[发明专利]直流无刷电动机驱动设备和使用该设备的空气调节器

说明书

本发明涉及一种其中使用逆变器的直流(DC)无刷电动机驱动设备，特别是，本发明涉及一种DC无刷电动机驱动设备，和一种使用该设备的空气调节器，其中利用在定子绕组两端之间感应的速度正比电动势，探测电枢绕组(转子绕组)与定子绕组之间的相对位置(在下文，称为“磁极位置”)，以便控制其转数。

例如，在Japanese Patent Publication No.Sho 59-36519(1984)中，叙述了一种DC无刷电动机驱动设备的常规例子，其中通过探测转子的磁极位置，即由于在DC无刷电动机的定子绕组两端之间感应的速度正比电动势(感应电压)所引起的磁性转子(在下文，仅称为“转子”)与定子绕组之间的相对位置，来执行对其转数的控制。

在这个例子中，把定子绕组两端之间产生的三相感应电压转换成三个三角形信号，各信号相对各感应电压具有约90°的位置关系，这三个三角形信号被引入星形连接的电阻器，以便由比较器对星形连接的中性点的电压与这三个三角形信号的电压之间进行比较。并且，与从这些比较器获得的脉冲信号相对应，控制一组以此减缩逆变器的半导体开关元件，从而旋转DC无刷电动机。

在根据这种常规技术的DC无刷电动机中，三角形信号是由定子绕组的端电压通过主滤波器而得到的，各三角形信号相对各定子绕组两端之间的各端电压具有约90°的相位差，然而在这种情况下，必须这样设置主滤波器的转移函数，以便在感应电压的基本频率的预定范围之内(与电动机的转数有关)，能保持约90°的相位差。而且，当用主滤波器不能由此充足地消除比感应电压的基本频率具有较高频率的噪声或其他类似信号时，并且于是如果不可能由此获得具有平滑波形的三角形信号，则另外增加低通滤波器，以便由此消除高频信号，例如噪声或其他类似信号。

根据这样获得的上述脉冲信号，假定或获得转子与定子绕组之间的相对位置，从而有可能根据这种假定的结果，执行DC无刷电动机的转速的控制。

另外，在根据上述常规技术的DC无刷电动机驱动设备中，主滤波器用于获得三角形信号，各三角形信号相对各感应电压具有约90°的相位关系。然而，这些滤波器各具有这样的频率特性，当作为输入信号的感应电压的基本频率变低时，由该滤波器获得的三角形信号的相位差变大。为了在稳定条件下以良好效率驱动DC无刷电动机，必须设置频率特性，以便在感应电压的基本频率的预定范围之内，保持约90°的相位差，然而，例如，在希望展延或扩展感应电压的基本频率的范围的情况下(即希望展延或扩展DC无刷电动机的转数的可变范围)，有一个问题，即不可能根据滤波器的频率特性，使感应电压与三角形信号之间的相位差保持在约90°。

而且，如图2所示，对于Japanese Patent Publication No.Sho59-36519(1984)，DC无刷电动机的端电压变成这样，即在梯形波形之上叠加一个尖峰波形。并且，用主滤波器不能充足地消除噪声或其他类似信号，它们比这些尖峰波形和感应电压的基本频率具有较高的频率，而且如果三角形信号其波形不平滑，则不可能精确地假定或获得转子与定子绕组之间的相对位置，于是在上述比较三角形信号和参考信号的比较器的输出级，另外增加低通滤波器，从而消除高频信号，例如噪声或其他类似信号。

然而，为了使三角形信号的波形平滑，足够可以使滤波器的时间常数大，但是这样引起信号的时间延迟，因此滤波器的时间常数设置具有上限。另外，在DC无刷电动机中，尖峰电压的波形根据电动机的负载改变，但是滤波器的时间常数设置具有上限，于是有一个问题，由于三角形信号的波形变化所引起，使三角形信号的相位表现波动，所以不可能使感应电压与三角形信号之间的相位差保持在90°。

这样，当用滤波器来假定或获得转子与定子绕组之间的相对位置时，由于频率特性和滤波器时间常数设置的限制，特别当在宽范围转数下驱动DC无刷电动机时，或当在宽范围负载条件下操作DC无刷电动机时，引起假定转子与定子绕组之间的相对关系的精度降低，因此难以在稳定条件下以良好效率驱动DC无刷电动机。

为了解决上述这样的问题，本发明的一个目的是提供一种DC无刷电动机驱动设备和一种使用这种设备的空气调节器，即使在宽范围转数下驱动DC无刷电动机的情况下，或在宽范围负载条件下驱动DC无刷电动机的情况下，也能够在稳定条件下以良好效率驱动DC无刷电动机。