[发明专利]无电刷直流电动机驱动控制方法及其装置以及电气机器

说明书

技术领域

本发明涉及一种无电刷直流电动机驱动控制方法及其装置以及电气机器，更详细地说，则是有关于一种利用电压型变频器来驱动无电刷直流电动机的无电刷直流电动机驱动控制方法及其装置，以及以借助无电刷直流电动机驱动控制装置而被驱动控制的无电刷直流电动机为驱动源的电气机器。

背景技术

效率高于AC电动机的电动机，则已知有取代转子绕线而将永久磁铁安装在转子上，而消除因为电流流经转子绕线所导致的二次铜损的无电刷直流电动机。

该无电刷直流电动机，在数十KW以下的中小容量范围内，已知与AC电动机相比较，其效率改善效果特别好。

此外，在该容量范围的无电刷直流电动机驱动系统中，用以驱动无电刷直流电动机的变频器乃使用电压型变频器或是电流控制型变频器。在此，电流控制型变频器具有与电压型反相器相同的主电路构造，且能够控制变频器而使得电动机电流能够成为所希望的值。

利用上述电压型变频器而来驱动无电刷直流电动机的系统，则如空调机、吸尘机、洗衣机那样，乃被搭载在一要求省电(高效率化)，且被大量生产的机器上。因此，对于变频部的波形控制，则从容易控制的观点来看，乃采用一利用120°通电波形，且构造简单而便宜的系统。(参照"Microcomputer-Controlled Brushless Motor withoutaShaft-Mounted Position Sensor”,T.Endo等IPEC-Tokyo 183,PP.1477-1488,1983,“无电刷电动机的控制装置”永田等，特公平5-72197号公报，“P.M.Brushless Motor Drivers:A Self-Commu-tating system without Rotor-Position Sensors”,p.Ferraris等，Ninth Annual Symposium-Incremental Motion Control Systemsand Devices,PP.305-312 1980)。又用于检测出无电刷DC电动机的磁极位置的构造，从减低成本的观念来看，不使用旋转编码器等昂贵的旋转位置检测器，而利用检测电动机感应电压来检测磁极位置或是采用一利用霍尔元件等构造简单的磁极位置检测器。

利用上述电流控制型变频器来驱动无电刷DC电动机的系统，对于最重视高速转矩响应，低转矩波纹(ripple)的工具机产业用机器人的伺服电动机最为适合。

在该系统中，无电刷DC电动机的电流与转矩系一旋转位置的函数，且著眼于比例关系，而采用一根据控制电路来决定(计算)变频器的输出电压而能够使得电流波形成为所希望的波形的闭路系统。因此，乃采用用于检测电动机旋转位置的精密的检测器，用于精密控制电动机电流的电流检测器，以及能够进行高速处理的控制器，同而成为一昂贵的系统。又，由于变频器会对应于电动机的状态而瞬时地被控制，因此，变频器的输出电压会经常变化。在上述利用电压型变频器来驱动无电刷DC电动机的系统中，则不管各电气角是否正负有180度，只有在电气角120°范围内变频器的各相开关才会导通，而在剩下的电气角60°的期间(在1个周期内，电气角为120°的期间)则成为无控制状态。

因此，在无控制期间内，变频器无法输出所希望的电压，而导致变频器的直流电压利用率低。因而，由于直流电压利用率低会导致无电刷DC电动机的端子电压变小，而使得运转范围变得狭窄(最高旋转数变低)。        

又，由于电动机端子电压变低，因此，在要得到与电动机端子电压未降低时同样的输出时，则不得不增加电动机电流，结果会导致电动机绕线电阻所造成的焦耳损失增加，而无法如所期待的那样提高无电刷DC电动机的效率。

更者，无电刷DC电动机转子的永久磁铁，则不管是否安装成使电气角约成为180°，由于只有可能使在电气角为120°范围内的电流朝所希望的方向流动，因此，磁通的利用率低。换言之，当要获得与磁通利用率未降低时相同的转矩时，则必须要增加电动机电流，由于电动机绕线电阻所造成的焦耳损失增加，因此，无法如所期待那样提高无电刷DC电动机的效率。

发明内容

本发明即是用于解决上述问题，其目的乃提供一种可以借助简单且便宜的控制来提高电压型变频器电压与电动机磁通的利用率，而达成无电刷DC电动机高效率化以及扩大运转范围的无电刷DC电动机驱动控制方法及其装置，以及以借助无电刷DC电动机驱动控制装置而被驱动控制的无电刷DC电动机为驱动源的电气机器。