng)電壓，并基于所述感應(yīng)電壓檢測所述轉(zhuǎn)子(100)的旋轉(zhuǎn)位置，其中在所述非上電時間帶中不從所述逆變器電路(2)供應(yīng)所述電源電壓(Vcc)給所述三相端(95U，95V，95W);以及 逆變器控制電路(4)，基于所述位置檢測電路(3，30)檢測的所述轉(zhuǎn)子(100)的旋轉(zhuǎn)位置確定所述電源電壓(Vcc)被供應(yīng)到所述三相端(95U，95V，95W)的每一端的上電時間帶，以及將基于所述上電時間帶的設(shè)定并基于所述脈寬調(diào)制信號(SP)所確定的上電控制信號(SC)傳輸?shù)剿瞿孀兤麟娐?2)，其中 所述PWM產(chǎn)生器電路(5，50)響應(yīng)于如下多個參數(shù)之一的增加和降低來提供脈寬調(diào)制頻率的步進(jìn)增加和降低，所述多個參數(shù)包括被指令的占空比(Ar)、被指令的所述電機的旋轉(zhuǎn)數(shù)量(Nr)、檢測的占空比(Am)以及檢測的所述電機的旋轉(zhuǎn)數(shù)量(Mn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無傳感器無刷電機(9，90)的驅(qū)動設(shè)備(1，10，11)，其中所述PWM產(chǎn)生器電路(5，50)提供正常PWM頻率(fN)和低速PWM頻率(fL)，其中所述正常PWM頻率(fN)為在正常狀態(tài)下使用的脈寬調(diào)制頻率，所述低速PWM頻率(fL)相對于所述正常PWM頻率(fN)具有較低頻率，其中當(dāng)所述多個參數(shù)其中之一達(dá)到等于并被降低到低于低速轉(zhuǎn)換閾值(A1，N1)時所述正常PWM頻率(fN)被切換到所述低速PWM頻率(fL)，當(dāng)所述多個參數(shù)其中之一達(dá)到等于并被增加到高于低速釋放閾值(A2，N2)時所述低速PWM頻率(fL)被切換到所述正常PWM頻率(fN)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無傳感器無刷電機(9，90)的驅(qū)動設(shè)備(1，10，11)，其中所述低速轉(zhuǎn)換閾值(Al，NI)相比于所述低速釋放閾值(A2，N2)被設(shè)定為較低值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3任一項權(quán)利要求所述的無傳感器無刷電機(9，90)的驅(qū)動設(shè)備(1，10，11)，其中所述PWM產(chǎn)生器電路(5，50)提供正常PWM頻率(fN)和高速PWM頻率(fH)，該正常PWM頻率(fN)為在正常狀態(tài)下使用的脈寬調(diào)制頻率，該高速PWM頻率(fH)相對于所述正常PWM頻率(fN)具有較高頻率，其中當(dāng)所述多個參數(shù)其中之一達(dá)到等于并被增加到高于高速轉(zhuǎn)換閾值(A4，N4)時所述正常PWM頻率(fN)被切換到所述高速PWM頻率(fH)，當(dāng)所述多個參數(shù)其中之一達(dá)到等于并被降低到低于高速釋放閾值(A3，N3)時所述高速PWM頻率(fH)被切換到所述正常PWM頻率(fN)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無傳感器無刷電機(9，90)的驅(qū)動設(shè)備(1，10，11)，其中所述高速轉(zhuǎn)換閾值(A4，N4)相比于所述高速釋放閾值(A3，N3)被設(shè)定為較高值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5任一項權(quán)利要求所述的無傳感器無刷電機(9，90)的驅(qū)動設(shè)備(1，10，11)，其中 所述PWM產(chǎn)生器電路(5，50)的所述脈寬調(diào)制信號(SP)的下降相位控制所述電源電壓(Vcc)的下降時刻，以及 所述位置檢測電路(3，30)運行在所述PWM產(chǎn)生器電路(5，50)的所述脈寬調(diào)制信號(SP)的下降相位。
7.根據(jù)權(quán)利要求2到5任一項權(quán)利要求所述的無傳感器無刷電機(9，90)的驅(qū)動設(shè)備(1，10，11)，其中所述低速釋放閾值(A2，N2)相比于所述高速釋放閾值(A3，N3)被設(shè)定為較低值。
8.根據(jù)權(quán)利要求2到7任一項權(quán)利要求所述的無傳感器無刷電機(9，90)的驅(qū)動設(shè)備(1，10，11)，其中當(dāng)所述多個參數(shù)其中之一為介于所述低速釋放閾值(A2，N2)與所述高速釋放閾值(A3，N3)之間的一個值時，所述PWM產(chǎn)生器電路(5，50)采用所述正常PWM頻率(fN)0
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的無傳感器無刷電機(9，90)的驅(qū)動設(shè)備(1，10，11)，其中所述低速PWM頻率(fL)為所述正常PWM頻率(fN)的一半頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的無傳感器無刷電機(9，90)的驅(qū)動設(shè)備(1，10，11)，其中所述高速PWM頻率(fH)為所述正常PWM頻率(fN)的兩倍頻率。
全文摘要
無傳感器無刷電機(9，90)的驅(qū)動設(shè)備(1，10，11)，包括逆變器電路(2)，供應(yīng)占空比(A)通過脈寬調(diào)制方法可變控制的電源電壓(Vcc)；PWM產(chǎn)生器電路(5，50)，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(SP)；位置檢測電路(3，30)，運行在脈寬調(diào)制信號(SP)的預(yù)定相位并檢測轉(zhuǎn)子(100)的旋轉(zhuǎn)位置；逆變器控制電路(4)，將基于脈寬調(diào)制信號(SP)所確定的上電控制信號(SC)傳輸?shù)侥孀兤麟娐?2)。PWM產(chǎn)生器電路(5，50)響應(yīng)于如下多個參數(shù)之一的增加和降低來提供正常PWM頻率(fN)、低速PWM頻率(fL)以及高速PWM頻率(fH)中的脈寬調(diào)制頻率的步進(jìn)增加和降低，多個參數(shù)包括被指令的占空比(Ar)、被指令的電機旋轉(zhuǎn)數(shù)量(Nr)、檢測的占空比(Am)以及檢測的電機旋轉(zhuǎn)數(shù)量(Nm)。
文檔編號H02P6/08GK102638208SQ20121002864
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月8日
發(fā)明者永畑幸真, 濟木浩一, 音川昌也 申請人:愛信精機株式會社