电机控制装置和冷冻、空调装置的制造方法

本发明涉及控制电机的电机控制装置，尤其涉及具有逆变电路的电机控制装置。此外，本发明涉及装载有电机控制装置的冷冻装置、空调装置(将其总称为冷冻、空调装置)。

背景技术：
近年，驱动伴随负载转矩波动的负载要素的同步电机的可变速控制中采用了逆变器。作为具备具有周期性负载转矩波动的负载要素的装置，有单转子型压缩机或者往复型压缩机等。单转子型压缩机或者往复型压缩机等作为装载在空气调节机和冰箱等家电产品中的压缩机，被广泛使用。图1A是表示单转子型压缩机的负载转矩特性的图，图1B是表示往复型压缩机的负载转矩特性的图。在单转子型压缩机和往复型压缩机中，每1转进行1次由工作介质的吸入工序、压缩工序、喷出工序组成的压缩循环。由于即将喷出前工作介质被压缩，所以负载转矩变大，由于刚刚喷出后没有工作介质，所以负载转矩变小。因此，如果希望使压缩机的角速度一定时，电机电流根据负载转矩波动产生脉动，因而存在电力损失增加的问题。作为解决上述问题的方法，存在如下方法：根据压缩机的机械角，即根据由工作介质的吸入工序、压缩工序、喷出工序组成的压缩循环处于哪个位置，补偿电机转矩。利用所述方法，能够根据负载转矩波动补偿电机转矩，降低负载转矩波动导致的电机电流的脉动，实现高效率化。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利公开公报特开2004-215434号专利文献2：日本专利公开公报特开2004-274841号专利文献1公开的电机控制装置，为了减小电机驱动电流的脉动而应用补偿转矩的转矩模式来提高电机驱动效率。为应用转矩模式，需要判断负载要素的机械角。专利文献1中记载了通过来自无刷电机的各线圈的感应电压的波形，检测电机内的转子的位置，但是未记载检测和电机连接的负载要素的机械角。因此，当没有关于电机和负载要素的连接位置的信息时，不能根据负载要素的负载转矩波动补偿电机转矩。专利文献2公开的电机控制装置，为了无位置传感器，根据电机驱动电流的脉动检测转子的机械性位置，但是电机的极数多时不过是判断相对于负载要素的机械角，电机的电角度为第几周期，因此没有关于电机与负载要素的连接位置的信息时，不能成为补偿负载要素的负载转矩波动的电机转矩。

技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种电机控制装置和装载所述电机控制装置的冷冻、空调装置，在无位置传感器且没有关于电机和负载要素的连接位置的信息时也能实现高效率化。为达到上述目的，本发明的电机控制装置，控制用于驱动具有周期性负载转矩波动的负载要素的电机，所述电机控制装置包括：电压修正模式存储部，存储与所述负载转矩波动的1周期的角度对应的电压修正模式；电机驱动电压波形生成部，生成用于驱动所述电机的基本电压波形；以及电机驱动电压波形修正部，对所述电压修正模式赋予修正系数、修正所述基本电压波形，检测通过由所述电机驱动电压波形修正部生成的电机驱动信号驱动所述电机时的电机驱动电流的波动量，将所述电机驱动电流的波动量作为指标，决定所述修正系数(第一结构)。优选在上述第一结构的电机控制装置中，所述修正系数包含相对于所述基本电压波形的所述电压修正模式的相位，将所述相位作为不同的值、驱动所述电机时的所述电机驱动电流的波动量进行比较的结果作为指标，决定所述相位(第二结构)。优选在上述第一或第二结构的电机控制装置中，所述修正系数包含所述电压修正模式的增益，将所述增益作为不同的值、驱动所述电机时的所述电机驱动电流的波动量进行比较的结果作为指标，决定所述增益(第三结构)。优选在上述第一～第三中任意结构的电机控制装置中，所述电压修正模式的形状是，基于将所述负载要素的所述1周期的负载转矩的平均值减去所述负载要素的各角度的负载转矩值的值、以所述负载要素的角度进行积分的函数的形状(第四结构)。优选在上述第一～第三中任意结构的电机控制装置中，测量以一定的转矩使所述负载要素旋转时的负载转矩波动1周期的角速度变化，所述电压修正模式的形状是基于其波动模式的形状(第五结构)。优选在上述第四或第五结构的电机控制装置中，所述电压修正模式的形状是，相比作为基础的所述函数或所述波动模式，将修正量减小的形状(第六结构)。优选在上述第一～第六中任意结构的电机控制装置中，将所述电机驱动电流的波动量作为指标，决定所述修正系数的候补值，当所述候补值和过去的所述修正系数的值的差、所述候补值和与过去的所述修正系数的值对应的值的差，全部在规定值以上时，不采用所述候补值(第七结构)。本发明的冷冻、空调装置包括：上述第一～第七中任意结构的电机控制装置；由所述电机控制装置驱动的同步电机；以及所述同步电机驱动的压缩机(第八结构)。按照本发明，可以提供在无位置传感器且没有关于电机与负载要素的连接位置的信息时也能实现高效率化的电机控制装置和装载所述电机控制装置的冷冻、空调装置。附图说明图1A是表示单转子型压缩机的负载转矩特性的图。图1B是表示往复型压缩机的负载转矩特性的图。图2是表示本发明的第1实施方式的电机控制装置的简要结构的图。图3是表示电压修正模式的一例的图。图4A是表示本发明的第1实施方式中的电机驱动电压波形修正部的动作的流程图。图4B是表示本发明的第1实施方式中的电机驱动电压波形修正部的动作的流程图。图5是表示修正后的电机驱动电压波形的一例的图。图6是表示多例各相的电机驱动电流波形的图。图7是表示电机驱动电流的脉动量与电压修正模式的相位偏移量的关系的一例的图。图8是表示电机驱动电流的脉动量与电压修正模式的修正增益的关系的一例的图。图9A是表示本发明的第2实施方式中的电机驱动电压波形修正部的动作的流程图。图9B是表示本发明的第2实施方式中的电机驱动电压波形修正部的动作的流程图。图10A是表示本发明的第5实施方式中的电机驱动电压波形修正部的动作的流程图。图10B是表示本发明的第5实施方式中的电机驱动电压波形修正部的动作的流程图。图11是表示本发明的第6实施方式中的电压修正模式的一例的图。具体实施方式以下参照附图说明本发明的实施方式。<第1实施方式>图2表示了本发明的第1实施方式的电机控制装置的简要结构。本实施方式的电机控制装置具备转换电路2、逆变电路3、电流检测电阻(分流电阻)R1、电流检测电路5和微机A1。转换电路2的输入侧连接交流电源1，逆变电路3的输出侧连接同步电机4。同步电机4驱动伴随周期性负载转矩波动的负载要素。转换电路2把来自交流电源1的交流电压转换为直流电压后提供给逆变电路3。逆变电路3把来自转换电路2的直流电压转换成三相交流电压后提供给同步电机4。转换电路2的输出侧和逆变电路3的输入侧由正极直流线和负极直流线连接，所述负极直流线上设有电流检测电阻R1。电流检测电路5根据电流检测电阻R1的两端产生的电压，检测流过逆变电路3的电流，并将所述检测到的电流放大，作为电流信号向微机A1输出。即，电流检测电路5作为检测流过逆变电路3的电流的电流检测装置发挥功能。微机A1是对同步电机4进行驱动控制的电路，具有电机驱动电流推断部6、电机驱动电流存储部7、电压修正模式存储部8、转速设定部9、电机驱动电压波形生成部10、电机驱动电压波形修正部11和PWM波形生成部12，根据程序执行以下说明的处理。电机驱动电流推断部6具有电流变化部分运算装置(未图示)和分配运算装置(未图示)，电流变化部分运算装置根据输入的电流信号求出电流的变化部分，分配运算装置根据电流信号的变化部分推算电机驱动电流。这里，电流变化部分运算装置和分配运算装置，可以采用例如日本专利公开公报特开平8-19263号中记载的装置。采用日本专利公开公报特开平8-19263号中记载的装置时，电流变化部分运算装置根据逆变电路3的各相驱动元件的开关之前和之后的电流信号(电流检测电路5的输出信号)求出其变化部分，分配运算装置根据逆变电路3的各相驱动元件的开关时序，将电流信号(电流检测电路5的输出信号)的变化部分分配到各相，推算各相的电机驱动电流。通过设置电机驱动电流推断部6，不使用由线圈和霍尔元件构成的电流传感器、电流互感器等用于检测电机驱动电流的电流传感器，就能够推算电机驱动电流，因此可以削减成本。电机驱动电流存储部7根据电机驱动电流推断部6推算出的各相的电机驱动电流，将至少1相的电流振幅值和电角度存储至少负载要素中的负载转矩波动1周期。电压修正模式存储部8存储与负载要素中的负载转矩波动1周期的角度对应的电压修正模式。电压修正模式例如可以由表示角度和修正值的对应关系的数据表的形式存储，也可以由表示角度和修正值的对应关系的函数的形式存储。电压修正模式根据负载要素中的负载转矩特性设定。图3表示了电压修正模式的一例。电压修正模式可以根据以负载要素的角度、对从负载要素的负载转矩1周期的平均值减去同步电机4驱动的负载要素的各角度中的负载转矩的值而得到的值进行积分的函数决定。通过这样决定，能够在负载转矩的值小于平均值的角度中，通过使同步电机4的驱动电压上升的方式进行修正并加速，使同步电机4的驱动电流不降低，此外在负载转矩的值大于平均值的角度中，通过使同步电机4的驱动电压降低的方式进行修正并减速，使同步电机4的驱动电流不上升，从而可以抑制负载要素的周期性负载转矩波动带来的同步电机4的驱动电流波动。图3的示例表示了与具有图1B所示的往复型压缩机的负载转矩特性的负载要素对应的电压修正模式。图3(a)针对和图1B同样的负载要素，表示了2周期的负载转矩曲线A。在图3(a)中，负载转矩平均值B是将负载转矩曲线A的1周期的负载转矩值平均的值。图3(b)的曲线C是对图3(a)的曲线求出各角度上的(负载转矩平均值B)-(负载转矩A)的值，并以角度进行积分的曲线。将这种曲线C作为电压修正模式来驱动电机，驱动具有负载转矩特性曲线A的负载要素时，可以抑制电机的驱动电流波动。此时，优选负载转矩曲线A和电压修正模式C的相位一致，而且优选通过电压修正模式C进行的电压修正量相对于负载转矩特性曲线A为适当量。因此，将图3(b)的曲线C作为电压修正模式存储到电压修正模式存储部8时，角度、修正值不是以绝对值、而是以相对值存储，由后述电机驱动电压波形修正部11修正电机驱动电压波形时，优选通过对电压修正模式存储部8中存储的电压修正模式赋予了规定的修正系数的修正数据，修正电机驱动电压波形。图3(b)中作为一例，将虚线夹持的负载要素的负载转矩波动周期1周期作为电压修正模式，对于角度轴(横轴)将左端设为0度、右端设为360度，修正量(纵轴)作为将1周期的修正量的平均设为1的正规化数据，存储在电压修正模式存储部8中。另外，电压修正模式也可以如图3(c)所示、成为近似图3(b)的曲线C的形状。由于图3(a)所示的负载转矩曲线A的形状因负载状况和转速等变化，此外在量产品的情况下存在个体差，因此即使如图3(b)所示严格制定电压修正模式，也只在特定的条件才会一致。因此，即使采用图3(c)这种近似的形状，实际上大多能得到和采用图3(b)的电压修正模式时相近的效果。另一方面，通过图3(c)这种近似形状，作为电压修正模式数据可以不存储大量的表数据，只要存储函数式即可，此外赋予规定的修正系数时因为可以修正函数式本身，所以能够期待电压修正模式存储部8的小容量化和电机驱动电压波形修正部11中的修正处理的高速化。以后的说明中，假设以图3(c)的电压修正模式为基础的图3(d)所示的修正模式存储在电压修正模式存储部8中。转速设定部9决定与目标的转速指令值对应的强制励磁角频率，并将所述决定的强制励磁角频率向电机驱动电压波形生成部10输出。另外，目标的转速指令值例如从装载在具备本实施方式的电机控制装置、同步电机4、以及同步电机4驱动的伴随周期性负载转矩波动的负载要素的设备上并控制所述设备整体的控制部向转速设定部9传递。电机驱动电压波形生成部10预先存储有由规定的数据个数构成的正弦波数据表，根据强制励磁角频率，从正弦波数据表读出和同步电机4的电机线圈端子的各相对应的电机驱动基本电压波形数据(三相的情况下电角度分别偏移120度的正弦波数据)，向电机驱动电压波形修正部11输出。另外，本实施方式使用正弦波数据表生成电机驱动基本电压波形，但是本发明不限于此，例如可以不是正弦波，此外还可以通过运算生成电机驱动基本电压波形。电机驱动电压波形修正部11使用赋予了修正系数的电压修正模式，修正电机驱动基本电压波形。此外，从电机驱动电流存储部7中存储的电机驱动电流，检测电机驱动电流的波动量，将电机驱动电流的波动量作为指标，决定电压修正模式的修正系数。电机驱动电压波形修正部11的具体动作后述。PWM波形生成部12把从电机驱动电压波形修正部11输出的修正后的各相电机驱动电压波形数据转换为各相PWM波形信号，并将所述转换后的各相PWM波形信号向逆变电路3的对应的各驱动元件(U相上侧驱动元件QU，U相下侧驱动元件Qx，V相上侧驱动元件QV，V相下侧驱动元件Qy，W相上侧驱动元件QW，W相下侧驱动元件Qz)输出。例如，PWM波形生成部12以PWM载波频率产生三角波，将所述三角波和修正后的各相电机驱动电压波形进行比较，通过根据所述比较结果输出High/Low，输出各相的PWM波形信号。逆变电路3把来自转换电路2的直流电压根据各相的PWM波形信号转换为各相的电机驱动波形，将所述各相的电机驱动波形施加到同步电机4的各相的电机线圈。这样，使同步电机4的转子旋转。接着，说明电机驱动电压波形修正部11的具体动作。以下，说明同步电机4为三相四极电机的情况。此外，负载要素中的负载转矩波动1周期，是同步电机4的1转。电机驱动电压波形修正部11在启动同步电机4时开始图4A和图4B所示的流程动作。首先，电机驱动电压波形修正部11将相位偏移量θ的初始值设为0，修正增益M的初始值设定为1(步骤S10)。随后，电机驱动电压波形修正部11从电压修正模式存储部8读入电压修正模式(步骤S20)。接着，电机驱动电压波形修正部11，分别针对电压修正模式的各角度的修正量乘上修正增益M(步骤S30)。而后，将电压修正模式的相位相对电机驱动基本电压波形的相位偏移θ°(步骤S40)。接着，电机驱动电压波形修正部11在各个角度(各个角度可以是离散性值，也可以是连续性值)，根据电压修正模式的修正值，修正电机驱动基本电压波形的振幅和角速度，电压修正模式的修正值越大，则电机驱动基本电压波形的振幅变得越大且电机驱动基本电压波形的角速度变得越大，电压修正模式的修正值越小，则电机驱动基本电压波形的振幅变得越小且电机驱动基本电压波形的角速度变得越小(步骤S50)。这里，图5表示了修正后的各相的电机驱动电压波形Vu、Vv、Vw的一例。图5还和修正后的各相的电机驱动电压波形Vu、Vv、Vw一起表示了电压修正模式P。另外，图5示例中由于同步电机4是三相四极的电机，所以电机1周的电角度成为720°，即Vu、Vv、Vw二循环成为电机1周。图5所示的修正后的各相的电机驱动电压波形Vu、Vv、Vw，是在各个角度根据电压修正模式P的修正值，仅修正了电机驱动电压波形的振幅的波形。如图5所示，通过在各个角度根据电压修正模式的修正值对电机驱动电压波形的振幅进行修正，在电机驱动电压波形中可以得到在纵轴方向放大的区间和缩小的区间。此外，虽然省略了图示，但是通过在各个角度根据电压修正模式的修正值对电机驱动电压波形的角速度进行修正，在电机驱动电压波形中可以得到在横轴方向放大的区间和缩小的区间。在步骤S50的后续的步骤S60中，电机驱动电压波形修正部11根据在步骤S50的处理中修正的各相的电机驱动电压波形，从电机驱动电流存储部7读入电机1转即负载要素中的负载转矩波动1周期的同步电机4驱动状态中各相的电机驱动电流，并计算电机驱动电流波形的脉动量(波动量)。各相的电机驱动电流值通过从由电机驱动电流推断部6推断的各相的电机驱动电流读取各相中的规定的角度上的值得到。规定的角度优选根据电机驱动电压波形推断电机驱动电流达到最大的角度。例如，读取电机驱动电流的值的角度，可以是各相的电机驱动基本电压波形达到峰值的角度。即，在图5中，例如通过读取电角度90°、270°、450°、630°时的U相的电流的值，可以得到U相的电机驱动电流值。同样，读取V相、W相的电机驱动电流的值，从三相的电机驱动电流波形的值的12点的数据选取最大和最小的值而得到差，从而可以得到电机驱动电流波形的脉动量。此外，知道或能推断相对于电机驱动电压波形的电机驱动电流的相位延迟量时，读取电机驱动电流的值的角度，可以是在各相的电机驱动基本电压波形成为峰值的角度上加上上述相位延迟量的角度。这样，能够在与电机驱动电流波形成为峰值的角度更接近的角度上读取电机驱动电流的值，可以进一步高精度求出电机驱动电流波形的脉动量。另外，电机驱动电流波形的读取不限于此，例如可以从电机驱动电流为正或负的值的6点，计算电机驱动电流波形的脉动量。此外，读取的角度不仅由基于各相的电机驱动电压波形的角度决定，还能以电机驱动电流过零或成为峰值的角度为基准决定。图6(a)表示对图3(d)所示的修正模式赋予相位偏移量θ＝0°、修正增益M＝1的电压修正模式，并根据其修正了电机驱动电压波形时的电机驱动电流的示例。另外，在图6驱动的电机和负载要素与求出电压修正模式的图3的电机和负载要素，假设是不同的个体。在图6(a)的示例中，电机驱动电流波形的最大值(Iw2的绝对值)和电机驱动电流波形的最小值(Iu4的绝对值)之间存在较大的差，电机驱动电流大幅脉动。接着，电机驱动电压波形修正部11判断(θ+Δθ)是否在360°以上(步骤S70)。这里，Δθ是电压修正模式的相位位移幅度，如果减小所述值，可以进一步高精度求出电压修正模式的相位修正系数。此外，如果加大所述值，可以减少用于求出电压修正模式的相位位移修正系数的试行次数(步骤S40～S80的执行次数)。在本实施例中，由于Δθ＝2°，所以执行180次步骤S40～S80。如果(θ+Δθ)小于360°(步骤S70的否)，电机驱动电压波形修正部11将当前的θ值加上Δθ的值设定为新的θ值(步骤S80)，随后返回步骤S40。另一方面，如果(θ+Δθ)在360°以上(步骤S70的是)，例如会得到图7所示的电机驱动电流的脉动量和电压修正模式的相位偏移量的关系，所以电机驱动电压波形修正部11将电机驱动电流的脉动量成为最小的电压修正模式的相位偏移量，设定为电压修正模式的相位修正系数θ0(步骤S90)。图7所示的示例中，由于θ＝60°时电机驱动电流的脉动量最小，所以电压修正模式的相位修正系数θ0设定为60°。只要同步电机4的驱动持续，则电机驱动电流的脉动量成为最小的、电压修正模式的相位偏移量的值通常不会大幅改变。因此，在步骤S90确定的电压修正模式的相位修正系数，在同步电机4的旋转驱动持续期间可以不重新设定。因此，图4A和图4B的流程图中，步骤S90的处理仅实施1次。根据负载要素，并且根据负载转矩量和转速，电机驱动电流的脉动量成为最小的电压修正模式的相位偏移量的值有时也会改变，此时，只要在该条件下重新进行从步骤S10开始的电压修正模式的相位修正系数设定处理即可。在步骤S90的后续的步骤S100中，电机驱动电压波形修正部11将电压修正模式的相位相对于电机驱动基本电压波形的相位，偏移在步骤S90求出的相位修正系数θ0。接着，电机驱动电压波形修正部11对电压修正模式的各个角度的每一个修正量乘上修正增益M(步骤S110)。而后，电机驱动电压波形修正部11在各个角度(各个角度可以是离散性值，也可以是连续性值)，根据乘以修正增益M、相位偏移相位修正系数θ0的电压修正模式的修正值，修正电机驱动电压波形的振幅和角速度，各个角度中的电压修正模式的修正值越大，则电机驱动电压波形的振幅变得越大且电机驱动电压波形的角速度变得越大，电压修正模式的修正值越小，则电机驱动电压波形的振幅变得越小且电机驱动电压波形的角速度变得...