專利名稱：直流無電刷電機的控制方法
技術領域：
本發明涉及直流無電刷電機的控制方法，更具體地講，涉及對于空氣調節器(以下簡稱為空調機)的室內機和室外機上搭載的風扇電機等中采用的直流無電刷電機中的多個線圈繞組的通電切換的直流無電刷電機的控制方法。
當前，直流無電刷電機作為空調機的室內機和室外機中所搭載的風扇電機以及其它各種電氣設備的電機被廣泛地使用。
在該直流無電刷電機中，用以等間隔配置在轉子的旋轉軌道附近的多個位置檢測器(霍爾元件)檢測包含永久磁鐵等構成的轉子的位置，通過根據該檢測信號的通斷定時來切換對于多個旋轉驅動用線圈繞組的通電，旋轉驅動轉子。
一般，與上述檢測信號的通斷同步或者隔開預定的時間間隔切換對于線圈繞組的通電。
然而，由于轉子上永久磁鐵等的粘貼位置的偏移，該永久磁鐵等的磁化的分散性(偏差)，位置檢測器的配置位置的偏移，以及該位置檢測器的動作特性的分散性等，即使轉子以恒定轉數旋轉，有時從位置檢測器輸出的檢測信號的通斷定時也不成為等間隔而產生分散(偏差)。
這樣，如果檢測信號的通斷定時不成為等間隔，在間隔方面存在分散性，則對于線圈繞組的通電定時偏離正規的定時，有可能在直流無電刷電機中產生轉矩不均勻，發生振動·異常聲音等不合適狀態。
本發明是為解決上述問題點而作出的，目的在于提供可以減少對于線圈繞組的通電間隔的分散性的直流無電刷電機的控制方法。
為了達到上述目的，方案1的直流無電刷電機的控制方法，特征在于來自檢測轉子位置的多個檢測器的檢測信號，把該轉子旋轉1周期間從通切換到斷或者從斷切換到通的切換定時的某一個設定為基準定時，僅以被設定的基準定時作為基準，設定對于多個線圈繞組的通電切換定時。
另外，方案2的直流無電刷電機的控制方法，特征在于來自檢測轉子位置的多個檢測器的檢測信號把該轉子旋轉1周期間從通切換到斷或者從斷切換到通的切換定時的某一個設定為基準定時，計算轉子的前次1次旋轉中的基準定時和本次1次旋轉中的基準定時之間的上述切換定時的間隔的平均值，在本次基準定時至下次基準定時之間，根據上述計算出來的平均值間隔的定時，切換對于上述多個線圈繞組的通電。
另外，方案3的直流無電刷電機的控制方法，特征在于在上述方案1或方案2的直流無電刷電機的控制方法中，把對于前后切換定時的相對時間間隔的分散性最小的切換定時設定為基準定時。
另外，方案4的直流無電刷電機的控制方法，特征在于在上述方案1至方案3中的任一項的直流無電刷電機的控制方法中，執行開始定時，是實際轉數與目標轉數之差小于預定值的狀態下、持續預定時間以上直流無電刷電機旋轉了的時刻。
在上述第1方案的直流無電刷電機的控制方法中，來自檢測轉子位置的多個位置檢測器的檢測信號把該轉子旋轉1次期間(1周期期間)從通切換到斷或者從斷切換到通的切換定時的某一個設定為基準定時。而且，僅以該被設定了的基準定時為基準，設定對于多個線圈繞組的通電切換定時。例如，根據基準定時的間隔求出切換定時的間隔的平均值，把該平均值間隔的定時設定為通電切換定時。
以往，由于以每次的切換定時作為基準，設定對于多個線圈繞組的通電切換定時，因此由于上述每次切換定時的分散性，對于線圈繞組的通電間隔也產生分散，而如上述那樣僅以基準定時為基準，例如通過設定至1個周期之前或者多個周期之前為止的通電切換定時，能夠避免上述每次切換定時的分散性對于線圈繞組的通電間隔產生影響，能夠減小該通電間隔的分散性。由此，能夠防止發生轉矩不均勻·振動·異常聲音等不合適狀況。
其次，在第2方案的直流無電刷電機的控制方法中，首先，來自檢測轉子位置的多個位置檢測器的檢測信號把從通切換到斷或者從斷切換到通的切換定時的某一個設定為基準定時。
而且，計算出轉子前次1次旋轉中的基準定時與本次1次旋轉中的基準定時之間的切換定時的間隔的平均值。
進而，在本次基準定時至下次基準定時之間，根據計算出來的平均值間隔的定時切換對于多個線圈繞組的通電。即，在本次基準定時至下次基準定時之間，在計算出來的平均值間隔內，來自位置檢測器的檢測信號作為已從通切換到斷或者從斷切換到通的信號，從該切換定時開始，例如在(平均值×4/16)后停止對于線圈繞組的通電，在(平均值×10/16)后開始對于線圈繞組的通電。
這樣，計算出前次基準定時與本次基準定時之間的切換定時的間隔的平均值，在該平均值間隔內位置檢測器的檢測信號作為從通切換到斷或者從斷切換到通的信號，根據該切換定時切換對于多個線圈繞組的通電，因此能夠減小對于線圈繞組的通電間隔的分散性，能夠防止發生轉矩不均勻·振動·異常聲音等不合適狀態。
另外，在上述第1方案或者第2方案的本發明的基準定時的設定中，也可以把任意的一個切換定時設定為基準定時，如第3方案那樣，最好把對于前后切換定時的相對時間間隔的分散性最少的切換定時設定為基準定時。
通過這樣把相對時間間隔的分散性最少的切換定時設定為基準定時，能夠防止在每次計算時計算出的基準定時之間的切換定時的間隔的平均值分散，在把相鄰的基準定時期間作為1個周期時，能夠減小周期之間的對于線圈繞組的通電間隔的分散性。
另外，從直流無電刷電機開始穩定旋轉后，將開始發生僅起因于上述轉子上永久磁鐵粘貼位置的偏移，該永久磁鐵等的磁化的分散，位置檢測器的安裝位置的偏移以及該位置檢測器的檢測動作特性的分散等的，該直流無電刷電機中特有的位置檢測信號的通斷定時間隔的分散。
因此，如第4方案那樣，基于上述直流無電刷電機的控制方法的控制的執行開始定時最好取為實際轉數與目標轉數之差小于預定值的狀態下，持續預定時間以上直流無電刷電機旋轉了的時刻(直流無電刷電機開始穩定旋轉的時刻)。
另外，作為上述位置檢測器，能夠采用后述的霍爾元件，光傳感器(光電二極管，光電耦合器等)，磁阻元件等。


圖1是本發明實施形式的空調機的概略結構圖。
圖2是示出空調機的制冷循環的概略圖。
圖3是用直流無電刷電機構成的風扇電機的概略結構圖。
圖4示出各霍爾元件的檢測信號的波形。
圖5是示出本發明實施形式的控制流程的流程圖。
圖6是示出定時點的決定處理的處理流程的流程圖。
圖7是示出同步運行的處理流程的流程圖。
圖8用于說明霍爾元件輸入中的邊緣間隔。
圖9用于說明定時點決定為U相的霍爾元件輸入的通定時情況下的同步運行。
圖10用于說明同步運行中把通電控制信號進行通斷的定時。
圖11用于說明通常動作時把通電控制信號進行通斷的定時。
以下，說明發明的實施形式。圖1以及圖2中示出了本實施形式中適用的空氣調節器(以下稱為「空調機10」)。
如圖1所示，空調器10由室內機12和室外機14構成。通過無線遙控開關40的操作而運行/停止。另外，如果空調機10由無線遙控開關40設定了運行模式、設定溫度等的運行條件并送出操作信號，則室內機12接受該操作信號進行基于操作信號的運行。另外，空調機10不限定于無線遙控開關40，也可以根據有線遙控開關進行操作，還有，還可以通過設置在室內機中的操作板的操作設定運行條件。
圖2中示出在空調機10的室內機12和室外機14之間構成的制冷循環的概略。在室內機12和室外機14之間，成對地設置著使制冷劑循環的粗的制冷劑管16A和細的制冷劑管16B，它們各自的一端連接在安裝到室內機12的換熱器18上。
制冷劑管16A的另一端連接在室外機14的閥門20A上。該閥門20A經過消音器22A連接到四通閥24上。該四通閥24上分別連接著與壓縮機26相連的蓄熱器28和消音器22B。此外，室外機14上設置著換熱器30。該換熱器30的一端連接在四通閥24上，另一端經過毛細管32，過濾器34，電動膨脹閥36，調制器38連接到閥門20B上。該閥門20B上連接著制冷劑管16B的另一端，由此，在室內機12與室外機14之間構成形成了制冷循環的制冷劑的被密封了的循環通路。
在空調機10中，通過四通閥24的切換，運行模式切換為冷風模式(干燥模式)和暖風模式。另外，圖2中，用實線箭頭表示冷風模式(冷風運行)中的制冷劑的流動，用虛線箭頭表示暖風模式(暖風運行)中的制冷劑的流動。
另外，室外機14中，設置著冷卻換熱器30的冷卻風扇52，該冷卻風扇52由用直流無電刷電機構成的風扇電機50驅動。該風扇電機50的驅動控制通過室外機14的控制單元60進行。如圖3所示，風扇電機50用包含具有永久磁鐵而形成的轉子62的3相2極繞組的直流無電刷電機構成。即，在轉子62的旋轉軌道附近以機械角120度的間隔配置3個霍爾元件64U,64V,64W，各個霍爾元件產生的位置檢測信號輸入到控制單元60中。
控制單元60根據來自霍爾元件64U的位置檢測信號將晶體管68U進行通斷控制。當晶體管68U導通時，進行向U相繞組66U的通電。同樣，控制單元60根據來自霍爾元件64V的位置檢測信號將晶體管68V進行通斷控制。當晶體管68V導通時，進行向V相繞組66V的通電。另外，控制單元60根據來自霍爾元件64W的位置檢測信號將晶體管68W進行通斷控制。當晶體管68W導通時，進行向W相繞組66W的通電。
圖4的時序圖分別用HU表示來自U相霍爾元件64U的位置檢測信號，用HV表示來自V相霍爾元件64V的位置檢測信號，用HW表示來自W相霍爾元件64W的位置檢測信號。如該圖4所示，HU,HV,HW的各相位相互錯開120度，風扇電機50恒速旋轉時在理想狀態下這些上升沿以及下降沿的間隔(T1,T2,T3……T12)成為等間隔。
然而，在風扇電機50中，由于轉子62上永久磁鐵的粘貼位置的偏移，該永久磁鐵的磁化的分散性，霍爾元件64U,64V,64W的安裝位置的偏移，各個霍爾元件的動作特性的分散性等，來自圖4的各霍爾元件的檢測信號的上升沿以及下降沿的間隔(T1,T2,T3,……T12)不成為等間隔，在該間隔中產生分散。
詳細的情況在后面敘述，控制單元60如上述那樣即使在霍爾元件的位置檢測信號的上升沿以及下降沿的間隔之間存在分散性，也能夠控制該通電定時使得對于3相繞組66U,66V,66W的通電間隔的分散為最小。
另外，控制單元60還具有根據霍爾元件的位置檢測信號檢測轉子62的實際轉數，計算該實際轉數與預先確定的目標轉數的差的功能。其次，作為本實施形式的作用，說明由控制單元60執行的向各繞組的通電定時控制處理。
當空調機10開始運行，使用風扇電機50開始驅動冷卻風扇52來冷卻室外機14的換熱器30時，由控制單元60開始執行圖5的控制流程。
在圖5的步驟102中開始驅動風扇電機50以后，直到風扇電機50穩定工作為止在步驟106中進行以下的通常運行。另外，風扇電機50的目標轉數與實際轉數之差成為30rpm以下的狀態持續了5秒鐘，就認為風扇電機50已穩定地工作。
這樣，如圖11所示，至風扇電機50穩定工作為止，檢測前次霍爾元件的波形變化了的定時(以下稱為前次邊緣)開始至本次霍爾元件的波形變化了的定時(以下稱為本次邊緣)為止的邊緣間隔CCT，反復進行從本次邊緣開始在(CCT×4/16)后斷開通電控制信號的波形，從本次邊緣開始在(CCT×10/16)后接通通電控制信號的波形的通常運行(步驟106)。
圖11中，例如在向U相繞組66U進行通電，邊緣間隔CCT是T6的情況下，從本次邊緣E6開始在(T6×4/16)后把向U相繞組66U的通斷控制信號的波形斷開，從本次邊緣開始在(T6×10/16)后把向U相繞組66U的通電控制信號的波形接通。
然后，在邊緣間隔CCT是T9的情況下，從本次邊緣E9開始在(T9×4/16)后把向U相繞組66U的通電控制信號的波形斷開，從本次邊緣開始在(T9×10/16)后把向U相繞組66U的通電控制信號的波形接通。對于V相繞組66V和W相繞組66W的通電也同樣進行。
而且，由于在風扇電機50的目標轉數與實際轉數之差小于30rpm的狀態持續了5秒的情況認為風扇電機50已穩定工作，因此進入到步驟108，如以下那樣決定定時點。
首先，在(360+45)度期間測定U相，V相，W相的各霍爾元件輸入(圖6的步驟152)。接著，對于各相根據以下的公式(1)，(2)計算上升沿，下降沿各自的誤差之和(步驟154)。另外，在以下的公式(1)，(2)中的CCT0～CCT7意指圖8所示的霍爾元件輸入中的邊緣間隔CCT0,CCT1,CCT2……。
U相的上升沿中的誤差和tH_U=|{1/4∑(CCT0～CCT7)}-{∑(CCT0～CCT1)}|+|{2/4∑(CCT0～CCT7)}-{∑(CCT0～CCT3)}|+|{3/4∑(CCT0～CCT7)}-{∑(CCT0～CCT5)}| (1)U相的下降沿中的誤差和tL_U=|{1/4∑(CCT1～CCT8)}-{∑(CCT1～CCT2)}|+|{2/4∑(CCT1～CCT8)}-{∑(CCT1～CCT4)}|+|{3/4∑(CCT1～CCT8)}-{∑(CCT1～CCT6)}| (2)另外，根據與上述公式(1)相同的公式計算V相的上升沿中的誤差和tH_V以及W相的上升沿中的誤差和tH_W，根據與上述公式(2)相同的公式計算V相的下降沿中的誤差和tL_V以及W相的下降沿中的誤差和tL_W。
而且，把與各相的上升沿，下降沿中的誤差和tH_U,tL_U,tH_V,tL_V,tH_W,tL_W中最小的值相對應的邊緣決定為定時點(步驟156)。
圖5中，在隨后的步驟110中，如以下所示進行基于圖7的控制流程的同步運行。
當檢測出了定時點時，計算該定時點與前一個邊緣的邊緣間隔CCT以及該定時點與前次定時點之間的邊緣間隔的平均值TGT_CCT(圖7的步驟164)，如圖10所示從定時點開始在(CCT×4/16)后把通電控制信號的波形斷開，從定時點開始在(CCT×10/16)后把通電控制信號的波形接通(步驟166)。即，在定時點進行通常動作。
另一方面，當檢測出定時點以外的邊緣時，認為從定時點開始已經在平均值TGT_CCT間隔內檢測出了邊緣，在經過了TGT_CCT的時刻開始，在TOFF(=TGT_CCT×4/16)后把通斷控制信號的波形斷開，在TON(=TGT_CCT×10/16)后把通斷控制信號的波形接通(步驟170)。
例如，在圖9中所示的各相的霍爾元件輸入的合成波形中定時點決定為接通U相霍爾元件輸入的定時的情況下，在該定時點進行通常動作，而在其它的邊緣定時進行以定時點為基點的同步運行特有的動作。
這樣，認為在前次定時點與本次定時點之間的邊緣間隔的平均值TGT_CCT的間隔中，檢測出了邊緣，從各邊緣檢測定時開始在(TGT_CCT×4/16)后把通電控制信號的波形斷開，在(TGT_CCG×10/16)后把通電控制信號的波形接通，因此能夠減小對各繞組的通電間隔的分散性，能夠防止發生轉矩不均勻·振動·異常聲音等不合適狀態。
另外，本實施形式中，由于在步驟108把對于前后邊緣的相對時間間隔的分散性最少的邊緣決定為定時點，因此在每次計算時能夠防止定時點之間的邊緣間隔的平均值TGT_CCT分散，在把相鄰的定時點之間作為1個周期的情況下，能夠減小各個周期中向各繞組的通電間隔的分散性。
以后，在風扇電機50僅旋轉了預定次數的時刻(圖7的步驟172中判為肯定的時刻)，進入到圖5的步驟112中，檢查風扇電機50的目標轉數與實際轉數之差是否超過30rpm，在接著的步驟114中檢查平均值TGT_CCT間隔的定時(=作為同步運行中的邊緣檢測的定時)與實際的邊緣檢測定時是否偏離(平均值TGT_CCT×1/4)以上。
在這些步驟112,114中，直到判斷為風扇電機50的目標轉數與實際轉數之差超過30rpm或者平均值TGT_CCT間隔的定時與實際的邊緣檢測定時偏離(平均值TGT_CCT×1/4)以上為止，持續進行步驟110的同步運行。
即，在風扇電機50的目標轉數與實際轉數之差超過了30rpm的情況下(步驟112中判斷為肯定的情況)以及檢測到風扇電機50的旋轉變動大的情況下(步驟114中判斷為肯定的情況)進入到步驟116中，返回到與上述的步驟106相同的通常運行。
以后，直到風扇電機50穩定工作為止，持續進行步驟106的通常運行，一旦風扇電機50穩定工作，則再次進行步驟108～114的處理。
另外，當根據運行停止指令等空調機停止運行時，也結束圖5的控制流程的執行。
如果依據以上的控制流程，則認為在前次定時點與本次定時點之間的邊緣間隔的平均值TGT_CCT的間隔內，檢測出了邊緣，從各邊緣檢測定時開始，在(TGT_CCT×4/16)后把通電控制信號的波形斷開，在(TGT_CCT×10/16)后把通斷控制信號的波形接通，因此能夠減小對各繞組的通電間隔的分散性，能夠防止發生轉矩不均勻·振動·異常聲音等不合適狀態。
還有，從風扇電機50開始穩定地旋轉后，由于轉子62的永久磁鐵等的粘貼位置的偏移，該永久磁鐵等的磁化的分散性，霍爾元件64U,64V,64W的安裝位置的偏移，各霍爾元件的動作特性的分散性等，在該風扇電機50中開始產生特有的位置檢測信號的通斷定時間隔的分散，因此通過如上述實施形式那樣，在風扇電機50開始穩定地旋轉后開始進行同步運行，能夠根據電機的狀況在恰當的時候進行同步運行。
在上述實施形式中，示出了在空調機的室外機內的風扇電機中適用了本發明的例子，然而本發明也能夠適用于上述以外的設置在空調機中的直流無電刷電機以及設置在空調機以外的各種電氣設備內的直流無電刷電機中。
如以上所說明的那樣，如果依據本發明，則由于僅以基準定時作為基準設定向線圈繞組的通電切換定時，因此能夠避免每次切換定時的分散性對于通電間隔的影響，能夠減小該通電間隔的分散性，能夠防止發生轉矩不均勻·振動·異常聲音等不合適狀態。
權利要求
1．一種直流無電刷電機的控制方法，其特征在于來自檢測轉子位置的多個檢測器的檢測信號，把該轉子旋轉1周期間從通切換到斷或者從斷切換到通的切換定時的某一個設定為基準定時，僅以被設定的基準定時作為基準，設定對于多個線圈繞組的通電切換定時。
2．一種直流無電刷電機的控制方法，其特征在于來自檢測轉子位置的多個檢測器的檢測信號，把該轉子旋轉1周期間從通切換到斷或者從斷切換到通的切換定時的某一個設定為基準定時，計算轉子的前次1次旋轉中的基準定時和本次1次旋轉中的基準定時之間的上述切換定時的間隔的平均值，在本次基準定時至下次基準定時之間，根據上述計算出來的平均值間隔的定時，切換對于上述多個線圈繞組的通電。
3．如權利要求1或2所述的直流無電刷電機的控制方法，其特征在于把對于前后切換定時的相對時間間隔的分散性最小的切換定時設定為基準定時。
4．如權利要求1至3的任一項所述的直流無電刷電機的控制方法，其特征在于執行開始定時，是實際轉數與目標轉數之差小于預定值的狀態下，持續預定時間以上直流無電刷電機旋轉了的時刻。
全文摘要
在電機穩定工作后,測定UVW各相霍爾元件輸入,把輸入信號的邊緣定時的誤差最小的邊緣決定為定時點。而且,求出本次定時點與前次定時點之間的邊緣間隔的平均值TGT－CCT,在本次定時點至下次定時點之間,認為在TGT－CCT的時間間隔內已檢測出了邊緣,從各邊緣檢測定時開始,在T
文檔編號H02P27/04GK1230822SQ9910366
公開日1999年10月6日 申請日期1999年3月11日 優先權日1998年3月30日
發明者渡邊吉章, 礒部知典 申請人:三洋電機株式會社