CN111886791A - 电动机驱动装置和使用它的冷藏库 - Google Patents

Abstract

本发明的电动机驱动装置包括具有开关部(4a～4f)、通过开关部(4a～4f)对输入电力进行开关而向无刷DC电动机供给的逆变器(4)，和控制逆变器(4)的控制部(8)。控制部(8)间歇地取得无刷DC电动机(5)的旋转的位置信息，基于位置信息生成PWM控制信号，基于PWM驱动信号开关开关部(4a～4f)。开关部(4a～4f)基于PWM驱动信号，按每规定的载波数被控制为导通，且在从开关部(4a～4f)被控制为导通的规定的载波的开始时起、至少至控制部(8)最初取得位置信息的时间点为止的期间，被控制为导通。

Description

电动机驱动装置和使用它的冷藏库

技术领域

本发明涉及驱动无刷DC电动机的电动机驱动装置和使用它的冷藏库。

背景技术

现有技术中，在这种电动机驱动装置中，通过PWM控制驱动电动机。在PWM控制中，通过使PWM控制的导通宽度变化来增减PWM导通比率，从而控制对电动机的施加电压。因此，当前的电动机的旋转速度越小PWM导通比率就越低，当前的速度越大PWM导通比率就越高。此外，负载越轻PWM导通比率就越低，负载越重PWM导通比率就越高。

在PWM控制中，具有非同步PWM控制和同步PWM控制。非同步PWM控制是在电动机的驱动频率与PWM的载波频率之间不同步地进行运转的方法。同步PWM控制是使PWM的载波频率与电动机的驱动频率的整数倍同步的方法。

同步PWM控制在逆变电路的温度上升的抑制(例如，参照专利文献1)等，高负载时和高速驱动时等使用。此外，作为同步PWM控制中的位置检测方法，有使用同步分解器或霍尔元件等传感器并且使用电动机中流动的电流值的偏移的方法(例如，参照专利文献2)，以及检测电流值、使用dq坐标变换等进行推算的方法(例如，参照专利文献3)等。

图5是专利文献2记载的现有的电动机驱动装置。人图5所示，电动机驱动装置具有由无刷DC电动机101和用于驱动无刷DC电动机101的多个开关元件构成的逆变器102。此外，电动机驱动装置具有：检测无刷DC电动机101的角度的角度检测部103；检测无刷DC电动机101中流动的电流的电流检测部104；从由角度检测部103检测到的无刷DC电动机的角度和由电流检测部104检测到的电流值计算表示与目标电流的偏差的电流偏移量的电流偏移量计算部105；对无刷DC电动机101进行PWM控制的驱动信号生成部106；和相位信号修正部107，其根据电流偏移量计算部105计算的电流偏移量修正驱动信号生成部106生成的驱动信号，进行逆变器102的开关。

驱动信号生成部106根据由角度检测部103检测的无刷DC电动机101的相位角，生成适当的驱动信号。相位信号修正部107修正角度检测部103输出的相位角的偏差，进行逆变器102的驱动。由此，能够被施加适合于无刷DC电动机的相位角的电压，稳定地驱动无刷DC电动机101。

但是，在专利文献1中，并未公开关于电动机的相位的检测的详细情况。

此外，在专利文献2的电动机驱动装置中，在电动机的相位信息的取得中利用同步分解器等角度传感器，存在成本高的问题。

此外，在专利文献3的电动机驱动装置中，进行不使用传感器的无传感器控制，不过需要电流检测用的电流检测器和进行高度的计算的处理器等，存在成本高的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-134950号公报

专利文献2：日本特开2001-298992号公报

专利文献3：日本特开2012-110079号公报

发明内容

本发明提供能够利用廉价的结构进行无刷DC电动机的位置信息的检测、并且稳定地驱动电动机的电动机驱动装置。

本发明的电动机驱动装置包括：逆变器，其具有开关部，利用开关部将输入电力开关后供给到无刷DC电动机；和控制逆变器的控制部。控制部，间歇地取得无刷DC电动机的旋转的位置信息，基于位置信息，生成驱动开关部的PWM驱动信号，基于PWM驱动信号开关开关部。开关部基于PWM驱动信号，按每规定的载波数被控制为导通，并且，在从开关部被控制为导通的规定的载波的开始时起、至少至控制部最初取得位置信息的为止的时间点的期间，被控制为导通。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的、包含电动机驱动装置在内的整体结构的框图。

图2是表示该实施方式中的PWM驱动信号、以及无刷DC电动机的电流和端子电压的波形图。

图3是变更了PWM控制中的开关区间的情况下的PWM驱动信号的波形图。

图4是关于无刷DC电动机的速度控制的流程图。

图5是表示现有的电动机驱动装置的框图。

具体实施方式

本发明的一个方式的电动机驱动装置包括：逆变器，其具有开关部，利用开关部将输入电力开关后供给到无刷DC电动机；和控制逆变器的控制部。控制部，间歇地取得无刷DC电动机的旋转的位置信息，基于位置信息，生成驱动开关部的PWM驱动信号，基于PWM驱动信号开关开关部。开关部基于PWM驱动信号，按每规定的载波数被控制为导通，并且，在从开关部被控制为导通的规定的载波的开始时起、至少至控制部最初取得位置信息的为止的时间点的期间，被控制为导通。

根据这样的结构，不需要用于检测无刷DC电动机的相位的传感器。此外，也不需要用于进行用于检测无刷DC电动机的相位的复杂的时刻的计算的处理器。因此，能够以廉价的结构检测PWM控制的导通中所示的无刷DC电动机的位置信息。此外，能够可靠地取得无刷DC电动机的位置信息。因此，能够实现无刷DC电动机的稳定的驱动。

本发明的另一个方式的电动机驱动装置也可以为，开关部在从控制部最初取得位置信息的时间点起、至规定的载波的下一个载波的开始时为止的期间，从导通被控制为断开。

根据这样的结构，能够可靠地取得位置信息，并且变更PWM控制的导通比率。

本发明的又一方式的电动机驱动装置也可以为，连续的载波的各个载波的开始时刻与通电相的切换时刻同步。

根据这样的结构，能够进行无刷DC电动机的位置信息的检测，并且稳定地驱动电动机。

本发明的又一方式的电动机驱动装置也可以为，连续的载波的各个载波区间以驱动无刷DC电动机时的电角度0度为基准，与每电角度60度的区间同步。

根据这样的结构，能够进行无刷DC电动机的位置信息的检测，并且稳定地驱动电动机。

本发明的又一方式的电动机驱动装置也可以为，开关部在从规定的载波的开始时起至下一个载波的结束时为止的期间，持续被控制为导通，且在下一个载波的结束时被控制为断开。

根据这样的结构，能够可靠地取得位置信息，并且增大PWM控制的导通比率。

本发明的又一方式的电动机驱动装置也可以为，控制部基于从规定的载波的开始时起最初取得的位置信息，决定规定的载波的载波周期。

根据这样的结构，能够稳定地驱动电动机。

本发明的又一方式的电动机驱动装置也可以为，PWM驱动信号为矩形波。

根据这样的结构，无刷DC电动机的旋转的位置的检测所需的计算变得简单，能够受电动机驱动装置为廉价的结构。

本发明的又一方式的电动机驱动装置也可以为，控制部，从无刷DC电动机的感应电压取得无刷DC电动机的磁极位置的信息，作为无刷DC电动机的旋转的位置信息。

根据这样的结构，成为无刷DC电动机的各相的基准的感应电压的零交叉所示的时刻为PWM控制中的导通期间中。因此，能够高精度地进行无刷DC电动机的位置检测。

本发明的一个方式的电动机驱动装置包括：逆变器，其具有开关部，利用开关部将输入电力开关后供给到无刷DC电动机；和控制逆变器的控制部。控制部具有：检测驱动负载的无刷DC电动机的基准位置的位置检测部；和基于来自位置检测部的基准位置的信息生成驱动无刷DC电动机的波形的PWM生成部，至少在位置检测部检测出无刷DC电动机的基准位置的信息之前，使PWM生成部的输出的信号为导通。

根据这样的结构，能够可靠地检测PWM控制的导通中所示无刷DC电动机的位置信息，稳定地驱动无刷DC电动机。

本发明的又一方式的电动机驱动装置也可以为，由电动机驱动装置驱动的无刷DC电动机是驱动压缩机的电动机。

根据这样的结构，即使在驱动作为高温的密闭空间的压缩机的无刷DC电动机，也能够无传感器地进行位置检测，因此能够受电动机驱动装置为廉价的结构。

本发明的一个方式的冷藏库包括连接具有无刷DC电动机的压缩机、冷凝器、减压器和蒸发器而构成的制冷循环回路。无刷DC电动机由上述的任一电动机驱动装置驱动。

根据这样的结构，能够减少压缩机的低速时的运转率高的冷藏库的电力消耗，能够以廉价的结构有效地降低冷藏库的消耗电力。

(实施方式)

[1.整体结构]

图1是包含本发明的实施方式的电动机驱动装置在内的整体结构的框图。

如图1所示，电动机驱动装置13具有逆变器4和控制逆变器4的控制部8。

逆变器4具有开关部4a～4f。逆变器通过开关部4a～4f对输入电力进行开关而向无刷DC电动机5供给。

以下，更详细地进行说明。

图1所示的交流电源1是普通的工频电源。例如，在日本，是有效值为100V，频率为50Hz或60Hz的电源。

在整流电路2，被输入来自交流电源1的交流电力。整流电路2将所输入的交流电力整流成直流电力。整流电路2由被桥接的4个整流二极管2a～2d构成。

平滑部3与整流电路2的输出侧连接，使整流电路2的输出平滑。平滑部3由平滑电容器和电抗器(电感器)等构成。另外，平滑部3为了如图1所示那样电路结构的简化，也可以仅由平滑电容器构成。

另外，在使用电抗器的情况下，电抗器也可以插入至交流电源1与电容器之间。此外，电抗器也可以插入至整流二极管2a～2d的前后，即整流电路2的输入侧和输出侧的任一侧。此外，在使用电抗器的情况下，在电路设置构成高频去除单元的共模滤波器的情况下需要考虑电抗器与该高频去除单元的电抗成分的合成成分。

在本实施方式中，逆变器4将来自平滑部3的直流电力转换为交流电力。逆变器4具有作为开关部的6个开关元件4a～4f，这些开关元件4a～4f3相桥接构成。此外，在本实施方式中，6个回流电流用的二极管4g～4l以相对于各开关元件4a～4f的导通方向成为相反方向的方式，与各开关元件4a～4f并联连接。

无刷DC电动机5具有有永磁铁的转子5a和有3相绕组的定子5b。在逆变器4生成的3相交流电流流到无刷DC电动机5的定子5b的3相绕组，由此，转子5a旋转。此外，无刷DC电动机5的极数根据所要求的特性决定。无刷DC电动机5的极数在本实施方式中为4极，不过并不限定于此，也可以4极以外的极数。

控制部8例如包括存储控制程序的存储部(未图示)和执行该控制程序的运算处理部(未图示)。

在本实施方式中，控制部8间歇地取得作为无刷DC电动机5的旋转的相位角的信息的、位置信息。此外，控制部8基于所取得的位置信息生成PWM驱动信号。控制部8基于所生成的PWM控制信号开关开关部。此外，控制部8基于PWM驱动信号，按每规定的载波将开关部控制为导通，且在从规定的载波的开始时起、至少至最初取得位置信息的时间点为止的期间，将开关部控制为导通。

控制部8也可以如图1所示那样，例如包括位置检测部6、速度检测部7、PWM生成部10和驱动器部12。

位置检测部6作为无刷DC电动机5的旋转的位置信息，检测转子5a的磁极位置。在本实施方式中，位置检测部6基于在定子5b的3相绕组产生的感应电压，检测转子5a的磁极位置。更具体而言，位置检测部6检测无刷DC电动机5的端子电压的值，由此取得无刷DC电动机5的转子5a的磁极相对位置。另外，位置检测部6既可以以持续地检测无刷DC电动机5的端子电压的值的方式构成，也可以以在包含取得无刷DC电动机5的旋转的位置信息的时刻的一定的期间检测端子电压的值的方式构成。

另外，在本实施方式中，位置检测部6比较在定子5b的3相绕组产生的感应电压与成为基准的电压(基准电压)而检测零交叉，从而检测转子5a的相对的旋转位置。此处，与感应电压的零交叉相比较的基准电压既可以由3个相的端子电压的虚拟中点规定，也可以取得直流母线电压，由所取得的该电压规定。在本实施方式中，使用虚拟中点的值作为基准电压。如本实施方式那样，使用基于感应电压进行检测的方式作为无刷DC电动机5的位置的检测方法的情况下，不需要使用霍尔元件等，因此结构简单。因此，能够更廉价地构成电动机驱动装置。

速度检测部7检测无刷DC电动机5的旋转速度。在本实施方式中，速度检测部7从位置检测部6检测的位置信息计算无刷DC电动机5的、当前的驱动速度(旋转速度)和过去一转的平均速度(旋转速度)。具体而言，对于当前的速度，测量感应电压的零交叉的检测间隔的时间，从该时间计算当前的速度。此外，对于过去一转的平均速度，将感应电压的零交叉的检测间隔的时间记录无刷DC电动机5的一转的量，从一转的量的检测间隔的时间的和计算过去一转的平均速度。而且，这些计算在每次由位置检测部6检测感应电压的零交叉时进行。

PWM生成部10设定PWM控制中的导通比率(Duty)，生成PWM信号。此处，PWM控制中的导通比率(Duty)是指1个载波的载波周期中的导通期间的比例。PWM信号是具有载波周期和导通比率的信息的矩形波。关于载波周期，在后面叙述。

在本实施方式中，PWM生成部10在每次由位置检测部6检测感应电压的零交叉时，对由速度检测部7检测到的一转的平均速度与从外部输入的目标速度进行比较。而且，在与一转的平均速度相比目标速度更快的情况下，PWM生成部10以提高对无刷DC电动机5的施加电压的方式，设定PWM控制的导通比率。另一方面，在目标速度比一转的平均速度慢的情况下，PWM生成部10以降低向无刷DC电动机5施加的电压的方式，设定PWM控制的导通比率。此外，在目标速度与一转的平均速度一致的情况下，PWM生成部10以维持向无刷DC电动机5施加的电压的方式，设定PWM控制的导通比率。由此控制无刷DC电动机5的1个旋转的平均速度。

此外，PWM生成部10生成用于生成驱动无刷DC电动机5的旋转磁场的波形(电动机驱动波形)。在本实施方式中，电动机驱动波形为矩形波。由此，无刷DC电动机5的旋转的位置的检测所需的计算变得简单，能够使电动机驱动装置13成为廉价的结构。

PWM生成部10从由位置检测部6检测到的位置检测的时刻和由速度检测部7计算出的当前的驱动速度，计算通电的切换时刻。而且，以在各相之间切换通电相的方式，生成电动机驱动波形。

在本实施方式中，因为无刷DC电动机5是3相电动机，所以通电相的组合按电角度每60度一变。而且，在一个相的通电期间，反复进行基本上按电角度120度的通电和之后的60度的断开。

开关元件4a、4c、4e分别按电角度每120度偏离一次的方式，依次开始通电。开关元件4b、4d、4f也同样分别按电角度每120度偏离一次的方式依次通电开始。此外，开关元件4a与开关元件4b按电角度每180度偏离一次开始通电。同样，开关元件4c与开关元件4d按电角度每180度偏离一次开始通电，开关元件4e与开关元件4f按电角度每180度偏离一次开始通电。由此形成旋转磁场，无刷DC电动机5的转子5a旋转。

此外，PWM生成部10计算PWM信号的频率(载波频率)。载波频率从无刷DC电动机5的当前的驱动速度计算。

而且，PWM生成部10通过合成电动机驱动波形与PWM信号，生成PWM驱动信号。另外，PWM驱动信号也可以为矩形波。

在本实施方式中，PWM周期(载波周期)的开始时刻与无刷DC电动机5的通电相的切换的时刻同步。即，在本实施方式中，连续的载波的各个载波区间，以驱动无刷DC电动机5时的电角度0度为基准，与每电角度60度的区间同步。因此，开关部4a按与规定的载波的开始时刻相同的时刻导通。而且，至少至位置检测部6最初检测感应电压的零交叉为止，对开关部4a开启PWM的输出。即，开关部4a，基于PWM驱动信号、按每规定的载波数导通，在从开关部4a被控制为导通的规定的载波的开始时起至少至最初取得位置信息的时间点为止的期间，导通。此外，同样，开关部4b～4f也分别基于PWM驱动信号、按每规定的载波数导通，在从开关部被控制为导通的规定的载波的开始时起至少至最初取得位置信息的时间点为止的期间，导通。由此，能够进行无刷DC电动机5的位置信息的检测，并且稳定地驱动无刷DC电动机5。另外，上述的规定的载波在开关部4a～4f之间相互不同。

在本实施方式中，如上所述无刷DC电动机5为3相电动机，因此通电相的组合按电角度每60度一变。因此，PWM生成部10以使得开关部4a～4f作为规定的载波数每6载波通过PWM控制被控制为导通的方式，生成PWM驱动信号而输出。

在PWM控制的规定的载波的载波周期的开始时，该规定的载波的PWM控制的载波频率为未决定的状态。在至由位置检测部6检测感应电压的零交叉为止的期间，PWM被导通。而且，在感应电压的零交叉时，基于所取得的位置信息，决定该规定的载波的PWM控制的载波周期(载波频率)和PWM控制的断开的开始时刻。

另外，无刷DC电动机5的驱动速度例如如本实施方式那样由速度检测部7检测。速度检测部7在由位置检测部6检测到感应电压的零交叉时，检测驱动速度。感应电压的零交叉是用于驱动无刷DC电动机5的基准的位置。

驱动器部12基于PWM生成部10生成的PWM驱动信号，将逆变器4的开关元件4a～4f导通或断开(以下记作导通/断开)。更具体而言，驱动器部12基于PWM生成部10生成的PWM驱动信号，生成驱动信号，将该驱动信号输入至开关元件4a～4f的控制端子。

电动机驱动装置13除逆变器4以外，还可以包括整流电路2和平滑部3。而且，电动机驱动装置13也可以与交流电源1连接。此外，电动机驱动装置13也可以作为控制部8包括位置检测部6、速度检测部7、PWM生成部10、驱动器部12。这样构成的电动机驱动装置13驱动无刷DC电动机5。

作为压缩机20，使用回转式或涡旋式等任意的压缩方式(机构)。例如，在本实施方式中，压缩机20采用往复式。

在往复式的压缩机20中，通过与无刷DC电动机5的转子5a连接的曲轴(未图示)，转子5a的旋转运动转换为往复运动。而且，作为与曲轴连接的压缩构件的活塞(未图示)在气缸(未图示)内进行往复。由此，气缸内的制冷剂被压缩。

另外，往复式的压缩机的压缩时的制冷剂的泄漏少，特别是低速时的效率高。此外，往复式的压缩机即使在由于负载脉动而当前的驱动速度发生变动的情况下，也能够可靠地跟随速度变化。因此，能够在恰当的时刻进行驱动，因此效率高，能够抑制电力消耗。此外，特别是在低速驱动中，即使是在当前的驱动速度的变动大的情况下，也能够根据当前的驱动速度的变化改变PWM控制的载波周期，因此能够实现稳定的驱动。

在压缩机20压缩后的制冷剂依次通过冷凝器21、减压器22和蒸发器23，再次返回压缩机20。作为构成制冷循环的介质的制冷剂，在冷凝器21散热，在蒸发器23吸热。因此，能够进行利用与制冷剂的热交换的冷却和加热。

冷藏库30具有由压缩机20、冷凝器21、减压器22、蒸发器23构成的制冷循环回路，通过向冷藏室和冷冻室输送在蒸发器23冷却后的空气而冷却壳体的内部。

[2.电动机驱动装置]

接着，结合附图详细说明电动机驱动装置13。

图2是表示本实施方式中的PWM驱动信号以及无刷DC电动机的电流和端子电压的波形图。

首先，使用图2，说明PWM驱动信号、无刷DC电动机5与逆变器4的开关元件4a之间的电流、以及端子电压的变化。

图2(a)表示向开关元件4a输入的来自驱动器部12的驱动信号，图2(b)表示向开关元件4b输入的来自驱动器部12的驱动信号，图2(c)表示向开关元件4c输入的来自驱动器部12的驱动信号。此外，图2(d)表示向开关元件4d输入的来自驱动器部12的驱动信号，图2(e)表示向开关元件4e输入的来自驱动器部12的驱动信号，图2(f)表示向开关元件4f输入的来自驱动器部12的驱动信号。进一步，图2(g)表示在开关元件4a与无刷DC电动机5之间流动的电流。此外，图2(h)表示开关元件4a与无刷DC电动机5之间的端子电压。另外，图2(g)的电流的朝向以从开关元件4a向无刷DC电动机5去的朝向为正。

在图2的横轴，T1至T2、T2至T3、T3至T4、T4至T5、T5至T6和T6至T7的区间分别表示PWM控制至的1个载波的载波周期。在这些区间的各个区间，对3相中的至少1相进行开关。

具体而言，在T1至T2的区间，开关元件4b进行开关。同样，在T2至T3的区间，开关元件4e进行开关，在T3至T4的区间开关元件4d进行开关。此外，在T4至T5的区间，开关元件4a进行开关，在T5至T6的区间，开关元件4f进行开关，在T6至T7的区间，开关元件4c进行开关。

开关元件4a～4f各自在进行开关的规定的载波的区间(载波周期)，在前半导通，并且在后半断开。例如，关于开关元件4a的规定的载波是对应于T4至T5的区间载波。同样，关于开关元件4b～4f的各个开关元件的规定的载波分别是对应于T1至T2、T6至T7、T3至T4、T2至T3、T5至T6的区间的载波。另外，开关元件4a～4f各自也可以通过高活性驱动。而且，开关元件4a～4f在进行了开关的该规定的载波的下一载波的区间，持续导通(100％导通)，100％通电。

由此，开关元件4a～4f各自在断开时，电动机电流回流，导通中与断开中的电流的平衡变好，进行效率高的电动机驱动控制。

另外，T1中T7的6载波周期对应于无刷DC电动机5的电角度1个周期。开关元件4a～4f中，作为逆变器4的上侧的开关元件的4a、4c、4e各开关元件基于按电角度每120度相互偏离一次的波形开关。此外，作为逆变器4的下侧的开关元件的4b、4d、4f各开关元件也分别同样基于按每电角度120度相互偏离一次的波形开关。由此，能够制造旋转磁场，使无刷DC电动机5旋转。此外，因为本实施方式的无刷DC电动机5为3相4极，所以电角度2个周期对应无刷DC电动机5的一转。而且，通过重复电角度1个周期的通电图案，无刷DC电动机5持续旋转。

在本实施方式中，在T4至T5的区间，T4至T8的期间的开关元件4a导通。此时，如图2(g)所示，在T4～T8的区间电流单调增加。而且，T8至T5的期间的开关元件4a断开，电流单调减少。

在T5至T6的区间，开关元件4a成为100％导通，不过由于开关元件4f进行开关，因此发生电流的增减。

此外，在T6至T7的区间，开关元件4a断开，因此如图2(g)所示那样，在T6至T9的期间电流收敛为0。至电流成为0为止的期间(T6至T9的期间)，图2(g)所示的电流通过回流电流用的二极管4h流向无刷DC电动机5。因此，图2(h)所示的、开关元件4a与无刷DC电动机5之间的端子电压和接地之间仅为回流电流用的二极管4h的电位差。因此，端子电压徘徊在0V附近，在端子电压不出现感应电压。

此外，在T6至T7的区间，T9至T10的期间如图2(g)所示那样，从开关元件4a流向无刷DC电动机5的电流成为0。此外，如图2(h)所示，开关元件4c和开关元件4f导通，不过不与端子电压相接。因此，逆变器4的直流母线间电压的中点(图2(h)所示的一点划线)与感应电压的交点(T10)被作为感应电压零交叉检测。

在本实施方式中，在T9至T10的期间，至少至检测感应电压零交叉为止，通过PWM控制，导通开关元件4c。而且，根据目标速度与1个旋转的平均速度的差，增减PWM控制中的导通宽度。由此，能够可靠地进行位置检测。此外，位置检测进行1次就开关1次，开关损失非常小。因此，能够提高无刷DC电动机5的磁极位置的检测精度，降低损失，进行与负载相应的、任意速度的驱动。

PWM生成部10在由位置检测部6检测到感应电压零交叉时，进行PWM控制的载波频率的计算。因此，在图2所示的例子中，在T6至T7的区间，在检测感应电压零交叉的T10的时刻，决定载波频率。

载波频率如以下那样决定。首先，利用从上次的感应电压零交叉的检测的时刻至此次的感应电压零交叉的检测的时刻为止的时间的倒数，求取当前的驱动速度。接着，计算应该切换无刷DC电动机5的通电相的时刻且为下一个载波的载波周期的开始(现载波的载波周期的结束)的时刻，决定载波频率。而且，从计算出的载波频率，决定PWM控制中的断开的开始(PWM控制中的导通的结束)的时刻。在T10，与感应电压零交叉的时刻同时，对开关元件4c开始PWM控制中的断开。在这种情况下，作为PWM的导通比率，为50％。

另外，在图2中，表示PWM控制的导通比率为50％的情况，不过导通比率并不限定于此。例如，开关部4a～4f也可以在从自规定的载波的开始时起最初取得位置信息的时间点至规定的载波的下一个载波的开始时为止的期间，从导通被控制为断开。由此，能够使PWM控制的导通比率发生变化。

此外，开关部4a～4f也可以在从规定的载波的开始时至下一个载波的结束时为止的期间，持续被控制为导通，且在下一个载波的结束时被控制为断开。即，开关部4a～4f也可以以使得PWM的导通比率在连续的2载波成为100％的方式被控制。

这样，在本实施方式中，控制部8自取得位置信息起，对现载波(规定的载波)决定基于PWM控制的断开的开始(导通的结束)的时刻，并且决定基于下一个载波PWM控制的导通的时刻。因此，能够进行速度响应性高的控制。

接着，使用图2和图3说明进行开关的区间的差异。

图3是变更了PWM控制中的开关区间的情况下的PWM驱动信号的波形图。图3与图2一样，图3(a)～(f)分别表示开关元件4a～4f的驱动器信号(驱动信号)。此外，图3(g)表示从开关元件4a流向无刷DC电动机5的电流，图3(h)表示开关元件4a与无刷DC电动机5之间的端子电压。

如上所述，在图2中，开关元件4a在按电角度120度的通电区间中，在按前半的电角度60度的区间(T4至T5)进行开关，在按后半的电角度60度的区间(T5至T6)为100％通电。另一方面，在图3中，开关元件4a在按电角度120度的通电区间中，在按前半的电角度60度的区间(T404至T405)为100％通电，在按后半的电角度60度的区间(T405至T406)进行开关。即，开关区间的按电角度60度的区间(T405至T406)中，与图2的T4至T8一样，使前半(T405至T408)导通，使后半(T408至T406)断开。

在图3所示的情况下，关于开关元件4a的规定的载波是对应于T405至T406的区间的载波。而且，开关元件4a在从作为规定的载波的开始时的T405起至少至控制部8最初取得位置信息的时间点为止的期间，被控制为导通。另外，其它开关元件4b～4f也从各个规定的载波的开始时起与开关元件4a同样地控制。

此外，在图3所示的情况下，在T404至T406的按电角度120度的区间，开关的导通和断开各为1次，因此逆变器4的开关损失更低。

此外，图2(h)所示的端子电压与图3(h)所示的端子电压不同。但是，在作为进行位置检测的区间的、图2的T9至T10的区间与图3的T409至T410的区间，端子电压的波形是彼此相似的波形。因此，在图3所示的情况下，也与图2所示的情况一样，能够准确地进行位置检测。此外，关于电流，图2(g)所示的波形与图3(g)所示的波形成为大致相同的波形，能够得到同等转矩。

[3.电动机的速度控制]

接着，使用图4对基于PWM控制的无刷DC电动机5的速度控制进行详细说明。

图4是关于基于速度检测和PWM控制的电动机的速度控制的流程图。

首先，判定是否已经检测出作为无刷DC电动机5的磁极位置的基准的感应电压零交叉(步骤101)。判定的结果，如果未检测出感应电压零交叉则再次转移至步骤101，再次进行判定(步骤101，否(No))。例如，位置检测部6检测感应电压零交叉，速度检测部7进行该判定。

另一方面，如果检测出感应电压零交叉，则转移至步骤102(步骤101，是(Yes))。

接着，从感应电压零交叉的检测间隔，计算无刷DC电动机5的当前的驱动速度(步骤102)。因为无刷DC电动机5是3相4极电动机，所以在电动机一个旋转的期间，感应电压零交叉发生12次。即，控制部8间歇地取得无刷DC电动机5的位置信息。由此，通过将1秒除以零交叉的位置检测间隔的12倍，能够计算作为无刷DC电动机5的每1秒钟的转数的、当前的驱动速度。此时，1个旋转的平均速度也一并计算。1个旋转的平均速度能够通过对作为1个旋转的期间的位置检测次数的12次的位置检测间隔进行合计、取倒数来计算。当将1秒除以合计出的位置检测间隔时，能够计算每1秒钟的1个旋转的平均速度。例如，在本实施方式中，速度检测部7计算无刷DC电动机5的当前的驱动速度。当计算结束时，转移至步骤103。

接着，判定在步骤102计算出的1个旋转的平均速度是否比由外部输入的目标速度快(步骤103)。虽然目标速度从外部输入，不过，例如在冷藏库30，根据冷藏库30的库内的温度决定。例如，如果冷藏库30的库内温度比预先作为适合于食品保存的温度决定的目标温度高(STPE103，否)，则设定高的目标速度而提高冷却能力。另一方面，如果冷藏库30的库内温度比目标温度低(STPE103，是)，则设定低的目标速度而降低冷却能力。特别是在冷藏库30的电源投入时等库内未冷却的状态下，目标速度设定得高。当前的1个旋转的平均速度如果比该目标速度快(步骤103，是)，则转移至步骤104。

在步骤104，PWM生成部10生成的PWM控制的导通比率(Duty)过剩，因此使PWM控制的导通比率减少(步骤104)，转移至步骤105。

在步骤105，从PWM生成部10的PWM控制的导通比率和由速度检测部7检测出的无刷DC电动机5的当前的驱动速度，计算PWM生成部10的PWM载波周期。然后，计算接下来按PWM控制导通的时刻和切换向无刷DC电动机5切换的通电图案的换向时刻而进行设定。

例如，在步骤102计算出的当前的驱动速度为20Hz。在这种情况下，作为1个旋转的位置检测次数12和20Hz的积的倒数的12.5/3ms成为从前一无刷DC电动机5的通电相的切换时刻起至下一次通电相的切换时刻为止的时间，以其为PWM载波周期。而且，该PWM载波周期的倒数成为载波频率。

在步骤106，从在步骤105计算出的载波周期和由PWM生成部10决定的PWM导通比率，决定现载波(规定的载波)的PWM控制的断开时刻。例如，无刷DC电动机5的当前的驱动速度为20Hz，PWM控制的导通比率为60％。在这种情况下，作为PWM周期12.5/3ms和60％的积的2.5ms成为现载波的PWM控制的开始时起的导通时间，经过该时间的时刻成为切换为断开的时刻。然后，设定这样计算出的、切换为断开的时刻，退出处理。

另一方面，在步骤103，由速度检测部7检测出的无刷DC电动机5的1个旋转的平均速度比目标速度慢或与目标速度一致的情况下(步骤103，否)，转移至步骤107。

在步骤107，判定由速度检测部7检测到的无刷DC电动机5的1个旋转的平均速度是否比目标速度慢。如果平均速度比目标速度慢(步骤107，是)，则转移至步骤108。

在步骤108，使无刷DC电动机5的1个旋转的平均速度上升，因此使PWM生成部10生成的PWM控制的导通比率(Duty)增加。然后，依次向步骤105和步骤106转移。

另一方面，在步骤107，目标速度与无刷DC电动机5的1个旋转的平均速度一致的情况下(步骤107，否)，维持PWM生成部10的PWM控制的导通比率，向步骤105和步骤106转移。

通过重复进行这些处理，PWM生成部10能够在无刷DC电动机5的1个旋转的速度相对于目标速度不足而需要加速的情况下，进行加速。此外，在无刷DC电动机5的1个旋转的速度相对于目标速度过剩而需要减速的情况下，进行减速。此外，如果无刷DC电动机5的1个旋转的速度与目标速度一致，则能够维持1个旋转的平均速度。

此外，PWM生成部10按电角度每60度切换通电相。由此，生成用于使无刷DC电动机5旋转的旋转磁场。

另外，在进行图4的流程的处理之前，生成通电相的切换的图案。而且，关于对各通电相施加什么程度的电压，在哪个时刻切换通电相，按照图4的流程决定。

此外，通过PWM生成部10进行的PWM控制的导通比率的下限也可以为50％。由此，PWM控制的导通至少持续至位置检测部6进行的感应电压零交叉检测的时刻为止。因此，能够检测感应电压的零交叉。

另外，在通过PWM生成部10进行的PWM控制的导通比率的下限以下，不能由PWM生成部10进行速度控制。但是，能够通过增多无刷DC电动机5的定子5b的绕组的匝数或增强转子5a的磁力等，调整感应电压。于是，由此，即使在按系统的通常运转所需的最低速度、且最小负载的情况下，能够使得PWM生成部10的PWM控制的导通比率高于下限。

本发明的电动机驱动装置13在检测成为无刷DC电动机5的各相的基准的、电角度0度和180度的时刻将通电导通，即，按每规定的载波开关4a～4f导通，因此不需要进行用于无传感器地检测无刷DC电动机5的相位的复杂的时刻的计算。因此，能够可靠地检测PWM控制中的导通期间中所示的无刷DC电动机5的位置信息，进行稳定的无刷DC电动机5的驱动。

此外，在为了无传感器地进行位置检测而不能配置传感器的情况下，例如在高温的密闭空间等中也能够驱动无刷DC电动机5。

此外，用于驱动无刷DC电动机5的开关次数少。因此，通过应用于电动机驱动装置13的损失中、开关损失成为支配性的低速时的无刷DC电动机5的驱动，能够有效地降低电力消耗。

[4.压缩机]

接着，对在压缩机20应用电动机驱动装置13的情况进行说明。

在压缩机20，无刷DC电动机5在高温气氛、制冷剂气氛且油气氛中配置。因此，在无刷DC电动机5安装位置传感器明显困难。因此，多数情况下，需要能够不使用传感器检测用于电动机驱动的磁极位置的、无传感器技术。

电动机驱动装置13能够利用能够在压缩机20的外部进行检测的无刷DC电动机5的感应电压检测、取得收纳于压缩机20的内部的、无刷DC电动机5的转子5a的磁极位置。在本实施方式中，具体而言，位置检测部6进行转子5a的磁极位置的检测。

此外，至少通过PWM控制将开关部导通至由位置检测部6检测感应电压零交叉为止。由此，能够利用位置检测部6可靠地检测感应电压零交叉。因此，即使是无传感器，也能够高精度地驱动无刷DC电动机5。

此外，在本实施方式中，压缩机20采用往复式的压缩方式。因此，在冷藏库等以低速驱动的时间长的系统中，效率非常高。但是，在往复式的压缩方式中，由于分别进行压缩工序和吸入工序，所以周期性地产生大的转矩脉动。因此，在控制的响应性差的情况下，对定子5b的通电与转子5a的位置偏离，效率变差。因此，在本实施方式的电动机驱动装置13中，为了抬高控制的响应性，检测无刷DC电动机5的当前的驱动速度。具体而言，速度检测部7按由位置检测部6检测的每个感应电压零交叉，基于图2或图3所示的感应电压零交叉检测间隔，检测当前的驱动速度。而且，通过变更PWM生成部10进行的PWM控制的导通时间和载波频率，对周期性的转矩的变化和速度的变化也能够瞬间应对。

[5.冷藏库]

接着，说明使用上述的压缩机20的冷藏库30。如图1所示，冷藏库30的压缩机20由电动机驱动装置13驱动。

冷藏库30因库内的负载和外部空气温度等，所需的负载发生大幅变动。冷藏库30的运转状态中，时间上占有最大的比例的是食品等库内的负载充分冷却的状态下的运转状态。在这样的运转状态下，压缩机20的压缩负载减少，无刷DC电动机5以低速且低负载运转。而且，越是低速且低负载，逆变器4的导通损失越少，逆变器4的全部损失中的开关损失的比例越大。

在本实施方式中，以高精度地检测无刷DC电动机5的磁极位置、进行无刷DC电动机5的通电相的切换的周期为1个载波，进行无刷DC电动机5的驱动。因此，能够在开关次数非常少的状态下进行无刷DC电动机5的驱动。因此，特别是在逆变器4的开关损失的比例大的、低速或低负载的区域，能够大幅提高应用电动机驱动装置13的冷藏库30的节能性能。

另外，在图1中表示电动机驱动装置13与冷藏库30分别地设置的例子，不过与电动机驱动装置13也可以冷藏库30一体地设置。

工业上的可利用性

本发明的电动机驱动装置能够减少低速运转时的逆变电路的损失，因此能够不仅在冷藏库而且在冷气机、自动售货机、展示柜和热泵热水器等中的驱动压缩机的电动机中应用。

附图标记说明

1 交流电源

2 整流电路

2a、2b、2c、2d 整流二极管

3 平滑部

4 逆变器

4a、4c、4e 开关元件(开关部)

4b、4d、4f 开关元件(开关部)

4g、4i、4k 二极管

4h、4j、4l 二极管

5无刷DC 电动机

5a 转子

5b 定子

6 位置检测部

7 速度检测部

8 控制部

10 PWM生成部

12 驱动器部

13 电动机驱动装置

20 压缩机

21 冷凝器

22 减压器

23 蒸发器

30 冷藏库。

Claims (11)

1.一种电动机驱动装置，其特征在于，包括：

逆变器，其具有开关部，利用所述开关部将输入电力开关后供给到无刷DC电动机；和

控制所述逆变器的控制部，

所述控制部，

间歇地取得所述无刷DC电动机的旋转的位置信息，

基于所述位置信息，生成驱动所述开关部的PWM驱动信号，

基于所述PWM驱动信号开关所述开关部，

所述开关部基于所述PWM驱动信号，按每规定的载波数被控制为导通，并且，在从所述开关部被控制为导通的规定的载波的开始时起、至少至所述控制部最初取得所述位置信息的为止的时间点的期间，被控制为导通。

2.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于：

所述开关部在从所述控制部最初取得所述位置信息的所述时间点起、至所述规定的载波的下一个载波的开始时为止的期间，从导通被控制为断开。

3.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于：

所述开关部在从所述规定的载波的开始时起至下一个载波的结束时为止的期间，持续被控制为导通，且在所述下一个载波的结束时被控制为断开。

4.如权利要求1～3中的任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于：

连续的载波的各个载波的开始时刻与通电相的切换时刻同步。

5.如权利要求1～4中的任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于：

连续的载波的各个载波区间以所述无刷DC电动机被驱动时的电角度0度为基准，与每电角度60度的区间同步。

6.如权利要求1～5中的任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于：

所述控制部基于从所述规定的载波的所述开始时起最初取得的所述位置信息，决定所述规定的载波的载波周期。

7.如权利要求1～6中的任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于：

所述PWM驱动信号为矩形波。

8.如权利要求1～7中的任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于：

所述控制部，从所述无刷DC电动机的感应电压取得所述无刷DC电动机的磁极位置的信息，作为所述无刷DC电动机的旋转的所述位置信息。

9.一种电动机驱动装置，其特征在于，包括：

逆变器，其具有开关部，利用所述开关部将输入电力开关后供给到无刷DC电动机；和

控制所述逆变器的控制部，

所述控制部具有：

检测驱动负载的所述无刷DC电动机的基准位置的位置检测部；和

基于来自所述位置检测部的所述基准位置的信息生成驱动所述无刷DC电动机的波形的PWM生成部，

至少在所述位置检测部检测出所述无刷DC电动机的基准位置的信息之前，使所述PWM生成部的输出的信号为导通。

10.如权利要求1～9中的任一项所述的电动机驱动装置，其特征在于：

所述无刷DC电动机为驱动压缩机的电动机。

11.一种冷藏库，其特征在于：

包括连接具有无刷DC电动机的压缩机、冷凝器、减压器和蒸发器而构成的制冷循环回路，

所述无刷DC电动机由权利要求1～10中的任一项所述的电动机驱动装置驱动。

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