专利名称：电冰箱控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及执行致冷循环并具有压缩机电机控制装置的致冷设备。本发明也涉及致冷设备中用于控制电冰箱压缩机的旋转频率或速度的电冰箱控制装置。还与无刷电机启动器有关，该启动器中，具有逆变器控制的旋转频率的直流无刷电机的转子磁极的位置在无传感器系统中被检测。
背景技术：
已经提出许多通过改变压缩机的旋转频率或速率来使致冷机节能和提高其快速致冷能力的方案。例如，在日本专利公告(未审查)2-140577号上，公开了一个通过用一个逆变器来使致冷机的压缩机的旋转频率发生变化以产生效果的试验。
象前面提到的现有技术文件中所公开的那样，用一个逆变器来改变其旋转频率的压缩机，一般说来是一种旋转压缩机，因为其致冷能力的改变与旋转频率的变化近似于线性关系，而且因为其润滑能力较少依赖旋转频率这一非常卓越的性能。
但是，按照常规结构，使用这种旋转压缩机存在下列问题一般说来，旋转压缩机壳内具有高压。这就是说，低压吸入气体直接吸入压缩部分的一个缸体，压缩后一下子排入机壳，然后通过一个排放管送入冷却系统。这样，由于机壳内存在高压缘故，灰所周知，高压和高温的气体就会泄漏侵入压缩部分的缸体内，成为降低压缩机压缩效率的一个因素(泄漏热耗)。
但是，泄漏热耗与旋转频率无关，而取决于高低压的程度。这就是说，有这样一种现象当旋转频率已经降低以降低压缩机本身的致冷能力时，泄漏热耗的比例因此也增加，从而降低压缩机效率。
结果，在节能情况下，企图用逆变器来降低旋转频率以降低致冷能力，当致冷机内部温度稳定能允许省去相当大的致冷能力时，存在这样的问题由于压缩机效率的降低，得不到节能的效果。
而且，对往复式压缩机来说，供油能力取决于旋转频率，这就引起了这样一个问题特别是在低频旋转时可靠性降级，并且，由于这种压缩机需要很大的起动扭矩，所以不能实现平稳起动。
还有一种启动压缩机电机控制装置的方法被提出，其中，其旋转频率被一个用逆变器控制的直流无刷电机的转子磁极的位置，用一个无传感器系统中的定子线圈上的感应电压来检测。但是，当电机停止时，这种方法不能进行位置检测，因为此时没有感应电压产生。所以，进行启动的一般作法是按照预先规定的起动顺序模式启动，直到位置检测能够开始工作的那个特定旋转频率，然后将此模式切换到无传感器系统。这样一种压缩机电机控制装置的现有技术的启动方法已经公开，如日本专利公告(未审查)1-54960号。
由于，用于无传感器电路中滤波电路中的瞬态直流分量在启动直流电机时衰减不够，所以上述方法用来防止当切换到无传感器系统不稳定时可能出现的切换故障。按照这种方法，为减少压缩机电机控制装置的启动故障，在瞬态直流分量衰减到足够程度后，向无传感器系统的切换才生效。
但是，这种方法只用了一种启动顺序模式，这就产生了这样一个问题当直流电机的负载扭矩在启动时刻很大时，在切换到无传感器系统生效之前、启动顺序模式运行期间，压缩机偶然可进入锁死状态。
另一方面，由于无刷电机效率高，而且允许在电压控制下进行旋转频率控制，所以得到广泛应用。特别是，以电机线圈电压产生的反向感应电压来检测旋转位置的方法是作为一项为了解决对用于检测无刷电机旋转位置的测量元件的需求的技术而较晚提出的，无刷电机已经广泛用于象压缩机等很恶劣的工作环境中，这种工作环境温度很高，而且有致冷剂和油在里面。
为了消除检测反向感应电压时PWM(脉冲宽度调制)对电压波形的影响，一般常用滤波电路。但是，这引起这样一个问题在象电机启动阶段那样的瞬间状态下，位置检测变得不稳定。为了消除上述缺点，又提出一种方法，例如，在日本专利公告(未审查)58-190287号中就提出的方法。现有技术无刷电机启动方法将参照
图19在下面给予描述。
图19是一张现有技术无刷电机启动方法的说明图。
参看图19，当一台静止电机启动时，由于没有反向感应电压产生，电机作为同步电机运行(低频同步启动)。在这个阶段，激励频率加速，使旋转频率逐渐增加。随着电机运行，旋转频率也继续增加。
当电机的旋转频率达到某一特定值时，就可以从反向感应电压中进行位置检测，而且电机通过切换进入无刷电机运行。然后，通过控制电压，可以做到加速、减速和保持旋转频率。
通过提供时间间隔(t4和t5)，在这段时间间隔内，在切换阶段和在等待滤波电路中的瞬态直流分量衰减足够后进行切换的一特定时间内，不产生加速度，或者通过在切换操作中的瞬态现象过去之后才开始加速，来保证切换阶段的稳定性。
但是，现有技术结构具有下列问题在根据反向感应电压进行位置检测的无刷电机中，在电机启动阶段，电机是作为同步电机按照低频同步启动来开始运行的。在这个阶段，电压和频率加在电机上，使电机产生一定的扭矩。在这个阶段，由于扭矩过高时会引起噪声和振动，当扭矩不够时又可能导致电机失调，因此，要有一个尽可能长时间的最合适状态中施加电压和频率的方案。
还有，在根据反向感应电压进行位置检测中，滤波电路的原来设计是要在电机正常运行的区域中呈最优化状态，这样，当在低速时加一个高扭矩，就会使电机失调。
因此，现有技术方法对启动阶段或者低旋转频率时负载小的电机(如风扇电机)是有效的。
但是，在电冰箱和空调机等设备中使用的压缩机中，可能的情况是在启动阶段之后，施加几秒钟的高负载。一般说来，在压缩机中，在启动后就产生压缩气体的压差，负载扭矩立刻增加。特别是，人们清楚地知道在启动阶段之后，会有一个大扭矩施加几秒钟。
当常规方法用于这种情况时，由于在施加高负载扭矩时会产生加速停止间隔，因此有这样的问题无论是在低频同步启动运行中还是根据反向感应电压检测运行时，高负载扭矩都会引起失调。
特别是，在接通电源的时刻，滤波电路的电容完全彻底放电，因此，需要有一个相当长的加速停止间隔，直到电机进入稳定状态。因此存在这样的问题在加速停止间隔中电机会失调。
考虑到现有技术中上述固有的问题，本发明进行了设计。因此，本发明的一个目的是提供一种致冷设备，它在反复启动时不会有故障，当在启动顺序模式运行期间检测出压缩机的锁死状态时，压缩机根据输出扭矩的启动顺序模式，采用大一级的输出扭矩。
本发明的另一个目的是提供一种致冷设备，它根据致冷系统周围的温度、冷却器的温度或吸入气体的压力来检测直流电机的负载扭矩，以及从一开始就按照与负载扭矩相对应的启动顺序模式启动电机，因而启动时较少有故障。
本发明的进一步的目的是提供一种电冰箱控制装置，能够防止压缩机泄漏热耗可能造成的效率降低，从而保证即使在低旋转频率时也具有高效率，并大大降低电能消耗量。
本发明更进一步的目的是提供一种电冰箱控制装置能够通过刚启动后产生一个特殊扭矩并且没有引起失调而进行稳定运行来稳定地启动压缩机。
本发明的另一个目的是提供一种电冰箱控制装置，它通过启动时快速加油、保证由于发生了未预见到的情况(如在低速旋转阶段气体混合)出现缺油时，能供给足够数量的润滑油，使这种控制装置具有提高了的可靠性。
本发明还有一个目的是提供一种无刷电机启动器，它能够没有失调地操作电机，即使在启动后需要高负载扭矩时，通过把瞬态直流成分衰减到足够低而不用设置任何加速停止间隔。
本发明更进一步的目的是提供一种无刷电机启动器，它能稳定地启动电机，其方法是即使在电源关断时(在电源关断期间，位置检测很可能是不稳定的)也能迅速完成位置检验过程；或者强行终止这一过程，即使这一过程根据判断还未完成。
本发明的揭示为了达到上述目的，按照本发明的致冷设备包括一个逆变电路，它有许多半导体开关和许多彼此呈桥式相联的二极管，一个由所述逆变电路控制并有一个转子的直流电机，一个由所述直流电机驱动的压缩机，一个与所述压缩机相连构成致冷循环的冷凝器，和一个与所述压缩机相连的冷却器。致冷设备还包括一个用于检测所述直流电机的所述转子位置的位置检测装置，一个用于输出转换(换向)脉冲的转换装置，该转换脉冲根据所述位置检测装置的输出来确定所述逆变电路的所述半导体开关的运作，一个用于根据所述位置检测装置的输出来检测所述压缩机的旋转频率的旋转频率检测装置，以及一个根据所述旋转频率检测装置的输出来检测所述压缩机锁死状态的锁死检测装置。该致冷设备还包括产生斩波信号以实现斩波使所述直流电机旋转频率发生变化的斩波信号发生装置，将所述转换脉冲与所述斩波信号混合的混合装置，一个根据所述混合装置的输出来切换所述逆变电路的所述半导体开关的驱动装置。
设置一个启动顺序控制装置，当在所述直流电机的启动阶段没有来自所述位置检测装置的输出时，它向所述混合装置输出一个预定转换脉冲和一个预定斩波信号。当所述锁死检测装置检测到所述压缩机锁死时，该启动顺序控制装置在一段特定时间间隔后，通过再次输出转换脉冲和斩波信号来进行重新启动。
而且，多个启动顺序模式储存装置储存从所述启动顺序控制装置输出的所述的转换脉冲和所述的斩波信号的各个启动顺序模式，这些启动顺序模式具有不同的输出扭矩。
在启动阶段，扭矩增大装置从所述启动顺序模式中选择一个最小输出扭矩启动顺序模式。在重新启动阶段，扭矩增大装置选择另一个比所述最小输出扭矩启动顺序模式大一级的输出扭矩启动顺序模式，并将结果顺序模式输出给所述启动顺序控制装置。
在启动阶段，所述启动顺序控制装置通过一个操作模式切换装置相连到所述混合装置，该切换装置启动后又将所述转换装置和所述斩波信号发生装置连接到所述混合装置。
优先方案是，提供一个环境温度检测装置用于检测所述致冷循环的周围温度。在这种情况下，所述扭矩增大装置把所述周围温度检测装置检测的周围温度与预置参考周围温度进行比较，当启动阶段的周围温度较高时，它选择一个对应于此周围温度的大输出扭矩启动顺序模式。在重新启动阶段，扭矩增大装置选择另一个大一级输出扭矩启动顺序模式，并将结果顺序模式输出到所述启动顺序控制装置。
可选择方案是，可以提供一个冷却器温度检测装置用于检测冷却器温度。在这种情况下，扭矩增大装置把所述冷却器温度检测装置检测的冷却器温度与预置参考冷却器温度进行比较，并当启动阶段冷却器温度较高时，它选择一个对应于此冷却器温度的较大的输出扭矩启动顺序模式。在重新启动阶段，扭矩增大装置选择另一个大一级的输出扭矩启动顺序模式，并将该结果顺序模式输出到所述启动顺序控制装置。
还有一个可选择方案是，可以提供一个入口压力检测装置用于检测所述压缩机的入口压力。在这种情况下，所述扭矩增大装置把所述入口压力检测装置检测的入口压力与预置参考压力进行比较，并当启动阶段入口压力较高时，它选择一个对应于此入口压力的较大的输出扭矩的启动顺序模式。在重新启动阶段，扭矩增大装置选择另一个大一级的输出扭矩启动顺序模式，并将该结果顺序模式输出送到所述启动顺序控制装置。
在本发明的另一种形式中，致冷设备包括一个压缩机，它有一个其内部压力近似等于吸入气体压力的机壳；一个操作所述压缩机的电机；和一个逆变器，它在启动后一个特定时间间隔内通过特定的转数来控制所述电机，然后根据所述电冰箱的内部温度来控制所述电机。
另一方面，本发明的控制装置打算用于一种电冰箱，它包括一个壳内压力近似等于吸进气体压力的压缩机；一个装在壳内的压缩部件；和一个运行压缩部件的具有转子和定子的直流电机。此控制装置包括一个反向感应电压检测电路，用于检测从定子绕组上产生的反向感应电压检测转子的旋转位置，一个在正常运行期间根据所述反向感应电压检测电路的输出、执行转换操作以便使直流电机以不同的速度运行的转换器，以及一个旋转频率设置电路，用于当电冰箱内部温度稳定时，设置所述直流电机的旋转频率，使之低于商用电源的频率。
该控制装置可进一步包括一个转子固定电路，当旋转频率设置电路的输出从停止状态转向运行状态时，它打开逆变器的一个特定状态，并且输出一个特定电压；还包括一个用于把转子固定电路的输出保持一段特定时间间隔的第一定时电路。
还有一个选择方案是控制装置可进一步包括一个启动转换模式储存电路，它用来预先储存特定的转换模式以便在短时间内加速所述的直流电机，还包括一个启动电压模式储存电路，它用来预先储存特定电压模式以便使所述直流电机获得特定扭矩，还包括一个转换选择电路，在所述直流电机启动阶段，它用来从所述启动转换模式储存电路中选择一个输出，以便以某种方式操作所述转换器，还包括一个电压选择电路，它根据所述启动电压模式储存电路的输出，与所述转换模式同步地转变所述逆变器的输出电压，还包括一个转换选择电路，当所述启动转换模式储存电路的输出完成时，它根据反向感应电压检测电路的正常输出，切换到转换操作。
再一个选择方案是，控制装置还可包括一个增大速率选择电路，在所述直流电机启动后，它通过增大所述逆变器的输出电压来选择加速速率，还包括一个第二定时电路，在启动操作完成后，它运行一段特定的时间间隔。在这种情况下，在所述第二定时电路正在运行时选择第一增大速率，那么当所述第二定时电路运行完成后，则选择大于第一增大速率的第二增大速率。
另一个选择方案是控制装置还可包括一个第三定时电路，它在所述直流电机升速时间内运行一段特定时间间隔，还包括一个旋转频率选择电路，它用来选择一个接近于商用电源频率的旋转频率作为固定旋转频率。该旋转频率选择电路在所述第三定时电路运行时，忽视由所述旋转频率设置电路所设置的旋转频率，并确定该固定旋转频率为所述逆变器的输出对象。
同时，本发明的启动器用于启动具有一个转子的无刷电机，它包括一个用于将直流电压转换为交流电压以驱动无刷电机的逆变器，包括一个从所述无刷电机的反向感应电压检测所述转子的旋转位置的反向感应电压检测电路，还包括一个从所述反向感应电压检测电路的信号产生波形以驱动所述逆变器的转换电路。该启动器还包括一个启动电路，它周来输出所需的波形去启动所述的无刷电机，包括一个第一强制输出电路，在某一特定时间间隔内，它输出一个具有某种水平电压和频率的波形，在此水平的电压和频率时，所述无刷电机不旋转；还包括一个切换电路，当所述无刷电机启动时，它用于选择所述第一强制输出电路的输出，然后选择所述启动电路的输出，最后选择所述转换电路的输出以便去操作所述转换器。
第一强制输出电路可以用第二强制输出电路代替，以输出一个具有某种水平电压和频率的波形，在此水平电压和频率时，所述无刷电机不旋转。在这种情况下，提供一个电源接通判定电路用来判定电源接通与否。当所述电源接通判定电路判定电源已接通，则切换电路选择所述第二强制输出电路的一个输出去操作所述逆变器。
该启动器还可包括一个由所述反向感应电压检测电路的信号判定电机运行是否稳定的判定电路。在这种情况下，当所述判定电路判定电机运行稳定时，第二强制输出电路停止波形输出。
该启动器还可包括一个第二定时电路，当电源接通时，它开始运行。在这种情况下，当所述判定电路判定电机运行稳定或所述第二定时电路已经完成特定时间间隔的计数时，第二强制输出电路就终止波形输出。
图的简要说明图1是按照本发明的第一实施例的一个致冷设备整体结构的示意图；图2表示图1所示致冷设备的启动顺序模式A；图3表示图1所示致冷设备的启动顺序模式B；图4表示图1所示致冷设备的启动顺序模式C；图5是图1所示致冷设备的启动顺序操作部分的流程图；图6是修改例致冷设备整体结构的示意图；图7是按照本发明修改的致冷设备的整体结构示意图；图8是按照本发明另一个修改的致冷设备的整体结构的示意图；图9是按照本发明第二实施例的致冷机控制装置的电路图；图10是图9所示控制装置的运行流程图；图11A是表示空压机相对效率特性的曲线图；图11B是表示空压机相对致冷能力特性的曲线图；图12是表示作为同步电机的一个电机的旋转频率和扭矩之间关系特性曲线图；图13是表示润滑油泵的润滑能力的特性曲线图；图14是符合本发明的第三实施例的无刷电机启动器的方框图；图15是图14所示无刷电机启动器的运行流程图；图16是反向感应电压检测电路的电路图；图17A、17B和17C分别是图16所示反向感应电压检测电路稳定运行阶段的U-相、V-相和W-相波形图；图17D、17E和17F分别是图16所示反向感应电压检测电路稳定运行阶段提供的第一滤波电路、第二滤波电路和第三滤波电路的输出波形图。
图17G、17H和17I分别是图16所示反向感应电压检测电路稳定运行阶段提供的第二比较电路、第三比较电路和第一比较电路的输出波形图；图18A、18B和18C分别是从反向感应电压检测电路启动阶段输出的位置检测信号x，y和z的波形图；图18D、18E和18F分别是启动阶段第一滤波电路，第二滤波电路和第三滤波电路的输出波形；以及图19说明现有技术无刷电机启动方法的曲线图。
优选实施例的详细说明本发明的优选实施例现在将参看附图给予描述。
图1是按照本发明第一实施例的致冷设备的整体结构示意图。在图1中，标号1表示交流电源。标号2表示将交流电源1的交流电压转换成直流电压的倍压整流电路，其中二极管2a到2d以及电容器2e到2f彼此相连。
标号3表示逆变器电路，其中半导体开关(晶体管)3a到3f成桥式联接，二极管3g到3l与各晶体管反向并联。
标号4表示由逆变器电路3的输出所驱动的直流电机。标号5表示由直流电机4驱动的压缩机。标号6表示位置检测装置，用来检测直流电机4的转子(未标出)的旋转位置并产生一个旋转脉冲，以使转子的旋转位置可从直流电机4的反向感应电压(反向电动势)中检测。
标号7表示转换装置，它根据位置检测装置6的输出产生转换脉冲去变换逆变电路3的3a到3f半导体开关。标号8表示用来向直流电机4输出旋转频率指令信号的旋转频率指令装置。标号9表示旋转频率检测装置，在一个特定周期内(如0.5秒)，它给位置检测装置6的旋转脉冲计数。
标号10表示占空比设定装置，它根据旋转频率指令装置8的旋转频率指令信号与旋转频率检测装置9所检测的实际旋转频率之间的差，输出一个占空比以使两者彼此一致。标号11表示斩波信号发生装置，它根据所述占空比产生一个以特定频率改变开/关比的波形，以便使直流电机4的旋转频率可变。
标号12表示无传感器操作部分，它包括位置检测装置6，转换装置7，旋转频率指令装置8，旋转频率检测装置9，占空比设定装置10和斩波信号发生装置11。
标号13表示启动顺序控制装置，在直流电机4的启动阶段，由于不能从位置检测装置6得到输出，它就输出一个预定的转换脉冲和一个预定的斩波信号，并且当锁死检测装置17检测到压缩机5锁死时，在一段特定时间间隔之后，重新启动以再次输出转换信号和斩波信号。锁死检测装置17稍后将被讨论。
标号14、15和16分别表示启动顺序模式存储装置A、启动顺序模式存储装置B和启动顺序模式存储装置C，它们分别储存从启动顺序控制装置输出的转换脉冲和斩波信号构成的启动顺序模式A、B和C。
图2、3和4分别表示启动顺序模式A、B和C。
在图2、3和4中，参考字符A+、B+、C+、A-、B-和C-分别表示控制半导体开关3a、3b、3c、3d、3e和3f所需的转换脉冲。斩波占空比是斩波信号的开/关比。斩波占空比按启动顺序模式A、B和C的顺序一步一步增大，因此，输出扭矩也一步一步地增大。
标号17表示锁死检测装置，当旋转频率检测装置9检测的直流电机4的旋转频率低于预定旋转频率(如5Hz)时，它就判定直流电机4处于锁死状态，并输出一个锁死信号。
标号18表示扭矩增大装置A，它在启动阶段选择具有最小输出扭矩的启动顺序模式，在重新启动阶段，选择大一级的输出扭矩启动顺序模式，并把选定的模式输出到启动顺序控制装置13。
标号19表示启动顺序操作部分，它包括启动顺序控制装置13，启动顺序模式储存装置A14，启动顺序模式储存装置B15，启动顺序模式储存装置C16，锁死检测装置17、以及扭矩增大装置A18。
标号20表示运行模式切换装置，在启动阶段，它把启动顺序控制装置13连接到混合装置21。在电动机启动后，它把转换装置7和斩波信号发生装置11连接到混合装置21上。混合装置21稍后讨论。
参数21表示混合装置，它用来把转换脉冲与斩波信号混合。
标号22表示驱动装置，按照混合装置21的输出，使逆变电路3的半导体开关3a到3f进行开/关。
标号23表示冷凝器，而标号24表示冷却器，标号25表示包括压缩机5、冷凝器23和冷却器24的致冷循环。
启动顺序操作部分19的运行将在下面参照图5的流程图给予描述。
首先，当设备处于步骤S1启动阶段时，操作模式开关装置20将启动顺序控制装置13联接到混合装置21。然后，在步骤S2，扭矩增大装置A18把储存在启动顺序模式储存装置A14中的启动顺序模式A输出到启动顺序控制装置13，使压缩机5按照最小输出扭矩的启动顺序模式运行。
然后，在步骤S3，锁死检测装置17判断压缩机是否锁死。当达到正常启动时，该操作就完成了。当压缩机5锁死时，程序流程继续进入步骤S4。
在步骤S4，扭矩增大装置A18将储存在启动顺序模式储存装置B15中的启动顺序模式B输出到启动顺序控制装置13，使压缩机5按照大一级的输出扭矩启动顺序模式运行。
然后，在步骤S5，锁死检测装置17判断压缩机5是否锁死。当达到正常启动时，该操作完成。当压缩机5锁死时，程序流程进入步骤S6。
在步骤S6，扭矩增大装置A18将储存在启动顺序模式储存装置C16中的启动顺序模式C输出到启动顺序控制装置13，使压缩机5按照更大一级的输出扭矩启动顺序模式运行。
然后，在步骤S7，锁死检测装置17判断压缩机5是否锁死。当达到正常启动时，该操作完成。当压缩机5锁死时，程序继续进入步骤S8。
在步骤S8，为下一步启动提供一定时间的等待间隔(如5分钟)，然后程序流程返回步骤S1。
因此，当在启动时检测到压缩机的锁死状态，就使用大一级的输出扭矩启动顺序模式使压缩机重新启动，从而获得了一种启动很少失败的致冷设备。
图6表示的是图1所示致冷设备的改进型。其中，在扭矩增大装置18处设置了扭矩增大装置B27和周围温度检测装置26。
周围温度检测装置26检测致冷循环系统25的周围温度，而扭矩增大装置B27将在启动阶段由周围温度检测装置26检测到的周围温度与预置参考周围温度进行比较。如表1所示，当周围温度高时，就选择与此温度相应的大输出扭矩的启动顺序模式。在重新启动阶段，选择更大一级的输出扭矩启动顺序模式。被选择的模式被输出到启动顺序控制装置13。
表1
由于以上安排，通过在启动阶段以致冷循环系统周围温度为基础检测直流电机的负载扭矩，并从一开始就按照与此负载扭矩相对应的启动顺序模式启动电机，就可以进一步减少迄今为止常见的那种由于周围温度高负载扭矩大时造成的启动失败(故障)。
图7表示另一个致冷设备的改进型，其中，在图1所示致冷设备的扭矩增大装置A18处设置了一个扭矩增大装置C29和冷却器温度检测装置28。
冷却器温度检测装置28检测冷却器24的温度，而扭矩增大装置C29将启动阶段冷却器温度检测装置28检测到的冷却器温度与预置的参考周围温度进行比较。如表2所示，当冷却器温度高时，就选择对应于此温度输出扭矩大的启动顺序模式。在重新启动阶段，选择更大一级输出扭矩的启动顺序模式。所选择的模式被输出到启动顺序控制装置13。
表2
由于这种安排，通过在启动阶段以冷却器温度为基础检测直流电机的负载扭矩，并从一开始就按照与此负载扭矩相应的启动顺序模式来启动电机，所以在冷却器24化霜等操作后负载扭矩较大的启动阶段，初始下拉(pull-down)(发生在致冷运行刚开始时)和可能的运行故障可以进一步减少。
图8表示另一个致冷设备的改进型。这里，在图1所示致冷设备的扭矩增大装置A18处设置了一个扭矩增大装置D31和一个入口压力检测装置30。
入口压力检测装置30检测压缩机5的入口压力，而扭矩增大装置D31将启动阶段入口压力检测装置30检测的入口压力与预置的入口压力进行比较，如表3所示，当入口压力高时，就选择与此压力对应的大输出扭矩的启动顺序模式。在重新启动阶段，选择更大一级的输出扭矩启动顺序模式。选定的模式被输出到启动顺序控制装置13。
表3
由于以上安排，通过在启动阶段以入口压力为基础直接检测直流电机的负载扭矩，并从一开始就按照与负载扭矩相应的启动顺序模式来启动电机，所以，当负载很大时可能出现的启动失败可以进一步减小。
如上所述，在本发明的第一实施例的致冷设备中，当在启动阶段锁死检测装置检测到压缩机的锁死状态时，扭矩增大装置A立刻选择大一级的扭矩输出启动顺序模式，并将该模式输出到启动顺序控制装置，使压缩机可以迅速重新启动而不会重复启动夫败。因此，即使因为很大的负载扭矩使启动最初失败了，电机也能立即重新启动，结果得到一种可靠的致冷设备，它在启动阶段不会启动失败。
而且，扭矩增大装置B在启动阶段根据致冷循环系统周围温度评估直流电机4的负载扭矩，并从一开始就选择对应于此负载扭矩的启动顺序模式，所以使致冷设备即使因为周围温度高而负载扭矩很大时，也能使该致冷设备正常启动。
另外，扭矩增大装置C在启动阶段根据冷却器温度评估直流电机的负载扭矩，并从一开始就选择对应于此负载扭矩的启动顺序模式，因此，即使在初始下拉(pull-down)发生在致冷操作初始起动时或冷却器等化霜之后负载扭矩很大时，也能使致冷设备正常启动。
还有，扭矩增大装置D在启动阶段根据入口压力直接检测直流电机的负载扭矩，并从一开始就按照对应于此负载扭矩的启动顺序模式启动电机，所以，即使在负载扭矩很大时，也能使致冷设备较少受启动失败的影响。
图9表示按照本发明第二实施例作为一种致冷设备的致冷器用的控制装置的电路图。
在图9中，标号41表示压缩机，标号42表示压缩机41的机壳。标号43表示包括转子43a和定子43b在内的直流电机。转子43a周围设有永磁铁(例如，当电机有4个极时，极的分布为N、S、N、S，每90°一个)。
标号44表示一个轴，它固定在转子43a上，并用轴套卡在轴承45上。然后，偏心部件44a设在轴44下面，润滑油泵46则装在偏心部件44a的下面。
标号47表示活塞，它在缸体48内做往复式运动以压缩致冷剂。轴44的旋转运动被偏心部件转换成活塞47的往复式运动。被压缩的致冷剂经排放管49排出，经过冷却部件(冷凝器、膨胀器和蒸发器)从入口管50排进压缩机41的机壳42。
标号51表示商用电源，例如，普通房间里的100v 60Hz的交流电源。标号52表示对商用电源51整流的整流电路。在本例中，采用倍压整流系统，输入是100VAC，输出是250VDC。
标号53表示逆变器，它以3相桥式联接形式联接各开关元件。它将整流电路52的直流输出转换成直流电机43用的电源的3相人为电压和人为频率输出。
标号54表示反向感应电压检测电路，它根据直流电机43的定子43b的绕组上的反向感应电压检测转子43a的相对旋转位置。标号55表示对逆变器53中各开关元件进行开/关的驱动电路。
标号56表示旋转频率设置电路，它检测致冷器的内部温度(例如冷冻室内的温度)，然后设置那一时刻的最佳旋转频率，并把该频率作为指令旋转频率输出。标号57表示启动电路，当旋转频率设置电路56的输出从停止状态(指令旋转频率＝0转/秒)移到运行状态(如指令旋转频率＝40转/秒)时，它就发送一个信号来判断设备处于运行状态。
标号58表示转换选择电路，它改变根据那一时刻的状态来改变转换方式(改变逆变器53的3相输出电流，并把最终结果输出到驱动电路55。标号59表示电压选择电路，它根据那一时刻状态设置逆变器53的输出电压，并把这一电压作为PWM(脉冲宽度调制)信号送出。该信号与驱动电路55中的转换选择电路58的输出混合去控制逆变器53的开关元件。
标号60是第一定时电路，它以启动电路57的信号为基础，在一段特定时间内发出一个输出信号。标号61表示转子确定电路，当第一定时电路60工作时，转子确定电路向转换选择电路58和电压选择电路59发送一个信号来选择一个特定的相并用特定电压接通该相。
第一定时电路60的输出反馈到启动电路57。在第一定时电路60的计时完成后，向启动转换模式储存电路62和启动电压模式储存电路63发送一个启动信号来启动运行。在本例中，模式化的转换信号和电压信号分别被发送到转换选择电路58和电压选择电路59，根据这些信号逆变器进行操作运行。
当启动模式完成时，转换选择电路58根据反向感应电压检测电路54的输出开始运行，同时电压选择电路59根据电压调节电路64的输出开始输出PWM输出信号。
就在切换之后，等于或略高于前一个启动电压模式的最终电压的一个电压被设定，然后，该电压以增大速率选择电路65所设定的速率增大。
标号66表示第二定时电路，它按照启动电路57的指令控制下的定时在一段特定时间内向增大速率选择电路65发送一个输出。此时，增大速率选择电路65在第二定时电路66运行期间选择一个第一增大速率，并在第二定时电路66的运行完成之后，选择第二增大速率。在本例中，设置为第一增大速率＜第二增大速率。
标号67表示增大速率调节电路，它具有根据反向感应电压检测电路54的输出来计算直流电机43的旋转频率并调节增大速率选择电路65的第二增大速率，使得对一个特定旋转频率的上升时间在一个特定时间间隔内降下来的功能。
标号68表示第三定时电路，它按照启动电路57的指令所控制的时间在一段特定的时间内向旋转频率选择电路69发送一个输出信号。此时，在第三定时电路68运行期间，旋转频率选择电路69选择的不是由旋转频率设置电路56决定的指令旋转频率，而是固定旋转频率70。固定旋转频率70设置在商用电源频率附近。在第三定时电路68的运行完成之后，旋转频率才遵循旋转频率设置电路56的指令旋转频率。
标号71表示旋转频率决定电路，当旋转频率设置电路56的指令旋转频率是一个指定旋转频率时(旋转频率低于商用电源频率)，该电路就发送出一个输出信号。标号72表示第四定时电路，它根据旋转频率决定电路71的输出信号运行，在一个指定的时间内完成计时后，发送一个输出信号以运行第三定时电路68。
上面描述的致冷器结构中的控制装置的运行将在下面描述。
首先，描述图9所示压缩机41的运行。
由于直流电机43的转子43a的旋转，轴44也同时旋转。转子43a和轴44彼此完全固定联接(冷缩固定或挤压固定)。轴44由固定轴承45支撑，呈可滑动接触状态。
在轴44下面设有偏心部件44a，它随着轴44的旋转作偏心旋转。此偏心旋转转换成往复运动使缸体48内的活塞47往复运动以压缩致冷剂。
而且，在轴44的偏心部件44a的下面设有润滑油泵46，在本发明中，它是利用离心力的泵来工作的。这种泵因为其结构简单并十分可靠而经常使用。
该润滑油泵46用来把机壳42底部储存的润滑油供给压缩机各部分，而且此泵还对轴44和轴承45之间滑动部分起着特别重要的润滑作用。
但是，由于润滑油泵46是利用旋转的离心力，所以它有这样的问题它的润滑能力随着旋转频率不同变得明显不同。
另一方面，当今市场上可以买到的大量的电冰箱和空调机，它们根据致冷负载的状态，用一个逆变器来改变压缩机的旋转频率，从而使其致冷系统的性能发生变化。在这些机器中，一般使用旋转式或涡旋式压缩机。
这样做的主要原因是旋转或涡旋压缩机通过旋转运动产生压缩作用，因此，当其速度可变时，其致冷能力也可以在一个很宽的范围内变化。另一个原因是其润滑能力较少受旋转频率的影响，因为那里产生一个压差润滑作用(在高压机壳型压缩机中，由于其壳内压力近似等于排出气体的压力，所以这种润滑作用产生的有限)。
但是，为了促进分析而对大量数据进行分析的结果表明，本发明人对下列各点十分关注。这就是在各个旋转式或涡旋式压缩机中，其效率在低旋转频率时逐渐降低。已经发现，(压缩机)效率降低的程度大于电机本身低速时效率降低的程度。
已经进一步进行了详细分析，而且已经发现并得出结论这一现象是由于泄漏热耗造成的。众所周知，致冷剂气体是从各压缩机的活塞和缸体之间泄漏的。但是，在旋转式和涡旋式压缩机中，其机壳有一个很高的内部压力，致冷剂气体泄漏的方向是从机壳内向压缩室内泄漏，因此，泄漏热耗的产生是由于致冷剂气体具有高温高压，结果造成压缩效率的降低。
另一方面，已经发现，致冷剂气体泄漏的发生与旋转频率无关，因此，当压缩机在低旋转频率具有很小的致冷能力时，由于致冷气体的泄漏使泄漏热耗率增加，结果造成效率降低。
因此，本发明人很注意低压机壳(其机壳内压力近似等于吸进气体压力)型压缩机的旋转频率控制。就低压机壳型压缩机来说，机壳具有低的内部压力，而且机壳内部压力总是低于压缩室的内部压力。由于这一点，致冷气体泄漏方向成为从压缩室内向机壳内泄漏。虽然这种泄漏导致容积效率降低，但由于没有泄漏热耗，压缩效率没有降低。
为了证实以上内容，用一台往复式压缩机作为低压机壳型压缩机做了一个实验，实验的结果如图11A和11B所示。
图11A和11B表示该压缩机旋转频率特性曲线图。图11A是一条表示旋转频率对相对效率的特性曲线(假定60转/秒的旋转频率的效率是1)，而图11B是一条表示旋转频率对相对致冷能力的特性曲线(假定60转/秒旋转频率的致冷能力是1)。
在这些图中，往复式压缩机的特性用实线表示，而旋转式压缩机特性用虚线表示。此例中，往复式压缩机是低压机壳型，而旋转式压缩机是高压机壳型。
首先，描述图11A所示的相对效率，在旋转式压缩机中，峰值效率位于60转/秒的旋转频率，随着旋转频率降低，效率也明显降低。另一方面，往复式压缩机表现出这样的特性尽管在40转/秒旋转频率附近存在一个效率峰值，但它在60转/秒到40转/秒的旋转频率范围内，近似呈水平延伸。
图11B所示相对致冷能力将在下面描述。在旋转式压缩机中，致冷能力与旋转频率之间近似呈线性变化。但是，在往复式压缩机中，在低旋转频率时(在30转/秒到60转/秒的范围内)，近似呈线性变化，但它在其饱和状态中达到峰值并在不低于60转/秒的旋转频率时开始降低。这是因为缸体的进口阀不能充分响应。
结果，人们已发现往复式压缩机虽然致冷能力的变化范围小，但其旋转频率控制呈现非常高的效率。以上意味着对于有限应用来说，可以提供一个非常好的系统。因此，在这里建议电冰箱装一台这种压缩机来使用。
任何电冰箱的箱体都受限于一定的尺寸，而且其内部负载随(冰箱内的)食物等物品不同而变化。但是，当负载温度降到足够低时，对致冷能力的要求仅仅是它只要能克服从箱体等处进来的热就行。以上意味着即使当致冷能力的变化范围很小时也没有问题。
而且，电冰箱与其它家用电器不同，它整年都通电运行，因此，如实现节能，可产生巨大的效果。所以，要求系统具有较高的效率。
在本例中，选择往复式压缩机作为真实的低压机壳型压缩机。但是，从在低旋转频率时效率很高的原理上看，很明显，对于凡具有机壳内低压的每一台压缩机来说，同样是正确的。
但是，如前所述，在低压机壳型压缩机中，已经使用着大量的受旋转频率影响很大的离心泵作为润滑油泵。因此，必须充分注意低旋转频率时的润滑。
而且，尽管有办法提供一个独立的泵，但是这种办法要求一种非常复杂的结构，这会引起成本的增加并降低可靠性。因此，用控制的方法来补偿润滑能力是一个非常严重的问题。
其次，将参看图9和图10描述图9所示结构的电冰箱控制装置的运行情况。图10是一张表示按照第二实施例的电冰箱控制装置运行的流程图。
直流电机43现在处于停止状态。在步骤S11判断由旋转频率设置电路56设置的旋转频率是否为0转/秒。当设置旋转频率为0转/秒时，直流电机43的停止状态于步骤S12维持不变。
当所设旋转频率变为不是0转/秒时(如40转/秒)程序流进入步骤S13。在步骤S13，决定启动启动电路57中运行，并发送一个信号到第一定时电路去启动直流电机43的运行。
这里要增加一个附加说明。一般说来，直流电机(直流无刷电机)有一个用于检测转子旋转位置的位置检测传感器(如一个霍尔元件)。但是，在一个诸如压缩机内那样的高温或类似的恶劣环境中，仍存在着可靠性方面的问题。
鉴于以上问题，最近已经提出一个根据电机绕组上的反向感应电压来检测转子相对位置的方法。这种方法意在利用直流电机的优良特性而不用任何传感器。
但是，该方法是一种检测反向感应电压的方法，因此，当电机停止时，不能进行位置检测。因此，为了启动直流电机，广泛使用一种在初始状态作为同步电机启动直流电机的方法。这种方法是一种通过施加一个指定频率和一个指定电压(这是指作为一个启动顺序)来强制性使电机旋转的方法。
这种方法意在使直流电机的旋转频率增加到某一频率，在此频率时，在启动顺序中可检测到反向感应电压，然后把这一运行状态切换到正常运行状态。
但是，在电机作为一个同步电机运行的启动顺序期间，转子的旋转与逆变器的输出不总是彼此一致，因此，电机的扭矩非常不稳。而且，在完成向反向感应电压检测信号切换以后，当旋转频率很低时，反向感应电压的电平也很低，这意味着运行状态不稳定。
至于旋转式压缩机或诸如此类的机器，由于压缩作功不是在旋转开始后马上开始，从结构上说只需要很小的启动扭矩而不需要很大的扭矩，所以采用直流电机相对容易。
但是，说到往复式压缩机，从结构上说，它需要相对较大的启动扭矩，而且也需要一个大的扭矩来启动压缩作功。
以上是附加说明，现在回到对现在运行情况的说明。
在步骤S14，第一定时电路60开始运行，当第一定时电路60正在运行时，转子固定电路61在步骤S15被运行。在步骤S16，判断第一定时电路60的运行是否完成。当此运行没有完成时，重复步骤S15的工作，当此运行完成时，程序流进入步骤S17。
转子固定电路61运行方式如下假定三相直流电机的输入端为U-相、V-相和W-相，然后，给一个预定的相施加一个指定电压使电流流动，这样，在定子43b内就产生一个特定的磁场。按照这个磁场，定子43b停在一个指定的位置上。
这个指定的位置最好设在压缩机41的压缩部件具有最小的启动扭矩的位置。至于往复式压缩机，这个指定的位置有两个一个位于活塞47走到缸体18的最里面(顶死点)，另一个位于活塞47反向走到缸体48的最外面(底死点)。
而且，在磁场中被拉着走的转子43a旋转时有阻尼振荡，因此，最好是将转子固定电路61运行到转子完全停止为止。关于第一定时电路60中的特定时间，应设置为不少于转子43a的阻尼振荡完全停止所需的时间。
当转子43a停在一个指定位置上，并且第一定时电路60的运行已完成时，然后启动一个启动顺序，使旋转磁场从转子固定电路61所固定的那个指定位置产生(步骤S17)。
启动转换模式储存电路62储存着一个模式以逐次切换逆变器53的开关元件。而且，启动电压模式储存电路63储存着一个最优化电压，以便根据启动转换模式的输出频率获得一输出。
判别预先储存在启动转换模式储存电路62以及启动电压模式储存电路63中的模式的方法将参照图12在下面给以描述。图12表示作为同步电机的电机旋转频率和扭矩的特性曲线。
图12所示特性描绘出当从逆变器输出一个特定旋转频率和一个特定电压时的最大扭矩。也就是说，当直流电机被逆变器作为同步电机来运行时，即获得此特性曲线。模式也就由此特性决定。
至于往复式压缩机，如上所述，从旋转开始阶段就需要大的扭矩。由于从运行角度说，启动顺序状态是不稳定的，所以需要把该运行尽可能快地切换到根据反向感应电压检测信号的运行中去。最好在转子转两圈以内就切换此运行。
为了在这么短的时间内平滑地转动直流电机，产生扭矩的设置就变得十分重要。当产生的扭矩太小时，直流电机不转，相反，当产生的扭矩太大时，会产生一个制动扭矩来阻碍平稳加速，而且这会频繁地造成切换失败。
因此，为了实现平稳启动，有一个测量如图12所示特性并设置一个模式的方法，这在下面将给予描述。直流电机产生的扭矩T1之值设置为大约比所需的启动扭矩大10％。电压和旋转频率按照该扭矩确定模式。
在图12中，该模式设置如下在旋转频率F1和电压V1下转半圈，在旋转频率F2和电压V2下转半圈，在旋转频率F3和电压V3下转半圈之后，运行切换到根据反向感应电压检测信号的运行。这就是说，起动顺序在一圈半中完成。
在步骤S18，判断模式输出运行是否完成。当该运行没有完成时，重复步骤S17的运行；当该运行完成时，从启动转换模式储存电路62和启动电压模式储存电路63发送一个完成信号到启动电路57、转换选择电路58和电压选择电路59。然后，程序流进入步骤S19。
在步骤S19，转换选择电路58的输出从被启动转换模式储存电路62执行的操作切换到被反向感应电压检测电路54执行的操作，通过这种操作，直流电机进入正常运行状态(由位置检测等控制的运行)。
然后，在步骤S20，第二定时电路66和第三定时电路68的运行被启动。在步骤S21，增大速率选择电路65选择第一增大速率并将其发送出去，当收到它时，电压调整电路64逐渐增大电压和旋转频率。
在步骤S22，判断第二定时电路66的运行是否完成。当该定时电路正在运行时，重复步骤S21的运行；当该运行完成时，程序流进入步骤S23。在步骤S23，增大速率选择电路65选择第二增大速率并将其发送出去，当收到它时，电压调整电路64逐渐增大电压和旋转频率。
下面将描述第一增大速率和第二增大速率。当旋转频率很低时，反向感应电压检测电路54的输出是不稳定的。并且，如前所述，在往复式压缩机中，从初始启动阶段就施加很大的扭矩。因此，增大速率应定为能使电机运行尽可能快地通过低旋转频率区。
但是，当电压增加太快时，反向感应电压检测电路54的输出不能充分地跟随该电压，这有时会导致电机失调和停机的结果，因此，通过把这两个因素折衷得到的增大速率就是第二增大速率。
另一方面，在运行刚从启动顺序切换后，电机运行特别不稳定。可以认为由于在启动顺序中过大的启动扭矩，电机不能起转，在这种情况下以高增大速率增大电压，可能伴随着电流突然增加，所以这是非常危险的。在极端情况下，可能会发生诸如开关元件损坏和直流电机转子磁铁退磁那样致命的失败的后果。
因此，第一增大速率被设置在刚刚完成切换之后，并且证实电机在第二定时电路66的运行时间内确实在旋转。只有当电机确实在旋转时，该运行才切换到第二增大速率。也就是说，第一增大速率设置得低于第二增大速率。
接着，在步骤S24，旋转频率选择电路69不管旋转频率设置电路56的指令旋转频率怎样，而选择固定旋转频率70，而且，电压调整电路64进行旋转频率控制，以使之与固定旋转频率70一致。
由于旋转频率控制是由直流电机中的电压控制完成的，所以，电压调整电路64从反向感应电压检测电路54的输出中获得电流-时间旋转频率并调整该电压使之与(反向感应)电压一致。
接着，在步骤S25，判断第三定时电路68的运行是否完成。当该定时电路正在运行时，重复步骤S24的运行。当此运行完成时，程序流进入步骤S26。在步骤S26，当收到第三定时电路68的运行完成信号时，旋转频率选择电路69选择旋转频率设置电路56的指令旋转频率，并将其发送到电压调整电路64。
在本例中，固定旋转频率73被设置为一个接近以商用电源频率运行的电机的旋转频率。这样做的原因将参照图13给予描述。图13是一张表示润滑油泵的润滑能力特性的曲线图。
可以发现，当不用正常逆变器时润滑能力，由于旋转频率提高非常快，所以初始润滑最快到位；当使用逆变器时，即使以与电流速率一样的60转/秒的相同速率，由于提高速度很慢，所以初始润滑也很慢。
而且，润滑油泵是离心泵，所以根据旋转频率(不同)，润滑能力也有明显不同。因此，在40转/秒的速率时，初始润滑很慢。可以发现，当速率变为30转/秒时，润滑能力本身消失了，油不能到达最上面部分。
应当注意图13表示当电机以各个旋转频率启动时的特性。例如，当在60转/秒速率时初始润滑完成，以及旋转频率降低到30转/秒速率时，油通过其表面张力的作用达到的最上面部分。
因此，当电机在启动阶段以固定频率(如以60转/秒的速率)启动时，即使在随后的低速运行(如在30转/秒速率)中，润滑能力也能保证。
增大速率调节电路67监视着启动顺序的状态，测量从启动到达到与商用电源频率(这里假定为50转/秒)相等旋转频率的时间间隔，并调整第二增大速率，使时间间隔落入图13中在60Hz商用电源频率时油达到最顶部所需时间间隔的两倍长时间间隔之内。
因为，在对应于商用电源频率两倍长的时间间隔内，油到达最顶部，所以，滑动运动处于无润滑作用状态的时间周期是电流速率的两倍。但是，由于在电冰箱稳定运行阶段，电机以低旋转频率运行，所以压缩机本身开关频率减少一半，而且实际上滑动运动的距离是一样的，这就意味着磨损状态被抑制到与现有技术相同的水平。
接着，在步骤S27，判断所设旋转频率是否低于指定旋转频率。当所设旋转频率高于指定旋转频率时，在步骤S28，第四定时电路72的运行停止；相反，当所设旋转频率低于指定旋转频率时，在步骤29，第四定时电路72的运行继续进行。
在本例中，指定旋转频率意指这样一个频率在此频率时，如图13所示润滑能力很低，该频率设置为，例如30转/秒。
接着，在步骤S30，判断第四定时电路72的运行是否完成。当该运行没有完成时，则从步骤S26重复运行；当该运行完成时，在步骤S31，第三定时电路68重新启动，并且从步骤S24重复运行。
在润滑能力很低的旋转频率时，如上所述，由于有表面张力，在油被提升到顶部以后，即使旋转频率很低时，润滑也继续伸延到顶部。但是，当在润滑油泵46的下部出现气泡之类的东西以及致冷剂气体之类的东西与油一起提供时，可能发生润滑中断现象。
在这种情况下，如果有润滑能力，润滑将再一次达到顶部。但是，由于缺乏这种润滑能力，油不能到达顶部，因此，当这样低的旋转频率延续一定时间时，通过再一次把旋转频率增加到固定旋转频率来保证润滑。
如上所述，按照本发明的第二实施例，压缩机41包括一个具有内部压力近似等于吸入气体压力的机壳和一个驱动压缩机41的压缩部件的直流电机43，而压缩机41的控制装置包括用于从定子绕组上产生的反向感应电压检测直流电机43的转子43a的旋转位置的反向感应电压检测电路54；一个逆变器53，在正常运行期间，它根据反向感应电压检测电路54的输出信号来完成转换操作，以使直流电机43变速运行；一个旋转频率设置电路56，当电冰箱内部温度稳定时，它把直流电机43的旋转频率设置为低于商用电源频率。由于以上安排，当电冰箱的内部温度稳定时，通过压缩机41低速旋转，可以实现大大降低能耗而又不受泄漏热耗的影响，也就是说，通过即使在低旋转频率时，也保持高效的方法来大大降低能耗。
而且，可能设置一个转子固定电路61，当电机状态被旋转频率设置电路56从停止状态转换为运行状态时，它发出一个指令接通逆变器53的一个指定的相、并输出指定的电压；还提供第一定时电路60，用于将转子固定电路61的输出保持一段特定的时间间隔，由于以上安排，在启动阶段可将指定的相接通一段特定的时间间隔，从而把转子固定在一个指定的位置，使电机可以始终从同一位置启动，从而可以稳定启动。
另外，可设置一个启动转换模式储存电路62，它用来储存在短时间内使直流电机43加速的特定的转换模式；还提供一个启动电压模式储存电路63，它储存着一个使直流电机43获得指定扭矩的特定电压模式；还提供一个转换选择电路58，它在直流电机43启动阶段从启动电压模式储存电路63中选择输出并使逆变器53完成其转换操作；还提供一个电压选择电路59，它按照启动电压模式储存电路63的输出，与转换模式同步地改变逆变器的输出电压；还提供一个转换选择电路58，当启动电压模式储存电路63的输出完成时，它根据反向感应电压，检测电路54的正常输出将电机运行切换到转换操作。由于这些安排，通过根据预置转换模式和电压模式获得输出，使电机可以在短时间内旋转，同时得到一个特定的扭矩去启动电机，启动可以在短时间内完成以减少初始状态下滑动频率，因为在初始状态下，润滑不起作用，这样就改善了可靠性。
而且，还可能设置一个增大速率选择电路69，在直流电机43启动后，通过增大逆变器53的输出电压来选择加速速率；一个第二定时电路66，它在启动运行完成后运行一段特定的时间间隔；一个增大速率选择电路65，当第二定时电路66正在运行时，它选择加速度小的第一增大速率，在第二定时电路66的运行完成后，它选择加速度大的第二增大速率。由于这些安排，在启动后的加速阶段，通过使用较慢的增大速率，可以得到不失调的稳定运行。接着，通过使用较快的增大速率，可以达到增加润滑速度的目的，从而提高可靠性。在本例中，通过提供一个增大速率调节电路67来调节第二增大速率，使直流电机的旋转频率增加到商用电源频率的时间间隔落在一个特定时间间隔内，该时间间隔为由增大速率选择电路65选择的增大速率所确定的时间间隔；象现有技术那样，通过调节增大速率，使旋转频率在一个指定时间间隔内增大到等于商用电源频率的频率，可以获得没有润滑作用状态下相同的滑动频率从而提高了可靠性。
而且，可能提供一个第三定时电路68，它在直流电机43启动阶段，运行一段特定的时间间隔；还有一个旋转频率选择电路69，它在商用电源频率附近决定旋转频率作为固定旋转频率，当第三定时电路68正在运行时，它忽略旋转频率设置电路56的指令旋转频率，并将固定旋转频率70设置为逆变器的输出目标。由于这些安排，通过在启动阶段使电机以固定旋转频率运行一段指定时间间隔，使特别在低旋转频率运行时缺润滑油的现象消除了，从而提高了可靠性。在这种情况下，可能还提供一个旋转频率判断电路71，用来判断旋转频率设置电路56的指令旋转频率是否低于指定旋转频率，当旋转频率判断电路71判断该旋转频率低时，则第四定时电路72运行。由于这些安排，当第四定时电路72的运行完成时，通过启动第三定时电路68的运行，使电机以低旋转频率持续一段特定时间间隔期间，能够以固定旋转频率运行一段指定的时间间隔。因此，即使出现诸如气体混合进来这样不能预见的事情使低速旋转时缺油的情况，也能保证足够数量的润滑油，从而提高了可靠性。
图14是按照本发明第三实施例的电冰箱控制装置的方框图，它特别表示一个无刷电机启动器。在图14中，与图9所示相同的元件将不作说明。
在图14中，标号76表示转换电路，用于判断逆变器53的元件中哪一个是要被接通的，当无刷电机43正常运行时，它根据反向感应电压检测电路54的输出来判断。标号57表示一个启动电路，它在从逆变电路53停止的时刻到反向感应电压检测电路54启动的时刻这段时间内通过将无刷电机43作为同步电机运行来启动旋转。标号78表示第一强制输出电路，仅仅在运行时间t1内，它产生一个频率和一个电压输出，在此频率和电压下，无刷电机43不旋转。标号80表示一个电源闭合判断电路，它判断商用电源51初始闭合时间。标号81表示第二强制输出电路，当电源闭合判断电路80判断电源已接通时，第二强制输出电路产生一个频率和一个电压输出，在此频率和电压下，无刷电机43不旋转。标号82表示一个判断电路，当第二强制输出电路81获得其输出时，它判断反向感应电压检测电路54的输出，实际上要判断反向感应电压检测电路54是否稳定。当判断该电路稳定时，它就终止第二强制输出电路81的输出。标号83表示第二定时电路，它有t2和t3(t2＜t3)两种定时方式，当时间比t2短时，它不管判断电路82的输出而不断输出第二强制输出电路81的输出信号，当时间不短于t3时，它又不管判断电路82的输出而终止第二强制输出电路81的输出。参数84表示一个切换电路，它选择转换电路76、启动电路57、第一强制输出电路78和第二强制输出电路81的输出中一个预定的输出，并将选定的输出送到驱动电路55。
结构如上的无刷电机启动器的运行将在下面参照图14和图15给予描述。图15是一张表示本发明第三实施例的无刷电机启动器运行的流程图。
假定商用电源51现在断开。当商用电源51打开时(即当电源接通时)，电源接通判断电路80判断电源接通并在步骤S41启动第二定时电路83计数。
然后，在步骤S42，第二强制输出电路81输出一个第二强制输出波形，经过切换电路84和驱动电路55去运行逆变器53，并将此输出施加到无刷电机43。在此阶段，输出水平设置成这样电机在其输出电压和频率下不旋转，因此无刷电机43此时不旋转。
然后，在步骤S43，判断第二定时电路83的计数值是否不小于t2。当计数值小于t2时，步骤S42的运行继续进行。也就是说第二强制输出波形继续被输出。当计数值不小于t2，程序流进入步骤S44。
在步骤S44，第二强制输出电路81继续输出第二强制输出波形。
然后，在步骤S45，判断电路82判断从反向感应电压检测电路54来的信号是否稳定。当此信号稳定时，程序流进入步骤S46。
在步骤S46，判断第二定时电路83的计数值是否不小于t3。当此计数值小于t3时，步骤S44的运行继续进行。也就是说，第二强制输出波形继续被输出。相反，当计数值不小于t3时，程序流进入步骤S47。
在步骤S47，第二强制输出电路81的输出被终止，程序流进入步骤S48。以上过程运行仅当电源接通时的初始时间内进行。
在步骤S48，判断现在设置的旋转频率是否为零。在本例中，此旋转频率是通过检测不同状态(如温度、压力、等等)来控制的，因此，在本说明书中不作描述。当所设旋转频率为零时，在步骤S49终止电机运行，并且步骤S48的运行继续进行。当所设旋转频率不为零时，程序流进入步骤S50。
接着，在步骤S50，第一定时电路开始计数，在步骤S51，第一强制输出电路78输出第一强制输出波形，通过切换电路84和驱动电路55去运行逆变器53，然后将输出加在无刷电机43上。在这一阶段，电压和频率的输出水平设置为这样在此电压和频率下，电机不旋转，因此，无刷电机43不旋转。
接着，在步骤S52，判断第一定时电路79的计数值是否不小于t1。当此计数值小于t1时，继续进行S51步骤的运行，也就是说，继续输出第一强制输出波形；相反，当此计数值不小于t1时，程序流进入步骤S53。
然后，在步骤S53，启动电路57输出启动波形，通过切换电路84和驱动电路55去运行逆变器53，并将输出加到无刷电机43上。在本例中，是把无刷电机43作为同步电机使用来启动运行的，也就是说按照低频同步启动的方法，首先使电机进入低旋转频率的同步运行，然后逐次将旋转频率加速，这样来启动无刷电机43。
接着，在步骤S54，通过切换到转换电路76的信号，使无刷电机43继续旋转，该信号取决于反向感应电压检测电路54的输出。在这一时间点上，电机已被作为无刷电机驱动，因此，旋转频率可以随后通过调整电压来调整。
接着，在步骤S55，执行旋转频率控制操作。在这种情况时，调节电压值，使之与旋转频率设置一致。接着，在步骤S56，判断设置的旋转频率是否为零。当所设旋转频率不为零时，继续进行步骤S55的运行。相反，当所设旋转频率为零时，程序流进入步骤S48，再一次重复运行。
下面，将进行更详细的说明。图16是一张反向感应电压检测电路54的电路图。
在图16中，标号90表示第一滤波电路，它的基本结构是一个由一个电阻和一个电容构成的初级滤波器，其输入连接到无刷电机43的U-相。标号91和92分别表示第二滤波电路和第三滤波电路，并且它们的输入分别连接到无刷电机43的V-相和W-相。
标号93表示第一混合电路93，它用电阻R11和R12把第二滤波电路91的输出与第三滤波电路92的输出混合(混合比率为R11/R12)。标号94表示第一比较电路，它把第一滤波电路90的输出与第一混合电路93的输出进行比较，然后输出一个位置检测信号Z。
标号95表示第二混合电路，它用电阻R21和R22把第三滤波电路92的输出与第一滤波电路90的输出混合(混合比率为R21/P22)。标号96表示第二比较电路，它把第二滤波电路91的输出与第二混合电路95的输出进行比较，然后输出一个位置检测信号X。
标号97表示第三混合电路，它用电阻R31和R32把第一滤波电路90的输出与第二滤波电路91的输出混合(混合比率为R31/R32)。标号98表示第三比较电路，它将第三滤波电路92的输出与第三混合电路97的输出进行比较，然后输出一个位置检测信号Y。
以上描述的反向感应电压检测电路54的运行情况将在下面参照图17A到17I给予描述。图17A到17I表示当反向感应电压检测电路54运行时各不同部分的波形。
图17A、17B和17C是U-相、V一相和W-相的电压波形，它们分别输入到第一滤波电路90，第二滤波电路91和第三滤波电路92中。在本例中，为了说明的简单化起见，所示电压波形为大概波形，而实际波形要更复杂一些，因为还有一个由PWM(脉冲宽度调制)或诸如此类的信号产生的电压控制。
接着，图17D、17E和17F分别为第一滤波电路90、第二滤波电路91和第三滤波电路92的输出，而图17G、17H和17I分别为第二比较电路96、第三比较电路98和第一比较电路94的输出。
从图17A到17I可以明显看出转子的位置检测信号是由滤波电路从无刷电机的绕组电压中只提取反向感应电压成分并将其相互比较后得到的。
在本例中，反向感应电压检测电路54在其稳定运行状态下的运行情况已经描述了。但是，在启动阶段会出现稍有不同的现象。这一现象将在下面描述。
在停止状态，无电压加到绕组上，滤波电路的电容几乎是静电放电。因此，当电机在以下的启动阶段从低频同步模式启动时，不能达到完全稳定，因为滤波电路的输出中有瞬态直流成分。这就引起了这样一种现象反向感应电压检测电路54的输出变得不稳定，并且电机因此而失调。
所以，为了在启动电路57进入低频同步启动运行之前去掉滤波电路中的瞬态直流成分，在一段特定时间间隔内，强制性地从第一强制输出电路78施加一个电压和一个频率。
下面，将详细描述以上内容。图18A到18F表示启动阶段的波形，其中图18A、18B和18C分别为图16所示位置检测信号X、Y和Z，而图18D、18E和18F分别为图16所示第一滤波电路90、第二滤波电路91和第三滤波电路92的输出。
在本例中，通过从第一强制输出电路78输出，滤波电路的输出此时基本上分别达到了初始充电状态。低频同步启动运行从此状态开始进行，所以，滤波电路的输出迅速地稳定下来。相应地，足够稳定的位置检测信号在反向感应电压要被检测之前能够获得。
在本例中，经过反复试验和故障考验，已经发现施加一个持续155毫秒、具有50Hz输出频率和0.7％的斩波占空率(由PWM控制的脉冲接通率)的波形作为第一强制输出波形是有效的。当然，在此水平上频率要足够高，电压(功率)要足够低。因此，无刷电机43不能产生旋转扭矩，因而也不旋转。而且，因为电压设置得非常低，所以不存在发生输入功率急刷增加的问题。
通过施加这个电压，滤波电路的电容在启动前可被足够充电，因此，当启动电路57运行时，低频同步启动运行中的瞬态直流成分可以基本为零，因而能够稳定地启动。
而且，即使当不能提供一个长的低频同步启动时间时，这一过程仍然有效。这就意味着这种方法特别对象压缩机中那样的启动后在早期阶段产生高扭矩负载这种情况是一种有效的方法。
以上说明是基于这种情况电机从其停止状态开动。下面将要描述电源接通阶段。当电路由于长时间断电而处于无任何变化状态，此时滤波电路的充电电压完全释放。在这种状态下，为了使滤波电路稳定，有必要在更长的持续时间内产生一个更强的强制输出。
下面，将描述这种方法。当电源接通判断电路80判断电源已接通，便让第二强制输出电路81产生输出。此输出最好用一个比第一强制输出电路78的输出高一些的电压。
在本例中，经过反复试验和故障考验，我们发现施加一个持续时间不少于1秒的具有50Hz输出频率和10.1％的斩波占空比(由PWM控制的脉冲接通比)的波形作为第二强制输出波形是有效的。在这一阶段，由于电压以及频率是高的，所以无刷电机43不旋转。而且，虽然输入功率也很高，但以上仅仅是在电源接通时的一个过程运行，因此，这不会因为随后的开关操作而引起输入增大。
这样，通过在电源接通时从第二强制输出电路81输出一个具有高于第一强制输出电路78的电压的波形，就可以消除反向感应电压检测电路54的位置检测信号非常不稳的现象，因而可以稳定启动。
下面将描述在考虑到各个变化的情况下完成优化波形输出，以及稳定判断电路82的作用。
虽然过程是相同的，但是电源每一次接通时滤波电路的情况都不同。例如，即使使用全同的电路，电源保持接通状态的时间周期也有长短之分。而且，由于电路之间的部件、电机等等的不同，滤波电路的情况也不同。
为了检测这种状态，在本实施例中设置稳定判断电路82。下面将描述该电路的运行情况。
关于稳定的判断，它是这样判断的在强制输出波形的一个循环(本实施例中为20毫秒)周期内，当检测到与反向感应电压检测电路54的输出(输出检测信号X、Y和Z)有关的“异-或”(异-或99)逻辑输出中脉冲变化发生六次时，就可确定是稳定的。
在正常运行中，三个位置检测信号输入到“异-或99”，“异-或99”是作为一电路用于判断这三个输入结果是奇数还是偶数，并利用当位置检测信号变为正常时脉冲变化发生六次这一事实。当未达到稳定时，脉冲变化发生少于六次。
应当注意在本实施例中虽然稳定是由脉冲变化的频率判断的，但很明显，当例如通过检测脉冲宽度来判断稳定，也可以获得同样的效果。
而且，还设置一个第二定时电路83，它有t2和t3(t2＜t3，如t2＝1秒，t3＝5秒)两种定时。当时间比t2短时，第二强制输出电路81的输出不管判断电路82的输出如何而继续被输出；当判断电路82判断在时间变为不短于t2后运行稳定时，第二强制输出电路81的输出被终止。由于这一安排，可以避免由于在一个短时间内判断电路82的误操作而可能使第二强制输出电路81的输出停止的情况，因此获得恰当的结果。
当第二定时电路的时间不短于t2而短于t3时，第二强制输出电路81的输出在当它认定判断电路82的输出已稳定那一时刻被终止。当此时间不短于t3时，第二强制输出电路81的输出不管判断电路82的输出如何而被终止。由于这一安排，即使当判断电路82不能判断运行是否稳定时，也能使过程运行快速完成。即使在这种情况下，滤波电路基本上处于其稳定状态；因此，后续启动是稳定的，不会引起失调。
如上所述，按照本实施例的无刷电机启动器提供一个第一强制输出电路78，用于输出一个电压和一个频率的波形，在此输出水平上，无刷电机43不旋转。第一强制输出电路78的输出在电机从静止状态刚要启动之前施加到无刷电机43上。这样的安排可以减少反向感应电压检测电路54的滤波电路中的瞬态直流成分的影响，在启动后立刻稳定反向感应电压检测电路54的输出，因而防止电机在负载扭矩增大时失调。
而且，按照本发明的无刷电机启动器还提供第二强制输出电路81，它用于输出一个电压和一个频率的波形，在此输出水平上，无刷电机43不旋转，以及一个电源接通判断电路80，它用于判断电源是否接通。当它判断电源接通时，转换器53被第二强制输出电路81的输出操作运行，对无刷电机43施加一个电压。通过这样做，即使在电源接通时(此时，位置检测趋于不稳，特别是当滤波电路充分放电时)，也能达到稳定启动。
还有，设置判断电路82，用于根据反向感应电压检测电路54的信号判断运行是否稳定。判断电路82对电源接通时迅速完成这个过程起了一定的作用。
还设置第二定时电路83，它从电源接通阶段就开始运行。即使在电源接通阶段，通过判断，这一过程未完成，该运行也能被迅速和强制性地完成，因而可以达到后续稳定启动。
应当注意虽然本发明的启动器已被描述为与承受巨大负载(特别在启动阶段)的往复式压缩机一起使用，但是该启动器也可以有效地与启动阶段承受巨大负载的旋转式压缩机或诸如此类的机器一起使用。
权利要求
1.一个用于电冰箱的控制装置，包括一个压缩机(41)，该压缩机有一个其内部压力近似等于吸入气体压力的机壳(42)，一个装在所述机壳(42)内的压缩部件，以及一个具有一个转子(43a)和一个定子(43b)、用来运行所述压缩部件的直流电机(43)，所述控制装置包括一个反向感应电压检测电路(54)，它根据定子(43a)绕组上产生的反向感应电压来检测所述转子的旋转位置；一个逆变器(53)，在正常运行时，它根据所述反向感应电压检测电路(54)的输出来执行转换操作，使所述直流电机(43)以各种不同速度运行；以及一个旋转频率设置电路(56)，当所述电冰箱内部温度稳定时，它把所述直流电机(43)的旋转频率设置得低于商用电源的频率。
2.根据权利要求1的控制装置，其中上述压缩机是往复式压缩机。
3.根据权利要求1的控制装置，其中还包括一个定时电路(68)，它在所述直流电机(43)的上升时间内运行一段指定的时间间隔；一个旋转频率选择电路(69)，它选择一个接近商用电源频率的旋转频率作为固定旋转频率，当所述定时电路(68)正在运行时，所述旋转频率选择电路(69)忽略由所述旋转频率设置电路(56)设置的旋转频率，并决定把上述固定旋转频率作为所述逆变器(53)的输出目标。
4.按照权利要求3的控制装置，它还包括一个旋转频率判断电路(71)，用来判断被所述旋转频率设置电路(56)设置的旋转频率是否低于指定的旋转频率；和另一个定时电路(72)，当所述旋转频率判断电路(71)判明该旋转频率低于指定旋转频率时，该电路运行，其中，当所述另一个定时电路(72)的运行完成时，所述一个定时电路(68)开始运行。
全文摘要
在启动阶段，锁死检测装置17检出直流电机4的锁死状态时，扭矩增大装置18、27、29或31选择输出扭矩大一级的启动顺序模式，输到启动顺序控制装置13，使压缩机5在无反复启动失败的情况下迅速再启动。直流电机43驱动的压缩机41机壳内部压力近似为吸入气体压力。逆变器53使直流电机43的速度可变。当电冰箱内部温度稳定时，旋转频率设置电路56把直流电机43的旋转频率设置为不大于商用电源频率。这种结构可大大降低电能消耗。
文档编号H02P6/20GK1420619SQ0213020
公开日2003年5月28日 申请日期1996年3月14日 优先权日1995年3月14日
发明者滨冈孝二, 小川启司, 澁谷浩洋, 里村尚, 小川原秀治, 辻井康浩, 栗本和典 申请人:松下冷机株式会社