專利名稱：電動機控制裝置、壓縮機、空調(diào)機、和冷藏庫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機控制裝置以及使用其的壓縮機和電氣機器，特別是涉及控制無刷電動機。
背景技術(shù)：
近年來，從省資源化和低成本化的觀點出發(fā)，提出了在逆變電路(inverter)的輸入側(cè)不使用大容量的平滑電容器，而是設(shè)置小容量的電容器的電動機控制裝置。
圖13是表示這種電動機控制裝置的構(gòu)成的電路圖。如圖13所示，在該電動機控制裝置(以下稱為第一現(xiàn)有例)中，因為電容器203的容量小，所以由整流電路202整流交流電源201的輸出電壓而得到的向逆變電路204的輸入電壓無法充分平滑化，成為具有脈動的波形。這種具有脈動的電壓同步于交流電源201的輸出電壓且具有其頻率的2倍的頻率。因此，想要輸入到無刷電動機205的期望的轉(zhuǎn)矩指令中，如圖14(a)所示，同步于向逆變電路204的輸入電壓且具有相似的波形，因此，即使是具有脈動的電壓也可以驅(qū)動無刷電動機205，而且，如圖14(b)所示，來自交流電源201的輸入電流成為正弦波狀，電源功率因數(shù)不降低地控制著(例如，參照日本專利特開2002-51589號公報(圖1、圖9))。
另一方面，對于空調(diào)機或冷藏庫等中所使用的驅(qū)動壓縮機的無刷電動機的情況下，因為每轉(zhuǎn)一次的負載變動很大，尤其是在低轉(zhuǎn)速區(qū)發(fā)生噪聲和振動。特別是對于旋轉(zhuǎn)型壓縮機或往返式壓縮機的情況下，施加在無刷電動機上的負載轉(zhuǎn)矩，如圖15所示，在排出制冷劑的時刻成為最大，根據(jù)電動機的旋轉(zhuǎn)相位(轉(zhuǎn)子角度)很大地變動，因此，在轉(zhuǎn)子一次旋轉(zhuǎn)之間很大地脈動，所以發(fā)生振動和噪聲。而且，平均轉(zhuǎn)速越低，該脈動越增大，這樣引起的振動的振幅也增大。因此，提出了考慮負載變動來控制電動機電流以使振動減小的方法。在該電動機電流控制方法(以下稱為第二現(xiàn)有例)中，根據(jù)所推測的電動機的轉(zhuǎn)速，算出一次轉(zhuǎn)動中的加速度或者速度變動量，制成電動機電流的指令(振幅指令)來減小該變動量。也就是說，將電動機的旋轉(zhuǎn)相位分割成規(guī)定的區(qū)間，針對該所分割的每個區(qū)間根據(jù)加速度或速度變動量而制成用來減小振動的轉(zhuǎn)矩指令修正量，將該修正量加到電動機電流指令上。在該電動機電流控制方法中，因為電動機電流指令關(guān)于轉(zhuǎn)子的一次轉(zhuǎn)動以一次的比率大大地增減，所以來自交流電源的電力供給量也在電動機的一次轉(zhuǎn)動中也以一次的比率而大大地增減，從而使電源功率因數(shù)降低。因此，設(shè)置大容量的逆變器以及大容量的平滑電容器以便不降低電源功率因數(shù)(例如，參照日本專利特開2001-37281號公報(圖13))。
然而，在上述第一現(xiàn)有例中，因為轉(zhuǎn)矩指令以電源頻率的兩倍的頻率變化，所以，如果運用于一次轉(zhuǎn)動中有一次負載變動的壓縮機等，則因為負載變動的頻率與電源頻率的兩倍的頻率不同，而存在著噪聲以及振動無法降低這樣的問題。此外，在上述第二現(xiàn)有例中，如果為了省資源化或低成本化而單純地將逆變器或平滑用電容器小容量化，則電源功率因數(shù)降低，存在著對電源系統(tǒng)有不良影響這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述這種課題而形成的，其目的在于提供一種即使將逆變器或平滑用電容器小容量化也不降低電源功率因數(shù)而能夠抑制負載轉(zhuǎn)矩變動所引起的振動的發(fā)生的電動機控制裝置以及使用其的壓縮機和電氣機器。
為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明的第一方面的電動機控制裝置，包括驅(qū)動無刷電動機的逆變電路，以及通過經(jīng)由所述逆變電路控制所述無刷電動機的電動機電流的相位來控制該無刷電動機的旋轉(zhuǎn)速度的控制部。在這種構(gòu)成中，通過控制電動機電流的相位，可以旋轉(zhuǎn)速度不變動地控制無刷電動機的輸出轉(zhuǎn)矩。在該情況下，由于電動機電流的振幅不變化，所以不需要大容量的逆變器或平滑用電容器，可以不降低電源功率因數(shù)地而降低伴隨負載轉(zhuǎn)矩的變動的振動。
所述控制部也可以控制所述電動機電流，以抑制所述無刷電動機的負載轉(zhuǎn)矩變動而引起的轉(zhuǎn)速變動。
所述控制部也可以基于所述無刷電動機的旋轉(zhuǎn)檢測所述旋轉(zhuǎn)速度變動與所述無刷電動機的旋轉(zhuǎn)相位，基于該檢測的旋轉(zhuǎn)速度變動與旋轉(zhuǎn)相位來控制所述電動機電流的相位。
所述控制部基于所述無刷電動機的電動機電流來推測該無刷電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)相位，因此，也可以檢測所述旋轉(zhuǎn)速度變動與旋轉(zhuǎn)相位。在這種構(gòu)成中，能夠以簡易的構(gòu)成檢測旋轉(zhuǎn)速度變動和旋轉(zhuǎn)相位。
所述控制部也可以通過控制所述無刷電動機的電動機電流的相位與振幅來控制該無刷電動機的旋轉(zhuǎn)速度。
所述控制部也可以抑制所述無刷電動機的負載轉(zhuǎn)矩變動引起的旋轉(zhuǎn)速度變動地來控制所述電動機電流的相位與振幅。在這種構(gòu)成中，由于能夠以任意的分配控制電動機電流的相位與振幅雙方來抑制旋轉(zhuǎn)速度變動，所以可以提供自由度更高的電動機控制裝置。此外，可以將電源功率因數(shù)設(shè)定成期望的值。
還包括整流從交流電源所輸出的交流電力并輸出到所述逆變電路的整流器，所述控制部也可以根據(jù)所述交流電源的輸出電壓的絕對值來控制所述電動機電流的振幅。在這種構(gòu)成中，通過控制成交流電源的輸出電壓的絕對值增大期間減小電動機電流的振幅，交流電源的輸出電壓的絕對值減小期間增大電動機電流的振幅，從交流電源所輸出的電流變得更加平滑，進一步提高電源功率因數(shù)。
也可以在向所述逆變電路的直流電力輸入端子間還包括電容器。在這種構(gòu)成中，當經(jīng)由整流器連接的交流電源的輸出電壓高于電容器的保持電壓時，因為充電電流從交流電源流到電容器，所以通電期間加長，而且電源功率因數(shù)提高。特別是，在沒有平滑電容器的電動機控制裝置中，即使控制電動機的電流相位或振幅，振動也無法降低那樣的高負載運行的情況下，由于在輸出轉(zhuǎn)矩小、也就是電動機電流小時，可以向電容器充電而增大來自交流電源的電流的流入，在輸出轉(zhuǎn)矩大、也就是電動機電流大時，從電容器放電而增大電動機電流，所以，即使在高負載運行的情況下也可以不降低電源功率因數(shù)而抑制振動。
所述無刷電動機也可以是驅(qū)動一次轉(zhuǎn)動中有一個尖峰地轉(zhuǎn)矩變動的負載。在這種構(gòu)成中，本發(fā)明可以得到特別顯著的效果。
此外，根據(jù)本發(fā)明的壓縮機，作為驅(qū)動源具有由權(quán)利要求9所述的電動機控制裝置所控制的所述無刷電動機。
此外，根據(jù)本發(fā)明的空調(diào)機，作為熱介質(zhì)壓縮機構(gòu)具有權(quán)利要求10所述的壓縮機。
此外，根據(jù)本發(fā)明的冷藏庫，作為熱介質(zhì)壓縮機構(gòu)具有權(quán)利要求10所述的壓縮機。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二方面的電動機控制裝置，包括將從交流電源所輸出的交流電力變換成直流電力的電力變換器，將由所述電力變換器所變換的直流電力供給到無刷電動機而驅(qū)動該無刷電動機的逆變電路，連接于所述逆變電路的直流電力輸入端子間的電容器，以及通過經(jīng)由所述逆變電路控制所述無刷電動機的電動機電流來控制所述無刷電動機的旋轉(zhuǎn)速度的控制部，其中，所述控制部控制所述電動機電流以便抑制所述無刷電動機的負載轉(zhuǎn)矩變動引起的旋轉(zhuǎn)速度變動，而且基于所述電動機電流的振幅與所述電動機電流的平均值的比較來控制從所述交流電源所輸出的電流。在這種構(gòu)成中，通過基于電動機電流的振幅與電動機電流的平均值的比較來判定電動機電流的大小，能夠可靠地實現(xiàn)電源功率因數(shù)的提高。
所述控制部控制從所述交流電源所輸出的電流，使得在所述電動機電流的振幅小于所述電動機電流的平均值期間所述電容器充電，在所述電動機電流的振幅大于所述電動機電流的平均值期間所述電容器放電。在這種構(gòu)成中，由于根據(jù)電容器的充電放電而從交流電源所輸出的電流得到控制，所以可以進一步提高電源功率因數(shù)。
所述電力變換器是整流器，在所述逆變電路的直流電力輸入端子間與電容器串聯(lián)地連接開關(guān)元件，所述控制部通過接通·切斷(ON·OFF)所述開關(guān)元件而控制從所述交流電源所輸出的電流。
所述控制部控制從所述交流電源所輸出的電流，使得其振幅在所述電動機電流的振幅小于所述電動機電流的平均值期間減小，其振幅在所述電動機電流的振幅大于所述電動機電流的平均值期間增大。
所述控制部控制所述電動機電流的相位，以便抑制所述無刷電動機的負載轉(zhuǎn)矩變動引起的旋轉(zhuǎn)速度變動。
本發(fā)明的上述目的、其它目的、特征、以及優(yōu)點，在參照附圖基礎(chǔ)上，從以下的最佳實施方式的詳細說明中可以明白。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。
圖2是表示對圖1的無刷電動機的轉(zhuǎn)子角度的負載轉(zhuǎn)矩、速度、檢測速度、檢測加速度、以及轉(zhuǎn)矩指令修正量的變化之一例的圖。
圖3是表示變動抑制部的構(gòu)成的方框圖。
圖4是表示轉(zhuǎn)矩變動與電流相位指令β*的輸出的關(guān)系的特性圖。
圖5是在第二現(xiàn)有例中省略平滑電容器的情況下中的波形圖，(a)是表示交流電源電流的波形的圖，(b)是表示電動機電流的波形的圖，(c)是表示電流振幅指令I(lǐng)*的波形的圖。
圖6是本實施方式中的波形圖，(a)是表示交流電源電流的波形的圖，(b)是表示電動機電流的波形的圖，(c)是表示電流相位指令β*的波形的圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。
圖9是本發(fā)明的第三實施方式中的波形圖，(a)是表示逆變電路的輸入電壓的波形的圖，(b)是表示電流振幅指令I(lǐng)*的波形的圖。
圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。
圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。
圖12是表示根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。
圖13是表示第一現(xiàn)有例的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。
圖14是表示第一現(xiàn)有例的電動機控制裝置的轉(zhuǎn)矩指令與交流電源的電壓和電流之一例的曲線圖。
圖15是表示現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)行壓縮機的負載轉(zhuǎn)矩變動之一例的特性圖。
圖16是表示根據(jù)本發(fā)明的第七實施方式的壓縮機的構(gòu)成的方框圖。
圖17是表示根據(jù)本發(fā)明的第八實施方式的空調(diào)機的構(gòu)成的方框圖。
圖18是表示根據(jù)本發(fā)明的第九實施方式的冷藏庫的構(gòu)成的方框圖。
具體實施例方式
(第一實施方式)圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。
在圖1中，本實施方式的電動機控制裝置101包括整流從單相交流電源(以下單稱為交流電源)1所輸出的交流電力的整流電路2，將由整流電路2所整流的直流電力變換成交流電力而供給到無刷電動機4的逆變電路3，檢測流入無刷電動機4的電流(以下稱為電動機電流)的電流傳感器102，以及基于由電流傳感器102所檢測的電動機電流來驅(qū)動控制逆變電路3的控制部5。無刷電動機4，在這里例如驅(qū)動壓縮機(未畫出)。
整流器2，在這里由全波整流器來構(gòu)成。逆變電路3，在這里由電壓型逆變器來構(gòu)成。
控制部5由微計算機等的運算部來構(gòu)成，包括轉(zhuǎn)數(shù)/旋轉(zhuǎn)相位推測部6、變動控制部7、轉(zhuǎn)數(shù)誤差檢測部8、電流指令作成部9和施加電壓作成部10。
轉(zhuǎn)數(shù)/旋轉(zhuǎn)相位推測部6基于由電流傳感器102所檢測的電動機電流來推測無刷電動機4的旋轉(zhuǎn)相位和轉(zhuǎn)速，將這些作為推測轉(zhuǎn)速ω^和推測旋轉(zhuǎn)相位θ輸出。電流傳感器102，在這里檢測流入無刷電動機4的三相繞組的電流。其中，在該旋轉(zhuǎn)相位和轉(zhuǎn)速的推測中，可以通過施加于無刷電動機4的電壓值，表示無刷電動機4的特性的電動機常數(shù)等，此外，也可以通過沒有無刷電動機的位置傳感器的由正弦波驅(qū)動而使用得很好的現(xiàn)有技術(shù)。其中，如果是驅(qū)動有位置傳感器的無刷電動機的電動機控制裝置的情況下，則也可以基于位置傳感器的信號而求出旋轉(zhuǎn)相位和轉(zhuǎn)速，在該情況下，不需要轉(zhuǎn)數(shù)/旋轉(zhuǎn)相位推測部6。
變動抑制部7基于從轉(zhuǎn)數(shù)/旋轉(zhuǎn)相位推測部6所輸出的推測轉(zhuǎn)速ω^，算出伴隨無刷電動機4的負載轉(zhuǎn)矩變動的轉(zhuǎn)速的變動，將無刷電動機4的旋轉(zhuǎn)速度變動受到抑制的電流相位指令輸出到電流指令β*作成部9。
轉(zhuǎn)數(shù)誤差檢測部8根據(jù)從電動機控制裝置101的外部所輸入的轉(zhuǎn)速指令ω*和從轉(zhuǎn)數(shù)/旋轉(zhuǎn)相位推測部6輸出的推測轉(zhuǎn)速ω^的誤差而作成電流振幅指令I(lǐng)*，并向電流指令作成部9輸出。
電流指令作成部9根據(jù)輸入的電流振幅指令I(lǐng)*與電流相位指令β*，按照下式(2)而作成d軸電流指令I(lǐng)d*與q軸電流指令I(lǐng)q*，并輸出到施加電壓作成部10。其中，從式(2)還可以看出，所謂電流相位指令β*表示用dq坐標系表達供給到電動機的電壓或電流時的q軸與電動機電流向量的相位差。
Id*＝I*×sin(β*)，Iq*＝I*×cos(β*)……(2)施加電壓作成部10根據(jù)由電流傳感器102所檢測的電動機電流值與從轉(zhuǎn)數(shù)/旋轉(zhuǎn)相位推測部6所輸出的推測旋轉(zhuǎn)相位θ來檢測d軸電流值Id、q軸電流值Iq，作成施加于無刷電動機4的電壓值，以便這些d軸電流值Id、q軸電流值Iq分別成為d軸電流指令I(lǐng)d*、q軸電流指令I(lǐng)q*，將該電壓值作為PWM信號輸出到逆變電路3。也就是說，進行反饋控制，以便d軸電流值Id成為d軸電流指令I(lǐng)d*而且q軸電流值Iq成為q軸電流指令I(lǐng)q*。作為這種反饋控制，雖然可以用一般的PI控制，但是也可以用PI控制以外的控制方式。此外，當作成施加于無刷電動機4的電壓值時，由于逆變電路3的輸入電壓脈動很大，所以也可以檢測逆變電路3的輸入電壓而修正PWM信號(PWM信號未畫出)。
逆變電路3基于所輸入的PWM信號而使各開關(guān)元件進行通/斷動作，從而將施加電壓作成部10確定的電壓施加于無刷電動機4。
通過針對每個控制周期持續(xù)實行以上的一系列動作，無刷電動機4的電動機電流成為期望的電流振幅和電流相位。這里，期望的電流振幅和電流相位意味著無刷電動機4的轉(zhuǎn)速成為對應于轉(zhuǎn)速指令ω*并且旋轉(zhuǎn)速度的變動受到抑制的電流振幅和電流相位。
接下來，舉出具體例來說明賦予本發(fā)明特征的變動抑制部7的構(gòu)成和原理。
圖2是表示對圖1的無刷電動機4的轉(zhuǎn)子角度的負載轉(zhuǎn)矩、速度、檢測速度、檢測加速度、以及轉(zhuǎn)矩指令修正量的變化之一例的圖。此外，圖3是表示變動抑制部7的構(gòu)成的方框圖。
首先，說明變動抑制部7的構(gòu)成。
在圖3中，變動抑制部7包括基于從轉(zhuǎn)數(shù)/旋轉(zhuǎn)相位推測部6(參照圖1)所輸入的推測轉(zhuǎn)速ω^而檢測轉(zhuǎn)子的加速度(以下稱為檢測加速度)的轉(zhuǎn)子加速度檢測部11；算出目標加速度(0)與檢測加速度的誤差(以下稱為加速度誤差)的減算器12；基于由減算器12所算出的加速度誤差，針對每個轉(zhuǎn)子一次旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度N等分所成的區(qū)間(一下稱為轉(zhuǎn)子角度區(qū)間)，算出轉(zhuǎn)矩指令修正量的第一～第n加速度控制部Ac1～Can；將該轉(zhuǎn)矩指令修正量分別變換成電流相位指令修正量的電流相位指令變換部14；以及線性插補該電流相位指令修正量而作成電流相位指令β*的電流相位指令修正量插補部15。
接下來，說明變動抑制部7的原理。
在圖1～圖3中，如在現(xiàn)有技術(shù)的欄中所說明的那樣，對壓縮機、特別是旋轉(zhuǎn)型或往返型壓縮機而言，負載轉(zhuǎn)矩因其轉(zhuǎn)子角度而變動很大。在這種負載轉(zhuǎn)矩的變動存在的情況下，對于無刷電動機4的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度(以下單稱為速度)來說，如圖2所示，如果負載轉(zhuǎn)矩加大則降低，相反，如果負載轉(zhuǎn)矩減小則增加而變動。另一方面，轉(zhuǎn)子的加速度(以下單稱為加速度)以與負載轉(zhuǎn)矩正相反的形式，在負載轉(zhuǎn)矩大時，加速度變小而變動?，F(xiàn)在，因為不能降低壓縮機的振動，所以，如果在負載轉(zhuǎn)矩大的轉(zhuǎn)子角度下使無刷電動機4的輸出轉(zhuǎn)矩最大，相反，在負載轉(zhuǎn)矩低的位置上使無刷電動機4的輸出轉(zhuǎn)矩減小，則轉(zhuǎn)矩均衡而振動降低。因此，得知只要降低速度變動即可，在降低速度變動中，只要控制轉(zhuǎn)矩使得加速度成分為0即可。因此，首先，使用所輸入的推測轉(zhuǎn)速ω^，通過由轉(zhuǎn)子加速度檢測部11計算該值的變動而算出(檢測)加速度(檢測加速度)。而且，在減算器12中，根據(jù)與作為目標的加速度0的偏差而求出加速度誤差。對于轉(zhuǎn)矩變動來說，由于對旋轉(zhuǎn)相位具有某種圖形，所以，因旋轉(zhuǎn)相位而切換控制，通過這樣而使得排除控制延遲的影響的控制成為可能。
也就是說，當控制轉(zhuǎn)子的加速度時，對規(guī)定的旋轉(zhuǎn)相位，如果用對應于該相位的加速度來實施控制，則控制性能因加速度控制的控制延遲而惡化。因而，將轉(zhuǎn)子一次轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子角度分割成多個(N)區(qū)間，針對每個該區(qū)間實施加速度控制的運算。運算按下式(1)進行。
Tr(n+1，i)＝tr(n，i)-Ga×a(i) (2)其中，tr(n，i)逆變器轉(zhuǎn)矩指令(n旋轉(zhuǎn)次數(shù)，i轉(zhuǎn)子角度區(qū)間)a(i)加速度(i轉(zhuǎn)子角度區(qū)間)Ga控制增益這里，將轉(zhuǎn)子角度分成N個轉(zhuǎn)子角度區(qū)間，針對每個轉(zhuǎn)子角度區(qū)間在第一～第n加速度控制部Ac1～Acn中進行加速度控制的運算。其結(jié)果，第一～第n加速度控制部Ac1～Acn的各個的輸出成為其對應的轉(zhuǎn)子角度區(qū)間中的轉(zhuǎn)矩指令修正量。這里，因為對應于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，應該控制的旋轉(zhuǎn)角度區(qū)間移動，所以，有必要根據(jù)這些而切換動作的加速度控制部Ac1～Acn，這是基于從轉(zhuǎn)數(shù)/旋轉(zhuǎn)相位推測部6所輸入的推測旋轉(zhuǎn)相位θ來進行的。該轉(zhuǎn)矩指令修正量起作用使得將無刷電動機4的旋轉(zhuǎn)速度保持恒定。而且，該轉(zhuǎn)矩指令修正量由電流相位指令變換部14而變換成電流相位修正量。如果向前移動電動機電流的相位，則無刷電動機4的發(fā)生轉(zhuǎn)矩(輸出轉(zhuǎn)矩)減小，相反如果使電動機電流的相位推遲則無刷電動機4的發(fā)生轉(zhuǎn)矩增大。因而，當轉(zhuǎn)矩指令修正量大時，輸出的電流相位修正量減小，當轉(zhuǎn)矩指令修正量小時，電流相位修正量加大。其中，此時的電流相位修正量優(yōu)選設(shè)置限制。例如，如果無刷電動機4為逆凸極結(jié)構(gòu)，則電動機的輸出轉(zhuǎn)矩成為最大的電動機電流的相位存在于0°與90°之間的某個轉(zhuǎn)子角度，因為無論是當從該轉(zhuǎn)子角度前進的轉(zhuǎn)子角度時還是當落后的轉(zhuǎn)子角度時轉(zhuǎn)矩都減小，所以電流相位修正量被限制為距離該角度90°范圍。此外，如果無刷電動機4不是逆凸極結(jié)構(gòu)，則由于輸出轉(zhuǎn)矩成為最大的電動機電流的相位為0°，所以電流相位修正量被限制為0°至90°的范圍。
而且，由于實際的轉(zhuǎn)子角度是連續(xù)的，所以，通過電流相位指令修正量插補部15，根據(jù)轉(zhuǎn)子角度插補N個電流相位修正量，作為最終的電流相位指令β*輸出。作為該轉(zhuǎn)子角度，使用從轉(zhuǎn)數(shù)/旋轉(zhuǎn)相位推測部6所輸入的推測旋轉(zhuǎn)相位θ。
圖4是表示轉(zhuǎn)矩變動與電流相位指令β*的輸出的關(guān)系的特性圖。
參照圖1～圖4，雖然從第一～第n加速度控制部Ac1～Acn在一次轉(zhuǎn)動輸出N個電流相位修正量，但是這N個電流相位修正量由電流相位指令修正量插補部15所插補，作為電流相位指令β*而輸出。
該插補，在這里采用線性插補。
而且，如圖4所示，對于電流相位指令β*來說，在這里，相對轉(zhuǎn)子角度，在負載轉(zhuǎn)矩大的部分減小，在負載轉(zhuǎn)矩小的部分加大地變化。簡要地說，電流相位指令β*大致具有與負載轉(zhuǎn)矩相反的相位而變化。因此，無刷電動機4的輸出轉(zhuǎn)矩相對轉(zhuǎn)子角度而對應于負載轉(zhuǎn)矩的變動而變化。
接下來，說明如以上這樣所構(gòu)成的無刷電動機的驅(qū)動電路和電動機控制裝置的動作。
圖5是在第二現(xiàn)有例中省略平滑電容器的情況下的波形圖，(a)是表示交流電源電流的波形的圖，(b)是表示電動機電流的波形的圖，(c)是表示電流振幅指令I(lǐng)*的波形的圖，圖6是本實施方式中的波形圖，(a)是表示交流電源電流的波形的圖，(b)是表示電動機電流的波形的圖，(c)是表示電流相位指令β*的波形的圖。
在圖1～圖4中，從交流電源1所輸出的交流電壓在整流電路2中整流成具有脈動的直流電壓，被供給到逆變電路3。該具有脈動的直流電壓之一例(全波整流波形)在圖9(a)中表示。逆變電路3將該具有脈動的直流電力變換成交流電力，將控制部5所確定的電壓施加于無刷電動機4而使其驅(qū)動。此時，無刷電動機4的負載轉(zhuǎn)矩如圖4所示，在轉(zhuǎn)子的一次轉(zhuǎn)動中有一個尖峰而變動。另一方面，控制部5基于由電流傳感器102所檢測的無刷電動機4的電動機電流，如圖6(c)所示正弦波狀那樣變化而且作成具有與負載轉(zhuǎn)矩大致反相位的電流相位指令β*，基于該電流相位指令β*驅(qū)動控制逆變電路3。因此，如圖6(b)所示，無刷電動機4的電動機電流的相位隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而變化，因此，無刷電動機4的輸出轉(zhuǎn)矩成為對應于負載轉(zhuǎn)矩的變動。其結(jié)果，可以降低因伴隨負載變動的速度變動而發(fā)生的振動。由于此時的電動機電流的振幅如圖6(b)所示為恒定，所以即使是不使用大容量的平滑用電容器(在本實施方式中不使用平滑電容器本身)的電動機控制裝置，也因為如圖6(a)所示從交流電源1所輸出的電流的振幅不變化，而使得電源功率因數(shù)不降低。因此，即使進行振動抑制控制，也不會對商用配電系統(tǒng)帶來影響。
與此相反，如果省略平滑電容器而將第二現(xiàn)有例運用于壓縮機，則因為電動機電流的振幅如圖5(b)所示那樣變化，與此對應，如圖5(a)所示那樣從交流電源1所輸出的電流的振幅變化，所以電源功率因數(shù)降低。此外，對商用系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。
這樣一來，在本實施方式中，不存在電源功率因數(shù)的降低和對商用配電系統(tǒng)的不良影響，從而可以降低因負載轉(zhuǎn)矩變動而引起振動。
其中，雖然在上述中說明了負載轉(zhuǎn)矩就轉(zhuǎn)子一次轉(zhuǎn)動具有一次尖峰而變動的情況，但是本發(fā)明也可以運用于在負載轉(zhuǎn)矩任意形態(tài)而變化的情況下。
此外，雖然在上述中，在變動抑制部7中基于加速度而作成電流相位指令，但是顯而易見，例如基于速度而作成電流相位指令也可以得到同樣的效果。
此外，雖然在上述中由電壓型逆變器來構(gòu)成逆變電路3，但是也可以由電流型逆變器來構(gòu)成。
(第二實施方式)圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。在圖7中與圖1相同標號表示的是相同或相當?shù)牟糠?。如圖7所示，在本實施方式中，控制部5包括加算部16。變動抑制部7，還進一步輸出電流振幅修正指令I(lǐng)h*。加算部16加算來自轉(zhuǎn)數(shù)誤差檢測部8的輸出和該電流振幅修正指令I(lǐng)h*，并向電流指令作成部9輸出。其它結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。
變動抑制部7為了進行速度變動抑制，例如，基于所輸入的推測轉(zhuǎn)速ω^和推測旋轉(zhuǎn)相位θ而作成電流相位指令β*和電流振幅指令修正值Ih*。轉(zhuǎn)矩修正量如第一實施方式中所說明的那樣求出，基于該結(jié)果來確定電流相位指令β*與電流振幅指令修正值Ih*。如在第一實施方式中說明的那樣，為了減小無刷電動機4的輸出轉(zhuǎn)矩(以下單稱為輸出轉(zhuǎn)矩)，既可以增大電流相位指令β*，也可以減小電流振幅值。相反，為了增大輸出轉(zhuǎn)矩，既可以減小電流相位指令β*，也可以增大電流振幅值。因而，如何確定某一項可以自由地決定。但是，電流振幅指令修正值Ih*的值的范圍也可以根據(jù)希望的電源功率因數(shù)的值來設(shè)定。例如，在打算將電源功率因數(shù)取為0.9以上的情況下，優(yōu)選設(shè)定電流振幅指令修正值Ih*，使得轉(zhuǎn)子一次轉(zhuǎn)動期間中的電流振幅指令I(lǐng)*的最大值與最小值的比率為0.3以上。此外，在打算將電源功率因數(shù)取為0.95以上的情況下，優(yōu)選設(shè)定電流振幅指令修正值Ih*，使得轉(zhuǎn)子一次轉(zhuǎn)動期間中的電流振幅指令I(lǐng)*的最大值與最小值的比率成為0.5以上。這樣一來，根據(jù)期望的電源功率因數(shù)來設(shè)定電流振幅指令修正值Ih*的取得的值的范圍，確定電流振幅指令I(lǐng)*。由于在該狀態(tài)下振動抑制不充分的情況下速度變動被檢測，所以該情況下只要使電流相位指令β*增減來抑制振動即可。
如以上說明的這樣，在本實施方式中，由于變動抑制部7指令電流振幅修正值Ih*與電流相位指令β*以便抑制速度變動，所以可以提供自由度更高的電動機控制裝置。此外，可以提供能夠以期望的電源功率因數(shù)驅(qū)動的電動機控制裝置。
(第三實施方式)圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖，圖9是本實施方式中的波形圖，(a)是表示逆變電路的輸入電壓的波形的圖，(b)是表示電流振幅指令I(lǐng)*的波形的圖。在圖8中，與圖1相同標號表示的是相同或相當?shù)牟糠帧?br> 在本實施方式中，電動機控制裝置101還包括檢測交流電源1的輸出電壓的電壓傳感器103，控制部5還包括基于由電壓傳感器103所檢測的電壓的相位調(diào)制轉(zhuǎn)速變動檢測部8的輸出并將其作為電流振幅指令I(lǐng)*輸出到電流指令作成部9的振幅調(diào)制部17。其它方面與第一實施方式相同。
具體地說，施加于逆變電路3的電壓(輸入電壓)如圖9(a)所示那樣脈動。該逆變電路3的輸入電壓隨著交流電源1的輸出電壓的絕對值的變化而變動，因為當該輸出電壓的絕對值大時，逆變電路3的輸入電壓也高，所以電流就容易流入無刷電動機4。此外，在小容量的電容器(未畫出)配置于逆變電路3與整流電路2之間的情況下，如果交流電源1(準確地說是整流電路2)的輸出電壓變得高于該電容器的電壓，則發(fā)生向電容器的充電電流。
因此，振幅調(diào)制部17基于經(jīng)由電壓傳感器103檢測的交流電源1的電壓相位而調(diào)制轉(zhuǎn)速變動檢測部8的輸出，如圖9(b)所示，形成為在交流電源1的輸出電壓的絕對值增大期間流入無刷電動機4的電流減小、在交流電源1的輸出電壓的絕對值減小期間流入無刷電動機4的電流加大的電流振幅指令I(lǐng)*，將其輸出到電流指令作成部9。其結(jié)果，電流振幅指令I(lǐng)*的變動頻率成為交流電源1的電源頻率的兩倍的頻率。
因此，從交流電源1流入的電流變得更平滑，電源功率因數(shù)進一步提高。其中，雖然在上述中說明了變形第一實施方式的情況，但是也可以同樣地變形第二實施方式。在該情況下，只要將圖8的振幅調(diào)制部17的輸出輸入到圖2的加算部16即可。
(第四實施方式)圖10(a)是表示根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。在圖10(a)中與圖1相同標號表示的是相同或相當?shù)牟糠帧?br> 在本實施方式中，電動機控制裝置101還包括設(shè)置在整流電路2與逆變電路3之間的充電放電電路18.
充電放電電路18由連接于整流電路2的輸出端子間的電容器而構(gòu)成。
在這種構(gòu)成中，如果整流電路2的輸出電壓超過保持于電容器的電壓，則開始向電容器充電。對于該充電來說，相對保持于電容器的電壓，在脈動的整流電路2的輸出電壓高時始終進行，在整流電路2的輸出電壓低時進行從電容器的放電。如圖9(a)所示，在不存在充電電路18的情況下，因為逆變電路3的輸入電壓的最小值幾乎為0V，所以充電放電電路18的電容器同步于交流電源1的輸出電壓而在其一半的一個周期中完全地放電。這樣一來，由于在交流電源1的輸出電壓的一半的一個周期中必定進行放電，所以在交流電源1的輸出電壓高時每次充電用的電流流動，來自交流電源1的電流的流入量增大。其結(jié)果，通電期間加長，而且電源功率因數(shù)提高。此外，即使在高負載運行的情況下，也使得不降低電源功率因數(shù)地降低振動成為可能。此外，對于充電電路18的電容器的靜電電容量C〔F〕來說，例如，如果設(shè)無刷電動機4的消耗電力為P〔W〕，則只要超過0〔F〕且低于2×10-7×P〔F〕左右以下即可。
其中，雖然在上述中變形了第一實施方式，但是變形第二和第三實施方式也可以得到同樣的效果是不言而喻的。
此外，也可以代替充電放電電路18而如圖10(b)所示那樣，由相互串聯(lián)地連接的增納二極管與電容器所構(gòu)成的充電放電電路18a。在該構(gòu)成中，如果超過保持于電容器的電壓與增納二極管的擊穿電壓之和，則僅通過成為開始向電容器充電的點與圖10(a)所示的充電放電電路不同，而如上所述電流流動，與上述情況同樣地收到電源功率因數(shù)提高的效果。在不打算減小流入增納二極管的沖擊電流(向電容器充電瞬間的最初的電流)的情況下，除了增納二極管與電容器之外也可以串聯(lián)連接電阻(未畫出)。充電放電電路18a的情況下的電容器的靜電電容量可以與上述情況下同等程度。
其中，如果在交流電源1與整流電路2之間插入電感器，則由于電流的高頻諧波分量受到抑制，所以電源功率因數(shù)進一步提高是不言而喻的(未畫出)。對于該電感器的阻抗L〔H〕來說，例如，如果設(shè)電容器的靜電電容量為C〔F〕，則只要超過0〔H〕且低于9×10-9×C〔H〕左右以下即可。
(第五實施方式)圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。在圖11中，與圖1相同標號表示的是相同或相當?shù)牟糠帧?br> 在本實施方式中，電動機控制裝置101還包括充電放電電路控制部19、充電放電電路20、電壓傳感器103、和電流傳感器104。其它方面與第一實施方式相同。
充電放電電路19由相互串聯(lián)地連接于整流電路2的輸出端子之間的雙向開關(guān)與電容器來構(gòu)成。雙向開關(guān)在這里用作充電開關(guān)和放電開關(guān)。充電放電電路控制部19包括轉(zhuǎn)矩指令通斷判定部21、交流電流指令作成部22、充電開關(guān)指令作成部23、以及放電開關(guān)指令作成部24。
轉(zhuǎn)矩指令通斷判定部21接收來自控制部5的電流振幅指令I(lǐng)*，判定給予無刷電動機4的電流振幅指令值是大時還是小時。其判定方法為，求出電流振幅指令I(lǐng)*的轉(zhuǎn)子一次轉(zhuǎn)動的平均值(以下稱為電流振幅指令平均值)，判定當前的電流振幅指令I(lǐng)*(以下稱為電流振幅指令當前值)與電流振幅指令平均值比較是大還是小。該判定結(jié)果輸出到交流電流指令作成部22。
交流電流指令作成部22經(jīng)由電壓傳感器103來檢測交流電源1的電壓相位，基于轉(zhuǎn)矩指令通斷判定部21的判定結(jié)果而作成交流電流指令I(lǐng)ac*。在上述判定中，電流振幅指令當前值小于電流振幅指令平均值期間(以下稱為期間1)，基于交流電源1的電壓相位作成交流電流指令I(lǐng)ac*，在電流振幅指令當前值大于電流振幅指令平均值期間(以下稱為期間2)，停止交流電流指令I(lǐng)ac*的輸出。在期間1中由于逆變電路3施加于無刷電動機4的電壓值小，所以電動機電流小。因而，從交流電源1流入的電流(以下稱為交流電源電流)大部分向充電放電電路20的電容器充電。因此，交流電流指令I(lǐng)ac*在交流電源電流的振幅值在期間1之中，限制于電容器的電壓不成為過電壓的范圍而作成。而且，像這樣所作成的交流電流指令I(lǐng)ac*輸入到充電開關(guān)指令作成部23。充電開關(guān)指令作成部23進行反饋控制，使得經(jīng)由電流傳感器104檢測的交流電源電流的值一致于交流電流指令I(lǐng)ac*。該反饋控制通過使充電放電電路20的充電開關(guān)PWM動作而完成。雖然這里使用的反饋算法中一般來說采用PI控制，但是并不限于此。
另一方面，在期間2中，因為充電開關(guān)指令作成部23不輸入交流電流指令I(lǐng)ac*，所以使充電開關(guān)停止。
此外，在期間2中，由于逆變電路3施加于無刷電動機4的電壓值大，所以電動機電流大。因而，交流電源電流也大。但是，交流電源的輸出電壓小時變得難以施加無刷電動機4所需的電壓。因此，放電開關(guān)指令作成部24通過使充電放電電路20的放電開關(guān)接通，在向無刷電動機4施加所需的電壓的同時在下一個期間1中可以充電電容器。放電開關(guān)指令作成部24基于經(jīng)由電壓傳感器103檢測的交流電源1的電壓相位來確定接通放電開關(guān)的時刻。
通過在無刷電動機4的每一次轉(zhuǎn)動中連續(xù)地進行以上的動作，可以提高來自交流電源1的電源功率因數(shù)。
其中，控制部5也可以由通過控制電動機電流的振幅而抑制振動的第二現(xiàn)有例中的控制部來構(gòu)成。
(第六實施方式)圖12是表示根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的電動機控制裝置的構(gòu)成的方框圖。在圖12中，與圖11相同標號表示的是相同或相當?shù)牟糠帧?br> 如圖12所示，在本實施方式中，第五實施方式(圖11)的充電放電電路20和充電放電電路控制部21分別置換成變頻電路25和變頻電路控制部26，還包括電壓傳感器105。其它方面與第五實施方式相同。
變頻電路25由包括電感器、開關(guān)元件、二極管、和電容器的公知的電路來構(gòu)成。
變頻電路控制部26包括轉(zhuǎn)矩指令通斷判定部21、交流電流指令作成部22、以及充電放電指令作成部29。
轉(zhuǎn)矩指令通斷判定部21與第五實施方式相同。交流電流指令作成部28經(jīng)由電壓傳感器103檢測交流電源1的電壓相位，作成正弦波狀的交流電流指令。充電放電指令作成部29經(jīng)由電流傳感器104檢測交流電源電流，反饋控制該交流電源電流以便交流電源電流的值一致于該交流電流指令。該反饋控制通過充電放電指令作成部29將PWM控制信號輸出到變頻電路25的開關(guān)元件，該開關(guān)元件按照該PWM信號進行開關(guān)動作而完成。雖然該反饋控制一般來說采用PI控制，但是不限于此。
交流電流指令作成部28，在期間1與期間2中，作成的交流電流指令的振幅值不同。在期間1中，由于減小無刷電動機4的電動機電流，所以在逆變電路3中幾乎不流過電流。因而，變頻電路25的電容器由基于交流電流指令的電流來充電。另一方面，在期間2中，由于電流通過逆變電路3流進無刷電動機4，所以從所充電的電容器放電，同時電力還從交流電源1供給。因此，在期間1中，減小交流電流指令的振幅值，在期間2中加大交流電流指令的振幅值。其中，交流電流指令的期間1中的振幅值對期間2中的振幅值的比率，在打算把電源功率因數(shù)弄成0.9的情況下設(shè)定成0.3以上，在打算將電源功率因數(shù)弄成0.95的情況下設(shè)定成0.5以上即可。但是，因為在無刷電動機4旋轉(zhuǎn)一次轉(zhuǎn)動時電容器的充電量與放電量必須相等，所以交流電流指令作成部22經(jīng)由電壓傳感器105檢測電容器的保持電壓，基于它而調(diào)整交流電流指令的振幅值。
(第七實施方式)在本發(fā)明的第七實施方式中，就使用第一實施方式至第六實施方式所示的電動機控制裝置的壓縮機進行說明。
圖16是表示根據(jù)本發(fā)明的第七實施方式的壓縮機的構(gòu)成的方框圖。
在圖16中，連接于交流電源1的壓縮機41，包括電動機控制裝置101、和通過無刷電動機4所驅(qū)動的壓縮機構(gòu)42。在第七實施方式中，無刷電動機4和交流電源1具有與所述第一實施方式同樣的功能以及構(gòu)成。此外，電動機控制裝置101由所述第一實施方式至第六實施方式中的任何一種所示的電動機控制裝置而構(gòu)成。該電動機控制裝置101的輸出被輸入到配置于壓縮機構(gòu)42的內(nèi)部的無刷電動機4，由電動機控制裝置101旋轉(zhuǎn)驅(qū)動無刷電動機4。通過無刷電動機4的旋轉(zhuǎn)動作，壓縮機構(gòu)42壓縮吸入的制冷劑并排出高壓制冷劑。
壓縮機構(gòu)42是旋轉(zhuǎn)型的機構(gòu)或往返型的機構(gòu)，給予無刷電動機4同步于無刷電動機4的旋轉(zhuǎn)的負載變動。由于通過由第一實施方式至第六實施方式的電動機控制裝置，可以抑制無刷電動機4的速度變動，所以振動減少，而且可以提供電源功率因數(shù)高的壓縮機。此外，由于本發(fā)明可以提供不使用大容量的電感器或電容器的壓縮機，所以可以提供小型而輕量的壓縮機。
(第八實施方式)在本發(fā)明的第八實施方式中，就使用第一實施方式至第六實施方式所示的電動機控制裝置的空調(diào)機進行說明。
圖17是表示根據(jù)本發(fā)明的第八實施方式的空調(diào)機的構(gòu)成的方框圖。
在圖17中，本實施方式的空調(diào)機43包括室內(nèi)機44和室外機45，由這些進行室內(nèi)的冷暖控制。室外機45具有壓縮機41。該壓縮機41由第七實施方式的壓縮機來構(gòu)成，其包括壓縮機構(gòu)42與電動機控制裝置101。在電動機控制裝置101上連接著交流電源1。而且，如已述那樣，壓縮機構(gòu)42由配置于內(nèi)部的無刷電動機(圖17中未畫出)所驅(qū)動，該無刷電動機由電動機控制裝置101控制。此外，無刷電動機和交流電源1與第一實施方式同樣地構(gòu)成而發(fā)揮功能。此外，電動機控制裝置101由第一實施方式至第六實施方式中的任何一種所示的電動機控制裝置來構(gòu)成。
壓縮機構(gòu)42使制冷劑在室內(nèi)機44與室外機45之間循環(huán)。
室內(nèi)機44具有配置于該制冷劑的循環(huán)路徑(以下稱為制冷劑循環(huán)路徑)中的室內(nèi)側(cè)熱交換器48。室內(nèi)側(cè)熱交換器48包括用來提高該室內(nèi)側(cè)熱交換器48的熱交換能力的送風機48a，和測定該室內(nèi)側(cè)熱交換器48的溫度或其周邊溫度的溫度傳感器48b。
室外機45除了壓縮機41之外，還包括配置于制冷劑循環(huán)路徑中的四通閥46、節(jié)流裝置47、以及室外側(cè)熱交換器49。室外側(cè)熱交換器49包括用來提高該室內(nèi)側(cè)熱交換器49的熱交換能力的送風機49a，和檢測該室內(nèi)側(cè)熱交換器49的溫度或其周邊溫度的溫度傳感器49b。
四通閥46切換向壓縮機構(gòu)42的排出口和吸入口的制冷劑循環(huán)路徑的連接。通過該四通閥46的切換動作，流過制冷劑循環(huán)路徑的制冷劑的方向被切換。例如，在空調(diào)機43的制冷劑循環(huán)路徑中，如果制冷劑的方向切換到箭頭A方向，則通過室外側(cè)熱交換器49的制冷劑經(jīng)由四通閥46吸入到壓縮機構(gòu)42，從該壓縮機構(gòu)42所排出的制冷劑向室內(nèi)側(cè)熱交換器48供給。另一方面，通過四通閥46的切換動作，如果制冷劑的方向切換到箭頭B的方向，則通過室內(nèi)側(cè)熱交換器48的制冷劑經(jīng)由四通閥46吸入到壓縮機構(gòu)42，從壓縮機構(gòu)42所排出的制冷劑向室外側(cè)熱交換器49供給。這樣一來，通過四通閥46的切換動作而制冷劑的流動方向被切換。
設(shè)置在連接室內(nèi)側(cè)熱交換器48與室外側(cè)熱交換器49的制冷劑循環(huán)路徑中的節(jié)流裝置47合并具有節(jié)制循環(huán)的制冷劑的流量的節(jié)流作用、和自動調(diào)整制冷劑的流量的閥的作用。對于該節(jié)流裝置47來說，當制冷劑在制冷劑循環(huán)路徑中循環(huán)的狀態(tài)下，節(jié)制從冷凝器向蒸發(fā)器送出的制冷劑的流量，緊接其后使制冷劑膨脹，并且沒有過剩不足地供給蒸發(fā)器所需要的量的制冷劑。在該空調(diào)機43中，室內(nèi)熱交換器48在暖氣運行中作為冷凝器，在冷氣運行中作為蒸發(fā)器工作。此外，室外側(cè)熱交換器49在暖氣運行中作為蒸發(fā)器，在冷氣運行中作為冷凝器工作。在冷凝器中，流過內(nèi)部的高溫高壓的氣態(tài)的制冷劑從所送入的空氣奪走熱量而慢慢液化，在冷凝器的出口附近成為高壓的液體或液體與氣體的混合狀態(tài)。這等于是制冷劑向大氣中散熱而液化。此外，靠節(jié)流裝置47而成為低溫低壓的液體或液體與氣體的混合狀態(tài)的制冷劑流入蒸發(fā)器。在該狀態(tài)下，如果周圍的空氣送入蒸發(fā)器，則制冷劑從空氣奪走大量的熱量而蒸發(fā)，成為氣體的量增大的制冷劑。被蒸發(fā)器奪走大量的熱量的空氣成為冷風而從室內(nèi)機44或室外機45的吹出口排出。
在空調(diào)機43中，運行狀態(tài)，也就是對空調(diào)機43基于所設(shè)定的目標溫度、實際的溫度和外氣溫度設(shè)定無刷電動機的指令轉(zhuǎn)速。電動機控制裝置101如第一實施方式中所述，基于所設(shè)定的指令轉(zhuǎn)速控制壓縮機構(gòu)42的無刷電動機的轉(zhuǎn)速。
接下來，就像以上這樣所構(gòu)成的空調(diào)機43的冷氣和暖氣動作進行說明。
在圖17中，在空調(diào)機43中，如果驅(qū)動電壓從電動機控制裝置101施加于壓縮機構(gòu)42的無刷電動機(未畫出)，則制冷劑在制冷劑循環(huán)路徑中循環(huán)。此時，在室內(nèi)機44的熱交換器48和室外機45的熱交換器49中進行熱交換。也就是說，在空調(diào)機43中，通過由壓縮機構(gòu)42使封入制冷劑的循環(huán)閉路中的制冷劑循環(huán)，在制冷劑的循環(huán)閉路內(nèi)形成公知的熱泵循環(huán)。因此，進行室內(nèi)的暖氣或冷氣。
例如，在空調(diào)機43進行暖氣運行的情況下，通過用戶的操作，四通閥46設(shè)定成制冷劑在由箭頭A所示的方向上流動。在該情況下，室內(nèi)側(cè)熱交換器48作為冷凝器工作，通過制冷劑循環(huán)路徑中的制冷劑的循環(huán)而放出熱量。因此室內(nèi)被加熱。
相反，在空調(diào)機43進行冷氣運行的情況下，通過用戶的操作，四通閥46設(shè)定成制冷劑在由箭頭B所示的方向上流動。在該情況下，室內(nèi)側(cè)熱交換器48作為蒸發(fā)器工作，通過制冷劑循環(huán)路徑中的制冷劑的循環(huán)而吸收周邊空氣的熱量。因此室內(nèi)被冷卻。
在該工作期間，在空調(diào)機43中，基于該空調(diào)機43中所設(shè)定的目標溫度、實際的室溫和外氣溫度來確定指令轉(zhuǎn)速，如在第一實施方式中所述，基于所確定的指令轉(zhuǎn)速，由電動機控制裝置101控制壓縮機構(gòu)42的無刷電動機的轉(zhuǎn)速。結(jié)果，空調(diào)機43可以進行舒適的冷氣暖氣。
其中，在本實施方式中，雖然說明了能夠進行冷氣和暖氣兩方運行的空調(diào)機，但是在冷氣專用的空調(diào)機的情況下，省略四通閥46，構(gòu)成為制冷劑在箭頭B的方向上流動即可。
如以上說明的這樣，在本發(fā)明中，可以提供不使用大容量的逆變器或電容器而用壓縮機的空調(diào)機。
(第九實施方式)圖18是表示根據(jù)本發(fā)明的第九實施方式的冷藏庫的構(gòu)成的方框圖。
第九實施方式的冷藏庫51包括壓縮機41、冷凝器52、冷藏室蒸發(fā)器53、以及節(jié)流裝置54。該壓縮機41由第七實施方式的壓縮機來構(gòu)成，包括壓縮機構(gòu)42與電動機控制裝置101。在電動機控制裝置101上連接著交流電源(這里是單相交流電源)1.而且，像已述那樣，壓縮機構(gòu)42由配置于內(nèi)部的無刷電動機(圖18中未畫出)來驅(qū)動，無刷電動機和交流電源1與第一實施方式同樣地構(gòu)成而發(fā)揮功能。此外，電動機控制裝置101由第一實施方式至第六實施方式中的任何一種所示的電動機控制裝置來構(gòu)成。壓縮機構(gòu)42使制冷劑循環(huán)，在該制冷劑循環(huán)路徑中，在制冷劑的循環(huán)方向上依次配置冷凝器52、節(jié)流裝置54、以及冷藏室蒸發(fā)器53。
冷凝器52冷凝在內(nèi)部流動的高溫高壓的氣態(tài)的制冷劑，向外氣放出制冷劑的熱量。送入該冷凝器52的制冷劑氣體從外氣奪取熱量而慢慢地液化，在冷凝器52的出口附近成為高壓的液體或液體與氣體的混合狀態(tài)。
節(jié)流裝置54與第八實施方式的空調(diào)機43的節(jié)流裝置47相同，當制冷劑在制冷劑循環(huán)路徑中循環(huán)的狀態(tài)下，節(jié)制從冷凝器52所送出的制冷劑的流量而使制冷劑膨脹，并且沒有過剩不足地供給冷藏室蒸發(fā)器53所需的量的制冷劑。
冷藏室蒸發(fā)器53蒸發(fā)低溫的制冷劑而進行冷藏庫內(nèi)的冷卻。該冷藏室蒸發(fā)器53包括用來提高熱交換的效率的送風機53a，和檢測庫內(nèi)溫度的溫度傳感器53b。
接下來，就如這樣構(gòu)成的冷藏庫51的動作進行說明。
在圖18中，在冷藏庫51中，如果驅(qū)動電壓從電動機控制裝置101施加于壓縮機構(gòu)42的無刷電動機(未畫出)，則壓縮機構(gòu)42動作，制冷劑在箭頭方向上在制冷劑循環(huán)路徑內(nèi)循環(huán)。此時，由冷凝器52和冷藏室蒸發(fā)器53進行熱交換，冷藏庫51內(nèi)被冷卻。換句話說，由冷凝器52所冷凝的制冷劑通過被節(jié)流裝置54節(jié)制其流量而膨脹，成為低溫的制冷劑。然后，如果低溫的制冷劑向冷藏室蒸發(fā)器53送入，則在冷藏室蒸發(fā)器53中，低溫的制冷劑蒸發(fā)，進行冷藏庫內(nèi)的冷卻。此時，在冷藏室蒸發(fā)器53中，由送風機53a強制地送入冷藏室內(nèi)的空氣，在冷藏室蒸發(fā)器53中，高效率地進行熱交換。
此外，在冷藏庫51中，根據(jù)該冷藏庫51中所設(shè)定的目標溫度和冷藏庫內(nèi)的室溫設(shè)定指令轉(zhuǎn)速，電動機控制裝置101基于該所設(shè)定的指令轉(zhuǎn)速，與第八實施方式相同，控制壓縮機構(gòu)42的無刷電動機的轉(zhuǎn)速。結(jié)果，在冷藏庫51中，冷藏庫內(nèi)的溫度維持于目標溫度。
這樣一來，在本實施方式的冷藏庫51中，因為具有低振動且電源功率因數(shù)小的壓縮機41，所以比起現(xiàn)有的電動機控制裝置來，電動機控制裝置101的冷藏庫51內(nèi)的配置的自由度高。此外，通過電動機控制裝置101的配置的自由度提高，可以得到冷藏庫51的庫內(nèi)容積可以增大這樣的效果。此外，由于具有輕量的電動機控制裝置101，所以可以減輕冷藏庫51的重量。
根據(jù)以上說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，本發(fā)明的許多改良或其它實施方式是顯而易見的。因而，上述說明僅應作為舉例表示來解釋。只要不脫離本發(fā)明的精神，其結(jié)構(gòu)和/或功能的細節(jié)實質(zhì)上可以進行變更。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明的電動機控制裝置，作為可以用于壓縮機等的電動機控制裝置是有用的。
根據(jù)本發(fā)明的壓縮機，作為可以用于空調(diào)機和冷藏庫等電氣機器的壓縮機是有用的。
根據(jù)本發(fā)明的空調(diào)機，作為不降低電源功率因數(shù)而能夠抑制負載轉(zhuǎn)矩變動引起的振動的發(fā)生的空調(diào)機是有用的。
根據(jù)本發(fā)明的冷藏庫，作為不降低電源功率因數(shù)而能夠抑制負載轉(zhuǎn)矩變動引起的振動的發(fā)生的冷藏庫是有用的。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種電動機控制裝置，其特征在于，包括施加正弦波來驅(qū)動無刷電動機的逆變電路，和控制部，基于所述無刷電動機的電動機電流來推測該無刷電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)相位，從而運算因負載轉(zhuǎn)矩變動而引起的轉(zhuǎn)動速度變動，控制所述無刷電動機的電流相位，以抑制該旋轉(zhuǎn)速度變動。
2.(刪除)3.(刪除)4.(刪除)5.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于所述控制部通過控制所述無刷電動機的電動機電流的相位與振幅來抑制該無刷電動機的旋轉(zhuǎn)速度變動。
6.(刪除)7.如權(quán)利要求5所述的電動機控制裝置，其特征在于還包括整流從交流電源所輸出的交流電力并輸出到所述逆變電路的整流器，所述控制部根據(jù)所述交流電源的輸出電壓的絕對值來控制所述電動機電流的振幅。
8.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于在向所述逆變電路的直流電力輸入端子間還包括電容器。
9.(刪除)10.(刪除)
11.(刪除)12.(刪除)13.(追加)一種電動機控制裝置，其特征在于，包括將從交流電源所輸出的交流電力變換成直流電力的電力變換器，將由所述電力變換器所變換的直流電力供給到無刷電動機來驅(qū)動該無刷電動機的逆變電路，連接于所述逆變電路的直流電力輸入端子間的電容器，以及通過經(jīng)由所述逆變電路控制所述無刷電動機的電動機電流來控制該無刷電動機的旋轉(zhuǎn)速度的控制部，其中，所述控制部控制所述電動機電流，以便抑制因所述無刷電動機的負載轉(zhuǎn)矩變動而引起的旋轉(zhuǎn)速度變動，而且基于所述電動機電流的振幅與所述電動機電流的平均值的比較來控制從所述交流電源所輸出的電流。
14.(追加)權(quán)利要求13所述的電動機控制裝置，其特征在于所述控制部控制從所述交流電源所輸出的電流，使得在所述電動機電流的振幅小于所述電動機電流的平均值期間所述電容器充電，在所述電動機電流的振幅大于所述電動機電流的平均值期間所述電容器放電。
15.(追加)權(quán)利要求14所述的電動機控制裝置，其特征在于所述電力變換器是整流器，在所述逆變電路的直流電力輸入端子間與電容器串聯(lián)地連接開關(guān)元件，所述控制部通過接通/切斷所述開關(guān)元件來控制從所述交流電源所輸出的電流。
16.(追加)權(quán)利要求14所述的電動機控制裝置，其特征在于所述控制部控制從所述交流電源所輸出的電流，使得在所述電動機電流的振幅小于所述電動機電流的平均值期間其振幅減小，在所述電動機電流的振幅大于所述電動機電流的平均值期間其振幅加大。
17.(追加)權(quán)利要求13至16中的任一項所述的電動機控制裝置，其特征在于所述控制部控制所述電動機電流的相位，以便抑制因所述無刷電動機的負載轉(zhuǎn)矩變動而引起的旋轉(zhuǎn)速度變動。
18.(追加)權(quán)利要求1、5、7、8、和13至17中的任一項中所述的電動機控制裝置，其特征在于所述無刷電動機驅(qū)動在一次轉(zhuǎn)動中轉(zhuǎn)矩有一個尖峰地轉(zhuǎn)矩變動的負載。
19.(追加)一種壓縮機，其特征在于作為驅(qū)動源具有由權(quán)利要求18所述的電動機控制裝置所控制的所述無刷電動機。
20.(追加)一種空調(diào)機，其特征在于作為熱介質(zhì)壓縮機構(gòu)具有權(quán)利要求19所述的壓縮機。
21.(追加)一種冷藏庫，其特征在于作為熱介質(zhì)壓縮機構(gòu)具有權(quán)利要求19所述的壓縮機。
權(quán)利要求
1.一種電動機控制裝置，其特征在于，包括驅(qū)動無刷電動機的逆變電路；和控制部，通過經(jīng)由所述逆變電路控制所述無刷電動機的電動機電流的相位來控制該無刷電動機的旋轉(zhuǎn)速度。
2.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于所述控制部控制所述電動機電流，以抑制所述無刷電動機的負載轉(zhuǎn)矩變動所引起的轉(zhuǎn)速變動。
3.如權(quán)利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于所述控制部基于所述無刷電動機的旋轉(zhuǎn)來檢測所述旋轉(zhuǎn)速度變動與所述無刷電動機的旋轉(zhuǎn)相位，基于該檢測的旋轉(zhuǎn)速度變動與旋轉(zhuǎn)相位來控制所述電動機電流的相位。
4.如權(quán)利要求3所述的電動機控制裝置，其特征在于所述控制部基于所述無刷電動機的電動機電流來推測該無刷電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)相位，通過這樣來檢測所述旋轉(zhuǎn)速度變動與旋轉(zhuǎn)相位。
5.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于所述控制部通過控制所述無刷電動機的電動機電流的相位與振幅來控制該無刷電動機的旋轉(zhuǎn)速度。
6.如權(quán)利要求5所述的電動機控制裝置，其特征在于所述控制部控制所述電動機電流的相位與振幅，以抑制所述無刷電動機的負載轉(zhuǎn)矩變動而引起的旋轉(zhuǎn)速度變動。
7.如權(quán)利要求5所述的電動機控制裝置，其特征在于還包括整流從交流電源所輸出的交流電力并輸出到所述逆變電路的整流器，所述控制部根據(jù)所述交流電源的輸出電壓的絕對值來控制所述電動機電流的振幅。
8.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于在向所述逆變電路的直流電力輸入端子間還包括電容器。
9.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于所述無刷電動機是驅(qū)動一次轉(zhuǎn)動中具有一個尖峰地轉(zhuǎn)矩變動的負載。
10.一種壓縮機，其特征在于作為驅(qū)動源具有由權(quán)利要求9所述的電動機控制裝置所控制的所述無刷電動機。
11.一種空調(diào)機，其特征在于作為熱介質(zhì)壓縮機構(gòu)具有權(quán)利要求10所述的壓縮機。
12.一種冷藏庫，其特征在于作為熱介質(zhì)壓縮機構(gòu)具有權(quán)利要求10所述的壓縮機。
全文摘要
本發(fā)明的電動機控制裝置(101)包括驅(qū)動無刷電動機(4)的逆變電路(3)，和經(jīng)由逆變電路(3)控制無刷電動機(4)的電動機電流的相位來控制該無刷電動機(4)的旋轉(zhuǎn)速度的控制部。
文檔編號F04C28/08GK1778032SQ200480011039
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月22日
發(fā)明者中田秀樹, 植田光男 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社