电动机控制装置、压缩机、空调机以及程序的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电动机控制装置、压缩机、空调机以及程序。
【背景技术】
[0002] 作为应用于空调机等的电动机控制装置的【背景技术】，例如在专利文献1的权利要 求1中记载了"具备：转矩控制部，其生成用于根据所述电动机的旋转位置使所述电动机的 输出转矩变动的补偿转矩模式，并修正向所述电动机供给的电流值"。
[0003] 但是，专利文献1的与压缩机连接的电动机的控制装置没有特别记载不是以正规 化转矩模式为前提的情况。此外，也没有特别记载因电动机控制装置的响应频率的制约，在 电动机定子的推定位置与电压施加相位之间产生定时差的情况。
[0004] 专利文献1 :日本特开2008-245506号公报
【发明内容】
[0005] 本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的是提供一种能够补偿电动机控制装置的 响应频率的制约，且降低电动机的噪声或振动的电动机控制装置、压缩机、空调机以及程 序。
[0006] 为了解决上述课题，本发明推定电动机的旋转角度位置，并根据推定或预先设定 的负载变动模式和旋转角度位置使驱动信号的占空比变化。
[0007] 根据本发明，能够补偿电动机控制装置的响应频率的制约，且降低电动机的噪声 或振动。
【附图说明】
[0008] 图1是比较例1的压缩机的整体框图。
[0009] 图2是表示比较例1中的电力变换电路以及电流检测部的结构的框图。
[0010] 图3是表示比较例1中的负载装置即旋转转子型压缩机构部的结构例的图。
[0011] 图4是说明比较例1中的电角、机械角、坐标系的图。
[0012] 图5是比较例1中的PWM信号生成器的波形图。
[0013] 图6是比较例1中的控制部的框图。
[0014] 图7是比较例1中的电压指令值运算部的框图。
[0015] 图8是比较例1中的PLL控制器的框图。
[0016] 图9是比较例1中的转矩电流指令值生成器的框图。
[0017] 图10是比较例1中的各部的波形图。
[0018] 图11是本发明的第1实施方式的压缩机的整体框图。
[0019] 图12是第1实施方式中的控制部的框图。
[0020] 图13是表示第1实施方式中的脉动转矩推定器的原理的框图。
[0021] 图14是表示第1实施方式中的脉动转矩电流指令值生成器的结构的框图。
[0022] 图15是第1实施方式的动作说明图。
[0023] 图16是表示第1实施方式中的负载转矩波形与电动机发生转矩的关系的图。
[0024] 图17是本发明的第2实施方式的压缩机的截面图。
[0025] 图18是本发明的第3实施方式的空调机的冷却系统图。
[0026] 图19是第3实施方式中的脉动转矩电流指令值生成器的框图。
[0027] 图20是本发明的第4实施方式的验证系统的框图。
[0028] 图21是脉动转矩电流指令值生成器的一变形例的框图。
[0029] 图22是表示转速指令值与逆变器频率指令值的关系的图。
[0030] 图23是脉动转矩电流指令值生成器的其他变形例的框图。
[0031] 图24是稳定轴误差运算器的框图。
[0032] 符号说明
[0033] 1、la、lb电动机控制装置
[0034] 2、2a、2b 控制部
[0035] 3电压指令值生成器
[0036] 4 dq/3 Φ 变换器
[0037] 5电力变换电路
[0038] 6电动机
[0039] 6a 转子
[0040] 6b 定子
[0041] 7电流检测部
[0042] 8 3 Φ /dq变换器（坐标变换部）
[0043] 9负载装置
[0044] 10转矩电流指令值生成器
[0045] llf、llg、llh、lli脉动转矩电流指令值生成器
[0046] 12轴误差运算器
[0047] 13 PLL 控制器
[0048] 16脉动转矩推定器
[0049] 19稳定轴误差运算器
[0050] 20直流电压源
[0051] 21逆变器
[0052] 32单相坐标变换器
[0053] 33 PWM信号生成器
[0054] 34电压指令值运算部
[0055] 37单相坐标逆变换器
[0056] 40位置推定部
[0057] 300空调机
[0058] 301电动机控制装置
[0059] 3〇2压缩机
[0060] 3〇3室内机
[0061] 304室外机
[0062] 305 配管
[0063] 306室内热交换器
[0064] 3〇7送风机
[0065] 308室外热交换器
[0066] 309送风机
[0067] 310配线电缆
[0068] 311电动机控制装置
[0069] 500旋转转子型压缩机构部（压缩机构部）
[0070] 511密闭容器（收纳容器）
【具体实施方式】
[0071] [比较例1]
[0072] <比较例1的结构>
[0073] (比较例1的整体结构）
[0074] 说明本发明的实施方式前，说明用于与实施方式进行比较的比较例1的结构。图 1是表示比较例1的压缩机的整体结构的图。该压缩机由作为压缩机构的负载装置9、驱动 该负载装置9的电动机6以及控制电动机6的电动机控制装置la构成。
[0075] 在图1中，电动机控制装置la具有向电力变换电路5输出驱动信号的控制部2a。 电力变换电路5内置有直流电压源和逆变器，逆变器根据上述驱动信号输出交流电压。电 动机6通过该交流电压旋转，并旋转驱动与电动机6结合的负载装置9。由此，通过基于驱 动信号的电压或电流，对电动机（motor) 6的速度或转矩进行控制以便成为预期状态。
[0076] 在本比较例中，电动机6是在转子中具有永磁铁的永磁铁同步电动机。此外，通过 电动机6驱动的负载装置9在本比较例中是旋转转子型压缩机构。电流检测部7检测流过 电动机6或电力变换电路5的电流。通过这些控制部2a、电力变换电路5以及电流检测部 7构成电动机控制装置la。
[0077] 接着，图2表示电力变换电路5和电流检测部7的结构。如图2所示，电力变换电 路5具有逆变器21、直流电压源20以及栅极驱动电路23。逆变器21具有开关元件22a~ 22f (例如，IGBT或M0S-FET等半导体开关元件）、与它们并联连接的回流用二极管。另外， 将开关元件22a~22f统称为"开关元件22"。
[0078] 这些开关元件22通过串联连接2组开关元件22来构成各相的上下支路。在图2 的例子中，通过开关元件22a、22b构成U相的上下支路，通过开关元件22c、22d构成V相的 上下支路，通过开关元件22e、22f构成W相的上下支路。各相的上下支路的连接点与电动 机6连接。栅极驱动电路23放大被供给的脉冲状的驱动信号后输出。开关元件22根据栅 极驱动电路23输出的驱动信号24a~24f对直流电压源20的输出电压进行开关。
[0079] 在本比较例中，直流电压源20与分流电阻器25串联连接。这是为了保护开关元 件22不会流过过大的电流。这样，对直流电压源20的输出电压进行开关而输出三相交流 电压，由此能够向电动机6施加任意频率的三相交流电压，由此能够可变速驱动电动机6。 电流检测部7检测出从电力变换电路5向电动机6流过的三相交流电流中的、流过U相和 W相的电流Iu，Iw。当然，也可以检测出全相交流电流，但根据基尔霍夫第一定律，若能够检 测出三相中的两相，则可以根据检测出的两相计算出其他一相。
[0080] 本比较例想要解决在电动机6或负载装置9等的机械部分产生的振动或噪声的问 题。因此，首先对负载装置9即旋转转子型的压缩机构中的具体的问题进行叙述。图3(a)、 (b)表示在本比较例作为负载装置9而采用的旋转转子型压缩机构部500。图3(a)表示压 缩机构部500和电动机6的侧截面图，图3(b)表示图3(a)的A-A'截面图。在图3(a)中， 压缩机构部500具有收纳于密闭容器511内的电动机6、通过该电动机6驱动的作为负载装 置9的压缩机构部500。压缩机构部500具有圆筒状的气缸504、偏心且在该气缸504内自 由转动地构成的转子活塞501。
[0081] 电动机6具有转子6a和定子6b，转子6a使轴502向上方突出。该轴502与曲轴 503结合，曲轴503与转子活塞501结合。由此，压缩机构部500通过电动机6的轴502被 旋转驱动。此外，如图3(b)所示，气缸504上形成有吸入口 505和喷出口 507,并且设有叶 片506。叶片506朝向气缸504的中心地被施力，向转子活塞501滑动并在半径方向上自由 移动。
[0082] 根据上述结构，在压缩机构部500中，以电动机6为动力源偏心驱动转子活塞501， 执行作为压缩机的吸入、压缩、喷出等一连串的工序。接着，参照图3(b)说明具体的压缩工 序。首先，从设置在气缸504上的吸入口 505吸入被气化的制冷剂。之后，通过电动机6旋 转，转子活塞501旋转，叶片506的图中的左侧的容积变小，由此压缩制冷剂。转子活塞501 进一步旋转，每次返回到上部时从喷出口 507喷出被压缩的（被液化）的制冷剂。在以上 的吸入、压缩、喷出的一连串的工序中，向转子活塞501施加的压力变化。从驱动转子活塞 501的电动机6观察该压力变化时，意味着负载转矩周期性地发生变化。
[0083] 图4(a)是表示转子活塞501的机械角旋转1周的、针对转子6a的旋转角度位置 Θ d的负载转矩τ啲变化的例子的图。图4(a)的横轴表示转子活塞501的1个周期（从 〇度至360度），纵轴表示负载转矩h的大小。在本比较例中，作为电动机6示出了四极电 动机（转子6a的极数为"4"）的例子，因此电角2个周期相当于机械角1个周期。因此，假 定电动机6为六极的情况下，电角3个周期相当于机械角1个周期。此外，通过组装来决定 转子6a的位置与转子活塞501的位置关系，但在图4(a)中，将转子活塞501在图3(a)中 向最大限外侧按出叶片506的位置设为0°。
[0084] 根据图4(a)可知，随着压缩工序的推进，负载转矩h急剧变大，在喷出工序负载 转矩h减少，在1周旋转中负载转矩τ ^变动。此外，每次旋转时负载转矩τ d艮据旋转 角度位置而变动，因此从电动机6观察时负载转矩τ 期性地变动。因此，每次电动机6 旋转时，发生图4(a)的模式的转矩变化。但是，例如即使使用了同一压缩机构部500,根据 电动机6的转速、吸入口 505或喷出口 507的压力、吸入口 505与喷出口 507的压力差等， 负载转矩^的峰值或成为峰值的旋转角度位置Θ d或负载转矩的增减变化波形变化。
[0085] 在压缩机构部500中的负载转矩^的变动与由电动机6产生的电动机转矩τ " 之间产生差时，产生振动或噪声。尤其如上所述在负载转矩h的变动较大的情况下，根据 控制部2a的结构在流过电动机6的电流