CN1090403C - 直流无电刷电机的控制方法 - Google Patents

Abstract

在电机稳定工作后，测定UVW各相霍尔元件输入，把输入信号的边缘定时的误差最小的边缘决定为定时点。而且，求出本次定时点与前次定时点之间的边缘间隔的平均值TGT-CCT，在本次定时点至下次定时点之间，认为在TGT-CCT的时间间隔内已检测出了边缘，从各边缘检测定时开始，在T_OFF后把通电控制信号的波形断开，在T_ON后把通断控制信号的波形接通。由此，能够减小向各绕组的通电间隔的分散性。

Description

直流无电刷电机的控制方法

本发明涉及直流无电刷电机的控制方法，更具体地讲，涉及对于空气调节器(以下简称为空调机)的室内机和室外机上搭载的风扇电机等中采用的直流无电刷电机中的多个线圈绕组的通电切换的直流无电刷电机的控制方法。

当前，直流无电刷电机作为空调机的室内机和室外机中所搭载的风扇电机以及其它各种电气设备的电机被广泛地使用。

在该直流无电刷电机中，用以等间隔配置在转子的旋转轨道附近的多个位置检测器(霍尔元件)检测包含永久磁铁等构成的转子的位置，通过根据该检测信号的通断定时来切换对于多个旋转驱动用线圈绕组的通电，旋转驱动转子。

一般，与上述检测信号的通断同步或者隔开预定的时间间隔切换对于线圈绕组的通电。

然而，由于转子上永久磁铁等的粘贴位置的偏移，该永久磁铁等的磁化的分散性(偏差)，位置检测器的配置位置的偏移，以及该位置检测器的动作特性的分散性等，即使转子以恒定转数旋转，有时从位置检测器输出的检测信号的通断定时也不成为等间隔而产生分散(偏差)。

这样，如果检测信号的通断定时不成为等间隔，在间隔方面存在分散性，则对于线圈绕组的通电定时偏离正规的定时，有可能在直流无电刷电机中产生转矩不均匀，发生振动·异常声音等不合适状态。

本发明是为解决上述问题点而作出的，目的在于提供可以减少对于线圈绕组的通电间隔的分散性的直流无电刷电机的控制方法。

为了达到上述目的，方案1的直流无电刷电机的控制方法，特征在于来自检测转子位置的多个检测器的检测信号，把该转子旋转1周期间从通切换到断或者从断切换到通的切换定时的某一个设定为基准定时，仅以被设定的基准定时作为基准，设定对于多个线圈绕组的通电切换定时。

另外，方案2的直流无电刷电机的控制方法，特征在于来自检测转子位置的多个检测器的检测信号把该转子旋转1周期间从通切换到断或者从断切换到通的切换定时的某一个设定为基准定时，计算转子的前次1次旋转中的基准定时和本次1次旋转中的基准定时之间的上述切换定时的间隔的平均值，在本次基准定时至下次基准定时之间，根据上述计算出来的平均值间隔的定时，切换对于上述多个线圈绕组的通电。

另外，方案3的直流无电刷电机的控制方法，特征在于在上述方案1或方案2的直流无电刷电机的控制方法中，把对于前后切换定时的相对时间间隔的分散性最小的切换定时设定为基准定时。

另外，方案4的直流无电刷电机的控制方法，特征在于在上述方案1至方案3中的任一项的直流无电刷电机的控制方法中，执行开始定时，是实际转数与目标转数之差小于预定值的状态下、持续预定时间以上直流无电刷电机旋转了的时刻。

在上述第1方案的直流无电刷电机的控制方法中，来自检测转子位置的多个位置检测器的检测信号把该转子旋转1次期间(1周期期间)从通切换到断或者从断切换到通的切换定时的某一个设定为基准定时。而且，仅以该被设定了的基准定时为基准，设定对于多个线圈绕组的通电切换定时。例如，根据基准定时的间隔求出切换定时的间隔的平均值，把该平均值间隔的定时设定为通电切换定时。

以往，由于以每次的切换定时作为基准，设定对于多个线圈绕组的通电切换定时，因此由于上述每次切换定时的分散性，对于线圈绕组的通电间隔也产生分散，而如上述那样仅以基准定时为基准，例如通过设定至1个周期之前或者多个周期之前为止的通电切换定时，能够避免上述每次切换定时的分散性对于线圈绕组的通电间隔产生影响，能够减小该通电间隔的分散性。由此，能够防止发生转矩不均匀·振动·异常声音等不合适状况。

其次，在第2方案的直流无电刷电机的控制方法中，首先，来自检测转子位置的多个位置检测器的检测信号把从通切换到断或者从断切换到通的切换定时的某一个设定为基准定时。

而且，计算出转子前次1次旋转中的基准定时与本次1次旋转中的基准定时之间的切换定时的间隔的平均值。

进而，在本次基准定时至下次基准定时之间，根据计算出来的平均值间隔的定时切换对于多个线圈绕组的通电。即，在本次基准定时至下次基准定时之间，在计算出来的平均值间隔内，来自位置检测器的检测信号作为已从通切换到断或者从断切换到通的信号，从该切换定时开始，例如在(平均值×4/16)后停止对于线圈绕组的通电，在(平均值×10/16)后开始对于线圈绕组的通电。

这样，计算出前次基准定时与本次基准定时之间的切换定时的间隔的平均值，在该平均值间隔内位置检测器的检测信号作为从通切换到断或者从断切换到通的信号，根据该切换定时切换对于多个线圈绕组的通电，因此能够减小对于线圈绕组的通电间隔的分散性，能够防止发生转矩不均匀·振动·异常声音等不合适状态。

另外，在上述第1方案或者第2方案的本发明的基准定时的设定中，也可以把任意的一个切换定时设定为基准定时，如第3方案那样，最好把对于前后切换定时的相对时间间隔的分散性最少的切换定时设定为基准定时。

通过这样把相对时间间隔的分散性最少的切换定时设定为基准定时，能够防止在每次计算时计算出的基准定时之间的切换定时的间隔的平均值分散，在把相邻的基准定时期间作为1个周期时，能够减小周期之间的对于线圈绕组的通电间隔的分散性。

另外，从直流无电刷电机开始稳定旋转后，将开始发生仅起因于上述转子上永久磁铁粘贴位置的偏移，该永久磁铁等的磁化的分散，位置检测器的安装位置的偏移以及该位置检测器的检测动作特性的分散等的，该直流无电刷电机中特有的位置检测信号的通断定时间隔的分散。

因此，如第4方案那样，基于上述直流无电刷电机的控制方法的控制的执行开始定时最好取为实际转数与目标转数之差小于预定值的状态下，持续预定时间以上直流无电刷电机旋转了的时刻(直流无电刷电机开始稳定旋转的时刻)。

另外，作为上述位置检测器，能够采用后述的霍尔元件，光传感器(光电二极管，光电耦合器等)，磁阻元件等。

图1是本发明实施形式的空调机的概略结构图。

图2是示出空调机的制冷循环的概略图。

图3是用直流无电刷电机构成的风扇电机的概略结构图。

图4示出各霍尔元件的检测信号的波形。

图5是示出本发明实施形式的控制流程的流程图。

图6是示出定时点的决定处理的处理流程的流程图。

图7是示出同步运行的处理流程的流程图。

图8用于说明霍尔元件输入中的边缘间隔。

图9用于说明定时点决定为U相的霍尔元件输入的通定时情况下的同步运行。

图10用于说明同步运行中把通电控制信号进行通断的定时。

图11用于说明通常动作时把通电控制信号进行通断的定时。

以下，说明发明的实施形式。

[空调机的结构]

图1以及图2中示出了本实施形式中适用的空气调节器(以下称为「空调机10」)。

如图1所示，空调器10由室内机12和室外机14构成。通过无线遥控开关40的操作而运行/停止。另外，如果空调机10由无线遥控开关40设定了运行模式、设定温度等的运行条件并送出操作信号，则室内机12接受该操作信号进行基于操作信号的运行。另外，空调机10不限定于无线遥控开关40，也可以根据有线遥控开关进行操作，还有，还可以通过设置在室内机中的操作板的操作设定运行条件。

图2中示出在空调机10的室内机12和室外机14之间构成的制冷循环的概略。在室内机12和室外机14之间，成对地设置着使制冷剂循环的粗的制冷剂管16A和细的制冷剂管16B，它们各自的一端连接在安装到室内机12的换热器18上。

制冷剂管16A的另一端连接在室外机14的阀门20A上。该阀门20A经过消音器22A连接到四通阀24上。该四通阀24上分别连接着与压缩机26相连的蓄热器28和消音器22B。此外，室外机14上设置着换热器30。该换热器30的一端连接在四通阀24上，另一端经过毛细管32，过滤器34，电动膨胀阀36，调制器38连接到阀门20B上。该阀门20B上连接着制冷剂管16B的另一端，由此，在室内机12与室外机14之间构成形成了制冷循环的制冷剂的被密封了的循环通路。

在空调机10中，通过四通阀24的切换，运行模式切换为冷风模式(干燥模式)和暖风模式。另外，图2中，用实线箭头表示冷风模式(冷风运行)中的制冷剂的流动，用虚线箭头表示暖风模式(暖风运行)中的制冷剂的流动。

另外，室外机14中，设置着冷却换热器30的冷却风扇52，该冷却风扇52由用直流无电刷电机构成的风扇电机50驱动。该风扇电机50的驱动控制通过室外机14的控制单元60进行。

[风扇电机50的结构]

如图3所示，风扇电机50用包含具有永久磁铁而形成的转子62的3相2极绕组的直流无电刷电机构成。即，在转子62的旋转轨道附近以机械角120度的间隔配置3个霍尔元件64U，64V，64W，各个霍尔元件产生的位置检测信号输入到控制单元60中。

控制单元60根据来自霍尔元件64U的位置检测信号将晶体管68U进行通断控制。当晶体管68U导通时，进行向U相绕组66U的通电。同样，控制单元60根据来自霍尔元件64V的位置检测信号将晶体管68V进行通断控制。当晶体管68V导通时，进行向V相绕组66V的通电。另外，控制单元60根据来自霍尔元件64W的位置检测信号将晶体管68W进行通断控制。当晶体管68W导通时，进行向W相绕组66W的通电。

图4的时序图分别用HU表示来自U相霍尔元件64U的位置检测信号，用HV表示来自V相霍尔元件64V的位置检测信号，用HW表示来自W相霍尔元件64W的位置检测信号。如该图4所示，HU，HV，HW的各相位相互错开120度，风扇电机50恒速旋转时在理想状态下这些上升沿以及下降沿的间隔(T1，T2，T3……T12)成为等间隔。

然而，在风扇电机50中，由于转子62上永久磁铁的粘贴位置的偏移，该永久磁铁的磁化的分散性，霍尔元件64U，64V，64W的安装位置的偏移，各个霍尔元件的动作特性的分散性等，来自图4的各霍尔元件的检测信号的上升沿以及下降沿的间隔(T1，T2，T3，……T12)不成为等间隔，在该间隔中产生分散。

详细的情况在后面叙述，控制单元60如上述那样即使在霍尔元件的位置检测信号的上升沿以及下降沿的间隔之间存在分散性，也能够控制该通电定时使得对于3相绕组66U，66V，66W的通电间隔的分散为最小。

另外，控制单元60还具有根据霍尔元件的位置检测信号检测转子62的实际转数，计算该实际转数与预先确定的目标转数的差的功能。

[本实施形式的作用]

其次，作为本实施形式的作用，说明由控制单元60执行的向各绕组的通电定时控制处理。

当空调机10开始运行，使用风扇电机50开始驱动冷却风扇52来冷却室外机14的换热器30时，由控制单元60开始执行图5的控制流程。

在图5的步骤102中开始驱动风扇电机50以后，直到风扇电机50稳定工作为止在步骤106中进行以下的通常运行。另外，风扇电机50的目标转数与实际转数之差成为30rpm以下的状态持续了5秒钟，就认为风扇电机50已稳定地工作。

这样，如图11所示，至风扇电机50稳定工作为止，检测前次霍尔元件的波形变化了的定时(以下称为前次边缘)开始至本次霍尔元件的波形变化了的定时(以下称为本次边缘)为止的边缘间隔CCT，反复进行从本次边缘开始在(CCT×4/16)后断开通电控制信号的波形，从本次边缘开始在(CCT×10/16)后接通通电控制信号的波形的通常运行(步骤106)。

图11中，例如在向U相绕组66U进行通电，边缘间隔CCT是T₆的情况下，从本次边缘E₆开始在(T₆×4/16)后把向U相绕组66U的通断控制信号的波形断开，从本次边缘开始在(T₆×10/16)后把向U相绕组66U的通电控制信号的波形接通。

然后，在边缘间隔CCT是T₉的情况下，从本次边缘E₉开始在(T₉×4/16)后把向U相绕组66U的通电控制信号的波形断开，从本次边缘开始在(T₉×10/16)后把向U相绕组66U的通电控制信号的波形接通。对于V相绕组66V和W相绕组66W的通电也同样进行。

而且，由于在风扇电机50的目标转数与实际转数之差小于30rpm的状态持续了5秒的情况认为风扇电机50已稳定工作，因此进入到步骤108，如以下那样决定定时点。

首先，在(360+45)度期间测定U相，V相，W相的各霍尔元件输入(图6的步骤152)。接着，对于各相根据以下的公式(1)，(2)计算上升沿，下降沿各自的误差之和(步骤154)。另外，在以下的公式(1)，(2)中的CCT0～CCT7意指图8所示的霍尔元件输入中的边缘间隔CCT0，CCT1，CCT2……。

U相的上升沿中的误差和tH_U

＝|{1/4∑(CCT0～CCT7)}-{∑(CCT0～CCT1)}|

+|{2/4∑(CCT0～CCT7)}-{∑(CCT0～CCT3)}|

+|{3/4∑(CCT0～CCT7)}-{∑(CCT0～CCT5)}|                            (1)

U相的下降沿中的误差和tL_U

＝|{1/4∑(CCT1～CCT8)}-{∑(CCT1～CCT2)}|

+|{2/4∑(CCT1～CCT8)}-{∑(CCT1～CCT4)}|

+|{3/4∑(CCT1～CCT8)}-{∑(CCT1～CCT6)}|                          (2)

另外，根据与上述公式(1)相同的公式计算V相的上升沿中的误差和tH_V以及W相的上升沿中的误差和tH_W，根据与上述公式(2)相同的公式计算V相的下降沿中的误差和tL_V以及W相的下降沿中的误差和tL_W。

而且，把与各相的上升沿，下降沿中的误差和tH_U，tL_U，tH_V，tL_V，tH_W，tL_W中最小的值相对应的边缘决定为定时点(步骤156)。

图5中，在随后的步骤110中，如以下所示进行基于图7的控制流程的同步运行。

当检测出了定时点时，计算该定时点与前一个边缘的边缘间隔CCT以及该定时点与前次定时点之间的边缘间隔的平均值TGT_CCT(图7的步骤164)，如图10所示从定时点开始在(CCT×4/16)后把通电控制信号的波形断开，从定时点开始在(CCT×10/16)后把通电控制信号的波形接通(步骤166)。即，在定时点进行通常动作。

另一方面，当检测出定时点以外的边缘时，认为从定时点开始已经在平均值TGT_CCT间隔内检测出了边缘，在经过了TGT_CCT的时刻开始，在T_OFF(＝TGT_CCT×4/16)后把通断控制信号的波形断开，在T_ON(＝TGT_CCT×10/16)后把通断控制信号的波形接通(步骤170)。

例如，在图9中所示的各相的霍尔元件输入的合成波形中定时点决定为接通U相霍尔元件输入的定时的情况下，在该定时点进行通常动作，而在其它的边缘定时进行以定时点为基点的同步运行特有的动作。

这样，认为在前次定时点与本次定时点之间的边缘间隔的平均值TGT_CCT的间隔中，检测出了边缘，从各边缘检测定时开始在(TGT_CCT×4/16)后把通电控制信号的波形断开，在(TGT_CCG×10/16)后把通电控制信号的波形接通，因此能够减小对各绕组的通电间隔的分散性，能够防止发生转矩不均匀·振动·异常声音等不合适状态。

另外，本实施形式中，由于在步骤108把对于前后边缘的相对时间间隔的分散性最少的边缘决定为定时点，因此在每次计算时能够防止定时点之间的边缘间隔的平均值TGT_CCT分散，在把相邻的定时点之间作为1个周期的情况下，能够减小各个周期中向各绕组的通电间隔的分散性。

以后，在风扇电机50仅旋转了预定次数的时刻(图7的步骤172中判为肯定的时刻)，进入到图5的步骤112中，检查风扇电机50的目标转数与实际转数之差是否超过30rpm，在接着的步骤114中检查平均值TGT_CCT间隔的定时(＝作为同步运行中的边缘检测的定时)与实际的边缘检测定时是否偏离(平均值TGT_CCT×1/4)以上。

在这些步骤112，114中，直到判断为风扇电机50的目标转数与实际转数之差超过30rpm或者平均值TGT_CCT间隔的定时与实际的边缘检测定时偏离(平均值TGT_CCT×1/4)以上为止，持续进行步骤110的同步运行。

即，在风扇电机50的目标转数与实际转数之差超过了30rpm的情况下(步骤112中判断为肯定的情况)以及检测到风扇电机50的旋转变动大的情况下(步骤114中判断为肯定的情况)进入到步骤116中，返回到与上述的步骤106相同的通常运行。

以后，直到风扇电机50稳定工作为止，持续进行步骤106的通常运行，一旦风扇电机50稳定工作，则再次进行步骤108～114的处理。

另外，当根据运行停止指令等空调机停止运行时，也结束图5的控制流程的执行。

如果依据以上的控制流程，则认为在前次定时点与本次定时点之间的边缘间隔的平均值TGT_CCT的间隔内，检测出了边缘，从各边缘检测定时开始，在(TGT_CCT×4/16)后把通电控制信号的波形断开，在(TGT_CCT×10/16)后把通断控制信号的波形接通，因此能够减小对各绕组的通电间隔的分散性，能够防止发生转矩不均匀·振动·异常声音等不合适状态。

还有，从风扇电机50开始稳定地旋转后，由于转子62的永久磁铁等的粘贴位置的偏移，该永久磁铁等的磁化的分散性，霍尔元件64U，64V，64W的安装位置的偏移，各霍尔元件的动作特性的分散性等，在该风扇电机50中开始产生特有的位置检测信号的通断定时间隔的分散，因此通过如上述实施形式那样，在风扇电机50开始稳定地旋转后开始进行同步运行，能够根据电机的状况在恰当的时候进行同步运行。

在上述实施形式中，示出了在空调机的室外机内的风扇电机中适用了本发明的例子，然而本发明也能够适用于上述以外的设置在空调机中的直流无电刷电机以及设置在空调机以外的各种电气设备内的直流无电刷电机中。

如以上所说明的那样，如果依据本发明，则由于仅以基准定时作为基准设定向线圈绕组的通电切换定时，因此能够避免每次切换定时的分散性对于通电间隔的影响，能够减小该通电间隔的分散性，能够防止发生转矩不均匀·振动·异常声音等不合适状态。

Claims (5)

1.一种直流无电刷电机的控制方法，其特征在于：

来自检测转子位置的多个检测器的检测信号，把该转子旋转1周期间从通切换到断或者从断切换到通的切换定时的某一个设定为基准定时，

仅以被设定的基准定时作为基准，设定对于多个线圈绕组的通电切换定时。

2.一种直流无电刷电机的控制方法，其特征在于：

来自检测转子位置的多个检测器的检测信号，把该转子旋转1周期间从通切换到断或者从断切换到通的切换定时的某一个设定为基准定时，

计算转子的前次1次旋转中的基准定时和本次1次旋转中的基准定时之间的上述切换定时的间隔的平均值，在本次基准定时至下次基准定时之间，根据上述计算出来的平均值间隔的定时，切换对于上述多个线圈绕组的通电。

3.如权利要求1或2所述的直流无电刷电机的控制方法，其特征在于：

把对于前后切换定时的相对时间间隔的分散性最小的切换定时设定为基准定时。

4.如权利要求1或2        所述的直流无电刷电机的控制方法，其特征在于：

执行开始定时，是实际转数与目标转数之差小于预定值的状态下，持续预定时间以上直流无电刷电机旋转了的时刻。

5.如权利要求  3         所述的直流无电刷电机的控制方法，其特征在于：

执行开始定时，是实际转数与目标转数之差小于预定值的状态下，持续预定时间以上直流无电刷电机旋转了的时刻。

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