專利名稱：空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與無刷電機(jī)相關(guān)的適用于空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置。
為了驅(qū)動空調(diào)機(jī)的室外風(fēng)扇，多采用無刷電機(jī)。室外風(fēng)扇在有風(fēng)時會旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)方向和速度都不一樣。在空調(diào)機(jī)開始運轉(zhuǎn)時，如果室外風(fēng)扇正在旋轉(zhuǎn)，則要在其制動、停止、定位后進(jìn)行起動。
通常的無刷電機(jī)必須要有用于檢測其轉(zhuǎn)子的磁極位置的檢測器。在對室外風(fēng)扇進(jìn)行制動、停止、定位時，根據(jù)該檢測器的輸出，檢測其方向和轉(zhuǎn)速，與此相應(yīng)控制定子繞組的電流。但是，在以往的驅(qū)動裝置中，因用3個霍爾(Hall)元件作為檢測器，所以不得已只好進(jìn)行復(fù)雜的控制，這成為成本提高的一個原因。
以往的驅(qū)動裝置在制動、停止、定位時，在定子繞組中要流過直流電，但用這種方法有可能使形成轉(zhuǎn)子的永久磁鐵退磁，或者在定子繞組中流過過大電流，使流過電流的驅(qū)動電路損壞。
本發(fā)明鑒于前述的情況，其目的在于，提供一種空調(diào)機(jī)的室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)的驅(qū)動裝置，這種空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)的驅(qū)動裝置即使在由于外部的原因使由無刷電機(jī)驅(qū)動的風(fēng)扇等處于旋轉(zhuǎn)的情況下，在進(jìn)行制動、停止、定位時也能很容易進(jìn)行停止控制。
本發(fā)明的其它目的在于，提供一種空調(diào)機(jī)的室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)的驅(qū)動裝置，這種空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置不給驅(qū)動電路和電機(jī)施加過度的負(fù)載，而且起動時能抑制永久磁鐵退磁。
本發(fā)明第1發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，包括檢測無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置的單一的霍爾元件；多個開關(guān)元件形成3相橋式連接、對無刷電機(jī)定子繞組供給電流的逆變器電路；根據(jù)霍爾元件的輸出信號、控制逆變器電路開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開的控制手段，控制手段具有直流勵磁手段，該直流勵磁手段在無刷電機(jī)起動前，與霍爾元件的輸出信號同步，對正電壓側(cè)和負(fù)電壓側(cè)的任何一方的開關(guān)元件中的1個進(jìn)行PWM通電，同時對另一方的開關(guān)元件中的2個進(jìn)行PWM通電，使轉(zhuǎn)子停止。
利用這種結(jié)構(gòu)，即使在由于外部的原因使風(fēng)扇等旋轉(zhuǎn)時，也容易控制，此外，不給驅(qū)動電路和電機(jī)施加過度的負(fù)載，而且能得到起動時抑制永久磁鐵退磁的效果。
本發(fā)明第2發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，是在本發(fā)明第1發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置中，當(dāng)霍爾元件每檢測到規(guī)定的磁極位置，直流勵磁手段即切換通電相。
利用這種結(jié)構(gòu)，能更好地抑制永久磁鐵的退磁。
本發(fā)明第3發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)的驅(qū)動裝置，是在本發(fā)明第2發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置中，直流勵磁手段根據(jù)霍爾元件的磁極位置檢測信號，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大的情況下，加大PWM電流波形的占空比(duty)。
利用這種結(jié)構(gòu)，能抑制永久磁鐵的退磁，并且能在起動前迅速使轉(zhuǎn)子停止。
本發(fā)明第4發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，是在本發(fā)明第1發(fā)明至第3發(fā)明任一項的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置中，逆變器電路包括分別驅(qū)動開關(guān)元件的驅(qū)動電路；分別與直流電源正電壓側(cè)的驅(qū)動電路并聯(lián)連接、并相應(yīng)于直流電源負(fù)電壓側(cè)的開關(guān)元件導(dǎo)通驅(qū)動、由直流電源的負(fù)電壓側(cè)驅(qū)動電路的電源充電的電容器，直流勵磁手段必定對直流電源正電壓側(cè)的開關(guān)元件進(jìn)行PWM通電。
利用這種結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是能抑制充電的電容器的電壓下降。
本發(fā)明第5發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，包括檢測無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置的單一的霍爾元件；多個開關(guān)元件形成橋式連接、對無刷電機(jī)定子繞組供給電流的逆變器電路；根據(jù)霍爾元件的輸出信號、控制開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開的控制手段，控制手段具有零向量通電手段，該零向量通電手段在無刷電機(jī)起動前，將逆變器電路正電壓側(cè)的全部開關(guān)元件和負(fù)電壓側(cè)的全部開關(guān)元件的任何一方控制成導(dǎo)通狀態(tài)，將另一方控制成斷開狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子制動、停止。
利用這種結(jié)構(gòu)，即使在由于外部的原因使風(fēng)扇等旋轉(zhuǎn)時，也容易進(jìn)行起動前的制動、停止、定位的停止控制，此外，因不需要供給電源，所以也能得到降低消耗功率的效果。
本發(fā)明第6發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)的驅(qū)動裝置，包括檢測無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置的單一的霍爾元件；多個開關(guān)元件形成橋式連接、對無刷電機(jī)定子繞組供給電流的逆變器電路；根據(jù)霍爾元件的輸出信號、控制開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開的控制手段，控制手段具有直流勵磁手段，該直流勵磁手段具有兩種控制，即在無刷電機(jī)起動前，將逆變器電路正電壓側(cè)的全部開關(guān)元件和負(fù)電壓側(cè)的全部開關(guān)元件的任何一方控制成導(dǎo)通狀態(tài)，將另一方控制成斷開狀態(tài)，該控制稱為第1控制，另外與霍爾元件的輸出信號同步，對正電壓側(cè)和負(fù)電壓側(cè)的任何一方的開關(guān)元件中的1個進(jìn)行PWM通電，同時對另一方的開關(guān)元件中的2個進(jìn)行PWM通電，該控制稱為第2控制，所述直流勵磁手段將兩種控制進(jìn)行組合，使轉(zhuǎn)子制動、停止。
利用這種結(jié)構(gòu)，即使在由于外部的原因使風(fēng)扇等旋轉(zhuǎn)，也容易進(jìn)行起動前的制動、停止、定位的停止控制，此外，不給驅(qū)動電路和電機(jī)施加過度的負(fù)載，而且能得到起動時抑制永久磁鐵退磁的效果。
本發(fā)明第7發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，是在本發(fā)明第6發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置中，控制手段根據(jù)霍爾元件的磁極位置檢測信號，檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速比規(guī)定值大時用第1控制開始制動，當(dāng)轉(zhuǎn)速比規(guī)定值小時用第2控制開始制動。
利用這種結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是能盡可能降低消耗功率，能可靠地進(jìn)行制動、停止、定位用的停止控制。
本發(fā)明第8發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，是在本發(fā)明第1發(fā)明至第7發(fā)明任一項的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置中，將霍爾元件設(shè)置在從任何1相定子繞組中心向與通常的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向偏心的位置上，相對于霍爾元件的磁極位置檢測時間要延遲一定時間控制手段才進(jìn)行通電。
利用這種結(jié)構(gòu)，能預(yù)先防止停止時不需要的加速動作。
本發(fā)明第9發(fā)明的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，是在本發(fā)明第1發(fā)明至第8發(fā)明任一項的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置中，為了供給霍爾元件電流、輸出檢測信號和從逆變器電路向定子繞組供給電流，采用公用的單一連接器。
利用這種結(jié)構(gòu)，能簡化電機(jī)的結(jié)構(gòu)，而且能容易與外部連接或脫離。


圖1是部分用方框表示本發(fā)明一實施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是用于說明本發(fā)明一實施形態(tài)的動作的零向量通電模式的示意圖。
圖3是用于說明本發(fā)明一實施形態(tài)的動作的直流勵磁通電模式的示意圖。
圖4(a)(b)是用于說明本發(fā)明一實施形態(tài)的動作的無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子定位位置和對于定子繞組的通電狀態(tài)的示意圖。
圖5是用于說明本發(fā)明一實施形態(tài)的動作的制動、停止、定位控制的一例的時序圖。
圖6是用于說明本發(fā)明的實施形態(tài)的動作的制動、停止、定位控制的其它例的時序圖。
圖7是表示構(gòu)成本發(fā)明一實施形態(tài)的MCU的具體處理順序的流程圖。
圖8是用于說明本發(fā)明一實施形態(tài)的動作的制動、停止、定位控制的一例的時序圖。
圖9是表示用于本發(fā)明一實施形態(tài)的控制的通電模式的圖表。
圖10是表示用于本發(fā)明一實施形態(tài)的控制的通電模式組合例的圖表。
下面，參照附圖對實施本發(fā)明的最佳實施形態(tài)進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1是部分用方框表示本發(fā)明一實施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖1中，采用無刷電機(jī)1作為設(shè)置在空調(diào)機(jī)室外裝置上的室外風(fēng)扇驅(qū)動電機(jī)，這種電機(jī)的U相、V相、W相的各定子繞組星形連接，并在定子上設(shè)置霍爾IC2。其中，將定子繞組U、V、W的外部連接導(dǎo)線與逆變器電路3連接，霍爾元件的電流供給和輸出信號導(dǎo)線與控制裝置10連接。
逆變器電路3采用場效應(yīng)晶體管FET(Field Effect Transistor)作為開關(guān)元件，這些場效應(yīng)晶體管FU、FV、FW、FX、FY、FZ形成3相橋式連接。也就是說，將晶體管FU和FX的串聯(lián)連接電路、晶體管FV和FY的串聯(lián)連接電路、以及晶體管FW和FZ的串聯(lián)連接電路并聯(lián)連接，并通過開關(guān)4將其一端連接到未圖示的直流電源(DC280V)的正極上，將其另一端連接到直流電源的負(fù)極上。在這些晶體管FU、FV、FW、FX、FY、FZ上分別反向并聯(lián)連接續(xù)流用的二極管DU、DV、DW、DX、DY、DZ。
在晶體管FU、FV、FW、FX、FY、FZ的各柵極上連接由光電耦合器組成的驅(qū)動電路B1、B2、B3、B4、B5、B6。
為了供給這些驅(qū)動電路的動作功率，具有由初級側(cè)與交流電源11連接的變壓器12、與該變壓器12的次級串聯(lián)連接的二極管D01和濾波電容器C01構(gòu)成的半波整流電路。電容器C01的正極分別與直流電源負(fù)電壓側(cè)的驅(qū)動電路B4、B5、B6的一端連接，電容器C01的負(fù)極分別與驅(qū)動電路B4、B5、B6的另一端連接，同時，與晶體管FX、FY、FZ的各源極(負(fù)電壓側(cè))連接。在直流電源正電壓側(cè)的驅(qū)動電路B1、B2、B3上分別并聯(lián)連接存儲驅(qū)動功率的電容器C02’、C03’、C04，其正極通過防止反向電流用的二極管D02’、D03’、D04與限制電流用的電阻R的一端連接。該電阻R的另一端與構(gòu)成半波整流電路的電容器C01的正極連接。此外，二極管D02’、D03’、D04的負(fù)極與晶體管FU、FV、FW的各源極連接。
另一方面，在晶體管FU和FX、FV和FY、FW和FZ的相互連接點上分別連接無刷電機(jī)1的定子繞組U、V、W的各外部連接導(dǎo)線。設(shè)置在無刷電機(jī)1上的霍爾IC2的信號輸出導(dǎo)線與構(gòu)成控制裝置10的MCU(微型計算機(jī)裝置)100連接，該MCU100輸出的控制信號G1、G2、G3、G4、G5、G6分別施加在驅(qū)動電路B1、B2、B3、B4、B5、B6上。
下面，對如前述結(jié)構(gòu)的本實施形態(tài)的動作進(jìn)行說明。
在3相橋式連接晶體管FU、FV、FW、FX、FY、FZ的逆變器電路3的直流輸入端間，施加未圖示的直流電源DC280V的電壓。這里，將晶體管FU、FV、FW稱為逆變器電路正電壓側(cè)的開關(guān)元件，將晶體管FX、FY、FZ稱為逆變器電路負(fù)電壓側(cè)的開關(guān)元件。交流電源11為AC100V，變壓器12將這種電壓降壓到例如AC5V。由二極管D01和電容器C01組成的半波整流電路對降壓后的交流進(jìn)行整流濾波，將得到的直流電壓施加在分別驅(qū)動作為負(fù)電壓側(cè)開關(guān)元件的晶體管FX、FY、FZ的驅(qū)動電路B4、B5、B6的兩端。另一方面，在負(fù)電壓側(cè)開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)時，通過電阻R利用電容器C01的兩端電壓，對與驅(qū)動作為正電壓側(cè)開關(guān)元件的晶體管FU、FV、FW的驅(qū)動電路B1、B2、B3分別并聯(lián)連接的電容器C02’、C03’、C04依次進(jìn)行充電。如果是在逆變器電路3起動前，則借助于晶體管FX、FY、FZ一起成為導(dǎo)通狀態(tài)，電容器C02’、C03’、C04全部被充電。這樣，晶體管FU、FV、FW、FX、FY、FZ的驅(qū)動電路B1、B2、B3、B4、B5、B6能動作。與這些驅(qū)動電路并聯(lián)連接的電容器的充電電路，已知有充電原方式，例如已公開的日本特開平9-37587號公報所記載的，故這里省略其詳細(xì)的動作說明，但至少在通常運轉(zhuǎn)時，根據(jù)對于各開關(guān)元件的通電模式對電容器02’、C03’、C04進(jìn)行充電。
接著，在空調(diào)機(jī)起動前，由于風(fēng)的作用而旋轉(zhuǎn)的室外風(fēng)扇，必須暫時使其停止并進(jìn)行定位。因此，必須對無刷電機(jī)1進(jìn)行制動、停止、定位動作的停止控制。
作為其一種方法，如圖2所示，是利用MCU100將控制信號G1、G2、G3、G4、G5、G6分別施加在驅(qū)動電路B1、B2、B3、B4、B5、B6上，借助于使直流電源正電壓側(cè)的晶體管FU、FV、FW全部成為斷開狀態(tài)，使直流電源負(fù)電壓側(cè)的晶體管FX、FY、FZ全部成為導(dǎo)通狀態(tài)，或者省略圖示，是使直流電源負(fù)電壓側(cè)的晶體管FX、FY、FZ全部成為斷開狀態(tài)，使直流電源正電壓側(cè)的晶體管FU、FV、FW全部成為導(dǎo)通狀態(tài)，通過這樣使發(fā)電電流產(chǎn)生環(huán)流，以阻止風(fēng)扇電機(jī)旋轉(zhuǎn)來減速。這種方法，因定子繞組U、V、W的電壓向量為零，所以在本說明書中稱其為零向量通電模式的制動。這種零向量通電模式的制動雖然在有外部風(fēng)的情況下僅靠不斷消耗再生能量難于完全停止，但在以慣性旋轉(zhuǎn)的情況下也能完全停止。此外，與利用直流勵磁的制動比較，因不要供給電源，所以還有降低消耗功率的效果。
作為其另一種方法，如圖3所示，是利用MCU100將控制信號G1、G2、G3、G4、G5、G6分別施加在驅(qū)動電路B1、B2、B3、B4、B5、B6上，對正電壓側(cè)和負(fù)電壓側(cè)的任何一方的開關(guān)元件中的1個進(jìn)行PWM通電，同時對另一方的開關(guān)元件中的2個進(jìn)行PWM通電，使PWM電流流過定子繞組U、V、W，產(chǎn)生規(guī)定方向的磁場，使轉(zhuǎn)子停止。圖3的例子是直流電源正電壓側(cè)的晶體管FU、FW為導(dǎo)通狀態(tài)，直流電源負(fù)電壓側(cè)的晶體管FY為導(dǎo)通狀態(tài)。在本說明書中稱其為直流勵磁通電模式的制動。這種直流勵磁通電模式的制動因流過PWM電流，所以與以往的直流制動比較，不會將過度的負(fù)載施加在驅(qū)動電路和電機(jī)上，而且有抑制永久磁鐵退磁的效果。
圖4(a)是表示利用直流勵磁通電模式的制動、停止、定位的狀態(tài)的示意圖。圖4(b)是表示定子繞組的連接和通電狀態(tài)的示意圖。在U相繞組和V相繞組中流過PWM電流IPWM。由這種電流IPWM產(chǎn)生的磁場能使永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子制動并停止在圖4(a)所示的位置處。在這種實施形態(tài)的情況下，在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向上看霍爾IC2，設(shè)置在從V相繞組中心接近U相繞組的方向、即設(shè)置在與旋轉(zhuǎn)方向相反方向的偏心位置上，如果與定位的轉(zhuǎn)子為基準(zhǔn)，則與N磁極的后端部相對。因此，若在霍爾IC2檢測出轉(zhuǎn)子的N磁極后立即流過電流IPWM，則成為加速轉(zhuǎn)子的位置關(guān)系。因此，MCU100對于霍爾元件的磁極位置檢測時間，必須延遲一定的時間。這種一定的時間因旋轉(zhuǎn)速度而異，隨著旋轉(zhuǎn)速度增大而變短。
對無刷電機(jī)施加制動的這兩種方法的特點是，用零向量通電模式能將消耗功率抑制成零，而直流勵磁通電模式雖然消耗功率，能迅速制動。因此，在有風(fēng)時的轉(zhuǎn)速超過預(yù)定的上限時，因零向量通電模式的制動需要較多的時間，而用直流勵磁通電模式必須流過比較大的電流，所以不進(jìn)行制動、停止、定位控制，要在規(guī)定的轉(zhuǎn)速以下執(zhí)行這些控制。這種場合，即使不進(jìn)行停止控制，因轉(zhuǎn)速大，所以能利用由外部風(fēng)帶動旋轉(zhuǎn)的室外風(fēng)扇得到熱交換器的熱交換作用。
圖5是表示由于自然風(fēng)使風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時用于執(zhí)行制動、停止、定位的停止控制的一例的時序圖。這種情況下，設(shè)霍爾IC2在檢測轉(zhuǎn)子的N磁極時輸出“H”電平信號，在檢測轉(zhuǎn)子的S磁極時輸出“L”電平信號。因此，如果風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)較快，則霍爾IC2輸出重復(fù)周期短的矩形波信號，隨著施加制動，重復(fù)周期變長，如果停止在圖4所示的位置上，則持續(xù)輸出“H”信號。在圖5的時刻t0，執(zhí)行零向量通電模式的制動，在達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速，并且霍爾IC2輸出“H”信號的時刻t1，執(zhí)行直流勵磁通電模式的制動。然后，在霍爾IC2的輸出信號輸出“L”電平的信號時，再次執(zhí)行零向量通電模式的制動，然后，在霍爾IC2的輸出信號持續(xù)輸出“H”電平時，持續(xù)用直流勵磁通電模式進(jìn)行勵磁，使其停止和進(jìn)行定位。
圖6是表示由于自然風(fēng)使風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時用于執(zhí)行制動、停止、定位的停止控制的另一例的時序圖。所示的例子是利用轉(zhuǎn)速檢測在時刻t0執(zhí)行制動、停止、定位的控制，但是，是在霍爾IC2的輸出信號為“L”電平時，執(zhí)行零向量通電模式的制動，而在霍爾IC2的輸出信號為“H”電平時，執(zhí)行直流勵磁通電模式的制動的動作，并重復(fù)上述，最終停止和定位。
圖7是表示圖5所示的用于制動、停止、定位的停止控制相應(yīng)的MCU100的具體處理順序的流程圖。這里，在步驟101判斷是否有運轉(zhuǎn)指令的輸入，在判斷有運轉(zhuǎn)指令輸入時，在步驟102根據(jù)霍爾IC的輸出信號電平變換次數(shù)，檢測風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，判斷這種轉(zhuǎn)速是否小于執(zhí)行制動處理的上限轉(zhuǎn)速N1。這里，如果小于轉(zhuǎn)速N1，則進(jìn)入到步驟103的處理，如果大于轉(zhuǎn)速N1，則停止制動、停止、定位的處理。在步驟103判斷檢測出的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速是否在0～N2(＜N1)的范圍內(nèi)，如果不在該范圍內(nèi)、即如果大于N2，則執(zhí)行步驟104以下的處理，如果在0～N2的范圍內(nèi)，則執(zhí)行步驟117以后的處理。
在步驟104以后的處理中，因風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)速度快，為了能降低消耗功率，在經(jīng)過一定的時間執(zhí)行根據(jù)零向量通電模式的制動處理后，執(zhí)行根據(jù)直流勵磁通電模式的停止、定位的控制。因此，在步驟104中，使設(shè)定零向量通電模式制動時間的定時器1開始計時，在步驟105執(zhí)行用零向量通電模式的制動處理，在步驟106判斷是否經(jīng)過了定時器1的設(shè)定時間，并等待時間直到經(jīng)過了設(shè)定時間為止。然后，在步驟107判斷霍爾IC的輸出是否為“H”電平。這時，如果經(jīng)過規(guī)定的時間成為“H”，則判斷風(fēng)扇停止。如果在步驟107判斷為“H”電平，則在步驟108使定時器2開始計時，在步驟109再次判斷霍爾IC的輸出是否為“H”電平，如果繼續(xù)為“H”電平，則判斷是否經(jīng)過了定時器2的設(shè)定時間，如果判斷經(jīng)過，則在步驟111切換成霍爾IC的輸出電平保持“H”的直流勵磁1的通電模式，在步驟116開始風(fēng)扇的起動控制。此外，在步驟109判斷霍爾IC的輸出不是“H”電平時，因風(fēng)扇未停止，所以在后述的步驟117用直流勵磁1的通電模式執(zhí)行制動處理。
另一方面，在僅用零向量通電模式進(jìn)行制動處理、風(fēng)扇停止時，霍爾IC的輸出電平有時也會是“L”。因此，在步驟107如果判斷不是“H”電平，則在步驟112使定時器3開始計時，在步驟113判斷霍爾IC的輸出是否為“L”電平，如果繼續(xù)為“L”電平，則在步驟116判斷是否經(jīng)過了定時器3的設(shè)定時間，如果判斷經(jīng)過，則在步驟111切換成霍爾IC的輸出電平保持“L”的直流勵磁2的通電模式，在步驟116開始風(fēng)扇的起動控制。此外，在步驟113判斷霍爾IC的輸出不是“L”電平時，因風(fēng)扇未停止，所以在后述的步驟117用直流勵磁1的通電模式執(zhí)行制動處理。
步驟117的處理是風(fēng)扇以轉(zhuǎn)速小于N2為前提，這里執(zhí)行將霍爾IC的輸出保持在“H”的直流勵磁1的通電模式的制動處理。這種情況下，在旋轉(zhuǎn)速度越大，電流IPWM的占空比增大。此外，在如圖4(b)所示U相繞組和V相繞組以及W相繞組和V相繞組中流過電流IPWM的場合，是對直流電源正電壓側(cè)的晶體管FU、FW和負(fù)電壓側(cè)的晶體管FY的任何一方進(jìn)行PWM控制，另一方成為導(dǎo)通狀態(tài)，但如果對晶體管FU進(jìn)行PWM控制，則有利于抑制作為驅(qū)動電路B1的驅(qū)動電源的電容器C02的電壓下降。然后，為了判斷霍爾IC的輸出是否為一定時間的“H”電平，在步驟118使定時器4開始計時，在步驟119判斷霍爾IC的輸出信號是否變化成“L”，如果沒有成為“L”、即如果是“H”狀態(tài)，則在步驟120判斷是否經(jīng)過了定時器4的設(shè)定時間。如果沒有經(jīng)過，則重復(fù)步驟119和步驟120的處理，如果經(jīng)過，則結(jié)束停止和定位控制，在步驟121開始風(fēng)扇的起動控制。
另一方面，在步驟119判斷霍爾IC的輸出電平為“L”的情況下，然后應(yīng)該再一次執(zhí)行零向量通電模式的制動、停止控制，在步驟122使定時器5開始計時，在步驟123執(zhí)行零向量通電模式的制動處理。接著，在步驟124判斷霍爾IC的輸出是否為“H”電平，如果是“H”電平，則再次返回到步驟117的處理，執(zhí)行步驟117～121的處理，開始風(fēng)扇的起動控制。
另外，在步驟124判斷不是“H”電平時，在步驟125判斷是否經(jīng)過了定時器5的設(shè)定時間，如果沒有經(jīng)過，則重復(fù)步驟124和步驟125的處理，如果經(jīng)過了設(shè)定時間，則作為風(fēng)扇停止，在步驟126用霍爾IC的輸出電平繼續(xù)為“L”狀態(tài)的直流勵磁2的通電模式執(zhí)行定位控制后，在步驟127開始風(fēng)扇的起動控制。
由前述的說明可見，在風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速大于N1時，停止起動控制，如果風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速小于N1大于N2，則僅僅在一定時間內(nèi)執(zhí)行零向量通電模式的制動處理。若僅在根據(jù)這種零向量通電模式的制動處理停止時、而霍爾IC的輸出電平為“H”，則用保持“H”電平的直流勵磁1的通電模式進(jìn)行定位，然后開始風(fēng)扇的起動控制，若僅在根據(jù)零向量通電模式的制動處理停止時、而霍爾IC的輸出電平為“L”，則用保持“L”電平的直流勵磁2的通電模式進(jìn)行定位，然后開始風(fēng)扇的起動控制。
另一方面，在風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速小于N1大于N2時，僅在根據(jù)零向量通電模式的制動處理不停止時，或者風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速小于N2時，用直流勵磁1的通電模式執(zhí)行制動處理，如果霍爾IC的輸出電平為一定時間的“H”，則開始風(fēng)扇的起動控制。另外，即使用直流勵磁1的通電模式執(zhí)行制動處理，而風(fēng)扇未達(dá)到停止時，再次執(zhí)行根據(jù)零向量通電模式的制動處理，如果在因此而停止時、霍爾IC的輸出電平為“L”，則用保持“L”電平的直流勵磁2的通電模式進(jìn)行定位，然后開始風(fēng)扇的起動控制。
圖8是表示在按照圖7所示的處理順序執(zhí)行制動、停止、定位、起動控制開始的控制情況下風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)速度大致變化的時序圖。
該圖與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速比N1小、比N2大的狀態(tài)下供給起動指令的情況相對應(yīng)。也就是說，圖中所示是在供給起動指令的時刻t0執(zhí)行零向量通電模式的制動處理后，如果沒達(dá)到停止，則交替重復(fù)進(jìn)行根據(jù)直流勵磁通電模式的制動處理和根據(jù)零向量通電模式的制動處理(期間a-1，…，a-n)，在停止的狀態(tài)經(jīng)過一定時間(停止期間b)后執(zhí)行定位處理(期間c)，然后進(jìn)行起動控制(期間d)。
圖9表示直流勵磁通電模式和零向量通電模式的不同種類，即以對構(gòu)成逆變器的直流電源正電壓側(cè)的3相部分(上3相)的晶體管FU、FV、FW中的1個進(jìn)行PWM控制、對負(fù)電壓側(cè)的3相部分(下3相)的晶體管FX、FY、FZ中的2個進(jìn)行PWM控制的模式作為(A)，以對正電壓側(cè)的3相部分的晶體管FU、FV、FW中的2個進(jìn)行PWM控制、對負(fù)電壓側(cè)的3相部分的晶體管FX、FY、FZ中的1個進(jìn)行PWM控制的模式作為(B)，以使直流電源正電壓側(cè)的3相部分的全部晶體管FU、FV、FW成為導(dǎo)通狀態(tài)、使負(fù)電壓側(cè)的3相部分的全部晶體管FX、FY、FZ成為斷開狀態(tài)的模式作為(C)，以使直流電源正電壓側(cè)的3相部分的全部晶體管FU、FV、FW成為斷開狀態(tài)、使負(fù)電壓側(cè)的3相部分的全部晶體管FX、FY、FZ成為導(dǎo)通狀態(tài)的模式作為(D)。
如果用圖9所示的通電模式(A)(B)(C)(D)表示用圖7的流程圖說明的制動、停止、定位、驅(qū)動控制，則能用圖10所示的實施例1、2、3、4、5、6的任何組合來執(zhí)行。
在前述的實施例中，如圖4所示，將定子的U相、V相、W相的各繞組的繞組始端連成一公共端，并將繞組末端引出到外部。此外，霍爾IC必須有供給電流的導(dǎo)線和輸出對應(yīng)于磁場的電壓信號導(dǎo)線。這種實施形態(tài)為了將定子繞組、霍爾IC2的電流供給導(dǎo)線和信號輸出導(dǎo)線連接到外部，共用1個連接器5。由此，具有能使結(jié)構(gòu)簡化的優(yōu)點。
此外，在前述的實施形態(tài)中，是以空調(diào)機(jī)的室外風(fēng)扇為對象進(jìn)行了說明，但本發(fā)明也能適用于由于外部的原因在起動時處于自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的幾乎所有的無刷電機(jī)。
此外，在前述的實施形態(tài)中，是用定子的U相繞組和V相繞組中流過電流的直流勵磁通電模式進(jìn)行了說明，但如果霍爾IC2每輸出規(guī)定的磁極位置檢測信號即切換通電相，則能預(yù)先防止對驅(qū)動電路和電機(jī)施加過度負(fù)載的情況。
如前述可見，若采用與本發(fā)明相關(guān)的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，則即使由于外部的原因在有風(fēng)時使風(fēng)扇等旋轉(zhuǎn)的情況下，也能很容易進(jìn)行制動、停止、的控制，此外，不給驅(qū)動電路和電機(jī)施加過度的負(fù)載，而且能得到起動時抑制永久磁鐵退磁的效果。
權(quán)利要求
1.一種空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，包括檢測無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置的單一的霍爾元件；多個開關(guān)元件形成3相橋式連接、對無刷電機(jī)定子繞組供給電流的逆變器電路；根據(jù)霍爾元件的輸出信號、控制逆變器電路開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開的控制手段，所述控制手段具有直流勵磁手段，所述直流勵磁手段在無刷電機(jī)起動前，與所述霍爾元件的輸出信號同步，對正電壓側(cè)和負(fù)電壓側(cè)的任何一方的開關(guān)元件中的1個進(jìn)行PWM通電，同時對另一方的開關(guān)元件中的2個進(jìn)行PWM通電，使轉(zhuǎn)子停止。
2.如權(quán)利要求1所述的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，當(dāng)所述霍爾元件每檢測到規(guī)定的磁極位置，所述直流勵磁手段即切換通電相。
3.如權(quán)利要求1或2所述的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，所述直流勵磁手段根據(jù)所述霍爾元件的磁極位置檢測信號，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大的情況下，加大PWM電流波形的占空比。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，所述逆變器電路包括分別驅(qū)動所述開關(guān)元件的驅(qū)動電路；分別與直流電源正電壓側(cè)的驅(qū)動電路并聯(lián)連接、并相應(yīng)于直流電源負(fù)電壓側(cè)的所述開關(guān)元件導(dǎo)通驅(qū)動、由直流電源負(fù)電壓側(cè)的驅(qū)動電路的電源充電的電容器，所述直流勵磁手段必定對直流電源正電壓側(cè)的所述開關(guān)元件進(jìn)行PWM通電。
5.一種空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，包括檢測無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置的單一的霍爾元件；多個開關(guān)元件形成橋式連接、對所述無刷電機(jī)定子繞組供給電流的逆變器電路；根據(jù)所述霍爾元件的輸出信號、控制所述開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開的控制手段，所述控制手段具有零向量通電手段，所述零向量通電手段在無刷電機(jī)起動前，將逆變器電路正電壓側(cè)的全部開關(guān)元件和負(fù)電壓側(cè)的全部開關(guān)元件的任何一方控制成導(dǎo)通狀態(tài)，將另一方控制成斷開狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子制動、停止。
6.一種空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，包括檢測無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置的單一的霍爾元件；多個開關(guān)元件形成橋式連接、對所述無刷電機(jī)定子繞組供給電流的逆變器電路；根據(jù)所述霍爾元件的輸出信號、控制開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開的控制手段，控制手段具有直流勵磁手段，所述直流勵磁手段具有兩種控制，即在所述無刷電機(jī)起動前，將逆變器電路正電壓側(cè)的全部開關(guān)元件和負(fù)電壓側(cè)的全部開關(guān)元件的任何一方控制成導(dǎo)通狀態(tài)，將另一方控制成斷開狀態(tài)，該控制稱為第1控制，另外與霍爾元件的輸出信號同步，對正電壓側(cè)和負(fù)電壓側(cè)的任何一方的開關(guān)元件中的1個進(jìn)行PWM通電，同時對另一方的開關(guān)元件中的2個進(jìn)行PWM通電，該控制稱為第2控制，所述直流勵磁手段將兩種控制進(jìn)行組合，使轉(zhuǎn)子制動、停止。
7.如權(quán)利要求6所述的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，所述控制手段根據(jù)所述霍爾元件的磁極位置檢測信號，檢測轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速比規(guī)定值大時用所述第1控制開始制動，當(dāng)轉(zhuǎn)速比規(guī)定值小時用所述第2控制開始制動。
8.如權(quán)利要求1至7任一項所述的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，將霍爾元件設(shè)置在從任何1相定子繞組中心向與通常的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向偏心的位置上，相對于所述霍爾元件的磁極位置檢測時間要延遲一定時間所述直流勵磁手段才通電。
9.如權(quán)利要求1至9任一項所述的空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，為了供給所述霍爾元件電流、輸出檢測信號和從所述逆變器電路向所述定子繞組供給電流，采用公用的單一連接器。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種空調(diào)機(jī)室外風(fēng)扇用無刷電機(jī)驅(qū)動裝置,包括檢測無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置的單一的霍爾元件(2);多個開關(guān)元件形成3相橋式連接、對無刷電機(jī)定子繞組供給或切斷電流的逆變器電路(3);根據(jù)霍爾元件的輸出信號,控制逆變器電路開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開的控制手段(100),控制手段在無刷電機(jī)起動前,與霍爾元件的輸出信號同步,控制開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開,使PWM電流流過定子繞組進(jìn)行制動、停止和定位。
文檔編號H02P6/24GK1253411SQ9912154
公開日2000年5月17日 申請日期1999年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月14日
發(fā)明者神戶崇幸, 田熊順一, 利年百明, 宮崎浩 申請人:東芝開利株式會社