电动机驱动装置制造方法
【专利摘要】本发明提供能够在抑制耗电增大的同时、持续对电动机进行适当的速度控制的电动机驱动装置。在交流电源发生故障的情况下，将电动机的目标速度维持在与逆变器中的直流电压相对应的上限速度和预先确定的下限速度的范围以内。
【专利说明】电动机驱动装直
【技术领域】
[0001]实施方式涉及对例如用作为压缩机电动机的无刷DC电动机进行驱动的电动机驱
动装置。
【背景技术】
[0002]例如用作为热泵式冷冻机的压缩机电动机的无刷DC电动机(也称为永磁体同步电动机)具有安装有多个相绕组的定子及埋设有多个永磁体的转子，在对制冷剂进行吸入.压缩.喷出的同时，驱动压缩机内的润滑油泵。
[0003]驱动该无刷DC电动机的电动机驱动装置包括用于对各相绕组提供驱动电压的逆变器，进行所谓的矢量控制。矢量控制根据无刷DC电动机的各相绕组中流过的电流来推定该无刷DC电动机的速度(也称为转子速度)，并根据该推定速度来求出要提供给该无刷DC电动机的驱动电压，生成为了从上述逆变器得到所求出的驱动电压所需的驱动信号(PWM信号)。
[0004]在需要较大热量的运行开始等时期，无刷DC电动机需要高速旋转。其中，若无刷DC电动机高速旋转，则各相绕组中感应的电压值高于提供给各相绕组的驱动电压值。这样的话，无法在各相绕组中流过电流，其结果是，不能对无刷DC电动机进行速度控制(也称为转速控制)。
[0005]作为应对策略，在无刷DC电动机的高速旋转区域中，进行注入负励磁分量电流的所谓弱磁控制。若进行该弱磁控制，则对于各相绕组的感应电压的上升被抑制，该感应电压值不会高于提供给各相绕组的驱动电压值。即，能够不中断地持续对无刷DC电动机进行速度控制。
[0006]另一方面，在商用交流电源中发生电压下降的电源故障的情况下，提供给各相绕组的驱动电压值低于对于各相绕组的感应电压值。在这种情况下，也不能对无刷DC电动机进行速度控制。作为应对策略，考虑通过监视商用交流电源的电压，在发生电压下降的电源故障的情况下进行弱磁控制，从而持续对无刷DC电动机进行速度控制。
[0007]此外，对于电源电压下降的应对措施，已知有如下示例:在停电时使电动机的旋转能量再生至逆变器，利用该再生来抑制该逆变器中的直流部电压的下降(日本专利特开2002-374700号公报)。另外，已知有如下示例:根据逆变器中的直流部电压是否在一定值以上，来切换弱磁控制的执行和不执行(日本专利特开2009-268304号公报)。而且，已知有如下示例:通过在商用交流电源瞬间停电时使对于无刷DC电动机的速度控制停止，从而使逆变器中的直流部电压上升(日本专利特开2004-304965号公报)。
【发明内容】
[0008]用于弱磁控制的负励磁分量电流会发生作用以使得从相绕组发出的磁通抵消。因此，若进行弱磁控制，则会发生相当于所注入的负励磁分量电流的平方与相绕组电阻之积的损耗。其导致耗电的增大。[0009]实施方式的目的在于提供能够在抑制耗电增大的同时、持续对电动机进行适当的速度控制的电动机驱动装置。
[0010]实施方式的电动机驱动装置包括逆变器、第一控制单元、检测单元、以及第二检测单元。逆变器将交流电源的电压转换成直流并将该直流电压转换成交流进行输出以作为对无刷DC电动机的驱动电压。第一控制单元根据所述无刷DC电动机中流过的电流来推定该无刷DC电动机的速度，并对所述逆变器进行驱动控制以使得该推定速度成为目标速度。检测单元检测所述交流电源中故障的发生。第二控制单元在由所述检测单元检测出发生故障的情况下，将所述目标速度维持在与所述逆变器中的直流电压相对应的上限速度和预先确定的下限速度的范围以内。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是表示各实施方式的框图。
[0012]图2是表示一个实施方式的控制的流程图。
[0013]图3是表示一个实施方式中的直流电压Vin的变化及各种控制的推移变化的时序图。
[0014]图4是表示一个实施方式中的直流电压Vin的变化及各种控制的推移变化的其他不例的时序图。
[0015]图5是表示一个实施方式的控制的变形例的流程图。
【具体实施方式】
[0016]下面，参照附图来说明一个实施方式。
[0017]如图1所示，逆变器10经由电抗器2与商用交流电源I相连接，该逆变器10的输出端连接有例如用作为热泵式冷冻机的压缩机电动机的无刷DC电动机(也称为永磁体同步电动机)3。
[0018]逆变器10具有将商用交流电源I的交流电压转换成直流电压的整流电路11 ;对从该整流电路11输出的直流电压进行平滑的平滑电容器12 ;利用开关元件的导通、断开将该平滑电容器12的电压转换成预定频率的三相交流电压的开关电路13。该开关电路13的输出作为驱动电压提供给无刷DC电动机3。
[0019]无刷DC电动机3具有安装有多个相绕组的定子及埋设有多个永磁体的转子，且收纳在压缩机壳体内，在对热泵式冷冻循环中的制冷剂进行吸入?压缩?喷出的同时，驱动压缩机壳体内的润滑油泵。润滑油泵将积存在压缩机壳体底部的润滑油提供给无刷DC电动机3的滑动部。通过该提供，从而在无刷DC电动机3的滑动部形成油膜。
[0020]在上述开关电路13的输出端与无刷DC电动机3之间的U相通电路径上，配置有对无刷DC电动机3的U相绕组中流过的电流(相电流)进行检测的电流传感器4。在上述开关电路13的输出端与无刷DC电动机3之间的V相通电路径上，配置有对无刷DC电动机3的V相绕组中流过的电流(相电流)进行检测的电流传感器5。该电流传感器4、5的输出提供给电动机控制部20。无刷DC电动机3的W相绕组中流过的电流能根据电流传感器4、5的检测电流来计算出。
[0021]电动机控制部20根据电流传感器4、5的检测电流来推定无刷DC电动机3的速度(也称为转子速度)，并对要使如下驱动电压从逆变器10输出的该逆变器10的开关元件进行导通、断开驱动以进行无传感器.矢量控制(第一控制单元)，该驱动电压用于使该推定速度ωπι到达与来自空调控制部(未图示)的速度指令相对应的目标速度coref，电动机控制部20包括坐标转换部21、速度推定部22、速度控制部23、电流控制部24、坐标转换部25、电压检测电路26、输出占空比计算部27、PWM转换部28、电源故障检测部29。
[0022]坐标转换部21将电流传感器4、5的检测电流转换成分别换算为无刷DC电动机3中转子轴上的励磁轴(d轴)坐标及转矩轴(q轴)坐标后的励磁分量电流(也称为d轴电流)Id及转矩分量电流(也称为q轴电流)Iq。速度推定部22利用基于由坐标转换部21得到的励磁分量电流Id及转矩分量电流Iq和无刷DC电动机3的等价方程式进行的运算，来推定无刷DC电动机3的速度。速度控制部23求出与速度指令相对应的上述目标速度ω ref与上述推定速度ωπι之差。电流控制部24根据由速度控制部23求出的差(=coref-com)来设定对于由上述坐标转换部21转换后的转矩分量电流Iq的目标值及对于上述励磁分量电流Id的目标值。
[0023]坐标转换部25将由电流控制部24设定的对于转矩分量电流Iq的目标值及对于励磁分量电流Id的目标值转换成换算为无刷DC电动机3中转子轴上的d轴坐标后的励磁分量电压Vd及换算为q轴坐标后的转矩分量电压Vq。电压检测电路26检测平滑电容器12的电压，以作为逆变器10中的直流部的直流电压Vin。输出占空比计算部27基于由坐标转换部25转换后的励磁分量电压Vd和转矩分量电压Vq以及电压检测电路26的检测电压Vin，计算出对于开关电路13的各开关元件的导通、断开占空比D。PWM转换部28生成与由输出占空比计算部27计算出的导通、断开占空比D相对应的脉冲宽度的驱动信号(PWM信号)。根据该驱动信号，开关电路13的各开关元件导通、断开。根据该导通、断开，从开关电路13输出用于驱动无刷DC电动机3的三相交流电压。
[0024]另外，速度控制部23进行如下弱磁控制(弱磁控制单元):将该导通、断开占空比D越接近100%越增加的负励磁分量电流(也称为负的d轴电流)加到电流控制部24中的励磁分量电流Id的目标值上，以使得由输出占空比计算部27计算出的导通、断开占空比D未达到100%。
[0025]电源故障检测部29在电压检测电路26的检测电压Vin下降至设定值Vdip以下的情况下，将其检测为商用交流电源I中发生故障(也称为发生异常)。下面，将该发生故障称为发生电源故障。另外，电源故障检测部29在电压检测电路26的检测电压Vin每单位时间的下降幅度Vr为一定幅度Vdr以上的情况下，将其检测为发生电源故障。而且，电源故障检测部29在检测出发生电源故障之后，电压检测电路26的检测电压Vin超过上述设定值Vdip且该状态持续预定时间以上的情况下，将其检测为电源故障修复。该电源故障检测部29的检测结果提供给速度控制部23及电流控制部24。
[0026]由电压检测电路26及电源故障检测部29来构成分别检测电源故障的发生及修复的电源监视系统(电源监视单元)。
[0027]速度控制部23除了上述第一控制单元及上述弱磁控制单元以外，还具有下述
(I)?(6)的单元。
[0028](I)第二控制单元，该第二控制单元在由电源故障检测部29检测出发生电源故障的情况下，根据该检测电压Vin计算出与电压检测电路26的检测电压Vin相对应的上限速度《h，并执行速度维持模式控制以将目标速度《ref维持在其上限速度coh和预先确定的下限速度ω I的范围以内。下限速度ω I是无刷DC电动机3驱动压缩机内的润滑油泵所需的最低限度的速度。与检测电压Vin相对应的上限速度《h是检测电压Vin越低其越低的值。
[0029](2)第三控制单元，该第三控制单元在由第二控制单元执行速度维持模式控制之后，电压检测电路26的检测电压Vin下降至设定值Vreg(〈Vdip)以下的情况下，将目标速度《ref以比无刷DC电动机3的实际速度下降率大的下降率且以下限速度ω?为限度朝下降方向进行修正，由此执行再生模式控制以将无刷DC电动机3的旋转能量作为再生电压向平滑电容器12进行充电，在通过该再生模式控制使得平滑电容器12的电压上升且电压检测电路26的检测电压Vin上升至设定值Vkp OVreg)以上的情况下，结束再生模式控制并恢复为第二控制单元的速度维持模式控制。
[0030](3)第四控制单元，该第四控制单元在由第三控制单元恢复为速度维持模式控制之后，商用交流电源I的电压发生恢复而使得电压检测电路26的检测电压VIN上升至超过设定值VREG的情况下，首先执行恢复模式控制以使目标速度Ω以预先确定的通常速度上升率上升(恢复)，在商用交流电源I的电压继续恢复而由电源故障检测部29检测出电源故障修复的情况下，执行急速上升模式控制以使目标速度QREF以比上述通常速度上升率大的上升率朝向与速度指令相对应的原来的值急速上升。
[0031](4)第五控制单元，该第五控制单元在由第三控制单元恢复为速度维持模式控制之后，商用交流电源I的电压未发生恢复而使得电压检测电路26的检测电压Vin下降至预定值Voff ( < Vreg)以下的情况下，在判断为无法将电动机速度维持在下限速度ω?的基础上，执行停止模式控制以使目标速度《ref以跟随速度推定部22所进行的速度推定处理的速率朝下降方向进行修正并通过该修正使无刷DC电动机3停止。
[0032](5)第六控制单元，该第六控制单元在通过第五控制单元的停止模式控制的执行而使无刷DC电动机3停止之后，商用交流电源I的电压发生恢复而使得电压检测电路26的检测电压Vin上升至超过设定值Vreg的情况下，首先执行再启动模式控制以对无刷DC电动机3进行再启动且使目标速度coref以上述通常速度上升率上升，在商用交流电源I的电压继续恢复而由电源故障检测部29检测出电源故障修复的情况下，执行急速上升模式控制以使目标速度《ref以比上述通常速度上升率大的上升率朝向与速度指令相对应的原来的值急速上升。
[0033](6)第七控制单元，该第七控制单元在由第四控制单元执行急速上升模式控制及由第六控制单元执行急速上升模式控制时，在由电源故障检测部29检测出电源故障修复起的一定时间Trt内，执行电动机电流限制控制以用于防止因驱动信号生成控制对于检测电压Vin上升的响应延迟而发生的失步。电动机电流限制控制具体而言是指将正励磁分量电流+Id加到电流控制部24中的励磁分量电流Id的目标值上以使得无刷DC电动机3中流过的电流不低于预先确定的下限值的控制。驱动信号生成控制包含输出占空比计算部27的导通、断开占空比计算处理及PWM转换部28的驱动信号生成处理。
[0034]即，参照图2的流程图、图3的时序图、图4的时序图来说明电动机控制部20的控制。图3是发生电源故障之后无刷DC电动机3不停止时的直流电压Vin的变化及各种控制的推移变化的示例。图4是发生电源故障之后无刷DC电动机3停止时的直流电压Vin的变化及各种控制的推移变化的示例。
[0035]首先，用图3的示例进行说明。逆变器10中的直流部的直流电压Vin及该直流电压Vin每单位时间的下降幅度Vr由电压检测电路26检测出(步骤101)。
[0036]在电压检测电路26的检测电压Vin下降的情况下，伴随着该下降，速度控制部23的弱磁控制起作用。由于该弱磁控制，电动机电流逐渐上升。
[0037]若电压检测电路26的检测电压Vin下降至设定值Vdip以下，则由电源故障检测部29将其检测为发生电源故障(步骤102的是)。此时，速度控制部23中，若故障检测标记f为“O”(步骤103的是)，则对该故障检测标记f设置“ I”(步骤104)，并且根据该检测电压Vin计算出与电压检测电路26的检测电压Vin相对应的上限速度oh(步骤105)。与检测电压Vin相对应的上限速度oh是检测电压Vin越低其越低的值。
[0038]速度控制部23在目标速度《ref比上述计算出的上限速度coh高的情况下(步骤106的是)，将目标速度coref修正为上限速度coh(步骤107)。这样，通过将目标速度?ref的上升限制在上限速度《h，从而电动机电流下降。
[0039]速度控制部23在目标速度《ref比预先确定的下限速度ω I低的情况下(步骤108的是)，将目标速度oref修正为其下限速度ω I (步骤109)。
[0040]速度控制部23在目标速度《ref为上限速度coh以下且为下限速度ω?以上的情况下(步骤106的否，步骤108的否)，将目标速度《ref原样设定为与指令速度相对应的值(步骤110)。这样，通过将目标速度《ref的下降限制在下限速度ω?，从而可确保压缩机内的润滑油泵的驱动所需的动力。
[0041 ] 利用这些步骤104~110，来执行速度维持模式控制以将目标速度ω ref维持在上限速度oh和下限速度ω?的范围内。
[0042]速度控制部23在由电源故障`检测部29检测出电源发生故障之后(步骤102的是)，若故障检测标记f为“ I”(步骤103的否)，则在判断为已执行速度维持模式控制的基础上，判定检测电压Vin是否在预定值Voff以下(步骤11)。速度控制部23中，若检测电压Vin不在预定值Voff以下(步骤111的否)，则判定检测电压Vin是否在设定值Vreg以下(步骤113)。
[0043]随着检测电压Vin下降的进行，速度控制部23的弱磁控制再次起作用，电动机电流逐渐上升。
[0044]速度控制部23在检测电压Vin下降至设定值Vreg以下时(步骤111的否，步骤113的是)，执行再生模式控制(步骤114)。即，速度控制部23使目标速度coref以比无刷DC电动机3的实际速度下降率大的下降率且以下限速度ω I为限度朝下降方向进行修正。由此，无刷DC电动机3的旋转能量作为再生电压向平滑电容器12进行充电。
[0045]速度控制部23在执行再生模式控制的过程中，判定检测电压Vin是否在设定值Vkp以上(步骤115)。速度控制部23在检测电压Vin小于设定值Vkp的情况下(步骤115的否)，继续执行再生模式控制(步骤114)。速度控制部23中，若检测电压Vin变为设定值Vkp以上(步骤115的是)，则为了结束再生模式控制并恢复为速度维持模式控制，将故障检测标记f重置为“O” (步骤116)。
[0046]若故障检测标记f为“0”(步骤103的是)，则速度控制部23重复执行步骤104~110的速度维持模式控制。图3的示例中，在执行再生模式控制之后，目标速度《ref被限制在下限速度ω I。
[0047]之后，速度控制部23在商用交流电源I的电压发生恢复而使得检测电压Vin上升至超过设定值Vreg时(步骤111的否，步骤113的否)，在这种情况下无刷DC电动机3不停止(步骤117的否)，因此执行恢复模式控制(步骤118)。即，速度控制部23使目标速度《ref以预先确定的通常速度上升率上升(恢复)，并且为了回到速度维持模式控制，将故障检测标记f重置为“O”。
[0048]若商用交流电源I的电压继续恢复，检测电压Vin超过设定值Vdip且该状态持续预定时间以上，则由电源故障检测部29将其检测为电源故障修复(步骤102的否)。此时，速度控制部23中，若故障检测标记f为“I”(步骤120的是)，则执行急速上升模式控制(步骤121)。即，速度控制部23使目标速度oref以比上述通常速度上升率大的上升率朝向与速度指令相对应的原来的值急速上升，并且为了回到速度维持模式控制，将故障检测标记f重置为“O”。
[0049]速度控制部23在执行该急速上升模式控制时，在由电源故障检测部29检测出电源故障修复起的一定时间Trt内，执行电动机电流限制控制。即，速度控制部23为了防止因驱动信号生成控制(包含输出占空比计算部27的导通、断开占空比计算处理及PWM转换部28的驱动信号生成处理)对于检测电压Vin上升的响应延迟而会发生的失步，将正励磁分量电流+Id加到电流控制部24中的励磁分量电流Id的目标值上，以使得无刷DC电动机3中流过的电流不低于预先确定的下限值。一定时间Trt是比控制对于检测电压Vin上升的响应延迟长的时间。然后，速度控制部23在经过一定时间Trt之后，结束急速上升模式控制并转移至通常控制(步骤122)。
[0050]另一方面，图4的示例中，在检测电压Vin每单位时间的下降幅度Vr成为一定幅度Vdr以上的时间点，利用电源故障检测部29将其检测为发生电源故障(步骤102的是)。此时，速度控制部23中，若故障检测标记f为“O” (步骤103的是)，则执行上述的速度维持模式控制(步骤104~110)。通过执行该速度维持模式控制，从而将电动机速度维持在下限速度《I。由此，可确保压缩机内的`润滑油泵的驱动所需的动力。
[0051]速度控制部23在由电源故障检测部29检测出电源发生故障之后(步骤102的是)，若故障检测标记f为“ 1”(步骤103的否)，则在判断为已执行速度维持模式控制的基础上，判定检测电压Vin是否为预定值Voff以下(步骤111)。
[0052]速度控制部23中，若检测电压Vin在预定值Voff以下(步骤111的是)，则在判断为无法将电动机速度维持在下限速度ω I的基础上，执行停止模式控制(步骤112)。SP，速度控制部23将目标速度《ref以跟随速度推定部22所进行的速度推定处理的速率朝下降方向进行修正，通过该修正使无刷DC电动机3停止。在这种情况下，由于在使目标速度?ref以跟随速度推定处理的速率下降的同时使无刷DC电动机3停止，因此能够可靠地掌握其停止时的转子位置。进而，能够确保较大的启动转矩，且能够缩短无刷DC电动机3的再启动所需的时间。
[0053]速度控制部23在通过执行停止模式控制而使无刷DC电动机3停止之后，商用交流电源I的电压发生恢复而使得检测电压Vin上升至超过设定值Vreg时(步骤111的否，步骤113的否)，在这种情况下无刷DC电动机3停止(步骤117的是)，执行再启动模式控制(步骤119)。即，速度控制部23对无刷DC电动机3进行再启动且使目标速度coref以上述通常速度上升率上升，并且为了回到速度维持模式控制，将故障检测标记f重置为“O”。
[0054]若商用交流电源I的电压继续恢复，检测电压Vin超过设定值Vdip且该状态持续预定时间以上，则由电源故障检测部29将其检测为电源故障修复(步骤102的否)。此时，速度控制部23中，若故障检测标记f为“I”(步骤120的是)，则执行急速上升模式控制(步骤121)。即，速度控制部23使目标速度oref以比上述通常速度上升率大的上升率朝向与速度指令相对应的原来的值急速上升，并且为了回到速度维持模式控制，将故障检测标记f重置为“O。”
[0055]速度控制部23在执行该急速上升模式控制时，在由电源故障检测部29检测出电源故障修复起的一定时间Trt内，执行电动机电流限制控制。即，速度控制部23为了防止因驱动信号生成控制对于检测电压Vin上升的响应延迟而会发生的失步，将正励磁分量电流+Id加到电流控制部24中的励磁分量电流Id的目标值上，以使得无刷DC电动机3中流过的电流不低于预先确定的下限值。一定时间Trt是比控制对于检测电压Vin上升的响应延迟长的时间。然后，速度控制部23在经过一定时间Trt之后，结束急速上升模式控制并 转移至通常控制(步骤122)。
[0056]如上所述，在发生电源故障的情况下，通过将目标速度《ref维持在与逆变器10中的直流部的直流电压Vin相对应的上限速度oh和预先确定的下限速度ω?的范围以内，从而能够减少注入负励磁分量电流的弱磁控制的执行。
[0057]若执行弱磁控制，则会发生与负励磁分量电流的平方与相绕组电阻之积相当的损耗，因此通过减少该弱磁控制的执行，从而能够抑制耗电的增大。因而，能够在抑制耗电增大的同时，持续对无刷DC电动机3进行适当的速度控制。
[0058]由于选定与商用交流电源I的电压相对应的值以作为上限速度《h，因此能够进行最大限度地活用来自商用交流电源I的提供能量的运行。由此，能够使由无刷DC电动机3驱动的热泵式冷冻循环的运行尽可能地稳定。
[0059]由于选定与商用交流电源I的电压相对应的值以作为上限速度《h，因此在电源故障修复时，能够使无刷DC电动机3的速度迅速地跟随从商用交流电源I的电压下降开始的恢复。由此，能够迅速地补偿热泵式冷冻循环的能力不足。
[0060]由于确定无刷DC电动机3驱动压缩机内的润滑油泵所需的最低限度的速度以作为下限速度ω?，因此能够尽可能地持续对无刷DC电动机3的滑动部等提供润滑油。因此，能够确保无刷DC电动机3的安全。
[0061]在检测出发生电源故障的情况下，将无刷DC电动机3的旋转能量作为再生电压回收至平滑电容器12，以将该充电电压用于速度维持模式控制所进行的电动机驱动，因此能够在更长的时间内耐受电源故障的同时继续驱动电动机。根据平滑电容器12的额定值，来改变将目标速度《ref朝下降方向修正时的下降率，从而能够将再生电压限制在不超过平滑电容器12的额定值的值。利用该限制，能够防止平滑电容器12的故障。
[0062]在直流电压Vin的下降进行至预定值Voff以下的情况下，在判断为无法将电动机速度维持在下限速度ω I的基础上，停止无刷DC电动机3，因此平滑电容器12的电压会残留而不会消失。因而，在使用平滑电容器12的电压以作为电动机控制部20的动作电力的情况下，能够利用平滑电容器12的残留电压来继续进行之后的电动机控制部20的动作。假设平滑电容器12的电压变为0，则会发生电动机控制部20内的至此为止的运行信息消失、或者在电源故障修复之前无法再启动无刷DC电动机3这样的不良情况，但能够防止这样的不良情况。即，在检测出电源故障修复时，能够迅速地再启动无刷DC电动机3。
[0063]在无刷DC电动机3停止时，使目标速度coref以跟随速度推定处理的速率下降的同时使无刷DC电动机3停止，因此能够可靠地掌握其停止时的转子位置，进而能够确保较大的启动转矩，能够缩短再启动无刷DC电动机3所需的时间。
[0064]虽然检测电压Vin已超过设定值Vdip但并非马上将其检测为电源故障修复，而是在检测电压Vin超过设定值Vdip且该状态持续预定时间以上的情况下将其检测为电源故障修复，因此能够防止由于因再生能量使平滑电容器12的电压上升而引起的电源故障修复的误检测。作为预定时间的具体值，在无刷DC电动机3继续动作的情况下，设定为例如I秒以上，在无刷DC电动机3停止的情况下，为了想要加快再启动而设定为例如小于I秒。假设发生了由于因再生能量使平滑电容器12的电压上升而引起的电源故障修复的误检测，则由于想要将无刷DC电动机3的速度加快回到电源故障发生前的状态而会额外地消耗储存在平滑电容器12中的能量，因此耐受电源故障的时间变短。通过使这种误检测不发生，从而能够抑制储存在平滑电容器12中的能量的额外消耗。其结果是，耐受电源故障的时间变长。
[0065]在对瞬间停电等电源故障进行修复时，直流电压Vin急剧变高。此时，由于直到获取直流电压Vin而生成驱动信号(PWM信号)为止的驱动信号生成控制的响应延迟(时间延迟)，使得实际的电动机电流变得大于目标值，随之驱动信号的导通、断开占空比D急剧变小。这样的话，电动机电流下降，控制变得不稳定，有时会发生失步。与此不同的是，本实施方式中，由于在从电源故障进恢复时，在比驱动信号生成控制对于检测电压Vin上升的响应延迟长的时间即一定时间Trt内进行电动机电流限制控制，即由于将正励磁分量电流+Id加到电流控制部24中的励磁分量电流Id的目标值上以使得无刷DC电动机3中流过的电流不低于预先确定的下限值，因此能够防止因驱动信号生成控制对于检测电压Vin上升的响应延迟而会发生的失步。
[0066]此外，上述实施方式中，电源故障检测部29在电压检测电路26的检测电压Vin下降至设定值Vdip以下的情况下将其检测为发生电源故障，在电压检测电路26的检测电压Vin每单位时间的下降幅度Vr在一定幅度Vdr以上的情况下将其检测为发生电源故障，但并不局限于此，也可根据对于逆变器10的驱动信号的导通、断开占空比(对于逆变器10的开关元件的导通、断开占空比)D的大小来推定逆变器10的直流部中的直流电压Vin，在该推定电压下降至设定值Vdip以下时，将其检测为发生电源故障。或者，电源故障检测部29也可在上述推定电压每单位时间的下降幅度Vr在一定幅度Vdr以上时，将其检测为发生电源故障。或者，电源故障检测部29也可在上述导通、断开占空比D每单位时间的增加幅度在预定幅度以上时，将其检测为发生电源故障。
[0067]另外，上述实施方式中，电源故障检测部29在检测出发生电源故障之后，电压检测电路26的检测电压Vin超过设定值Vdip且该状态持续预定时间以上的情况下，将其检测为电源故障修复，但并不局限于此，也可在根据上述导通、断开占空比D的推定电压超过设定值其该状态持续一定时间以上时，将其检测为电源故障修复。
[0068]在电源故障的发生及修复的检测中使用推定电压的情况下，能够去除电压检测电路26，因此可力图使电路小型化，并且存在于电压检测电路26与电动机控制部20之间的信号线消失。若信号线消失，则电动机控制部20的绝缘性提高，即使用手触摸电动机控制部20，也不会触电，维护服务时的危险性减少。
[0069]在日本，标准电压为100V的情况下，商用交流电源的电压的变动范围为10V±6V，在标准电压为200V的情况下，商用交流电源的电压的变动范围为202V±20V。若将布线中的电压下降设为5%，则标准电压为100V时的下限值为9IV，标准电压为200V时的下限值为172V。在未发生电源故障的情况下，提供该下限值以上的电压。在检测出小于该下限值的电压的情况下判断为发生了电源故障，从而能够可靠地检测出发生电源故障。
[0070]关于商用交流电源的电压范围，在标准电压为100V的情况下为101V±6V，在标准电压为200V的情况下为202V±20V，在标准电压为100V的情况下具有12V的幅度，在标准电压为200V的情况下具有40V的幅度。与提供商用交流电源的电压的系统相连的设备的耗电发生变动而导致布线中的电压下降发生变化是电源故障以外的电压变动的主要原因，在检测出比该通常发生的电压变动大的电压下降时判断为发生了电源故障，从而能够在提供电压高于标准时较早地检测出电源故障。通过将受电端开始的布线中所设想的最大电压变动以上的变动作为基准，从而在标准电压为100V且上限值为107V的情况下，在成为比107V下降了 5%的102V时，将其检测为电源故障。在这种情况下，由于能够在比仅用电压值检测时的91V要早IlV的时间点检测出，因此能够较早地使电动机的旋转下降以抑制耗电。进而，能够在更长的时间内耐受电源故障。
[0071]另外，上述实施方式中，速度控制部23作为速度维持模式控制，执行了对与电压检测电路26的检测电压Vin相对应的上限速度《h进行计算的处理(步骤105);判定目标速度《ref是否高于该上限速度coh的处理(步骤106);在目标速度coref高于上限速度《h时将目标速度《ref修正为上限速度coh的处理(步骤107)，但作为其替代，也可如图5所示，执行对与电压检测电路26的检测电压Vin相对应的上限导通、断开占空比Dh进行计算的处理(步骤105);判定由输出占空比计算部27计算出的导通、断开占空比D是否高于该上限导通、断开占空比Dh的处理(步骤106);在导通、断开占空比D高于上限导通、断开占空比Dh时将目标速度《ref修正为对上限导通、断开占空比Dh与导通、断开占空比D之差乘上系数α后所得到的值[=?ref-(`Dh-D).α ]的处理(步骤107)。导通、断开占空比D基于由坐标转换部25转换后的励磁分量电压Vd和转矩分量电压Vq以及电压检测电路26的检测电压Vin来计算出，因此包含直流电压Vin的变化以作为参数。
[0072]另外，实施方式及变形例是作为示例而呈现的，不旨在限定发明的范围。这些新的实施方式及变形例可通过其它各种方式来实施，在不脱离发明要旨的范围内，可进行各种省略、改写、变更。这些实施方式及其变形均包含在发明的范围和要旨中，并且包含在专利权利要求书所记载的发明及其等同范围内。
[0073]工业上的实用性
[0074]实施方式的电动机驱动装置可用于例如用作为热泵式冷冻机的压缩机电动机的无刷DC电动机的驱动。
【权利要求】
1.一种电动机驱动装置,包括: 逆变器，该逆变器将交流电源的电压转换成直流并将该直流电压转换成交流进行输出以作为对无刷DC电动机的驱动电压； 第一控制单元，该第一控制单元根据所述无刷DC电动机中流过的电流来推定该无刷DC电动机的速度，并对所述逆变器进行驱动控制以使得该推定速度成为目标速度； 检测单元，该检测单元检测所述交流电源中故障的发生；以及 第二控制单元，该第二控制单元在由所述检测单元检测出发生故障的情况下，将所述目标速度维持在与所述逆变器中的直流电压相对应的上限速度和预先确定的下限速度的范围以内。
2.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，还包括: 平滑电容器，该平滑电容器对所述逆变器中的直流电压进行平滑；以及 第三控制单元，该第三控制单元在由所述第二控制单元执行控制之后，所述平滑电容器的电压下降至设定值以下的情况下，通过将所述目标速度以比所述无刷DC电动机的实际速度下降率大的下降率且以所述下限速度为限度朝下降方向进行修正，从而将所述无刷DC电动机的旋转能量作为再生电压向所述平滑电容器进行充电，在该平滑电容器的电压上升至高于所述设定值的值的情况下，恢复为所述第二控制单元的控制。
3.如权利要求2所述的电动机驱动装置，其特征在于， 所述检测单元检测所述交流电源中故障的发生及修复， 还包括第四控制单元，该第四控制单元在由所述第三控制单元恢复为所述第二控制单元的控制之后，所述交流电源的电压发生恢复而使得所述平滑电容器的电压超过所述设定值的情况下，使所述目标速度首先以预先确定的通常速度上升率上升，接着在由所述检测单元检测出故障修复的情况下，使所述目标速度以比所述通常速度上升率大的上升率朝向原来的值急速上升。
4.如权利要求3所述的电动机驱动装置，其特征在于，还包括 第五控制单元，该第五控制单元在由所述第三控制单元恢复为所述第二控制单元的控制之后，所述交流电源的电压未发生恢复而使得所述平滑电容器的电压下降至预定值以下的情况下，使所述无 刷DC电动机停止。
5.如权利要求4所述的电动机驱动装置，其特征在于， 所述第五控制单元在由所述第三控制单元恢复为所述第二控制单元的控制之后，所述交流电源的电压未发生恢复而使得所述平滑电容器的电压下降至预定值以下的情况下，将所述目标速度以跟随所述速度推定的速率朝下降方向进行修正，并通过该修正使所述无刷DC电动机停止。
6.如权利要求4所述的电动机驱动装置，其特征在于，还包括 第六控制单元，该第六控制单元在通过所述第五控制单元的控制而使所述无刷DC电动机停止之后，所述交流电源的电压发生恢复而使得所述平滑电容器的电压超过所述设定值的情况下，使所述无刷DC电动机再启动且使所述目标速度首先以所述通常速度上升率上升，接着在由所述检测单元检测出故障修复的情况下，使所述目标速度以比所述通常速度上升率大的上升率朝向原来的值急速上升。
7.如权利要求6所述的电动机驱动装置，其特征在于，还包括第七控制单元，该第七控制单元在由所述第四控制单元使得所述目标速度急速上升以及由所述第六控制单元使得所述目标速度急速上升时，在由检测单元检测出故障修复起的一定时间内，执行电动机电流限制控制，以使得流过所述无刷DC电动机的电流不低于预先确定的下限值。
8.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于， 所述逆变器将交流电源的电压转换成直流并利用开关元件的导通、断开将该直流电压转换成交流进行输出以作为对无刷DC电动机的驱动电压， 所述第一控制单元根据所述无刷DC电动机中流过的电流来推定该无刷DC电动机的速度，并对所述逆变器的开关元件进行导通、断开驱动控制以使得该推定速度成为目标速度， 所述检测单元在检测出所述逆变器中的直流电压且该检测电压下降至设定值以下时，或者在该检测电压每单位时间的下降幅度为一定幅度以上时，或者在根据对于所述逆变器的开关元件的导通、断开占空比大小来推定所述逆变器中的直流电压且该推定电压下降至所述设定值以下时，或者在该推定电压每单位时间的下降幅度为所述一定幅度以上时，或者对于所述逆变器的开关元件的导通、断开占空比每单位时间的增加幅度为预定幅度以上时，将其检测为所述交流电源中发生故障。
9.如权利要求8所述的电动机驱动装置，其特征在于， 所述检测单元在检测出所述交流电源中发生故障之后，所述检测电压或所述推定电压超过所述设定值且该状 态持续一定时间以上时，将其检测为所述交流电源中故障修复。
【文档编号】H02P27/06GK103782504SQ201280041899
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月15日 优先权日:2011年12月15日
【发明者】温品治信 申请人:东芝开利株式会社