專(zhuān)利名稱(chēng)：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置以及壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、以及搭載該電動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置將交流電源進(jìn)行整流，并將整流后的直流 電力利用平滑電容器進(jìn)行平滑化后通過(guò)逆變器向電動(dòng)機(jī)提供電力。在 這種結(jié)構(gòu)的情況下平滑電容器是必需的，因此該平滑電容器成為大型 化、成本上升的主要原因。但是，當(dāng)去掉平滑電容器時(shí)，可知整流后 的直流電壓將引起與交流電源同步的脈動(dòng)，給電動(dòng)機(jī)帶來(lái)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、 效率惡化等的惡劣影響。
因此，為了減輕不加該平滑電容器的情況下直流電壓脈動(dòng)帶給電 動(dòng)機(jī)的惡劣影響，具有使電動(dòng)機(jī)的相位前移的技術(shù)(例如參照專(zhuān)利文 獻(xiàn)l)。
另外，還有預(yù)先以電源2倍的周期控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的技術(shù)(例如 參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。
并且，在三相交流電源的情況下，直流電壓的脈動(dòng)小于單相交流 電源，因此還有通過(guò)瞬時(shí)檢測(cè)直流電壓來(lái)補(bǔ)償直流電壓脈動(dòng)的技術(shù) (例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3)。
還有如下的技術(shù)在這種直流電壓的脈動(dòng)條件下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)， 對(duì)于直流電壓下降所引起的電壓不足，限制從逆變器輸出的電壓(例 如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)4)。
另外，還有如下的技術(shù)在這種直流電壓的脈動(dòng)條件下驅(qū)動(dòng)電動(dòng) 機(jī)時(shí)，根據(jù)直流電壓的下降，研究電流控制的指令值來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)5-7)。并且，還有如下的技術(shù)為了保護(hù)由于直流電壓的脈動(dòng)而在由來(lái) 自電動(dòng)機(jī)的再生電力所引起的向逆變器的逆潮流中產(chǎn)生的電壓上升， 設(shè)有鉗位電路(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)8)。
另外，示出了不利用位置傳感器檢測(cè)永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子位置而驅(qū) 動(dòng)電動(dòng)機(jī)的方法(例如參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)1 2)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)l:日本特開(kāi)平10-150795號(hào)公報(bào)(笫5-7頁(yè)、圖l)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2002-51589號(hào)公凈艮
專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)平6-153534號(hào)公報(bào)(圖2 )
專(zhuān)利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2005-20986號(hào)公報(bào)(圖3 )
專(zhuān)利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)2002-223599號(hào)^^艮
專(zhuān)利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2003-164179號(hào)^^才艮
專(zhuān)利文獻(xiàn)7:日本特開(kāi)2005-130666號(hào)7>報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)8:日本特開(kāi)2005-39902號(hào)公報(bào)
非專(zhuān)利文獻(xiàn)1:渡邊，宮崎，藤井，"永久磁石界磁電動(dòng)機(jī)O回 転子位置^速度coir 乂廿U7検出(D—方法"，電氣學(xué)會(huì)論文雜志D， 110巻11號(hào)，平成2年，P.1193-1200
非專(zhuān)利文獻(xiàn)2:竹下，市川，李，松井，"速度起電力K基d〈
ir:/廿i^7突極形:/，〉i^7DC乇一夕制御，，，電氣學(xué)會(huì)論文雜志
D， 117巻1號(hào)，平成9年，P.98-104 發(fā)明要解決的課題
現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置以及壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置提出了如下方案構(gòu) 成為將對(duì)交流電源整流后的直流電壓進(jìn)行平滑化的電容器進(jìn)行小容 量化或者不設(shè)置該電容器，實(shí)現(xiàn)小型、輕量、低成本化，并且進(jìn)行控 制來(lái)減輕伴隨電容器小容量化而產(chǎn)生的直流電壓脈動(dòng)，或者高效率且 抑制輸入電流的高次諧波成分。
然而，這些電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置需要將動(dòng)作范圍變窄到能夠驅(qū)動(dòng)電動(dòng) 機(jī)并且可降低輸入電流的高次諧波電流的可變速度范圍內(nèi)。
因此，在想應(yīng)用到可變速度范圍寬的空調(diào)機(jī)等系統(tǒng)中的情況下， 有產(chǎn)生上述限制的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而作出的，其目的在于提供一種如下
的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、以及搭載該電動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成為將 對(duì)交流電源整流后的直流電壓進(jìn)行平滑化的電容器小容量化或者不 設(shè)置該電容器，實(shí)現(xiàn)小型、輕量、低成本化，并且能夠有效降低輸入 電流的高次諧波電流。
用于解決課題的方案
與本發(fā)明有關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置具備
整流單元，將來(lái)自交流電源的交流電壓整流為直流電壓；
電力變換單元，將前述整流單元所輸出的直流電壓變換為交流電 壓而施加到電動(dòng)機(jī)上；以及
控制單元，控制前述電力變換單元施加到電動(dòng)才幾上的電壓，
該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于，
前述控制單元具有輸出電壓限制單元，該輸出電壓限制單元進(jìn)行 限制使得施加到電動(dòng)機(jī)上的電壓的標(biāo)量值成為由前述整流單元輸出 的直流電壓所規(guī)定的最大輸出電壓以下，
將前述輸出電壓限制單元的電壓限制量反饋給前述控制單元。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，構(gòu)成為將平滑電容器小容量化或 者不設(shè)置該平滑電容器，因此能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型、輕量、低成本化。
另夕卜，反饋進(jìn)行了輸出電壓限制時(shí)的電壓限制量，因此能夠瞬時(shí) 除去基于該電壓限制的輸出電壓誤差的影響，由此能夠有效降低輸入 電流的高次諧波成分。


圖1是與實(shí)施方式1有關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電路框圖。
圖2是表示通過(guò)平滑電容器4進(jìn)行平滑化的直流電壓的波形的圖3是說(shuō)明輸出電壓限制單元23的電壓限制動(dòng)作的圖。 圖4是表示輸出電壓限制單元23的結(jié)構(gòu)的圖。 圖5是表示電流控制單元22的結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示在圖l的結(jié)構(gòu)中將逆變器主電路部6等效替換為虛擬
電流源30的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是與實(shí)施方式2有關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電路框圖。
圖8是表示電流指令生成單元26的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是表示電動(dòng)機(jī)5的總磁通進(jìn)行脈動(dòng)的樣子的圖。
圖10是表示將磁通指令根據(jù)電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速(回転數(shù))進(jìn)行變
更時(shí)的兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。
圖11是表示電動(dòng)機(jī)5進(jìn)行再生動(dòng)作時(shí)的直流電壓波形和輸入電
流波形的圖。
圖12是表示r軸的電流指令值I瀘中具有偏置(offset)的例子的圖。
圖13是表示實(shí)際的電源相位的波形、和根據(jù)基于電源相位檢測(cè) 器9的檢測(cè)值的釆樣而生成的運(yùn)算相位的波形的圖。
圖14是與實(shí)施方式3有關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電路框圖。形圖。
圖16是將從開(kāi)環(huán)上的控制軸觀看的情況下的電壓、和從閉環(huán)上 的控制軸觀看的情況下的電壓進(jìn)行比較的矢量圖。
圖17是表示從開(kāi)環(huán)向閉環(huán)切換控制時(shí)的r軸、8軸的電流指令 值的圖。
圖18是表示電動(dòng)機(jī)5的相電流(U相)的實(shí)際波形例子的圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明
1:單相交流電源；2:線圏；3:整流單元；4:平滑電容器；5: 電動(dòng)機(jī)；6:逆變器主電路部；7a、 7b:相電流檢測(cè)器；8:直流電壓 檢測(cè)單元；9:電源相位檢測(cè)器；10:控制單元；21:坐標(biāo)變換單元； 22:電流控制單元；23:輸出電壓控制單元；24a、 24b:積分器；25:
10電流指令值；26:電流指令生成單元；27:位置推定單元。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1.
圖1是與本發(fā)明的實(shí)施方式1有關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電路框圖。
在圖1中，l是單相交流電源，2是線圈，3是整流單元，4是平 滑電容器，5是電動(dòng)機(jī)，6是逆變器主電路部，7a和7b是相電流檢測(cè) 器，8是直流電壓檢測(cè)單元，9是電源相位檢測(cè)器，IO是控制單元。
線圏2連接在單相交流電源1和整流單元3之間。
整流單元3將來(lái)自單相交流電源1的交流電壓整流成直流電壓。
平滑電容器4連接在整流單元3的輸出側(cè)，將整流單元3整流后 的電壓進(jìn)行平滑化。
電動(dòng)機(jī)5連接在逆變器主電路部6的輸出側(cè)，成為與本實(shí)施方式 l有關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)對(duì)象。
逆變器主電路部6將平滑電容器4平滑化后的直流電壓變換為交 流電壓并施加于電動(dòng)才幾5，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)才幾5。
相電流檢測(cè)器7a、 7b檢測(cè)電動(dòng)機(jī)5的相電流并輸出到控制單元10。
直流電壓檢測(cè)單元8檢測(cè)整流單元3輸出的直流電壓，并輸出到 控制單元10。
電源相位檢測(cè)器9檢測(cè)單相交流電源1的電源相位，并輸出到控 制單元10。
控制單元10接受流過(guò)電動(dòng)機(jī)5的電流指令值25 (Ir*， IS*)， 根據(jù)該電流指令值25來(lái)控制逆變器主電路部6，控制向電動(dòng)機(jī)5施加 的電壓。
控制單元10具有坐標(biāo)變換單元21、電流控制單元22、輸出電壓 控制單元23。
坐標(biāo)變換單元21從相電流檢測(cè)器7a、7b接受電動(dòng)機(jī)5的相電流的檢測(cè)值，輸出坐標(biāo)變換為正交2軸坐標(biāo)系的(Ir, IS)。
電流控制單元22接受電流指令值25、坐標(biāo)變換單元21的輸出、 電源相位檢測(cè)器9的輸出、以及后述的電壓限制量(Vr—rst， V6—rst)， 輸出向電動(dòng)機(jī)5施加的電壓的指令值(VrO, VS0)。
輸出電壓限制單元23接受直流電壓檢測(cè)單元8的輸出以及電流 控制單元22的輸出，向逆變器主電路部6輸出向電動(dòng)機(jī)5施加的電 壓(Vr, VS)的指示。另夕卜，在規(guī)定的條件下，將電壓限制量(Vr_rst， V6_rst)輸出到電流控制單元22。
以上結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)以及各符號(hào)的下標(biāo)(r， 3)的意思將后述。 圖2示出由平滑電容器4進(jìn)行平滑化后的直流電壓的波形。 圖2的(a)示出平滑電容器4的容量足夠大的情況下的直流電 壓波形。在這種情況下，如該圖所示，直流電壓不變動(dòng)、或者變動(dòng)量 小，因此前述電動(dòng)機(jī)5的輸出轉(zhuǎn)矩大體被控制為恒定值。
圖2的(b)示出平滑電容器4的容量小而直流電壓進(jìn)行脈動(dòng)的 情況下的波形。在這種情況下，如該圖所示，直流電壓由于平滑電容 器4的小容量化而較大地進(jìn)行脈動(dòng)，變成與電源電壓相似的形狀，因 此當(dāng)與圖2的(a)所示的直流電壓同樣地控制電動(dòng)機(jī)5時(shí)，在直流 電壓下降很大的時(shí)刻(單相交流電源1的零交叉附近)不能輸出足夠 的轉(zhuǎn)矩，控制變得不穩(wěn)定。
如圖2的(b)所示，在本發(fā)明中將平滑電容器4小容量化到直 流電壓以單相交流電源1的頻率的兩倍頻率進(jìn)行較大脈動(dòng)的程度，實(shí) 現(xiàn)裝置的小型、輕量、低成本化。在后面敘述單相交流電源l在零交 叉附近的控制問(wèn)題。
在此，在詳細(xì)說(shuō)明圖1的結(jié)構(gòu)之前，研究通過(guò)使直流電壓的脈動(dòng) 允許范圍變大而能夠使平滑電容器4的容量變小的理論根據(jù)。
當(dāng)^:電動(dòng)機(jī)5的電感為L(zhǎng)、額定電流為l、能夠允許的直流電壓
的脈動(dòng)范圍為V時(shí)，根據(jù)能量守恒定律，下式(2)成立。 (1/2 ) CVA2= ( 1/2 ) LIA2 …(2 )
12(2)
例如，當(dāng)設(shè)L-10mH、 W0A時(shí)，根據(jù)上述式(2)，在脈動(dòng)范 圍V是20V的情況下成為C=2500uF。另一方面，當(dāng)設(shè)脈動(dòng)范圍V為 280V時(shí)，同樣地根據(jù)上述式(2)，成為C=13uF。
(3)
這表示即如圖2的(b)所示，如果使直流電壓的脈動(dòng)范圍變 大，則能夠大幅減小電容器容量。這樣，通過(guò)理論計(jì)算也明白能夠減 小電容器容量。
此外，實(shí)際上利用從單相交流電源l補(bǔ)給的電荷對(duì)平滑電容器4 進(jìn)行充電，因此附帶地說(shuō)，上述式(2)的計(jì)算方法并非表示完整的 物理現(xiàn)象而僅僅是概要計(jì)算。
下面返回到圖1的結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說(shuō)明。
坐標(biāo)變換單元21將相電流檢測(cè)器7a、 7b所檢測(cè)出的電動(dòng)機(jī)5 的相電流變換為正交2軸坐標(biāo)系中的電流。變換后的正交2軸坐標(biāo)稱(chēng) 作r軸、S軸，電壓、電流的下標(biāo)也標(biāo)記相同的符號(hào)。
在本實(shí)施方式1中，各電流、電壓的值還包括電流指令值25( Ir*， IS*),〗吏用該r軸、5軸上的值進(jìn)行控制。下面的實(shí)施方式也相同。
坐標(biāo)變換單元21進(jìn)行坐標(biāo)變換后的r軸、3軸的電流值(Ir, IS) 被輸出到電流控制單元22。電流控制單元22的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作在后述的 圖5中進(jìn)行說(shuō)明。
圖3說(shuō)明輸出電壓限制單元23執(zhí)行的電壓限制動(dòng)作。
逆變器主電路部6無(wú)法輸出由所輸入的直流電壓所規(guī)定的輸出 電壓的最大值以上的電壓。該輸出電壓的最大值設(shè)為Vlim(圖3的虛 線圓弧)。
在對(duì)電動(dòng)機(jī)5施加的電壓的指令值(VrO， V80)超過(guò)Vlim的情 況下，輸出電壓限制單元23為了使標(biāo)量值(scalar value )為Vlim以 下，需要修正電壓的指令值(VrO， VSO),并根據(jù)修正后的電壓值(Vr， VS)來(lái)控制逆變器主電路部6。
輸出電壓限制單元23起到將這樣施加到電動(dòng)機(jī)5上的電壓限制為最大值Vlim以下的作用。
圖4示出輸出電壓限制單元23的結(jié)構(gòu)。
(1) 輸入
輸出電壓限制單元23將由直流電壓檢測(cè)單元8的輸出所規(guī)定的 上述Vlim值與施加到電動(dòng)機(jī)5上的電壓的指令值(Vr0， V50 ) —起 作為輸入來(lái)接受。
(2) 電壓限制動(dòng)作
接著，輸出電壓限制單元23比較上述Vlim值與電壓的指令值 (Vr0， V洲)的標(biāo)量值。
(3) 輸出
在標(biāo)量值超過(guò)上述Vlim值的情況下，修正電壓的指令值(Vr0， VS0)，將修正后的電壓值(Vr， V6)作為最終電壓來(lái)輸出。
在標(biāo)量值沒(méi)有超過(guò)上述Vlim值的情況下，將電壓的指令值(Vr0， V洲)直接作為(Vr， V3)來(lái)輸出。
另外，在進(jìn)行了電壓的修正的情況下，將修正前后的差分值 (Vr0- Vr， V30- )=電壓限制量(Vr—rst， VS—rst)輸出到電流 控制單元22。
圖5示出電流控制單元22的結(jié)構(gòu)。
圖5的(a)是進(jìn)行r軸的電流控制的結(jié)構(gòu)，(b)是進(jìn)行8軸的 電流控制的結(jié)構(gòu)。由于各自具有相同的結(jié)構(gòu)，因此在此僅說(shuō)明r軸的 電流控制。
(1)基本結(jié)構(gòu)
電流控制單元22將r軸電流的指令值Ir*、和坐標(biāo)變換單元21 所輸出的坐標(biāo)變換后的r軸電流值Ir作為輸入來(lái)接受，并求出其偏差 (Ir*-Ir)。
接著，根據(jù)所求出的偏差進(jìn)行以下式(3)的比例積分控制運(yùn)算， 求出操作量。
操作量-Kidx(偏差+(l/Tid) xj(偏差)dt) …(3 ) Kid:比例增益Tid:積分增益
通過(guò)積分器24a (在3軸中是積分器24b )來(lái)進(jìn)行上述式(3 )中 的積分運(yùn)算。所求出的操作量作為r軸的指令值Vr0而輸出到輸出電 壓限制單元23。
(2)使用來(lái)自輸出電壓限制單元23的反饋的運(yùn)算校正
電流控制單元22的基本結(jié)構(gòu)如上所述，但是在本發(fā)明中，還進(jìn) 行將來(lái)自輸出電壓限制單元23的反饋反映到積分器24a的積分值上 的運(yùn)算校正。
在輸出電壓限制單元23中進(jìn)行了如圖3 圖4中說(shuō)明的電壓限制 動(dòng)作的情況下，其電壓限制量V匸rst被反饋到電流控制單元22。
電流控制單元22進(jìn)行從積分器24a的積分值減去該電壓限制量 Vr一rst的校正。3軸(積分器24b)也相同。
下面說(shuō)明其理由。
在本發(fā)明中，使平滑電容器4小容量化，因此直流電壓以單相交 流電源1的2倍頻率較大地進(jìn)行脈動(dòng)。為此，在單相交流電源l的每 半個(gè)周期，向逆變器主電路部6輸入的直流電壓較大地下降，如前所 述，輸出電壓限制單元23產(chǎn)生限制電壓的狀況。
在這種情況下，當(dāng)電流限制單元22中存在積分器時(shí)，在積分中 殘存與該限制的電壓量相應(yīng)的誤差，積分值中包括該誤差的影響，波 形失真從而增加高次諧波成分。
作為除去積分誤差影響的手段，還考慮在進(jìn)行電壓限制時(shí)停止積 分運(yùn)算(例如前述專(zhuān)利文獻(xiàn)4)，這樣一來(lái)在重新開(kāi)始積分控制時(shí)， 其誤差殘存在積分內(nèi)部，無(wú)法充分降低輸入電流的高次諧波成分。特 別是在單相交流電源1的電壓值高的情況下，電壓脈動(dòng)的瞬時(shí)時(shí)間變 化大，顯著地表現(xiàn)出該傾向。
因此，在本發(fā)明中不是停止積分運(yùn)算，而是通過(guò)減法運(yùn)算來(lái)校正 殘存在積分內(nèi)部的誤差，從而解決上述問(wèn)題。
這樣，在輸出電壓限制單元23進(jìn)行了電壓限制動(dòng)作的情況下， 通過(guò)從積分器24a (以及積分器25b)減去其電壓限制量Vr rst，能
15夠瞬時(shí)除去由輸出電壓誤差引起的積分誤差。
由此，能夠更有效地降低輸入電流的高次諧波成分，與使積分器
24a(以及積分器25b)的積分運(yùn)算停止的方法相比，能夠進(jìn)一步降低 輸入電流的高次諧波成分。
接著，研究如下情況進(jìn)行控制使得流過(guò)逆變器主電路部6的電 流的波形變成與單相交流電源l的電壓波形相似的形狀，由此降低輸 入電流的高次諧波成分。
首先使用后述的圖6來(lái)考察理論根據(jù)，然后說(shuō)明本實(shí)施方式1 中的具體實(shí)現(xiàn)方法。
圖6示出在圖l的結(jié)構(gòu)中將逆變器主電路部6等效替換為虛擬電 流源30的結(jié)構(gòu)。虛擬電流源30和平滑電容器4構(gòu)成并聯(lián)電路31。
平滑電容器4被小容量化，因此在虛擬電流源30的輸出電流與 單相交流電源1的電壓同步的條件下，并聯(lián)電路31能夠與純電阻大 體等效地處理。
通常在純電阻電路中，電壓和電流的波形中不產(chǎn)生偏移，兩個(gè)波 形成為同相位。即，在上述條件下，輸入電流變成與單相交流電源1 的電壓同相位、相似波形的波形。
與單相交流電源1的電壓同相位、相似波形的波形中，不存在失 真等高次諧波成分，因此通過(guò)將輸入電流的波形設(shè)為與單相交流電源 1的電壓同相位、相似波形的波形，能夠降低輸入電流的高次諧波成 分。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，例如考慮檢測(cè)電源電壓信息、電源電壓的相 位信息、電源電壓的零點(diǎn)、電源電壓的瞬時(shí)值、或者直流電壓的瞬時(shí) 脈動(dòng)電壓等，并對(duì)電動(dòng)機(jī)5進(jìn)行控制使得流向逆變器主電路部6的電 流變成與單相交流電源1的電壓相似的形狀。
即，只要檢測(cè)流過(guò)逆變器主電路部6的電流，并進(jìn)行控制使得該 電流變成與電源電壓相似的形狀即可。
因此，在本發(fā)明中著眼于被輸入到逆變器主電路6中的電流和所 輸出的電流根據(jù)基爾霍夫定律而一致的情形，通過(guò)將電動(dòng)機(jī)5的r軸、8軸電流的兩者控制為與單相交流電源1的電壓相似的形狀，從而等
效地構(gòu)成為使流入逆變器主電路部6的電流變成與單相交流電源1的 電壓相似的形狀。
通過(guò)這樣構(gòu)成，能夠用電動(dòng)機(jī)5的相電流檢測(cè)器7a、 7b代替輸 入電流檢測(cè)器，沒(méi)有必要在單相交流電源1側(cè)設(shè)置輸入電流檢測(cè)器， 因此能夠通過(guò)削減部件數(shù)量來(lái)廉價(jià)地構(gòu)成電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
接著，說(shuō)明用于將電動(dòng)機(jī)5的r軸、3軸電流兩者控制為與單相 交流電源1的電壓相似的形狀的具體結(jié)構(gòu)。
控制單元10根據(jù)電源相位檢測(cè)器9所檢測(cè)的單相交流電源1的 電源相位，生成與單相交流電源1的電壓波形相似形狀的正弦波形。
接著，將所生成的正弦波形乘以電流指令值25 (Ir*， IS*)，并 傳遞給電流控制單元22。
由此，電流指令值25(I"， 13*)與單相交流電源1的電壓同步 地進(jìn)行脈動(dòng)，因此流過(guò)電動(dòng)才幾5的電流也與單相交流電源1的電壓同 步地進(jìn)行脈動(dòng)。即，能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)5的r軸、S軸電流兩者控制為與 單相交流電源l的電壓相似的形狀，能夠?qū)崿F(xiàn)如上所述的控制。
此外，還存在進(jìn)行控制只使8軸的電流進(jìn)行脈動(dòng)并使r軸的電流 -保持大致恒定的現(xiàn)有技術(shù)。例如在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)5中，記載有只使q 軸的電流進(jìn)行脈動(dòng)并使d軸的電流保持大致恒定的技術(shù)。
在這樣構(gòu)成的情況下，雖然與r軸、5軸一起脈動(dòng)的本發(fā)明相比 提高了電源功率因數(shù)，但是30次(電源頻率的30倍的頻率成分)以 上的高次諧波電流成分將增加。
由于具有這種高次諧波被法律等規(guī)定所限制的情況，因此從符合 規(guī)定的觀點(diǎn)出發(fā)，本發(fā)明與上述現(xiàn)有技術(shù)相比具有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)本發(fā)明， 即使包括產(chǎn)品偏差，也能夠使30次以上的高次諧波電流不超過(guò)規(guī)定 值。
圖18示出電動(dòng)機(jī)5的相電流(U相)的實(shí)際的波形例子。 在圖18中示出設(shè)單相交流電源1的頻率為50Hz、設(shè)4極的電動(dòng) 機(jī)5的轉(zhuǎn)速為45rps的情況下的波形例子。流過(guò)電動(dòng)機(jī)5的電流中，電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速的頻率成分成為基頻， 但是另一方面，如上所述進(jìn)行使得與單相交流電源1同步的控制，因 此單相交流電源1的頻率也包含在流過(guò)電動(dòng)才幾5的電流中。
為此，如圖18所示，發(fā)生電動(dòng)機(jī)5的相電流差拍(beat)的現(xiàn) 象。作為電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速和單相交流電源l之差的頻率而發(fā)生差拍現(xiàn) 象。
在圖18的例子中，整流后的頻率是100Hz，因此逆變器頻率成 為90Hz,其差成為10Hz。
這樣，關(guān)于與電源差拍的轉(zhuǎn)速，通常使用跳躍(jump)方法。 在本發(fā)明中，由于去掉電容器或者使其為極小容量，因此發(fā)生差拍的 頻率作為電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速而跳躍。
在本實(shí)施方式1中，將平滑電容器4的容量小容量化到直流電壓 以單相交流電源1的頻率的2倍頻率較大地脈動(dòng)的程度。
這點(diǎn)例如在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載了使用以往的100分之l程度 的小容量電容器的內(nèi)容，但是附帶地說(shuō)本發(fā)明中的平滑電容器4的容 量沒(méi)有被這種以往的電容器容量、其100分之1這樣的數(shù)值而限制。
另外，在本實(shí)施方式l中，如圖5所示，電流控制單元22進(jìn)行 比例積分控制運(yùn)算，但是并不限于此，只要進(jìn)行包括積分控制的控制 運(yùn)算，就能夠得到相同的效果。
另外，在本實(shí)施方式l中，當(dāng)輸出電壓限制單元23進(jìn)行電壓限 制動(dòng)作時(shí)，將其電壓限制量作為輸出電壓誤差而反饋，但是產(chǎn)生輸出 電壓誤差的情形并不限于此。
例如，在逆變器主電路部6所使用的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件中，當(dāng)通過(guò) 電流時(shí)產(chǎn)生被稱(chēng)作飽和電壓的微小電壓。另外，為了防止由于開(kāi)關(guān)元 件中流過(guò)短路電流而引起的元件損壞，設(shè)有短路防止時(shí)間。
由于這種飽和電壓、短路防止時(shí)間也可能產(chǎn)生輸出電壓誤差，因 此也可以構(gòu)成為將這些影響預(yù)先存儲(chǔ)在控制單元10內(nèi)的存儲(chǔ)器等中， 根據(jù)該存儲(chǔ)值進(jìn)行減法運(yùn)算校正。
并且，既可以構(gòu)成為將飽和電壓作為與流過(guò)電動(dòng)機(jī)5的電流相應(yīng)
18的表而進(jìn)行存儲(chǔ)，也可以構(gòu)成為將短路防止時(shí)間也作為與脈動(dòng)的直流 電壓相應(yīng)的值而進(jìn)行存儲(chǔ)。
另外，在本實(shí)施方式l中，平滑電容器4以小容量構(gòu)成，但是理 想的是線圏2也同樣地使用小電感的線圏。例如，理想的是由平滑電 容器4和線圏2構(gòu)成的共振頻率成為單相交流電源1的頻率的40 50 倍以上的程度。
并且，附帶地說(shuō)即使是沒(méi)有設(shè)置平滑電容器4的結(jié)構(gòu)，也達(dá)到與 本實(shí)施方式l相同的效果。
如以上所述，根據(jù)本實(shí)施方式1，控制單元10具有輸出電壓限 制單元23，該輸出電壓限制單元23限制向電動(dòng)機(jī)5施加的電壓的標(biāo) 量值使其成為由整流單元3輸出的直流電壓所規(guī)定的最大輸出電壓以 下，將輸出電壓限制單元23的電壓限制量(Vr—rst, V8_rst)反饋到 控制單元IO，因此，在由于使平滑電容器4小容量化而使直流電壓較 大地脈動(dòng)的結(jié)構(gòu)中，能夠適當(dāng)?shù)乜刂颇孀兤髦麟娐凡?的電壓，并且 反饋其控制狀態(tài)，從而能夠避免控制運(yùn)算中的急劇的值變動(dòng)，并避免 輸入電流波形的失真而抑制高次諧波成分的增加。
另外，控制單元10具有電流控制單元22,該電流控制單元22 接受流過(guò)電動(dòng)機(jī)5的電流指令值25，才艮據(jù)電流指令值25輸出向電動(dòng) 機(jī)5施加的電壓的指令值(VrO, ,輸出電壓限制單元23從電
流控制單元22接受電壓的指令值(Vr0， VS0)，計(jì)算出電壓的指令 值(VrO， V30)的標(biāo)量值，當(dāng)該標(biāo)量值超過(guò)由整流單元3輸出的直流 電壓所規(guī)定的最大輸出電壓時(shí)，限制施加到電動(dòng)機(jī)5上的電壓，因此， 在由于使平滑電容器4小容量化而使直流電壓較大地脈動(dòng)的結(jié)構(gòu)中， 能夠?qū)㈦娏髦噶钪?5的值反映到向電動(dòng)機(jī)5的施加電壓的控制，并 且能夠?qū)崿F(xiàn)與直流電壓的脈動(dòng)相應(yīng)的合適的電壓控制。
另外，設(shè)置了檢測(cè)流過(guò)電動(dòng)機(jī)5的相電流的相電流檢測(cè)器7a、 7b，電流控制單元22才艮據(jù)電流指令值25和相電流檢測(cè)器7a、 7b的 輸出，輸出施加到電動(dòng)機(jī)5上的電壓的指令值(VrO， V30),因此， 將流過(guò)電動(dòng)機(jī)5的相電流和電流指令值25進(jìn)行比較，能夠進(jìn)行控制
19運(yùn)算使得兩者的值接近。
另外，電流控制單元22具有積分器24a、 24b,當(dāng)輸出電壓的指 令值(Vr0， V80)時(shí)，使用積分器24a、 24b進(jìn)行包括積分控制的控 制運(yùn)算，計(jì)算出電壓的指令值(VrO, VS0)，輸出電壓限制單元23 向電流控制單元22反饋電壓限制量(Vr_rst， V3—rst)，電流控制單 元22從積分器24a、 24b的輸出減去從輸出電壓限制單元23接受反 饋的電壓限制量(Vr—rst， VS_rst)，因此，當(dāng)進(jìn)行積分控制時(shí)，能 夠通過(guò)積分運(yùn)算除去電壓的指令值(Vr0， V30)和實(shí)際的輸出電壓 (Vr， V3)的誤差，能夠避免運(yùn)算后的波形的失真。由此能夠避免輸 入電流波形的失真，有效地較大高次諧波成分。
另外，輸出電壓限制單元23只在電壓的指令值(Vr0， V30)的 標(biāo)量值大于由整流單元3輸出的直流電壓所規(guī)定的最大輸出電壓的情 況下，進(jìn)行輸出電壓的限制，并且將電壓限制量(Vr一rst， V3—rst) 反饋到電流控制單元22，電流控制單元22只在從輸出電壓限制單元 23接受電壓限制量(Vr—rst, V5—rst)的反饋的情況下，從積分器24a、 24b的輸出進(jìn)行前述減法運(yùn)算，因此，能夠適當(dāng)?shù)爻シe分運(yùn)算的誤 差，并且在不需要減法運(yùn)算校正時(shí)不進(jìn)行減法運(yùn)算校正，因此從運(yùn)算 效率的方面也是較好的。
另外，電流控制單元22輸出電壓的指令值(VrO， VSO)使得流 過(guò)電動(dòng)機(jī)5的電流的波形變成與來(lái)自單相交流電源1的交流電壓的波 形相似的形狀，因此，輸入電流變成與單相交流電源1的電壓同相位、 相似形狀的波形，能夠降低輸入電流的高次諧波成分。
另外，設(shè)置了檢測(cè)單相交流電源1的相位的電源相位檢測(cè)單元9， 控制單元10根據(jù)電源相位檢測(cè)單元9檢測(cè)出的單相交流電源1的相 位，生成與來(lái)自單相交流電源1的交流電壓的波形相似形狀的正弦波 形，將該正弦波形乘以電流指令值25而輸出到電流控制單元22，因 此，能夠用電動(dòng)機(jī)5的相電流檢測(cè)器7a、 7b替代輸入電流檢測(cè)器， 沒(méi)有必要在單相交流電源l側(cè)設(shè)置輸入電流檢測(cè)器，因此能夠通過(guò)削 減部件數(shù)量而廉價(jià)地構(gòu)成電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。另夕卜，控制單元IO具有將相電流檢測(cè)器7a、 7b檢測(cè)出的電動(dòng)機(jī) 5的相電流變換為正交2軸坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換單元21,坐標(biāo)變換單元 21將坐標(biāo)變換后的電流值(Ir， IS)輸出到電流控制單元22，電流控 制單元22根據(jù)坐標(biāo)變換后的電流指令值25和坐標(biāo)變換單元21的輸 出，輸出坐標(biāo)變換后的2坐標(biāo)軸兩者的電壓指令值(Vr0， VS0)，因 此，即使包括產(chǎn)品偏差，也能夠使30次以上的高次諧波電流不超過(guò) 規(guī)定值，這從符合針對(duì)高次諧波電流的規(guī)則的觀點(diǎn)出發(fā)是所希望的。
另外，在平滑電容器4和單相交流電源l之間設(shè)置線圏2，構(gòu)成 為使平滑電容器4和線圈2引起的共振頻率成為單相交流電源1的頻 率的41倍以上，因此，線圏2本身也能夠小型化，還有助于裝置整 體的小型化等。
實(shí)施方式2.
圖7是與本發(fā)明的實(shí)施方式2有關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電路框圖。
在圖7中，控制單元10具有電流指令生成單元26。 電流指令生成單元26接受速度指令、磁通指令、坐標(biāo)變換單元
21的輸出、輸出電壓限制單元23的輸出、以及電源相位檢測(cè)器9的
輸出，輸出電流指令值25 (Ir*， IS*)。
其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式l相同，因此標(biāo)記相同符號(hào)并省略說(shuō)明。 在本實(shí)施方式2中也與實(shí)施方式1相同，施加到逆變器主電路部
6上的直流電壓由于脈動(dòng)而下降，因此有時(shí)必須限制施加到電動(dòng)機(jī)5
上的電壓。
作為與這種情況對(duì)應(yīng)的技術(shù)，有通過(guò)弱磁場(chǎng)控制使施加到電動(dòng)機(jī) 5上的電壓下降的技術(shù)(例如上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。這是用從定子輸出 的磁場(chǎng)削弱由電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
但是，有必要使轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)變?nèi)醯碾娏髦匦铝鬟^(guò)電動(dòng)機(jī)5的定 子，因此有效率惡化的擔(dān)憂。
因此，在本實(shí)施方式2中，在必須限制施加到電動(dòng)才幾5上的電壓 的情況下，并不是進(jìn)行控制使得重新流過(guò)用于使轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)變?nèi)醯碾娏?，而是適當(dāng)控制r軸電流，自然地完成弱磁場(chǎng)動(dòng)作。
通過(guò)這樣控制，由于使磁場(chǎng)變?nèi)醵軌驅(qū)⒘鬟^(guò)定子的電流抑制到
最小限度，能夠減少效率惡化的擔(dān)憂。
為了進(jìn)行如上所述的控制，在本實(shí)施方式2中進(jìn)行將電動(dòng)機(jī)5
的總磁通量保持為一定值的控制。此外，這里的總磁通是指從電動(dòng)機(jī)
5的定子側(cè)產(chǎn)生的磁通、和從轉(zhuǎn)子側(cè)產(chǎn)生的磁通的合成矢量。
在此，首先說(shuō)明通過(guò)控制使電動(dòng)機(jī)5的總磁通量保持為一定的過(guò)
程，之后說(shuō)明本實(shí)施方式2中的具體結(jié)構(gòu)。
(1) 保持總磁通量一定的控制過(guò)程
根據(jù)法拉第定律，總磁通的變化率dO/dt等于施加到電動(dòng)機(jī)5 上的施加電壓、與由電動(dòng)機(jī)5的相電阻引起的電壓下降量的差分。
施加到電動(dòng)機(jī)5上的施加電壓與從逆變器主電路部6輸出的輸出 電壓(Vr， VS)相同。
由電動(dòng)機(jī)5的相電阻引起的電壓下降量能夠由相電阻R、和r軸、 6軸的電流(Ir， 15)求出。
在此，保持總磁通量一定這等效于使總磁通不變化、即總磁通的 變化率d①/dt保持為0,因此下式(4)成立。
d<D/dt=(電動(dòng)機(jī)5的施加電壓)-(由電動(dòng)機(jī)5的相電阻引起的 電壓下降量)=0
即，c|)=J (電動(dòng)機(jī)5的施加電壓-由電動(dòng)才幾5的相電阻引起的電 壓下降量)dt=const …(4)
因而，當(dāng)電動(dòng)機(jī)5的施加電壓(Vr, V3)下降時(shí)，通過(guò)與其結(jié) 合而控制r軸、S軸的電流(Ir， 18)，能夠保持電動(dòng)機(jī)5的總磁通 量一定。
與弱磁場(chǎng)動(dòng)作相關(guān)聯(lián)的是r軸的電流，因此通過(guò)構(gòu)成為當(dāng)電動(dòng)機(jī) 5的施加電壓由于直流電壓的脈動(dòng)而下降時(shí)控制Ir，從而自然地實(shí)現(xiàn) 弱/磁場(chǎng)動(dòng)作。
(2) 本實(shí)施方式2中的具體結(jié)構(gòu)
圖8是表示電流指令生成單元26的結(jié)構(gòu)的圖。電流指令生成單元26作為輸入接受磁通指令、輸出電壓限制單 元23所輸出的(Vr， V8)的值、以及坐標(biāo)變換單元21所輸出的(Ir， IS)的值。
接著，通過(guò)上述計(jì)算方法求出電動(dòng)機(jī)5的總磁通運(yùn)算值。
接著，根據(jù)磁通指令和總磁通運(yùn)算值之間的差分進(jìn)行比例積分控 制運(yùn)算，輸出r軸的電流指令值IrM吏得電動(dòng)機(jī)5的總磁通量保持一 定。此外，相電阻R是已知的。
通過(guò)這樣輸出r軸的電流指令值Ir、當(dāng)電動(dòng)才幾5的施加電壓由 于直流電壓的脈動(dòng)而下降時(shí)通過(guò)控制使得Ir滿足上述式(4),自然 地實(shí)現(xiàn)弱磁場(chǎng)動(dòng)作。
此外，與實(shí)施方式l相同，通過(guò)控制使得電流指令值I"與單相 交流電源1同步地脈動(dòng)，因此當(dāng)輸出電流指令值Ir時(shí)，反映電源相位 的檢測(cè)值。
圖8的(a)是在進(jìn)行了比例積分控制運(yùn)算后反映電源相位的結(jié) 構(gòu)，在這種情況下進(jìn)行控制使得總磁通一定。
圖8的(b)是在磁通指令上乘以電源相位后進(jìn)行比例積分控制 的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，作為控制基準(zhǔn)值的磁通指令本身進(jìn)行脈動(dòng)， 因此進(jìn)行控制使得總磁通的平均值 一 定。
圖9是表示電動(dòng)機(jī)5的總磁通進(jìn)行脈動(dòng)的樣子的圖。
如圖9所示，總磁通與直流電壓的脈動(dòng)同步地脈動(dòng)。因而，不僅 是如圖8的(a)所示構(gòu)成為總磁通一定，而且即使如圖8的(b)所 示構(gòu)成為以進(jìn)行脈動(dòng)使得總磁通的平均值一定的方式輸出r軸電流指 令，也起到相同效果。
圖10是表示根據(jù)電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速變更磁通指令時(shí)的兩者的對(duì)應(yīng) 關(guān)系的圖。
通常，產(chǎn)生如下現(xiàn)象隨著電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速變高速，即使增加流 經(jīng)電動(dòng)機(jī)5的電流，也難以提高轉(zhuǎn)速。為此，通常進(jìn)行弱磁場(chǎng)控制使 轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)變?nèi)?，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速。
在這種高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域中，也如上所述使得自然地進(jìn)行弱磁場(chǎng)動(dòng)
23作，這從運(yùn)轉(zhuǎn)效率的觀點(diǎn)是理想的。
因此，如圖IO所示，隨著電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速上升，降低磁通指令， 從而保持為一定的總磁通量也伴隨其而下降。由此，自然地實(shí)現(xiàn)弱》茲 場(chǎng)動(dòng)作，因此能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)5的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。
但是，當(dāng)過(guò)于降低總磁通時(shí)，將給電動(dòng)機(jī)5的運(yùn)轉(zhuǎn)本身帶來(lái)障礙， 因此希望如圖IO所示對(duì)磁通指令設(shè)置規(guī)定的下限值。
接著，說(shuō)明輸入電流的高次諧波成分由于來(lái)自電動(dòng)機(jī)5的再生能 量而增加的現(xiàn)象的對(duì)策。
圖11是表示當(dāng)電動(dòng)機(jī)5進(jìn)行再生動(dòng)作時(shí)的直流電壓波形和輸入 電流波形的圖。
對(duì)流過(guò)電動(dòng)機(jī)5的電流進(jìn)行控制使其成為與單相交流電源1的電 壓同步的相似形狀，因此在單相交流電源1的電壓的零交叉附近，電 動(dòng)機(jī)5的輸出轉(zhuǎn)矩從正向負(fù)變化。
這意味著電動(dòng)機(jī)5從動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)變化為再生運(yùn)轉(zhuǎn)，平滑電容器4 通過(guò)來(lái)自電動(dòng)機(jī)5的再生能量被充電。
當(dāng)平滑電容器4通過(guò)來(lái)自電動(dòng)機(jī)5的再生能量而被充電時(shí)，由二 極管構(gòu)成的整流單元3不具有再生功能，因此來(lái)自單相交流電源1的 輸入電流中斷。圖11下圖的輸入電流波形變平坦的部分與其相當(dāng)。
如圖11所示，輸入電流中產(chǎn)生不通電流的期間，從而在輸入電 流波形中產(chǎn)生失真，輸入電流的高次諧波成分增加。
因而，通過(guò)降低來(lái)自電動(dòng)機(jī)5的再生能量，能夠抑制輸入電流中 產(chǎn)生高次諧波成分。具體方法在下面的圖12中進(jìn)行說(shuō)明。
圖12是表示r軸的電流指令值I"中具有偏置的例子的圖。
在圖12中，在單相交流電源1的電壓的零交叉附近，r軸的電 流指令值I一高，這意味著在圖11的輸入電流的不通電流期間，與再 生動(dòng)作方向相當(dāng)?shù)碾娏鞲摺?br> 在本實(shí)施方式2中，以最小限度的弱磁場(chǎng)電流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)5，因 此在單相交流電源1的零交叉附近產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)5的再生動(dòng)作。
因此，在與單相交流電源1的零交叉點(diǎn)相當(dāng)?shù)南辔恢?，?duì)r軸的電流指令值I"設(shè)置規(guī)定的偏置。
通過(guò)這樣構(gòu)成，在單相交流電源1的電壓的零交叉附近，降低再 生動(dòng)作方向的電流，因此能夠抑制緊接在單相交流電源1的零交叉之
后所產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)5的再生動(dòng)作，能夠抑制輸入電流的高次諧波成分。 具體地說(shuō)，通過(guò)對(duì)r軸的電流指令值11"*進(jìn)行如下所述的運(yùn)算校 正，能夠提供如上所述的零交叉附近中的偏置。
(1) 首先，以規(guī)定的比例使I產(chǎn)的振幅(上限和下限之差)減小。
(2) 接著，使IP整體偏置。
(3) 調(diào)整偏置的值使得在單相交流電源1的峰值點(diǎn)上偏置前后 的值一致。
通過(guò)這樣構(gòu)成，能夠抑制由再生能量引起的直流電壓上升，即使 不設(shè)置鉗位電路、浪涌吸收器等，也能夠確保與設(shè)置了它們的結(jié)構(gòu)同 等的可靠性。
接著，使用圖13說(shuō)明基于電源相位檢測(cè)器9的檢測(cè)值的采樣精 度帶給輸入電流的高次諧波成分的影響、以及針對(duì)它的對(duì)策。
圖13是表示實(shí)際的電源相位的波形、和通過(guò)基于電源相位檢測(cè) 器9的檢測(cè)值的采樣而生成的運(yùn)算相位的波形的圖。粗線是電源相位 的波形，細(xì)線是進(jìn)行采樣而生成的相位的波形。
圖13的(a)是表示由通常的釆樣動(dòng)作所生成的波形的圖。
在通常的采樣中，在直到進(jìn)行下次采樣為止的期間，將前次的采 樣值直接用于運(yùn)算，因此運(yùn)算相位必然落后于實(shí)際的電源相位。這是 不管使采樣頻率如何高速，只要進(jìn)行釆樣就必然發(fā)生。
在本發(fā)明中，通過(guò)將流經(jīng)電動(dòng)機(jī)5的電流控制為與單相交流電源 1相似的形狀，從而使輸入電流的高次諧波成分的降低和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 的控制并存，因此單相交流電源1的相位信息的精度、即根據(jù)電源相 位檢測(cè)器9的檢測(cè)值而生成脈動(dòng)指令的精度，非常有助于應(yīng)對(duì)輸入電 流的高次諧波成分。
圖13的(b)是表示在采樣的時(shí)刻以使相位前移采樣周期的2 分之l周期部分的方式補(bǔ)償后的波形的圖。如圖13 (b)所示，當(dāng)使釆樣周期的2分之1周期部分的相位前 移時(shí)，采樣的平均值大致與實(shí)際的電源相位一致。
這種結(jié)構(gòu)只利用軟件就可以實(shí)現(xiàn)，因此成本上升最小，能夠非常 廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)輸入電流的高次諧波對(duì)策。
在本實(shí)施方式2中，示出了圖8中通過(guò)比例積分控制來(lái)運(yùn)算r 軸的電流指令值的例子，但是不限于此，只要是使磁通指令和總磁通 運(yùn)算值一致的控制，可以使用任何方法，起到相同的效果。
另外，在圖10中示出了直線降低磁通指令的例子，但是也可以 按2次曲線、指數(shù)函數(shù)降低。
另夕卜，在本實(shí)施方式2中，說(shuō)明通過(guò)抑制來(lái)自電動(dòng)機(jī)5的再生能 量來(lái)降低輸入電流的高次諧波成分的結(jié)構(gòu)，但是通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī) 5的規(guī)格，也能夠期待相同的效果。
例如，考慮電動(dòng)機(jī)5是嵌入式永》茲(Interior Permanent Magnetic: IPM )馬達(dá)的情況。
IPM馬達(dá)中的轉(zhuǎn)矩有磁鐵轉(zhuǎn)矩、和電感引起的磁阻轉(zhuǎn)矩，用下 式(5)表示。
"/^V;"""A、 . (5)
t:轉(zhuǎn)矩
p:極對(duì)數(shù)
<I>m:永磁體的磁通
id: d軸電流
iq: q軸電流
Ld: d軸電感
Lq: q軸電感
式(5)的第1項(xiàng)表示磁鐵轉(zhuǎn)矩，第2項(xiàng)表示磁阻轉(zhuǎn)矩。根據(jù)兩 項(xiàng)的總和來(lái)決定IPM馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩。
由于電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)子的磁鐵進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生激勵(lì)電壓，從而產(chǎn)生 再生能量，因此在電動(dòng)機(jī)5的設(shè)計(jì)中，進(jìn)行設(shè)計(jì)來(lái)提高上述式(5)
26的第2項(xiàng)(=磁阻轉(zhuǎn)矩)的比例，由此不降低總轉(zhuǎn)矩而能夠降低由于
磁鐵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的激勵(lì)電壓的影響。
例如，當(dāng)設(shè)電動(dòng)機(jī)的激勵(lì)電壓常數(shù)為^[V/rad/s]時(shí)，在電動(dòng)機(jī)5
的設(shè)計(jì)中，能夠進(jìn)行設(shè)計(jì)使得滿足如下關(guān)系。 0$2Ox (Lq"Ld)…(6)
這在上述式(5 )中相當(dāng)于提高總轉(zhuǎn)矩中所占的磁阻轉(zhuǎn)矩的比例。 通過(guò)這樣構(gòu)成電動(dòng)機(jī)5，能夠抑制由再生能量引起的直流電壓的
上升，與前述相同，即使不設(shè)置鉗位電路、浪涌吸收器等，也能夠確
保與設(shè)置了它們的結(jié)構(gòu)同等的可靠性。
此外，在不存在由d軸和q軸的電感引起的磁阻轉(zhuǎn)矩、磁鐵轉(zhuǎn)
矩的電動(dòng)機(jī)中，上述式(6)不成立，因此需要作為應(yīng)用上述式〖"
的電動(dòng)才幾5的對(duì)象而除外。例如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)i人為是上述式(6)的應(yīng)
用對(duì)象之外。
另外，在圖13中前移補(bǔ)償了對(duì)電源相位進(jìn)行采樣得到的相位， 但是通過(guò)前移補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)相位角度，也起到相同的效果。
如以上所述，才艮據(jù)本實(shí)施方式2，控制單元10計(jì)算出流經(jīng)電動(dòng) 機(jī)5的電流指令值25使得電動(dòng)機(jī)5的總磁通量保持一定，根據(jù)電流 指令值25計(jì)算出施加到電動(dòng)機(jī)5上的電壓的指令值(Vr0， V30)， 因此，在必須限制施加到電動(dòng)機(jī)5上的電壓(Vr， V3)的情況下，適 當(dāng)控制r軸電流，從而自然地進(jìn)行弱磁場(chǎng)動(dòng)作，為了使磁場(chǎng)變?nèi)醵鴮?流經(jīng)定子的電流抑制到最小限度，能夠降低效率惡化的擔(dān)憂。
另外，控制單元10具有電流指令生成單元26，該電流指令生成 單元26接受電動(dòng)機(jī)5的磁通的指令值，計(jì)算出電流指令值25使得電 動(dòng)機(jī)5的總磁通量保持一定，電流指令生成單元26根據(jù)電動(dòng)機(jī)5的 相電阻R和電動(dòng)機(jī)5的相電流，計(jì)算出由相電阻R引起的電壓下降 量，根據(jù)施加到電動(dòng)機(jī)5上的電壓(Vr， V8)、和電壓下降量之間的 差分，計(jì)算出總磁通量，因此，通過(guò)運(yùn)算能夠計(jì)算出電動(dòng)機(jī)5的總磁 通量，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果能夠進(jìn)行控制使得自然地進(jìn)行弱磁場(chǎng)動(dòng)作，因此 不需要新設(shè)置傳感器等，在成本方面有益。另夕卜，隨著電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)速變成高速，降低電動(dòng)機(jī)5的磁通的指 令值，因此在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域中也能夠有效地實(shí)現(xiàn)弱磁場(chǎng)動(dòng)作。
另夕卜，對(duì)電動(dòng)機(jī)5的磁通的指令值設(shè)置規(guī)定的下限值，因此不會(huì) 通過(guò)極端的弱磁場(chǎng)動(dòng)作而給電動(dòng)機(jī)5的動(dòng)作帶來(lái)障礙。
另外，電流指令生成單元26在計(jì)算電流指令值25時(shí)，運(yùn)算校正 電流指令值25，使得電流指令值25的振幅以規(guī)定的比例減少，并且 以規(guī)定的值偏置，在與單相交流電源1的峰值點(diǎn)相當(dāng)?shù)南辔恢凶兂膳c 偏置前相同的指令值，因此，能夠抑制再生動(dòng)作方向的電流，抑制緊 接在單相交流電源1的零交叉之后產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)5的再生動(dòng)作，能夠 抑制輸入電流的高次諧波成分。
另外，控制單元IO將單相交流電源1的相位的檢測(cè)值、或者電 動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)相位的檢測(cè)值，前移補(bǔ)償與控制單元10的采樣周期的2 分之l相當(dāng)?shù)南辔唤嵌攘?，因此，能夠通過(guò)利用軟件進(jìn)行的運(yùn)算校正 以小成本來(lái)提高單相交流電源1的相位信息的精度，能夠非常廉價(jià)地 實(shí)現(xiàn)輸入電流的高次諧波對(duì)策。
另外，通過(guò)設(shè)為滿足上述式(6)條件的電動(dòng)機(jī)5，能夠抑制再 生能量引起的直流電壓的上升，即使不設(shè)置鉗位電路、浪涌吸收器等， 也能夠確保與設(shè)置了它們的結(jié)構(gòu)同等的可靠性。
實(shí)施方式3.
圖14是與本發(fā)明的實(shí)施方式3有關(guān)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的電路框圖。
在圖14中，控制單元10具有位置推定單元27。
位置推定單元27接受坐標(biāo)變換單元21的輸出、以及輸出電壓限
制單元23的輸出，推定電動(dòng)機(jī)5的通電相位以及轉(zhuǎn)速。
其它結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式2相同，因此標(biāo)記相同符號(hào)而省略說(shuō)明。 在此，首先說(shuō)明推定電動(dòng)機(jī)5的通電相位以及轉(zhuǎn)速時(shí)的一般性課
題，然后說(shuō)明本實(shí)施方式3中的位置推定單元27的具體動(dòng)作。
例如，在電動(dòng)機(jī)5是永磁馬達(dá)的情況下，在進(jìn)行可變速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，
根據(jù)轉(zhuǎn)子的磁極位置，使電流在定子上流過(guò)繞線來(lái)控制轉(zhuǎn)矩。為此，需要將回旋式編碼器等位置傳感器安裝在電動(dòng)機(jī)5上。
但是，從可靠性、成本等觀點(diǎn)出發(fā)，提出了各種無(wú)傳感器進(jìn)行控
制的方法。本實(shí)施方式3提出了通過(guò)位置推定單元27推定電動(dòng)機(jī)5
的轉(zhuǎn)子位置來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器控制的一個(gè)方式。
通常，電動(dòng)機(jī)5通過(guò)下式(7)所示的電壓電流方程式被模型化。 [公式2
<formula>formula see original document page 29</formula>
R:相電阻 Ld: d軸電感 Lq: q軸電感
反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)
W:旋轉(zhuǎn)角速度 p:微分算子
從由上述式(7)表示的電動(dòng)機(jī)模型、和實(shí)際流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電流 以及施加電壓，可知模型中的理想值和電動(dòng)機(jī)5的實(shí)際值之間有差異， 因此推定速度以及位置使得降低該差異。
這樣，在位置推定單元27中使用向電動(dòng)機(jī)5施加的電壓的情況 下，是否能夠?qū)⒃趯?shí)施方式1中說(shuō)明的輸出電壓誤差降低到以下成為 課題。
例如，在起動(dòng)初期的極低速旋轉(zhuǎn)區(qū)域(最大轉(zhuǎn)速的1/20以下程 度)中，如同實(shí)施方式l中所說(shuō)明，從逆變器主電路部6中使用的半 導(dǎo)體、短路防止時(shí)間的影響來(lái)看，逆變器主電路部6實(shí)際輸出的電壓 和控制單元10所指示的指令電壓(Vr， V3)不完全一致。
在這種情況下，推定的速度、位置中產(chǎn)生運(yùn)算誤差，有時(shí)不能實(shí) 現(xiàn)平滑的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作。
根據(jù)本實(shí)施方式3中的位置推定單元27，為了使平滑電容器4 小容量化，在直流電壓脈動(dòng)的條件下也能夠順利地起動(dòng)電動(dòng)機(jī)5、且 實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無(wú)位置傳感器驅(qū)動(dòng)。接著，說(shuō)明本實(shí)施方式3中的位置推定單元27的具體動(dòng)作。 在從停止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)5的情況下，在起動(dòng)初期的極低速旋轉(zhuǎn)
區(qū)域中，進(jìn)行利用開(kāi)環(huán)的控制。
這里的開(kāi)環(huán)是指，當(dāng)進(jìn)行坐標(biāo)變換單元21的動(dòng)作時(shí)，不使用位
置推定單元27的輸出而進(jìn)行動(dòng)作。即，不使用位置傳感器，也不進(jìn)
行位置推定，因此成為不是與電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)子位置相應(yīng)的通電的狀態(tài)
下的運(yùn)轉(zhuǎn)。
通過(guò)對(duì)電動(dòng)才幾5施加與用于起動(dòng)所需相應(yīng)的電壓以及頻率，電動(dòng) 機(jī)5開(kāi)始旋轉(zhuǎn)動(dòng)作使得引入到開(kāi)環(huán)。由于終究是開(kāi)環(huán)控制，因此無(wú)法 追蹤瞬時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩、急加速，但是只要是緊接在起動(dòng)之后的極低速旋 轉(zhuǎn)時(shí)，就能夠以開(kāi)環(huán)充分地動(dòng)作。
接著，在電動(dòng)機(jī)5達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速的階段，從這樣以開(kāi)環(huán)旋轉(zhuǎn)的 狀態(tài)切換到閉環(huán)下的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。閉環(huán)意味著，從逆變器主電路部6的 輸出電壓以及電動(dòng)機(jī)5的相電流推定位置，在推定的位置對(duì)逆變器主 電路部6的輸出電壓以及電動(dòng)才幾5的相電流進(jìn)行坐標(biāo)變換。
在閉環(huán)中，代替使用位置傳感器而根據(jù)位置推定單元27推定轉(zhuǎn) 子位置，因此成為與電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)子(推定)位置相應(yīng)的通電狀態(tài)下 的運(yùn)轉(zhuǎn)。
通常在電動(dòng)機(jī)5的極低速旋轉(zhuǎn)區(qū)域中，從相電流檢測(cè)器7a、 7b 得到的信號(hào)變得微弱，因此電動(dòng)機(jī)5的正確的位置推定非常困難。
如上所述，通過(guò)在極低速旋轉(zhuǎn)區(qū)域中進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，在轉(zhuǎn)速達(dá)到 一定以上的階段切換到閉環(huán)控制，從而能夠進(jìn)行平滑的控制動(dòng)作。
但是，由于急劇地切換控制方法，從而控制值變成不連續(xù)的值， 有控制變得不穩(wěn)定的擔(dān)憂。
下面說(shuō)明解決上述課題的方法。
圖15是表示從以開(kāi)環(huán)進(jìn)行動(dòng)作的狀態(tài)向閉環(huán)切換動(dòng)作的時(shí)序的 波形圖。
在開(kāi)環(huán)中，由于不是與電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)子位置相應(yīng)的通電，因此轉(zhuǎn) 子的相位(圖15的馬達(dá)軸)以延遲相位追蹤從逆變器主電路部6輸出的相位(圖15的控制軸)。
接著，將電動(dòng)機(jī)5加速到輸出電壓誤差不影響到位置以及速度推 定的轉(zhuǎn)速為止，通過(guò)下式(8)所示的一般的電動(dòng)機(jī)5的電壓電流方 程式，求出控制軸和馬達(dá)軸之間的差分角度A^。
<formula>formula see original document page 31</formula>(8)
其中，
￡r =會(huì){(id + i9) + (W - .cos—)} 丄4 - * {(it/ + i《)—一 "). cos—)} ~ -*如-Z4).sin(2A0)
6>m:控制軸(^軸)上的旋轉(zhuǎn)位置 6>r:馬達(dá)軸(dq軸)上的旋轉(zhuǎn)位置 wl:控制軸下的角速度
下面說(shuō)明使用通過(guò)上述式(8)求出的A6進(jìn)行的運(yùn)算校正。
在從圖15的開(kāi)環(huán)切換到閉環(huán)的時(shí)刻，如上所述從逆變器主電路 部6輸出的相位(圖15的控制軸)、和轉(zhuǎn)子的相位(圖15的馬達(dá)軸) 不一致。即，通過(guò)推定求出的相位和實(shí)際的通電相位在該時(shí)刻不一致。
因此，從減去兩者的差分角度A6^后的通電相位，開(kāi)始閉環(huán)控制。 如果在閉環(huán)控制的開(kāi)始時(shí)刻使控制軸的相位和馬達(dá)軸的相位一致，則 以后能夠根據(jù)由位置推定單元27推定的位置進(jìn)行控制。
這樣，從減去通過(guò)上述式(8)求出的差分角度A6^后的位置開(kāi)始 閉環(huán)，因此在圖15的切換時(shí)刻，控制軸的相位急劇變化。
圖16是將輸出電壓相同時(shí)從開(kāi)環(huán)上的控制軸(ro-8o)觀看的情 況下的電壓(Vro， VSo)、和從閉環(huán)上的控制軸(rn-6n)觀看的情 況下的電壓(Vro， V5o)進(jìn)行比較的矢量圖。
如圖15的切換時(shí)刻所示，當(dāng)切換控制軸時(shí)變化較大，因此輸出 的電壓、流過(guò)的電流的值在控制軸上變化較大。關(guān)于電流也相同。這樣，當(dāng)電流、電壓由于軸的切換而變動(dòng)大時(shí)，在電流控制單元
22、電流指令生成單元26的內(nèi)部使用積分器的情況下，由于急劇的 變動(dòng)而存在控制發(fā)生故障的危險(xiǎn)。
因此，調(diào)節(jié)(読^替乏)與A(9的差分相應(yīng)量的控制軸上的電壓、 電流，使得即使不切換控制軸，逆變器主電路部6的輸出電壓、電動(dòng) 機(jī)5的相電流也變得連續(xù)，從而平滑地切換坐標(biāo)軸。
使用下述式(9)進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用為了開(kāi)始閉環(huán)控制而調(diào)節(jié)的r 軸、8軸的電壓、電流來(lái)初始化積分器。
通過(guò)這樣初始化積分器，即使如圖15的切換時(shí)刻所示急劇地切 換控制軸，也能夠保持逆變器主電路部6的輸出電壓、電動(dòng)機(jī)5的相 電流的連續(xù)性，并繼續(xù)進(jìn)行平滑的控制動(dòng)作。
[公式4
4.
COS
-sin(A^) cos(A0)
乙 、
(9)
如上所述，通過(guò)切換到將開(kāi)環(huán)時(shí)的控制軸和電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸之間 的軸偏差設(shè)為初始值的閉環(huán)控制，不是直流電壓進(jìn)行脈動(dòng)的小容量電 容器專(zhuān)用的無(wú)位置傳感器控制，而即使是什么樣的無(wú)位置傳感器方 式，也都能夠平滑地從開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)向閉環(huán)的無(wú)位置傳感器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行切換。
并且，通過(guò)控制軸從開(kāi)環(huán)向閉環(huán)切換時(shí)的電壓電流的軸的調(diào)節(jié)、
以及將其值作為用于控制的積分器的初始值來(lái)開(kāi)始閉環(huán)的無(wú)位置傳 感器驅(qū)動(dòng)，由此，不是直流電壓進(jìn)行脈動(dòng)的小容量電容器專(zhuān)用的無(wú)位
置傳感器控制，而即使是什么樣的無(wú)位置傳感器方式，也都能夠?qū)崿F(xiàn) 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)5并且能夠降低輸入電流的高次諧波成分的控制。
圖17是表示從開(kāi)環(huán)向閉環(huán)切換控制時(shí)的r軸、3軸的電流指令 值的圖。
在電流指令生成單元26的積分器中，作為初始值被輸入調(diào)節(jié)的 軸的電流值。但是，在開(kāi)環(huán)控制中，電動(dòng)機(jī)5在過(guò)激勵(lì)(過(guò)勵(lì)磁)狀態(tài) 下動(dòng)作，因此在從開(kāi)環(huán)向閉環(huán)切換控制的時(shí)刻，作為磁通成分軸的r
32軸成為過(guò)剩電流。
例如，在電動(dòng)機(jī)5是永磁電動(dòng)機(jī)的情況下，通常能夠通過(guò)使r 軸電流為負(fù)來(lái)實(shí)現(xiàn)弱磁場(chǎng)動(dòng)作。
因此，如圖17所示，切換時(shí)將r軸的電流指令值設(shè)為0，并且 保持電流的連續(xù)性，因此將8軸的電流指令值設(shè)為開(kāi)環(huán)時(shí)的電流標(biāo)量 值。
由此，流經(jīng)電動(dòng)機(jī)5的電流瞬時(shí)降低，能夠瞬時(shí)完成向基于開(kāi)環(huán) 的無(wú)位置傳感器控制的轉(zhuǎn)移。
另外，也可以設(shè)r軸的電流指令值為0，設(shè)8軸的電流指令值為 例如開(kāi)環(huán)時(shí)的電流標(biāo)量值的75%的值。
這考慮了如下情況當(dāng)從電流的連續(xù)性來(lái)看時(shí)電流瞬時(shí)較大地變 動(dòng)，但是最初開(kāi)環(huán)時(shí)的電流指令是0，因而進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制的期間處于 過(guò)激勵(lì)狀態(tài)。
由于是過(guò)激勵(lì)狀態(tài)，所以將r軸側(cè)設(shè)為0，因此S軸側(cè)也降低電 流指令使得激勵(lì)狀態(tài)多少緩和的 一 方，更能夠抑制閉環(huán)下加速時(shí)的波 動(dòng)(ripple)。因此，如上所迷，有效的措施是將5軸的電流指令值 設(shè)為開(kāi)環(huán)時(shí)的電流標(biāo)量值的75%的值。
如上所述，將從開(kāi)環(huán)向閉環(huán)切換時(shí)的電流中的軸的調(diào)節(jié)值設(shè)定為 電流指令的初始值時(shí)，關(guān)注電動(dòng)機(jī)5在過(guò)激勵(lì)狀態(tài)下動(dòng)作的點(diǎn)，并使 電流指令值的初始值小于調(diào)節(jié)值來(lái)設(shè)定初始值，因此，能夠圓滑快速 地進(jìn)行向閉環(huán)的轉(zhuǎn)移、并且能夠不產(chǎn)生速度波動(dòng)地加速閉環(huán)的無(wú)位置 傳感器驅(qū)動(dòng)。
此外，如式(1)所示，在電動(dòng)機(jī)5是永磁電動(dòng)機(jī)的情況下，產(chǎn) 生所謂的相互干涉，如&軸的值影響r軸的值、r軸的值影響S軸的 值。
當(dāng)產(chǎn)生相互干涉時(shí)，控制變得不穩(wěn)定，因此也可以構(gòu)成為對(duì)電流 控制單元22的輸出進(jìn)行補(bǔ)償使得抑制這些相互千涉。附帶地說(shuō)，即 使這樣構(gòu)成也不破壞本發(fā)明的效果。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式3，控制單元10具有位置推定單元
3327，該位置推定單元27才艮據(jù)流經(jīng)電動(dòng)4幾5的電流和施加到電動(dòng)才幾5 上的電壓，推定電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)相位，坐標(biāo)變換單元21在電動(dòng)機(jī)5 起動(dòng)時(shí)，進(jìn)行根據(jù)電動(dòng)機(jī)5的相電流而進(jìn)行坐標(biāo)變換的開(kāi)環(huán)動(dòng)作，在 電動(dòng)機(jī)5達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速后，進(jìn)行以由位置推定單元27所推定的相 位進(jìn)行坐標(biāo)變換的閉環(huán)動(dòng)作，因此，在無(wú)傳感器控制困難的極低速旋 轉(zhuǎn)區(qū)域中進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，并在轉(zhuǎn)速達(dá)到 一定以上的階段切換到閉環(huán)控 制，從而能夠進(jìn)行平滑的控制動(dòng)作。
另外，坐標(biāo)變換單元21在以由位置推定單元27所推定的相位來(lái) 開(kāi)始坐標(biāo)變換時(shí)，通過(guò)運(yùn)算來(lái)求出將施加到電動(dòng)機(jī)5上的電壓進(jìn)行坐 標(biāo)變換后的相位、和電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)相位的差分值，利用該差分值校 正開(kāi)始坐標(biāo)變換前的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)角度，因此，能夠校正從開(kāi)環(huán)向閉環(huán)切 換控制時(shí)的值的不連續(xù)性，能夠消除并用開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制所引起 的問(wèn)題。
另外，在控制單元IO、或者控制單元10所具有的各單元進(jìn)行包 括積分控制的控制運(yùn)算的情況下，坐標(biāo)變換單元21在以由位置推定 單元27所推定的相位開(kāi)始坐標(biāo)變換時(shí)，實(shí)施通過(guò)基于前述差分值的 旋轉(zhuǎn)矩陣而調(diào)節(jié)將施加到電動(dòng)機(jī)5上的電壓進(jìn)行坐標(biāo)變換后的電壓或 者電流的運(yùn)算，使用該調(diào)節(jié)后的電壓或者電流，來(lái)初始化進(jìn)行積分控 制的運(yùn)算器，因此，在從開(kāi)環(huán)向閉環(huán)切換控制時(shí)，能夠避免積分控制 被破壞的危險(xiǎn)，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的控制運(yùn)算。
另外，當(dāng)使用前述調(diào)節(jié)后的電流來(lái)初始化進(jìn)行積分控制的運(yùn)算器 時(shí)，將電流指令值25中的與磁通軸相當(dāng)?shù)某煞衷O(shè)定為0，將與轉(zhuǎn)矩軸 相當(dāng)?shù)某煞衷O(shè)定為積分器初始化前的電流的標(biāo)量值，因此，流經(jīng)電動(dòng) 機(jī)5的電流瞬時(shí)降低，能夠瞬時(shí)完成向閉環(huán)的無(wú)位置傳感器的轉(zhuǎn)移。
另外，通過(guò)將r軸的電流指令值設(shè)為0、將3軸的電流指令值例 如設(shè)為開(kāi)環(huán)時(shí)的電流標(biāo)量值的75%的值，從而能夠抑制閉環(huán)中的加速 時(shí)的波動(dòng)。
另外，控制單元10進(jìn)行控制使得將電動(dòng)機(jī)5的軸彼此的干涉成 分補(bǔ)償?shù)诫娏骺刂茊卧?2的輸出中，因此能夠抑制相互干涉的產(chǎn)生，增加控制的穩(wěn)定性。
實(shí)施方式4.
關(guān)于與本發(fā)明的實(shí)施方式4有關(guān)的壓縮機(jī)，^使用實(shí)施方式1~3 所示的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并使用該電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮 機(jī)。
由此，在例如將與本實(shí)施方式4有關(guān)的壓縮機(jī)使用在空調(diào)機(jī)中的 情況下，通過(guò)使平滑電容器4小容量化或者不設(shè)置平滑電容器4本身， 從而能夠使裝置整體小型化等，有助于節(jié)省空間、低成本化等。
另外，能夠降低輸入電流的高次諧波成分，因此在想設(shè)置空調(diào)機(jī) 的場(chǎng)所中設(shè)有高次諧波電流規(guī)范的情況下，能夠提供適合該規(guī)范的空 調(diào)機(jī)。
此外，在構(gòu)成以上的各實(shí)施方式1 4的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的要素 中，單詞"單元"所表示的部分，實(shí)際上能夠由與它們對(duì)應(yīng)的裝置、 機(jī)器、電路、程序、或者程序和CPU等構(gòu)成。
權(quán)利要求
1. 一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，具備整流單元，將來(lái)自交流電源的交流電壓整流為直流電壓；電力變換單元，將前述整流單元所輸出的直流電壓變換為交流電壓而施加到電動(dòng)機(jī)上；以及控制單元，控制前述電力變換單元施加到電動(dòng)機(jī)上的電壓，該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于，前述控制單元具有輸出電壓限制單元，該輸出電壓限制單元進(jìn)行限制使得施加到電動(dòng)機(jī)上的電壓的標(biāo)量值成為由前述整流單元輸出的直流電壓所規(guī)定的最大輸出電壓以下，將前述輸出電壓限制單元的電壓限制量反饋給前述控制單元。
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，前述控制單元具有電流控制單元，該電流控制單元接受流過(guò)電動(dòng) 機(jī)的電流的指令值，根據(jù)該電流的指令值而輸出施加到電動(dòng)機(jī)上的電 壓的指令值，前述輸出電壓限制單元從前述電流控制單元接受前述電壓的指 令值，計(jì)算出該電壓的指令值的標(biāo)量值，當(dāng)該標(biāo)量值超過(guò)由前述整流單元輸出的直流電壓所規(guī)定的最大 輸出電壓時(shí)，限制施加到電動(dòng)機(jī)上的電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 設(shè)有檢測(cè)流過(guò)電動(dòng)機(jī)的相電流的相電流檢測(cè)器，前述電流控制單元根據(jù)前述電流的指令值和前述相電流檢測(cè)器 的輸出，輸出施加到電動(dòng)機(jī)上的電壓的指令值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 前述電流控制單元具有積分器，當(dāng)輸出前述電壓的指令值時(shí)，使用前述積分器進(jìn)行包括積分控制 的控制運(yùn)算，計(jì)算出該電壓的指令值，前述輸出電壓限制單元向前述電流控制單元反饋前述電壓限制前述電流控制單元從前述積分器的輸出減去從前述輸出電壓限 制單元收到反饋的前述電壓限制量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 前述輸出電壓限制單元只在前述電壓的指令值的標(biāo)量值大于由前述整流單元輸出的直流電壓所規(guī)定的最大輸出電壓的情況下，進(jìn)行 前述限制并且將電壓限制量反饋給前述電流控制單元，前述電流控制單元只在從前述輸出電壓限制單元接收到電壓限 制量的反饋的情況下，進(jìn)行前述減法運(yùn)算。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其 特征在于，前述電流控制單元輸出前述電壓的指令值使得流過(guò)電動(dòng)機(jī)的電 流的波形變成與來(lái)自前述交流電源的交流電壓的波形相似的形狀。
7. 根據(jù)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， i殳有檢測(cè)前述交流電源的相位的電源相位檢測(cè)單元，前述控制單元根據(jù)前述電源相位檢測(cè)單元檢測(cè)出的前述交流電 源的相位，生成與來(lái)自前述交流電源的交流電壓的波形相似形狀的正 弦波形，將該正弦波形乘以前述電流的指令值，并輸出到前述電流控制單元。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3至7中的任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其 特征在于，前述控制單元具有坐標(biāo)變換單元，該坐標(biāo)變換單元將前述相電流 檢測(cè)器檢測(cè)出的電動(dòng)機(jī)的相電流變換為正交2軸坐標(biāo)系，前述坐標(biāo)變換單元將坐標(biāo)變換后的電流值輸出到前述電流控制單元，前述電流控制單元根據(jù)坐標(biāo)變換后的前述電流的指令值和前述 坐標(biāo)變換單元的輸出，輸出前述電壓的指令值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，當(dāng)輸出前述電壓的指令值時(shí)，前述電流控制單元輸出坐標(biāo)變換后的2坐標(biāo)軸雙方的指令值，前述輸出電壓限制單元根椐該電壓的指令值，限制施加到電動(dòng)機(jī) 上的電壓。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其 特征在于，前述控制單元計(jì)算出前述電流的指令值使得電動(dòng)機(jī)的總磁通量 保持恒定。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 前述控制單元具有電流指令生成單元，該電流指令生成單元接受電動(dòng)機(jī)的磁通的指令值，計(jì)算出前述電流的指令值使得電動(dòng)機(jī)的總磁 通量保持恒定，前述電流指令生成單元才艮據(jù)電動(dòng)才幾的相電阻和電動(dòng)才幾的相電流， 計(jì)算出由前述相電阻引起的電壓下降量，根據(jù)施加到電動(dòng)機(jī)的電壓和前述電壓下降量的差分，計(jì)算出前述 總磁通量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或者11所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變成高速，降低前述電動(dòng)機(jī)的磁通的指令值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 對(duì)前述電動(dòng)機(jī)的磁通的指令值設(shè)置了規(guī)定的下限值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中的任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置， 其特征在于，當(dāng)前述電流指令生成單元計(jì)算前述電流的指令值時(shí)，在與前述交 流電源的零交叉點(diǎn)相當(dāng)?shù)南辔恢芯哂幸?guī)定的偏置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 當(dāng)前述電流指令生成單元計(jì)算前述電流的指令值時(shí)，運(yùn)算校正前述電流的指令值，使得前述電流的指令值的振幅以規(guī)定的比例減少， 并且以規(guī)定的值偏置，在與前述交流電源的峰值點(diǎn)相當(dāng)?shù)南辔恢凶兂膳c偏置前相同的指令值。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1至15中的任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置， 其特征在于，前述控制單元將前述交流電源的相位的檢測(cè)值或者電動(dòng)機(jī)的旋 轉(zhuǎn)相位的檢測(cè)值，前移補(bǔ)償與前述控制單元的采樣周期的2分之1相 當(dāng)?shù)南辔唤嵌取?br> 17. 根據(jù)權(quán)利要求8至16中的任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置， 其特征在于，前述控制單元具有位置推定單元，該位置推定單元從流過(guò)電動(dòng)機(jī) 的電流和施加到電動(dòng)機(jī)上的電壓推定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)相位。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 前述坐標(biāo)變換單元在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的相電流進(jìn)行坐標(biāo)變換，在電動(dòng)機(jī)達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速后，以由前述位置推定單元所推定的相 4立進(jìn)4于坐標(biāo)變換。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 前述坐標(biāo)變換單元在以由前述位置推定單元所推定的相位開(kāi)始坐標(biāo)變換時(shí)，通過(guò)運(yùn)算而求出對(duì)施加到電動(dòng)機(jī)上的電壓進(jìn)行坐標(biāo)變換后的相 位和電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)相位的差分值，以該差分值來(lái)校正開(kāi)始坐標(biāo)變換前的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)角度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 在前述控制單元或者前述控制單元所具有的前述各單元進(jìn)行包括積分控制的控制運(yùn)算的情況下，當(dāng)前述坐標(biāo)變換單元以由前述位置推定單元所推定的相位開(kāi)始 坐標(biāo)變換時(shí)，實(shí)施利用基于前述差分值的旋轉(zhuǎn)矩陣來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)施加到電動(dòng)機(jī)上 的電壓進(jìn)行坐標(biāo)變換后的電壓或者電流的運(yùn)算，使用該調(diào)節(jié)后的電壓或者電流，初始化進(jìn)行積分控制的運(yùn)算器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 當(dāng)使用前述調(diào)節(jié)后的電流來(lái)初始化進(jìn)行積分控制的運(yùn)算器時(shí)， 將前迷電流的指令值中的與磁通軸相當(dāng)?shù)某煞衷O(shè)定為0, 將與轉(zhuǎn)矩軸相當(dāng)?shù)某煞衷O(shè)定為前述積分器初始化前的電流的標(biāo)量值。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1至21中的任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置， 其特征在于，前述控制單元進(jìn)行控制使得對(duì)前述電流控制單元的輸出補(bǔ)償電 動(dòng)才幾軸之間的干涉成分。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1至22中的任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置， 其特征在于，控制滿足下述式(1)的電動(dòng)機(jī)，化20x ( Lq-Ld ) …(1)0):電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電壓常數(shù)； Lq: d軸電感； Lq: q軸電感。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1至23中的任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置， 其特征在于，在前述整流單元的輸出側(cè)連接對(duì)由前述整流單元整流后的電壓 進(jìn)行平滑化的電容器，將前述電容器的容量小容量化到產(chǎn)生以前述交流電源的頻率的 2倍頻率較大地脈動(dòng)的電源波動(dòng)的程度。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 在前述電容器和前述交流電源之間設(shè)置了線圏。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 構(gòu)成為前述電容器和前述線圈引起的共振頻率為前述交流電源的頻率的41倍以上。
27. —種壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，具備 權(quán)利要求1至26中的任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置；以及 由前述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)才幾， 由前述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮才幾。
全文摘要
本發(fā)明提供一種構(gòu)成為使對(duì)交流電源的整流后的直流電壓進(jìn)行平滑化的電容器小容量化或者不設(shè)置該電容器，實(shí)現(xiàn)小型、輕量、低成本化并且能夠有效降低輸入電流的高次諧波電流的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、以及搭載該電動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。該電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置具備整流單元(3)，將來(lái)自交流電源的交流電壓整流為直流電壓；逆變器主電路部(6)，將整流單元(3)所輸出的直流電壓變換為交流電壓來(lái)施加到電動(dòng)機(jī)(5)上；以及控制單元(10)，控制逆變器主電路部(6)施加到電動(dòng)機(jī)(5)上的電壓，其中，控制單元(10)具有輸出電壓限制單元(23)，該輸出電壓限制單元(23)進(jìn)行限制使得施加到電動(dòng)機(jī)(5)上的電壓的標(biāo)量值成為由整流單元(3)輸出的直流電壓所規(guī)定的最大輸出電壓以下，將輸出電壓限制單元(23)的電壓限制量反饋給控制單元(10)。
文檔編號(hào)H02P21/00GK101449456SQ20068005466
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2006年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月31日
發(fā)明者坂廼邊和憲, 有澤浩一, 筱本洋介 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社