CN109155601B - 电机驱动装置和具有使用该电机驱动装置的压缩机的电设备 - Google Patents

Abstract

本发明的电机驱动装置包括：无刷DC电机(4)；向无刷DC电机(4)供给电力的逆变器(3)；和检测无刷DC电机(4)的转子位置的位置检测部(5)。逆变器(3)由6个开关元件(3a～3f)构成，该开关元件(3a～3f)根据由位置检测部(5)得到的位置信号分别独立地设定导通时刻或者断开时刻，该逆变器(3)调节开关元件(3a～3f)的断开时刻，来进行无刷DC电机(4)的速度控制。由此，能够实现一种减少开关元件(3a～3f)的导通期间、开关期间和转换次数来降低损失，高效且低耗电的电机驱动装置。

Description

电机驱动装置和具有使用该电机驱动装置的压缩机的电设备

技术领域

本发明涉及通过逆变器控制来驱动无刷DC电机的电机驱动装置和具有使用该电机驱动装置的压缩机的电设备。

背景技术

现有技术中，此种类的无刷DC电机的驱动装置多数以PWM(Pulse-Width-Modulation)控制的方波120度通电，来驱动无刷DC电机。公开了一种电机驱动装置，其在PWM控制的导通占空比(On duty)为100％时，通电区间扩展到120度以上，来扩展高速/高负载驱动区域(例如，参照专利文献1)。

下面，使用图8，对专利文献1中记载的现有的电机驱动装置进行说明。

图8是现有的电机驱动装置的框图。

如图8所示，现有的电机驱动装置在构成逆变器3的开关元件3a～3f从断开向导通转移时，利用导通时刻控制部103进行提前角控制。另一方面，在开关元件3a～3f从导通向断开转移时，不进行由断开时刻控制部104进行的提前角控制。然后，对开关元件3a～3f进行叠加(overlap)通电。

由此，将开关元件的接通提早，以使对无刷DC电机供给电力的电力供给区间扩展为120度以上，能够进行高负载/高速驱动区域的扩展。然而，在上述结构的情况下，在低速驱动区域，当使电力供给区间扩展到120度以上时，由PWM控制进行的开关元件的开关次数增加，电路和电机的损失增加。因此，电机驱动装置的效率降低。

另外，公开了一种对导通角、提前角和逆变器输入直流电压进行控制，使得电机驱动电力成为目标电力值的电机驱动装置(例如，参照专利文献2)。

下面，使用图9，对专利文献2中记载的电机驱动装置进行说明。

图9是专利文献2中记载的电机驱动装置的控制框图。

如图9所示，电机驱动装置设有对无刷DC电机进行控制的驱动控制部201。驱动控制部201包括：对驱动电力进行检测的电力检测部202；和用于生成逆变器的驱动信号图形(pattern)和设定逆变器输入电压的通电脉冲信号生成控制部203。驱动控制部201对逆变器输入电压值、通电角和提前角进行控制，使得驱动电力与目标设定的电力值一致。由此，能够实现无刷DC电机的高输出、高转速，同时降低电机损失。

然而，在上述结构的情况下，需要根据无刷DC电机的负载和驱动速度等的驱动状态，选定输入电压、通电角、提前角的相互独立的3个参数。因此，需要增加开发工序，进行对应于驱动状态的3个参数的运算、选定等，控制变得复杂。另外，需要能够进行高速运算的运算元件，或者以表格的形式与驱动状态对应地存储各参数的最优值的存储元件。因此，电机驱动装置的成本增加。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-50804号公报

专利文献2：日本特开2008-167525号公报

发明内容

本发明以低成本提供一种降低低负载、低速地驱动时的无刷DC电机的电机损失，高效且低耗电的电机驱动装置。

即，本发明的电机驱动装置包括：无刷DC电机；向无刷DC电机供给电力的逆变器；和检测无刷DC电机的转子位置的位置检测部。逆变器由6个开关元件构成，该开关元件根据由位置检测部得到的位置信号分别独立地设定导通时刻或断开时刻，逆变器调节各个开关元件的断开时刻，来进行无刷DC电机的速度控制。

根据该结构，在低负载、低速地驱动无刷DC电机的情况下，能够使向无刷DC电机的定子绕组供给电力的区间变窄。由此，能够减少伴随PWM控制而开关元件导通、断开的次数，抑制逆变器的开关损失。其结果，在低负载、低速地驱动无刷DC电机时，使电机驱动装置高效、低耗电化。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的电机驱动装置和具有使用该电机驱动装置的压缩机的电设备的框图。

图2A是该实施方式的各部的波形和时序图。

图2B是该实施方式的各部的波形和时序图。

图3是开关元件的断开时刻调节控制的开始时刻的判断流程图。

图4是从PWM控制向断开时刻调节控制转移的转移流程图。

图5是表示断开时刻调节控制的动作的流程图。

图6A是表示图2A的区间C1中的无刷DC电机的端子电压波形的图。

图6B是表示图2A的区间F1中的无刷DC电机的端子电压波形的图。

图6C是表示图2B的区间C3中的无刷DC电机的端子电压波形的图。

图6D是表示图2B的区间F4中的无刷DC电机的端子电压波形的图。

图7A是表示无刷DC电机的相电流波形的图。

图7B是表示无刷DC电机的相电流波形的图。

图8是现有的电机驱动装置的框图。

图9是现有的电机驱动装置的控制框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，本实施方式并不限定本发明。

(实施方式)

下面，参照图1，对本发明的实施方式的电机驱动装置和具有使用该电机驱动装置的压缩机的电设备进行说明。

图1是该实施方式中的电机驱动装置和具有使用该电机驱动装置的压缩机的电设备的框图。

如图1所示，本实施方式的电机驱动装置包括与交流电源1连接的转换器电路(converter circuit)2、逆变器(inverter)3、位置检测部5、速度检测部6、误差检测部7、换流控制部8、PWM控制部11、波形合成部12和驱动部13等。电机驱动装置驱动例如无刷DC电机4等。

在例如日本国内的情况下，交流电源1是有效值为100V且以50Hz或者60Hz的交流电输出的一般工频电源。

转换器电路2包括整流电路2a、由电容器形成的平滑电路2b和开关部2c等。转换器电路2将从交流电源1输入的交流电压变换为直流电压。整流电路2a由4个二极管桥接而成。开关部2c通过进行导通/断开的切换，将输出电压在倍压整流与全波整流这2个阶段之间切换。此外，转换器电路2也可以构成为不设置开关部2c，而单一地进行倍压整流输出或者全波整流输出。另外，转换器电路2也可以采用使用升压斩波器或降压斩波器的结构，或者采用能够将输出调节为任意的电压的结构。

逆变器3由例如MOSFET构成的6个开关元件3a～3f的三相桥接构成。逆变器3通过任意相的开关元件的导通/断开的切换，将从转换器电路2输入的直流电压变换为三相(U相、V相、W相)的交流电压。

无刷DC电机4包括具有三相定子绕组的定子(stator)和永磁铁的转子(rotor)。无刷DC电机4由从逆变器3向三相定子绕组供给的三相交流电力驱动。

位置检测部5用于检测无刷DC电机4的磁极位置。本实施方式的位置检测部5根据电机端子电压来检测通过转子的旋转在定子绕组中产生的感应电压的相位(零交叉点)。此外，位置检测部5也可以利用霍尔IC等的位置传感器或者电流传感器进行电流检测等方法。

速度检测部6根据位置检测部5的输出信号来检测无刷DC电机4的驱动速度。本实施方式的速度检测部6根据由无刷DC电机4的转子的旋转在定子绕组中产生的感应电压的零交叉周期，来计算驱动速度。

误差检测部7检测由速度检测部6计算出的无刷DC电机4的驱动速度与目标速度之差(误差)。

换流控制部8根据位置检测部5的输出信号，对向无刷DC电机4的各相的定子绕组以电角为90度以上、150度以下范围供给的电力进行设定。换流控制部8包括导通时刻控制部9和断开时刻控制部10。导通时刻控制部9用于设定将开关元件3a～3f接通(turn on)的导通时刻(on timing)。断开时刻控制部10用于设定将开关元件3a～3f关断(turn off)的断开时刻(off timing)。即，换流控制部8利用导通时刻控制部9和断开时刻控制部10对逆变器3的各开关元件的导通、断开的各时刻单独地进行设定。

PWM控制部11通过PWM控制来调节逆变器3的三相交流输出电压。由此，PWM控制部11进行控制，使得以目标速度驱动无刷DC电机4。此时，利用比当“向无刷DC电机的定子绕组供给电力的电力供给区间的最低电角”除以“电角120度”而得的值更大的PWM控制进行导通，以该导通的导通时间的时间比进行驱动时，断开时刻控制部10在较早的时刻进行开关元件的关断。由此，PWM控制部11的时间比被调节为100％。

此情况下，优选使断开开关元件的时刻逐渐变早。由此，能够防止无刷DC电机4的动作发生急剧变化。此情况下，可以在一个控制周期中执行一次上述时刻的改变，这是不言自明的。

此外，在以下的状态中，无刷DC电机4的速度控制通过PWM控制部11的导通时间的时间比的调节来执行。具体而言，在无刷DC电机4启动时等中，驱动速度非常小(慢)的情况下或者驱动负载较小的情况下等，执行速度控制。在无刷DC电机4除此以外的状态下，PWM控制部11利用换流控制部8调节各开关元件的断开时刻，使得导通时间的时间比为100％。由此，在导通时间的时间比为100％的状态下，执行无刷DC电机4的速度控制。

波形合成部12对由PWM控制部11生成的PWM信号和由换流控制部8生成的信号进行合成，向驱动部13输出。

驱动部13根据由波形合成部12合成的信号，使逆变器3的各开关元件3a～3f成为导通状态或者断开状态。由此，逆变器3生成任意的三相的交流电压，向无刷DC电机4供给并驱动无刷DC电机4。

如上述那样构成本实施方式的电机驱动装置，驱动无刷DC电机4。

如图1所示，上述电机驱动装置和无刷DC电机4能够组装入例如冷藏库19等具有压缩机的电设备中以进行利用。

下面，以使用电机驱动装置和无刷DC电机4来驱动冷藏库19的制冷空气调节系统的结构为例，进行说明。

冷藏库19的制冷空气调节系统构成为：压缩机15、冷凝器16、减压器17、蒸发器18等通过配管22连接，使制冷剂气体循环以对冷藏库19内进行冷却。

压缩机15包括收纳在同一密闭容器中的无刷DC电机4和压缩构件14。压缩构件14与无刷DC电机4的转子的轴连接，将配管22内的制冷剂气体吸入、压缩并排出。利用压缩机15的压缩构件14压缩的制冷剂气体以经过冷凝器16、减压器17、蒸发器18并再次返回压缩机15的方式在配管22内循环。

即，制冷空气调节系统在冷凝器16中散热，在蒸发器18中吸热，进行加热和吸热动作。此外，可以根据需要，利用送风机等像冷凝器16和蒸发器18送风。由此，进一步提高热交换效率。

如上所述，制冷空气调节系统能够作为冷藏库19的制冷循环使用。此时，蒸发器18配设在被隔热壁20包围的食品贮藏室21内，用于冷却贮藏的食品等。

如上所述，将电机驱动装置组装入冷藏库19等中，构成制冷空气调节系统。

以下，使用图2A和图2B，对上述电机驱动装置的动作和作用进行说明。

图2A和图2B为电机驱动装置中的各部的波形及其时序图。具体而言，图2A为在一般的电机驱动装置中，120度通电时的波形及其时序图。图2B为在该电机驱动装置中，利用断开时刻控制部10调节开关元件的断开时刻来驱动无刷DC电机4时的波形及其时序图。

此外，图2A和图2B中，将通过无刷DC电机4旋转而产生的感应电压设为E，将端子电压设为Vu，两个波形都仅图示了U相。未图示的V相和W相由彼此的相位互相错开120度的相同形状的波形表示。另外，将与高压侧连接的开关元件3a、3b、3c的驱动信号设为U+、V+、W+来图示。与未图示的低压侧连接的开关元件3d、3e、3f的驱动信号，为具有与各个高压侧的开关元件的驱动信号错开180度的相位的波形。

首先，电机驱动装置的位置检测部5将感应电压E的零交叉点作为位置信号进行检测。然后，检测无刷DC电机4的转子的磁极的相对位置。由此，实现对无刷DC电机4的定子绕组通电的相进行切换的时刻(未图示)。

此外，在没有向各相(图2A与U相对应)的定子绕组施加电压的区间出现的感应电压E与向逆变器3输入的输入电压Vdc的1/2的大小关系发生反转的点，检测零交叉点。具体而言，在图2A和图2B所示的U相的情况下，在开关元件3a、3d这两者为断开的区间C1、C2、C3、C4中出现的感应电压E与逆变器3的输入电压Vdc的1/2的大小关系发生反转的点P1、P2，检测零交叉点。由此，在电角的每一个周期中，各相为2次，三相共计6次，在每个电角30度产生位置信号。

即，根据在图2A所示的120度通电时的开关元件3a、3b、3c的通电图形(U+、V+、W+)，首先，位置检测部5在点P1这一零交叉点检测无刷DC电机4的磁极位置。在点P1进行检测后，在电角30度后，断开W+(相当于开关元件3c)，同时导通U+(相当于开关元件3a)。由此，在电角360度的全部范围内，总是向三相的某一相的定子绕组通电。

另一方面，在图2B中，与图2A同样，首先，位置检测部5在点P1这一零交叉点检测无刷DC电机4的磁极位置。在点P1进行检测后，在经过电角30度之前，断开W+(开关元件3c)。而且，在断开W+，电角30度后，导通U+(开关元件3a)。

此时，在图2A和图2B所示的区间C1～C4的U相下出现感应电压E的情况仅在其他相(V相、W相)的开关元件导通，即PWM控制的导通期间出现。因此，在图2B的情况下，W+的开关元件3c的关断，比U+的开关元件3a的接通更早地执行。因此，向无刷DC电机4供给电力的电力供给区间(在U相的情况下，相当于F2)变短。即，向无刷DC电机4的定子绕组供给电力的电力供给区间变短。由此，利用PWM控制进行的导通、断开次数减少，能够抑制逆变器3的开关损失。而且，通过缩短电力供给区间，PWM控制的导通时间变长。因此，由位置检测部5获取位置检测信号的可能的期间变长。其结果，位置检测部5的检测精度提高。即，在PWM控制的断开时间不能够进行位置检测。因此，在PWM控制的断开时间产生了位置信号的情况下，在PWM控制成为导通时间的时刻之前不能够进行位置检测，所以发生延迟。但是，通过将PWM控制的导通时间变长，断开时间变短。因此，能够抑制延迟的产生，提高位置检测部5的检测精度。

另外，使断开开关元件的时刻处于从刚进行位置检测后、至经过电角30度(从位置检测的点P1至区间A1的范围)后为止的范围。具体而言，如图2B所示，使断开开关元件3c的时刻处于从点P1的位置检测后、至区间A1为止的范围。即，使之处于在点P1的位置检测中可靠地能够换流的范围、且相对于感应电压E提前的相位的范围。由此，能够防止发生由延迟相位引起无刷DC电机4的转矩降低。

如上所述，在本实施方式中，使开关元件3a～3f的断开时刻的范围为从刚进行位置检测后、至电角30度以内为止的范围。由此，将向无刷DC电机4的三相定子绕组供给电力的电力供给区间(在图2B中，相当于F2)调节为电角在90度以上120度以下。此时，电力供给中止的无电力供给区间A1、A2、A3越短，自动增加越大的提前角B(无电力供给区间的电角的1/2)。由此，无刷DC电机4的转矩增加。因此，尽管设定了无电力供给区间，也能够防止发生无刷DC电机4的失调等。其结果，能够稳定地驱动无刷DC电机4。

如上所述，执行电机驱动装置的动作，能够得到上述的作用。

下面，对开关元件的断开时刻调节控制进行说明。

首先，使用图3，对断开时刻调节控制的开始时的判断动作进行说明。

图3是开关元件的断开时刻调节控制的开始时的判断流程图。

如图3所示，首先，确认在PWM控制部11生成的开关元件的导通时间的时间比是否大于规定值(步骤S11)。在导通时间的时间比大于规定值的情况下(步骤S11的“是”)，开始进行断开时刻调节控制(步骤S12)。

另一方面，在导通时间的时间比小于规定值的情况下(步骤S11的“否”)，执行PWM控制。

此外，在本实施方式中，使向定子绕组供给电力的最小电力供给区间为电角90度。即，将导通时间的时间比的规定值根据其与120度通电的比例，设定为例如75％。当然，也可以根据用途等不同，将规定值设定为任意适当的值。

本实施方式的电机驱动装置在规定的PWM控制的导通时间的时间比为规定值以下的情况下，将开关元件的断开时刻调节控制的开始与PWM控制并用地进行控制。由此，防止如下情况：在启动时驱动速度极低的情况下，或者以低速驱动时负载非常小的情况等下，向无刷DC电机4的定子绕组供给电力的电力供给区间变得极短。其结果，能够防止无刷DC电机4的启动失败或不稳定的运转状态，或者转矩极小等。即，通过上述控制，能够在各种负载条件下稳定地驱动无刷DC电机4。

如上所述，执行断开时刻调节控制开始时的判断动作。

接着，使用图4，对从PWM控制向断开时刻调节控制转移的转移动作进行说明。

图4是表示从PWM控制向断开时刻调节转移的转移动作的流程图。

首先，当决定图3中说明的断开时刻调节控制的开始时刻时，如图4所示，将开关元件的断开时刻提早任意的时间进行(步骤S21)。然后，通过PWM控制，进行无刷DC电机4的速度控制(步骤S22)。此时，通过提早开关元件的断开时刻地进行，缩短向无刷DC电机4供给电力的电力供给区间(参照图2B的F2)。因此，增加PWM控制的导通时间的时间比。

接着，判断PWM控制的导通时间的时间比是否小于100(步骤S23)。在导通时间的时间比小于100％的情况下(步骤S23的“是”)，返回步骤S21，继续后面的步骤动作。

另一方面，在导通时间的时间比达到100％时(步骤S23的“否”)，将PWM控制的导通时间的时间比设定为100％(步骤S24)。

然后，将导通时间的时间比保持为100％的状态，开始进行开关元件的断开时刻调节控制(步骤S25)。

如上所述，执行从PWM控制向断开时刻调节控制转移的转移动作。

接着，参照图1并使用图5，对转移到开关元件的断开时刻调节控制后的断开时刻调节控制的动作进行说明。

图5是表示开关元件的断开时刻调节控制的动作的流程图。

如图5所示，首先，利用误差检测部7检测由速度检测部6检测出的无刷DC电机4的驱动速度与目标速度的偏差(误差)。然后，判断驱动速度是否比目标速度快(步骤S31)。在驱动速度比目标速度快的情况下(步骤S31的“是”)，PWM控制部11将导通时间的时间比保持为100％。

然后，PWM控制部11判断是否能够利用断开时刻控制部10提早开关元件的断开时刻(步骤S32)。在能够提早断开时刻的情况下(步骤S32的“是”)，将开关元件的断开时刻提早(步骤S33)。由此，减小向无刷DC电机4的定子绕组供给电力的电力供给区间，以降低无刷DC电机4的速度的方式进行速度控制。

另一方面，在不能提早断开时刻的情况下(步骤S32的“否”)，执行PWM控制部11的PWM控制(步骤S34)。此时，对是否能够提早断开时刻进行的判断，是在位置检测后的开关元件的断开时刻时的状态下进行判断的。具体而言，在位置检测后，立即断开开关元件的情况下，PWM控制部11判断为不能将断开时刻比这更提早。此情况下，在本实施方式中，由于将提前角设为0度，所以向无刷DC电机4的定子绕组供给电力的最小电力供给区间为电角90度的区间。

另外，在驱动速度为目标速度以下的情况下(步骤S31的“否”)，判断无刷DC电机4的驱动速度是否比目标速度慢(步骤S35)。在驱动速度比目标速度慢的情况下(步骤S35的“是”)，判断开关元件的断开时刻是否早于从位置检测起至电角30度的时刻(步骤S36)。在断开时刻早于从位置检测起至电角30度的时刻的情况下(步骤S36的“是”)，使开关元件的断开时刻延迟(步骤S37)。由此，增加向无刷DC电机4的定子绕组供给电力的电力供给期间。然后，以使无刷DC电机4的驱动速度上升的方式进行速度控制。

另一方面，在断开时刻晚于从位置检测起至电角30度的时刻的情况下(步骤S36的“否”)，提早开关元件的导通时刻(步骤S38)。即，在进一步使开关元件的断开时刻延迟的情况下，相对于感应电压E，施加电压的相位成为延迟的相位。此情况下，有可能发生电机转矩降低和随之的失调等。因此，在步骤S38中，提早开关元件的导通时刻。由此，增加向无刷DC电机4的定子绕组供给电力的电力供给区间，以使无刷DC电机4的驱动速度上升的方式进行速度控制。此情况下，提早导通时刻的上限为直到刚进行位置检测后。此时，向无刷DC电机4的定子绕组供给电力的最大电力供给区间为电角150度。

另外，在本实施方式的电机驱动装置中，将提前角设为0度。因此，电角120度的通电，使开关元件的断开时刻与导通时刻一致地进行。然而，在定子的内部埋设有永磁铁的IPM(Interior Permanent Magnet)电机的情况下，为了达到最优的驱动，需要设置任意的提前角。

因此，本实施方式的电机驱动装置，为了能够对IPM电机等各种电机进行最优的驱动，对开关元件的断开时刻的调节范围和导通时刻进行如下设定。

即，作为开关元件的断开时刻的调节范围，设定为从刚进行位置检测后起、至经过了“(电角30度)-(提前角)”的位置。另一方面，首先，将开关元件的导通时刻设定为从位置检测时刻至经过了“(电角30度)-(提前角)”的时刻。

具体而言，例如在提前角为10度的情况下，将开关元件关断的断开时刻，在从位置检测至电角经过20度的范围内进行调节。另一方面，将开关元件接通的导通时刻，在位置检测后至电角20度之后进行。而且，以如下方式进行设定：使从位置检测起至关断为止的电角与从位置检测起至接通为止的电角之和为60度以下，能够对关断在比接通提前的从电角0度至30度的任意的范围进行调节。由此，能够在从位置检测开始至电角30度的期间任意地设定提前角和开关元件的导通、断开的时刻。

此外，在附加了提前角的情况下，在电角从“90度+提前角”至120度的范围内，调节向无刷DC电机4的定子绕组供给电力的电力供给区间。

另外，在本实施方式的电机驱动装置中，在高速、高负载地驱动无刷DC电机4的情况下，如下述那样设定关断的断开时刻和接通的导通时刻的范围。

具体而言，在从位置检测起至经过了“(电角30度)-(提前角)”的时刻的范围，调节关断的断开时刻。另一方面，在从刚进行位置检测后的检测位置至经过了“电角30度-提前角”的时刻的范围内，调节接通的导通时刻。由此，能够在从电角120度至“电角150度-提前角”的范围内，调节向无刷DC电机4的定子绕组供给电力的电力供给区间。

即，通过调节开关元件的接通、关断的时刻，能够在例如提前角为0度的情况下，在电角从90度至150度的范围内，对向无刷DC电机4供给电力的电力供给区间进行调节。由此，能够根据从低速、低负载的驱动至高速、高负载的驱动的、广范围内的负载、速度的状态变化，来驱动无刷DC电机4。

如上所述，执行断开时刻调节控制的动作。

接着，使用图6A～图6D，对无刷DC电机4的端子电压Vu的行为进行说明。

图6A和图6B表示图2A中的区间C1、F1的端子电压Vu的动作。图6C和图6D表示图2B中的区间C3、F2的端子电压Vu的动作。

首先，如图6A和图6B所示，在图2A所示的120度通电的PWM控制的情况下，成为在端子电压Vu上叠加由高频PWM控制的载波频率成分(周期f)的波形。另外，在图6A所示的区间C1中，在PWM控制导通的瞬间，由电机绕组、寄生电容等的影响引起的振铃噪声(ringnoise)成分也叠加到端子电压Vu上。此外，如上所述，在区间C1，比较无刷DC电机4的端子电压Vu与逆变器输入电压的1/2，将它们的大小关系反转的点作为无刷DC电机4的感应电压E的零交叉点P来检测。然而，在图6A的情况下，由于叠加的振铃噪声成分等，将Px点误检测为P点。该零交叉点P的位置检测偏差成为无刷DC电机4的驱动速度产生脉动或振荡、噪声增大、驱动效率降低等的原因。

另一方面，如图6C所示，在PWM控制的导通时间的时间比为100％的情况下，在端子电压Vu中出现感应电压E的波形。因此，在点P能够准确地进行零交叉点的位置检测。由此，能够实现能够低噪声、低振荡、低损失且稳定地驱动的无刷DC电机4。

另外，在图6B所示的区间F1，随着由PWM控制的高频进行的开关元件的导通、断开动作，产生开关损失。不过，如图6D所示，在导通时间的时间比为100％的驱动中，开关元件不执行开关动作，所以并不产生开关损失。因此，能够降低开关损失等的电路损失，能够实现高效的电机驱动装置。

如上所述，基于PWM控制的条件，无刷DC电机4的端子电压Vu发生变化。

接着，使用图7A和图7B，与在图6A至图6D中说明的无刷DC电机4的端子电压Vu的变化对应地说明在无刷DC电机4中流动的电流的行为。

图7A表示图2A所示的120度通电的PWM控制时在无刷DC电机4中流动的电流波形。如图7A所示可知，伴随PWM控制中的开关元件的导通、断开动作的高频电流成分叠加于在无刷DC电机4中流动的电流上。该高频电流成分时电机铁损的原因。

另一方面，如图7B所示，在以PWM控制的导通时间的时间比100％运转电机驱动装置的情况下，不产生高频电流成分。因此，能够降低电机铁损等的损失，能够实现高效的电机驱动装置。

下面，参照图1，对具有使用上述结构的电机驱动装置来驱动压缩机15的制冷空气调节系统的冷藏库19的动作进行说明。

近年来的冷藏库19由于采用真空隔热材料等而提高了隔热技术，所以从外部很少有热进入。而且，除了例如门频繁进行开闭的早晚做家务的时间段之外，冷藏库19的库内，在一天的大半时间中处于稳定的冷却状态。因此，可以以制冷能力下降的低速、低负载的状态驱动压缩机15。

在上述状况下，为了进一步削减冷藏库19消耗的电力，非常有效地提高压缩机15，即无刷DC电机4的低速、低输出时的驱动效率。

因此，在本实施方式的电机驱动装置中，在低速、低负载地驱动无刷DC电机4的情况下，按下述的方式控制并驱动无刷DC电机4。

具体而言，不执行PWM控制的高频的导通、断开控制，使PWM控制的导通时间的时间比为100％，调节向无刷DC电机4的定子绕组供给电力的电力供给区间地对驱动速度进行控制。由此，逆变器3不产生由PWM控制导致的开关损失。因此，能够大幅度提高逆变器3的电路效率。

另外，本实施方式的逆变器3使用MOSFET作为开关元件。MOSFET具有如下结构特征：导通时的输出电流的路径上没有PN结。因此，MOSFET尤其是在低电流输出期间导通时的开关损失与例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等其他功率器件相比，非常低。

如上所述，在一天的大半时间中以低速、低负载的方式驱动冷藏库19。因此，在无刷DC电机4流动的电流低(小)。因此，若将本实施方式的电机驱动装置用作冷藏库19的压缩机15的驱动装置，并使用MOSFET作为电机驱动装置的逆变器3的开关元件时，能够大幅度降低冷藏库19消耗的电力。

另外，本实施方式的电机驱动装置不执行PWM控制的导通、断开控制。因此，高频电流成分不叠加于在无刷DC电机4的定子绕组中流动的电流。由此，能够大幅度抑制电机铁损，提高电机效率。

另外，通常情况下，PWM控制执行在从1kHz至20kHz程度的PWM频率下的开关动作。因此，PWM控制的频率成分作为噪音产生。由于冷藏库19不分昼夜在一整天中运转，所以静音设计是非常重要的部分。

因此，本实施方式的电机驱动装置以导通时间的时间比为100％的方式进行驱动，所以不产生由PWM控制导致的噪音。因此，电机驱动装置对冷藏库19的静音设计非常有效。

如上所述，本实施方式的电机驱动装置包括无刷DC电机4、向无刷DC电机4供给电力的逆变器3和检测无刷DC电机4的转子位置的位置检测部5。逆变器3由6个开关元件构成，该开关元件根据位置检测部5得到的位置信号，分别独立地设定导通时刻或者断开时刻。而且，相对于位置检测部5的位置信号，逆变器3以开关元件的断开时刻调节比导通时刻提前的方式被调节。由此，能够缩短向无刷DC电机4的定子绕组供给电力的电力供给区间。因此，PWM控制的导通时间的时间比变大，能够抑制无刷DC电机4的高频电流成分。其结果，能够减少无刷DC电机4的电机铁损。而且，伴随PWM控制进行的开关元件的导通、断开次数变少。因此，能够降低逆变器损失，实现电机驱动装置的高效化。

另外，本实施方式的电机驱动装置包括：PWM控制部11，其以逆变器3的开关元件的开关的导通时间的时间比调节向无刷DC电机4供给的电压；和对开关元件的导通时刻和断开时刻进行控制的换流控制部8。而且，换流控制部8开关元件的断开时刻进行调节，以使得由PWM控制部11进行的导通时间的时间比为100％。由此，能够大幅度地抑制随着开关元件的导通、断开而产生的开关损失，提高逆变器3的效率。另外，在无刷DC电机中流动的电流中，不产生随着开关元件的导通、断开驱动而生成的高频成分。因此，能够大幅度地抑制电机铁损。由此，能够降低无刷DC电机和电路的损失，提供高效的电机驱动装置。另外，换流控制部8以使PWM控制的导通时间的时间比为100％的方式进行调节。由此，能够抑制随着由开关元件的高频引起的开关动作而产生的高频带的噪声，使电机驱动装置静音化。另外，通过导通时间的时间比100％的驱动，能够排除受到振铃噪声的影响而产生的无刷DC电机4的磁极位置的检测偏差，准确地检测磁极位置。由此，进一步提高无刷DC电机4的驱动稳定性。其结果，能够进一步实现电机驱动装置的高效化、低噪声化、低振荡。

另外，本实施方式的电机驱动装置，开关元件从导通状态到断开状态的切换，相对于从断开状态到导通状态的切换，在提前电角0度至30度的范围的较早的时刻进行。由此，自动附加了将关断比接通提早了的电角的1/2的提前角。因此，在以具有电力供给的中止期间的驱动波形驱动无刷DC电机4的情况下，也能够抑制产生失调等。其结果，可得到能够稳定地驱动的电机驱动装置。

另外，本实施方式的电机驱动装置按照如下方式来设定对无刷DC电机的定子绕组的通电相进行切换的时刻。

具体而言，将切换时刻设定成，相对于位置检测部的位置信号使开关元件的断开时刻提前的电角与使导通时刻提前的电角之和设为电角60度以下，并且使断开时刻提前的电角设定为使导通时刻提前的电角以上。由此，能够将提前角和向无刷DC电机供给电力的电力供给中止区间设定在电角0度～30度的范围。其结果，能够根据无刷DC电机的负载和驱动速度等状态，进一步设定最适当的电力供给期间。因此，能够最适当地驱动需要根据例如负载状态、速度来设定最适当的提前角的IPM电机。即，能够高效地驱动IPM电机等各种类型的永磁铁电机。

另外，使本实施方式的电机驱动装置的向无刷DC电机的三相的定子绕组供给电力的电力供给区间为电角90度以上150度以下。而且，当电力供给区间为电角90度以上小于120度时，将开关元件的断开时刻设定为比导通时刻提前。由此，能够在宽范围的负载和驱动速度范围内，最适当地驱动无刷DC电机。

另外，本实施方式的电机驱动装置，当由PWM控制部11进行的开关元件的导通时间的时间比为规定值以上时，换流控制部8将开关元件的断开时刻设定为比导通时刻提前。通常，在PWM控制的导通时间的时间比低于规定值的启动时、或者在低速驱动时负载较低的情况下，向定子绕组供给电力的电力供给区间变得极短。即使在该情况下，通过上述设定，也能够防止无刷DC电机的启动失败、驱动时的不稳定动作或者转矩极低等。因此，能够得到对各种负载条件都能稳定地驱动无刷DC电机的电机驱动装置。

另外，本实施方式的电机驱动装置利用无刷DC电机驱动用于制冷循环的压缩机。由此，能够降低无刷DC电机的电机铁损，提高电机效率。其结果，能够实现使用了COP(Coefficient Of Performance)较高的压缩机的高效的制冷循环。

另外，本实施方式的电设备包括上述电机驱动装置和由电机驱动装置驱动的压缩机。具体而言，例如在具有驱动压缩机的制冷循环的冷藏库等的电设备中采用电机驱动装置。由此，能够由电机驱动装置得到的较高的电路效率和由高COP压缩机得到的高效的制冷循环。其结果，能够实现消耗电力量较低的冷藏库等的电设备。而且，能够抑制随着PWM控制的开关动作而产生的高频带的噪声，使冷藏库静音化。

如以上说明的那样，本发明的电机驱动装置包括：无刷DC电机；向无刷DC电机供给电力的逆变器；和检测无刷DC电机的转子位置的位置检测部。逆变器由6个开关元件构成，该开关元件根据由位置检测部得到的位置信号分别独立地设定导通时刻或断开时刻，逆变器调节各个开关元件的断开时刻，来进行无刷DC电机的速度控制。

另外，本发明的电机驱动装置也可以执行调节，以使得相对于位置检测部的位置信号使开关元件的断开时刻比导通时刻提前。

根据上述结构，当低速、低负载地驱动无刷DC电机时，能够缩短开关元件的导通期间。因此，能够减少开关元件的开关次数。由此，能够抑制逆变器的电路损失，实现电机驱动装置的高效化。

另外，本发明的电机驱动装置包括：PWM控制部，其以将逆变器的开关元件开关的导通时间的时间比调节向无刷DC电机供给的电压；和换流控制部，其控制开关元件的导通时刻和断开时刻。而且，换流控制部8也可以调节开关元件的断开时刻，以使得由PWM控制部进行的导通时间的时间比为100％。根据该结构，由于不高频率地进行开关元件的导通、断开，所以能够大幅度地抑制开关损失，提高逆变器的电路效率。另外，电机电流中不产生伴随PWM控制的导通、断开而生成的高频电流。因此，由于由电机铁损降低引起的电机效率提高，所以能够大幅度地提高电机驱动装置的效率。而且，伴随PWM控制的高频开关的高频噪音不再产生。因此，能够实现电机驱动装置的静音化。

另外，本发明的电机驱动装置可以构成为开关元件从导通状态到断开状态的切换，相对于从断开状态到导通状态的切换，在提前电角0度至30度的范围的较早的时刻进行。根据该结构，自动附加了将开关元件的关断提早了的电角1/2的提前角。因此，即使以存在向无刷DC电机供给电力的电力供给中止的区间的驱动波形来驱动，也能够抑制产生失调等，确保稳定地驱动性能。

另外，本发明的电机驱动装置可以设定为当PWM控制部的开关元件的导通时间的时间比为规定值以上时，换流控制部使开关元件的断开时刻比导通时刻提前。由此，在无刷DC电机的启动后即刻的低速时或者低负载、低速驱动时，能够并用PWM控制。其结果，能够稳定地启动无刷DC电机，并且提高超低负载、超低速时的驱动稳定性。

另外，本发明的电机驱动装置可以构成为利用由上述电机驱动装置驱动的无刷DC电机对制冷循环的压缩机进行驱动。根据该结构，能够利用电机驱动装置，提高压缩机的COP。其结果，能够实现高效的制冷循环。

另外，本发明的电设备可以包括上述电机驱动装置和由电机驱动装置驱动的压缩机。根据该结构，能够利用高效的制冷循环，实现低耗电的电设备。而且，能够抑制伴随PWM控制的开关元件的开关动作而产生的高频带的噪音，实现静音性能优越的电设备。

产业上的利用可能性

本发明能够降低电机驱动装置的电路损失，提高电机效率，并降低驱动噪音和振荡。因此，能够适用于冷藏库、空调机、洗衣机、泵、送风机、电扇、电动吸尘器等使用无刷DC电机的设备等中。

附图标记说明

1 交流电源

2 转换器电路

2a 整流电路

2b 平滑电路

2c 开关部

3 逆变器

3a、3b、3c、3d、3e、3f 开关元件

4 无刷DC电机

5 位置检测部

6 速度检测部

7 误差检测部

8 换流控制部

9、103 导通时刻控制部

10、104 断开时刻控制部

11 PWM控制部

12 波形合成部

13 驱动部

14 压缩构件

15 压缩机

16 冷凝器

17 减压器

18 蒸发器

19 冷藏库

20 隔热壁

21 食品贮藏室

22 配管

201 驱动控制部

202 电力检测部

203 通电脉冲信号生成控制部。

Claims (6)

1.一种电机驱动装置，其特征在于，包括：

无刷DC电机；

用开关元件向所述无刷DC电机供给电力的逆变器；和

检测所述无刷DC电机的转子位置的位置检测部；

PWM控制部，其以所述逆变器的所述开关元件的开关的导通时间的时间比调节向所述无刷DC电机供给的电压；和

换流控制部，其控制所述开关元件的导通时刻和断开时刻，

所述逆变器由6个所述开关元件构成，所述开关元件根据由所述位置检测部得到的位置信号分别独立地设定所述导通时刻或所述断开时刻，

所述换流控制部调节各个所述开关元件的所述断开时刻，以使得由所述PWM控制部进行的所述导通时间的时间比为100％，来进行所述无刷DC电机的速度控制。

2.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：

所述调节是以相对于所述位置检测部的位置信号使所述开关元件的所述断开时刻比所述导通时刻提前的方式进行的。

3.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：

所述开关元件从导通状态到断开状态的切换，相对于从断开状态到导通状态的切换，在提前电角0度至30度的范围的较早的时刻进行。

4.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：

当所述PWM控制部的所述开关元件的所述导通时间的时间比为规定值以上时，

所述换流控制部使所述开关元件的所述断开时刻比所述导通时刻提前。

5.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：

所述无刷DC电机用于驱动制冷循环的压缩机。

6.一种电设备，其特征在于，包括：

权利要求1所述的电机驱动装置；和

由所述电机驱动装置驱动的压缩机。

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