專利名稱：逆變器控制裝置和電動壓縮機及電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無刷直流電動機的逆變器控制裝置、使用了逆變器控制裝置的電動壓縮機及電設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，這種逆變器控制裝置以如下方式進行控制:根據(jù)無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子磁極位置，切換定子的三相繞組的通電相位即進行換流動作由此來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子獲得輸出轉(zhuǎn)矩。因此，在無刷直流電動機的運轉(zhuǎn)中，需要得到轉(zhuǎn)子磁通相對于由定子繞組電流產(chǎn)生的磁通的相對關(guān)系。另外，對于使用了霍爾元件等傳感器的電動機，由于能夠利用傳感器準確識別轉(zhuǎn)子磁極位置，所以無需利用間接的感應電壓檢測轉(zhuǎn)子磁極位置。因此，由于能夠由傳感器直接判斷轉(zhuǎn)子磁極位置，所以能夠容易地進行電動機的控制。然而，對于密閉型壓縮機，從使用環(huán)境引起的傳感器故障、制冷劑泄漏等可靠性、集成傳感器引起的故障時的電動機維修的觀點來看，嵌入霍爾元件等傳感器這件事本身是不容易的。因此，一般來說，使用這樣的逆變器控制裝置:不使用霍爾元件等傳感器、而利用在定子繞組中產(chǎn)生的感應電壓檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的無傳感器方式的逆變器控制裝置。一般來說，對于無傳感器方式的逆變器控制裝置的波形控制，采用120度通電波形作為控制波形的情況比較多。對于驅(qū)動無刷直流電動機的系統(tǒng)，電角度120度的期間，使逆變器的各相位開關(guān)導通，對剩余的電角度60度的期間不作控制。這種情況下，利用電角度60度的無控制期間，通過在上下臂的開關(guān)的斷開期間中觀測在電動機端子中出現(xiàn)的感應電壓，檢測轉(zhuǎn)子磁極位置。另外，近年來，比較多的使用這樣的無刷直流電動機:為了實現(xiàn)電動機的高效化而在轉(zhuǎn)子內(nèi)部嵌入永磁鐵，通過產(chǎn)生不只是磁鐵引起的轉(zhuǎn)矩，還有磁阻引起的轉(zhuǎn)矩，能夠不增加電動機電流而使產(chǎn)生的整體轉(zhuǎn)矩變大的嵌入磁鐵結(jié)構(gòu)的無刷直流電動機(例如，參照專利文獻I)。在下文中，參照附圖，對現(xiàn)有的逆變器控制裝置進行說明。圖4是表示專利文獻I記載的現(xiàn)有的逆變器控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖5是表示逆變器控制裝置的各部分的信號波形和處理內(nèi)容的時序圖。在圖4中，在直流電源111的端子之間分別串聯(lián)連接3對開關(guān)晶體管Tm、Trx,Trv、Try、Trw、Trz,構(gòu)成逆變電路部104。無刷直流電動機105包括4極分布繞組結(jié)構(gòu)的定子105b和轉(zhuǎn)子105a。轉(zhuǎn)子105a是在內(nèi)部嵌入了永磁鐵105 α、105β的磁鐵嵌入型結(jié)構(gòu)。各對開關(guān)晶體管彼此的連接點分別被連接到與無刷直流電動機105的Y連接的各相的定子繞組105u、105v、105w的端子。此外,在開關(guān)晶體管Tru、Trx> Trv> Try、Trw、Trz的集電極-發(fā)射極端子之間，分別連接有保護用的續(xù)流二極管Du、Dx、Dv、Dy、Dw、Dz。電阻101、102在總線103、104之間被串聯(lián)連接。作為電阻101、102的共同連接點的檢測端子0N，輸出虛擬中性點電壓VN，VN是相當于無刷直流電動機105的定子繞組105uU05vU05w的中性點電壓的直流電源111的電壓的1/2。比較器106a、106b、106c的各非反相輸入端子(+ )通過電阻107、108、109分別與開關(guān)晶體管的輸出端子OU、0V、Off連接，各反相輸入端子(-)與檢測端子ON連接。然后，這些比較器106a、106b、106c的輸出端子分別與作為邏輯單元的微處理器110的輸入端子I1、12、13連接。另外，微處理器110的輸出端子01 06通過驅(qū)動電路120 驅(qū)動開關(guān)晶體管 Tru、Trx> Trv> Try、Trw、Trz。接著用圖5對控制動作進行說明。(A)、(B)、(C)表示正常動作時的定子繞組105u、105v、105w的端子電壓Vu、Vv、Vw。這些端子電壓Vu、Vv、Vw是來自逆變電路部104的供給電壓Vua、Vva、Vwa和定子繞組105u、105v、105w產(chǎn)生的感應電壓Vub、Vvb、Vwb及換流切換時逆變電路部104的二極管Du、Dx、Dv、Dy、Dw、Dz中任意一個導通而產(chǎn)生的脈沖狀峰值電壓Vuc、Vvc、Vwc的合成波形。由比較器106a、106b、106c對這些端子電壓Vu、Vv、Vw和作為直流電源111的電壓的1/2的虛擬中性點電壓VN進行比較后的輸出信號PSu、PSv、PSw在(D)、(E)、(F)中進行表
/Jn ο在這種情況下，比較器106a、106b、106c的輸出信號PSu、PSv、PSw由表示上述感應電壓Vub、Vvb、Vwb的正和負以及相位的信號PSua、PSva、PSwa和對應于上述脈沖狀電壓Vuc、Vvc、Vwc 的信號 PSub、PSvb、PSwb 構(gòu)成。另外，脈沖狀電壓Vuc、Vvc, Vwc由于等待計時器而忽略，所以其結(jié)果是比較器106a、106b、106c的輸出信號PSu、PSv、PSw表示感應電壓Vub、Vvb、Vwb的正和負以及相位。微處理器110基于各比較器106a、106b、106c的輸出信號PSu、PSv、PSw的狀態(tài)識另Ij如(G)所示的6種模式A F，從輸出信號PSu、PSv、PSw的電平變化時刻開始延遲電角度30度，輸出驅(qū)動信號DSu (J) DSz (O)。模式A F的各時間T (H)表示電角度60度。模式A F的1/2的時間(I)即T/2，表示相當于電角度30度的延遲時間。如此，對應于無刷直流電動機105的轉(zhuǎn)子105a的旋轉(zhuǎn)，由定子繞組105u、105v、105w上產(chǎn)生的感應電壓檢測轉(zhuǎn)子105a的位置狀態(tài)。另外，檢測該感應電壓的變化時間T，通過對定子繞組105u、105v、105w的通電模式和時刻，決定并實行用于各相定子繞組105u、105v、105w的通電的驅(qū)動信號。但是，專利文獻I所記載的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，因為通過感應電壓對位置進行檢測，所以逆變電路的換流動作被限定在能夠檢測感應電壓的范圍。進一步來說，會發(fā)生伴隨著急劇的旋轉(zhuǎn)變動的負荷變化和電壓變化，感應電壓波形的零交叉(zero cross)點的檢測是不可能的。即，在轉(zhuǎn)子105a的相對位置不能被識別的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況下，持續(xù)無刷直流電動機105的運轉(zhuǎn)是不可能的。其結(jié)果是，存在所謂的無刷直流電動機105失步停止的問題。先行技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1:日本特開平1-8890號公報發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的逆變器控制裝置包括無刷直流電動機、逆變電路部、輸出電壓控制部、位置檢測電路部、位置檢測判定部、位置檢測換流控制部和強制同步換流控制部。無刷直流電動機包括設(shè)置有永磁鐵的轉(zhuǎn)子和設(shè)置有三相繞組的定子。逆變電路部驅(qū)動無刷直流電動機。輸出電壓控制部控制逆變電路部的輸出電壓。位置檢測電路部對無刷直流電動機的感應電壓和根據(jù)逆變電路部的輸出電壓生成的基準電壓進行比較檢測。位置檢測判定部基于位置檢測電路部的輸出信號，從無刷直流電動機的感應電壓波形的零交叉點起輸出轉(zhuǎn)子位置檢測信號。位置檢測換流控制部基于來自位置檢測判定部的轉(zhuǎn)子位置檢測信號，輸出逆變電路部的換流信號波形。強制同步換流控制部對應于無刷直流電動機的目標轉(zhuǎn)速以規(guī)定的頻率輸出電角度小于180度的換流信號波形。逆變器控制裝置在通過位置檢測換流進行的動作中輸出電壓控制部控制的輸出電壓為上限且未達到目標轉(zhuǎn)速的情況下，通過同步換流進行動作。因此，在感應電壓波形的零交叉點的檢測為不可能，即不能識別轉(zhuǎn)子的相對位置的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的情況下，基于目標轉(zhuǎn)速及該時刻的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，根據(jù)規(guī)定頻率的驅(qū)動波形繼續(xù)強制換流。由此，維持電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時也能夠?qū)谀孀兤鬏敵鲭妷夯蛘呦鄬τ陔娏飨辔坏母袘妷合辔坏臓顟B(tài)使逆變器輸出電壓發(fā)生變化。其結(jié)果就是，能夠?qū)崿F(xiàn)通過強制換流而同步運轉(zhuǎn)時的更穩(wěn)定的電動機動作。利用本發(fā)明的逆變器控制裝置，在無刷直流電動機的無傳感器驅(qū)動中，由于目標轉(zhuǎn)速的增加，負載轉(zhuǎn)矩變化等因素，運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的磁極位置檢測困難的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，進而由于無傳感器驅(qū)動而達到逆變器輸出電壓上限的情況下，也可通過強制同步驅(qū)動使電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的持續(xù)成為可能。進一步通過弱磁效應帶來的輸出轉(zhuǎn)矩增加而擴大運轉(zhuǎn)范圍，同時能夠防止電動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)的變化帶來的失步停止，使穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)動作的持續(xù)成為可能。


圖1是本發(fā)明的實施方式I中的逆變器控制裝置的框圖。圖2A是表示本發(fā)明的實施方式I中的逆變器控制裝置的各部的信號波形和處理內(nèi)容的時序圖。圖2B是表示本發(fā)明的實施方式I中的逆變器控制裝置的各部的信號波形和處理內(nèi)容的時序圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式I中的逆變器控制裝置的控制動作的流程圖。圖4是表示現(xiàn)有的逆變器控制裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖5是表示現(xiàn)有的逆變器控制裝置的各部的信號波形和處理內(nèi)容的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。此外，本發(fā)明并非限定于該實施方式。(實施方式I)圖1是本發(fā)明的實施方式I中的逆變器控制裝置的框圖。圖2A、圖2B是表示本發(fā)明的實施方式I中的逆變器控制裝置的各部的信號波形和處理內(nèi)容的時序圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式I中的控制動作的流程圖。
在圖1中，逆變器控制裝置250與商用交流電源201和電動壓縮機(未圖示)連接。逆變器控制裝置250包括逆變器裝置200、無刷直流電動機203、位置檢測電路206和微處理器207。另外，逆變器裝置200具備整流部202、逆變電路部204和驅(qū)動電路205。整流部202將商用交流電源201轉(zhuǎn)換為直流電源。逆變電路部204驅(qū)動電動壓縮機的無刷直流電動機203。驅(qū)動電路205驅(qū)動逆變電路部204。而且，逆變器裝置200與微處理器207連接。微處理器207將檢測無刷直流電動機203端子電壓的位置檢測電路部206的信號作為輸入，控制逆變電路部204。微處理器207包括位置檢測判定部208和位置檢測換流控制部209。位置檢測判定部208根據(jù)來自位置檢測電路部206的輸出信號檢測無刷直流電動機203的磁極位置。位置檢測換流控制部209基于來自位置檢測判定部208的位置檢測信號產(chǎn)生逆變電路部204的換流信號。另外，微處理器207包括相位差判定部210和強制同步換流控制部211。相位差判定部210根據(jù)來自位置檢測電路部206的輸出信號，檢測無刷直流電動機203的感應電壓相位對于逆變電路部204的輸出電壓相位的相位差并輸出相位差檢測信號。強制同步換流控制部211基于相位差檢測信號產(chǎn)生換流信號。即，強制同步換流控制部211根據(jù)無刷直流電動機203的目標轉(zhuǎn)速以規(guī)定的頻率輸出電角度小于180度的換流信號波形。另外，微處理器207包括旋轉(zhuǎn)速度檢測部212、輸出電壓控制部213和驅(qū)動控制部216。旋轉(zhuǎn)速度檢測部212基于來自位置檢測判定部208的輸出來計算旋轉(zhuǎn)速度。輸出電壓控制部213根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)速度指令或者相位差，對輸出電壓進行PWM調(diào)制。驅(qū)動控制部216通過位置檢測換流控制部209或者強制同步換流控制部211的輸出，對驅(qū)動電路部205進行驅(qū)動。無刷直流電動機203包括3相繞組的定子203a和轉(zhuǎn)子203b。定子203a具備定子繞組203u、203v、203w。轉(zhuǎn)子203b是在內(nèi)部配置永磁鐵203 α、203 β ,203 Y ,203 δ、203 ε ,203 ζ，產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的磁鐵嵌入式結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子203b具有凸極性。逆變電路部204包括6個三相橋式連接的開關(guān)晶體管Tru、Trx、Trv、Try、Trw、Trz和與它們分別并聯(lián)連接的續(xù)流二極管Du、Dx> Dv> Dy、Dw> Dz。位置檢測電路部206由比較器(未圖示)等構(gòu)成，將基于無刷直流電動機203感應電壓的端子電壓信號和由逆變電路部204的輸出電壓產(chǎn)生的基準電壓，利用比較器進行比較，得到位置檢測信號。位置檢測判定部208基于位置檢測電路部206的輸出信號，從無刷直流電動機203的感應電壓波形的零交叉點開始，得到轉(zhuǎn)子203b的位置信號并產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置檢測信號。位置檢測換流控制部209根據(jù)位置檢測判定部208的位置檢測信號計算換流的時亥丨J，產(chǎn)生開關(guān)晶體管Tru、Trx、Trv> Try、Trw、Trz的換流信號。相位差判定部210根據(jù)位置檢測電路部206的輸出信號產(chǎn)生逆變電路部204的輸出電壓相位和在定子繞組203u、203v、203w上生成的感應電壓相位的相位差信號。然后，基于該相位差，使輸出電壓控制部213控制的輸出電壓發(fā)生變化，保持無刷直流電動機203的感應電壓相對于逆變電路部204輸出電壓的相位在規(guī)定的相位。強制同步換流控制部211根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度指令計算換流的時刻，產(chǎn)生開關(guān)晶體管Tru、Trx、Trv> Try、Trw、Trz 的換流信號。旋轉(zhuǎn)速度檢測部212根據(jù)來自位置檢測判定部208的位置信號計算無刷直流電動機203的旋轉(zhuǎn)速度，輸出從旋轉(zhuǎn)速度檢測部212得到的旋轉(zhuǎn)速度與指令旋轉(zhuǎn)速度的偏差。輸出電壓控制部213對應于旋轉(zhuǎn)速度檢測部212的偏差信號或者相位差判定部210的相位差信號的狀態(tài)，輸出逆變器輸出電壓的PWM調(diào)制信號，控制逆變電路部204的輸出電壓。驅(qū)動控制部216對應于輸出電壓控制部213的PWM調(diào)制占空比值、旋轉(zhuǎn)速度檢測部212的轉(zhuǎn)速偏差信號，根據(jù)位置檢測換流控制部209和強制同步換流控制部211的任意一個的換流信號對驅(qū)動電路205進行驅(qū)動。輸出電壓控制部213的PWM調(diào)制占空比值為上限，轉(zhuǎn)速偏差持續(xù)為規(guī)定值以上的情況下，從位置檢測換流切換到強制同步換流。即，逆變器控制裝置250在通過位置檢測換流進行的動作中輸出電壓控制部213控制的輸出電壓為上限且未達到目標轉(zhuǎn)速的情況下，通過同步換流進行動作。然后，驅(qū)動控制部216將似直檢測換流控制部209或者強制冋步換流控制部211的換流信號與輸出電壓控制部213的PWM調(diào)制信號進行合成，產(chǎn)生對開關(guān)晶體管Tru、Trx、Trv、Try、Trw、Trz進行ON/OFF操作的驅(qū)動信號，輸出到驅(qū)動電路205。對于驅(qū)動電路部205,基于驅(qū)動信號,進行開關(guān)晶體管Tru、Trx、Trv、Try、Trw、Trz的ON/OFF切換，驅(qū)動無刷直流電動機203。接下來，對如圖2A、圖2B所示的逆變器控制裝置250的各種波形進行說明。(A)、( B )、( C)是無刷直流電動機203的U相、V相、W相的端子電壓Vu、Vv、Vw，各個相位以間隔120度偏移的狀態(tài)進行變化。這些端子電壓是逆變電路部204的供給電壓Vua、Vva、Vwa、在定子繞組203u、203v、203w中產(chǎn)生的感應電壓Vub、Vvb> Vwb和脈沖狀的峰值電壓Vuc、Vvc、Vwc的合成波形。脈沖狀的峰值電壓Vuc、Vvc、Vwc是換流切換時逆變電路部204的續(xù)流二極管Du、Dx、Dv、Dy、Dw、Dz中任意一個導通而產(chǎn)生的。另外，將各相端子電壓(值)Vu、Vv、Vw與為直流電源電壓的1/2電壓的虛擬中性點電壓(值)VN進行比較，通過各比較器(未圖示)輸出的輸出信號為PSu、PSv、PSw。該輸出信號為對應于供給電壓Vua、Vva、Vwa的輸出信號PSua、PSva、PSwa、對應于峰值電壓Vuc、Vvc、Vwc的輸出信號PSuc、PSvc、PSwc和相當于感應電壓Vub、Vvb、Vwb與虛擬中性點電壓VN進行比較的期間的輸出信號PSub、PSvb、PSwb的合成信號。此處，感應電壓相位是中間相位的情況下的輸出信號PSu、PSv、PSw為(D)、(E)、
(F)，此時的相位差判定部210的輸出信號狀態(tài)為(G)。另外，感應電壓相位是滯后相位的情況下的輸出信號PSu、PSv、PSw為(H)、(I)、(J)，此時的相位差判定部210的輸出信號狀態(tài)為(K)。同樣，感應電壓相位是超前相位的情況下的輸出信號PSu、PSv、PSw為(L)、(Μ)、(N)，此時的相位差判定部210的輸出信號狀態(tài)為(O)。微處理器207對應于目標轉(zhuǎn)速進行基準計時器計數(shù)值(P)的計數(shù)動作，生成強制同步基準信號(Q)。進一步，以強制同步基準信號(Q)為基準，以一定間隔生成換流信號(R)和采樣開始信號(S)，對應于換流信號的狀態(tài)，輸出驅(qū)動信號DSu (T)至DSz (Y)。接著，通過圖3的流程圖，對逆變器控制裝置250的詳細動作進行說明。在圖3中，各步驟表示相位差判定部210、強制同步換流控制部211、輸出電壓控制部213的動作。首先，在步驟101中，根據(jù)基準計時器，開始對目標頻率為電角度120度的基準時間的計時器計數(shù)。此處，步驟101是強制同步基準信號(Q)的生成時刻，相當于后面所述的相位超前判定期間。之后，在步驟102中，進行來自位置檢測電路部206的輸出信號PSu、PSv、PSw的狀態(tài)的檢測，根據(jù)開關(guān)晶體管Tru、Trx、Trv、Try、Trw、Trz的輸出狀態(tài)，即與圖2A、2B的動作模式的狀態(tài)對應的輸出信號PSu、PSv、PSw的狀態(tài)，進行相位檢測判定。此處，在感應電壓的上升沿期間，相應的通電相相當于電角度60度的期間，為斷電狀態(tài)。在U相、V相、W相的斷電期間的開始前后，各自下側(cè)驅(qū)動信號DSx、DSy, DSz被切換到上側(cè)驅(qū)動信號DSu、DSv, DSw。在逆變電路部204的輸出電壓是上升沿波形的情況下，感應電壓是超前相位時，相位超前檢測期間中，端子電壓不小于虛擬中性點電壓值VN，位置檢測電路部206輸出不為“L”信號。即，檢測到位置檢測電路部206輸出的“L”信號時，步驟103中判斷為感應電壓相位不是超前相位狀態(tài)，設(shè)置為超前相位狀態(tài)。接下來，在步驟104中，基準計時器計數(shù)值(P)不到換流時間，例如相當于電角度30度的時間則返回到步驟102，繼續(xù)超前相位檢測判定。之后，經(jīng)過了換流時間時，前進到步驟105。步驟105生成換流信號(R)，對應于U相、V相或W相的狀態(tài)，以各自上側(cè)驅(qū)動信號DSu、DSv或DSw為ON進行換流動作。之后，在步驟106中，基準計時器計數(shù)值(P)直到滯后相位檢測開始時間為止一直待機。步驟106中，基準計時器計數(shù)值(P)就在即將經(jīng)過滯后相位檢測開始時間，例如相當于電角度90度的時間前100μ s的時間時，進行來自位置檢測電路部206的輸出信號PSu、PSv、PSw的狀態(tài)檢測。然后，根據(jù)開關(guān)晶體管Tru、Trx、Trv、Try、Trw、Trz的輸出狀態(tài)，即與圖2A、2B的動作模式的狀態(tài)對應的輸出信號PSu、PSv、PSw的狀態(tài)，進行相位檢測判定。在逆變電路部204的輸出電壓是下降沿波形的情況下，感應電壓為滯后相位時，相位滯后檢測期間中，由于端子電壓超過虛擬中性點電壓值VN，所以位置檢測電路部206輸出為“H”信號。即，檢測到位置檢測電路部206輸出的“H”信號時，步驟108中判斷為感應電壓相位是滯后相位狀態(tài)，設(shè)置為滯后相位狀態(tài)。然后，在步驟109中，基準計時器計數(shù)值(P)在經(jīng)過換流時間之前返回步驟107繼續(xù)滯后相位檢測，經(jīng)過了換流時間時，前進到步驟110。步驟110生成換流信號(R)，對應于U相、V相或W相的狀態(tài)，以各自下側(cè)驅(qū)動信號DSx、DSy或DSz為ON進行換流動作。之后，在步驟111中，基準計時器計數(shù)值(P)直到超前相位檢測開始時間為止一直待機。接著，在步驟112中，基準計時器計數(shù)值(P)就在剛經(jīng)過了超前相位檢測開始時間，例如相當于電角度90度的時間后100μ s的時間時，進行來自位置檢測電路部206的輸出信號PSu、PSv、PSw的狀態(tài)檢測。然后，根據(jù)開關(guān)晶體管Tru、Trx、Trv、Try、Trw、Trz的輸出狀態(tài)，即與圖2A、2B的動作模式的狀態(tài)對應的輸出信號PSu、PSv、PSw的狀態(tài)，進行相位檢測判定。之后，步驟112和步驟113是超前相位判定期間，與上述的步驟102和步驟103 —樣進行感應電壓的超前相位檢測。然后，在步驟114中，基準計時器計數(shù)值(P)在經(jīng)過基準時間，例如相當于電角度120度的時間之前返回到步驟112，繼續(xù)超前相位檢測，經(jīng)過了基準時間時，前進到步驟115。步驟114中，基準計時器計數(shù)值(P)經(jīng)過了基準時間時，前進到步驟115。步驟115中，進行滯后相位狀態(tài)的判定，直到即將輸出下側(cè)驅(qū)動信號為止，相應的相的比較器輸出為持續(xù)“H”狀態(tài)的狀態(tài)。此處，感應電壓的相位變成極端滯后相位狀態(tài)時，在步驟116中，輸出電壓控制部213使電壓PWM控制信號的輸出占空比增加規(guī)定的值。步驟116后，返回到步驟101，之后重復相同的動作。另一方面，步驟115中感應電壓的狀態(tài)不是滯后相位狀態(tài)時，前進到步驟117。步驟117中，進行超前相位狀態(tài)的判定，直到即將進行上側(cè)驅(qū)動信號輸出為止，相應的相的比較器輸出為持續(xù)“H”狀態(tài)的狀態(tài)。此處，感應電壓的相位變成極端超前相位狀態(tài)時，在步驟118中，輸出電壓控制部213使電壓PWM控制信號的輸出占空比減少規(guī)定的值。步驟118后，返回到步驟101，之后重復相同的動作。S卩，本控制利用無刷直流電動機203的各相端子電壓(值)Vu、Vv、Vw和為直流電源電壓的1/2電壓的虛擬中性點電壓(值)VN的比較，對由逆變電路部204的換流動作產(chǎn)生的各相輸出電壓相位和利用轉(zhuǎn)子磁通量變化在定子繞組生成的感應電壓的相位差進行判定。判定的結(jié)果，感應電壓相位對于逆變器輸出電壓相位是滯后時，增加逆變電路輸出電壓。反之，感應電壓相位對于逆變器輸出電壓相位是超前時，減少逆變電路輸出電壓。因此，即使在由負載轉(zhuǎn)矩變動或者目標轉(zhuǎn)速的變化等原因引起無刷直流電動機203的運轉(zhuǎn)狀態(tài)產(chǎn)生變化的情況下，也能與逆變器輸出電壓的感應電壓相位的狀態(tài)對應地，逆變器輸出電壓發(fā)生變化。由此，在通過無刷直流電動機203的強制換流進行同步運轉(zhuǎn)時，能夠防止由于電動機輸出轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)矩過大或者轉(zhuǎn)矩不足而失步停止的情況，實現(xiàn)穩(wěn)定的電動機運轉(zhuǎn)。進一步，由于是在轉(zhuǎn)子203b的內(nèi)部配置了永磁鐵203 α ,203 β ,203 Y ,203 δ、203 ε ,203 ζ的結(jié)構(gòu)，所以能夠有效的利用磁阻轉(zhuǎn)矩。因此，在由無傳感器驅(qū)動帶來的運轉(zhuǎn)限制區(qū)域，通過同步換流使電流相位成為超前相位，能夠增加磁阻轉(zhuǎn)矩，對于輸出電壓上限，也能夠進一步擴大運轉(zhuǎn)范圍。如此，由于能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的無刷直流電動機203的旋轉(zhuǎn)控制，所以對于電動壓縮機，使用本實施方式I的逆變器控制裝置250，也可以很好的運轉(zhuǎn)。
另外，對于具備通過配管連結(jié)電動壓縮機、冷凝器、減壓裝置、蒸發(fā)器使其連接成環(huán)形的制冷循環(huán)(均未圖示)的冷藏庫等儲物裝置，也可以使用本實施方式I的逆變器控制裝置250驅(qū)動控制電動壓縮機。由此，能夠得到很好的系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，能夠使儲物裝置的物品保存溫度穩(wěn)定，提高儲物的可靠性。如以上說明，本發(fā)明的逆變器控制裝置250包括無刷直流電動機203、逆變電路部204、輸出電壓控制部213、位置檢測電路部206、位置檢測判定部208、位置檢測換流控制部209和強制同步換流控制部211。無刷直流電動機203包括設(shè)置有永磁鐵的轉(zhuǎn)子203b和設(shè)置有三相繞組的定子203a。逆變電路部204驅(qū)動無刷直流電動機203。輸出電壓控制部213控制逆變電路部204的輸出電壓。位置檢測電路部206對無刷直流電動機203的感應電壓和由逆變電路部204的輸出電壓產(chǎn)生的基準電壓進行比較檢測。位置檢測判定部208基于位置檢測電路部206的輸出信號從無刷直流電動機203的感應電壓波形的零交叉點開始輸出轉(zhuǎn)子位置檢測信號。位置檢測換流控制部209基于來自位置檢測判定部208的輸出信號輸出逆變電路部204的換流信號波形。強制同步換流控制部211根據(jù)無刷直流電動機203的目標轉(zhuǎn)速以規(guī)定的頻率輸出電角度小于180度的換流信號波形。逆變器控制裝置250在通過位置檢測換流進行的動作中，輸出電壓控制部213的輸出電壓為上限且未達到目標轉(zhuǎn)速的情況下，通過同步換流進行動作。因此，成了強制的將逆變電路部204的輸出電流的頻率以同步頻率輸出。由此，由于負載轉(zhuǎn)矩的增加而相對于電流相位的轉(zhuǎn)子相位、即感應電壓相位滯后了時，相對地感應電壓相位的電流相位成為超前相位。超前相位電流由于定子磁通量降低而感應電壓減少，其結(jié)果是由于電動機電流增加且使輸出轉(zhuǎn)矩增加，所以能夠擴大運轉(zhuǎn)范圍。另外，逆變器控制裝置250還包括相位差判定部210。相位差判定部210基于位置檢測電路部206的信號，檢測無刷直流電動機203的感應電壓相位對逆變電路部204的輸出電壓相位的相位差。而且，相位差判定部210基于相位差使輸出電壓控制部213控制的逆變電路部204的輸出電壓發(fā)生變化，保持無刷直流電動機203的感應電壓對逆變電路部204的輸出電壓的相位為規(guī)定的相位。逆變器控制裝置250通過同步換流進行的動作中，也對應于無刷直流電動機203的感應電壓相位的變化狀態(tài)，使逆變電路部204的輸出電壓發(fā)生變化，以跟隨無刷直流電動機203的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，對應于逆變器輸出電壓或者針對電流相位的感應電壓相位的狀態(tài)，使逆變器輸出電壓發(fā)生變化，由此能夠?qū)崿F(xiàn)通過強制換流進行同步運轉(zhuǎn)時的更加穩(wěn)定的電動機動作。另外，逆變器控制裝置250是無刷直流電動機203的轉(zhuǎn)子203b在內(nèi)部嵌入有永磁鐵，具有凸極性的結(jié)構(gòu)。因此，在由無傳感器驅(qū)動帶來的運轉(zhuǎn)限制區(qū)域，通過同步換流使電流相位成為超前相位，能夠增加磁阻轉(zhuǎn)矩。由此，對于輸出電壓上限，也能夠進一步擴大運轉(zhuǎn)范圍。本發(fā)明的電動壓縮機包括上述逆變器控制裝置250。因此，無刷直流電動機203的低轉(zhuǎn)速區(qū)域能夠進行高效率的運轉(zhuǎn)，高轉(zhuǎn)速區(qū)域能夠進行高轉(zhuǎn)矩的運轉(zhuǎn)。由此，還能夠提供遵循制冷循環(huán)的負載變化的可靠性高的電動壓縮機。本發(fā)明的電設(shè)備包括上述電動壓縮機。
因此，能夠提供以高效率進行運轉(zhuǎn)范圍廣、可靠性高的驅(qū)動控制的家用冷藏庫等電設(shè)備。另外，對應于廣泛的負載范圍進行適當?shù)目刂?，能夠使儲物裝置的物品保存溫度穩(wěn)定，提高儲物的可靠性。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性如上所述，由于本發(fā)明涉及的逆變器控制裝置能夠使穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)動作的持續(xù)成為可能，所以對會產(chǎn)生負載變動、電壓變動的空調(diào)、冷藏庫、洗衣機等家用電設(shè)備或電動汽車等很有用。附圖符號說明200逆變器裝置203無刷直流電動機203b 轉(zhuǎn)子203 α ,203 β ,203 Y ,203 δ ,203 ε ,203 ζ 永磁鐵203u、203v、203w 定子繞組204逆變電路部206位置檢測電路部208位置檢測判定部209位置檢測換流控制部210相位差判定部211強制同步換流控制部213輸出電壓控制部250逆變器控制裝置
權(quán)利要求
1.一種逆變器控制裝置，其特征在于，包括: 無刷直流電動機，其包括設(shè)置有永磁鐵的轉(zhuǎn)子和設(shè)置有三相繞組的定子； 逆變電路部，其驅(qū)動所述無刷直流電動機； 輸出電壓控制部，其控制所述逆變電路部的輸出電壓； 位置檢測電路部，其對所述無刷直流電動機的感應電壓和根據(jù)所述逆變電路部的輸出電壓生成的基準電壓進行比較檢測； 位置檢測判定部，其基于所述位置檢測電路部的轉(zhuǎn)子位置檢測信號從所述無刷直流電動機的感應電壓波形的零交叉點起輸出轉(zhuǎn)子位置檢測信號； 位置檢測換流控制部，其基于來自所述位置檢測判定部的輸出信號輸出所述逆變電路部的換流信號波形；和 強制同步換流控制部，其根據(jù)所述無刷直流電動機的目標轉(zhuǎn)速，以規(guī)定的頻率輸出電角度小于180度的換流信號波形,其中 在通過位置檢測換流進行的動作中所述輸出電壓控制部控制的輸出電壓為上限且未達到目標轉(zhuǎn)速的情況下，通過同步換流進行動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器控制裝置，其特征在于: 還包括相位差判定部，其基于所述位置檢測電路部的信號，檢測所述無刷直流電動機的感應電壓相位對所述逆變電路部的輸出電壓相位的相位差，并且基于所述相位差使所述輸出電壓控制部控制的所述逆變電路部的輸出電壓發(fā)生變化，將相對于所述逆變電路部的輸出電壓的所述無刷直流電動機的感應電壓的相位保持為規(guī)定的相位， 在通過同步換流進行的動作中，也與所述無刷直流電動機的感應電壓的相位的變化狀態(tài)相應地，使所述逆變電路部的輸出電壓發(fā)生變化，以跟隨所述無刷直流電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆變器控制裝置，其特征在于: 所述無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子在內(nèi)部嵌入有永磁鐵，具有凸極性。
4.一種電動壓縮機，其特征在于: 具有權(quán)利要求1-3中任一項所述的逆變器控制裝置。
5.—種電設(shè)備,其特征在于: 具有權(quán)利要求4所述的電動壓縮機。
全文摘要
本發(fā)明的逆變器控制裝置通過根據(jù)無刷直流電動機的目標轉(zhuǎn)速以規(guī)定的頻率輸出電角度小于180度的換流信號波形的同步換流進行動作。而且，為了保持無刷直流電動機的感應電壓對逆變電路部的輸出電壓的相位為規(guī)定的相位，在通過同步換流進行的動作中，也與無刷直流電動機的感應電壓相位的變化狀態(tài)對應地使逆變電路部的輸出電壓發(fā)生變化，以跟隨電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)通過強制換流而同步運轉(zhuǎn)時的更穩(wěn)定的電動機動作。
文檔編號H02P6/06GK103201943SQ20118005069
公開日2013年7月10日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者甲田篤志, 小川原秀治 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社