逆变器控制器、压缩机和家用电器的制作方法

专利名称：逆变器控制器、压缩机和家用电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在无刷DC电动机中使用的逆变器控制器。本发明还涉及压缩机和诸 如电冰箱的家用电器。
背景技术：
常规的逆变器控制器已经进行广角控制(wide angle control)，在该广角控制 中，将通电角增大到高达120度的电角度以增大逆变器的工作范围，从而提高逆变器控制 器的输出。专利文献1公开了这样的逆变器控制器的实例。120度电角度的通电波形已经被普遍地采用，因为其允许容易地控制逆变器。在 无刷DC电动机的驱动系统中，尽管可利用180度电角度，但是逆变器的各个相的开关仅在 120度电角度的范围内是导通的。因此留下剩余60度的范围不受控制。在该不受控制的范围期间，逆变器不能输出期望的电压，使得逆变器对DC电压的 利用率被迫停留在低水平。该低利用率导致DC无刷电动机的端子电压较低，从而减小电动 机的工作范围，即最大rpm被迫停留在低水平。专利文献1因此公开了将电压型逆变器的通电角设置为大于120度电角度并且不 大于180度电角度的给定值，使得不受控制的范围变得小于60度电角度。结果，电动机的 端子电压得到了提高并且工作范围可以得到增大。近年来，永磁体被埋置在转子中以获得更高的电动机效率，因为该结构除了允许 产生由磁体引起的扭矩之外，还允许产生由磁阻引起的扭矩。该内置磁体型DC无刷电动机 因此可以有利地获得总体上更大的扭矩而不增大电动机电流。相位超前控制(phase-advancing control)被执行以便充分利用该磁阻扭矩。相 位超前控制使逆变器的电压相位相对于电动机的感应电压超前。该控制方法还可以高效地 利用弱化的磁通量以提高输出扭矩。压缩机采用逆变器控制器；然而，从环境状况、可靠性和维修的观点来看，逆变器 控制器不使用诸如霍尔元件的传感器。换言之，压缩机采用无传感器式逆变器控制器，其利 用在定子布线上发生的感应电压来感测转子的磁极位置。该无传感器式逆变器控制器通常 利用不受控制的范围(即60度电角度)来观测在上和下臂的开关被关断时在电动机端子 处发生的感应电压，从而获得转子的磁极位置。在下文中参照图13-15详细描述上述常规逆变器控制器。图13示出常规逆变器 控制器的结构。图14示出常规逆变器控制器的关于在执行广角控制时负荷扭矩与rpm之 间关系的特性。图15示出在执行150度电角度的广角控制时常规逆变器的各个部分的信 号波形以及处理内容。磁极位置感测电路10由差动放大器11、积分器12和过零比较器13形成。连接 成Y形的定子绕组3u、3v和3w的中性点3d处的电压经由电阻器Ila供应到放大器lib的 反转输入端子。连接成Y形的电阻器4u、4v和4w的中性点4d处的电压直接供应到放大器 lib的非反转输入端子。在输出端子和反转输入端子之间连接电阻器11c，使得放大器lib作为差动放大器11工作。来自放大器11的输出端子的输出信号被供应到由串联连接在一起的电阻器12a 和电容器12b形成的积分器12。来自积分器12的输出信号(电阻器12a和电容器12b之间的连接点处的电压) 被供应到过零比较器13的非反转输入端子。中性点3d处的电压被供应到该非反转输入端 子。比较器13从其输出端子输出磁极感测信号。放大器11、积分器12和过零比较器13形 成可以感测无刷DC电动机3的转子3r的磁极位置的磁极位置感测电路10。从感测电路10输出的磁极位置感测信号被供应到微处理器20，在该微处理器20 中，信号经历相位校正以测量周期或设置相位角和通电角。该感测信号然后计算每电角度 周期的计时器值，并确定开关晶体管Tru、Trx, Trv, Try、Trw和Trz的换流信号。微处理器20基于rpm指令输出电压指令，该微处理器20以PWM(脉宽调制)来 调制电压指令，并基于rpm指令与实际rpm之间的差来控制PWM信号的占空比(即通/断 比)，以输出覆盖三个相的脉宽调制(PWM)信号。如果实际rpm低于指示的rpm，则微处理 器20增大占空比，并且如果实际rpm高于指示的rpm，则微处理器20减小占空比。PWM信号被供应到驱动电路30，驱动电路30然后输出驱动信号以将其供应到开关 晶体管Tru、Trx、Trv、Try、Trw和Trz的各个基极端子。在下文中参照图15说明前述逆变器控制器在加电时的操作，其中信号(A)-(C)与 无刷DC电动机3的U相、V相和W相的感应电压Eu、Ev和Ew相对应。信号㈧-(C)以各 相位彼此之间相移120度的状态变化。信号(D)从差动放大器11输出，并且信号(E)从积分器12供应且形状为积分波 形，该积分波形被供应到过零比较器13，由此输出在过零点处上升和下降的励磁切换信号 作为磁极位置感测信号，即信号(F)。在励磁信号的上升和下降处启动的相位校正计时器Gl以及由第一相位校正计时 器Gl启动的第二相位校正计时器G2使换流模式即逆变器模式(信号N)前进一步。基于W相的感应电压波形来计算U相的通电定时，并且第一相位校正计时器Gl可 以控制逆变器的相位超前量。在图7中，通电角被设置为150度，并且相位超前角被设置为 60度。第一计时器Gl因此具有与45度相对应的值，并且第二计时器G2具有与30度相对 应的值。结果，相应于各个逆变器模式，开关晶体管Tru、Trx, Trv, Try、Trw和Trz的开关 状态可被控制为如信号(H)-(M)所示。通电期间被设置在120-180度之间的无刷DC电动机3可以如上所述进行驱动，使 得逆变器电压的相位可以超前于电动机的感应电压的相位。前述常规结构基于转子3r的旋转来感测在定子绕组3u、3v和3w上发生的感应电 压，并利用具有90度延迟的积分器12来移动这些感应电压的相位，从而获得与转子3r的 磁极相对应的位置感测信号。基于位置感测信号来确定定子绕组3u、3v和3w的通电定时。 结果，图13中所示的技术对急剧加速或急剧减速的响应较差，这是因为该技术采用具有90 度的相位延迟的积分器12。因此，在例如专利文献2中提出了响应性得到了改善的位置感测电路。在下文中 参照图16-17描述专利文献2中公开并且采用响应性得到改善的位置感测电路的另一常规逆变器控制器。图16示出专利文献2中公开的逆变器控制器的结构，并且图17示出图16所示的 常规逆变器的各个部分的信号波形以及处理内容。如图16所示，在DC电源001的端子之间，三对开关晶体管Tru、Trx、Trv、Try、Trw 和Trz分别串联连接在一起，从而形成逆变器电路140。无刷DC电动机105由转子105r和 具有带分布绕组的四个极的定子105s形成。永磁体105a和105b埋置在转子105r中，即 电动机105是内置磁体型。各对开关晶体管的连接点连接于连接成Y形的各个相的定子绕组105u、105v和 105w的端子。前述连接点还连接到也连接成Y形的电阻器107、108和109。保护性回流二 极管Du、Dx、Dv、Dw和Dz连接在开关晶体管Tru、Trx, Trv、Try、Trw和Trz的各个集电极 和发射极之间。电阻器101、102在母线103和母线104之间串联连接在一起，并且它们的共同连 接点(即感测端子ON)被假定为在虚拟中性点处输出电压VN。电压VN与DC电源001的半 电压相对应，即与无刷DC电动机105的定子绕组105u、105v和105w的中性点处的电压相对应。比较器106a、106b和106c经由它们的非反转输入端子(+)处的电阻器107、108 和109连接到输出端子0U、OV和0W。它们的反转输入端子(_)连接到感测端子ON。这些 比较器105a、106b和106c的输出端子连接到作为逻辑部工作的微处理器110的输入端子 II、12和13。微处理器110的输出端子01-06工作以经由驱动电路120驱动晶体管Tru、 Trx、Trvλ Try、Trw 禾口 Trz0电动机105具有带分布绕组的四个极，并且转子105r具有设置在其表面上的永磁 体105a、105b,即电动机是表面磁体型，使得通电角被设置为120度，并且超前角被设置为0度。在下文中参照图17描述该常规逆变器控制器的操作。信号(A)-(C)指示在正常 工作期间定子绕组105u、105v和105w的端子电压Vu、Vv和Vw。这些端子电压示出从逆变 器电路140供应的电压Vua、Vva、Vwa，在定子绕组105u、105v、105w上发生的感应电压Vub、 Vvb, Vwb,以及通过逆变器电路140中的二极管Du、Dx、Dv、Dy、Dw、Dz中的任何一个的导通 而产生的脉冲状尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc的合成波形。比较器106a、106b、106c将这些端子电压Vu、Vv、Vw与虚拟中性点处的电压VN(即 DC电源001的半电压)进行比较，并且比较器输出信号PSu、PSv、PSw作为信号⑶-(F)。在这种情况下，来自比较器的输出信号PSu、PSv, PSw由指示前述感应电压Vub、 Vvb, Vwb的正状态、负状态和相位的时间段PSua、PSva, PSwa以及与脉冲状信号Vuc、Vvc, Vwc相对应的时间段PSub、PSvb, PSwb形成。脉冲状信号VUC、VvC、VWC被等待计时器忽视，使得结果，来自比较器的输出信号 PSu、PSv、PSw指示感应电压Vub、Vvb、Vwb的正状态、负状态和相位。微处理器110基于从比较器供应的信号PSu、PSv、PSw的状态来识别由信号(G)指 示的六个模式A-F，并且输出从输出信号PSu、PSv、PSw改变它们的电平的时刻延迟30度电 角度的驱动信号DSu (信号J) -Dsz (信号0)。各个模式A-F的持续时间T(H)指示60度电角度，并且模式A-F的持续时间的一半(信号I)(即T/2)指示与30度电角度相对应的时间延迟。如上所述，专利文献2中公开的技术利用响应于电动机105的转子105r的旋转而 在定子绕组105u、105v、105w上发生的感应电压来感测转子105r的位置和状态。除此之外， 感测感应电压的时间变化T，以便基于对定子绕组105u、105v、105w的通电模式和定时来确 定驱动信号。所确定的驱动信号被用于对各个相的定子绕组进行通电。专利文献1中公开的常规结构提出了可以感测180度电角度范围内的磁极的磁极 位置感测电路10。然而，积分器的使用引起了 90度电角度的延迟，使得电路10对rpm的急 剧变化(例如负荷变化)的响应较差，并且电动机有时会陷入不同步或者停止工作。专利文献2中公开的另一常规结构提出了免除90度电角度延迟的位置感测电路。 然而，该电路采用将通电角扩大到超过120度的广角控制，或者执行使逆变器的电压相位 相对于电动机的感应电压的相位超前的相位超前控制。换言之，定子绕组105u、105v、105w 的绕组匝数被增大以获得更高的效率。该结构既会引起电感的增加又会引起尖峰电压的宽 度的增加，使得可感测的位置范围减小。使用具有集中绕组的定子将会提高效率和输出扭矩；然而，在这种情况下，当该无 刷DC电动机105采用六个极时，可感测的位置范围被减小为采用四个极的情况的机械角的 2/3。然而，如上所述，这些技术想法，诸如广角控制、相位超前控制、增加绕组匝数和增 加极数，结果会减小机械角的可感测的位置范围。当伴随着rpm的急剧变化而发生负荷或 电压变化时，上面讨论的这些技术想法会使电动机在感测位置时失败，使得电动机陷入不 同步并停止工作。专利引证1 国际公开第95/27328号单行本专利引证2 日本特开第HO1-8890号

发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠的逆变器控制器，其可以响应于负荷或电压的急 剧变化所引起的可感测位置范围的减小而瞬时地改变通电角，从而防止电动机陷入不同步
并停止工作。本发明的逆变器控制器包括以下结构元件(a)用于驱动无刷DC电动机的逆变器电路；(b)用于感测电动机的感应电压以及在逆变器电路中对换流(commutation)进行 切换时发生的尖峰电压的位置感测电路；(c)用于基于由位置感测电路感测的感应电压来感测电动机的转子的旋转位置和 rpm,并输出转子的旋转位置感测信号的位置感测确定部；(d)用于测量尖峰电压的持续时间的尖峰电压确定部；(e)用于基于无刷DC电动机的电动机电流的通电角、电动机电流相对于感应电压 的相位超前以及rpm来设置从转子的位置感测信号的输出到逆变器电路开始换流之间的 时间的换流控制器；以及(f)用于在给定角度范围内改变逆变器电路的通电角的电角度的通电角控制器。上述结构允许逆变器电路的通电角在比以下情况下的电角度的给定角度范围的下限更大的范围内减小转子的位置感测信号的各输出之间的间隔与从发生位置感测信号 开始直到逆变器电路开始换流的时间加上尖峰电压的持续时间的总时间之间的时间差变 得比预定基准时间短。本发明的另一逆变器控制器包括以下结构元件(a)用于驱动无刷DC电动机的逆变器电路；(b)用于感测电动机的感应电压的位置感测电路；(c)用于基于由位置感测电路感测的感应电压来输出转子的位置感测信号的位置 感测确定部；(d)用于设置在位置感测确定部开始感测感应电压之前的等待时间的位置感测等 待部；(e)用于基于无刷DC电动机的电动机电流的通电角、电动机电流相对于感应电压 的相位超前以及rpm来设置从转子的位置感测信号的输出到逆变器电路开始换流之间的 时间的换流控制器；以及(f)用于在给定角度范围内改变逆变器电路的通电角的电角度的通电角控制器。上述结构允许逆变器电路的通电角在比以下情况下的电角度的给定角度范围的 下限更大的范围内减小位置感测确定部执行的各位置感测之间的间隔与位置感测等待部 所设置的等待时间之间的时间差变得比预定基准时间短。上述结构允许增大可感测位置范围，并且仍然消除感测转子的磁极位置时的漏检。


图1示出根据本发明的第一实施例的逆变器控制器的框图。图2示出根据第一实施例的逆变器控制器的各个部分的信号波形。图3A示出图解根据第一实施例的逆变器控制器所执行的操作的流程图。图3B示出图解根据第一实施例的逆变器控制器所执行的操作的流程图。图4示出根据本发明的第二实施例的逆变器控制器的框图。图5示出根据第二实施例的逆变器控制器的各个部分的信号波形。图6A示出图解根据第二实施例的逆变器控制器所执行的操作的流程图。图6B示出图解根据第二实施例的逆变器控制器所执行的操作的流程图。图7示出根据本发明的第三实施例的逆变器控制器的框图。图8示出根据第三实施例的逆变器控制器的各个部分的信号波形。图9A示出图解根据第三实施例的逆变器控制器所执行的操作的流程图。图9B示出图解根据第三实施例的逆变器控制器所执行的操作的流程图。图10示出根据本发明的第四实施例的逆变器控制器的框图。图IlA示出图解根据第四实施例的逆变器控制器所执行的操作的流程图。图IlB示出图解根据第四实施例的逆变器控制器所执行的操作的流程图。图12示出根据第四实施例的电冰箱的示意图。图13示出常规逆变器控制器的结构。图14示出常规逆变器控制器的负荷扭矩与rpm之间的特性。
图15示出常规逆变器控制器的各个部分的信号波形和处理内容。图16示出另一常规逆变器控制器的结构。图17示出常规逆变器控制器的各个部分的信号波形。附图标记的说明200逆变器控制器201商用电源202整流器203无刷DC电动机203r 转子203a、203b、203c、203d、203e、203f 永磁体203s 定子203u、203v、203w 定子绕组204逆变器电路205驱动电路206位置感测电路207微处理器208位置感测等待部209位置感测确定部209a通电角减小次数确定部209b通电角增大次数确定部210通电角控制器210a通电角更新计时器211换流控制器212rpm 传感器213占空比设置部214载波输出部215PWM 控制器216驱动控制器218尖峰电压确定部220压缩机300电冰箱301 主体302储藏室303机械室304压缩机305 管道306制冷循环元件
具体实施例方式在下文中参照

本发明的示例性实施例。这些实施例并非对本发明进行限制。实施例1图1示出根据本发明的第一实施例的逆变器控制器的框图。图2示出根据第一实 施例的逆变器控制器的各个部分的信号波形。图3示出图解根据第一实施例的逆变器控制 器所执行的操作的流程图。在图1中，逆变器控制器200连接到商用电源201和压缩机(未示出)，并且包括 整流器202和逆变器电路204。整流器202将商用电源201变换成DC电源，并且逆变器电 路204驱动压缩机的无刷DC电动机203。逆变器控制器200还包括驱动逆变器电路204的 驱动电路205，感测电动机203的端子电压的位置感测电路206，以及控制逆变器电路204 的微处理器207。微处理器207包括rpm传感器212、换流控制器211、占空比设置部213、PWM控制 器215、驱动控制器216、载波输出部214。微处理器207还包括基于来自位置感测电路206 的输出信号来感测电动机203的磁极位置的位置感测确定部209，感测尖峰电压的尖峰电 压确定部218，以及基于来自位置感测确定部209和尖峰电压确定部218的输出来确定通电 角的通电角控制器210。无刷DC电动机203具有带集中凸极绕组的六个极，使得该无刷DC电动机203由 具有三相绕组的定子203s和转子203r形成。定子203s具有六个极和九个槽，并且各个相 的定子绕组203u、203v、203w各自具有189匝。在转子203r中包括有永磁体203a、203b、 203c、203d、203e和203f，使得它们可以产生磁阻扭矩，即转子203r是内置磁体型。逆变器电路204由三相桥接的六个开关晶体管Tru、Trx, Trv, Try、Trw、Trz以及 并联连接到各个晶体管的回流二极管(reflux diode)Du、DX、DV、Dy、DW、Dz形成。位置感测电路206由比较器(未示出)等形成，并且比较器将基于电动机203的 感应电压的端子电压信号与基准电压进行比较，从而获得位置感测信号。该结构与专利文 献2中公开的结构相似。位置感测确定部209从位置感测电路206所供应的输出信号中仅提取位置感测信 号，从而获得转子203r的位置信号。尖峰电压确定部218从位置感测电路206所供应的输 出信号中仅提取尖峰电压信号。换流控制器211通过使用由确定部209供应的位置信号和由通电角控制器210确 定的通电角来计算换流定时，从而产生用于开关晶体管TrU、Trx、Trv、Try、Trw和Trz的换
流信号。Rpm传感器212对位置感测确定部209所供应的位置信号计数给定的时间，并且测 量脉冲之间的间隔，由此计算电动机203的rpm。占空比设置部213通过使用rpm传感器212所计算的rpm与rpm指令所指示的rpm 之间的差来执行占空比的加法运算或减法运算，由此将占空比值输出到PWM控制器215。当 实际的rpm小于指示的rpm时，占空比设置部213增大占空比，并且当实际的rpm大于指示 的rpm时，占空比设置部213减小占空比。载波输出部214在3kHz和IOkHz之间的范围内设置对开关晶体管Tru、Trx、Trv、 Try、Trw、Trz进行开关的载波频率。
PWM控制器215通过使用由载波输出部214设置的载波频率和由占空比设置部 213设置的占空比值来输出PWM调制信号。通电角控制器210基于在位置感测确定部209和尖峰电压确定部218中获得的位 置感测信息来控制换流控制器211的通电角。驱动控制器216将换流信号、PWM调制信号、通电角以及相位超前角(phase advancing angle)合成在一起用于产生导通或关断开关晶体管Tru、Trx、Trv、Try、Trw、Trz 的驱动信号，然后将驱动信号输出到驱动电路205。基于该驱动信号，驱动电路205导通或 关断开关晶体管TrU、Trx、Trv、Try、Trw、Trz，即执行对晶体管的开关，由此驱动无刷DC电 动机203。在下文中描述逆变器控制器的各个部分的图2中所示的波形。逆变器控制器200 以150度的通电角和15度的相位超前角来控制无刷DC电动机203。信号(A)-(C)表示电动机203的U相、V相、W相的端子电压Vu、Vv、Vw，并且这些 信号以各相位彼此之间相移120度的状态变化。这些端子电压示出由以下电压合成的波 形从逆变器电路204供应的电压Vus、Vva, Vwa，在定子绕组203u、203v、203w上产生的感 应电压Vub、Vvb、Vwb，以及在回流二极管Du、Dx、Dv、Dy、Dw、Dz中的任何一个变为导通时产 生的脉冲状尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc。比较器将各个端子电压Vu、Vv、Vw与虚拟中性点处的电压VN(即从整流器202向 逆变器电路204供应的DC电源电压的半电压)进行比较，然后比较器输出信号Psu、PSv, PSw即信号(D)-(F)。这些输出信号由与供应电压Vua、Vva、Vwa相对应的时间段Psua、 Psva、Pswa，和与尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc相对应的时间段Psuc、PSvc、PSwc，以及与将感应电 压Vub、Vvb、Vwb和虚拟中性点处的电压VN进行比较的各个时间段相对应的时间段Psub、 PSvb、PSwb 合成。微处理器207基于由各个比较器供应的信号Psu、PSv, PSw的状态来识别由信号 (G)指示的六个模式A-F。微处理器207输出驱动信号Dsu-Dsz即信号(H)-(M)。接下来，参照图3所示的流程图详细描述本实施例的操作。首先，在步骤S001，感 测从位置感测电路206供应的位置感测信号PSU、PSV、PSw。然后在步骤S002，取决于开关 晶体管Tru、Trx, Trv, Try、Trw, Trz的输出状态(即与图2所示的工作模式相应的位置感 测信号PSu、PSv、PSw的状态)，来确定位置感测。例如，在图2所示的工作模式A的情况下， 在PSub时间段期间，信号Psu感测出高电平(Η-level)，信号PSv感测出低电平(L-Ievel)， 并且信号PSw感测出高电平，由此感测出U相的端子电压的上升。以类似的方式，在其它工 作模式的情况下，在PSub、PSvb和PSwb时间段期间，对信号PSu、PSv、PSw的状态感测允许 感测出各个端子电压相对于虚拟中性点处的电压VN的上升或下降。稍后将描述在PSub、 PSvb和PSwb时间段期间执行位置感测的原因。步骤S002中对位置感测的确定促使步骤(步骤S002之后的箭头标记Y)进行到 步骤S003，在该步骤S003中，读取计算自从前一次位置感测以来的持续时间的位置感测间 隔计时器，然后重置该计时器以重新开始时间计算。通过感测各个端子电压的上升和下降 来执行的位置感测在端子电压的一个周期中发生六次，使得对各位置感测之间的间隔进行 的测量允许获得与60度电角度相对应的持续时间。接着，在步骤S004中，确定与通电角和相位超前角的设置相应的换流定时。例如，图2示出在150度通电角和15度相位超前角下的操作。将通过各位置感测之间的间隔而 获得的60度基准用作基准，设置换流定时，使得驱动信号Dsu、DSV、DSW、DSX、Dsy、DSZ的通 时刻(on-timing)是位置感测之后的0度，并且驱动信号的断时刻(off-timing)是位置感 测之后的30度。然后在步骤S005中，对计算自从位置感测信号发生以来的持续时间的换流计时 器进行计数以便将该持续时间与在步骤004中设置的换流定时进行比较，然后在步骤S006 中，等待直到经过了由换流定时设置的时间，这促使步骤(在步骤S006之后的箭头标记Y) 进行到步骤S007，在该步骤S007中，将驱动信号Dsu、DSv, DSw、DSx、Dsy、DSz供应到驱动 电路205使得换流操作得以执行。在这种情况下，在开关晶体管Tru、Trx、Trv、Try、Trw、Trζ中的任何一个刚刚从开 通状态转换成关断状态之后，在转换之前的一瞬间还导通的定子绕组203U、203v、203w中 所存储的能量由于回流二极管Du、DX、DV、Dy、DW、Dz中的任何一个的导通而被释放。在该 时间段期间，即在转换和释放之间，发生脉冲状尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc。通常，尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc应该在感应电压Vub、Vvb、Vwb通过虚拟中性点处的 电压VN处的交叉点之前终止。然而，这些尖峰电压Vuc、Vvc, Vwc会由于定子绕组203u、 203v、203w的电感以及在晶体管关断之前的一瞬间可获得的电流，而改变它们的发生时间。 如果尖峰电压VuC、VVC、VWC的持续时间由于发生时间的改变而变得更长，则感应电压Vub、 Vvb, Vwb被隐蔽，使得超过交叉点的发生时刻的持续时间将使得不可能执行正常的位置感 测。为了克服这个问题，本实施例在步骤S008中设置尖峰测量计时器用于测量尖峰 电压的持续时间。然后在步骤S009中，与步骤SOOl中的操作相类似，感测从位置感测电路 206供应的位置感测信号Psu、PSv, PSw的状态。然后在步骤SOlO中，取决于开关晶体管 Tru, Trx, Trv, Try, Trw, Trz的输出状态，即取决于与图2中所示的工作模式相应的位置感 测信号Psu、PSv、PSw的状态，来确定尖峰电压是否终止。在图2所示的工作模式A的情况下，与先前的描述类似，在PSuc时间段期间，信号 Psu感测出低电平，信号PSv感测出低电平，并且信号PSw感测出高电平，由此感测出尖峰电 压的终止。以类似的方式，在其它工作模式的情况下，在PSUC、PSvC和PSwc时间段期间，对 信号PSu、PSv、PSw的状态感测允许感测出尖峰电压的终止。在这种情况下，基于换流操作之后的进展，来确定位置感测信号的位置。例如，位 置感测信号位于尖峰电压被感测到的PSuc、PSvc和PSwc时间段期间吗？或者位置感测信 号位于感应电压被感测到的PSub、PSvb和PSwb时间段期间吗？这个问题可以基于换流操 作之后的进展来回答。换言之，在换流刚刚被关闭之后，尖峰电压感测时间段PSuC、PSVC和 PSwc是有效的，然后感应电压感测时间段PSub、PSvb和PSwb是有效的，随后是与供应电压 Vim、Vva, Vwa相对应的信号产生时间段PSua、PSva, PSwa0然后波形返回到通过关闭换流 操作而产生的尖峰电压感测时间段PSuc、PSvc和PSwc。波形因此重复上述周期。在先前讨论的步骤SOOl中，在时间段PSub、PSvb和PSwb期间执行位置感测，并且 在步骤S009中，在时间段PSuc、PSvc和PSwc期间执行位置感测。在感测到尖峰电压的终 止的情况下(步骤SOlO之后的箭头标记Y)，步骤进行到步骤S011，在该步骤SOll中，读取 尖峰电压测量计时器以测量尖峰电压的持续时间。
接着，在步骤S012中，基于在步骤S003中获得的各位置感测之间的间隔以及在步 骤SOll中获得的尖峰电压的持续时间，来确定尖峰电压时间段PSuc、PSvc和PSwc是否大 于感应电压感测时间段PSub、PSvb和PSwb。例如，可以以这样的方式确定关于尖峰电压时间段是较大还是较小将预定时间 与时间差(下文中称为确定时间)进行比较，所述时间差是之前刚刚执行的每60度的各位 置感测之间的间隔与从位置感测之后直到换流被关闭为止的换流时间加上尖峰电压的持 续时间的总时间之间的时间差。该预定时间与例如3. 75度电角度相对应。当确定时间不比预定时间长时(步骤S012之后的箭头标记Y)，换言之，当位置 感测信号的尖峰电压感测时间段PSuc、PSvc和PSwc的终止时刻接近感应电压感测时间段 PSub, PSvb和PSwb期间与虚拟中性点电压VN的交叉点时，即当尖峰电压的持续时间变得 更大时，步骤进行到步骤S013。在步骤S013中，当通电角大于下限时(步骤S013之后的箭头标记Y)，在步骤S014 中将通电角减小预定角度。例如，当通电角被设置为150度、通电角的下限被设置为120度 并且变更角被设置为7. 5度时，通电角从150度变更为142. 5度。当确定条件在前述变更 被执行之后仍然保持原样时，通电角从142. 5度减小为135度，然后减小为127. 5度，然后 减小为120度。当在步骤S013中通电角已经达到下限时(步骤S013之后的箭头标记Y)，或者当 在步骤S014中通电角被减小时，然后步骤进行到步骤S015。在步骤S015中，当确定时间不长于预定时间或者取负值时(步骤S115之后的箭 头标记Y)，换言之，当尖峰电压的持续时间的终止时刻超过位置感测间隔60度的持续时间 时，在步骤S016中重置换流定时。如先前讨论的那样，当尖峰电压的持续时间超过感应电压与虚拟中性点处的电压 VN之间的交叉点的发生时刻时，不可能执行正常的位置感测。在这样的情况下，在自从之前 刚刚执行的上一次位置感测以来经过60度角度之后设置位置感测的临时点，然后基于该 临时点设置换流定时。例如，在图2所示的工作模式A的情况下，换言之，即在感测出U相的端子电压的 上升的情况下，基于在之前刚刚执行的工作模式F中获得的位置感测信息，即基于在感测 出V相的端子电压的下降期间获得的信息，来临时地对位置进行感测。以类似的方式，基 于在之前刚刚执行的其它相期间获得的位置感测信息，来对其它工作模式执行临时位置感 测。在这种情况下，基于之前刚刚执行的另一个相来执行位置感测；然而，也可以基于确定 时间取正值的数次前的位置感测信息来执行位置感测。在步骤S016中重置换流定时之后，步骤返回到步骤S005，然后重复其后的相同步 骤。当在步骤S015中确定时间取正值时(步骤S015之后的箭头标记N)，步骤返回到步骤 S001，然后重复从该步骤开始的相同步骤。另一方面，当确定时间取比预定时间更长的时间时(步骤S012之后的箭头标记 N)，步骤进行到步骤S017。与前述确定相反，当确定时间和预定时间(例如，与7. 5度电角 度相对应的时间)之间的比较导致更大的确定时间时(步骤S017之后的箭头标记Y)，换言 之，当位置感测信号的尖峰电压感测时间段PSUC、PSvC和PSwc的终止时刻变得远离虚拟中 性点处的电压VN与感应电压之间的交叉点时，即当尖峰电压的持续时间变得更小时，步骤进行到步骤SO18。在步骤S018中，当通电角小于上限时(步骤S018之后的箭头标记N)，将通电角增 大预定角度。与之前的情况相类似，当通电角被设置为120度、通电角的上限被设置为150 度并且预定变更角被设置为7. 5度时，那么通电角从120度变更为127. 5度。如果确定条 件仍然保持原样，则通电角从127. 5度增大到135度，然后增大到142. 5度，然后增大到150度。在步骤S018中，当通电角已经达到上限时(步骤S018之后的箭头标记Y)，或者当 在步骤S019中通电角增大时，步骤返回到步骤S001，并且重复从该步骤开始的相同步骤。如果确定条件在步骤S012和步骤S017中都得不到满足(步骤S012和S017之后 的箭头标记N)，则步骤直接返回到步骤S001，并且重复从该步骤开始的相同步骤。本实施例因此证实当负荷扭矩的改变引起电动机电流的改变并且由此使尖峰电 压宽度加宽时，通电角被瞬时地减小以减小电动机电流。结果，可感测位置范围即感应电压 感测时间段PSub、PSvb和PSwb可以得到增大。除此之外，尖峰电压的宽度即尖峰电压感测 时间段PSuc、PSvc和PSwc可以得到减小。此外，当存在着由于尖峰电压的不利影响而引起的错误位置感测的可能性时，通 电角的变更允许通过临时位置感测来使电动机继续工作直到正常的位置感测得到恢复为止。本发明的实施例因此允许防止电动机由于因为负荷改变或电压改变等外部因素 而导致的位置感测失败或错误位置感测而陷入不同步，这会导致电动机停止工作。在压缩 机中使用逆变器控制器200，允许压缩机优良地工作，这保证包括配备有逆变器控制器200 的电冰箱等的家用电器也作为一个系统优良地工作。实施例2图4示出根据本发明的第二实施例的逆变器控制器的框图。图5示出图4中所示 的逆变器控制器的各个部分的信号波形。图6示出图解图4所示的逆变器控制器所执行的 操作的流程图。在图4中，逆变器控制器200连接到商用电源201和压缩机(未示出)，并且包括 整流器202和逆变器电路204。整流器202将商用电源201变换成DC电源，并且逆变器电 路204驱动压缩机的无刷DC电动机203。逆变器控制器200还包括驱动逆变器电路204的 驱动电路205，感测电动机203的端子电压的位置感测电路206，以及控制逆变器电路204 的微处理器207。微处理器207包括基于来自位置感测电路206的输出信号来感测电动机203的磁 极位置的位置感测确定部209，确定磁极位置感测的采样的开始的位置感测等待部208，确 定通电角的通电角控制器210，以及产生换流信号的换流控制器211。微处理器207还包括基于来自位置感测确定部209的输出来计算rpm的rpm传感 器212，响应于rpm提供采用PWM调制的换流信号的占空比设置部213，载波输出部214，以 及PWM控制器215。微处理器207还包括通过使用来自换流控制器211和PWM控制器215 的输出来驱动驱动电路205的驱动控制器216。无刷DC电动机203具有带集中凸极绕组的六个极，使得该无刷DC电动机203由 具有三相绕组的定子203s和转子203r形成。定子203s具有六个极和九个槽，以及各个相的定子绕组203u、203v、203w，并且这些绕组各自具有189匝。在转子203r中包括有永磁体 203a、203b、203c、203d、203e和203f，使得它们可以产生磁阻扭矩，即转子203r是内置磁体型。逆变器电路204由三相桥接的六个开关晶体管Tru、Trx, Trv, Try、Trw、Trz以及 并联连接到各个晶体管的回流二极管Du、Dx、Dv、Dy、Dw, Dz形成。位置感测电路206由比较器(未示出)等形成，并且比较器将基于电动机203的 感应电压的端子电压信号与基准电压进行比较，从而获得位置感测信号。位置感测等待部208设置用于忽视尖峰电压信号的等待时间以便仅提取位置感 测信号。通过从自位置感测电路206供应的信号中分离出尖峰电压信号来执行该提取。位置感测确定部209从自位置感测电路206供应的输出信号中获取转子203r的 位置信号，由此产生位置感测信号。通电角减小次数确定部209a确定在确定部209中使用 的位置感测间隔与在等待部208中设置的等待时间之间的时间差是否短于基准时间。通电角控制器210基于在位置感测确定部209中获得的位置感测信息来控制换流 控制器211中的通电角。通电角更新计时器210a为控制器210设置通电角的更新周期以 更新通电角。换流控制器211基于从位置感测确定部209供应的位置信号和从通电角控制器 210供应的通电角来计算换流定时，由此产生用于开关晶体管Tru、Trx、Trv、Try、Trw和Trz 的换流信号。Rpm传感器212对位置感测确定部209所供应的位置信号计数给定时间，并测量各 脉冲之间的间隔，由此计算电动机203的rpm。占空比设置部213通过利用由rpm传感器212计算的rpm和由rpm指令指示的rpm 之间的差来执行占空比的加法运算或减法运算，由此将占空比值输出到PWM控制器215。当 实际rpm小于指示的rpm时，占空比设置部213增大占空比，并且当实际rpm大于指示的 rpm时，占空比设置部213减小占空比。载波输出部214在3kHz和IOkHz之间的范围内设置对开关晶体管Tru、Trx、Trv、 Try、Trw、Trz进行开关的载波频率。PWM控制器215通过使用由载波输出部214设置的载波频率和由占空比设置部 213设置的占空比值来输出PWM调制信号。驱动控制器216将换流信号、PWM调制信号、通电角以及相位超前角合成在一起用 于产生应该导通或关断开关晶体管TrU、Trx、Trv、Try、Trw、Trz的驱动信号，由此将驱动信 号输出到驱动电路205。基于该驱动信号，驱动电路205导通或关断开关晶体管Tru、Trx, Trv, Try、Trw, Trz,即执行对晶体管的开关，由此驱动无刷DC电动机203。在下文中描述逆变器控制器的各个部分的图5所示的波形。逆变器控制器200以 150度的通电角和15度的相位超前角来控制无刷DC电动机203。信号(A)-(C)表示电动机203的U相、V相、W相的端子电压Vu、Vv、Vw，并且以各 相位彼此之间相移120度的状态变化。这些端子电压示出由以下电压合成的波形从逆变 器电路204供应的电压Vus、Vva、Vwa，在定子绕组203u、203v、203w上产生的感应电压Vub、 Vvb, Vwb,以及在回流二极管Du、Dx、DV、Dy、DW、Dz中的任何一个变为导通时产生的脉冲状 尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc。
比较器将各个端子电压Vu、Vv、Vw与虚拟中性点处的电压VN(即从整流器202向 逆变器电路204供应的DC电源电压的半电压)进行比较，然后比较器输出由信号(D)-(F) 表示的信号Psu、PSv、PSw。这些输出信号由与供应电压Vua、Vva、Vwa相对应的Psua、Psva、 Pswa，和与尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc相对应的Psuc、PSvc、PSwc，以及与将感应电压Vub、Vvb、 Vwb和虚拟中性点处的电压VN进行比较的各个时间段相对应的Psub、PSvb, PSwb合成。脉冲状尖峰电压VUC、VvC、VWC被与专利文献2所公开的等待计时器类似的位置感 测等待部208所设置的等待时间(信号G)忽视。结果，从比较器供应的信号PSu、PSv、PSw 因此指示感应电压Vub、Vvb, Vwb的状态(诸如正、负和相位)。微处理器207基于由各个比较器供应的信号Psu、PSv, PSw的状态来识别由信号 (H)指示的六个模式A-F。微处理器207输出驱动信号Dsu-Dsz即信号(I)-(N)。换言之， 由信号(H)指示的各个模式A-F的持续时间表示微处理器207所识别的位置感测信号中发 生的各状态改变之间的间隔，即各位置感测之间的间隔(信号0)。在下文中参照图6所示的流程图来详细描述逆变器控制器的操作。位置感测等待 部208在图6中的步骤S103之后开始工作直到步骤S202为止。位置感测确定部209在步 骤S202之后开始工作直到步骤S306为止。通电角减小次数确定部209a从步骤S401开始 工作并向前工作。首先在步骤SlOl中，开始对计时器进行计数，并且在步骤S102中，等待直到经过 了换流时间(步骤S102之后的箭头标记N)，然后在步骤S103中，将驱动信号Dsu、DSV、DSw、 DSx、Dsy、DSz供应到驱动电路205，由此执行换流。在下文中说明位置感测等待部208的操作。在换流操作期间，逆变器电路204的 开关晶体管Tru、Trx, Trv, Try、Trw, Trz中的任何一个从开通状态转换成关断状态。刚刚 在该转换之后，在转换之前的一瞬间还导通的定子绕组203U、203v、203w中所存储的能量 由于回流二极管Du、DX、DV、Dy、DW、Dz中的任何一个的导通而被释放。在该时间段期间，即 在转换和释放之间，发生脉冲状尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc0在忽视这些尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc之后，在感应电压Vub、Vvb、Vwb通过虚拟中性 点处的电压VN处的交叉点处执行位置感测。换言之，在步骤S201中，等待直到经过了等待 时间(步骤S201之后的箭头标记N)，然后在步骤S202中，开始位置感测，即在位置感测等 待部208中停止位置感测操作，直到经过了等待时间，并且忽视尖峰电压Vuc、Vvc, Vwc，然 后开始位置感测操作。接下来，说明位置感测确定部209的操作。在步骤S301中，感测从位置感测电路 206供应的信号PSu、PSV、PSw的状态，并且在步骤S302中，基于开关晶体管Tru、Trx、Trv、 Try, Trw, Trz的输出状态，即基于与图5所示的工作模式相应的输出信号PSu、PSv、PSw的 状态，来确定位置感测。例如，在图5所示的工作模式A的情况下，信号Psu感测出高电平，信号PSv感测出 低电平，并且信号PSw感测出高电平，由此感测出U相的端子电压的上升。以类似的方式， 在其它工作模式的情况下，对信号PSu、PSv、PSw的状态感测允许感测出各个端子电压相对 于虚拟中性点处的电压VN的上升或下降。在步骤S302中，对位置感测的确定使步骤(步骤S302之后的箭头标记Y)进行到 步骤S303，在该步骤S303中，读取计时器以测量自从前一次位置感测以来的持续时间。通过感测各个端子电压的上升和下降来执行的位置感测在端子电压的一个周期中发生六次， 使得对各位置感测之间的间隔进行的测量允许获得与60度电角度相对应的持续时间。通常，尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc应该在各感应电压Vub、Vvb、Vwb通过虚拟中性点处 的电压VN处的交叉点之前终止。然而，这些尖峰电压VuC、VVC、VWC会由于定子绕组203u、 203v、203w的电感以及在晶体管关断之前的一瞬间可获得的电流，而改变它们的发生时间。 如果尖峰电压Vuc、Vvc, Vwc的持续时间由于这些改变而变得更长，则感应电压Vub、Vvb, Vwb被隐蔽，使得超过交叉点的发生时刻的持续时间将使得不可能执行正常的位置感测。为了克服该问题，本第二实施例以下述方式确定交叉点的变化测量在已经相应 于过去的各位置感测之间的间隔而设置的等待时间之后的位置感测开始时间与实际的位 置感测信号的发生之间的时间差。在步骤S304中，计算计时器计数值(即以60度间隔执行的各位置感测之间的间 隔)与在步骤S201中设置的等待时间之间的时间差。该时间差被称为确定时间。更具体地，在位置感测确定部209中，计算在确定部209中执行的各位置感测之间 的间隔与在位置感测等待部208中设置的等待时间之间的时间差。当时间差大于预定基准 时间(即设置减小时间)时，确定从尖峰电压的终止定时直到感应电压与虚拟中性点电压 之间的交叉点的发生定时为止仍然存在一些时间裕量。相反，当发现时间差较小时，确定时 间裕量不足。如果多次发现时间差较小，则在紧接着确定部209设置的通电角减小次数确 定部209a处减小逆变器电路204的通电角。然后在步骤S305中，相应于各位置感测之间的间隔设置下一次操作的换流时间 和等待时间。例如，图5示出以150度通电角和15度相位超前角进行的操作。基准换流定时是 由各位置感测之间的间隔产生的60度，并且驱动信号Dsu、DSv, DSw, DSx, Dsy, DSz的通时 刻是位置感测后的0度，且其断时刻是位置感测后的30度。直到下一次位置感测开始为止 的等待时间是位置感测后的45度。然后在步骤S306中，对位置感测确定的次数进行计数，即，每一次步骤通过步骤 S306时，位置感测确定计入1 (+1)。在下文中说明通电角减小次数确定部209a中的操作。在确定部209a中，基于在 步骤S304中获得的确定时间，确定尖峰电压感测时间段PSuc、PSvc和PSwc是否大于感应 电压感测时间段PSub、PSvb和PSwb。在步骤S401中，当在步骤S304中获得的确定时间不大于预定基准时间(即设置 减小时间)时(步骤S401之后的箭头标记Y)，步骤进行到步骤S402。例如，当确定时间变 得不大于与3. 75度电角度相对应的时间时，即当虚拟中性点电压VN与感应电压感测时间 段PSub、PSvb和PSwb之间的交叉点接近经过了等待时间之后的位置感测的开始定时时，步 骤进行到步骤S402，在该步骤S402中，每一次确定角度减小时执行计入1(+1)的操作以对 确定次数进行计数。更具体地，每次通过步骤S402时，角度减小确定计入+1。当确定时间不小于设置减小时间时(步骤S401之后的箭头标记N)，步骤进行到步 骤 S403。在步骤S403中，当在步骤S306中计数的位置感测确定的次数超过预定感测次数 时(步骤S403之后的箭头标记Y)，将在步骤S402中设置的角度减小确定的次数与预定的角度减小次数进行比较，然后步骤进行到用于确定通电角是否应该减小的下一步骤。更具体地，在步骤S403中，当角度减小确定的次数超过预定感测次数(例如与电 角度的3个回转相对应的确定次数18)时(步骤S403之后的箭头标记Y)，步骤进行到步 骤S404，在该步骤S404中，清零并重置确定次数，然后进行到步骤S405。当确定次数小于 预定次数时(箭头标记N)，步骤进行到步骤S501。在步骤S405中，当角度减小确定的次数不小于预定次数时(步骤S405之后的箭 头标记Y)，例如当该次数是6或大于6时，在步骤S406中设置对角度减小的请求，然后步骤 进行到步骤S408。在前述情况下，当在18次位置感测当中角度减小确定发生6次或多于6 次时，设置角度减小请求。另一方面，在步骤S405中，当角度减小确定的次数小于预定次数时(箭头标记N)， 在步骤S407中取消角度减小请求，然后步骤进行到步骤S408，在该步骤S408中，将角度减 小确定的次数清零，然后步骤进行到步骤S501。在步骤S501中，确定通电角的更新周期。当经过了更新周期时(步骤S501之后 的箭头标记Y)，步骤进行到步骤S502，并且当通电角留在更新周期内时(箭头标记N)，步骤 返回到步骤S101，并且重复该步骤之后的相同步骤。在步骤S502中，当角度减小请求存在时(箭头标记Y)，步骤进行到步骤S503。在 步骤S502中的其它情况下(箭头标记N)，步骤返回到步骤S101，并重复该步骤后的相同步
马聚ο在步骤S503中，当通电角大于下限120度时(步骤S503之后的箭头标记N)，将通 电角改变预定角度。例如，当通电角被设置为150度、通电角的下限被设置为120度并且变 更角被设置为7. 5度时，通电角从150度变更为142. 5度。当在该减小之后角度减小请求 仍然存在时，通电角从142. 5度减小为135度，然后减小为127. 5度，然后减小为120度。当在步骤S503中通电角已经达到下限时(步骤S503之后的箭头标记Y)，或者当 在步骤S504中通电角减小时，步骤然后返回到步骤S101，并重复该步骤之后的相同步骤。如上面讨论的那样，在通电角减小次数确定部209a中，当在位置感测确定部209 中执行的各位置感测之间的间隔与在位置感测等待部208中设置的等待时间之间的时间 差小于预定基准时间(即设置减小时间)时，对角度减小确定的次数进行计数。如果在预定 次数的位置感测当中角度减小确定的次数超过预定次数，则确定从尖峰电压的终止定时直 到感应电压与虚拟中性点电压之间的交叉点的出现定时为止的时间裕量不足的次数较多。 结果，逆变器电路204中的通电角在不小于120度电角度的范围内被减小。驱动无刷DC电动机203的逆变器电路204执行用于将通电角扩大到作为最小角 度的120度电角度以上的广角控制，使得电路204可以在120度以上的范围内减小通电角。如果尖峰电压宽度由于负荷扭矩的变化所引起的电动机电流变化而被增大，则通 电角的减小允许减小电动机电流。结果，可感测位置范围即感应电压感测时间段PSub、PSvb 和PSwb可被增大。同时，尖峰电压宽度即尖峰电压感测时间段PSuc、PSvc和PSwc可被减 小。这种机制允许防止电动机由于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的位置感测 失败或错误感测而陷入不同步或停止工作。当负荷扭矩变化非常大(这会改变在转子203r的一个回转期间各位置感测之间 的间隔)时，可以确定尖峰电压的持续时间应该增大。这种机制也允许防止电动机由于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错误感测而陷入不同步或停
止工作。转子203r中的永磁体203a、203b、203c、203d、203e和203f的布置允许充分利用 磁阻扭矩。如果执行使可感测位置范围变窄的相位超前角控制，则这种结构允许防止电动 机由于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错误感测而陷入不 同步或停止工作。如果电动机具有较大的电感并且因此倾向于使可感测位置范围变窄，则使用具有 更大匝数(例如160匝或大于160匝)的定子绕组203u、203v、203w也允许防止电动机由 于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错误感测而陷入不同步 或停止工作。如果电动机由于因为极数的增加所导致的较小的机械角而倾向于使可感测位置 范围变窄，则在无刷DC电动机203中使用六个极或多于六个极(常规情况下使用四个极) 允许防止电动机由于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错误 感测而陷入不同步或停止工作。在压缩机220中使用逆变器控制器200允许压缩机220优良地工作，这保证包括 配备有逆变器控制器200的电冰箱等的家用电器也作为一个系统优良地工作。在本第二实施例中，通电角以每步7. 5度的方式逐步从150度减小到120度；然 而，7. 5度的变更角可以更小，以便通电角更加线性地改变，或者相反地，变更角也可以大于 7· 5 度。在本实施例中，位置感测的次数和角度减小的次数分别被设置为18次和6次；然 而，本实施例获得了与上面所讨论的情况类似的结果，尽管这些次数被适当地改变。在本实施例中，首先，在位置感测确定部中执行的各位置感测之间的间隔与在位 置感测等待部中设置的等待时间之间的时间差被感测出短于预定基准时间。然后当在预定 次数的位置感测确定当中角度减小确定次数大于预定减小次数时，逆变器电路中的通电角 在120度电角度以上的范围中被减小。然而，可以感测出前述时间差短于预定基准时间、然 后可以在120度电角度以上的范围内减小通电角的逆变器控制器允许实现本第二实施例， 而不管在感测出时间差短于基准时间之后的控制步骤的内容如何。在本第二实施例中，用于将各位置感测之间的间隔与等待时间进行比较的基准时 间(设置减小时间)是与3. 75度电角度相对应的时间。然而，可以适当地改变基准时间， 使得可以适当地确定时间裕量，其中时间裕量是从尖峰电压的终止定时直到感应电压与虚 拟中性点电压之间的交叉点的发生定时为止可用的时间。实施例3图7示出根据本发明的第三实施例的逆变器控制器的框图。图8示出图7所示的 逆变器控制器的各个部分的信号波形。图9示出图解图7所示的逆变器控制器所执行的操 作的流程图。在图7中，逆变器控制器200连接到商用电源201和压缩机(未示出)，并且包括 整流器202和逆变器电路204。整流器202将商用电源201变换成DC电源，并且逆变器电 路204驱动压缩机的无刷DC电动机203。逆变器控制器200还包括驱动逆变器电路204的 驱动电路205，感测电动机203的端子电压的位置感测电路206，以及控制逆变器电路204
19的微处理器207。微处理器207包括基于来自位置感测电路206的输出信号来感测电动机203的磁 极位置的位置感测确定部209，确定磁极位置感测的采样的开始的位置感测等待部208，确 定通电角的通电角控制器210，以及产生换流信号的换流控制器211。微处理器207还包括基于来自位置感测确定部209的输出来计算rpm的rpm传感 器212，响应于rpm提供采用PWM调制的换流信号的占空比设置部213，载波输出部214，以 及PWM控制器215。微处理器207还包括通过使用来自换流控制器211和PWM控制器215 的输出来驱动驱动电路205的驱动控制器216。无刷DC电动机203具有带集中凸极绕组的六个极，使得该无刷DC电动机203由 具有三相绕组的定子203s和转子203r形成。定子203s具有六个极和九个槽，并且各个相 的定子绕组即203u、203v、203w各自具有189匝。在转子203r中包括有永磁体203a、203b、 203c、203d、203e和203f，使得它们可以产生磁阻扭矩，即转子203r是内置磁体型。逆变器电路204由三相桥接的六个开关晶体管Tru、Trx, Trv, Try、Trw、Trz以及 并联连接到各个晶体管的回流二极管Du、Dx、Dv、Dy、Dw, Dz形成。位置感测电路206由比较器(未示出)等形成，并且比较器将基于电动机203的 感应电压的端子电压信号与基准电压进行比较，从而获得位置感测信号。位置感测等待部208设置用于忽视尖峰电压信号的等待时间以便仅提取位置感 测信号。通过从自位置感测电路206供应的输出信号中分离出尖峰电压信号来执行该提 取。位置感测确定部209从自位置感测电路206供应的输出信号中获取转子203r的 位置信号，由此产生位置感测信号。通电角增大次数确定部209b确定确定部209中的位置 感测间隔与等待部208中的等待时间之间的时间差是否长于基准时间。通电角控制器210基于在位置感测确定部209中获得的位置感测信息来控制换流 控制器211中的通电角。通电角更新计时器210a为控制器210设置通电角的更新周期以 更新通电角。换流控制器211基于从位置感测确定部209供应的位置信号和从通电角控制器 210供应的通电角来计算换流定时，由此产生用于开关晶体管Tru、Trx, Trv, Try、Trw、Trz 的换流信号。Rpm传感器212对位置感测确定部209所供应的位置信号计数给定时间，并测量各 脉冲之间的间隔，由此计算电动机203的rpm。占空比设置部213通过利用由rpm传感器212计算的rpm和由rpm指令指示的rpm 之间的差来执行占空比的加法运算或减法运算，由此将占空比值输出到PWM控制器215。当 实际rpm小于指示的rpm时，占空比设置部213增大占空比，并且当实际rpm大于指示的 rpm时，占空比设置部213减小占空比。载波输出部214在3kHz和IOkHz之间的范围内设置对开关晶体管Tru、Trx、Trv、 Try、Trw、Trz进行开关的载波频率。PWM控制器215通过使用由载波输出部214设置的载波频率和由占空比设置部 213设置的占空比值来输出PWM调制信号。驱动控制器216将换流信号、PWM调制信号、通电角以及相位超前角合成在一起用于产生应该导通或关断开关晶体管TrU、Trx、Trv、Try、Trw、Trz的驱动信号，由此将驱动信 号输出到驱动电路205。基于该驱动信号，驱动电路205导通或关断开关晶体管Tru、Trx, Trv, Try、Trw, Trz,即执行对晶体管的开关，由此驱动无刷DC电动机203。接下来，在下文中详细描述图8所示的波形。逆变器控制器200以150度的通电 角和15度的相位超前角来控制无刷DC电动机203。信号(A)-(C)表示电动机203的U相、V相、W相的端子电压Vu、Vv、Vw，并且以各 相位彼此之间相移120度的状态变化。这些端子电压示出由以下电压合成的波形从逆变 器电路204供应的电压Vus、Vva、Vwa，在定子绕组203u、203v、203w上产生的感应电压Vub、 Vvb, Vwb,以及在回流二极管Du、Dx、DV、Dy、DW、Dz中的任何一个变为导通时产生的脉冲状 尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc。比较器将各个端子电压Vu、Vv、Vw与虚拟中性点处的电压VN(即从整流器202向 逆变器电路204供应的DC电源电压的半电压)进行比较，然后比较器输出由信号(D)-(F) 表示的信号Psu、PSv、PSw。这些输出信号由与供应电压Vua、Vva、Vwa相对应的Psua、Psva、 Pswa，和与尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc相对应的Psuc、PSvc、PSwc，以及与将感应电压Vub、Vvb、 Vwb和虚拟中性点处的电压VN进行比较的各个时间段相对应的Psub、PSvb, PSwb合成。脉冲状尖峰电压VUC、VvC、VWC被与专利文献2所公开的等待计时器类似的位置感 测等待部208所设置的等待时间(信号G)忽视。结果，从比较器供应的信号PSu、PSv、PSw 因此指示感应电压Vub、Vvb、Vwb的状态(诸如正、负和相位)。微处理器207基于由各个比较器供应的信号Psu、PSv, PSw的状态来识别由信号 (H)指示的六个模式A-F。微处理器207输出驱动信号Dsu-Dsz即信号(I)-(N)。换言之， 由信号(H)指示的各个模式A-F的持续时间表示微处理器207所识别的位置感测信号中发 生的各状态改变之间的间隔，即各位置感测之间的间隔(信号0)。在下文中参照图9所示的流程图来详细描述逆变器控制器的操作。位置感测等待 部208在图9中的步骤S103之后开始工作直到步骤S202为止。位置感测确定部209在步 骤S202之后开始工作直到步骤S306为止。通电角增大次数确定部209b从步骤S601开始 工作并向前工作。首先在步骤SlOl中，开始对计时器进行计数，并且在步骤S102中，等待直到经过 了换流时间，并且当换流时间变得大于计时器值时，确定经过了换流时间(步骤S102之后 的箭头标记N)，并且步骤进行到步骤S103。在步骤S103中，将驱动信号Dsu、DSV、DSW、DSx、 Dsy, DSz供应到驱动电路205，由此执行换流操作。在下文中说明位置感测等待部208的操作。在换流操作期间，逆变器电路204的 开关晶体管Tru、Trx, Trv, Try、Trw, Trz中的任何一个从开通状态转换成关断状态。刚刚 在该转换之后，在转换之前的一瞬间还导通的定子绕组203U、203v、203w中所存储的能量 由于回流二极管Du、DX、DV、Dy、DW、Dz中的任何一个的导通而被释放。在该时间段期间，即 在转换和释放之间，发生脉冲状尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc0在忽视这些尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc之后，在感应电压Vub、Vvb、Vwb通过虚拟中性 点处的电压VN处的交叉点处执行位置感测。换言之，在步骤S201中，等待直到经过了等待 时间(步骤S201之后的箭头标记N)，然后在步骤S202中，开始位置感测，即在位置感测等 待部208中停止位置感测操作，直到经过了等待时间以便忽视尖峰电压VUC、VvC、VWC，然后开始位置感测操作。接下来，说明位置感测确定部209的操作。在步骤S301中，感测从位置感测电路 206供应的信号PSu、PSV、PSw的状态，并且在步骤S302中，基于开关晶体管Tru、Trx、Trv、 Try, Trw, Trz的输出状态，即基于与图8所示的工作模式相应的输出信号PSu、PSv、PSw的 状态，来确定位置感测。例如，在图8所示的工作模式A的情况下，Psu感测出高电平，PSv感测出低电平， 并且PSw感测出高电平，由此感测出U相的端子电压的上升。以类似的方式，在其它工作模 式的情况下，对信号PSu、PSv、PSw的状态感测允许感测出各个端子电压相对于虚拟中性点 处的电压VN的上升或下降。在步骤S302中，对位置感测的确定使步骤(步骤S302之后的箭头标记Y)进行到 步骤S303，在该步骤S303中，读取计时器以测量自从前一次位置感测以来的持续时间。通 过感测各个端子电压的上升和下降来执行的位置感测在端子电压的一个周期中发生六次， 使得对各位置感测之间的间隔进行的测量允许获得与60度电角度相对应的持续时间。通常，尖峰电压Vuc、Vvc、Vwc应该在各感应电压Vub、Vvb、Vwb通过虚拟中性点电 压VN处的交叉点之前终止。然而，这些尖峰电压VuC、VVC、VWC会由于定子绕组203u、203v、 203w的电感以及在晶体管关断之前的一瞬间可获得的电流，而改变它们的发生时间。如果 尖峰电压Vuc、Vvc, Vwc的持续时间变得更长，则感应电压Vub、Vvb, Vwb被隐蔽，使得超过 交叉点的发生时刻的持续时间将使得不可能执行正常的位置感测。为了克服该问题，本第二实施例以下述方式确定交叉点的变化测量从相应于先 前执行的各位置感测之间的间隔而设置的等待时间之后的位置感测开始时间直到实际的 位置感测信号发生为止之间的时间差。在步骤S304中，计算计时器计数值(即以60度间隔执行的各位置感测之间的间 隔)与在步骤S201中设置的等待时间之间的时间差。该时间差被称为确定时间。更具体地，在位置感测确定部209中，计算在确定部209中执行的各位置感测之间 的间隔与在位置感测等待部208中设置的等待时间之间的时间差。当发现时间差较大时， 确定从尖峰电压的终止定时直到感应电压与虚拟中性点电压之间的交叉点的发生定时为 止仍然存在一些时间裕量。相反，当发现时间差较小时，确定时间裕量不足。如果多次发现 时间差较大，则在紧接着确定部209设置的通电角增大次数确定部209b处增大逆变器电路 204的通电角。然后在步骤S305中，相应于各位置感测之间的间隔设置下一次位置感测的换流 时间和等待时间。例如，图8示出以150度通电角和15度相位超前角进行的操作。基准换 流定时是由各位置感测之间的间隔产生的60度，并且驱动信号Dsu、DSV、DSW、DSX、Dsy、DSZ 的通时刻是位置感测后的0度，且其断时刻是位置感测后的30度。直到下一次位置感测开 始为止的等待时间是位置感测后的45度。然后在步骤S306中，对位置感测确定的次数进行计数，即，每一次步骤通过步骤 S306时，位置感测确定计入1 (+1)。在下文中说明通电角增大次数确定部209b中的操作。在确定部209b中，基于在 步骤S304中获得的确定时间，确定尖峰电压感测时间段PSuc、PSvc和PSwc是否大于感应 电压感测时间段PSub、PSvb和PSwb。
首先在步骤S601中，当在步骤S304中获得的确定时间大于预定基准时间(即设 置增大时间)时(步骤S601之后的箭头标记Y)，步骤进行到步骤S602。例如，当确定时间 变得不小于与7. 5度电角度相对应的时间时，即当虚拟中性点电压VN与感应电压感测时间 段PSub、PSvb和PSwb之间的交叉点远离经过了等待时间之后的位置感测的开始定时时，步 骤进行到步骤S602，在该步骤S602中，每一次确定角度增大时执行计入1(+1)的操作以对 确定次数进行计数。换言之，每次通过步骤S602时，角度增大确定计入1 (+1)。当在步骤S601中确定时间小于设置增大时间时(步骤S601之后的箭头标记N)， 步骤进行到步骤S603。在步骤S603中，当在步骤S306中计数的位置感测确定的次数超过预定感测次数 时(步骤S603之后的箭头标记Y)，将在步骤S602中设置的角度增大确定的次数与预定的 角度增大次数进行比较，然后步骤进行到用于确定通电角是否应该增大的下一步骤。更具体地，在步骤S603中，当角度增大确定的次数超过预定感测次数(例如与电 角度的3个回转相对应的确定次数18)时(步骤S603之后的箭头标记Y)，步骤进行到步骤 S604，在该步骤S604中，将确定次数清零，然后进行到步骤S605。当在步骤S603中确定次 数小于预定次数时(步骤S603之后的箭头标记N)，步骤进行到步骤S701。在步骤S605中，当角度增大确定的次数不小于预定次数时(步骤S605之后的箭 头标记Y)，例如当该次数是18或大于18时，在步骤S606中设置对角度增大的请求，然后步 骤进行到步骤S608。在前述情况下，当在18次位置感测当中角度增大确定发生相同次数 时，请求角度增大。另一方面，在步骤S605中，当角度增大确定的次数小于预定次数时(箭头标记N)， 在步骤S607中清除角度增大请求，然后步骤进行到步骤S608，在该步骤S608中，将角度增 大确定的次数清零，然后步骤进行到步骤S701。在步骤S701中，确定通电角的更新周期。 当经过了更新周期时(步骤S701之后的箭头标记Y)，步骤进行到步骤S702，并且当通电角 留在更新周期内时(箭头标记N)，步骤返回到步骤S101，并且重复该步骤之后的相同步骤。在步骤S702中，当请求了角度增大时(箭头标记Y)，步骤进行到步骤S703。当在 步骤S702中请求不存在时(箭头标记N)，步骤返回到步骤S101，并重复该步骤后的相同步 马聚ο在步骤S703中，当通电角小于上限(例如小于150度)时(步骤S703之后的箭 头标记N)，将通电角改变预定角度。例如，当通电角被设置为120度、通电角的上限被设置 为150度并且变更角被设置为7. 5度时，通电角从120度变更为127. 5度。当在该增大之 后角度增大请求仍然存在时，通电角从127. 5度增大到135度，然后增大到142. 5度，然后 增大到150度。当在步骤S703中通电角已经达到上限即150度时(步骤S703之后的箭头标记Y)， 或者当在步骤S704中通电角增大时，步骤然后返回到步骤S101，并重复该步骤之后的相同步骤。如上面讨论的那样，在通电角增大次数确定部209b中，当在位置感测确定部209 中执行的各位置感测之间的间隔与在位置感测等待部208中设置的等待时间之间的时间 差大于预定基准时间(即设置增大时间)时，对角度增大确定的次数进行计数。如果在预 定次数的位置感测当中计数的角度增大确定的次数超过预定的角度增大次数，则确定从尖峰电压的终止定时直到感应电压与虚拟中性点电压之间的交叉点的出现定时为止仍然存 在时间裕量的次数较多。结果，逆变器电路204中的通电角在小于180度电角度的范围内 被增大。驱动无刷DC电动机203的逆变器电路204执行用于将通电角扩大到120度电角 度以上的广角控制，使得电路204可以在小于最大角度(即180度)的范围内增大通电角。如果尖峰电压的持续时间被增大，并且通电角减小(结果，这然后会减小尖峰电 压的持续时间)，则前述结构允许恢复通电角，使得电动机可以再次以高rpm工作并产生高扭矩。当负荷扭矩发生非常大的变化(这会改变在转子203r的一个回转期间各位置感 测之间的间隔)时，前述结构允许确定尖峰电压的持续时间应该减小。结果，通电角可以得 到恢复，使得电动机可以再次以高rpm工作并产生高扭矩。在压缩机220中使用逆变器控制器200允许压缩机220优良地工作，这保证包括 配备有逆变器控制器200的电冰箱等的家用电器也作为一个系统优良地工作。在本第三实施例中，通电角以每步7. 5度的方式逐步从120度增大到150度；然 而，7. 5度的变更角可以更小，以便通电角更加线性地改变，或者相反地，变更角也可以大于 7· 5 度。在本实施例中，位置感测的次数和角度减小的次数都被设置为18次；然而，如果 适当地改变这些次数，则本实施例仍然可以获得与上面所讨论的情况类似的结果。在本实施例中，首先，在位置感测确定部中执行的各位置感测之间的间隔与在位 置感测等待部中设置的等待时间之间的时间差被感测出大于预定基准时间。然后当在预定 次数的位置感测确定当中计数的角度增大确定次数超过预定的角度增大次数时，逆变器电 路中的通电角在不大于150度电角度的范围中被增大。然而，可以感测出前述时间差大于 预定基准时间、然后可以在小于180度电角度的范围内增大通电角的逆变器控制器允许产 生与上面所讨论的情况类似的优点，而不管在感测出时间差较大之后的控制步骤的内容如 何。在本第三实施例中，用于将各位置感测之间的间隔与等待时间进行比较的基准时 间(设置增大时间)是与7. 5度电角度相对应的时间。然而，可以适当地改变基准时间，使 得可以正确地确定从尖峰电压的终止定时直到感应电压与虚拟中性点电压之间的交叉点 的发生定时为止的时间裕量。实施例4图10示出根据本发明的第四实施例的逆变器控制器的框图，图11示出图解图10 所示的逆变器控制器所执行的操作的流程图。在图10中，位置感测确定部209既配备有实施例2中使用的通电角减小次数确定 部209a又配备有实施例3中使用的通电角增大次数确定部209b。根据本第四实施例的逆 变器控制器因此可以既产生实施例2中描述的优点又产生实施例3中描述的优点。更具体地，第二实施例产生该优点如果尖峰电压宽度由于负荷扭矩的变化所引 起的电动机电流变化而被增大，则通电角的减小允许减小电动机电流。结果，可感测位置范 围可被增大。同时，尖峰电压宽度可被减小。这种机制允许防止电动机由于因为负荷改变 或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错误感测而陷入不同步或停止工作。
除此之外，第三实施例产生该优点如果尖峰电压的持续时间被增大，并且通电角 减小(结果，这然后会减小尖峰电压的持续时间)，则前述结构允许恢复通电角，使得电动 机可以再次以高rpm工作并产生高扭矩。当负荷扭矩发生非常大的变化(这会改变在转子203r的一个回转期间各位置感 测之间的间隔)时，前述结构允许确定尖峰电压的持续时间被增大。这种机制允许防止电 动机由于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错误感测而陷入 不同步或停止工作。转子203r中的永磁体203a、203b、203c、203d、203e和203f的布置允许充分利用 磁阻扭矩。如果执行使可感测位置范围变窄的相位超前角控制以便利用磁阻扭矩，则这种 结构允许防止电动机由于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或 错误感测而陷入不同步或停止工作。如果电动机由于采用具有更大匝数(例如160匝或大于160匝)的定子绕组203u、 203v、203w而具有较大的电感并且因此倾向于使可感测位置范围变窄，则上面讨论的结构 也允许防止电动机由于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错 误感测而陷入不同步或停止工作。如果采用六个极或多于六个极(常规情况下使用四个极)的无刷DC电动机由于 极数的增加而倾向于使机械角的可感测位置范围变窄，则上面讨论的结构允许防止电动机 由于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错误感测而陷入不同 步或停止工作。如果尖峰电压的持续时间被增大，并且通电角减小(结果，这然后会减小尖峰电 压的持续时间)，则前述结构允许恢复通电角，使得电动机可以再次以高rpm工作并产生高扭矩。当负荷扭矩发生非常大的变化(这会改变在转子203r的一个回转期间各位置感 测之间的间隔)时，前述结构允许确定尖峰电压的持续时间被减小。结果，通电角可以得到 恢复，使得电动机可以再次以高rpm工作并产生高扭矩。在压缩机220中使用逆变器控制器200允许压缩机220优良地工作，这保证包括 配备有逆变器控制器200的电冰箱等的家用电器也作为一个系统优良地工作。例如，如图12中的示意图所示，根据本第四实施例的电冰箱300包括设置在主体 301中的多个储藏室302，设置在主体301的后方下部或后方上部的机械室303。在机械室 303中，设置有具有实施例1-4中说明的逆变器控制器200的压缩机304。通过管道305结 合在一起并且包括压缩机304的制冷循环元件306被设置在主体301的后面。根据本第四实施例的电冰箱由配备有实施例1-4中说明的逆变器控制器的压缩 机运转，使得尽管发生负荷扭矩的改变或电压的改变，电冰箱也可以优良地工作而免于停 机。本发明的逆变器控制器包括以下结构元件(a)用于驱动无刷DC电动机的逆变器电路；(b)用于感测电动机的感应电压以及在逆变器电路中对换流进行切换时发生的尖 峰电压的位置感测电路；(c)用于基于由位置感测电路感测的感应电压来感测电动机的转子的旋转位置和rpm,并输出转子的旋转位置感测信号的位置感测确定部；(d)用于测量尖峰电压的持续时间的尖峰电压确定部；(e)用于基于无刷DC电动机的电动机电流的通电角、电动机电流相对于感应电压 的相位超前以及rpm来设置从转子的位置感测信号的输出到逆变器电路开始换流之间的 时间的换流控制器；以及(f)用于在给定角度范围内改变逆变器电路的通电角的电角度的通电角控制器。上述结构允许逆变器电路的通电角在比以下情况下的电角度的给定角度范围的 下限更大的范围内减小转子的位置感测信号的各输出之间的间隔与从发生位置感测信号 开始直到逆变器电路开始换流的时间加上尖峰电压的持续时间的总时间之间的时间差变 得比预定基准时间短。上面讨论的结构可以响应于由于因为负荷扭矩的改变引起的电动机电流的改变 所导致的尖峰电压宽度的增大而瞬时地改变通电角。结果，可感测位置范围可以得到增大， 并且尖峰电压宽度可以得到减小，由此防止电动机由于因为负荷改变或电压改变等外部因 素而导致的位置感测失败或错误位置感测而陷入不同步或停止工作。当从发生位置感测信号开始直到逆变器电路开始换流的时间加上尖峰电压的持 续时间的总时间超过转子的位置感测信号的各输出之间的时间间隔时，本发明基于通过利 用已经执行了换流操作的另一个相的感应电压而得到的转子的位置感测信号，来执行换流 操作。如果存在着由于尖峰电压的不利影响而引起的错误位置感测的可能性，则通电角 的变更因此允许通过临时位置感测来使电动机继续工作直到正常的位置感测得到恢复为 止。逆变器控制器因此可以防止电动机由于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的 错误位置感测或位置感测失败所引起的电动机陷入不同步而停止工作。本发明还可以在时间差变得大于预定基准时间时，在小于角度上限的范围内增大 逆变器电路的通电角的电角度。时间差是在转子的位置感测信号的各输出之间的间隔与从 发生位置感测信号直到逆变器电路开始执行换流操作的时间加上尖峰电压的持续时间终 止之前的时间的总时间之间测量的。如果尖峰电压的持续时间被增大，并且通电角减小(结果，这然后会减小尖峰电 压的持续时间)，则前述机制允许恢复通电角，使得电动机可以再次以高rpm工作并产生高扭矩。本发明的逆变器控制器包括以下结构元件(a)用于驱动无刷DC电动机的逆变器电路；(b)用于感测电动机的感应电压的位置感测电路；(c)用于基于由位置感测电路感测的感应电压来输出转子的位置感测信号的位置 感测确定部；(d)用于设置在位置感测确定部开始感测感应电压之前的等待时间的位置感测等 待部；(e)用于基于无刷DC电动机的电动机电流的通电角、电动机电流相对于感应电压 的相位超前以及rpm来设置从转子的位置感测信号的输出到逆变器电路开始换流之间的 时间的换流控制器；以及
(f)用于在给定范围内改变逆变器电路的通电角的电角度的通电角控制器。上述结构允许逆变器电路的通电角在比以下情况下的电角度的给定角度范围的 下限更大的范围内减小位置感测确定部执行的各位置感测之间的间隔与位置感测等待部 所设置的等待时间之间的时间差变得比预定基准时间短。如果尖峰电压宽度由于负荷扭矩的变化所引起的电动机电流变化而被增大，则通 电角的减小允许减小电动机电流。结果，可感测位置范围即感应电压感测时间段可被增大。 同时，尖峰电压宽度可被减小。这种机制允许防止电动机由于因为负荷改变或电压改变等 外部因素而导致的位置感测失败或错误感测而陷入不同步或停止工作。本发明的逆变器控制器配备有确定在确定部中执行的各位置感测之间的间隔与 在位置感测等待部中设置的等待时间之间的时间差是否短于预定基准时间的通电角减小 次数确定部。当在预定次数的位置感测期间角度减小确定的次数超过预定的角度减小次数 时，逆变器电路的通电角可以在大于给定角度范围的下限的范围内减小。当负荷扭矩发生非常大的变化(这会改变在转子的一个回转期间各位置感测之 间的间隔)时，前述结构允许确定尖峰电压的持续时间应该增大。上面讨论的机制因此允 许防止电动机由于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错误位 置感测而陷入不同步(这会导致电动机停止其工作)。本发明的逆变器控制器允许在由位置感测确定部执行的各位置感测之间的间隔 与在位置感测等待部中设置的等待时间之间的时间差变得比预定基准时间大时，增大逆变 器电路的通电角的电角度。通电角可以在小于给定角度范围的上限的范围内增大。如果尖峰电压的持续时间被增大，并且通电角减小(结果，这然后会减小尖峰电 压的持续时间)，则前述结构允许恢复通电角，使得电动机可以再次以高rpm工作并产生高 扭矩。本发明的逆变器控制器包括对角度增大确定的次数(即在确定部209中执行的各 位置感测之间的间隔与在等待部208中设置的等待时间之间的时间差长于预定基准时间 的次数)进行计数的通电角增大次数确定部。当计数的次数变得大于预定次数时，逆变器 电路的通电角的电角度可以在小于预定角度范围的上限的范围内增大。当负荷扭矩发生非常大的变化(这会改变在转子的一个回转期间各位置感测之 间的间隔)时，前述结构允许确定尖峰电压的持续时间应该减小。结果，尽管通电角已经被 减小，但通电角可以得到恢复，使得电动机可以再次以高rpm工作并产生高扭矩。由于无刷DC电动机是内置磁体型并且具有凸极，所以可以通过执行相位超前控 制来充分利用磁阻扭矩，然而，相位超前控制会使可感测位置范围变窄。本发明的逆变器控 制器产生先前讨论的优点，使得本发明的逆变器控制器允许防止电动机由于因为负荷改变 或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错误位置感测而陷入不同步(这会导致 电动机停止其工作)。当无刷DC电动机采用各自具有160匝或大于160匝的定子绕组时，电动机具有更 大的电感，并且尖峰电压宽度变得更大，使得可感测位置范围变得更窄。在这样的情况下， 本发明的逆变器控制器产生先前讨论的优点，使得可以防止电动机由于因为负荷改变或电 压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错误位置感测而陷入不同步(这会导致电动 机停止其工作)。
当无刷DC电动机采用六个极或多于六个极，使得其可感测位置范围由于极数的 增大而在机械角方面变得更窄时，本发明的逆变器控制器产生先前讨论的优点。结果，可以 防止电动机由于因为负荷改变或电压改变等外部因素而导致的位置感测失败或错误位置 感测而陷入不同步(这会导致电动机停止其工作)。本发明可应用于采用逆变器控制器的压缩机，使得可以获得可靠的压缩机，可以 防止该压缩机由于负荷或电压改变而陷入不同步。本发明可应用于采用逆变器控制器的家用电器，使得可以获得可靠的家用电器， 诸如可靠的电冰箱。家用电器可以提高它们对负荷或电压改变的耐受性。工业适用性尽管发生负荷或电压改变，本发明的逆变器控制器也允许无误地感测转子的磁极 位置。逆变器控制器因此可以有益于家用电器(诸如空调、电冰箱、洗衣机)或者有时会遇 到负荷或电压改变的电动车。
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权利要求
一种逆变器控制器，包括(a)用于驱动无刷DC电动机的逆变器电路；(b)用于感测所述电动机的感应电压以及在所述逆变器电路中对换流进行切换时发生的尖峰电压的位置感测电路；(c)用于基于由所述位置感测电路感测的所述感应电压来感测所述电动机的转子的旋转位置和rpm，并输出所述转子的旋转位置感测信号的位置感测确定部；(d)用于测量所述尖峰电压的持续时间的尖峰电压确定部；(e)用于基于所述电动机的电动机电流的通电角、所述电动机电流相对于所述感应电压的相位超前角以及rpm来设置从所述转子的所述位置感测信号的输出到所述逆变器电路开始执行换流操作之间的时间的换流控制器；以及(f)用于在给定角度范围内改变所述逆变器电路的所述通电角的电角度的通电角控制器，其中当所述转子的所述位置感测信号的各输出之间的间隔与从发生所述位置感测信号直到所述逆变器电路开始执行所述换流操作的时间加上所述尖峰电压的持续时间的总时间之间的时间差变得短于预定基准时间时，所述逆变器电路中的所述通电角被减小。
2.如权利要求1所述的逆变器电路，其中当从发生所述位置感测信号直到所述逆变器电路开始执行所述换流操作的时间 加上所述尖峰电压的持续时间的总时间超过所述转子的所述位置感测信号的各输出之间 的间隔时，通过利用先前执行过换流的另一个相的感应电压，基于所述转子的所述位置感 测信号，来执行所述换流操作。
3.如权利要求1所述的逆变器控制器，其中当所述转子的所述位置感测信号的各输出之间的间隔与从发生所述位置感测信 号直到所述逆变器电路开始执行所述换流操作的时间加上所述尖峰电压的持续时间的总 时间之间的时间差变得长于所述预定基准时间时，所述逆变器电路中的所述通电角被增大。
4.一种逆变器控制器，包括(a)用于驱动无刷DC电动机的逆变器电路；(b)用于感测所述电动机的感应电压的位置感测电路；(c)用于基于由所述位置感测电路感测的所述感应电压来输出转子的位置感测信号的 位置感测确定部；(d)用于设置在所述位置感测确定部开始感测所述感应电压之前的等待时间的位置感 测等待部；(e)用于基于所述电动机的电动机电流的通电角、所述电动机电流相对于所述感应电 压的相位超前角以及rpm来设置从所述转子的所述位置感测信号的输出到所述逆变器电 路开始执行换流操作之间的时间的换流控制器；以及(f)用于在给定角度范围内改变所述逆变器电路的所述通电角的电角度的通电角控制器，其中当在所述位置感测确定部中执行的各位置感测之间的间隔与在所述位置感测等 待部中设置的等待时间之间的时间差变得短于预定基准时间时，所述通电角被减小。
5.如权利要求4所述的逆变器控制器，还包括用于对在所述位置感测确定部中执行的 各位置感测之间的间隔与在所述位置感测等待部中设置的所述等待时间之间的时间差变 得短于所述预定基准时间时所确定的角度减小确定的次数进行计数的通电角减小次数确 定部，其中当在预定次数的位置感测期间角度减小确定的次数变得大于预定的角度减小次 数时，所述通电角被减小。
6.如权利要求4所述的逆变器控制器，其中当在所述位置感测确定部中执行的各位置感测之间的间隔与在所述位置感测等 待部中设置的所述等待时间之间的时间差变得长于所述预定基准时间时，所述逆变器电路 中的所述通电角被增大。
7.如权利要求4所述的逆变器控制器，还包括用于对在所述位置感测确定部中执行的 各位置感测之间的间隔与在所述位置感测等待部中设置的所述等待时间之间的时间差变 得短于所述预定基准时间时所确定的角度增大确定的次数进行计数的通电角增大次数确 定部，其中当在预定次数的位置感测期间角度减小确定的次数变得大于预定的角度增大次 数时，所述通电角被增大。
8.如权利要求1或4所述的逆变器控制器，其中所述预定角度范围大于120度电角度并且小于180度电角度。
9.如权利要求1或4所述的逆变器控制器，其中所述无刷DC电动机在所述转子中包括永磁体。
10.如权利要求1或4所述的逆变器控制器，其中所述无刷DC电动机具有凸极。
11.如权利要求1或4所述的逆变器控制器，其中所述无刷DC电动机包括多个定子绕组，各定子绕组具有160匝或大于160匝。
12.如权利要求1或4所述的逆变器控制器，其中所述无刷DC电动机包括六个极或多于六个极。
13.一种采用如权利要求1至12中任一项所述的逆变器控制器的压缩机。
14.一种包括电冰箱在内的家用电器，其采用如权利要求1至12中任一项所述的逆变 器控制器。
全文摘要
逆变器控制器在各位置感测之间的间隔与从发生位置感测信号直到逆变器电路(204)开始执行换流操作的时间加上尖峰电压的持续时间的总时间之间的时间差变得短于预定基准时间时，在大于120度电角度的范围内减小逆变器电路(204)的通电角。该减小通电角的操作允许增大可感测位置范围，使得不会漏检转子的磁极位置。逆变器控制器因此可以防止电动机陷入由负荷或电压改变而引起的不同步。
文档编号H02P6/18GK101939905SQ20098010465
公开日2011年1月5日 申请日期2009年4月16日 优先权日2008年4月18日
发明者小川原秀治, 甲田笃志 申请人:松下电器产业株式会社