CN1241320C - 无刷电动机的控制方法以及控制装置 - Google Patents

Abstract

在本发明的无刷电动机的控制方法以及控制装置中，转子旋转位置检测手段检测作为检测感应电压与感应电压基准值相交的时刻的交点，电动机速度运算手段根据由转子旋转位置检测手段检测到的交点的时间间隔运算无刷电动机的转速，速度控制手段根据无刷电动机的指令速度与转速之间的偏差输出通电率指标，开关信号作成手段在所述交点上根据转速以及通电率指标向开关元件组输出开关信号。

Description

无刷电动机的控制方法以及控制装置

背景技术

本发明涉及无刷电动机的控制方法以及控制装置，特别地涉及不采用霍尔元件等的磁性检测手段来检测转子的旋转位置的所谓的无传感器控制装置。

作为不采用霍尔元件等的磁性检测手段来检测无刷电动机中转子的旋转位置的所谓的无传感器控制装置这样的以往技术，存在如特开平7-123773号公报所揭示的技术。

以下，对于以往的无刷电动机的控制装置进行说明。

图38是表示以往的无刷电动机的控制装置的系统构造的框图。在图38中，无刷电动机101具备流过电流的相线圈121u、121v、121w卷绕定子铁心(没有图示)的定子102以及安装有磁铁的转子103。各相线圈121u、121v、121w与开关电路104连接，控制施加在相线圈121u、121v、121w上的电压。由直流电压105向该开关电路104供给电压。

在开关电路104中，串联连接相对于电流流动方向而配置在上游与下游的一对开关元件，设置3个这样的串联电路作为U相用、V相用、W相用。如图38所示，U相用的串联电路具有上游开关元件141u与下游开关元件142u。V相用的串联电路具有上游开关元件141v与下流开关元件142v。W相用的串联电路具有上游开关元件141w与下游开关元件142w。

又，在开关电路104中，分别设置与各个开关元件141u、142u、141v、142v、141w、142w反向并列连接的二极管143u、144u、143v、144v、143w、144w。

在开关电路104中的U相用开关元件141u、142u的相互连接点上，连接无刷电动机101的相线圈121u。同样地，在V相用的开关元件141v、142v的相互连接点上连接无刷电动机101的相线圈121v，在W相用的开关元件141w、142w的相互连接点上连接无刷电动机101的相线圈121w。

选择器106从开关电路104的开关状态中选择3相线圈内无通电相的一相，A/D变换器107将该相的端电压的模拟值变换成数字值。控制部分108从检测出的电压确定其变化率以及换流时刻，将驱动信号输出到驱动器109。然后，由驱动器109控制开关电路104的各开关元件141u、142u、141v、142v、141w、142w。

其次，对于上述构造的以往的无刷电动机的控制装置中的控制方法进行说明。图39表示由以往的控制装置以120度通电形式驱动无刷电动机101并且在理想的换流时刻通电控制定子102的各相线圈使得无刷电动机101以恒定速度旋转时的动作状态。

在图39中，(a)表示U相上所呈现的端电压波形。又，(b)表示呈现在V相上的端电压波形，(c)表示呈现在W相上的端电压波形。又，(d)表示与PWM信号同步地检测出无通电相的端电压并且在不能检测的点从检测时间相对应的变化量中进行外推插补而获得的处理波形。

这里，对于求得图39的波形(d)的具体方法进行说明。图39中的波形(a)～(c)中有效感应电压信息是在以TS所示的区间内如A点及B点那样的与PMW信号同步检测出的离散值。因此，例如，不能够检测出图39的区间Tx的感应电压信息。这样，求取A点及B点那样能够检测到的2点以上的感应电压信息相对于时间的变化率，在区间Tx中推测感应电压如何进行变化。进行这样的插补处理，通过连接各相的信号，获得图39所示的处理波形(d)。

其次，对于以往的无刷电动机的控制装置中确定换流时刻的方法进行说明。

在图39的处理波形(d)中，将换流时刻规定为相邻相的推测感应电压相交时刻的t1及t2之类的转折点。这些转折点是电动机理想的(能够获得最大限度输出的状态)的换流时刻。若在换流时刻，相邻的相所推测的感应电压有所偏差时，判断转子位置并非理想状态，校正换流时刻之不存在该偏差。

这样，在以往的无刷电动机的控制装置中，推测转子位置以驱动无刷电动机。

然而，在特开平7-123773号公报所揭示的控制装置中，为了求得感应电压相对于时间的变化率，必须要获得2点以上的值。因此，随着电动机的转数端电压的检测次数增加。随着高速转动，由于感应电压检测次数大幅度减少，当成为不能够检测到2点以上的端电压的速度时，就不能够求得感应电压相对于时间的变化率，存在电动机会停止工作的问题。

作为解决上述问题的装置，存在特开平9-154294号公报所揭示的无刷电动机的驱动方法。

在该特开平9-154294号公报中所揭示的以往技术中，利用基本上与上述以往技术(特开平7-123773号公报中揭示的)相同的控制方法进行驱动。然而，在特开平9-154294号公报中所揭示的以往技术中，从一个端电压检测值来控制无刷电动机。

感应电压V0根据电动机原理与电动机转数N成比例，采用感应电压常数Ke以下式(1)表示。

V0＝Ke·N                    …(1)

由于端电压的大小与感应电压成比例，某单位时间的电压变化量也与电动机转数N成比例，以下式(2)计算出端电压相对于时间的变化率(Δv/Δt)。

Δv/Δt＝α·N               …(2)

在式(2)中，α是表示相对于电动机转数N的端电压的变化率的电动机所固有的常数。图40的曲线表示在电动机驱动时检测端电压并且将其检测的电压变化量变换成每个单位时间的电压变化量。该电压变化量依赖于电动机转数。因此，当能够检测2点以上的端电压值时，计算出相对于电动机转数的端电压的变化量，当端电压的检测次数减少时计算出对应于电动机转数的端电压的变化率而进行使用。具体的计算方法是从图40所示曲线上由2点其以外的部分以一次函数进行近似并且通过外推插补而进行计算。

此时，即使从检测的1点的感应电压出发，也能够根据外推插补值利用所述控制方法来驱动无刷电动机。

如上所述，在特开平7-123773号公报中所揭示的以往技术中存在这样的问题，即原理上在不能够检测2点以上的端电压时，由于不能够计算出感应电压相对于检测时间的变化率，则不能够确定换流时刻而导致电动机停止工作。又，在该以往技术中，控制方法是将相邻相的所推测的感应电压相交的时刻作为换流时刻。然而，该方法仅能适合于表面磁铁型无刷电动机。对于嵌入磁铁型的无刷电动机，已知若使得比相邻的相所推测的感应电压相交的时刻更早地进行换流，则效率会更高。

在特开平9-154294号公报中所揭示的以往技术，从上述式(2)所示的关系，作为与电动机转数成比例的数值，计算出在不能够检测2点以上的感应电压时感应电压相对于时间的变化率。该特开平9-154294号公报中的控制方法与特开平7-123773号公报的控制方法相同，仅能够适用于表面磁铁型无刷电动机。当无刷电动机为嵌入磁铁型无刷电动机情况下，式(2)不成立。这是由于当为嵌入磁铁型无刷电动机时，在检测出的感应电压中包含电动机电流引起的磁阻。

发明内容

本发明为了解决上述以上技术的问题，目的在于提供一种无刷电动机的控制装置，由此，为了检测转子的旋转位置，并不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使检测出的感应电压为1点的情况下，也能够高精度地检测转子的旋转位置。

为了达成上述目的，根据本发明的第1方面，提供了一种无刷电动机的控制方法，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，所述方法具备检测所供给的直流电压的步骤；检测截止相的端子上出现的感应电压的步骤；其特征在于，所述方法还具备根据感应电压基准值生成表格生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的步骤；根据感应电压变化率生成表格生成对应于所述无刷电动机的所述转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压变化率的步骤；根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率，计算出被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的步骤；根据检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的转速的步骤；根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出通电率指标的步骤；以及根据检测出的所述交点、所述转速以及所述通电率指标，驱动所述无刷电动机的步骤。因此，根据本发明，为了检测转子的旋转位置，不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使在检测出的感应电压为1点的情况下，也能够高精度地检测转子的旋转位置。

根据本发明的第2方面，提供了一种无刷电动机的控制方法，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，所述方法具备检测所供给的直流电压的步骤；检测截止相的端子上出现的感应电压的步骤；其特征在于，所述方法还具备根据感应电压基准值生成表格生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的步骤；根据执行所述检测感应电压的步骤至少两次后所检测出的至少2次的感应电压的变化率更新感应电压变化率生成表格的步骤；根据更新后的所述感应电压变化率生成表格，生成对应于所述无刷电动机的转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压的变化率的步骤；根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测到的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率，计算出检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的步骤；根据检测到的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的转速的步骤；根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出通电率指标的步骤；以及根据检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标，驱动所述无刷电动机的步骤。因此，根据本发明，为了检测转子的旋转位置，不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使在检测出的感应电压为1点的情况下，也能够高精度地检测转子的旋转位置。

根据本发明的第3方面，提供了一种无刷电动机的控制方法，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，所述方法具备检测所供给的直流电压的步骤；检测截止相的端子上出现的感应电压的步骤；其特征在于，所述方法还具备根据检测出的至少2点的所述感应电压的变化率更新感应电压基准值生成表格的步骤；根据更新后的所述感应电压基准值生成表格，生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的步骤；根据感应电压变化率生成表格生成对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压变化率的步骤；根据执行所述检测感应电压的步骤至少两次后所检测出的至少2次的感应电压的变化率，校正所述感应电压基准值的步骤；根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算出被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的步骤；根据检测到的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的转速的步骤；根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出通电率指标的步骤；以及根据检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标驱动所述无刷电动机的步骤。因此，根据本发明，为了检测转子的旋转位置，不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使在检测出的感应电压为1点的情况下，也能够高精度地检测转子的旋转位置。

根据本发明的第4方面，提供了一种无刷电动机的控制方法，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，所述方法具备检测所供给的直流电压的步骤；检测截止相的端子上出现的感应电压的步骤；其特征在于，所述方法还具备根据感应电压基准值生成表格生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的步骤；根据感应电压变化率生成表格生成对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压变化率的步骤；根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻即交点的步骤；根据检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的转速的步骤；根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速间的偏差输出所述通电率指标的步骤；当所述转速大于第1规定值时或者检测到所述通电率指标大于第2规定值时，改变感应电压基准值使电流相位相对于检测出的所述感应电压超前的步骤；以及根据检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标驱动所述无刷电动机的步骤。因此，根据本发明，为了检测转子的旋转位置，不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使在检测出的感应电压为1点的情况下，也能够高精度地检测转子的旋转位置。而且，根据本发明，检测到无刷电动机的转速大于规定值时或者检测到通电率指标大于规定值时，改变感应电压基准值使得电流相位相对于检测感应电压超前，故结果使得进行弱磁场控制，由此能够扩大运行动作范围。

根据本发明的第5方面，提供了一种无刷电动机的控制方法，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，具备检测所供给的直流电压的步骤；检测截止相的端子上出现的感应电压的步骤；其特征在于，所述方法还具备生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的步骤；生成对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压变化率的步骤；根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测到的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的步骤；根据检测到的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的步骤；根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速间的偏差输出所述通电率指标的步骤；预先准备基本通电模式，所述基本通电模式是通电期间通电率的时间序列，相对于所述基本通电模式，根据所述转速、所述通电率指标中的至少一个，生成通电模式，使得从通电期间开始起第1规定时间的通电率的平均值大于从所述通电期间开始到通电期间结束前第2规定时间的通电率的平均值的步骤；以及根据检测到的所述交点、所述转速、所述通电率指标以及所述通电模式驱动所述无刷电动机的步骤。因此，根据本发明，为了检测转子的旋转位置，不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使在检测出的感应电压为1点的情况下，也能够高精度地检测转子的旋转位置。又，本发明其他特点在于，生成通电模式使得从通电期间开始规定时间的通电率的平均值大于直到通电期间结束为止的规定时间的通电率的平均值，因此，流向无刷电动机相线圈的电流波形接近于正弦波，故能够高效率且低振动、低噪声进行运行。

根据本发明的第6方面，提供了一种无刷电动机的控制装置，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，所述控制装置具备具有多个在电流流动方向上的上游与下游配置一对开关元件并且串联连接的串联电路的开关电路；检测提供给所述开关电路的各串联电路的直流电压的直流电压检测单元；在所述开关电路的一个串联电路的两个开关元件同时截止的期间，检测连接在该串联电路的开关元件之间的各相线圈的端子上出现的感应电压的感应电压检测单元；其特征在于，所述控制装置还具备生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的感应电压基准值生成单元；输出对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压的变化率的感应电压变化率生成单元；根据检测出的感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算出被检测的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的转子旋转位置检测单元；根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的电动机速度运算单元；根据所述无刷电动机的的指令速度与所述转速的偏差输出所述通电率指标的速度控制单元；以及根据由所述转子旋转位置检测单元检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标向多个所述开关元件输出开关信号的第1开关信号生成单元。因此，根据本发明，为了检测转子的旋转位置，不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使在检测出的感应电压为1点情况下，也能够高精度地检测转子的旋转位置。

根据本发明的第7方面，提供了一种无刷电动机的控制装置，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，具备具有多个在电流流动方向上的上游与下游配置一对开关元件并且串联连接的串联电路的开关电路；检测提供给所述开关电路的各串联电路的直流电压的直流电压检测单元；在所述开关电路的一个串联电路的两个开关元件同时截止的期间，检测连接在该串联电路的开关元件之间的各相线圈的端子上出现的感应电压的感应电压检测单元；其特征在于，所述控制装置还具备生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的感应电压基准值生成单元；根据由所述感应电压检测单元对感应电压检测至少两次后所检测出的至少2次的感应电压的变化率更新感应电压变化率生成表格的感应电压变化率校正单元；根据更新后的感应电压变化率生成表格生成对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压的变化率的感应电压变化率生成单元；根据检测出的感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算出被检测的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的转子旋转位置检测单元；根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的电动机速度运算单元；根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出所述通电率指标的速度控制单元；以及根据由所述转子旋转位置检测单元检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标向多个所述开关元件输出开关信号的第1开关信号生成单元。因此，根据本发明，为了检测转子的旋转位置，不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使在检测出的感应电压为1点情况下，也能够高精度地检测转子的旋转位置。

根据本发明的第8方面，提供了一种无刷电动机的控制装置，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，具备具有多个在电流流动方向上的上游与下游配置一对开关元件并且串联连接的串联电路的开关电路；检测提供给所述开关电路的各串联电路的直流电压的直流电压检测单元；在所述开关电路的一个串联电路的两个开关元件同时截止的期间检测连接在该串联电路的开关元件之间的各相线圈的端子上出现的感应电压的感应电压检测单元；其特征在于，所述控制装置还具备根据由所述感应电压检测单元对感应电压检测至少两次后所检测出的至少2次的感应电压的变化率更新感应电压基准值生成表格的感应电压基准值校正单元；根据更新后的所述感应电压基准值生成表格，生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的感应电压基准值生成单元；输出对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压的变化率的感应电压变化率生成单元；根据检测出的感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的转子旋转位置检测单元；根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的电动机速度运算单元；根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出所述通电率指标的速度控制单元；以及根据由所述转子旋转位置检测单元检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标向多个所述开关元件输出开关信号的第1开关信号生成单元。因此，根据本发明，为了检测转子的旋转位置，不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使在检测出的感应电压为1点情况下，也能够高精度地检测转子的旋转位置。

根据本发明的第9方面，提供了一种无刷电动机的控制装置，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，具备具有多个在电流流动方向上的上游与下游配置一对开关元件并且串联连接的串联电路的开关电路；检测提供给所述开关电路的各串联电路的直流电压的直流电压检测单元；在所述开关电路的一个串联电路的两个开关元件同时截止的期间检测连接在该串联电路的开关元件之间的各相线圈的端子上出现的感应电压的感应电压检测单元；其特征在于，所述控制装置还具备生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的感应电压基准值生成单元；输出对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压的变化率的感应电压变化率生成单元；根据检测出的感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算出被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的转子旋转位置检测单元；根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的电动机速度运算单元；根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出所述通电率指标的速度控制单元；当所述转速大于第1规定值时或检测出所述通电率指标大于第2规定值时，改变感应电压基准值以使电流相位相对于检测出的所述感应电压超前的电流相位调整单元；以及根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点、所述转速以及所述通电率指标向所述开关元件输出开关信号的第1开关信号生成单元。因此，根据本发明，为了检测转子的旋转位置，不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使在检测出的感应电压为1点的情况下，也能够高精度地检测转子的旋转位置。而且，根据本发明，检测无刷电动机的转速大于规定值时或者检测到通电率指标大于规定值时，改变感应电压基准值使得电流相位相对于检测感应电压超前，故结果使得进行弱磁场控制，由此能够扩大运行动作范围。

根据本发明的第10方面，提供了一种无刷电动机的控制装置，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，具备具有多个在电流流动方向上的上游与下游配置一对开关元件并且串联连接的串联电路的开关电路；检测提供给所述开关电路的各串联电路的直流电压的直流电压检测单元；在所述开关电路的一个串联电路的两个开关元件同时截止的期间，检测连接在该串联电路的开关元件之间的各相线圈的端子上出现的感应电压的感应电压检测单元；其特征在于，所述控制装置还具备生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的感应电压基准值生成单元；输出对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压变化率的感电压变化率生成单元；根据检测出的感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算出被检测的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的转子旋转位置检测单元；根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的电动机速度运算单元；根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出所述通电率指标的速度控制单元；预先准备基本通电模式，所述基本通电模式是通电期间通电率的时间序列，相对于所述基本通电模式，根据所述转速、所述通电率指标中的至少一个，生成使得从通电期间开始起第1规定时间的通电率平均值大于从所述通电期间开始到通电期间结束前的第2规定时间的通电率平均值的通电模式生成单元；以及根据所述转子旋转位置检测单元检测到的所述交点、所述转速、所述通电率指标以及所述通电模式向多个所述开关元件输出开关信号的第2开关信号生成单元。因此，根据本发明，为了检测转子的旋转位置，不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使在检测出的感应电压为1点的情况下，也能够高精度地检测转子的旋转位置。

又，本发明其他特点在于，生成通电模式使得从通电期间开始规定时间的通电率的平均值大于直到通电期间结束为止的规定时间的通电率的平均值，因此，流向无刷电动机相线圈的电流波形能够更接近于正弦波，并且能够高效率且低振动、低噪声进行运行。

又，本发明的其他特点在于，当判断不能够检测被检测出感应电压与感应电压基准值相交时刻的情况下，由于能够获得相交时刻，故能够可靠地检测转子位置。

又，本发明的其他特点在于，即使在截止期间短的高速运行状态下，由于能够不延迟地检测到相交时刻，故能够可靠地检测转子位置，能够抑制电流波形产生混乱。

又，本发明的其他特点在于，即使由温度等引起电动机参数变动的情况下，由于检测感应电压从检测到的取2点以上位置检测感应电压变化率为基础来校正表格值，故通常能够高精度地检测转子位置。

又，本发明的其他特点在于，由于能够确实地忽略在回流结束之后的转子位置检测中过渡到有效感应电压的变化，故通常能够进行高精度的位置检测。

又，本发明的其他特点在于，当判断不能够检测所检测感应电压与感应电压基准值相交时刻时，由于立即开始对截止相通电，能够可靠地切换电压施加状态。

通过将本发明的无刷电动机的控制方法以及控制装置应用于压缩机、风扇以及泵等的无刷电动机的使用设备中，能够提供发挥优良性能的设备。使之能高效、低振动、低噪声地运行。

本发明的重新的特点特别地已经记载于权利要求书中，而通过以下参照附图并结合其他目的以及特点对于相关于构造以及内容两方面的本发明进行详细说明，由此能够更好地来理解、评价本发明。

附图简述

图1是表示本发明实施例1的无刷电动机其控制装置的构造的框图。

图2是表示实施例1中各开关元件导通、截止的时刻的波形图以及各相的端电压波形图。

图3是表示实施例1中感应电压检测值与感应电压基准值的交点同切换时刻的关系图。

图4是表示实施例1中感应电压检测值已经超过感应电压基准值时真正交点计算处理的说明图。

图5是实施例1中用于求取检测感应电压与感应电压基准值的交点的框图。

图6是实施例1中感应电压基准值的设定方法的说明图。

图7是表示实施例1中基于电动机速度的感应电压基准值生成电路的表格。

图8是表示实施例1中基于电动机速度与通电率指标的感应电压基准值生成电路的表格。

图9是表示实施例1中基于电动机速度的感应电压变化率生成电路的表格。

图10是表示实施例1中基于电动机速度与通电率指标的感应电压变化率生成电路的表格。

图11是实施例2中当修正后的切换时刻为不可能时的处理的说明图。

图12是表示本发明实施例3的无刷电动机的控制装置的构造的框图。

图13是表示实施例4的感应电压检测相端电压变化的图。

图14是表示实施例4中开关切换时刻偏差情况下的电流波形的图。

图15是求取实施例3中检测感应电压与感应电压基准值的交点的框图。

图16是实施例3中高速旋转时真正的交点计算处理的说明图。

图17是表示本发明实施例4的无刷电动机的控制装置的构造的框图。

图18是用于表示实施例4中从检测感应电压求取感应电压变化率的说明图。

图19是实施例4中相对于温度变化的感应电压变化率的表格。

图20是表示嵌入磁铁型无刷电动机的电感特性的图。

图21是表示本发明实施例5的无刷电动机的控制装置的构造的框图。

图22表示实施例5中求取相对于温度变化的感应电压基准值生成电路的表值的表格。

图23是本发明实施例6的无刷电动机的控制装置的构造的框图。

图24是表示实施例6中由于不同感应电压基准值下的感应电压与电流相位的关系图。

图25是实施例6中生成感应电压基准值的调整量的框图。

图26表示本发明实施例7的无刷电动机的控制装置的构造的框图。

图27是实施例7中在各相的开关元件与线圈中输入的信号波形，(a)表示脉冲宽度调制区间的通电率与通电率指标相同时输入到Y相上游开关元件的通电、截止信号，(b)表示脉冲宽度调制区间的通电率与通电率指标相同时输入到U相下游开关元件的通电、截止信号，(c)表示输入到U相的通电截止信号在(a)、(b)时的U相电流波形，(d)表示存在脉冲宽度调制区间的通电率与通电率指标不同的区间时在U相上游开关元件中输入的通电、截止信号，(e)表示存在脉冲宽度调制区间的通电率与通电率指标不同的区间时在U相上游开关元件中输入的通电、截止信号。(f)是输入到U相的通电截止信号在(d)、(e)时的U相电流波形。

图28实施例7中通电模式生成电路的控制流程图。

图29是实施例7中基于电动机速度的通电率校正率表格。

图30是实施例7中基于电动机速度与通电率指标的通电率校正率表格。

图31是表示实施例7中基本通电模式与变更后的通电模式的信号波形图，(a)是基本通信模式，(b)是在通电模式的开始之后与结束之前恒定量地增减通电率而生成的通电模式，(c)是在通电模式的开始之后与结束之前不定量地增减通电率而生成的通电模式。

图32是表示本发明实施例8的无刷电动机的控制装置的构造的框图。

图33是表示实施例8中直到获得有效感应电压为止的处理的框图。

图34是实施例8中的端电压波形，(a)是在回流结束之后存在与感应电压阈值的交点时的端电压波形，(b)是回流结束之后已经超过感应电压阈值时的端电压波形，(c)是回流之后出现噪声时的端电压波形。

图35是表示采用了本发明的无刷电动机的控制装置的压缩机的框图。

图36是表示采用了本发明的无刷电动机的控制装置的风扇的框图。

图37是表示采用了本发明的无刷电动机的控制装置的泵的框图。

图38是表示以往的无刷电动机的控制装置的构造的框图。

图39是在以往的无刷电动机的控制装置中呈现于各相的端子上的电压波形图以及对于有效感应电压进行外推插补后的波形图，(a)表示呈现在U相的端电压波形，(b)是呈现在V相的端电压波形，(c)是呈现在W相的端电压波形，(d)以时间变化率对于各相的有效感应电压值进行外推插补后获得的波形图。

图40是表示在以往的无刷电动机的控制装置中每单位时间的端电压变化量的图。

附图的一部分或者全部是以图示为目的概要地进行了描述，而并不一定忠实地描绘这里所图示的元件的实际相对大小以及位置。

最佳实施形态

以下，参照附图，对于本发明的无刷电动机的控制方法以及控制装置的最佳实施例进行说明。

图1是表示本发明实施例1的无刷电动机的控制装置的系统构造的框图。

在图1中，无刷电动机1具备在定子铁心(没有图示)卷绕有流过电流的相线圈21u、21v、21w的定子2以及安装有磁铁的转子3。各相线圈21u、21v、21w与开关电路4连接，控制施加到相线圈21u、21v、21w上的电压。由直流电源5向该开关电路4供给直流电压。

在开关电路4中，串联连接相对于电流流动方向而配置在上游与下游上的一对开关元件，作为U相用、V相用、W相用设置3个这样的串联电路。如图1所示，U相用的串联电路具有上游开关元件41u与下游开关元件42u。V相用的串联电路具有上游开关元件41v与下流开关元件42v。W相用的串联电路具有上游开关元件41w与下游开关元件42w。

又，在开关电路4中，分别设置与各个开关元件41u、42u、41v、42v、41w、42w反向并列连接的二极管43u、44u、43v、44v、43w、44w。

在开关电路4中的U相用上游及下游的开关元件41u、42u的相互连接的点上，连接无刷电动机1的相线圈21u。同样地，在V相用上下游的开关元件41v、42v的相互连接的点上连接无刷电动机1的相线圈21v，在W相用上下游的开关元件41w、42w的相互连接点上连接无刷电动机1的相线圈21w。

控制部分6由微型计算机构成，它具有：具有对来自直流电源5的直流电压直接取样的功能的直流电压检测电路7；具有对产生于无刷电动机1的各相线圈21u、21v、21w上的感应电压直接取样的功能的感应电压基准值生成电路9；具有生成感应电压变化率功能的感应电压变化率生成电路10；具有利用检测感应电压与感应电压基准值求出转子旋转位置的功能的第1转子旋转位置检测电路11；具有从转子位置的随时间的变化中求出电动机速度之间的功能的电动机速度运算电路12；具有从指令速度与求得的电动机速度的偏差中求取施加电压的通电率指标的功能的速度控制电路13；具有根据转子旋转位置、电动机速度以及通电率指标生成到开关电路4的开关信号并且输出到开关电路4的各元件的功能的第1开关信号生成电路14。

由控制部分6的第1开关信号生成电路14控制开关电路4的各开关元件41u、42u、41v、42v、41w、42w。

其次，对于如上述这样构成的实施例1的无刷电动机的控制装置中各个构造部分的动作进行详细说明。

首先，对于控制部分6的第1开关信号生成电路14的动作进行说明。

第1开关信号生成电路14向开关电路4的各开关元件41u、42u、41v、42v、41w、42w输出导通指令信号或者截止指令信号，由此控制施加到各相线圈21u、21v、21w的电压。

图2是表示开关电路4的各开关元件41u、42u、41v、42v、41w、42w的时刻的信号波形以及施加到各相线圈21u、21v、21w的电压(Vu、Vv、Vw)的波形图。在图2中的(a)～(f)表示对于开关元件41u、42u、41v、42v、41w、42w的导通、截止的指令信号。在图2的(a)～(f)中“高电平”表示导通指令、“低电平”表示截止指令。

如图2所示，在期间K1中，U相用上游开关元件41u为导通状态、下游开关元件42u为截止状态。同样地，在期间K1中，W相用上游开关元件41w与下游开关元件42w以及V相用下游开关元件41v为截止状态。然而，在该期间K1中，通过脉冲宽度调制(PWM)使得V相用下游开关元件42v反复进行导通、截止的开关动作。结果，U相用上游开关元件41u与V相用下游开关元件42v为导通状态，电流从定子2的U相线圈21u流向V相线圈21v。

其次，在期间K2中，U相用的上游开关元件41u为导通状态，通过脉冲宽度调制(PWM)使得)V相用的下游开关元件42v与W相用的下游开关元件42w重复进行导通、截止的开关动作。此时，另一开关元件41v、41w、42u为截止状态。结果，U相用的上游开关元件41u、V相用的下游开关元件42v以及W相用的下游开关元件42w导通，电流从定子2的U相线圈21u流向V相线圈21v与W相线圈21w。

同样地，在期间K3中电流从定子2的U相线圈21u流向W相线圈21w，在期间K4中电流从U相线圈21u与V相线圈21v流向W相线圈21w。又，在期间K5中电流从V相线圈21v流向W相线圈21w，在期间K6中，电流从V相线圈21v流向U相线圈21u与W相线圈21w。

又，在期间K7中电流从V相线圈21v流向U相线圈21u，在期间K8中电流从V相线圈21v与W相线圈21w流向U相线圈21u，在期间K9中电流从线圈21w流向线圈21u，在期间K10中电流从W相线圈21w流向U相线圈21u与V相线圈21v，在期间K11中电流从W相线圈21w流向V相线圈21v，在期间K12中电流从U相线圈21u与W相线圈21w流向V相线圈21v。

又，实际上，在进入期间K1、K3、K5、K7、K9、K11的即后，各二极管43u、43v、43w、44u、44v、44w上短时间流过电流，而这里忽略这些电流。

又，在实施例1中，脉冲调制的通电率采用作为速度控制电路13的输出的通电率指标的值。

如上所述，通过期间K1～K12中的重复进行导通、截止的开关动作，转子3进行旋转。如此，当使得转子3旋转时，流过相线圈21u、21v、21w的电流具有相位分别相差120度的电流波形。

在图2所示的波形图中，从期间K1开始到期间K6结束为止之间以电气角表示180度期间。在图2所示的无刷电动机的驱动控制中，对于各相都输入用于在电气角180度期间中的150度期间施加电压的指令。

采用图3来说明求取图2所示波形图中的期间切换即通电状态切换时刻的方法。

在一个相的一对开关元件同时截止的期间内，由第1感应电压检测电路8检测在该同相的线圈上没有流过电流时所产生的感应电压。在图3中，在期间K5由于U相的上游开关元件41u、下游开关元件42u都为截止状态，故检测U相线圈21u的感应电压。

从感应电压基准值生成电路9中输出感应电压基准值。有关感应电压基准值生成电路9的动作将在后文进行描述。时刻不停地将检测感应电压与感应电压基准值输入到第1转子旋转位置检测电路11，并检测出两者相交的时刻。第1转子旋转位置检测电路11根据检测出的相交时刻求取直到下一感应电压检测期间K7为止的通电切换时刻。在图3所示的期间中，存在从期间K5的通电状态切换成期间K6的通电状态的切换点以及从期间K6的通电状态切换成期间K7的通电状态的切换点，故确定为图3所示的(延迟1)与(延迟2)。

例如，确定为(延迟1)在相位上离开相交检测时刻10°之后，(延迟2)再向后30°。采用从电动机速度运算电路12获得的电动机速度ω将上述相位差换算成直到进行切换为止的时间，如下式(3)与式(4)那样，计算时刻。式(3)表示从期间K5的通电状态切换成期间K6的通电状态的时刻，式(4)表示从期间K6的通电状态切换成期间K7的通电状态的时刻。

K5→K6的时刻＝T0+10°/ω                …(3)

K5→K6的时刻＝T0+(10°+30°)            …(4)

在式(3)与式(4)中，T0表示检测感应电压与感应电压基准值相交的时刻。当达到该时刻时，切换通电状态。

当达到下一感应电压检测期间K7时再次进行相同的处理。如此，通过重复时刻计算处理，来确定每次通电的切换时刻。

然而，与以往的无刷电动机的驱动方法中120度通电的情况相比，如图2所示那样通电期间为150度时，一次截止期间短了30度，感应电压检测期间的最初的有效检测感应电压可能已经经过与感应电压基准值相交的点。再者，当存在急剧负载变动以及速度变动时，由于感应电压发生变化，也容易引起上述状况。采用此时的已经经过感应电压基准值的交点的一个最初的有效检测感应电压，如下述这样计算出真正的交点。

图4是表示实施例1中感应电压检测值已经超过感应电压基准值时计算真正交点的说明图。如图4所示，感应电压检测期间的最初的有效检测感应电压已经经过与感应电压基准值的交点。

此时，不能够检测出所检测感应电压与感应电压基准值的相交时刻。此时，如下述这样计算出交点，并且能够检测转子位置。图5是表示实施例1中交点计算处理的流程的流程图。

第1转子旋转位置检测电路11在步骤101中判断感应电压变化的方向。若感应电压变化率为正，则为上升区间，在步骤102中，判断检测感应电压(V_det)是否大于感应电压基准值(V_ref)。若检测感应电压(V_det)小于感应电压基准值，则判断能够检测出相交时刻。重复对于感应电压的取样直到检测出交点为止(步骤104)。反之，若检测感应电压(V_det)大于感应电压基准值(V_ref)，则判断不能够检测出相交时刻，并且继续到步骤106。在步骤106中，计算出检测感应电压(V_det)与感应电压基准值(V_ref)之差(ΔV)。其次，在步骤107中，从作为感应电压变化率生成电路10的输出的感应电压变化率(V_slp)与计算出的差(ΔV)中，计算出从当前时刻到真正交点为止的相位差Δθ(＝V_slp×ΔV)。有关感应电压变化率生成电路10的动作将在后文描述。

其次，在步骤108中，采用电动机速度(ω)将计算出的相位差(Δθ)变换成时间差ΔT(＝Δθ/ω)。然后，仅将离开当前时刻T1的时间差(ΔT)所追溯的时刻确定为交点。

另一方面，在步骤101中，若感应电压变化率为负，则为下降区间，在步骤103中，判断检测感应电压(V_det)是否小于感应电压基准值(V_ref)。若检测感应电压(V_det)大于感应基准值(V_ref)，则判断能够检测出相交时刻，重复对感应电压进行取样直到检测出交点为止。反之，若检测感应电压(V_det)小于感应电压基准值(V_ref)时，判断不能够检测交点时刻，则继续到步骤106。步骤106以后的处理与上述相同。

如上所述，根据确定的交点，计算出切换时刻(图4的延迟10)以及(延迟20)。当达到这样计算出的时刻时，切换通电状态。

当达到下一个感应电压检测期间时，再次进行上述的计算交点的处理。如此，重复进行交点计算处理，由此，每次能够确定通电的切换时刻。

其次，对于感应电压基准值生成电路9的动作进行说明。在感应电压基准值生成电路9中输入无刷电动机1的运行状态的信息并且输出感应电压基准值。

在图2所示的通电模式的情况下，交替呈现出检测感应电压的上升与下降并以直流电压的1/2值为中心而对称。

图6是实施例1中的感应电压基准值的设定方法的说明图，表示上升时的检测感应电压波形与下降时的检测感应电压波形。如图6所示，使上升时的感应电压基准值为直流电压的1/2减去基准值设定量的值、使下降时的感应电压基准值为直流电压的1/2加上基准值设定量的值。通过这样设定，交点检测的周期稳定。这里，根据电动机转速预先求得使得无刷电动机1高效运行的值，并且如图7那样将所加减的基准值设定量生成表格。

当无刷电动机1为嵌入磁铁型无刷电动机时，感应电压表示磁铁的成分与由磁阻引起的成分的合成。磁铁的成分依赖于电动机速度，磁阻的成分依赖于电动机速度与电动机电流。又，电动机电流与通电率指标存在相关关系。在制成表格的过程中，当忽略动作范围内由电流引起的感应电压的变化时，如图7所示，预先生成表示电动机速度的基准值设定量的表格。又，若不能忽略感应电压的变化时，如图8所示，预先制成表示对于电动机速度与通电率指标的基准值设定量的表格。采用该表格，作为所述基准值设定量，输出从输入的无刷电动机1的运行状态信息中导出的值。在本示例中，运行状态的信息是指电动机速度。替代图7所示的表示电动机速度相对的基准值设定量的表格，采用图8所示的表示电动机速度与通电率指标中的基准值设定量的表格时，运行状态的信息是指电动机速度与通电率指标。

由于离散地设定表格的参照值，当必需的电动机速度以及通电率指标与表格的参照值不一致时，对于其附近的参照值的基准值设定量进行线性插补而计算出必要的基准值设定量。例如，采用图7所示的表格，对于电动机速度为2400rpm时的情况进行说明。根据图7的表格，电动机速度为2000rpm时基准值设定量为(V3)，电动机速度3000rpm时基准值设定量为(V4)。根据下式(5)，对于这样获得的基准值设定量进行线性插补之后规定电动机速度2400rpm时的基准值设定量。

其次，对于感应电压变化率生成电路10的动作进行说明。在感应电压变化率生成电路10中输入无刷电动机1的运行状态的信息并输出感应电压变化率。

当无刷电动机1为嵌入磁铁型无刷电动机时，感应电压变化率随着电动机速度及感应电压常数等的电动机参数与电动机电流而变化。又，电动机电流与通电率指标之间存在相关关系。

因此，预先研究在动作范围内无刷电动机1的运行状态所相应的感应电压变化率并且生成表格化。在速度恒定时，若在动作范围内的负载条件下获得的感应电压的变化率的变化幅度足够小，则预先制成图9所示的表示电动机速度相对的感应电压变化率的表格。若变化幅度大，则预先生成图10所示的关于的电动机速度与通率电指标的表格。采用这样生成的表格，作为感应电压变化率，输出从输入的无刷电动机1的运行状态信息导出的值。在本实施例中运行状态信息是电动机速度。替代图9所示的表示电动机速度相对的感应电压变化率的表格，采用图10所示的表示电动机速度与通电率指标相对的感应电压变化率的表格时，运行状态信息是指电动机速度与通电率指标。

由于离散地设定表格的参照值，当所需的电动机速度以及通电率指标与表格的参照值不一致时，对于其附近的感应电压变化率进行线性插补而计算出必需的感应电压变化率。例如，采用图9所示的表格，对于电动机速度为2400rpm时的情况进行说明。根据图9的表格，电动机速度为2000rpm时感应电压变化率为(SLP3)，电动机速度3000rpm时感应电压变化率为(SLP4)。根据下式(6)，对于这样获得的感应电压变化率进行线性插补之后规定电动机速度2400rpm时的感应电压变化率。

在实施例1中，控制部分6由具有对直流电压以及感应电压直接进行采样的功能的微型计算机构成，而本发明并不仅限于上述构造，也可以通过其他电路对于直流电压以及感应电压进行采样后输入到微型计算机。

又，实施例1的通电模式对于电气周期采用180度期间中150度，而本发明并不限定于这样的通电期间，即使采用小于180大于120的通电期间，也能够获得相同的构造。

又，对于实施例1的通电模式，在截止期间与下一截止期间之间设有2个切换时刻，而本发明并不限定于这样的模式，即使在截止期间与下一截止期间之间设定多个切换时刻，也能够获得相同的构造。

如上所述，实施例1的无刷电动机的控制装置为了检测转子3的旋转位置，并没有采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，即使检测出的感应电压为1个点，通常也能够高精度地检测转子位置。

实施例2

其次，对于本发明的无刷电动机的控制装置的实施例2进行说明。在实施例2中，与上述的实施例1相同地进行处理而从检测感应电压值、感应电压变化的方向以及感应电压基准值中检测相交时刻。然而，实施例2的控制装置是用于相应处理下述情况的装置，即当判断为不能够检测出相交时刻时的切换时刻的计算的情况或者所计算出的切换时刻的时刻已经超过切换时刻的情况。

以下，参照图11对于实施例2的无刷电动机的控制装置中的控制方法进行说明。实施例2的构造与上述实施例1的构造相同。

当判断从检测感应电压值、感应电压变化的方向以及感应电压基准值中不能检测相交时刻时，利用与实施例1相同的方法求取真正的交点。当以该交点为基准计算出切换时刻时，会引起切换时刻在时间上位于感应电压检测时刻之前。图11表示实施例2中感应电压检测值已经超过感应电压基准值时计算的真正交点的说明图。

将以真正的交点为基准计算出切换时刻之时作为达到图11中(延迟11)所示的时刻。此时，由于切换时刻在时间上在感应电压检测点之前，则不能够实现切换。为了进行切换，需要使得时刻在当前时刻T1之后而来设定切换时刻。此时，变更成切换时刻(延迟12)而使得在感应电压检测时刻之后立即进行切换。即，只要(延迟12)的设定能够使得在感应电压检测时刻T1之后立即进行切换处理，例如，可以设定(延迟12)而使得在感应电压检测时刻T1的10μs之后进行切换处理。通过这样的变更，能够可靠地实行切换。

如上所述，实施例2的无刷电动机的控制装置为了检测转子3的旋转位置，并没有采用霍尔元件等的磁性检测手段，而对于任意的无刷电动机，通常能够高精度地检测转子的位置并且同时能够可靠地切换电压施加状态。

实施例3

其次，对于本发明的无刷电动机的控制装置的实施例3进行说明。在实施例3中，即使在截止时间较短、高速运行时能够检测出感应电压基准值与检测感应电压的交点时刻的情况下，也可通过计算求取交点时刻。这样构成的实施例3的控制装置即使在截止期间短、一个控制周期的延迟会产生较大角度差的高速运行时，也能够高精度地检测转子位置，能够减少电流波形的混乱。

以下，对于实施例3的无刷电动机的控制装置的控制方法进行说明。

图12是表示实施例3的无刷电动机的控制装置的构造的框图。在图12中，对于与实施例1中的构造相同的部分，采用与实施例1相同的编号，并省略说明。

在实施例3的控制装置中，替代上述实施例1的构造中的第1转子旋转位置检测电路11而设置第2转子旋转位置检测电路15。

以下，对于第2转子旋转位置检测电路15的动作进行说明。

图13表示检测出的感应电压的端电压的变化。有效的感应电压是图13所示粗线部分那样的与PWM同步的一部分。另一方面，在高速运行时，检测出的感应电压的时间变化率增大。因此，检测感应电压与感应电压基准值的交点会落到图13中时刻B所示那样的不能够检测感应电压的时刻上。在图13的时刻A上由于检测感应电压没有超过感应电压基准值，判明在时刻C时超过了交点。由此，实际上时刻B为交点，而存在会延迟该交点的检测这样的问题。该延迟最大为一个PWM分，在高速运行时形成较大的角度。例如，考虑在PWM周期为250μs下4极电动机以4000rpm旋转时，通过一个PWM超前的角度为12°。因此，通电宽度特别大。例如，对于165°通电的情况下，虽然截止期间仅为15°，但是当存在这样的偏差时，在电流波形中产生混乱而很难进行稳定地运行。图14是表示以165°通电运行时上述的电流波形混乱的情况。

这里，在实施例3的控制装置中，当电动机速度为高速时，即使在检测感应电压与感应电压基准值相交之前，也可以通过计算求得交点时刻并且预先检测转子位置。

图15是表示实施例3的控制方法中交点计算的流程图。

判断是否能够从检测感应电压值、感应电压变化方向以及感应电压基准值中检测出相交时刻。首先，第2转子旋转位置检测电路15在步骤301中判断感应电压变化的方向。若感应电压变化率为正，则为上升区间的步骤302中，判断检测感应电压(V_det)是否大于感应电压基准值(V_ref)。若检测感应电压(V_det)小于感应电压基准值(V_ref)，则判断能够检测出交点时刻，继续步骤304。反之，若检测感应电压(V_det)大于感应电压基准值(V_ref)，则判断不能够检测相交时刻，并继续步骤311。

另一方面，在步骤301中，若感应电压变化率为负，则为下降区间的步骤303中，判断检测感应电压(V_det)是否小于感应电压基准值(V_ref)。若检测感应电压(V_det)大于感应电压基准值(V_ref)，则判断能够检测相交时刻，继续步骤304。反之，若检测感应电压(V_det)小于感应电压基准值(V_ref)时，则判断不能够检测相交时刻，并继续步骤311。步骤311以后的处理是利用与上述实施例1中图5的步骤106～步骤109所说明的方法计算出交点。

图16是用于表示计算出实施例3中高速运行时的真正交点的说明图。

当在感应电压变化如图16所示的上升的期间时，若检测感应电压大于感应电压基准，则判断不能够检测相交时刻(步骤302)。又，当在感应电压变化下降的期间时，若检测感应电压小于感应电压基准时，判断不能够检测相交时刻。

若上述判断结果为不能够检测时，利用上述实施例1中说明的方法计算出交点。若判断能够检测时，判断电动机速度是否超过规定值(步骤304)。若电动机速度小于规定值时，则继续对感应电压采样，直到利用实施例1所说明的方法检测出交点(图5的步骤104)。在步骤304中，当判断电动机速度超过规定值时，进行下述说明的交点计算处理。

首先，如图16所示，计算检测感应电压(V_det)与感应电压基准值(V_ref)之差(ΔV)(步骤305)。然后，从感应电压变化率生成电路10输出的感应电压变化率(V_slp)与所述差(ΔV)中，计算出从当前时刻T1到真正交点为止的相位差Δθ(＝V_slp×ΔV)(步骤306)。然后，采用电动机速度将计算出的相位差Δθ变换成时间差ΔT(＝Δθ/ω)(步骤307)。接着，将从当前时刻T1起仅经过时间差ΔT分的时刻确定为交点(步骤308)。

其次，对于作为是否进行上述交点计算处理的判断值的电动机速度的规定值确定方法进行说明。

例如，对于使得为感应电压检测期间比PWM2的周期短的电动机速度、在PWM周期为250μs下使得4极电动机以165°通电运行的情况进行说明。

此时，感应电压检测期间为15°。由于PWM2周期为500μs，计算超前15°的时间为500μs的电动机速度。则为2500rpm。因此，当超过该电动机速度时，进行计算上述交点的处理。在上述示例中，对于感应电压检测期间小于PWM2的周期的情况进行了说明，而本发明并不限定于此，也可以大于PWM2的周期。

根据这样计算出的交点，求出下一开关状态的切换点。如此，计算出开关状态的切换点，根据该计算值驱动无刷电动机。

如上所述，实施例3的无刷电动机的控制装置为了检测转子3的旋转位置，并没有采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，能够更加正确地获取感应电压与感应电压基准之间的交点。又，由于能够在正确的时刻切换开关状态，能够抑制电流波形的混乱，并且能够稳定地驱动无刷电动机。

实施例4

其次，对于本发明的无刷电动机的控制装置的实施例4进行说明。在实施例4中，在因温度变化等使感应电压产生变化时，进行感应电压变化率生成电路的表格值校正。通过这样的构造，实施例4的控制装置即使在温度产生变化时，通常也能够稳定地检测高精度的转子旋转位置。

以下，对于实施例4的无刷电动机的控制装置的控制方法进行说明。

图17是表示实施例4的无刷电动机的控制装置的构造的框图。在图17中，对于与所述实施例1中构造相同的部分，采用与图1相同的编号，并省略说明。

实施例4的控制装置是在上述实施例1的构造上附加设置感应电压变化率校正电路16。

以下，对于感应电压变化率校正电路16的动作进行说明。

在无刷电动机中，当环境温度发生变化时，作为电动机参数的感应电压常数以及线圈电阻值产生变化。随着这些变化，检测感应电压也产生变化，对于预先求得的感应电压变化率生成电路10的表格值产生偏差。这样，如下所述，对于感应电压变化率生成电路10的表格值进行校正。图18是用于说明校正表格值的处理的图。

如图18所示，使得在时刻A点上检测感应电压VA、在时刻B点上检测感应电压VB。又，利用电动机速度将时刻A点与时刻B点这2点之间的时间差ΔT变换成相位差Δθ。采用这些数据利用下式(7)计算出感应电压变化率SLP_X。

$\mathrm{SLP}\_X=\frac{\mathrm{VB}-\mathrm{BA}}{\mathrm{\Δ\θ}}\·\·\·\left(7\right)$

将与上述相同条件时的感应电压变化率生成电路10的输出值作为SLP_ORG。采用该感应电压变化率SLP_ORG与计算出的感应电压变化率SLP_X，利用下式(8)计算出新的感应电压变化率SLP_NEW并且通过PI控制更新表格值。

SLP_NEW＝Kp(SLP_X-SLP_ORG)+Ki∑(SLP_X-SLP_ORG)       …(8)

在式(8)中，Kp、Ki是更新的增益。考虑到无刷电动机工作时的温度变化率来确定增益。

又，从以前检测并校正2点以上的感应电压的表格值中类推温度变化，并且从该温度变化中求出并更新仅能够检测1点感应电压的区域的感应电压变化率。

例如，预先生成图19所示的特定电动机速度下温度变化所相应的感应电压变化率的表格。使得当前的电动机速度作为2000rpm、校正后的感应电压变化率为SLP34。从该表格中能够类推温度变为60℃。因此，能够获得其他电动机速度下温度为60℃时的感应电压变化率的值。

在实施例4中，采用2点检测感应电压计算出感应电压变化率，而也可以计算2点以上的检测感应电压值的变化率，采用它们的平均值也能够实现与实施例4相同的动作。

又，在实施例4中，根据图19所示的表格，校正仅能够检测1点感应电压的区域的感应电压变化率，而通过从感应电压的理论公式计算出温度变化并校正感应电压变化率，也能够实现相同的动作。

当为嵌入磁铁型无刷电动机那样的具有凸极性的无刷电动机时，在截止期间，例如当导出产生于U相的感应电压Vu时，构成下式(9)。

$\mathrm{Vu}=\frac{1}{2}[3\mathrm{\φu}+\frac{\sqrt{3}\mathrm{Las}}{\mathrm{La}-\mathrm{Las}\cos 2\mathrm{\θ}}\{[(\mathrm{Vv}-\mathrm{Vw})+\mathrm{\φw}-\mathrm{\φv}]\sin 2\mathrm{\θ}+[-2R\sin 2\mathrm{\θ}+6\mathrm{\ω}\mathrm{La}\cos 2\mathrm{\θ}-6\mathrm{\ωLas}]\mathrm{iv}\left\}\right]\·\·\·\left(9\right)$

在式(9)中，Vu、Vw分别是V相、W相的端电压，iv是将流过中性点的方向作为正方向的相电流，φu、φv、φw分别是各相中从中性点起观察到的磁体引起的感应电压，ω是电动机速度、R是相电阻。又，La、Las是表示随图20所示的转子位置而发生变化的每一相的有效电感的参数。在图20中，纵轴表示有效电感[L]、横轴表示电气角[θ]。

因此，例如可以如下述这样对于感应电压的温度变化进行理论计算。

改变依赖温度的电动机参数，计算不同的2个角度下的感应电压。求出使得从斜率计算出的感应电压变化率与从检测出的感应电压中获得的感应电压变化率为一致的温度条件。在该温度条件下，计算出仅能够检测1点感应电压的区域的感应电压变化率并且进行校正。

如上所述，实施例4的无刷电动机的控制装置为了检测转子3的旋转位置，并没有采用霍尔元件等的磁性检测手段，而对于任意的无刷电动机，即使由于温度变化而使感应电压产生变化的情况下，通常也能够高精度地检测转子位置。

实施例5

其次，对于本发明的无刷电动机的控制装置的实施例5进行说明。

在实施例5中，在构造上使得当因温度变化等而使感应电压产生变化时校正感应电压基准值生成电路的表格值。通过这样的构造，实施例5的控制装置即使在温度变化的情况下，也能够经常稳定高精度地检测转子旋转位置。

以下，对于实施例5的无刷电动机的控制装置的控制方法进行说明。

图21是表示实施例5的无刷电动机的控制装置的构造的框图。在图21中，对于与所述实施例1中相同构造的部分，采用与实施例1相同的编号，并省略其说明。

实施例5的控制装置是在上述实施例1构造中还附加设置了感应电压基准值校正电路17。

以下，对于感应电压基准值校正电路17的动作进行说明。

当无刷电动机的环境温度发生变化后，作为电动机参数的感应电压常数以及线圈电阻值产生变化。由于这些变化，检测感应电压发生变化，故预先求得的感应电压基准值生成电路9的表格值并不是最佳值。因此，如下述对于感应电压基准值生成电路9的表格值进行校正。

图22是特定的电动机速度下对应于温度变化而能够实现最大效率驱动的感应电压基准值生成电路9的表格。如图22所示，预先生成各电动机速度下相对于温度变化的变化表。另一方面，从2点以上的检测感应电压值中计算出感应电压变化率。然后，从图22所示的变化表中求出温度变化。根据该温度变化，求得新的表格值并且更新变化表。

如上所述，实施例5的无刷电动机控制装置为了检测转子3的旋转位置，并没有采用霍尔元件等的磁性检测手段，而是对于任意的无刷电动机，即使因温度变化感应电压产生变化，通常也能够高效率地驱动控制无刷电动机。

实施例6

其次，对于本发明的无刷电动机的控制装置的实施例6进行说明。在实施例6中，当检测到通电率指标饱和时，改变感应电压基准生成电路的输出使电流相位超前。

以下，对于实施例6的无刷电动机的控制装置中的控制方法进行说明。

图23是表示实施例6的无刷电动机的控制装置的构造的框图。在图23中，对于与上述实施例1中构造相同地部分，采用与图1相同的编号，并省略其说明。

实施例6的控制装置在上述实施例1的构造上还附加设置电流相位调制电路18。以下，对于电流相位调制电路18的动作进行说明。

由于无刷电动机的磁铁所引起的感应电压与电动机速度成比例。在高速时因感应电压较高，也必需增大用于使得流过电动机电流的施加电压。然而，当通电率指标饱和时，不能够再继续增加电压，故电动机速度受到通电率指标饱和的限制。已知此时若能够使得电流相位超前于感应电压，则能够增加最大转数。在实施例6的控制装置中，由于能够改变感应电压基准值，故也能够控制电流相位。

图24是用于说明实施例6中因感应电压基准值不同所引起的感应电压与电流相位的关系的图。

在图24中，(a)与(b)表示感应电压与电动机电流。(a)是将感应电压基准值作为检测交点的电平，(b)是将在感应电压基准值上加上调整量β的值作为检测交点的电平。从图24可知，当用于获得与检测感应电压的交点的基准值为不同后，感应电压所对应的电流相位产生变化。在图24中，(b)情况时比(a)情况时，感应电压所对应的电流相位要超前。如此，通过改变加在感应电压基准值上的调整量β，能够调制电流相位。

其次，对于电流相位调整电路18的动作进行说明。图25是表示电流相位调整电路18的动作的流程图。

当向电流相位调整电路18输入速度控制电路13输出的通电率指标时，在步骤601判断通电率指标是否大于规定值。当通电率指标接近于饱和时，为了使得电流相位调整电路18有效地进行工作，将作为阈值的规定值设定为接近于饱和附近的值(例如90％)。

在步骤601中，若通电率指标大于规定值，则增加调整量β(步骤602)，若通电率指标小于规定值时，则减小调整量β(步骤604)。

然而，存在这样的问题，当增加的调整量β过大时，会超过感应电压最大值，当减小后的调整量β为负时，效率会恶化。这里，在步骤602之后，在步骤603中相对于增加的调整量β进行限制到最大调整量之内的极限处理。如此，电流相位调整电路18作为新的调整量β输出进行了极限处理后的结果。

另一方面，在步骤605中判断减小的调整量β是否为负。若减小的调整量β为正，则电流相位调整电路18就按此输出调整量β。另一方面，若减小的调整量β为负，则在步骤606中输出为0的调整量β。

将感应电压基准值生成电路9输出的感应电压基准值与电流相位调整电路18输出的调整量β之和输入到第1转子旋转位置检测电路11，在该第1转子旋转位置检测电路11中求取感应电压基准值与感应电压相交的时刻。

实施例6中的电流相位调整电路18根据通电率指标确定调整量。然而，根据电动机速度大致确定负载状态时，可知通电率指标是饱和的电动机速度。因此，替代通电率指标，根据电动机速度确定调整量并输出，也能够与上述实施例6同样地进行动作。

如上所述，实施例6的无刷电动机控制装置为了检测转子3的旋转位置，并没有采用霍尔元件等的磁性检测手段，而对于任意的无刷电动机，能够控制感应电压所对应的电流相位并且能够扩大动作范围。

实施例7

其次，对于本发明的无刷电动机的控制装置的实施例7进行说明。在实施例7中，对于作为通电期间的通电率的时序的通电模式，使得从通电期间开始的规定期间的通电率大于直到通电期间结束为止的规定期间的通电率而生成通电模式。由于具有这样的控制方法，实施例7的无刷电动机的控制装置因能够施加与负载条件相符的电压，故电流波形变化平滑，能够实现高效率、低振动控制。

以下，参照附图对于实施例7的无刷电动机的控制装置中的控制方法进行说明。

图26是表示实施例7的无刷电动机的控制装置的构造的框图。在图26中，对于与上述实施例1相同构造的部分，采用与图1相同的编号并省略其说明。

在实施例7中，在上述实施例1构造中附加设置通电模式生成电路19。而且，替代第1开关信号生成电路14设置第2开关信号生成电路20。通电模式生成电路19根据电动机速度生成通电模式并输出到第2开关信号生成电路20。第2开关信号生成电路20根据通电模式、转子旋转位置、电动机速度、通电率指标生成通电·截止信号并输出到开关电路4的各开关元件。

以下，对于通电模式生成电路19的动作进行详细说明。

图27表示因通电模式不同引起的电流波形的变化。图27(a)表示所有的脉冲宽度调制区间的通电率为相同时输入上游开关元件41u的通电·截止信号，(b)表示当所有的脉冲宽度调制区间的通电率为相同时输入下游开关元件52u的通电·截止信号。图27的(c)是此时(图27(a)、(b)时)U相线圈的相电流波形。图27(d)与(e)是使得期间K4与K10中的通电率为通电率指标的+30％、使得期间K2与K8中的通电率为通电率指标的-30％、使得期间K1与K7的通电率与通电率指标相同时输入上游开关元件41u与下游开关元件42u的通电·截止信号的波形。图27的(f)表示此时(图27的(d)、(e)时)U相线圈的电流波形。为了使得通过比较图27(c)的电流波形与(f)的电流波形则能够理解，而使得图27(f)的电流波形接近正弦波。虽然没有图示，此时，在期间K3与K9所检测出的感应电压为相同波形。即，对于图27的电流波形(c)与电流波形(f)，与感应电压对应的相位差相同。

这里研究有关工作效率。在效率方面，感应电压与电流之间的相位差起较大作用。从图27能够理解，不改变感应电压与电流之间的相位差，而通过改变通电模式，能够使得电流波形变得平滑。因此，在实施例7的控制装置中，在保持高效率的同时能够实现低振动、低噪声。

其次，参照图28的流程图，对于实施例7中的通电模式生成电路19的动作进行说明。

在步骤701中，从电动机速度ω计算出通电率校正率Δd。作为计算方法，例如，是从图29所示的电动机速度所对应的通电率校正率Δd的表格中求出该通电率校正率Δd。

在步骤702中，必须要防止利用通电率校正率校正的通电率δ×(1±Δd)的值低于0％或者大于100％。因此，在步骤702中，确认所求得的通电率校正率Δd是否超过极限值。

在步骤703中，相对于在电气角180度期间将150度期间规定为通电区间的基本通电模式，生成将该通电期间的最初的30度区间的通电率作为δ×(1+Δd)、将通电期间的最后30度区间的通电率作为δ×(1-Δd)的通电模式。将这样生成的通电模式输出到第2开关信号生成电路20。

如上所述，实施例7的控制装置通过设置通电模式生成电路19，由于能够改善供给无刷电动机1的电流波形，结果是能够减少振动、噪声并且能够实现高效率的运行。

实施例7中的通电模式生成电路19采用图29所示的相对于电动机速度的表格。当无刷电动机1为嵌入磁铁型电动机的时，随着电动机速度与电动机电流而使感应电压产生变化。又，电动机电流与通电率指标存有相关关系。因此，在动作范围内，当不能忽略通电率指标变化的影响时，如图30那样，生成并使用对应于电动机速度与通电率指标的表格，也能够获得与上述实施例7相同的效果。

又，实施例7的通电模式生成电路19将具有通电期间150度的通电模式作为基本模式，而将具有大于120度小于180度的通电模式也作为基本模式，就能够获得相同的效果。

又，在实施例7中的通电模式生成电路19设定使得从通电开始时刻的30度区间的通电率大于直到通电结束为止的30度区间的通电率，而根据电气角180度期间中的通电期间长度更改，也能够获得相同效果。

又，以实施例7中的通电模式生成电路19在通电开始时刻起规定期间的通电率加上根据通电率指标的恒定量为示例进行说明，而所加上的量并非要为恒定量。图31(a)是输入某相的开关元件的通电·截止信号，(b)是表示通电率指标δ的通电模式。在上述实施例7中，如图31的(b)所示在期间K4、K8中以恒定量增减通电率，而即使如图31的(c)中的通电模式所示那样，在期间K4、K8中使得通电率具有斜率而进行设定，也能够获得相同效果。

如上所述，实施例7的无刷电动机的控制装置是为了检测转子3的旋转位置，并没有采用霍尔元件等的磁性检测手段，而对于任意无刷电动机，都能够高效率且低振动、低噪声地进行运行。

实施例8

其次，对于本发明的无刷电动机的控制装置的实施例8进行说明。在实施例8中的无刷电动机的控制装置中，在结构上当判断回流结束之后，并没有将直到经过规定时间的检测感应电压作为用于检测转子位置的数据。根据这样的构造，能够正确地检测感应电压与感应电压基准的交点时刻，能够实现稳定地驱动无刷电动机。

以下，参照附图对于实施例8中的无刷电动机的控制装置的控制方法进行说明。

图32是表示实施例8的无刷电动机的控制装置的构造的框图。在图32中，对于与上述实施例1相同的部分，采用与图1相同的编号，并省略其说明。

实施例8的控制装置在上述实施例1的构造中取代第1感应电压检测电路8而设置第2感应电压检测电路21。

以下，对于第2感应电压检测电路21的动作进行详细说明。

使用于转子位置检测中的感应电压是在同时截止开关元件的期间内在同相线圈上没有流过电流时所产生的感应电压。在切换感应电压检测相之后，在与开关元件反向并联连接的二极管上流过的电流为回流状态，在线圈上流过电流。在该回流状态下，根据电流的流动方向，端电压成为电源电压的正侧或者负侧的电压。若端电压从该状态起发生变化，则能够判断回流结束，此后根据检测感应电压能够检测转子位置。由于开关元件以及二极管的响应性等的原因，实际的端电压变换并不能够瞬间变换成有效的感应电压电平，而需要一定的时间。必须不采用此变化时的感应电压检测值来判断转子位置。这里，第2感应电压检测电路21进行如图33所示的处理。图33是表示第2感应电压检测电路21的动作的流程图。

首先，在切换感应电压检测相之后，检测端电压并判断是电源电源的正侧或是负侧(步骤801)。在多次进行端电压的检测的过程中，回流结束，端电压电平产生变化。在步骤802或步骤803中，当检测到端电压为规定值α以上的变化时，从此时起时间Tx成为没有检测出端电压的等待状态(wait)。这里，将α设定为不会进行噪声等的误判断的值。例如，设定电源电压的10％。将时间Tx设定为能够忽略下述过渡状态的值，即虽然端电压开始变化而直到成为对转子位置判断有效的感应电压为止的过渡状态。经过时间Tx之后，再次检测感应电压并且与感应电压基准值进行比较。

图34表示感应电压检测相的端电压的检测相切换点之后的情况。在图34中，(a)表示回流结束之后检测感应电压与感应电压基准值相交的情况，(b)表示回流结束之后检测感应电压与感应电压基准值没有相交的情况，(c)表示回流结束之后虽然检测感应电压与感应电压基准值相交而在回流结束之后掺入了噪声的情况。

各种情况下都在时刻A判断回流结束。然后，将从经过时间Tx的等待状态的时刻B起的感应电压输出到第1转子旋转位置检测电路。该检测感应电压是使用于与感应电压基准值进行比较时的有效的感应电压，结果获得正确的转子位置。

以上，通过第2感应电压检测电路21的动作，由于负载变动等，从切换检测相切换时开始到回流结束为止的时间即使发生变化，也能够减少检测出有效的感应电压的延迟。特别地，如图34(b)所示，在经过时间Tx的等待状态的时刻B上已经超过感应电压基准值时，即从检测感应电压与感应电压基准值的真正相交时刻起已经延迟的情况下，能够使得该检测延迟为最小限度，故能够使得直到此后的开关状态切换点为止的时间变得充裕，能够增加稳定性。

在实施例8中，对于判断回流结束之后的时间Tx的部分，使得没有检测出端电压，即使检测端电压，若不用作与感应电压基准值进行比较的值，也能够获得相同的效果。

如上所述，实施例8的无刷电动机的控制装置为了检测转子3的旋转位置，并没有采用霍尔元件等的磁性检测手段，对于任意的无刷电动机，都能够正确检测出感应电压与感应电压基准的相交时刻，能够稳定地进行驱动。

又，采用本发明上述各实施例的无刷电动机的控制方法以及控制装置也可以控制压缩机。例如，图35是表示将上述实施例1中说明的无刷电动机(BLM)1的控制装置使用于压缩机22的示例的框图。

压缩机22由于为密封结构并且运行时温度会升高，为了确保可靠性，必须要避开位置传感器的安装。

根据本发明，为了检测出转子的旋转位置，并不需要要采用霍尔元件等的磁性检测手段，即使检测出的感应电压为1点，也能够高精度地检测转子的旋转位置，故采用任意的无刷电动机1能够高可靠性地驱动压缩机22。特别地，对于采用嵌入磁铁型无刷电动机的压缩机22进行广角度通电时，能够高精度地检测出转子的旋转位置，故能够低噪声、低振动地进行驱动。

又，采用本发明上述各实施例的无刷电动机的控制方法以及控制装置也可以控制风扇。例如，图36是表示将上述实施例1中说明的无刷电动机(BLM)1的控制装置使用于风扇23的示例的框图。

根据本发明，为了检测出转子的旋转位置，并不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，即使检测出的感应电压为1点，也能够高精度地检测转子的旋转位置，即使采用任意的无刷电动机，都不需要转子旋转位置检测传感器等的旋转位置检测手段，成本下降了，因此可以高精度地驱动制造成本低的风扇。特别地，对于采用嵌入磁铁型无刷电动机的风扇进行广角度通电时，能够高精度地检测出转子的旋转位置，故能够低噪声、低振动地进行驱动。

又，采用本发明上述各实施例的无刷电动机的控制方法以及控制装置也可以控制泵。例如，图37是表示将上述实施例1中说明的无刷电动机(BLM)1的控制装置使用于泵24的示例的框图。

根据本发明，为了检测出转子的旋转位置，并不需要采用霍尔元件等的磁性检测手段，采用任意的无刷电动机，即使检测出的感应电压为1点，也能够高精度地检测转子的旋转位置。由此，都不需要转子旋转位置检测传感器等的旋转位置检测手段成本下降了，因此可以高精度地驱动制造成本低的泵。特别地，对于采用嵌入磁铁型无刷电动机的泵进行广角度通电时，能够高精度地检测出转子的旋转位置，故能够低噪声、低振动地进行驱动。

以上，从对于实施例的详细说明可知，本发明的无刷电动机的控制装置具有下述效果。

本发明的无刷电动机的控制装置通常能够高精度地检测所检测感应电压与感应电压基准值的交点。因此，根据本发明，并不使用检测转子旋转位置的霍尔元件等的磁性检测手段，从1点的感应电压检测值能够高精度地检测转子的旋转位置。

本发明的无刷电动机的控制装置即使在不能够检测出所检测到的感应电压与感应电压基准值的交点时刻的情况下，根据感应电压变化率也能够获得相交时刻。因此，根据本发明，不必使用用于检测转子的旋转位置的霍尔元件等的磁性检测手段，能够可靠地检测转子位置。

本发明的无刷电动机的控制装置当判断不能够检测所检测感应电压与感应电压基准值相交时刻时，因立即开始对截止相通电，故能够可靠地切换电压施加状态。

本发明的无刷电动机的控制装置即使在因温度等原因而使电动机参数发生变动的情况下，检测感应电压以获取2点以上位置的检测出感应电压变化率为基础，校正用于生成感应电压基准值的表格值以及用于生成感应电压变化率的表格值。因此，根据本发明，不必使用用于检测转子的旋转位置的霍尔元件等的磁性检测手段，通常能够高精度地检测转子位置。

本发明的无刷电动机的控制装置校正对应于温度变化的感应电压基准值生成电路的表格值。因此，根据本发明，不必使用用于检测转子的旋转位置的霍尔元件等的磁性检测手段，通常能够高效地运行。

本发明的无刷电动机的控制装置调整感应电压基准值并且设定为与直流电压的1/2不同的值，故能够控制相对于感应电压的电流相位。由此，即使施加电压饱和，也能够改变电流相位并使得电动机速度进一步提高。因此，根据本发明，不必使用用于检测转子的旋转位置的霍尔元件等的磁性检测手段，能够扩大工作范围。

本发明的无刷电动机的控制装置在构造上，根据电动机速度以及通电率指标，设定从通电期间开始的规定时间的通电率大于直到通电期间结束为止的规定时间的通电率。因此，本发明无刷电动机的控制装置能够使得输入相线圈的电流波形更加接近正弦波状。这样，根据本发明，不必使用用于检测转子的旋转位置的霍尔元件等的磁性检测手段，能够高效率、低振动、低噪声地运行。

已经对于本发明的最佳实施形态进行了较详细地说明，这些最佳实施形态中揭示的内容在构造的细微部分上也能够进行变化，在不脱离本发明的范围以及精神的前提下，能够组合各部分以及改变顺序。

Claims (24)

1.一种无刷电动机的控制方法，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，所述方法具备

检测所供给的直流电压的步骤；

检测截止相的端子上出现的感应电压的步骤；

其特征在于，所述方法还具备

根据感应电压基准值生成表格生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的步骤；

根据感应电压变化率生成表格生成对应于所述无刷电动机的所述转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压变化率的步骤；

根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率，计算出被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的步骤；

根据检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的转速的步骤；

根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出通电率指标的步骤；以及

根据检测出的所述交点、所述转速以及所述通电率指标，驱动所述无刷电动机的步骤。

2.一种无刷电动机的控制方法，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，所述方法具备

检测所供给的直流电压的步骤；

检测截止相的端子上出现的感应电压的步骤；

其特征在于，所述方法还具备

根据感应电压基准值生成表格生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的步骤；

根据执行所述检测感应电压的步骤至少两次后所检测出的至少2次的感应电压的变化率更新感应电压变化率生成表格的步骤；

根据更新后的所述感应电压变化率生成表格，生成对应于所述无刷电动机的转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压的变化率的步骤；

根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测到的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率，计算出检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的步骤；

根据检测到的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的转速的步骤；

根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出通电率指标的步骤；以及

根据检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标，驱动所述无刷电动机的步骤。

3.一种无刷电动机的控制方法，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，所述方法具备

检测所供给的直流电压的步骤；

检测截止相的端子上出现的感应电压的步骤；

其特征在于，所述方法还具备

根据检测出的至少2点的所述感应电压的变化率更新感应电压基准值生成表格的步骤；

根据更新后的所述感应电压基准值生成表格，生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的步骤；

根据感应电压变化率生成表格生成对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压变化率的步骤；

根据执行所述检测感应电压的步骤至少两次后所检测出的至少2次的感应电压的变化率，校正所述感应电压基准值的步骤；

根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算出被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的步骤；

根据检测到的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的转速的步骤；

根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出通电率指标的步骤；以及

根据检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标驱动所述无刷电动机的步骤。

4.一种无刷电动机的控制方法，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，所述方法具备

检测所供给的直流电压的步骤；

检测截止相的端子上出现的感应电压的步骤；

其特征在于，所述方法还具备

根据感应电压基准值生成表格生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的步骤；

根据感应电压变化率生成表格生成对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压变化率的步骤；

根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻即交点的步骤；

根据检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的转速的步骤；

根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速间的偏差输出所述通电率指标的步骤；

当所述转速大于第1规定值时或者检测到所述通电率指标大于第2规定值时，改变感应电压基准值使电流相位相对于检测出的所述感应电压超前的步骤；以及

根据检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标驱动所述无刷电动机的步骤。

5.一种无刷电动机的控制方法，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，具备

检测所供给的直流电压的步骤；

检测截止相的端子上出现的感应电压的步骤；

其特征在于，所述方法还具备

生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的步骤；

生成对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压变化率的步骤；

根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测到的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的步骤；

根据检测到的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的步骤；

根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速间的偏差输出所述通电率指标的步骤；

预先准备基本通电模式，所述基本通电模式是通电期间通电率的时间序列，相对于所述基本通电模式，根据所述转速、所述通电率指标中的至少一个，生成通电模式，使得从通电期间开始起第1规定时间的通电率的平均值大于从所述通电期间开始到通电期间结束前第2规定时间的通电率的平均值的步骤；以及

根据检测到的所述交点、所述转速、所述通电率指标以及所述通电模式驱动所述无刷电动机的步骤。

6.如权利要求1～5任意一项所述的无刷电动机的控制方法，其特征在于，

当根据切换截止相后的最初检测出的感应电压、感应电压变化率的符号以及感应电压基准值判断为不能够检测出被检测出的感应电压与感应电压基准值相交的时刻时，立即开始向截止相通电。

7.如权利要求1～5任意一项所述的无刷电动机的控制方法，其特征在于，

当能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测到的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点时，当截止相截止的时间小于规定时长时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值以及所述感应电压变化率，计算检测出的感应电压与感应电压基准值相交的时刻、即交点。

8.如权利要求1～5任意一项所述的无刷电动机的控制方法，其特征在于，

将检测出的直流电压的1/2的值与以转速及通电率指标为依据的表格值之和或差作为感应电压基准值输出。

9.如权利要求1～5任意一项所述的无刷电动机的控制方法，其特征在于，

用在切换截止相之后，检测出的感应电压相对于所述直流电压的正侧电压或负侧电压产生规定量的差的最初时刻起经过第3规定时间之后检测出的感应电压，检测与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点。

10.一种压缩机，其特征在于，

使用了实施权利要求1所述的控制方法的无刷电动机。

11.一种风扇，其特征在于，

使用实施权利要求1所述的控制方法的无刷电动机。

12.一种泵，其特征在于，

使用实施权利要求1所述的控制方法的无刷电动机。

13.一种无刷电动机的控制装置，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，所述控制装置具备

具有多个在电流流动方向上的上游与下游配置一对开关元件并且串联连接的串联电路的开关电路；

检测提供给所述开关电路的各串联电路的直流电压的直流电压检测单元；

在所述开关电路的一个串联电路的两个开关元件同时截止的期间，检测连接在该串联电路的开关元件之间的各相线圈的端子上出现的感应电压的感应电压检测单元；

其特征在于，所述控制装置还具备

生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的感应电压基准值生成单元；

输出对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压的变化率的感应电压变化率生成单元；

根据检测出的感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算出被检测的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的转子旋转位置检测单元；

根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的电动机速度运算单元；

根据所述无刷电动机的的指令速度与所述转速的偏差输出所述通电率指标的速度控制单元；以及

根据由所述转子旋转位置检测单元检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标向多个所述开关元件输出开关信号的第1开关信号生成单元。

14.一种无刷电动机的控制装置，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，具备

具有多个在电流流动方向上的上游与下游配置一对开关元件并且串联连接的串联电路的开关电路；

检测提供给所述开关电路的各串联电路的直流电压的直流电压检测单元；

在所述开关电路的一个串联电路的两个开关元件同时截止的期间，检测连接在该串联电路的开关元件之间的各相线圈的端子上出现的感应电压的感应电压检测单元；

其特征在于，所述控制装置还具备

生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的感应电压基准值生成单元；

根据由所述感应电压检测单元对感应电压检测至少两次后所检测出的至少2次的感应电压的变化率更新感应电压变化率生成表格的感应电压变化率校正单元；

根据更新后的感应电压变化率生成表格生成对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压的变化率的感应电压变化率生成单元；

根据检测出的感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算出被检测的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的转子旋转位置检测单元；

根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的电动机速度运算单元；

根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出所述通电率指标的速度控制单元；以及

根据由所述转子旋转位置检测单元检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标向多个所述开关元件输出开关信号的第1开关信号生成单元。

15.一种无刷电动机的控制装置，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，具备

具有多个在电流流动方向上的上游与下游配置一对开关元件并且串联连接的串联电路的开关电路；

检测提供给所述开关电路的各串联电路的直流电压的直流电压检测单元；

在所述开关电路的一个串联电路的两个开关元件同时截止的期间检测连接在该串联电路的开关元件之间的各相线圈的端子上出现的感应电压的感应电压检测单元；

其特征在于，所述控制装置还具备

根据由所述感应电压检测单元对感应电压检测至少两次后所检测出的至少2次的感应电压的变化率更新感应电压基准值生成表格的感应电压基准值校正单元；

根据更新后的所述感应电压基准值生成表格，生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的感应电压基准值生成单元；

输出对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压的变化率的感应电压变化率生成单元；

根据检测出的感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的转子旋转位置检测单元；

根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的电动机速度运算单元；

根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出所述通电率指标的速度控制单元；以及

根据由所述转子旋转位置检测单元检测到的所述交点、所述转速以及所述通电率指标向多个所述开关元件输出开关信号的第1开关信号生成单元。

16.一种无刷电动机的控制装置，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，具备

具有多个在电流流动方向上的上游与下游配置一对开关元件并且串联连接的串联电路的开关电路；

检测提供给所述开关电路的各串联电路的直流电压的直流电压检测单元；

在所述开关电路的一个串联电路的两个开关元件同时截止的期间检测连接在该串联电路的开关元件之间的各相线圈的端子上出现的感应电压的感应电压检测单元；

其特征在于，所述控制装置还具备

生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的感应电压基准值生成单元；

输出对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压的变化率的感应电压变化率生成单元；

根据检测出的感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算出被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的转子旋转位置检测单元；

根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的电动机速度运算单元；

根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出所述通电率指标的速度控制单元；

当所述转速大于第1规定值时或检测出所述通电率指标大于第2规定值时，改变感应电压基准值以使电流相位相对于检测出的所述感应电压超前的电流相位调整单元；以及

根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点、所述转速以及所述通电率指标向所述开关元件输出开关信号的第1开关信号生成单元。

17.一种无刷电动机的控制装置，所述无刷电动机具备具有多个线圈的定子以及具有多极磁铁的转子，具备

具有多个在电流流动方向上的上游与下游配置一对开关元件并且串联连接的串联电路的开关电路；

检测提供给所述开关电路的各串联电路的直流电压的直流电压检测单元；

在所述开关电路的一个串联电路的两个开关元件同时截止的期间，检测连接在该串联电路的开关元件之间的各相线圈的端子上出现的感应电压的感应电压检测单元；

其特征在于，所述控制装置还具备

生成对应于所述无刷电动机的转速、通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压基准值的感应电压基准值生成单元；

输出对应于所述无刷电动机的所述转速、所述通电率指标以及检测出的所述直流电压中的至少一个的感应电压变化率的感电压变化率生成单元；

根据检测出的感应电压与所述感应电压基准值检测被检测出的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者当不能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值进行检测时，根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算出被检测的感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点的转子旋转位置检测单元；

根据所述转子旋转位置检测单元检测出的所述交点的时间间隔计算所述无刷电动机的所述转速的电动机速度运算单元；

根据所述无刷电动机的指令速度与所述转速之间的偏差输出所述通电率指标的速度控制单元；

预先准备基本通电模式，所述基本通电模式是通电期间通电率的时间序列，相对于所述基本通电模式，根据所述转速、所述通电率指标中的至少一个，生成使得从通电期间开始起第1规定时间的通电率平均值大于从所述通电期间开始到通电期间结束前的第2规定时间的通电率平均值的通电模式生成单元；以及

根据所述转子旋转位置检测单元检测到的所述交点、所述转速、所述通电率指标以及所述通电模式向多个所述开关元件输出开关信号的第2开关信号生成单元。

18.如权利要求13～17任意一项所述的无刷电动机的控制装置，其特征在于，具有如下所述的结构，

能够在判断为所述转子旋转位置检测单元根据所述开关电路的一个串联电路的二个开关元件同时截止期间开始后的最初检测出的感应电压、感应电压变化率的符号以及感应电压基准值不能够检测出检测出的感应电压与感应电压基准值相交的时刻时，所述开关信号生成单元输出立即开始向截止相通电的信号。

19.如权利要求13～17任意一项所述的无刷电动机的控制装置，其特征在于，

当能够根据检测出的所述感应电压与所述感应电压基准值检测被检测到的所述感应电压与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点时，所述转子旋转位置检测单元具有在截止相截止的时间小于规定值时能够根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值以及所述感应电压变化率，计算检测出的感应电压与感应电压基准值相交的时刻、即交点的结构。

20.如权利要求13～17任意一项所述的无刷电动机的控制装置，其特征在于，

所述感应电压基准值生成单元具有能够把检测出的直流电压的1/2的值与以转速及通电率指标为依据的表格值之和或差作为感应电压基准值输出的结构。

21.如权利要求13～17任意一项所述的无刷电动机的控制装置，其特征在于，

所述转子旋转位置检测单元具有能够利用在感应电压检测相变更为该串联电路的相之后，检测出的感应电压相对于所述直流电压的正侧电压或负侧电压产生规定量差的最初时刻起经过第3规定时间之后的感应电压，检测与所述感应电压基准值相交的时刻、即交点，或者根据检测出的所述感应电压、所述感应电压基准值与所述感应电压变化率计算所述交点的结构。

22.一种压缩机，其特征在于，

具备权利要求13所述的无刷电动机的控制装置。

23.一种风扇，其特征在于，

具备权利要求13所述的无刷电动机的控制装置。

24.一种泵，其特征在于，

具备权利要求13所述的无刷电动机的控制装置。

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