專利名稱：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和使用該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的冷凍裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以任意的轉(zhuǎn)數(shù)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)等的電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和使用該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的冷凍裝置。
在驅(qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)的壓縮機(jī)那樣的電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于難于安裝檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置的傳感器，所以，也已發(fā)明了用某種方法推算轉(zhuǎn)子的位置而進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的無(wú)位置傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)的技術(shù)。另外，作為推算轉(zhuǎn)子的位置的方法，有通過(guò)推算電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電壓而進(jìn)行的方法(特開(kāi)2000-350489號(hào)公報(bào)等)。
圖22表示用于實(shí)現(xiàn)無(wú)位置傳感器正弦波驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的驅(qū)動(dòng)裝置具有直流電源1、反相器2、控制部6、電流傳感器7v和7w。無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3由定子4和轉(zhuǎn)子5構(gòu)成。
無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3具有安裝了以中性點(diǎn)為中心Y形結(jié)線的3個(gè)相繞組4u、4v、4w的定子4和裝配了磁鐵的轉(zhuǎn)子5。U相端子8u與U相繞組4u的非結(jié)線端連接，V相端子8v與V相繞組4v的非結(jié)線端連接，W相端子8w與W相繞組4w的非結(jié)線端連接。
反相器2將一對(duì)開(kāi)關(guān)元件與電流的上流側(cè)和下流側(cè)的關(guān)系串聯(lián)連接的串聯(lián)電路作為U相用、V相用、W相用，具有3個(gè)。從直流電源1輸出的直流電壓加到這些串聯(lián)電路上。U相用的串聯(lián)電路由上流側(cè)開(kāi)關(guān)元件12u和下流側(cè)開(kāi)關(guān)元件12x構(gòu)成。V相用的串聯(lián)電路由上流側(cè)開(kāi)關(guān)元件12v和下流側(cè)開(kāi)關(guān)元件12y構(gòu)成。W相用的串聯(lián)電路由上流側(cè)開(kāi)關(guān)元件12w和下流側(cè)開(kāi)關(guān)元件12z構(gòu)成。續(xù)流二極管14u、14v、14w、14x、14y、14z與各開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)連接。
無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的端子8u、8v、8w分別與反相器2的開(kāi)關(guān)元件12u及12x的相互連接點(diǎn)、開(kāi)關(guān)元件12v及12y的相互連接點(diǎn)、開(kāi)關(guān)元件12w及12z的相互連接點(diǎn)連接。
控制部6利用電流傳感器7v及7w檢測(cè)流過(guò)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的相繞組4v及4w的電流，根據(jù)該電流值推算感應(yīng)電壓，并輸出控制反相器2的信號(hào)。用以上的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的驅(qū)動(dòng)控制。
本發(fā)明就是為了解決上述問(wèn)題而提案的，目的旨在提供可以用廉價(jià)的結(jié)構(gòu)正確地檢測(cè)相電流并且可以從低轉(zhuǎn)速區(qū)到高轉(zhuǎn)速區(qū)進(jìn)行良好的驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和使用該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的冷凍裝置。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的特征是具有包括多個(gè)由配置在高壓側(cè)的上臂開(kāi)關(guān)元件和配置在低壓側(cè)的下臂開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件對(duì)并通過(guò)各開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作將直流電壓變換為所希望的頻率和電壓的交流電壓而作為驅(qū)動(dòng)電壓供給三相電動(dòng)機(jī)的反相器、檢測(cè)流過(guò)反相器的母線的電流的電流檢測(cè)單元、根據(jù)反相器輸出的電壓值和由上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)的電流值推算上述電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電壓的感應(yīng)電壓推算單元、根據(jù)推算的感應(yīng)電壓推算值推算上述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極位置的轉(zhuǎn)子位置速度檢測(cè)單元、根據(jù)推算的轉(zhuǎn)子磁極位置的信息生成控制上述反相器的各開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作的PWM信號(hào)的PWM信號(hào)生成單元和修正由PWM信號(hào)生成單元生成的PWM信號(hào)的占空比的占空比修正單元。占空比修正單元將由PWM信號(hào)生成單元生成的PWM信號(hào)的占空比值修正為在電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的期間PWM信號(hào)不變化的占空比值。
占空比修正單元也可以將占空比值修正為在PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中反相器的上臂的開(kāi)關(guān)元件僅1個(gè)通電的第1期間和上臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間確保電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間的占空比值。這時(shí)，電流檢測(cè)單元將第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)電動(dòng)機(jī)的三相的相電流。
另外，占空比修正單元也可以將占空比值修正為在PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中反相器的上臂的開(kāi)關(guān)元件僅1個(gè)通電的第1期間和上臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間確保上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間的占空比值。這時(shí)，電流檢測(cè)單元將第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)上述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流。
另外，為了在PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中反相器的上臂的開(kāi)關(guān)元件僅1個(gè)通電的第1期間和上臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間確保上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間，占空比修正單元修正占空比值，同時(shí)，在其余的半個(gè)載波周期中修正已修正過(guò)的占空比的增減量。這時(shí)，電流檢測(cè)單元將第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)上述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流。
另外，為了在PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中反相器的上臂的開(kāi)關(guān)元件僅1個(gè)通電的第1期間和上臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間確保上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)電流的時(shí)間，占空比修正單元修正占空比值，同時(shí)，也可以在下一個(gè)載波周期中修正已修正過(guò)的占空比的增減量?；蛘?，為了在PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中反相器的上臂的開(kāi)關(guān)元件僅1個(gè)通電的第1期間和上臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間確保電流檢測(cè)單元檢測(cè)電流的時(shí)間，占空比修正單元修正占空比值，同時(shí)，在下1個(gè)載波周期中修正已修正過(guò)的占空比的增減量。這時(shí)，電流檢測(cè)單元將確保了電流檢測(cè)時(shí)間的第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)上述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流。這時(shí)，感應(yīng)電壓推算單元在已修正了占空比的增減量的載波周期中可以進(jìn)而使用在前次的載波周期中檢測(cè)的相電流進(jìn)行感應(yīng)電壓的推算。
另外，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置也可以進(jìn)而具有判斷電動(dòng)機(jī)的負(fù)載狀態(tài)的負(fù)載判斷單元。這時(shí)，占空比修正單元根據(jù)負(fù)載判斷單元的判斷結(jié)果在判定為重負(fù)載時(shí)就切換到第1模式而動(dòng)作，在判定為輕負(fù)載時(shí)就切換到第2模式而動(dòng)作。
這里，第1模式就是在控制反相器的PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中反相器的1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第1期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間修正為確保上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間的占空比值，從而電流檢測(cè)單元將第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)上述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流的模式。第2模式就是占空比修正單元在控制反相器的PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中反相器的1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第1期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間修正為確保上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間的占空比值、同時(shí)在下一個(gè)載波周期中修正已修正過(guò)的占空比的增減量，從而電流檢測(cè)單元將確保了檢測(cè)時(shí)間的第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)上述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流的模式。
或者，第1模式也可以是占空比修正單元在控制反相器的PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中反相器的1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第1期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間修正為確保上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間的占空比值，從而電流檢測(cè)單元將第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)上述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流的模式。第2模式也可以是占空比修正單元在控制反相器的PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中、反相器的1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第1期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間修正為確保上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間的占空比值、同時(shí)在下一個(gè)載波周期中修正已修正過(guò)的占空比的增減量，從而電流檢測(cè)單元將確保了檢測(cè)時(shí)間的第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)上述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流的模式。
在第2模式的動(dòng)作中，感應(yīng)電壓推算單元在第2模式中修正占空比的增減量的載波周期中也可以使用在前次的載波周期中檢測(cè)的相電流進(jìn)行感應(yīng)電壓的推算。
另外，負(fù)載判斷單元可以使用PWM信號(hào)的占空比值的大小、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)或由電流檢測(cè)單元得到的電流值判斷負(fù)載狀態(tài)。
最好在第1模式和上述第2模式的切換中設(shè)置滯后。
本發(fā)明的冷凍裝置將上述本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置作為壓縮制冷劑的壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置使用。
圖2是表示電動(dòng)機(jī)的相電流狀態(tài)隨時(shí)間的變化的一例和電角度的各區(qū)間中電動(dòng)機(jī)的各相繞組中的電流的狀態(tài)的圖。
圖3是表示半個(gè)載波周期中的PWM信號(hào)的一例的圖。
圖4是表示圖3中利用PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)流過(guò)電動(dòng)機(jī)和反相器的電流狀態(tài)的圖。
圖5是表示半個(gè)載波周期中的PWM信號(hào)的一例的圖。
圖6是表示圖5中利用PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)流過(guò)電動(dòng)機(jī)和反相器的電流狀態(tài)的圖。
圖7是表示不可能檢測(cè)相電流的1個(gè)載波周期中的PWM信號(hào)的一例的圖。
圖8是表示反相器控制用微電腦內(nèi)的定時(shí)結(jié)構(gòu)和1個(gè)載波周期中輸出的PWM信號(hào)的圖。
圖9是用于說(shuō)明占空比修正部的動(dòng)作的一例的圖。


圖10是用于說(shuō)明占空比修正部的動(dòng)作的一例的圖。
圖11是用于說(shuō)明占空比修正部的動(dòng)作的一例的圖。
圖12是用于說(shuō)明占空比修正部的動(dòng)作的一例的圖。
圖13是用于說(shuō)明占空比修正部的動(dòng)作的一例的圖。
圖14是用于說(shuō)明占空比修正部的動(dòng)作的一例的圖。
圖15是用于說(shuō)明占空比修正部的動(dòng)作的一例的圖。
圖16是用于說(shuō)明占空比修正部的動(dòng)作的一例的圖。
圖17是表示本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的其他結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖18是表示電動(dòng)機(jī)的相電流波形和表示電角度1周期中的載波周期的信號(hào)的圖。
圖19是表示由PWM信號(hào)生成部生成的PWM信號(hào)的占空比隨時(shí)間的變化的圖。
圖20是表示負(fù)載判斷部的負(fù)載狀態(tài)判定的滯后的圖(橫軸電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù))。
圖21是表示利用本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的冷凍裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖22是表示現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖中符號(hào)說(shuō)明1-直流電源；2-反相器；2a-反相器的母線；3-無(wú)刷電動(dòng)機(jī)；6-控制部；9-PWM信號(hào)生成部；10-基極驅(qū)動(dòng)器；11-電流檢測(cè)部；12u～12w-上臂開(kāi)關(guān)晶體管；12x～12z-下臂開(kāi)關(guān)晶體管；14u～14w、14x～14z-續(xù)流二極管；16-反相器輸入電壓檢測(cè)部；17-感應(yīng)電壓推算部；18-轉(zhuǎn)子位置速度推算部；19-占空比修正部；21-負(fù)載判斷部；82-壓縮機(jī)；93、97-送風(fēng)機(jī)；94、96-熱交換器；98-膨脹閥；99-冷凍庫(kù)；100-電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
實(shí)施例1圖1是表示本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置具有直流電源1、生成并輸出供給無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的驅(qū)動(dòng)電壓的反相器2和控制反相器2的控制部6。
無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3由安裝了以中性點(diǎn)為中心Y形連結(jié)的3相繞組4u、4v及4w的定子4和裝配了磁鐵的轉(zhuǎn)子5構(gòu)成。U相端子8u與U相繞組4u的非連結(jié)端連接，V相端子8v與V相繞組4v的非連結(jié)端連接，W相端子8w與W相繞組4w的非連結(jié)端連接。
反相器2將由-對(duì)開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的半橋式電路作為U相用、V相用、W相用，具有3相。半橋式電路的-對(duì)開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接在直流電源1的高壓側(cè)端與低壓側(cè)端之間，從直流電源1輸出的直流電壓加到半橋式電路上。U相用的半橋式電路由高壓側(cè)(上臂)的開(kāi)關(guān)元件12u和低壓側(cè)(下臂)的開(kāi)關(guān)元件12x構(gòu)成。V相用的半橋式電路由高壓側(cè)開(kāi)關(guān)元件12v和低壓側(cè)開(kāi)關(guān)元件12y構(gòu)成。W相用的半橋式電路由高壓側(cè)開(kāi)關(guān)元件12w和低壓側(cè)開(kāi)關(guān)元件12z構(gòu)成。另外，續(xù)流二極管14u、14v、14w、14x、14y、14z與各開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)連接。
無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的端子8u、8v、8w分別與反相器2的開(kāi)關(guān)元件12u和開(kāi)關(guān)元件12x的相互連接點(diǎn)、開(kāi)關(guān)元件12v和開(kāi)關(guān)元件12y的相互連接點(diǎn)、開(kāi)關(guān)元件12w和開(kāi)關(guān)元件12z的相互連接點(diǎn)連接。
加到反相器2上的直流電壓通過(guò)上述反相器2內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作變換為三相的交流電壓，由該三相的交流電壓驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3。
控制部6由PWM信號(hào)生成部9、基極驅(qū)動(dòng)器10、電流檢測(cè)部11、感應(yīng)電壓推算部17、轉(zhuǎn)子位置速度檢測(cè)部18和占空比修正部19構(gòu)成。
為了實(shí)現(xiàn)從外部供給的目標(biāo)速度而輸出根據(jù)現(xiàn)在的速度與目標(biāo)速度的誤差通過(guò)計(jì)算而求出的輸出電壓，PWM信號(hào)生成部9生成用于驅(qū)動(dòng)反相器2的各開(kāi)關(guān)元件12u、12v、…的PWM信號(hào)。該生成的PWM信號(hào)由占空比修正部19進(jìn)行修正。修正后的PWM信號(hào)由基極驅(qū)動(dòng)器10變換為用于電氣驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。各開(kāi)關(guān)元件12u、12v、12w、12x、12y、12z按照該驅(qū)動(dòng)信號(hào)而動(dòng)作。
電流檢測(cè)部11觀察流過(guò)反相器2的母線2a的電流(以下，稱為「反相器母線電流」)，檢測(cè)在該反相器母線電流中出現(xiàn)的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的相電流。電流檢測(cè)部11實(shí)際上從反相器母線電流發(fā)生變化時(shí)開(kāi)始檢測(cè)指定期間中的電流。下面，將電流檢測(cè)部11檢測(cè)相電流的指定期間稱為「電流檢測(cè)期間」。
感應(yīng)電壓推算部17根據(jù)由電流檢測(cè)部11檢測(cè)的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的相電流、由PWM信號(hào)生成部9計(jì)算的輸出電壓和由電壓檢測(cè)部16檢測(cè)的、加到反相器2上的電壓的信息推算無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的感應(yīng)電壓。此外，轉(zhuǎn)子位置速度推算部18根據(jù)推算的感應(yīng)電壓推算無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)子磁極位置和速度。PWM信號(hào)生成部9根據(jù)推算的轉(zhuǎn)子磁極位置的信息生成用于驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的PWM信號(hào)。這時(shí)，PWM信號(hào)生成部9根據(jù)推算的轉(zhuǎn)子5的速度與從外部供給的目標(biāo)速度的偏差信息控制PWM信號(hào)，以使轉(zhuǎn)子速度成為目標(biāo)速度。
下面，說(shuō)明感應(yīng)電壓推算部17的動(dòng)作。
由電流檢測(cè)部11檢測(cè)流過(guò)各相的繞組的相電流(iu、iv、iw)。另外，根據(jù)由PWM信號(hào)生成部9計(jì)算的輸出電壓和電壓檢測(cè)部16檢測(cè)的加到反相器上的電壓的信息求加到各相的繞組上的相電壓(vu、vv、vw)。原理上，根據(jù)這些值通過(guò)下述式(1)、(2)、(3)的運(yùn)算，可以求出在各相的繞組中感應(yīng)的感應(yīng)電壓值eu、ev、ew。其中，R是電阻，L是電感。另外，d(iu)/dt、d(iv)/dt、d(iw)/dt分別是iu、iv、iw的時(shí)間微分。
eu＝vu-R·iu-L·d(iu)/dt…(1)ev＝vv-R·iv-L·d(iv)/dt…(2)ew＝vw-R·iw-L·d(iw)/dt…(3)進(jìn)而將式(1)、(2)、(3)詳細(xì)地展開(kāi)，則得以下式(4)、(5)、(6)。
eu＝vu-R·iu-(la+La)·d(iu)/dt-Las·cos(2θm)·d(iu)/dt-Las·iu·d{cos(2θm)}/dt+0.5·La·d(iv)/dt-Las·cos(2θm-120°)·d(iv)/dt-Las·iv·d{cos(2θm-120°)}/dt+0.5·La·d(iw)/d t-Las·cos(2θm+120°)·d(iw)/dt-Las·iw·d{cos(2θm+120°)}/dt …(4)ev＝vv-R·iv-(la+La)·d(iv)/dt
-Las·cos(2θm+120°)·d(iv)/dt-Las·iv·d{cos(2θm+120°)}/dt+0.5·La·d(iw)/dt-Las·cos(2θm)·d(iw)/dt-Las·iw·d{cos(2θm)}/dt+ 0.5·La·d(iu)/dt-Las·cos(2θm-120°)·d(iu)/dt-Las·iu·d{cos(2θm-120°)}/dt…(5)ew＝vw-R·iw-(la + La)·d(iw)/dt-Las·cos(2θm-120°)·d(iw)/dt-Las·iw·d{cos(2θm-120°)}/dt+0.5·La·d(iu)/dt-Las·cos(2θm+120°)·d(iu)/dt-Las·iu·d{cos(2θm+120°)}/dt+0.5·La·d(iv)/dt-Las·cos(2θm)·d(iv)/dt-Las·iv·d{cos(2θm)}/dt…(6)其中，d/dt表示時(shí)間微分，涉及三角函數(shù)的微分的運(yùn)算中出現(xiàn)的d0/dt中使用將推算速度ωm變換為電角速度的值。另外，d(iu)/dt、d(iv)/dt、d(iw)/dt用1級(jí)歐拉近似來(lái)求。w相電流值iw如式(13)所示，是將u相電流值iu與v相電流值iv之和的符號(hào)改變后的值。其中，R是每一相繞組的電阻，la是每一相繞組的漏電感，La是每一相繞組的有效電感的平均值，Las是每一相繞組的有效電感的振幅。
在感應(yīng)電壓推算部17中，使用將式(4)、(5)、(6)簡(jiǎn)化后的式(7)、(8)、(9)。簡(jiǎn)化是假定相電流值iu、iv、iw為正弦波，根據(jù)電流指令振幅ia和電流指令相位βT作成相電流iu、iv、iw而進(jìn)行的簡(jiǎn)化。
eu＝ vu+R·ia·sin(θmβT)+1.5·(la+La)·cos(θm+βT)-1.5·Las·cos(θm-βT) …(7)ev＝vv+R·ia·sin(θm+βT-120°)+1.5·(la+La)·cos(θm+βT-120°)-1.5·Las·cos(θm-βT-120°) …(8)ew＝vw+R·ia·sin(θm+βT-240°)+1.5·(la+La)·cos(θm+βT-240°)-1.5·Las·cos(θm-βT-240°) …(9)下面，說(shuō)明轉(zhuǎn)子位置速度推算部18的動(dòng)作。
轉(zhuǎn)子位置速度推算部18根據(jù)由感應(yīng)電壓推算部17推算的推算感應(yīng)電壓值eu、ev、ew推算轉(zhuǎn)子5的位置和速度。轉(zhuǎn)子位置速度推算部18通過(guò)使用感應(yīng)電壓的誤差修正它所識(shí)別的推算角度θm而收斂為真值。進(jìn)而，由此求推算速度ωm。
開(kāi)始，用以下的公式求各相的感應(yīng)電壓基準(zhǔn)值(eum、evm、ewm)。
eum＝em·sin(θm+βT)evm＝em·sin(θm+βT-120°)ewm＝em·sin(θm+βT-240°) …(10)其中，em為感應(yīng)電壓振幅值，通過(guò)使之與推算感應(yīng)電壓eu、ev、ew的振幅值一致而求出。
作成這樣求出的感應(yīng)電壓基準(zhǔn)值與感應(yīng)電壓推算值的偏差ε。如下述式(11)所示的那樣，將感應(yīng)電壓基準(zhǔn)值esm從感應(yīng)電壓推算值es中減去，則得偏差ε。其中，標(biāo)號(hào)s是表示u、v、w相中的某一相的標(biāo)號(hào)。
ε＝es-esm(s相u/v/w)…(11)如果該偏差成為0，則推算角度θm就是真值，所以，使用PI運(yùn)算等修正推算角度θm以使偏差ε成為0。另外，通過(guò)計(jì)算推算角度θm的變化值，作成推算速度ωm。
為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)速度ω*，PWM信號(hào)生成部9根據(jù)目標(biāo)速度ω*與推算速度ωm之差Δω，使用PI運(yùn)算等計(jì)算應(yīng)輸出的電壓V*。根據(jù)該電壓值V*按以下公式求應(yīng)向各相輸出的電壓V*s(s相u/v/w)。
V*u＝V*·sin(θm+βT)V*v＝V*·sin(θm+βT-120°)V*w＝V*·sin(θm+βT-240°)…(12)此外，用于輸出這樣求出的電壓V*s(s相u/v/w)的各開(kāi)關(guān)元件12u、12v、12w、12x、12y、12z的PWM信號(hào)由占空比修正部19進(jìn)行修正，并向基極驅(qū)動(dòng)器10輸出。各開(kāi)關(guān)元件12u、12v、12w、12x、12y、12z按照該修正后的PWM信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，生成正弦波的交流電流。
這樣，在本實(shí)施例中，使用推算感應(yīng)電壓值與感應(yīng)電壓基準(zhǔn)值的偏差ε作成推算角度θm，流過(guò)正弦波的相電流而實(shí)現(xiàn)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的正弦波驅(qū)動(dòng)。
下面，使用圖2～圖6說(shuō)明在流過(guò)反相器母線2a的電流中出現(xiàn)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的相電流的情況。
圖2是表示流過(guò)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的各相繞組的相電流的狀態(tài)和在每60°的電角度的各區(qū)間中流過(guò)各相繞組的電流的方向的圖。參照?qǐng)D2，在電角度0～60°的區(qū)間中，在U相繞組4u和W相繞組4w中，電流從非連結(jié)端向中性點(diǎn)流動(dòng)，在V相繞組4v中，從中性點(diǎn)向非連結(jié)端流動(dòng)(參見(jiàn)圖2(b))。另外，在電角度60～120°的區(qū)間中，在U相繞組4u中，電流從非連結(jié)端向中性點(diǎn)流動(dòng)，在V相繞組4v和W相繞組4w中，電流從中性點(diǎn)向非連結(jié)端流動(dòng)(參見(jiàn)圖2(c))。以后，在圖2(d)～(g)中，表示出了在各相的繞組中流動(dòng)的相電流的狀態(tài)隨電角度每60°變化的情況。
例如，在圖2中，考慮在電角度30°時(shí)由PWM信號(hào)生成部9生成的半個(gè)載波周期的PWM信號(hào)如圖3所示的那樣變化的情況。這里，在圖3中，信號(hào)「U」表示使上臂開(kāi)關(guān)元件12u動(dòng)作的信號(hào)、信號(hào)「V」表示使上臂開(kāi)關(guān)元件12v動(dòng)作的信號(hào)、信號(hào)「W」表示使上臂開(kāi)關(guān)元件12w動(dòng)作的信號(hào)、信號(hào)「X」表示使下臂開(kāi)關(guān)元件12x動(dòng)作的信號(hào)、信號(hào)「Y」表示使下臂開(kāi)關(guān)元件12y動(dòng)作的信號(hào)、信號(hào)「Z」表示使下臂開(kāi)關(guān)元件12z動(dòng)作的信號(hào)。這些信號(hào)以有源高態(tài)動(dòng)作。這時(shí)，在時(shí)刻①，如圖4(a)所示，在反相器母線2a中不出現(xiàn)電流，在時(shí)刻②，如圖4(b)所示，出現(xiàn)流過(guò)W相繞組4w的電流(W相電流)，在時(shí)刻③，如圖4(c)所示，出現(xiàn)流過(guò)V相繞組4v的電流(V相電流)。
作為別的例子，在圖2中，考慮在電角度30°時(shí)由PWM信號(hào)生成部9生成的半個(gè)載波周期的PWM信號(hào)如圖5所示的那樣變化的情況。這時(shí)，如圖6(a)所示，在時(shí)刻①，反相器母線2a中不出現(xiàn)電流，在時(shí)刻②，如圖6(b)所示，出現(xiàn)流過(guò)U相繞組4u的電流(U相電流)，在時(shí)刻③，如圖6(c)所示，出現(xiàn)流過(guò)V相繞組4v的電流(V相電流)。
如上所述，可知在反相器母線2a上出現(xiàn)與反相器2的開(kāi)關(guān)元件12u、12v、12w、12x、12y、12z的狀態(tài)相應(yīng)的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的相電流。
如上所述，顯然，只要能在1個(gè)載波周期內(nèi)的接近的時(shí)刻判斷二相的電流，根據(jù)下式的關(guān)系便可求出三相的電流iu、iv、iw。
iu+iv+iw＝0 …(13)但是，在圖2中，在電角度30°時(shí)由PWM信號(hào)生成部9生成的1個(gè)載波周期的PWM信號(hào)如圖7所示的那樣變化時(shí)，在時(shí)刻①，反相器母線2a上不出現(xiàn)電流，在時(shí)刻③，僅出現(xiàn)V相電流。即，這時(shí)，在1個(gè)載波周期中，只能檢測(cè)1相的電流。因此，這樣變化的PWM信號(hào)重復(fù)時(shí)，就不能求出三相的各個(gè)電流，感應(yīng)電壓推算部17不能推算感應(yīng)電壓，從而就不能進(jìn)行無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的驅(qū)動(dòng)。
為了避免發(fā)生上述情況，占空比修正部19在需要檢測(cè)流過(guò)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的各相的繞組的相電流的期間(電流檢測(cè)期間)檢驗(yàn)由PWM信號(hào)生成部9生成的PWM信號(hào)，如果該P(yáng)WM信號(hào)是不能進(jìn)行二相的相電流的檢測(cè)的信號(hào)(例如圖7所示的PWM信號(hào))時(shí)，就將該P(yáng)WM信號(hào)修正為可以可靠地檢測(cè)二相的相電流的PWM信號(hào)(例如圖3、圖5所示的PWM信號(hào))。
另外，從占空比修正部19輸出的PWM信號(hào)的占空比信息也輸入電流檢測(cè)部11。電流檢測(cè)部11判斷在反相器母線中出現(xiàn)了無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的哪一相的電流，并變換為各相的電流值。由電流檢測(cè)部11檢測(cè)的各相的檢測(cè)電流值應(yīng)用于其后的感應(yīng)電壓推算部17中進(jìn)行的感應(yīng)電壓的推算。
按照本實(shí)施例，為了使控制部6內(nèi)的‘控制環(huán)成立，在需要檢測(cè)流過(guò)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的各相的繞組的相電流時(shí)，可以不改變推算感應(yīng)電壓的算法語(yǔ)言、簡(jiǎn)單而可靠地進(jìn)行相電流檢測(cè)，利用不必在反相器與電動(dòng)機(jī)間的線間設(shè)置2個(gè)以上的電流檢測(cè)單元的廉價(jià)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)正弦波驅(qū)動(dòng)。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中，表示利用反相器控制用微電腦將實(shí)施例1的控制部6的一部分具體化的例子。圖8是表示該反相器控制用微電腦內(nèi)的定時(shí)器結(jié)構(gòu)與在PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中輸出的反相器控制信號(hào)的關(guān)系的圖。
這種定時(shí)通常在反相器控制用微電腦中是標(biāo)準(zhǔn)裝備的，對(duì)每個(gè)PWM信號(hào)的載波頻率反復(fù)進(jìn)行升降計(jì)數(shù)，在達(dá)到載波頻率決定值時(shí)，就從上升計(jì)數(shù)變換為下降計(jì)數(shù)。定時(shí)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到各相的占空比決定值時(shí)，該相的PWM信號(hào)就反相。在圖8中，由于V相占空比決定值與載波頻率決定值相同，所以，信號(hào)「V」維持截止?fàn)顟B(tài)，信號(hào)「Y」維持導(dǎo)通狀態(tài)。各相的占空比決定值在定時(shí)器從下降計(jì)數(shù)變換為上升計(jì)數(shù)時(shí)發(fā)生變更，從而發(fā)生各相指定的輸出電壓。
圖9是用于說(shuō)明本實(shí)施例的占空比修正部19的動(dòng)作的圖。這里，圖中所示的箭頭20表示反相器控制用微電腦的交流取樣期間，表示由電流檢測(cè)部11檢測(cè)流過(guò)反相器母線2a的電流的期間(電流檢測(cè)期間)。交流取樣期間就是從反相器母線電流變化的時(shí)刻開(kāi)始經(jīng)過(guò)了取樣所需要的指定時(shí)間的期間。考慮得到由PWM信號(hào)生成部9輸出圖9(a)所示的PWM圖形(信號(hào)「U」～信號(hào)「Z」)的運(yùn)算結(jié)果的情況。這時(shí)，成為2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)③的期間比交流取樣期間20短的狀態(tài)。這時(shí)，由圖4可知，該期間不能正確地檢測(cè)在反相器母線2a上出現(xiàn)的V相的電流。因此，占空比修正部19修正PWM信號(hào)的占空比的值，以使各相的占空比決定值大于主要在微電腦的交流取樣期間決定的值。例如，占空比修正部19將圖9(a)的U相占空比決定值修正為如圖9(b)所示的那樣使2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)③的期間比交流取樣期間即電流檢測(cè)期間長(zhǎng)。
另外，使用圖10說(shuō)明本實(shí)施例的占空比修正部19的其他動(dòng)作。例如，考慮得到由PWM信號(hào)生成部9輸出圖10(a)所示的PWM圖形的運(yùn)算結(jié)果的情況。這時(shí)，成為僅1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)②的期間比交流取樣期間20短的狀態(tài)。這時(shí)，由圖4可知，該期間不能正確地檢測(cè)在反相器母線2a中出現(xiàn)的W相的電流。因此，占空比修正部19分別修正U相占空比決定值和W相占空比決定值，使定時(shí)②的期間比交流取樣期間20長(zhǎng)。在圖10(b)中，為了確保比取樣期間20長(zhǎng)的定時(shí)②的期間，將對(duì)定時(shí)②的所需期間的不足部分的1/2的期間，則對(duì)U相占空比決定值修正為占空比減小，而對(duì)W相占空比決定值修正為增大。修正的這種做法是一例，也可以將對(duì)定時(shí)②的所需期間不足的部分僅對(duì)U相占空比決定值修正為占空比減小，或者僅對(duì)W相占空比決定值修正為占空比增大。
按照本實(shí)施例，在進(jìn)行占空比的變更時(shí)(在上述說(shuō)明中定時(shí)器從下降計(jì)數(shù)變換為上升計(jì)數(shù)時(shí))，檢驗(yàn)1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的期間，在需要時(shí)進(jìn)行占空比的修正，所以，利用在PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中變更1次占空比的簡(jiǎn)單的算法語(yǔ)言便可可靠地進(jìn)行相電流檢測(cè)。
實(shí)施例3圖11是用于說(shuō)明占空比修正部19的不同的動(dòng)作的圖。得到由PWM信號(hào)生成部9輸出圖12(a)所示的PWM圖形的運(yùn)算結(jié)果時(shí)，就成為2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)③的期間比交流取樣時(shí)間20短的狀態(tài)，由圖4可知，該期間不能正確地檢測(cè)在反相器母線2a中出現(xiàn)的V相的電流。因此，由占空比修正部19將占空比修正為在PWM信號(hào)的載波半周期中各相的占空比決定值大于由微電腦的交流取樣時(shí)間決定的值。即，圖11(a)所示的U相占空比決定值在定時(shí)器進(jìn)行升降計(jì)數(shù)的PWM信號(hào)的載波半周期中進(jìn)行修正，如圖11(b)所示，修正為2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)③的期間比交流取樣時(shí)間長(zhǎng)。
下面，使用圖12說(shuō)明本實(shí)施例的占空比修正部19的別的動(dòng)作。例如，考慮得到由PWM信號(hào)生成部9輸出圖12(a)所示的PWM圖形的運(yùn)算結(jié)果的情況。這時(shí)，成為1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)②的期間比交流取樣期間20短的狀態(tài)。這時(shí)，由圖6可知，該期間不能正確地檢測(cè)在反相器母線中出現(xiàn)的U相的電流。因此，由占空比修正部19在PWM信號(hào)的載波周期的半周期中修正U相占空比決定值和W相占空比決定值，圖12(b)所示，修正為在定時(shí)器進(jìn)行升降計(jì)數(shù)的PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)②的期間比交流取樣時(shí)間長(zhǎng)。在圖12(b)中，為了確保比取樣期間20長(zhǎng)的定時(shí)②的期間，通過(guò)將對(duì)定時(shí)②的所需期間的不足部分的1/2的期間，則對(duì)U相占空比決定值修正為占空比減小，而對(duì)W相占空比決定值修正為增大。修正的這種做法是一例，也可以將對(duì)定時(shí)②的所需期間不足的部分僅對(duì)U相占空比決定值修正為占空比減小，或者僅對(duì)W相占空比決定值修正為占空比增大。
按照本實(shí)施例，定時(shí)器將占空比的變更增加為從下降計(jì)數(shù)變換為上升計(jì)數(shù)時(shí)和從上升計(jì)數(shù)變換為下降計(jì)數(shù)時(shí)的2次，檢驗(yàn)在PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的期間和2個(gè)通電的期間，在需要時(shí)進(jìn)行占空比的修正，所以，可以減小PWM信號(hào)的修正量，從而可以簡(jiǎn)單而可靠地進(jìn)行相電流檢測(cè)，同時(shí)，可以抑制由于占空比的修正而引起的相電流紊亂等影響。
實(shí)施例4圖13是用于說(shuō)明占空比修正部19的不同的動(dòng)作的圖。得到由PWM信號(hào)生成部9輸出圖13(a)所示的PWM圖形的運(yùn)算結(jié)果時(shí)，就成為1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)②的期間比交流取樣時(shí)間20短的狀態(tài)，由圖4可知，該期間不能正確地檢測(cè)在反相器母線2a中出現(xiàn)的W相的電流。
因此，占空比修正部19在PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中修正U相占空比決定值和W相占空比決定值，如圖13(b)所示的那樣，使在定時(shí)器進(jìn)行上升計(jì)數(shù)的PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)②的期間比交流取樣時(shí)間長(zhǎng)。在圖13(b)中，通過(guò)將對(duì)定時(shí)②的所需期間的不足部分的1/2的期間，則對(duì)U相占空比決定值修正為占空比減小，而對(duì)W相占空比決定值修正為增大，確保定時(shí)②的期間。另外，在定時(shí)器進(jìn)行下降計(jì)數(shù)的PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中，修正在定時(shí)器進(jìn)行上升計(jì)數(shù)的半個(gè)載波周期中已修正過(guò)的占空比。對(duì)于U相占空比決定值，增加在修正時(shí)減小的占空比的量，對(duì)于W相占空比決定值，則減去在修正時(shí)增大的占空比的量。
按照本實(shí)施例，定時(shí)器將占空比的變更增加為從下降計(jì)數(shù)變換為上升計(jì)數(shù)時(shí)和從上升計(jì)數(shù)變換為下降計(jì)數(shù)時(shí)的2次，檢驗(yàn)在PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的期間和2個(gè)通電的期間，在需要時(shí)進(jìn)行占空比的修正，在其余的載波半周期中，修正在進(jìn)行占空比修正時(shí)增減的量。因此，可以去掉在PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中的變更量，從而可以簡(jiǎn)單而可靠地進(jìn)行相電流檢測(cè)，同時(shí)可以排除相電流的紊亂。
實(shí)施例5圖14是用于說(shuō)明占空比修正部19的不同的動(dòng)作的圖。在得到由PWM信號(hào)生成部9輸出圖14(a)所示的PWM圖形的運(yùn)算結(jié)果時(shí)，就成為2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)③的期間比交流取樣期間20短的狀態(tài)，由圖4可知，該期間不能正確地檢測(cè)在反相器母線中出現(xiàn)的V相的電流。
因此，占空比修正部19修正占空比，以使各相的占空比決定值比主要由微電腦的交流取樣時(shí)間決定的值大。如圖14(b)所示，在第1次的載波周期中，修正U相占空比決定值，使2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)③的期間比交流取樣時(shí)間長(zhǎng)。另外，在第2次的載波周期中，減去在第1次的載波周期中進(jìn)行U相占空比決定值的修正時(shí)增大的占空比的量(結(jié)果等于無(wú)開(kāi)關(guān))。
圖15是用于說(shuō)明在本實(shí)施例中定時(shí)②的期間短而不充分時(shí)的占空比修正的圖。得到由PWM信號(hào)生成部9輸出圖15(a)所示的PWM圖形的運(yùn)算結(jié)果時(shí)，就成為1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)②的期間比交流取樣時(shí)間20短的狀態(tài)。由圖4可知，該期間不能正確地檢測(cè)在反相器母線中出現(xiàn)的W相的電流。
因此，占空比修正部19在圖15(b)的第1次的載波周期中，修正U相占空比決定值和W相占空比決定值，使1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)②的期間比交流取樣時(shí)間長(zhǎng)。在圖15(b)中，通過(guò)將對(duì)定時(shí)②的所需期間的不足部分的1/2的期間，則對(duì)U相占空比決定值修正為占空比減小，而對(duì)W相占空比決定值修正為增大，確保定時(shí)②的期間。另外，在第2次的載波周期中，增加在第1次的載波周期中進(jìn)行U相占空比決定值的修正時(shí)減小的占空比的量，而對(duì)W相占空比決定值則減去修正時(shí)增大的占空比的量。
按照本實(shí)施例，在進(jìn)行占空比的變更時(shí)(在上述說(shuō)明中定時(shí)器從下降計(jì)數(shù)變換為上升計(jì)數(shù)時(shí))，檢驗(yàn)1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的期間，在需要時(shí)進(jìn)行占空比的修正，所以，利用在PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中變更1次占空比的簡(jiǎn)單的算法語(yǔ)言便可可靠地進(jìn)行相電流檢測(cè)。
另外，由于在進(jìn)行了占空比的修正的載波周期的下一個(gè)載波周期中，修正在占空比修正時(shí)增減的占空比，所以，可以盡可能降低2個(gè)載波周期中的變更量，從而可以降低相電流的紊亂。在第2次的載波周期中執(zhí)行推算感應(yīng)電壓的算法語(yǔ)言時(shí)，也可以利用在第1次的載波周期中檢測(cè)的相電流值進(jìn)行運(yùn)算。
實(shí)施例6圖16是用于說(shuō)明占空比修正部19的不同的動(dòng)作的圖。在得到由PWM信號(hào)生成部9輸出圖16(a)所示的PWM圖形的運(yùn)算結(jié)果時(shí)，就成為1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)②的期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)③的期間比交流取樣時(shí)間20短的狀態(tài)，由圖4可知，這些期間不能正確地檢測(cè)在反相器母線2a上出現(xiàn)的W相的電流和V相的電流。
因此，占空比修正部19修正U相占空比決定值和W相占空比決定值，如圖16(b)所示的那樣，使第1次的載波周期的前半周期中1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)②的期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的定時(shí)③的期間比交流取樣時(shí)間長(zhǎng)。另外，在第2次的載波周期中，對(duì)U相占空比決定值減去在第1次的載波周期中修正時(shí)增大的占空比的量(結(jié)果等于無(wú)開(kāi)關(guān))，對(duì)W相占空比決定值減去修正時(shí)增大的占空比的量。
按照本實(shí)施例，定時(shí)器將占空比的變更增加為從下降計(jì)數(shù)變換為上升計(jì)數(shù)時(shí)和從上升計(jì)數(shù)變換為下降計(jì)數(shù)時(shí)的2次，檢驗(yàn)在PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的期間和2個(gè)通電的期間，在需要時(shí)進(jìn)行占空比的修正，所以，可以減小PWM信號(hào)的修正量，從而可以簡(jiǎn)單而可靠地進(jìn)行相電流檢測(cè)。
另外，在減小占空比的修正的載波周期的下一個(gè)周期中，修正在占空比修正時(shí)增減的占空比的量，所以，可以比實(shí)施例5進(jìn)一步降低2個(gè)載波周期中的變更量，從而可以排除相電流的紊亂。
實(shí)施例7在本實(shí)施例中，執(zhí)行在實(shí)施例5和實(shí)施例6的第2次的載波周期中推算感應(yīng)電壓的算法語(yǔ)言。這時(shí)，利用在第1次的載波周期中檢測(cè)的相電流值進(jìn)行感應(yīng)電壓的推算運(yùn)算。這樣，由于對(duì)每個(gè)PWM信號(hào)的載波周期進(jìn)行感應(yīng)電壓推算和轉(zhuǎn)子位置速度推算的運(yùn)算，所以，可以提高控制性，從而可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
實(shí)施例8圖17表示本實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。在本實(shí)施例中，進(jìn)而在控制部6中設(shè)置了判斷無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的負(fù)載狀態(tài)的負(fù)載判斷部21。占空比修正部19按照負(fù)載判斷部21的判斷結(jié)果，切換動(dòng)作模式而動(dòng)作。具體而言，占空比修正部19將進(jìn)行實(shí)施例2所示的占空比修正部19的動(dòng)作的模式作為第1動(dòng)作模式，將進(jìn)行實(shí)施例5所示的占空比修正部19的動(dòng)作的模式作為第2動(dòng)作模式。在負(fù)載判斷部21判定負(fù)載狀態(tài)為「重負(fù)載」時(shí)，占空比修正部19就以第1動(dòng)作模式而動(dòng)作，在判定負(fù)載狀態(tài)為「輕負(fù)載」時(shí)，就以第2動(dòng)作模式而動(dòng)作。
圖18是將無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流波形22與表示電角度1周期中的載波周期的信號(hào)23一起表示的圖。圖18(a)表示無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3高速轉(zhuǎn)動(dòng)即在重負(fù)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的情況，圖18(b)表示低速轉(zhuǎn)動(dòng)即在輕負(fù)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的情況。由圖18(b)可知，電動(dòng)機(jī)在輕負(fù)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每1載波周期的電流變化量減小，由圖18(a)可知，電動(dòng)機(jī)在重負(fù)載狀態(tài)時(shí)每1載波周期的電流變化量增大。另外，電動(dòng)機(jī)在輕負(fù)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，得到圖16(a)所示的PWM輸出的情況比在重負(fù)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)頻繁。
電動(dòng)機(jī)在輕負(fù)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即使將每1載波周期的電流檢測(cè)周期減小為載波周期的1/2周期，每次檢測(cè)的電流值也變化不大。這樣，電動(dòng)機(jī)在輕負(fù)載狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，便可盡可能減小PWM信號(hào)的占空比的變更量，進(jìn)行優(yōu)先使正弦波電流不發(fā)生畸變的控制。
按照本實(shí)施例，從輕負(fù)載即低速轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)到重負(fù)載即高速轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)都可以實(shí)現(xiàn)利用沒(méi)有電流畸變的正弦波電流的穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
實(shí)施例9本實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)具有與圖17所示的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。即，在本實(shí)施例中，在控制部6中設(shè)置了判斷無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的負(fù)載狀態(tài)的負(fù)載判斷部21。占空比修正部19將進(jìn)行實(shí)施例3所示的占空比修正部19的動(dòng)作的模式作為第1動(dòng)作模式，將進(jìn)行實(shí)施例6所示的占空比修正部19的動(dòng)作的模式作為第2動(dòng)作模式。在負(fù)載判斷部21判定負(fù)載狀態(tài)為重負(fù)載時(shí)，占空比修正部19就以第1動(dòng)作模式而動(dòng)作，在判定負(fù)載狀態(tài)為輕負(fù)載時(shí)，就以第2動(dòng)作模式而動(dòng)作。
表示的動(dòng)作原理與實(shí)施例8相同，從輕負(fù)載即低速轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)到重負(fù)載即高速轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)都可以實(shí)現(xiàn)利用沒(méi)有電流畸變的正弦波電流的穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
實(shí)施例10在本實(shí)施例中，感應(yīng)電壓推算部17執(zhí)行在實(shí)施例8和實(shí)施例9的負(fù)載判斷部21判定為輕負(fù)載時(shí)第2次的載波周期中推算感應(yīng)電壓的算法語(yǔ)言。這時(shí)，利用在第1次的載波周期中檢測(cè)的相電流值進(jìn)行感應(yīng)電壓的推算運(yùn)算。這樣，由于對(duì)每個(gè)PWM信號(hào)的載波周期進(jìn)行感應(yīng)電壓推算和轉(zhuǎn)子位置速度推算的運(yùn)算，所以，可以提高控制性，從而可以實(shí)現(xiàn)比實(shí)施例8和實(shí)施例9更穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
實(shí)施例11說(shuō)明實(shí)施例8～實(shí)施例10中負(fù)載判斷部21進(jìn)行的判斷。具體而言，負(fù)載判斷部21的判斷，根據(jù)由PWM信號(hào)生成部9生成的PWM信號(hào)的占空比值進(jìn)行。即，由PWM信號(hào)生成部9生成的PWM信號(hào)的占空比值在電角度的一周期中的最大值小于閾值時(shí)，就判定負(fù)載狀態(tài)為「輕負(fù)載」。
圖19是表示由PWM信號(hào)生成部9生成的PWM信號(hào)的占空比值隨各電角度的劃分而變化的情況的圖。例如，U相的占空比值在電角度60°和120°時(shí)成為最大值，就用這時(shí)的值進(jìn)行負(fù)載狀態(tài)的判斷。
按照本實(shí)施例，使用在控制部6內(nèi)運(yùn)算的值就可以進(jìn)行負(fù)載狀態(tài)的判斷，所以，外部不必增加多余的負(fù)載檢測(cè)裝置。在本實(shí)施例中，將PWM信號(hào)的占空比在電角度1周期中的最大值與閾值進(jìn)行比較，但是，顯然，也可以使用電角度1周期中的平均值或?yàn)V波器運(yùn)算值等。
另外，在本實(shí)施例中，將由PWM信號(hào)生成部9生成的PWM信號(hào)的占空比值在電角度1周期中的最大值用于進(jìn)行負(fù)載狀態(tài)的判斷，但是，也可以將由轉(zhuǎn)子位置速度檢測(cè)部18得到的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)數(shù)或由電流檢測(cè)部11得到的相電流值用于進(jìn)行負(fù)載狀態(tài)的判斷。這樣，需要的結(jié)構(gòu)和控制性也沒(méi)有任何問(wèn)題。
另外，本實(shí)施例的負(fù)載判斷部21進(jìn)行是否為輕負(fù)載的判斷時(shí)，如果如圖20所示的那樣設(shè)置滯后時(shí)，可以進(jìn)一步提高在切換輕負(fù)載狀態(tài)下的控制與重負(fù)載狀態(tài)下的控制附近的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性。
實(shí)施例12圖21表示利用上述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的冷凍裝置的結(jié)構(gòu)例。在本冷凍裝置中，作為進(jìn)行制冷劑的壓縮的壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，使用上述實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
冷凍裝置除了上述某一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置100和壓縮機(jī)82外，還具有由第1機(jī)組92和第2機(jī)組95構(gòu)成的冷凍循環(huán)。第1機(jī)組92由熱交換器94和送風(fēng)機(jī)93構(gòu)成，第2機(jī)組95由熱交換器96、送風(fēng)機(jī)97和膨脹閥98構(gòu)成。第1機(jī)組92用于將冷凍庫(kù)99內(nèi)冷卻。
在冷凍循環(huán)中，循環(huán)著作為熱媒體的制冷劑。制冷劑由壓縮機(jī)82進(jìn)行壓縮，由熱交換器96利用送風(fēng)機(jī)97的送來(lái)的風(fēng)與冷凍庫(kù)99外的空氣進(jìn)行熱交換而放熱，由熱交換器94利用送風(fēng)機(jī)93送來(lái)的風(fēng)與冷凍庫(kù)99內(nèi)的空氣進(jìn)行熱交換而吸熱。通過(guò)這樣的循環(huán)，將冷凍庫(kù)99內(nèi)冷卻。在以上的冷凍循環(huán)中，利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置100驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)82。
(發(fā)明的效果)按照本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，利用在反相器與電動(dòng)機(jī)間的線間至少不設(shè)置2個(gè)以上的電流檢測(cè)單元的廉價(jià)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)正弦波驅(qū)動(dòng)。
另外，通過(guò)在以后的時(shí)刻修正為了根據(jù)反相器母線電流檢測(cè)電動(dòng)機(jī)相電流而修正過(guò)的PWM信號(hào)的占空比的增減量，可以盡可能使正弦波電流不發(fā)生畸變，所以，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中，可以實(shí)現(xiàn)達(dá)到低噪音化和低振動(dòng)化的效果。
另外，在判定電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)為輕負(fù)載時(shí)，通過(guò)使根據(jù)反相器母線電流檢測(cè)電動(dòng)機(jī)相電流的動(dòng)作在載波周期的1/2周期中進(jìn)行，可以達(dá)到進(jìn)行從低速轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)正弦波電流不發(fā)生畸變的穩(wěn)定的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的效果。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于具有包括多個(gè)由配置在高壓側(cè)的上臂開(kāi)關(guān)元件和配置在低壓側(cè)的下臂開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件對(duì)并通過(guò)各開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作將直流電壓變換為所希望的頻率和電壓的交流電壓而作為驅(qū)動(dòng)電壓供給三相電動(dòng)機(jī)的反相器、檢測(cè)流過(guò)反相器的母線的電流的電流檢測(cè)單元、根據(jù)所述反相器輸出的電壓值和由所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)的電流值推算所述電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電壓的感應(yīng)電壓推算單元、根據(jù)推算的感應(yīng)電壓推算值推算所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極位置的轉(zhuǎn)子位置速度檢測(cè)單元、根據(jù)推算的轉(zhuǎn)子磁極位置的信息生成控制所述反相器的各開(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作的PWM信號(hào)的PWM信號(hào)生成單元、和修正由所述PWM信號(hào)生成單元生成的PWM信號(hào)的占空比的占空比修正單元，該占空比修正單元將由所述PWM信號(hào)生成單元生成的PWM信號(hào)的占空比值修正為在所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的期間PWM信號(hào)不變化的占空比值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述占空比修正單元將占空比值修正為在所述PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中所述反相器的上臂的開(kāi)關(guān)元件僅1個(gè)通電的第1期間和上臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間可以確保電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間，所述電流檢測(cè)單元將第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)所述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述占空比修正單元將占空比值修正為在所述PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中所述反相器的上臂的開(kāi)關(guān)元件僅1個(gè)通電的第1期間和上臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間可以確保所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間，所述電流檢測(cè)單元將第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)所述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述占空比修正單元修正占空比值，以使在所述PWM信號(hào)的一個(gè)載波周期中的半個(gè)載波周期中反相器的上臂的開(kāi)關(guān)元件僅1個(gè)通電的第1期間和上臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間確保所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間，同時(shí)，在其余的半個(gè)載波周期中修正已修正過(guò)的占空比的增減量，所述電流檢測(cè)單元將第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)所述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述占空比修正單元修正占空比值，以使在所述PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中反相器的上臂的開(kāi)關(guān)元件僅1個(gè)通電的第1期間和上臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間確保所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)電流的時(shí)間，同時(shí)，在下一個(gè)載波周期中修正已修正過(guò)的占空比的增減量，所述電流檢測(cè)單元將確保了電流檢測(cè)時(shí)間的第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)所述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述占空比修正單元修正占空比值，以使在所述PWM信號(hào)的載波周期中的半個(gè)載波周期中的反相器的上臂的開(kāi)關(guān)元件僅1個(gè)通電的第1期間和上臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間確保所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)電流的時(shí)間，在下1個(gè)載波周期中修正已修正過(guò)的占空比的增減量，所述電流檢測(cè)單元將確保了電流檢測(cè)時(shí)間的第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)所述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述感應(yīng)電壓推算單元在已修正了占空比的增減量的載波周期中使用在前次的載波周期中檢測(cè)的相電流進(jìn)行感應(yīng)電壓的推算。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于還包括判斷電動(dòng)機(jī)的負(fù)載狀態(tài)的負(fù)載判斷單元，所述占空比修正單元根據(jù)所述負(fù)載判斷單元的判斷結(jié)果在判定為重負(fù)載時(shí)就切換到第1模式而動(dòng)作，在判定為輕負(fù)載時(shí)就切換到第2模式而動(dòng)作，所述第1模式就是在控制所述反相器的PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中所述反相器的1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第1期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間修正為確保所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間的占空比值從而所述電流檢測(cè)單元將第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)所述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流的模式，所述第2模式就是所述占空比修正單元在控制所述PWM信號(hào)的1個(gè)載波周期中所述反相器的1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第1期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間修正為確保所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間的占空比值、同時(shí)在下一個(gè)載波周期中修正已修正過(guò)的占空比的增減量，從而所述電流檢測(cè)單元將確保了檢測(cè)時(shí)間的第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)所述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流的模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于還包括判斷電動(dòng)機(jī)的負(fù)載狀態(tài)的負(fù)載判斷單元，所述占空比修正單元根據(jù)所述負(fù)載判斷單元的判斷結(jié)果在判定為重負(fù)載時(shí)就切換到第1模式而動(dòng)作，在判定為輕負(fù)載時(shí)就切換到第2模式而動(dòng)作，所述第1模式是所述占空比修正單元在控制所述反相器的PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中的所述反相器的1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第1期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間修正為確保所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間的占空比值，從而電流檢測(cè)單元將第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)所述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流的模式，所述第2模式是所述占空比修正單元在控制所述反相器的PWM信號(hào)的半個(gè)載波周期中所述反相器的1個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第1期間和2個(gè)上臂開(kāi)關(guān)元件通電的第2期間修正為確保所述電流檢測(cè)單元檢測(cè)反相器母線電流的時(shí)間的占空比值、同時(shí)在下一個(gè)載波周期中修正已修正過(guò)的占空比的增減量，從而所述電流檢測(cè)單元將確保了檢測(cè)時(shí)間的第1期間和第2期間檢測(cè)的反相器母線電流變換為分別流過(guò)所述電動(dòng)機(jī)的三相的相電流的模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述感應(yīng)電壓推算單元在所述第2模式中修正占空比的增減量的載波周期中使用在前次的載波周期中檢測(cè)的相電流進(jìn)行感應(yīng)電壓的推算。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述負(fù)載判斷單元使用PWM信號(hào)的占空比值的大小判斷負(fù)載狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述負(fù)載判斷單元使用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)判斷負(fù)載狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述負(fù)載判斷單元使用由所述電流檢測(cè)單元得到的電流值判斷負(fù)載狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于在所述第1模式與所述第2模式的切換中，設(shè)置滯后。
15.一種冷凍裝置，其特征在于將權(quán)利要求1～權(quán)利要求6以及權(quán)利要求8和權(quán)利要求9中的任一權(quán)利要求所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置作為壓縮制冷劑的壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置使用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和使用其的冷凍裝置，可用廉價(jià)的結(jié)構(gòu)正確檢測(cè)相電流，從低速區(qū)到高速區(qū)可進(jìn)行良好的驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置具有反相器(2)、檢測(cè)反相器母線電流的電流檢測(cè)部(11)、根據(jù)反相器的輸出電壓值和電流檢測(cè)部檢測(cè)的電流值推算電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電壓的感應(yīng)電壓推算部(17)、根據(jù)推算的感應(yīng)電壓推算值推算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置速度檢測(cè)部(18)、根據(jù)推算的轉(zhuǎn)子位置的信息生成控制反相器的PWM信號(hào)的PWM信號(hào)生成部(9)和修正由PWM信號(hào)生成部(9)生成的PWM信號(hào)的占空比的占空比修正部(19)。占空比修正部(19)將由PWM信號(hào)生成部(9)生成的PWM信號(hào)的占空比修正為在電流檢測(cè)部檢測(cè)反相器母線電流的期間使PWM信號(hào)不發(fā)生變化的占空比。
文檔編號(hào)H02P6/16GK1426163SQ02155890
公開(kāi)日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月14日
發(fā)明者松城英夫, 松井敬三, 河地光夫 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社