電動機控制裝置、壓縮機、空調(diào)機以及程序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電動機控制裝置、壓縮機、空調(diào)機以及程序。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為應用于空調(diào)機等的電動機控制裝置的【背景技術(shù)】，例如在專利文獻1的權(quán)利要 求1中記載了"具備：轉(zhuǎn)矩控制部，其生成用于根據(jù)所述電動機的旋轉(zhuǎn)位置使所述電動機的 輸出轉(zhuǎn)矩變動的補償轉(zhuǎn)矩模式，并修正向所述電動機供給的電流值"。
[0003] 但是，專利文獻1的與壓縮機連接的電動機的控制裝置沒有特別記載不是以正規(guī) 化轉(zhuǎn)矩模式為前提的情況。此外，也沒有特別記載因電動機控制裝置的響應頻率的制約，在 電動機定子的推定位置與電壓施加相位之間產(chǎn)生定時差的情況。
[0004] 專利文獻1 :日本特開2008-245506號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的是提供一種能夠補償電動機控制裝置的 響應頻率的制約，且降低電動機的噪聲或振動的電動機控制裝置、壓縮機、空調(diào)機以及程 序。
[0006] 為了解決上述課題，本發(fā)明推定電動機的旋轉(zhuǎn)角度位置，并根據(jù)推定或預先設(shè)定 的負載變動模式和旋轉(zhuǎn)角度位置使驅(qū)動信號的占空比變化。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，能夠補償電動機控制裝置的響應頻率的制約，且降低電動機的噪聲 或振動。
【附圖說明】
[0008] 圖1是比較例1的壓縮機的整體框圖。
[0009] 圖2是表示比較例1中的電力變換電路以及電流檢測部的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0010] 圖3是表示比較例1中的負載裝置即旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型壓縮機構(gòu)部的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0011] 圖4是說明比較例1中的電角、機械角、坐標系的圖。
[0012] 圖5是比較例1中的PWM信號生成器的波形圖。
[0013] 圖6是比較例1中的控制部的框圖。
[0014] 圖7是比較例1中的電壓指令值運算部的框圖。
[0015] 圖8是比較例1中的PLL控制器的框圖。
[0016] 圖9是比較例1中的轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的框圖。
[0017] 圖10是比較例1中的各部的波形圖。
[0018] 圖11是本發(fā)明的第1實施方式的壓縮機的整體框圖。
[0019] 圖12是第1實施方式中的控制部的框圖。
[0020] 圖13是表示第1實施方式中的脈動轉(zhuǎn)矩推定器的原理的框圖。
[0021] 圖14是表示第1實施方式中的脈動轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0022] 圖15是第1實施方式的動作說明圖。
[0023] 圖16是表示第1實施方式中的負載轉(zhuǎn)矩波形與電動機發(fā)生轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖。
[0024] 圖17是本發(fā)明的第2實施方式的壓縮機的截面圖。
[0025] 圖18是本發(fā)明的第3實施方式的空調(diào)機的冷卻系統(tǒng)圖。
[0026] 圖19是第3實施方式中的脈動轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的框圖。
[0027] 圖20是本發(fā)明的第4實施方式的驗證系統(tǒng)的框圖。
[0028] 圖21是脈動轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的一變形例的框圖。
[0029] 圖22是表示轉(zhuǎn)速指令值與逆變器頻率指令值的關(guān)系的圖。
[0030] 圖23是脈動轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的其他變形例的框圖。
[0031] 圖24是穩(wěn)定軸誤差運算器的框圖。
[0032] 符號說明
[0033] 1、la、lb電動機控制裝置
[0034] 2、2a、2b 控制部
[0035] 3電壓指令值生成器
[0036] 4 dq/3 Φ 變換器
[0037] 5電力變換電路
[0038] 6電動機
[0039] 6a 轉(zhuǎn)子
[0040] 6b 定子
[0041] 7電流檢測部
[0042] 8 3 Φ /dq變換器（坐標變換部）
[0043] 9負載裝置
[0044] 10轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器
[0045] llf、llg、llh、lli脈動轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器
[0046] 12軸誤差運算器
[0047] 13 PLL 控制器
[0048] 16脈動轉(zhuǎn)矩推定器
[0049] 19穩(wěn)定軸誤差運算器
[0050] 20直流電壓源
[0051] 21逆變器
[0052] 32單相坐標變換器
[0053] 33 PWM信號生成器
[0054] 34電壓指令值運算部
[0055] 37單相坐標逆變換器
[0056] 40位置推定部
[0057] 300空調(diào)機
[0058] 301電動機控制裝置
[0059] 3〇2壓縮機
[0060] 3〇3室內(nèi)機
[0061] 304室外機
[0062] 305 配管
[0063] 306室內(nèi)熱交換器
[0064] 3〇7送風機
[0065] 308室外熱交換器
[0066] 309送風機
[0067] 310配線電纜
[0068] 311電動機控制裝置
[0069] 500旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型壓縮機構(gòu)部（壓縮機構(gòu)部）
[0070] 511密閉容器（收納容器）
【具體實施方式】
[0071] [比較例1]
[0072] <比較例1的結(jié)構(gòu)>
[0073] (比較例1的整體結(jié)構(gòu)）
[0074] 說明本發(fā)明的實施方式前，說明用于與實施方式進行比較的比較例1的結(jié)構(gòu)。圖 1是表示比較例1的壓縮機的整體結(jié)構(gòu)的圖。該壓縮機由作為壓縮機構(gòu)的負載裝置9、驅(qū)動 該負載裝置9的電動機6以及控制電動機6的電動機控制裝置la構(gòu)成。
[0075] 在圖1中，電動機控制裝置la具有向電力變換電路5輸出驅(qū)動信號的控制部2a。 電力變換電路5內(nèi)置有直流電壓源和逆變器，逆變器根據(jù)上述驅(qū)動信號輸出交流電壓。電 動機6通過該交流電壓旋轉(zhuǎn)，并旋轉(zhuǎn)驅(qū)動與電動機6結(jié)合的負載裝置9。由此，通過基于驅(qū) 動信號的電壓或電流，對電動機（motor) 6的速度或轉(zhuǎn)矩進行控制以便成為預期狀態(tài)。
[0076] 在本比較例中，電動機6是在轉(zhuǎn)子中具有永磁鐵的永磁鐵同步電動機。此外，通過 電動機6驅(qū)動的負載裝置9在本比較例中是旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型壓縮機構(gòu)。電流檢測部7檢測流過 電動機6或電力變換電路5的電流。通過這些控制部2a、電力變換電路5以及電流檢測部 7構(gòu)成電動機控制裝置la。
[0077] 接著，圖2表示電力變換電路5和電流檢測部7的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，電力變換電 路5具有逆變器21、直流電壓源20以及柵極驅(qū)動電路23。逆變器21具有開關(guān)元件22a~ 22f (例如，IGBT或M0S-FET等半導體開關(guān)元件）、與它們并聯(lián)連接的回流用二極管。另外， 將開關(guān)元件22a~22f統(tǒng)稱為"開關(guān)元件22"。
[0078] 這些開關(guān)元件22通過串聯(lián)連接2組開關(guān)元件22來構(gòu)成各相的上下支路。在圖2 的例子中，通過開關(guān)元件22a、22b構(gòu)成U相的上下支路，通過開關(guān)元件22c、22d構(gòu)成V相的 上下支路，通過開關(guān)元件22e、22f構(gòu)成W相的上下支路。各相的上下支路的連接點與電動 機6連接。柵極驅(qū)動電路23放大被供給的脈沖狀的驅(qū)動信號后輸出。開關(guān)元件22根據(jù)柵 極驅(qū)動電路23輸出的驅(qū)動信號24a~24f對直流電壓源20的輸出電壓進行開關(guān)。
[0079] 在本比較例中，直流電壓源20與分流電阻器25串聯(lián)連接。這是為了保護開關(guān)元 件22不會流過過大的電流。這樣，對直流電壓源20的輸出電壓進行開關(guān)而輸出三相交流 電壓，由此能夠向電動機6施加任意頻率的三相交流電壓，由此能夠可變速驅(qū)動電動機6。 電流檢測部7檢測出從電力變換電路5向電動機6流過的三相交流電流中的、流過U相和 W相的電流Iu，Iw。當然，也可以檢測出全相交流電流，但根據(jù)基爾霍夫第一定律，若能夠檢 測出三相中的兩相，則可以根據(jù)檢測出的兩相計算出其他一相。
[0080] 本比較例想要解決在電動機6或負載裝置9等的機械部分產(chǎn)生的振動或噪聲的問 題。因此，首先對負載裝置9即旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型的壓縮機構(gòu)中的具體的問題進行敘述。圖3(a)、 (b)表示在本比較例作為負載裝置9而采用的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型壓縮機構(gòu)部500。圖3(a)表示壓 縮機構(gòu)部500和電動機6的側(cè)截面圖，圖3(b)表示圖3(a)的A-A'截面圖。在圖3(a)中， 壓縮機構(gòu)部500具有收納于密閉容器511內(nèi)的電動機6、通過該電動機6驅(qū)動的作為負載裝 置9的壓縮機構(gòu)部500。壓縮機構(gòu)部500具有圓筒狀的氣缸504、偏心且在該氣缸504內(nèi)自 由轉(zhuǎn)動地構(gòu)成的轉(zhuǎn)子活塞501。
[0081] 電動機6具有轉(zhuǎn)子6a和定子6b，轉(zhuǎn)子6a使軸502向上方突出。該軸502與曲軸 503結(jié)合，曲軸503與轉(zhuǎn)子活塞501結(jié)合。由此，壓縮機構(gòu)部500通過電動機6的軸502被 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。此外，如圖3(b)所示，氣缸504上形成有吸入口 505和噴出口 507,并且設(shè)有葉 片506。葉片506朝向氣缸504的中心地被施力，向轉(zhuǎn)子活塞501滑動并在半徑方向上自由 移動。
[0082] 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在壓縮機構(gòu)部500中，以電動機6為動力源偏心驅(qū)動轉(zhuǎn)子活塞501， 執(zhí)行作為壓縮機的吸入、壓縮、噴出等一連串的工序。接著，參照圖3(b)說明具體的壓縮工 序。首先，從設(shè)置在氣缸504上的吸入口 505吸入被氣化的制冷劑。之后，通過電動機6旋 轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子活塞501旋轉(zhuǎn)，葉片506的圖中的左側(cè)的容積變小，由此壓縮制冷劑。轉(zhuǎn)子活塞501 進一步旋轉(zhuǎn)，每次返回到上部時從噴出口 507噴出被壓縮的（被液化）的制冷劑。在以上 的吸入、壓縮、噴出的一連串的工序中，向轉(zhuǎn)子活塞501施加的壓力變化。從驅(qū)動轉(zhuǎn)子活塞 501的電動機6觀察該壓力變化時，意味著負載轉(zhuǎn)矩周期性地發(fā)生變化。
[0083] 圖4(a)是表示轉(zhuǎn)子活塞501的機械角旋轉(zhuǎn)1周的、針對轉(zhuǎn)子6a的旋轉(zhuǎn)角度位置 Θ d的負載轉(zhuǎn)矩τ啲變化的例子的圖。圖4(a)的橫軸表示轉(zhuǎn)子活塞501的1個周期（從 〇度至360度），縱軸表示負載轉(zhuǎn)矩h的大小。在本比較例中，作為電動機6示出了四極電 動機（轉(zhuǎn)子6a的極數(shù)為"4"）的例子，因此電角2個周期相當于機械角1個周期。因此，假 定電動機6為六極的情況下，電角3個周期相當于機械角1個周期。此外，通過組裝來決定 轉(zhuǎn)子6a的位置與轉(zhuǎn)子活塞501的位置關(guān)系，但在圖4(a)中，將轉(zhuǎn)子活塞501在圖3(a)中 向最大限外側(cè)按出葉片506的位置設(shè)為0°。
[0084] 根據(jù)圖4(a)可知，隨著壓縮工序的推進，負載轉(zhuǎn)矩h急劇變大，在噴出工序負載 轉(zhuǎn)矩h減少，在1周旋轉(zhuǎn)中負載轉(zhuǎn)矩τ ^變動。此外，每次旋轉(zhuǎn)時負載轉(zhuǎn)矩τ d艮據(jù)旋轉(zhuǎn) 角度位置而變動，因此從電動機6觀察時負載轉(zhuǎn)矩τ 期性地變動。因此，每次電動機6 旋轉(zhuǎn)時，發(fā)生圖4(a)的模式的轉(zhuǎn)矩變化。但是，例如即使使用了同一壓縮機構(gòu)部500,根據(jù) 電動機6的轉(zhuǎn)速、吸入口 505或噴出口 507的壓力、吸入口 505與噴出口 507的壓力差等， 負載轉(zhuǎn)矩^的峰值或成為峰值的旋轉(zhuǎn)角度位置Θ d或負載轉(zhuǎn)矩的增減變化波形變化。
[0085] 在壓縮機構(gòu)部500中的負載轉(zhuǎn)矩^的變動與由電動機6產(chǎn)生的電動機轉(zhuǎn)矩τ " 之間產(chǎn)生差時，產(chǎn)生振動或噪聲。尤其如上所述在負載轉(zhuǎn)矩h的變動較大的情況下，根據(jù) 控制部2a的結(jié)構(gòu)在流過電動機6的電流