專利名稱：冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制裝置，不使用磁極位置傳感器的無傳感器方式，特別是通過把轉(zhuǎn)子的磁極形成的磁通量的方向作為d軸，使用與該d軸電性地正交 的q軸的矢量控制對冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)進(jìn)行控制。
背景技術(shù)：
使用矢量控制等無傳感器方式運(yùn)轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)子上具有永磁鐵的同步電動機(jī)的 旋轉(zhuǎn)的時候，取代使用霍爾元件等的磁性傳感器直接檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置而 推定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置(磁極位置)。作為實(shí)際的矢量控制的一個例子，轉(zhuǎn)子的 ^f茲極位置對于成為實(shí)效角度6 d的旋轉(zhuǎn)位置的d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，預(yù)先假定成為 推定角度6 dc的dc-qc旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，計算出實(shí)效角度6 d和推定角度6 dc的軸誤差A(yù) e,為使該軸誤差A(yù) e為零而對同步電動機(jī)的定子線圈的通電定時 進(jìn)行控制，通過使實(shí)際的磁極位置和推定上的磁極位置相一致，使轉(zhuǎn)子角速 度和基于定子線圈的旋轉(zhuǎn)磁場的角速度相一致來防止轉(zhuǎn)子的失調(diào)，維持旋轉(zhuǎn)。 如果按照相關(guān)的矢量控制，不使用磁極位置傳感器，就可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī) 的轉(zhuǎn)速控制。但是，由于根據(jù)磁性位置的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)子在停止?fàn)顟B(tài)下 磁極位置不旋轉(zhuǎn)而不能推定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。因此，考慮在同步電動機(jī)的起 動時給予定子線圈規(guī)定的頻率的起動電流并生成旋轉(zhuǎn)磁場，在該旋轉(zhuǎn)磁場下 強(qiáng)制起動轉(zhuǎn)子，在加速到可進(jìn)行矢量控制的預(yù)先規(guī)定的轉(zhuǎn)速的時刻切換到矢 量控制等無傳感器方式的方法(例如，參考專利文獻(xiàn)i )。專利文獻(xiàn)l:特開平7-107777號公報這里，在驅(qū)動構(gòu)成冷媒回路的冷媒壓縮機(jī)的電動機(jī)中，在被使用于家用 空調(diào)或冰箱中的時候，被控制為從電動機(jī)的停止開始數(shù)分鐘不能再起動。這 是為了防止在剛停止之后冷媒回路內(nèi)的高低壓差變大相對于電動機(jī)來講起動 負(fù)荷變大、以及冷媒壓縮機(jī)內(nèi)的電動機(jī)的溫度在起動時高于設(shè)計溫度以上， 并需要實(shí)行線圈保護(hù)。但是，特別是在車載空調(diào)等中被使用的冷媒壓縮機(jī)中， 有時要求通過開關(guān)的操作等，在停止后不確保充分的再起動防止期間而立即
起動和開始空調(diào)，需要維持冷凍循環(huán)內(nèi)的高低壓力差不變而使冷媒壓縮機(jī)起 動。為此，在以往采用了可以對應(yīng)最大負(fù)荷(最大壓差)的起動步驟。使用圖5來說明以往的起動步驟。在以往，冷媒壓縮機(jī)(電動機(jī))在停止?fàn)顟B(tài)下在u相-w相之間流過電流，從而在生成的固定磁場下將轉(zhuǎn)子固定 在平衡的旋轉(zhuǎn)位置。例如如果是6齒4極的電動機(jī)，由于對定子線圈(U相、 V相、W相)的通電組合模式(通電模式)以電角每次60度而被6分割，所 以轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置被固定在該6分割中特定的位置。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置(電 角)被特定，所以通過以與該電角對應(yīng)的下一個通電模式向定子線圈通電， 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子起動。起動電動機(jī)后，使施加在定子線圏上的電壓或電 流增加并加速轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。然后，不設(shè)置霍爾元件等直接的檢測部件而以通情況下，該無傳感器方式在將轉(zhuǎn)子加速到可推定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置(磁極位置) 的規(guī)定的連續(xù)轉(zhuǎn)速為止的時刻，切換到基于無傳感器方式的控制的電動機(jī)的驅(qū)動。這時候，如前所述，以往為了在最大負(fù)荷時也可以確實(shí)地實(shí)行電動機(jī)的 起動，上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的固定所花費(fèi)時間長，另外向定子線圈通電的電 流也被較高地設(shè)定，同時起動時向定子線圈的通電電流也同樣被較高地設(shè)定。 切換到基于無傳感器方式的轉(zhuǎn)子的驅(qū)動的轉(zhuǎn)速也高，到成為該高轉(zhuǎn)速之前進(jìn) 行比較長的時間的加速。另外，基于無傳感器方式的驅(qū)動根據(jù)通常該電動機(jī) 具有的固有的特性以及假定負(fù)荷的大小，將對應(yīng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的最佳的電壓(或 者相當(dāng)于該電壓的向定子線圈的通電電流)的值預(yù)先作為系數(shù)或表進(jìn)行設(shè)定。 因此，存在在相關(guān)切換時如果在起動時使用的電壓和無傳感器方式的驅(qū)動時 使用的電壓之間有大的差距，則由于急劇的電流的降低而在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生不必 要的加減速從而產(chǎn)生振動或噪音的問題。另外，冷媒回路中的高低壓力差充 分平衡，實(shí)際的負(fù)荷為零或較輕狀況的情況下，無用的電力被消耗，同時在 過渡到無傳感器方式時因?yàn)檫^大的電流急劇地降低，所以不同場合下失調(diào)并 在冷媒壓縮機(jī)(電動機(jī))的起動時也有失敗的危險性。如圖5所示，如果在時間t0開始電動機(jī)的機(jī)動，首先在時間tO-tl之間 向特定的定子線圈，例如U相和V相之間通電并實(shí)行轉(zhuǎn)子的位置固定。這時 向定子線圈的施加電壓相當(dāng)于VH。然后在時間tl-t2之間以該施加電壓VH 在頻率fD下切換通電模式的狀態(tài)被維持。在此之間轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速依次加速(參
照w0)。在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速到達(dá)與頻率fO相當(dāng)時(時間t2)切換為無傳感器方式 的驅(qū)動。這時雖然向定子線圈的施加電壓從相當(dāng)于VH切換為相當(dāng)于VL (通 電模式的切換頻率是fD),但轉(zhuǎn)子由于加速時的慣性，對于相當(dāng)于頻率fD的 轉(zhuǎn)速過沖到直至相當(dāng)于頻率fl為止后，收斂至相當(dāng)于頻率fD的轉(zhuǎn)速。作為該 收斂時間設(shè)定時間t2-t3之間。時間t3以后到目標(biāo)的轉(zhuǎn)速為止通過無傳感器方 式加速。伴隨該收斂的轉(zhuǎn)子的急劇的加速度的減小主要成為振動、噪音。另 外由于該過沖引起的感應(yīng)電流的大小對開關(guān)元件等產(chǎn)生影響。再者，wl表示 了相當(dāng)于轉(zhuǎn)子繼續(xù)原樣加速時的轉(zhuǎn)速的頻率的增加。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為解決以往的技術(shù)課題完成的，在以無傳感器方式驅(qū)動控制冷 媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的時候，降低起動時的振動、噪音，并提供可以實(shí)現(xiàn)向無 傳感器方式的圓滑的接續(xù)的控制裝置。第1發(fā)明的冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置至少包括冷媒壓縮機(jī)、熱 源側(cè)熱交換器、減壓裝置、使用冷媒配管把利用側(cè)熱交換器連接成環(huán)狀的冷 凍循環(huán)，還包括控制裝置，通過把所述冷媒壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的磁極形成的磁 通量的方向作為d軸，并使用與該d軸電性地正交的q軸的矢量控制，對形 成逆變器電路的開關(guān)元件導(dǎo)通/截止從而控制向所述定子線圈的通電，同時所 述控制裝置構(gòu)成為，通過所述矢量控制依次切換與預(yù)先i^見定的對于所述定子 線圈的通電模式對應(yīng)的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式，從而驅(qū)動所述冷媒壓 縮機(jī)，該冷^ 某壓縮機(jī)起動時，以預(yù)先規(guī)定的周期順次切換被預(yù)先規(guī)定的開關(guān) 元件的導(dǎo)通/截止模式從而進(jìn)行所述冷媒壓縮機(jī)的起動，在所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá) 到設(shè)定的轉(zhuǎn)速時過渡到通過所述矢量控制切換該所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者向所述定子線圈的施加電壓以及設(shè)定轉(zhuǎn) 速。第2發(fā)明的冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置，其特征在于，在第l發(fā)明 中所述起動時的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者對所述定子線圈的施加 電壓是對應(yīng)于所述設(shè)定轉(zhuǎn)速而被設(shè)定的。第3發(fā)明的冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置，其特征在于，在第2發(fā)明 中所述起動時的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者對所述定子線圈的施加 電壓順次變化，使得對定子線圈通電的電流減少，同時，該電流至少減少到 與電壓相當(dāng)?shù)闹档母浇?，該電壓是使所述設(shè)定轉(zhuǎn)速適合所述冷媒壓縮機(jī)驅(qū)動 時使用的電壓-轉(zhuǎn)速特性的轉(zhuǎn)速時的對應(yīng)電壓。第4發(fā)明的冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置，其特征在于，在第2發(fā)明中所述起動時的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者對所述定子線圈的施加 電壓順次變化，使得對定子線圈通電的電流增加。第5發(fā)明的冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置，其特征在于，在第2發(fā)明 中所述起動時的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者對所述定子線圈的施加 電壓順次變化，使得對定子線圈通電的電流減少之后變化為增加。第6發(fā)明的冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置，其特征在于，在第2發(fā)明 中所述起動時的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者對所述定子線圈的施加 電壓順次變化，使得對定子線圈通電的電流減少之后變化為增加，同時，該 電流與所述冷媒壓縮機(jī)驅(qū)動時使用的電壓-轉(zhuǎn)速特性的電壓的增加斜度同樣 變化。如果按照本發(fā)明，可以提供在使用無傳感器方式驅(qū)動控制冷媒壓縮機(jī)的 時候，沒有向無傳感器方式過渡時冷媒壓縮機(jī)(電動機(jī))的起動失敗的故障， 降低起動時的振動、噪音，并可以提供能夠?qū)崿F(xiàn)向無傳感器方式的圓滑的接 續(xù)的控制裝置。進(jìn)一步來講，由于對應(yīng)于起動時的冷凍循環(huán)的狀態(tài)使用合適 的設(shè)定轉(zhuǎn)速，所以不必要加長冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)起動時所需時間，而能夠 縮短起動時間。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的壓縮機(jī)用電動機(jī)的驅(qū)動裝置的電氣電路圖。 圖2是由圖1的電動機(jī)驅(qū)動的電動壓縮機(jī)構(gòu)成的車載空調(diào)的冷媒回路圖。 圖3是說明與圖1的控制電路實(shí)行的負(fù)荷對應(yīng)的起動電流(起動轉(zhuǎn)矩) 以及接續(xù)頻率的變更控制的流程圖。圖4是表示通過圖1的驅(qū)動裝置施加到電動機(jī)上的電流的波形的圖。圖5是表示以往的電動機(jī)的起動時的電流波形的圖。圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施例的壓縮機(jī)用電動機(jī)的通電模式的一個例子的圖。圖7是說明本發(fā)明的實(shí)施例的壓縮機(jī)用電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速到達(dá)相當(dāng)于
接續(xù)頻率的轉(zhuǎn)速的時間為止的向定子線圈的實(shí)質(zhì)的施加電壓變化的圖。接續(xù)頻率的轉(zhuǎn)速的時間為止的向定子線圈的實(shí)質(zhì)的施加電壓變化的又一個狀 態(tài)的圖。標(biāo)號說明I 逆變器主電路6V、 6W 電流傳感器(電流4企測部件)II 電動壓縮才幾 13 膨脹閥16 溫度傳感器17、 18 壓力傳感器21 電動對幾22 驅(qū)動裝置23 控制電路(控制部件)具體實(shí)施方式
本發(fā)明的冷媒壓縮機(jī)控制裝置的特征在于，它至少具有冷媒壓縮機(jī)、 熱源側(cè)熱交換器、減壓裝置、使用冷媒配管把利用側(cè)熱交換器連接成環(huán)狀的 冷凍循環(huán)，還包括控制裝置，通過把所述冷媒壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的磁極形成的 磁通量的方向作為d軸，并使用與該d軸電性地正交的q軸的矢量控制，對 形成逆變器電路的開關(guān)元件導(dǎo)通/截止從而控制向所述定子線圈的通電，同時 所述控制裝置構(gòu)成為，通過所述矢量控制依次切換與預(yù)先規(guī)定的對于所述定 子線圈的通電模式對應(yīng)的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式，從而驅(qū)動所述冷媒 壓縮機(jī)，該冷媒壓縮機(jī)起動時，以預(yù)先規(guī)定的周期順次切換被預(yù)先規(guī)定的開 關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式從而進(jìn)行所述冷^ 某壓縮機(jī)的起動，在所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速時過渡到通過所述矢量控制切換該所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截 止模式的驅(qū)動，根據(jù)所述冷媒壓縮機(jī)起動時所述冷凍循環(huán)的狀態(tài)變更起動時 的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者向所述定子線圈的施加電壓以及設(shè)定 轉(zhuǎn)速。下面，根據(jù)圖紙?jiān)敿?xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。實(shí)施例1下面，根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。下面所示實(shí)施例的電動機(jī) 21,例如是被安裝在車載用空調(diào)上驅(qū)動以使用二氧化碳?xì)怏w作為冷媒的冷媒 壓縮機(jī)11的永磁鐵內(nèi)置型的同步電動機(jī)(冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī))。電動機(jī)21與例如旋轉(zhuǎn)(rotary)壓縮要素一起被容納在此種冷媒壓縮機(jī)11的密閉容器 內(nèi)，用于旋轉(zhuǎn)從而而驅(qū)動壓縮要素。再者，冷媒不限于二氧化碳?xì)怏w、碳化 氬(HC)等的自然冷媒，也可以使用現(xiàn)在車載用空調(diào)的主流的R134a等氟系 的冷i某。首先，圖l是應(yīng)用了本發(fā)明的一個實(shí)施例的電動機(jī)21的控制裝置22的 電路圖，圖2是基于通過電動機(jī)21驅(qū)動的冷媒壓縮機(jī)11構(gòu)成的車載用空調(diào) 的冷i某回路圖(是以使用蒸發(fā)器的制冷運(yùn)轉(zhuǎn)為目的的冷凍循環(huán)的1個例子， 也可能通過改變冷媒的循環(huán)方向進(jìn)行取暖運(yùn)轉(zhuǎn))。在圖2中，12是放熱器(相 當(dāng)于熱源側(cè)熱交換器)，13是膨脹閥(由電動膨脹閥完成的減壓裝置)，14是 蒸發(fā)器(利用側(cè)熱交換器)，與冷媒壓縮機(jī)11共同構(gòu)成冷媒回路。如果冷媒 壓縮機(jī)11的電動機(jī)21被驅(qū)動，則在壓縮要素中被壓縮達(dá)到超臨界壓力，從 而成為高溫、高壓二氧化碳冷媒向放熱器12排出。流入放熱器12的冷媒在那里放熱(例如向空氣放熱)，維持超臨界的狀 態(tài)。在該放熱器12放熱從而溫度降低的冷媒在膨脹閥13被減壓。冷媒在減 壓的過程成為氣液混合狀態(tài)，流入蒸發(fā)器14并蒸發(fā)。在此時的吸熱作用下蒸 發(fā)器14發(fā)揮制冷的作用。然后，從蒸發(fā)器14出來的冷媒再次重復(fù)被吸入冷 媒壓縮機(jī)11的循環(huán)。最初，圖2的16是檢測冷媒壓縮機(jī)11的溫度(容器的溫度)的溫度傳 感器、17以及18是分別檢測對于冷媒壓縮機(jī)11的排出以及吸入側(cè)的冷媒回 路的高壓側(cè)的壓力和低壓側(cè)的壓力的壓力傳感器，那些輸出被輸入到控制電 路(控制部件)23。該控制電路23根據(jù)這些傳感器的輸出，根據(jù)該冷媒回路 的負(fù)荷的大小和變動控制如后所述的冷媒壓縮機(jī)11的電動機(jī)21的導(dǎo)通 (0N)、截止(OFF)、運(yùn)轉(zhuǎn)能力(轉(zhuǎn)速)，同時控制膨脹閥13的閥開度。然后在圖1中，實(shí)施例的控制裝置22由以下部件構(gòu)成將被連接到作為 汽車的電池的直流電源DC的6個半導(dǎo)體開關(guān)元件連接成三相橋狀所形成的 逆變器主電路l (三相逆變器)、將來自連接到該逆變器主電路l和直流電源 DC之間的直流電源DC的直流電壓進(jìn)行升壓的升壓電路30、所述控制電路 23等。升壓電路30由電感31、開關(guān)元件32、 二極管33和電容34構(gòu)成，控 制著施加在逆變器主電路1上的電壓。該控制電路23控制逆變器主電路1的
各開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止并向冷纟某壓縮才幾11的電動才幾21施加三相虛擬正弦波(稱為通稱PWM/PAM的導(dǎo)通/截止模式)的電壓波形。被提供給電動機(jī)21 的各個的定子線圈的電流通過該虛擬正弦波改變導(dǎo)通/截止模式來進(jìn)行控制。于是，所述電動機(jī)21是由例如向6齒分別以直繞方式把線圈繞裝成三相 連線狀的定子(stator)、在該定子內(nèi)側(cè)具有旋轉(zhuǎn)的永磁鐵的轉(zhuǎn)子構(gòu)成的同步 電動機(jī)，在定子的U相、V相、W相的三相連線上連接逆變器主電路1的各 相的次級側(cè)線2U、 2V、 2W。另外，在V相以及W相的次級側(cè)線2V、 2W中，設(shè)置用于^r測流過電 動機(jī)21的V相、W相的電流的電流傳感器(為電流檢測部件，例如是C.T.或 者是通過霍爾元件等)6V、 6W，各電流傳感器6V、 6W的輸出(電流檢測 值)使用被取入到控制電路23 ，以A/D (模擬/數(shù)字)變換后的數(shù)字信號進(jìn)行 處理。該控制電路23可以使用通用的微型計算機(jī)等。然后，使用圖4說明起動電動機(jī)21時的控制電路23的基本的步驟。在 冷媒壓縮機(jī)11停止的狀態(tài)下，控制電路23首先在電動機(jī)21的U相、V相中 流過電流并吸引轉(zhuǎn)子，確定磁極位置。然后，為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場向U相、V相、 W相的三相流過規(guī)定的起動電流，起動了電動機(jī)21之后，使頻率上升并加速。 然后，在加速到可充分推定磁極位置的接續(xù)頻率的時刻向無傳感器矢量控制 (無傳感器方式)過渡。圖6是通電模式的一個例子，是表示通過使用規(guī)定模式對逆變器主電路 1的半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通/截止所得到的一個周期的三相虛擬正弦波的概略圖 形的電壓波形。通過把這種電壓波形施加到定子線圈上，在定子線圈中得到 三相正弦波形狀的電壓波形。因此對應(yīng)該電流的電壓實(shí)質(zhì)上^皮施加到定子線 圈上。如果在起動時從定子線圈的U相到V相流過充分的電流(施加以規(guī)定的 頻率對電池電壓斬波(chopping)后的電壓波形)，轉(zhuǎn)子被固定到規(guī)定的旋轉(zhuǎn) 位置。起動時的通電模式，從圖6的電角中90度的位置t90開始向定子線圈 施加。這時的l周期所要時間，即為頻率f0,施加電壓變?yōu)閂H。該fD例如 在冷i某回路的能力為4kw 5kw左右時，約是15Hz 20Hz左右的值。施加 電壓VH，如果使冷媒壓縮機(jī)的規(guī)格為100V則在執(zhí)行值上成為100V。而且， 該頻率fD是施加電壓VH通過冷媒回路的設(shè)計、冷媒壓縮機(jī)的規(guī)格被設(shè)定最 佳值，不限定于上述值。另外，驅(qū)動時的施加電壓(通電電流)的調(diào)節(jié)通過
調(diào)節(jié)施加到定子線圈上的電壓的斬波波形的占空比來實(shí)行。另外，即使對施 加到逆變器主電路1的直流電壓進(jìn)行升壓、降壓也可以實(shí)行。然后，關(guān)于為驅(qū)動該電動機(jī)的無傳感器方式的矢量控制的一個例子進(jìn)行 說明。在無傳感器矢量控制中的三相通電中，為了把如圖6所示的虛擬正弦 波電壓分別施加到電動機(jī)21的三相的定子線圈上并進(jìn)行驅(qū)動，在定子線圈的 通電率、電壓利用率、轉(zhuǎn)矩變動中比所謂二相通電有更多的優(yōu)點(diǎn)。但是，相 對于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的永磁鐵的磁通量為了最佳地控制定子線圈的電流相位，需 要磁極位置情報。為了使用無傳感器方式檢測該三相通電中的磁極位置，相對于電動機(jī)21 的轉(zhuǎn)子的磁極位置為實(shí)際角度6 d的旋轉(zhuǎn)位置(實(shí)際的磁極位置)的d-q旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系(d軸為與轉(zhuǎn)子的磁極同步旋轉(zhuǎn)的磁通量軸，q軸為感應(yīng)電壓軸)，在 控制電路23考慮成為推定角度6 dc的dc-qc旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。這里6 dc由于在控 制電路23作成，所以如果可以計算軸誤差A(yù) 6 (A6-edc-6d)，就可以推 定轉(zhuǎn)子的磁極位置。實(shí)際上，例如通過解使用線圈阻抗r、 d軸電感Ld、 q軸電感La、發(fā)電 常數(shù)kE、 (1軸電流指令1(1*、 q軸電流指令I(lǐng)q、 q軸電流4企測值Iq、速度指 令co"(基于汽車的車廂內(nèi)溫度和設(shè)定值、日照量等從車廂內(nèi)的控制電路等 被輸入)等和所述軸誤差A(yù) 6表示給予逆變器主電路1的電壓指令vf和vq* 的電機(jī)模型公式，來推定轉(zhuǎn)子的磁極位置?？刂齐娐?3，根據(jù)通過這種推定檢測到的轉(zhuǎn)子的磁極位置實(shí)行電動機(jī)21 的無傳感器方式的矢量控制。這時控制電路23將電流傳感器6V、 6W檢測到 的從次級側(cè)線2V、 2W流向電動機(jī)21的電流分離成q軸電流分量Iq和d軸 電流分量Id，通過獨(dú)立并控制q軸電流指令I(lǐng)qt和d軸電流指令I(lǐng)d氣使輸入 的速度指令coP實(shí)效，為此決定電壓指令vd*、 vqf的大小和相位，使得磁通 量和電流相位的關(guān)系成為轉(zhuǎn)矩最大，并使轉(zhuǎn)矩和操作量的關(guān)系成為線性。另外，控制電路23使用d軸電流4企測值Id實(shí)行電動機(jī)21中流過的電流 的相位調(diào)整。即實(shí)行通電模式的電角的調(diào)整。然后，通過把電壓指令vd*、 vf提供給逆變器主電路l,控制各開關(guān)元件從而控制定子線圈中的通電電流， 驅(qū)動電動機(jī)21到滿足速度指令的旋轉(zhuǎn)速度。然后，使用圖3的流程圖說明通過控制電路23的電動機(jī)21的起動時的 起動電流以及接續(xù)頻率的變更控制?？刂齐娐?3根據(jù)冷媒壓縮機(jī)11的負(fù)荷
的狀況設(shè)定所述的轉(zhuǎn)子的吸引區(qū)間(圖4)的時間、起動電流以及接續(xù)頻率。 這時，作為判斷冷媒壓縮機(jī)11的負(fù)荷的情報，采用壓力傳感器17檢測的冷媒回路的高壓側(cè)壓力PH、冷媒壓縮機(jī)11 (電動機(jī)21 )的停止時間ts (從冷 媒壓縮機(jī)停止開始的時間)、膨脹閥13的閥開度VO以及溫度傳感器16檢測 的冷媒壓縮機(jī)11的溫度TC。再者，作為負(fù)荷的判斷情報不限于這些全部， 這些中的任何一個或者三個以內(nèi)的組合都可以，或者，與可以判斷負(fù)荷的其 他的情報(例如，壓力傳感器17和18檢測的壓力的差(高低壓差)和外界 氣溫等)替換，或者，也可以加上它進(jìn)行判斷。首先，控制電路23在步驟S1判斷壓力傳感器17檢測的高壓側(cè)壓力PH 是否比規(guī)定的值A(chǔ)低，低的時候前進(jìn)到步驟S2。在步驟S2判斷冷媒壓縮機(jī) 11的停止時間ts是否比規(guī)定的值B長，長的時候前進(jìn)到步驟S3。在步驟S3 判斷膨脹閥13的閥開度VO是否比規(guī)定的值C大，大的時候前進(jìn)到步驟S4。 在該步驟S4判斷溫度傳感器16檢測的冷媒壓縮機(jī)11的溫度TC是否比規(guī)定 的值D低，低的時候前進(jìn)到步驟S5的條件3 ，把吸《1區(qū)間的長度作為E、由 起動電流生成的起動轉(zhuǎn)矩作為F、接續(xù)頻率作為G。由于高壓側(cè)壓力PH比A低、冷媒壓縮機(jī)11的停止時間ts比B長、膨 脹閥13的閥開度VO比C大、冷i某壓縮機(jī)11的溫度TC比D低是負(fù)荷最輕 的狀況，所以控制電路23把在步驟S5的吸引區(qū)間作為最短時間的E、起動 轉(zhuǎn)矩(起動電流)作為最小的F、接續(xù)頻率作為最低的G。在冷媒壓縮機(jī)11 的負(fù)荷輕的時候轉(zhuǎn)子的吸引在短時間內(nèi)即可完成、起動轉(zhuǎn)矩小也可完成。另 外也可以降低無傳感器方式的矢量控制的接續(xù)頻率，所以電動機(jī)21可以無障 礙起動。由于起動電流減小，如圖4所示無用的功率被削減。另外，負(fù)荷輕的時 候，由于向無傳感器方式矢量控制過渡時被設(shè)定的電流和頻率也降低，所以 通過降低接續(xù)頻率，過渡時的頻率的變動變小，沒有引起失調(diào)的危險性，從 而可以實(shí)現(xiàn)向無傳感器方式矢量控制的圓滑的過渡。進(jìn)一步來講，由于減小 起動電流，噪音和振動也被抑制、由于降低接續(xù)頻率，加速所要時間也可變 短。這里，在步驟S1高壓側(cè)壓力PH在A以上的時候，控制電路23從步驟 S1前進(jìn)到步驟S6，此次判斷高壓側(cè)壓力PH是否比A高比O低。然后，比O 低的時候(A以上且未到0)，前進(jìn)到步驟S10的條件2，把吸引區(qū)間的長度 作為I、將起動電流生成的起動轉(zhuǎn)矩作為J、將接續(xù)頻率作為K。該長度I為比條件3的E長的值，起動轉(zhuǎn)矩J為比F高的值，接續(xù)頻率K為比G高的值。 即，在高壓側(cè)壓力PH少許升高、冷媒壓縮機(jī)11的負(fù)荷少許增大的時候少許 加長吸引區(qū)間、也少許升高起動轉(zhuǎn)矩接續(xù)頻率從而無障礙地起動電動機(jī)21。另外，在步驟S2停止時間ts為B以下的時候，控制電路23從步驟S2 前進(jìn)到步驟S7，今后判斷停止時間ts是否比B短比P長。然后，比P長的 時候(比P長，B以下)，同樣前進(jìn)到步驟S10的條件2。由于在冷々某壓縮機(jī) 11的停止時間ts少許變短的時候，冷媒壓縮機(jī)11的負(fù)荷也少許增大，同樣 前進(jìn)到步驟S10的條件2。另夕卜，在步驟S4膨脹閥13的閥開度VO為C以下的時候，控制電路23 從步驟S3前進(jìn)到步驟S8,今后判斷閥開度VO是否比C小比Q大。然后， 比Q大的時候(比Q大，C以下)，同樣前進(jìn)到步驟S10的條件2。由于在膨 脹閥13的閥開度少許變小的時候，冷媒壓縮機(jī)11的負(fù)荷也少許增大，同樣 前進(jìn)到步驟S10的條件2。另外，在步驟S4冷媒壓縮機(jī)11的溫度TC為D以上的時候，控制電路 23從步驟S4前進(jìn)到步驟S9，此次判斷溫度TC是否比D高比H低。然后， 比H低的時候(D以上未到H),同樣前進(jìn)到步驟S10的條件2。由于在冷媒 壓縮機(jī)11的溫度TC少許升高的時候冷媒壓縮機(jī)11的負(fù)荷也少許增大，同樣 前進(jìn)到步驟S10的條件2。接著，在步驟S6高壓側(cè)壓力PH為0以上的時候，控制電路23從步驟 S6前進(jìn)到步驟Sll的條件1，把吸引區(qū)間的長度作為L、由起動電流生成的 轉(zhuǎn)矩作為M、接續(xù)頻率作為N。該長度L為比條件2的I長的值、起動轉(zhuǎn)矩 M為比J高的值、接續(xù)頻率N為比K高的值。即，在高壓側(cè)壓力PH更高、 冷媒壓縮機(jī)11的負(fù)荷更增大的時候更加加長吸引區(qū)間，也更加升高起動轉(zhuǎn)矩 以及接續(xù)頻率從而無障礙地起動電動機(jī)21。另外，在步驟S7停止時間ts為P以下的時候，控制電路23從步驟S7 前進(jìn)到步驟Sll的條件1。由于在冷4某壓縮機(jī)11的停止時間ts變的更短的時 候冷媒壓縮機(jī)ll的負(fù)荷也更加增大，所以同樣為步驟Sll的條件1。另夕卜，在步驟S8膨脹閥13的閥開度VO為Q以下的時候，控制電路23 從步驟S8前進(jìn)到步驟Sll的條件1。由于在膨脹閥13的閥開度VO變得更 小的時候冷媒壓縮機(jī)ll的負(fù)荷也更加增大，所以同樣為步驟Sll的條件1。
另外，在步驟S9冷媒壓縮機(jī)11的溫度TC為H以上的時候，控制電路 23從步驟S9前進(jìn)到步驟Sll的條件1。由于在冷媒壓縮機(jī)11的溫度TC變 的更高的時候冷媒壓縮機(jī)ll的負(fù)荷也更加增大，所以同樣為步驟Sll的條件 1，由此，無障礙地起動電動機(jī)21。在負(fù)荷增大的時候，由于向無傳感器矢 量控制過渡時凈皮^沒定的電流和頻率也升高，所以過渡時的頻率的變動也同樣 變小。這樣，由于與冷媒壓縮機(jī)11的負(fù)荷變輕對應(yīng)縮短吸引區(qū)間、降低起動轉(zhuǎn) 矩(起動電流)以及^^姿續(xù)頻率，同時與冷》某壓縮機(jī)11的負(fù)荷增大對應(yīng)加長吸 引區(qū)間、升高起動轉(zhuǎn)矩(起動電流)以及接續(xù)頻率，所以無論冷媒壓縮機(jī)ll 的負(fù)荷的狀況如何，都可以始終實(shí)現(xiàn)向圓滑的無傳感器矢量控制的過渡。圖7、圖8是表示從進(jìn)行了轉(zhuǎn)子的位置固定之后的起動開始到向無傳感 器方式的矢量控制過渡為止的對定子線圈的實(shí)質(zhì)施加電壓的變化的圖。在圖 7、圖8中，時間t0-tl相當(dāng)于條件(1 )的吸引時間L (秒)、條件(2 )的吸 引區(qū)間I (秒)、條件(3 )的吸引區(qū)間E (秒)。在轉(zhuǎn)子的固定(時間tl )后 在圖7，經(jīng)過時間t2 (轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成為相當(dāng)于接續(xù)頻率的轉(zhuǎn)速的時間)施加 電壓從相當(dāng)于電壓VH (與相當(dāng)于條件(1)的起動轉(zhuǎn)矩M (N)對應(yīng)的電流 的電壓、與相當(dāng)于起動轉(zhuǎn)矩J (N)的電流對應(yīng)的電壓、與相當(dāng)于起動轉(zhuǎn)矩F (N)的電流對應(yīng)的電壓)的電壓減少到VL2。該施加電壓的減少斜度，與 在預(yù)先設(shè)定的通常的驅(qū)動運(yùn)轉(zhuǎn)時增加轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速時被使用的對于施加電壓的 時間的增加斜度基本為同樣變化的值。所以，在時間t2(轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成為相 當(dāng)于接續(xù)頻率的轉(zhuǎn)速的時間)，施加在定子線圈上的電壓不限于必須與通過無 傳感器方式的矢量控制進(jìn)行驅(qū)動時對應(yīng)于該轉(zhuǎn)數(shù)的電壓一致，雖然在電壓 VL2-VL之間有電壓差，該電壓VL2為與電壓VL接近的值。過渡到通過無 傳感器方式的矢量控制的驅(qū)動后，通過矢量控制加速轉(zhuǎn)子，直至根據(jù)冷凍回 路的負(fù)荷計算出的轉(zhuǎn)數(shù)為止。在第2實(shí)施方式的圖8中，從時間tl到時間t2施加電壓從VH以規(guī)定的 斜度降低到VL1。時間tl為起動開始的時間，時間t2為任意規(guī)定的時間，是 與時間t0-t 1之間的時間沒有大的偏離的時間。從電壓VH到VL1的電壓的變 化斜度，可以使用與圖7的電壓的減少斜度同樣的值。時間t3與圖7 —樣是 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成為相當(dāng)于接續(xù)頻率的轉(zhuǎn)速的時間，從時間t2到t3的施加電壓的 增加斜度，可以與圖7中的施加電壓的增加斜度實(shí)質(zhì)相同。由于圖8中施加
電壓在時間t3比通常的驅(qū)動時的施加電壓更高地設(shè)定，所以轉(zhuǎn)子原樣保持規(guī) 定的假想狀態(tài)過渡到基于矢量控制的驅(qū)動，所以可以在時間t3以后使轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速增加時原樣維持加速狀態(tài)。再者，實(shí)施例中雖然在驅(qū)動被使用在車載空調(diào)上的冷々某壓縮機(jī)的電動機(jī) 的控制中適用了本發(fā)明，但不限于此，對于使用冷媒壓縮機(jī)的各種各樣的冷 凍循環(huán)設(shè)備本發(fā)明是有效的。另外，實(shí)施例中表示的各種值不限于此，在不 脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)應(yīng)對應(yīng)于該機(jī)器適當(dāng)?shù)乇辉O(shè)定。
權(quán)利要求
1、一種冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置，其特征在于，至少包括使用冷媒配管把冷媒壓縮機(jī)、熱源側(cè)熱交換器、減壓裝置、利用側(cè)熱交換器連接成環(huán)狀的冷凍循環(huán)，還包括控制裝置，通過把所述冷媒壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的磁極形成的磁通量的方向作為d軸，并使用與該d軸電性地正交的q軸的矢量控制，對形成逆變器電路的開關(guān)元件導(dǎo)通/截止從而控制向所述定子線圈的通電，同時所述控制裝置構(gòu)成為，通過所述矢量控制依次切換與預(yù)先規(guī)定的對于所述定子線圈的通電模式對應(yīng)的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式，從而驅(qū)動所述冷媒壓縮機(jī)，該冷媒壓縮機(jī)起動時，以預(yù)先規(guī)定的周期順次切換被預(yù)先規(guī)定的開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式從而進(jìn)行所述冷媒壓縮機(jī)的起動，在所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速時過渡到通過所述矢量控制切換該所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式的驅(qū)動，根據(jù)所述冷媒壓縮機(jī)起動時所述冷凍循環(huán)的狀態(tài)變更起動時的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者向所述定子線圈的施加電壓以及設(shè)定轉(zhuǎn)速。
2、 如權(quán)利要求1所述的冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述起動時的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者對所述定子線圈的施加電 壓是對應(yīng)于所述設(shè)定轉(zhuǎn)速而被設(shè)定的。
3、 如權(quán)利要求2所述的冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述起動時的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者對所述定子線圈的施加電 壓順次變化，使得對定子線圈通電的電流減少，同時，該電流至少減少到與 電壓相當(dāng)?shù)闹档母浇撾妷菏鞘顾鲈O(shè)定轉(zhuǎn)速適合所述冷媒壓縮機(jī)驅(qū)動時 ^使用的電壓-轉(zhuǎn)速特性的轉(zhuǎn)速時的對應(yīng)電壓。
4、 如權(quán)利要求2所述的冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述起動時的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者對所述定子線圈的施加電 壓順次變化，使得對定子線圈通電的電流增加。
5、 如權(quán)利要求2所述的冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述起動時的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者對所述定子線圈的施加電 壓順次變化，使得對定子線圈通電的電流減少之后變化為增加。
6、 如權(quán)利要求2所述的冷媒壓縮機(jī)用電動機(jī)的控制裝置，其特征在于， 所述起動時的所述開關(guān)元件的導(dǎo)通/截止模式或者對所述定子線圈的施加電 壓順次變化，使得對定子線圈通電的電流減少之后變化為增加，同時，該電 流與所述冷媒壓縮機(jī)驅(qū)動時使用的電壓-轉(zhuǎn)速特性的電壓的增加斜度同樣變 化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種驅(qū)動裝置，可以在使用無傳感器方式驅(qū)動控制壓縮機(jī)用電動機(jī)的時候，降低起動時的振動、噪音，實(shí)現(xiàn)向無傳感器方式圓滑的接續(xù)。驅(qū)動裝置(22)包括為了向驅(qū)動構(gòu)成冷媒回路的電動壓縮機(jī)的電動機(jī)(21)施加三相虛擬交流電壓并進(jìn)行驅(qū)動的逆變器主電路(1)、檢測流過電動機(jī)電流的電流傳感器(6V、6W)、根據(jù)該電流傳感器的輸出實(shí)施無傳感器方式的驅(qū)動控制的控制電路(23)?？刂齐娐废螂妱訖C(jī)施加使旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生的規(guī)定的起動電流并起動，加速到規(guī)定的接續(xù)頻率后，過渡到基于無傳感器方式的驅(qū)動控制，同時，根據(jù)壓縮機(jī)的負(fù)荷，變更起動電流以及接續(xù)頻率。
文檔編號H02P21/00GK101150293SQ20071014870
公開日2008年3月26日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者久保守, 野島健二 申請人:三洋電機(jī)株式會社