电动机控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动机控制装置。
【背景技术】
[0002] 作为本技术领域的【背景技术】，例如有日本特开2010-89772号公报（专利文献1)。 该公报中记载有如下内容："不管基于旋转速度运算单元运算出的旋转速度（电动机的实 际旋转速度）的通常控制部的切换，都根据由消耗电流检测单元检测出的消耗电流，即根 据电动机的实际负载使驱动方式最佳化"。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献1 :日本特开2010-89772号公报
[0005] 所述专利文献1中记载有如下结构：使电动机的旋转速度高精度地跟随于目标旋 转速度，能够提升操舵感觉，并且能够提升电动机的效率。但是，专利文献1的动力转向装 置（power steering)没有考虑到与电动机连接的负载具有与旋转角度位置相对应或者周 期性地变动的成分时的装置的高效化。
【发明内容】
[0006] 因此，本发明提供一种在与电动机连接的负载具有与旋转角度对应的位置依赖性 或周期性的情况下，也能够实现装置的高效化的电动机控制装置。
[0007] 为了解决上述课题，例如采用如下结构。
[0008] 本发明包含解决上述课题的多种手段，但是如果列举其中一个示例，则本发明的 电动机控制装置具有：将直流电力变换为交流电力的电力变换电路、通过所述电力变换电 路驱动的电动机、以及与所述电动机机械或磁连接的机构部，所述电动机控制装置将所述 电力变换电路的通电方式切换为120度通电方式和180度通电方式，其中，所述电动机控制 装置具有检测或推定所述机构部或所述电动机的负载的单元，在所述负载比预定值轻的期 间以120度通电方式驱动所述电动机，在其他期间以180度通电方式驱动所述电动机。
[0009] 发明效果
[0010] 根据本发明提供一种电动机控制装置，在与电动机连接的负载具有与旋转角度对 应的位置依赖性或周期性的情况下，也能够实现装置的高效化。
[0011] 上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明将进一步明确。
【附图说明】
[0012] 图1是电动机控制装置的结构图的示例。
[0013] 图2是坐标轴的说明图。
[0014] 图3是控制轴与三相轴的关系图的示例。
[0015] 图4是电力变换电路的结构图的示例。
[0016] 图5是机构部（压缩机构部）的结构图的示例，其中，分别是从上方观察的图和从 横向观察的图。
[0017] 图6是负载转矩相对于转子位置的变化的示例。
[0018] 图7是120度通电方式的开关方式的示例。
[0019] 图8是PffM信号生成器的示例。
[0020] 图9是模式判定器的示例。
[0021] 图10是根据电流生成通电方式切换信号的结构的示例。
[0022] 图11是表示电流与通电方式切换信号的关系的示例。
[0023] 图12是根据速度生成通电方式切换信号的结构的示例。
[0024] 图13是根据电压生成通电方式切换信号的结构的示例。
[0025] 图14是向量控制的结构图的示例。
[0026] 图15是PLL控制器的示例。
[0027] 图16是速度控制器的示例。
[0028] 图17是电流控制器的示例。
[0029] 图18是根据直流电压生成通电方式切换信号的结构的示例。
[0030] 图19是根据位置生成通电方式切换信号的结构的示例。
[0031] 图20是冰箱的示例。
[0032] 图21是180度通电方式的开关方式的示例。
[0033] 图22是180度通电方式的开关方式的其他示例。
[0034] 图23是120度通电比率的时间变化的示例。
[0035] 图24是通电模式与电角相位的关系图的示例。
[0036] 图25是电角相位与通电模式的关系图的示例。
[0037] 图26是三相电压指令值与输出电压的关系的示例。
[0038] 符号说明
[0039] 1电动机控制装置
[0040] 2控制部
[0041] 3电压指令值生成器
[0042] 5电力变换电路
[0043] 6电动机
[0044] 32通电方式切换单元
[0045] 41位置速度推定单元
[0046] 301 冰箱
[0047] 500压缩机构部
[0048] 503 曲轴
【具体实施方式】
[0049] 以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。
[0050] 【实施例1】
[0051] 以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。另外，关于本发明的说明的顺序，作 为其前提，首先明确一般的电动机控制系统的结构和该电动机控制系统的消耗能量的问 题。然后，对本发明进行具体的说明。
[0052] 〈整体结构的说明〉
[0053] 图1是本实施例的电动机控制装置的结构图的示例。电动机控制装置1大致由 以下部分构成：电力变换电路5,其输出交流电力；电动机6,其通过该电力变换电路5来驱 动；机构部500,其与电动机6机械连接或磁连接；以及控制部2,其直接或间接地对流经电 动机6的电流、或电动机6的位置或速度进行检测并运算向电动机6施加的电压指令值。
[0054] 如该图所示，在电动机控制系统中，通过电动机控制装置1提供的交流电压或电 流将电动机6控制成所希望的速度和转矩，驱动与电动机6耦合的负载9。
[0055] 该情况下，作为被驱动侧的电动机6能够应用各种电动机。本发明并不对电动机 6的动作原理进行限定，但是在以下的说明中，以电动机6对转子使用具有永久磁铁的永久 磁铁同步电动机为示例来进行说明。
[0056] 接下来，对包括负载9的、这些主要功能的结构和动作进行说明。
[0057] 〈电力变换电路的说明〉
[0058] 图4是电力变换电路的结构图的示例。电力变换电路5由反相器（inverter) 21、直 流电压源20以及栅极驱动器电路23构成。反相器21由开关元件22 (例如，IGBT、M0S-FET 等半导体开关元件）构成。将这些开关元件22串联连接，构成U相、V相、W相的上下臂。 各相的上下臂的连接点与电动机6接线。开关元件22以控制部2生成的驱动信号为基础， 根据栅极驱动器电路23输出的脉冲状的栅极信号（24a~24f)来进行开关动作。通过开 关直流电压源20来输出电压，从而能够将任意频率的三相交流电压施加给电动机6,由此 对电动机进行可变速驱动。
[0059] 另外，控制部2生成的驱动信号与由栅极驱动器电路23生成（放大）的栅极信号 由于信号电平（例如，5V和15V)等不同，因此两者是不同的信号。但是，即使在本发明中将 栅极驱动器电路23作为理想电路来处理，也完全不会对本发明的目的和效果造成影响，因 此只要没有特别说明，在本实施例中将以后出现的驱动信号和栅极信号作为相同意思来处 理。
[0060] 将分流电阻25附加到电力变换电路5的直流侧的情况下，能够用于在过大的电流 流过时用于保护开关元件22的过电流保护电路或后述的单分流电流检测方式等中。由此， 可获得提升安全性和削减部件数量的效果。
[0061] 〈压缩机构部的说明〉
[0062] 本发明解决作为包含电动机和负载等机械部分在内的系统的消耗能量的问题，为 此先明确与负载相关的具体课题。在此，对使用压缩机构作为负载9的情况进行说明。
[0063] 如图5所示，机构部（压缩机构部）500以电动机6为动力源来驱动活塞501。由 此，进行压缩动作。曲轴503与电动机6的轴502连接，将电动机6的旋转运动变换为直线 运动。与电动机6的旋转对应地，活塞501也进行动作、进行吸入、压缩、排出等一连串的工 序。电动机6与活塞501之间的动力传递大多如图5所示那样机械连接，但是根据润滑油 的供油结构和压缩或输送对象（例如有害气体）的不同，也包括磁连接的机构，从而获得提 高安全性和维护性的效果。
[0064] 压缩机构的工序，首先从设置在气缸504上的吸入口 505吸入冷却剂。然后，关闭 阀506后进行压缩，从排出口 507排出压缩后的冷却剂。
[0065] 在一连串的工序中，施加于活塞501的压力发生变化。从驱动活塞的电动机6来 看，这意味着负载转矩周期性地发生变化。图6表示机械角旋转1圈中的、负载转矩相对于 转子的旋转角度位置9d的变化的示例。在图6中，作为电动机6示出了4极电动机的示 例，因此电角的2个周期相当于机械角的1个周期。例如，在电动机6是6极的情况下，电 角的3个周期相当于机械角的1个周期。转子的位置与活塞的位置关系由组装来决定，但 是在图6中示出了将活塞的下死点设为机械角的0°，负载转矩相对于活塞位置的变化。特 征在于，随着压缩工序的进行，负载转矩变大，在排出工序中，负载转矩急剧地变小。从图6 可知，在旋转1圈中负载转矩发生变动。由于负载转矩在每次旋转时变动，因此从电动机6 来看负载转矩周期性地发生变动。
[0066] 例如，即使使用相同的压缩机构部500,负载转矩的变动也会根据电动机6的转 速、吸入口 505或排出口 507的压力、吸入口 505与排出口 507的压力差等而变化。阀506 的开闭时刻与活塞的位置的关系根据阀506的结构而改变。例如，在使用了通过吸入口 505 与气缸504内的压力差而动作的简易的阀的情况下，阀的开闭时刻根据压力条件而改变。 即，在一圈中负载转矩成为最大的活塞位置也发生变化。
[0067] 〈系统的消耗能量的问题〉
[0068] 图6的负载转矩相对于旋转角度位置（机械角）的波形与电力变换电路输出的电 压振幅大致等价。电压振幅直接与电力变换电路的开关元件的开关占空比（各相上下臂的 接通断开比率）成比例。也就是说，在旋转1圈中开关占空比大幅变化。
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