CN109287137A - 马达驱动装置以及使用其的空调室外机 - Google Patents

马达驱动装置以及使用其的空调室外机 Download PDF

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Abstract

为了提供无论搭载的运算装置的处理能力如何都能够实现转矩脉动抑制控制的马达驱动装置，本发明的马达驱动装置(100)具备：电力变换电路(104)，驱动永磁马达(101)；以及控制部(103)，控制电力变换电路(104)，其具有以下特征。控制部(103)包括矢量控制部(106)和转矩脉动补偿部(108)，转矩脉动补偿部(108)包括振幅生成部(109a)、校正电压生成部(109b)以及加法部(109c)。矢量控制部(106)输出电压指令，振幅生成部(109a)输出校正电压振幅，校正电压生成部(109b)根据振幅生成部(109a)的输出和转子位置输出校正电压指令，加法部(109c)根据矢量控制部(106)的输出和校正电压生成部(109b)的输出而输出校正后电压指令。根据该校正后电压指令使电力变换电路(104)动作。

Description

马达驱动装置以及使用其的空调室外机
技术领域
本发明涉及使马达(电动机)动作的马达驱动装置，特别涉及能够进行抑制马达转矩的脉动的控制的马达驱动装置。
背景技术
由于高效等优点，近年来，永磁马达被搭载到各种产品。例如，使用永磁马达作为组装于空调器的室外机的风扇马达。在这样的身边的产品中，不仅节能性能非常重要，减少对舒适性造成影响的振动、噪音也非常重要。
然而，在永磁马达中，伴随构造设计或者制造偏差，有时振动、噪音增加。不论在哪种情况下，马达的旋转力(以下马达转矩)脉动都成为一个因素。由于该转矩脉动例如激励马达容纳的框体的机械共振，产生振动、噪音。
以往，通过对马达安装部等附加防振橡胶来解决机械共振所引起的振动、噪音。由于能够利用防振橡胶缓解马达、连接的负载所引起的转矩脉动的影响，所以该方法是有效的。
除了上述方法以外，还提出了通过马达控制减少振动、噪音的方法(例如参照专利文献1)。作为使对马达转矩的脉动进行平滑化的电流通电(以下称为转矩脉动抑制控制)的控制，具有无需追加零件就能够应用的特征。
根据该文献，该转矩脉动抑制控制将矢量控制作为基本控制，通过校正电流指令或者电压指令实现固定转矩。
电流指令的校正通过将根据矢量控制设定的d轴电流指令Id*和q轴电流指令Iq*分别与d轴校正电流指令ΔId*和q轴校正电流指令ΔIq*相加来进行。d轴校正电流指令ΔId*和q轴校正电流指令ΔIq*是脉动的指令，被设定为消除马达转矩的脉动。关于校正得到的电流指令，相比于电流的检测值，根据其差分通过PI控制(比例积分控制)实现基于指令的电流。即，该控制是作为反馈控制进行动作的转矩脉动抑制控制。
另一方面，电压的校正通过将根据矢量控制设定的d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*分别与d轴校正电压指令ΔVd*和q轴校正电压指令ΔVq*相加来进行。d轴校正电压指令ΔVd*和q轴校正电压指令ΔVq*也同样是脉动的指令，根据上述d轴电流指令Id*、上述q轴电流指令Iq*、马达速度的检测值ωrc、转子位置的检测值θdc，基于数学模型来设定。由此，与上述d轴校正电流指令ΔId*和上述q轴校正电流指令ΔIq*相当的电流被通电，马达转矩的脉动被消除。即，该控制是作为前馈控制进行动作的转矩脉动抑制控制。
这样，专利文献1提出了具备通过反馈控制和前馈控制的组合实现转矩脉动抑制控制的单元的马达驱动装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-223724号公报
发明内容
然而，在专利文献1公开的马达驱动装置中，除了通常的矢量控制以外，还需要转矩脉动抑制控制的处理，运算装置中的计算负荷变大。至今为止，未进行将计算负荷纳入考虑的研究，在现状下，转矩脉动抑制控制的应用范围被限定于搭载能够进行高速处理的运算装置的马达驱动装置。
本发明要解决的课题在于，提供一种具备无论搭载的运算装置的处理能力如何都能够实现转矩脉动抑制控制的单元的马达驱动装置。特别地，其课题在于，在搭载在处理能力中有制约的运算装置的马达驱动装置中实现转矩脉动抑制控制。
本发明的马达驱动装置的特征在于，具备：电力变换电路，驱动永磁马达；以及控制部，控制所述电力变换电路，所述控制部包括电压指令生成部和转矩脉动补偿部，所述转矩脉动补偿部包括振幅生成部、校正电压生成部以及加法部，所述电压指令生成部输出电压指令，所述振幅生成部输出校正电压振幅，所述校正电压生成部根据所述校正电压振幅和转子位置输出校正电压指令，所述加法部根据所述电压指令和所述校正电压指令输出校正后电压指令，根据所述校正后电压指令使所述电力变换电路动作。
另外，本发明的空调室外机具备本发明的所述马达驱动装置、所述永磁马达、与所述永磁马达连接的风扇、安装所述永磁马达的框体以及压缩机装置系统。
根据本发明，能够提供具备无论搭载的运算装置的处理能力如何都能够实现转矩脉动抑制控制的单元的马达驱动装置。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式的马达驱动装置的结构的图。
图2是示出矢量控制部106的内部结构的图。
图3是示出振幅生成部108a的内部结构的图。
图4是示出校正电压生成部108b的内部结构的图。
图5是示出加法部108c的内部结构的图。
图6是示出具有失真的感应电压的永磁马达的矢量控制时的动作波形的图。
图7是示出转矩脉动抑制控制时的动作波形的图。
图8是示出振幅生成部108a和振幅生成部902a的输出比较的图。
图9是示出在图1所示的马达驱动装置中应用振幅生成部902a的情况的结构的图。
图10是示出振幅生成部902a的内部结构的图。
图11是示出单独地设定运算周期的情况下的转矩脉动补偿部902的内部结构的图。
图12是示出本发明的第2实施方式的马达驱动装置的结构的图。
图13是示出控制轴和轴误差的定义的图。
图14是示出转子位置/马达速度推测部1202的内部结构的图。
图15是示出在图12所示的马达驱动装置中应用振幅生成部902a的情况的结构的图。
图16是示出本发明的第3实施方式的马达驱动装置的结构的图。
图17是示出矢量控制部1602的内部结构的图。
图18是示出转子位置推测部1603的内部结构的图。
图19是示出在图16所示的马达驱动装置中应用振幅生成部902a的情况的结构的图。
图20是示出本发明的第4实施方式的空调室外机的结构的图。
(符号说明)
100、900、1200、1500、1600、1900：马达驱动装置；101：永磁马达；102：位置传感器；103：控制部；104：电力变换电路；105：电流传感器；106、1602：矢量控制部；107：转子位置/马达速度生成部；108、902：转矩脉动补偿部；108a、902a：振幅生成部；108b：校正电压生成部；108c：加法部；109：dq/3相变换部；110：3相/dq变换部；300：振幅值数据表；1000：系数值数据；1202：转子位置/马达速度推测部；1603：转子位置推测部；Pm：极对数；R、R*：绕组电阻、绕组电阻的设定值；Ld、Ld*：d轴电感、d轴电感的设定值；Lq、Lq*：q轴电感、q轴电感的设定值；Ke、Ke*：感应电压常数、感应电压常数的设定值；Vu*、Vv*、Vw*：三相电压指令；Vd*、Vq*：d轴电压指令、q轴电压指令；Vd**、Vq**：d轴校正后电压指令、q轴校正后电压指令；ΔVd*、ΔVq*：d轴校正电压指令、q轴校正电压指令；ΔV￣d1*、ΔV￣d2*：d轴校正电压的第1振幅、d轴校正电压的第2振幅；ΔV￣q1*、ΔV￣q2*：q轴校正电压的第1振幅、q轴校正电压的第2振幅；Id*、Iq*：d轴电流指令、q轴电流指令；ΔId*、ΔIq*：d轴校正电流指令、q轴校正电流指令；I￣d、I￣q：d轴电流的平均值、q轴电流的平均值；Iuc、Ivc、Iwc：三相电流的检测值；ωrc、ωr*：马达速度的检测值(推测值)、马达速度指令；ω1、ω1*：电角度频率、电角度频率指令；θdc：转子位置、转子位置的检测值(推测值)；Δθc：轴误差；Tiqr：q轴电流指令用滤波器的时间常数；Tida、Tiqa：d轴平均电流用滤波器的时间常数、q轴平均电流用滤波器的时间常数；Kid、Kiq：d轴校正电流振幅增益、q轴校正电流振幅增益；Θid、Θiq：d轴校正电流相位、q轴校正电流相位；Kvd、Kvq：d轴校正电压增益、q轴校正电压增益；Θvd、Θvq：d轴校正电压相位、q轴校正电压相位；Kps、Kis：PLL控制的比例增益、PLL控制的积分增益。
具体实施方式
本发明主要基于能够在校正电压指令并作为前馈控制进行动作的转矩脉动抑制控制中简化校正电压振幅的生成。由此，其目的在于，即使是搭载有在处理能力中有制约的运算装置的马达驱动装置，仍能够实现转矩脉动抑制控制。
更具体而言，本发明的马达驱动装置的特征在于，具备：电力变换电路，驱动永磁马达；以及控制部，控制电力变换电路，控制部包括：电压指令生成部，生成电压指令；以及转矩脉动补偿部，生成校正电压指令，转矩脉动补偿部包括：振幅生成部，生成校正电压振幅；校正电压生成部，生成校正电压指令；以及加法部，将电压指令和校正电压指令相加而生成校正后电压指令，根据校正后电压指令使电力变换电路动作。
通过这样构成，转矩脉动补偿部生成脉动的校正电压指令，由此消除马达转矩的脉动的电流被通电。即，本发明的转矩脉动抑制控制作为前馈控制进行动作。
另外，转矩脉动补偿部的处理构成为被分割成生成校正电压振幅的部分和根据该振幅生成校正电压指令的部分，在特定的条件下，前者进行固定值的运算，后者进行变动值的运算。
以下，参照附图说明本发明的代表性的实施方式。
实施例1
图1示出本发明的第1实施方式的马达驱动装置。如图1所示，本实施例的马达驱动装置100具备：控制部103；以及电力变换电路104，驱动永磁马达101，永磁马达101具备位置传感器102，电力变换电路104具备电流传感器105。该永磁马达101例如是3相无刷DC马达。另外，电力变换电路104例如是三相全桥逆变器。
控制部103以矢量控制为基本结构，进行马达速度控制。控制部103从外部被输入马达速度指令ωr*，输出三相电压指令Vu*、Vv*、Vw*。
电力变换电路104根据从控制部103输出的三相电压指令Vu*、Vv*、Vw*进行动作。
矢量控制部106根据马达速度指令ωr*、d轴电流的检测值Idc、q轴电流的检测值Iqc、马达速度的检测值ωrc，输出d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*。
转子位置/马达速度生成部107根据位置传感器102的输出信号，输出马达速度的检测值ωrc和转子位置的检测值θdc。位置传感器102的输出信号例如是伴随旋转而生成的脉冲状的信号。
转矩脉动补偿部108根据马达速度指令ωr*和转子位置的检测值θdc，生成d轴校正电压指令ΔVd*和q轴校正电压指令ΔVq*，将这些指令分别与d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*相加。
dq/3相变换部109根据转子位置的检测值θdc，将d轴校正后电压指令Vd**和q轴校正后电压指令Vq**变换为三相电压指令Vu*、Vv*、Vw*。
3相/dq变换部110根据转子位置的检测值θdc，将三相电流的检测值Iuc、Ivc、Iwc变换为d轴电流的检测值Idc和q轴电流的检测值Iqc。
以上是本实施例的主要的构成要素。
图2示出矢量控制部106的内部结构。矢量控制部106具备速度控制部200、电流控制部201、电角度频率生成部202、电压指令生成部203。
速度控制部200具备减法器200a和速度控制用PI控制器200b。减法器200a根据马达速度指令ωr＊和马达速度的检测值ωrc的差分，输出马达速度偏差Δωr。速度控制用PI控制器200b根据马达速度偏差Δωr，输出q轴电流指令Iq＊。
电流控制部201具备d轴电流指令生成部201a、减法器201b、减法器201c、d轴电流控制用PI控制器201d以及q轴电流控制用PI控制器201e。d轴电流指令生成部201a输出预先设定的d轴电流指令Id＊。减法器201b根据d轴电流指令Id＊和d轴电流的检测值Idc的差分，输出d轴电流偏差ΔId。同样地，减法器201c根据q轴电流指令Iq＊和q轴电流的检测值Iqc的差分，输出q轴电流偏差ΔIq。d轴电流控制用PI控制器201d根据d轴电流偏差ΔId输出第2d轴电流指令Id＊＊。同样地，q轴电流控制用PI控制器201e根据q轴电流偏差ΔIq输出第2q轴电流指令Iq＊＊。
电角度频率生成部202根据马达速度指令的检测值ωrc输出电角度频率ω1。具体而言，进行以下的式(1)所示的运算。
[数学式1]
ω1＝Pmωrc 式(1)
在式(1)中，Pm是极对数(永磁马达的极数等于极对数的2倍)。
电压指令生成部203具备d轴电压指令生成部203a和q轴电压指令生成部203b。d轴电压指令生成部203a根据第2d轴电流指令Id＊＊、第2q轴电流指令Iq＊＊以及电角度频率ω1，输出d轴电压指令Vd＊。具体而言，进行以下的式(2)所示的运算。
[数学式2]
在式(2)中，R＊是绕组电阻的设定值，Lq＊是q轴电感的设定值。
q轴电压指令生成部203b根据第2d轴电流指令Id**、第2q轴电流指令Iq**以及电角度频率ω1，输出q轴电压指令Vq*。具体而言，进行以下的式(3)所示的运算。
[数学式3]
在式(3)中，Ld*是d轴电感的设定值，Ke*是感应电压常数的设定值。
转矩脉动补偿部108具备振幅生成部108a、校正电压生成部108b以及加法部108c。
图3示出振幅生成部108a的内部结构。振幅校正部108a具备振幅值数据表300。振幅值数据表300构成为根据马达速度指令ωr*读出d轴校正电压的第1振幅ΔV￣d1*、d轴校正电压的第2振幅ΔV￣d2*、q轴校正电压的第1振幅ΔV￣q1*以及q轴校正电压的第2振幅ΔV￣q2*。例如，在马达速度指令为“ωr*＝ωr1”的情况下，读出振幅值数据1～4，在为“ωr*＝ωr2”的情况下，读出振幅值数据5～8。后述这些4组振幅值的计算方法。
图4示出校正电压生成部108b的内部结构。校正电压生成部108b具备加法器400a、加法器400b以及乘法器401a～d、sin函数运算器402a、cos函数运算器402b。校正电压生成部108b根据d轴校正电压的第1振幅ΔV￣d1*、d轴校正电压的第2振幅ΔV￣d2*、q轴校正电压的第1振幅ΔV￣q1*以及q轴校正电压的第2振幅ΔV￣q2*，输出d轴校正电压ΔVd*和q轴校正电压ΔVq*。
图5示出加法部108c的内部结构。加法部108c具备加法器500a和加法器500b。加法器500a将d轴电压指令Vd*和d轴校正电压指令ΔVd*相加，输出d轴校正后电压指令Vd**。加法器500b将q轴电压指令Vq*和q轴校正电压指令ΔVq*相加，输出q轴校正后电压指令Vq**。
以下，说明转矩脉动补偿部108的具体的运算内容。
在本实施例中，提供用以下的式(4)表示的校正电流指令。
[数学式4]
在式(4)中，Kid是d轴校正电流振幅增益，Kiq是q轴校正电流振幅增益，Θid是d轴校正电流相位，Θiq是q轴校正电流相位，I￣d是d轴电流的平均值，I￣q是q轴电流的平均值，n是想要抑制的马达转矩脉动的次数。
接下来，为了通过前馈控制实现式(5)所示的校正电流指令，提供用以下的式(5)表示的校正电压指令。
[数学式5]
在式(5)中，ω1*是电角度频率指令(ω1*＝Pmωr*)，Kvd是d轴校正电压增益，Kvq是q轴校正电压增益，Θvd是d轴校正电压相位，Θvq是q轴校正电压相位。
在将式(4)代入到式(5)而整理为sin/cos函数和其振幅时，得到以下的式(6)以及式(7)。
[数学式6]
[数学式7]
根据式(7)，计算保存于振幅生成部108a的d轴校正电压的第1振幅ΔV￣d1*、d轴校正电压的第2振幅ΔV￣d2*、q轴校正电压的第1振幅ΔV￣q1*以及q轴校正电压的第2振幅ΔV￣q2*。该式所示的d轴电流的平均值I￣d和q轴电流的平均值I￣q例如也可以分别计算为d轴电流指令Id*和q轴电流指令Iq*。另外，式(6)相当于用公式表示图4所示的校正电压生成部108b的处理。
在此，如果考虑稳定状态(电角度频率指令ω1*、d轴电流的平均值Id￣、q轴电流的平均值Iq￣全部固定)，则用式(7)计算的振幅值全部为固定值。由此，通过预先计算式(7)，如图3所示，能够实现将4组振幅值保存到数据表的结构。
通过如以上那样构成转矩脉动补偿部108，能够使式(7)所示的复杂的运算成为同时读出4组振幅值数据的简单的处理，所以能够减少计算负荷。另外，在处理能力中有制约的运算装置的情况下，有可能在式(7)的运算中发生位数减少，但能够通过实施上述工序解决。
图6示出通过矢量控制驱动具有失真的感应电压的永磁马达的情况的动作波形。该图所示的eh5表示在U相的感应电压中含有的5次高次谐波分量。实际的马达中的感应电压分布相对基波分量经常含有5次、7次的高次谐波分量。此时，在进行矢量控制即正弦波驱动时，相对基波分量产生6次、12次的马达转矩脉动。
图7示出在本实施例中将d轴电流指令Id*和d轴校正电流指令ΔId*设定为零并针对基波分量抑制6次的马达转矩脉动的情况(即，n＝6)的动作波形。这样，通过根据马达转矩的脉动使q轴电流脉动，能够实现固定转矩。
振幅生成部108a由于可保存的振幅值数据的个数有限，所以如图8的虚线所示，相对马达速度，输出为断续的。因此，减少计算负荷并且实现如图8的实线所示的连续的输出，所以也可以使用以下说明的方法。
图9示出在图1所示的马达驱动装置中将转矩脉动补偿部108变更为转矩脉动补偿部902的结构。其中，校正电压生成部108b和加法部108c与图1所示的例子相同。
振幅生成部902a根据马达速度指令ωr*、d轴电流的检测值Idc以及q轴电流的检测值Iqc，输出d轴校正电压的第1振幅ΔV￣d1*、d轴校正电压的第2振幅ΔV￣d2*、q轴校正电压的第1振幅ΔV￣q1*以及q轴校正电压的第2振幅ΔV￣q2*。
图10示出在振幅生成部902a的内部结构中生成d轴校正电压的第1振幅ΔV￣d1*的部分。另外，生成d轴校正电压的第2振幅ΔV￣d2*、q轴校正电压的第1振幅ΔV￣q1*以及q轴校正电压的第2振幅ΔV￣q2*的部分的结构也与图10所示的例子相同。振幅生成部902a具备系数值数据1000、加法器1001、乘法器1002a～f、d轴平均电流用滤波器1003、q轴平均电流用滤波器1004以及电角度频率指令生成部1005。系数值数据1000由16个系数值数据构成。后述这些16个系数值的计算方法。
d轴平均电流用滤波器1003根据d轴电流的检测值Idc，输出d轴电流的平均值I￣d。具体而言，进行以下的式(8)所示的运算。
[数学式8]
在式(8)中，Tida是d轴平均电流用滤波器的时间常数。
q轴平均电流用滤波器1003也同样地根据q轴电流的检测值Iqc，输出q轴电流的平均值I￣q。具体而言，进行以下的式(9)所示的运算。
[数学式9]
在式(9)中，Tiqa是q轴平均电流用滤波器的时间常数。
电角度频率指令生成部1005根据马达速度指令ωr*输出电角度频率指令ω1*。具体而言，进行以下的式(10)所示的运算。
[数学式10]
说明保存于系数值数据1000的16个系数值数据的计算方法。在振幅运算部902a的情况下，也根据式(7)计算d轴校正电压的第1振幅ΔV￣d1*、d轴校正电压的第2振幅ΔV￣d2*、q轴校正电压的第1振幅ΔV￣q1*以及q轴校正电压的第2振幅ΔV￣q2*，但如以下的式(11)以及式(12)所示，具有将不依赖于驱动条件的参数集成而运算的不同点(在此，依赖于驱动条件的参数是指电角度频率指令ω1*、d轴电流的平均值Id￣以及q轴电流的平均值Iq￣这3个)。
[数学式11]
[数学式12]
根据式(12)计算的16个系数无论驱动条件如何都为固定值。由此，通过预先运算式(12)，能够作为16个系数值保存到振幅生成部902a。
通过如以上那样构成转矩脉动补偿部902，能够使式(7)所示的复杂的运算成为部分简化的式(11)和式(12)所示的处理，所以能够减少计算负荷。然而，由于针对每个运算周期处理这些计算，所以计算负荷依然庞大。因此，为了进一步减少计算负荷，可以根据运算内容单独地设定运算周期。
如上所述，在稳定状态下，根据式(7)计算的d轴校正电压的第1振幅ΔV￣d1*、d轴校正电压的第2振幅ΔV￣d2*、q轴校正电压的第1振幅ΔV￣q1*以及q轴校正电压的第2振幅ΔV￣q2*为固定值。由此，如果是稳定状态，则振幅运算部902a的输出结果也同样为固定值，所以对于运算周期不会受影响。
着眼于这点，在转矩脉动补偿部902中，进行与运算内容对应的运算周期的单独设定。图11示出在转矩脉动补偿部902中针对振幅生成部902a以第1运算周期Ts1进行处理、针对校正电压生成部108b和加法部108c以第2运算周期Ts2进行处理的情况的结构。在该图中，第2运算周期Ts2被应用于处理变动值的部分，所以需要将运算周期设定得足够短。另一方面，第1运算周期Ts1被应用于处理固定值的振幅生成部902a，所以能够将运算周期设定得长。这样，通过进行运算周期的单独设定，能够减少转矩脉动补偿部902中的振幅生成部902a的计算次数，减少计算负荷。
实施例2
在第1实施方式中，说明了具备实现转矩脉动抑制控制的单元的马达驱动装置中的需要位置传感器的例子。在本实施例中，说明无需位置传感器的例子(即无位置传感器)。
图12示出本发明的第2实施方式的马达驱动装置。马达驱动装置1200在图1所示的马达驱动装置中将转子位置/马达速度生成部107变更为转子位置/马达速度推测部1202。
转子位置/马达速度推测部1202根据d轴电压指令Vd*、q轴电压指令Vq＊、d轴电流的检测值Idc以及q轴电流的检测值Iqc，输出马达速度的推测值ωrc和转子位置的推测值θdc。图13示出控制轴(dc-qc轴)和轴误差Δθc的定义。转子位置/马达速度推测部1202使用PLL(PLL：Phase Locked Loop，锁相环)控制器，以使轴误差Δθc为零的方式调整电角度频率ω1。即，以使控制轴的dc轴和qc轴分别与d轴和q轴一致的方式动作。
图14示出转子位置/马达速度推测部1202的内部结构。转子位置/马达速度推测部1202具备轴误差推测部1400、PLL控制部1401、机械角度频率生成部1402、积分器1403。轴误差推测部1400根据d轴电压指令Vd＊、q轴电压指令Vq＊、d轴电流的检测值Idc、q轴电流的检测值Iqc，输出轴误差Δθc。具体而言，进行以下的式(13)所示的运算。
[数学式13]
PLL控制部1401根据轴误差Δθc输出电角度频率ω1。具体而言，进行以下的式(14)所示的运算。
[数学式14]
ω1＝-(KpsΔθc+Kis∫Δθcdt) 式(14)
在式(14)中，Kps是PLL控制的比例增益，Kis是PLL控制的积分增益。
机械角度频率生成部1402根据电角度频率ω1输出马达速度的推测值ωrc(在本实施例中，由于用公式计算ωrc，所以称为推测值)。具体而言，进行以下的式(15)所示的运算。
[数学式15]
积分器1403根据电角度频率ω1输出转子位置的推测值θdc(在本实施例中，由于用公式计算θdc，所以称为推测值)。
通过如以上那样构成马达驱动装置1200，能够使马达驱动装置100无位置传感器。
另外，能够与第1实施方式同样地使用振幅生成部902构成图12所示的马达驱动装置1200。图15示出在图12所示的马达驱动装置中将转矩脉动补偿部108变更为转矩脉动补偿部902的结构。马达驱动装置1500的构成要素以上已全部说明。
实施例3
第1实施方式和第2实施方式一方面能够得到良好的转矩响应特性，另一方面矢量控制部106的设计复杂。因此，作为简化矢量控制部的结构的例子，示出第3实施方式。
图16示出本发明的第3实施方式的马达驱动装置。马达驱动装置1600在图1所示的马达驱动装置中将矢量控制部106变更为矢量控制部1602、将转子位置/马达速度生成部107变更为转子位置推测部1603。
矢量控制部1602根据马达速度指令ωr*和q轴电流的检测值Iqc，输出d轴电压指令Vd*和q轴电压指令Vq*。
图17示出矢量控制部1602的内部结构。矢量控制部1602具备d轴电流指令生成部1700、q轴电流指令生成部1701、电角度频率指令生成部1702、d轴电压指令生成部1703以及q轴电压指令生成部1704。d轴电流指令生成部1700输出预先设定的d轴电流指令Id*。q轴电流指令生成部1701根据q轴电流的检测值Iqc输出q轴电流指令Iq*。具体而言，进行以下的式(16)所示的运算。
[数学式16]
在式(16)中，Tiqr是q轴电流指令用滤波器的时间常数。
电角度频率指令生成部1702根据马达速度指令ωr*输出电角度频率指令ω1*。具体而言，进行式(10)所示的运算。
d轴电压指令生成部1703根据d轴电流指令Id*、q轴电流指令Iq*以及电角度频率指令ω1*，输出d轴电压指令Vd*。具体而言，进行以下的式(17)所示的运算。
[数学式17]
q轴电压指令生成部1704根据d轴电流指令Id*、q轴电流指令Iq*以及电角度频率指令ω1*，输出q轴电压指令Vq*。具体而言，进行以下的式(18)所示的运算。
[数学式18]
转子位置推测部1603根据d轴电压指令Vd*、q轴电压指令Vq*、马达速度指令ωr*、d轴电流的检测值Idc、q轴电流的检测值Iqc，输出转子位置的推测值θdc(在本实施例中，由于用公式计算θdc，所以称为推测值)。
图18示出转子位置推测部1603的内部构造。转子位置推测部1603具备轴误差推测部1400(与图14相同)、电角度频率指令生成部1800、PLL控制部1801以及积分器1802。
电角度频率指令生成部1800根据马达速度指令ωr*输出电角度频率指令ω1*。具体而言，进行式(10)所示的运算。
PLL控制部1801根据轴误差Δθc和电角度频率指令ω1*，输出电角度频率ω1。具体而言，进行以下的式(19)所示的运算。
[数学式19]
积分器1802根据电角度频率ω1输出转子位置的推测值θdc。
在第1实施方式和第2实施方式中，在矢量控制部106中需要设计多个PI控制器。另一方面，在第3实施方式中，在矢量控制部1602中只要仅设计q轴电流指令生成部1701即可。由此，虽然转矩响应特性劣化，但控制部的设计非常容易。
另外，能够与第1实施方式和第2实施方式同样地使用振幅生成部902构成图16所示的马达驱动装置1600。图19示出在图16所示的马达驱动装置中将转矩脉动补偿部108变更为转矩脉动补偿部902的结构。马达驱动装置1900的构成要素以上已全部说明。
实施例4
图20示出将第3实施方式的马达驱动装置应用到搭载于空调器的室外机的风扇马达系统的例子。在该用途中，不要求高的转矩响应特性，所以易于设计的第3实施方式是合适的。
室外机2000搭载风扇马达用驱动装置2001、压缩机马达用驱动装置2002、风扇马达2003、风扇2004、框体2005以及压缩机装置2006。风扇马达用驱动装置2001是基于第3实施方式的马达驱动装置。另外，风扇马达2003例如是三相无刷DC马达。
说明室外机2000中的风扇马达系统的动作。交流电源2007与压缩机马达用驱动装置2002连接。压缩机马达用驱动装置2002将供给的交流电压Vac整流为直流电压Vdc来驱动压缩机装置2006。同时，压缩机马达用驱动装置2002对风扇马达用驱动装置2001也供给直流电压Vdc，还输出马达速度指令ωr*。风扇马达用驱动装置2001根据输入的马达速度指令ωr*进行动作，将三相电压供给到风扇马达2003。由此，风扇马达2003驱动，连接的风扇2004旋转。以上是风扇马达系统的动作。
在空调器的室外机中，为了低成本化，一般在风扇马达用驱动装置2001中搭载廉价的运算装置。另外，在风扇马达2003中经常未附加有位置传感器。在这样的用途中，也将基于第3实施方式的马达驱动装置用作风扇马达用驱动装置，从而能够实现转矩脉动抑制控制。其结果，风扇马达2003所引起的向框体2005的振动被减少，能够减少从室外机部件2000释放的噪音。
另外，在风扇马达中附加有位置传感器的情况下，能够通过基于第1实施方式的马达驱动装置实现转矩脉动抑制控制。
进而，第1实施方式～第3实施方式的马达驱动装置还能够用作压缩机马达用驱动装置。总之，只要是以矢量控制为基本结构的马达驱动装置，就能够应用本发明。
以上的说明仅为一个例子，本发明都不限定于上述实施方式的结构。

Claims (9)

1.一种马达驱动装置，其特征在于，具备：
电力变换电路，驱动永磁马达；以及
控制部，控制所述电力变换电路，
所述控制部包括电压指令生成部和转矩脉动补偿部，
所述转矩脉动补偿部包括振幅生成部、校正电压生成部以及加法部，
所述电压指令生成部输出电压指令，
所述振幅生成部输出校正电压振幅，
所述校正电压生成部根据所述校正电压振幅和转子位置输出校正电压指令，
所述加法部根据所述电压指令和所述校正电压指令输出校正后电压指令，
根据所述校正后电压指令使所述电力变换电路动作。
2.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其特征在于，
所述振幅生成部根据马达速度指令输出所述校正电压振幅。
3.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其特征在于，
所述振幅生成部根据马达速度指令和电流检测值输出所述校正电压振幅。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的马达驱动装置，其特征在于，
所述振幅生成部以第1运算周期进行处理，
所述校正电压生成部以及所述加法部以第2运算周期进行处理，
所述第1运算周期比所述第2运算周期长。
5.根据权利要求4所述的马达驱动装置，其特征在于，
所述振幅生成部根据式(7)输出d轴校正电压的第1振幅ΔVd1*、d轴校正电压的第2振幅ΔVd2*、q轴校正电压的第1振幅ΔVq1*以及q轴校正电压的第2振幅ΔVq2*，
[数学式1]
其中，R*表示绕组电阻的设定值，Ld*表示d轴电感的设定值，Lq*表示q轴电感的设定值，ω1*表示电角度频率指令，Id￣表示d轴电流的平均值，Iq￣表示q轴电流的平均值，Kid表示d轴校正电流增益，Kiq表示q轴校正电流增益，Kvd表示d轴校正电压增益，Kvq表示q轴校正电压增益，Θid表示d轴校正电流相位，Θiq表示q轴校正电流相位，Θvd表示d轴校正电压相位，Θvq表示q轴校正电压相位，n表示想要抑制的马达转矩脉动的次数。
6.根据权利要求5所述的马达驱动装置，其特征在于，
所述校正电压生成部根据式(6)输出d轴校正电压指令ΔVd*以及q轴校正电压指令ΔVq*，
[数学式2]
其中，θdc表示转子位置。
7.根据权利要求6所述的马达驱动装置，其特征在于，
所述马达驱动装置还具备转子位置检测单元和转子位置/马达速度生成部，
所述转子位置/马达速度生成部根据所述转子位置检测单元的输出信号输出所述转子位置。
8.根据权利要求2或者3所述的马达驱动装置，其特征在于，
所述马达驱动装置还具备电流检测单元和转子位置/马达速度推测部，
所述振幅生成部以第1运算周期进行处理，
所述校正电压生成部以及所述加法部以第2运算周期进行处理，
所述第1运算周期比所述第2运算周期长，
所述振幅生成部根据式(7)输出d轴校正电压的第1振幅ΔVd1*、d轴校正电压的第2振幅ΔVd2*、q轴校正电压的第1振幅ΔVq1*以及q轴校正电压的第2振幅ΔVq2*，
所述校正电压生成部根据式(6)输出d轴校正电压指令ΔVd*以及q轴校正电压指令ΔVq*，
所述电流检测单元输出电流检测值，
所述转子位置/马达速度推测部根据所述马达速度指令、所述电压指令以及所述电流检测值，输出所述转子位置，
[数学式3]
[数学式4]
其中，R*表示绕组电阻的设定值，Ld*表示d轴电感的设定值，Lq*表示q轴电感的设定值，ω1*表示电角度频率指令，Id￣表示d轴电流的平均值，Iq￣表示q轴电流的平均值，Kid表示d轴校正电流增益，Kiq表示q轴校正电流增益，Kvd表示d轴校正电压增益，Kvq表示q轴校正电压增益，Θid表示d轴校正电流相位，Θiq表示q轴校正电流相位，Θvd表示d轴校正电压相位，Θvq表示q轴校正电压相位，n表示想要抑制的马达转矩脉动的次数，θdc表示转子位置。
9.一种空调室外机，其特征在于，具备：
权利要求1～8中的任意一项所述的马达驱动装置；
所述永磁马达；
风扇，与所述永磁马达连接；
框体，安装所述永磁马达；以及
压缩机装置系统。
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