[发明专利]电动机驱动装置以及使用它的压缩机和冰箱

说明书

技术领域

本发明涉及驱动无刷直流电动机的电动机驱动装置以及使用该电动机驱动装置的压缩机和冰箱。

背景技术

现有的电动机驱动装置，为了扩展无刷直流电动机的驱动范围，对低负载下的驱动和高负载下的驱动进行切换来控制。即，现有的电动机驱动装置，在低负载下通过脉冲宽度调制(PWM)反馈控制，来进行基于无刷直流电动机的旋转位置的速度控制。此外，在专利文献1中公开的现有的电动机驱动装置，在高负载下进行以一定周期切换无刷直流电动机的通电相位的同步驱动。图10是表示在专利文献1中记载的现有的电动机驱动装置的框图。

在图10中，电源101是一般的商用电源，在日本是有效值为100V的50Hz或60Hz的交流电源。整流平滑电路102以交流电源101作为输入，对直流电力进行整流平滑，其由桥连接的四个整流二极管102a～102d和平滑电容器102e、102f构成。逆变器103是将六个开关元件103a～103f进行三相全桥连接而构成的。逆变器103将来自整流平滑电路102的直流电力转换为交流电力，并向无刷直流电动机104供给任意的电压和频率的交流电力。无刷直流电动机104由具有永久磁铁的转子和具有三相星型接线的绕组的定子构成。

反向电压检测电路105基于在无刷直流电动机104的定子绕组中产生的反向电压来检测转子的相对位置。驱动电路106使逆变器103的开关元件103a～103f导通/断开。换向电路107在以定常状态驱动无刷直流电动机104的情况下，根据反向电压检测电路105的输出来决定使开关元件103a～103f的哪一个开关元件导通。同步驱动电路108在以无刷直流电动机104作为同步电动机进行驱动的情况下，输出规定频率、规定电压(规定占空比)。

切换电路109将传送到驱动电路106的信号切换为换向电路107的信号或同步驱动电路108的信号。PWM控制电路110仅切断逆变器103的开关元件103a～103f的上侧臂或下侧臂的开关元件，进行PWM控制。通过使脉冲宽度的占空比(脉冲周期中的导通周期的比例)提高/降低，使输出电压上升/下降。负载状态判定电路111根据来自反向电压检测电路105的信号来判定无刷直流电动机104的负载状态，决定切换电路109的驱动模式的切换。负载状态判定电路111由第一计时器电路112、第二占空比判定电路113和相位判定电路114构成。第一计时器电路112在由同步驱动电路108进行的驱动开始时启动计时器，经过一定时间后终止计时器。占空比判定电路113在占空比为最大(100％)时，检测最大负载。

相位判定电路114检测反向电压检测电路105的信号与同步驱动电路108的信号的相位差，获知当前的负载状态。频率调整电路115检测反向电压检测电路105的信号与同步驱动电路108的信号的相位差，当该相位差小于规定值时，降低来自同步驱动电路108的输出频率。

具有上述结构的现有的电动机驱动装置，由于对电动机的负载增大，所以无法通过在检测无刷直流电动机104的转子的同时进行反馈控制来保持规定速度。因此，现有的电动机驱动装置，切换到开环控制的同步驱动，切换到目标旋转速度一定的换向。在切换到同步驱动之后，在经过由第一计时器电路112计时的一定时间之后，再次返回至反馈控制。

因此，电动机的转子相对于换向定时滞后。即，相对于感应电压的相位，端子电压的相位相对超前，电流的相位与感应电压的相位相比也同样为超前相位。由此，因为同步驱动时成为与弱磁控制相同的状态，所以能够简单地扩展无刷直流电动机104的驱动范围。

此外，即使是为了提高电动机的效率而牺牲了最高转速的低扭矩电动机，也扩大驱动范围，使得在最大负载点能够得到期望的转速。并且，在通常负载下进行反馈控制，由此以更高的效率驱动高效率的电动机。

然而，上述现有的结构，通过开环以一定的换向周期同步驱动高速高负载下的无刷直流电动机。因此，在一定的低负载范围内，感应电压以与负载相应的一定的滞后相位跟随施加电压。即，无刷直流电动机的转子以与负载相应的一定的滞后相位跟随换向。此外，根据感应电压和施加电压的关系，电流的相位确定。其结果是，无刷直流电动机的感应电压、施加电压、绕组电流的相位关系在一定的状态下稳定，并且扩展能够驱动的负载范围。