专利名称：电动机控制装置、压缩机、空调机、和冷藏库的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动机控制装置以及使用其的压缩机和电气机器，特别是涉及控制无刷电动机。
背景技术：
近年来，从省资源化和低成本化的观点出发，提出了在逆变电路(inverter)的输入侧不使用大容量的平滑电容器，而是设置小容量的电容器的电动机控制装置。
图13是表示这种电动机控制装置的构成的电路图。如图13所示，在该电动机控制装置(以下称为第一现有例)中，因为电容器203的容量小，所以由整流电路202整流交流电源201的输出电压而得到的向逆变电路204的输入电压无法充分平滑化，成为具有脉动的波形。这种具有脉动的电压同步于交流电源201的输出电压且具有其频率的2倍的频率。因此，想要输入到无刷电动机205的期望的转矩指令中，如图14(a)所示，同步于向逆变电路204的输入电压且具有相似的波形，因此，即使是具有脉动的电压也可以驱动无刷电动机205，而且，如图14(b)所示，来自交流电源201的输入电流成为正弦波状，电源功率因数不降低地控制着(例如，参照日本专利特开2002-51589号公报(图1、图9))。
另一方面，对于空调机或冷藏库等中所使用的驱动压缩机的无刷电动机的情况下，因为每转一次的负载变动很大，尤其是在低转速区发生噪声和振动。特别是对于旋转型压缩机或往返式压缩机的情况下，施加在无刷电动机上的负载转矩，如图15所示，在排出制冷剂的时刻成为最大，根据电动机的旋转相位(转子角度)很大地变动，因此，在转子一次旋转之间很大地脉动，所以发生振动和噪声。而且，平均转速越低，该脉动越增大，这样引起的振动的振幅也增大。因此，提出了考虑负载变动来控制电动机电流以使振动减小的方法。在该电动机电流控制方法(以下称为第二现有例)中，根据所推测的电动机的转速，算出一次转动中的加速度或者速度变动量，制成电动机电流的指令(振幅指令)来减小该变动量。也就是说，将电动机的旋转相位分割成规定的区间，针对该所分割的每个区间根据加速度或速度变动量而制成用来减小振动的转矩指令修正量，将该修正量加到电动机电流指令上。在该电动机电流控制方法中，因为电动机电流指令关于转子的一次转动以一次的比率大大地增减，所以来自交流电源的电力供给量也在电动机的一次转动中也以一次的比率而大大地增减，从而使电源功率因数降低。因此，设置大容量的逆变器以及大容量的平滑电容器以便不降低电源功率因数(例如，参照日本专利特开2001-37281号公报(图13))。
然而，在上述第一现有例中，因为转矩指令以电源频率的两倍的频率变化，所以，如果运用于一次转动中有一次负载变动的压缩机等，则因为负载变动的频率与电源频率的两倍的频率不同，而存在着噪声以及振动无法降低这样的问题。此外，在上述第二现有例中，如果为了省资源化或低成本化而单纯地将逆变器或平滑用电容器小容量化，则电源功率因数降低，存在着对电源系统有不良影响这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述这种课题而形成的，其目的在于提供一种即使将逆变器或平滑用电容器小容量化也不降低电源功率因数而能够抑制负载转矩变动所引起的振动的发生的电动机控制装置以及使用其的压缩机和电气机器。
为了实现该目的，本发明的第一方面的电动机控制装置，包括驱动无刷电动机的逆变电路，以及通过经由所述逆变电路控制所述无刷电动机的电动机电流的相位来控制该无刷电动机的旋转速度的控制部。在这种构成中，通过控制电动机电流的相位，可以旋转速度不变动地控制无刷电动机的输出转矩。在该情况下，由于电动机电流的振幅不变化，所以不需要大容量的逆变器或平滑用电容器，可以不降低电源功率因数地而降低伴随负载转矩的变动的振动。
所述控制部也可以控制所述电动机电流，以抑制所述无刷电动机的负载转矩变动而引起的转速变动。
所述控制部也可以基于所述无刷电动机的旋转检测所述旋转速度变动与所述无刷电动机的旋转相位，基于该检测的旋转速度变动与旋转相位来控制所述电动机电流的相位。
所述控制部基于所述无刷电动机的电动机电流来推测该无刷电动机的转速与旋转相位，因此，也可以检测所述旋转速度变动与旋转相位。在这种构成中，能够以简易的构成检测旋转速度变动和旋转相位。
所述控制部也可以通过控制所述无刷电动机的电动机电流的相位与振幅来控制该无刷电动机的旋转速度。
所述控制部也可以抑制所述无刷电动机的负载转矩变动引起的旋转速度变动地来控制所述电动机电流的相位与振幅。在这种构成中，由于能够以任意的分配控制电动机电流的相位与振幅双方来抑制旋转速度变动，所以可以提供自由度更高的电动机控制装置。此外，可以将电源功率因数设定成期望的值。
还包括整流从交流电源所输出的交流电力并输出到所述逆变电路的整流器，所述控制部也可以根据所述交流电源的输出电压的绝对值来控制所述电动机电流的振幅。在这种构成中，通过控制成交流电源的输出电压的绝对值增大期间减小电动机电流的振幅，交流电源的输出电压的绝对值减小期间增大电动机电流的振幅，从交流电源所输出的电流变得更加平滑，进一步提高电源功率因数。
也可以在向所述逆变电路的直流电力输入端子间还包括电容器。在这种构成中，当经由整流器连接的交流电源的输出电压高于电容器的保持电压时，因为充电电流从交流电源流到电容器，所以通电期间加长，而且电源功率因数提高。特别是，在没有平滑电容器的电动机控制装置中，即使控制电动机的电流相位或振幅，振动也无法降低那样的高负载运行的情况下，由于在输出转矩小、也就是电动机电流小时，可以向电容器充电而增大来自交流电源的电流的流入，在输出转矩大、也就是电动机电流大时，从电容器放电而增大电动机电流，所以，即使在高负载运行的情况下也可以不降低电源功率因数而抑制振动。
所述无刷电动机也可以是驱动一次转动中有一个尖峰地转矩变动的负载。在这种构成中，本发明可以得到特别显著的效果。
此外，根据本发明的压缩机，作为驱动源具有由权利要求9所述的电动机控制装置所控制的所述无刷电动机。
此外，根据本发明的空调机，作为热介质压缩机构具有权利要求10所述的压缩机。
此外，根据本发明的冷藏库，作为热介质压缩机构具有权利要求10所述的压缩机。
此外，根据本发明的第二方面的电动机控制装置，包括将从交流电源所输出的交流电力变换成直流电力的电力变换器，将由所述电力变换器所变换的直流电力供给到无刷电动机而驱动该无刷电动机的逆变电路，连接于所述逆变电路的直流电力输入端子间的电容器，以及通过经由所述逆变电路控制所述无刷电动机的电动机电流来控制所述无刷电动机的旋转速度的控制部，其中，所述控制部控制所述电动机电流以便抑制所述无刷电动机的负载转矩变动引起的旋转速度变动，而且基于所述电动机电流的振幅与所述电动机电流的平均值的比较来控制从所述交流电源所输出的电流。在这种构成中，通过基于电动机电流的振幅与电动机电流的平均值的比较来判定电动机电流的大小，能够可靠地实现电源功率因数的提高。
所述控制部控制从所述交流电源所输出的电流，使得在所述电动机电流的振幅小于所述电动机电流的平均值期间所述电容器充电，在所述电动机电流的振幅大于所述电动机电流的平均值期间所述电容器放电。在这种构成中，由于根据电容器的充电放电而从交流电源所输出的电流得到控制，所以可以进一步提高电源功率因数。
所述电力变换器是整流器，在所述逆变电路的直流电力输入端子间与电容器串联地连接开关元件，所述控制部通过接通·切断(ON·OFF)所述开关元件而控制从所述交流电源所输出的电流。
所述控制部控制从所述交流电源所输出的电流，使得其振幅在所述电动机电流的振幅小于所述电动机电流的平均值期间减小，其振幅在所述电动机电流的振幅大于所述电动机电流的平均值期间增大。
所述控制部控制所述电动机电流的相位，以便抑制所述无刷电动机的负载转矩变动引起的旋转速度变动。
本发明的上述目的、其它目的、特征、以及优点，在参照附图基础上，从以下的最佳实施方式的详细说明中可以明白。
图1是表示根据本发明的第一实施方式的电动机控制装置的构成的方框图。
图2是表示对图1的无刷电动机的转子角度的负载转矩、速度、检测速度、检测加速度、以及转矩指令修正量的变化之一例的图。
图3是表示变动抑制部的构成的方框图。
图4是表示转矩变动与电流相位指令β*的输出的关系的特性图。
图5是在第二现有例中省略平滑电容器的情况下中的波形图，(a)是表示交流电源电流的波形的图，(b)是表示电动机电流的波形的图，(c)是表示电流振幅指令I*的波形的图。
图6是本实施方式中的波形图，(a)是表示交流电源电流的波形的图，(b)是表示电动机电流的波形的图，(c)是表示电流相位指令β*的波形的图。
图7是表示根据本发明的第二实施方式的电动机控制装置的构成的方框图。
图8是表示根据本发明的第三实施方式的电动机控制装置的构成的方框图。
图9是本发明的第三实施方式中的波形图，(a)是表示逆变电路的输入电压的波形的图，(b)是表示电流振幅指令I*的波形的图。
图10是表示根据本发明的第四实施方式的电动机控制装置的构成的方框图。
图11是表示根据本发明的第五实施方式的电动机控制装置的构成的方框图。
图12是表示根据本发明的第六实施方式的电动机控制装置的构成的方框图。
图13是表示第一现有例的电动机控制装置的构成的方框图。
图14是表示第一现有例的电动机控制装置的转矩指令与交流电源的电压和电流之一例的曲线图。
图15是表示现有的旋转行压缩机的负载转矩变动之一例的特性图。
图16是表示根据本发明的第七实施方式的压缩机的构成的方框图。
图17是表示根据本发明的第八实施方式的空调机的构成的方框图。
图18是表示根据本发明的第九实施方式的冷藏库的构成的方框图。
具体实施例方式
(第一实施方式)图1是表示根据本发明的第一实施方式的电动机控制装置的构成的方框图。
在图1中，本实施方式的电动机控制装置101包括整流从单相交流电源(以下单称为交流电源)1所输出的交流电力的整流电路2，将由整流电路2所整流的直流电力变换成交流电力而供给到无刷电动机4的逆变电路3，检测流入无刷电动机4的电流(以下称为电动机电流)的电流传感器102，以及基于由电流传感器102所检测的电动机电流来驱动控制逆变电路3的控制部5。无刷电动机4，在这里例如驱动压缩机(未画出)。
整流器2，在这里由全波整流器来构成。逆变电路3，在这里由电压型逆变器来构成。
控制部5由微计算机等的运算部来构成，包括转数/旋转相位推测部6、变动控制部7、转数误差检测部8、电流指令作成部9和施加电压作成部10。
转数/旋转相位推测部6基于由电流传感器102所检测的电动机电流来推测无刷电动机4的旋转相位和转速，将这些作为推测转速ω^和推测旋转相位θ输出。电流传感器102，在这里检测流入无刷电动机4的三相绕组的电流。其中，在该旋转相位和转速的推测中，可以通过施加于无刷电动机4的电压值，表示无刷电动机4的特性的电动机常数等，此外，也可以通过没有无刷电动机的位置传感器的由正弦波驱动而使用得很好的现有技术。其中，如果是驱动有位置传感器的无刷电动机的电动机控制装置的情况下，则也可以基于位置传感器的信号而求出旋转相位和转速，在该情况下，不需要转数/旋转相位推测部6。
变动抑制部7基于从转数/旋转相位推测部6所输出的推测转速ω^，算出伴随无刷电动机4的负载转矩变动的转速的变动，将无刷电动机4的旋转速度变动受到抑制的电流相位指令输出到电流指令β*作成部9。
转数误差检测部8根据从电动机控制装置101的外部所输入的转速指令ω*和从转数/旋转相位推测部6输出的推测转速ω^的误差而作成电流振幅指令I*，并向电流指令作成部9输出。
电流指令作成部9根据输入的电流振幅指令I*与电流相位指令β*，按照下式(2)而作成d轴电流指令Id*与q轴电流指令Iq*，并输出到施加电压作成部10。其中，从式(2)还可以看出，所谓电流相位指令β*表示用dq坐标系表达供给到电动机的电压或电流时的q轴与电动机电流向量的相位差。
Id*＝I*×sin(β*)，Iq*＝I*×cos(β*)……(2)施加电压作成部10根据由电流传感器102所检测的电动机电流值与从转数/旋转相位推测部6所输出的推测旋转相位θ来检测d轴电流值Id、q轴电流值Iq，作成施加于无刷电动机4的电压值，以便这些d轴电流值Id、q轴电流值Iq分别成为d轴电流指令Id*、q轴电流指令Iq*，将该电压值作为PWM信号输出到逆变电路3。也就是说，进行反馈控制，以便d轴电流值Id成为d轴电流指令Id*而且q轴电流值Iq成为q轴电流指令Iq*。作为这种反馈控制，虽然可以用一般的PI控制，但是也可以用PI控制以外的控制方式。此外，当作成施加于无刷电动机4的电压值时，由于逆变电路3的输入电压脉动很大，所以也可以检测逆变电路3的输入电压而修正PWM信号(PWM信号未画出)。
逆变电路3基于所输入的PWM信号而使各开关元件进行通/断动作，从而将施加电压作成部10确定的电压施加于无刷电动机4。
通过针对每个控制周期持续实行以上的一系列动作，无刷电动机4的电动机电流成为期望的电流振幅和电流相位。这里，期望的电流振幅和电流相位意味着无刷电动机4的转速成为对应于转速指令ω*并且旋转速度的变动受到抑制的电流振幅和电流相位。
接下来，举出具体例来说明赋予本发明特征的变动抑制部7的构成和原理。
图2是表示对图1的无刷电动机4的转子角度的负载转矩、速度、检测速度、检测加速度、以及转矩指令修正量的变化之一例的图。此外，图3是表示变动抑制部7的构成的方框图。
首先，说明变动抑制部7的构成。
在图3中，变动抑制部7包括基于从转数/旋转相位推测部6(参照图1)所输入的推测转速ω^而检测转子的加速度(以下称为检测加速度)的转子加速度检测部11；算出目标加速度(0)与检测加速度的误差(以下称为加速度误差)的减算器12；基于由减算器12所算出的加速度误差，针对每个转子一次旋转的旋转角度N等分所成的区间(一下称为转子角度区间)，算出转矩指令修正量的第一～第n加速度控制部Ac1～Can；将该转矩指令修正量分别变换成电流相位指令修正量的电流相位指令变换部14；以及线性插补该电流相位指令修正量而作成电流相位指令β*的电流相位指令修正量插补部15。
接下来，说明变动抑制部7的原理。
在图1～图3中，如在现有技术的栏中所说明的那样，对压缩机、特别是旋转型或往返型压缩机而言，负载转矩因其转子角度而变动很大。在这种负载转矩的变动存在的情况下，对于无刷电动机4的转子的旋转速度(以下单称为速度)来说，如图2所示，如果负载转矩加大则降低，相反，如果负载转矩减小则增加而变动。另一方面，转子的加速度(以下单称为加速度)以与负载转矩正相反的形式，在负载转矩大时，加速度变小而变动。现在，因为不能降低压缩机的振动，所以，如果在负载转矩大的转子角度下使无刷电动机4的输出转矩最大，相反，在负载转矩低的位置上使无刷电动机4的输出转矩减小，则转矩均衡而振动降低。因此，得知只要降低速度变动即可，在降低速度变动中，只要控制转矩使得加速度成分为0即可。因此，首先，使用所输入的推测转速ω^，通过由转子加速度检测部11计算该值的变动而算出(检测)加速度(检测加速度)。而且，在减算器12中，根据与作为目标的加速度0的偏差而求出加速度误差。对于转矩变动来说，由于对旋转相位具有某种图形，所以，因旋转相位而切换控制，通过这样而使得排除控制延迟的影响的控制成为可能。
也就是说，当控制转子的加速度时，对规定的旋转相位，如果用对应于该相位的加速度来实施控制，则控制性能因加速度控制的控制延迟而恶化。因而，将转子一次转动的转子角度分割成多个(N)区间，针对每个该区间实施加速度控制的运算。运算按下式(1)进行。
Tr(n+1，i)＝tr(n，i)-Ga×a(i) (2)其中，tr(n，i)逆变器转矩指令(n旋转次数，i转子角度区间)a(i)加速度(i转子角度区间)Ga控制增益这里，将转子角度分成N个转子角度区间，针对每个转子角度区间在第一～第n加速度控制部Ac1～Acn中进行加速度控制的运算。其结果，第一～第n加速度控制部Ac1～Acn的各个的输出成为其对应的转子角度区间中的转矩指令修正量。这里，因为对应于转子的旋转，应该控制的旋转角度区间移动，所以，有必要根据这些而切换动作的加速度控制部Ac1～Acn，这是基于从转数/旋转相位推测部6所输入的推测旋转相位θ来进行的。该转矩指令修正量起作用使得将无刷电动机4的旋转速度保持恒定。而且，该转矩指令修正量由电流相位指令变换部14而变换成电流相位修正量。如果向前移动电动机电流的相位，则无刷电动机4的发生转矩(输出转矩)减小，相反如果使电动机电流的相位推迟则无刷电动机4的发生转矩增大。因而，当转矩指令修正量大时，输出的电流相位修正量减小，当转矩指令修正量小时，电流相位修正量加大。其中，此时的电流相位修正量优选设置限制。例如，如果无刷电动机4为逆凸极结构，则电动机的输出转矩成为最大的电动机电流的相位存在于0°与90°之间的某个转子角度，因为无论是当从该转子角度前进的转子角度时还是当落后的转子角度时转矩都减小，所以电流相位修正量被限制为距离该角度90°范围。此外，如果无刷电动机4不是逆凸极结构，则由于输出转矩成为最大的电动机电流的相位为0°，所以电流相位修正量被限制为0°至90°的范围。
而且，由于实际的转子角度是连续的，所以，通过电流相位指令修正量插补部15，根据转子角度插补N个电流相位修正量，作为最终的电流相位指令β*输出。作为该转子角度，使用从转数/旋转相位推测部6所输入的推测旋转相位θ。
图4是表示转矩变动与电流相位指令β*的输出的关系的特性图。
参照图1～图4，虽然从第一～第n加速度控制部Ac1～Acn在一次转动输出N个电流相位修正量，但是这N个电流相位修正量由电流相位指令修正量插补部15所插补，作为电流相位指令β*而输出。
该插补，在这里采用线性插补。
而且，如图4所示，对于电流相位指令β*来说，在这里，相对转子角度，在负载转矩大的部分减小，在负载转矩小的部分加大地变化。简要地说，电流相位指令β*大致具有与负载转矩相反的相位而变化。因此，无刷电动机4的输出转矩相对转子角度而对应于负载转矩的变动而变化。
接下来，说明如以上这样所构成的无刷电动机的驱动电路和电动机控制装置的动作。
图5是在第二现有例中省略平滑电容器的情况下的波形图，(a)是表示交流电源电流的波形的图，(b)是表示电动机电流的波形的图，(c)是表示电流振幅指令I*的波形的图，图6是本实施方式中的波形图，(a)是表示交流电源电流的波形的图，(b)是表示电动机电流的波形的图，(c)是表示电流相位指令β*的波形的图。
在图1～图4中，从交流电源1所输出的交流电压在整流电路2中整流成具有脉动的直流电压，被供给到逆变电路3。该具有脉动的直流电压之一例(全波整流波形)在图9(a)中表示。逆变电路3将该具有脉动的直流电力变换成交流电力，将控制部5所确定的电压施加于无刷电动机4而使其驱动。此时，无刷电动机4的负载转矩如图4所示，在转子的一次转动中有一个尖峰而变动。另一方面，控制部5基于由电流传感器102所检测的无刷电动机4的电动机电流，如图6(c)所示正弦波状那样变化而且作成具有与负载转矩大致反相位的电流相位指令β*，基于该电流相位指令β*驱动控制逆变电路3。因此，如图6(b)所示，无刷电动机4的电动机电流的相位随着转子的旋转而变化，因此，无刷电动机4的输出转矩成为对应于负载转矩的变动。其结果，可以降低因伴随负载变动的速度变动而发生的振动。由于此时的电动机电流的振幅如图6(b)所示为恒定，所以即使是不使用大容量的平滑用电容器(在本实施方式中不使用平滑电容器本身)的电动机控制装置，也因为如图6(a)所示从交流电源1所输出的电流的振幅不变化，而使得电源功率因数不降低。因此，即使进行振动抑制控制，也不会对商用配电系统带来影响。
与此相反，如果省略平滑电容器而将第二现有例运用于压缩机，则因为电动机电流的振幅如图5(b)所示那样变化，与此对应，如图5(a)所示那样从交流电源1所输出的电流的振幅变化，所以电源功率因数降低。此外，对商用系统产生不良影响。
这样一来，在本实施方式中，不存在电源功率因数的降低和对商用配电系统的不良影响，从而可以降低因负载转矩变动而引起振动。
其中，虽然在上述中说明了负载转矩就转子一次转动具有一次尖峰而变动的情况，但是本发明也可以运用于在负载转矩任意形态而变化的情况下。
此外，虽然在上述中，在变动抑制部7中基于加速度而作成电流相位指令，但是显而易见，例如基于速度而作成电流相位指令也可以得到同样的效果。
此外，虽然在上述中由电压型逆变器来构成逆变电路3，但是也可以由电流型逆变器来构成。
(第二实施方式)图7是表示根据本发明的第二实施方式的电动机控制装置的构成的方框图。在图7中与图1相同标号表示的是相同或相当的部分。如图7所示，在本实施方式中，控制部5包括加算部16。变动抑制部7，还进一步输出电流振幅修正指令Ih*。加算部16加算来自转数误差检测部8的输出和该电流振幅修正指令Ih*，并向电流指令作成部9输出。其它结构与第一实施方式相同。
变动抑制部7为了进行速度变动抑制，例如，基于所输入的推测转速ω^和推测旋转相位θ而作成电流相位指令β*和电流振幅指令修正值Ih*。转矩修正量如第一实施方式中所说明的那样求出，基于该结果来确定电流相位指令β*与电流振幅指令修正值Ih*。如在第一实施方式中说明的那样，为了减小无刷电动机4的输出转矩(以下单称为输出转矩)，既可以增大电流相位指令β*，也可以减小电流振幅值。相反，为了增大输出转矩，既可以减小电流相位指令β*，也可以增大电流振幅值。因而，如何确定某一项可以自由地决定。但是，电流振幅指令修正值Ih*的值的范围也可以根据希望的电源功率因数的值来设定。例如，在打算将电源功率因数取为0.9以上的情况下，优选设定电流振幅指令修正值Ih*，使得转子一次转动期间中的电流振幅指令I*的最大值与最小值的比率为0.3以上。此外，在打算将电源功率因数取为0.95以上的情况下，优选设定电流振幅指令修正值Ih*，使得转子一次转动期间中的电流振幅指令I*的最大值与最小值的比率成为0.5以上。这样一来，根据期望的电源功率因数来设定电流振幅指令修正值Ih*的取得的值的范围，确定电流振幅指令I*。由于在该状态下振动抑制不充分的情况下速度变动被检测，所以该情况下只要使电流相位指令β*增减来抑制振动即可。
如以上说明的这样，在本实施方式中，由于变动抑制部7指令电流振幅修正值Ih*与电流相位指令β*以便抑制速度变动，所以可以提供自由度更高的电动机控制装置。此外，可以提供能够以期望的电源功率因数驱动的电动机控制装置。
(第三实施方式)图8是表示根据本发明的第三实施方式的电动机控制装置的构成的方框图，图9是本实施方式中的波形图，(a)是表示逆变电路的输入电压的波形的图，(b)是表示电流振幅指令I*的波形的图。在图8中，与图1相同标号表示的是相同或相当的部分。
在本实施方式中，电动机控制装置101还包括检测交流电源1的输出电压的电压传感器103，控制部5还包括基于由电压传感器103所检测的电压的相位调制转速变动检测部8的输出并将其作为电流振幅指令I*输出到电流指令作成部9的振幅调制部17。其它方面与第一实施方式相同。
具体地说，施加于逆变电路3的电压(输入电压)如图9(a)所示那样脉动。该逆变电路3的输入电压随着交流电源1的输出电压的绝对值的变化而变动，因为当该输出电压的绝对值大时，逆变电路3的输入电压也高，所以电流就容易流入无刷电动机4。此外，在小容量的电容器(未画出)配置于逆变电路3与整流电路2之间的情况下，如果交流电源1(准确地说是整流电路2)的输出电压变得高于该电容器的电压，则发生向电容器的充电电流。
因此，振幅调制部17基于经由电压传感器103检测的交流电源1的电压相位而调制转速变动检测部8的输出，如图9(b)所示，形成为在交流电源1的输出电压的绝对值增大期间流入无刷电动机4的电流减小、在交流电源1的输出电压的绝对值减小期间流入无刷电动机4的电流加大的电流振幅指令I*，将其输出到电流指令作成部9。其结果，电流振幅指令I*的变动频率成为交流电源1的电源频率的两倍的频率。
因此，从交流电源1流入的电流变得更平滑，电源功率因数进一步提高。其中，虽然在上述中说明了变形第一实施方式的情况，但是也可以同样地变形第二实施方式。在该情况下，只要将图8的振幅调制部17的输出输入到图2的加算部16即可。
(第四实施方式)图10(a)是表示根据本发明的第四实施方式的电动机控制装置的构成的方框图。在图10(a)中与图1相同标号表示的是相同或相当的部分。
在本实施方式中，电动机控制装置101还包括设置在整流电路2与逆变电路3之间的充电放电电路18.
充电放电电路18由连接于整流电路2的输出端子间的电容器而构成。
在这种构成中，如果整流电路2的输出电压超过保持于电容器的电压，则开始向电容器充电。对于该充电来说，相对保持于电容器的电压，在脉动的整流电路2的输出电压高时始终进行，在整流电路2的输出电压低时进行从电容器的放电。如图9(a)所示，在不存在充电电路18的情况下，因为逆变电路3的输入电压的最小值几乎为0V，所以充电放电电路18的电容器同步于交流电源1的输出电压而在其一半的一个周期中完全地放电。这样一来，由于在交流电源1的输出电压的一半的一个周期中必定进行放电，所以在交流电源1的输出电压高时每次充电用的电流流动，来自交流电源1的电流的流入量增大。其结果，通电期间加长，而且电源功率因数提高。此外，即使在高负载运行的情况下，也使得不降低电源功率因数地降低振动成为可能。此外，对于充电电路18的电容器的静电电容量C〔F〕来说，例如，如果设无刷电动机4的消耗电力为P〔W〕，则只要超过0〔F〕且低于2×10-7×P〔F〕左右以下即可。
其中，虽然在上述中变形了第一实施方式，但是变形第二和第三实施方式也可以得到同样的效果是不言而喻的。
此外，也可以代替充电放电电路18而如图10(b)所示那样，由相互串联地连接的增纳二极管与电容器所构成的充电放电电路18a。在该构成中，如果超过保持于电容器的电压与增纳二极管的击穿电压之和，则仅通过成为开始向电容器充电的点与图10(a)所示的充电放电电路不同，而如上所述电流流动，与上述情况同样地收到电源功率因数提高的效果。在不打算减小流入增纳二极管的冲击电流(向电容器充电瞬间的最初的电流)的情况下，除了增纳二极管与电容器之外也可以串联连接电阻(未画出)。充电放电电路18a的情况下的电容器的静电电容量可以与上述情况下同等程度。
其中，如果在交流电源1与整流电路2之间插入电感器，则由于电流的高频谐波分量受到抑制，所以电源功率因数进一步提高是不言而喻的(未画出)。对于该电感器的阻抗L〔H〕来说，例如，如果设电容器的静电电容量为C〔F〕，则只要超过0〔H〕且低于9×10-9×C〔H〕左右以下即可。
(第五实施方式)图11是表示根据本发明的第五实施方式的电动机控制装置的构成的方框图。在图11中，与图1相同标号表示的是相同或相当的部分。
在本实施方式中，电动机控制装置101还包括充电放电电路控制部19、充电放电电路20、电压传感器103、和电流传感器104。其它方面与第一实施方式相同。
充电放电电路19由相互串联地连接于整流电路2的输出端子之间的双向开关与电容器来构成。双向开关在这里用作充电开关和放电开关。充电放电电路控制部19包括转矩指令通断判定部21、交流电流指令作成部22、充电开关指令作成部23、以及放电开关指令作成部24。
转矩指令通断判定部21接收来自控制部5的电流振幅指令I*，判定给予无刷电动机4的电流振幅指令值是大时还是小时。其判定方法为，求出电流振幅指令I*的转子一次转动的平均值(以下称为电流振幅指令平均值)，判定当前的电流振幅指令I*(以下称为电流振幅指令当前值)与电流振幅指令平均值比较是大还是小。该判定结果输出到交流电流指令作成部22。
交流电流指令作成部22经由电压传感器103来检测交流电源1的电压相位，基于转矩指令通断判定部21的判定结果而作成交流电流指令Iac*。在上述判定中，电流振幅指令当前值小于电流振幅指令平均值期间(以下称为期间1)，基于交流电源1的电压相位作成交流电流指令Iac*，在电流振幅指令当前值大于电流振幅指令平均值期间(以下称为期间2)，停止交流电流指令Iac*的输出。在期间1中由于逆变电路3施加于无刷电动机4的电压值小，所以电动机电流小。因而，从交流电源1流入的电流(以下称为交流电源电流)大部分向充电放电电路20的电容器充电。因此，交流电流指令Iac*在交流电源电流的振幅值在期间1之中，限制于电容器的电压不成为过电压的范围而作成。而且，像这样所作成的交流电流指令Iac*输入到充电开关指令作成部23。充电开关指令作成部23进行反馈控制，使得经由电流传感器104检测的交流电源电流的值一致于交流电流指令Iac*。该反馈控制通过使充电放电电路20的充电开关PWM动作而完成。虽然这里使用的反馈算法中一般来说采用PI控制，但是并不限于此。
另一方面，在期间2中，因为充电开关指令作成部23不输入交流电流指令Iac*，所以使充电开关停止。
此外，在期间2中，由于逆变电路3施加于无刷电动机4的电压值大，所以电动机电流大。因而，交流电源电流也大。但是，交流电源的输出电压小时变得难以施加无刷电动机4所需的电压。因此，放电开关指令作成部24通过使充电放电电路20的放电开关接通，在向无刷电动机4施加所需的电压的同时在下一个期间1中可以充电电容器。放电开关指令作成部24基于经由电压传感器103检测的交流电源1的电压相位来确定接通放电开关的时刻。
通过在无刷电动机4的每一次转动中连续地进行以上的动作，可以提高来自交流电源1的电源功率因数。
其中，控制部5也可以由通过控制电动机电流的振幅而抑制振动的第二现有例中的控制部来构成。
(第六实施方式)图12是表示根据本发明的第六实施方式的电动机控制装置的构成的方框图。在图12中，与图11相同标号表示的是相同或相当的部分。
如图12所示，在本实施方式中，第五实施方式(图11)的充电放电电路20和充电放电电路控制部21分别置换成变频电路25和变频电路控制部26，还包括电压传感器105。其它方面与第五实施方式相同。
变频电路25由包括电感器、开关元件、二极管、和电容器的公知的电路来构成。
变频电路控制部26包括转矩指令通断判定部21、交流电流指令作成部22、以及充电放电指令作成部29。
转矩指令通断判定部21与第五实施方式相同。交流电流指令作成部28经由电压传感器103检测交流电源1的电压相位，作成正弦波状的交流电流指令。充电放电指令作成部29经由电流传感器104检测交流电源电流，反馈控制该交流电源电流以便交流电源电流的值一致于该交流电流指令。该反馈控制通过充电放电指令作成部29将PWM控制信号输出到变频电路25的开关元件，该开关元件按照该PWM信号进行开关动作而完成。虽然该反馈控制一般来说采用PI控制，但是不限于此。
交流电流指令作成部28，在期间1与期间2中，作成的交流电流指令的振幅值不同。在期间1中，由于减小无刷电动机4的电动机电流，所以在逆变电路3中几乎不流过电流。因而，变频电路25的电容器由基于交流电流指令的电流来充电。另一方面，在期间2中，由于电流通过逆变电路3流进无刷电动机4，所以从所充电的电容器放电，同时电力还从交流电源1供给。因此，在期间1中，减小交流电流指令的振幅值，在期间2中加大交流电流指令的振幅值。其中，交流电流指令的期间1中的振幅值对期间2中的振幅值的比率，在打算把电源功率因数弄成0.9的情况下设定成0.3以上，在打算将电源功率因数弄成0.95的情况下设定成0.5以上即可。但是，因为在无刷电动机4旋转一次转动时电容器的充电量与放电量必须相等，所以交流电流指令作成部22经由电压传感器105检测电容器的保持电压，基于它而调整交流电流指令的振幅值。
(第七实施方式)在本发明的第七实施方式中，就使用第一实施方式至第六实施方式所示的电动机控制装置的压缩机进行说明。
图16是表示根据本发明的第七实施方式的压缩机的构成的方框图。
在图16中，连接于交流电源1的压缩机41，包括电动机控制装置101、和通过无刷电动机4所驱动的压缩机构42。在第七实施方式中，无刷电动机4和交流电源1具有与所述第一实施方式同样的功能以及构成。此外，电动机控制装置101由所述第一实施方式至第六实施方式中的任何一种所示的电动机控制装置而构成。该电动机控制装置101的输出被输入到配置于压缩机构42的内部的无刷电动机4，由电动机控制装置101旋转驱动无刷电动机4。通过无刷电动机4的旋转动作，压缩机构42压缩吸入的制冷剂并排出高压制冷剂。
压缩机构42是旋转型的机构或往返型的机构，给予无刷电动机4同步于无刷电动机4的旋转的负载变动。由于通过由第一实施方式至第六实施方式的电动机控制装置，可以抑制无刷电动机4的速度变动，所以振动减少，而且可以提供电源功率因数高的压缩机。此外，由于本发明可以提供不使用大容量的电感器或电容器的压缩机，所以可以提供小型而轻量的压缩机。
(第八实施方式)在本发明的第八实施方式中，就使用第一实施方式至第六实施方式所示的电动机控制装置的空调机进行说明。
图17是表示根据本发明的第八实施方式的空调机的构成的方框图。
在图17中，本实施方式的空调机43包括室内机44和室外机45，由这些进行室内的冷暖控制。室外机45具有压缩机41。该压缩机41由第七实施方式的压缩机来构成，其包括压缩机构42与电动机控制装置101。在电动机控制装置101上连接着交流电源1。而且，如已述那样，压缩机构42由配置于内部的无刷电动机(图17中未画出)所驱动，该无刷电动机由电动机控制装置101控制。此外，无刷电动机和交流电源1与第一实施方式同样地构成而发挥功能。此外，电动机控制装置101由第一实施方式至第六实施方式中的任何一种所示的电动机控制装置来构成。
压缩机构42使制冷剂在室内机44与室外机45之间循环。
室内机44具有配置于该制冷剂的循环路径(以下称为制冷剂循环路径)中的室内侧热交换器48。室内侧热交换器48包括用来提高该室内侧热交换器48的热交换能力的送风机48a，和测定该室内侧热交换器48的温度或其周边温度的温度传感器48b。
室外机45除了压缩机41之外，还包括配置于制冷剂循环路径中的四通阀46、节流装置47、以及室外侧热交换器49。室外侧热交换器49包括用来提高该室内侧热交换器49的热交换能力的送风机49a，和检测该室内侧热交换器49的温度或其周边温度的温度传感器49b。
四通阀46切换向压缩机构42的排出口和吸入口的制冷剂循环路径的连接。通过该四通阀46的切换动作，流过制冷剂循环路径的制冷剂的方向被切换。例如，在空调机43的制冷剂循环路径中，如果制冷剂的方向切换到箭头A方向，则通过室外侧热交换器49的制冷剂经由四通阀46吸入到压缩机构42，从该压缩机构42所排出的制冷剂向室内侧热交换器48供给。另一方面，通过四通阀46的切换动作，如果制冷剂的方向切换到箭头B的方向，则通过室内侧热交换器48的制冷剂经由四通阀46吸入到压缩机构42，从压缩机构42所排出的制冷剂向室外侧热交换器49供给。这样一来，通过四通阀46的切换动作而制冷剂的流动方向被切换。
设置在连接室内侧热交换器48与室外侧热交换器49的制冷剂循环路径中的节流装置47合并具有节制循环的制冷剂的流量的节流作用、和自动调整制冷剂的流量的阀的作用。对于该节流装置47来说，当制冷剂在制冷剂循环路径中循环的状态下，节制从冷凝器向蒸发器送出的制冷剂的流量，紧接其后使制冷剂膨胀，并且没有过剩不足地供给蒸发器所需要的量的制冷剂。在该空调机43中，室内热交换器48在暖气运行中作为冷凝器，在冷气运行中作为蒸发器工作。此外，室外侧热交换器49在暖气运行中作为蒸发器，在冷气运行中作为冷凝器工作。在冷凝器中，流过内部的高温高压的气态的制冷剂从所送入的空气夺走热量而慢慢液化，在冷凝器的出口附近成为高压的液体或液体与气体的混合状态。这等于是制冷剂向大气中散热而液化。此外，靠节流装置47而成为低温低压的液体或液体与气体的混合状态的制冷剂流入蒸发器。在该状态下，如果周围的空气送入蒸发器，则制冷剂从空气夺走大量的热量而蒸发，成为气体的量增大的制冷剂。被蒸发器夺走大量的热量的空气成为冷风而从室内机44或室外机45的吹出口排出。
在空调机43中，运行状态，也就是对空调机43基于所设定的目标温度、实际的温度和外气温度设定无刷电动机的指令转速。电动机控制装置101如第一实施方式中所述，基于所设定的指令转速控制压缩机构42的无刷电动机的转速。
接下来，就像以上这样所构成的空调机43的冷气和暖气动作进行说明。
在图17中，在空调机43中，如果驱动电压从电动机控制装置101施加于压缩机构42的无刷电动机(未画出)，则制冷剂在制冷剂循环路径中循环。此时，在室内机44的热交换器48和室外机45的热交换器49中进行热交换。也就是说，在空调机43中，通过由压缩机构42使封入制冷剂的循环闭路中的制冷剂循环，在制冷剂的循环闭路内形成公知的热泵循环。因此，进行室内的暖气或冷气。
例如，在空调机43进行暖气运行的情况下，通过用户的操作，四通阀46设定成制冷剂在由箭头A所示的方向上流动。在该情况下，室内侧热交换器48作为冷凝器工作，通过制冷剂循环路径中的制冷剂的循环而放出热量。因此室内被加热。
相反，在空调机43进行冷气运行的情况下，通过用户的操作，四通阀46设定成制冷剂在由箭头B所示的方向上流动。在该情况下，室内侧热交换器48作为蒸发器工作，通过制冷剂循环路径中的制冷剂的循环而吸收周边空气的热量。因此室内被冷却。
在该工作期间，在空调机43中，基于该空调机43中所设定的目标温度、实际的室温和外气温度来确定指令转速，如在第一实施方式中所述，基于所确定的指令转速，由电动机控制装置101控制压缩机构42的无刷电动机的转速。结果，空调机43可以进行舒适的冷气暖气。
其中，在本实施方式中，虽然说明了能够进行冷气和暖气两方运行的空调机，但是在冷气专用的空调机的情况下，省略四通阀46，构成为制冷剂在箭头B的方向上流动即可。
如以上说明的这样，在本发明中，可以提供不使用大容量的逆变器或电容器而用压缩机的空调机。
(第九实施方式)图18是表示根据本发明的第九实施方式的冷藏库的构成的方框图。
第九实施方式的冷藏库51包括压缩机41、冷凝器52、冷藏室蒸发器53、以及节流装置54。该压缩机41由第七实施方式的压缩机来构成，包括压缩机构42与电动机控制装置101。在电动机控制装置101上连接着交流电源(这里是单相交流电源)1.而且，像已述那样，压缩机构42由配置于内部的无刷电动机(图18中未画出)来驱动，无刷电动机和交流电源1与第一实施方式同样地构成而发挥功能。此外，电动机控制装置101由第一实施方式至第六实施方式中的任何一种所示的电动机控制装置来构成。压缩机构42使制冷剂循环，在该制冷剂循环路径中，在制冷剂的循环方向上依次配置冷凝器52、节流装置54、以及冷藏室蒸发器53。
冷凝器52冷凝在内部流动的高温高压的气态的制冷剂，向外气放出制冷剂的热量。送入该冷凝器52的制冷剂气体从外气夺取热量而慢慢地液化，在冷凝器52的出口附近成为高压的液体或液体与气体的混合状态。
节流装置54与第八实施方式的空调机43的节流装置47相同，当制冷剂在制冷剂循环路径中循环的状态下，节制从冷凝器52所送出的制冷剂的流量而使制冷剂膨胀，并且没有过剩不足地供给冷藏室蒸发器53所需的量的制冷剂。
冷藏室蒸发器53蒸发低温的制冷剂而进行冷藏库内的冷却。该冷藏室蒸发器53包括用来提高热交换的效率的送风机53a，和检测库内温度的温度传感器53b。
接下来，就如这样构成的冷藏库51的动作进行说明。
在图18中，在冷藏库51中，如果驱动电压从电动机控制装置101施加于压缩机构42的无刷电动机(未画出)，则压缩机构42动作，制冷剂在箭头方向上在制冷剂循环路径内循环。此时，由冷凝器52和冷藏室蒸发器53进行热交换，冷藏库51内被冷却。换句话说，由冷凝器52所冷凝的制冷剂通过被节流装置54节制其流量而膨胀，成为低温的制冷剂。然后，如果低温的制冷剂向冷藏室蒸发器53送入，则在冷藏室蒸发器53中，低温的制冷剂蒸发，进行冷藏库内的冷却。此时，在冷藏室蒸发器53中，由送风机53a强制地送入冷藏室内的空气，在冷藏室蒸发器53中，高效率地进行热交换。
此外，在冷藏库51中，根据该冷藏库51中所设定的目标温度和冷藏库内的室温设定指令转速，电动机控制装置101基于该所设定的指令转速，与第八实施方式相同，控制压缩机构42的无刷电动机的转速。结果，在冷藏库51中，冷藏库内的温度维持于目标温度。
这样一来，在本实施方式的冷藏库51中，因为具有低振动且电源功率因数小的压缩机41，所以比起现有的电动机控制装置来，电动机控制装置101的冷藏库51内的配置的自由度高。此外，通过电动机控制装置101的配置的自由度提高，可以得到冷藏库51的库内容积可以增大这样的效果。此外，由于具有轻量的电动机控制装置101，所以可以减轻冷藏库51的重量。
根据以上说明，对于本领域的技术人员，本发明的许多改良或其它实施方式是显而易见的。因而，上述说明仅应作为举例表示来解释。只要不脱离本发明的精神，其结构和/或功能的细节实质上可以进行变更。
工业实用性根据本发明的电动机控制装置，作为可以用于压缩机等的电动机控制装置是有用的。
根据本发明的压缩机，作为可以用于空调机和冷藏库等电气机器的压缩机是有用的。
根据本发明的空调机，作为不降低电源功率因数而能够抑制负载转矩变动引起的振动的发生的空调机是有用的。
根据本发明的冷藏库，作为不降低电源功率因数而能够抑制负载转矩变动引起的振动的发生的冷藏库是有用的。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种电动机控制装置，其特征在于，包括施加正弦波来驱动无刷电动机的逆变电路，和控制部，基于所述无刷电动机的电动机电流来推测该无刷电动机的转速与旋转相位，从而运算因负载转矩变动而引起的转动速度变动，控制所述无刷电动机的电流相位，以抑制该旋转速度变动。
2.(删除)3.(删除)4.(删除)5.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于所述控制部通过控制所述无刷电动机的电动机电流的相位与振幅来抑制该无刷电动机的旋转速度变动。
6.(删除)7.如权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于还包括整流从交流电源所输出的交流电力并输出到所述逆变电路的整流器，所述控制部根据所述交流电源的输出电压的绝对值来控制所述电动机电流的振幅。
8.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于在向所述逆变电路的直流电力输入端子间还包括电容器。
9.(删除)10.(删除)
11.(删除)12.(删除)13.(追加)一种电动机控制装置，其特征在于，包括将从交流电源所输出的交流电力变换成直流电力的电力变换器，将由所述电力变换器所变换的直流电力供给到无刷电动机来驱动该无刷电动机的逆变电路，连接于所述逆变电路的直流电力输入端子间的电容器，以及通过经由所述逆变电路控制所述无刷电动机的电动机电流来控制该无刷电动机的旋转速度的控制部，其中，所述控制部控制所述电动机电流，以便抑制因所述无刷电动机的负载转矩变动而引起的旋转速度变动，而且基于所述电动机电流的振幅与所述电动机电流的平均值的比较来控制从所述交流电源所输出的电流。
14.(追加)权利要求13所述的电动机控制装置，其特征在于所述控制部控制从所述交流电源所输出的电流，使得在所述电动机电流的振幅小于所述电动机电流的平均值期间所述电容器充电，在所述电动机电流的振幅大于所述电动机电流的平均值期间所述电容器放电。
15.(追加)权利要求14所述的电动机控制装置，其特征在于所述电力变换器是整流器，在所述逆变电路的直流电力输入端子间与电容器串联地连接开关元件，所述控制部通过接通/切断所述开关元件来控制从所述交流电源所输出的电流。
16.(追加)权利要求14所述的电动机控制装置，其特征在于所述控制部控制从所述交流电源所输出的电流，使得在所述电动机电流的振幅小于所述电动机电流的平均值期间其振幅减小，在所述电动机电流的振幅大于所述电动机电流的平均值期间其振幅加大。
17.(追加)权利要求13至16中的任一项所述的电动机控制装置，其特征在于所述控制部控制所述电动机电流的相位，以便抑制因所述无刷电动机的负载转矩变动而引起的旋转速度变动。
18.(追加)权利要求1、5、7、8、和13至17中的任一项中所述的电动机控制装置，其特征在于所述无刷电动机驱动在一次转动中转矩有一个尖峰地转矩变动的负载。
19.(追加)一种压缩机，其特征在于作为驱动源具有由权利要求18所述的电动机控制装置所控制的所述无刷电动机。
20.(追加)一种空调机，其特征在于作为热介质压缩机构具有权利要求19所述的压缩机。
21.(追加)一种冷藏库，其特征在于作为热介质压缩机构具有权利要求19所述的压缩机。
权利要求
1.一种电动机控制装置，其特征在于，包括驱动无刷电动机的逆变电路；和控制部，通过经由所述逆变电路控制所述无刷电动机的电动机电流的相位来控制该无刷电动机的旋转速度。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于所述控制部控制所述电动机电流，以抑制所述无刷电动机的负载转矩变动所引起的转速变动。
3.如权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于所述控制部基于所述无刷电动机的旋转来检测所述旋转速度变动与所述无刷电动机的旋转相位，基于该检测的旋转速度变动与旋转相位来控制所述电动机电流的相位。
4.如权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于所述控制部基于所述无刷电动机的电动机电流来推测该无刷电动机的转速与旋转相位，通过这样来检测所述旋转速度变动与旋转相位。
5.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于所述控制部通过控制所述无刷电动机的电动机电流的相位与振幅来控制该无刷电动机的旋转速度。
6.如权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于所述控制部控制所述电动机电流的相位与振幅，以抑制所述无刷电动机的负载转矩变动而引起的旋转速度变动。
7.如权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于还包括整流从交流电源所输出的交流电力并输出到所述逆变电路的整流器，所述控制部根据所述交流电源的输出电压的绝对值来控制所述电动机电流的振幅。
8.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于在向所述逆变电路的直流电力输入端子间还包括电容器。
9.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于所述无刷电动机是驱动一次转动中具有一个尖峰地转矩变动的负载。
10.一种压缩机，其特征在于作为驱动源具有由权利要求9所述的电动机控制装置所控制的所述无刷电动机。
11.一种空调机，其特征在于作为热介质压缩机构具有权利要求10所述的压缩机。
12.一种冷藏库，其特征在于作为热介质压缩机构具有权利要求10所述的压缩机。
全文摘要
本发明的电动机控制装置(101)包括驱动无刷电动机(4)的逆变电路(3)，和经由逆变电路(3)控制无刷电动机(4)的电动机电流的相位来控制该无刷电动机(4)的旋转速度的控制部。
文档编号F04C28/08GK1778032SQ200480011039
公开日2006年5月24日 申请日期2004年4月21日 优先权日2003年4月22日
发明者中田秀树, 植田光男 申请人:松下电器产业株式会社