CN101517884A - 电动机驱动控制装置以及电动机驱动控制系统 - Google Patents

电动机驱动控制装置以及电动机驱动控制系统 Download PDF

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CN101517884A CNA2007800357271A CN200780035727A CN101517884A CN 101517884 A CN101517884 A CN 101517884A CN A2007800357271 A CNA2007800357271 A CN A2007800357271A CN 200780035727 A CN200780035727 A CN 200780035727A CN 101517884 A CN101517884 A CN 101517884A
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Abstract

本发明提供如下的电动机驱动控制装置以及电动机驱动控制系统：即使使用两个霍尔元件，也不另外需要具有复杂算法的控制部，能够简单地控制三相无刷电动机的驱动。电动机驱动控制装置(1)用于对包含具有三相驱动线圈的定子(52)和具有多个磁极的转子(53)在内的无刷电动机(51)的驱动进行控制，电动机驱动控制装置(1)具有：霍尔元件(2u、2v)、驱动信号决定部(7)和输出电路(8)。霍尔元件(2u、2v)设置在电角相差120度的位置，输出表示转子(53)相对于定子(52)的位置的位置检测信号(Hu、Hv)。驱动信号决定部(7)根据位置检测信号(Hu、Hv)来决定用于驱动三相驱动线圈的驱动信号(SU、SV、SW)。输出电路(8)生成由驱动信号决定部(7)决定的驱动信号(SU、SV、SW)，并将其输出到三相驱动线圈。

Description

电动机驱动控制装置以及电动机驱动控制系统
技术领域
本发明涉及电动机驱动控制装置、特别是对无刷电动机的驱动进行控制的电动机驱动控制装置、以及使用该电动机驱动控制装置的电动机驱动控制系统，所述无刷电动机包含具有三相驱动线圈的定子和具有多个磁极的转子。
背景技术
近年来，在具有压缩机和送风风扇等设备的空调机中，作为这些设备的动力源，例如使用三相无刷DC(直流)电动机。
一般地，三相无刷DC电动机具有：由具有多个磁极的永久磁铁构成的转子和具有三相驱动线圈的定子。通过用于对该电动机进行驱动控制的电动机驱动控制装置，在这种无刷DC电动机的驱动线圈中流过与转子相对于定子的位置对应的电流。由此，在驱动线圈中产生与该电流相应的磁场，从而转子旋转。
这里，在检测转子相对于定子的位置的方法中，使用分别与三相驱动线圈对应配置的三个位置检测传感器的方法被广泛使用。作为位置检测传感器，例如可以列举霍尔元件和霍尔IC。但是，当这种位置检测传感器很多时，成本变高，而且配置位置检测传感器的基板的尺寸变大。
因此，在专利文献1中公开了如下的装置：使通常使用三个的霍尔IC的数量变为两个，以这两个霍尔IC检测的位置检测信号的相位相互偏移π/2的方式配置两个霍尔IC，由此，稳定地驱动电动机。
专利文献1：日本专利第3483740号公报
但是，在专利文献1中存在以下问题。
在作为通用部件的三相无刷DC电动机中，三个霍尔IC以等间隔、即各霍尔IC检测的位置检测信号的相位相互偏移2/3π的方式配置。但是，专利文献1的霍尔IC的配置与通用部件的三相无刷DC电动机中的霍尔IC的配置不同。因此，在专利文献1中，无法使用通用部件的三相无刷DC电动机。
进而，在专利文献1中，需要另外制作用于使用由各霍尔IC检测的位置检测信号来控制转子旋转的控制部，而且，该控制部的算法复杂。因此，从通用性的观点出发，很难说是最佳方法。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供如下的电动机驱动控制装置以及电动机驱动控制系统：即使使用两个霍尔IC，也不另外需要具有复杂算法的控制部，能够简单地控制三相无刷电动机的驱动。
发明第1方面的电动机驱动控制装置对无刷电动机的驱动进行控制，所述无刷电动机包含具有三相驱动线圈的定子和具有多个磁极的转子。该电动机驱动控制装置具有：驱动信号决定部、驱动信号输出部、以及两个位置检测部。两个位置检测部设置在电角相差大致120度的位置，输出表示转子相对于定子的位置的位置检测信号。驱动信号决定部根据两个位置检测部分别输出的位置检测信号，决定用于驱动三相驱动线圈的驱动信号。驱动信号输出部生成由驱动信号决定部决定的驱动信号，并将其输出到三相驱动线圈。
根据该电动机驱动控制装置，根据两个位置检测部的检测信号来决定驱动信号，并将其输出到各驱动线圈。于是，通过对各驱动线圈施加该每一时刻的驱动电压，从而在各驱动线圈中流过电流，无刷电动机驱动。这样，虽然该电动机驱动控制装置通过具有两个位置检测部的结构，来进行无刷电动机的驱动控制，但是，不需要特有的驱动控制用电路等，能够使用具有三个位置检测部时的驱动控制用电路等对无刷电动机进行驱动控制。因此，能够实现成本的低廉化。
发明第2方面的电动机驱动控制装置在发明第1方面的电动机驱动控制装置中，驱动信号决定部按照如下所述决定驱动信号。该驱动信号决定部决定驱动信号，以使三相驱动线圈各自的通电幅度的电角为大致120度、大致180度和大致60度。
发明第3方面的电动机驱动控制装置在发明第2方面的电动机驱动控制装置中，通电幅度的电角为大致120度的驱动信号的相位与在被输入该驱动信号的驱动线圈中产生的感应电压的相位大致相同。
发明第4方面的电动机驱动控制装置在发明第3方面的电动机驱动控制装置中，位置检测信号相对于在与输出该位置检测信号的位置检测部对应的驱动线圈中产生的感应电压，相位偏移规定的第1角度。
发明第5方面的电动机驱动控制装置在发明第4方面的电动机驱动控制装置中，规定的第1角度为大致30度。
发明第6方面的电动机驱动控制装置在发明第2方面的电动机驱动控制装置中，通电幅度的电角为大致180度的驱动信号和电角为大致60度的驱动信号的相位，与在分别被输入这些驱动信号的驱动线圈中产生的各感应电压的相位大致相同。
一般地，在对各驱动线圈通电的电流的相位、电流量和电动机的转矩输出中，图9所示的关系成立。特别地，通电的电流量越大，电动机的转矩输出越大。并且，在电动机驱动控制装置对电动机进行例如输出占空比恒定的输出电压这种PWM控制的情况下，对应于通电幅度，同样的关系成立。因此，该电动机驱动控制装置例如调节位置检测部的配置等，使60度通电和180度通电的各驱动信号的相位与在对应的驱动线圈中产生的感应电压的相位相同。由此，在三相中最无法输出转矩的60度通电中，所输出的电流的相位与在该驱动线圈中产生的感应电压的相位相同，所以，与发明第3方面的情况相比，转矩输出的最小值变高。因此，转矩的变动幅度、即转矩脉动减小。
发明第7方面的电动机驱动控制装置在发明第6方面的电动机驱动控制装置中，位置检测信号的相位与在与输出该位置检测信号的位置检测部对应的驱动线圈中产生的感应电压的相位大致相同。
发明第8方面的电动机驱动控制装置在发明第1～7方面中的任一方面的电动机驱动控制装置中，两个位置检测部分别具有用于检测转子的位置的阈值由于转子的旋转方向而不同的磁滞特性。而且，两个位置检测部根据该磁滞特性来调整设置两个位置检测部的位置。
位置检测部具有检测位置的阈值由于转子的旋转方向而不同的所谓的磁滞特性。例如，即使将位置检测部配置成，转子正向旋转时的位置检测信号的相位相对于在与该位置检测元件对应的驱动线圈中产生的感应电压为“0”，转子反向旋转时的位置检测信号也相对于此时在驱动线圈中产生的感应电压偏移规定相位。因此，在该电动机驱动控制装置中，考虑位置检测部的磁滞，例如以如下方式配置位置检测部：在转子向正或反的任一方向旋转时，相对于感应电压的相位都相同。由此，与无刷电动机的旋转方向无关，能够获得相同的转矩。
发明第9方面的电动机驱动控制装置在发明第8方面的电动机驱动控制装置中，两个位置检测部分别配置成，即使转子的旋转方向变化，位置检测信号相对于在与各位置检测部对应的驱动线圈中产生的各感应电压的相位偏移也大致相同。
由此，与转子的旋转方向无关，能够进一步获得大致相同的转矩。
发明第10方面的电动机驱动控制装置在发明第1～9方面中的任一方面的电动机驱动控制装置中，位置检测信号具有矩形波的形状，电动机驱动控制装置还具有时间计测部。在两个位置检测部分别检测的两个位置检测信号中的任一个信号变化的定时，时间计测部开始计测第1时间。而且，在第1时间达到第1规定时间以上的情况下，驱动信号决定部变更当前输出的驱动信号。
一般地，在如从反向旋转变化为正向旋转的瞬间那样、转速接近“0”rpm的情况下，难以准确地掌握转子的位置。因此，该电动机驱动控制装置从两个位置检测信号中的任一个信号变化时起开始计测时间，在经过规定时间后，变更当前输出的驱动信号。由此，流过三相的各驱动线圈的电流路径变化，在驱动线圈中产生的电磁力变化。因此，转子旋转，其转速不再是“0”rpm。因此，电动机驱动控制装置能够掌握转子的准确位置。
发明第11方面的电动机驱动控制装置在发明第10方面的电动机驱动控制装置中，在驱动信号决定部变更了驱动信号的定时，时间计测部开始计测第2时间。而且，在第2时间达到第2规定时间以上的情况下，驱动信号决定部进一步变更驱动信号。
由此，即使位置检测信号不变化，也能够变更驱动信号。
发明第12方面的电动机驱动控制装置在发明第1～11方面中的任一方面的电动机驱动控制装置中，电动机驱动控制装置还具有转速计测部和位置估计部。转速计测部计测转子的转速。位置估计部根据由两个位置检测部分别检测的位置检测信号中的至少一个信号，来估计转子的位置。而且，在转子正向旋转、且转速大于等于规定转速的情况下，驱动信号决定部根据由位置估计部估计出的转子的位置，将驱动信号的通电幅度的电角变更为规定的第2角度。
在本发明中，位置检测部为两个，所以，例如如发明第2方面那样，有时两个相的驱动信号分别为180度通电和60度通电。于是，与三相全部进行120度通电的情况相比，无刷电动机的输出转矩的转矩脉动变大，噪音和振动变大。因此，在无刷电动机正向旋转、且无刷电动机的转速达到规定转速以上的情况下，该电动机驱动控制装置将三个驱动信号全部切换为大致120度通电。由此，能够抑制转矩脉动，抑制噪音和振动。
发明第13方面的电动机驱动控制装置在发明第12方面的电动机驱动控制装置中，规定的第2角度为大致120度。
发明第14方面的电动机驱动控制装置在发明第12方面或发明第13方面的电动机驱动控制装置中，电动机驱动控制装置还具有旋转方向检测部。旋转方向检测部检测转子的旋转方向。
这样，电动机驱动控制装置还具有旋转方向检测部，由此，在转子由于来自外部的风等的影响而反向旋转的电动机中，也能够应用本发明。
发明第15方面的电动机驱动控制装置在发明第1～14方面中的任一方面的电动机驱动控制装置中，无刷电动机是换气扇用电动机。
这样，本发明在处于从反向旋转状态驱动的情况下的换气扇用电动机中，也能够发挥其效果。
发明第16方面的电动机驱动控制装置在发明第1～14方面中的任一方面的电动机驱动控制装置中，无刷电动机是空调机的室外机风扇电动机。
这样，本发明在处于从反向旋转状态驱动的情况下的空调机的室外机风扇电动机中，也能够发挥其效果。
并且，发明第17方面的电动机驱动控制系统具有无刷电动机和电动机驱动控制装置。无刷电动机包含具有三相驱动线圈的定子和具有多个磁极的转子。电动机驱动控制装置是用于驱动无刷电动机的、发明第1～16方面中的任一方面所述的电动机驱动控制装置。
由此，能够发挥与发明第1～16方面相同的效果。
在发明第1～5方面的电动机驱动控制装置中，虽然通过具有两个位置检测部的结构，来进行无刷电动机的驱动控制，但是，不需要具有复杂算法的特有的驱动控制用电路等，能够使用具有三个位置检测部时的驱动控制用电路等对无刷电动机进行驱动控制。因此，能够实现成本的低廉化。
根据发明第6和7方面的电动机驱动控制装置，在三相中最无法输出转矩的60度通电中，所输出的电流的相位与在该驱动线圈中产生的感应电压的相位相同，所以，与发明第3方面的情况相比，转矩输出的最小值变高。能够减小转矩的变动幅度、即转矩脉动。
根据发明第8和9方面的电动机驱动控制装置，与无刷电动机的旋转方向无关，能够获得相同的转矩。
根据发明第10方面的电动机驱动控制装置，能够掌握转子的准确位置。
根据发明第11方面的电动机驱动控制装置，即使位置检测信号不变化，也能够变更驱动信号。
根据发明第12和13方面的电动机驱动控制装置，能够抑制转矩脉动，抑制噪音和振动。
根据发明第14方面的电动机驱动控制装置，在转子由于来自外部的风等的影响而反向旋转的电动机中，也能够应用本发明。
根据发明第15和16方面的电动机驱动控制装置，在处于从反向旋转状态驱动的情况下的换气扇电动机和空调机的室外机风扇电动机中，也能够发挥其效果。
根据发明第17方面的电动机驱动控制系统，能够发挥与发明第1～16方面相同的效果。
附图说明
图1是示出本实施方式的电动机驱动控制系统的整体结构和电动机驱动控制装置的内部结构的框图。
图2是在转子的转速为“0”rpm附近时驱动信号决定部所使用的信号决定表1的概念图。
图3是在位置估计部估计出转子的位置时驱动信号决定部所使用的信号决定表2的概念图。
图4是在转子的转速大于等于“0”rpm且小于规定转速时驱动信号决定部所使用的信号决定表3的概念图。
图5是在本实施方式的电动机驱动控制系统中无刷DC电动机正向旋转时的各信号的时序图。
图6是示出本实施方式的电动机驱动控制装置进行的控制动作的整体流程的流程图。
图7是示出本实施方式的电动机驱动控制装置的0附近控制动作的流程的流程图。
图8是示出本实施方式的电动机驱动控制装置的位置估计控制动作的流程的流程图。
图9是示出电流的相位和无刷DC电动机的转矩输出之间的关系的图。
图10是用于说明霍尔IC的磁滞特性的图。
图11是示出在其他实施方式(a)中根据磁滞特性来调整霍尔IC的配置时的感应电压和位置检测信号的图。
图12是在其他实施方式(b)的电动机驱动控制系统中无刷DC电动机正向旋转时的各信号的时序图。
标号说明
1：电动机驱动控制装置；2：霍尔IC；3：转速计测部；4：旋转方向检测部；5：定时器；6：位置估计部；7：驱动信号决定部；8：输出电路；9：电源部；51：无刷DC电动机；52：定子；53：转子；61：风扇；LU、LV、LW：驱动线圈；SU、SV、SW：驱动信号；Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz：门信号；Hu、Hv：位置检测信号；Hw’：位置估计信号。
具体实施方式
<实施方式>
(1)整体和电动机的结构
图1是包含电动机51和用于对该电动机的驱动进行控制的电动机驱动控制装置1在内的电动机驱动控制系统100的整体结构图。这里，作为电动机的种类，一般可以列举直流电动机或交流电动机、步进电动机、无刷DC电动机等，在本实施方式中，使用无刷DC电动机。
无刷DC电动机51例如是在空调机的室外机的风扇61中使用的风扇电动机，具有定子52和转子53。
定子52包含星型连接的U相、V相和W相的驱动线圈Lu、Lv、Lw。U相、V相和W相的驱动线圈Lu、Lv、Lw的一端分别与U相、V相和W相的驱动线圈端子TU、TV、TW连接，它们的另一端全部与端子TN连接。这些三相驱动线圈Lu、Lv、Lw通过转子53的旋转，产生与其旋转速度和转子53的位置对应的感应电压Vun、Vvn、Vwn。
转子53包含由N极和S极构成的两极的永久磁铁，相对于定子52以旋转轴为中心旋转。转子53的旋转经由与该旋转轴位于同一轴心上的输出轴(未图示)，输出到风扇61。
(2)电动机驱动控制装置的结构
接着，说明本实施方式的电动机驱动控制装置1的结构。本实施方式的电动机驱动控制装置1进行与转子53的转速对应的控制，其具有两个霍尔IC 2u、2v、转速计测部3、旋转方向检测部4、定时器5、位置估计部6、驱动信号决定部7、以及输出电路8(相当于驱动信号输出部)。
两个霍尔IC 2u、2v设置在电角相差120度的位置。具体而言，霍尔IC 2u与驱动线圈Lu对应地设置，霍尔IC 2v与驱动线圈Lv对应地设置。一般地，在作为通用部件的三相无刷DC电动机中，霍尔IC与各驱动线圈Lu、Lv、Lw对应地设置三个，但是，与此相对，在本实施方式中，可以说是构成为，从该通用部件的三相无刷DC电动机的三个霍尔IC中，去除与驱动线圈Lw对应设置的霍尔IC。各霍尔IC 2u、2v根据在对应的各驱动线圈Lu、Lv中产生的感应电压Vun、Vvn，来检测转子53相对于定子52的位置。以下，将表示各霍尔IC 2u、2v检测出的转子53的位置的信号称为位置检测信号Hu、Hv。将该位置检测信号Hu、Hv输出到转速计测部3、旋转方向检测部4、定时器5、位置估计部6、以及驱动信号决定部7。另外，本实施方式的位置检测信号Hu、Hv是示出“0”或“1”的矩形波。另外，在本实施方式中，作为检测转子53相对于定子52的位置的部件，采用霍尔IC，但是，代替霍尔IC，也可以使用霍尔元件。
转速计测部3计测转子53的转速。另外，将所计测的转子53的转速取入到位置估计部6和驱动信号决定部7。
旋转方向检测部4检测转子53的旋转方向。另外，将检测到的转子53的旋转方向取入到位置估计部6和驱动信号决定部7。
例如在转子53刚刚开始旋转之后或风等外力施加在在风扇61的反向旋转方向而使得反向旋转的状态下的无刷DC电动机51内的转子53正向起动的情况那样、转子53的转速为“0”rpm附近的情况下，在各霍尔IC 2u、2v检测出的位置检测信号Hu、Hv中的任一个信号变化的定时，定时器5开始计测第1时间。并且，在转子53的转速为“0”rpm附近且驱动信号决定部7变更了驱动信号SU、SV、SW(后述)的通电模式的情况下，定时器5在该定时开始计测第2时间。这样计测出的第1和第2时间被取入到驱动信号决定部7。
位置估计部6根据各位置检测信号Hu、Hv中的至少一个信号，来估计转子53的位置。例如，位置估计部6根据两个位置检测信号Hu、Hv分别变化的时间来计算转子53的旋转速度，根据该转子53的旋转速度来估计与驱动线圈Lw对应部位的转子53的位置。以下，将表示这样估计出的转子53的位置的信号称为位置估计信号Hw’。将位置估计信号Hw’输出到驱动信号决定部7。这里，位置估计信号Hw’与位置检测信号Hu、Hv同样，是示出“0”或“1”的信号。另外，本实施方式的位置估计部6这样输出由“0”或“1”的信号构成的位置估计信号Hw’，但是，也可以估计转子53的位置(即电角)本身。
驱动信号决定部7例如由包含CPU和存储器的微型计算机构成，根据转子53的转速来决定用于驱动三相驱动线圈Lu、Lv、Lw的驱动信号SU、SV、SW。更具体而言，驱动信号决定部7使用图2～4的信号决定表(后述)，来决定用于使输出电路8中的绝缘栅型双极晶体管Q1～Q6(后述)导通和截止的门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz，并将其输出到输出电路8。这里，各绝缘栅型双极晶体管Q1～Q6根据门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz而导通和截止，由此生成驱动信号SU、SV、SW。因此，决定门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz即相当于决定驱动信号SU、SV、SW。因此，以下，为了简化说明，记载为驱动信号决定部7决定门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz。另外，本实施方式的驱动信号SU、SV、SW是电压。
在存储器中存储有用于供CPU决定门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz的控制程序、和图2～4的信号决定表1～3。图2的信号决定表1存储驱动信号SU、SV、SW的通电模式和门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz作为1个记录。图3的信号决定表2存储位置检测信号Hu、Hv、位置估计信号Hw’和门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz作为1个记录。图4的信号决定表3存储位置检测信号Hu、Hv、门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz和驱动信号SU、SV、SW的通电模式作为1个记录。
这里，根据转子53的转速分为三种情况，来简单说明驱动信号决定部7决定门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz的方法。
在转子53的转速为“0”rpm附近的情况下，驱动信号决定部7监视定时器5计测的第1时间或第2时间。然后，当该第1时间经过第1规定时间或第2时间经过第2规定时间时，驱动信号决定部7将当前输出的驱动信号SU、SV、SW的通电模式切换为另一通电模式。例如，在当前输出的驱动信号SU、SV、SW的通电模式为“0”的情况下，驱动信号决定部7选择另一通电模式“1”，从图2的信号决定表1中提取该模式“1”的门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz。
在转子53的旋转方向为正向、且由于通常的运转动作或风的影响等在风扇61的旋转方向上施力而使转子53的转速大于等于规定转速的情况下，驱动信号决定部7根据该位置估计信号Hw’和位置检测信号Hu、Hv，将当前输出的各驱动信号SU、SV、SW的通电幅度的电角变更为120度。更具体而言，驱动信号决定部7反复进行如下动作：将位置估计信号Hw’和位置检测信号Hu、Hv代入图3的信号决定表2，来决定门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz。通过该动作，从输出电路8输出的驱动信号SU、SV、SW成为用于对驱动线圈Lu、Lv、Lw进行120度通电的信号。
并且，在转子53的转速大于等于“0”rpm附近且小于规定转速的情况下，驱动信号决定部7将位置检测信号Hu、Hv代入图4的信号决定表3，来决定门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz。另外，对于该动作，在“(3)转子的转速大于等于“0”rpm附近且小于规定转速时的控制动作”中进行详细叙述。
输出电路8包含绝缘栅双极晶体管(以下简称为晶体管)Q1～Q6和二极管D1～D6。晶体管Q1和Q2、Q3和Q4、以及Q5和Q6分别在供给来自电源部9的电源电压的电源布线和GND线之间串联连接。晶体管Q1和Q2、Q3和Q4、以及Q5和Q6之间的各连接点NU、NV、NW分别与三相无刷DC电动机51的U相、V相和W相的驱动线圈端子TU、TV、TW连接。二极管D1、D3、D5连接成使晶体管Q1、Q3、Q5短路，二极管D2、D4、D6连接成使晶体管Q2、Q4、Q6短路。在具有这种结构的输出电路8中，对各晶体管Q1～Q6的栅极端子施加从驱动信号决定部7输出的门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz，由此，晶体管Q1～Q6导通和截止，将驱动信号SU、SV、SW输出到各驱动线圈Lu、Lv、Lw。
(3)转子的转速大于等于“0”rpm附近且小于规定转速时的控制动作
接着，说明作为本实施方式的特征之一的如下动作：在转子53的转速大于等于“0”rpm附近且小于规定转速的情况下，电动机驱动控制装置1对无刷DC电动机51的驱动进行控制。另外，本实施方式的位置检测信号Hu、Hv以比在各驱动线圈Lu、Lv中产生的各感应电压Vun、Vvn的零交叉点滞后30度的方式变化。
图5是无刷DC电动机51的转子53正向(CCW：Counter ClockWise(逆时针方向))旋转时在各驱动线圈Lu、Lv、Lw中产生的感应电压Vun、Vvn、Vwn及其他各信号的时序图。图5中的区间A～H是通过如下方式得到的：设1个周期为360度，例如像“330度～30度”、“30度～90度”那样按照60度划分转子53的旋转角度。并且，在图5中，将各门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz为“ON”的情况表示为“H”，将各门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz为“OFF”的情况表示为“L”。
首先，在转子53的旋转角度为区间A的情况下，霍尔IC 2u、2v分别根据感应电压Vun、Vvn，输出值都为“1”的位置检测信号Hu、Hv。驱动信号决定部7将该位置检测信号Hu、Hv代入图4的信号决定表3，将门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz依次决定为“OFF”、“OFF”、“OFF”、“ON”、“ON”、“OFF”，并输出到输出电路8的各晶体管Q1～Q6的栅极端子。由此，晶体管Q4和Q5导通，其余的晶体管Q1～Q3、Q6截止，所以，各驱动信号SU、SV、SW如图5的区间A所示，电流从驱动线圈Lw流向驱动线圈Lv。由此，在各驱动线圈Lu、Lv、Lw中产生与通电电流对应的电磁力，转子53正向旋转。
接着，当转子53的旋转角度为区间B时，霍尔IC 2u、2v输出值分别为“0”、“1”的位置检测信号Hu、Hv。驱动信号决定部7将该位置检测信号Hu、Hv代入图4的信号决定表3，将门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz依次决定为“ON”、“OFF”、“OFF”、“ON”、“OFF”、“OFF”，输出到输出电路8的各晶体管Q1～Q6的栅极端子。由此，晶体管Q1和Q4导通，其余的晶体管Q2～Q3、Q5～Q6截止，所以，各驱动信号SU、SV、SW如图5的区间B所示，电源从驱动线圈Lu流向驱动线圈Lv。这样，当对应于转子的旋转角度从区间A到区间B的情况而使流过三相的各驱动线圈Lu、Lv、Lw的电流路径变化时，在各驱动线圈Lu、Lv、Lw中产生的电磁力变化，转子53进一步正向旋转。
关于其他区间C～H，电动机驱动控制装置1也同样对无刷DC电动机51的驱动进行控制。
如上所述，在电动机驱动控制装置1对无刷DC电动机51的驱动进行控制的情况下，如图5所示，输出到各驱动线圈Lu、Lv、Lw的驱动信号SU、SV、SW各自的通电幅度依次为120度、180度和60度。并且，驱动信号SU的相位与在被输入该驱动信号SU的驱动线圈Lu中产生的感应电压Vun的相位相同。另一方面，驱动信号SV、SW相对于在分别被输入这些驱动信号SV、SW的驱动线圈Lv、Lw中产生的感应电压Vvn、Vwm，相位滞后30度。
另外，关于各驱动信号SU、SV、SW的通电幅度和位置检测信号Hu、Hv的相位等，简单地记载为“120度”等，但是，由于安装霍尔IC2u、2v的位置的偏差等，这些数值有时稍微有些偏差。
(4)电动机驱动控制装置的整体控制动作
图6是示出电动机驱动控制装置1进行的控制动作的整体流程的流程图。另外，以下，设用于判断转速是否为“0”rpm附近的规定转速为“第1规定转速”，设充分高于第1规定转速的规定转速为“第2规定转速”(第1规定转速＜第2规定转速)。例如，第1规定转速为几十rpm程度，第2规定转速为一百几十rpm程度。
步骤S1：当无刷DC电动机51起动后，转速计测部3开始计测无刷DC电动机51中的转子53的转速。并且，位置估计部6根据两个位置检测信号Hu、Hv分别变化的时间来计算转子53的旋转速度，根据该转子53的旋转速度，开始估计转子53的位置。
步骤S2～3：在转子53的转速低于第1规定转速的情况下(S2)，电动机驱动控制装置1判断为转子53的转速为“0”rpm附近，在无刷DC电动机51中进行0附近控制(S3)。关于该控制动作，在“(4-1)0附近控制动作”中详细叙述。
步骤S4～6：在转子53的旋转方向为正向(S4)、且转速高于第2规定转速的情况下(S5)，电动机驱动控制装置1对无刷DC电动机51中位置估计控制(S6)。关于该控制动作，在“(4-2)位置估计控制动作”中详细叙述。
步骤S7：在转子53的转速高于第1规定转速且低于第2规定转速、或转子53的转速高于第1规定转速且转子53的旋转方向为反向的情况下，电动机驱动控制装置1进行在“(3)转子的转速大于等于“0”rpm附近且小于规定转速时的控制动作”中所记载的动作。即，驱动信号决定部7根据霍尔IC 2u、2v检测的位置检测信号Hu、Hv，来决定门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz。输出电路9的各晶体管Q1～Q6根据这样决定的门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz而导通和截止，驱动信号SU、SV、SW输出到无刷DC电动机51内的各驱动线圈Lu、Lv、Lw。
步骤S8：电动机驱动控制装置1反复进行步骤S2～S7的动作，直到无刷DC电动机51停止旋转为止。
(4-1)0附近控制动作
图7是示出0附近控制动作的流程的流程图。
步骤S21～23：切换驱动信号SU、SV、SW的通电模式时(S21)，旋转方向检测部4检测转子53的旋转方向。此时，如果转子53的旋转方向为正向、且驱动信号SU、SV、SW的通电模式从“5”切换为“0”或从“2”切换为“3”(S22)，则定时器5开始计测第1时间(S23)。
步骤S24～25：在第1时间经过了第1规定时间的情况下(S24)，驱动信号决定部7根据当前输出的驱动信号SU、SV、SW的通电模式，决定下一驱动信号SU、SV、SW的通电模式。具体而言，驱动信号决定部7在当前的驱动信号SU、SV、SW的通电模式为“0”的情况下，将其切换为通电模式“1”，在通电模式为“3”的情况下，将其切换为通电模式“4”(S25)。
步骤S26～29：在步骤S21中，如果转子53的旋转方向为反向、且驱动信号SU、SV、SW的通电模式从“5”切换为“3”或从“2”切换为“0”(S26)，则驱动信号决定部7在当前输出的驱动信号SU、SV、SW的通电模式为“3”的情况下，将其切换为通电模式“4”，在当前的驱动信号SU、SV、SW的通电模式为“0”的情况下，将其切换为通电模式“1”(S27)。接着，驱动信号决定部7将新的通电模式代入图2的信号决定表1，来决定门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz，将其输出到输出电路8。输出电路8将驱动信号SU、SV、SW输出到各驱动线圈Lu、Lv、Lw(S28)。然后，定时器5开始计测第2时间(S29)。
步骤S30～31：在第2时间经过了第2规定时间的情况下(S30)，驱动信号决定部7在当前输出的驱动信号SU、SV、SW的通电模式为“4”的情况下，将其切换为通电模式“3”，在当前的驱动信号SU、SV、SW的通电模式为“1”的情况下，将其切换为通电模式“0”(S31)。
步骤S32：在步骤S21中，在将驱动信号SU、SV、SW的通电模式切换为步骤S22和S26以外的通电模式的情况下，驱动信号决定部7将霍尔IC 2u、2v的位置检测信号Hu、Hv代入图4的信号决定表3，来决定门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz，将其输出到输出电路8。另外，此时的驱动信号决定部7的具体动作与“(3)转子的转速大于等于“0”rpm附近且小于规定转速时的控制动作”相同。
步骤S33：输出电路8将基于在步骤S25和S31中决定的驱动信号SU、SV、SW的通电模式的驱动信号SU、SV、SW、以及与在步骤S32中输出的门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz对应的驱动信号SU、SV、SW，输出到无刷DC电动机51内的各驱动线圈Lu、Lv、Lw。
(4-2)位置估计控制动作
图8是示出位置估计控制动作的流程的流程图。
步骤S41～42：驱动信号决定部7将由位置估计部6输出的位置估计信号Hw’(S41)和由霍尔IC 2u、2v检测出的位置检测信号Hu、Hv代入图3的信号决定表2，来决定门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz，并将其输出到输出电路8(S42)。
步骤S43：输出电路8将与在步骤S42中输出的门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz对应的驱动信号SU、SV、SW输出到无刷DC电动机51的各驱动线圈Lu、Lv、Lw。电动机驱动控制装置1反复进行步骤S41～S43的动作，由此，各驱动信号SU、SV、SW的通电幅度为大致120度，转子53以120度通电的方式旋转。
(5)效果
该电动机驱动控制装置1仅根据两个霍尔IC 2u、2v的位置检测信号Hu、Hv来决定门信号Gu、Gx、Gv、Gy、Gw、Gz，从而决定驱动信号SU、SV、SW，并输出给各驱动线圈Lu、Lv、Lw。于是，在各驱动线圈Lu、Lv、Lw中，在与每一时刻的驱动信号SU、SV、SW对应的方向通电电流，无刷DC电动机51驱动。这样，虽然电动机驱动控制装置1通过具有两个霍尔IC 2u、2v的结构，来进行无刷DC电动机51的驱动控制，但是，不需要特有的驱动控制用电路等，就能够使用具有三个霍尔IC时的驱动控制用电路等对无刷DC电动机51进行驱动控制。因此，能够实现成本的低廉化。
并且，例如使在风等外力施加于风扇61的反向旋转方向而反向旋转的状态下的无刷DC电动机51正向起动的情况那样、转子53的转速为“0”rpm附近时，电动机驱动控制装置1从两个位置检测信号Hu、Hv中的任一个信号变化时起开始计测时间，在经过规定时间后，变更当前输出的驱动信号SU、SV、SW。由此，流过三相的各驱动线圈Lu、Lv、Lw的电流路径变化，在驱动线圈Lu、Lv、Lw中产生的电磁力变化，所以，转子53旋转，其转速不是“0”rpm。因此，电动机驱动控制装置1能够掌握转子53的准确位置并进行适当控制。因此，正在反转的无刷DC电动机51能够没有过剩负载地稳定地正向起动，电动机驱动控制装置1能够防止电动机等可靠性的降低、以及电动机和电动机驱动控制装置1自身寿命的缩短。特别地，如图5所示，在位置检测信号Hu、Hv的相位相对于各感应电压Vun、Vvn偏移30度的情况下，这种控制更能够发挥效果。
并且，在无刷DC电动机51正向旋转、且无刷DC电动机51的转速大于等于规定转速的情况下，除了两个霍尔IC 2u、2v的位置检测信号Hu、Hv以外，该电动机驱动控制装置1还根据表示由位置估计部6估计出的转子53的位置的位置估计信号Hw’，将三个驱动信号SU、SV、SW全部切换为120度通电。这里，一般地，在对各驱动线圈Lu、Lv、Lw通电的电流的相位、电流量和电动机的转矩输出之间，图9所示的关系成立，特别地，通电的电流量越大，电动机的转矩输出越大。并且，在驱动信号决定部7进行输出占空比恒定的输出电压这种PWM控制的情况下，对应于通电幅度，同样的关系成立。但是，在本实施方式中，这样将三个驱动信号SU、SV、SW全部切换为120度通电，所以，无刷DC电动机51的转矩输出大致恒定。因此，能够减小转矩输出的脉动，抑制由于该转矩输出的脉动而产生的噪音和振动。另外，例如在由于在风扇61的旋转方向上吹过强风的影响而使无刷DC电动机51的转速变高、或由于负载大等原因而希望抑制对无刷DC电动机51通电的电流量的情况下，该控制方法是有效的。
<其他实施方式>
以上，说明了本发明的一个实施方式，但是，本发明不限于上述实施方式，在不脱离发明主旨的范围内能够进行各种变更。
(a)在上述实施方式中，霍尔IC 2u、2v具有检测转子53的位置的阈值由于转子53的旋转方向而不同的所谓的磁滞特性。因此，例如如图10所示，由于霍尔IC 2u、2v的配置，有时转子53正向旋转时的位置检测信号Hu相对于感应电压Vun的相位偏移与转子53反向旋转时的位置检测信号Hu”相对于感应电压Vun的相位偏移不同。对该各旋转方向的相位偏移进行合计时，成为霍尔IC 2u、2v所具有的磁滞宽度Hys。这样，当位置检测信号Hu、Hu”的相位偏移由于转子53的旋转方向而不同时，根据位置检测信号所决定的驱动信号SU、SV、SW也受到其影响。因此，在转子53正向旋转的情况下和反向旋转的情况下，例如驱动信号SU相对于感应电压Vun的相位相差位置检测信号的相位偏移的量。于是，由图9可知，无刷DC电动机51的输出转矩由于转子53的旋转方向而不同。
因此，霍尔IC 2u、2v根据该磁滞宽度Hys对配置位置进行微调整即可。具体而言，霍尔IC 2u、2v配置成，转子53正向旋转时的位置检测信号Hu的相位偏移和反向旋转时的位置检测信号Hu”的相位偏移彼此大致相等(图11)。由此，与转子53的旋转方向无关，能够获得大致相同的输出转矩。由此，消除了转子53的旋转方向变化时的转矩的变动，无刷DC电动机51能够进行没有过大电流和异常噪音等的稳定的动作。
(b)在上述实施方式中，在转子53的转速大于等于“0”rpm附近且小于规定转速时、电动机驱动控制装置1对无刷DC电动机51的驱动进行控制的情况下，如图5所示，驱动信号SU的相位与在驱动线圈Lu中产生的感应电压Vun的相位相同，但是，驱动信号SV、SW相对于在驱动线圈Lu中产生的感应电压Vvn、Vwn，分别产生30度的相位差。这样，当在驱动信号SV、SW和与其对应的驱动线圈Lv、Lw中产生的感应电压Vvn、Vwn之间产生相位差时，如图9所示，电动机的转矩输出减小该相位差的量。特别地，在上述实施方式中，在三相中的两相产生相位差，所以，电动机的转矩输出减小两相的相位差的量。因此，为了提高电动机的转矩输出，例如对两个霍尔IC 2u、2v的配置进行调节以使驱动信号SV、SW的相位和感应电压Vvn、Vwn的相位相同即可。
图12是对两个霍尔IC 2u、2v的配置进行调节以使驱动信号SV、SW的相位和感应电压Vvn、Vwn的相位相同时的感应电压Vun、Vvn、Vwn和各信号的时序图。这里，在图12中，根据在图5的情况下产生的驱动信号SV、SW和感应电压Vvn、Vwn之间的相位差30度的量，对霍尔IC 2u、2v的位置进行调节。
在图12中，位置检测信号Hu、Hv根据感应电压Vun、Vvn而变化的定时相对于在上述实施方式的图5中位置检测信号Hu、Hv变化的定时，大约相差30度。更具体而言，在图5中，感应电压Vun、Vvn从零交叉点偏移30度，位置检测信号Hu、Hv变化，与此相对，图12的位置检测信号Hu、Hv在各感应电压Vun、Vvn的零交叉点变化。换言之，图12的位置检测信号Hu、Hv的相位与各感应电压Vun、Vvn的相位大致相同。于是，在图12中，通电幅度为120度的驱动信号SU相对于感应电压Vun，相位超前30度，而通电幅度为60度和180度的驱动信号SV、SW的相位与感应电压Vvn、Vwn的相位相同。
这样，以图5的驱动信号SV、SW和感应电压Vvn、Vwn之间的相位差30度的量对霍尔IC 2u、2v的配置进行调节，由此，三相驱动信号SU、SV、SW中与感应电压Vun、Vvn、Vwn产生相位偏移的信号仅有120度通电的驱动信号SU。特别地，三相中最无法输出转矩的60度通电的驱动信号SW的相位与感应电压Vwn的相位相同，所以，与上述实施方式的图5的情况相比，转矩输出的最小值变高。因此，转矩脉动减小。
另外，关于这里所记载的各驱动信号SU、SV、SW的通电幅度和位置检测信号Hu、Hv的相位等，与上述实施方式同样，也简单地记载为“120度”等，但是，由于安装霍尔IC的位置的偏差等，有时这些数值稍微有些偏差。
(c)在上述实施方式中，记载了使用绝缘栅型双极晶体管作为输出电路8的情况，但是不限于此。输出电路也可以构成为，代替绝缘栅型双极晶体管，而使用例如MOS晶体管等。
(d)在上述实施方式中，记载了电动机驱动控制装置1具有用于检测转子53的旋转方向的旋转方向检测部3的情况，但是不限于此。例如在电动机驱动装置用于驱动不进行反向旋转的电动机的情况下，也可以不设置旋转方向检测部。
(e)在上述实施方式中，举例说明了电动机驱动控制装置1驱动空调机的室外机的风扇6的电动机的情况，但是不限于此。本发明的电动机驱动控制装置1也能够适用于驱动换气扇用电动机的情况。
产业上的可利用性
本发明的电动机驱动控制装置例如能够应用为，用于对用作空调机内的压缩机和风扇等旋转驱动源的无刷电动机或换气扇用电动机的驱动进行控制的装置。

Claims (17)

1.一种电动机驱动控制装置(1)，该电动机驱动控制装置(1)对无刷电动机(51)的驱动进行控制，所述无刷电动机(51)包含具有三相驱动线圈(Lu、Lv、Lw)的定子(52)和具有多个磁极的转子(53)，其中，所述电动机驱动控制装置(1)具有：
两个位置检测部(2u、2v)，其设置在电角相差大致120度的位置，输出表示所述转子(53)相对于所述定子(52)的位置的位置检测信号(Hu、Hv)；
驱动信号决定部(7)，其根据所述两个位置检测部(2u、2v)分别输出的所述位置检测信号(Hu、Hv)，决定用于驱动所述三相驱动线圈(Lu、Lv、Lw)的驱动信号(SU、SV、SW)；以及
驱动信号输出部(8)，其生成由所述驱动信号决定部(7)决定的所述驱动信号(SU、SV、SW)，并将其输出到所述三相驱动线圈(Lu、Lv、Lw)。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述驱动信号决定部(7)决定所述驱动信号(SU、SV、SW)，以使所述三相驱动线圈(Lu、Lv、Lw)各自的通电幅度的电角为大致120度、大致180度和大致60度。
3.根据权利要求2所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述通电幅度的电角为大致120度的所述驱动信号(SU)的相位与在被输入该驱动信号(SU)的所述驱动线圈(Lu)中产生的感应电压(Vun)的相位大致相同。
4.根据权利要求3所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述位置检测信号(Hu、Hv)相对于在与输出所述位置检测信号(Hu、Hv)的所述位置检测部(2u、2v)对应的所述驱动线圈(Lu、Lv)中产生的感应电压(Vun、Vvn)，相位偏移规定的第1角度。
5.根据权利要求4所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述规定的第1角度为大致30度。
6.根据权利要求2所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述通电幅度的电角为大致180度的所述驱动信号(SV)和电角为大致60度的所述驱动信号(SW)的相位，与在分别被输入这些驱动信号(SV、SW)的所述驱动线圈(Lv、Lw)中产生的各感应电压(Vwn、Vvn)的相位大致相同。
7.根据权利要求6所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述位置检测信号(Hu、Hv)的相位与在与输出所述位置检测信号(Hu、Hv)的所述位置检测部(2u、2v)对应的所述驱动线圈(Lu、Lv)中产生的感应电压(Vun、Vvn)的相位大致相同。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述两个位置检测部(2u、2v)分别具有用于检测所述转子(53)的位置的阈值由于所述转子(53)的旋转方向而不同的磁滞特性，根据所述磁滞特性来调整设置所述两个位置检测部(2u、2v)的位置。
9.根据权利要求8所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述两个位置检测部(2u、2v)分别配置成，即使所述转子的旋转方向变化，所述位置检测信号(Hu、Hv)相对于在与所述位置检测部(2u、2v)对应的所述驱动线圈(Lu、Lv)中产生的各感应电压(Vun、Vvn)的相位偏移也大致相同。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述位置检测信号(Hu、Hv)为矩形波，
所述电动机驱动控制装置(1)还具有时间计测部(5)，在所述两个位置检测部(2u、2v)分别检测的两个位置检测信号(Hu、Hv)中的任一个信号变化的定时，所述时间计测部(5)开始计测第1时间，
在所述第1时间达到第1规定时间以上的情况下，所述驱动信号决定部(7)变更当前输出的所述驱动信号(SU、SV、SW)。
11.根据权利要求10所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
在所述驱动信号决定部(7)变更了所述驱动信号(SU、SV、SW)的定时，所述时间计测部(5)开始计测第2时间，
在所述第2时间达到第2规定时间以上的情况下，所述驱动信号决定部(7)进一步变更所述驱动信号(SU、SV、SW)。
12.根据权利要求1～11中的任一项所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述电动机驱动控制装置(1)还具有：
转速计测部(3)，其计测所述转子(53)的转速；以及
位置估计部(6)，其根据由所述两个位置检测部(2u、2v)分别检测的所述位置检测信号(Hu、Hv)中的至少一个信号，来估计所述转子的位置，
在所述转子(53)正向旋转、且所述转速大于等于规定转速的情况下，所述驱动信号决定部(7)根据由所述位置估计部(6)估计出的所述转子(53)的位置，将所述驱动信号(SU、SV、SW)的通电幅度的电角变更为规定的第2角度。
13.根据权利要求12所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述规定的第2角度为大致120度。
14.根据权利要求12或13所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述电动机驱动控制装置(1)还具有旋转方向检测部(4)，该旋转方向检测部(4)检测所述转子(53)的旋转方向。
15.根据权利要求1～14中的任一项所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述无刷电动机(51)是换气扇用电动机。
16.根据权利要求1～14中的任一项所述的电动机驱动控制装置(1)，其中，
所述无刷电动机(51)是空调机的室外机风扇电动机。
17.一种电动机驱动控制系统(100)，其中，所述电动机驱动控制系统(100)具有：
无刷电动机(51)，其包含具有三相驱动线圈(Lu、Lv、Lw)的定子(52)和具有多个磁极的转子(53)；以及
权利要求1～16中的任一项所述的电动机驱动控制装置(1)，其用于驱动所述无刷电动机(51)。
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