专利名称：风机驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于风机驱动马达的驱动控制的风机驱动装置，特别涉及具有检测电路的风机驱动装置，此检测电路用于检测外界空气流动(例如，使空调机的室外机组中风机驱动马达的转动的风)引起驱动马达的转动。
用于检测空调机室外机组风机驱动马达的风驱动转动的系统在文献中已有报导。在上述的室外机组中为了控制风机驱动马达的驱动的常规风机驱动装置的典型电路图示于图9中。如图9所示，该风机驱动装置100包括用于在一个方向上驱动风机驱动马达110(例如在空调机系统的室外机组中的马达)的驱动电路102；用于控制驱动电路102的控制电路103；以及用于监控作为风机驱动马达110的电源的直流电源电路111的输出电压的电压监控电路104。驱动电路102有6个n沟道MOS晶体管，在下面简称为MOS晶体管。控制电路103通过MOS晶体管的脉宽调制(PWM)控制来控制的风机驱动马达110的旋转速率。驱动电路102和控制电路103构成了所谓的变换器。
当风机驱动马达110不被风机驱动装置100驱动时，风机驱动马达110能够在风机驱动马达的正常旋转方向的相反方向被风驱动，即反向旋转。当风力变强时，马达的反向旋转速率随之增加。如果风足够强，甚至有可能在没有风机驱动马达110的驱动时，可以实现空调系统室外机组为了热交换操作所要求的空气流动。然而，当电功率被供给风机驱动马达110，以驱动后者正向旋转，与此同时风机驱动马达110又被风反向驱动时，就有可能损坏风机驱动装置100和风机驱动马达110。当风机驱动马达110在反向方向旋转的速率超过预定的阈值时，可以通过控制风机驱动装置100不驱动风机驱动马达110来避免这一潜在的损坏。
现有的检测风机驱动马达110旋转方向的方法在下文中描述。
当风机驱动马达110被外力驱动时，在风机驱动马达110内将产生一感应电压。此感应电压被驱动电路102中的二极管转换为直流电压。电压监控电路104检测并监控这一转换直流电压。如果由电压监控电路104检测的电压超过阈值，而当风机驱动马达110将被起动时，控制电路103将控制电路102以使风机驱动马达110不被起动。
然而，在此方法中由电压监控电路104所检测的风机驱动马达感应电压将受到风机驱动马达110转子磁体的磁场强度以及元件(例如使用在电压监控电路104中频率分配感应电压的频率分配电阻)变化的影响。这将造成电压监控电路104的感应电压检测精度和风机驱动马达速度检测精度的问题。
直流电源电路111供电给压缩机(未显示)以及风机驱动马达110，因此使用高容量的电解滤波电容器115。当风机驱动马达110被风反向驱动而产生感应电压时，为了稳定地用电压监控电路104检测此直流电压，所以要求相当长的时间周期，因为更多的时间被用来对这些高容量的电解滤波电容器115充电。
电压监控电路104的可靠性和效率也不是最佳的，因为高电压通常被施加于电压监控电路104和内部频率分配电路(其由频率分配电阻形成)。如果风机驱动马达110被其有高电压的PWM驱动，当电压监控电路104使用上述方法检测风机驱动马达速率时，这将是一个特殊的问题。
本发明针对用于解决上述问题的风机驱动装置。本发明特别针对使用检测转子磁铁位置传感器的风机驱动装置，而使用传感器的目的在于检测风机驱动马达的风驱动旋转速率，以便避免有关转子磁铁强度改变及检测风机驱动马达感应电压的电路元件的改变所引起的问题。
本发明进一步的目的在于在高电压PWM驱动下的不带附加零部件的风机驱动马达中提供一种能够精确检测风驱动旋转速率的风机驱动装置。
实现这些目的风机驱动装置包括多个传感器。其用于变换和作为二值信号输出一个改变量以改变由于风机驱动马达转子磁铁引起的磁极位置；以及控制电路部分，其根据风机驱动马达中的每个传感器的输出信号来控制驱动电路部分。在此风机驱动装置中，当风机驱动马达未被驱动时，基于从多个传感器的输出信号，由于外力的作用使得检测到的风机驱动马达速率超过指定的速率时，控制电路部分将阻止驱动该风机驱动马达的驱动电路部分。
更具体地说，当周期小于或等于指定周期的方波从多个传感器中的任何一个中检测之后，当从多个传感器中的另一个获得的信号电平在指令的时间内改变时，控制电路部分确定风机驱动马达的速率是大于或等于指定的速率。假如这样，该指定时间就是被检测的方波一个周期的时间。
另外，为了检测信号电平间的时间间隔变化在这两个信号内，控制电路监控着来自任意两个要求的相邻的霍尔集成电路(Hall IC)的信号。不管上述的风机驱动马达是不是在旋转，其指定的速率部能从此时间间隔中检测到。
还可以由控制电路监控所有来自传感器的信号，以检测从每两个相邻的传感器来的输出信号内信号电平变化，并检测这些信号电平变化之间的时间间隔。然后，控制电路将根据所有的那些检测的时间间隔保持在指定的量级之下，确定上述的风机驱动马达是否以等于或大于某一特定速率的速率旋转。
根据本发明，风机驱动装置因此不会受风机驱动马达转子磁铁的强度变化、或用于检测风机驱动马达感应电压的电路元件、或在直流电源电路中高容量电容器容量等因素的影响，因而能够以良好的精度而不须附加部件检测由外力如风力驱动的高电压PWM驱动的风机马达的速率。
通过参考下面的描述和连同附图所提出的要求，对本发明的更全面的了解和其它目的及成果将更为清楚和理解。
图1是根据本发明的第一实施例的典型风机驱动装置的电路原理图；图2是当风机驱动马达被反向驱动时，从显示在图1中的霍尔集成电路(IC)得到的输出信号的时序图；图3是当风机驱动马达转动不稳定时，从显示在图1中的霍尔集成电路(IC)得到的输出信号的时序图；图4是显示在图1中的控制电路的风机驱动马达速度检测过程的流程图；图5是根据本发明第二最佳实施例，当风机驱动马达被反向驱动时，从风机驱动装置中的霍尔集成电路(IC)得到的输出信号的时序图；图6是控制电路的风机驱动马达速度检测操作的流程图7是根据本发明第三实施例，当风机驱动马达被反向驱动时，从风机驱动装置中霍尔集成电路得到的输出信号的时序图；图8是控制电路的风机驱动马达速度检测操作的流程图；图9是相关技术的风机驱动装置的典型电路图。
在描述本发明最佳实例中，下面将与用于驱动用在空调系统的室外机组中的风机的风机驱动装置相结合描述本发明。须注意的是通常风机或风机的驱动马达是在正常的方向被驱动，风机或其驱动马达在外力，例如风或任何其他空气流动的影响下被转动的方向称为“反方向”(相对于正常方向而言)，风机或风机驱动马达以这样的反方向转动的方式称之为“反向转动”或“反向驱动”。
实施例1如图1所示，根据本发明的此最佳实施例风机驱装置1包括用于驱动空调系统的室外机组的风机驱动马达10的驱动电路2，以及控制驱动电路2的控制电路3。检测电流3可以包括一个微控制器。风机驱动马达10是一个无刷三相马达，用于检测转子磁铁的磁极位置，包括三个霍尔集成电路11u、11v和11w，而马达10通过驱动电路2由直流源15的直流电源供电。直流源15也供电给压缩机(未显示)并使用高容量电解滤波电容器17。霍尔集成电路11u、11v和11w每一个被连结到控制电路3并输出转子磁体极性位置的指示信号。
驱动电路2包括6个n沟道MOS晶体管21u、21v、21w、21x、21y及21z和6个二极管22u、22v、22w、22x、22y及22z。每个MOS晶体管(21u-21z)的栅极被连结到控制电路3。控制电路3运用每个MOS晶体管(21u-21z)的PWM控制和风机驱动马达10的驱动控制。驱动电路2和控制电路3形成所谓的变换器。须知驱动电路2和具有磁极位置传感器的风机驱动马达10为公知技术，它们是驱动电路2运用到使用该驱动电路2的风机驱动马达时的转换控制和PWM控制，因此，无须进一步重复描述。
当风机驱动马达10被启动时，控制电路3决定于霍尔集成电路11u、11v和11w的输出信号Su、Sv和Sw，而不管风机驱动马达10是否旋转在指定的阈值速率或之上。如果控制电路3确定风机驱动马达10的速率等于或超过此阈值速率，控制电路3不驱动风机驱动马达10；如果风机驱动装置1的速率低于该阈值速率，或风机驱动马达10不旋转则控制电路3开始风机驱动马达10。
现在将结合在风机驱动马达反向驱动期间完成的速率检测描述控制电路3检测风机驱动马达速率的方法。这是因为速率检测方法是基本上相同的，而不管风机驱动马达是旋转在正常的前向方向或反向方向，其差别仅在于来自霍尔电路的输出信号被接收的顺序上。
图2是当风机驱动马达旋转在反方向时，显示的从霍尔集成电路11u、11v和11w的输出信号Su、Sv和Sw的时序图。正如将从图1中看到的，信号Su是霍尔集成电路11u的输出，信号Sv是霍尔集成电路11v的输出。而信号Sw是霍尔集成电路11w的输出。为了简化下述描述，下面将假设风机驱动马达10以恒定速率旋转在反方向上。
控制电路3监控任何所需的信号Su、Sv和Sw的周期T，而当周期T低于预定的值T1时，开始监控其余的两个信号。例如，控制电路3监控信号Su的周期T，而当周期T低于值T1时，就开始监控信号Sv和Sw。因此，控制电路3监控风机驱动马达10的速率是否超过了基于信号Su的指定阈值，当它检测风机驱动马达速率超过其阈值时，控制电路就开始监控基于其他两个信号Sv和Sw的风机驱动马达速率。所以，控制电路能够检测风机驱动马达10的转子实际上是否在转动，是否存在由于外力例如风引起的在转子磁体位置上的简谐振荡。
控制电路3将确定，如果信号信号Sv和Sw两者的信号电平变化在如图2所示的下一个周期T内，则风机驱动马达10的旋转将快于指定的阈值。
图3是当风机驱动马达10简谐振荡时，对于输出信号Su、Sv和Sw所显示的典型波形的时序图。在图3所示的情况下，如果控制电路3检测出信号Su的周期T小于值T1，从而开始监控下一个周期T内的信号Sv和Sw。而在此情况下，信号Sv的电平在该下一个周期T内变化，则不存在信号Sw电平内的变化。所以控制电路3确定风机驱动马达10的转子没有旋转。显然，控制电路3检测出如果它开始检测信号Sv和Sw之后，信号Sv和Sw的信号电平在下一个周期T内的无变化，则风机驱动马达10就未旋转。
图4是用于下面的流程图，为的是描述控制电路3检测风机驱动马达10的速率的运动情况。须注意的是除非另有说明，在图4显示的每一步骤所执行的操作是由控制电路3执行的。
当此操作起动时，控制电路3将监控从霍尔集成电路11u、11v和11w(S1)得到的输出信号Su、Sv和Sw之一的周期T。在此例中S1内监控的信号，下面将假定是信号Su。然后判定棱形S2确定信号Su的周期T是否小于或等于指定值T1。如果为“是”，控制就转到步骤S3；如果周期T大于指定的值T1(“否”)，过程就循环返回到步骤S1。
监控其它两个信号，即在此例中的Sv和Sw，开始在步骤S3。然后判定棱形S4确定信号Sv和Sw的电平是否变化在下一个周期T内，如果信号电平变化(“是”)，步骤5在流程终止之前将阻止驱动风机马达10。如果信号Sv或Sw的信号电平都无变化(S4返回“否”)，步骤S6指示驱动电路2启动驱动风机马达10，然后流程结束。
由上面描述可见，根据本发明的第一实施例，风机驱动装置检测使用了从霍尔集成电路11u、11v和11w得到的输出信号Su、Sv和Sw的风机驱动马达的转动速率，为了检测转子磁铁的磁极位置，霍尔集成电路设置在风机驱动马达10内。当检测到的风机驱动马达速率超过额定的阈值时，风机驱动装置将防止驱动风机驱动马达10。因此风机驱动装置不受风机驱动马达转子磁铁强度变化、为检测风机驱动马达感应电压的电路元件，或直流电源电路中高容量电容器容量等的影响。所以可以无须增加元件以良好的精度检测高电压、PWM风机驱动马达的风驱动速率。
实施例2由上面描述可见，根据本发明的第一实施例，风机驱动装置首先检测来自要求的一个霍尔集成电路的信号以检测风机驱动马达10是否是以超过指令阈值的速率在旋转。根据本发明的第二个实施例，风机驱动装置可以检测来自两个相邻霍尔集成电路的信号，检测此两信号的信号电平之间的改变的时间间隔，及基于此检测到的时间结合间隔确定风机驱动马达10是否以大于或等于指定的阈值旋转，并第二个最佳实例将进行描述。
根据此第二实施例的风机驱动装置30在操作上不同于第一实施例的风机驱动装置，下面将参考图1进行描述。如图1所示，此风机驱动装置包括一个控制电路31。根据此第二实施例的风机驱动装置30将参考控制电路31在操作上的差别在下面加以描述。
图5是当风机驱动马达10在反向旋转时显示来自霍尔集成电路11u、11v和11w的输出信号Su、Sv和Sw的时序图。由图1可见，信号Su是霍尔集成电路11u的输出，信号Sv是霍尔集成电路11v的输出。而信号Sw是霍尔集成电路11w的输出。为了简化下述描述，再次假设风机驱动马达10以恒定速率反向旋转。
控制电路31两个选择的相邻的霍尔集成电路输出信号Su、Sv和Sw的信号电平变化之间的时间间隔Ta，并检测这些信号之一的周期T。例如，控制电路31监控信号Su和Sv的信号电平的变化之间的时间间隔Ta，监控信号Su的周期T。如果时间间隔Ta小于指定值T2，控制电路31开始监控其它的信号Sv和Sw。
控制电路31因此监控风机驱动马达10的速率是否超过基于时间间隔Ta的指定阈值。如果时间间隔Ta下降至T2值之下，控制电路31就确定风机驱动马达速率超过了阈值，然后开始监控在信号Su的下一周期T中的其它信号Sv和Sw。所以可检测风机驱动马达10的转子实际上是否在旋转，或在外力例如风作用下是否存在转子磁铁位置的简谐振荡。
如果检测电路31检测到在图5所示的下一周期T期间信号Sv和Sw两者的电平改变，则可确定风机驱动马达10以超过阈值的速率在旋转。
如果被检测的时间间隔Ta下降至T2值之下，如在图3所示的情况，则控制电路31就开始监控在信号Su的下一周期中的信号Sv和Sw。然而在此情况下，在周期下期间信号Sv的电平将变化，而信号Sw的电平则不变化。因此控制电路31确定风机驱动马达10没有旋转。显然，控制电路31检测到的如果在开始监控信号Sv和Sw之后，信号Sv和Sw的电平在下一周期T内未发生变化，则风机驱动马达10没有旋转。
图6是下面为了描述检测电路31检测风机驱动马达10的速率操作所用的流程图。须注意的是，在图4和图6中类似的步骤将用同样的参考标号加以识别，并且除了注意在第二实施例中通过控制电路31执行的相同的步骤之外，更进一步的描述在下面将被省略。更须注意的是，除非另有说明，在图6中所示每一步执行的操作都是通过第二实施例的控制电路31执行的。
当此操作开始时，控制电路31将监控来自相邻霍尔集成电路11u、11v和11w的信号Su、Sv和Sw中的两个信号电平变化间的时间间隔Ta，并监控这些输出信号中的一个信号的周期T。在此典型的实施例中，控制电路31监控着信号Su和Sv的信号电平变化之间的时间间隔Ta，并监控信号Su(S11)的周期T。然后判定棱形S12检测时间间隔Ta是否小于或等于T2值。如果为“是”，图4中的S3至S6的步骤就被执行；如果为“否”，即时间间隔Ta大于T2值，则S12返回“否”，过程循环返回到步骤S11。
根据本发明的第二实施例，风机驱动装置将检测来自两个相邻霍尔集成电路的信号以便检测时间间隔Ta，其间在两个信号中存在电平的变化，然后从此时间间隔检测风机驱动马达10是否以超过预定阈值的速率旋转。因此根据第二实施例的风机驱动装置能够实现根据上面描述的第一实施例的风机驱动装置的相同优点。
实施例3从上面的描述可见，根据本发明的第一实施例的风机驱动装置首先检测霍尔集成电路中的一个要求的电流的信号，以检测风机驱动马达10是否以超过指令阈值的速率在旋转。然而根据本发明的第三个实施例，风机驱动装置将检测来自霍尔集成电路11u、11v和11w中每一个电路的输出信号Su、Sv和Sw，检测相邻输出信号Su、Sv和Sw中电平变化之间的时间间隔，以及依据检测的时间间隔小于指定的值的连续周期数，检测风机驱动马达10是否以大于或等于指定阈值的速率旋转。
根据第三实施例的风机驱动装置在操作上不同于第一实施例的风机驱动装置，因此下面将参考图1加以描述。如图1所示，此风机驱动装置包括控制电路41。根据第三实施例的风机驱动装置40下面将参考控制电路41的差别加以描述。
图7是当风机驱动马达10在反向旋转时显示至霍尔集成电路11u、11v和11w输出信号Su、Sv和Sw，的时序图。由图1可见，信号Su是霍尔集成电路11u的输出，信号Sv是霍尔集成电路11v的输出。而信号Sw是霍尔集成电路11w的输出。为了简化下述描述，下面再次假设风机驱动马达10以恒定速率在反向旋转。
控制电路41监控着输出信号Su、Sv和Sw中的每一个，以便检测时间间隔，在此时间间隔内来自任意相邻霍尔集成电路的信号中存在有信号电平的变化。更精确地说，控制电路41检测同步过程，在此同步过程中输同信号Su、Sv和Sw的变化从低到高，以便检测时间间隔Tu、Tv和Tw，这里时间间隔Tu是从当信号Su从低变到高，到当信号Sw低变到高的时间，时间间隔Tw是从在信号Sw的电平改变到在信号Sv电平改变的时间，而时间间隔Tv是从在信号Sv电平改变到在信号Su电平改变的时间。
控制电路41将确定如果时间间隔Tu到Tw在周期T内连续地小于预定的T3值，即如果信号Su的频率连续地超过指定的频率T4(≥1)。
在示于图3的情况下，只有时间间隔Tv小于T3，所以控制电路41不能检测时间间隔Tu和Tw。因此控制电路41确认风机驱动马达10不旋转。须注意时间间隔Tv，Tv和Tw也能通过检测步同过程而得到，在此同步过程中输出信号Su、Sv和Sw从高变到低。
也应注意，检测同步过程并不总是必要的，在此同步过程中输出信号Su、Sv和Sw的电平变化到相同的信号电平。例如参考图7，时间间隔Tu可以是当信号Su从低变到高时到当信号Sv从高变到低时之间的时间间隔；时间间隔Tv可以是当信号Sv从低变到高时到当信号Sw从高变到低时之间的时间间隔；而时间间隔Tw可以是信号Sw从低变到高时到当信号Su从高变到低时之间的时间间隔。
图8是下面为了描述控制电路41检测风机驱动马达10的速率的操作中所用的流程图。须注意的是，在图4和图8中，类似的步骤将通过相同的参考标号加以标识，并且除了注意在第三实施例中通过控制电路41执行的相同的步骤之外，更进一步的描述在下面将被省略。更须注意的是，除非另有说明，在图8中所示每一步执行的操作都是通过第三实施例的控制电路41执行的。
当此操作开始时，控制电路41将监控来自相邻霍尔集成电路11u、11v和11w的信号Su、Sv和Sw中的任意两个信号电平变化间的时间间隔，并监控这些输出信号中的一个信号的周期T，例如信号Su(S21)。然后判定棱形S22检测所有的时间间隔Tu，Tv和Tw是否小于或等于T3值。如果为“是”，步骤S23就被执行；如果为“否”，即如果时间间隔超过T3，步骤S6被执行，风机驱动马达被驱动，而此过程结束。
如果所有时间间隔Tu、Tv和Tw小于或等于T3值，判定棱形S23确定此条情况的频率是否超过指定的频率T4。如果为“是”，则驱动风机马达被停止(S5)，而此过程结束。如果为“否”，即如果频率T4不被超过，步骤S6被执行，风机驱动马达被驱动，而此过程结束。
根据本发明的第三实施例，风机驱动装置监控来自霍尔集成电路11u、11v和11w的输出信号Su、Sv和Sw，以便检测时间间隔Tu、Tv和Tw，在这些时间间隔中，来自任意两个相邻的霍尔集成电路的信号电平是变化的。然后基于此频率其检测的时间间隔Tu至Tw的每一个连续地保持小于指定值T3，控制电路41检测风机驱动马达10是否以等于或大于预定速率的速率旋转。根据第三实施例的风机驱动装置能够获得与上述的第一实施例的风机驱动装置相同的优点。
虽然结合最佳实施例以及参考附图对本发明进行了描述，但需注意的是对于本领域的专业技术人员来说还可以作出各种显而易见的改变和变化。例如本发明第一到第三实施例所描述的技术，也可用于具有磁极位置传感器的三相马达中，而且本发明并不受限于此，本发明也可检测有磁极位置传感器的任何n相马达(这里n是自然数)的转子速度。
因此，这样的改变和修改是被认为包含在由所附权利要求所确定的范围内，除非它们脱离该范围。
权利要求
1.一种用于风机驱动马达的驱动控制的风机驱动装置，该风机驱动马达具有多个传感器，用于变换由于风机驱动马达转子磁体引起的磁极位置的改变量并作为二值信号输出，该风机驱动装置包括用于驱动风机驱动马达的驱动电路部分；控制电路部分，其根据风机驱动马达中的每个传感器的输出信号来检测驱动电路部分；其特征在于，在风机驱动马达未被驱动，根据来自多个传感器的输出信号检测出由于外力的作用使得检测到的风机驱动马达速率超过指定的速率时，控制电路部分将阻止驱动电路部分驱动风机驱动马达。
2.根据权利要求1所述的风机驱动装置，其特征在于，在周期小于或等于指定周期的方波从多个传感器中的任何一个被检测之后，当从多个传感器中的另一个获得的信号电平在指定的时间内改变时，控制电路部分将判断风机驱动马达的速率是大于或等于指定的速率。
3.根据权利要求2所述的风机驱动装置，其特征在于，指定时间就是被检测的方波的一个周期的时间，此方波有小于或等于指定周期的周期。
4.根据权利要求1所述的风机驱动装置，其特征在于，控制电路部分确定风机驱动马达速率是大于或等于指定的速率，其条件是当从任意两个相邻传感器输入的两个方波信号中的一个的电平改变变化的，然后两个矩形方波信号的另一个电平也发生改变，这些信号电平的变化的时间间隔小于指定数值，和然后从所有其他传感器输入的信号的电平在指定的时间内变化。
5.根据权利要求4所述的风机驱动装置，其特征在于，指定时间是从两个相邻的传感器输入的两个方波信号的任何一个周期的时间。
6.根据权利要求1所述的风机驱动装置，其特征在于，控制电路部分监控每一个传感器的输出信号，对于每一对相邻的传感器检测从两个相邻的传感器中的一个输入的方波信号中信号电平变化和两个相邻传感器的另一个输出信号的信号电平变化之间的时间间隔，和当所有检测的时间间隔小于指定的周期并这种状态持续在指定的时间内，则判断风机驱动马达速率大于或等于指定的速率。
7.根据权利要求6所述的风机驱动装置，其特征在于，指定时间大于或等于从任意一个传感器输入的方波信号的一个周期的时间。
全文摘要
风机驱动装置不会受风机驱动马达转子磁体的强度变化,或用于检测风机驱动马达感应电压的电路元件,或在直流电源电路中高容量电容器的容量等因素的影响,因而能够以良好的精度而不须附加部件检测由外力如风力驱动的高电压脉宽调制(PWM)驱动的风机马达的速率。风机驱动装置使用来自霍尔集成电路的多个信号来检测风机驱动马达的速率,以及当被检测到的超过指定的阈值时,风机驱动装置就阻止风机驱动马达的驱动。
文档编号H02P6/12GK1241063SQ9910922
公开日2000年1月12日 申请日期1999年6月22日 优先权日1998年6月25日
发明者知野见岳人, 松城英夫, 马场俊成, 新田武彦 申请人:松下电器产业株式会社