電動機(jī)驅(qū)動裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠在抑制耗電增大的同時、持續(xù)對電動機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃俣瓤刂频碾妱訖C(jī)驅(qū)動裝置。在交流電源發(fā)生故障的情況下，將電動機(jī)的目標(biāo)速度維持在與逆變器中的直流電壓相對應(yīng)的上限速度和預(yù)先確定的下限速度的范圍以內(nèi)。
【專利說明】電動機(jī)驅(qū)動裝直
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]實(shí)施方式涉及對例如用作為壓縮機(jī)電動機(jī)的無刷DC電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的電動機(jī)驅(qū)
動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]例如用作為熱泵式冷凍機(jī)的壓縮機(jī)電動機(jī)的無刷DC電動機(jī)(也稱為永磁體同步電動機(jī))具有安裝有多個相繞組的定子及埋設(shè)有多個永磁體的轉(zhuǎn)子，在對制冷劑進(jìn)行吸入.壓縮.噴出的同時，驅(qū)動壓縮機(jī)內(nèi)的潤滑油泵。
[0003]驅(qū)動該無刷DC電動機(jī)的電動機(jī)驅(qū)動裝置包括用于對各相繞組提供驅(qū)動電壓的逆變器，進(jìn)行所謂的矢量控制。矢量控制根據(jù)無刷DC電動機(jī)的各相繞組中流過的電流來推定該無刷DC電動機(jī)的速度(也稱為轉(zhuǎn)子速度)，并根據(jù)該推定速度來求出要提供給該無刷DC電動機(jī)的驅(qū)動電壓，生成為了從上述逆變器得到所求出的驅(qū)動電壓所需的驅(qū)動信號(PWM信號)。
[0004]在需要較大熱量的運(yùn)行開始等時期，無刷DC電動機(jī)需要高速旋轉(zhuǎn)。其中，若無刷DC電動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，則各相繞組中感應(yīng)的電壓值高于提供給各相繞組的驅(qū)動電壓值。這樣的話，無法在各相繞組中流過電流，其結(jié)果是，不能對無刷DC電動機(jī)進(jìn)行速度控制(也稱為轉(zhuǎn)速控制)。
[0005]作為應(yīng)對策略，在無刷DC電動機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域中，進(jìn)行注入負(fù)勵磁分量電流的所謂弱磁控制。若進(jìn)行該弱磁控制，則對于各相繞組的感應(yīng)電壓的上升被抑制，該感應(yīng)電壓值不會高于提供給各相繞組的驅(qū)動電壓值。即，能夠不中斷地持續(xù)對無刷DC電動機(jī)進(jìn)行速度控制。
[0006]另一方面，在商用交流電源中發(fā)生電壓下降的電源故障的情況下，提供給各相繞組的驅(qū)動電壓值低于對于各相繞組的感應(yīng)電壓值。在這種情況下，也不能對無刷DC電動機(jī)進(jìn)行速度控制。作為應(yīng)對策略，考慮通過監(jiān)視商用交流電源的電壓，在發(fā)生電壓下降的電源故障的情況下進(jìn)行弱磁控制，從而持續(xù)對無刷DC電動機(jī)進(jìn)行速度控制。
[0007]此外，對于電源電壓下降的應(yīng)對措施，已知有如下示例:在停電時使電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)能量再生至逆變器，利用該再生來抑制該逆變器中的直流部電壓的下降(日本專利特開2002-374700號公報)。另外，已知有如下示例:根據(jù)逆變器中的直流部電壓是否在一定值以上，來切換弱磁控制的執(zhí)行和不執(zhí)行(日本專利特開2009-268304號公報)。而且，已知有如下示例:通過在商用交流電源瞬間停電時使對于無刷DC電動機(jī)的速度控制停止，從而使逆變器中的直流部電壓上升(日本專利特開2004-304965號公報)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]用于弱磁控制的負(fù)勵磁分量電流會發(fā)生作用以使得從相繞組發(fā)出的磁通抵消。因此，若進(jìn)行弱磁控制，則會發(fā)生相當(dāng)于所注入的負(fù)勵磁分量電流的平方與相繞組電阻之積的損耗。其導(dǎo)致耗電的增大。[0009]實(shí)施方式的目的在于提供能夠在抑制耗電增大的同時、持續(xù)對電動機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃俣瓤刂频碾妱訖C(jī)驅(qū)動裝置。
[0010]實(shí)施方式的電動機(jī)驅(qū)動裝置包括逆變器、第一控制單元、檢測單元、以及第二檢測單元。逆變器將交流電源的電壓轉(zhuǎn)換成直流并將該直流電壓轉(zhuǎn)換成交流進(jìn)行輸出以作為對無刷DC電動機(jī)的驅(qū)動電壓。第一控制單元根據(jù)所述無刷DC電動機(jī)中流過的電流來推定該無刷DC電動機(jī)的速度，并對所述逆變器進(jìn)行驅(qū)動控制以使得該推定速度成為目標(biāo)速度。檢測單元檢測所述交流電源中故障的發(fā)生。第二控制單元在由所述檢測單元檢測出發(fā)生故障的情況下，將所述目標(biāo)速度維持在與所述逆變器中的直流電壓相對應(yīng)的上限速度和預(yù)先確定的下限速度的范圍以內(nèi)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是表示各實(shí)施方式的框圖。
[0012]圖2是表示一個實(shí)施方式的控制的流程圖。
[0013]圖3是表示一個實(shí)施方式中的直流電壓Vin的變化及各種控制的推移變化的時序圖。
[0014]圖4是表示一個實(shí)施方式中的直流電壓Vin的變化及各種控制的推移變化的其他不例的時序圖。
[0015]圖5是表示一個實(shí)施方式的控制的變形例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面，參照附圖來說明一個實(shí)施方式。
[0017]如圖1所示，逆變器10經(jīng)由電抗器2與商用交流電源I相連接，該逆變器10的輸出端連接有例如用作為熱泵式冷凍機(jī)的壓縮機(jī)電動機(jī)的無刷DC電動機(jī)(也稱為永磁體同步電動機(jī))3。
[0018]逆變器10具有將商用交流電源I的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的整流電路11 ;對從該整流電路11輸出的直流電壓進(jìn)行平滑的平滑電容器12 ;利用開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開將該平滑電容器12的電壓轉(zhuǎn)換成預(yù)定頻率的三相交流電壓的開關(guān)電路13。該開關(guān)電路13的輸出作為驅(qū)動電壓提供給無刷DC電動機(jī)3。
[0019]無刷DC電動機(jī)3具有安裝有多個相繞組的定子及埋設(shè)有多個永磁體的轉(zhuǎn)子，且收納在壓縮機(jī)殼體內(nèi)，在對熱泵式冷凍循環(huán)中的制冷劑進(jìn)行吸入?壓縮?噴出的同時，驅(qū)動壓縮機(jī)殼體內(nèi)的潤滑油泵。潤滑油泵將積存在壓縮機(jī)殼體底部的潤滑油提供給無刷DC電動機(jī)3的滑動部。通過該提供，從而在無刷DC電動機(jī)3的滑動部形成油膜。
[0020]在上述開關(guān)電路13的輸出端與無刷DC電動機(jī)3之間的U相通電路徑上，配置有對無刷DC電動機(jī)3的U相繞組中流過的電流(相電流)進(jìn)行檢測的電流傳感器4。在上述開關(guān)電路13的輸出端與無刷DC電動機(jī)3之間的V相通電路徑上，配置有對無刷DC電動機(jī)3的V相繞組中流過的電流(相電流)進(jìn)行檢測的電流傳感器5。該電流傳感器4、5的輸出提供給電動機(jī)控制部20。無刷DC電動機(jī)3的W相繞組中流過的電流能根據(jù)電流傳感器4、5的檢測電流來計(jì)算出。
[0021]電動機(jī)控制部20根據(jù)電流傳感器4、5的檢測電流來推定無刷DC電動機(jī)3的速度(也稱為轉(zhuǎn)子速度)，并對要使如下驅(qū)動電壓從逆變器10輸出的該逆變器10的開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通、斷開驅(qū)動以進(jìn)行無傳感器.矢量控制(第一控制單元)，該驅(qū)動電壓用于使該推定速度ωπι到達(dá)與來自空調(diào)控制部(未圖示)的速度指令相對應(yīng)的目標(biāo)速度coref，電動機(jī)控制部20包括坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部21、速度推定部22、速度控制部23、電流控制部24、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部25、電壓檢測電路26、輸出占空比計(jì)算部27、PWM轉(zhuǎn)換部28、電源故障檢測部29。
[0022]坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部21將電流傳感器4、5的檢測電流轉(zhuǎn)換成分別換算為無刷DC電動機(jī)3中轉(zhuǎn)子軸上的勵磁軸(d軸)坐標(biāo)及轉(zhuǎn)矩軸(q軸)坐標(biāo)后的勵磁分量電流(也稱為d軸電流)Id及轉(zhuǎn)矩分量電流(也稱為q軸電流)Iq。速度推定部22利用基于由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部21得到的勵磁分量電流Id及轉(zhuǎn)矩分量電流Iq和無刷DC電動機(jī)3的等價方程式進(jìn)行的運(yùn)算，來推定無刷DC電動機(jī)3的速度。速度控制部23求出與速度指令相對應(yīng)的上述目標(biāo)速度ω ref與上述推定速度ωπι之差。電流控制部24根據(jù)由速度控制部23求出的差(=coref-com)來設(shè)定對于由上述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部21轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)矩分量電流Iq的目標(biāo)值及對于上述勵磁分量電流Id的目標(biāo)值。
[0023]坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部25將由電流控制部24設(shè)定的對于轉(zhuǎn)矩分量電流Iq的目標(biāo)值及對于勵磁分量電流Id的目標(biāo)值轉(zhuǎn)換成換算為無刷DC電動機(jī)3中轉(zhuǎn)子軸上的d軸坐標(biāo)后的勵磁分量電壓Vd及換算為q軸坐標(biāo)后的轉(zhuǎn)矩分量電壓Vq。電壓檢測電路26檢測平滑電容器12的電壓，以作為逆變器10中的直流部的直流電壓Vin。輸出占空比計(jì)算部27基于由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部25轉(zhuǎn)換后的勵磁分量電壓Vd和轉(zhuǎn)矩分量電壓Vq以及電壓檢測電路26的檢測電壓Vin，計(jì)算出對于開關(guān)電路13的各開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開占空比D。PWM轉(zhuǎn)換部28生成與由輸出占空比計(jì)算部27計(jì)算出的導(dǎo)通、斷開占空比D相對應(yīng)的脈沖寬度的驅(qū)動信號(PWM信號)。根據(jù)該驅(qū)動信號，開關(guān)電路13的各開關(guān)元件導(dǎo)通、斷開。根據(jù)該導(dǎo)通、斷開，從開關(guān)電路13輸出用于驅(qū)動無刷DC電動機(jī)3的三相交流電壓。
[0024]另外，速度控制部23進(jìn)行如下弱磁控制(弱磁控制單元):將該導(dǎo)通、斷開占空比D越接近100%越增加的負(fù)勵磁分量電流(也稱為負(fù)的d軸電流)加到電流控制部24中的勵磁分量電流Id的目標(biāo)值上，以使得由輸出占空比計(jì)算部27計(jì)算出的導(dǎo)通、斷開占空比D未達(dá)到100%。
[0025]電源故障檢測部29在電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降至設(shè)定值Vdip以下的情況下，將其檢測為商用交流電源I中發(fā)生故障(也稱為發(fā)生異常)。下面，將該發(fā)生故障稱為發(fā)生電源故障。另外，電源故障檢測部29在電壓檢測電路26的檢測電壓Vin每單位時間的下降幅度Vr為一定幅度Vdr以上的情況下，將其檢測為發(fā)生電源故障。而且，電源故障檢測部29在檢測出發(fā)生電源故障之后，電壓檢測電路26的檢測電壓Vin超過上述設(shè)定值Vdip且該狀態(tài)持續(xù)預(yù)定時間以上的情況下，將其檢測為電源故障修復(fù)。該電源故障檢測部29的檢測結(jié)果提供給速度控制部23及電流控制部24。
[0026]由電壓檢測電路26及電源故障檢測部29來構(gòu)成分別檢測電源故障的發(fā)生及修復(fù)的電源監(jiān)視系統(tǒng)(電源監(jiān)視單元)。
[0027]速度控制部23除了上述第一控制單元及上述弱磁控制單元以外，還具有下述
(I)?(6)的單元。
[0028](I)第二控制單元，該第二控制單元在由電源故障檢測部29檢測出發(fā)生電源故障的情況下，根據(jù)該檢測電壓Vin計(jì)算出與電壓檢測電路26的檢測電壓Vin相對應(yīng)的上限速度《h，并執(zhí)行速度維持模式控制以將目標(biāo)速度《ref維持在其上限速度coh和預(yù)先確定的下限速度ω I的范圍以內(nèi)。下限速度ω I是無刷DC電動機(jī)3驅(qū)動壓縮機(jī)內(nèi)的潤滑油泵所需的最低限度的速度。與檢測電壓Vin相對應(yīng)的上限速度《h是檢測電壓Vin越低其越低的值。
[0029](2)第三控制單元，該第三控制單元在由第二控制單元執(zhí)行速度維持模式控制之后，電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降至設(shè)定值Vreg(〈Vdip)以下的情況下，將目標(biāo)速度《ref以比無刷DC電動機(jī)3的實(shí)際速度下降率大的下降率且以下限速度ω?為限度朝下降方向進(jìn)行修正，由此執(zhí)行再生模式控制以將無刷DC電動機(jī)3的旋轉(zhuǎn)能量作為再生電壓向平滑電容器12進(jìn)行充電，在通過該再生模式控制使得平滑電容器12的電壓上升且電壓檢測電路26的檢測電壓Vin上升至設(shè)定值Vkp OVreg)以上的情況下，結(jié)束再生模式控制并恢復(fù)為第二控制單元的速度維持模式控制。
[0030](3)第四控制單元，該第四控制單元在由第三控制單元恢復(fù)為速度維持模式控制之后，商用交流電源I的電壓發(fā)生恢復(fù)而使得電壓檢測電路26的檢測電壓VIN上升至超過設(shè)定值VREG的情況下，首先執(zhí)行恢復(fù)模式控制以使目標(biāo)速度Ω以預(yù)先確定的通常速度上升率上升(恢復(fù))，在商用交流電源I的電壓繼續(xù)恢復(fù)而由電源故障檢測部29檢測出電源故障修復(fù)的情況下，執(zhí)行急速上升模式控制以使目標(biāo)速度QREF以比上述通常速度上升率大的上升率朝向與速度指令相對應(yīng)的原來的值急速上升。
[0031](4)第五控制單元，該第五控制單元在由第三控制單元恢復(fù)為速度維持模式控制之后，商用交流電源I的電壓未發(fā)生恢復(fù)而使得電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降至預(yù)定值Voff ( < Vreg)以下的情況下，在判斷為無法將電動機(jī)速度維持在下限速度ω?的基礎(chǔ)上，執(zhí)行停止模式控制以使目標(biāo)速度《ref以跟隨速度推定部22所進(jìn)行的速度推定處理的速率朝下降方向進(jìn)行修正并通過該修正使無刷DC電動機(jī)3停止。
[0032](5)第六控制單元，該第六控制單元在通過第五控制單元的停止模式控制的執(zhí)行而使無刷DC電動機(jī)3停止之后，商用交流電源I的電壓發(fā)生恢復(fù)而使得電壓檢測電路26的檢測電壓Vin上升至超過設(shè)定值Vreg的情況下，首先執(zhí)行再啟動模式控制以對無刷DC電動機(jī)3進(jìn)行再啟動且使目標(biāo)速度coref以上述通常速度上升率上升，在商用交流電源I的電壓繼續(xù)恢復(fù)而由電源故障檢測部29檢測出電源故障修復(fù)的情況下，執(zhí)行急速上升模式控制以使目標(biāo)速度《ref以比上述通常速度上升率大的上升率朝向與速度指令相對應(yīng)的原來的值急速上升。
[0033](6)第七控制單元，該第七控制單元在由第四控制單元執(zhí)行急速上升模式控制及由第六控制單元執(zhí)行急速上升模式控制時，在由電源故障檢測部29檢測出電源故障修復(fù)起的一定時間Trt內(nèi)，執(zhí)行電動機(jī)電流限制控制以用于防止因驅(qū)動信號生成控制對于檢測電壓Vin上升的響應(yīng)延遲而發(fā)生的失步。電動機(jī)電流限制控制具體而言是指將正勵磁分量電流+Id加到電流控制部24中的勵磁分量電流Id的目標(biāo)值上以使得無刷DC電動機(jī)3中流過的電流不低于預(yù)先確定的下限值的控制。驅(qū)動信號生成控制包含輸出占空比計(jì)算部27的導(dǎo)通、斷開占空比計(jì)算處理及PWM轉(zhuǎn)換部28的驅(qū)動信號生成處理。
[0034]即，參照圖2的流程圖、圖3的時序圖、圖4的時序圖來說明電動機(jī)控制部20的控制。圖3是發(fā)生電源故障之后無刷DC電動機(jī)3不停止時的直流電壓Vin的變化及各種控制的推移變化的示例。圖4是發(fā)生電源故障之后無刷DC電動機(jī)3停止時的直流電壓Vin的變化及各種控制的推移變化的示例。
[0035]首先，用圖3的示例進(jìn)行說明。逆變器10中的直流部的直流電壓Vin及該直流電壓Vin每單位時間的下降幅度Vr由電壓檢測電路26檢測出(步驟101)。
[0036]在電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降的情況下，伴隨著該下降，速度控制部23的弱磁控制起作用。由于該弱磁控制，電動機(jī)電流逐漸上升。
[0037]若電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降至設(shè)定值Vdip以下，則由電源故障檢測部29將其檢測為發(fā)生電源故障(步驟102的是)。此時，速度控制部23中，若故障檢測標(biāo)記f為“O”(步驟103的是)，則對該故障檢測標(biāo)記f設(shè)置“ I”(步驟104)，并且根據(jù)該檢測電壓Vin計(jì)算出與電壓檢測電路26的檢測電壓Vin相對應(yīng)的上限速度oh(步驟105)。與檢測電壓Vin相對應(yīng)的上限速度oh是檢測電壓Vin越低其越低的值。
[0038]速度控制部23在目標(biāo)速度《ref比上述計(jì)算出的上限速度coh高的情況下(步驟106的是)，將目標(biāo)速度coref修正為上限速度coh(步驟107)。這樣，通過將目標(biāo)速度?ref的上升限制在上限速度《h，從而電動機(jī)電流下降。
[0039]速度控制部23在目標(biāo)速度《ref比預(yù)先確定的下限速度ω I低的情況下(步驟108的是)，將目標(biāo)速度oref修正為其下限速度ω I (步驟109)。
[0040]速度控制部23在目標(biāo)速度《ref為上限速度coh以下且為下限速度ω?以上的情況下(步驟106的否，步驟108的否)，將目標(biāo)速度《ref原樣設(shè)定為與指令速度相對應(yīng)的值(步驟110)。這樣，通過將目標(biāo)速度《ref的下降限制在下限速度ω?，從而可確保壓縮機(jī)內(nèi)的潤滑油泵的驅(qū)動所需的動力。
[0041 ] 利用這些步驟104~110，來執(zhí)行速度維持模式控制以將目標(biāo)速度ω ref維持在上限速度oh和下限速度ω?的范圍內(nèi)。
[0042]速度控制部23在由電源故障`檢測部29檢測出電源發(fā)生故障之后(步驟102的是)，若故障檢測標(biāo)記f為“ I”(步驟103的否)，則在判斷為已執(zhí)行速度維持模式控制的基礎(chǔ)上，判定檢測電壓Vin是否在預(yù)定值Voff以下(步驟11)。速度控制部23中，若檢測電壓Vin不在預(yù)定值Voff以下(步驟111的否)，則判定檢測電壓Vin是否在設(shè)定值Vreg以下(步驟113)。
[0043]隨著檢測電壓Vin下降的進(jìn)行，速度控制部23的弱磁控制再次起作用，電動機(jī)電流逐漸上升。
[0044]速度控制部23在檢測電壓Vin下降至設(shè)定值Vreg以下時(步驟111的否，步驟113的是)，執(zhí)行再生模式控制(步驟114)。即，速度控制部23使目標(biāo)速度coref以比無刷DC電動機(jī)3的實(shí)際速度下降率大的下降率且以下限速度ω I為限度朝下降方向進(jìn)行修正。由此，無刷DC電動機(jī)3的旋轉(zhuǎn)能量作為再生電壓向平滑電容器12進(jìn)行充電。
[0045]速度控制部23在執(zhí)行再生模式控制的過程中，判定檢測電壓Vin是否在設(shè)定值Vkp以上(步驟115)。速度控制部23在檢測電壓Vin小于設(shè)定值Vkp的情況下(步驟115的否)，繼續(xù)執(zhí)行再生模式控制(步驟114)。速度控制部23中，若檢測電壓Vin變?yōu)樵O(shè)定值Vkp以上(步驟115的是)，則為了結(jié)束再生模式控制并恢復(fù)為速度維持模式控制，將故障檢測標(biāo)記f重置為“O” (步驟116)。
[0046]若故障檢測標(biāo)記f為“0”(步驟103的是)，則速度控制部23重復(fù)執(zhí)行步驟104~110的速度維持模式控制。圖3的示例中，在執(zhí)行再生模式控制之后，目標(biāo)速度《ref被限制在下限速度ω I。
[0047]之后，速度控制部23在商用交流電源I的電壓發(fā)生恢復(fù)而使得檢測電壓Vin上升至超過設(shè)定值Vreg時(步驟111的否，步驟113的否)，在這種情況下無刷DC電動機(jī)3不停止(步驟117的否)，因此執(zhí)行恢復(fù)模式控制(步驟118)。即，速度控制部23使目標(biāo)速度《ref以預(yù)先確定的通常速度上升率上升(恢復(fù))，并且為了回到速度維持模式控制，將故障檢測標(biāo)記f重置為“O”。
[0048]若商用交流電源I的電壓繼續(xù)恢復(fù)，檢測電壓Vin超過設(shè)定值Vdip且該狀態(tài)持續(xù)預(yù)定時間以上，則由電源故障檢測部29將其檢測為電源故障修復(fù)(步驟102的否)。此時，速度控制部23中，若故障檢測標(biāo)記f為“I”(步驟120的是)，則執(zhí)行急速上升模式控制(步驟121)。即，速度控制部23使目標(biāo)速度oref以比上述通常速度上升率大的上升率朝向與速度指令相對應(yīng)的原來的值急速上升，并且為了回到速度維持模式控制，將故障檢測標(biāo)記f重置為“O”。
[0049]速度控制部23在執(zhí)行該急速上升模式控制時，在由電源故障檢測部29檢測出電源故障修復(fù)起的一定時間Trt內(nèi)，執(zhí)行電動機(jī)電流限制控制。即，速度控制部23為了防止因驅(qū)動信號生成控制(包含輸出占空比計(jì)算部27的導(dǎo)通、斷開占空比計(jì)算處理及PWM轉(zhuǎn)換部28的驅(qū)動信號生成處理)對于檢測電壓Vin上升的響應(yīng)延遲而會發(fā)生的失步，將正勵磁分量電流+Id加到電流控制部24中的勵磁分量電流Id的目標(biāo)值上，以使得無刷DC電動機(jī)3中流過的電流不低于預(yù)先確定的下限值。一定時間Trt是比控制對于檢測電壓Vin上升的響應(yīng)延遲長的時間。然后，速度控制部23在經(jīng)過一定時間Trt之后，結(jié)束急速上升模式控制并轉(zhuǎn)移至通?？刂?步驟122)。
[0050]另一方面，圖4的示例中，在檢測電壓Vin每單位時間的下降幅度Vr成為一定幅度Vdr以上的時間點(diǎn)，利用電源故障檢測部29將其檢測為發(fā)生電源故障(步驟102的是)。此時，速度控制部23中，若故障檢測標(biāo)記f為“O” (步驟103的是)，則執(zhí)行上述的速度維持模式控制(步驟104~110)。通過執(zhí)行該速度維持模式控制，從而將電動機(jī)速度維持在下限速度《I。由此，可確保壓縮機(jī)內(nèi)的`潤滑油泵的驅(qū)動所需的動力。
[0051]速度控制部23在由電源故障檢測部29檢測出電源發(fā)生故障之后(步驟102的是)，若故障檢測標(biāo)記f為“ 1”(步驟103的否)，則在判斷為已執(zhí)行速度維持模式控制的基礎(chǔ)上，判定檢測電壓Vin是否為預(yù)定值Voff以下(步驟111)。
[0052]速度控制部23中，若檢測電壓Vin在預(yù)定值Voff以下(步驟111的是)，則在判斷為無法將電動機(jī)速度維持在下限速度ω I的基礎(chǔ)上，執(zhí)行停止模式控制(步驟112)。SP，速度控制部23將目標(biāo)速度《ref以跟隨速度推定部22所進(jìn)行的速度推定處理的速率朝下降方向進(jìn)行修正，通過該修正使無刷DC電動機(jī)3停止。在這種情況下，由于在使目標(biāo)速度?ref以跟隨速度推定處理的速率下降的同時使無刷DC電動機(jī)3停止，因此能夠可靠地掌握其停止時的轉(zhuǎn)子位置。進(jìn)而，能夠確保較大的啟動轉(zhuǎn)矩，且能夠縮短無刷DC電動機(jī)3的再啟動所需的時間。
[0053]速度控制部23在通過執(zhí)行停止模式控制而使無刷DC電動機(jī)3停止之后，商用交流電源I的電壓發(fā)生恢復(fù)而使得檢測電壓Vin上升至超過設(shè)定值Vreg時(步驟111的否，步驟113的否)，在這種情況下無刷DC電動機(jī)3停止(步驟117的是)，執(zhí)行再啟動模式控制(步驟119)。即，速度控制部23對無刷DC電動機(jī)3進(jìn)行再啟動且使目標(biāo)速度coref以上述通常速度上升率上升，并且為了回到速度維持模式控制，將故障檢測標(biāo)記f重置為“O”。
[0054]若商用交流電源I的電壓繼續(xù)恢復(fù)，檢測電壓Vin超過設(shè)定值Vdip且該狀態(tài)持續(xù)預(yù)定時間以上，則由電源故障檢測部29將其檢測為電源故障修復(fù)(步驟102的否)。此時，速度控制部23中，若故障檢測標(biāo)記f為“I”(步驟120的是)，則執(zhí)行急速上升模式控制(步驟121)。即，速度控制部23使目標(biāo)速度oref以比上述通常速度上升率大的上升率朝向與速度指令相對應(yīng)的原來的值急速上升，并且為了回到速度維持模式控制，將故障檢測標(biāo)記f重置為“O?！?br> [0055]速度控制部23在執(zhí)行該急速上升模式控制時，在由電源故障檢測部29檢測出電源故障修復(fù)起的一定時間Trt內(nèi)，執(zhí)行電動機(jī)電流限制控制。即，速度控制部23為了防止因驅(qū)動信號生成控制對于檢測電壓Vin上升的響應(yīng)延遲而會發(fā)生的失步，將正勵磁分量電流+Id加到電流控制部24中的勵磁分量電流Id的目標(biāo)值上，以使得無刷DC電動機(jī)3中流過的電流不低于預(yù)先確定的下限值。一定時間Trt是比控制對于檢測電壓Vin上升的響應(yīng)延遲長的時間。然后，速度控制部23在經(jīng)過一定時間Trt之后，結(jié)束急速上升模式控制并 轉(zhuǎn)移至通?？刂?步驟122)。
[0056]如上所述，在發(fā)生電源故障的情況下，通過將目標(biāo)速度《ref維持在與逆變器10中的直流部的直流電壓Vin相對應(yīng)的上限速度oh和預(yù)先確定的下限速度ω?的范圍以內(nèi)，從而能夠減少注入負(fù)勵磁分量電流的弱磁控制的執(zhí)行。
[0057]若執(zhí)行弱磁控制，則會發(fā)生與負(fù)勵磁分量電流的平方與相繞組電阻之積相當(dāng)?shù)膿p耗，因此通過減少該弱磁控制的執(zhí)行，從而能夠抑制耗電的增大。因而，能夠在抑制耗電增大的同時，持續(xù)對無刷DC電動機(jī)3進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃俣瓤刂啤?br> [0058]由于選定與商用交流電源I的電壓相對應(yīng)的值以作為上限速度《h，因此能夠進(jìn)行最大限度地活用來自商用交流電源I的提供能量的運(yùn)行。由此，能夠使由無刷DC電動機(jī)3驅(qū)動的熱泵式冷凍循環(huán)的運(yùn)行盡可能地穩(wěn)定。
[0059]由于選定與商用交流電源I的電壓相對應(yīng)的值以作為上限速度《h，因此在電源故障修復(fù)時，能夠使無刷DC電動機(jī)3的速度迅速地跟隨從商用交流電源I的電壓下降開始的恢復(fù)。由此，能夠迅速地補(bǔ)償熱泵式冷凍循環(huán)的能力不足。
[0060]由于確定無刷DC電動機(jī)3驅(qū)動壓縮機(jī)內(nèi)的潤滑油泵所需的最低限度的速度以作為下限速度ω?，因此能夠盡可能地持續(xù)對無刷DC電動機(jī)3的滑動部等提供潤滑油。因此，能夠確保無刷DC電動機(jī)3的安全。
[0061]在檢測出發(fā)生電源故障的情況下，將無刷DC電動機(jī)3的旋轉(zhuǎn)能量作為再生電壓回收至平滑電容器12，以將該充電電壓用于速度維持模式控制所進(jìn)行的電動機(jī)驅(qū)動，因此能夠在更長的時間內(nèi)耐受電源故障的同時繼續(xù)驅(qū)動電動機(jī)。根據(jù)平滑電容器12的額定值，來改變將目標(biāo)速度《ref朝下降方向修正時的下降率，從而能夠?qū)⒃偕妷合拗圃诓怀^平滑電容器12的額定值的值。利用該限制，能夠防止平滑電容器12的故障。
[0062]在直流電壓Vin的下降進(jìn)行至預(yù)定值Voff以下的情況下，在判斷為無法將電動機(jī)速度維持在下限速度ω I的基礎(chǔ)上，停止無刷DC電動機(jī)3，因此平滑電容器12的電壓會殘留而不會消失。因而，在使用平滑電容器12的電壓以作為電動機(jī)控制部20的動作電力的情況下，能夠利用平滑電容器12的殘留電壓來繼續(xù)進(jìn)行之后的電動機(jī)控制部20的動作。假設(shè)平滑電容器12的電壓變?yōu)?，則會發(fā)生電動機(jī)控制部20內(nèi)的至此為止的運(yùn)行信息消失、或者在電源故障修復(fù)之前無法再啟動無刷DC電動機(jī)3這樣的不良情況，但能夠防止這樣的不良情況。即，在檢測出電源故障修復(fù)時，能夠迅速地再啟動無刷DC電動機(jī)3。
[0063]在無刷DC電動機(jī)3停止時，使目標(biāo)速度coref以跟隨速度推定處理的速率下降的同時使無刷DC電動機(jī)3停止，因此能夠可靠地掌握其停止時的轉(zhuǎn)子位置，進(jìn)而能夠確保較大的啟動轉(zhuǎn)矩，能夠縮短再啟動無刷DC電動機(jī)3所需的時間。
[0064]雖然檢測電壓Vin已超過設(shè)定值Vdip但并非馬上將其檢測為電源故障修復(fù)，而是在檢測電壓Vin超過設(shè)定值Vdip且該狀態(tài)持續(xù)預(yù)定時間以上的情況下將其檢測為電源故障修復(fù)，因此能夠防止由于因再生能量使平滑電容器12的電壓上升而引起的電源故障修復(fù)的誤檢測。作為預(yù)定時間的具體值，在無刷DC電動機(jī)3繼續(xù)動作的情況下，設(shè)定為例如I秒以上，在無刷DC電動機(jī)3停止的情況下，為了想要加快再啟動而設(shè)定為例如小于I秒。假設(shè)發(fā)生了由于因再生能量使平滑電容器12的電壓上升而引起的電源故障修復(fù)的誤檢測，則由于想要將無刷DC電動機(jī)3的速度加快回到電源故障發(fā)生前的狀態(tài)而會額外地消耗儲存在平滑電容器12中的能量，因此耐受電源故障的時間變短。通過使這種誤檢測不發(fā)生，從而能夠抑制儲存在平滑電容器12中的能量的額外消耗。其結(jié)果是，耐受電源故障的時間變長。
[0065]在對瞬間停電等電源故障進(jìn)行修復(fù)時，直流電壓Vin急劇變高。此時，由于直到獲取直流電壓Vin而生成驅(qū)動信號(PWM信號)為止的驅(qū)動信號生成控制的響應(yīng)延遲(時間延遲)，使得實(shí)際的電動機(jī)電流變得大于目標(biāo)值，隨之驅(qū)動信號的導(dǎo)通、斷開占空比D急劇變小。這樣的話，電動機(jī)電流下降，控制變得不穩(wěn)定，有時會發(fā)生失步。與此不同的是，本實(shí)施方式中，由于在從電源故障進(jìn)恢復(fù)時，在比驅(qū)動信號生成控制對于檢測電壓Vin上升的響應(yīng)延遲長的時間即一定時間Trt內(nèi)進(jìn)行電動機(jī)電流限制控制，即由于將正勵磁分量電流+Id加到電流控制部24中的勵磁分量電流Id的目標(biāo)值上以使得無刷DC電動機(jī)3中流過的電流不低于預(yù)先確定的下限值，因此能夠防止因驅(qū)動信號生成控制對于檢測電壓Vin上升的響應(yīng)延遲而會發(fā)生的失步。
[0066]此外，上述實(shí)施方式中，電源故障檢測部29在電壓檢測電路26的檢測電壓Vin下降至設(shè)定值Vdip以下的情況下將其檢測為發(fā)生電源故障，在電壓檢測電路26的檢測電壓Vin每單位時間的下降幅度Vr在一定幅度Vdr以上的情況下將其檢測為發(fā)生電源故障，但并不局限于此，也可根據(jù)對于逆變器10的驅(qū)動信號的導(dǎo)通、斷開占空比(對于逆變器10的開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開占空比)D的大小來推定逆變器10的直流部中的直流電壓Vin，在該推定電壓下降至設(shè)定值Vdip以下時，將其檢測為發(fā)生電源故障?；蛘撸娫垂收蠙z測部29也可在上述推定電壓每單位時間的下降幅度Vr在一定幅度Vdr以上時，將其檢測為發(fā)生電源故障?；蛘?，電源故障檢測部29也可在上述導(dǎo)通、斷開占空比D每單位時間的增加幅度在預(yù)定幅度以上時，將其檢測為發(fā)生電源故障。
[0067]另外，上述實(shí)施方式中，電源故障檢測部29在檢測出發(fā)生電源故障之后，電壓檢測電路26的檢測電壓Vin超過設(shè)定值Vdip且該狀態(tài)持續(xù)預(yù)定時間以上的情況下，將其檢測為電源故障修復(fù)，但并不局限于此，也可在根據(jù)上述導(dǎo)通、斷開占空比D的推定電壓超過設(shè)定值其該狀態(tài)持續(xù)一定時間以上時，將其檢測為電源故障修復(fù)。
[0068]在電源故障的發(fā)生及修復(fù)的檢測中使用推定電壓的情況下，能夠去除電壓檢測電路26，因此可力圖使電路小型化，并且存在于電壓檢測電路26與電動機(jī)控制部20之間的信號線消失。若信號線消失，則電動機(jī)控制部20的絕緣性提高，即使用手觸摸電動機(jī)控制部20，也不會觸電，維護(hù)服務(wù)時的危險性減少。
[0069]在日本，標(biāo)準(zhǔn)電壓為100V的情況下，商用交流電源的電壓的變動范圍為10V±6V，在標(biāo)準(zhǔn)電壓為200V的情況下，商用交流電源的電壓的變動范圍為202V±20V。若將布線中的電壓下降設(shè)為5%，則標(biāo)準(zhǔn)電壓為100V時的下限值為9IV，標(biāo)準(zhǔn)電壓為200V時的下限值為172V。在未發(fā)生電源故障的情況下，提供該下限值以上的電壓。在檢測出小于該下限值的電壓的情況下判斷為發(fā)生了電源故障，從而能夠可靠地檢測出發(fā)生電源故障。
[0070]關(guān)于商用交流電源的電壓范圍，在標(biāo)準(zhǔn)電壓為100V的情況下為101V±6V，在標(biāo)準(zhǔn)電壓為200V的情況下為202V±20V，在標(biāo)準(zhǔn)電壓為100V的情況下具有12V的幅度，在標(biāo)準(zhǔn)電壓為200V的情況下具有40V的幅度。與提供商用交流電源的電壓的系統(tǒng)相連的設(shè)備的耗電發(fā)生變動而導(dǎo)致布線中的電壓下降發(fā)生變化是電源故障以外的電壓變動的主要原因，在檢測出比該通常發(fā)生的電壓變動大的電壓下降時判斷為發(fā)生了電源故障，從而能夠在提供電壓高于標(biāo)準(zhǔn)時較早地檢測出電源故障。通過將受電端開始的布線中所設(shè)想的最大電壓變動以上的變動作為基準(zhǔn)，從而在標(biāo)準(zhǔn)電壓為100V且上限值為107V的情況下，在成為比107V下降了 5%的102V時，將其檢測為電源故障。在這種情況下，由于能夠在比僅用電壓值檢測時的91V要早IlV的時間點(diǎn)檢測出，因此能夠較早地使電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)下降以抑制耗電。進(jìn)而，能夠在更長的時間內(nèi)耐受電源故障。
[0071]另外，上述實(shí)施方式中，速度控制部23作為速度維持模式控制，執(zhí)行了對與電壓檢測電路26的檢測電壓Vin相對應(yīng)的上限速度《h進(jìn)行計(jì)算的處理(步驟105);判定目標(biāo)速度《ref是否高于該上限速度coh的處理(步驟106);在目標(biāo)速度coref高于上限速度《h時將目標(biāo)速度《ref修正為上限速度coh的處理(步驟107)，但作為其替代，也可如圖5所示，執(zhí)行對與電壓檢測電路26的檢測電壓Vin相對應(yīng)的上限導(dǎo)通、斷開占空比Dh進(jìn)行計(jì)算的處理(步驟105);判定由輸出占空比計(jì)算部27計(jì)算出的導(dǎo)通、斷開占空比D是否高于該上限導(dǎo)通、斷開占空比Dh的處理(步驟106);在導(dǎo)通、斷開占空比D高于上限導(dǎo)通、斷開占空比Dh時將目標(biāo)速度《ref修正為對上限導(dǎo)通、斷開占空比Dh與導(dǎo)通、斷開占空比D之差乘上系數(shù)α后所得到的值[=?ref-(`Dh-D).α ]的處理(步驟107)。導(dǎo)通、斷開占空比D基于由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部25轉(zhuǎn)換后的勵磁分量電壓Vd和轉(zhuǎn)矩分量電壓Vq以及電壓檢測電路26的檢測電壓Vin來計(jì)算出，因此包含直流電壓Vin的變化以作為參數(shù)。
[0072]另外，實(shí)施方式及變形例是作為示例而呈現(xiàn)的，不旨在限定發(fā)明的范圍。這些新的實(shí)施方式及變形例可通過其它各種方式來實(shí)施，在不脫離發(fā)明要旨的范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種省略、改寫、變更。這些實(shí)施方式及其變形均包含在發(fā)明的范圍和要旨中，并且包含在專利權(quán)利要求書所記載的發(fā)明及其等同范圍內(nèi)。
[0073]工業(yè)上的實(shí)用性
[0074]實(shí)施方式的電動機(jī)驅(qū)動裝置可用于例如用作為熱泵式冷凍機(jī)的壓縮機(jī)電動機(jī)的無刷DC電動機(jī)的驅(qū)動。
【權(quán)利要求】
1.一種電動機(jī)驅(qū)動裝置,包括: 逆變器，該逆變器將交流電源的電壓轉(zhuǎn)換成直流并將該直流電壓轉(zhuǎn)換成交流進(jìn)行輸出以作為對無刷DC電動機(jī)的驅(qū)動電壓； 第一控制單元，該第一控制單元根據(jù)所述無刷DC電動機(jī)中流過的電流來推定該無刷DC電動機(jī)的速度，并對所述逆變器進(jìn)行驅(qū)動控制以使得該推定速度成為目標(biāo)速度； 檢測單元，該檢測單元檢測所述交流電源中故障的發(fā)生；以及 第二控制單元，該第二控制單元在由所述檢測單元檢測出發(fā)生故障的情況下，將所述目標(biāo)速度維持在與所述逆變器中的直流電壓相對應(yīng)的上限速度和預(yù)先確定的下限速度的范圍以內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，還包括: 平滑電容器，該平滑電容器對所述逆變器中的直流電壓進(jìn)行平滑；以及 第三控制單元，該第三控制單元在由所述第二控制單元執(zhí)行控制之后，所述平滑電容器的電壓下降至設(shè)定值以下的情況下，通過將所述目標(biāo)速度以比所述無刷DC電動機(jī)的實(shí)際速度下降率大的下降率且以所述下限速度為限度朝下降方向進(jìn)行修正，從而將所述無刷DC電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)能量作為再生電壓向所述平滑電容器進(jìn)行充電，在該平滑電容器的電壓上升至高于所述設(shè)定值的值的情況下，恢復(fù)為所述第二控制單元的控制。
3.如權(quán)利要求2所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于， 所述檢測單元檢測所述交流電源中故障的發(fā)生及修復(fù)， 還包括第四控制單元，該第四控制單元在由所述第三控制單元恢復(fù)為所述第二控制單元的控制之后，所述交流電源的電壓發(fā)生恢復(fù)而使得所述平滑電容器的電壓超過所述設(shè)定值的情況下，使所述目標(biāo)速度首先以預(yù)先確定的通常速度上升率上升，接著在由所述檢測單元檢測出故障修復(fù)的情況下，使所述目標(biāo)速度以比所述通常速度上升率大的上升率朝向原來的值急速上升。
4.如權(quán)利要求3所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，還包括 第五控制單元，該第五控制單元在由所述第三控制單元恢復(fù)為所述第二控制單元的控制之后，所述交流電源的電壓未發(fā)生恢復(fù)而使得所述平滑電容器的電壓下降至預(yù)定值以下的情況下，使所述無 刷DC電動機(jī)停止。
5.如權(quán)利要求4所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于， 所述第五控制單元在由所述第三控制單元恢復(fù)為所述第二控制單元的控制之后，所述交流電源的電壓未發(fā)生恢復(fù)而使得所述平滑電容器的電壓下降至預(yù)定值以下的情況下，將所述目標(biāo)速度以跟隨所述速度推定的速率朝下降方向進(jìn)行修正，并通過該修正使所述無刷DC電動機(jī)停止。
6.如權(quán)利要求4所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，還包括 第六控制單元，該第六控制單元在通過所述第五控制單元的控制而使所述無刷DC電動機(jī)停止之后，所述交流電源的電壓發(fā)生恢復(fù)而使得所述平滑電容器的電壓超過所述設(shè)定值的情況下，使所述無刷DC電動機(jī)再啟動且使所述目標(biāo)速度首先以所述通常速度上升率上升，接著在由所述檢測單元檢測出故障修復(fù)的情況下，使所述目標(biāo)速度以比所述通常速度上升率大的上升率朝向原來的值急速上升。
7.如權(quán)利要求6所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于，還包括第七控制單元，該第七控制單元在由所述第四控制單元使得所述目標(biāo)速度急速上升以及由所述第六控制單元使得所述目標(biāo)速度急速上升時，在由檢測單元檢測出故障修復(fù)起的一定時間內(nèi)，執(zhí)行電動機(jī)電流限制控制，以使得流過所述無刷DC電動機(jī)的電流不低于預(yù)先確定的下限值。
8.如權(quán)利要求1所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于， 所述逆變器將交流電源的電壓轉(zhuǎn)換成直流并利用開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開將該直流電壓轉(zhuǎn)換成交流進(jìn)行輸出以作為對無刷DC電動機(jī)的驅(qū)動電壓， 所述第一控制單元根據(jù)所述無刷DC電動機(jī)中流過的電流來推定該無刷DC電動機(jī)的速度，并對所述逆變器的開關(guān)元件進(jìn)行導(dǎo)通、斷開驅(qū)動控制以使得該推定速度成為目標(biāo)速度， 所述檢測單元在檢測出所述逆變器中的直流電壓且該檢測電壓下降至設(shè)定值以下時，或者在該檢測電壓每單位時間的下降幅度為一定幅度以上時，或者在根據(jù)對于所述逆變器的開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開占空比大小來推定所述逆變器中的直流電壓且該推定電壓下降至所述設(shè)定值以下時，或者在該推定電壓每單位時間的下降幅度為所述一定幅度以上時，或者對于所述逆變器的開關(guān)元件的導(dǎo)通、斷開占空比每單位時間的增加幅度為預(yù)定幅度以上時，將其檢測為所述交流電源中發(fā)生故障。
9.如權(quán)利要求8所述的電動機(jī)驅(qū)動裝置，其特征在于， 所述檢測單元在檢測出所述交流電源中發(fā)生故障之后，所述檢測電壓或所述推定電壓超過所述設(shè)定值且該狀 態(tài)持續(xù)一定時間以上時，將其檢測為所述交流電源中故障修復(fù)。
【文檔編號】H02P27/06GK103782504SQ201280041899
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月15日
【發(fā)明者】溫品治信 申請人:東芝開利株式會社