CN103208961A - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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 ofsynchronism）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1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1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1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常。

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。

附图说明

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；100a：室内控制装置（控制单元）；100b：室外控制装置（控制单元）；S1、S2、S3、S4、S5、S6：开关元件；P：母线。

具体实施方式

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1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Si、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ON、并设定冷冻装置内的温度时，室内控制装置100a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100b使分别内置在压缩机1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100b通过使压缩机1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100a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1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100a以及室外控制装置100b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1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1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C1，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C1并联连接，检测电容器C1的端子间电压并将该电压值V_st输出给控制装置100。即在该电压值V_st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V_st。

逆变器电路14将具备开关元件S1、S2的第1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S1~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S1~S6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S1~S6的栅极来切换ON/OFF，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I_st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V_st为规定值以上的情况下，开始基于母线电流的检测值I_st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S1~S6的ON/OFF。

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i_u表示流入u相绕组15u的电流值，v_u表示u相绕组的电压。同样地，i_v、v_v分别表示v相绕组15v的电流·电压，i_w、v_w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Δθ_c。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I_st等来进行控制使得轴误差Δθ_c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（CentralProcessing 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V_u、V_v、V_w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S1~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I_st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S1~S6的ON/OFF信号再现流过同步电机15的u相电流I_u、V相电流I_v、以及w相电流I_w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I_u、I_v、I_w、和在相位运算部105中计算出的相位推定值θ_dc，使用下面所示的（式1）、（式2）计算控制系的dc轴电流I_dc以及qc轴电流I_qc。即，dc轴电流检测值I_dc以及qc轴电流检测值I_qc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θ_dc将后述。另外，（式1）、（式2）所示的I_α、I_β是静止二相交流坐标系（α-β坐标系）中的各相的电流值。

$\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ I_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(0\right)& \cos (2\mathrm{\&pi;}/3)& \cos (4\mathrm{\&pi;}/3)\\ \sin \left(0\right)& \sin (2\mathrm{\&pi;}/3)& \sin (4\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_u\\ I_v\\ I_w\end{array}\right]$ …(式1)

$\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{dc}}\\ I_{\mathrm{qc}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \left({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{dc}}\right)& -\sin \left({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{dc}}\right)\\ \sin \left({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{dc}}\right)& \cos \left({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{dc}}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ I_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]$ …(式2)

轴误差运算部103根据dc轴电压指令值V_dc ^*、qc轴电压指令值V_qc ^*、dc轴电流检测值I_dc、qc轴电流检测值I_qc、旋转速度指令值ω1^*、以及q轴电感设定值Lq^*，通过下面的（式3）计算轴误差Δθ_c。此外，关于dc轴电压指令值V_dc ^*、qc轴电压指令值V_qc ^*、以及旋转速度指令值ω1^*将后述。

$\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&theta;}}_c={\tan }^{-1}\left(\frac{V_{\mathrm{dc}}^{*}-r^{*}{I}_{\mathrm{dc}}+{\mathrm{\&omega;}1}^{*}{L}_q^{*}{I}_{\mathrm{qc}}}{V_{\mathrm{qc}}^{*}-r^{*}{I}_{\mathrm{qc}}-{\mathrm{\&omega;}1}^{*}{L}_q^{*}{I}_{\mathrm{dc}}}\right)$ …(式3)

PLL（Phase Locked Loop：锁相环）电路104使用PI（Proportional Integral：比例积分）控制器（未图示）来进行处理使得从轴误差运算部103输入的轴误差Δθ_c与轴误差指令值Δθ_c ^*一致，输出同步电机15的旋转速度推定值ω_m。此外，轴误差指令值Δθ_c ^*是预先存储在控制装置100的存储单元（未图示）的值（通常为0附近），例如Δθ_c ^*=0。

相位运算部105计算通过对由切换器115选择的旋转速度指令值ω1^*进行积分所获得的相位推定值θ_dc并分别输出给3相/2轴变换部102、和2轴/3相变换部111。

减法器106求出从上位的控制部（未图示）输入的旋转速度指令值ω^*、和从PLL电路104输入的旋转速度推定值ω_m之差并输出给速度控制部107。即旋转速度指令值ω^*根据经由接收部（未图示）从远程控制Re（参照图1）接收的设定温度等通过控制装置100所具备的上位的控制部（未图示）来决定。

速度控制部107使用PI控制器（未图示）进行处理使得旋转速度推定值ω_m与旋转速度指令值ω^*一致（即从减法器106输入的差分成为零）、来输出同步电机15的q轴电流指令值I_q ^*2。

d轴电流指令值生成部108在后述的无位置传感器模式中生成d轴电流指令值I_d ^*2，经由切换器113来输出给电压指令值运算部110。

电流指令值运算部109在后述的定位模式以及同步模式中计算d轴电流指令值I_d ^*1并经由切换器113来输出给电压指令值运算部110。另外，电流指令值运算部109在后述的定位模式以及同步模式中计算q轴电流指令值I_q ^*1并经由切换器114来输出给电压指令值运算部110。

电压指令值运算部110根据dc轴电流检测值I_dc、qc轴电流检测值I_qc、dc轴电流指令值I_dc ^*、qc轴电流指令值I_qc ^*、以及旋转速度指令值ω1^*来计算dc轴电压指令值V_dc ^*以及qc轴电压指令值V_qc ^*。

图5是控制装置的电压指令值运算部的功能框图。如图5所示，电压指令值运算部110具备有减法器110a、110c、d轴电流控制部110b、q轴电流控制部110d、以及矢量运算器110e。

减法器110a计算经由切换器113（参照图4）输入的dc轴电流指令值I_dc ^*、和从3相/2轴变换部102（参照图4）输入的dc轴电流检测值I_dc之差并输出给d轴电流控制部110b。

d轴电流控制部110b使用从减法器110a输入的dc轴电流指令值I_dc ^*和dc轴电流检测值I_dc之差来计算用于矢量运算的第2dc轴电流指令值I_dc ^**并输出给矢量运算部110e。

减法器110c计算经由切换器114（参照图4）输入的qc轴电流指令值I_qc ^*、和从3相/2轴变换部102（参照图4）输入的qc轴电流检测值I_dc之差并输出给q轴电流控制部110d。

q轴电流控制部110d使用从减法器110c输入的qc轴电流指令值I_qc ^*和qc轴电流检测值I_qc之差来计算用于矢量运算的第2qc轴电流指令值I_qc ^＊＊并输出给矢量运算部110e。

矢量运算部110e根据第2dc轴电流指令值I_dc ^**、第2qc轴电流指令值I_qc ^＊＊、经由切换器115（参照图4）输入的旋转速度指令值ω1^*、后述的电机常数，通过（式4）、（式5）计算dc轴电压指令值V_dc ^*以及qc轴电压指令值V_qc ^*，然后矢量运算部110e将计算出的dc轴电压指令值V_dc ^*以及qc轴电压指令值V_qc ^*输出给轴误差运算部103、2轴/3相变换部111、以及轴锁定检测部116。

此外，在（式4）、（式5）中，r^*是控制系的电机绕组电阻设定值，L_d ^*是同步电机15的d轴电感设定值，L_q ^*是同步电机15的q轴电感设定值，K_e ^*是控制系的电机感应电压常数设定值。

此外，所述的各自的设定值预先存储在控制装置100的存储单元（未图示）。

$V_{\mathrm{dc}}^{*}=r^{*}{I}_{\mathrm{dc}}^{**}-{\mathrm{\&omega;}1}^{*}{L}_q^{*}{I}_{\mathrm{qc}}^{**}$ …(式4)

$V_{\mathrm{qc}}^{*}=r^{*}{I}_{\mathrm{qc}}^{**}+{\mathrm{\&omega;}1}^{*}{L}_d^{*}{I}_{\mathrm{dc}}^{**}+{\mathrm{\&omega;}1}^{*}{\mathrm{Ke}}^{*}$ …(式5)

再次回到图4来继续说明。2轴/3相变换部111根据从电压指令值运算部110输入的dc轴电压指令值V_dc ^*以及qc轴电压指令值V_qc ^*、从相位运算部105输入的相位推定值θ_dc，通过下面的（式6）、（式7）输出同步电机15的三相电压指令值V_u ^*、V_v ^*、V_w ^*。

此外，（式6）、（式7）所示的V_α、V_β是静止二相交流坐标系（α-β坐标系）中的各相的电压值。

$\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ V_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\sin \left({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{dc}}\right)& \cos \left({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{dc}}\right)\\ -\cos \left({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{dc}}\right)& \sin \left({\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{dc}}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dc}}^{*}\\ V_{\mathrm{qc}}^{*}\end{array}\right]$ …(式6)

$\left[\begin{array}{c}{V}_u^{*}\\ V_v^{*}\\ V_w^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \left(0\right)& \sin \left(0\right)\\ \cos (2\mathrm{\&pi;}/3)& \sin (2\mathrm{\&pi;}/3)\\ \cos (4\mathrm{\&pi;}/3)& \sin (4\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\&alpha;}}\\ V_{\mathrm{\&beta;}}\end{array}\right]$ …(式7)

驱动器电路112根据从2轴/3相变换部111输入的三相电压指令值V_u ^*、V_v ^*、V_w ^*来生成PWM控制的指令信号，向图2所示的各自的开关元件S1~S6输出所述指令信号（PWM信号）。

由此，能够控制同步电机15的驱动。

此外，如所述那样，同步电机15在转子（永磁体）成为停止状态的起动时无法推定所述转子的位置。因而，控制装置100阶段性地执行使同步电机移动（旋转）到与三相绕组相对应的规定位置来进行定位的“定位模式”、从所述位置到同步速度为止逐渐地提高速度的“同步模式”、和在达到同步速度之后进行无位置传感器控制的“无位置传感器模式”。

如图4所示，在定位模式以及同步模式中控制装置100的切换器113~115分别接通A接点。因而，在电流指令值运算部109中计算出的d轴电流指令值I_d ^*1经由切换器113来输入到电压指令值运算部110。

同样地，在电流指令值运算部109中计算出的q轴电流指令值I_q ^*1经由切换器114来输入到电压指令值运算部110。

另外，旋转速度指令值ω^*经由切换器115输入到相位运算部105。

并且，在定位模式中电流指令值运算部110逐渐地增加d轴电流指令值I_d ^*1的值使得接近与同步速度相对应的规定值。而且，在同步模式中电流指令值运算部109将d轴电流指令值I_d ^*1的值维持为所述规定值。另一方面，在定位模式以及同步模式中电流指令值运算部109将q轴电流指令值I_q ^*1的值设为零。

另外，在无位置传感器模式中控制装置100的切换器113~115进行切换使得分别接通B接点。这里，d轴电流指令值生成部108生成d轴电流指令值I_d ^*2并经由切换器113来输出给电压指令值运算部110。另外，速度控制部107生成q轴电流指令值I_q ^*2并经由切换器114输出给电压指令值运算部110。

而且，经由切换器115来从PLL电路104向相位运算部105输出旋转速度推定值ω_m。

轴锁定检测部116根据从电流传感器17（参照图2）输入的作为母线电流值I_st的相关值的电流检测值I_dc、I_qc、和与施加给同步电机15的电压V^* _u、V^* _v、V^* _w相对应的电压指令值V^* _dc、V^* _qc来计算输入有效功率Pi。

并且，轴锁定检测部116在计算出的输入有效功率Pi比作为规定的阈值的轴锁定有效功率判定值P1小的情况下判断为在同步电机15中产生了轴锁定并向上位的控制部（未图示）输出异常检测信号Sa。

在从轴锁定检测部116输入了异常检测信号Sa的情况下，上位的控制部通过将旋转速度指令值ω^*的值设为零来停止同步电机15的驱动。

即作为轴锁定例如在压缩机1（参照图1）为滚动式的压缩机的情况下，有时回转滚动翼（未图示）和固定滚动翼（未图示）咬合，而在起动时转子不旋转。

图6是控制装置的轴锁定检测部的功能框图。如图6所示，轴锁定检测部116具备有输入有效功率运算部116a、和轴锁定判定部116b。

轴锁定检测部116使用图4所示的dc轴电压指令值V_dc ^*以及qc轴电压指令值V_qc ^*、从3相/2轴变换部102输入的dc轴电流检测值I_dc、qc轴电流检测值I_qc来从下面所示的（式8）计算出同步电机15的输入有效功率Pi。

$\mathrm{Pi}=\frac{3}{2}(I_{\mathrm{dc}}{V}_{\mathrm{dc}}^{*}+I_{\mathrm{qc}}{V}_{\mathrm{qc}}^{*})$ …(式8)

另外，作为阈值的轴锁定有效功率判定值P1设为在失调时qc轴电流检测值I_qc大致成为零时，使用dc轴电流检测值I_dc的稳定值I_dcd来从下面所示的（式9）近似地求出。

此外，在（式9）中V_dc是在失调时与同步电机15有关的d轴电压，r^*是控制系的电机绕组电阻设定值，ω1^＊是旋转速度指令值，Ke是电机感应电压设定值，L_d是d轴电感设定值，L_q是q轴电感设定值。

另外，dc轴电流检测值I_dc的稳定值I_dcd是在失调时流过同步电机15的电流的推定值，以将在同步电机15产生的电动势（ω₁ ^*Ke^*）除以电枢绕组的电感（ω₁ ^*L）得到的值进行近似。

$P1=\frac{3}{2}{I}_{\mathrm{dcd}}{V}_{\mathrm{dc}}$

$=\frac{3}{2}{r}^{*}{\left(I_{\mathrm{dcd}}\right)}^2$

$\&cong;\frac{3}{2}{r}^{*}{\left(\frac{{\mathrm{\&omega;}1}^{*}{K_e}^{*}}{{\mathrm{\&omega;}1}^{*}L}\right)}^2$

$=\frac{3}{2}{r}^{*}{({\mathrm{Ke}}^{*}/\frac{{L_d}^{*}+{L_q}^{*}}{2})}^2$ …(式9)

在产生了轴锁定的状态下起动的情况下，输入有效功率Pi不会随时间经过而增大，是比P1还小的值。因而，轴锁定检测部11将在所述（式8）中表示的输入有效功率Pi和轴锁定有效功率判定值P1进行比较，在输入有效功率Pi比轴锁定有效功率判定值P1小的情况下判断为产生轴锁定。

图7是表示轴锁定检测部的处理的流程的流程图。在步骤S101中轴锁定检测部116判断是否从起动时刻起经过了规定时间t0。此外，同步电机15的起动是例如根据从输入输出单元6（参照图1）输入的ON信号来进行判断。另外，规定时间t0是预先确定的值（例如，10秒），存储在存储单元（未图示）中。

在从起动时刻经过了规定时间t0的情况下（S101→是），轴锁定检测部116的处理进入到步骤S102。在从起动时刻没有经过规定时间t0的情况下（S101→否），轴锁定检测部116重复步骤S101的处理。

在步骤S102中轴锁定检测部116使用所述（式8）来计算输入有效功率Pi。在步骤S103中轴锁定检测部116判断在步骤S102中计算出的输入有效功率Pi的值是否比所述（式9）所示的规定的轴锁定有效功率判定值P1小。在输入有效功率Pi的值为轴锁定有效功率判定值P1以上的情况下（S103→否），轴锁定检测部116的处理进入到步骤S104。另一方面，在输入有效功率Pi的值比轴锁定有效功率判定值P1小的情况下（S103→是），轴锁定检测部116的处理进入到步骤S105。

在步骤S104中控制装置100执行控制处理使得进行常规的运行。此外，“常规的运行”表示控制装置100阶段性地执行所述的“定位模式”、“同步模式”、以及“无位置传感器模式”。

在步骤S105中轴锁定检测部116递增次数α的值。即次数α表示步骤S103所示的不等式成立的连续次数，存储在存储单元（未图示）中。另外，在经由接收部（未图示）来从远程控制Re（参照图1）输入了停止指令信号的情况下，轴锁定检测部116将次数α的值复位为零。

在步骤S106中轴锁定检测部116判断在步骤S105中递增的次数α的值是否与规定次数α1相等。即规定次数α1是预先设定的值（例如，α1=6次），存储在存储单元（未图示）中。

在次数α的值与规定次数α1相等的情况下（S106→是），轴锁定检测部116的处理进入到步骤S107。另一方面，在次数α的值与规定次数α1不相等的情况下（S106→否），轴锁定检测部116的处理返回到步骤S101。

即在步骤S101中轴锁定检测部116判断为是否从步骤S106的处理结束的时刻经过了时间t0。

在步骤S107中轴锁定检测部116判断同步电机15成为轴锁定状态，将异常检测信号Sa输出给上位的控制部（未图示）。

并且，在从轴锁定检测部116输入了异常检测信号的情况下，上位的控制部将旋转速度指令值ω^*的值设为零来强制地停止同步电机15的驱动。

<效果>

根据与本实施方式有关的同步电机的驱动装置，即使在无位置传感器驱动方式的同步电机15中起动时产生了轴锁定也能够检测该轴锁定的有无，能够早期地停止同步电机15的驱动。由此，例如防止在同步电机15中施加过负载的状态持续，能够防止同步电机15的损坏等。

另外，例如在所述的专利文献1所述的发明中，分别计算同步电机15的输入电力和输出电力，根据两者的相对关系（比）来检测同步电机15的异常。

与此相对，在本实施方式中，通过将输入有效功率Pi、和轴锁定有效功率判定值P1的大小进行比较来检测同步电机15的轴锁定。这里，轴锁定有效功率判定值P1能够根据通过假定了异常状态的实验、仿真等所获得的实测值来适当设定。因而，能够更可靠地检测同步电机15中的起动时的轴锁定。

另外，在本实施方式中，能够与不需要在轴锁定检测部中计算输出电力相应地减轻CPU（未图示）的处理负荷。

《变形例》

以上根据所述实施方式说明了与本发明有关的同步电机的驱动装置，但是本发明的实施方式不限于这些，能够进行各种的变更等。

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。

如图8所示，空气调节器S1具备室内机Si、和室外机So，具有进行对设置了室内机Si的室内进行加热的“加热运行”、对室内进行冷却的“冷却运行”等的功能。

此外，关于图8所示的结构中的压缩机1、室外热交换器2、室外风扇2a、膨胀阀3、室内热交换器4、室内风扇4a、累加器5、室内控制装置100a、以及室外控制装置100b，与在上述实施方式中说明过的相同（参照图1），因此省略说明。

另外，当室内控制装置100a经由接收部（未图示）来接收来自远程控制Re的红外线信号时，在与室外控制装置100b之间相互地进行通信、且进行与所述红外线信号相对应的运行模式（加热运行、冷却运行等）的空调运行。

例如，当通过用户的操作来从远程控制Re接收冷却运行的指令信号时，室内控制装置100a使设置在室内风扇4a的同步电机以规定的旋转速度进行旋转，室外控制装置100b使分别内置在压缩机1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8的虚线）。

另外，在进行冷却运行时室外控制装置100b切换四通阀7使得室外热交换器2作为凝结器而发挥功能、室内热交换器4作为蒸发器而发挥功能，使制冷剂向图中的实线箭头所示的朝向流通，室内控制装置100a控制膨胀阀3的开度（节流器）。

即在进行加热运行的情况下，室外控制装置100b切换四通阀7使得制冷剂向与图中的实线箭头所示的朝向相反朝向流通。此外，加热运行以及冷却运行中的各设备的功能是众所周知的，因此省略详细的说明。

另外，室内控制装置100a以及室外控制装置100b的处理与上述实施方式相同，因此省略说明。

此外，在室内控制装置100a检测出轴锁定的情况下，也可以将异常检测信号输出给显示灯7来点亮显示灯（未图示）。由此，用户能够知道在空气调节器S中产生了轴锁定。

另外，在上述实施方式中作为同步电机15而使用了永磁同步电机，但是不限于此。即作为同步电机15例如也可以是具有凸极铁心的磁阻（reluctance）电机。

另外，在上述实施方式中设为使用电流传感器17来检测母线电流值I_st，但是不限于此。例如也可以使用包含分流电阻器的多个电阻元件来检测母线电流值I_st。

另外，在上述实施方式中，设为通过电流传感器17来检测逆变器电路的母线电流值I_st、通过电流再现部101来再现3相电流I_u、I_v、I_w，但是不限于此。例如，也可以分别直接检测流入同步电机的电枢绕组15u（参照图3）的电流I_u、和流入电枢绕组15v（参照图3）的电流I_v、然后根据电流I_u、I_v的值来计算电流I_w的值。

另外，在上述实施方式中说明了在空气调节器S的压缩机1、室外风扇2a、以及室内风扇4a设置同步电机15的情况，但是不限于此。例如也可以将同步电机15只设置于压缩机1。

另外，在上述实施方式中以从三相交流电源11（参照图2）提供电力进行了说明，但是例如也可以将从单相交流电源或者二相交流电源提供的电力由整流电路12（参照图2）进行整流、并由平滑电路13（参照图2）进行平滑化而设为直流电力。另外，也可以设为从直流电源提供直流电力。在这种情况下，省略图2所示的整流电路12以及平滑电路13。

另外，在上述实施方式中，在输入有效功率Pi比轴锁定有效功率判定值P1小的状态连续了α1次的情况下，轴锁定检测部116判断为在同步电机15中产生了轴锁定，但是不限于此。

例如，如果从起动起经过规定时间后的输入有效功率Pi比轴锁定有效功率判定值P1小，则轴锁定检测部116也可以判断为在同步电机15中产生了轴锁定。即当检测到Pi<P1的状态时，也可以立即判断为产生了轴锁定。

另外，控制装置100除了检测出轴锁定的情况之外也可以在检测出失调等的异常状态的情况下停止同步电机15的驱动。

另外，在上述实施方式中，说明了作为逆变器电路14的开关元件S1~S6而使用了IGBT的情况，但是不限于此。例如，作为逆变器电路14的开关元件S1~S6而也可以使用MOS-FET（Metal OxideSemiconductor-Field Effect Transistor：金属氧化物场效应晶体管）、双极型晶体管等。

另外，在上述实施方式中说明了将同步电机15设置于冷冻装置S或者空气调节器S1的情况，但是不限于此。例如，也可以设为将同步电机15设置于冰箱等。

在将同步电机15设置于冰箱的情况下，与所述的冷冻装置S（参照图1）的情况相同地，通过众所周知的加热泵循环来对冰箱内进行冷却。并且，通过冰箱内的空气与在热交换器4（参照图1）中流通的低温低压的制冷剂进行热交换而散热，能够冷却所述空气。

此外，冰箱的加热泵循环以及各设备的说明与上述实施方式的情况相同，因此省略。

另外，也可以设为将同步电机设置于洗衣机、烘干机、或者吸尘器。

Claims (7)

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。

3.一种冷冻装置，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。

5.一种冰箱，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。

Images