電動(dòng)機(jī)控制裝置、壓縮機(jī)、空調(diào)機(jī)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(dòng)機(jī)控制裝置、壓縮機(jī)、空調(diào)機(jī)以及程序。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為應(yīng)用于空調(diào)機(jī)等的電動(dòng)機(jī)控制裝置的【背景技術(shù)】，例如在專利文獻(xiàn)1的摘要 中，記載了 "提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其在成為交流同步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)對(duì)象的負(fù)載裝 置產(chǎn)生周期性的干擾的情況下，在抑制該周期性的干擾的同時(shí)，謀求降低輸入功率"以及 "設(shè)置限制器，其在提取負(fù)載裝置所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)分量并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目刂浦?，限?對(duì)脈動(dòng)分量進(jìn)行修正的電流分量"。
[0003] 但是，在專利文獻(xiàn)1中，并沒(méi)有公開(kāi)在限制器限制對(duì)脈動(dòng)分量進(jìn)行修正的電流分 量時(shí)在與周期性的干擾的關(guān)系中在怎樣的條件下進(jìn)行限制。即，在專利文獻(xiàn)1中并沒(méi)有考 慮到平衡地實(shí)現(xiàn)噪聲、振動(dòng)的降低和消耗功率的降低。
[0004] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2006-180605號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明就是鑒于上述的情況而提出的，其目的在于：提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置、壓 縮機(jī)、空調(diào)機(jī)以及程序，其能夠平衡地實(shí)現(xiàn)噪聲、振動(dòng)的降低和消耗功率的降低。
[0006] 為了解決上述問(wèn)題，在本發(fā)明中，取得與電動(dòng)機(jī)或負(fù)載裝置的振動(dòng)量對(duì)應(yīng)地增減 的振動(dòng)對(duì)應(yīng)量，根據(jù)該振動(dòng)對(duì)應(yīng)量控制電動(dòng)機(jī)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，能夠平衡地實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)等的噪聲、振動(dòng)的降低和消耗功率的降低。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是比較例子1的壓縮機(jī)的整體框圖。
[0009] 圖2是表示比較例子1的電力變換電路和電流檢測(cè)部的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0010]圖3是表示作為比較例子1的負(fù)載裝置的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型壓縮機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)的圖。
[0011] 圖4是說(shuō)明比較例子1的電角、機(jī)械角、坐標(biāo)系的圖。
[0012] 圖5是比較例子1的PWM信號(hào)生成器的波形圖。
[0013] 圖6是比較例子1的控制部的框圖。
[0014] 圖7是比較例子1的電壓指令值運(yùn)算部的框圖。
[0015] 圖8是比較例子1的PLL控制器的框圖。
[0016] 圖9是比較例子1的轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的框圖。
[0017] 圖10是比較例子1的各部的波形圖。
[0018] 圖11是比較例子2的壓縮機(jī)的整體框圖。
[0019] 圖12是比較例子2的控制部的框圖。
[0020] 圖13是表示比較例子2的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩推定器的原理的框圖。
[0021] 圖14是比較例子2的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的框圖。
[0022] 圖15是表示比較例子2的與機(jī)械速度 '對(duì)應(yīng)的振動(dòng)振幅值的特性的圖。
[0023] 圖16是表示比較例子2的與控制響應(yīng)頻率對(duì)應(yīng)的振動(dòng)振幅值和消耗功率的特性 的圖。
[0024] 圖17是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的壓縮機(jī)的整體框圖。
[0025] 圖18是第一實(shí)施方式的控制部的框圖。
[0026] 圖19是第一實(shí)施方式的振動(dòng)狀態(tài)推定器的框圖。
[0027] 圖20是第一實(shí)施方式的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的框圖。
[0028] 圖21是第一實(shí)施方式的動(dòng)作說(shuō)明圖。
[0029] 圖22是表示第二實(shí)施方式的壓縮機(jī)的外觀結(jié)構(gòu)的圖。
[0030] 圖23是第二實(shí)施方式的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的框圖。
[0031] 圖24是第二實(shí)施方式的指令值切換器的動(dòng)作說(shuō)明圖。
[0032] 圖25是第二實(shí)施方式的指令值切換器的其他動(dòng)作說(shuō)明圖。
[0033] 圖26是第三實(shí)施方式的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的框圖。
[0034] 圖27是第三實(shí)施方式的其他振動(dòng)狀態(tài)推定器的框圖。
[0035] 圖28是第三實(shí)施方式的各部的波形圖。
[0036] 圖29是第四實(shí)施方式的空調(diào)機(jī)的冷卻系統(tǒng)圖。
[0037] 圖30是振動(dòng)狀態(tài)推定器的變形例子的框圖。
[0038] 圖31是振動(dòng)狀態(tài)推定器的其他變形例子的框圖。
[0039] 圖32是脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的變形例子的框圖。
[0040] 圖33是脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器的其他變形例子的框圖。
[0041 ] 符號(hào)說(shuō)明
[0042] 1、13、讓：電動(dòng)機(jī)控制裝置；2、2&、213 :控制部；3:電壓指令值生成器；4:(^/3(})變 換器4(逆坐標(biāo)變換部）；5 :電力變換電路；6 :電動(dòng)機(jī)；7 :電流檢測(cè)部；8 :3(i>/dq變換器 (坐標(biāo)變換部）；9 :負(fù)載裝置；10 :轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器；11、11a、11b、11c、lld、lie :脈動(dòng) 轉(zhuǎn)矩電流指令值生成器（驅(qū)動(dòng)信號(hào)決定部）；12 :軸誤差運(yùn)算器；13 :PLL控制器；16 :脈動(dòng) 轉(zhuǎn)矩推定器；17、17b、17c、17d :振動(dòng)狀態(tài)推定器（振動(dòng)狀態(tài)推定部）；20 :直流電壓源；21 : 逆變器；22 :開(kāi)關(guān)元件；23 :柵極驅(qū)動(dòng)電路；32 :單相坐標(biāo)變換器；33 :PWM信號(hào)生成器；34 : 電壓指令值運(yùn)算部（驅(qū)動(dòng)信號(hào)決定部）；37 :單相坐標(biāo)逆變換器；40 :位置推定部；50 :任意 頻率分量抑制器（第一周期脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制部）；50c :任意頻率分量抑制器（第二周期脈動(dòng) 轉(zhuǎn)矩控制部）；51 :振幅相位運(yùn)算器；52 :保持部；53 :余弦正弦分量分配部；54 :指令值切 換器（選擇部）；55 :相位固定振幅減少部；80a~80d :峰值保持部；81a、81b、81c、81d:K 較器（振動(dòng)判定部）；82a、82b、82c :開(kāi)關(guān)；300 :空調(diào)機(jī)；301 :電動(dòng)機(jī)控制裝置；302 :壓縮 機(jī)；303 :室內(nèi)機(jī)；304 :室外機(jī)；305 :配管；306 :室內(nèi)熱交換器；307 :送風(fēng)機(jī)；308 :室外熱交 換器；309 :送風(fēng)機(jī)；310 :布線電纜；500 :壓縮機(jī)構(gòu)部；500 :旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型壓縮機(jī)構(gòu)部（壓縮 機(jī)構(gòu)部）；501 :轉(zhuǎn)子活塞；502 :軸；503 :曲軸；504 :氣缸；505 :吸入口；506 :葉片；507 :噴 出口；508 :吸入栗；509 :噴出栗；510 :軸承；511 :密閉容器（容納容器）；512 :平衡配重； Thl :允許值（第一閾值）；Th2 :允許值（第二閾值）。
【具體實(shí)施方式】
[0043] [比較例子1]
[0044] 〈比較例子1的結(jié)構(gòu)〉
[0045] (比較例子1的整體結(jié)構(gòu)）
[0046] 在說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式之前，說(shuō)明用于與實(shí)施方式進(jìn)行比較的比較例子1的結(jié) 構(gòu)。圖1是表示比較例子1的壓縮機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的圖。該壓縮機(jī)由作為壓縮機(jī)構(gòu)的負(fù)載裝 置9、驅(qū)動(dòng)該負(fù)載裝置9的電動(dòng)機(jī)6、控制電動(dòng)機(jī)6的電動(dòng)機(jī)控制裝置la構(gòu)成。
[0047] 在圖1中，電動(dòng)機(jī)控制裝置la具備向電力變換電路5輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制部2a。 電力變換電路5內(nèi)置有直流電壓源、逆變器，逆變器根據(jù)上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出交流電壓。電動(dòng) 機(jī)6通過(guò)該交流電壓而旋轉(zhuǎn)，對(duì)與電動(dòng)機(jī)6結(jié)合的負(fù)載裝置9進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。由此，通過(guò)基 于驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓或電流進(jìn)行控制，使得電動(dòng)機(jī)（motor) 6的速度、轉(zhuǎn)矩成為希望的狀態(tài)。
[0048] 在本比較例子中，電動(dòng)機(jī)6是轉(zhuǎn)子具備永磁鐵的永磁鐵同步電動(dòng)機(jī)。另外，在本比 較例子中，被電動(dòng)機(jī)6驅(qū)動(dòng)的負(fù)載裝置9是旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型壓縮機(jī)構(gòu)。電流檢測(cè)部7檢測(cè)流過(guò) 電動(dòng)機(jī)6或電力變換電路5的電流。由這些控制部2a、電力變換電路5、電流檢測(cè)部7構(gòu)成 電動(dòng)機(jī)控制裝置la。
[0049] 接著，在圖2中表示電力變換電路5和電流檢測(cè)部7的結(jié)構(gòu)。電力變換電路5如圖 2所示，具備逆變器21、直流電壓源20、柵極驅(qū)動(dòng)電路23。逆變器21具備開(kāi)關(guān)元件22a~ 22f (例如為IGBT、M0S-FET等的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件）、與它們并聯(lián)連接的回流用二極管。此 外，將開(kāi)關(guān)元件22a~22f統(tǒng)稱為"開(kāi)關(guān)元件22"。
[0050] 這些開(kāi)關(guān)元件22,通過(guò)串聯(lián)連接2組開(kāi)關(guān)元件22而構(gòu)成各相的上下支路。在圖2 的例子中，由開(kāi)關(guān)元件22a、22b構(gòu)成U相的上下支路，由開(kāi)關(guān)元件22c、22d構(gòu)成V相的上下 支路，由開(kāi)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(diǎn)與電動(dòng)機(jī)6連 接。柵極驅(qū)動(dòng)電路23對(duì)所供給的脈沖狀的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大而輸出。開(kāi)關(guān)元件22與柵極 驅(qū)動(dòng)電路23輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)24a~24f對(duì)應(yīng)地對(duì)直流電壓源20的輸出電壓進(jìn)行開(kāi)關(guān)。
[0051] 在本比較例子中，直流電壓源20上串聯(lián)連接有分流電阻器25。其是為了保護(hù)開(kāi) 關(guān)元件22使得不流過(guò)過(guò)大的電流。通過(guò)這樣對(duì)直流電壓源20的輸出電壓進(jìn)行開(kāi)關(guān)來(lái)輸出 三相交流電壓，能夠向電動(dòng)機(jī)6施加任意頻率的三相交流電壓，由此能夠可變速地驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)6。電流檢測(cè)部7檢測(cè)從電力變換電路5向電動(dòng)機(jī)6流動(dòng)的三相的交流電流中的流過(guò) U相和W相的電流Iu、Iw。當(dāng)然，也可以檢測(cè)全部相的交流電流，但根據(jù)基爾霍夫第一定律， 只要能夠檢測(cè)出3相中的2相，則能夠根據(jù)檢測(cè)出的2相運(yùn)算出另外1相。
[0052] 本比較例子要解決在電動(dòng)機(jī)6、負(fù)載裝置9等的機(jī)械部分中產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲的問(wèn) 題。因此，首先說(shuō)明負(fù)載裝置9、即旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型的壓縮機(jī)構(gòu)中的具體問(wèn)題。圖3(a)、（b)表 示在本比較例子中作為負(fù)載裝置9采用的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子型壓縮機(jī)構(gòu)部500。圖3(a)表示壓縮 機(jī)構(gòu)部500和電動(dòng)機(jī)6的側(cè)截面圖，圖3(b)是圖3(a)中的A-A'截面圖。在圖3 (a)中，壓 縮機(jī)構(gòu)部500具備容納在密閉容器511中的電動(dòng)機(jī)6、作為被該電動(dòng)機(jī)6驅(qū)動(dòng)的負(fù)載裝置9 的壓縮機(jī)構(gòu)部500。壓縮機(jī)構(gòu)部500具備圓筒狀的氣缸504、偏心并且在該氣缸504內(nèi)自由 轉(zhuǎn)動(dòng)地構(gòu)成的轉(zhuǎn)子活塞501。
[0053] 電動(dòng)機(jī)6具備轉(zhuǎn)子6a和定子6b，轉(zhuǎn)子6a使軸502向上方向突出。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(jī)構(gòu)部500被電動(dòng)機(jī)6的軸502旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。另外，如圖3(b)所示，在氣缸504中形成吸入口 505和噴出口 507,并且設(shè)置有葉 片506。葉片506朝向氣缸504的中心地被施力，在轉(zhuǎn)子活塞501上滑動(dòng)同時(shí)向半徑方向自 由地移動(dòng)。
[0054] 通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，在壓縮機(jī)構(gòu)部500中，以電動(dòng)機(jī)6為動(dòng)力源對(duì)轉(zhuǎn)子活塞501進(jìn)行偏 心驅(qū)動(dòng)，執(zhí)行作為壓縮機(jī)的吸入、壓縮、噴出的一連串的工序。接著，參照?qǐng)D3(b)說(shuō)明具體 的壓縮工序。首先，從設(shè)置在氣缸504中的吸入口 505吸入氣化了的制冷劑。然后，轉(zhuǎn)子活 塞501通過(guò)電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)而旋轉(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(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，在返回到上部時(shí)從噴出口 507噴出壓縮后（液化后）的制冷劑。 在以上那樣的吸入、壓縮、噴出的一連串工序中，施加到轉(zhuǎn)子活塞501的壓力變化。如果從 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子活塞501的電動(dòng)機(jī)6看該壓力變化，則意味著負(fù)載轉(zhuǎn)矩周期性地變化。
[0055] 圖4 (a)是表示轉(zhuǎn)子活塞501的機(jī)械角旋轉(zhuǎn)一周中的負(fù)載轉(zhuǎn)矩h相對(duì)于轉(zhuǎn)子6a 的旋轉(zhuǎn)角度位置9d的變化的例子的圖。圖4(a)的橫軸表示轉(zhuǎn)子活塞501的1個(gè)周期（從 〇度到360度），縱軸表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩h的大小。在本比較例子中，作為電動(dòng)機(jī)6表示了四 極電動(dòng)機(jī)（轉(zhuǎn)子6a的極數(shù)為"4"）的例子，因此電角的2個(gè)周期相當(dāng)于機(jī)械角的1個(gè)周期。 因此，假設(shè)在電動(dòng)機(jī)6是6極的情況下，電角的3個(gè)周期相當(dāng)于機(jī)械角的1個(gè)周期。另外， 由安裝決定轉(zhuǎn)子6a的位置和轉(zhuǎn)子活塞501之間的位置關(guān)系，但在圖4(a)中，轉(zhuǎn)子活塞501 將在圖3(a)中把葉片506最大限地向外側(cè)按壓的位置作為0°。
[0056] 根據(jù)圖4(a)可知，隨著壓縮工序進(jìn)行，負(fù)載轉(zhuǎn)矩h急劇變大，在噴出工序中，負(fù) 載轉(zhuǎn)矩h減少，在1周旋轉(zhuǎn)中負(fù)載轉(zhuǎn)矩τ ^變動(dòng)。另外，在每次循環(huán)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩τ ^與旋 轉(zhuǎn)角度位置對(duì)應(yīng)地變動(dòng)，因此如果從電動(dòng)機(jī)6看，則負(fù)載轉(zhuǎn)矩τ 期性地變動(dòng)。因此，在 每次電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生圖4(a)的模式的轉(zhuǎn)矩變化。但是，例如即使使用相同的壓縮 機(jī)構(gòu)部500,由于電動(dòng)機(jī)6的轉(zhuǎn)速、吸入口 505、噴出口 507的壓力、吸入口 505和噴出口 507 之間的壓力差等，負(fù)載轉(zhuǎn)矩^的峰值、成為峰值的旋轉(zhuǎn)角度位置Θ d、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增減變化 波形也變化。
[0057] 如果壓縮機(jī)構(gòu)部500的負(fù)載轉(zhuǎn)矩^的變動(dòng)、電動(dòng)機(jī)6產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩τ "產(chǎn)生 了差，則產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲。特別在如上述那樣負(fù)載轉(zhuǎn)矩^的變動(dòng)大的情況下，根據(jù)控制部 2a的結(jié)構(gòu)，流過(guò)電動(dòng)機(jī)6的電流產(chǎn)生暴漲，或者產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)6的轉(zhuǎn)速變動(dòng)，因此容易產(chǎn)生振 動(dòng)、噪聲。因此，理想的是考慮到負(fù)載轉(zhuǎn)矩h的變動(dòng)來(lái)構(gòu)成控制部2a。在本比較例子中， 想要與周期性的負(fù)載變動(dòng)對(duì)應(yīng)地降低電動(dòng)機(jī)6的噪聲、振動(dòng)，因此為了達(dá)到該目的，理想的 是盡量使負(fù)載轉(zhuǎn)矩h和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩τ "一致。
[0058] (坐標(biāo)軸的說(shuō)明）
[0059] 在說(shuō)明電動(dòng)機(jī)控制裝置la的各部之前，明確坐標(biāo)軸的定義。圖4(b)是表示通過(guò) 電動(dòng)機(jī)控制裝置la檢測(cè)、推定或假定的控制軸的旋轉(zhuǎn)角度位置（推定旋轉(zhuǎn)角度位置0 dJ 和實(shí)際的轉(zhuǎn)子6a的旋轉(zhuǎn)角度位置Θ d之間的關(guān)系的圖。將設(shè)置在轉(zhuǎn)子6a上的永磁鐵的主 磁通方向的位置作為d軸，定義由從d軸向旋轉(zhuǎn)方向電氣地前進(jìn)90度（電角90度）的q 軸構(gòu)成的d_q軸。該d_q軸是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。
[0060] 在圖4 (b)中，轉(zhuǎn)子6a的旋轉(zhuǎn)角度位置Θ d表示d軸的相位。針對(duì)該d_q軸，將控 制上的虛擬轉(zhuǎn)子位置作為dc軸，將從其向旋轉(zhuǎn)方向電氣地前進(jìn)90度后的軸作為qc軸，定 義由dc軸、qc軸構(gòu)成的dc-qc軸。dc-qc軸也是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。在圖4(b)中表示這些坐標(biāo) 軸的關(guān)系。此外，在以后的說(shuō)明中，將d_q軸稱為實(shí)軸，將dc-qc軸稱為控制軸。另外，將實(shí) 軸和控制軸的偏差即誤差角稱為軸誤差A(yù) 0d。但是，在本比較例子中，并不是通過(guò)位置傳 感器等直接得到實(shí)際的軸誤差A(yù) 0d，而是通過(guò)推測(cè)來(lái)求出，因此將軸誤差△ 0,的推定值 稱為Δ Θ。。
[0061] 圖4(c)是表示作為固定坐標(biāo)系的三相軸和作為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的控制軸之間的關(guān)系 的圖。在圖4(c)中，以U相為基準(zhǔn)推定dc軸的旋轉(zhuǎn)角度位置（磁極位置），將其結(jié)果作為 上述的推定旋轉(zhuǎn)角度位置9 d。。dc軸向圖中的圓弧狀箭頭的方向（逆時(shí)針?lè)较颍┬D(zhuǎn)。因 此，對(duì)旋轉(zhuǎn)頻率（以后所示的逆變器頻率指令值ωι)進(jìn)行積分，由此得到推定旋轉(zhuǎn)角度位 置0 d。。在本比較例子中，使用永磁鐵同步電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)機(jī)6,因此通過(guò)電動(dòng)機(jī)