专利名称：同步电机的驱动装置、以及使用了它的冷冻装置、空气调节器、冰箱、及同步电机的驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种同步电机的驱动装置、以及使用了它的冷冻装置、空气调节器、冰箱、及同步电机的驱动方法。
背景技术：
同步电机通过向作为定子(stator )的电枢绕组提供交流电力来产生旋转磁场，通过在该旋转磁场与转子(rotor)之间产生的吸引力来以规定的同步速度使转子进行旋转。为了恰当地驱动同步电机，需要根据转子的位置来控制施加给电枢绕组的电压的相位、振幅、以及频率。即在进行同步电机的控制时，需要检测或者推定转子的位置。近年来，开展了如下的所谓的无位置传感器驱动方式的同步电机的研发:不设置用于检测转子的位置的位置传感器，使用驱动用逆变器的电流检测值等来推定转子的位置，然后根据所推定的转子的位置来进行同步电机的控制。通过使用无位置传感器驱动方式的同步电机，具有如下优点:能够应对各种各样的设置环境，并且与省略位置传感器相应地变得廉价。另外，有时同步电机的转子的轴由于外力、电机自身的原因而锁定(下面称为“轴锁定”)、或在同步电机中产生失调(loss of synchronism)而旋转速度异常地降低。如上述那样，无位置传感器驱动方式不直接检测转子的位置。因而，在无位置传感器驱动方式的同步电机中产生轴锁定、失调的情况下，也无法直接检测它们。例如，专利文献I记载有一种旋转机控制装置，具备:旋转异常指标计算部，计算成为电机的旋转异常的指标的旋转异常指标；以及判定部，判定在同步电机中是否产生旋转异常。并且，所述判定部在旋转异常指标(将同步电机的输出电力除以输入电力得到的值)超过规定的阈值的情况下，判定为在同步电机中产生旋转异常。另外，专利文献2记载有一种同步电机的控制装置，具备:坐标变换部，根据通过电流检测单元所检测出的电机电流计算励磁电流值；以及电压指令补正单元，计算向同步电机的电压指令值的补正量使得该励磁电流值与励磁电流指令值一致。并且，所述控制装置通过将电压指令值的补正量和预先设定的规定值进行比较来检测同步电机的失调。专利文献1:日本特开2009-65764号公报专利文献2:日本特开2004-64902号公报
发明内容
然而，在专利文献I所述的发明中根据同步电机的输入电力和输出电力的相对关系(比)来检测旋转异常。即专利文献I所述的发明不是根据通过假定了异常状态的实验或者仿真等所获取的数据来检测同步电机的旋转异常，因此有可能无法恰当地检测旋转异
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另外，专利文献2所述的发明以在驱动状态(即旋转着的状态)的同步电机失调的情况下检测该失调为前提，存在无法检测起动时(即开始旋转的状态)的轴锁定这样的问题。这是因为，在无位置传感器的同步电机中，与在常规的旋转(无位置传感器模式)中能够根据驱动用的逆变器电流等来计算轴误差等然后推定转子的位置的情况相对，在转子成为停止状态的起动时无法推定所述转子的位置。因此，本发明的课题在于提供一种能够恰当地检测轴锁定的同步电机的驱动装置、以及使用了它的冷冻装置、空气调节器、冰箱、及同步电机的驱动方法。为了解决所述课题，本发明的同步电机的驱动装置，具备:控制单元，通过向逆变器电路的开关元件输出控制信号来以无位置传感器方式驱动同步电机；以及电流检测单元，检测所述逆变器电路的输出电流、或者直流侧的母线电流并输出给所述控制单元，该同步电机的驱动装置的特征在于，所述控制单元根据从所述电流检测单元输入的电流值的相关值、和与施加给所述同步电机的电压相对应的电压指令值来计算输入有效功率，在该输入有效功率比规定的阈值小的情况下判断为在所述同步电机中产生了轴锁定并停止所述同步电机的驱动。根据本发明，能够提供一种能够恰当地检测轴锁定的同步电机的驱动装置、以及使用了它的冷冻装置、空气调节器、冰箱、及同步电机的驱动方法。
图1是使用了与本发明的一个实施方式有关的同步电机的驱动装置的冷冻装置的系统结构图。图2是表示电机驱动装置的电路结构的说明图。图3是表示同步电机的各电枢绕组的电流以及电压、电机转子轴、控制系轴的说明图。图4是与控制装置中的矢量控制处理有关的功能框图。图5是控制装置的电压指令值运算部的功能框图。图6是控制装置的轴锁定检测部的功能框图。图7是表示轴锁定检测部的处理的流程的流程图。图8是设置了同步电机的驱动装置的空气调节器的系统结构图。附图标记说明S:冷冻装置；S1:空气调节器；1:压缩机；2a:室外风扇；4a:室内风扇；14:逆变器电路；15:同步电机；16:电压传感器；17:电流传感器(电流检测单元)；100:控制装置；IOOa:室内控制装置(控制单元)；100b:室外控制装置(控制单元)；31、32、33、34、35、36:开关兀件；P:母线。
具体实施例方式适当参照附图详细地说明本发明的实施方式。此外，在各图中对于共同的部分标记相同的符号并省略重复的说明。《第I实施方式》
<使用了同步电机的冷冻装置的系统结构>下面说明将与本实施方式有关的同步电机的驱动装置用于冷冻装置的压缩机等的情况。图1是使用了同步电机的驱动装置的冷冻装置的系统结构图。如图1所示冷冻装置S具备有室内单元S1、和室外单元So。室内单元Si具备有:膨胀阀3、室内热交换器4、室内风扇4a、输入输出单元6、以及室内控制装置100a。另外，室外单元So具备有:压缩机1、室外热交换器2、室外风扇2a、累加器5、以及室外控制装置100b。另外，压缩机1、室外热交换器2、膨胀阀3、室内热交换器4、以及累加器5以环状由配管L来连接。另外，在压缩机1、室外风扇2a、以及室内风扇4a中分别内置有永磁同步电机15 (参照图2)。此外，在下面的记载中将永磁同步电机简单称为“同步电机”。例如，当通过用户的操作经由输入输出单元6来切换为0N、并设定冷冻装置内的温度时，室内控制装置IOOa使设置在室内风扇4a的同步电机(参照图2)以规定的旋转速度进行旋转，室外控制装置IOOb使分别内置在压缩机I以及室外风扇2a的同步电机以规定的旋转速度进行旋转(参照图1的虚线)。并且，室外控制装置IOOb通过使压缩机I的同步电机(参照图2)进行旋转来使制冷剂向图1的实线箭头所示的方向流通，室内控制装置IOOa控制膨胀阀3的开度(节流器)。由此，使室内热交换器4作为蒸发器而发挥功能，使室外热交换器2作为凝结器而发挥功能。此外，室外热交换器2是为了在其内部存积制冷剂液来在液压时保护压缩机I而设置。<电机驱动装置的结构>图2是表示电机驱动装置的电路结构的说明图。图2所示的同步电机15设为连接在所述的压缩机1、室外风扇2a、以及室内风扇4a，控制装置100设为包含室内控制装置IOOa以及室外控制装置IOOb的任意的控制装置。图2所示的电机驱动装置10将从三相交流电源11提供的交流电压变换为直流电压、然后按照来自控制装置100的指令信号来变换为规定的振幅.相位.频率的三相交流电压。电机驱动装置10具备有:整流电路12、平滑电路13、逆变器电路14、以及控制装置100。整流电路12将具备连接在相同方向的二极管D1、D2的第I整流单元、具备二极管D3、D4的第2整流单元、以及具备二极管D5、D6的第3整流单元相互并联连接。并且，在所述第I整流单元、第2整流单元、第3整流单元的各个中，对从三相交流电源提供的交流电压进行整流。平滑电路13具备有与整流电路12并联连接的电容器Cl，将在整流电路12中整流的电压进行平滑化而设为直流电压。另外，电压传感器16与电容器Cl并联连接，检测电容器Cl的端子间电压并将该电压值Vst输出给控制装置100。即在该电压值Vst为预先确定的规定值以上的情况下，控制装置100开始后述的矢量控制处理。此外，在与矢量控制处理有关的图4中没有记载电压值Vst。逆变器电路14将具备开关元件S1、S2的第I臂、具备开关元件S3、S4的第2臂、具备开关元件S5、S6的第3臂相互并联连接。另外，为了防止换流导致的开关元件的破坏，在各自的开关元件Sf S6反并联连接有续流二极管D7 D12。此外，在图2所示的电机驱动装置10中，作为开关元件SfS6而使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极型晶体管)。控制装置100通过将基于PWM控制的指令信号输出给各自的开关元件Sf S6的栅极来切换0N/0FF，将与各自的臂相对应的交流电压(u相、V相、w相的交流电压)输出给同步电机15。其结果,将规定的振幅.相位.频率的三相交流电压输出给同步电机15。另外，在逆变器电路14的母线P串联连接有电流传感器(电流检测单元)17。电流传感器17例如使用霍尔元件(未图示)来检测通过逆变器电路14的直流侧的母线P的电流值Ist并输出给控制装置100。并且，控制装置100在从电压传感器16输入的电压值Vst为规定值以上的情况下，开始基于母线电流的检测值Ist的矢量控制处理来计算向同步电机15的电压指令值，然后根据PWM控制来控制各自的开关元件Sf S6的0N/0FF。图3是表示同步电机的各电枢绕组的电流以及电压、电机转子轴、控制系轴的说明图。此外，在下面的记载中将电枢绕组简单称为“绕组”。图3所示的iu表示流入u相绕组15u的电流值,Vu表示u相绕组的电压。同样地，iv、vv分别表示V相绕组15v的电流.电压，iw、vw分别表示w相绕组15w的电流.电压。即u相绕组15u、V相绕组15v、以及w相绕组15w设置成与相邻的绕组形成的角度大致成为 120。。另外，如图3所示，将永磁15M的N极的朝向设为d轴、从d轴超前90 °的朝向设为q轴来设为电机转子轴。如所述那样，在进行无位置传感器控制的情况下，成为不检测d轴以及q轴实际位于哪个位置(即永磁体15M的N极处于哪个朝向)的结构。因而，将作为所推定的d轴的dc轴、以及作为所推定的q轴的qc轴设为控制系轴(旋转坐标系轴)，在该dc轴以及qc轴上进行电流控制、速度控制。这样，在无位置传感器控制中，在控制装置100内推定作为控制系轴的dc轴以及qc轴，因此实际的d轴以及q轴之间产生轴误差Λ Θ。。因而，在无位置传感器驱动方式中根据从所述的电流传感器17 (参照2)输入的母线电流的检测值Ist等来进行控制使得轴误差Δ Θ。收敛为零。〈控制装置的结构〉图4是与控制装置中的矢量控制处理有关的功能框图。此外，下面的矢量控制处理通过控制装置100所具备的CPU (Central Processing Unit:中央处理单元,未图示)将存储在存储单元(未图示)中的程序读出并进行展开而执行。控制装置100通过dq坐标系矢量控制来运算施加给同步电机15 (参照图2)的电压指令信号Vu、Vv、Vw并根据它们来生成PWM控制信号，输出给逆变器电路14的各自的开关元件SI S6。此外，控制装置100除了图4所示的结构之外还具备有根据从输入输出单元6(参照图1)输入的信号、从轴锁定检测部116输入的异常检测信号来控制后述的旋转速度指令值ω*等的“上位的控制部”(未图示)。如图4所示，控制装置100具备有:电流再现部101、3相/2轴变换部102、轴误差运算部103、PLL电路104、相位运算部105、减法器106、速度控制部107、d轴电流指令值生成部108、电流指令值运算部109、电压指令值运算部110、2轴/3相变换部111、驱动器电路112、切换器113 115、以及轴锁定检测部116。电流再现部101将所述的母线P (参照图1)的电流检测值Ist设为输入，根据其瞬时值和逆变器电路14 (参照图2)的开关元件Sf S6的0N/0FF信号再现流过同步电机15的u相电流Iu、V相电流Iv、以及w相电流Iw并输出给3相/2轴变换部102。3相/2轴变换部102根据3相坐标系所再现的所述电流Iu、Iv、Iw、和在相位运算部105中计算出的相位推定值Θ d。，使用下面所示的(式I)、(式2)计算控制系的dc轴电流Idc以及qc轴电流I,。。即，dc轴电流检测值Ide以及qc轴电流检测值Iqc成为从电流传感器(电流检测单元)17输入的母线电流值的“相关值”。此外，关于相位推定值0d。将后述。另外，(式I)、(式2)所示的Ια、Ι0是静止二相交流坐标系(α-β坐标系)中的各相的电流值。
权利要求
1.一种同步电机的驱动装置，具备: 控制单元，通过向逆变器电路的开关元件输出控制信号来以无位置传感器方式驱动同步电机；以及 电流检测单元，检测所述逆变器电路的输出电流或者直流侧的母线电流并输出给所述控制单元， 该同步电机的驱动装置的特征在于， 所述控制单元根据从所述电流检测单元输入的电流值的相关值、和与施加给所述同步电机的电压相对应的电压指令值来计算输入有效功率，在该输入有效功率比规定的阈值小的情况下判断为在所述同步电机中产生了轴锁定并停止所述同步电机的驱动。
2.根据权利要求1所述的同步电机的驱动装置，其特征在于， 所述控制单元针对每段预先设定的规定时间进行所述输入有效功率和所述阈值的比较，在所述输入有效功率比所述阈值小的状态连续规定次数的情况下停止所述同步电机的驱动。
3.—种冷冻装置，其特征在于， 设置有权利要求1或者2所述的同步电机的驱动装置。
4.一种空气调节器，其特征在于， 设置有权利要求1或者2所述的同步电机的驱动装置。
5.—种冰箱,其特征在于， 设置有权利要求1或者2所述的同步电机的驱动装置。
6.一种同步电机的驱动方法，该驱动方法在该同步电机的驱动装置中使用，该同步电机的驱动装置具备: 控制单元，通过向逆变器电路的开关元件输出控制信号来以无位置传感器方式驱动同步电机；以及 电流检测单元，检测所述逆变器电路的输出电流或者直流侧的母线电流并输出给所述控制单元， 该驱动方法的特征在于， 所述控制单元根据从所述电流检测单元输入的电流值的相关值、和与施加给所述同步电机的电压相对应的电压指令值来计算输入有效功率，在该输入有效功率比规定的阈值小的情况下判断为在所述同步电机中产生了轴锁定并停止所述同步电机的驱动。
7.根据权利要求6所述的同步电机的驱动方法，其特征在于， 所述控制单元针对每段预先设定的规定时间进行所述输入有效功率和所述阈值的比较，在所述输入有效功率比所述阈值小的状态连续规定次数的情况下停止所述同步电机的驱动。
全文摘要
本发明提供一种同步电机的驱动装置、以及使用了它的冷冻装置、空气调节器、冰箱、及同步电机的驱动方法。该同步电机的驱动装置能够恰当地检测轴锁定，且具备控制单元(100)，通过向逆变器电路的开关元件输出控制信号来以无位置传感器驱动同步电机；以及电流检测单元，检测所述逆变器电路的输出电流、或者直流侧的母线电流并输出给控制单元(100)，其中，控制单元(100)根据从所述电流检测单元输入的电流值的相关值、和与施加给所述同步电机的电压相对应的电压指令值来计算输入有效功率，在该输入有效功率比规定的阈值小的情况下判断为在所述同步电机中产生了轴锁定并停止所述同步电机的驱动。
文档编号H02P21/00GK103208961SQ20131001336
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月15日 优先权日2012年1月16日
发明者三浦真, 木下健, 笠原励, 山本裕二 申请人:日立空调·家用电器株式会社