專利名稱：電動(dòng)機(jī)控制裝置、洗衣機(jī)及電動(dòng)機(jī)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及矢量控制電動(dòng)機(jī)并且在輸出調(diào)制為正弦波狀的電壓的情況 下實(shí)施使其調(diào)制度超過(guò)1.0的過(guò)調(diào)制控制的電動(dòng)機(jī)控制裝置、以及具備該電 動(dòng)機(jī)控制裝置的洗衣機(jī)及電動(dòng)機(jī)控制方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，通過(guò)矢量控制電動(dòng)機(jī)、能夠得到降低消耗電力或?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)的
降低等的效果的技術(shù)已經(jīng)普及。此外，在此情況下，還組合不使用霍爾IC
等位置傳感器推定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)位置來(lái)驅(qū)動(dòng)的方式即無(wú)傳感器 控制方式的情況也變多(無(wú)傳感器矢量控制)。
另一方面，有在使電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的情況下、通過(guò)進(jìn)行使正弦波狀的
施加電壓的調(diào)制度超過(guò)1.0的過(guò)調(diào)制控制、使有效輸出電壓增大并且使輸出
電流減少來(lái)實(shí)現(xiàn)銅損的降低、降低消耗電力的技術(shù)(例如參照日本特許公
開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2005-160183號(hào)公報(bào))。
這里，如果設(shè)想在無(wú)傳感器矢量控制中組合過(guò)調(diào)制控制，則會(huì)發(fā)生如 下的問(wèn)題。在過(guò)調(diào)制控制中，輸出電壓成為正弦波加上畸變后的波形，結(jié) 果，高次諧波成分在輸出電壓、還有輸出電流中發(fā)生。此外，在無(wú)傳感器 矢量控制中，由于上述輸出電壓、輸出電流在運(yùn)算轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的過(guò)程 中被取入，所以如果在過(guò)調(diào)制控制的執(zhí)行期間中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)位置推定，則高 次諧波成分給其推定結(jié)果帶來(lái)影響。
進(jìn)而，由于基于上述推定結(jié)果進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的速度控制及電流控制，所 以高次諧波成分在控制系統(tǒng)中循環(huán)，控制變得不穩(wěn)定，結(jié)果，根據(jù)情況， 電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)有可能停止。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，其目的是提供一種即使在將無(wú)傳感
器矢量控制與過(guò)調(diào)制控制組合的情況下也能夠使電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制穩(wěn)定的 電動(dòng)機(jī)控制裝置、以及具備該電動(dòng)機(jī)控制裝置而成的洗衣機(jī)及電動(dòng)機(jī)控制 方法。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于，具備輸出電壓調(diào)制單元，為 了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而輸出調(diào)制為正弦波狀的電壓；調(diào)制度設(shè)定單元，能夠?qū)⑸?述輸出電壓的調(diào)制度設(shè)定為超過(guò)1.0;電流檢測(cè)單元，檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)中流 動(dòng)的電流；矢量控制單元，將由該電流檢測(cè)單元檢測(cè)到的電流分離為d軸 電流和q軸電流，將這些各電流成分控制成與基于旋轉(zhuǎn)速度指令的電流指 令值一致；以及旋轉(zhuǎn)位置推定單元，推定該矢量控制單元的控制中使用的、 上述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度及轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，上述旋轉(zhuǎn)位置推定單元具備使 在推定的過(guò)程中求出的d軸感應(yīng)電壓平滑化的濾波器，基于由該濾波器平 滑化的d軸感應(yīng)電壓推定上述旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)位置。
艮P，在旋轉(zhuǎn)位置推定單元中，如果通過(guò)輸出電壓、輸出電流及電動(dòng)機(jī) 常數(shù)運(yùn)算推定d軸感應(yīng)電壓，則成為基于d軸感應(yīng)電壓推定旋轉(zhuǎn)速度及旋 轉(zhuǎn)位置，所以如果在輸出電壓及輸出電流中添加高次諧波成分，則其影響 會(huì)波及到d軸感應(yīng)電壓的運(yùn)算結(jié)果，所以旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)位置的推定變得 不穩(wěn)定。所以，如果如上述那樣構(gòu)成，則通過(guò)調(diào)制度設(shè)定單元的調(diào)制度的 設(shè)定執(zhí)行過(guò)調(diào)制控制，即使在對(duì)輸出電壓及輸出電流施加了高次諧波成分 的情況下，在旋轉(zhuǎn)位置推定單元中也通過(guò)濾波器的作用將高次諧波成分從d 軸感應(yīng)電壓的運(yùn)算結(jié)果中除去而平滑化，所以能夠推定旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)位 置。
此外，根據(jù)本發(fā)明的洗衣機(jī)，由于具備上述電動(dòng)機(jī)控制裝置，所以在 控制洗衣機(jī)中使用的電動(dòng)機(jī)的情況下能夠適用本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明的一實(shí)施例，是表示電動(dòng)機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。 圖2是表示內(nèi)裝在旋轉(zhuǎn)位置推定部中的數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)的圖。 圖3 (a)、圖3 (b)是表示調(diào)制度不同的情況下的相電壓波形，圖3 (c)是表示關(guān)于圖3 (a)、圖3 (b)的波形的頻譜的圖。 圖4是滾筒式洗漆干燥機(jī)的縱剖側(cè)視圖。
圖5是表示洗滌干燥機(jī)的熱泵循環(huán)的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖4是滾筒式(橫軸 型)洗滌干燥機(jī)的縱剖側(cè)視圖，將水槽2配設(shè)在外箱1的內(nèi)部中，將旋轉(zhuǎn) 槽(滾筒、干燥室)3配設(shè)在水槽2的內(nèi)部。上述水槽2及旋轉(zhuǎn)槽3都成圓 筒狀，在前側(cè)(圖中左側(cè))的端面部分別具有開(kāi)口部4、 5，將水槽2的開(kāi) 口部4經(jīng)由波紋管7連接到形成于外箱1的前面部的洗滌物取放用的開(kāi)口 部6。門8可開(kāi)閉地設(shè)置外箱1的開(kāi)口部6上。
孔9形成在旋轉(zhuǎn)槽3的周側(cè)部(主體部)的大致整個(gè)區(qū)域(僅圖示例 一部分)。該孔9在洗滌時(shí)及脫水時(shí)作為通水孔發(fā)揮功能，在干燥時(shí)作為通 風(fēng)孔發(fā)揮功能。在水槽2中，在前側(cè)端面部的上部(比上述開(kāi)口部4靠上 方的部分)形成有暖風(fēng)出口 10，在后側(cè)端面部的上部形成有暖風(fēng)入口 11。 此外，排水口 12形成在水槽2的底部的最后部，通過(guò)將排水閥13在水槽2 之外連接到該排水口 12，再將排水軟管14連接到排水閥13，而將水槽2 內(nèi)的水排出到機(jī)外。
加強(qiáng)部件15安裝在旋轉(zhuǎn)槽3的后側(cè)端面部的背面，旋轉(zhuǎn)軸16安裝在 加強(qiáng)部件15的中心部并向后方突出。多個(gè)暖風(fēng)導(dǎo)入孔17形成在旋轉(zhuǎn)槽3 的后側(cè)端面部的中心部周圍。
軸承殼體18安裝在水槽2的后側(cè)端面部的中心部，上述旋轉(zhuǎn)軸16插 通在軸承殼體18的中心部中，受軸承19、 20可旋轉(zhuǎn)地支撐。此外，由此， 旋轉(zhuǎn)槽3在與水槽2同軸狀態(tài)下被可旋轉(zhuǎn)地支撐。另外，水槽2通過(guò)未圖 示的吊架彈性支撐在外箱1上。水槽2的支撐形態(tài)為其軸向是遍及前后方 向(圖中左右方向)的橫軸狀、并且軸的前方朝上而傾斜的狀態(tài)，如上述 那樣支撐在水槽2上的旋轉(zhuǎn)槽3也為同樣的形態(tài)。
電動(dòng)機(jī)21的定子22安裝在軸承殼體18的外周側(cè)，轉(zhuǎn)子23安裝在旋 轉(zhuǎn)軸16的后端部，從外側(cè)對(duì)置于定子22。因而，電動(dòng)機(jī)21是外轉(zhuǎn)子形的 無(wú)刷DC電動(dòng)機(jī)，使旋轉(zhuǎn)槽3以旋轉(zhuǎn)軸16為中心以直接驅(qū)動(dòng)方式旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
暖風(fēng)蓋24安裝在水槽2的后側(cè)端面部的內(nèi)側(cè)。多個(gè)較大的暖風(fēng)導(dǎo)入口 25相對(duì)于加強(qiáng)部件15形成在安裝有旋轉(zhuǎn)軸16的中心部的周圍。并且，將密封部件26安裝在上述部分的外周部而壓接在暖風(fēng)蓋24的前面。由此， 暖風(fēng)通路27構(gòu)成為，從暖風(fēng)入口 11向暖風(fēng)導(dǎo)入口 25氣密地連通。
臺(tái)板29經(jīng)由多個(gè)襯墊28配置在水槽2的下方(外箱1的底面上)，通 風(fēng)管道30配置在臺(tái)板29上。該通風(fēng)管道30在前端部的上部具有吸風(fēng)口 31 ， 上述水槽2的暖風(fēng)出口 10經(jīng)由回風(fēng)管道32及連接軟管33連接在吸風(fēng)口 31 上。另外，回風(fēng)管道32配管為，使其繞過(guò)上述波紋管7的左側(cè)。
循環(huán)用送風(fēng)機(jī)34的殼體35連接在通風(fēng)管道30的后端部，該殼體35 的出口部36經(jīng)由連接軟管37及給風(fēng)管道38連接于水槽2的暖風(fēng)入口 11。 另外，給風(fēng)管道38配管為，使其繞過(guò)電動(dòng)機(jī)21的左側(cè)。
并且，將上述水槽2的暖風(fēng)出口 10與暖風(fēng)入口 11連接的通風(fēng)路徑39 由回風(fēng)管道32、連接軟管33、通風(fēng)管道30、殼體35、連接軟管37、給風(fēng) 管道38形成。循環(huán)用送風(fēng)機(jī)34是使旋轉(zhuǎn)槽3內(nèi)的空氣循環(huán)以使旋轉(zhuǎn)槽3 內(nèi)的空氣在通過(guò)通風(fēng)路徑39向旋轉(zhuǎn)槽3外送出之后再次回到旋轉(zhuǎn)槽3內(nèi)的 設(shè)備，使旋轉(zhuǎn)槽3內(nèi)的空氣循環(huán)的循環(huán)裝置40具有通風(fēng)路徑39和循環(huán)用 送風(fēng)機(jī)34。
另外，循環(huán)用送風(fēng)機(jī)34由例如離心扇構(gòu)成，在殼體35的內(nèi)部具有離 心葉輪34a，在殼體35的外部具有使該離心葉輪34a旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)34b。
在通風(fēng)路徑39的通風(fēng)管道30的內(nèi)部，從前部向后部依次配置有濾波 器41、蒸發(fā)器42、凝縮器43。棉絨(回絲)被流入到通風(fēng)管道30中的旋 轉(zhuǎn)槽3內(nèi)的空氣從水槽2的暖風(fēng)出口 10通過(guò)回風(fēng)管道32及連接軟管33輸 送，所以濾波器41將該棉絨捕獲。蒸發(fā)器42是在成蜿蜒狀的例如銅制的 制冷劑流通管上安裝多個(gè)例如鋁制的傳熱凸片而構(gòu)成的，凝縮器43也是同 樣的結(jié)構(gòu)，在通風(fēng)管道30中流動(dòng)的旋轉(zhuǎn)槽3內(nèi)的空氣通過(guò)這些傳熱凸片之 間。
如圖5所示，熱泵47是按照壓縮機(jī)45、凝縮器43、節(jié)流器46、蒸發(fā) 器42的順序、將它們通過(guò)連接管48連接而構(gòu)成的(冷凍循環(huán))，通過(guò)壓縮 機(jī)45工作，使封入在內(nèi)部的制冷劑循環(huán)。在制冷劑中，例如使用作為高溫 用制冷劑的R134a。如圖4所示，壓縮機(jī)45并列設(shè)置在通風(fēng)管道30外。 節(jié)流器46在此情況下具有膨脹閥(特別是電子式膨脹閥[PMV: Pulse Motor Valve])，具有開(kāi)度調(diào)節(jié)功能。
除濕水排出口 49在吸風(fēng)口 31與蒸發(fā)器42之間的通風(fēng)管道30的側(cè)面 部形成在面向底面30a的部分上，通過(guò)連結(jié)管51連接到形成于外箱1的側(cè) 面下部的排水口50。另外，通風(fēng)管道30使底面部的位于蒸發(fā)器42的正下 方的部分30b傾斜，以使其朝向除濕水排出口49下降。
給水閥52配置在外箱1內(nèi)的后上部，具有多個(gè)出口部，它們通過(guò)連接 管54、 55連接到配置于外箱1內(nèi)的前側(cè)上部的給水盒53。給水盒53雖然 沒(méi)有詳細(xì)圖示，但具有洗劑投入部及柔順劑投入部。給水閥52通過(guò)出口部 的開(kāi)閉的選擇，在清洗時(shí)從連接管54經(jīng)過(guò)給水盒53的洗劑投入部向水槽2 內(nèi)給水，在最終漂洗時(shí)從連接管55經(jīng)過(guò)給水盒53的柔順劑投入部同樣向 水槽2內(nèi)給水。
控制裝置56配置在外箱1的前面部上部的背側(cè)，例如具有微型計(jì)算機(jī)， 作為控制洗滌干燥機(jī)的整體動(dòng)作的控制機(jī)構(gòu)發(fā)揮功能。對(duì)于控制裝置56, 從含有操作面板(圖示省略)具有的各種操作開(kāi)關(guān)的操作輸入部輸入各種 操作信號(hào)，并且從為了檢測(cè)水槽2內(nèi)的水位而設(shè)置的水位傳感器輸入水位
進(jìn)而，對(duì)于控制裝置56，分別從檢測(cè)蒸發(fā)器42的入口及出口、凝縮器 43、以及壓縮機(jī)45的制冷劑排出部的各溫度的溫度傳感器輸入溫度檢測(cè)信 號(hào)，此外，從后述的A/D變換器輸入電流值檢測(cè)信號(hào)。并且，控制裝置56 基于上述各種信號(hào)的輸入以及預(yù)先存儲(chǔ)的控制程序，經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路(都未 圖示)控制給水閥52、電動(dòng)機(jī)21、排水閥13、壓縮機(jī)45、節(jié)流器46、循 環(huán)用送風(fēng)機(jī)34的電動(dòng)機(jī)34b、將壓縮機(jī)45冷卻的壓縮機(jī)冷卻用送風(fēng)機(jī)等。
圖1是用框圖表示矢量控制構(gòu)成壓縮機(jī)45的電動(dòng)機(jī)45M的旋轉(zhuǎn)的電 動(dòng)機(jī)控制裝置60的結(jié)構(gòu)的圖。在矢量控制中，將電樞繞線中流動(dòng)的電流分 離為作為勵(lì)磁方向的永久磁鐵的磁束方向和與其正交的方向而獨(dú)立地調(diào)節(jié) 它們，控制磁束和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。在電流控制中，使用由與電動(dòng)機(jī)45M的轉(zhuǎn)子 一起旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系、所謂的d-q坐標(biāo)系表示的電流值，d軸是安裝在旋轉(zhuǎn)軸 上的永久磁鐵形成的磁束方向，q軸是正交于d軸的方向。作為流到繞線中 的電流的q軸成分的q軸電流Iq是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的成分(轉(zhuǎn)矩成分電流)， 作為其d軸成分的d軸電流Id是形成磁束的成分(勵(lì)磁或磁化成分電流)。
電動(dòng)機(jī)控制裝置60具備電流控制部61、旋轉(zhuǎn)位置推定部(旋轉(zhuǎn)位置推
定單元)62、速度控制部(速度控制單元)63、 PWM信號(hào)形成部(輸出電 壓調(diào)制單元)64。電流控制部61控制電動(dòng)機(jī)45M中實(shí)際流動(dòng)的電流的d 軸電流Id及q軸電流Iq的值，以使其分別與速度控制部63輸出的d軸電 流指令值I dref、q軸電流指令值I qref—致。電流控制部61具備減法器71d、 71q、比例積分微分器72d、 72q、 dq/a P坐標(biāo)變換器73、 a P/UVW坐標(biāo) 變換器(輸出電壓調(diào)制單元)74、 UVW/a P坐標(biāo)變換器75、 a P/dq坐標(biāo) 變換器76。
電流傳感器77 (U、 V、 W)是檢測(cè)電動(dòng)機(jī)45M的各相(U相、V相、 W相)中流動(dòng)的電流Iu、 Iv、 Iw的傳感器。另外，也可以代替電流傳感器 77而做成在構(gòu)成倒相電路(輸出電壓調(diào)制單元)78的下臂側(cè)的開(kāi)關(guān)元件和 地線之間配置3個(gè)分流電阻、基于它們的端子電壓檢測(cè)電流Iu、 Iv、 Iw的 結(jié)構(gòu)。
電流Iu、 Iv、 Iw如果被電流傳感器(電流檢測(cè)單元)77檢測(cè)到，則被 未圖示的A/D變換器A/D變換，被UVW/ a P坐標(biāo)變換器75變換為2相 電流la、 IP ，這些2相電流la 、 lP被a e/dq坐標(biāo)變換器76再變換為d 軸電流Id、 q軸電流Iq。 a、 P是固定在電動(dòng)機(jī)45M的固定子上的2軸坐 標(biāo)系的坐標(biāo)軸。在該a P/dq坐標(biāo)變換器76的坐標(biāo)變換的計(jì)算中，使用后 述的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置推定值(a軸與d軸的相位差的推定值)9 e。
d軸電流Id、 q軸電流Iq在減法器71d、 71q中分別與速度控制部63 輸出的d軸電流指令值I dref、q軸電流指令值I qref比較，計(jì)算其偏差△ Id、 △ Iq。電流偏差A(yù)Id、 Alq在比例積分微分器72d、 72q中被比例積分微分 運(yùn)算，計(jì)算由d-q坐標(biāo)系表示的輸出電壓指令值Vd、 Vq。輸出電壓指令值 Vd、 Vq被dq/ a P坐標(biāo)變換器73變換為由a - P坐標(biāo)系表示的值，再被a e/UVW坐標(biāo)變換器74變換為固定子的各相電壓指令值Vu、 Vv、 Vw。另 外，在dq/a 0坐標(biāo)變換器73的坐標(biāo)變換的計(jì)算中，也使用后述的轉(zhuǎn)子的 旋轉(zhuǎn)位置推定值e e。
各相電壓指令值Vu、 Vv、 Vw被輸入到PWM形成部64中，形成用來(lái) 供給與指令值一致的電壓的脈沖幅度調(diào)制后的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。倒相電路78 是將例如IGBT等開(kāi)關(guān)元件三相橋接而構(gòu)成的，通過(guò)未圖示的直流電源電 路接受直流電壓的供給。由PWM形成部64形成的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加在
構(gòu)成倒相電路78的各開(kāi)關(guān)元件的門極上，由此生成與各相電壓指令值Vu、 Vv、 Vw—致的PWM調(diào)制后的三相交流電壓，施加在電動(dòng)機(jī)45M的電樞 繞線上。
在上述結(jié)構(gòu)中，反饋控制通過(guò)減法部71d、 71q和比例積分微分器72d、 72q的比例積分微分(PID)運(yùn)算進(jìn)行，分別控制d軸電流Id、 q軸電流Iq， 以使其分別與d軸電流指令值I dref、 q軸電流指令值I qref—致。
旋轉(zhuǎn)位置推定部62被賦予d軸電流Id、 q軸電流Iq、以及d軸的輸出 電壓指令值Vd，推定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置e的推定值9 e及角速度o)的推定值 "e。此外，旋轉(zhuǎn)位置推定部62存儲(chǔ)有作為電動(dòng)機(jī)45M的旋轉(zhuǎn)常數(shù)的電樞 繞線的d軸電感Ld、 q軸電感Lq、繞線電阻值R的各值。
旋轉(zhuǎn)位置推定部62使用這些輸入值和電路常數(shù)，用下式計(jì)算d軸方向 的感應(yīng)電壓推定值Ed。
Ed=Vd-R Id-Ld p Id+" e Lq Iq ...... (1 )
這里，p是微分運(yùn)算符。對(duì)感應(yīng)電壓推定值Ed實(shí)施比例積分運(yùn)算，將其結(jié) 果作為轉(zhuǎn)子的角速度推定值"e輸出。此外，通過(guò)將角速度推定值co e積分， 將其值作為旋轉(zhuǎn)位置推定值ee輸出。此外，角速度推定值o)e也被賦予給 速度控制部63。
速度控制部63是輸出d軸電流指令值Idref、 q軸電流指令值I qref的 電路。該d軸電流指令值I dref、 q軸電流指令值I qref是用來(lái)使轉(zhuǎn)子的角 速度(對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速度)"與從外部輸入的角速度指令值(對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速 度指令值)"ref—致的電流指令值。速度控制部63由減法器79、 dq分配 器80構(gòu)成。
減法器79計(jì)算由上述控制裝置56輸出的角速度指令值coref與角速度 推定值"e的偏差A(yù) "。由內(nèi)置在dq分配器80中的比例積分微分器81將 偏差A(yù)"實(shí)施比例積分微分運(yùn)算，將其運(yùn)算結(jié)果分配為d軸電流指令值I dref和q軸電流指令值I qref并輸出。
接著，將d軸電流指令值I dref、 q軸電流指令值I qref賦予給電流控 制部61，如上述那樣控制電動(dòng)機(jī)45M的d軸電流Id、 q軸電流Iq，以使其 與這些指令值一致。作為其控制結(jié)果的角速度推定值"e被反饋給減法器 79。比例積分微分器81通過(guò)比例積分微分運(yùn)算使偏差A(yù) co收斂于零。結(jié)果，
使角速度推定值"e與角速度指令值co ref —致。
此外，電動(dòng)機(jī)控制裝置60具備調(diào)制度設(shè)定部(調(diào)制度設(shè)定單元)82。 調(diào)制度設(shè)定部82基于例如由控制裝置56給出的控制指令等決定調(diào)制度M， 輸出給a P/UVW坐標(biāo)變換器74及旋轉(zhuǎn)位置推定部62。 a P/UVW坐標(biāo)變 換器74根據(jù)被賦予的調(diào)制度M決定正弦波狀的輸出電壓振幅，輸出電壓 指令Vd、 Vq。例如，在將電動(dòng)機(jī)45M的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定為規(guī)定速度以上的 情況下，進(jìn)行將調(diào)制度M設(shè)定為1.0以上的過(guò)調(diào)制控制(因而，調(diào)制度設(shè) 定部82也可以參照例如角速度指令值"ref決定調(diào)制度M)。
除此以外，旋轉(zhuǎn)位置推定部62具備感應(yīng)電壓運(yùn)算部83、濾波器84、 速度推定部85及位置推定部86而構(gòu)成。感應(yīng)電壓運(yùn)算部83是按照上述(l) 式運(yùn)算d軸方向的感應(yīng)電壓推定值Ed的部分。濾波器84是數(shù)字濾波器， 構(gòu)成為使推定值Ed平滑化的低通濾波器。速度推定部85是將由濾波器84 平滑化(低通濾波)后的推定值Ed比例積分運(yùn)算而得到角速度推定值"e 的部分，位置推定部86是將角速度推定值"e積分運(yùn)算而得到旋轉(zhuǎn)位置推 定值e e的部分。
另外，在以上的結(jié)構(gòu)中，電流控制部61、旋轉(zhuǎn)位置推定部62、速度控 制部63構(gòu)成矢量控制單元100。
接著，也參照?qǐng)D2及圖3對(duì)濾波器84的詳細(xì)情況及本實(shí)施例的作用進(jìn) 行說(shuō)明。如果在調(diào)制度設(shè)定部82中決定的調(diào)制度M超過(guò)1.0，則輸出電壓 波形成為過(guò)調(diào)制狀態(tài)，在正弦波上加上了畸變(高次諧波成分)。例如，圖 3 (a)、圖3 (b)表示調(diào)制度M分別為1.0、 1.2的情況下的相電壓波形， 在ci-l、 2的情況下，可知波形畸變。結(jié)果，在電流波形上也疊加了高次 諧波成分，在旋轉(zhuǎn)位置推定部62中推定的d軸感應(yīng)電壓Ed中也含有該高 次諧波成分。
所以，在本實(shí)施例中，在旋轉(zhuǎn)位置推定部62中具備濾波器84，將感應(yīng) 電壓運(yùn)算部83通過(guò)(1)式運(yùn)算的感應(yīng)電壓推定值Ed中包含的高次諧波成 分除去而實(shí)現(xiàn)平滑化。濾波器84構(gòu)成為作為1次IIR (Infinite Impulse Response)濾波器的EMA (Exponential Moving Average:指數(shù)移動(dòng)平均) 濾波器。如果設(shè)系統(tǒng)為A/D變換周期的離散系統(tǒng)、設(shè)濾波器84的輸入數(shù)據(jù) 為Xn，則EMA濾波器的輸出由(2)式定義。EMAn=a XXn+ (1-a ) XEMAn畫l ...... (2)
其中，
a:1以下的常數(shù) EMAn:此次的濾波器輸出 EMAn-1:前次的濾波器輸出
艮P，此次的濾波器輸出EMAn是將此次的輸入Xn乘以ct倍的項(xiàng)、與 將前次的濾波器輸出EMAn-1乘以(1-a)倍的項(xiàng)的和。因而，常數(shù)a的 值越小，濾波器響應(yīng)越平滑，截止頻率降低。但是，由于由(2)式實(shí)現(xiàn)的 濾波器是線性的，所以對(duì)于輸入的響應(yīng)是同樣的。這樣的線性濾波器在輸 入值是恒定的情況下是有效的，但在輸入信號(hào)成分的頻率變化、或者雜音 較多的情況下那樣輸入值變動(dòng)的情況下，濾波器的響應(yīng)較遲緩。
所以，在本實(shí)施例中，在(2)式中加上進(jìn)行非線性運(yùn)算的項(xiàng)。即，
EMA2n={ a + e X (dYn/dt) } XXn
+[l-{a + gX (dYn/dt) }]XEMA2n-l ...... (3)
其中，
P :增益要素
Yn:與Xn不同的濾波器輸入 (3)式是將(2)式的a替換為(a+pX (dYn/dt) }的式子。并且，在此 情況下，設(shè)a為變量，{ci+px (dYn/dt) }被限制以使其最大值為"1"。 另一個(gè)濾波器輸入Yn是用來(lái)決定濾波器的截止頻率的統(tǒng)計(jì)值，根據(jù)情況也 可以設(shè)為Yn=Xn。
并且，在將具有(3)式的特性的濾波器84應(yīng)用在圖l所示的控制系 統(tǒng)中而構(gòu)成的情況下，使各參數(shù)如以下這樣對(duì)應(yīng)。 Xn:感應(yīng)電壓推定值Ed Yn:角速度推定值"e a:根據(jù)調(diào)制度M決定的變量 3:角頻率一電壓的(單位)變換增益 另外，變換增益e根據(jù)角頻率的可取范圍和電壓的可取范圍決定。例如， 如果電壓范圍是0 600V、頻率范圍是0 400Hz，則為6=1.5。
于是，濾波器84的結(jié)構(gòu)成為圖2所示的結(jié)構(gòu)。即，通過(guò)微分器86將
角速度推定值"e微分，將其微分結(jié)果在放大器87中以增益e放大，通過(guò) 加法器88與變量a相加。接著，將該相加結(jié)果與感應(yīng)電壓推定值Ed通過(guò) 乘法器89相乘，并且在減法器90中從常數(shù)"1"減去上述相加結(jié)果。減法 器90的減法結(jié)果被輸出給乘法器91，與經(jīng)由延遲器92給出的前次的濾波 器輸出EMA2n-l相乘。接著，將乘法器89、 91的輸出在加法器93中相加， 成為此次的濾波器輸出EMA2n。
這里，定性地說(shuō)明如上述那樣構(gòu)成的濾波器84的作用。在調(diào)制度M 較小的情況下，電壓波形不會(huì)畸變，所以包含在電壓、電流波形中的高次 諧波成分的振幅較小，并且其頻率也較低。并且，由于感應(yīng)電壓給電流帶 來(lái)的影響也較低，所以感應(yīng)電壓畸變帶來(lái)的影響也較低。在這樣的情況下， 從抑制濾波器的通帶成分的延遲的觀點(diǎn)來(lái)看，優(yōu)選地將截止頻率設(shè)定得較 高。上述延遲由于對(duì)控制系統(tǒng)的響應(yīng)性帶來(lái)影響，所以是重要的。
另一方面，在調(diào)制度M較大的情況下，包含在電壓、電流波形中的高 次諧波成分增大，感應(yīng)電壓給電流帶來(lái)的影響變高，所以如果有畸變成分， 則對(duì)電流造成影響。并且，在此情況下，根據(jù)調(diào)制度M的值進(jìn)行設(shè)定以使 變量a變小、進(jìn)行設(shè)定以使截止頻率變低。
接著，對(duì)微分運(yùn)算項(xiàng)進(jìn)行說(shuō)明。由于Yn-"e，所以微分運(yùn)算項(xiàng)表示速 度變化率。微分運(yùn)算項(xiàng)在速度幾乎不變化的控制狀態(tài)下大致變?yōu)榱?，濾波 器的響應(yīng)僅由調(diào)制度M決定。另一方面，微分運(yùn)算項(xiàng)在加速、減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 那樣地速度變化較大的情況下變大，所以對(duì)濾波器輸入Xn乘以的系數(shù){ ci + ex (dYn/dt) }變大。結(jié)果，濾波器的截止頻率上升，平滑功能降低并 且響應(yīng)性提高。
在本實(shí)施例中，感應(yīng)電壓推定值Ed是濾波器輸入，在位置推定算法中， 基于感應(yīng)電壓推定值Ed推定角速度推定值coe，所以感應(yīng)電壓推定值Ed 的響應(yīng)性原樣影響著角速度推定值"e的推定響應(yīng)性。SP，在要求快速的速 度響應(yīng)的加速、減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，優(yōu)選地提高感應(yīng)電壓Ed的推定響應(yīng)性，所以 采用(3)式。另外，輸入Yn只要是與作為被平滑值的Xn具有相關(guān)的值 就可以，可以考慮根據(jù)個(gè)別的控制系統(tǒng)而最適當(dāng)?shù)膮?shù)不同。
在圖3 (c)中，表示調(diào)制度為l.O、 1.2的情況下的電壓波形的頻譜。 例如，在驅(qū)動(dòng)頻率是100rps (0.2kHz)的情況下，如果設(shè)調(diào)制度為1.2，則
產(chǎn)生4倍、5倍的高次諧波成分0.8kHz、 l.OkHz。因而，在調(diào)制度1.0的情 況下，將濾波器84的截止頻率設(shè)定在例如3kHz附近，將PWM控制的開(kāi) 關(guān)波形成分除去。并且，在使調(diào)制度的上限為1.2的情況下，將截止頻率設(shè) 定在例如0.7kHz附近。如果這樣使截止頻率根據(jù)調(diào)制度M變化、將包含 在感應(yīng)電壓推定值Ed中的高次諧波成分除去，則速度推定部84及位置推 定部85能夠穩(wěn)定地求出推定值"e、 ee。
此外，在圖3 (a)、圖3 (b)中，表示使濾波器84作用的情況下的輸 出電壓(Vd—EMA)和不使用濾波器84的情況下的輸出電壓Vd的波形。 可知在圖3(b)的(Vd—EMA)中除去了高次諧波成分。
以上，根據(jù)本實(shí)施例，通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)45M中流動(dòng)的電流而進(jìn)行無(wú)傳 感器矢量控制，并且通過(guò)調(diào)制度設(shè)定部82將調(diào)制度M設(shè)定為超過(guò)1.0而執(zhí) 行過(guò)調(diào)制控制的情況下，旋轉(zhuǎn)位置推定部62通過(guò)濾波器84將在位置推定 的過(guò)程中求出的d軸感應(yīng)電壓Ed平滑化，基于平滑化的d軸感應(yīng)電壓求出 角速度推定值"e及旋轉(zhuǎn)位置推定值0e。因而，即使在執(zhí)行過(guò)調(diào)制控制的 情況下也能夠穩(wěn)定地執(zhí)行無(wú)傳感器矢量控制。
并且，由于將濾波器84構(gòu)成為加上了微分運(yùn)算角速度推定值"e的非 線性運(yùn)算項(xiàng)的EMA濾波器，根據(jù)調(diào)制度M可變地設(shè)定用來(lái)決定截止頻率 的系數(shù)a ，所以能夠通過(guò)移動(dòng)平均的原理將d軸感應(yīng)電壓Ed平滑化，此外， 能夠根據(jù)調(diào)制度M使截止頻率適當(dāng)?shù)刈兓＿M(jìn)而，即使在電動(dòng)機(jī)45M的 旋轉(zhuǎn)速度變動(dòng)的情況下，也能夠通過(guò)非線性運(yùn)算項(xiàng)迅速地變更濾波器84的 截止頻率。因而，能夠根據(jù)高次諧波成分的多少及速度響應(yīng)性的要求程度 等動(dòng)態(tài)地使濾波器84的特性最適合化，能夠在良好地維持控制響應(yīng)性的同 時(shí)確?？刂品€(wěn)定性。
除此以外，由于將電動(dòng)機(jī)控制裝置60在洗滌干燥機(jī)中用于構(gòu)成熱泵47 的壓縮機(jī)45的壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)45M的驅(qū)動(dòng)控制中，所以例如在開(kāi)始干燥運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)需要使旋轉(zhuǎn)槽3的溫度迅速上升的情況下，能夠過(guò)調(diào)制控制電動(dòng)機(jī) 45M提高轉(zhuǎn)速而使壓縮機(jī)45的輸出上升，能夠降低消耗電力而提高效率。
本發(fā)明并不僅限于上述且附圖所述的實(shí)施例，能夠進(jìn)行如以下這樣的 變形或擴(kuò)展。
在濾波器的輸入中不怎么發(fā)生變動(dòng)的控制系統(tǒng)中，也可以基于(2)式 構(gòu)成EMA濾波器。
此外，濾波器的截止頻率也可以固定設(shè)定在將高次諧波成分除去的下限。
進(jìn)而，并不限于EMA濾波器，也可以根據(jù)個(gè)別的設(shè)計(jì)而采用其他形式 的濾波器。
根據(jù)控制系統(tǒng)，也可以將比例積分微分器72、 81替換為微分運(yùn)算器。 并不限于洗滌干燥機(jī)的壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)，在洗滌干燥機(jī)中，在控制產(chǎn)生 用來(lái)進(jìn)行清洗、漂洗及脫水運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)21的結(jié)構(gòu)中也可以 使用本發(fā)明。除此以外，只要是將無(wú)傳感器矢量控制和過(guò)調(diào)制控制組合而 驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)就能夠使用。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，具備輸出電壓調(diào)制單元，為了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而輸出調(diào)制為正弦波狀的電壓；調(diào)制度設(shè)定單元，能夠?qū)⑸鲜鲚敵鲭妷旱恼{(diào)制度設(shè)定為超過(guò)1.0；電流檢測(cè)單元，檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的電流；矢量控制單元，將由該電流檢測(cè)單元檢測(cè)到的電流分離為d軸電流和q軸電流，將這些各電流成分控制成與基于旋轉(zhuǎn)速度指令的電流指令值一致；以及旋轉(zhuǎn)位置推定單元，推定該矢量控制單元的控制中使用的、上述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度及轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，上述旋轉(zhuǎn)位置推定單元具備使在推定的過(guò)程中求出的d軸感應(yīng)電壓平滑化的濾波器，基于由該濾波器平滑化的d軸感應(yīng)電壓推定上述旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)位置。
2、 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 上述濾波器根據(jù)由上述調(diào)制度設(shè)定單元設(shè)定的調(diào)制度可變地設(shè)定用來(lái)決定截止頻率的系數(shù)。
3、 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 上述濾波器根據(jù)由上述旋轉(zhuǎn)位置推定單元推定的旋轉(zhuǎn)速度的變化率可變地設(shè)定用來(lái)決定截止頻率的系數(shù)。
4、 如權(quán)利要求l所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 上述濾波器包括EMA (指數(shù)移動(dòng)平均)濾波器。
5、 如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 上述濾波器是在上述EMA濾波器中加上進(jìn)行非線性運(yùn)算的項(xiàng)而構(gòu)成的。
6、 如權(quán)利要求5所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 上述非線性運(yùn)算項(xiàng)是微分運(yùn)算由上述旋轉(zhuǎn)位置推定單元推定的旋轉(zhuǎn)速度的項(xiàng)。
7、 一種洗衣機(jī)，其特征在于，具備輸出電壓調(diào)制單元，為了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而輸出調(diào)制為正弦波狀的電壓； 調(diào)制度設(shè)定單元，能夠?qū)⑸鲜鲚敵鲭妷旱恼{(diào)制度設(shè)定為超過(guò)1.0; 電流檢測(cè)單元，檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的電流；矢量控制單元，將由該電流檢測(cè)單元檢測(cè)到的電流分離為d軸電流和q 軸電流，將這些各電流成分控制成與基于旋轉(zhuǎn)速度指令的電流指令值一致； 以及旋轉(zhuǎn)位置推定單元，推定該矢量控制單元的控制中使用的、上述電動(dòng) 機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度及轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，上述旋轉(zhuǎn)位置推定單元具備使在推定的過(guò)程中求出的d軸感應(yīng)電壓平 滑化的濾波器，基于由該濾波器平滑化的d軸感應(yīng)電壓推定上述旋轉(zhuǎn)速度 及旋轉(zhuǎn)位置。
8、 如權(quán)利要求7所述的洗衣機(jī)，其特征在于，上述濾波器根據(jù)由上述調(diào)制度設(shè)定單元設(shè)定的調(diào)制度可變地設(shè)定用來(lái) 決定截止頻率的系數(shù)。
9、 如權(quán)利要求7所述的洗衣機(jī)，其特征在于，上述濾波器根據(jù)由上述旋轉(zhuǎn)位置推定單元推定的旋轉(zhuǎn)速度的變化率可 變地設(shè)定用來(lái)決定截止頻率的系數(shù)。
10、 如權(quán)利要求7所述的洗衣機(jī)，其特征在于， 上述濾波器包括EMA (指數(shù)移動(dòng)平均)濾波器。
11、 如權(quán)利要求10所述的洗衣機(jī)，其特征在于， 上述濾波器是在上述EMA濾波器中加上進(jìn)行非線性運(yùn)算的項(xiàng)而構(gòu)成的。
12、 如權(quán)利要求11所述的洗衣機(jī)，其特征在于， 上述非線性運(yùn)算項(xiàng)是微分運(yùn)算由上述旋轉(zhuǎn)位置推定單元推定的旋轉(zhuǎn)速度的項(xiàng)。
13、 如權(quán)利要求7所述的洗衣機(jī)，其特征在于，具備壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)構(gòu)成為了進(jìn)行使洗滌物干燥的干燥運(yùn)轉(zhuǎn)而生成 暖風(fēng)的熱泵的一部分；上述電動(dòng)機(jī)控制裝置控制內(nèi)置于上述壓縮機(jī)中的電動(dòng)機(jī)。
14、 一種電動(dòng)機(jī)控制方法，包括以下步驟在輸出調(diào)制為正弦波狀的電壓而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的情況下，實(shí)施將上述輸 出電壓的調(diào)制度設(shè)定為超過(guò)1.0的過(guò)調(diào)制控制； 檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的電流；在推定將檢測(cè)到的電流分離為d軸電流和q軸電流、將這些各電流成 分控制成與基于旋轉(zhuǎn)速度指令的電流指令值一致的矢量控制中使用的、上 述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度及轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的情況下，通過(guò)濾波器使在上述推定的過(guò)程中求出的d軸感應(yīng)電壓平滑化，基于 由該濾波器平滑化的d軸感應(yīng)電壓，推定上述旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)位置。
15、 如權(quán)利要求14所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于， 根據(jù)上述調(diào)制度，可變地設(shè)定上述濾波器中用來(lái)決定截止頻率的系數(shù)。
16、 如權(quán)利要求14所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于， 根據(jù)推定的旋轉(zhuǎn)速度的變化率，可變地設(shè)定上述濾波器中用來(lái)決定截止頻率的系數(shù)。
17、 如權(quán)利要求14所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于， 在上述濾波器中使用EMA (指數(shù)移動(dòng)平均)濾波器。
18、 如權(quán)利要求17所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于， 在上述EMA濾波器中加上進(jìn)行非線性運(yùn)算的項(xiàng)。
19、 如權(quán)利要求18所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于， 上述非線性運(yùn)算項(xiàng)是微分運(yùn)算由上述旋轉(zhuǎn)位置推定單元推定的旋轉(zhuǎn)速度的項(xiàng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)控制裝置、洗衣機(jī)及電動(dòng)機(jī)控制方法。本發(fā)明提供的電動(dòng)機(jī)控制裝置具備輸出電壓調(diào)制單元，為了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而輸出調(diào)制為正弦波狀的電壓；調(diào)制度設(shè)定單元，能夠?qū)⑸鲜鲚敵鲭妷旱恼{(diào)制度設(shè)定為超過(guò)1.0；電流檢測(cè)單元，檢測(cè)上述電動(dòng)機(jī)中流動(dòng)的電流；矢量控制單元，將由該電流檢測(cè)單元檢測(cè)到的電流分離為d軸電流和q軸電流，控制這些各電流成分，以使其與基于旋轉(zhuǎn)速度指令的電流指令值一致；以及，旋轉(zhuǎn)位置推測(cè)單元，推測(cè)該矢量控制單元的控制中使用的、上述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度及轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置；上述旋轉(zhuǎn)位置推測(cè)單元具備使在推測(cè)的過(guò)程中求出的d軸感應(yīng)電壓平滑化的濾波器，基于由該濾波器平滑化的d軸感應(yīng)電壓推測(cè)上述旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)位置。
文檔編號(hào)H02P21/00GK101373948SQ200810109339
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日
發(fā)明者前川佐理 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝