CN1754303A - 无刷直流电动机的驱动方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明的无刷直流电动机的驱动方法和驱动装置，在低速时，输出通电角大于等于120度小于等于150度的矩形波或以其为准的波形，在高速时，固定PWM占空比，仅改变频率，输出通电角大于等于130度小于180度的矩形波、正弦波或者以其为准的波形，低速时可实现高效率、低噪音的运转，同时，可确保稳定的高速性，并且，由于电流波形也接近正弦波，所以可抑制对于有效电流的峰值电流。

Description

无刷直流电动机的驱动方法及其装置

技术领域

本发明关于无刷直流电动机的驱动方法及其装置，特别是关于适合用以驱动冰箱或空调等的压缩机的无刷直流电动机的驱动方法及其装置。

背景技术

近年来，350L以上的大型机种的冰箱成为主力，这些冰箱中，高效率的转速可变压缩机的逆变器控制的冰箱占大半数。该等冰箱用压缩机多数为了实现高效率，采用包括具有永久磁铁的转子的无刷直流电动机。而且，由于将无刷直流电动机设置于压缩机中所谓高温、高压、制冷剂环境、油环境的环境下，故无法使用霍尔元件。因此，通常使用由定子上的感应电压来检测转子位置的方法。

图21是日本专利申请特开平9-88837号公报的以往的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。图中，商用电源101在日本为频率50Hz或60Hz、电压100V的交流电源。整流电路102由桥接的整流用二极管102a至102d及平滑用电解电容器102e、102f所构成。图中的电路为倍压整流电路，故可从交流100V输入得到直流电压280V。逆变器电路103将6个开关元件103a、103b、103c、103d、103e、103f构成三相电桥。各开关元件具有回流电流用的逆向并列二极管，但本图中省略。无刷直流电动机104由具有永久磁铁的转子104a及具有三相绕线的定子104b所构成。由逆变器103形成的三相交流电流流向定子104b的三相绕线，可使转子104a旋转。转子104a的旋转运动可由曲轴(未图示)变更为往复运动，以驱动用以压缩冷煤的压缩机。

反电压检测电路105可从因转子104a旋转而在定子104b上产生的感应电压来检测转子位置。换流电路106可对反电压检测电路105的输出信号进行逻辑性的信号变换，且生成用以驱动逆变器103的开关元件的信号。

为了同步驱动无刷直流电动机104，同步驱动电路107以预定频率产生与换流电路106产生的信号同形状的信号。负荷状态判定电路108可判定无刷直流电动机104运转时的负荷状态。切换电路109则根据负荷状态判定电路108的输出来选择以换流电路106或者以同步驱动电路107来驱动无刷直流电动机104。驱动电路110则根据来自切换电路109的信号来驱动逆变器103的开关元件。

当负荷状态判定电路108检测出的负荷为正常负荷时，则由整流电路106来进行驱动。此时，可由反电压检测电路105检测转子位置，且由换流电路106以转子位置为基准形成用以驱动逆变器103的整流模式。该整流模式则通过切换电路109提供给驱动电路110，以驱动逆变器103的开关元件。由此，可对应转子位置来驱动无刷直流电动机104，即，无刷直流电动机104可作为普通的无刷直流电动机来驱动。

一旦负荷增加，无刷直流电动机104会因其特性导致转速下降。负荷状态判定电路108则判定该状态为高负荷状态，将切换电路109的输出切换为来自同步驱动电路107的信号。即，无刷直流电动机104可作为同步电动机来驱动，以避免高负荷时转速下降。

发明内容

本发明是以提供可提高低速时的电动机效率，同时也可以高速旋转的无刷直流电动机的驱动装置为目的。

本发明的无刷直流电动机的驱动装置包含：无刷直流电动机，包含定子及具有永久磁铁的转子；

逆变器(inverter)，将电力提供给前述无刷直流电动机；

驱动部，驱动前述逆变器；

位置检测部，根据前述无刷直流电动机的定子上的感应电压来输出转子位置信号；

第1波形产生部，一面对驱动信号进行PWM的占空比控制，一面输出基于前述转子位置信号的驱动信号；

第2波形产生部，固定PWM的占空比，从而输出将前述无刷直流电动机作为同步电动机来驱动的驱动信号；以及

切换判定部，当前述无刷直流电动机为低速时，以前述第1波形产生部所输出的驱动信号，经由前述驱动部来驱动前述逆变器，而当前述无刷直流电动机的转速为高速时，则以前述第2波形产生部所输出的驱动信号，经由前述驱动部来驱动前述逆变器。

因此，在低速时，可实现高效率且低噪音的运转，同时，在高速时，可确保稳定的高速性，并且，由于电流波形也接近正弦波，故可抑制相对于实效电流的峰值电流。

附图说明

图1是本发明第1实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。

图2是本发明第1实施例中低速时的逆变器驱动的定时图。

图3是本发明第1实施例中低速时的通电角＝效率的特性图。

图4是本发明第1实施例中高速时的逆变器驱动的定时图。

图5是本发明第1实施例中转速＝占空比的特性图。

图6是本发明第1实施例中转速与占空比的定时图。

图7是本发明第1实施例的无刷直流电动机的转子的构造图。

图8是本发明第2实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。

图9是本发明第3实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。

图10是本发明第4实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。

图11是表示本发明第4实施例中第1波形产生部切换至第2波形产生部的切换动作的流程图。

图12是表示本发明第4实施例中第2波形产生部切换至第1波形产生部的切换动作的流程图。

图13是本发明第5实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。

图14是显示本发明第5实施例中第1波形产生部切换至第2波形产生部的切换动作的流程图。

图15是显示本发明第5实施例中第2波形产生部切换至第1波形产生部的切换动作的流程图。

图16是本发明第6实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。

图17是由第1波形产生部所产生的驱动波形。

图18是由第2波形产生部所产生的驱动波形。

图19是由第2波形产生部进行驱动时的电动机旋转异常时的波形。

图20是本发明第7实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。

图21是以往的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。

具体实施方式

以下，针对根据本发明的冰箱的实施例，一面参照附图一面说明。

(第1实施例)

图1是本发明第1实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。

图中，商用电源1在日本为频率50Hz或60Hz、电压100V的交流电源。整流电路2由桥接的整流用二极管2a～2d及平滑用电解电容器2e、2f所构成。图中的电路为倍压整流电路，故可从商用电源1的交流100V输入得到直流电压280V。整流电路2也可为全波整流或直流电压可变式断续器电路或倍压整流/全波整流的切换方式等其他整流电路。

逆变器电路3将6个开关元件3a、3b、3c、3d、3e、3f构成三相电桥。各开关元件具有回流电流用逆向并列二极管，但本图中省略。

无刷直流电动机4由具有永久磁铁的转子4a及具有三相绕线的定子4b所构成。由逆变器3生成的PWM(脉冲宽度调制)波形的三相交流电流流向定子4b的三相绕线，可使转子4a旋转。转子4a的旋转可由曲轴(未图示)变更为往复运动，以驱动用以压缩冷煤的压缩机。

位置检测部5可从因转子4a旋转而在定子4b上产生的感应电压来检测转子位置。

第1波形产生部6是以位置检测部5的位置检测信号为基准，生成用以驱动逆变器3的开关元件3a、3b、3c、3d、3e、3f的信号。该驱动信号生成通电角大于等于120度小于等于150度的矩形波。也可以梯形波或正弦波等来取代矩形波。

第1波形产生部6进一步为了将转速维持固定，也进行驱动信号的PWM的占空比的控制。通过按照旋转位置，以最适当的占空比来运转，可实现高效率的运转。

转速检测部7由通过对位置检测部5的输出信号的一定时间计数或周期性检测等，来检测无刷直流电动机4的转速。

频率设定部8是在固定PWM的占空比的状态下改变输出频率。频率限制部9可限制来自频率设定部8的频率不超过上限频率。

第2波形产生部10是根据频率设定部8的输出信号，生成用以驱动逆变器3的开关元件3a、3b、3c、3d、3e、3f的信号。该驱动信号是生成通电角大于等于130度小于180度的矩形波。也可以梯形波或正弦波等来取代矩形波。驱动信号的PWM的占空比维持固定在最大值。

切换判定部11根据转速检测部7检测出的转速，选择以第1波形产生部6或者以第2波形产生部10来驱动逆变器3。当转速低时，则选择第1波形产生部6，而当转速高时，则选择第2波形产生部10。

另外，转速为低速或高速的判定也可从设定转速或PWM占空比来判断。

驱动部12根据来自切换电路11的输出信号来驱动逆变器3的开关元件。最适当的交流输出从逆变器3施加至无刷直流电机4，使转子4a旋转。

上限频率设定部13根据由第1波形产生部6驱动时的最大转速(占空比100％时)来设定上限频率。在本实施例中，将上限转速设定为最大转速的1.5倍。例如，当最大转速为50r/s时，则上限频率为75r/s。频率限制部9将所设定的上限频率利用于频率限制。

进行由第2波形产生部10的驱动时，无刷直流电动机4作为同步电动机来运转。一旦驱动频率过高，电动机则会失去同步而失步。因此，上限频率设定得低于引起失步的频率。

当由第2波形产生部10所进行的驱动持续规定时间(例如30分钟)时，上限频率变更部14会强制性地将切换判定部切换为第1波形产生部6，并且再次通过上限频率设定部13设定上限频率。再次设定上限频率的细节则留待后述。

电压检测部15检测整流电路2的输出电压(直流电压)。上限频率修正部16接受该电压检测部15的输出来修正上限频率。通常，当电压比标准高时，则提高上限频率，而当比标准低时，则降低上限频率。这些功能可由微计算机17的程序来实现。

接着，利用图1～图6来说明装置的动作。

首先，说明低速驱动时的动作。无刷直流电动机4在转速低时，根据来自第1波形产生部6的信号，如图2所示那样进行驱动。

在图2中，U、V、W、X、Y、Z分别表示开关元件3a、3c、3e、3b、3d、3f的驱动信号，而Iu、Iv、Iw分别表示U、V、W相的电流。

根据位置检测部5的信号，以120度通电角依次进行换流。并且，上臂的驱动信号U、V、W是进行PWM的占空比控制。电流波形为如图所示的锯齿状波形。此时，由于根据位置检测部5的输出，在最适当的定时下进行换流，故可最高效率地驱动无刷直流电动机。

图3表示低速驱动时的效率。如图所示，当通电角比120度大时，电动机效率会提高。这是由于通电角变大，电动机电流就会减少，并且电动机的铜损会减少的缘故。但是，由于开关次数增加，导致开关损耗增加，故电路效率会下降。结果，如图3所示，当通电角为130度时，综合效率最高。因此，通电角宜大于等于120度小于等于150度。

接着，说明高速驱动时的动作。无刷直流电动机4在转速高时，根据来自第2波形产生部10的信号，如图4所示那样被驱动。图4的标号与图2相同。各驱动信号是依照频率设定部8的输出以预定频率来进行换流。通电角宜大于等于130度小于等于180度。图4中，通电角为150度，但是通过增大通电角，电流波形会接近正弦波。在高速驱动时，无刷直流电动机4是作为同步电动机来驱动，所以随着频率增加，电流也会提高。但是，由于将通电角设定为大于等于130度180度，所以可将电流波形改善为接近正弦波且峰值电流小的波形，因此，即使是较高的电流，也可不需要过电流保护而流通。

接着，说明第1波形产生部6与第2波形产生部10的切换。图5显示本实施例的无刷直流电动机的转速＝占空比的特性。图5中，在转速小于等于50r/s时，进行第1波形产生部6的低速驱动。PWM占空比可由反馈控制自动地调整成对应于转速且效率最高的值。在50r/s时，PWM占空比为100％，且到达第1波形产生部6所进行的驱动无法再提高旋转的极限。因此，驱动会切换为由第2波形产生部10来驱动。在该状态中，上限频率设定部13将上限频率设定为75r/s(50r/s的1.5倍)。在来自频率设定部8的输出信号超过75r/s时，频率限制部9会禁止输出大于该值的频率。从50r/s至75r/s之间，PWM占空比维持在100％，通过提高频率设定部8的输出频率，提高无刷直流电动机4的转速。

接着，说明上限频率变更部14的动作。当在冰箱等的压缩机使用本装置时，由于负荷状态的变化需要较长的时间，因此，必须随着变更上限频率。图6说明上限频率的变更。

在时刻t0时，无刷直流电动机4接受转速指令80r/s，由第1波形产生部6来驱动并起动，从而依次增加转速。同时，PWM的占空比也逐渐上升。

在时刻t1时，转速为50r/s，PWM占空比为100％，在第1波形产生部6所进行的驱动下无法再增加超过它的转速。因此，驱动会切换为由第2波形产生部10来驱动。在该状态下，上限频率设定部13将上限频率设定为75r/s(50r/s的1.5倍)。然后，PWM占空比维持在100％，通过提高频率设定部8的输出频率来提高转速。

在时刻t2时，转速达到上限的75r/s，虽然接收到80r/s的指令，但是，之后仍以75r/s继续运转。

在时刻t3(从时刻t2起30分钟后)时，上限频率变更部14会将驱动切换为由第1波形产生部6来驱动。如此一来，转速会下降至第1波形产生部6可驱动的最大转速(55r/s)。由于时刻t3时的负荷状态比时刻t2时的负荷状态轻，故最大转速成为比时间t2时的50r/s高的55r/s。结果，上限频率设定部13会将上限频率再设定为82.5r/s(55r/s的1.5倍)。

然后，将驱动切换为由第2波形产生部10来驱动，并提高转速。由于上限频率为82r/s，所以可以最初的转速指令80r/s来运转。这样，对应负荷的变动，每隔一段时间再度检测负荷状态，从而修正上限频率，由此，可实现符合负荷状态的最适当的运转。

接着，说明商用电源1的电压变动的情形。此时，整流电路2的直流电压输出也会同时变化。由电压检测部15来检测该直流电压输出的变化。根据该检测结果，决定上限频率修正部16应修正的值，以修正上限频率设定部13设定的上限频率。无刷直流电动机的最大转速与整流电路2的直流电压输出成正比地变化。因此，可提供一种无刷直流电动机的驱动装置，该无刷直流电动机的驱动装置可进行修正，使得直流电压下降10％，上限频率亦下降10％，相反地，直流电压上升10％，上限频率亦上升10％，即使输入电压发生电压变动，也不会失步，而可继续运转。

接着，说明无刷直流电动机4的构造。图7是无刷直流电动机的转子的构造图。转子芯子(core)20是冲压0.35mm至0.5mm的薄硅钢板并将其重叠形成的。21a、21b、21c、21d为磁铁，以反圆弧状嵌入转子芯子20。磁铁也可为平板状。通常使用铁氧体磁铁或稀土类磁铁。该构造的转子中，磁铁中央的d轴与磁铁端部的q轴在各个轴方向的磁阻不同。因此，除了磁铁的磁束所产生的扭矩(磁矩)以外，可利用磁阻扭矩，结果，可实现高效率的电动机。而且，由于在由第2波形产生部10所进行的驱动中，电流以前进相位来运转，因此，大的磁阻扭矩是可期待的。

(第2实施例)

图8是本发明第2实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。图8中，在先行实施例已说明的部分赋予相同标号，并省略详细说明。

输出电压检测部30在逆变器3的开关元件3e导通时，透过定子绕线的W相的端子来检测整流电路2的输出电压。上限频率修正部16接受输出电压检测部30的输出，送出用以修正上限频率设定部13的上限频率的输出。若电压比标准高，则将上限频率朝上方修正，若比标准低，则将上限频率朝下方修正。由此，即使在电源电压变动时，亦可维持稳定的高速旋转。

(第3实施例)

图9是本发明第3实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。在图9中，在先行实施已说明的部分赋予相同标号，并省略详细说明。

分路电阻40设置于整流电路2与逆变器3之间。电流检测部41可检测流过分路电阻40的电流。相位差检测部42可检测由电流检测部41检测出的电流与输出电压的相位差。当无刷直流电动机4由第1波形产生部来驱动而为低速时，该相位差为5°～15°。但是，当无刷直流电动机4被第2波形产生部作为同步电动机来驱动而成为高速时，该相位差扩大。如果相位差超过60°，则电动机有可能失步。所以，频率限制部9在相位差超过55°时限制频率，使转速不再提高，从而避免失步。

振幅检测部43可检测电流检测部41检测出的电流的振幅。当无刷直流电动机4由第1波形产生部来驱动且为固定扭矩时，电流值会大致固定。但是，当无刷直流电动机4在被第2波形产生部作为同步电动机来驱动时，随着转速提高，电流值会逐渐增加。一旦电流的振幅超过预定值，保护电路(未图示)就会动作，而电动机会停止，因此，必须在保护电路动作之前，阻止转速上升。如果电流的振幅超过预定值，频率限制部9则限制频率，使得转速不再提高，以避免电动机停止。

(第4实施例)

图10是本发明第4实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。图10中，在先行实施例已说明的部分赋予相同标号，并省略详细说明。

本实施例是提供无刷直流电动机的驱动方法及其装置，当切换判定部在切换第1波形产生部所进行的电动机驱动与第2波形产生部所进行的电动机驱动时，使整流的定时或电动机转速一致，由此抑制电动机电流混乱。

(1)首先，利用图10的方框图与图11的流程图来说明第1波形产生部切换至第2波形产生部的情形。

首先，在步骤21中，切换判定部11判定是否选择第1波形产生部6。如果选择第1波形产生部6则转移至步骤22。

在步骤22中，将转速检测部7的检测结果输入频率指令部22，且转移至步骤23。

在步骤23中，切换判定部11从电动机转速、PWM占空比等数据，来判断是否需要切换至第2波形产生部8。当判定出需要切换时，则转移至步骤24。

在步骤24中，频率指令部22将在步骤22中所输入的检测结果输入频率设定部8。

最后，在步骤25中，切换判定部11将第1波形产生部6切换为第2波形产生部10。

如上所述，由设置频率指令部22，可在第1波形产生部6切换至第2波形产生部10的前后，使换流的定时或电动机的运转频率相等，如此一来，可抑制切换时的电流混乱。

(2)接着，利用图10的方框图与图12的流程图来说明第2波形产生部切换至第1波形产生部的情形。

首先，在步骤41中，切换判定部11判定是否选择第2波形产生部10。如果选择第2波形产生部10则前进至步骤42。

在步骤42中，切换判定部11判断是否需要切换至第1波形产生部6。当判定出需要切换时，则转移至步骤43。

在步骤43中，一致判定部60判定转速检测部7检测出的频率是否与频率设定部8设定的频率一致。当一致时，转移至步骤44。

在步骤44中，一致判定部60将频率设定部8设定的频率作为波形的输出定时下指令至第1波形产生部6。

最后，在步骤45中，切换判定部11将第2波形产生部10切换为第1波形产生部6。

如上所述，由设置一致判定部60，可在第2波形产生部10切换至第1波形产生部6的前后，使换流的定时或电动机的运转频率相等，可抑制切换时的电流混乱。

(第5实施例)

图13是本发明第5实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。图13中，在先行实施例已说明的部分赋予相同标号，并省略详细说明。

本实施例是提供无刷直流电动机的驱动方法及其装置，当切换判定部在切换第1波形产生部所进行的电动机驱动与第2波形产生部所进行的电动机驱动时，使换流的定时或电动机转速有差距，由此抑制电动机电流混乱。

(1)首先，利用图13的方框图与图14的流程图来说明第1波形产生部切换至第2波形产生部的情形。

首先，在步骤61中，切换判定部11判定是否选择第1波形产生部6。如果选择第1波形产生部6则转移至步骤62。

在步骤62中，将转速检测部7的检测结果输入频率修正部50，转移至步骤63。

在步骤63中，切换判定部11从电动机转速、PWM占空比等数据，来判断是否需要切换至第2波形产生部8。当判定出需要切换时，则转移至步骤64。

在步骤64中，频率修正部50在将步骤62中所输入的转速检测部7的检测结果修正为适当的值后，将该值输入频率设定部8。

最后，在步骤65中，切换判定部11将第1波形产生部6切换为第2波形产生部10。

如上所述，通过设置频率修正部50，可以在第1波形产生部6切换至第2波形产生部10的前后，使换流的定时或电动机的运转频率有差距，可抑制切换时的电流混乱。

(2)接着，利用图13的方框图与图15的流程图来说明第2波形产生部切换至第1波形产生部的情形。

首先，在步骤81中，切换判定部11判定是否选择第2波形产生部10。如果选择第2波形产生部10则前进至步骤82。

在步骤82中，切换判定部11判断是否需要切换至第1波形产生部6。当判定出需要切换时，则转移至步骤83。

在步骤83中，偏差判定部70判定转速检测部7检测出的频率与频率设定部8设定的频率的偏差是否在容许范围内，当偏差在容许范围内时，则转移至步骤84。

在步骤84中，偏差判定部70是将转速设定部7检测出的频率作为波形的输出定时下指令至第1波形产生部6。

最后，在步骤85中，切换判定部11将第2波形产生部10切换为第1波形产生部6。

如上所述，通过设置偏差判定部70，可在第2波形产生部10切换至第1波形产生部6的前后，使换流的定时或电动机的旋转频率有差距，可抑制切换时的电流混乱。

(第6实施例)

图16是本发明第6实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。第16图中，在先行实施例已说明的部分赋予相同标号，并省略详细说明。

本实施例是提供可从位置检测部5的位置检测定时来检测无刷直流电动机的旋转异常，并进行适当的处理的无刷直流电动机的驱动装置。

图17、图18分别表示由第1波形产生部6、第2波形产生部10所进行的驱动的波形。U、V、W、X、Y、Z分别为开关元件3a、3c、3e、3b、3d、3f的驱动信号，而Vu、Vv、Vw分别为逆变器电路3的U相、V相、W相的输出电压，Pu、Pv、Pw分别为位置检测部5的输出信号，而PD为位置检测部5的位置检测定时。当无刷直流电动机4的旋转正常时，位置检测定时PD会与开关元件的导通大致一致。

图19是无刷直流电动机4的异常停止时的波形。位置检测定时PD与开关元件的截止定时同时，即，在开关元件的导通定时的前后30°的位置发生。

这样，当无刷直流电动机4以第2波形产生部10的驱动信号作为同步电动机来驱动时，位置检测部5的位置检测定时在正常旋转时与旋转中有一些异常时不同。异常检测部27从位置检测定时来检测无刷直流电动机的旋转异常。当旋转异常时，位置检测定时会在例如大于开关元件的导通开始大于等于15°小于等于45°的范围内。而当旋转正常时，位置检测定时在该范围外。

这里，所谓电动机的旋转异常除了电动机停止的状态以外，还包括因施加于电动机的过剩的电源电压或过剩的负荷等，使无刷直流电动机因电流不稳定而容易失步等状态。

当旋转正常时，由第2波形产生部10所进行的驱动会继续，但是，当检测出旋转异常时，切换判定部11会使无刷直流电动机4的驱动回到由第1波形产生部6来驱动，并且依照位置检测部5的信号来进行换流。此时，当无刷直流电动机处于停止状态时，则会发生正常驱动下不会发生的状态，例如，不输入位置检测信号，或成为与PWM频率同步的高转速，或者PWM占空比相对于速度低很多等。停止检测部25将该状态检测为电动机停止中，然后，保护停止部26会指示驱动部12，从而使逆变器电路3停止。

而且，当回到由第1波形产生部进行驱动时，无刷直流电动机正常地旋转，则切换判定部11会再度选择第2波形产生部10，且以第2波形产生部10所进行的同步运转来驱动无刷直流电动机4。此时，根据第1波形产生部6的驱动所产生的最高速度，通过上限频率设定部13再设定上限频率。

这样，当位置检测定时进入异常范围时，通过暂时回到由第1波形产生部6所进行的驱动，然后再度设为由第2波形产生部10所进行的驱动，由于可修正由第1波形产生部6所进行的驱动切换为由第2波形产生部10所进行的驱动的速度，并可以再设定由第2波形产生部10进行驱动时的上限频率，所以可实现符合负荷的最适当的运转。

而且，当位置检测定时进入异常范围时，也可使逆变器3暂时停止，之后再启动。

(第7实施例)

图20是本发明第7实施例的无刷直流电动机的驱动装置的方框图。在图20中，在先行实拖例已说明的部分赋予相同标号，并省略详细说明。

本实施例提供可从流过分路电阻40的电流来检测无刷直流电动机的旋转异常，并进行适当的处理的无刷直流电动机的驱动装置。

电流检测部41从分路电阻40两端的电压来检测流过分路电阻40的电流。

当分路电阻40的电流在例如规定值2A以下时，异常判定部44判断无刷直流电动机4为正常旋转，并且由切换判定部11当时所选择的波形产生部(第1波形产生部或第2波形产生部)继续驱动。

但是，当电流在3A以上时，则判断为无刷直流电动机4因闭锁等所造成的异常而处于停止状态，从保护停止部26向驱动部12发送用于停止逆变器电路3的信号，使无刷直流电动机4停止。

进而，在由第2波形产生部进行驱动时，当电流超过2A而小于3A时，或当电流不稳定时，则判断为因施加于电动机的过剩的电源电压或过剩的负荷等，使无刷直流电动机成为容易失步的状态，暂时切换为由第1波形产生部6来驱动。

然后，当再度回到由第2波形产生部10进行驱动时，则由上限频率设定部13根据第1波形产生部6输出的最大频率来决定上限频率，并通过频率限制部9来禁止输出大于上限频率的频率，由此可实现稳定的最大限度的高速运转。

而且，如果在无刷直流电动机4启动后例如1分钟后开始进行电流检测部41的电流检测或异常判定部23的判定动作，则可避免将启动时的过渡现象检测为异常的错误检测发生。

产业上的可利用性

本发明的无刷直流电动机的驱动装置可在低速时实现高效率、低噪音的运转，同时，在高速时确保稳定的高速性，并且由于电流波形也接近正弦波，故可抑制相对于有效电流的峰值电流，因此，特别适合用在驱动冰箱或空调等的压缩机的用途上。

Claims (28)

1、一种无刷直流电动机的驱动方法，

该无刷直流电动机包括：定子及具有永久磁铁的转子；

逆变器，该逆变器将电力提供给所述无刷直流电动机；

驱动部，该驱动部驱动所述逆变器；

位置检测部，该位置检测部根据所述无刷直流电动机的定子上的感应电压来输出转子位置信号；

第1波形产生部，该第1波形产生部一面进行PWM的占空比控制，一面输出基于所述转子位置信号的驱动信号；

第2波形产生部，该第2波形产生部固定PWM的占空比，输出将所述无刷直流电动机作为同步电动机来驱动的驱动信号；以及

切换判定部，该切换判定部可选择所述第1波形产生部的驱动信号与所述第2波形产生部的驱动信号的其中一个信号，从而经由所述驱动部来驱动所述逆变器，其特征在于，

其中，所述切换判定部在所述无刷直流电动机低速时，选择所述第1波形产生部的驱动信号，在所述无刷直流电动机高速时，选择所述第2波形产生部的驱动信号。

2.如权利要求1所述的无刷直流电动机的驱动方法，其中，

所述第1波形产生部可输出通电角大于等于120度小于等于150度的矩形波或与其类似的波形的驱动信号，所述第2波形产生部可输出通电角大于等于130度小于等于180度的矩形波或与其类似的波形的驱动信号。

3.如权利要求1所述的无刷直流电动机的驱动方法，其中，

所述切换判定部在切换所述第1波形产生部的驱动信号与所述第2波形产生部的驱动信号的选择时，使输出驱动信号波形的定时在切换前后相等。

4.如权利要求1所述的无刷直流电动机的驱动方法，其中，

所述切换判定部在切换所述第1波形产生部的驱动信号与所述第2波形产生部的驱动信号的选择时，使输出驱动信号波形的定时在切换前后有差别。

5.如权利要求1所述的无刷直流电动机的驱动方法，其中，

所述切换判定部在切换所述第1波形产生部的驱动信号与所述第2波形产生部的驱动信号的选择时，具有可抑制流向所述无刷直流电动机的电流增加的作用。

6.如权利要求1所述的直流电动机的驱动方法，其中，

所述无刷直流电动机包含具有将永久磁铁嵌入转子铁心的构造的凸极性的转子。

7.如权利要求1所述的无刷直流电动机的驱动方法，其中，

所述无刷直流电动机驱动压缩机。

8.一种无刷直流电动机的驱动装置，包含：

无刷直流电动机，包含定子及具有永久磁铁的转子；

逆变器，将电力提供给所述无刷直流电动机；

驱动部，驱动所述逆变器；

位置检测部，根据所述无刷直流电动机的定子上的感应电压来输出转子位置信号；

转速检测部，从所述转子位置信号来检测所述无刷直流电动机的转速；

第1波形产生部，一面进行PWM的占空比控制，一面输出基于以所述转子位置信号的驱动信号；

第2波形产生部，固定PWM的占空比，输出将所述无刷直流电动机作为同步电动机来驱动的驱动信号；以及

切换判定部，当前述无刷直流电动机的转速为小于等于预定转速的低速时，以所述第1波形产生部所输出的驱动信号，经由所述驱动部来驱动所述逆变器，当所述无刷直流电动机的转速为超过预定转速的高速时，以所述第2波形产生部所输出的驱动信号，经由所述驱动部来驱动所述逆变器。

9.如权利要求8所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

频率设定部，设定所述第2波形产生部的输出波形的频率；以及

频率限制部，对所述频率设定部设定的频率施加限制，使得所述第2波形产生部的输出波形的频率不超过上限频率。

10.如权利要求9所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

根据所述第1波形产生部的输出波形的最大频率来设定所述上限频率的上限频率设定部。

11.如权利要求9所述的无刷直流电动机的驱动装置，其中

所述第1波形产生部输出通电角大于等于120度小于等于150度的矩形波或与其类似的波形的驱动信号，

所述第2波形产生部以所述频率设定部设定的频率来输出通电角大于等于130度小于180度的矩形波或与其类似的波形的驱动信号。

12.如权利要求10所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

以所述第2波形产生部所输出的驱动信号使所述无刷直流电动机运转规定时间后，重新设定上限频率的上限频率变更部。

13.如权利要求9所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

电压检测部，检测提供给所述逆变器的电压；以及

上限频率修正部，根据所述电压检测部检测出的电压的值来修正所述上限频率。

14.如权利要求9所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

电流检测部，检测所述逆变器的输出电流；以及

相位差检测部，根据所述电流检测部检测出的输出电流相对于输出电压的相位来变更上限频率。

15.如权利要求9所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

电流检测部，检测所述逆变器的输出电流；以及

振幅检测部，根据所述电流检测部检测出的输出电流的振幅来变更上限频率。

16.如权利要求8所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

频率设定部，设定所述第2波形产生部所输出的驱动信号的频率；以及

频率指令部，将所述转速检测部检测出的转速的频率下指令至所述频率设定部。

17.如权利要求8所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

频率设定部，决定所述第2波形产生部所输出的驱动信号的频率；以及

一致判定部，判定所述转速检测部进行检测的定时与所述第2波形产生部进行输出的定时是否一致，如果一致，则将所述频率设定部设定的频率作为输出频率并下指令至所述第1频率产生部。

18.如权利要求8所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

修正所述转速检测部检测出的转速的频率，将该频率作为输出频率并下指令至所述频率设定部的频率修正部。

19.如权利要求8所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

偏差比较部，比较所述位置检测电路进行检测的定时相对于所述第2波形产生部进行输出的定时的偏差是否在容许范围内，如果在容许范围内，则将所述频率设定部设定的频率作为输出频率并下指令至所述第1波形产生部。

20.如权利要求8所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

停止检测部，根据来自所述位置检测部的输出信号来检测所述无刷直流电动机是否因异常而停止；以及

保护停止部，当所述停止检测部检测出异常停止时，停止所述驱动部对所述逆变器的驱动。

21.如权利要求20所述的无刷直流电动机的驱动装置，其中

所述保护停止部在停止以所述驱动部驱动所述逆变器后，进行再启动。

22.如权利要求8所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

根据所述位置检测部的位置检测定时来检测所述无刷直流电动机的旋转异常的异常检测部。

23.如权利要求22所述的无刷直流电动机的驱动装置，其中

在所述逆变器的开关元件的导通定时前后，所述位置检测部的位置检测定时在规定的范围外时，所述异常检测部会检测出所述无刷直流电动机的旋转有异常。

24.如权利要求22所述的无刷直流电动机的驱动装置，其中

所述切换判定部在由所述第2波形产生部驱动所述逆变器时，如果所述异常检测部检测出所述无刷直流电动机的旋转异常，则将由所述第2波形产生部进行驱动切换为由所述第1波形产生部进行驱动。

25.如权利要求24所述的无刷直流电动机的驱动装置，其中

所述切换判定部在所述异常检测部检测出所述无刷直流电动机的驱动异常，而从由所述第2波形产生部进行驱动切换为由所述第1波形产生部进行驱动后，如果所述异常检测部未检测出所述无刷直流电动机的旋转异常，则从由所述第1波形产生部进行驱动切换为由所述第2波形产生部进行驱动。

26.如权利要求8所述的无刷直流电动机的驱动装置，还包含：

电流检测部，检测所述逆变器的输出电流；

异常判定部，根据所述电流检测部检测出的电流来判定电动机旋转的状态；以及

保护停止部，当所述异常判定部判定出异常时，停止所述驱动部对所述逆变器的驱动。

27.如权利要求8所述的无刷直流电动机的驱动装置，其中

所述无刷直流电动机包含具有将永久磁铁嵌入转子铁心的构造的凸极性的转子。

28.如权利要求8所述的无刷直流电动机的驱动装置，

所述无刷直流电动机驱动压缩机。

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