CN1138392A - 能够稳定起动的无电刷直流电机 - Google Patents

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Abstract

在起动时的使换流器输出的电压和频率增加的同步运转状态下，用电位差信号电平判定单元(41)判定为电位差信号不是预定的电平或模式比较单元(42)的比较结果为位置信号和换流器模式不具有一定的关系时，V/F图形设定单元(44)对PWM单元(54)输出电压指令信号使换流器输出电压下降。另一方面，接受来自上述电位差信号电平判定单元(41)的判定信号和来自模式比较单元(42)的表示比较结果的信号，位置检测运转切换单元(43)在电位差信号电平判定单元(41)中判定为电位差信号是预定的电平且位置信号和换流器模式具有一定的关系时，把运转切换开关SW从同步运转一侧切换到位置检测运转一侧。

Description

能够稳定起动的无电刷直流电机
技术领域
本发明涉及无电刷DC(直流)电机，该无电刷DC电机起动时强制地给转子加上旋转磁场，使转子转动后，根据在各电枢绕组中感应的感应电压进行电枢绕组电压图形(voltage pattern)的切换。
背景技术
以往，作为无电刷DC电机，有记载于特公平5-72197号中的电机。这种无电刷DC电机如图35所示，具有：有多个磁极的永久磁铁的转子70；有3相Y型连接的电枢绕组71a、71b、71c的定子71；在与上述电枢绕组71a、71b、71c并联的状态下由3相Y型连接的电阻72a、72b、72c构成的电阻电路72；检测转子70相对于上述电枢绕组71a、71b、71c的相对转动位置的转动位置检测器73；接受来自上述转动位置检测器73的表示转子70的转动位置的位置信号、输出对电枢绕组71a、71b、71c切换电压图形的开关信号的微机74；接受来自上述微机74的开关信号、输出切换控制电枢绕组71a、71b、71c的电压图形的整流控制信号的基极驱动电路75；接受来自上述基极驱动电路75的整流控制信号、切换电枢绕组71a、71b、71c的电压图形的换流单元80。
上述换流单元80由分别经由开关77连接到直流电源76正极侧的3个晶体管80a、80b、80c和分别连接到直流电源76负极侧的3个晶体管80d、80e、80f构成。上述晶体管80a和晶体管80d的集电极相互连接，上述晶体管80b和晶体管80e的集电极相互连接，上述晶体管80c和晶体管80f的集电极相互连接。在上述晶体管80a、80d的相互连接的部分上连接U相电枢绕组71a、在晶体管80b、80e的相互连接的部分上连接V相电枢绕组71b、在晶体管80c、80f的相互连接的部分上连接W相电枢绕组71c。而且，把来自上述基极驱动电路75的整流控制信号分别输入到换流单元80的各个晶体管80a～80f的基极。
另外，上述转动位置检测器73具有输入上述电阻电路72的中性点电压VM和电枢绕组71a、71b、71c的中性点电压VN并输出表示电阻电路72的中性点和电枢绕组71a、71b、71c的中性点的电位差的电位差信号VMN的差动放大器81、接受来自上述差动放大器81的电位差信号VMN并积分该电位差信号VMN的积分器82以及接受来自上述积分器82的积分了电位差信号VMN而得到的积分信号并输出位置信号的过零比较器83。还有，比较器84将其输入端子分别连接到上述电枢绕组71c的两端，把表示感应电压EN的极性的信号输出到微机74。
在上述结构的无电刷DC电机中，若把来自换流单元80的各U相、V相、W相的电机端子电压记为VU、VV、VW，把电枢绕组71a、71b、71c的U相、V相、W相的感应电压分别记为EU、EV、EW，则电阻电路72的中性点电压VM和电枢绕组71a、71b、71c的中性点电压VN分别为：
    VM＝(1/3)(Vu+Vv+Vw)
    VN＝(1/3)((Vu-Eu)+(Vv-Ev)+(Vw-Ew)}
从而，上述电阻电路72的中性点和电枢绕组71a、71b、71c的中性点的电位差信号VMN为：
VMN＝VM-VN＝(1/3)(Eu+Ev+Ew)
与电枢绕组71a、71b、71c的感应电压EU、EV、EW之和成比例。
上述电枢绕组71a、71b、71c的感应电压EU、EV、EW为每180度相位相异的梯形波，电位差信号VMN为具有相对于感应电压EU、EV、EW的3倍基波频率成分的近似三角波。该电位差信号VMN的三角波的峰点成为电压图形的切换点。上述积分器82积分来自差动放大器81的电位差信号VMN，输出近似正弦波的积分信号∫VMNdt。而且，上述过零比较器83检测积分信号∫VMNdt的过零点，向微机74输出位置信号。即，由于该电位差信号VMN的峰点的振幅随转动速度而变动，故积分电位差信号VMN从而检测出过零点。上述位置信号是表示转子70相对于上述定子71的电枢绕组71a、71b、71c的相对位置的信号。接着，上述微机74接受来自过零比较器83的位置信号，向基极驱动电路75输出开关信号，上述基极驱动电路75接受来自微机74的开关信号，向换流单元80的各晶体管80a～80f的基极输出换流控制信号。而且，上述换流单元80的各晶体管80a～80f顺序通断，切换对于电枢绕组71a、71b、71c的电压图形。
这样，上述无电刷DC电机从电枢绕组71a、71b、71c的感应电压EU、EV、EW检测出表示转子70的转动位置的位置信号，换流单元80根据该位置信号进行电枢绕组71a、71b、71c的电压图形的切换。
另外，该无电刷DC电机起动时，对于电枢绕组71a、71b、71c的特定相供给预定时间的励磁电流，利用转子70的永久磁铁和定子71之间的吸引力，使转子70产生以稳定点为中心的衰减振动从而收敛于稳定点。这时，如果振动着的转子70具有和想转动的方向相同方向的速度，则根据转动位置检测器73的位置信号切换电枢绕组71a、71b、71c的电压图形进行使转子70转动的位置检测运转。
然而，在驱动空调机等场合，由于电机绕组最大为200V电压，故需要用电阻等进行分压以减小输入到比较器84的电枢线圈71c的感应电压EW。由此，在起动时的低速转动区域，因为感应电压EN的电平很低，因此难于用比较器84判别感应电压EW的极性。而且，因为在负载为压缩机等的情况下起动时由于残差压和轴的摩擦而存在负载转矩，或者因为由制冷液、润滑油形成的粘性阻力，故转子70不产生衰减振动的可能性较高，有时不能起动，在控制可靠性方面问题非常大。
于是，作为另一种无电刷DC电机，如图36所示，在起动时，按预定的图形增加换流单元输出电压和输出频率以便加大感应电压直到能够进行位置检测运转，从而进行同步运转，如在图37中所示，这需要充分地提高换流单元输出的电压去进行加速，使得即使在压缩机的压差和电源电压变动的情况下也能够获得充分的转矩从而可以稳定地加速，并且需要电机运转切换为位置检测运转(参照特公平1-54960号公报)。
然而，上述技术仅在记载于上述特公平1-54960号公报的位置检测装置中有效，而在本发明的新技术所使用的位置检测装置中有以下所示的课题。
图38示出在上述按预定的图形增加换流单元输出电压和输出频率而进行同步运转的无电刷DC电机中换流单元输出频率为12Hz且无负载时转动位置检测器73中积分器82的积分信号相对于换流单元输出电压的特性，图39示出换流单元输出频率为20Hz且无负载时积分信号相对于换流器输出电压的特性。上述积分器82的积分信号随换流单元输出电压的升高而减小，换流单元输出电压的范围B1、B2成为积分了电位差信号而得到的积分信号电平的稳定范围，即，成为能够根据该电位差信号进行位置检测运转的范围A。另外，图38、39的积分信号的电压示出从峰值点到零点的电压。还有换流单元输出电压分别比上述能够进行位置检测运转的范围B1、B2的下限低时，由于转矩不足而失步。
另外，图40示出图38中换流单元输出电压10V时的电机电流和稳定的积分信号的波形，图41示出图38中换流单元输出电压20V时的电机电流和不稳定积分信号的波形。还有，图42示出图39中换流单元输出电压15V时的电机电流和稳定的积分信号的波形，图43示出图39中换流单元输出电压27V时的电机电流和不稳定积分信号的波形。另外，图40、图41、图42、图43的横轴(时间轴)是20毫秒/格。这样，上述无电刷DC电机存在这样的缺点，即，若起动时为加大转矩实现稳定加速而加大换流单元输出的电压，则电枢绕组71a、71b、71c和电阻电路72的中性点的电位差信号减小，成为不稳定状态，于是从同步运转向位置检测运转的切换失败。
还有，如图44所示，若负载从小向大变动则表示积分信号相对于换流单元输出电压的特性的近似直线将大致沿箭头R的方向平行移动。从而，作为积分了电位差信号而得到的积分信号电平的稳定范围、即能够根据该电位差信号进行位置检测运转的范围A的换流单元输出电压的范围从B3整体地变化到换流单元输出电压高的一侧的B4，同时，转矩不足的范围从N1成为上限的换流单元输出电压较宽阔的N2。
还有，如图45所示，在负载固定而电源电压变动时，为得到预定的换流单元输出电压，而需要把整流控制信号作为PWM(脉冲宽度调制)信号并改变其占空比。即，若电源电压大于标准电压时要减小占空比，使换流单元输出电压不上升，另一方面，若电源电压小于标准电压时要加大占空比，使换流单元输出电压不下降。然而，在不具备用于根据电流电压改变换流单元输出电压的装置时，由于换流单元输出电压随电源电压的变动而变化，故积分信号的特性亦变化。
这样，由于电位差信号随负载转矩、电源电压变动而变化，因此存在必须按照其变化设定换流单元输出电压而不能够预先设定换流单元输出电压使电位差信号成为稳定状态这样的问题。
发明的公开
于是，本发明的目的在于提供不受负载转矩及电源电压的变动的影响、能够切实地从起动时的同步运转切换到位置检测运转的无电刷DC电机。
为达到上述目的，本发明提供一种无电刷DC电机，
它具备：有多个磁极的磁铁的转子；有3相Y型连接的电枢绕组的定子；相对上述电枢绕组呈并联状态的3相Y型连接的电阻电路；根据上述电枢绕组中性点和上述电阻电路中性点的电位差检测上述转子和上述定子的相对转动位置并输出位置信号的转动位置检测装置；根据来自上述转动位置检测装置的上述位置信号切换上述电枢绕组的电压图形的换流单元，其特征在于，该无电刷DC电机包括：
起动时根据预定的图形输出上述换流单元的换流器输出的电压及频率的同步运转控制装置；
根据来自上述转动位置检测装置的上述位置信号控制上述换流单元的换流器输出的位置检测运转控制装置；
在上述换流单元由上述同步运转控制装置控制为同步运转状态时，判断能否进行使用来自上述转动位置检测装置的上述位置信号的位置检测运转的判定装置；
若上述判定装置判断为能够进行上述位置检测运转则把对上述换流单元的控制从上述同步运转控制装置切换为上述位置检测运转控制装置的运转切换装置。
若根据该结构，则起动开始时，由上述同步运转控制装置根据预定的图形输出来自上述换流单元的换流器输出的电压及频率，上述预定的图形输出结束后，在同步运转状态下，上述判定装置判断能否进行基于来自转动位置检测装置的位置信号的位置检测运转。例如，若表示上述电枢绕组的中性点和上述电阻电路的中性点的电位差的电位差信号稳定，则基于该电位差信号的位置信号也稳定，因此，通过判断上述电位差信号稳定与否，判断能否进行依据位置信号的位置检测运转。而且，若上述判定装置判断为能够进行基于位置信号的位置检测运转，则运转切换装置从同步运转控制装置切换为位置检测运转控制装置。而且，上述位置检测运转控制装置根据来自转动位置检测装置的位置信号控制换流单元的换流器输出。
从而，能够切实地进行从起动时的同步运转向位置检测运转的切换，能够防止起因于上述电位差信号不稳定的失步。
在与一个实施例有关的无电刷DC电机中，用上述同步运转控制装置根据上述预定的图形输出上述换流单元的换流器输出的电压及频率，在上述预定的图形输出后，若上述判定装置判断为不能进行上述位置检测运转，则上述同步运转控制装置降低上述换流单元的换流器输出的电压V和频率F之比V/F直到上述判定装置判断为能够进行基于上述位置信号的位置检测运转为止。
从而，起动时在用上述同步运转控制装置进行预定的图形输出后，由于到能够进行基于来自转动位置检测装置的位置信号的位置检测运转之前，同步运转控制装置一直降低换流器输出的电压V和频率F之比V/F，因此，即使起动时随负载的大小和电源电压的变动，电位差信号的稳定范围也变动，但也能够切实地从同步运转向位置检测运转切换。
在与一个实施例有关的无电刷DC电机中，上述判定装置具有判断上述电枢绕组的中性点和上述电阻电路的中性点的上述电位差是否大于预定值的电平判定装置，若上述电平判定装置判断为上述电位差大于上述预定值，则判断为能够进行上述位置检测运转。
从而，把上述预定值设定在上述电枢绕组的中性点和上述电阻电路的中性点的电位差信号稳定的值，当上述电位差大于上述预定值时，能够判断上述电位差信号稳定，基于电位差信号的来自上述转动位置检测装置的位置信号也稳定，由此能够判断可以进行基于上述位置信号的位置检测运转。
在与一个实施例有关的无电刷DC电机中，上述电平判定装置具有对表示上述电枢绕组的中性点和上述电阻电路的中性点之电位差的信号进行整流的整流装置、把来自上述整流装置的已整流了的信号进行平滑的平滑装置以及把来自上述平滑装置的已平滑了的信号和预定的基准值进行比较的平滑信号比较装置。而且，上述平滑信号比较装置比较来自上述平滑装置的已平滑了的信号和上述基准值，若上述已平滑了的信号超过上述基准值，则判断为上述电位差大于上述预定值。另外，上述整流装置既可以把表示上述电位差的信号进行全波整流，也可以进行半波整流。
从而，应用上述电平判定装置的整流装置、平滑装置及平滑信号比较装置，在把表示上述电位差的信号整流平滑后的信号超过了上述基准基时，能够判定上述电位差大于预定值，能够判断基于表示电位差的信号的位置信号稳定。
在与一个实施例有关的无电刷DC电机中，上述电平判定装置具有把表示上述电枢绕组的中性点和上述电阻电路的中性点的上述电位差的信号与预定的基准值进行比较的电位差信号比较装置。而且，在上述电位差信号比较装置比较上述电位差信号和上述基准值而得到的上述电位差信号比较装置的输出信号是预定的图形时，判断为上述电位差大于上述预定值。例如，上述电位差信号比较装置的输出信号的脉冲为以预定的间隔连续并大于预定脉冲数时，电平判定装置判断为上述电位差大于上述预定值。
从而，能够判断上述电位差大于上述预定值，能够判断基于表示电位差的信号的位置信号稳定。
在与一个实施例有关的无电刷DC电机中，上述电平判定装置在把表示上述电枢绕组的中性点和上述电阻电路的中性点的上述电位差的信号与基于滞后比较器的滞后特性的预定基准值进行比较而得到的上述滞后比较器的输出信号是预定图形时，判断为上述电位差大于上述预定值。
从而，通过把基于上述滞后比较器的滞后特性的基准值取为与判定上述电位差的上述预定值相当的值，上述电平判定装置在上述滞后比较器的输出信号是预定的图形时，能够判断上述电位差大于上述预定值。另外，用上述滞后比较器能够简单地构成电平判定装置而不必使用全波整电路和多个比较器。
在与一个实施例有关的无电刷DC电机中，上述判定装置具有比较来自上述转动位置检测装置的位置信号与上述换流单元的换流器输出是否有预定的关系的位置信号模式比较装置。例如，上述位置信号模式比较装置比较换流器输出的电压图形的切换点与位置信号的H电平、C电平的对应是否多次连续一致，或者比较上述换流器输出的电压图形的切换点和位置信号的切换点的相位是否在预定的范围内。而且，上述位置信号模式比较装置比较上述位置信号和上述换流器输出，在上述位置信号和上述换流器输出有预定的关系时，判断为能够进行上述位置检测运转。
从而，用上述位置信号模式比较装置，在上述位置信号和上述换流器输出有预定的关系时，能够判断为来自上述转动位置检测装置的位置信号稳定，可以进行位置检测运转。
在与一个实施例有关的无电刷DC电机中，上述判定装置具有比较上述位置信号的周期的值与和基于上述换流器输出的频率的与位置信号的周期相当的值之差的绝对值是否小于预定值的位置信号周期比较装置。而且，上述位置信号周期比较装置在上述位置信号的周期的值与和基于上述换流器输出的频率的位置信号的周期相当的值之差的绝对值小于上述预定值时，判断为能够进行上述位置检测运转。另一方面，上述判定装置在位置信号的周期的值与和基于换流器输出的频率的位置信号的周期相当的值之差的绝对值大于预定值时，判断为不能进行位置检测运转。
从而，用上述位置信号周期比较装置能够判断基于上述电位差信号的位置信号是否稳定。
在与一个实施例有关的无电刷DC电机中，上述转动位置检测装置具有检测上述电枢绕组的中性点和上述电阻电路的中性点的电位差并输出电位差信号的电位差检测装置、积分来自上述电位差检测装置的上述电位差信号并输出积分信号的积分装置和比较来自上述积分装置的上述积分信号和预定的基准值并输出上述位置信号的具有滞后特性的滞后比较器。从而，上述转动位置检测装置在检测位置信号的同时，用滞后比较器能够判定上述电位差大于预定值，能够判断基于电位差信号的位置信号稳定。从而，由于在上述转动位置检测装置中具有比较电位差是否大于预定值的装置而不再需要其它判定电位差信号电平的装置，故能够降低成本。
在与一个实施例有关的无电刷DC电机中，上述判定装置至少具有上述实施例的电平判定装置、位置信号模式比较装置和位置信号周期比较装置中的2个。而且，在满足上述电平判定装置中上述电枢绕组的中性点和上述电阻电路的中性点的电位差大于预定值的条件、上述位置信号模式比较装置中来自上述转动位置检测装置的位置信号和上述换流单元的换流器输出具有预定的关系的条件、上述位置信号周期比较装置中上述位置信号的周期的值与和基于换流器输出的频率的位置信号的周期相当的值之差的绝对值小于预定值的条件之中的至少2个条件时，上述判定装置判断为能够进行基于位置信号的位置检测运转。
从而，在有负载变动和电源电压变动时，也能够根据表示上述电位差的信号的变动，判断可以进行上述位置检测运转，能够从同步运转切实地切换为位置检测运转。
附图的简单说明
图1是本发明第1实施例的无电刷DC电机的结构图。
图2是上述无电刷DC电机的微机的结构图。
图3是上述无电刷DC电机的电平检测器的电路图。
图4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G、4H、4I、4J、4K、4L、4M、4N、4O、4P是表示上述无电刷DC电机各部分的信号的波形图。
图5A、5B、5C、5D是表示上述无电刷DC电机的仅依据电平判定进行位置检测运转切换的说明图。
图6A、6B、6C是表示上述无电刷DC电机的仅依据模式比较进行位置检测运转切换的说明图。
图7A、7B、7C、7D是表示上述无电刷DC电机的依据电平判定和模式比较进行位置检测运转切换的说明图。
图8是表示上述微机的同步运转的中断处理的流程。
图9是表示上述微机的位置检测运转的中断处理的流程。
图10是表示上述微机的基于相位修正定时的定时中断的中断处理的流程。
图11是表示上述无电刷DC电机起动时换流器输出电压、换流器频率的变化的曲线图。
图12是表示上述无电刷DC电机起动时，在加速停止后使换流器输出电压降低时换流器输出电压、换流器频率的变化的曲线图。
图13是本发明第2实施例的无电刷DC电机的结构图。
图14是上述无电刷DC电机的微机的结构图。
图15是上述无电刷DC电机的电平判定器的电路图。
图16A、16B、16C、16D是表示使用了图15的电平判定器时各部分信号的波形图。
图17是表示上述微机的同步运转的中断处理的流程。
图18是表示上述微机的位置检测运转的中断处理的流程。
图19是表示上述微机的由相位修正定时的中断进行的中断处理的流程。
图20是本发明第3实施例的元电刷DC电机的电平检测器的电路图。
图21A、21B、21C、21D、21E是表示使用了图20的电平判定器时各部分信号的波形图。
图22是本发明第4实施例的无电刷DC电机的电平检测器的电路图。
图23是上述无电刷DC电机的微机的结构图。
图24A、24B、24C、24D、24E、24F是表示上述无电刷DC电机的电平检测器各部分信号的波形图。
图25A、25B、25C、25D、25E、25F、25G、25H是表示由上述无电刷DC电机的周期比较单元进行的位置信号的周期和波形定时的周期相比较的波形图。
图26是表示上述微机的同步运转的中断处理的流程。
图27是表示上述微机的位置检测运转的中断处理的流程。
图28是表示上述微机的由相位修正定时的中断进行的中断处理的流程。
图29是本发明第5实施例的无电刷DC电机的位置检测电路的电路图。
图30是上述无电刷DC电机的微机的结构图。
图31A、31B、31C、31D是表示上述位置检测电路的各部分信号的波形图。
图32是表示上述微机的同步运转的中断处理的流程。
图33是表示上述微机的位置检测运转的中断处理的流程。
图34是表示上述微机的由相位修正定时的中断进行的中断处理的流程。
图35是以往的无电刷DC电机的结构图。
图36是表示上述无电刷DC电机起动时的换流器频率和换流器输出电压的关系的曲线图。
图37是表示上述无电刷DC电机起动时的换流器输出电压、换流器频率变化的曲线图。
图38是表示在上述无电刷DC电机中，换流器频率为12Hz情况下积分信号对于无负载时的换流器输出电压的特性的曲线图。
图39是表示在上述无电刷DC电机中，换流器频率为20Hz情况下积分信号对于无负载时的换流器输出电压的特性的曲线图。
图40是表示在上述无电刷DC电机中，换流器频率为12Hz情况下，换流器输出电压10V时电机电流、积分信号的波形的波形图。
图41是表示在上述无电刷DC电机中，换流器频率为12Hz情况下，换流器输出电压20V时电机电流、积分信号的波形的波形图。
图42是表示在上述无电刷DC电机中，换流器频率为20Hz情况下，换流器输出电压15V时电机电流、积分信号的波形的波形图。
图43是表示在上述无电刷DC电机中，换流器频率为20Hz情况下，换流器输出电压27V时电机电流、积分信号的波形的波形图。
图44是表示在上述无电刷DC电机中，根据负载大小，积分信号对于换流器输出电压的电压特性之变化的曲线图。
图45是表示在上述无电刷DC电机中，积分信号对于换流器输出电压的电压特性和电源电压对应于该换流器输出电压而变动时开关信号的PWM的占空比的曲线图。
实施发明的最佳方式
以下，根据实施例详细地说明本发明的无电刷DC电机。
〔第一实施例〕
图1示出本发明第1实施例的无电刷DC电机的结构，1是把电枢绕组1a、1b、1c Y型连接的、通过旋转磁场使具有多个永久磁铁的转子10转动的定子、2是以并联状态连接到上述电枢绕组1a、1b、1c上并把电阻2a、2b、2c Y型连接的电阻电路，3是根据上述电阻电路2的中性点电压VM和电机绕组1a、1b、1c的中性点电压VN检测转子10的相对位置并输出位置信号的作为转动位置检测装置的转动位置检测器，4是接受来自上述转动位置检测器3的位置信号并输出开关信号的微机，5是接受来自上述微机4的开关信号并输出换流控制信号的基极驱动电路。来自上述基极驱动电路5的换流控制信号分别连接换流单元20。另外，用上述定子1和上述转子10构成电机部分11。
上述转动位置检测器3具有差动放大器31、积分器32和过零比较器33，其中，差动放大器31的放大器IC1的同相输入端子输入电阻电路2的中性点电压VM，同时，放大器IC1的反相输入端子经电阻R1到接地GND点，在放大器IC1的的输出和反相输入端子之间的连接电阻R2，积分器32由一端连接上述差动放大器31的输出的电阻R3和连接在该电阻R3的另一端与接地点GND之间的电容C1构成，过零比较器33由其同相输入端子连接上述积分器32的电阻R2的另一端、反相输入端子连接接地点GND的放大器IC2构成。而且，由于上述电枢绕组1a、1b、1c的中性点经接地点GND和电阻R1连接到差动放大器31的反相输入端子。因此，差动放大器31检测出电阻电路2的中性点电压VM和电枢绕组1a、1b、1c的中性点电压VN的电位差信号VMN。另外，上述无电刷DC电机具有接受来自转动位置检测器3的积分器32的积分信号并把电平检测信号输出到微机4的电平检测器。
还有，上述换流单元20由分别连接到直流电源9的正极一端的3个晶体管20a、20b、20c和分别连接到直流电源9的负极一端的3个晶体管20d、20e、20f构成，上述晶体管20a的发射极和晶体管20d的集电极相互连接，晶体管20b的发射极和晶体管20e的集电极相互连接，晶体管20c的发射极和晶体管20f的集电极相互连接。还有，在上述晶体管20a、20d相互连接的部分上连接U相电枢绕组1a，晶体管20b、20e相互连接的部分上连接V相电枢绕组1b、晶体管20c、20f相互连接的部分上连接W相电枢绕组1c。而且，上述各晶体管20a～20f的集电极和发射极之间分别反向并联着二极管。
另外，上述微机4如图2所示，具有：接受来自电平检测器34(图1所示)的电平检测信号并判断电位差信号VMN的电平是否大于预定值的电位差信号电平判定单元41；接受来自转动位置检测器3(图1所示)的位置信号并比较位置信号和后述换流器模式的作为位置信号模式比较装置的模式比较单元42；根据来自上述电位差信号电平判定单元41的判定结果和来自模式比较器42的比较结果输出位置检测运转切换信号的作为运转切换装置的位置检测运转切换单元43；根据来自上述电位差信号电平判定单元41的判定结果和来自模式比较器42的比较结果，若从外部输入运转信号则输出用于起动的电压指令信号和频率指令信号的V/F图形设定单元44；接受来自上述V/F图形设定单元44的频率指令信号并输出中断信号IRQ1的波形定时器T1。用V/F图形设定单元44和波形定时器T1构成作为同步运转控制装置的同步运转控制单元51。还有，用上述电位差信号判定单元41和电平检测器34构成电平判定装置。另外，上述模式比较单元42具有计数单元42a和计数判别单元42b。
另外，上述微机4具有：经外部中断端子连接来自上述转动位置检测器3(图1所示)的位置信号；依据该位置信号起动的相位修正定时器T2接受上述位置信号并测定电枢绕组1a、1b、1c的电压图形的周期的周期测定定时器T3；接受来自上述周期测定定时器T3的已测定的定时值、从该定时值运算电枢绕组1a、1b、1c的电压图形的周期并输出表示周期的周期信号的位置信号周期运算单元45；接受来自上述位置信号周期运算单元45的周期信号和来自外部的相位量指令信号、从该周期计算相当于相位量的定时值并向相位修正定时器T2输出定时值设定信号的定时值运算单元46；接受来自上述位置信号周期运算单元45的周期信号运算转动速度并输出当前速度信号的速度运算单元47；接受来自上述速度运算单元47的当前速度信号和来自外部的速度指令信号并输出电压指令信号的速度控制单元48。用相位修正定时器T2、周期测定定时器T3、位置信号周期运算单元45、定时值运算单元46、速度运算单元47及速度控制单元48构成作为位置检测运转控制装置的位置检测运转控制单元52。
进而，上述微机4还具有经运转切换开关SW接受来自波形定时器T1的中断信号IRQ1并输出电压图形信号的换流器模式选择单元53、在接收来自上述换流器模式选择单元53的电压图形信号的同时经运转切换开关SW接受来自V/F图形设定单元44的电压指令信号并输出开关信号的PWM单元54。
图3示出上述电平检测器34的电路图，把来自转动位置检测器3的积分器32的积分信号经电阻R4连接到放大器IC3的反相输入端子，同时，放大器IC3的同相输入端子连接接地点GND。
而且，上述放大器IC3的输出端子和反相输入端子之间连接着其阳极接在输出端子一侧的二极管D1，同时，从放大器IC3的反相输入端子侧连接串联的电阻R5和二极管D2。另外，上述二极管D2的阴极连接放大器IC3的输出端子。上述串联的电阻R5和二极管D2的连接点经电阻R6连接到放大器IC4的反相输入端子。而且，上述电阻R4的与放大器IC3相连端的另一端和放大器IC4的反相输入端子之间连接着电阻R7。上述放大器IC4的同相输入端子连接接地点GND的同时，反相输入端子和输出端子之间连接着电阻R8。经电阻R9把上述放大器IC4的输出端子连接到比较器IC5的反相输入端子，该电阻R9连接比较器IC5的一端和接地点GND之间连接着电容器C2。而且，上述比较器IC5的同相输入端经电阻R10连接接地点GND，同时，该同相输入端经电阻R11连接电源+VCC。
用上述电阻R4～R8、二极管D1、D2及放大器IC3、IC4构成作为整流装置一例的全波整流电路15，用电阻R9和电容器C2构成作为平滑装置一例的平滑电路16，同时，用电阻R10、R11及比较器IC5构成作为平滑信号比较装置一例的比较电路17。
在上述结构的无电刷DC电机中，当运转切换开关SW被选择到位置检测运转一侧，电机遵从位置信号被驱动时，电枢绕组1a、1b、1c的U相、V相、W相的感应电压EU、EV、EN如图4A、4B、4C所示，成为每120°相位相异的梯形波。而且，图1所示的转动位置检测器3的差动放大器31检测从放大器IC1的同相输入端子输入的电阻电路2的中性点电压VM和经电阻R1输入到放大器IC1的反相输入端子的电枢绕组1a、1b、1c的中性点电压VN的电位差信号VMN。而且，积分器32接受来自上述差动放大器31的电位差信号VMN，积分该电位差信号VMN并输出积分信号∫VMNdt(示于图4b)。上述积分信号∫VMNdt是频率为转动频率3倍的近似正弦波。而且，上述过零比较器33比较输入到同相输入端子的积分信号∫VMNdt和连接到反相输入端子的接地点GND的基准电压，输出位置信号(示于图4E)。
另一方面，上述积分信号∫VMNdt经电阻R4输入到电平检测器34的放大器IC3的反相输入端子，由电平检测器34的全波整流电路15全波整流后，从放大器IC4的输出端子输出表示全波整流波形的信号(示于图4G)。而且，上述表示全波整流波形的信号被由电阻R9和电容器C2组成的平滑电路16平滑，表示该平滑波形的平滑信号(示于图4H)输入到比较器IC5的反相输入端子。而且，与用上述电阻R10、R11设定的基准电压E0比较，当上述平滑信号比基准电压E0还高时，比较器IC5的输出即电平检测信号(示于图4I)为L电平。
接着，来自上述过零比较器33的位置信号被输入到周期测定定时器T3，周期测定定时器T3测定位置信号的从上升沿到下降沿的时间间隔和从下降沿到上升沿的时间间隔，输出被测定的定时值。位置信号周期运算单元45接受来自上述周期测定定时器T3的表示定时值的信号，求位置信号的周期。即，上述位置信号从下降沿到上升沿的时间间隔和从上升沿到下降沿的时间间隔每60°重复一次，通过把被测定的各时间间隔的定时值取6倍，计算上述电压图形一个周期的定时值。
而且，定时值运算单元46接受来自上述位置信号周期运算单元45的表示周期的周期信号和来自外部的相位量指令信号，输出定时值设定信号。相位修正定时器T2接受来自上述定时值运算单元46的定时值设定信号，计时从位置信号到切换电压图形的时间。即，上述相位修正定时器T2一旦计数终止，则向换流器模式选择单元53输出中断信号IRQ2，换流器模式选择单元53把相位修正过的电压图形信号(示于图4J～4O)输出到PWM单元54。而且，上述PWM单元54把开关信号输出到图1所示的基极驱动电路5，一旦基极驱动电路5把换流控制信号输出到换流单元20，则换流单元20的各晶体管20a～20f就分别通断。另外，图4f的位置信号编号为易于说明而对一个周期划分为0～5的编号。还有，示于图4P的换流器模式为与图4J～4O所示的电压图形信号相对应，也划分为0～5的编号。
接着，上述无电刷DC电机起动时，运转切换开关SW被选择在同步运转一侧，由同步运转控制单元51按预定的图形增加换流器输出的电压和频率。而且，当用上述电平检测器34、电位差信号电平判定单元41及模式比较单元42判断为来自转动位置检测器3的积分器32的积分信号大于预定值并且转动位置检测器3的位置信号和换流器模式选择单元53的换流器模式具有预定的关系时，位置检测运转切换单元43把运转切换开关SW从同步运转侧切换到位置检测运转侧。
下面，根据图5A～5D、图6A～6C、图7A～7D说明上述微机4的同步运转控制单元51从同步运转向位置检测运转的切换动作。图5A～5D示出根据来自上述电平检测器34的电平检测信号由电位差信号电平判定单元41从同步运转切换到位置检测运转时各部分的信号，图6A～6C示出根据来自上述转动位置检测器3的位置信号和换流器模式选择单元53的换流器模式由模式比较单元42从同步运转切换到位置检测运转时各部分的信号。图7A～7D示出根据来自上述电平检测器34的电平检测信号和来自转动位置检测器3的位置信号由电位差信号电平判定单元41和模式比较单元42从同步运转切换到位置检测运转时各部分的信号。
图5A～5D中，在上述位置信号编号(示于图5A)为5之点，电平检测信号(示于图5B)从H电平变为L电平，在接着的位置信号编号的从5切换到0之点切换为位置检测运转。即，由上述位置检测运转切换单元43把运转切换开关SW切换到位置检测运转一侧，然后，在每个位置信号编号切换点都使相位修正定时器T2起动(示于图5C)。而且，每次上述相位修正定时器T2的计数终止时都输出中断信号IRQ2，把换流器模式选择单元53的换流器模式(示于图5D)步进1。
还有，在图6A～6C中，若在由上述换流器模式选择单元53选择的换流器模式(示于图6C)从“2”到“3”的切换点上取位置信号编号(示于图6A)2的位置信号为H电平，则在下一个换流器模式从“3”到“4”的切换点上位置信号编号3的位置信号为L电平。这样，若换流器模式为奇数时位置信号为H电平的条件和换流器模式为偶数时位置信号为L电平的条件连续4次成立，则认为切换条件成立，在下一个位置信号编号从5到0的切换点上由上述位置检测运转切换单元43把运转切换开关SW切换到位置检测运转一侧，在每个位置信号编号的切换点上使相位修正定时器T2起动(示于图6B)。即，在上述位置信号和换流器模式具有预定的关系以及根据稳定的位置信号能够进行位置检测运转的情况下，从同步运转切换为位置检测运转。而且，每当上述相位修正定时器T2的计数结束就输出中断信号IRQ2，使换流器模式选择单元53的换流器模式(示于图6C)步进1。
另外，图7A～7D中，在上述位置信号编号(示于图7A)为1的时点，用电位差信号电平判定单元41判别电平检测信号(示于图7B)从H电平变化为L电平。其次，在上述换流器模式比较单元42中，若设由换流器模式选择单元53选择了的换流器模式(示于图7D)在从“2”到“3”的切换点上位置信号编号(示于图7A)2的位置信号为H电平，则在接着的换流器模式从“3”到“4”的切换点上位置信号编号3的位置信号成为L电平。这样，如果换流器模式为奇数时位置信号为H电平的条件和换流器模式为偶数时位置信号为L电平的条件连续4次成立，则认为切换条件成立，在接着的从位置信号编号5到0的切换点上上述位置检测运转切换单元43把运转切换开关SW切换到位置检测运转一侧后，在位置信号编号的每个切换点都使相位修正定时器T2起动(示于图7C)。而且，每当上述相位修正定时器T2的计数结束就输出中断信号IRQ2，使换流器模式选择单元53的换流器模式(示于图7D)步进1。另外，图6A～6C、图7A～7D中，若在换流器模式的奇数、偶数的切换点位置信号的H、L电平的条件连续4次成立，则认为切换条件成立，但连续次数并不限制为4次，这是不言而喻的。
下面，根据图8、图9、图10的流程说明示于图7A～图7D的该无电刷DC电机起动时微机4的动作。另外，起动前的运转切换开关SW被选择成在把波形定时器下的中断信号IRQ1连接到换流器模式选择单元53的同时把V/F图形设定单元44的电压指令信号连接到PWM单元54的同步运转一侧。
首先，若从外部向上述微机4的V/F图形设定单元44输入运转信号，则从V/F图形设定单元44输出频率指令信号，波形定时器T1起动。而且，若该波形定时器T1的计数结束，从波形定时器T1输出中断信号IRQ1，在该波形定时器T1的中断信号IRQ1的每个发生间隔，进行中断处理1。
而且，图8中，在步骤S101判断换流器输出的频率是否增加到了一定的值，若判断为频率已增加到一定值，则进入步骤S111，另一方面，若判断为频率未增加到一定值，则进入步骤S113。接着，在步骤S113中读入预先存储在表格中的V/F图形的数据(电压指令信号用和频率指令信号用)，进入到步骤S102。其次，在步骤S111中，判断是否不允许外部中断，若判断为不允许外部中断，则进入步骤S114，在步骤S114中允许外部中断，进入步骤S112。另一方面，在步骤S111中允许外部中断时，进入步骤S112。另外，若在步骤S114中允许外部中断，则在位置信号的每个上升沿及下降沿进行后述的中断处理2。
接着，在步骤S112中判断来自电平检测器34的电平检测信号是否为L电平。即，判断来自上述转动位置检测器3的位置信号是否稳定。而且，若在步骤S112中判断电平检测信号为L电平，则进入步骤S115，另一方面，若判断电平检测信号不是L电平，则进入步骤S116。接着，在步骤S116是变更电压指令，降低换流器输出电压，进入步骤S102。
其次，在步骤S115中判断位置信号和换流器模式是否有一定的关系。即，如图7A～7D所示，判断在换流器模式的奇数切换(如从2到3、从4到5)点上位置信号是否为H电平，或在换流器模式的偶数切换(如从3到4，从5到0)点上位置信号是否为L电平。而且，在步骤S115中位置信号和换流器模式存在一定的关系时，进入步骤S117，另一方面，在位置信号和换流器模式不存在一定的关系时，进入步骤S118。而且，在步骤S118中变更电压指令，降低换流器输出电压，进入步骤S102。
其次，在步骤S117中，用模式比较单元42的计数单元42a计数上述换流器模式和位置信号的H、L电平的对应连续重复出现的次数，用模式比较单元42的计数判别单元42b判断是否计数了一定次数。即，判断是否如图7A～7D所示，在换流器模式的奇数切换(如从2到3、从4到5)点上位置信号为H电平且在换流器模式的偶数切换(如从3到4，从5到0)点上位置信号为L电平这样的条件连续计数了一定的次数(图7A～7D中4次)。而且，当在步骤S117中判断为计数了一定次数时，进入步骤S119，请求位置检测运转切换，进入步骤S102。另一方面，在步骤S117中判断为未计数一定次数时，进入步骤S102。
接着，在步骤S102中，根据电压指令输出电压指令信号。然后，进入步骤S102，用在V/F图形设定单元44中设定的频率指令即预先存在表中的频率数据运算波形定时器T1用的定时值。接着，进入步骤S104，把在步骤S103中求出的定时值设置在波形定时器T1中并起动，结束该中断处理1。
接着，根据上述中断处理1的步骤S119的位置信号运转切换请求，运转切换开关SW切换到位置检测运转一侧，在输入到微机4的外部中断端子的位置信号的每个上升沿和下降沿进行图9所示的中断处理2。
首先，图9中，在步骤S121判断有没有位置检测运转切换请求，若有位置检测运转切换请求，则进入步骤S131，另一方面，若没有位置检测运转切换请求，则进入步骤S122。而且，在步骤S131中根据来自外部的相位量指令信号，在定时值运算单元46运算相位修正定时器T2用的相位修正定时值。接着，进入步骤S132，把在步骤S131中求出的定时值设置在相位修正定时器T2中。而且，在步骤S133中起动相位修正定时器T2，进入步骤S134，停止同步运转控制单元51的波形定时器T1。
接着，在步骤S122中停止周期测定定时器T3，进入步骤S123，读入周期测定定时器T3的定时值。然后，进入步骤S124，使周期测定定时器T3起动。而且，在步骤S125中，位置信号周期运算单元45从周期测定定时器T3的定时值运算位置信号的周期。接着，在步骤S126中，速度运算单元47根据在步骤S125中求出的位置信号的周期运算电机的转速。
接着，进入步骤S127，判断有没有位置检测运转切换请求，在有位置检测运转切换请求时，进入步骤S128，根据来自外部的速度指令信号进行速度控制，输出电压指令信号，结束中断处理2。另一方面，在步骤S127中没有位置检测运转切换请求时，结束中断处理2。
而且，一旦在上述中断处理2中起动的相位修正定时器T2的计数结束，则相位修正定时器T2输出中断信号IRQ2，在该中断信号IRQ2的每个发生间隔进行图10所示的中断处理2。
即，若上述相位修正计数器T2的计数结束并输出中断信号IRQ2，则中断处理3起动，在步骤S141中换流器模式选择单元53把换流器模式步进1，在步骤S142中输出电压图形，结束中断处理3。
这样，在起动时的同步运转中，如图11所示，沿基于预先存在表中的电压、频率数据的预定的近似直线图形，渐渐增加换流器输出电压和换流器频率，加速转子10。而且，在上述转子10加速到预定转数后，用电平检测器34、电位差信号电平判定单元41及模式比较单元42检测电位差信号是否稳定，当电位差信号稳定时，位置检测运转切换单元43从同步运转切换为位置检测运转。
还有，如图12所示，在起动时的同步运转中，上述转子10加速到预定转数后，用电平检测器43、电位差信号电平判定单元41及模式比较单元42检测电位差信号是否稳定，在电位差信号不稳定时，V/F图形设定单元44逐渐降低换流器输出电压直到电位差信号稳定。而且，一旦上述电位差信号稳定，则位置检测运转切换单元43从同步运转切换为位置检测运转。另外，图12中，加速停止后的换流器输出取为一定的频率，然而也可以使之增加或减少。
从而，起动时，在由上述同步运转控制单元51加速转子10后，由于同步运转控制单元51降低换流器输出的电压直到能够进行依据来自转动位置检测器3的位置信号的位置检测运转，因此，即使起动时由于负载大小和电源电压的变动电位差信号稳定的范围变化，也能够切实地从同步运转切换为位置检测运转。
另外，V/F图形设定单元44降低换流器输出电压直到上述电位差信号电平判定单元41判断为电枢绕组1a、1b、1c的中性点和电阻电路2的中性点的电位差大于预定值，而且模式比较单元42判断为位置信号和换流器输出具有预定的关系，若来自转动位置检测器3的位置信号稳定，则位置检测运转切换单元43判断为能够进行位置检测运转，并切实地从同步运转切换为位置检测运转。从而，即使在因负载变动及电源电压变动上述电位差信号的特性发生变化的情况下，也能够切实地从同步运转切换为位置检测运转。
进而，通过上述电平检测器34的全波整流电路15、平滑电路16及比较电路17，当来自转动位置检测器3的积分器32的积分信号的平均值超过与上述预定值相当的基准值E0时，电位差信号电平判定单元41能够判定为上述电位差大于预定值，能够判断基于电位差信号的位置信号稳定。
〔第2实施例〕
图13示出本发明第2实施例的无电刷DC电机的结构，除去电平检测器35和微机14之外，其余部分取与第1实施例相同的结构，省略其说明。
还有，图14示出上述微机14的结构，它具有：接受来自转动位置检测器3(示于图13)的位置信号和来自电平检测器35(示于图13)的电平检测信号、输出复位信号的电平检测器控制单元60；从上述电平检测器控制单元60接受表示电平判定标志的信号判定电位差信号VMN的电平是否大于预定值的电位差信号电平判定单元61；连接上述位置信号、作为比较该位置信号和换流器模式的位置信号模式比较装置的模式比较单元62；根据来自上述电位差信号电平判定单元61的判定结果和来自模式比较单元62的比较结果输出位置检测运转切换信号的作为运转切换装置的位置检测运转切换单元63；根据来自上述电位差信号电平判定单元61的判定结果和来自模式比较单元62的比较结果、若输入来自外部的运转信号则输出用于起动的电压指令信号和频率指令信号的V/F图形设定单元64；接受来自上述V/F图形设定单元64的频率指令信号输出中断信号IRQ3的波形定时器T4。用V/F图形设定单元64和波形定时器T4构成作为同步运转控制装置的同步运转控制单元55。还有，用上述电平检测器控制单元60、电位差电平判定单元61和电平检测器35构成电平判定装置。还有，上述电位差信号电平判定单元61中具有作为计数装置的计数单元61a和作为计数判定装置的计数判断单元61b，同时，上述模式比较单元62中具有计数单元62a和计数判断单元62b。另外，除上述同步运转控制单元55、电平检测器控制单元60、电位差信号电平判定单元61、模式比较单元62及位置检测运转切换单元63外，微机14取和第1实施例的微机4相同的结构，相同结构部分标注相同参考编号并省略说明。
图15示出图13的电平检测器35的电路图，经电阻R21把来自转动位置检测器3的积分器32的积分信号∫VMNdt连接到比较器IC11的同相输入端子，同时，经电阻R22把电源-VCC连接到比较器IC11的反相输入端子，经电阻R23把电源+VCC连接到比较器IC11的反相输入端子。另一方面，经电阻R24把来自上述转动位置检测器3的积分器32的积分信号∫VMNdt连接到比较器IC12的反相输入端子，同时，经电阻R25把电源-VCC连接到比较器IC12的同相输入端子，经电阻R26把电源+VCC连接到比较器IC12的同相输入端子。而且，把上述比较器IC11、IC12的各输出端子分别连接到逻辑和电路OR1的输入端子，把逻辑和电路OR1的输出端子连接到D触发器FF1的时钟输入端子CLK。上述D触发器FF1的输入端子D和输入端子PR上连接电源VDD，从输出端子Q输出电平检测信号。还有，上述D触发器FF1的输入端子R上连接来自图13所示微机14的复位信号。另外，用上述电阻R21～R26和比较器IC11、IC12构成作为电位差信号比较装置一例的比较电路18。
在上述无电刷DC电机遵从位置信号被驱动时，如图16A～16D所示，来自上述转动位置检测器3的积分器32的积分信号∫VMNdt(示于图16A)经电阻R21输入到电平检测器35的比较器IC11的同相输入端子，同时，经电阻R24输入到电平检测器35的比较器IC12的反相输入端子。而且，上述比较器IC11将其与由电阻R22、R23设定的基准值E1进行比较，在积分信号∫VMNdt大于基准值E1时，输出为H电平，另一方面，积分信号∫VMNdt小于基准值E1时，输出为L电平。还有，上述比较器IC12将其与由电阻R25、R26设定的基准值E2进行比较，在积分信号∫VMNdt小于基准值E2时，输出为H电平，另一方面，在积分信号∫VMNdt大于基准值E2时，输出为L电平。而且，若上述比较器IC11、IC12的任一方的输出为H电平，则逻辑和电路OR1的输出(示于图16C)为H电平。若上述逻辑和电路OR1的输出为H电平，则D触发器FF1的时钟输入端子CLK上输入H电平，用其从L电平到H电平的上升沿置位D触发器FF1，从输出端子Q输出的电平检测信号(示于图16D)从L电平变成H电平。
其次，上述微机14的电平检测控制单元60接受来自电平检测器35的H电平的电平检测信号，根据下一个位置信号(示于图16B)的上升沿或下降沿，输出复位信号(L电平)。而且，接受来自上述电平检测器控制单元60的复位信号，D触发器FF1复位，从D触发器FF1的输出端子Q输出的电平检测信号(示于图16D)成为L电平。
这样，上述电平检测器35把来自转动位置检测器3的积分器32的积分信号∫VMNdt在其每个半波与预定的基准值E1、E2进行比较，输出电平检测信号。
下面，按照图17、图18、图19的流程说明起动时微机14的动作。另外，起动前的运转切换开关SW选择到同步运转一侧，即把波形定时器T4的中断信号IRQ3连接到换流器模式选择单元53，同时，把V/F图形设定单元64的电压指令信号连接到PWM单元54。
首先，一旦从外部向上述微机14输入运转信号，则从V/F图形设定单元64输出频率指令信号，波形定时器T4起动。而且，若该波形定时器T4的计数结束，则从波形计数器T4输出中断信号IRQ3，在该中断信号IRQ3的每个发生间隔进行中断处理11。
图17中，在步骤S201判断频率是否增加到一定值，若判断为频率增加到一定值，则进入步骤S211，另一方面，若判断为频率未增加到一定值，则进入步骤S213。而且，在步骤S213中读入预先存在表格中的V/F图形的数据(电压指令信号用和频率指令信号用)，进入步骤S202。其次，在步骤S211中，判断是否未允许外部中断，若判断为未允许外部中断，则进入步骤S214，允许外部中断。另一方面，若在步骤S211中允许外部中断，则进入步骤S212，另外，若在步骤S214中允许外部中断，则在位置信号的每个上升沿和下降沿进行后述的中断处理12。
接着，在步骤S212中判断电平判定标志的设置次数是否大于一定次数。即，上述电位差电平判定单元61的计数单元61a计数在电平检测器控制单元60中连续设置电平判定标志的次数，用计数判定单元61b判断是否计数了一定次数。而且，在步骤S212中电平判定标志的设置次数大于一定次数时，进入步骤S215，另一方面，电平判定标志的设置次数不足一定次数时，进入步骤S216。而且，在步骤S216中变更电压指令，降低换流器输出电压，进入步骤S202。
其次，在步骤S215中判断位置信号和换流器模式是否有一定的关系。即，判断是否如上述第1实施例的图7A～7D所示，在换流器模式的奇数切换点上位置信号是H电平，并且在换流器模式的偶数切换点上位置信号是L电平。而且，在步骤S215中位置信号和换流器模式存在一定关系时进入步骤S217，另一方面，位置信号和换流器模式不存在一定关系时，进入步骤S218。
在步骤S217中，用模式比较单元62的计数单元62a计数上述换流器模式和位置信号的H、L电平的连续重复对应的次数，用模式比较单元62的计数判断单元62b判断是否计数了一定次数。即，判断是否如第1实施例的图7A～7D所示在换流器模式的奇数切换(如从2到3、从4到5)点上位置信号为H电平，且换流器模式的偶数切换(如从3到4，从5到O)点上位置信号为L电平的条件连续计数了一定次数(图7A～7D为4次)。而且，在步骤S217中判断为计数了一定次数时，进入步骤S219，请求位置检测运转切换，进入步骤S202。另一方面，在步骤S217中判断为未计数一定次数时，进入步骤S202。
接着，在步骤S202中根据电压指令输出电压指令信号。然后，进入步骤S203，依据在V/F图形设定单元64中设定的频率指令，即预先存在表中的频率数据运算波形定时器T4用的定时值。而且，进入步骤S204，把在步骤S203中求出的定时值设置在波形定时器T4中并起动，终止该中断处理11。
而且，依据上述中断处理11的步骤S219的位置检测运转请求，运转切换开关SW切换到位置检测运转一侧，在输入到上述微机14的外部中断端子的位置信号的每个上升沿和下降沿进行图18所示的中断处理12。
首先，图18中，在步骤S221判断有无位置检测切换请求，没有位置检测切换请求时，进入步骤S231，电平检测器控制单元60判定来自电平检测器35的电平检测信号的逻辑。而且，如果在步骤S231中电平检测信号为H电平则进入步骤S241，设置电平判定标志后进入步骤S232。另一方面，如果在步骤S231中电平检测信号不是H电平则进入步骤S242，设置电平判定标志后进入步骤S232。另外，上述电位差信号电平判定单元61的计数单元61a计数电平检测器控制单元60的连续设置电平判定标志的次数。还有，上述电平判定标志的初始状态是复位。
接着，在步骤S232中从电平检测器控制单元60输出复位信号。而且，若上述电平检测器35的D触发器FF1的输入端子R上输入了L电平的复位信号，则复位D触发器FF1，使从输出端子Q输出的电平检测信号变为L电平。
接着，在步骤S222中判断有没有位置检测运转切换请求，若判断为有位置检测运转切换请求，则进入步骤S233，另一方面，若判断为没有位置检测运转切换请求，则进入步骤S223。而且，在步骤S233根据来自外部的相位量指令在定时值运算单元46运算相位修正定时器T2用的相位修正定时值。接着，进入步骤S234，把在步骤S233求出的相位修正定时值设置在相位修正定时器T2中。而且，在步骤S235中起动相位修正定时器T2后进入步骤S236，停止波形定时器T4后进入步骤S223。
接着，在步骤S223中停止周期测定定时器T3，进入步骤S224，读入周期测定定时器T3的定时值。接着，进入步骤S225，使周期测定定时器T3起动。而且，在步骤S226中位置信号周期运算单元45从周期测定定时器T3的定时值运算位置信号的周期。接着，在步骤S227中速度运算单元47根据在步骤S226中求出的位置信号的周期运算电机的转动速度。
接着，进入步骤S228，判断有没有位置检测运转切换请求，若判断为有位置检测运转切换请求，则进入步骤S237，根据速度指令信号进行速度控制，输出电压指令信号，结束中断处理12。另一方面，若在步骤S228中判断为没有位置检测运转切换请求，则结束中断处理12。
而且，一旦结束在上述中断处理12中起动的相位修正定时器T2的计数，则相位修正定时器T2输出中断信号IRQ2，在该中断信号IRQ2的每个发生间隔进行图19所示的中断处理13。
即，如果上述相位修正定时器T2的计数结束，输出中断信号IRQ2，则中断处理13起动，在步骤S251中换流器模式选择单元53把换流器模式步进1，在步骤S252中输出电压图形，结束中断处理13。
这样，在起动时的同步运转中，根据上述电平检测器35的电平检测信号，电平检测器控制单元60和电位差信号电平判定单元61判定上述电位差是否大于预定值，由此能够判断基于电位差信号的位置信号是否稳定。从而，该无电刷DC电机在起动时能够判断能否进行依据位置信号的位置检测运转，能够切实地进行起动时从同步运转向位置检测运转的切换。另外，由于在来自上述转动位置检测器3的积分器32的积分信号的每个半波进行判定，因此能够加速从同步运转向位置检测运转切换的响应时间。
〔第3实施例〕
图20示出本发明第3实施例的无电刷DC电机的电平检测器的电路图，除该电平检测器外和第2实施例的无电刷DC电机结构相同，故省略说明。
如图20所示，经电阻R3把来自转动位置检测器3的积分器32的积分信号∫VMNdt连接到放大器IC13的反相输入端子，同时，放大器IC13的同相输入端子连接接地点GND。而且，在上述放大器IC13的输出端子和反相输入端子之间，连接着其阳极位于输出端子一侧的二极管D3，同时，连接着从放大器IC13的反相输入端子侧串连的电阻R32和二极管D4。另外，上述二极管D4的阴极侧连接着放大器IC13的输出端子。经电阻R33把上述串联的电阻R32和二极管D4的连接点连接在放大器IC14的反相输入端子。而且，上述电阻R31的连接放大器IC13的另一端和放大器IC14的反相输入端子之间连接着电阻R34。上述放大器IC14的同相输入端子连接接地点GND的同时，在反相输入端子和输出端子之间连接着电阻R35。而且，经电阻R36把上述放大器IC14的输出端子连接到比较器IC15的同相输入端子。经电阻R37把上述比较器IC15的反相输入端子连接接地点GND的同时，经电阻R38连接电源+VCC。上述比较器IC15的输出端子连接着D触发器FF2的时钟输入端子CLK。上述D触发器FF2的输入端子D和输入端子PR上连接电源VDD，从输入端子Q输出电平检测信号。还有，上述D触发器FF2的输入端子R上连接着来自图13所示的微机14的电平检测器控制单元60的复位信号。另外，用上述电阻R37、R38和比较器IC15构成作为电位差信号比较装置一例的比较电路19。
在上述无电刷DC电机根据位置信号被驱动时，如图21A～21E所示，来自上述转动位置检测器3的积分器32的积分信号∫VMNdt(示于图21A)经电阻R31输入到电平检测器36的放大器IC13的反相输入端子。而且，用由电阻R31～R35、二极管D3、D4及放大器IC13、IC14构成的全波整流电路对上述积分信号∫VMNdt全波整流，使其成为全波整流波形(示于图21C)。然后，上述比较器IC15把该全波整流波形与由电阻R37、R38设定的基准值E3相比较，在全波整流波形比基准值E3大时，比较器IC15的输出成为H电平，另一方面，在全波整流波形比基准值E3小时，比较器IC15的输出成为L电平。而且，若上述比较器IC15的输出信号(示于图21D)成为H电平，则D触发器FF2的时钟输入端子CLK被输入H电平，用从其L电平到H电平的上升沿置位D触发器FF2，从输出端子Q输出H电平的电平检测信号(示于图21E)。
接着，图14所示的微机14的电平检测器控制单元60接受来自电平检测器36的H电平的电平检测信号，根据下一个位置信号(示于图21B)的上升沿或下降沿，输出复位信号(L电平)。而且，接受来自上述电平检测器控制单元60的复位信号，D触发器FF2被复位，从输出端子Q输出的电平检测信号(示于图21E)成为L电平。这样，上述电平检测器36把来自图13所示的转动位置检测器3的积分器32的积分信号∫VMNdt在其每半波与预定的基准值E3进行比较，输出电平检测信号。
这样，在起动时的同步运转中，根据上述电平检测器36的电平检测信号，电平检测器控制单元60和电位差信号电平判定单元61判定上述电位差是否大于预定值，由此，能够判断基于电位差信号的位置信号是否稳定。从而，该无电刷DC电机能够判断起动时基于来自转动位置检测器3的积分器32的位置信号的位置检测运转能否进行，能够切实地进行从同步运转向位置检测运转的切换。另外，由于在上述积分信号的每个半波进行判定，因此能够加速从同步运转向位置检测运转切换的响应时间。
〔第4实施例〕
图22示出本发明第4实施例的无电刷DC电机的电平检测器的电路图，除去该电平检测器和后述的微机外，其余部分取与第1实施例的无电刷DC电机相同的结构，故省略其说明。
如图22所示，把来自转动位置检测器3的积分器32的积分信号∫VMNdt连接到放大器IC16的反相输入端子，同时，把放大器IC16的同相输入端子经电阻R41连接接地点GND。而且，经电阻R42把上述放大器IC16的输出端子和同相输入端子连接在一起，用上述电阻R41、R42和放大器IC16构成具有滞后特性的作为滞后比较器的电平检测器37。
还有，图23示出微机24的结构，它具有：接受来自转动位置检测器3的位置信号和来自电平检测器37(示于图22)的电平检测信号的电平判定标志设定单元100；从上述电平判定标志设定单元100接受表示电平判定标志的信号、判定电位差信号VMN的电平是否大于预定值的电位差信号电平判定单元101；连接上述位置信号并比较该位置信号和换流器模式的作为位置信号模式比较装置的模式比较单元102；接受来自位置信号周期运算单元45的表示位置信号周期的周期信号、把位置信号周期的值和基于换流器输出频率的与位置信号的周期相当的值进行比较的作为位置信号周期比较装置的周期比较单元103；根据来自上述电位差信号电平判定单元101的判定结果、来自模式比较单元102的比较结果和来自周期比较单元103的比较结果输出位置检测运转切换信号的作为运转切换装置的位置检测运转切换单元104；根据来自上述电位差信号电平判定单元101的判定结果、来自模式比较单元102的比较结果和来自周期比较单元103的比较结果、若输入来自外部的运转信号则输出用于起动的电压指令信号和频率指令信号的V/F图形设定单元105；接受来自上述V/F图形设定单元105的频率指令信号、输出中断信号IRQ3的波形定时器T4。用上述V/F图形设定单元105和波形定时器T4构成作为同步运转控制装置的同步运转控制单元56。还有，用上述电平检测器37、电平判定标志设定单元100和电位差信号电平判定单元101构成电平判定装置。还有，上述电位差信号电平判定单元101中，具有计数单元101a和计数判断单元101b，同时，上述模式比较单元102中具有计数单元102a和计数判断单元102b。
另外，把来自上述V/F图形设定单元105的频率指令信号连接到周期比较单元103。该频率指令信号是表示在波形定时器T4中设定的定时值的信号，能够根据换流器输出的频率求出与位置信号的周期相当的值。即，设定在上述波形定时器T4的定时值是相当于换流器输出频率的6倍频率的值，能够根据该定时值求出相当于位置信号的周期的值。另外，从设定在上述波形定时器T4的定时值求出了相当于位置信号的周期的值，但也可以根据V/F图形设定单元105的换流器输出的频率求出。
上述无电刷DC电机根据位置信号被驱动，如图24A～24F所示，在来自转动位置检测器3的积分器32的积分信号∫VMNdt(示于图24A)稳定时，若输入到电平检测器37的放大器IC16的反相输入端子的积分信号∫VMNdt超过基准值E4，则放大器IC16的输出端子成为L电平，若不足基准值E5，则放大器IC16的输出端子成为H电平。即，上述电平检测器37的电平检测信号(示于图24C)成为和位置信号(示于图24B)的相位相异而周期相同的信号。相反，在上述积分信号∫VMNdt如图24D所示那样不稳定时，若积分信号∫VMNdt没有超过基准值E4或不足基准值E5，则电平检测信号(示于图24F)与位置信号(示于图24E)相比频率降低，占空比相异。即，上述积分信号的不稳定状态表现为电平检测信号的频率和占空比的变化，根据该变化能够检测基于积分信号的位置信号的稳定/不稳定。
还有，如图25A～25H所示，在来自转动位置检测器3的积分器32的积分信号∫VMNdt(示于图25A)稳定时，若周期测定定时器T3(示于图25C)的定时值和波形定时器T4(示于图25D)的定时值之差的绝对值小于预定值，则根据位置信号(示于图25B)能够进行位置检测运转。与此相反，在上述积分信号∫VMNdt如图25E所示那样不稳定时，若周期测定定时器T3(示于图25G)的定时值和波形定时器T4(示于图25H)的定时值之差的绝对值超过预定值，则不能够根据位置信号(示于图25F)进行位置检测运转。另外，上述周期测定定时器T3的定时值，以表示来自位置信号周期运算单元45的位置信号的周期的周期信号表示，波形定时器T4的定时值以来自V/F图形设定单元105的频率指令信号表示。而且，上述周期比较单元103根据该周期信号和频率指令信号判断周期测定定时器T3的定时值和波形定时器T4的定时值之差的绝对值是否小于预定值。
下面，按照图26、图27、图28的流程说明起动时微机24的动作。另外，起动前的运转切换开关SW选择在把波形定时器T4的中断信号IRQ3连接到换流器模式选择单元53的同时，把V/F图形设定单元105的电压指令信号连接到PWM单元54的同步运转一侧。
首先，若从外部把运转信号输入到上述微机24，则从V/F图形设定单元105输出频率指令信号，波形定时器T4起动。而且，若上述波形计数器T4的计数结束，则从波形定时器T4输出中断信号IRQ3，在该中断信号IRQ3的每个发生间隔进行中断处理21。
图26中，在步骤S301中判断频率是否增加到一定值，若判断为频率已增加到一定值，则进入步骤S311，另一方面，若判断为频率未增加到一定值，则进入步骤S313。而且，在步骤S313中读入预先存在表中的V/F图形的数据(电压指令信号用和频率指令信号用)，进入步骤S302。
在步骤S311中判断是否未允许外部中断，若判断为未允许外部中断，则进入步骤S314，在允许外部中断后，进入步骤S312。另一方面，在步骤S311中允许外部中断时，进入步骤S312。另外，在步骤S314中，若允许外部中断，则在位置信号的每个上升沿及下降沿进行后述的中断处理22。
接着，在步骤312中判断被设置在波形定时器T4中的波形定时值和位置信号周期之差的绝对值是否小于预定值。即，在上述周期比较单元103中，判断作为来自V/F图形设定单元105的频率指令信号的、与基于换流器输出频率的位置信号周期相当的波形定时器值和基于来自位置信号周期运算单元45的周期信号的位置信号周期值之差的绝对值是否小于预定值。而且，若判断为上述波形定时值和位置信号周期之差小于预定值，则进入步骤S315，另一方面，若判断为波形定时值和位置信号周期之差超过预定值，则进入步骤S316，变更电压指令，降低换流器输出电压，进入步骤S302。
其次，在步骤S315中判断电平判定标志的设置次数是否大于一定次数。即，上述电位差电平判定单元101的计数单元101a计数在电平判定标志设定单元100中电平判定标志被连续设置的次数，用计数判定单元101b判断是否计数了一定次数。而且，在电平判定标志的设置次数被设置为一定次数以上时，上述电平检测信号作为预定的图形，进入到步骤S317，另一方面，电平判定标志的设置次数不足一定次数时，进入步骤S318。而且在步骤S318中变更电压指令，降低换流器输出电压，进入步骤S302。
在步骤S317中，判断位置信号和换流器模式是否存在一定的关系。即，判断是否如图7A～7D所示，在换流器模式的奇数切换点上位置信号为H电平，而且在换流器模式的偶数切换点上位置信号为L电平。而且，在步骤S317中位置信号和换流器模式存在一定关系时，进入步骤S319，另一方面，位置信号和换流器模式不存在一定关系时进入步骤S320。而且，在步骤S320中变更电压指令，降低换流器输出电压，进入步骤S302。
在步骤S319中，用模式比较单元102的计数单元102a计数上述换流器模式和位置信号的H、L电平的对应连续重复的次数，用模式比较单元102的计数判断单元102b判断是否计数了一定次数。即，判断是否如第1实施例的图7A～7D所示那样，换流器模式的奇数切换(如从2到3、从4到5)点上位置信号为H电平，而且换流器模式的偶数切换(如从3到4，从5到0)点上位置信号为L电平这样的条件连续计数了一定次数。而且，在步骤S319中判断为计数了一定次数时，进入步骤S321，请求位置检测运转切换后进入步骤S302。另一方面，在步骤S319中判断为没有计数一定次数时，进入步骤S302。
接着，在步骤S302中根据电压指令输出电压指令信号。然后，进入步骤S303，依据在V/F图形设定单元105中设定的频率指令即预先存在表中的频率数据运算波形定时器T4用的定时值。接着，进入步骤S304，把在步骤S303中求出的定时值设置在波形定时器T4中并起动，结束该中断处理21。
而且，依据上述中断处理21的步骤S321的位置检测运转切换请求，运转切换开关SW切换到位置检测运转一侧，在上述微机24的外部中断端子上所输入的位置信号的每个上升沿及下降沿进行图27所示的中断处理22。
首先，图27中，在步骤S331判断有没有位置检测切换请求，在没有位置检测切换请求时，进入步骤S341，电平判定标志设定单元100判定来自转动位置检测器3的位置信号是否为上升沿。而且，若在步骤S341中判断为位置信号是上升沿，则进入步骤S351，另一方面，若判断为位置信号不是上升沿，则进入步骤S352。而且，在步骤S351中电平判定标志设定单元100判断来自电平检测器37的电平检测信号是否为H电平，若判断为电平检测信号为H电平，则进入步骤S353，设置电平判定标志。另一方面，若在步骤S351中判断为电平检测信号不是H电平，则进入步骤S354，复位电平判定标志。
还有，若进入步骤S352，则电平判定标志设定单元100判断来自电平检测器37的电平检测信号是否为L电平，若判断为电平检测信号是L电平，则进入步骤S355，置位电平判定标志。另一方面，若在步骤S352中判断为电平检测信号不是L电平，则进入步骤S356，复位电平判定标志。另外，上述电位差信号电平判定单元101的计数单元101a计数在电平判定标志设定单元100中连续置位电平判定标志的次数。还有，上述电平判定标志的初始状态复位。
其次，在步骤S332判断有没有位置检测运转切换请求，若判断为有位置检测运转切换请求，则进入步骤S342，另一方面，若判断为没有位置检测运转切换要求，则进入步骤S333。而且，在步骤S342中，根据来自外部的相位量指令，在定时值运算单元46中运算相位修正定时器T2用的相位修正定时值。接着，进入步骤S343，把在步骤S342中求出的相位修正定时值设置在相位修正定时器T2中。而且，在步骤S344中起动相位修正定时器T2后进入步骤S345，停止波形定时器T4后，进入步骤S333。
接着，在步骤S333中停止周期测定定时器T3，进入步骤S334，读入周期测定定时器T3的定时值。接着，进入步骤S335，使周期测定定时器T3起动。而且，在步骤S336中位置信号周期运算单元45从周期测定定时器T3的定时值运算位置信号的周期。接着，在步骤S337中速度运算单元47根据在步骤S336中求出的位置信号的周期，运算电机的转速。
接着，进入步骤S338，判断有没有位置检测运转切换请求，若判断为有位置检测运转切换请求，则进入步骤S346，根据速度指令信号进行速度控制，输出电压指令信号，结束中断处理22。另一方面，若在步骤S388中判断为没有位置检测运转切换请求，则结束中断处理22。
而且，一旦在上述中断处理22中起动的相位修正定时器T2的计数结束，则相位修正定时器T2输出中断信号IRQ2，在该中断信号IRQ2的每个发生间隔进行图28所示的中断处理23。
即，若上述相位修正定时器T2的计数结束，输出中断信号IRQ2，则起动中断处理23，在步骤S361中换流器模式选择单元53使换流器模式步进1，在步骤S362中输出电压图形，结束中断处理23。
这样，用上述电位差信号电平判定单元101、模式比较单元102和周期比较单元103，即使起动时因负载变动和电源电压变动，电位差信号的特性发生变化，也能够判断能否进行基于来自转动位置检测器3的位置信号的位置检测运转，能够切实地从同步运转切换为位置检测运转。
还有，当用上述电平检测器37比较来自上述转动位置检测器3的积分器32的积分信号∫VMNdt和基于滞后特性的基准值E4、E5而得到的电平检测信号是预定的图形时，能够判定为上述电位差是大于上述预定值。从而，能够不用全波整流电路和多个比较器而通过上述电平检测器37简单地构成电平判定装置。
〔第5实施例〕
图29示出本发明第5实施例的无电刷DC电机的转动位置检测器的电路图，除去该转动位置检测器和后述的微机以外，其余部分与第1实施例的无电平检测器的无电刷DC电机结构相同，省略其说明。
如图29所示，转动位置检测器110由图1所示第1实施例的转动位置检测器3的作为电位差检测装置的差动放大器31、作为积分装置的积分器32和滞后比较器38构成。上述滞后比较器38由把来自积分器32的积分信号∫VMNdt连接到反相输入端子的放大器IC17、把该放大器IC17的同相输入端子连接到接地点GND的电阻R44、连接放大器IC17的输出端子和同相输入端子的电阻R45构成，具有滞后特性。
还有，图30示出上述微机120的结构，它具有：连接来自上述转动位置检测器110的“位置信号+电平检测信号”、比较该“位置信号+电平检测信号”和换流器模式的作为位置信号模式比较装置的模式比较单元111；接受来自位置信号周期运算单元45的表示位置信号的周期的周期信号、比较位置信号的周期值和基于换流器输出频率的与位置信号的周期相当的值的作为位置信号周期比较装置的周期比较单元112；根据来自上述模式比较单元111的比较结果和来自周期比较单元112的比较结果、输出位置检测运转切换信号的位置检测运转切换单元113；根据来自上述模式比较单元111的比较结果和来自周期比较单元112的比较结果、若输入来自外部的运转信号则输出用于起动的电压指令信号和频率指令信号的V/F图形设定单元114；接受来自上述V/F图形设定单元114的频率指令信号输出中断信号IRQ3的波形定时器T4。用上述V/F图形设定单元114和波形定时器T4构成作为同步运转控制装置的同步运转控制单元57。还有，上述模式比较单元111中，具有计数单元111a和计数判断单元111b。
另外，把来自上述V/F图形设定单元114的频率指令信号连接到周期比较单元112。该频率指令信号是表示在波形定时器T4中设定的定时值的信号，能够求出与基于换流器输出的频率的位置信号的周期相当的值。
上述无电刷DC电机按照位置信号被驱动，如图31A～31D所示，来自上述转动位置检测器110的积分器32的积分信号∫VMNdt(示于图31A)稳定时，输入到滞后比较器38的放大器IC17的反相输入端子，若超过基准值E6，则放大器IC17的输出端子为L电平，若不足基准值E7，则放大器IC17的输出端子为H电平。而且，上述转动位置检测器110根据基准值E6、E7输出“位置信号+电平检测信号”(示于图31B)。与此相对，在上述积分信号∫VMNdt如图31C所示那样不稳定、且未超过基准值E6或不小于基准值E7时，“位置信号+电平检测信号”(示于图31D)与图31B相比频率降低，占空比相异。即，上述积分信号的不稳定状态表现为该“位置信号+电平检测信号”的频率和占空比的变化，根据该变化，能够检测基于积分信号的位置信号的稳定/不稳定。
下面，按照图32、图33、图34的流程说明起动时微机120的动作。另外，起动前的运转切换开关SW选择到把波形定时器T4的中断信号IRQ3连接到换流器模式选择单元53的同时把V/F图形设定单元114的电压指令信号连接PWM单元54的同步运转一侧。
首先，若从外部把运转信号输入到上述微机120，则从V/F图形设定单元114输出频率指令信号，波形定时器T4起动。而且，一旦该波形定时器T4的计数结束，则从波形定时器T4输出中断信号IRQ3，在该中断信号IRQ3的每个发生间隔进行中断处理31。
图32中，在步骤S401中判断频率是否增加到一定值，若判断为频率增加到一定值，则进入步骤S411，另一方面，若判断为频率未增加到一定值，则进入步骤S413。而且，在步骤S413中读入预定存在表中的V/F图形的数据(电压指令信号用和频率指令信号用)，进入步骤S402。其次，在步骤S411中判断是否不允许外部中断。若判断为不允许外部中断，则进入步骤S414，在允许外部中断后，进入步骤S412。另一方面，在步骤S411中允许外部中断时，进入步骤S412。另外，若在步骤S414允许外部中断，则在位置信号的每个上升沿和下降沿进行后述的中断处理32。
接着，在步骤S412中判断波形定时值和位置信号周期之差是否小于预定值。即，在上述周期比较单元112中判断作为来自V/F图形设定单元114的频率指令信号的、与基于换流器输出频率的位置信号周期相当的定时值和基于来自位置信号周期运算单元45的周期信号的位置信号周期值之差的绝对值是否小于预定值。而且，若判断为波形定时值和位置信号周期之差小于预定值，则进入步骤S416，另一方面，若判断为波形定时值和位置信号周期之差不小于预定值，则进入步骤S415，变更电压指令，降低换流器输出电压，进入步骤S402。
其次，在步骤S416中判断位置信号和换流器模式是否存在一定关系。即，判断是否如上述第1实施例的图7A～7D所示那样，在换流器模式的奇数切换点上位置信号为H电平，而且在换流器模式的偶数切换点上位置信号为L电平。而且，在步骤S416中位置信号和换流器模式存在一定关系时，进入步骤S417，另一方面，在位置信号和换流器模式不存在一定关系时，进入步骤S418，变更电压指令，降低换流器输出电压，进入步骤S402。
其次，在步骤S417中，用模式比较单元111的计数单元111a计数上述换流器模式和位置信号的H、L电平的对应连续重复的次数，用模式比较单元111的计数判断单元111b判断是否计数了一定次数。即，判断是否如第1实施例的图7A～7D所示那样在换流器模式的奇数切换(如从2到3，从4到5)点上位置信号为H电平，而且在换流器模式的偶数切换(如从3到4，从5到0)点上位置信号为L电平的条件连续计数了一定次数。而且，在步骤S417中判断为计数了一定次数时，进入步骤S419，请求位置检测运转切换后进入步骤S402。另一方面，在步骤S417中判断为没有计数一定次数时，进入步骤S402。
接着，在步骤S402中，根据电压指令输出电压指令信号。然后，进入步骤S403，依据在V/F图形设定单元114中设定的频率指令即预先存在表中的频率数据运算波形定时器T4用的定时值。接着，进入步骤S304，把在步骤S403中求出的定时值设置在波形定时器T4中并起动，结束该中断处理31。
而且，根据上述中断处理31的步骤S419的位置检测运转切换请求，运转切换开关SW切换到位置检测运转一侧，在上述微机120的外部中断端子上所输入的位置信号的每个上升沿及下降沿进行图33所示的中断处理32。
首先，图33中，在步骤S421判断有没有位置检测运转切换请求，若判断为有位置检测运转切换请求，则进入步骤S341，另一方面，若判断为没有位置检测运转切换请求，则进入步骤S422。而且，在步骤S341中根据来自外部的相位量指令，在定时值运算单元46运算相位修正定时器T2用的相位修正定时值。然后，进入步骤S432，把在步骤S431中求出的相位修正定时值设置在相位修正定时器T2中。而且，在步骤S433中起动相位修正定时器T2后进入步骤S434中，停止波形定时器T4后进入步骤S422。
接着，在步骤S422中，停止周期测定定时器T3，进入步骤S423，读入周期测定定时器T3的定时值。接着，进入步骤S424，使周期测定定时器T3起动。而且，在步骤S425中位置信号周期运算单元45从周期测定定时器T3的定时值运算位置信号的周期。接着，在步骤S426中，速度运算单元47根据在步骤S425中求出的位置信号的周期，运算电机的转速。
然后，进入步骤S427，判断有没有位置检测运转切换请求，若判断为有位置检测运转切换请求，则进入步骤S435，根据速度指令信号进行速度控制，输出电压指令信号，结束中断处理。另一方面，若在步骤S427中判断为没有位置检测运转切换请求，则结束中断处理32。
而且，若结束在上述中断处理32中起动的相位修正定时器T2的计数，则相位修正定时器T2输出中断信号IRQ2，在该中断信号IRQ2的每个发生间隔进行图34所示的中断处理33。
即，若上述相位修正定时器T2的计数结束并输出中断信号IRQ2，则中断处理33起动，在步骤S441中换流器模式选择单元53把换流器模式步进1，在步骤S442中输出电压图形，结束中断处理33。
这样，用上述转动位置检测器110的滞后比较器38，在检测位置信号的同时，比较来自积分器32的积分信号∫VMNdt和基于滞后比较器38的滞后特性的基准值E6、E7，输出“位置信号+电平检测信号”。而且，在“位置信号+电平检测信号”的周期值(基于来自位置信号周期运算单元45的周期信号的值)和与基于换流器输出的频率的位置信号的周期相当的值(波形定时器T4中设定的定时值)之差的绝对值小于预定值时，能够判定为上述电位差信号VMN大于预定值，能够判断为基于电位差信号VMN的位置信号稳定。还有，由于上述转动位置检测器110具有滞后比较器38，而该滞后比较器38具有上述第1、2、3、4实施例的电平比较器的功能，因此，不必特别地具备电平检测器，能够减少成本。
在上述第1、2、3、4、5实施例中，把上述电枢绕组1a、1b、1c的电压图形切换方式取为180度通电，而电压图形的切换方式不限于180度，也可以是120～180度的通电方式。
还有，作为测定上述位置信号的周期的装置，使用周期测定定时器T3和位置信号周期运算单元45，计数从位置信号的上升沿到下降沿或从下降沿到上升沿的时间(相位角60度)，从该定时值测定电压图形的周期，但不限于此，也可以计数从位置信号的上升沿到下一个上升沿或从下降沿到下一个下降沿的时间(相位角120度)，测定电压图形的周期。
还有，使用了上述微机4、14、24、120，而也可以用逻辑电路等构成去代替微机。
还有，使起动时的上述换流单元20的换流器输出的电压、频率增加的同步运转是使用如图11、图12所示的直线图形进行的，但也可以使用曲线图形使换流器输出的电压、频率增加。还有，换流器输出的电压、频率也可以恒定。进而，还可以在换流器输出的电压、频率中使某一方增加，另一方恒定。
还有，上述V/F图形设定单元44、64、105、114使用了预先存在表中的V/F图形的数据，但也可以使用运算式运算该情况下的V/F图形的数据。
还有，使换流器电压下降直到判定为电位差信号稳定，但也可以降低换流器输出的电压V和频率F之比V/F，即换流器电压恒定而使频率增加。另外，也可以降低电压，提高频率。
还有，上述电平检测器34、35、36接受来自转动位置检测器3的积分器32的积分信号输出电平检测信号，但也可以用电平判定装置判定电枢绕组中性点和电阻电路中性点的电位差是否大于预定值。
还有，上述第1实施例中，在比较上述转动位置检测器3的位置信号和换流器模式选择单元53的换流器模式的作为位置信号模式比较装置的模式比较单元42中，比较换流器模式的切换点和位置信号的H、L电平的对应是否连续一致，但作为位置信号比较装置不限于此，也可以比较换流器模式的切换点和位置信号的切换点的相位是否为预定的范围。
还有，上述第1实施例中，使用了作为整流装置的全波整流电路15，但整流装置不限于此，也可以使用半波整流电路。
还有，使用了作为整流装置的全波整流电路15、作为平滑装置的平滑电路16和作为平滑信号比较装置的比较电路17，然而不限于此，也可以用数字电路构成整流装置、平滑装置及平滑信号比较装置，在把上述积分信号A/D变换后，通过数字运算求电平检测信号。
还有，在上述第2、第3实施例中，在来自转动位置检测器3的积分信号∫VMNdt的每个半波判断是否超过基准值E1、E2或E3，但也可以把积分信号半波整流，判断该被半波整流了的积分信号的仅半波部分是否越过了基准值E3。还有，也可以仅设置基准值E1或E2之一，判断积分信号∫VMNdt是否越过基准值E1或E2的某一个。
还有，上述第2、第3实施例中，根据作为电位差信号比较装置的比较电路18、19的电平检测信号，在电平检测器控制单元60中设定电平判定标志，电位差信号电平判定单元61的计数单元61a计数连续设置电平判定标志的次数，然而不限于此，电平判定装置也可以在电位差信号比较装置的输出信号的脉冲幅度或频率等是预定的图形时，判定上述电位差是否大于预定值。
还有，积分器32设为由电容器和电阻组成的积分器，也可以使用应用运算放大器构成了一阶延迟电路的积分器放大积分信号，这种情况下，由于积分信号被充分放大，故提高了抗噪声能力，进一步得到改善。
还有，转动位置检测器3在第1级配设差动放大器31，在第2级配设了积分器32，然而，结构不限于此，也可以在第1级配设积分器32，第2级配设放大器31，若在第1级的积分器32使用运算放大器则也可以不配设第2级的放大器31。
还有，差动放大器3 1为简化电路，故使用同相放大电路，把电枢绕组1a、1b、1c的中性点作为接地点GND，把3相Y型接线的电阻电路2的中性点电位输入到IC1的同相输入端子，而也可以把换流器单元20的晶体管20d、20e、20f的发射极作为接地点GND，把电枢绕组1a、1b、1c的中性点电位VN及3相Y型接线的电阻电路2的中性点电位VM分别输入到差动输入减法电路的输入端。
产业上的利用可能性
本发明的无电刷DC电机适用于换流空调等空调机、洗衣机、吸尘器等家用电器中。

Claims (14)

1.一种无电刷DC电机，具有：
有多个磁极的磁铁的转子(10)；有3相Y型连接的电枢绕组(1a、1b、1c)的定子(1)；相对上述电枢绕组(1a、1b、1c)呈并联状态的3相Y型接线的电阻电路(2)；根据上述电枢绕组(1a、1b、1c)的中性点和上述电阻电路(2)的中性点的电位差检测上述转子(10)和上述定子(1)的相对转动位置并输出位置信号的转动位置检测装置(3)；根据来自上述转动位置检测装置(3)的上述位置信号切换上述电枢绕组(1a、1b、1c)的电压图形的换流单元(20)；
其特征在于，
具有：
起动时根据预定的图形输出上述换流单元(20)的换流器输出的电压及频率的同步运转控制装置(51、55、56、57)；
根据来自上述转动位置检测装置(3)的上述位置信号控制上述换流单元(20)的换流器输出的位置检测运转控制装置(52)；
在上述换流单元(20)由上述同步运转控制装置(51、55、56、57)控制为同步运转状态时，判断能否进行使用来自上述转动位置检测装置(3)的上述位置信号的位置检测运转的判定装置；
若上述判定装置判断为能够进行上述位置检测运转，则把对上述换流单元(20)的控制从上述同步运转控制装置(51、55、56、57)切换为上述位置检测运转控制装置(52)的运转切换装置(43、63、104、113)。
2.权利要求1中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
用上述同步运转控制装置(51、55、56、57)根据上述预定的图形输出上述换流单元(20)的换流器输出的电压及频率，上述预定的图形输出后，若上述判定装置判断为不能进行上述位置检测运转，则上述同步运转控制装置(51、55、56、57)降低上述换流单元(20)的换流器输出的电压V和频率F之比V/F直到上述判定装置判断为能够进行基于上述位置信号的位置检测运转为止。
3.权利要求1中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述判定装置具有判定上述电枢绕组(1a、1b、1c)的中性点和上述电阻电路(2)的中性点的上述电位差是否大于预定值的电平判定装置(34、35、36、37、41、60、61、100、101)，若上述电平判定装置(34、35、36、37、41、60、61、100、101)判定为上述电位差大于上述预定值，则判断为能够进行上述位置检测运转。
4.权利要求3中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述电平判定装置(34、41)具有：对表示上述电枢绕组(1a、1b、1c)的中性点和上述电阻电路(2)的中性点之电位差的信号进行整流的整流装置(15)、把来自上述整流装置(15)的已整流过的信号进行平滑的平滑装置(16)以及把来自上述平滑装置(16)的已平滑过的信号和预定的基准值(E0)进行比较的平滑信号比较装置(17)，上述平滑信号比较装置(17)比较来自上述平滑装置(16)的已平滑过的信号和上述基准值(E0)，若上述被平滑过的信号超过上述基准值(E0)，则判定为上述电位差大于上述预定值。
5.权利要求3中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述电平判定装置(35、36、60、61)具有把表示上述电枢绕组(1a、1b、1c)的中性点和上述电阻电路(2)的中性点之上述电位差的信号和预定的基准值(E1、E2、E3)进行比较的电位差信号比较装置(18，19)，在上述电位差信号比较装置(18，19)比较上述电位差信号和上述基准值(E1、E2、E3)而得到的上述电位差信号比较装置(18，19)的输出信号是预定的图形时，判定为上述电位差大于上述预定值。
6.权利要求3中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述电平判定装置(37，100，101)在把表示上述电枢绕组(1a、1b、1c)的中性点与上述电阻电路(2)的中性点之电位差的信号和基于滞后比较器(37)的滞后特性的预定的基准值(E4、E5)进行比较而得到的上述滞后比较器(37)的输出信号是预定的图形时，判定为上述电位差大于上述预定值。
7.权利要求1中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述判定装置具有比较来自上述转动位置检测装置(3)的位置信号和上述换流单元(20)的换流器输出是否具有预定关系的位置信号模式比较装置(42、62、102、111)，上述位置信号模式比较装置(42、62、102、111)比较上述位置信号和上述换流器输出，在上述位置信号和上述换流器输出有预定的关系时判断为能够进行上述位置检测运转。
8.权利要求1中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述判定装置具有比较上述位置信号的周期的值和基于上述换流器输出的频率的与位置信号的周期相当的值之差的绝对值是否小于预定值的位置信号周期比较装置(103、112)，在上述位置信号周期比较装置(103、112)比较为上述位置信号的周期的值和基于上述换流器输出的频率的与位置信号的周期相当的值之差的绝对值小于上述预定值时，判断为能够进行上述位置检测运转。
9.权利要求8中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述转动位置检测装置(110)具有检测上述电枢绕组(1a、1b、1c)的中性点和电阻电路(2)的中性点之电位差并输出电位差信号的电位差检测装置(31)、积分来自上述电位差检测装置(31)的上述电位差信号并输出积分信号的积分装置(32)和比较来自上述积分装置(32)的上述积分信号和预定的基准值(E6、E7)并输出上述位置信号的具有滞后特性的滞后比较器(38)。
10.权利要求1中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述判定装置具有下述装置之中的至少两个装置，这些装置是：
判定上述电枢绕组(1a、1b、1c)的中性点和上述电阻电路(2)的中性点之上述电位差是否大于预定值、若判定为上述电位差大于上述预定值则上述判定装置判断为能够进行上述位置检测运转的电平判定装置(34、35、36、37、41、60、61、100、101)；
比较来自上述转动位置检测装置(3)的位置信号和上述换流单元(20)的换流器输出是否有预定的关系、在上述位置信号和上述换流器输出有预定的关系时，上述判定装置判断为能够进行上述位置检测运转的位置信号模式比较装置(42、62、102、111)；
比较上述位置信号的周期的值和基于上述换流器输出的频率的与位置信号的周期相当的值之差的绝对值是否小于预定值、在上述位置信号的周期的值和基于上述换流器输出的频率的与位置信号的周期相当的值之差的绝对值小于上述预定值时、上述判定装置判断为能够进行上述位置检测运转的位置信号周期比较装置(103、102)。
11.权利要求2中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述判定装置具有判定上述电枢绕组(1a、1b、1c)的中性点和上述电阻电路(2)的中性点的上述电位差是否大于预定值的电平判定装置(34、35、36、37、41、60、61、100、101)，若上述电平判定装置(34、35、36、37、41、60、61、100、101)判定为上述电位差大于上述预定值，则判断为能够进行上述位置检测运转。
12.权利要求2中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述判定装置具有比较来自上述转动位置检测装置(3)的位置信号和上述换流单元(20)的换流器输出是否有预定的关系的位置信号模式比较装置(42、62、102、111)，上述位置信号模式比较装置(42、62、102、111)比较上述位置信号和上述换流器输出，在上述位置信号和上述换流器输出有预定的关系时，判断为能够进行上述位置检测运转。
13.权利要求2中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述判定装置具有比较上述位置信号的周期的值和基于上述换流器输出的频率的与位置信号的周期相当的值之差的绝对值是否小于预定值的位置信号周期比较装置(103、112)，在上述位置信号周期比较装置(103、112)比较出上述位置信号的周期的值和基于上述换流器输出的频率的与位置信号的周期相当的值之差的绝对值小于上述预定值时，判断为能够进行上述位置检测运转。
14.权利要求2中记述的无电刷DC电机，其特征在于：
上述判定装置具有下述装置中的至少两个装置，这些装置是：
判定上述电枢绕组(1a、1b、1c)的中性点和上述电阻电路(2)的中性点之上述电位差是否大于预定值、若判定为上述电位差大于上述预定值，则上述判定装置判断为能够进行上述位置检测运转的电平判定装置(34、35、36、37、41、60、61、100、101)；
比较来自上述转动位置检测装置(3)的位置信号和上述换流单元(20)的换流器输出是否有预定的关系、在上述位置信号和上述换流器输出有预定的关系时、上述判定装置判断为能够进行上述位置检测运转的位置信号模式比较装置(42、62、102、111)；
比较上述位置信号的周期的值和基于上述换流器输出的频率的与位置信号的周期相当的值之差的绝对值是否小于预定值、在上述位置信号的周期的值和基于上述换流器输出的频率的与位置信号的周期相当的值之差的绝对值小于上述预定值时、上述判定装置判断为能够进行上述位置检测运转的位置信号周期比较装置(103、112)。
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