CN111034011B - 电动机驱动装置和使用它的冷藏库 - Google Patents

Abstract

本发明提供电动机驱动装置(30)包括：具有转子的无刷DC电动机(4)；由6个开关元件(3a～3f)构成的、对无刷DC电动机(4)供给电力的逆变电路(3)；检测转子的旋转位置的位置检测部(5)；进行PWM控制的PWM控制部(11)，其以高频率对开关元件(3a～3f)进行导通和断开由此来调节对无刷DC电动机(4)施加的电压。电动机驱动装置(30)还包括：通电相控制部(8)，其设定无刷DC电动机(4)中的各相的通电状态并且使得基于PWM控制的开关元件(3a～3f)的导通时间时比率成为最大；和调节无刷DC电动机(4)的驱动速度的控制中的控制量的控制量调节部(8c)，控制量调节部(8c)根据向无刷DC电动机(4)的电力的供给状态调节控制量。

Description

电动机驱动装置和使用它的冷藏库

技术领域

本发明涉及通过逆变器控制驱动无刷DC电动机的电动机驱动装置和使用该驱动装置的冷藏库。

背景技术

现有技术中，在这种无刷DC电动机的驱动装置中，无刷DC电动机的各相的通电状态通过PWM(Pulse Width Modulation)控制来控制。

具体而言，无刷DC电动机通过PWM控制的矩形波以各相的通电区间基本上称为120度的方式被控制，从而被驱动。另外，当PWM控制的占空比(Duty Ratio)成为100％时，通电区间被扩张到120度以上。由此，无刷DC电动机的、在高速且高负荷情况下的可驱动区域被扩张(例如参照专利文献1)。

图9是表示专利文献1的电动机驱动装置的模块图。如图9所示，逆变电路103由开关元件103a～103f构成。各开关元件103a～103f在从断开向导通转变时，通过导通时刻控制机构104a进行提前角控制。另一方面，各开关元件103a～103f在从导通向断开转变时，不进行基于断开时刻控制机构104b的提前角控制。由此，进行叠加(overlap)通电。

另外，在现有技术的其它的电动机驱动装置中，以使供给到电动机的电力成为目标电力值的方式，控制开关元件的通电角和提前角、向逆变器的输入直流电压。由此，能够实现电动机驱动装置的高输出化，并且能够实现电动机的高旋转。另外，能够降低电动机驱动装置的损失(例如参照专利文献2)。

图10是表示专利文献2的电动机驱动装置的驱动控制机构201的模块图。如图10所示，无刷DC电动机的驱动控制机构201具有：检测驱动电力的电力检测机构202；和通电脉冲信号生成控制机构203。通电脉冲信号生成控制机构203进行逆变器的驱动信号图案的生成和逆变器输入电压的设定。并且，以驱动电力与目标设定电力值一致的方式控制逆变器的输入电压值、通电角和提前角。

但是，现有技术的电动机驱动装置中，关于高效率化和可靠性的提高还有改善的余地。

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

本发明的目的在于抑制电动机驱动装置的损失，并且实现无刷DC电动机的高效率化。另外，目的还在于实现低振动且低噪声的电动机驱动装置，并且实现电动机驱动装置的可靠性的提高。

具体而言，本发明的电动机驱动装置包括：具有转子的无刷DC电动机；逆变电路，其由6个开关元件构成，对无刷DC电动机供给电力；检测转子的位置的位置检测部；和通过以高频率将开关元件导通和断开，来调节施加于无刷DC电动机的电压的进行PWM控制的PWM控制部。电动机驱动装置还包括：通电相控制部，其设定无刷DC电动机中的各相的通电状态并且使得基于PWM控制的开关元件的导通时间时比率成为最大；和控制量调节部，其调节无刷DC电动机的驱动速度的控制中的控制量，控制量调节部根据向所述无刷DC电动机的电力的供给状态来调节控制量。

依据这样的结构，能够抑制电动机驱动装置的损失，并且实现无刷DC电动机的高效率化。另外，能够实现低振动且低噪声的电动机驱动装置，并且实现电动机驱动装置的可靠性的提高。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的电动机驱动装置的模块图。

图2A是表示实施方式1的电动机驱动装置的驱动波形和时序图的图。

图2B是表示实施方式1的电动机驱动装置的另一驱动波形和时序图的图。

图3是判断开关元件的断开时刻调节控制的开始的流程图。

图4是判断从PWM控制向断开时刻调节控制的转变的流程图。

图5是表示断开时刻调节控制的流程图。

图6是表示控制量的调节的流程图。

图7A是表示图2A中的区间C1的端子电压波形的图。

图7B是表示图2A中的区间F1的端子电压波形的图。

图7C是表示图2B中的区间C3的端子电压波形的图。

图7D是表示图2B中的区间F2的端子电压波形的图。

图8A是表示实施PWM控制的情况下的无刷DC电动机的相电流波形的图。

图8B是表示导通时间时比率为100％的情况下的无刷DC电动机的相电流波形的图。

图9是专利文献1的电动机驱动装置的模块图。

图10是专利文献2的电动机驱动装置的模块图。

具体实施方式

(作为本发明的基础的知识)

本发明的发明者们为了电动机驱动装置的性能和可靠性的提高，进行了深入研究的结果是得到了以下的知识。

在上述的专利文献1的结构中，提前开关元件的接通将向无刷DC电动机的电力的供给区间扩展到120度以上，由此能够实现在高负荷且高速的情况下的可驱动区域的扩张。但是，在低负荷且低速的情况下的驱动区域中，伴随着基于PWM控制的开关元件的导通和断开的开关动作而产生损失。另外，在基于PWM控制的高频率的开关动作时，也伴随着电动机铁损的增加。

另外，上述专利文献2中记载的、基于无刷DC电动机的通电角的增减进行的速度的控制中，能够实现该控制的时刻限于换流(换向)时(例如，4极电动机中，电动机转1圈12次)。

在专利文献2记载的电动机驱动装置中，在控制中增减的通电角总是一定的。但是，在通电角小于120度的情况下和120度以上的情况下，增减的通电角的每单位角度的电动机电流变化量是不同的。因此，如专利文献2的结构所示，发明者们发现在由一律的控制周期或者控制量进行控制的情况下，无刷DC电动机的加速度变得不均匀，存在由于急的加速而失调，无刷DC电动机停止这样的问题。另外，发明者们发现由于不均匀的加速导致的、无刷DC电动机的缓慢的加速或者减速，在无刷DC电动机的旋转频率通过机器的共振频率带时，存在产生无刷DC电动机的振动和噪声这样的问题。

基于这些新的知识，本发明的发明者完成了以下的公开内容。

本发明的一个方式的电动机驱动装置包括：具有转子的无刷DC电动机；逆变电路，其由6个开关元件构成，对无刷DC电动机供给电力；检测转子的旋转位置的位置检测部；和通过以高频率将开关元件导通和断开，来调节施加于无刷DC电动机的电压的进行PWM控制的PWM控制部。电动机驱动装置还包括：通电相控制部，其设定无刷DC电动机中的各相的通电状态并且使得基于PWM控制的开关元件的导通时间时比率成为最大；和控制量调节部，其调节无刷DC电动机的驱动速度的控制中的控制量，控制量调节部根据向所述无刷DC电动机的电力的供给状态来调节控制量。

依据这样的结构，能够降低由于PWM控制导致的开关元件的开关损失，实现电动机驱动装置的高效率化。另外，能够不依赖于无刷DC电动机的驱动状态，获得稳定的加速性能。因此，能够抑制在无刷DC电动机的加速或者减速时的噪声和振动的发生，能够提高电动机驱动装置的可靠性。

本发明的另一方式的电动机驱动装置中，控制量调节部关于向无刷DC电动机的电力的供给区间以电角度120度为界来切换控制量。

依据这样的结构，能够使无刷DC电动机的驱动在以120度以上的通电角进行的情况下的加速度、与以小于120度的通电角进行的情况下的加速度相等。因此，能够抑制无刷DC电动机的驱动频率通过设备的共振频率带域时的无刷DC电动机的振动和噪声。另外，通过抑制无刷DC电动机的振动，能够避免振动引起的设备的故障，因此提高电动机驱动装置的可靠性。

本发明的另一个方式的电动机驱动装置，上述的电动机驱动装置的无刷DC电动机驱动设置于制冷循环中的压缩机。

依据这样的结构，能够提高压缩机的COP(Coefficient Of Performance：性能系数)。另外，通过抑制共振导致的振动，能够防止构成制冷循环装置的配管的破损。因此，能够提供效率高且可靠性高的制冷循环装置。

另外，本发明的冷藏库中，可以使用上述的电动机驱动装置。

由此，能够提供消耗电力低且可靠性高的冷藏库。另外，能够实现抑制无刷DC电动机的加速或者减速时的冷藏库的振动和噪声。

以下对本发明的实施方式，参照附图进行说明。此外，本发明不被本实施方式限定。

(实施方式1)

[1.整体结构]

图1表示本发明的实施方式1的电动机驱动装置的模块图。

电动机驱动装置30包括逆变电路3和DC无刷DC电动机4。另外，对电动机驱动装置30例如通过变换器电路(converter circuit)2等供给直流电压。

在图1中，交流电源1为一般的工频电源。工频电源在日本国内的情况下，有效值为100V，电源频率为50Hz或者60Hz。

变换器电路2将交流电源1转换为直流电压。变换器电路2例如包括整流电路2a和平滑电路2b。另外，变换器电路2也可以包括切换输出电压的切换部。

图1中的变换器电路2由将4个二极管桥接的整流电路2a、具有电容器的平滑电路2b、和切换输出电压的开关(切换部)2c构成。开关2c将输出电压以倍压整流和全波整流这2个阶段切换。

逆变电路3由6个开关元件3a～3f构成。在本实施方式中，对各开关元件3a～3f分别使用MOSFET。各开关元件3a～3f被3相桥接。通过切换任意的开关元件的导通和断开，逆变电路3的输入直流电压被转换为3相交流电压。

无刷DC电动机4包括定子和具有永磁铁的转子而构成。定子具有与3相对应的3个定子绕组。无刷DC电动机4通过从逆变电路3供给的3相交流电力被驱动。

另外，电动机驱动装置30具有位置检测部5。位置检测部5检测无刷DC电动机4的磁极位置。在本实施方式1中，通过基于电动机的端子电压检测在无刷DC电动机4的定子绕组产生的感应电压的零交叉点，能够进行位置检测。感应电压通过无刷DC电动机4的转子的旋转产生。此外，作为位置检测的方法，可以是使用霍尔IC等的位置传感器的方法、或者基于由电流传感器等进行的电流检测的方法等。

另外，电动机驱动装置30可以具有速度检测部6。速度检测部6根据位置检测部5的输出信号检测无刷DC电动机4的驱动速度。本实施方式中，无刷DC电动机4的驱动速度能够基于无刷DC电动机4的定子绕组产生的感应电压的零交叉点的周期来计算。

另外，电动机驱动装置30可以具有速度误差检测部7。速度误差检测部7检测通过速度检测部6所获得的无刷DC电动机4的驱动速度与目标速度之差。

[2.通电相控制部]

如图1所示，电动机驱动装置30具有通电相控制部8。通电相控制部8基于来自位置检测部5的信号，设定对无刷DC电动机4的3个定子绕组中的哪个定子绕组供给电力。在各定子绕组以电角度90度以上且150度以下的范围供给电力。

通电相控制部8具有导通时刻控制部8a和断开时刻控制部8b。导通时刻控制部8a设定接通各开关元件3a～3f的时刻(以下，导通时刻)。断开时刻控制部8b设定关断各开关元件3a～3f的时刻(以下，断开时刻)。即，逆变电路3的各开关元件3a～3f的导通时刻和断开时刻独立地设定。

通电相控制部8如以上所述设定各相的通电状态。并且，通电相控制部8通过设定各开关元件3a～3f的导通时刻和断开时刻，而设定向无刷DC电动机4的电力的供给区间的范围(电力供给区间)。由此，以无刷DC电动机4按目标速度被驱动的方式进行速度控制。

另外，通电相控制部8具有控制量调节部8c。控制量调节部8c调节速度控制中的控制量。在本实施方式中，相对于由通电相控制部8所设定的电力供给区间的区间的增减量相当于控制量。控制量调节部8c通过调节在加速或减速时的、开关元件的导通时刻和断开时刻，根据电力供给区间的长度的设定值进行控制量的调节。

[3.无刷DC电动机的驱动速度的控制]

如图1所示，电动机驱动装置30具有PWM控制部11。PWM控制部11通过PWM控制调节来自逆变电路3的3相交流输出电压。由此，控制无刷DC电动机4使其按目标速度进行驱动。

在无刷DC电动机4的PWM控制的导通时间时比率(Duty Ratio)比“(向无刷DC电动机的定子绕组供给电力时的电角度的最小值)×2-(电角度120度)”除以“电角度120度”所得的值大的状态下，驱动无刷DC电动机4时，断开时刻控制部8b提前开关元件的断开时刻以使得PWM控制的导通时间时比率成为其最大值即100％。

具体而言，例如，向无刷DC电动机4的电力供给区间为电力供给区间的最小值即电角度90度的情况下，成为(90度×2-120度)÷120度＝50[％]。因此，在PWM控制的导通时间时比率为50％以上的状态下，驱动无刷DC电动机4时，断开时刻控制部8b提前开关元件的断开时刻，使的导通时间时比率成为100％。

另外，在电力供给区间为120度、且PWM控制的导通时间时比率为100％的状态下，当无刷DC电动机4的驱动速度比目标速度慢时，在PWM控制的导通时间时比率保持为100％的状态下，导通时刻控制部8a提前开关元件的导通时刻。由此，无刷DC电动机4被叠加通电，无刷DC电动机4的驱动区域被扩张。

在此，为了防止无刷DC电动机4的动作状态的急剧的变化，优选断开时刻和导通时刻的变更逐渐地进行。例如，断开时刻的变更可以分多次地自前一次的断开时刻提前。但是，断开时刻和导通时刻的变更在一个控制周期内进行即可。

此外，通过由PWM控制部11进行的导通时间时比率的调节进行无刷DC电动机4的速度控制，限定于无刷DC电动机4以上述的PWM控制的导通时间时比率以下被驱动的情况。因此，PWM控制在无刷DC电动机4的起动时、低速驱动时、低负荷驱动时和倍电压输入时等的、比较低负荷或者低速的状态下驱动无刷DC电动机4时进行。

在除此以外的稳定的驱动状态下，以使PWM控制的导通时间时比率成为100％的方式由通电相控制部8控制开关元件的断开时刻和导通时刻。由此，能够进行基于PWM控制的开关元件的导通时间时比率成为最大(本实施方式中，在稳定的驱动状态中为100％)、并且向无刷DC电动机4的电力供给区间被调节的、无刷DC电动机4的驱动速度的控制。

此外，图1所示的波形合成部12合成由PWM控制部11生成的PWM信号和由通电相控制部8生成的信号。驱动器部13基于由波形合成部12所合成的信号，将逆变电路3的各开关元件3a～3f导通或者断开。由此，能够生成任意的3相交流电压。所生成的3相交流电压供给到无刷DC电动机4，由此来驱动无刷DC电动机4。

[4.使用电动机驱动装置的压缩机]

图1表示了上述的电动机驱动装置30用于压缩机17的例子。

如图1所示，压缩机17与冷凝器18、减压器19和蒸发器20一起构成制冷循环。在图1中，作为利用了制冷循环的制冷循环装置的例子，表示了冷藏库21。

压缩机17具有无刷DC电动机4和压缩构件16。无刷DC电动机4和压缩构件16被收纳在同一密闭容器中。

压缩机17的压缩构件16与无刷DC电动机4的转子的轴连接，吸入制冷剂气体，并且将所吸入的制冷剂气体压缩而排出。从压缩机17排出的制冷剂气体通过冷凝器18、减压器19和蒸发器20，再次被吸入到压缩机17。由此，构成制冷循环。制冷循环中的、冷凝器18进行放热、而蒸发器20进行吸热，由此制冷循环装置能够进行加热或者吸热。

此外，根据需要能够在冷凝器18和蒸发器20使用送风机。由此，促进冷凝器18和蒸发器20中的热交换。

此外，冷藏库21如图1所示，具有由隔热壁22包围的食品贮藏室23。蒸发器20是为了将食品贮藏室23内冷却而使用的。

关于如以上所述构成的电动机驱动装置30，以下对其动作和作用进行说明。

[5.电动机驱动装置的动作]

[5-1.驱动波形和时序图]

图2A和图2B是本实施方式的电动机驱动装置的驱动波形和时序图。

图2A是通常的电角度在120度的通电的情况下的、驱动波形和时序图。图2B是调节了开关元件的断开时刻的状态下的、驱动波形和时序图。

在图2A和图2B中，表示了通过无刷DC电动机4的旋转产生的感应电压为E，3相(U相、V相和W相)中的U相的端子电压为Vu。另外，图2A和图2B仅表示了关于U相的波形。此外，V相和W相的感应电压和端子电压的波形是从U相的感应电压和端子电压的波形起相位分别错开了120度的相同形状的波形。

在图2A和图2B中，是关于与逆变电路3的高压侧连接的开关元件3a、3b、3c的驱动信号的时序图，分别表示为U+、V+、W+。与逆变电路3的低压侧连接的开关元件3d、3e、3f的驱动信号是从与开关元件3d、3e、3f对应的高压侧的开关元件3a、3b、3c的驱动信号起，相位分别错开了180度的信号。

位置检测部5直接或间接地检测无刷DC电动机4的转子的位置。基于所检测的转子的位置信息，调节对定子绕组中的通电相进行切换的时刻(未图示)。

在本实施方式中，位置检测部5检测转子的磁极的相对位置。具体而言，位置检测部5将感应电压的零交叉点作为位置信号来检测。

在零交叉点的检测时，是检测在对该相的定子绕组没有被施加电压的区间(关于图2A和图2B所示的U相，开关元件3a、3d的两者成为断开的区间即C1、C2、C3、C4)中，在定子绕组显现的感应电压与逆变器输入电压Vdc的1/2的大小关系发生反转的点(P1、P2)。

因此，电角度每一个周期，关于各相被检测2次、零交叉点的位置信号。即，作为3相整体在电角度每60度被检测共计6次位置信号。

如图2A所示，在基于驱动信号U+、V+和W+的通电图案中，在零交叉点(P1)的位置检测后，在经过电角度30度的时间点，与W+的断开同时地U+成为导通，开关元件3a被导通。由此，在电角度360度的整个范围中，总是3相中的某个相的定子绕组被通电。

另一方面，在图2B所示的通电图案中，在零交叉点(P1)的位置检测后，在经过电角度30度之前，W+成为断开，开关元件3c被断开之后，在经过电角度30度的时间点U+成为导通，开关元件3a被导通。

在C1～C4区间中在定子绕组显现感应电压，仅是在其它相的开关元件导通的期间、即基于PWM控制的开关元件的导通期间中。因此，以开关元件的关断(turn off)比接通(turn on)提前地进行的方式来控制，由此，以向无刷DC电动机4的电力供给区间变短的方式进行控制。由此，由于基于PWM控制的开关元件的导通和断开的次数变少，所以能够抑制逆变电路3的损失。

另外，定子绕组的电力供给区间变短，由此基于PWM控制的开关元件的导通时间变长。由此，由位置检测部5进行的零交叉点的位置检测信号的可获取的期间变长。因此，基于位置检测部5的位置检测的精度提高。

并且，如图2A和图2B所示，开关元件的断开时刻是从紧接零交叉点(P1)的位置检测之后至经过电角度30度的时间点(对于位置检测P1是区间A1的范围)。由此，基于零交叉点(P1)的位置检测的结果，能够可靠地换流。另外，由于驱动波形相对于感应电压成为提前相位，因此能够避免延迟相位导致的转矩降低的发生。

像这样，将开关元件3a～3f的断开时刻设为从紧接零交叉点的位置检测之后至经过电角度30度的时间点，由此，向3相的定子绕组的通电角被调节为90度以上且120度以下。另外，电力供给的休止区间(A1、A2、A3)越短，则自动地被施加大的提前角B(无电力供给区间的电角度的1/2)。

由此，无刷DC电动机4的转矩增加，即使在存在不对无刷DC电动机4供给电力的无电力供给区间的状态下，也能够避免无刷DC电动机4的失调等，能够进行稳定的无刷DC电动机4的驱动。

负荷增加，在开关元件的断开时刻成为零交叉点的位置检测后、电角度30度的经过时的负荷，通过在120度的通电是能够驱动的最大负荷。在该情况下，将断开时刻固定在位置检测后、电角度30度的经过时，并且在使PWM控制的导通时间时比率为100％的状态下，导通时刻最大被推进至电角度30度。即，与位置检测信号的取得同时地进行换流。由此，能够将各相的通电角扩展至电角度150度，能够扩张由电动机驱动装置30能够驱动的负荷的区域。

[5-2.速度控制的详情]

接着，关于基于上述的开关元件的导通时刻和断开时刻的调节的、无刷DC电动机4的速度控制，利用流程图进行详细地说明。

图3是判断开关元件的断开时刻调节控制的开始的流程图。

首先，判断由PWM控制部11生成的开关元件的导通时间时比率是否大于规定值(S11)。导通时间时比率大于规定值的情况下(S11的是)，进行后述的断开时刻调节控制(S12)。导通时间时比率为规定值以下的情况下(S11的否)，进行PWM控制(S13)。

在本实施方式中，向无刷DC电动机4的定子绕组的电力供给区间的最小值设定为电角度90度。因此，导通时间时比率的规定值根据{(90度×2)-120度}/120度设定为50％。此外，导通时间时比率的规定值，考虑电动机驱动装置的用途设定为适当的任意的值。

像这样，在本实施方式中，开始开关元件的断开时刻调节控制，是规定的导通时间时比率以上的情况。这时，一并使用断开时刻调节控制和PWM控制。由此，如在无刷DC电动机4的起动时等那样驱动速度极端低的情况下或者在低速驱动时负荷非常低的情况下，在倍电压输入时负荷比较轻的情况下或者低速的情况下等，能够防止由于向定子绕组的电力供给区间变得极端短而导致的无刷DC电动机4的起动的失败、不稳定的运转状态、或者极端的转矩降低等。因此，在所有的负荷条件中，都能够稳定地使无刷DC电动机4驱动。

图4是表示判断从PWM控制向断开时刻调节控制转变的流程图。

根据图3所示的流程，当决定断开时刻调节控制的开始时，开关元件的断开时刻就能够提前任意的时间(S21)。另外，进行基于PWM控制进行的速度控制(S22)。此外，当断开时刻提前时，如上所述能够分多次地比前一次的断开时刻提前。

在此，由于开关元件的断开时刻被提前(S21)，向无刷DC电动机4的电力供给区间变短。因此，通过PWM控制，导通时间时比率增加。

当基于PWM控制的导通时间时比率小于100％的情况下(S23的是)，开关元件的断开时刻被提前(S21)并且进行PWM控制(S22)。

在导通时间时比率达到了100％的情况下(S23的否)，导通时间时比率被保持在100％的状态(S24)。即，在该情况下，不进行PWM控制。另外，进行开关元件的断开时刻调节控制(S25)。即，在导通时间时比率变成100％的时间点，从PWM控制向断开时刻调节控制转变。由此，以无刷DC电动机4按目标速度进行驱动的方式控制无刷DC电动机4的驱动速度。

此外，开关元件的断开时刻成为在零交叉点的位置检测后、电角度30度(即，在120度被通电的状态)的经过时的情况下，可以进行基于导通时刻控制的速度控制。在导通时刻控制中，开关元件的导通时刻最大被推进至电角度30度。由此，无刷DC电动机4的可驱动的区域被扩张，无刷DC电动机4能够按目标速度适当地驱动。

接着，关于向开关元件的断开时刻调节控制转变后的、无刷DC电动机4的速度控制利用图1和图5进行说明。

图5是表示断开时刻调节控制的流程图。

由速度检测部6所检测的无刷DC电动机4的驱动速度与目标速度的偏差被速度误差检测部7检测。

在图5中，在无刷DC电动机4的驱动速度比目标速度快的情况下(S31的是)，断开时刻控制部8b判断能否将开关元件的断开时刻提前(S32)。这时，PWM控制部11中的导通时间时比率保持为100％。

在能够提前断开时刻的情况下(S32的是)，提前开关元件的断开时刻(S33)。由此，以使向定子绕组的电力供给区间减少、无刷DC电动机4的驱动速度降低的方式进行速度控制。在不能提前断开时刻的情况下(S32的否)，由PWM控制部11进行PWM控制(S34)。

此外，在本实施方式中，能否提前开关元件的断开时刻的判定如以下所述进行。

在开关元件的断开时刻紧接着零交叉点的位置检测之后的情况下，判断为不能再提前断开时刻。

在本实施方式中，由于设提前角为0度，所以向各定子绕组的通电角的最小值为电角度90度。这里，在通电角小于120度的情况下，相对于非通电区间的电角度产生2倍的非电力供给区间。因此，在通电角为90度的情况下，非通电区间为30度，产生60度的非电力供给区间。即，通电角为90度的情况下的输出是通电角为120度的情况下的输出的50％。

在判断为无刷DC电动机4的驱动速度比目标速度慢的情况下(S35的是)，判断开关元件的断开时刻是否在从紧接零交叉点的位置检测之后至电角度30度的经过时之间(S36)。

在开关元件的断开时刻在比电角度30度的经过时靠前的情况下(S36的是)，使开关元件的断开时刻推迟(S37)。由此，向无刷DC电动机4的定子绕组的电力供给区间增加，以无刷DC电动机4的驱动速度增加的方式进行速度控制。

另一方面，开关元件的断开时刻在电角度30度的经过时以后的情况下(S36的否)，如果再推迟开关元件的断开时刻，则施加电压相位相对于感应电压变成延迟相位，存在发生电动机转矩的降低和与此相伴的失调等的可能性。因此，提前开关元件的导通时刻(S38)。由此，以增加向定子绕组的电力供给区间、提高无刷DC电动机4的驱动速度的方式进行速度控制。

在本实施方式中，提前开关元件的导通时刻的范围的上限设为紧接着零交叉点的位置检测之后。开关元件的断开时刻在紧接着零交叉点的位置检测之后时的、向定子绕组的电力供给区间的最大值为电角度150度。这时，在无刷DC电动机4中流通的电流相对于通电角为电角度120度的情况下的电流增加17％。因此，无刷DC电动机4的最大输出也增加17％左右。

此外，在无刷DC电动机4的驱动速度与目标速度相等的情况下(S35的否)，流程结束。

另外，在本实施方式中，如上所述将提前角设为0度。因此，在通电角为电角度120度的情况下，开关元件的断开时刻与导通时刻在零交叉点的位置检测后、电角度30度的经过时一致。

这里，电动机驱动装置30优选包括IPM电动机(Interior Permanent MagnetMotor：内置永磁电动机)，能够最适当地驱动各种电动机。例如，在IPM电动机的转子的内部，埋入有永磁铁。因此，为了实现IPM电动机的最适当的驱动，需要设置最佳的提前角。

在本实施方式中，开关元件的断开时刻调节的范围和导通时刻调节的范围如以下所述来设定。

即，开关元件的断开时刻是在从紧接着零交叉点的位置检测之后至“(电角度30度)-(提前角)”的经过时的范围。

另外，开关元件的导通时刻是在零交叉点的位置检测之后、“(电角度30度)-(提前角)”的经过时。

因此，例如提前角为10度的情况下，开关元件的断开时刻在从紧接着零交叉点的位置检测之后至电角度20度的经过时的范围中被调节，导通时刻被调节为零交叉点的位置检测后、电角度20度的经过时。另外，使从零交叉点的位置检测时至断开时刻的电角度、和从零交叉点的位置检测时至导通时刻的电角度之和成为60度以下。并且，断开时刻在从导通时刻至电角度0度与30度的经过时之间的任意的范围中被调节。由此，提前角、导通时刻和断开时刻能够在从紧接着零交叉点的位置检测之后至电角度30度的经过时的范围中自由地设定。

此外，施加了提前角时的向定子绕组的通电角在从“(电角度90度)+(提前角)”至电角度120度的范围中被调节。

此外，在无刷DC电动机4以高速且高负荷被驱动的情况下，开关元件的导通时刻和断开时刻可以如以下所述进行调节。

即，开关元件的断开时刻在紧接着零交叉点的位置检测后、“(电角度30度)-(提前角)”的经过时被调节。另外，开关元件的导通时刻在从紧接着零交叉点的位置检测之后至“(电角度30度)-(提前角)”的经过时的范围中被调节。由此，向无刷DC电动机4的各定子绕组的通电角能够在从电角度120度至“(电角度150度)-(提前角)”的范围内进行调节。

如以上所述，通过调节开关元件的导通时刻和断开时刻，通电角的调节能够在从电角度90度至150度的范围(提前角0度的情况)中进行，能够调节向无刷DC电动机4的电力的供给。因此，本实施方式的电动机驱动装置30能够在负荷状态从低速且低负荷的状态至高速且高负荷的状态的广泛的范围中，驱动无刷DC电动机4。

接着，关于无刷DC电动机4的加速时或者减速时的控制进行研究。

如上文所述，相对于在电角度120度的通电情况下的输出电力，在通电角减少了30度的90度的通电情况下的输出电力减少为50％，在通电角增加了30度的150度的通电情况下的输出电力增加17％左右。即，每单位通电角的输出电力的增减量以电角度120度的通电为界限而不同。因此，在通电角以同一速率增减的情况下，在电角度120度以上的通电的情况下的加速度，成为在通电角小于120度的通电的情况下的加速度的1/3左右。

在利用电动机驱动装置的设备中，无刷DC电动机以设备固有的共振频率被驱动时，振动和噪声增大。增大的振动有可能成为设备的故障的原因。因此，通常，要避免以设备固有的共振频率驱动电动机。

加速度降低时，驱动频率通过设备固有的共振频率带的时间变长。因此，加速度的降低可能成为振动和噪声产生的原因。另外，频繁地进行加速或者减速，驱动频率频繁地通过设备的共振频率带的情况下，存在所产生的振动导致机器故障的可能性。

在本实施方式中，如以下所说明，速度控制中的开关元件的导通时刻和断开时刻的变化量(控制量)对应于通电角被修正。由此，能够避免加速或者减速时的加速度的减少，能够获得一定的加速度。

图6是表示控制量的调节的流程图。

首先，依照图5所示的流程图设定通电相控制部8的开关元件的导通时刻和断开时刻(S41)。

接着，由所设定的开关元件的导通时刻和断开时刻判定通电角是否为120度以上(S42)。在通电角为120度以上的情况下(S42的是)，选定速率1(S43)。另一方面，在通电角小于120度的情况下(S42的否)，选定速率2(S44)。

速率1和速率2是无刷DC电动机的电力供给区间的增减速率。在本实施方式中，速率1设定为速率2的3倍。即，在电角度120度以上的通电的情况下，以在小于120度的情况下增减的通电角的3倍的通电角进行增减。

例如，在加速时或者减速时，在通电角小于120度的情况下，每一个控制周期通电角增减0.1度。另一方面，在通电角为120度以上的情况下，每一个控制周期通电角增减0.3度。由此，不依赖于无刷DC电动机4的驱动状态，而能够获得大致一定的加速度。

像这样，根据对无刷DC电动机4的电力的供给状态(本实施方式中，电力供给区间)来调节控制量。

接着，关于本实施方式的无刷DC电动机的端子电压使用图7A～图7D进行说明。

图7A和图7B分别表示图2A中的区间C1和区间F1的端子电压波形。图7C和图7D分别表示图2B中的区间C3和区间F2的端子电压波形。

如图7A和图7B所示，图2A所示的被PWM控制的情况下的波形中，叠加有高频的PWM载波频率成分(周期f)。

另外，如图7A所示，在区间C1中，在PWM成为导通的瞬间，也叠加由于定子绕组或者寄生电容等的影响产生的振铃噪声成分。

在区间C1中，比较无刷DC电动机4的端子电压Vu与逆变器输入电压Vdc的1/2，其大小关系反转的点作为无刷DC电动机4的感应电压的零交叉点(P点)被检测。

但是，如图7A所示，由于在端子电压Vu叠加有振铃噪声成分，Px点被误检测为零交叉点。当像这样进行了错误的位置检测时，就引起无刷DC电动机4的驱动速度的脉动、设备的振动和噪声的增大、以及驱动效率的降低等。

另一方面，如图7C所示，在PWM控制的导通时间时比率为100％的情况下，在端子电压Vu显现感应电压波形。因此，能够准确地检测零交叉点(P点)的位置。因此，能够实现低噪声、低振动且低损失的、稳定的无刷DC电动机4的驱动。

另外，如图7B所示，在区间F1中，发生伴随着基于PWM控制产生的高频的开关元件的导通和断开的开关损失。另一方面，如图7D所示，在导通时间时比率为100％进行驱动的情况下，由于不进行开关元件的开关动作，所以不发生开关损失。因此，电动机驱动装置30的电路损失降低，能够实现电动机驱动装置30的高效率化。

图8A是表示实施了PWM控制的情况下的无刷DC电动机的相电流波形的图。图8B是表示导通时间时比率为100％的情况下的无刷DC电动机的相电流波形的图。

图8A是表示在电角度120度的通电的情况下的波形。如图8A所示，在实施了PWM控制的情况下的相电流波形，叠加有伴随着基于PWM控制的开关元件的导通和断开的高频电流成分。该高频电流成分成为电动机铁损的原因。

另一方面，如图8B所示，PWM导通时间时比率为100％的状态下驱动无刷DC电动机4时，不产生高频电流成分。因此，电动机驱动装置30的电动机损失降低，能够实现电动机驱动装置30的高效率化。

[6.使用电动机驱动装置的冷藏库]

对使用了由如上所述构成的电动机驱动装置30驱动的压缩机17的制冷循环装置进行说明。这里，作为冷却循环装置的一例，对冷藏库进行说明。

近年来，在冷藏库中采用真空隔热材料等，冷藏库的隔热性能提高，从冷藏库的外部侵入的热非常少。因此，除去伴随着进行家务事频繁地进行门的开闭的早晚的时间带以外，在一天的大部分的时间带中，冷藏库内处于稳定的冷却状态。这时，压缩机17以冷冻能力低的、低速且低负荷的状态被驱动。因此，为了削减冷藏库的消耗电力，提高压缩机17中包含的无刷DC电动机4以低速且低负荷被驱动时的效率是非常有效的。

在本实施方式中，在无刷DC电动机4以低速且低负荷驱动的状态下，不进行基于PWM控制产生的、高频率的开关元件的导通和断开的开关动作。反而，无刷DC电动机4以PWM控制的导通时间时比率成为100％的方式调节开关元件的导通时刻或者断开时刻，来控制驱动速度。由此，能够避免基于PWM控制产生的逆变电路3的开关损失的发生，逆变电路3的电路效率大幅地提高。

在本实施方式中，作为逆变电路3的开关元件使用了MOSFET。MOSFET在导通时的输出电流的路径中不具有PN结。因此，特别是MOSFET的在低电流输出时的导通时的损失与IGBT等的其它功率器件的该损失相比是非常低的。

如上所述，冷藏库在一天的大部分的时间带中，以低速且低负荷的状态被驱动，在无刷DC电动机4中流通的电流小。因此，本发明的电动机驱动装置30，如上所述在用于冷藏库的压缩机17的驱动的情况下，作为逆变电路3的开关元件使用MOSFET，由此能够有效地削减冷藏库的消耗电力。

另外，不依赖与向无刷DC电动机4的电力供给的状态，而以一定的加速度使无刷DC电动机4加速或者减速，由此能够抑制驱动速度的变更时的噪声和振动。另外，无刷DC电动机4的驱动频率迅速地通过设备固有的共振频率带，因此能够避免压缩机17的配管的损伤等的发生，能够提高压缩机17和设备的可靠性。

另外，PWM控制的导通时间比率设定为100％，使基于PWM控制的导通和断开的开关动作不进行，由此能够避免在无刷DC电动机4的定子绕组中流通的相电流叠加高频电流成分。由此，能够大幅降低电动机铁损，能够实现电动机效率的提高。

另外，在PWM控制中，通常以从1kH至20kHz左右的PWM频率进行开关元件的开关动作，产生该开关动作的频率成分引起的噪声。冷藏库由于是不分昼夜地在一整天中进行运转，因此提高冷藏库的静音性能是非常重要的。本实施方式的电动机驱动装置30，由于导通时间时比率设定为100％，因此因PWM控制引起的噪声的发生能够避免，由此能够提高冷藏库的静音性能。

工业上的可利用性

如以上所述，本发明的电动机驱动装置，能够降低电路损失实现无刷DC电动机的效率的提高，并且能够提高可靠性。另外，能够实现无刷DC电动机的驱动噪声和设备的振动的降低。因此，能够在冷藏库、空调机、洗衣机、泵、电风扇、电扇和电动吸尘器等的使用无刷DC电动机的各种设备中适用。

附图标记说明

1 交流电源

2 变换器电路

2a 整流电路

2b 平滑电路

2c 开关(切换部)

3 逆变电路

3a、3b、3c、3d、3e、3f 开关元件

4 无刷DC电动机

5 位置检测部

6 速度检测部

7 速度误差检测部

8 通电相控制部

8c 控制量调节部

11 PWM控制部

12 波形合成部

13 驱动器部

16 压缩构件

17 压缩机

18 冷凝器

19 减压器

20 蒸发器

21 冷藏库

22 隔热壁

23 食品贮藏室

30 电动机驱动装置。

Claims (4)

1.一种电动机驱动装置，其特征在于，包括：

具有转子的无刷DC电动机；

逆变电路，其由6个开关元件构成，对所述无刷DC电动机供给电力；

检测所述转子的位置的位置检测部；和

通过以高频率将所述开关元件导通和断开，来调节施加于所述无刷DC电动机的电压的进行PWM控制的PWM控制部，

所述电动机驱动装置还包括：

通电相控制部，其决定在电角度90度以上150度以下的范围对所述无刷DC电动机的3相绕组供给电力的通电相以使得基于所述PWM控制的所述开关元件的导通时间时比率成为最大；和

控制量调节部，其根据由所述通电相控制部设定的通电相的状态，将向用于以规定的速度驱动所述无刷DC电动机的所述无刷DC电动机的通电相通电的电角度作为控制量进行调节，

所述控制量调节部根据向所述无刷DC电动机供给的所述电力的供给状态来调节无刷DC电动机的速度控制的所述控制量。

2.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于：

所述控制量调节部对于向所述无刷DC电动机供给的所述电力的供给区间以电角度120度为界来切换所述控制量，以使得对于通电的电角度大于120度时的速度偏差的变更量比对于120度以下时的速度偏差的变更量大。

3.如权利要求1或2所述的电动机驱动装置，其特征在于：

所述无刷DC电动机驱动设置在制冷循环中的压缩机。

4.一种冷藏库，其特征在于：

使用了权利要求3记载的电动机驱动装置。

Images