電機(jī)控制裝置制造方法
【專利摘要】提供一種電機(jī)控制裝置和使用它的驅(qū)動(dòng)裝置,該電機(jī)控制裝置無論停止位置如何且即使在負(fù)載特性變化時(shí)也都穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該電機(jī)控制裝置具有不使用與旋轉(zhuǎn)角度位置有關(guān)的信息的同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式和使用與旋轉(zhuǎn)角度位置有關(guān)的信息來驅(qū)動(dòng)的無位置傳感器運(yùn)轉(zhuǎn)模式,在驅(qū)動(dòng)中切換上述運(yùn)轉(zhuǎn)模式,其特征在于:包括推定以一個(gè)機(jī)械角周期或一個(gè)機(jī)械角周期的整數(shù)倍變化的周期轉(zhuǎn)矩分量的周期轉(zhuǎn)矩推定單元,在周期轉(zhuǎn)矩的斜率為0附近或變成負(fù)的期間切換上述運(yùn)轉(zhuǎn)模式。
【專利說明】 電機(jī)控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機(jī)控制裝置和使用它的驅(qū)動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為可以穩(wěn)定地起動(dòng)壓縮機(jī)的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的現(xiàn)有技術(shù),有日本特開2006-166658號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)。在專利文獻(xiàn)I中公開了如下結(jié)構(gòu):響應(yīng)于被指示了停止壓縮機(jī),使轉(zhuǎn)速慢慢下降,響應(yīng)于到達(dá)了預(yù)定的轉(zhuǎn)速而進(jìn)行相固定運(yùn)轉(zhuǎn),使活塞停止在預(yù)定的位置。
[0003]另外,作為不會(huì)起動(dòng)失敗的往復(fù)式壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置的現(xiàn)有技術(shù),有日本特開2005-90466號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)。在專利文獻(xiàn)2中公開了如下結(jié)構(gòu):起動(dòng)前在壓縮機(jī)電機(jī)中基于起動(dòng)電機(jī)常數(shù)在一相流動(dòng)驅(qū)動(dòng)電流,使定子的位置在起動(dòng)初始位置待機(jī),然后從該起動(dòng)初始位置開始起動(dòng)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-166658號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開2005-90466號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007](發(fā)明要解決的問題)
[0008]在專利文獻(xiàn)I中記載了使活塞停止在預(yù)定的位置的結(jié)構(gòu)。但是,專利文獻(xiàn)I的壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置沒有考慮活塞從停止位置移動(dòng)了的情況和負(fù)載特性的變化。
[0009]于是,本發(fā)明的目的在于提供無論停止位置如何、且即使在負(fù)載特性變化時(shí)也都穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)控制裝置和使用它的驅(qū)動(dòng)裝置。
[0010]另外,在專利文獻(xiàn)2中記載了使轉(zhuǎn)子的位置在起動(dòng)初始位置待機(jī)的結(jié)構(gòu)。但是,專利文獻(xiàn)2的壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置只考慮了特定方式的壓縮機(jī)。
[0011]于是,本發(fā)明的目的在于提供無論是哪種壓縮機(jī)都能夠適用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性周期地變化的電機(jī)控制裝置和使用它的驅(qū)動(dòng)裝置。
[0012](用來解決問題的方案)
[0013]為了解決上述問題,采用例如權(quán)利要求書記載的結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明包含多個(gè)解決上述問題的方案,但如果舉出一例,則為一種電機(jī)控制裝置,具有不使用與旋轉(zhuǎn)角度位置有關(guān)的信息的同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式和使用與旋轉(zhuǎn)角度位置有關(guān)的信息來驅(qū)動(dòng)的無位置傳感器運(yùn)轉(zhuǎn)模式,在驅(qū)動(dòng)中切換上述運(yùn)轉(zhuǎn)模式,其特征在于:具有推定以一個(gè)機(jī)械角周期或一個(gè)機(jī)械角周期的整數(shù)倍變化的周期轉(zhuǎn)矩分量的周期轉(zhuǎn)矩推定單元,在周期轉(zhuǎn)矩的斜率為0附近或變成負(fù)的期間切換上述運(yùn)轉(zhuǎn)模式。
[0015](發(fā)明的效果)
[0016]根據(jù)本發(fā)明,可以提供無論停止位置如何、且即使在負(fù)載特性變化了時(shí)也都能夠適用的電機(jī)控制裝置和使用它的驅(qū)動(dòng)裝置。另外,可以提供無論是哪種壓縮機(jī)都能夠適用 于負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性周期地變化的電機(jī)控制裝置和使用它的驅(qū)動(dòng)裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是電機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)圖的例子。
[0018]圖2是坐標(biāo)軸的說明圖。
[0019]圖3是電力變換電路的結(jié)構(gòu)圖的例子。
[0020]圖4是壓縮機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖的例子。
[0021]圖5是負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子位置的變化的例子。
[0022]圖6是運(yùn)轉(zhuǎn)模式的例子。
[0023]圖7是PLL控制器的結(jié)構(gòu)圖的例子。
[0024]圖8是速度控制器的結(jié)構(gòu)圖的例子。
[0025]圖9是負(fù)載輕時(shí)的實(shí)軸與控制軸的關(guān)系圖的例子。
[0026]圖10是負(fù)載重時(shí)的實(shí)軸與控制軸的關(guān)系圖的例子。
[0027]圖11是負(fù)載輕時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式圖的例子。
[0028]圖12是負(fù)載重時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式圖的例子。
[0029]圖13是周期轉(zhuǎn)矩推定單元的結(jié)構(gòu)圖的例子。
[0030]圖14是周期轉(zhuǎn)矩推定單元的其它的結(jié)構(gòu)圖(電壓指令值利用型)的例子。
[0031]圖15是周期轉(zhuǎn)矩推定單元的其它的結(jié)構(gòu)圖(電流的包絡(luò)線利用型)的例子。
[0032]圖16是驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)圖的例子。
[0033]圖17是控制模式切換定時(shí)的放大圖的例子。
[0034]圖18是簡(jiǎn)易轉(zhuǎn)矩推定單元的結(jié)構(gòu)圖的例子。
[0035]圖19是控制軸與三相軸的關(guān)系圖的例子。
[0036]圖20是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與脈動(dòng)分量抽出值的關(guān)系圖的例子。
[0037]圖21是周期轉(zhuǎn)矩推定單元30a的模擬結(jié)果的例子。
[0038]圖22是周期轉(zhuǎn)矩推定單元30b的模擬結(jié)果的例子。
[0039]圖23是周期轉(zhuǎn)矩推定單元30c的模擬結(jié)果的例子。
[0040](附圖標(biāo)記說明)
[0041]1:電機(jī)控制裝置;2:控制部;3:電壓指令值制作器;5:電力變換電路;6:電機(jī)(電動(dòng)機(jī));10:軸誤差運(yùn)算器;12:電流檢測(cè)單元;13 =PLL控制器;14:速度控制器;16:控制切換開關(guān);20:直流電壓源;30:周期轉(zhuǎn)矩推定單元;31:控制切換判斷器;301:冰箱;500:壓縮機(jī)構(gòu)部;503:曲軸
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下,用【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施例。
[0043](實(shí)施例1)
[0044]在本實(shí)施例中,說明驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電機(jī)控制裝置I的例子。
[0045]圖1是本實(shí)施例的電機(jī)控制裝置I的結(jié)構(gòu)圖的例子。電機(jī)控制裝置I大體上包含:檢測(cè)電機(jī)(電動(dòng)機(jī))6中流動(dòng)的電流的電流檢測(cè)單元12、基于由電流檢測(cè)單元12檢測(cè)到的電流信息運(yùn)算向電機(jī)6施加的電壓指令值的控制部2、根據(jù)該電壓指令值向電機(jī)6施加電壓的電力變換電路5、以及與電機(jī)6機(jī)械地連接的壓縮機(jī)構(gòu)部500。
[0046]本實(shí)施例是使用在轉(zhuǎn)子中具有永磁體的永磁體電機(jī)作為電機(jī)6的例子。因此,設(shè)為以控制軸的位置與轉(zhuǎn)子的位置基本同步來進(jìn)行說明。設(shè)為通過基于電機(jī)中流動(dòng)的電流和電機(jī)施加電壓等的信息進(jìn)行推定的無位置傳感器控制而得到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度位置信息。此時(shí),對(duì)于轉(zhuǎn)子的磁通方向的位置,以由控制上的假想轉(zhuǎn)子位置dc軸和從它沿旋轉(zhuǎn)方向電氣地前進(jìn)90度得到的qc軸構(gòu)成的dc-qc軸(旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系)的控制為基本,而不是以由d軸和從它沿旋轉(zhuǎn)方向以電氣地前進(jìn)90度得到的q軸構(gòu)成的d_q軸(旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系)的控制為基本。圖2示出這些軸的關(guān)系。另外,在此后的說明中,d_q軸稱為實(shí)軸、dc-qc軸稱為控制軸。
[0047]圖19示出作為固定坐標(biāo)系的三相軸與控制軸的關(guān)系。以U相為基準(zhǔn)而定義出dc軸的旋轉(zhuǎn)角度位置(磁極位置)ed。。dc軸沿圖中的箭頭的方向旋轉(zhuǎn),通過把旋轉(zhuǎn)頻率(后面所示的逆變器頻率指令值Q1)積分,得到磁極位置0d。。
[0048]電流檢測(cè)單元12檢測(cè)電機(jī)6中流動(dòng)的三相的交流電流內(nèi)的、U相和W相中流動(dòng)的電流。雖然可以進(jìn)行全相的交流電流檢測(cè),但根據(jù)基爾霍夫(Kirchhoff)定律,只要能檢測(cè)三相中的兩相,就可以根據(jù)檢測(cè)到的兩相算出另一相。
[0049]作為檢測(cè)電機(jī)6中流動(dòng)的交流電流的其它方式,例如,有根據(jù)后述的電力變換電路5的直流側(cè)所附加的分流電阻中流動(dòng)的直流電流檢測(cè)電力變換電路5的交流側(cè)的電流的單分流電流檢測(cè)方式。該方式利用了分流電阻中流動(dòng)的電流由于構(gòu)成電力變換電路5的開關(guān)元件的通電狀態(tài)而在時(shí)間上變化這一點(diǎn)。雖然未圖示,電流檢測(cè)單元12中使用單分流電流檢測(cè)方式也沒有問題。
[0050]控制部2包含以下部分等:把三相軸上的交流電流檢測(cè)值(Iu和Iw)坐標(biāo)變換成控制軸上的電流檢測(cè)值的3 /dq變換器8 ;用控制軸上的電流檢測(cè)值(Id。和I,。)和電壓指令值(Vd*和Vq*)運(yùn)算實(shí)軸與控制軸的軸誤差A(yù) 0。(圖2所示)的軸誤差運(yùn)算器10 ;推定周期地變化的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的周期轉(zhuǎn)矩推定單元30;為了使軸誤差A(yù) 0。跟隨軸誤差指令值A(chǔ) 0*(通常為0)而調(diào)整向電機(jī)6施加的電壓的頻率(逆變器頻率指令值《1)的PLL控制器13 ;切換后面詳細(xì)說明的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的控制切換開關(guān)(16a和16b);控制切換判斷器31 ;電壓指令值制作器3 ;把dq軸上的電壓指令值(Vd*和Vq*)從控制軸坐標(biāo)變換到三相軸的dq/3小變換器4 ;電流控制器112 ;積分器9。
[0051]控制部2大多由微機(jī)(微型計(jì)算機(jī))、DSP等的半導(dǎo)體集成電路(運(yùn)算控制單元)構(gòu)成,用軟件等實(shí)現(xiàn)。
[0052]電力變換電路5像圖3所示的那樣,包含逆變器21、直流電壓源20、驅(qū)動(dòng)電路23。逆變器21由開關(guān)元件22 (例如,IGBT、MOS-FET等的半導(dǎo)體開關(guān)元件)構(gòu)成。這些開關(guān)元件22被串聯(lián)連接,構(gòu)成U相、V相、W相的上下臂。各相的上下臂的連接點(diǎn)被布線連接到電機(jī)6。開關(guān)元件22根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路23輸出的脈沖狀的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(24a?24f)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。通過開關(guān)直流電壓源20,向電機(jī)6施加任意頻率的交流電壓來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
[0053]在電力變換電路5的直流側(cè)附加了分流電阻25時(shí),可以利用于用來在流過過大電流時(shí)保護(hù)開關(guān)元件22的過電流保護(hù)電路、單分流電流檢測(cè)方式等中。
[0054]像圖4所示的那樣,壓縮機(jī)構(gòu)部500以電機(jī)6作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)活塞501。由此,進(jìn)行壓縮動(dòng)作。曲軸503連接到電機(jī)6的軸502,把電機(jī)6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)。隨著電機(jī)6的旋轉(zhuǎn),活塞501也進(jìn)行動(dòng)作,進(jìn)行吸入、壓縮、吐出等一連串的工序。首先,從汽缸504上設(shè)置的吸入口 505吸入冷卻劑。然后,關(guān)閉閥506而進(jìn)行壓縮,從吐出口 507吐出壓縮了的冷卻劑。
[0055]在一連串的工序中,施加在活塞501上的壓力是變化的。這意味著從驅(qū)動(dòng)活塞的電機(jī)6看時(shí),負(fù)載轉(zhuǎn)矩周期性地變化。圖5示出在一個(gè)機(jī)械角周期中負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子位置的變化的例子。在圖5中作為電機(jī)6示出4極電機(jī)的例子,所以兩個(gè)電氣角周期相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械角周期。轉(zhuǎn)子的位置與活塞的位置的關(guān)系因組裝方式不同而不同,在圖5中示出活塞從下死點(diǎn)起的變化。其特征在于,如果壓縮工序開始則負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大,在吐出工序中負(fù)載轉(zhuǎn)矩急劇減小。從圖5可知在一次旋轉(zhuǎn)中負(fù)載轉(zhuǎn)矩是變化的,由于每次旋轉(zhuǎn)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化,所以從電機(jī)6看時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩周期地變化。
[0056]另外,其特征在于,即使使用同樣的壓縮機(jī)構(gòu)部500,負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化也因電機(jī)6的轉(zhuǎn)速、吸入口 505和吐出口 507的壓力、吸入口 505與吐出口 507的壓力差等各種因素而變化。另外,閥506的開閉定時(shí)和活塞的位置關(guān)系因閥506的結(jié)構(gòu)而變化,也隨通過閥506實(shí)現(xiàn)的壓力條件而變化。
[0057]說明起動(dòng)電機(jī)6時(shí)的基本動(dòng)作,然后說明有壓縮機(jī)等周期性的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)的問題。圖6是示出了起動(dòng)電機(jī)6時(shí)的各運(yùn)轉(zhuǎn)模式的遷移的運(yùn)轉(zhuǎn)模式的例子。運(yùn)轉(zhuǎn)模式有三種,即,在任意相的電機(jī)繞組中流動(dòng)直流電流,使電機(jī)6的定子固定在某位置的定位模式;基于d軸電流指令值Id*、q軸電流指令值Iq*和頻率指令值確定向電機(jī)6施加的電壓的同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式;調(diào)整逆變器頻率指令值Q1以使軸誤差A(yù) 0。為0的無位置傳感器模式。
[0058]這些運(yùn)轉(zhuǎn)模式通過變更d軸電流指令值(Id*)、q軸電流指令值(Iq*)、逆變器頻率指令值O1內(nèi)的任一個(gè)或多個(gè)或者切換在控制部2中設(shè)置的控制切換開關(guān)(16a和16b)而向其它運(yùn)轉(zhuǎn)模式遷移。另外,控制切換開關(guān)(16a和16b)如果沒有特別禁止可以將兩個(gè)同時(shí)切換。
[0059]在定位模式下,使控制切換開關(guān)(16a和16b)在A側(cè)。即,頻率指令值本身就成為逆變器頻率指令值而且,起動(dòng)時(shí)q軸電流指令值IJo (從上位控制器等提供或在控制部2內(nèi)預(yù)先確定)本身就是q軸電流指令值I,*。在定位模式d下,在電機(jī)6中流動(dòng)直流電流,所以逆變器頻率指令值Q1設(shè)為O。另一方面,d軸電流指令值Id*隨時(shí)間經(jīng)過呈線性函數(shù)增加。當(dāng)然,提供d軸電流指令值Id*的方式與圖6所示的不同也沒有問題。另外,進(jìn)行定位的相也可以固定為特定的相,也可以在每次起動(dòng)時(shí)每次設(shè)為不同的相。即每次起動(dòng)時(shí)改變定位模式下的磁極位置%。即可。例如,將%。設(shè)為0時(shí),定位在U相。
[0060]定位模式結(jié)束后,向同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式遷移。控制切換開關(guān)(16a和16b)仍然在A側(cè)。在同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式下,d軸電流指令值Id*保持為恒定值(該起動(dòng)方法稱為d軸起動(dòng)),使逆變器頻率指令值ω1增加。由此,電機(jī)66跟隨逆變器頻率指令值《工加速。
[0061]通過使控制切換開關(guān)(16a和16b)位于B側(cè)而向無位置傳感器模式遷移。在無位置傳感器模式下,PLL控制器13進(jìn)行動(dòng)作,把逆變器頻率指令值%調(diào)整成軸誤差A(yù) 0。成為軸誤差指令值Δ0* (通常為O)。與此同時(shí),速度控制器14把q軸電流指令值Iq*調(diào)整成從上位控制器等其它裝置提供的頻率指令值與逆變器頻率指令值Q1的差成為O。
[0062]本實(shí)施例的永磁體電機(jī)設(shè)為非凸極型。因此,因d軸與q軸的電感的差產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩不予考慮。因此,電機(jī)6的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩與流過q軸的電流成比例。另外,無位置傳感器模式下的d軸電流指令值Id*設(shè)定為O。[0063]在凸極型的情況下,除了 q軸電流造成的轉(zhuǎn)矩以外,有d軸與q軸的電感的差造成的磁阻轉(zhuǎn)矩,所以通過考慮它地設(shè)定d軸電流指令值Id*,可以用少的q軸電流產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩。
[0064]圖7示出PLL控制器13的結(jié)構(gòu)例。用減法器Ila求出軸誤差指令值A(chǔ) 0 *與軸誤差A(yù) 0。的差,把用它乘以比例增益Kp_pll進(jìn)行比例控制的比例運(yùn)算部42a的運(yùn)算結(jié)果與用它乘以積分增益Ki pll進(jìn)行積分控制的積分運(yùn)算部43a的運(yùn)算結(jié)果用加法器18a相加,輸出逆變器頻率指令值
[0065]圖8示出速度控制器14的結(jié)構(gòu)例。用減法器Ilb求出頻率指令值與逆變器頻率指令值%的差,把用它乘以比例增益Kp 進(jìn)行比例控制的比例運(yùn)算部42b的運(yùn)算結(jié)果與用它乘以積分增益Ki 進(jìn)行積分控制的積分運(yùn)算部43b的運(yùn)算結(jié)果用加法器18b相加,輸出q軸電流指令值Iq*。
[0066]圖6所示的運(yùn)轉(zhuǎn)模式圖的例子是示出控制切換開關(guān)(16a和16b)、各值的關(guān)系的概略圖。實(shí)際上,各值隨電機(jī)6的負(fù)載(負(fù)載轉(zhuǎn)矩)、PLL控制器13、電流控制器42和43、速度控制器14的響應(yīng)頻率(比例增益、積分增益)變化。以下,用圖9~圖12詳細(xì)說明從同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式向無位置傳感器模式遷移時(shí),負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化了的情況下的行為。另外,假定電流控制器為理想的控制器,設(shè)為電流指令值那樣的電流流過電機(jī)6。
[0067]首先,說明電機(jī)6的負(fù)載輕時(shí)的情況。采用d軸起動(dòng)時(shí),同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式下的軸誤差a e。大致為0附近的值。在同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式下,不用轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度位置信息(或位置推定值)控制,所以為了使電機(jī)6的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩匹配而產(chǎn)生軸誤差(負(fù)載角)。如果用圖9所示的實(shí)軸與控制軸的關(guān)系圖的例子說明,則如下所述。d軸電流指令值Id*在dc軸上流動(dòng)。電機(jī)6的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩與q軸電流成比例。負(fù)載輕時(shí),q軸電流可以減小,所以負(fù)載角減小。
[0068]另一方面,負(fù)載重時(shí),像圖10所示的那樣,負(fù)載角增大。由此,q軸上流過大的電流,電機(jī)6產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩。
[0069]下面,分別說明負(fù)載輕時(shí)(圖11)、負(fù)載重時(shí)(圖12)轉(zhuǎn)移到無位置傳感器模式時(shí)的各值的變化。如上所述,如果轉(zhuǎn)移到無位置傳感器模式,則PLL控制器13和速度控制器14進(jìn)行動(dòng)作。此時(shí),軸誤差△ e。是正的值,所以使逆變器頻率指令值Co1減少。由此,頻率指令值和逆變器頻率指令值O1的差成為負(fù)的值,速度控制器14使q軸電流指令值Iq*增大。由此,逆變器頻率指令值《 I跟隨頻率指令值《*。
[0070]另一方面,負(fù)載重時(shí),同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式下的軸誤差A(yù) 0。是更大的正值。因此,如果轉(zhuǎn)移到無位置傳感器模式而PLL控制器13進(jìn)行動(dòng)作,則逆變器頻率指令值O1進(jìn)一步下降。根據(jù)情況不同,可能會(huì)下降到0附近,由此電機(jī)6失步,導(dǎo)致起動(dòng)失敗。像圖5所示的那樣,尤其是壓縮機(jī)由于周期性的負(fù)載變化大,所以即使一個(gè)機(jī)械角周期的平均負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小,在周期性的負(fù)載變化造成負(fù)載暫時(shí)增大的定時(shí)與切換成無位置傳感器模式的定時(shí)重合時(shí),起動(dòng)失敗的可能性升高。因此,本實(shí)施例的目的之一是即使在周期性的負(fù)載變化大時(shí)也不會(huì)起動(dòng)失敗而穩(wěn)定地起動(dòng)電機(jī)6。
[0071]在本實(shí)施例中,以壓縮機(jī)構(gòu)部500的活塞501直線地運(yùn)動(dòng)的往復(fù)式為例進(jìn)行說明,但作為壓縮機(jī)構(gòu)的其它方式,有通過活塞旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行壓縮的旋轉(zhuǎn)式、由渦旋狀的旋回翼構(gòu)成的卷繞式等。周期性的負(fù)載變化的特性因各種壓縮方式不同而不同,但在每一種壓縮方式中都有壓縮工序造成的負(fù)載變化。因此,可能由于周期性的負(fù)載變化造成負(fù)載暫時(shí)增大的定時(shí)與運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換定時(shí)重疊而導(dǎo)致起動(dòng)失敗。于是,本實(shí)施例的目的之一是提供可以適用于各種壓縮方式的解決方案。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化隨壓縮機(jī)的形式不同而不同,即使是相同的壓縮機(jī)也隨運(yùn)轉(zhuǎn)條件(吸入口和吐出口的壓力、壓縮機(jī)的溫度等)、電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同而變化。因此,根據(jù)實(shí)際的負(fù)載變化確定切換定時(shí)比預(yù)先確定切換定時(shí)更好,這是本實(shí)施例的目的之一。
[0072]說明作為實(shí)現(xiàn)這些目的的手段之一的周期轉(zhuǎn)矩推定單元30和控制切換判斷器31。它們的結(jié)構(gòu)例有幾種,所以分別進(jìn)行說明。
[0073]周期轉(zhuǎn)矩推定單元30基于由電流檢測(cè)單元12檢測(cè)到的電流信息,推定周期性地變化的負(fù)載轉(zhuǎn)矩分量。在圖13所示的周期轉(zhuǎn)矩推定單元30a中,用單相坐標(biāo)變換器32把由3 /dq變換器8得到的q軸電流檢測(cè)值I,。坐標(biāo)變換成以機(jī)械角頻率《 m旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。
[0074]例如,電機(jī)6的轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)為4極時(shí),兩個(gè)電氣角周期相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械角周期。因此,如果把頻率指令值(電氣角)除以電機(jī)6的極對(duì)數(shù)(=極數(shù)/2),就能得到機(jī)械角頻率WniO另外,在本實(shí)施例中,為了求出機(jī)械角頻率,使用頻率指令值《*,但也可以使用逆變器頻率指令值
[0075]用下式進(jìn)行坐標(biāo)變換。
[0076]【數(shù)式1】
[0077]Iqc cos = cos 9 rXIqc
[0078]Iqcsin=SinerXIqc
[0079]由此,抽出q軸電流檢測(cè)值I,。內(nèi)的、機(jī)械角頻率的cos分量(Iq。。。3)和sin分量(Iq。—sin)。在想除去負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化的高次分量時(shí)、想除去電流檢測(cè)值的噪聲時(shí),追加低通濾波器(LPF) 35。然后,再次用下式進(jìn)行坐標(biāo)變換。
[0080]【數(shù)式2】
[0081]Iqm_cos = COS 0 rXIqc cos
[0082]Itpsin=SinerXIqcsin
[0083]通過把該運(yùn)算結(jié)果一直相加,抽出q軸電流檢測(cè)值Iq。內(nèi)的、機(jī)械角頻率的分量(1-)。即通過觀察單相坐標(biāo)變換器的輸出的變化,可以推定以機(jī)械角頻率變化的周期性的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化。
[0084]用圖20說明該一連串的動(dòng)作。在同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式下,不反饋位置信息,所以負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化了時(shí),如上所述,由于負(fù)載角改變,所以電機(jī)轉(zhuǎn)矩跟隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩。此時(shí),未進(jìn)行電流控制時(shí),像圖20中的I,。那樣,流動(dòng)與負(fù)載角對(duì)應(yīng)的電流。如果用周期轉(zhuǎn)矩推定單元30a抽出q軸電流檢測(cè)值Iqc的機(jī)械角頻率的分量,則它成為脈動(dòng)分量抽出值Itp那樣的波形。
[0085]然后,向控制切換判斷器31a輸入周期轉(zhuǎn)矩推定單元30a的輸出。以往,從同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式向無位置傳感器模式切換,是例如頻率指令值達(dá)到預(yù)定的值或經(jīng)過了預(yù)定時(shí)間時(shí)切換運(yùn)轉(zhuǎn)模式。在這樣的現(xiàn)有的運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換判斷的情況下,存在因周期性的負(fù)載變化而負(fù)載暫時(shí)地增大的定時(shí)與運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換定時(shí)重疊的可能性。于是,基于單相坐標(biāo)變換器的輸出,在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化為0附近或負(fù)載轉(zhuǎn)矩減少的期間中,在現(xiàn)有的運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換判斷成立了時(shí),向控制切換開關(guān)16輸出信號(hào),把運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換成無位置傳感器模式。例如,在圖20所示的脈動(dòng)分量抽出值ItpS切換判斷值以下的情況下,向控制切換開關(guān)16輸出信號(hào)。
[0086]由此,在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化小的期間即軸誤差A(yù) 0。的變化小的期間中,切換成無位置傳感器模式,所以可以不會(huì)起動(dòng)失敗而穩(wěn)定地起動(dòng)電機(jī)6。
[0087]圖21示出控 制切換判斷器31a的各部的波形的模擬結(jié)果的波形。通過使用周期轉(zhuǎn)矩推定單元30a,從模擬結(jié)果的波形也可以看出,脈動(dòng)分量抽出值Itpi非常接近負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化。在切換判斷值以下的情況下,如果進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換,則在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化小的期間中切換成無位置傳感器模式,所以可以不會(huì)起動(dòng)失敗而穩(wěn)定地起動(dòng)電機(jī)6。
[0088]用圖14說明周期轉(zhuǎn)矩推定單元和控制切換判斷器的其它結(jié)構(gòu)例。在圖14所示的周期轉(zhuǎn)矩推定單元30b中,輸入dq軸電壓指令值(Vd*和Vq*)。dq軸電壓指令值是控制軸上的值,所以通常為直流分量。但是,有周期性的負(fù)載變化時(shí),電流控制把dq軸的電流控制成恒定,所以控制軸上的電壓指令值也變化。于是,向周期轉(zhuǎn)矩推定單元30b輸入電壓指令值,抽出電壓指令值的變化量,或用不完全微分器34向控制切換判斷器31b輸出電壓指令值的微分值。
[0089]圖22示出用圖14的結(jié)構(gòu)運(yùn)算dq軸電壓指令值的不完全微分值(Vd* div和div)得到的結(jié)果。根據(jù)該波形可知,根據(jù)電壓指令值的微分也能推定負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化。
[0090]控制切換判斷器31b在電壓指令值的變化量或電壓指令值的微分值為0附近或電壓指令值的微分值為負(fù)的期間中,或者,像圖22所示的那樣,在切換判斷值以下的期間中,在現(xiàn)有的運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換判斷成立了時(shí),向控制切換開關(guān)16輸出信號(hào),把運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換成無位置傳感器模式。由此,在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化小的期間中,切換成無位置傳感器模式,所以可以不會(huì)起動(dòng)失敗而穩(wěn)定地起動(dòng)電機(jī)6。
[0091]在此,電壓指令值制作器3用下式表示。
[0092]【數(shù)式3】
[0093]Vd* = RXI d**_ Co1XLqXIq**
[0094]Vq* = RX Ia**+Co1 X LdX Id**+Co1 X Ke
[0095]在此,R是電機(jī)6的繞組電阻值,Ld是d軸的電感,Lq是q軸的電感,Ke是感應(yīng)電
壓常數(shù)。
[0096]如果從上述的運(yùn)算電壓指令值的式子考慮,則周期變化轉(zhuǎn)矩對(duì)q軸電壓指令值的影響比對(duì)d軸電壓指令值的影響大,所以輸入q軸電壓指令值時(shí)效果更大。另外,即使不運(yùn)算控制軸上的電壓指令值,而運(yùn)算d軸電壓指令值與q軸電壓指令值的平方和平方根,換言之,運(yùn)算電壓指令值的振幅值,把它輸入控制切換判斷器31b,也能得到同樣的效果。另外,也可以向周期轉(zhuǎn)矩推定單元30b輸入驅(qū)動(dòng)各相的開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)24。例如,輸入了驅(qū)動(dòng)信號(hào)24時(shí),在負(fù)載轉(zhuǎn)矩大的期間需要更大的電壓,所以開關(guān)占空比提高(驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度變寬)。即,負(fù)載重的期間的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與其它期間相比寬度變化。
[0097]用圖15說明在同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式下,不進(jìn)行電流控制時(shí)有效的、周期轉(zhuǎn)矩推定單元和控制切換判斷器的其它結(jié)構(gòu)例。未進(jìn)行電流控制時(shí),向電機(jī)6施加的電壓成為預(yù)先確定的值。此時(shí),三相軸上的電流(IU、IV、IW)的振幅值隨根據(jù)負(fù)載變化的負(fù)載角而變化。于是,把由電流檢測(cè)單元12檢測(cè)到的各相的電流值輸入到周期轉(zhuǎn)矩推定單元30c。由包絡(luò)線檢測(cè)器34檢測(cè)三相的交流電流的包絡(luò)線,把它輸出到控制切換判斷器31c。
[0098]圖23示出通過模擬求出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與三相交流電流的關(guān)系圖。像根據(jù)圖23可知,在負(fù)載變大的定時(shí)包絡(luò)線發(fā)生變化。
[0099]在控制切換判斷器31c中,在包絡(luò)線的變化基本恒定的期間或包絡(luò)線增加的期間中,在現(xiàn)有的運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換判斷成立了時(shí),向控制切換開關(guān)16輸出信號(hào),把運(yùn)轉(zhuǎn)模式切換成無位置傳感器模式。由此,在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化小的期間中,切換成無位置傳感器模式,所以可以不會(huì)起動(dòng)失敗而穩(wěn)定地起動(dòng)電機(jī)6。
[0100]這樣,通過使用幾種周期轉(zhuǎn)矩推定單元30和控制切換判斷器31的結(jié)構(gòu)例中的任一種,在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化小的期間中,切換成無位置傳感器模式,所以可以不會(huì)起動(dòng)失敗而穩(wěn)定地起動(dòng)電機(jī)6。顯然,由于推定負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化,所以不限于特定的壓縮機(jī)的方式,可以適用于任一種壓縮方式。
[0101]電機(jī)6的壓縮機(jī)的一工序中的吸入壓力Ps和吐出壓力Pd根據(jù)壓縮機(jī)所連接的系統(tǒng)(例如,冷凍循環(huán))的狀態(tài)不同而變化,一工序中的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化。因此,通過推定負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化,在運(yùn)轉(zhuǎn)模式的切換判斷中使用該信息,可以適用于各種各樣的負(fù)載特性的電機(jī)控制裝置。
[0102]當(dāng)然,不僅僅是壓縮機(jī),也可以適用于具有周期性地變化的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的電機(jī)控制裝置,具有同樣的效果。
[0103]在以上的說明中,使用了電機(jī)6的軸經(jīng)由曲軸503與壓縮機(jī)構(gòu)部500的活塞501連接的例子。因此,作為壓縮機(jī)的一連串的工序是一個(gè)機(jī)械角周期,其結(jié)果,負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化也是一個(gè)機(jī)械角周期。例如,在電機(jī)6的軸與曲軸503之間追加了齒輪時(shí),負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化以一個(gè)機(jī)械角周期的整數(shù)倍變化。此時(shí)也是,只要預(yù)先知道負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化周期,就可以適用本實(shí)施例記載的內(nèi)容,得到同樣的效果。
[0104]另外,在使電機(jī)6減速時(shí),即將運(yùn)轉(zhuǎn)模式從無位置傳感器模式切換到同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí),也可以適用本實(shí)施例記載的內(nèi)容,得到同樣的效果。
[0105](實(shí)施例2)
[0106]在本實(shí)施例中,說明在起動(dòng)時(shí)間短時(shí)也可以推定負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化的電機(jī)控制裝置的例子。
[0107]圖16是示出使用實(shí)施例2中的電機(jī)控制裝置I的冰箱的結(jié)構(gòu)圖的例子。
[0108]另外,對(duì)于前面說明的實(shí)施例1中不出的被賦予相同符號(hào)的構(gòu)成和具有相同功能的部分,省略說明。
[0109]冰箱301像圖16所示的那樣,由熱交換機(jī)302、送風(fēng)機(jī)303、壓縮機(jī)304、壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)用電機(jī)305等構(gòu)成。另外,冰箱控制裝置306由根據(jù)各種傳感器信息控制送風(fēng)機(jī)、箱內(nèi)燈等的箱內(nèi)控制裝置307和電機(jī)控制裝置I構(gòu)成。
[0110]在冰箱中,壓縮機(jī)從停止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí),將潤滑油吸上來到汽缸中,所以需要在短時(shí)間內(nèi)(以高的加速度)起動(dòng)。此時(shí),如果檢測(cè)周期性的負(fù)載變化花費(fèi)了時(shí)間,則起動(dòng)時(shí)間可能延遲。于是,本實(shí)施例的目的之一是提供即使在起動(dòng)時(shí)間短的情況下也可以在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的斜率為0附近或變成負(fù)的期間切換到無位置傳感器模式并穩(wěn)定地起動(dòng)電機(jī)的解決方案。
[0111]以下,用圖17的控制模式切換定時(shí)的放大圖來說明。在電機(jī)的極數(shù)比2極多時(shí),電氣角為多個(gè)周期。例如,在電機(jī)6為4極的情況下,兩個(gè)電氣角周期為機(jī)械角的I周期。因此,用定位模式進(jìn)行直流定位時(shí),定位在即使在電氣上是相同的位置(d軸),在機(jī)械上也是不同的位置(例如,機(jī)械角為0度和180度)。在該狀態(tài)下,遷移到同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式,按預(yù)先設(shè)定的加速度加速。
[0112]在逆變器頻率指令值O1 (或頻率指令值《*)達(dá)到了無傳感器切換轉(zhuǎn)速時(shí)(圖17中粗箭頭所示的切換定時(shí)),切換控制切換開關(guān)而遷移到無位置傳感器模式。圖17示出此時(shí)的時(shí)間上的放大圖。
[0113]圖17的左下側(cè)(例I)是無傳感器切換轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)定時(shí)與負(fù)載變化大的期間不重疊時(shí)的例子。此時(shí),由于負(fù)載變化小,所以可以穩(wěn)定地切換控制模式。
[0114]另一方面,圖17的右下側(cè)(例2)是無傳感器切換轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)定時(shí)與負(fù)載變化大的期間重疊時(shí)的例子。此時(shí),在無位置傳感器切換后,負(fù)載急劇增大,所以逆變器頻率指令值
急劇變化,有時(shí)電機(jī)會(huì)失步而停止。
[0115]于是,使用圖18所示的周期轉(zhuǎn)矩推定單元30d和控制切換判斷器31c。通過向周期轉(zhuǎn)矩推定單元30d輸入頻率指令值(或逆變器頻率指令值Q1)并除以極對(duì)數(shù)而運(yùn)算機(jī)械角。將q軸電流檢測(cè)值I,。也輸入到周期轉(zhuǎn)矩推定單元30d。周期轉(zhuǎn)矩推定單元30d是適合短時(shí)間起動(dòng)的單元,所以判斷兩個(gè)電氣角周期內(nèi)的周期轉(zhuǎn)矩的變化的大小。例如,用峰保持電路34判斷一個(gè)機(jī)械角周期中的Iqe的峰值在機(jī)械角0度?180度,還是在180度?360 度。
[0116]例如,在I,。的峰值在機(jī)械角0度?180度、在該期間中達(dá)到了無傳感器切換轉(zhuǎn)速時(shí)(圖17的右下側(cè)(例2)的情況),不進(jìn)行控制模式的切換,在經(jīng)過了一個(gè)電氣角周期后切換成無位置傳感器模式。通過這樣做,在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化小的期間中切換成無位置傳感器模式,所以可以不會(huì)起動(dòng)失敗而穩(wěn)定地起動(dòng)電機(jī)6。
[0117]例如,用圖14所示的不完全微分器34等也可以檢測(cè)Iqc的變化量時(shí),無傳感器切換轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)定時(shí)與負(fù)載變化大的期間重疊后,也可以不等待一個(gè)電氣角周期,而一旦Iqc的微分值變成負(fù)就切換成無位置傳感器模式。此時(shí),在想以更短的時(shí)間起動(dòng)時(shí)等是有效的。
[0118]這樣,通過使用本實(shí)施例的周期轉(zhuǎn)矩推定單元和控制切換判斷器的結(jié)構(gòu)例,在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化小的期間中,切換成無位置傳感器模式,所以可以不會(huì)起動(dòng)失敗而穩(wěn)定地起動(dòng)電機(jī)6。另外,把一個(gè)電氣角周期中的負(fù)載變化的大小與多個(gè)電氣角進(jìn)行比較,所以不依賴于電機(jī)的初始位置,例如,即使在定位后因某種外部干擾導(dǎo)致轉(zhuǎn)子移動(dòng)到其它位置時(shí)也可以穩(wěn)定地起動(dòng)電機(jī)。
[0119]另外,本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例,包含各種各樣的變形例。例如,上述的實(shí)施例是為了使本發(fā)明容易理解而詳細(xì)說明的,并不一定非要限定成包括說明過的全部結(jié)構(gòu)。另夕卜,可以把某實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一部分置換成另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu),也可以在某實(shí)施例的結(jié)構(gòu)上添加另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。另外,對(duì)于各實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的一部分,可以追加、刪除、置換其它結(jié)構(gòu)。
[0120]另外,上述的各結(jié)構(gòu)、功能、處理部、處理手續(xù)等的一部分或全部也可以通過用例如集成電路設(shè)計(jì)等以硬件實(shí)現(xiàn)。另外,上述的各結(jié)構(gòu)、功能等也可以通過用處理器翻譯并執(zhí)行實(shí)現(xiàn)各功能的程序而以軟件方式實(shí)現(xiàn)。
[0121 ] 電機(jī)是作為永磁體電機(jī)說明的,但也可以使用其它的電動(dòng)機(jī)(例如,感應(yīng)機(jī)、同步機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、同步磁阻電機(jī)等)。此時(shí),根據(jù)電動(dòng)機(jī)不同而改變電壓指令值制作器中的運(yùn)算方法,除此以外同樣地可以適用,可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的目的。
[0122]在上述的實(shí)施例中以速度控制型的結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行了說明,當(dāng)然也可以適用于轉(zhuǎn)矩控制型的結(jié)構(gòu)。此時(shí),只有q軸電流指令值的算出方法不同,對(duì)于控制模式切換同樣地可以適用,可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的目的。
[0123]在上述的實(shí)施例中,記載了控制模式(定位模式、同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式、無位置傳感器模式)的切換定時(shí),但不僅僅限于控制模式的切換。例如,在通電方式從120度通電切換成180度通電時(shí)(當(dāng)然也可以相反),通過使用本實(shí)施例中記載的周期轉(zhuǎn)矩推定單元和控制切換判斷器,可以把電流變化、速度變化等的切換沖擊抑制到最小限度。
【權(quán)利要求】
1.一種電機(jī)控制裝置,具有不使用與旋轉(zhuǎn)角度位置有關(guān)的信息的同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式和使用與旋轉(zhuǎn)角度位置有關(guān)的信息來驅(qū)動(dòng)的無位置傳感器運(yùn)轉(zhuǎn)模式,在驅(qū)動(dòng)中切換上述運(yùn)轉(zhuǎn)模式,該電機(jī)控制裝置的特征在于: 具有推定以一個(gè)機(jī)械角周期或一個(gè)機(jī)械角周期的整數(shù)倍變化的周期轉(zhuǎn)矩分量的周期轉(zhuǎn)矩推定單元,在周期轉(zhuǎn)矩的斜率為O附近或變成負(fù)的期間切換上述運(yùn)轉(zhuǎn)模式。
2.如權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制裝置,其特征在于: 在轉(zhuǎn)矩變化的I周期內(nèi)包含多個(gè)整數(shù)倍的電氣角頻率,在周期轉(zhuǎn)矩比各電氣角頻率中的平均轉(zhuǎn)矩的合計(jì)值小的電氣角頻率的期間切換上述運(yùn)轉(zhuǎn)模式。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)控制裝置,其特征在于: 具有電流檢測(cè)單元,上述周期轉(zhuǎn)矩推定單元用上述電流檢測(cè)單元的信息推定以一個(gè)機(jī)械角周期或一個(gè)機(jī)械角周期的整數(shù)倍變化的周期轉(zhuǎn)矩分量。
4.如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的電機(jī)控制裝置,其特征在于: 具有電流控制單元,根據(jù)輸出電壓的變化推定周期轉(zhuǎn)矩分量。
5.如權(quán)利要求3所述的電機(jī)控制裝置,其特征在于: 上述周期轉(zhuǎn)矩推定單元用由上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)到的電流的微分值推定以一個(gè)機(jī)械角周期或一個(gè)機(jī)械角周期的整數(shù)倍變化的周期轉(zhuǎn)矩分量。
【文檔編號(hào)】H02P27/06GK103688459SQ201280035434
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月22日
【發(fā)明者】鈴木尚禮, 清水裕一 申請(qǐng)人:日立空調(diào)·家用電器株式會(huì)社