專利名稱：高效率的電機裝置及電機的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能以高效率運轉(zhuǎn)的電機裝置及電機的控制方法。
背景技術(shù)：
迄令為止，人們著眼于無二次銅損、理論上可高效率化的優(yōu)點，研究開發(fā)了適用于各個領(lǐng)域的無電刷直流電機并將其實用化。
高效率控制無電刷直流電機的方法大致可分成以下兩種。
(i)檢測電機電流的瞬時值，使轉(zhuǎn)矩/電流比增大地控制電機電流的方法；(ii)檢測電機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)檢測出的轉(zhuǎn)速，控制電壓反相器使得相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位成為在最輸出附近能夠驅(qū)動無電刷直流電機的相位的方法。
在上述(i)的方法中，無電刷直流電機采用在轉(zhuǎn)子表面上安裝永久磁鐵的構(gòu)成時(稱為表面磁鐵直流電機)，控制的是電機電流，使得與產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)的d軸電流(與間隙磁通同一方向的電流)成為0(AC伺服系統(tǒng)的理論和設(shè)計的實際，參照杉村他著，綜合電子出版社發(fā)行，P.74)。無電刷直流電機采用在轉(zhuǎn)子內(nèi)部按埋入的方式安裝永久磁鐵的構(gòu)成時(以下稱為埋入磁鐵直流電機)，由于磁鐵轉(zhuǎn)矩{與q軸電流(與間隙磁通垂直方向的電流)成正比的轉(zhuǎn)矩}和磁阻轉(zhuǎn)矩(與d、q軸電流的積成正比的轉(zhuǎn)矩)的和成為產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，因此，通過檢測負(fù)荷狀態(tài)(轉(zhuǎn)矩)，逐次地進行運算，算出d、q軸電流的最佳值，并使d、q軸電流成為最佳值地控制電機電流(無電刷直流電機的節(jié)能高效率運轉(zhuǎn)法，森本他著，電學(xué)論D，112卷3號，平成4年，特別參照(14)、(15)式)。
該(i)方法，在要求高速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的地方，例如，在機床、工業(yè)用機器人等方面的無電刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)中，由于在電壓反相器內(nèi)預(yù)先設(shè)置瞬時電流檢測器，構(gòu)成高速電流控制系統(tǒng)，因此不必為高效率化而設(shè)置特別的裝置，能夠簡單地處理。構(gòu)成高速電流控制系統(tǒng)在無電刷直流電機中因為電流響應(yīng)與轉(zhuǎn)矩響應(yīng)基本相等，所以可以實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。
另一方面，在家用電器，例如空調(diào)機、洗衣機、清掃器等上的無電刷直流電機系統(tǒng)中，由于采用的是響應(yīng)檢測出的無電刷直流電機的轉(zhuǎn)子的位置信號，僅由電壓反相器控制電壓波形的簡單控制構(gòu)成，因此，如果采用上述(i)的方法，不但必須新設(shè)瞬時電流檢測器，而且，在特別采用埋入磁鐵DC電機時，由于需要強化控制運算功能，必須將已設(shè)的微處理器變更為高性能的微處理器，或必須追加這樣的微處理器，這勢必導(dǎo)致成本大幅度增加。
考慮到這樣的問題，提出了這樣的一種方案，在家用電器，例如，空調(diào)機、洗衣機、清掃器等上的無電刷直流電機系統(tǒng)中，在根據(jù)檢測出的無電刷直流電機的轉(zhuǎn)子位置的位置信號，僅由電壓反相器控制電壓波形的簡單控制構(gòu)成基礎(chǔ)上再增加根據(jù)無電刷直流電機的轉(zhuǎn)速，將相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定成規(guī)定相位以控制電壓反相器的結(jié)構(gòu)。如果采用這種結(jié)構(gòu)，由于不必要瞬時電流檢測器、高性能微處理器，因此能夠大幅度降低成本。
如上所述，采用根據(jù)無電刷直流電機的轉(zhuǎn)速，將相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定成規(guī)定相位以控制電壓反相器的結(jié)構(gòu)時，僅限于額定點附近的運轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)高效率運轉(zhuǎn)。但是，在上述家用電器中，一般說來，在遠離額定點的狀態(tài)下的運轉(zhuǎn)時間與在額定點附近進行運轉(zhuǎn)的時間相比明顯要長。在前者期間運轉(zhuǎn)中，由于負(fù)荷小，即使電壓振幅小，電流值也不會下降，流過的電流就會超過必要的電流值，因此，只能以比本來的電機效率(在各負(fù)荷條件下的最效率)低的效率運轉(zhuǎn)。
具體地說，在以轉(zhuǎn)速90r.p.s驅(qū)動d軸感應(yīng)電流Ld、q軸感應(yīng)電流Lq分別設(shè)定為6.5mH、15.00mH，反電壓系數(shù)Ke為0.105Vs/rad的埋入磁鐵直流電機，而且將相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位δ分別設(shè)定為50°、80°時，從表示相對于電壓反相器的線間電壓振幅的電機輸出特性及電機電流特性的

圖1中可知，即使同一無電刷直流電機，相位δ設(shè)定較大，運轉(zhuǎn)時能夠輸出很大，但負(fù)荷變小時，即使減小電壓反相器的線間電壓振幅(基本波成分的振幅)，電流值幾乎不會下降。另外，通過將負(fù)荷設(shè)定為10kgf·cm，用手動操作調(diào)整相位δ，測定各次轉(zhuǎn)速時的最大電機效率，得到圖2中白圈所示的特性，另外，在高負(fù)荷(20kgf·cm)時在最佳相位δ處測定各轉(zhuǎn)速低負(fù)荷時的電機效率，得到圖2中白三角所示的特性。從圖可知，以低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，電機效率大幅度下降。該電機效率的下降使得線圈電阻顯著增大。
圖3是表示現(xiàn)有無電刷直流電機裝置的概要方框圖，圖4是表示圖3中控制電路主要部分的框圖。如圖3所示，在現(xiàn)有無電刷直流電機裝置中采用的結(jié)構(gòu)是由電壓反相器92上的轉(zhuǎn)換器92a將交流電壓91轉(zhuǎn)換為直流電壓，之后，由反相器本體92b變換成交流電壓，并供給無電刷直流電機93，由位置檢測電路94檢測無電刷直流電機93的轉(zhuǎn)子的磁極位置，根據(jù)磁板位置檢測信號，由控制電路96生成切換指令，并向該指令輸入電壓反相器92。
如圖4所示，上述控制電路96具有接收根據(jù)例如由位置檢測電路94輸出的磁板位置檢測信號的時間間隔而得到的實際轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速指令、輸出振幅指令的振幅指令輸出部96a和讀出實際轉(zhuǎn)速并作為地址、輸出該相位指令的相位表96b，通過將振幅指令及相位指令輸入圖中未示出的PWM電路，就能生成切換指令。
上述振幅指令輸出部96a算出例如轉(zhuǎn)速指令Y*和實際轉(zhuǎn)速Y的差ΔY，用該ΔY進行V*＝Kp·ΔY+KI·∑(ΔY)的PI運算，算出振幅指令V*并輸出。其中，Kp、KI是常數(shù)，可采用經(jīng)驗值。
因此通過將利用轉(zhuǎn)速指令Y*和實際轉(zhuǎn)速Y的差算出振幅指令V*及從相位表96b中讀出的相位指令輸入PWM電路而生成切換指令，能夠使實際轉(zhuǎn)速Y接近轉(zhuǎn)速指令Y*，能夠使兩者一致。
然而，在采用上述無電刷直流電機控制電路時，負(fù)荷小時的效率大幅度下降。另外，在無電刷直流電機的空載時的感應(yīng)電壓成為電壓比反相器輸出電壓振幅大的高速區(qū)域(利用定子電樞反作用，抑制電機感電壓上升，即進行弱磁通控制的區(qū)域)內(nèi)，將反相器電壓定為最大，因此，不可能控制電流使其變成最小。
下面就這一點進行詳細說明。
圖5表示無電刷直流電機的1相的等價電路，如該圖所示，在該等價電路中，相對反相器基本波電壓，電機線圈電阻R、q軸上的阻抗Xq及無電刷直流電機的感應(yīng)電壓(正確地說，相對于反電壓E，將q軸上的阻抗Xq和d軸阻抗Xd的差和電機電流的d軸成分Id的積相加的電壓)按該順序串聯(lián)連接。圖5中，j是虛數(shù)。
這里，用ω表示反相器基本波頻率(在極對數(shù)為n的無電刷直流電機中，其轉(zhuǎn)數(shù)為ω/n)，d-q軸上的電感用Ld、Lq表示，反電壓系數(shù)用Ke表示，電機電流用I表示，電機電流I的d軸成分、q軸成分分別用Id、Iq表示，輸出轉(zhuǎn)矩用T表示，反相器基本波電壓V的d軸成分、q軸成分分別用Vd、Vq表示，如果假定電機線圈電阻R比電抗的大小|X|小得多，則得到下列關(guān)系式|I|＝(Id2＋Iq2)1/2＝[{(Vd/ω)/Xq}2＋{(Vq/ω－Ke)/Xq}2]1/2T＝η{E＋(Xq－Xd)·Id}·Iq/ω＝η{Ke·Iq＋(Lq－Ld)·Id·Iq}對于機器常數(shù)Ld＝6.5mH，Lq＝15mH、Ke＝0.15V·s/rad的無電刷直流電機，通過使反相器基本波電壓振幅|V|{＝Vd2＋Vq2}1/2變化，分別計算輸出轉(zhuǎn)矩、電機電流的振幅，能夠得到圖6A、6B所示的結(jié)果。這里電機極對數(shù)n設(shè)定為2，轉(zhuǎn)速設(shè)定為90r.p.s。
從圖6A、6B中顯示出即使輸出轉(zhuǎn)矩T減少，而電機電流振幅增加的相反關(guān)系，在負(fù)荷小(輸出轉(zhuǎn)矩小)時，電機線圈的焦?fàn)枔p失與大負(fù)荷時相比較增大了，這樣效率大幅度降低。另外，由于電機電流振幅負(fù)荷小時變大，因此，作為構(gòu)成電壓反相器的切換元件，必須采用電流容量較大的。
此外，由于是通過調(diào)整電壓反相器的電壓振幅(PWM的負(fù)載)來控制無電刷直流電機的轉(zhuǎn)速，因此，為了使速度控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行，在加速時，使電壓振幅指令不飽和地固定相位，而在穩(wěn)速時，不能設(shè)定使反相器的電壓振幅為最大的相位。換言之，必須經(jīng)常確保為了調(diào)整電壓振幅的余量。因此，在把電壓反相器的穩(wěn)定時的電壓振幅固定為最大時，就不能進行使電機電流成為最小的控制。
上述的各種缺陷，無論是永久磁鐵配置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的無電刷直流電機(埋入磁鐵電機)、還是永久磁鐵配置在轉(zhuǎn)子表面的無電刷直流電機(表面磁鐵電機)都會發(fā)生。
發(fā)明的公開本發(fā)明鑒于上述存在的問題，本發(fā)明的第一目的在于使得響應(yīng)位置信號，通過僅由電壓反相器來控制電壓波形以控制無電刷直流電機型的無電刷直流電機裝置，能夠不受負(fù)荷變動的影響而實現(xiàn)高效率運轉(zhuǎn)，此外，不必附加特別裝置，就可擴大運行范圍并實現(xiàn)高效率運轉(zhuǎn)，而且，可使電壓反相器的切換元件等的電流容量減小。
本發(fā)明的另一目的是提供一種防止脫調(diào)、同時能以最大效率運轉(zhuǎn)的直流電機裝置及交流電機裝置。
為了完成本發(fā)明的第一目的，本發(fā)明提供了一種無電刷直流電機的控制方法，該控制方法包括以下步驟檢測受電壓反相器驅(qū)動的無電刷直流電機的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子的位置；響應(yīng)檢測出的轉(zhuǎn)速，為了把相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定為規(guī)定的相位，而設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令；其特征在于還包括以下步驟檢測電壓反相器的輸入電流；響應(yīng)上述檢測出的轉(zhuǎn)速及檢測出的輸入電流，為了把相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定為基本上使電機效率成最大的相位，而設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令。
實施該控制方法的無電刷直流電機裝置具有檢測電壓反相器的輸入電流的檢測裝置；和響應(yīng)上述檢測出的無電刷直流電機的轉(zhuǎn)速及檢測出的輸入電流，為了把相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定為基本上使電機效率成最大的相位，而設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令的反相器控制裝置。
如果采用這種構(gòu)成，通過不僅考慮無電刷直流電機的轉(zhuǎn)速，而且還考慮負(fù)荷條件來設(shè)定上述反相器輸出電壓的相位，就能夠使無電刷直流電機不受轉(zhuǎn)速、負(fù)荷條件的影響而以高效率運轉(zhuǎn)。如果更詳細地說，由于電壓反相器的變換效率高，而且適用上述現(xiàn)有方法(ii)的家用電器設(shè)定的功率因數(shù)較大，因此能夠根據(jù)電壓反相器的輸入電流推測無電刷直流電機的有效輸出。而且，按照電壓反相器的輸入電流通過把反相器輸出電壓的相位設(shè)定為使電機效率成最大的相位，而設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令，這樣能夠不受負(fù)荷條件的影響地使無電刷直流電機以高效運轉(zhuǎn)。此外，不必檢測瞬時電流值，也不必響應(yīng)瞬時電流對電流進行控制，這樣就不需要設(shè)置瞬時電流檢測裝置，能夠大幅度地抑制成本上升。
在一個實施例的無電刷直流電機裝置中，采用的上述反相器控制裝置還具有保持通過預(yù)測得到的、能夠相對于上述轉(zhuǎn)速及輸入電流得到最大效率的相位的相位保持裝置；該控制裝置響應(yīng)檢測出的轉(zhuǎn)速及檢測出的輸入電流，從相位保持裝置中把該相位作為使上述電機效率幾乎成最大的相位讀出，并設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令。
在其它的實施例中，采用的上述反相器控制裝置還具有值保持裝置和線性近似裝置，該值保持裝置把規(guī)定通過預(yù)測得到的、能夠相對于上述轉(zhuǎn)速及輸入電流得到最大效率的相位變化特性的值進行保持，線性近似裝置根據(jù)值保持裝置中保持的值，使相位線性近似；該控制裝置響應(yīng)檢測出的轉(zhuǎn)速及檢測出的輸入電流，把該相位從相位保持裝置中讀出，把通過線性近似裝置線性近而得到的相位作為使上述電機效率成最大的相位，并設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令。
在一個實施例的控制方法中，把比以最大效率驅(qū)動無電刷直流電機的相位只導(dǎo)前規(guī)定值的相位作為使上述電機效率幾乎成為最大的相位。在實施這種方法的控制裝置中，上述反相器控制裝置還具有把使電機效率成為最大的相位只導(dǎo)前規(guī)定值的設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令。
如果采用這種結(jié)構(gòu)，能夠幾乎不隨效率下降而提高輸出上限值，而且存在因輸入電流的檢測滯后、負(fù)荷變化加快、不能對相位適當(dāng)控制而使無電刷直流電機失速的情況，如上所述，隨著提高輸出的上限值，能夠不使無電刷直流電機失速地使其繼續(xù)運行。即，基本能夠不使效率下降，并提高可靠性。
本發(fā)明提供一種無電刷直流電機的控制方法，該控制方法包括以下步驟檢測由電壓反相器驅(qū)動的無電刷直流電機的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子的位置；響應(yīng)檢測出的轉(zhuǎn)速，為了把相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定為規(guī)定的相位，而設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令，其特征在于，還包括以下步驟把電壓反相器的輸出電壓振幅設(shè)定為根據(jù)上述檢測出的轉(zhuǎn)速確定的規(guī)定振幅，同時響應(yīng)相對于無電刷直流電機的轉(zhuǎn)速指令和上述檢測出的轉(zhuǎn)速差，將相對于電機反電壓的相位設(shè)定為規(guī)定相位，而且將電壓反相器的端子電壓通電幅按電角度設(shè)定成180°，并設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令。
為了實施該控制方法，本發(fā)明的無電刷直流電機裝置具有以上述方法設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令的反相器控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明，不需要如通過調(diào)整電壓反相器的輸出電壓振幅來控制轉(zhuǎn)速時那樣的用于調(diào)整輸出電壓振幅的余量，通過把電壓反相器的輸出電壓振幅固定為最大，并對轉(zhuǎn)速進行控制，能夠擴大運行范圍。另外，通過使輸出轉(zhuǎn)矩減少，可以減少電機電流振幅，因此可以大幅度地提高負(fù)荷小時的效率。隨著減小電機電流振幅，就可以減小電壓反相器的切換元件等的電流容量。此外，由于電壓反相器的通電幅是電氣角180°，因此能夠使無控制期間成為0°電角度。其結(jié)果是增大了電機端子電壓，擴大了運行范圍，另外可以增大電機端子電壓，所以可以抑制電機電流的增加量，進而能夠抑制由電機線圈引起的焦?fàn)枔p失的增加，提高無電刷直流電機的效率，這樣能夠使電流相對于安裝在無電刷直流電機轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵的電角度180°的范圍朝希望的方向流過，而且通過抑制磁通利用率的下降，可以提高無電刷直流電機的效率。
在一實施例中，無電刷直流電機的轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵配置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的轉(zhuǎn)子。此時，通過不僅是磁鐵引起的轉(zhuǎn)矩還有是磁阻引起轉(zhuǎn)矩，都不會增加電機電流，因此能夠增大全部產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。與表面磁鐵電機相比，能夠增大電機線圈的感應(yīng)電流(增大弱磁通的作用)，能夠?qū)崿F(xiàn)比表面磁鐵電機更高的速運轉(zhuǎn)。由于電機線圈的感應(yīng)電流增大，因此能夠減小由反相器低頻成分引起的電流脈動，而且能夠減小轉(zhuǎn)矩脈動。
在一個實施例的無電刷直流電機控制方法中，將一個端部連接電壓反相器的各相輸出端子的電阻的另一端相互連接得到第一中性點電壓，同時將無電刷直流電機的各相的定子線圈的一端相互連接得到第二中性點電壓，根據(jù)第一中性點電壓和第二中性點電壓之差，檢測無電刷直流電機轉(zhuǎn)子的磁極位置。
為了實施該方法的無電刷直流電機裝置還包括一端連接電壓反相器各相的輸出端子、而另一端相互連接的電阻；把在電阻的另一端得到的第一中性點電壓和在無電刷直流電機的各相的定子線圈相互連接的端部上得到的第二中性點電壓作為輸入、并輸出兩中性點電壓的電壓差的電壓差輸出裝置；根據(jù)電壓差檢測無電刷直流電機的轉(zhuǎn)子的磁極位置的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置。
如果采用這種結(jié)構(gòu)，不受轉(zhuǎn)速(但停止時除外)、通電幅度、電流振幅的限制，而且特別是不設(shè)檢測轉(zhuǎn)子的磁極位置的傳感器，也能檢測出轉(zhuǎn)子的磁極位置。
在將上述任何一個實施例所涉及的無電刷直流電機裝置作為驅(qū)動源用于電器中時，在要求擴大作為驅(qū)動源的無電刷直流電機的運轉(zhuǎn)范圍時不必使驅(qū)動源大型化就可擴大運轉(zhuǎn)范圍，同時在要求作為驅(qū)動源的無電刷直流電機高效率化時能夠降低電力消費。
本發(fā)明提供一種電機裝置，該裝置具有轉(zhuǎn)子、帶電樞線圈的定子、向上述電樞線圈施加的電壓曲線的反相器，其特征在于，還具有根據(jù)上述電樞線圈的中性點電壓、控制反相器的輸出以便達到規(guī)定的效率(所希望的最高效率)的控制裝置。
如果采用這種結(jié)構(gòu)，例如上述電樞線圈的中性點電壓和電機效率之間具有相關(guān)關(guān)系，上述中性點的電壓為規(guī)定的電平時，電機成為規(guī)定的效率，而中性點的電壓為最小時，電機的效率成為最大，上述控制裝置根據(jù)電樞線圈中性點的電壓，控制上述反相器的輸出相位或電壓，使電機以所期望的效率運轉(zhuǎn)。
而且，通過利用相對于電機效率的電樞線圈的中性點電壓的特性，根據(jù)上述中性點的電壓控制反相器的輸出，就能夠使電機以任意的效率運轉(zhuǎn)。在上述電樞線圈的中性點電壓的電平達未達到某個值時，就會脫調(diào)，只要通過控制反相器的輸出，使得中性點電壓的電平達到某個值，就能夠防止脫調(diào)。
在一個實施例中，上述電樞線圈是3相連接成Y型；并具有相對于上述電樞線圈按并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路，檢以及測上述轉(zhuǎn)子和上述定子之間的相對旋轉(zhuǎn)位置、并輸出位置信號的旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置。上述控制裝置具有電平判斷裝置和相位修正裝置。電平判斷裝置判斷表示上述電樞線圈的中性點和上述電阻電路的中性點的電位差的電位差信號的電平與目標(biāo)值(所希望的，得到最高效率的目標(biāo)值)處于什么樣的關(guān)系。相位修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果，調(diào)整從上述位置信號到切換上述電壓的曲線之前的時間，以便使上述電位差信號的電平成為上述目標(biāo)值。上述反相器根據(jù)代表由上述相位修正裝置的相位修正后的上述電壓曲線的信號，切換施加到電樞線圈上的電壓曲線。
因此，通過將判斷上述電位差信號的電平的目標(biāo)值設(shè)定為所希望效率時的電平，就能夠使電機以任意效率運轉(zhuǎn)。另外，通過將上述電壓曲線從導(dǎo)前相位慢慢地調(diào)整至延遲相位，并以所希望的效率運轉(zhuǎn)，因為不能在從峰值效率點存在于延遲相位側(cè)的脫調(diào)區(qū)域內(nèi)調(diào)整電壓曲線的相位，所以可以防止脫調(diào)。
在另外的實施例中，上述控制裝置具有電平判斷裝置和相位修正裝置。電平判斷裝置判斷把代表上述電樞線圈的中性點和上述電阻電路的中性點的電位差的電位差信號進行積分的積分信號的電平與目標(biāo)值(所希望的，得到最高效率的目標(biāo)值)處于什么樣的關(guān)系。相位修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果，調(diào)整從上述位置信號到切換上述電壓的曲線之前的時間，以便使上述積分信號的電平成為上述目標(biāo)值。上述反相部根據(jù)代表由上述相位修正裝置的相位修正后的上述電壓曲線的信號，切換施加到電樞線圈上的電壓曲線。
因此，通過將判斷上述積分信號的電平的目標(biāo)值設(shè)定為所希望效率時的電平，就能夠使電機以任意效率運轉(zhuǎn)。另外，通過積分電位差信號而得到上述積分信號，在即使運轉(zhuǎn)頻率變化，在所希望效率點處的積分信號的電平成基本一定時，再判斷電位差信號的電平，就能夠更容易地使電機以規(guī)定的效率運轉(zhuǎn)。通過將上述電壓曲線從導(dǎo)前相位慢慢地調(diào)整至延遲相位，并以所希望的效率運轉(zhuǎn)，因為不能在從峰值效率點存在于延遲相位側(cè)的脫調(diào)區(qū)域內(nèi)調(diào)整電壓曲線的相位，所以可以防止脫調(diào)。
在一實施例的電機裝置中，上述電樞線圈是3相連接成Y型的；并具有相對于上述電樞線圈以并聯(lián)狀3相連接成Y型的電阻電路；上述控制裝置具有電平判斷裝置和相位修正裝置。電平判斷裝置判斷表示上述電樞線圈的中性點和上述電阻電路的中性點的電位差的電位差信號的電平與目標(biāo)值(所希望的，得到最高效率的目標(biāo)值)處于什么樣的關(guān)系。相位修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果，修正上述反相器的輸出電壓以便使上述電位差信號的電平成為上述目標(biāo)值。
因此，通過將判斷上述電位差信號的電平的目標(biāo)值設(shè)定為所希望效率時的電平，就能夠使電機以任意效率運轉(zhuǎn)。另外，通過將上述反相器的輸出電壓從比峰值效率點處的輸出電壓更低的電壓慢慢地調(diào)整到高電壓，并以所希望的效率運轉(zhuǎn)，因為不能在從峰值效率點存在于延遲相位側(cè)的脫調(diào)區(qū)域內(nèi)調(diào)整電壓曲線的相位，所以可以防止脫調(diào)。
在一實施例中，上述控制裝置具有電平判斷裝置和相位修正裝置。電平判斷裝置判斷把代表上述電樞線圈的中性點和上述電阻電路的中性點的電位差的電位差信號進行積分的積分信號的電平與目標(biāo)值(所希望的，得到最高效率的目標(biāo)值)處于什么樣的關(guān)系。相位修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果，修正上述反相器的輸出電壓以便使上述積分信號的電平成為上述目標(biāo)值。
如果采用這種結(jié)構(gòu)，通過將判斷上述積分信號的電平的目標(biāo)值設(shè)定為所希望效率時的電平，就能夠使電機以任意效率運轉(zhuǎn)。另外，由于通過積分電位差信號而得到上述積分信號，所以即使運轉(zhuǎn)頻率變化，在所希望效率點處的積分信號的電平成基本一定時，再判斷電位差信號的電平，就能夠更容易地使電機以規(guī)定的效率運轉(zhuǎn)。另外，通過將上述反相器的輸出電壓從比峰值效率點處的輸出電壓更低的電壓慢慢地調(diào)整到高電壓，并以所希望的效率運轉(zhuǎn)，因為不能在從峰值效率點存在于延遲相位側(cè)的脫調(diào)區(qū)域內(nèi)調(diào)整電壓曲線的相位，所以可以防止脫調(diào)。
本發(fā)明提供一種電機裝置，該電機裝置具有帶多極磁鐵的轉(zhuǎn)子，具有3相Y型連接的電樞線圈的定子，相對于上述電樞線圈以并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路，檢測代表上述電樞線圈的中性點和上述電阻電路的中性點的電位差的電位信號、并根據(jù)該電位差信號檢測上述轉(zhuǎn)子和上述定子的相對旋轉(zhuǎn)位置、并輸出位置信號的旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置；根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的上述位置信號、切換施加給上述電樞線圈的電壓的曲線的反相器，其特征在于還具有對來自上述旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的上述電位差信號進行積分，并輸出積分信號的積分裝置，接收來自上述積分裝置的積分信號，判斷上述積分信號的電平與目標(biāo)值(所期望的最大效率時的積分信號的電平)處于什么樣的關(guān)系的電平判斷裝置；根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果、調(diào)整從上述位置信號到切換上述電壓曲線之前的時間、以便使來自上述積分裝置的上述積分信號的電平成為上述目標(biāo)值的相位修正裝置。
在本電機裝置中，上述反相器根據(jù)代表由上述相位修正裝置進行相位修正后的上述電壓的曲線的信號，切換施加給電樞線圈的電壓曲線。因此，通過將判斷上述積分信號的電平的目標(biāo)值設(shè)定為所希望效率時的積分信號的電平，而能使電機以任意效率運轉(zhuǎn)。另外，通過把上述電壓的曲線從導(dǎo)前相位慢慢地調(diào)整到延遲相位，并以所期望的效率運轉(zhuǎn)，因為不能在從峰值效率點存在于延遲相位側(cè)的脫調(diào)區(qū)域內(nèi)調(diào)整電壓曲線的相位，所以可以防止脫調(diào)。
本發(fā)明提供一種電機裝置，該電機裝置具有帶多極磁鐵的轉(zhuǎn)子，具有3相Y型連接的電樞線圈的定子，相對于上述電樞線圈以并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路，輸出施加給上述電樞線圈的電壓的反相器，其特征在于還包括積分代表上述電樞線圈的中性點和上述電阻電路的中性點的電位差的電位差信號、并輸出積分信號的積分裝置，接收來自上述積分裝置的積分信號，判斷上述積分信號的電平與目標(biāo)值(期望的最大效率時的積分信號的電平)處于什么樣的關(guān)系的電平判斷裝置；根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果、修正上述反相器的輸出電壓以便使來自上述積分裝置的上述積分信號的電平成為上述目標(biāo)值的電壓修正裝置。
如果采用本結(jié)果，通過將判斷上述積分信號的電平的目標(biāo)值設(shè)定為所希望效率時的積分信號的電平，就可以使電機以任意效率運轉(zhuǎn)。另外，通過把上述反相器的輸出電壓從比峰值效率點處的輸出電壓低的電壓慢慢地調(diào)整成為高電壓并以所期望的效率運轉(zhuǎn)，因為不能在從峰值效率點存在于延遲相位側(cè)的脫調(diào)區(qū)域內(nèi)調(diào)整電壓曲線的相位，所以可以防止脫調(diào)。
將上述電平判斷裝置的上述目標(biāo)值設(shè)定為最大效率時的上述積分信號的電平時，上述相位修正裝置調(diào)整上述反相器的輸出，以便使來自積分裝置的積分信號的電平成為目標(biāo)值，即以最大效率使電機運轉(zhuǎn)。因此，能夠使電機以最大效率運轉(zhuǎn)。
本發(fā)明提供一種電機裝置，該電機裝置具有帶多極磁鐵的轉(zhuǎn)子，具有3相Y型連接的電樞線圈的定子，相對于上述電樞線圈以并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路，檢測代表上述電樞線圈的中性點和上述電阻電路的中性點的電位差的電位信號、并根據(jù)該電位差信號檢測上述轉(zhuǎn)子和上述定子的相對旋轉(zhuǎn)位置、并輸出位置信號的旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置，根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的上述位置信號、切換施加給上述電樞線圈的電壓曲線的反相器，其特征在于還包括接收來自上述旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的上述電位差信號，判斷上述電位差信號的電平與目標(biāo)值(所期望的最大效率時的電位差信號的電平)處于什么樣的關(guān)系的電平判斷裝置；根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果、調(diào)整從上述位置信號到切換上述電壓曲線之前的時間、以便使上述電位差信號的電平成為上述目標(biāo)值的相位修正裝置。
如果采用這種結(jié)構(gòu)，通過將判斷上述電位差信號的電平的目標(biāo)值設(shè)定為所希望效率時的電位差信號的電平，就能使電機以任意效率運轉(zhuǎn)。另外，通過把上述電壓曲線從導(dǎo)前相位慢慢地調(diào)整到延遲相位，并以所期望的效率運轉(zhuǎn)，因為不能在從峰值效率點存在于延遲相位側(cè)的脫調(diào)區(qū)域內(nèi)調(diào)整電壓曲線的相位，所以可以防止脫調(diào)。
本發(fā)明提供一種電機裝置，該電機裝置具有帶多極磁鐵的轉(zhuǎn)子，具有3相Y型連接的電樞線圈的定子，相對于上述電樞線圈以并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路，輸出施加給上述電樞線圈的電壓的反相器，其特征在于還包括判斷代表上述電樞線圈的中性點和上述電阻電路的中性點的電位差的電位差信號的電平與目標(biāo)值(所期望的最大效率時的電位差信號的電平)處于什么樣的關(guān)系的電平判斷裝置；根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果、修正上述反相器的輸出電壓以便使上述電位差信號的電平成為上述目標(biāo)值的電壓修正裝置。
如果采用本結(jié)構(gòu)，通過將判斷上述信號的電平的目標(biāo)值設(shè)定為所希望效率時的電平信號的電平，就能使電機以任意效率運轉(zhuǎn)。另外，通過把上述反相器的輸出電壓從比峰值效率點處的輸出電壓低的電壓慢慢地調(diào)整成為高電壓并以所期望的效率運轉(zhuǎn)，因為不能在從峰值效率點存在于延遲相位側(cè)的脫調(diào)區(qū)域內(nèi)調(diào)整電壓曲線的相位，所以可以防止脫調(diào)。
將上述電平判斷裝置的上述目標(biāo)值設(shè)定為最大效率時的上述電位差信號的電平時，上述相位修正裝置調(diào)整上述反相器的輸出，以便使電位差信號的電平成為目標(biāo)值，即以最大效率使電機運轉(zhuǎn)。因此，能夠使電機以最大效率運轉(zhuǎn)。
附圖的簡單說明圖1是表示相對于電壓反相器的線間電壓振幅的電機輸出、電機電流特性的示意圖。
圖2示出了用手動操作方式來調(diào)整相位，測定各轉(zhuǎn)速時的最大電機效率的結(jié)果和在高負(fù)荷時最佳相位處測定各速度時的低負(fù)荷時的電機效率的結(jié)果的示意圖。
圖3是概要地表示已有無電刷直流電機裝置的方框圖。
圖4示出了圖3的無電刷直流電機裝置的控制電路的一部分的方框圖。
圖5示出了無電刷直流電機的1相分等價電路。圖6A、6B分別表示轉(zhuǎn)矩-相位特性和電流振幅一相位特性。
圖7概要地示出了本發(fā)明的無電刷直流電機裝置的第一實施例的方框圖。
圖8示出了由切換指令控制的電壓反相器的線間輸出電壓及在對應(yīng)的線間的電機反電壓的示意圖。
圖9示出了各轉(zhuǎn)速時的輸入電流的有效值和最佳(得到無電刷直流電機的最大效率)相位的關(guān)系。
圖10是示出了圖7的無電刷直流電機裝置的控制電路的變形例的主要部分的方框圖。
圖11是示出了圖7的無電刷直流電機裝置的控制電路的變形例的主要部分的方框圖。
圖12示出了在最佳相位附近的電機效率特性的示意圖。
圖13概要地示出了本發(fā)明的無電刷直流電機裝置的第二實施例的方框圖。
圖14是示出了圖13的無電刷直流電機裝置的控制電路的一部分的方框圖。
圖15A、15B分別表示轉(zhuǎn)矩-相位特性和電流振幅-相位特性。
圖16示出了由第二實施例的控制電路驅(qū)動埋入磁鐵電機時和由已控制電路驅(qū)動這種電機時的運行區(qū)的示意圖。
圖17示出了由第二實施例的控制電路驅(qū)動埋入磁鐵電機時和由已控制電路驅(qū)動這種電機時的效率-轉(zhuǎn)速特性的示意圖。
圖18是概要地示出了本發(fā)明的無電刷直流電機裝置的第三實施例的方框圖。
圖19示出了圖18的微處理器的內(nèi)部構(gòu)成的示意圖。
圖20是詳細說明圖19所示的中斷處理A的流程圖。
圖21是詳細說明圖19所示的中斷處理B的處理內(nèi)容的流程圖。
圖22示出了圖18的無電刷直流電機裝置的各部分的信號波形、處理內(nèi)容。
圖23示出了用于說明由圖18的無電刷直流電機裝置中的放大器、積分器及零交叉比較器進行的位置檢測動作的各部分的信號波形。
圖24是本發(fā)明的第四實施例的無電刷直流電機裝置的構(gòu)成圖。
圖25是圖24的無電刷直流電機裝置的電平檢測器的電路圖。
圖26是圖24的無電刷直流電機裝置的微計算機的方框圖。
圖27示出了利用圖25所示的電平檢測器時的各部分的信號。
圖28示出了圖24的無電刷直流電機裝置的各部分的信號。
圖29、30、31示出了圖24所示的微計算機的中斷處理1的流程圖。
圖32示出了通過圖24所示的微計算機的相位修正用計時器的時間中斷進行中斷處理2的流程圖。
圖33是關(guān)于電位差信號和積分信號的特性進行實驗的無電刷直流電機的構(gòu)成圖。
圖34是圖33的無電刷直流電機裝置的微計算機的方框圖。
圖35示出了在圖33的無電刷直流電機裝置中，使運轉(zhuǎn)頻率一定而改變負(fù)荷時相對于相位修正角的電機效率的特性。
圖36示出了在圖33的無電刷直流電機裝置中，使運轉(zhuǎn)頻率一定而改變負(fù)荷時相對于相位修正角的電位差信號的特性。
圖37示出了在圖33的無電刷直流電機裝置中，使運轉(zhuǎn)頻率一定而改變負(fù)荷時相對于相位修正角的積分信號的特性。
圖38示出了在圖33的無電刷直流電機裝置中，使負(fù)荷一定而運轉(zhuǎn)頻率改變時相對于相位修正角的電機效率的特性。
圖39示出了在圖33的無電刷直流電機裝置中，使負(fù)荷一定而改變運轉(zhuǎn)頻率時相對于相位修正角的電位差信號的特性。
圖40示出了在圖33的無電刷直流電機裝置中，使負(fù)荷一定而改變運轉(zhuǎn)頻率時相對于相位修正角的積分信號的特性。
圖41示出了圖33的無電刷直流電機裝置的旋轉(zhuǎn)位置檢測器的積分器的相對于標(biāo)準(zhǔn)頻率的振幅特性。
圖42示出了圖33的無電刷直流電機裝置的旋轉(zhuǎn)位置檢測器的積分器的相對于標(biāo)準(zhǔn)頻率的相位特性。
圖43是本發(fā)明的第五實施例的無電刷直流電機裝置的主要部分構(gòu)成圖。
圖44是圖43所示的微計算機的方框圖。
圖45示出了在圖43的無電刷直流電機裝置中，使頻率一定而改變負(fù)荷時相對于相位修正角的積分信號的特性。
圖46示出了在圖43的無電刷直流電機裝置中，使負(fù)荷一定而改變頻率時相對于相位修正角的積分信號的特性。
圖47是本發(fā)明第六實施例的無電刷直流電機裝置的微計算機的方框圖。
圖48是本發(fā)明第七實施例的無電刷直流電機裝置的構(gòu)成圖。
圖49是圖48的無電刷直流電機裝置的微計算機的方框圖。
圖50是圖48的無電刷直流電機裝置的電平檢測器的電路圖。
圖51是示出圖49所示的微計算機的中斷處理11的流程圖。
圖52是示出了第七實施例的無電刷直流電機裝置的各部分的信號示意圖。
圖53是本發(fā)明第八實施例的無電刷直流電機裝置的微計算機的方框圖。
圖54是第八實施例的無電刷直流電機裝置的電平檢測器的電路圖。
圖55是示出了第八實施例的無電刷直流電機裝置的各部分的信號示意圖。
圖56、57、58是示出了圖53的微計算機的中斷處理221的流程圖。
圖59A、59B分別示出了圖53的微計算機的中斷處理22和中斷處理23的流程圖。
圖60是本發(fā)明的第九實施例的交流電機裝置的構(gòu)成圖。
圖61是上述交流電機裝置的微計算機的概要方框圖。
圖62示出了進行圖61的微計算機的電壓控制的中斷處理31的流程圖。
圖63示出了相對于上述交流電機裝置的反相器頻率的反相器輸出電壓特性的圖。
圖64示出了在上述交流電機裝置的電壓控制中反相器電壓和中性點電壓的狀態(tài)遷移。
圖65示出了相對于上述交流電機裝置的反相器輸出線間電壓的交流電機效率及中性點電壓有效值的特性。
圖66是其它旋轉(zhuǎn)位置檢測器的電路圖。
圖67是另一個旋轉(zhuǎn)位置檢測器的電路圖。
圖68是另一個旋轉(zhuǎn)位置檢測器的電路圖。
圖69示出了使用旋轉(zhuǎn)編碼器的旋轉(zhuǎn)位置檢測器。
圖70是表示在無電刷直流電機的運轉(zhuǎn)頻率和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系中壓縮機的運轉(zhuǎn)區(qū)的示意圖。
下面，根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。
實施例1圖7是簡要地表示本發(fā)明無電刷直流電機裝置的一個實施例方框圖。該無電刷直流電機裝置將來自交流電源701的輸出電壓加到電壓反相器702上，并將來自電壓反相器702的輸出電壓加到無電刷直流電機703上。該電機裝置具有由位置檢測電路704、變流器705、有效值檢測電路706和控制電路707。其中，位置檢測電路704接收無電刷直流電機(以下僅稱為電機)703的端子間電壓來檢測電機703的轉(zhuǎn)子位置；變流器705檢測電壓反相器702的輸入電流；有效值檢測電路706接收由變流器705輸出的電流檢測信號，檢測上述輸入電流的有效值；控制電路707接收由位置檢測電路704輸出的位置檢測信號和由有效值檢測電路706輸出的有效值檢測信號，并生成切換指令，然后輸入上述電壓反相器702。
上述控制電路707接收由位置檢測電路704輸出的位置檢測信號而算出電機反電壓的相位，并同時算出位置檢測信號的周期，根據(jù)該周期再算出電機703的轉(zhuǎn)速，根據(jù)算出的周期和轉(zhuǎn)速，把相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定成能夠使電機以在該條件的最大效率下轉(zhuǎn)動的規(guī)定相位，然后生成能夠?qū)崿F(xiàn)該相位的切換指令，并輸入電壓反相器702。當(dāng)然，該切換指令以能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)于通過將例如速度指令和實際速度的差進行PI控制而得到的電壓振幅指令的線間電壓方式生成。圖8是表示通過上述切換指令控制的電壓反相器702的線間輸出電壓基本波(參照圖8中的A)及在對應(yīng)線間的電機反電壓(參照圖8中的C)的圖，圖8中C上所示的δ是上述規(guī)定的相位。另外，圖8中B表示電壓反相器702的切換波形。
在該實施例的情況下，在使電機703轉(zhuǎn)動期間，由有效值檢測電路706檢測電壓反相器702的輸入電流的有效值，同時由位置檢測電路704檢測電機703的轉(zhuǎn)子位置，然后將檢測信號輸入控制電路707。在控制電路707中，算出位置檢測信號的周期，根據(jù)該算出的周期，計算出轉(zhuǎn)速。上述控制電路707根據(jù)算出的轉(zhuǎn)速及上述輸入電流的有效值，設(shè)定在該條件下以最大效率使電機轉(zhuǎn)動的相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位δ，然后生成能夠?qū)崿F(xiàn)該反相器輸出電位的相位δ的切換指令，并輸入電壓反相器702。這樣，就能夠使電機703在把相對于電機反電壓的相位的電壓反相器702的輸出電壓的相位設(shè)定為上述相位δ的狀態(tài)下轉(zhuǎn)動，并可以使電機效率為在該負(fù)荷條件下的最大效率。
因此，既不需要瞬時電流檢測器，也不需要根據(jù)瞬時電流進行電流控制的控制裝置。而且，因為變流器705和有效值檢測電路706作為保護裝置預(yù)先安裝在無電刷直流電機裝置內(nèi)，所以能夠防止成本增加。
上述控制電路707最好是對應(yīng)例如電機703的轉(zhuǎn)速fm和電壓反相器702的輸入電流的有效值I、預(yù)先把上述反相器輸出電壓的相位δ的值作為最佳相位進行測定、并把該測定到的結(jié)果作為例如表1所示的圖表進行保持的裝置。在該情況下，可根據(jù)上述轉(zhuǎn)速和輸入電流的有效值，從圖表中讀出該最佳相位。

表1如果采用這樣構(gòu)成的控制電路707，能夠不受負(fù)荷變動的影響，實現(xiàn)圖2的白圈所示的電機效率。
圖9示出了各轉(zhuǎn)速時的輸入電流的有效值I和最佳相位δ的關(guān)系，從圖中可知，最佳相位δ基本上與輸入電流的有效值成正比。因此，輸入電流的有效值I和最佳相位δ成線性近似關(guān)系(或成多項式近似關(guān)系)，能夠通過近似運算，計算出與任意的輸入電流的有效值I對應(yīng)的最佳相位δ。具體地說，例如如圖10所示，在上述控制電路707中作為近似的常數(shù)表707a具有對應(yīng)于轉(zhuǎn)速fm和輸入電流的有效值I的線段的斜率a(fm，I)及截距b(fm，I)，同時還設(shè)有以從常數(shù)表707a中讀出的斜率a和截距b為依據(jù)，進行δ＝a×I＋b的運算，算出最佳相位δ的最佳相位運算部707b。轉(zhuǎn)速fm和輸入電流的有效值I輸入上述常數(shù)表707a中，并將相應(yīng)的常數(shù)a、b輸入最佳相位運算部707b。上述常數(shù)a、b和輸入電流的有效值I都將輸入上述最佳相位運算部707b內(nèi)。另外，由上述最佳相位運算部707b計算出的最佳相位δ作為時間值輸入相位修正計時器707d，從相位修正計時器707d輸出的超時信號輸入反相器模式選擇部707e。反相器模式選擇部707e從存儲器707f中讀出相應(yīng)的電壓曲線，經(jīng)PWM變調(diào)器707g，將切換指令輸入電壓反相器702。
將采用表1中的圖表而使電機703轉(zhuǎn)動和采用圖10的構(gòu)成使電機703轉(zhuǎn)動時的電機功率進行比較，結(jié)果是兩者的電機功率基本相等，本實施例的控制在電機703加減速時，雖然因有效值檢測電路706中的時間常數(shù)的影響不一定保證高效率，但與加減速運轉(zhuǎn)時間比較，在運轉(zhuǎn)時間較長的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，因能夠以如上所述的高效率運轉(zhuǎn)，所以與采用上述的已有方法(ii)的情況相比，能夠顯著地提高運轉(zhuǎn)效率。
圖11是表示第一實施例的無電刷直流電機裝置的控制電路的變形例的主要部分的方框圖，該控制電路具有為把由上述最佳相位運算部707b得到的最佳相位δ只前進規(guī)定相位(例如，大約數(shù)度)，而在最佳相位δ上增加規(guī)定的常量得到新的相位δ’的相位修正部707c。根據(jù)新的相位δ’生成切換指令。而其它部分的構(gòu)成與上述第一實施例的相同，此處予以省略。
在該變形例中，通過使最佳相位只前進到規(guī)定相位，就可利用電壓振幅增加可控制的電流，從而能夠增加電機703的最大輸出。而且，即使在有效值檢測電路706的反應(yīng)滯后(0.1至數(shù)秒)、負(fù)荷比其更快地變動、比與最佳相位δ對應(yīng)的最大輸出更大的情況下，如果不超過上述增加的最大輸出，也能夠預(yù)先防止電機703的失速。結(jié)果是能夠提高無電刷直流電機的控制的可靠度。
由于設(shè)定了與最佳相位δ不同的δ’，也許電機效率存在下降的現(xiàn)象，但在最佳相位δ附近的電機效率特性是如圖12所示，即使相位前進數(shù)度，電機效率的下降并不明顯(1％以下)。而且，能夠提高可靠性且電機效率不下降。
(第二實施例)圖13是概要地表示本發(fā)明的無電刷直流電機裝置的第二實施例的框圖。交流電源801的輸出電壓由電壓反相器802內(nèi)的轉(zhuǎn)換器802a變換成直流電壓之后，輸入電壓反相器802的反相器本體802b內(nèi)，把反相器本體802b的輸出電壓輸入無電刷直流電機803。該電機裝置具有位置檢測電路804和控制電路806。其中，位置檢測電路804接收無電刷直流電機(以下簡稱為電機)803的端子間電壓來檢測電機803的轉(zhuǎn)子的位置；控制電路806接收由位置檢測電路804輸出的位置檢測信號和從外部提供的轉(zhuǎn)速指令值，生成切換指令，然后供給上述電壓反相器802的反相器本體802b。
上述控制電路806接收由位置檢測電路804輸出的位置檢測信號并算出電機反電壓的相位，同時算出位置檢測信號的周期，根據(jù)該周期再算出電機803的轉(zhuǎn)速，根據(jù)算出的周期和轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速指令，把相對于電機反電壓的相位設(shè)定成能夠使電機以在該條件下的最大效率轉(zhuǎn)動的規(guī)定相位，在能夠?qū)崿F(xiàn)該相位的同時，把電氣通電幅度設(shè)定為180°，根據(jù)上述算出的轉(zhuǎn)速，成對應(yīng)于轉(zhuǎn)速實現(xiàn)唯一確定的輸出電壓振幅而生成切換指令，并供給電壓反相器802。
圖14是表示上述控制電路806的一部分的方框圖，該控制電路806具有振幅表806a和相位指令值計算部806b，振幅表806a輸入電機803的轉(zhuǎn)速(讀出地址)，并輸出規(guī)定的輸出電壓振幅，相位指令值計算部806b輸入上述轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速指令，進行ΔY＝Y(jié)*－Y及*＝Kp·ΔY＋KI·∑(ΔY)的PI運算，算出相位指令*并輸出。將上述輸出電壓振幅和相位指令值供給圖中未示出的PWM電路。上式中，Y*是轉(zhuǎn)速指令，Y是轉(zhuǎn)速，ΔY是轉(zhuǎn)速指令和轉(zhuǎn)速之差，Kp、KI是常數(shù)。轉(zhuǎn)速Y是位置檢測信號的周期X的倒數(shù)。
這里，雖然振幅表806a的檢查在每一個由相位指令值計算部806b算出相位指令的周期內(nèi)進行，但也可以例如與電機803的轉(zhuǎn)速變化的時間一致地進行振幅表806a的檢查。
在該實施例的情況下，在使電機803轉(zhuǎn)動期間，由位置檢測電路804檢測電機803的轉(zhuǎn)子位置，然后將檢測信號輸入控制電路806。在控制電路806中，算出位置檢測信號的周期，根據(jù)算出的周期，再計算出轉(zhuǎn)速。上述控制電路806，根據(jù)算出的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速指令，設(shè)定在該條件下以最大效率使無電刷直流電機轉(zhuǎn)動的相對于電機反電壓的相位，實現(xiàn)該相位的同時，把電氣通電幅度設(shè)定為180°，并且根據(jù)上述算出的轉(zhuǎn)速，相對于轉(zhuǎn)速，生成為實現(xiàn)唯一確定的規(guī)定輸出電壓振幅的切換指令，并輸入電壓反相器802。其結(jié)果是能夠?qū)⑾鄬τ陔姍C反電壓的電壓反相器802的輸出電壓的相位設(shè)定為上述相位，而且能夠在把輸出電壓振幅相對于轉(zhuǎn)速設(shè)定為唯一確定的規(guī)定的輸出電壓振幅的狀態(tài)下使電機803轉(zhuǎn)動，這樣可以使電機效率成為在該負(fù)荷下的最大效率。另外，在電機空載時的反電壓大于電壓反相器的輸出電壓振幅的高速區(qū)，能夠最大地確定反相器的輸出電壓振幅并使電機轉(zhuǎn)動，這樣可擴大運轉(zhuǎn)范圍。當(dāng)然，在該狀態(tài)下，還可將電機電流控制為最小。
圖15A是表示在把電壓反相器802的輸出電壓基本波振幅|V|設(shè)定為等于轉(zhuǎn)速ω和反電壓系數(shù)Ke的積的狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩-相位特性的示意圖，所說電壓反相器驅(qū)動d軸電感Ld、q軸電感Lq分別為6.5mH，15.0mH、反電壓系數(shù)Ke為0.15V·s/rad，極對數(shù)n為2的埋入磁鐵電機，圖15B是表示在把電壓反相器802的輸出電壓基本波振幅|V|設(shè)定為等于轉(zhuǎn)速ω和反電壓系數(shù)Ke的積的狀態(tài)下電流振幅-相位特性的圖，從圖中可知，只要增加相位，就可增加轉(zhuǎn)矩和電流振幅，反之，只要減少相位，就能減少轉(zhuǎn)矩和電流振幅。此處，相位用tan-1(Vq/Vd)表示，而轉(zhuǎn)矩T和電機電流振幅可同時用上式表示。
如果將由本實施例的控制裝置來驅(qū)動d軸電感Ld、q軸電感Lq分別設(shè)定為6.5mH、15.0mH，反電壓系數(shù)Ke為0.15V·s/rad，極對數(shù)為2的埋入磁鐵電機的情況和由已有控制裝置驅(qū)動這種電機的情況的運轉(zhuǎn)區(qū)進行比較，比較結(jié)果如圖16所示(圖中，實線和虛線分別表示由本實施例的控制裝置驅(qū)動的情況和由圖所示4的已有控制裝置驅(qū)動的情況)，從圖16中可知，利用本實施例的控制裝置驅(qū)動無電刷直流電機，可將運轉(zhuǎn)區(qū)擴大至高速側(cè)。而已有的控制裝置，考慮到控制安全系數(shù)，設(shè)計的控制系統(tǒng)要使得穩(wěn)定時(高速時)的反相器最大電壓與本實施例的控制裝置相比要低約10％。
此外，圖17是表示由本實施例的控制裝置驅(qū)動d軸電感Ld、q軸電感Lq分別為6.5mH、15.0mH，反電壓系數(shù)Ke為0.15V·s/rad，極對數(shù)n為2的埋入磁鐵電機和由圖4所示已有控制裝置驅(qū)動這種電機的效率-轉(zhuǎn)速特性示意圖，圖17中A表示在將負(fù)荷轉(zhuǎn)矩設(shè)定為20kgf·cm的情況下由本實施例的控制裝置驅(qū)動的情況和由已有控制裝置驅(qū)動的情況(為使在負(fù)荷轉(zhuǎn)矩為20kgf·cm時的效率相等，在本實施例的控制裝置中固定電壓振幅，而在已有的控制裝置中固定相位)，圖17中B表示在將負(fù)荷轉(zhuǎn)矩設(shè)定為10kgf·cm的情況下由本實施例的控制裝置驅(qū)動的情況，圖17中C表示在將負(fù)荷轉(zhuǎn)矩設(shè)定為10kgf·cm的情況下由已有控制裝置驅(qū)動的情況。從該圖可知，當(dāng)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩減小時，在已有控制裝置驅(qū)動的情況下，效率大幅度下降，而在本實施例的控制裝置驅(qū)動的情況下，必要的電機電流與負(fù)荷轉(zhuǎn)矩一起減少，隨之因為線圈中的焦耳損失也減少，所以效率有一定程度的提高。
此外，因為在弱磁通控制裝置區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)使電壓反相器的輸出電壓振幅為最大的高效率運轉(zhuǎn)，由于只增加效率而電機電流變小，所以電壓反相器802的切換元件等的電流容量出現(xiàn)剩余，進而能擴大運轉(zhuǎn)范圍。相反，在利用電流容量的余量不擴大運轉(zhuǎn)范圍的情況下，能夠采用電流容量只小上述余量的切換元件等，這樣能夠減少成本。
當(dāng)然，為了進行上述控制，不必附加特別的裝置，這樣能夠防止成本上升。
(實施例三)圖18是概要地表示本發(fā)明無電刷直流電機裝置的第三實施例的方框圖，圖19是表示圖18的微處理器918的內(nèi)部構(gòu)成的圖。
該無電刷直流電機裝置，在直流電源911(串聯(lián)連接彼此相等的起電壓的直流電源，同時將兩者的接點接地)的端子間分別串聯(lián)連接三對開關(guān)晶體管912u1、912u2；912v1、912v2；912w1、912w2以構(gòu)成反相器912；分別將各對開關(guān)晶體管的接點電壓施加到無電刷直流電機(以下僅稱為電機)913的、Y型連接的各相定子線圈913u、913v、913w上。另外也將各對開關(guān)晶體管的接點電壓施加到Y(jié)型連接的電阻914u、914v、914w上。環(huán)流用二極管912u1d、912u2d；912v1d、912v2d；912w1d、912w2d分別連接在開關(guān)晶體管912u1、912u2；912v1、912v2；912w1、912w2的集電極一發(fā)射極端子之間。913e表示電機913的轉(zhuǎn)子。字母u、v、w分別對應(yīng)電機913的u相、v相、和w相。
上述Y型連接的定子線圈913u、913v、913w的中性點913d的電壓通過電阻915a供給放大器915的反轉(zhuǎn)輸入端子，Y型連接的電阻914u、914v、914w的中性點914d的電壓沒有改變地供給放大器915的非反轉(zhuǎn)輸入端子。通過將電阻915b連接在放大器915的輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之間，就可使其起到差動放大器的作用。
從放大器915的輸出端子輸出的輸出信號供給串聯(lián)連接電阻916a和電容器916b的積分器916。
來自積分器916的輸出信號(電阻916a和電容器916b的接點電壓)饋給零交叉比較器917的非反轉(zhuǎn)輸入端子，而中性點913d的電壓供給其反轉(zhuǎn)輸入端子。
而且，從零交叉比較器917的輸出端子輸出磁極位置檢測信號。換言之，由上述差動放大器、積分器916及零交叉比較器917構(gòu)成檢測電機913的轉(zhuǎn)子913e的磁極位置的位置檢測器。但也可以采用由回轉(zhuǎn)編碼器等構(gòu)成的位置檢測器來代替這種動構(gòu)的位置檢測器。
由位置檢測器輸出的磁極位置檢測信號供給微處理器918的外部插入端子。在微處理器918中，由供給外部插入端子的磁極位置檢測信號對相位修正計時器918a和周期測定計時器918b進行中斷處理(中斷處理A參照圖20)。由后述的時間值運算部919a設(shè)定相位修正計時器918a的時間值。周期測定計時器918b向包含在CPU919內(nèi)的位置信號周期運算部919b提供時間值。該位置信號周期運算部919b例如以對應(yīng)于電氣角60°時的時間值為基準(zhǔn)算出每1°電氣角的時間值。相位修正計時器918a向包含在CPU919內(nèi)的180度通電反相器模式選擇部919c提供超時信號，并進行中斷處理(中斷處理B，參照圖21)。180度通電反相器模式選擇部919c從存儲器918c中讀出該電壓曲線并輸出。在CPU919中，位置信號周期運算部919b根據(jù)時間值進行運算，并輸出位置信號周期信號，將此信號輸入時間值運算部919a和速度運算部919e。時間值運算部919a根據(jù)來自位置信號周期運算部919b的位置信號周期信號和來自后述的相位指令運算部919f的差速，算出相位修正計時器918a中應(yīng)該設(shè)定的時間值。速度運算部919e以來自位置信號周期運算部919b的位置信號周期信號為依據(jù)，算出現(xiàn)在的速度，并根據(jù)現(xiàn)在速度，輸出電壓指令(輸出電壓振幅指令)；同時將現(xiàn)在速度供給相位指令運算部919f。速度指令也供給相位指令運算部919f，該運算部根據(jù)速度指令和來自速度運算部的現(xiàn)在速度，通過如上所述的例如PI運算來算出相位指令，然后輸入上述時間值運算部919a。把由上述180度通電反相器選擇部919c輸出的電壓曲線和由速度運算部919e輸出的電壓指令輸入PWM(脈沖調(diào)幅)調(diào)制部918d，分三相輸出PWM調(diào)制信號。該PWM調(diào)制信號輸入基極驅(qū)動電路920，基極驅(qū)動電路920向上述開關(guān)晶體管912u1、912u2；912v1、912v2；912w1、912w2的各自的基極端子輸出應(yīng)提供的控制信號。在以上的說明中，CPU919中所含的各構(gòu)成部分僅僅是表示了能夠完成這些功能的構(gòu)成部，在CPU的內(nèi)部這些構(gòu)成部不一定以能夠明確認(rèn)識的狀態(tài)存在。
表2示出了與反相器模式對應(yīng)的電壓曲線。但是，電壓曲線由各開關(guān)晶體管912u1、912u2；912v1、912v2；912w1、912w2的開-關(guān)狀態(tài)示出，‘1’對應(yīng)于開狀態(tài)，‘0’對應(yīng)于關(guān)狀態(tài)。
圖22中，如(A)，(B)，(C)所示，由于無電刷直流電機的u相、v相、w相感應(yīng)電壓Eu、Ev、Ew以相位依次錯位120°的狀態(tài)變化，因此從放大器915輸出的信號Vnm如圖22中的(D)所示的變化，經(jīng)積分器916后該信號的積分波形∫Vnmdt如圖22中(E)所示變化。
由于該積分波形供給零交叉比較器917，在積分波形的零交叉點上上升或下降的激磁切換信號如圖22中(F)所示輸出。通過該激磁信號切換信號的上升和下降進行中斷處理A，相位修正計時器918a開始計時{對照圖22中(G)的箭頭的起點(黑圈))。該相位修正計時器918a由于是通過時間值運算部919a設(shè)定時間值，因此在僅設(shè)定的時間值進行計時動作的時間點上超時{參照圖22中(G)的箭頭的終點}。相位修正計時器918a每發(fā)生一次超時，就進行中斷處理B，180度通電反相器模式選擇部919c使反相器模式進一步。即，如圖22中(N)所示，反相器模式按‘1’‘2’‘3’‘4’‘5’‘0’‘1’‘2’…的順序選擇。由于相位修正計時器918a的超時而使反相器模式進一步，因此與各反相器模式相對應(yīng)，開關(guān)晶體管912u1、912u2；912v1、912v2；912w1、912w2的開-關(guān)狀態(tài)按圖22中的(H)-(M)所示進行控制。其結(jié)果是能夠驅(qū)動在把通電期間設(shè)定為180°的狀態(tài)下的無電刷直流電機913，而且能夠使電壓反相器電壓的相位比電機感應(yīng)電壓超前。由相位修正計時器918a控制電壓反相器電壓的相位超前量。
圖20是詳細說明上述中斷處理A的處理內(nèi)容的流程圖，由位置檢測器的磁極位置檢測信號的上升沿、下降沿各自接受外部中斷處理要求。在步驟SP1中，根據(jù)由位置信號周期運算部919b得到的位置信號周期信號及由位置指令運算部919f得到的差速，計算相位修正計時器918a的值，在步驟SP2中，對相位修正計時器918a設(shè)定修正時間值，在步驟SP3中，使相位修正計時器開始計時。在步驟SP4中，使在上次中斷處理A中開始的周期測定計時器中止計時，在步驟SP5中，讀取周期測定計時值(存儲)。但是，該步驟SP4、SP5的處理由于是用于檢測磁極切換信號的上下沿的周期的處理，在讀取周期測定時間值后，為了下次的周期測定，馬上復(fù)位周期測定時間，并開始計時。在步驟SP6中，運算存儲的位置信號周期(例如，算出每1°電氣角的計數(shù))，在步驟SP7中，依據(jù)位置信號周期運算結(jié)果，運算電機913的現(xiàn)在轉(zhuǎn)速，在步驟SP8中，相對于現(xiàn)在的轉(zhuǎn)速，輸出唯一確定的電壓指令，并返回原來的處理。
具體地說，例如由周期測定計時器918實測的結(jié)果，如果相對于磁極位置檢測信號的間隔的計算值是360，由于反相器模式的數(shù)是6，所以反相器輸出電壓1個周期的計數(shù)成為360×6＝2160。由于該值2160相當(dāng)于360°，因此1°分的計算值成這2160/360＝6。如果根據(jù)差速算出的相位量指令是40°，對應(yīng)于相位量指令的計數(shù)值(時間值為6×(90－40))成為300。而且，將該值300作為時間值，對相位修正計時器918a設(shè)定，使相位修正計時器918a開始計時。
圖21是詳細說明上述中斷處理B的處理內(nèi)容的流程圖，由于在中斷處理A中開始的相位修正計時器918a超時而接受中斷處理B。在步驟SP11中，預(yù)先使設(shè)定在存儲器918c中的反相器模式進一步，在步驟SP12中，輸出對應(yīng)于已進一步的反相器模式的電壓曲線，并返回原來的處理。
下面更加詳細地說明由圖18中的放大器915、積分器916及零交叉比較器917進行的磁極位置檢測。
在通過檢測電機電壓來進行磁極位置檢測中，利用在由空調(diào)器等的電器采用的120°通電的上下臂關(guān)閉期間所引起的感應(yīng)電壓的磁極檢測方法在高負(fù)載且電流增加時基本上不可能檢測出感電壓，也不可能對磁極位置進行檢測。
如果將流入定子線圈中的電流切斷之前的時間設(shè)為t，將180°期間的反相器通電角設(shè)為α[rad]，輸出頻率設(shè)為f，則決定能否檢測感應(yīng)電壓的條件式，為t＜(π－α)/(4πf)從該條件可知，采用通電180°時，從原理上來說，不可能檢測出感應(yīng)電壓。在要求更大的轉(zhuǎn)矩時，需要增大電流振幅，但如果增大電流振幅，則電機感應(yīng)產(chǎn)生的殘留電流就變大，在最壞的情況下，在180°期間，由于不能切斷流入定子線圈的電流，因此，為了在180°期間能夠確實地切斷流入線圈的電流，必須限制電流振幅。因此，高速轉(zhuǎn)動時或延長通電期間時，不能增大電流振幅。
而且，采用圖18所示的構(gòu)成時，Y型連接的定子線圈913u、913v、913w的中性點913d的電壓EN-O成為EN－O＝(1/3){(VU－O－EU－O)＋(VV－O－EV－O)＋(VW－O－EW－O)}，并成為各自包含在反相器輸出波形{參照圖23中(A)(B)(C)}和電機感應(yīng)電壓波形{參照圖23中(D)(E)(F)}中的3n次調(diào)波成分的和{n是整數(shù)，參照圖23(g)}。
Y型連接的電阻914u、914v、914w的中性點914的電壓VM-O成為VM－O＝(1/3)(VU－O＋VV－ O＋VW－O)(參照圖23中(H))。
因此，通過得到兩電壓EN－O、VM－O的差EN－O－VM－O{參照圖23中(I)}，就能夠獲取各自包含在電機感應(yīng)電壓波形中的3n次調(diào)波成分。以上各式由于不依賴于電流，因此上述條件式完全不受制約，能夠適用于任意的通電期間。即，在高速轉(zhuǎn)動時、通電期間較長時，即使電流振幅增大，特別是不使用磁極位置傳感器也能檢測出磁極位置，在采用180°通電量時，特別是不用磁極位置傳感器也能檢測出磁極位置。
以上僅僅是對在無電刷直流電機進行穩(wěn)定運行的狀態(tài)下的無電刷直流電機的驅(qū)動控制進行了說明。但無電刷直流電機停止時，由于不產(chǎn)生感應(yīng)電壓，因此不進行上述的驅(qū)動控制。而且，每當(dāng)使無電刷直流電機開始運轉(zhuǎn)，從外部強制地利用電壓反相器，施加三相交流電壓，通過同步運轉(zhuǎn)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。因為轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動就會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，所以就能夠進行上述的無電刷直流電機的驅(qū)動控制。
對空調(diào)機、吸塵器、洗滌機等的電器要求降低耗電量，近年來采用了引起注意的無電刷直流電機和反相器。由于本發(fā)明的無電刷直流電機驅(qū)動控制方式適用于這些電器，與采用無電刷直流電機和反相器的現(xiàn)有電器進行比較，能夠進一步降低耗電量。
以上說明了利用PWM控制電壓反相器的情況，不過利用PAM控制電壓反相器時(在變頻器2a上設(shè)開關(guān)元件，通過控制開關(guān)元件調(diào)制脈沖振幅的情況)，同樣也可適用。
由于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的積是電機的輸出，通過安裝轉(zhuǎn)矩傳感器，就能夠構(gòu)成轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。
實施例4圖24表示本發(fā)明的第一實施例的無電刷直流電機裝置的構(gòu)成，1是電樞線圈1a、1b、1c連接成Y型、通過旋轉(zhuǎn)磁埸使具有多個永久磁鐵轉(zhuǎn)子10轉(zhuǎn)動的定子；2是與上述電樞線圈1a、1b、1c并聯(lián)連接、并將電阻2a、2b、2c連接成Y型的電阻電路；3是作為旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的旋轉(zhuǎn)位置檢測器，該檢測器檢測出表示上述電阻電路2的中性點的電壓VM和電樞線圈1a、1b、1c的中性點電壓VN的電位差的電位差信號VMN，根據(jù)該電位差信號VMN，檢測轉(zhuǎn)子10的相對位置，并輸出表示轉(zhuǎn)子10的相對位置的位置信號；4是接受來自上述旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的相對位置信號，并輸出切換信號的微計算機；5是接受來自微計算機4的切換信號，輸出換流控制信號的基極驅(qū)動電路。將來自上述基極驅(qū)動電路5的換流控制信號分別輸入反相器20內(nèi)。由上述定子1和轉(zhuǎn)子10構(gòu)成無電刷直流電機11。
上述旋轉(zhuǎn)位置檢測器3具有放大器IC1、放大器IC2、放大器IC3；放大器IC1向反轉(zhuǎn)輸入端子輸入電阻電路2的中性點的電壓VM，同時，使接地端GND通過電阻R1連接非反轉(zhuǎn)輸入端子，將電阻R2和電容器C1并聯(lián)在輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之間；放大器IC2使反轉(zhuǎn)輸入端子經(jīng)電阻R3與上述放大器IC1的輸出端子連接，使接地端GND通過電阻R4連接非反轉(zhuǎn)輸入端子，同時，將電阻R5并聯(lián)在輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之間；放大器IC3使反轉(zhuǎn)輸入端子與上述放大器IC1的輸出端子連接，使接地端GND通過電阻R6連接非反轉(zhuǎn)輸入端子，同時，將電阻R7并聯(lián)在輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之間。由上述放大器IC1、電阻R1、電阻R2和電容C1構(gòu)成兼有差動放大器21和作為積分裝置的積分器22的結(jié)構(gòu)。由上述放大器IC2、電阻R3、電阻R4、電阻R5構(gòu)成反轉(zhuǎn)放大器23，由上述放大器IC3、電阻R6、電阻R7構(gòu)成零交叉比較器24。由于上述電樞線圈1a、1b、1c的中性點通過接地端GND和電阻R1與放大器IC1的非反轉(zhuǎn)輸入端子連接，因此，差動放大器21(積分器22)檢測出表示電阻電路2的中性點的電壓VM和電樞線圈1a、1b、1c的中性點的電壓VN的電位差的電位差信號VMN，同時，對電位差信號VMN積分，并輸出積分信號∫VMNdt。
上述無電刷直流電機裝置具有接受來自旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的積分器22的積分信號∫VMNdt，向微計算機4輸出電平檢測信號的電平檢測器6。如圖25所示，該電平檢測器6將來自旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的積分器22的積分信號∫VMNdt輸入放大器IC4的反轉(zhuǎn)輸入端子，同時，通過電阻R6使放大器IC4的非反轉(zhuǎn)輸入端子與接地端GND連接，將電阻R7連接在放大器IC4的輸出端子和非反轉(zhuǎn)輸入端子之間。上述放大器IC4和電阻R6、7構(gòu)成具有磁滯特性的磁滯比較器。按照位置信號驅(qū)動上述無電刷直流電機，如圖27所示，當(dāng)輸入電平檢測器6的放大器IC4的反轉(zhuǎn)輸入端子的積分信號∫VMNdt(圖27(A)所示)超過基準(zhǔn)值E1時，放大器IC4的輸出端成為低電平，而當(dāng)積分信號∫VMNdt未達到基準(zhǔn)值E2時，放大器IC4的輸出端成為高電平。即，上述電平檢測器6的電平檢測信號(圖27(C)所示)成為與位置信號(圖27(B)所示)和相位不同的周期相同的信號。然而，當(dāng)來自上述旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的積分信號∫VMNdt的電平變小時，積分信號∫VMNdt或者超過基準(zhǔn)值E1，或者未達到基準(zhǔn)值E2，電平檢測信號的頻率比位置信號的低，且占空比不同。即，通過電平檢測信號在規(guī)定的周期是否連續(xù)就能夠檢測出上述積分信號∫VMNdt是否在規(guī)定的電平以上。
如圖24所示，上述反相器20由分別與直流電源9的正極連接的3個晶體管20a、20b、20c和分別與直流電源9的負(fù)極連接的3個晶體管20d、20e、20f構(gòu)成。上述晶體管20a的發(fā)射極與晶體管20d的集電極相互連接，上述晶體管20b的發(fā)射極與晶體管20e的集電極相互連接，上述晶體管20c的發(fā)射極與晶體管20f的集電極相互連接。將U相電樞線圈1a連接在上述晶體管20a、20d的相互連接部分上，將V相電樞線圈1b連接在上述晶體管20b、20e的相互連接部分上，將W相電樞線圈1c連接在上述晶體管20c、20f的相互連接部分上。分別在上述各晶體管20a—20f的集電極和發(fā)射極之間反向并聯(lián)二極管。
如圖26所示，上述微計算機4具有通過外部中斷端子連接來自圖24所示的旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的位置信號的相位修正計時器T1；接受上述位置信號，測定銜鐵線圈1a、1b、1c的電壓曲線周期的周期測定計時器T2；接受由周期測定計時器T2測定的時間值，根據(jù)時間值算出電樞線圈1a、1b、1c的電壓曲線的周期，并輸出表示周期的周期信號的周期運算部41；接受來自周期運算部41的周期信號，根據(jù)該周期算出相當(dāng)于相位修正角的時間值，并向相位修正計時器T1輸出時間值設(shè)定信號的時間值運算部42。上述微計算機4還具有接受來自相位修正計時器T1的中斷信號IQR，輸出電壓曲線信號的反相器模式選擇部43；接受來自周期運算部41的周期信號，運算轉(zhuǎn)速并輸出現(xiàn)在速度信號的速度運算部44；接受來自速度運算部44的現(xiàn)在速度信號和來自外部的速度指令信號，輸出電壓指令信號的速度控制部45；接受來自上述旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的位置信號和來自電平檢測器6的電平檢測信號，向時間值運算部42輸出相位修正指令信號的電平判斷部51；接受來自反相器模式選擇部43的電壓曲線信號和來自速度控制部45的電壓指令信號，輸出切換信號的PWM(脈沖調(diào)幅)部52。上述相位修正計時器T1、周期測定計時器T2、周期運算部41和時間值運算部42構(gòu)成相位修正裝置。上述電平檢測器6和電平判斷部51構(gòu)成電平判斷裝置。
在上述構(gòu)成中，根據(jù)位置檢測來驅(qū)動無電刷直流電機時，電樞線圈1a、1b、1c的各U相、V相、W相的感應(yīng)電壓EU、EV、EW如圖28(A)所示，成為相位差120度的臺狀波形。圖24所示的旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的放大器IC1檢測表示輸入反轉(zhuǎn)輸入端子的電阻電路2的中性點的電壓VM和輸入放大器IC1的非反轉(zhuǎn)輸入端子的電樞線圈1a、1b、1c的中性點的電壓VN的電位差的電位差信號VMN(如圖28(D)所示)，并對該電位差信號VMN進行積分，輸出積分信號∫VMNdt(如圖28(E)所示)。上述積分信號∫VMNdt成為其頻率為電源頻率3倍的近似正弦波的波形。上述反轉(zhuǎn)放大器23將輸入放大器IC2的反轉(zhuǎn)輸入端子的積分信號∫VMNdt放大至規(guī)定的振幅，然后由零交叉比較器24檢測該放大的積分信號∫VMNdt的零交叉，并輸出位置信號(圖28(F)所示)。
然后，來自上述旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的位置信號從微計算機4的外部中斷端子輸入周期測定計時器T2。上述周期測定計時器T2測定從位置信號的前沿到后沿的期間和從后沿到前沿的期間，并輸出表示測定出的期間的時間值。周期運算部41接受來自上述周期測定計時器T2的表示時間值的信號，求出電樞線圈1a、1b、1c的電壓曲線的周期。即，從上述位置信號的后沿到前沿的期間和從前沿到后沿的期間每60度反復(fù)一次，將測出的各期間的時間值乘以6，就能求出上述電壓曲線的每一周期的時間值。
時間值運算部42接受表示來自上述周期運算部41的周期的周期信號并輸出時間值設(shè)定信號。相位修正計時器T1接近來自上述時間值運算部42的時間值設(shè)定信號，并計算從位置信號到切換電壓曲線的時間。即，上述相位修正計時器T1當(dāng)計時結(jié)束時向反相器模式選擇部43輸出中斷信號IRQ，而反相器模式選擇部43是向PWM部52輸出相位修正的電壓曲線信號(圖28(I)—(N)所示)。上述PWM部52向圖1所示的基極驅(qū)動電路5輸出切換信號，當(dāng)基極驅(qū)動電路5向反相器20輸出換流控制信號時，反相器20的各晶體管20a-20f分別接通或斷開。圖28(G)的位置信號序號是為便于說明而對位置信號的一個周期標(biāo)上序號0－5。圖28(I)－(N)的電壓曲線信號表示使晶體管20a-20f接通斷開的計時。圖28(O)所示的反相器模式為了與由反相器模式選擇部43選擇的電壓曲線信號(圖28(I)—(N)所示)相對應(yīng)而相應(yīng)地標(biāo)上0－5的序號。
下面，根據(jù)圖29、30、31、32的流程圖說明上述微計算機4的動作。每當(dāng)輸入上述微計算機4的外部呂斷端子的位置信號上升或下升就進行中斷處理1。
如圖29所示，一旦開始中斷處理，在步驟S101中，判斷上次電平檢測信號是否為高電平，若上次電平檢測信號判斷為高電平，則進入步驟S121，并判斷本次電平檢測信號是否為低電平。若在步驟S121中，判斷出本次電平檢測信號是低電平，則進入步驟S122，并使計數(shù)器CNT1加1，另外，在步驟S121中，若判斷出本次電平檢測信號不是低電平，就進入步驟S102。
另一方面，在步驟S101中，若判斷出上次電平檢測信號不是高電平，則進入步驟S123，并判斷本次電平檢測信號是否為高電平。在步驟S123中，若判斷出本次電平檢測信號是高電平，則進入步驟S124中，并使計數(shù)器CNT加1，另外，若判斷出本次電平檢測信號不是高電平，則進入步驟S102。
接著，在步驟S102中，使計數(shù)器CNT2加1，并進入步驟S103。在步驟S103中，判斷計數(shù)器CNT2是否為5，若判斷出計數(shù)器CNT2為5，就進入步驟S125，另外，若判斷出計數(shù)器CNT2不是5，就進入圖30所示的步驟S104。然后在步驟S125中，判斷計數(shù)器CNT1是否為5，若判斷出計數(shù)器CNT1為5，就進入步驟S126，使上次相位修正角指令加1度(延遲修正側(cè))，然后進入步驟S129。另外，在步驟S125中若判斷出計數(shù)器CNT1不是5，則進入步驟S127中，并判斷計數(shù)器CNT1是否為0。在步驟S127中，若判斷出計數(shù)器CNT1為0，然后進入步驟S128中，使上次相位修正角指令減1度(導(dǎo)前修正側(cè))，就進入步驟S129。另外，在步驟S127中判斷出計數(shù)器CNT1不是0，就進入步驟S129。然后，在步驟S129中，對計數(shù)器CNT1清零，并進入步驟S130，對計數(shù)器CNT2清零，然后進入步驟S104。在最初的中斷處理1開始之前，設(shè)定相位修正角指令的初始值，并對計數(shù)器CNT1、計數(shù)器CNT2清零。
然后，在圖30所示的步驟S104中，判斷相位修正計時器T1(圖30是寫成計時器T1)是否正在計時，若判斷出計時器T1正在計時，就進入步驟S131，并使計時器T1停止計時。即，上述計時器T1在計時時，為準(zhǔn)備下一次的開始，就使計時器T1停止。然后，在步驟S132中，輸出電壓曲線，并進入步驟105中。另外，在步驟S104中，若判斷出計時器T1不在計時，則進入步驟S105。
接著，在步驟S105中，判斷修正角(基于來自電平判斷部51的相位指令信號的相位修正角)是否大于60度，若修正角是60度，就進入步驟S141，判斷修正角是否大于120度。在步驟S141中，修正角大于120度時，則進入步驟S142，作為相位修正E(在圖30中稱為修正E)，并進入步驟S143中。在步驟143中，判斷上次是否為相位修正C(圖30中為修正C)或相位修正D(圖30中為修正D)，若判斷出上次是相位修正C或相位修正D，就進入步驟S144，進行修正切換要求后，就進入步驟S106。另外，若在步驟S143中判斷出上次不是相位修正C或相位修正D，就進入步驟S106。
另外，在步驟S141中，修正角不足120度時，就進入步驟S145，并作為相位修正D，進入步驟S146。在步驟S146中，判斷上次是否為相位修正C或相位修正E，若判斷出上次為相位修正C或相位修正E，則進入步驟S147中，進行修正切換要求后，進入步驟S106中。另一方面，在步驟S146中，判若斷出上次不是相位修正C或相位修正D，則進入步驟S106。另外，在步驟S105中，判斷出修正角不足60度，就進入步驟S105中，作為相位修正C，進入步驟S152。在步驟S152中判斷上次是否為相位修正D或相位修正E，若上次是相位修正D或相位修正E，則進入步驟S153中，進行修正切換后，進入步驟S106。另一方面，在步驟S152中，上次不是相位修正D或相位修正E時，進入步驟S106。
接著，在步驟S106中，對每一相位修正C、D、E計算時間值TISOU。即，在相位修正C時，將對應(yīng)于相位修正角的時間值設(shè)定為時間值TISOU，在相位修正D時，將對應(yīng)于從相位修正角減去60度的相位角的時間值設(shè)定為時間值TISOU，在相位修正E時，將對應(yīng)于從相位修正角減去120度的相位角的時間值設(shè)定為時間值TISOU。然后進入步驟S107，使反相器模式進一步。
然后，進入圖31所示的步驟S108中，判斷是否有修正切換要求，在有修正切換要求時，進入步驟S161，判斷修正切換是否從相位修正C(圖31中為修正C)切換到相位修正D或從相位修正D切換到相位修正E(圖31中為修正E)。若判斷出修正切換是從相位修正C切換到相位修正D或從相位修正D切換到相位修正E，則進入步驟S162，解除修正切換要求，在步驟S162—1中使反相器模式返回一步進入步驟S109。
另一方面，在步驟S161中，修正切換不是從相位修正C切換到相位修正D或從相位修正D切換到相位修正E時，即，從相位修正D切換到相位修正C或從相位修正E切換到相位修正D時，進入步驟S163，輸出電壓曲線。然后進入步驟S164，將在步驟S106中計算出的時間值TISOU設(shè)定給計時器T1后，在步驟S165中使計時器T1開始計時。然后，進入步驟S166，解除修正切換要求，并進入步驟S109。
若在步驟108中判斷出沒有修正切換要求，就進入步驟S168中，將在步驟S106中計算出的時間值TISOU設(shè)定給計時器T1，在步驟S169中使計時器T1開始計時，并進入步驟S109中。
接著，在步驟S109中，使周期測定計時器T2停止，讀出周期測定計時器T2的時間值，并進入步驟S110。然后，在步驟S110中設(shè)定周期測定計時器T2并使其開始計時，開始下一次的周期測定。在步驟S111中，由周期運算部41從周期測定計時器T2的值中對周期進行運算。由速度運算部44從運算結(jié)果中，算出電機的轉(zhuǎn)速。然后，在步驟S112中，速度控制部45根據(jù)來自外部的速度指令信號，進行速度控制，并輸出電壓指令信號。
如圖32所示，當(dāng)計時器T1的計時結(jié)束，從計時器T1輸出中斷信號時，中斷處理2開始，在步驟S170中，輸出電壓曲線，中斷處理2結(jié)束。
這樣，上述相位修正C進行了0度至60度的相位修正，上述相位修正D進行了60度至120度的相位修正，上述相位修正E進行了120度至180度的相位修正。圖28(A)—(0)表示了相位修正D為80度的相位修正時的該無電刷直流電機裝置的各部的信號。
如圖28(H)所示，計時器T1在每個位置信號序號(圖28(G)所示)依次開始計時。例如，將從位置信號序號的2換至3的那一點為基準(zhǔn)點，使相位修正角為80度時，從基準(zhǔn)點使位置信號序號延遲一個，在從位置信號序號的3至4的那一點處計時器T1開始計時，從基準(zhǔn)點延遲80度使反相器模式(圖28(P)所示)進一步成為
。
因此，上述中斷處理1每進行5次，就判斷電平檢測信號從高電平向低電平和從低電平向高電平的電平變化是否連續(xù)地進行，若判斷出電平檢測信號的變化連續(xù)變化了5次，則使電壓曲線的相位每次延遲1度，成為延遲修正側(cè)，另一方面，當(dāng)判斷出電平檢測信號的變化不到一次時，則使電壓曲線的相位每次導(dǎo)前1度，成為導(dǎo)前修正側(cè)。這樣，上述積分信號∫VMNdt成為由電平檢測器6的基準(zhǔn)值E1、E2設(shè)定的電平。另外，上述電平判斷信號的變化既不是連續(xù)的5次，電平判斷信號的變化也不是不到一次時，電壓曲線的相位不進行調(diào)整。
上述積分信號∫VMNdt的電平與電機的效率略成反比關(guān)系，與負(fù)荷大小及運轉(zhuǎn)頻率的高低無關(guān)，在最大的電機功率點處積分信號∫VMNdt的電平基本一定，這是由后述的實驗所確認(rèn)的。為此目的，將上述電平檢測器6的基準(zhǔn)值E1、E2設(shè)定為最大電機效率點的積分信號∫VMNdt的振幅值，然后進行相位修正，以便于積分信號∫VMNdt的電平成為最大電機效率點處的目標(biāo)值。即，為了使上述積分信號∫VMNdt的電平成為目標(biāo)值，通過在對位置信號進行相位修正而得到的電壓曲線信號的計時點對電壓曲線進行切換，就能夠以最大電機效率運轉(zhuǎn)。當(dāng)驅(qū)動系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，不調(diào)整相位修正角，因此能在最大電機效率點處進行穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
因此，能夠使電機與負(fù)荷的大小及運轉(zhuǎn)頻率的高低無關(guān)地以最大效率運轉(zhuǎn)。由于通過將電壓曲線的相位從導(dǎo)前修正側(cè)慢慢地向延遲修正側(cè)調(diào)整而成為最大效率點，在從峰值效率點處存在延遲修正側(cè)的脫調(diào)區(qū)域內(nèi)不調(diào)整電壓曲線的相位，因此能夠防止脫調(diào)。
下面，對確認(rèn)在上述最大電機效率點處積分信號∫VMNdt的電平基本一定的實驗進行說明。對于表示上述電阻電路2的中性點的電壓VM和電樞線圈1a、1b、1c的中性點的電壓VN的電位差的電位差信號VMN的振幅特性和積分該電位差信號VMN的積分信號∫VMNdt的振幅特性進行實驗。
圖33表示本實驗中所用的無電刷直流電機裝置的構(gòu)成。除了旋轉(zhuǎn)位置檢測器30和微計算機14以外，其它部分與前述第一實施例的無電刷直流電機裝置的構(gòu)成相同，此處省略對其的說明。圖34表示上述微計算機14的構(gòu)成，該微計算機14比圖26中的微計算機4少了電平判斷部51，同一構(gòu)成部分用相同的附圖標(biāo)記，并省略說明。對上述微計算機14進行相位修正的中斷處理除了圖29、30、31、32所示的流程圖的步驟S101、102、103，121-130之外，進行相同的處理。
上述旋轉(zhuǎn)位置檢測器30具有差動放大器31、積分器32和零交叉比較器33；差動放大器31的放大器IC11的非反轉(zhuǎn)輸入端子接收電阻電路2的中性點電壓VM的同時，通過電阻R11將接地端GND與放大器IC11的反轉(zhuǎn)輸入端子連接，并且在放大器IC11的輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之間連接電阻R12，積分器32由一端連接上述差動放大器31的輸出端的電阻R13和連接在該電阻R13的另一端與接地端GND之間的電容C11構(gòu)成，零交叉比較器33由非反轉(zhuǎn)輸入端子連接在上述積分器32的電阻R13的另一端上而反轉(zhuǎn)輸入端接地的放大器IC12構(gòu)成。由于上述電樞線圈1a、1b、1c的中性點通過接地端GND連接差動放大器31的反轉(zhuǎn)輸入端子，因此，差動放大器31檢測表示電阻電路2的中性點電壓VM和電樞線圈1a、1b、1c的中性點電壓VN的電位差的電位差信號VMN。
在上述構(gòu)成中，按照位置檢測來驅(qū)動無電刷直流電機時，旋轉(zhuǎn)位置檢測器30的差動放大器31檢測表示電阻電路2的中性點電壓VM和電樞線圈1a、1b、1c的中性點電壓VN的電位差的電位差信號VMN。上述積分器32積分電位差信號VMN，并輸出積分信號∫VMNdt，并將該積分信號∫VMNdt輸入零交叉比較器33的非反轉(zhuǎn)輸入端。上述零交叉比較器33比較積分信號∫VMNdt和接地端GND的基準(zhǔn)電壓，并輸出位置信號。
其次，從上述零交叉比較器33輸出的位置信號從微計算機14的外部中斷端輸入周期測定計時器T2。上述周期測定計時器T2測定從上述位置信號的前沿到后沿的期間和從后沿到前沿的期間，并輸出測定出的時間值。周期運算部41接受表示來自上述周期測定計時器T2的時間值的信號，求出電樞線圈1a、1b、1c的電壓曲線的周期。
時間值運算部42接受表示來自上述周期運算部41的周期的周期信號和來自外部的相位修正指令信號，并輸出時間值設(shè)定信號。相位修正計時器T1接受來自上述計時器運算部42的時間值設(shè)定信號，并計算順序從位置信號切換到電壓曲線之間的時間。即上述相位修正計時器T1，當(dāng)計時結(jié)束時，向反相器模式選擇部43輸出中斷信號IRQ，反相器選擇部43向PWM部52輸出相位修正后的電壓曲線信號。上述PWM部52向圖33所示的基極驅(qū)動電路5輸出切換信號，基極驅(qū)動電路5向反相器20輸出換流控制信號時，反相器20的各晶體管20a-20f分別打開、關(guān)閉。
首先，使運轉(zhuǎn)頻率一定，而負(fù)荷變化時，如圖35所示的那樣，與相位修正角相對的電機效率特性曲線其負(fù)荷越大越易成為相位修正角的導(dǎo)前修正側(cè)，另一方面，其負(fù)荷越小越易成為相位修正角的延遲修正側(cè)。負(fù)荷大時在相位修正角1處成為峰值效率點，負(fù)荷小時在相位修正角2處成為峰值效率點。
此時，如圖36所示，與相位修正角相對的電位差信號VMN的特性成為相位修正角從導(dǎo)前修正側(cè)向延遲修正側(cè)而電位差信號VMN的電平慢慢變小的近似直線，負(fù)荷越大越易于成為相位修正角的導(dǎo)前修正側(cè)，而負(fù)荷越小，則基本上平行地從相位修正角的導(dǎo)前修正側(cè)向相位延遲修正側(cè)平行地移動。圖36的橫軸表示相位修正角，縱軸表示從電位差信號VMN的峰值點到零點的電平。對應(yīng)于圖35的電機效率特性的峰值效率點，負(fù)荷大時，在相位修正角1處，電位差信號VMN的電平成為V0，而負(fù)荷小時，在相位修正角2處，電位差信號VMN的電平成為V0。即從圖中可知，峰值效率點的電位差信號VMN與負(fù)荷變化無關(guān)基本為一定的。負(fù)荷大時，從相位修正角1到延遲修正側(cè)的相位修正角11電機脫調(diào)，此時的電位差信號VMN的電平成為V20。負(fù)荷小時，從相位修正角2到延遲修正側(cè)的相位修正角12電機脫調(diào)，此時的電位差信號VMN的電平成為V20。
另外，如圖37所示，與相位修正角對應(yīng)的積分信號∫VMNdt的特性成為相位修正角從導(dǎo)前修正側(cè)向延遲修正而積分信號∫VMNdt的電平慢慢變小的約直線，負(fù)荷越大越易于成為相位修正角的導(dǎo)前修正側(cè)，而負(fù)荷越小，基本上從相位修正角的導(dǎo)前修正側(cè)向延遲修正側(cè)平行地移動。圖37的橫軸表示相位修正角，縱軸表示從積分信號∫VMNdt的峰值點到零點的電平。對應(yīng)于圖35的電機效率特性的峰值效率點，負(fù)荷大時，在相位修正角1處，積分信號∫VMNdt的電平成為V1，而負(fù)荷小時，在相位修正角2處，積分信號∫VMNdt的電平成為V1。即從圖中可知，峰值效率點的積分信號∫VMNdt與負(fù)荷變化無關(guān)基本上是一定的。負(fù)荷大時，從相位修正角1到延遲修正側(cè)的相位修正角11電機脫調(diào)，此時的電位差信號VMN的電平成為V21。負(fù)荷小時，從相位修正角2到延遲修正側(cè)的相位修正角12電機脫調(diào)，此時的電位差信號VMN的電平成為V21。
使負(fù)荷一定，運轉(zhuǎn)頻率變化時，如圖38所示，相對于相位修正角的電機效率的特性曲線，運轉(zhuǎn)頻率越高，電機效率也越高，而運轉(zhuǎn)頻率越低，電機效率也越低。峰值效率點的相位修正角與運轉(zhuǎn)頻率的高低無關(guān)而變成3。
此時，相對于相位修正角的電位差信號VMN的特性如圖39所示，成為相位修正角從導(dǎo)前修正側(cè)向延遲修正側(cè)而電位差信號VMN的電平慢慢變小的近似直線，運轉(zhuǎn)頻率越高越易于成為相位修正角的延遲修正側(cè)，而運轉(zhuǎn)頻率越低，基本上向相位修正角的導(dǎo)前修正側(cè)平行地移動。圖39的橫軸表示相位修正角，縱軸表示從電位差信號VMN的峰值點到零點的電平。對應(yīng)于圖38的電機效率特性的峰值效率點，運轉(zhuǎn)頻率高時，在相位修正角3處，電位差信號VMN的電平成為V2，而運轉(zhuǎn)頻率低時，在相位修正角3處，電位差信號VMN的電平成為V22。運轉(zhuǎn)頻率高時，從相位修正角3到延遲修正側(cè)的相位修正角13電機脫調(diào)，此時的電位差信號VMN的電平成為V3。運轉(zhuǎn)頻率低時，從相位修正角3到延遲修正側(cè)的相位修正角13電機脫調(diào)，此時的電位差信號VMN的電平成為V23。
如圖40所示，與相位修正角對應(yīng)的積分信號∫VMNdt的特性成為相位修正角從導(dǎo)前修正側(cè)向延遲修正側(cè)而積分信號∫VMNdt的電平慢慢變小的近似直線，從圖中可知，特性與運轉(zhuǎn)頻率的變化無關(guān)，基本上不變。圖40的橫軸表示相位修正角，縱軸表示從積分信號∫VMNdt的峰值點到零點的電平。對應(yīng)于圖38的電機效率特性的峰值效率點，在相位修正角3處，電位差信號VMN的電平成為V1。從相位修正角3到延遲修正側(cè)的相位修正角13電機脫調(diào)，此時的積分信號∫VMNdt的電平成為V21。
這樣，使負(fù)荷一定，運轉(zhuǎn)頻率變化時，相對于電位差信號VMN的電平變化，之所以積分信號∫VMNdt的電平能維持一定是因為旋轉(zhuǎn)位置檢測器30的積分器32的積分特性。即，上述旋轉(zhuǎn)位置檢測器30的積分器32具有圖41所示的相對于正規(guī)頻率的振幅特性和如圖422所示的相對標(biāo)準(zhǔn)頻率的相位特性，在圖70的壓縮機的運轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)，使電機為4極時，感應(yīng)電壓的頻率大約為20-300Hz(電機旋轉(zhuǎn)頻率10-150rps)，電位差信號VMN的頻率為該感應(yīng)電壓的頻率20-300Hz的3倍，即為60-900Hz。當(dāng)使上述積分器32的關(guān)閉頻率為5Hz時，使用范圍如圖41、42所示，為標(biāo)準(zhǔn)頻率12-180的范圍，基本上以理想的積分器動作。若設(shè)上述電位差信號為VMN＝(1/3)(EU＋EV＋EW＝(1/3)(-k(dΦU/dt＋dΦV/dt＋dΦW/dt))ΦU、ΦV、ΦW各相交鏈磁通則積分信號∫VMNdt∫VMNdt＝-(k/3)(ΦU＋ΦV＋ΦW)。因此，可以知道上述電位差信號因運轉(zhuǎn)頻率而變化，而積分信號∫VMNdt并不隨運轉(zhuǎn)頻率變化。
因此，判斷上述電位差信號VMN或積分信號∫VMNdt的電平是否為目標(biāo)值，借助于相位修正裝置來調(diào)整相位修正角以便使電位差信號VMN或積分信號∫VMNdt的電平為目標(biāo)值，就能夠以最大效率運轉(zhuǎn)。
(第五實施例)圖43表示本發(fā)明的第五實施例的無電刷直流電機裝置的主要部件的構(gòu)成圖。該無電刷直流電機裝置除了微計算機電平檢測器之外，其它是與圖24所示的無電刷直流電機裝置的結(jié)構(gòu)相同。除微計算機100和電平檢測器6a、6b…之外省略了附圖和說明。圖44表示上述無電刷直流電機裝置的微計算機100的方框圖。該無電刷直流電機裝置的微計算機100具有除第四實施例的無電刷直流電機裝置的微計算機4的電平判斷部51之外的其它構(gòu)成部件；接受來自速度運算部44的現(xiàn)在速度信號及轉(zhuǎn)矩信號、輸出切換信號的電平檢測信號切換部102；接受來自電平檢測信號切換部102的切換信號、切換來自電平檢測器6A、6B…的電平檢測信號的切換開關(guān)SW；接受來自該切換開關(guān)SW的電平檢測信號和旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的位置信號、輸出相位量指令信號的電平判斷部101。
如圖45、46所示，該第五實施例的無電刷直流電機裝置與第四實施例的無電刷直流電機裝置的不同特性如下。
首先，圖45示出了在上述無電刷直流電機裝置中，相對于運轉(zhuǎn)頻率一定、負(fù)荷變化時的相位修正角的積分信號∫VMNdt的特性。上述無電刷直流電機裝置的特性成為相位修正角從導(dǎo)前修正側(cè)向延遲修正側(cè)積分信號∫VMNdt的電平慢慢變小的近似直線，負(fù)荷越大越易于成為相位修正角的導(dǎo)前修正側(cè)，而負(fù)荷越小，基本上從相位修正角的導(dǎo)前修正側(cè)向延遲修正側(cè)平行地移動。負(fù)荷大時，在成為峰值效率點的相位修正角5處，積分信號∫VMNdt的電平成為V2，而負(fù)荷小時，在成為峰值效率點的相位修正角6處，積分信號∫VMNdt的電平成為V3。
圖46示出了在上述無電刷直流電機裝置中，相對于運轉(zhuǎn)頻率一定、運轉(zhuǎn)頻率變化時的相位修正角的積分信號∫VMNdt的特性。上述無電刷直流電機裝置的特性成為相位修正角從導(dǎo)前修正側(cè)向延遲修正側(cè)而積分信號∫VMNdt的電平慢慢變小的直線，運轉(zhuǎn)頻率越高越易于成為相位修正角的導(dǎo)前修正側(cè)，而運轉(zhuǎn)頻率越低，則基本上從相位修正角的導(dǎo)前修正側(cè)向延遲修正側(cè)平行地移動。運轉(zhuǎn)頻率高時，在成為峰值效率點的相位修正角7處，積分信號∫VMNdt的電平成為V4，而運轉(zhuǎn)頻率低時，在成為峰值效率點的相位修正角8處，積分信號∫VMNdt的電平成為V5。
即根據(jù)負(fù)荷大小及運轉(zhuǎn)頻率的高低在峰值效率點上各積分信號的電平不為一定的無電刷直流電機裝置適用于本發(fā)明。
在上述構(gòu)成的無電刷直流電機裝置中，電平檢測信號切換部102根據(jù)來自旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的位置信號、來自速度運算部44的現(xiàn)在速度信號和表示與外部的負(fù)荷對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值的轉(zhuǎn)矩信號向切換開關(guān)SW輸出切換信號。即，對應(yīng)負(fù)荷變化和運轉(zhuǎn)頻率的變化，選擇電平檢測器6A、6B…中的一個，切換判斷上述積分信號∫VMNdt的基準(zhǔn)值。之后，上述微計算機100進行第四實施例的圖29、30、31、32的流程圖所示的中斷處理，電平判斷部101調(diào)整相位修正角以便成為最大電機效率，并輸出相位修正角指令信號。因此，能夠使電機以最大效率運轉(zhuǎn)而與負(fù)荷的大小及運轉(zhuǎn)頻率的高低無關(guān)。
(第六實施例)圖47表示本發(fā)明的第六實施例的無電刷直流電機裝置上所用的微計算機的方框圖，上述無電刷直流電機裝置除了微計算機、電平檢測器之外，其它構(gòu)成與圖24的無電刷直流電機裝置相同。除了微計算機200和代替電平檢測器的A/D變換器202之外，其它的部件和附圖的說明予以省略。A/D變換器202接受來自旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的積分信號，并輸出經(jīng)A/D變換后的積分信號。
上述無電刷直流電機裝置具有電平判斷部201，該電平判斷部201接受來自旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的位置信號、來自速度運算部44的現(xiàn)在速度信號、表示來自外部的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩值的轉(zhuǎn)矩信號和來自A/D變換器202的經(jīng)A/D變換后的積分信號，并向時間值運算部42輸出相位修正角指令信號。上述無電刷直流電機裝置也與第五實施例一樣，根據(jù)負(fù)荷大小及運轉(zhuǎn)頻率的高低在分信號的電平不恒定。
在上述構(gòu)成的無電刷直流電機裝置中，電位差電平判斷部201根據(jù)來自速度運算部44的現(xiàn)在速度信號和來自外部的轉(zhuǎn)矩信號，從預(yù)先設(shè)定的圖表中選擇目標(biāo)值，判斷經(jīng)A/D變換后積分信號的峰值是否在該目標(biāo)值以上。然后，進行上述第四實施例的圖29、30、31、32的流程圖所示的中斷處理，并調(diào)整相位修正角以使成為最大電機效率，再輸出相位修正角指令信號。因此，對應(yīng)于負(fù)荷變化及運轉(zhuǎn)頻率的變化，設(shè)定目標(biāo)值，即設(shè)定判斷積分信號∫VMNdt電平的基準(zhǔn)值，通過調(diào)整相位修正角以便以最大效率運轉(zhuǎn)，就能夠使電機以最大效率運轉(zhuǎn)而與負(fù)荷的大小及運轉(zhuǎn)頻率的高低無關(guān)。
(實施例七)圖48示出了本發(fā)明的第七實施例的無電刷直流電機裝置的構(gòu)成，301是銜鐵線圈301a、301b、301c連接成Y型、通過旋轉(zhuǎn)磁埸使具有多個永久磁鐵的轉(zhuǎn)子310旋轉(zhuǎn)的定子，302是與上述電樞線圈301a、302b、303c并聯(lián)連接、將電阻302a、302b、302c連接成Y型的電阻電路，303是檢測表示上述電阻電路302的中性點的電壓VM和電樞線圈301a、301b、301c的中性點電壓VN的電位差的電位差信號VMN，對該電位差信號進行積分VMN，并輸出該積分信號∫VMNdt的積分信號檢測器，304是接受上述積分信號檢測器303的積分信號，并輸出切換信號的微計算機，305是接受來自上述微計算機304的切換信號，并輸出換流控制信號的基極驅(qū)動電路。將來自上述基極驅(qū)動電路305的換流控制信號分別輸入反相器320。上述定子301和轉(zhuǎn)子310構(gòu)成無電刷直流電機311。
圖49是上述微計算機304的方框圖，微計算機304的構(gòu)成與第四實施例微計算機4的相同，相同的部件用相同的標(biāo)號，此處省略說明。
上述積分信號檢測器303具有差動放大器331和積分器332和；差動放大器331的放大器IC111的非反轉(zhuǎn)輸入端子接收電阻電路302的中性點電壓VM的同時，通過電阻R111將接地端GND與放大器IC111的反轉(zhuǎn)輸入端子連接，并且在放大器IC111的輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之間連接電阻R112；積分器332由一端連接上述差動放大器31的輸出端的電阻R113和連接該電阻R113的另一端與接地端GND之間的電容C111構(gòu)成。由于上述電樞線圈301a、301b、301c的中性點通過接地端GND和電阻R111連接差動放大器331的反轉(zhuǎn)輸入端子，因此，差動放大器331檢測表示電阻電路302的中性點電壓VM和電樞線圈301a、301b、301c的中性點電壓VN的電位差的電位差信號VMN。
上述無電刷直流電機裝具有接受來自積分信號檢測器303的積分器332的積分信號∫VMNdt，向微計算機304輸出電平檢測信號的電平檢測器306。如圖50所示，該電平檢測器306通過電阻R121將來自積分器332的積分信號∫VMNdt輸入放大器IC121的反轉(zhuǎn)輸入端，并將放大器IC121的非反轉(zhuǎn)輸入端連接接地端GND。另外，將二極管D101的正極連接放大器IC121的輸出端，并使二極管D101的負(fù)極連接放大器IC121的反轉(zhuǎn)輸入端。將二極管D102的負(fù)極連接放大器IC121的輸出端，并使二極管D102的正極通過電阻R122連接放大器IC121的反轉(zhuǎn)輸入端。上述二極管D102的正極和電阻R122的接點通過電阻R123連接放大器IC121的反轉(zhuǎn)輸入端。電阻R124連接在上述放大器IC122的非反轉(zhuǎn)輸入端子和電阻R121的積分信號∫VMNdt側(cè)一端之間，放大器IC122的非反轉(zhuǎn)輸入端子連接接地端GND。此外，通過電阻R126將上述放大器IC123的輸出端子連接比較器IC123的反轉(zhuǎn)輸入端子，比較器IC122的反轉(zhuǎn)輸入端子通過電容C101連接接地端GND。上述比較IC123的非反轉(zhuǎn)輸入端子通過電阻R127連接電源，并通過電阻R128連接接地端。由上述電阻R127和R128設(shè)定比較器IC123的基準(zhǔn)值E3。
上述無電刷直流電機裝置具有利用圖48所示的電機311的轉(zhuǎn)子310的磁鐵磁性來檢測轉(zhuǎn)子310的旋轉(zhuǎn)位置的霍爾元件312a、312b、312c和接受來自上述霍爾元件312a、312b、312c的各輸出信號、檢測表示轉(zhuǎn)子310的旋轉(zhuǎn)位置的位置信號的作為旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的旋轉(zhuǎn)位置檢測器313。上述旋轉(zhuǎn)位置檢測器313具有放大霍爾元件312a的輸出信號的放大器IC112，放大霍爾元件312b的輸出信號的放大器IC113，放大霍爾元件312c的輸出信號的放大器IC114，同時還具有分別輸入上述放大器IC112、IC114的輸出信號的邏輯和電路OR1，分別輸入上述放大器IC112、IC113的輸出信號的邏輯和電路OR2，分別輸入上述放大器IC113、IC114的輸出信號的邏輯和電路OR3和分別輸入上述邏輯和電路OR1、OR2、OR3的各輸出信號、并輸出位置信號的邏輯積電路AND1。
在上述構(gòu)成中，根據(jù)位置信號驅(qū)動無電刷直流電機時，如圖52(A)-(C)所示，檢測轉(zhuǎn)子310的旋轉(zhuǎn)位置的霍爾元件312a、312b、312c的輸出成為每120度相位不同的臺階狀的波形。如圖52(D)所示，上述旋轉(zhuǎn)位置檢測器313每60度輸出電平切換的位置信號。上述積分信號檢測器303的放大器IC111檢測表示輸入非反轉(zhuǎn)輸入端的電阻電路302的中性點電壓VM和輸入放大器IC111的反轉(zhuǎn)輸入端的電樞線圈301a、301b、301c的中性點電壓VN的電位差的電位差信號VMN(圖52(E)所示)，同時由積分器332對該電位差信號VMN進行積分，并將積分信號∫VMNdt(圖52(F所示)輸出。上述積分信號∫VMNdt成為頻率是旋轉(zhuǎn)頻率的3倍的近似正弦波。電平檢測器306接受來自上述積分器332的積分信號，通過由二極管D101、D102和電阻R121-R126及放大器IC121、IC122構(gòu)成的全波整流電路對積分信號∫VMNdt進行全波整流(圖52(G)所示)。利用由電阻R126和電容C101構(gòu)成的平滑電路對全波整流后的信號進行平滑處理后，由比較器IC123將該平滑信號(圖52(H)所示)與基準(zhǔn)值E3進行比較比較，并輸出電平檢測信號(圖52(I)所示)。即，在上述平滑信號的電平低于基準(zhǔn)值E3時，使電平檢測信號成為高電平，另一方面，當(dāng)平滑信號的電平超過基準(zhǔn)值時，就使電平檢測信號成為低電平。
圖51表示上述微計算機304的中斷處理11，除了圖51的流程圖以外，進行與第四實施例的圖30、31、32所示的流程圖相同的動作。在每一輸入上述微計算機304的外部中斷端子的位置信號的上升沿、下降沿就進行中斷處理11。
首先，在步驟S201中判斷電平檢測信號是否為低電平，若判斷出電平檢測信號是低電平，則進入步驟S221，使上述相位修正角指令加1度(延遲修正側(cè))，然后進入圖30所示的步驟S104。另一方面，在步驟S201中，若判斷出電平檢測信號不是低電平，則進入步驟S222，使上述相位修正角指令減1度(導(dǎo)前修正側(cè))，然后進入圖30所示的步驟S104。
下面，與第四實施例一樣，與負(fù)荷的大小及運轉(zhuǎn)頻率的高低無關(guān)地使電機以最大效率運轉(zhuǎn)。由于通過從導(dǎo)前修正側(cè)慢慢地將電壓曲線的相位調(diào)整到延遲修正側(cè)，并成為最大電機效率點，在從峰值效率點處存在于延遲修正側(cè)的脫調(diào)區(qū)域內(nèi)不必調(diào)整電壓曲線的相位，因此能夠防止脫調(diào)。
(第八實施例)圖53表示本發(fā)明的第8實施例的無電刷直流電機裝置的微計算機的方框圖。該無電刷直流電機裝置的構(gòu)成除了微計算機308和電平檢測器307(參照圖54)以外，其它的構(gòu)成與圖48所示的第七實施例的無電刷直流電機相同，此處省略說明。其中，相同的構(gòu)成部件參照圖48。另外上述微計算機308除了讀入用計時器60以外其它部分與圖49所示的第七實施例的微計算機304相同，相同的構(gòu)成部件使用相同的標(biāo)號，并省略說明。
如圖54所示，上述電平檢測器307具有放大器IC131，來自積分器332的積分信號∫VMNdt輸入該放大器IC131的反轉(zhuǎn)輸入端子，而非反轉(zhuǎn)輸入端子通過電阻R131連接接地端GND，通過電阻R132連接輸出端子和非反轉(zhuǎn)輸入端子。由上述放大器IC131和電阻R131、R132構(gòu)成具有磁滯特性的磁滯比較器。
在上述結(jié)構(gòu)中，根據(jù)位置檢測結(jié)果驅(qū)動無電刷直流電機時，如圖55(A)-(C)所示，檢測轉(zhuǎn)子310的旋轉(zhuǎn)位置的霍爾元件312a、312b、312c的輸出成為每120度相位不同的臺階狀的波形。如圖55(D)所示，圖48所示的旋轉(zhuǎn)位置檢測器313每60度輸出電平切換的位置信號。電平檢測器307接受來自上述積分器332的積分信號∫VMNdt，當(dāng)積分信號∫VMNdt(圖55(F)所示)超過基準(zhǔn)值E4時，放大器IC131的輸出端子成為低電平，而當(dāng)積分信號∫VMNdt沒有超過準(zhǔn)值E5時，放大器IC131的輸出端成為高電平。即，上述電平檢測器307的電平檢測信號(圖55(G)所示)成為與位置信號(圖55(D)所示)相位不同但周期相同的信號。然而，當(dāng)上述積分器332的積分信號∫VMNdt的電平變小時，積分信號∫VMNdt或是不超過基準(zhǔn)值E4，或是積分信號∫VMNdt未滿基準(zhǔn)值E5，電平檢測信號與位置信號相比，其頻率低，且占空比不同。即利用電平檢測信號在規(guī)定的周期內(nèi)是否連續(xù)就能夠檢測上述積分信號∫VMNdt是否在規(guī)定的電平以上。
以下，根據(jù)圖56、57、58、59的流程說明上述微計算機308的動作。每輸入上述微計算機308的外部中斷端子的位置信號的上升沿、下降沿就進行中斷處理21。
首先，在圖56中，開始中斷處理21時，在步驟S301中，判斷上次電平檢測信號是否為高電平，若上次電平檢測信號判斷為高電平，則進入步驟S321，并判斷本次電平檢測信號是否為低電平。若在步驟S321中，判斷出本次電平檢測信號是低電平，則進入步驟S322，并使計數(shù)器CNT1加1。另一方面，在步驟S321中，若判斷出本次電平檢測信號不是低電平，就進入步驟S302。
另一方面，在步驟S301中，若判斷出上次電平檢測信號不是高電平，則進入步驟S323，并判斷本次電平檢測信號是否為高電平。在步驟S323中，若判斷出本次電平檢測信號是高電平，則進入步驟S324中，并使計數(shù)器CNT加1，另外，若判斷出本次電平檢測信號不是高電平，則進入步驟S302。
接著，在步驟S302中，使計數(shù)器CNT2加1，并進入步驟S303。在步驟S303中，判斷計數(shù)器CNT2是否為3，若判斷出計數(shù)器CNT2為3，就進入步驟S325，另一方面，若判斷出計數(shù)器CNT2不是3，就進入圖57所示的步驟S304。然后在步驟S325中，判斷計數(shù)器CNT1是否為3，若判斷出計數(shù)器CNT1為3，就進入步驟S326，使上次相位修正角指令加1度(延遲修正側(cè))，然后直接進入步驟S329。另外，在步驟S325中若判斷出計數(shù)器CNT1不是3，則進入步驟S327中，并判斷計數(shù)器CNT1是否為0。在步驟S327中，若判斷出計數(shù)器CNT1為0，就進入步驟S328中，使上次相位修正角指令減1度(導(dǎo)前修正側(cè))，就進入步驟S329。相反，在步驟S327中若判斷出計數(shù)器CNT1不是0，就直接進入步驟S329。其次，在步驟S329中，對計數(shù)器CNT1清零，并進入步驟S330，對計數(shù)器CNT2清零，然后進入步驟S304。在最初的中斷處理21開始之前，設(shè)定相位修正角指令的初始值，并對計數(shù)器CNT1、計數(shù)器CNT2清零。
然后進入圖57所示的步驟S304中，判斷相位修正計時器T1(圖57是寫成計時器T1)是否正在計時，若判斷出計時器T1正在計時，就進入步驟S331，并使計時器T1停止計時。即，上述計時器T1在計時時，為準(zhǔn)備下一次的開始，就使計時器T1停止。然后，在步驟S332中，輸出電壓曲線，并進入步驟305中。另外，在步驟S304中，若判斷出計時器T1不在計時，則進入步驟S305。
接著，在步驟S305中，判斷修正角(基于來自電平判斷部51的相位修正指令信號的相位修正角)是否大于60度，若修正角是60度以上，就進入步驟S341，判斷修正角是否大于120度。在步驟S341中，若修正角大于120度，則進入步驟S342，作為相位修正E(在圖57中稱為修正E)，并進入步驟S343中。在步驟343中，判斷上次是否為相位修正C(圖57中為修正C)或相位修正D(圖57中為修正D)，若判斷出上次是相位修正C或相位修正D，就進入步驟S344，進行修正切換要求后，就進入步驟S306。另一方面，若在步驟S343中判斷出上次不是相位修正C或相位修正D，就進入步驟S306。
另一方面，在步驟S341中，修正角不足120度時，就進入步驟S345，并作為相位修正D，進入步驟S346。在步驟S346中，判斷上次是否為相位修正C或相位修正E，若判斷出上次為相位修正C或相位修正E，則進入步驟S347中，進行修正切換要求后，進入步驟S306中。另一方面，在步驟S346中，若判斷出上次不是相位修正C或相位修正E，則進入步驟S306。另外，在步驟S305中，判斷出修正角不足60度，就進入步驟S305中，作為相位修正C，進入步驟S352。在步驟S352中判斷上次是否為相位修正D或相位修正E，若判斷出上次是相位修正D或相位修正E，則進入步驟S353中，進行修正切換后，進入步驟S306。另一方面，在步驟S352中，上次不是相位修正D或相位修正E時，進入步驟S306。
接著，在步驟S306中，對每一相位修正C、D、E計算時間值TISOU。即，在相位修正C時，將對應(yīng)于相位修正角的時間值設(shè)定為時間值TISOU，在相位修正D時，將對應(yīng)于從相位修正角減去60度的相位角的時間值設(shè)定為時間值TISOU，在相位修正E時，將對應(yīng)于從相位修正角減去120度的相位角的時間值設(shè)定為時間值TISOU。然后進入步驟S307，使反相器模式進一步。
然后，進入圖58所示的步驟S308中，判斷是否有修正切換要求，在有修正切換要求時，進入步驟S361，若判斷修正切換是否從相位修正C(圖58中為修正C)切換到相位修正D(圖58中為相位修正D)或從相位修正D切換到相位修正E(圖58中為修正E)。在步驟361中，若判斷出修正切換是從相位修正C切換到相位修正D或從相位修正D切換到相位修正E，則進入步驟S362，解除修正切換要求，在步驟S362-1中使反相器模式返回一步進入步驟S309。
另一方面，在步驟S361中，若修正切換不是從相位修正C切換到相位修正D或從相位修正D切換到相位修正E時，即，從相位修正D切換到相位修正C或從相位修正E切換到相位修正D時，進入步驟S363，并輸出電壓曲線。然后進入步驟S364，將在步驟S306中計算出的時間值TISOU設(shè)定給計時器T1后，在步驟S365中使計時器T1開始計時。然后，進入步驟S366，解除修正切換要求，并進入步驟S309。
若在步驟308中判斷出沒有修正切換要求，就進入步驟S368中，將在步驟S306中計算出的時間值TISOU設(shè)定給計時器T1，在步驟S369中使計時器T1開始計時，并進入步驟S309中。
接著，在步驟S309中，使周期測定計時器T2停止計時，讀出周期測定計時器T2的時間值，并進入步驟S310。然后，在步驟S310中設(shè)定周期測定計時器T2并使其開始計時，以開始下一次的周期測定。在步驟S311中，由周期運算部41從周期測定計時器T2的值中對周期進行運算；通過速度運算部44從運算結(jié)果中算出電機的轉(zhuǎn)速。然后，在步驟S312中，速度控制部45根據(jù)來自外部的速度指令信號進行速度控制，并輸出電壓指令信號。
如圖59A所示，當(dāng)計時器T1的計時結(jié)束，從計時器T1輸出中斷信號IRQ時，中斷處理22開始，在步驟S370中，輸出電壓曲線，中斷處理22結(jié)束。
步驟S321、323的本次電平檢測信號的確認(rèn)利用圖53所示的讀取用計時器60進行讀取。即，在上述旋轉(zhuǎn)位置檢測器113的位置信號的上升沿、下降沿使讀取用計時器60開始計時，當(dāng)讀取用計時器60計時到規(guī)定時間時，就向電平判斷部51輸出讀取信號(圖55(E)所示)。當(dāng)上述電平判斷部51接受到讀取信號時，就開始圖59B所示的中斷處理23，在上述中斷處理23的步驟S380中，讀取電平檢測信號(由電平判斷部51判斷電平檢測信號的電平是低電平還是高電平)之后，結(jié)束該中斷處理23。
因此，能夠與負(fù)荷大小和運轉(zhuǎn)頻率的高低無關(guān)地使電機以最大效率運轉(zhuǎn)。由于通過使電壓曲線的相位從導(dǎo)前修正側(cè)慢慢地調(diào)整至延遲修正側(cè)，使其成為最大電機效率，在從峰值效率點處存在于延遲修正側(cè)的脫調(diào)區(qū)域內(nèi)不調(diào)整電壓曲線的相位，所以可以防止脫調(diào)。
第九實施例圖60表示本發(fā)明的第9實施例的AC(交流)電機裝置的構(gòu)成，401是銜鐵線圈401a、401b、401c連接成Y型、通過旋轉(zhuǎn)磁埸使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動401的定子；402是與上述電樞線圈401a、401b、401c并聯(lián)連接、并將電阻402a、402b、402c連接成Y型的電阻電路；403是差動放大器，該差動放大器403檢測出表示上述電阻電路402的中性點的電壓VM和電樞線圈140a、401b、401c的中性點電壓VN的電位差的電位差信號VMN，404是接受來自上述差動放大器403的電位差信號，對該電位差信號進行積分的積分器，405是通過變壓器PT接受來自上述積分器404的積分信號，求出除去直流成分的積分信號的有效值的RMS(Root MeanSquare)轉(zhuǎn)換器，406是接受表示來自上述RMS轉(zhuǎn)換器405的積分信號的有效值的信號、輸出切換信號的微計算機，407是接受來自上述微計算機406的切換信號、輸出換流控制信號的基極驅(qū)動電路。將來自上述基極驅(qū)動電路407的換流控制信號分別輸入反相器420。上述定子401和轉(zhuǎn)子410構(gòu)成交流電機。
圖61表示上述微計算機406的概要框圖，微計算機406具有加速/減速處理器501，電壓處理器502和正弦波PWM處理器503；上述加速/減速處理器501接受頻率指令信號f1*，并輸出表示反相器輸出頻率的信號f1；電壓處理器502接受表示上述加速/減速處理器501輸出的反相器輸出頻率的信號f1和中性點電壓Vn，并輸出表示反相器輸出電壓的信號Vo；正弦波PWM處理器503接受由上述加速/減速處理器501求出的輸出頻率信號f1和表示上述電壓處理器502輸出的反相器輸出電壓的信號Vo，并輸出換流控制信號。
圖62是表示上述微計算機406的處理的流程圖，下面參照圖62說明微計算機406的中斷處理31。中斷處理31通過圖中未示出的計時器每隔0.1-1秒發(fā)出的中斷信號進行處理。
首先，中斷處理一開始，在步驟S401中，分別輸入反相器頻率的現(xiàn)在值f1，中性點電壓的現(xiàn)在值vn(i)，即由RMS轉(zhuǎn)換器405求出的積分信號的有效值。然后，在步驟S402中，用下式算出反相器輸出電壓vo(i)vo(i)＝vo(i－1)－sgn{vo(i－1)－vo(i－2))·sgn{vn(i)－vn(i－1)}·ΔVsgn(x)X≥0時+1，X＜0時-1接著，在步驟S403中，判斷反相器輸出電壓的最小值vomin(f1)是否比反相器輸出電壓vo(i)大，若判斷出反相器輸出電壓的最小值vomin(f1)比反相器輸出電壓vo(i)大，就進入步驟S406，使反相器輸出電壓vo(i)成為反相器輸出電壓的最小值vomin(f1)后，進入步驟S404。另一方面，在步驟S403中，若判斷出反相器輸出電壓的最小值vomin(f1)小于反相器輸出電壓vo(i)，就進入步驟S404。即如圖63所示，反相器輸出電壓的最小值vomin與反相器頻率f1近似于正比關(guān)系，在步驟S402中求出的反相器輸出電壓vo(i)不會小于最小值vomin。
然后，在步驟S404中，存儲采樣前的值。即，將上述反相器輸出電壓vo(i)代入上述反相器輸出電壓vo(i－1)，將中性點電壓的現(xiàn)在值Vn(i)代入中性點電壓Vn(i－1)。
在步驟S405中輸出反相器輸出電壓vo(i)，并結(jié)束中斷處理31。
而且，如圖64所示，如果vo(i－1)－vo(i－2)＞0vn(i)－vn(i－1)＜0則反相器輸出電壓vo(i)成為vo(i)＝vo(i－1)＋ΔV，另外若vo(i－1)－vo(i－2)＞0vn(i)－vn(i－1)＞0則反相器輸出電壓vo(i)成為vo(i)＝vo(i－1)－ΔV即，調(diào)整反相器輸出電壓vo就可使中性點電壓vn為最小，調(diào)整反相器輸出電壓vo便可得到目標(biāo)值即最小中性點電壓Vn。
圖65表示經(jīng)實驗得到反相器頻率f1為30Hz、轉(zhuǎn)矩為10、15、20kgfcm時的相對于反相器輸出線間電壓vo的AC電機的效率η和中性點電壓有效值Vn的特性。由本實驗結(jié)果可知，在AC電機的效率η的最大效率點處，與之分別對應(yīng)的中性點電壓的特性曲線基本示出了最小值。因此，根據(jù)反相器頻率f1和中性點的現(xiàn)在值vn(i)，通過調(diào)整反相器輸出電壓vo(i)使中性點電壓vn在規(guī)定的每個中斷周期成為最小，就能夠使AC電機以最大效率運轉(zhuǎn)。
在上述第四實施例—第八實施例中，通過調(diào)整反相器輸出電壓，來控制轉(zhuǎn)速，通過調(diào)整反相器輸出電壓曲線的相位進行使電機以最大效率運轉(zhuǎn)的最佳效率控制；但也可通過調(diào)整反相器輸出電壓來進行最佳效率控制，通過調(diào)整反相器輸出的電壓曲線的相位進行轉(zhuǎn)速控制。
在上述第四實施例-第八實施例中，使用無電刷直流電機，而在第九實施例中，使用的是AC電機，但不限于這些電機，磁阻電機等均可適用于本發(fā)明。
在上述第四實施例-第八實施例中，為使積分信號的電平成為峰值效率點時的目標(biāo)值而調(diào)整相位修正角，進行最大效率運轉(zhuǎn)，也可以使電位差信號的電平成為峰值效率點時的目標(biāo)值。另外也可以利用上述積分信號或電位差信號，設(shè)定在任意的效率時的目標(biāo)值，使電機在任意效率下運轉(zhuǎn)。
在上述第四實施例-第八實施例中，使用相位修正計時器T1、周期測定計時器T2、周期運算部41及時間值運算部42作為相位修正裝置，但相位修正裝置當(dāng)然不限于這些裝置。
在上述第四實施例-第九實施例中，使用微計算機4(14，100,200,304,308,406)，也可用邏輯電路代替微計算機。在上述第四實施例-第八實施例中，電樞線圈1a、1b、1c(301a、301b、301c)的電壓曲線的切換方式是180度通電方式，但電壓曲線的切換不限于180度，也可以是120度至180度的通電方式。
在第四、第五、第六實施例中，使用旋轉(zhuǎn)位置檢測器3作為旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置，但該旋轉(zhuǎn)檢測裝置不限于這種，用其它電路構(gòu)成也可也。
即，如圖66所示，也可由放大器IC21和放大器IC22構(gòu)成，放大器IC21以反轉(zhuǎn)輸入端子連接電阻電路2的中性點電壓VM，在非反轉(zhuǎn)輸入端子和接地端GND之間連接電阻R21，同時在輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之間并聯(lián)連接電阻R22和電容C21；放大器IC22以反轉(zhuǎn)輸入端子連接上述放大器IC21的輸出端子，在非反轉(zhuǎn)輸入端子和接地端GND之間連接電阻R23，同時在輸出端子和非反轉(zhuǎn)輸入端子之間連接電阻R24。
另外如圖67所示，也可由放大器IC31、放大器IC32和放大器IC33構(gòu)成；放大器IC31以反轉(zhuǎn)輸入端子連接電阻電路2的中性點電壓VM，在非反轉(zhuǎn)輸入端子和接地端GND之間連接電阻R31，同時在輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之間并聯(lián)連接電阻R32；放大器IC32以反轉(zhuǎn)輸入端子通過電阻R33連接上述放大器IC31的輸出端子，在非反轉(zhuǎn)輸入端子和接地端GND之間連接電阻R34，同時在輸出端子和非反轉(zhuǎn)輸入端子之間并聯(lián)連接電阻R35和電容C31；放大器IC33以反轉(zhuǎn)輸入端子連接上述放大器IC32的輸出端子，在非反轉(zhuǎn)輸入端子和接地端GND之間連接電阻R36，同時在輸出端子和非反轉(zhuǎn)輸入端子之間連接電阻R37。
另外如圖68所示，在具有定子1和電阻電路2和反相器20的無電刷直流電機中，所說定子1的電樞線圈1a、1b、1c連接成Y型、通過旋轉(zhuǎn)磁埸使具有多個永久磁鐵的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的定子；所說電阻電路2與上述電樞線圈1a、1b、1c并聯(lián)連接、并將電阻2a、2b、2c連接成Y型，所說反相器20由分別連接直流電源9正極的3個三極管20a、20b、20c和分別連接直流電源9負(fù)極的3個三極管20d、20e、20f所構(gòu)成、并將三極管20d、20e、20f的發(fā)射極連接接地端；也可以由放大器IC41、放大器IC42和放大器IC43構(gòu)成；在放大器IC41中，電樞線圈1a、1b、1c的中性點電壓VN通過電阻R41連接非反轉(zhuǎn)輸入端子，電阻2a、2b、2c的中性點的電壓VM連接非反轉(zhuǎn)輸入端子，同時，在非反轉(zhuǎn)輸入端子和接地端GND之間連接電阻R42，在輸出端子和反轉(zhuǎn)輸入端子之間連接電阻R43；放大器IC42以反轉(zhuǎn)輸入端子通過電阻R44連接上述放大器IC41的輸出端子，在非反轉(zhuǎn)輸入端子和接地端GND之間連接電阻R45，同時在輸出端子和非反轉(zhuǎn)輸入端子之間并聯(lián)連接電阻R46和電容C41；放大器IC43；以反轉(zhuǎn)輸入端子連接上述放大器IC42的輸出端子，在非反轉(zhuǎn)輸入端子和接地端GND之間連接電阻R47，同時在輸出端子和非反轉(zhuǎn)輸入端子之間連接電阻R48。
在上述實施例6中，雖然將積分信號∫VMNdt進行A/D變換，但也可以對電位差信號或平滑電位差信號后的信號或者平滑積分信號∫VMNdt的信號進行A/D轉(zhuǎn)換，然后利用該經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的信號電平判斷。
在上述第四實施例中，將電平檢測信號的計數(shù)定為5次，在上述第八實施例中，將電平檢測信號的計數(shù)定為3次，也可以是其它合適的次數(shù)。
在上述第四實施例中，使用上述旋轉(zhuǎn)位置檢測器3的積分器22作為積分裝置，但積分裝置也可以使用與旋轉(zhuǎn)位置檢測器的積分器不同的結(jié)構(gòu)。
在上述第四-第六實施例中，通過作為旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的旋轉(zhuǎn)位置檢測器3檢測轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)位置，在上述第四實施例、第五實施例中，利用霍爾元件312a、312b、312c和旋轉(zhuǎn)位置檢測器313檢測轉(zhuǎn)子310的旋轉(zhuǎn)位置，但旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置不限這種結(jié)構(gòu)。例如，如圖69所示，也可以具有與電機600的轉(zhuǎn)子601的軸連接的回轉(zhuǎn)編碼器602和接受表示來自上述回轉(zhuǎn)編碼器602的旋轉(zhuǎn)位置的信號，并輸出位置信號的接口603。
本發(fā)明所開創(chuàng)的無電刷直流電機的電機裝置以及電機的控制方法適用于反相空調(diào)器等的空調(diào)機、洗衣機、吸塵器等的家用電器。
權(quán)利要求
1.一種無電刷直流電機的控制方法，該控制方法包括以下步驟檢測由電壓反相器(702、802、912)驅(qū)動的無電刷直流電機(703、803、913)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子的位置；響應(yīng)檢測出的轉(zhuǎn)速，為了把相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定為規(guī)定的相位，而設(shè)定相對于電壓反相器(702、802、912)的切換指令；其特征在于，還包括以下步驟檢測電壓反相器(702、802、912)的輸入電流；響應(yīng)上述檢測出的轉(zhuǎn)速及檢測出的輸入電流，為了把相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定為基本上使電機效率為最大的相位，而設(shè)定相對于電壓反相器(702、802、912)的切換指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無電刷直流電機的控制方法，其特征在于，使上述電機效率基本上成為最大的相位是從以最大效率驅(qū)動無電刷直流電機(703)的相位導(dǎo)前規(guī)定值。
3.一種無電刷直流電機裝置，該電機裝置檢測由電壓反相器(702)驅(qū)動的無電刷直流電機(703)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子的位置；響應(yīng)檢測出的轉(zhuǎn)速，為了把相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定為規(guī)定的相位，而設(shè)定相對于電壓反相器(702)的切換指令；其特征在于，它包裝有檢測電壓反相器(702)的輸入電流的檢測裝置(705、706)；以及響應(yīng)上述檢測出的無電刷直流電機的轉(zhuǎn)速及檢測出的輸入電流，為了把相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定為基本上使電機效率為最大的相位，而設(shè)定相對于電壓反相器(702)的切換指令的反相器控制裝置(707)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無電刷直流電機裝置，其特征在于，上述反相器控制裝置(707)具有通過預(yù)測得到的、保持能夠相對于上述轉(zhuǎn)速及輸入電流得到最大電機效率的最大值的相位的相位保持裝置；該控制裝置響應(yīng)檢測出的轉(zhuǎn)速及檢測出的輸入電流，從相位保持裝置中把該相位作為使上述電機效率幾乎成最大的相位讀出，并設(shè)定相對于電壓反相器(702)的切換指令。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無電刷直流電機裝置，其特征在于，上述反相器控制裝置(707)還具有值保持裝置(707a)和線性近似裝置(707b)；該值保持裝置(707a)把規(guī)定通過預(yù)測得到的、能夠相對于上述轉(zhuǎn)速及輸入電流得到電機效率的最大值的相位變化特性的值進行保持，線性近似裝置根據(jù)值保持裝置(707a)中保持的值使相位線性近似；該控制裝置響應(yīng)檢測出的轉(zhuǎn)速及檢測出的輸入電流，把該相位從值保持裝置中讀出，把通過線性近似裝置線性近似而得到的相位作為使上述電機效率幾乎成最大的相位，并設(shè)定相對于電壓反相器(702)的切換指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無電刷直流電機裝置，其特征在于，反相器控制裝置(707)還具有使上述電機效率成為最大的相位只導(dǎo)前規(guī)定值而設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令。
7.一種無電刷直流電機的控制方法，該控制方法包括以下步驟檢測由電壓反相器(702、802、912)驅(qū)動的無電刷直流電機(703、803、913)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子的位置；響應(yīng)檢測出的轉(zhuǎn)速，為了把相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定為規(guī)定相位，而設(shè)定相對于電壓反相器(702、802、912)的切換指令；其特征在于，還包括以下步驟把電壓反相器(802、912)的輸出電壓振幅設(shè)定為根據(jù)上述檢測出的轉(zhuǎn)速確定的規(guī)定振幅，同時響應(yīng)相對于無電刷直流電機(803、913)的轉(zhuǎn)速指令和上述檢測出的轉(zhuǎn)速差，將相對于電機反電壓的相位設(shè)定為規(guī)定相位，而且將電壓反相器(802、912)的端子電壓通電幅按電角度設(shè)定成180°，并設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無電刷直流電機的控制方法，其特征在于無電刷直流電機的轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵配置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的轉(zhuǎn)子。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無電刷直流電機的控制方法，其特征在于將一個端部連接電壓反相器(912)的各相輸出端子的電阻(914u、914v、914w)的另一端部相互連接得到第一中性點電壓，同時將無電刷直流電機(913)的各相的定子線圈(913u、913v、913w)的一端相互連接得到第二中性點電壓，根據(jù)第一中性點電壓和第二中性點電壓之差，檢測無電刷直流電機(913)轉(zhuǎn)子的磁極位置。
10.一種無電刷直流電機裝置，該電機裝置檢測由電壓反相器(702、802、912)驅(qū)動的無電刷直流電機(703、803、913)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子的位置；響應(yīng)檢測出的轉(zhuǎn)速，為了把相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定為規(guī)定相位，而設(shè)定相對于電壓反相器(702、802、912)的切換指令；其特征在于，它包括反相器控制裝置(806，918)，該反相器控制裝置把電壓反相器(802、912)的輸出電壓振幅設(shè)定為根據(jù)上述檢測出的轉(zhuǎn)速確定的規(guī)定振幅，同時響應(yīng)相對于無電刷直流電機(803、913)的轉(zhuǎn)速指令和上述檢測出的轉(zhuǎn)速差，將相對于電機反電壓的相位設(shè)定為規(guī)定相位，而且將電壓反相器(802、912)的端子電壓通電幅按電角度設(shè)定成180°，并設(shè)定相對于電壓反相器的切換指令。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無電刷直流電機的控制方法，其特征在于，無電刷直流電機(913)的轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵配置在轉(zhuǎn)子內(nèi)部的轉(zhuǎn)子。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無電刷直流電機裝置，其特征在于，該電機裝置還包括一端連接電壓反相器(912)各相的輸出端子、而另一端相互連接的電阻(914u、914v、914w)；把在電阻(914u、914v、914w)的另一端得到的第一中性點電壓和在無電刷直流電機的各相的定子線圈(913u、913v、913w)相互連接的端部上得到的第二中性點電壓作為輸入、并輸出兩中性點電壓的電壓差的電壓差輸出裝置(915)；根據(jù)電壓差檢測無電刷直流電機的轉(zhuǎn)子的磁極位置的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置(917)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無電刷直流電機裝置，其特征在于，將無電刷直流電機裝置作為驅(qū)動源。
14.一種電機裝置，該裝置具有轉(zhuǎn)子(10、310、410)、帶電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c、401a、401b、401c)的定子(1、301、401)、切換向上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c、401a、401b、401c)施加的切換電壓曲線的反相器(20、320、420)，其特征在于，還具有根據(jù)上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c、401a、401b、401c)的中性點電壓、控制反相器(20、320、420)的輸出以便達到規(guī)定的效率的控制裝置(4、100、304、308、406)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電機裝置，其特征在于，上述規(guī)定的效率是最高效率。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電機裝置，其特征在于，上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)是3相連接成Y型；并具有相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)按并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路(2、302)，以及檢測上述轉(zhuǎn)子(10、310)和上述定子(1、301)之間相對的旋轉(zhuǎn)位置、并輸出位置信號的旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置(3、312a、312b、312c、313；，上述控制裝置具有電平判斷裝置和相位修正裝置(T1、T2、41、42)；電平判斷裝置判斷表示上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)的中性點和上述電阻電路(2、302)的中性點的電位差的電位差信號的電平與目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系；相位修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果，調(diào)整從上述位置信號到切換上述電壓的曲線之前的時間，以便使上述電位差信號的電平成為上述目標(biāo)值。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機裝置，其特征在于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)是3相連接成Y型；并具有相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)按并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路(2、302)；以及檢測上述轉(zhuǎn)子(10、310)和上述定子(1、301)之間的相對旋轉(zhuǎn)位置、并輸出位置信號的旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置(3、312a、312b、312c、313)；上述控制裝置具有電平判斷裝置和相位修正裝置(T1、T2、41、42)；電平判斷裝置判斷表示上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)的中性點和上述電阻電路(2、302)的中性點的電位差的電位差信號的電平與得到最高效率的目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系，相位修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果，調(diào)整從上述位置信號到切換上述電壓的曲線之前的時間，以便使上述電位差信號的電平成為上述目標(biāo)值。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電機裝置，其特征在于上，述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)是3相連接成Y型；并具有相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)按并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路(2、302)；以及檢測上述轉(zhuǎn)子(10、310)和上述定子(1、301)之間的相對旋轉(zhuǎn)位置、并輸出位置信號的旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置(3、312a、312b、312c、313)；上述控制裝置(4、100、304、308)具有電平判斷裝置(6、6A、6B、51、101、201、202、306、307)和相位修正裝置(T1、T2、41、42)；電平判斷裝置判斷把表示上述電樞線圈(1a、1b、1c、302a、302b、302c)的中性點和上述電阻電路(2、302)的中性點的電位差的電位差信號進行積分的積分信號的電平與目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系；相位修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置(6、6A、6B、51、101、201、202、306、307)的判斷結(jié)果，調(diào)整從上述位置信號到切換上述電壓的曲線之前的時間，以便使上述積分信號的電平成為上述目標(biāo)值。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機裝置，其特征在于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)是3相連接成Y型；并具有相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)按并聯(lián)狀3相連接成Y型的電阻電路(2、302)；以及檢測上述轉(zhuǎn)子(10、310)和上述定子(1、301)之間的相對旋轉(zhuǎn)位置、并輸出位置信號的旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置(3、312a、312b、312c、313)；上述控制裝置(4、100、304、308)具有電平判斷裝置(6、6A、6B、51、101、201、202、306、307)和相位修正裝置(T1、T2、41、42)；電平判斷裝置判斷把表示上述電樞線圈(1a、1b、1c、302a、302b、302c)的中性點和上述電阻電路(2、302)的中性點的電位差的電位差信號進行積分的積分信號的電平與得到最高效率的目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系，相位修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置(6、6A、6B、51、101、201、202、306、307)的判斷結(jié)果，調(diào)整從上述位置信號到切換上述電壓的曲線之前的時間，以便使上述積分信號的電平成為上述目標(biāo)值。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電機裝置，其特征在于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)是3相連接成Y型；并具有相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)按并聯(lián)狀3相連接成Y型的電阻電路(2、302)，上述控制裝置具有電平判斷裝置和電壓修正裝置；電平判斷裝置判斷表示上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)的中性點和上述電阻電路(2、302)的中性點的電位差的電位差信號的電平與目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系；電壓修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果，修正上述反相器(20、320)的輸出電壓，以便使上述電位差信號的電平成為上述目標(biāo)值。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機裝置，其特征在于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)是3相連接成Y型；并具有相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)按并聯(lián)狀3相連接成Y型的電阻電路(2、302)；上述控制裝置具有電平判斷裝置和電壓修正裝置；電平判斷裝置判斷表示上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)的中性點和上述電阻電路(2、302)的中性點的電位差的電位差信號的電平與得到最高效率的目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系；電壓修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果，修正上述反相器(20、320)的輸出電壓，以便使上述電位差信號的電平成為上述目標(biāo)值。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電機裝置，其特征在于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)是3相連接成Y型；并具有相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)按并聯(lián)狀3相連接成Y型的電阻電路(2、302)，上述控制裝置具有電平判斷裝置(6、6A、6B、51、101、201、202、306、307)和電壓修正裝置；電平判斷裝置判斷把表示上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)的中性點和上述電阻電路(2、302)的中性點的電位差的電位差信號進行積分的積分信號的電平與目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系，電壓修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置(6、6A、6B、51、101、201、202、306、307)的判斷結(jié)果，修正上述反相器(20、320)的輸出電壓以便使上述積分信號的電平成為上述目標(biāo)值。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機裝置，其特征在于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)是3相連接成Y型；并具有相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)按并聯(lián)狀3相連接成Y型的電阻電路(2、302)，上述控制裝置具有電平判斷裝置(6、6A、6B、51、101、201、202、306、307)和電壓修正裝置；電平判斷裝置判斷把表示上述電樞線圈(1a、1b、1c、301a、301b、301c)的中性點和上述電阻電路(2、302)的中性點的電位差的電位差信號進行積分的積分信號的電平與得到最高效率的目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系；電壓修正裝置根據(jù)上述電平判斷裝置(6、6A、6B、51、101、201、202、306、307)的判斷結(jié)果，修正上述反相器(20、320)的輸出電壓以便使上述積分信號的電平成為上述目標(biāo)值。
24.一種電機裝置，該電機裝置具有帶多極磁鐵的轉(zhuǎn)子(10)，具有3相Y型連接的電樞線圈(1a、1b、1c)的定子(1)，相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c)以并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路(2)，檢測代表上述電樞線圈(1a、1b、1c)的中性點和上述電阻電路(2)的中性點的電位差的電位差信號、并根據(jù)該電位差信號，檢測上述轉(zhuǎn)子(10)和上述定子(1)的相對旋轉(zhuǎn)位置、并輸出位置信號的旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置(3)，根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置(3)的上述位置信號、切換施加給上述電樞線圈(1a、1b、1c)的電壓曲線的反相器(20)，其特征在于還包括對由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置檢測出的上述電位差信號進行積分，并輸出積分信號的積分裝置(22)；接收來自上述積分裝置(22)的積分信號，判斷上述積信號的電平與目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系的電平判斷裝置(6、6A、6B、51、101、201、202)；根據(jù)上述電平判斷裝置(6、6a、6b、51、101、201、202)的判斷結(jié)果、調(diào)整從上述位置信號到切換上述電壓曲線之前的時間、以便使來自上述積分裝置(22)的上述積分信號的電平成為上述目標(biāo)值的相位修正裝置(T1、T2、41、42)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的電機裝置，其特征在于將上述電平判斷裝置(6、6A、6B、51、101、201、202)的上述目標(biāo)值設(shè)定為最大效率時的上述積分信號的電平。
26.一種電機裝置，該電機裝置具有帶多極磁鐵的轉(zhuǎn)子(10)，具有3相Y型連接的電樞線圈(1a、1b、1c)的定子(1)，相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c)以并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路(2)，輸出施加給上述電樞線圈(1a、1b、1c)的電壓的反相器(20)，其特征在于還包括還具有積分代表上述電樞線圈(1a、1b、1c)的中性點和上述電阻電路(2)的中性點的電位差的電位差信號，并輸出積分信號的積分裝置(22)；接收來自上述積分裝置(22)的積分信號，判斷上述積分信號的電平與目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系的電平判斷裝置(6、6a、6b、51、101、201、202)；根據(jù)上述電平判斷裝置(6、6a、6b、51、101、201、202)的判斷結(jié)果、修正上述反相器(20)的輸出電壓，以便使來自上述積分裝置的上述積分信號的電平成為上述目標(biāo)值的電壓修正裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機裝置，其特征在于將上述電平判斷裝置(6、6A、6B、51、101、201、202)的上述目標(biāo)值設(shè)定為最大效率時的上述積分信號的電平。
28.一種電機裝置，該電機裝置具有帶多極磁鐵的轉(zhuǎn)子(10)，具有3相Y型連接的電樞線圈(1a、1b、1c)的定子(1)，相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c)以并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路(2)，檢測代表上述電樞線圈(1a、1b、1c)的中性點和上述電阻電路(2)的中性點的電位差的電位差信號、并根據(jù)該電位差信號，檢測上述轉(zhuǎn)子(10)和上述定子(1)的相對旋轉(zhuǎn)位置、并輸出位置信號的旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置(3)，根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置(3)的上述位置信號、切換施加給上述電樞線圈(1a、1b、1c)的電壓曲線的反相器(20)，其特征在于還包括接收由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置(3)檢測出的上述電位差信號，判斷上述電位差信號的電平與目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系的電平判斷裝置；根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果、調(diào)整從上述位置信號到切換上述電壓曲線之前的時間、以便使上述電位差信號的電平成為上述目標(biāo)值的相位修正裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的電機裝置，其特征在于將上述電平判斷裝置的上述目標(biāo)值設(shè)定為最大效率時的上述電位差信號的電平。
30.一種電機裝置，該電機裝置具有帶多極磁鐵的轉(zhuǎn)子(10)，具有3相Y型連接的電樞線圈(1a、1b、1c)的定子(1)，相對于上述電樞線圈(1a、1b、1c)以并聯(lián)狀態(tài)3相連接成Y型的電阻電路(2)，輸出施加給上述電樞線圈(1a、1b、1c)的電壓的反相器(20)，其特征在于還包括判斷代表上述電樞線圈(1a、1b、1c)的中性點和上述電阻電路(2)的中性點的電位差的電位差信號的電平與目標(biāo)值處于什么樣的關(guān)系的電平判斷裝置；根據(jù)上述電平判斷裝置的判斷結(jié)果、修正上述反相器(20)的輸出電壓，以便使來自上述積分裝置的上述積分信號的電平成為上述目標(biāo)值的電壓修正裝置。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的電機裝置，其特征在于將上述電平判斷裝置的上述目標(biāo)值設(shè)定為最大效率時的上述電位差信號的電平。
全文摘要
一種無電刷直流電機裝置，該裝置利用變流器(705)、有效值檢測電路(706)檢測電壓反相器(702)的輸入電流的有效值，根據(jù)從位置檢測電路(704)輸出的位置信號的周期，檢測無電刷直流電機(703)的轉(zhuǎn)速；響應(yīng)上述輸入電流的有效值及轉(zhuǎn)速，將相對于電機反電壓的相位的反相器輸出電壓的相位設(shè)定為使電機效率幾乎成為最大的相位；并生成相對于電壓反相器(702)的切換指令。利用這種結(jié)構(gòu)，響應(yīng)轉(zhuǎn)子的位置檢測信號，在僅用電壓反相器來控制施加給無電刷直流電機(703)的電壓波形時，能夠不增加成本，而且不受負(fù)荷條件影響，實現(xiàn)以高效率運轉(zhuǎn)。
文檔編號H02P6/08GK1135271SQ9519086
公開日1996年11月6日 申請日期1995年7月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月25日
發(fā)明者木村泰三, 西清隆, 山開廣之, 山際昭雄, 大山和伸, 北野伸起 申請人:大金工業(yè)株式會社