CN110086381B - 马达驱动装置、具备该马达驱动装置的冷冻循环装置以及马达驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够兼得负荷振动的抑制和马达损失的减少的马达驱动装置等。马达驱动装置(50)具备基于与压缩机(11)连结的马达(M)的转速和负荷转矩中至少一方来调整马达(M)的转速的变动允许幅度的控制部(51)。由此，能够根据马达(M)的运转条件来连续地调整使马达(M)的输出转矩与压缩机(11)的负荷转矩一致的转矩控制的起效程度以及与负荷转矩的变动无关地使马达(M)的输出转矩恒定的电流恒定控制的起效程度。

Description

马达驱动装置、具备该马达驱动装置的冷冻循环装置以及马 达驱动方法

本申请是国际申请号为PCT/JP2017/034270，国际申请日为2017年9月 22日，进入国家阶段申请号为201780038464.3，名称为“马达驱动装置、具备该马达驱动装置的冷冻循环装置以及马达驱动方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及驱动马达的马达驱动装置等。

背景技术

公知旋转式压缩机、往复式压缩机在制冷剂的压缩过程中产生较大的转矩变动。作为抑制伴随这样的转矩变动产生的振动、噪声的技术，例如，专利文献1中如下记载：以使作为马达的输出转矩与压缩机的负荷转矩(脉动转矩) 的差的周期性转矩变动为零的方式控制马达。

在专利文献1所记载的技术中，虽然能够抑制压缩机的振动等，但由于伴随转矩变动，流向马达的电流的峰值较大地变动，因而有导致损失的增加这一情况。因此，作为减少马达损失的技术，例如，专利文献2中如下记载：大致恒定地保持马达电流的峰值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4221307号公报

专利文献2：日本专利第4958431号公报

发明内容

发明所要解决的课题

如上所述，在专利文献1所记载的技术中，虽然能够抑制压缩机的振动等，但导致马达损失的增加。另一方面，在专利文献2所记载的技术中，虽然能够减少马达损失，但有压缩机的振动较大的情况。也就是说，作为“负荷”的压缩机的振动的抑制与马达损失的减少成为权衡(trade-off)的关系。

因此，本发明的课题在于提供能够兼得负荷振动的抑制和马达损失的减少的马达驱动装置等。

用于解决课题的方案

为了解决上述的课题，本发明的特征在于，基于与负荷连结的马达的转速和负荷转矩中至少一方，来调整上述马达的转速的变动允许幅度。

具体地，方案一是一种马达驱动装置，其特征在于，

具备控制部，上述控制部基于与负荷连结的马达的转速和负荷转矩中至少一方，来调整上述马达的转速的变动允许幅度，

上述控制部基于上述转速以及上述负荷转矩来在上述马达的电流峰值根据上述负荷转矩的周期性变动而变动的第一驱动区域、与上述负荷转矩的周期性变动无关地使上述电流峰值恒定的第二驱动区域以及上述马达的每旋转的上述电流峰值的变动幅度比上述第一驱动区域的该变动幅度小且比上述第二驱动区域的该变动幅度大的第三驱动区域的任一区域内控制上述马达。

方案二是一种马达驱动装置，其特征在于，

具备控制部，上述控制部基于与负荷连结的马达的转速和负荷转矩中至少一方，来调整上述马达的转速的变动允许幅度，

上述控制部基于上述转速以及上述负荷转矩来在与上述负荷转矩的周期性变动无关地使上述转速恒定的第一驱动区域、上述转速根据上述负荷转矩的周期性变动而变动的第二驱动区域以及上述马达的每旋转的上述转速的变动幅度比上述第一驱动区域的该变动幅度大且比上述第二驱动区域的该变动幅度小的第三驱动区域的任一区域内控制上述马达。

方案三是一种冷冻循环装置，其特征在于，具备：

制冷剂回路，其呈环状地依次连接压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器，并且制冷剂在冷冻循环中循环；和

马达驱动装置，其驱动与上述压缩机连结的马达，

上述马达驱动装置基于上述马达的转速和负荷转矩中至少一方来调整上述马达的转速的变动允许幅度，

基于上述转速以及上述负荷转矩来在上述马达的电流峰值根据上述负荷转矩的周期性变动而变动的第一驱动区域、与上述负荷转矩的周期性变动无关地使上述电流峰值恒定的第二驱动区域以及上述马达的每旋转的上述电流峰值的变动幅度比上述第一驱动区域的该变动幅度小且比上述第二驱动区域的该变动幅度大的第三驱动区域的任一区域内控制上述马达。

方案四是一种马达驱动方法，其特征在于，

基于与负荷连结的马达的转速和负荷转矩中至少一方来调整上述马达的转速的变动允许幅度，

基于上述转速以及上述负荷转矩来在上述马达的电流峰值根据上述负荷转矩的周期性变动而变动的第一驱动区域、与上述负荷转矩的周期性变动无关地使上述电流峰值恒定的第二驱动区域以及上述马达的每旋转的上述电流峰值的变动幅度比上述第一驱动区域的该变动幅度小且比上述第二驱动区域的该变动幅度大的第三驱动区域的任一区域内控制上述马达。

发明的效果如下。

根据本发明，能够提供能够兼得负荷振动的抑制和马达损失的减少的马达驱动装置等。

附图说明

图1是具备本发明的第一实施方式的马达驱动装置的空调机的说明图。

图2是具备本发明的第一实施方式的马达驱动装置的空调机的结构图。

图3是本发明的第一实施方式的马达驱动装置所具备的控制部的结构图。

图4是示出在转矩控制中，使马达以机械角旋转一圈后的压缩机的负荷转矩、马达的输出转矩、转速以及马达电流的说明图。

图5是示出在电流恒定控制中，使马达以机械角旋转了一圈时的压缩机的负荷转矩、马达的输出转矩、转速以及马达电流的说明图。

图6是示出在调整控制中，使马达以机械角旋转了一圈时的压缩机的负荷转矩、马达的输出转矩、转速以及马达电流的说明图。

图7是示出在与图6不同例子的调整控制中，使马达以机械角旋转了一圈时的压缩机的负荷转矩、马达的输出转矩、转速以及马达电流的说明图。

图8是本发明的第一实施方式的马达驱动装置所具备的速度控制部的功能框图。

图9是本发明的第一实施方式的马达驱动装置所具备的转矩控制部的说明图。

图10是本发明的第一实施方式的马达驱动装置所具备的电流恒定控制部的说明图。

图11是关于本发明的第一实施方式的马达驱动装置所具备的变动允许度指令部的处理的说明图。

图12是第二传递函数的控制系数K₄较大的情况下的伯德图。

图13是第二传递函数的控制系数K₄的大小为中等程度的情况下的伯德图。

图14是第二传递函数的控制系数K₄较小的情况下的伯德图。

图15是关于本发明的第一实施方式的马达驱动装置的变动允许度指令Δω_r ^*的设定的说明图。

图16是使转速的变动允许度指令Δω_r ^*从0直至ω_rMax ^*以四个阶段阶段性地增加的情况下的模拟结果。

图17是将图16的时刻t0～t1的时间轴放大的波形图。

图18是将图16的时刻t1～t2的时间轴放大的波形图。

图19是将图16的时刻t2～t3的时间轴放大的波形图。

图20是将图16的时刻t3～t4的时间轴放大的波形图。

图21是使转速的变动允许度指令Δω_r ^*从0直至ω_rMax ^*附近急剧变化的情况下的模拟结果。

图22是本发明的第二实施方式的马达驱动装置所具备的速度控制部的功能框图。

图23是本发明的第二实施方式的马达驱动装置所具备的转矩控制部的说明图。

图24是本发明的变形例的马达驱动装置所具备的速度控制部的功能框图。

具体实施方式

以下，作为一个例子，对由马达M驱动空调机100(参照图2)的压缩机 11的结构进行说明。

《第一实施方式》

〈空调机的结构〉

图1是具备第一实施方式的马达驱动装置的空调机100的说明图。

空调机100(冷冻循环装置)是进行供冷运转、供暖运转等空气调节的设备。如图1所示，空调机100具备室外机Go、室内机Gi以及遥控器Re。

在室外机Go收纳有压缩机11(参照图2)、室外换热器13等，在室内机 Gi收纳有室内换热器14等(参照图2)。并且，室外机Go与室内机Gi经由作为后述的制冷剂回路10(参照图2)的一部分的配管k而连接。遥控器Re 将运转/停止的指令、设定温度的变更、运转模式的变更等操作信号发送至室内机Gi。

图2是具备马达驱动装置50的空调机100的结构图。

如图2所示，空调机100具备制冷剂回路10、室外风扇Fo以及室内风扇 Fi。并且，空调机100除上述结构之外，还具备马达M、变换器20、逆变器 30、电流检测器40以及马达驱动装置50。

制冷剂回路10是经由四通阀12呈环状地依次连接有压缩机11(负荷)、室外换热器13、膨胀阀15以及室内换热器14的回路。

压缩机11是压缩气体状的制冷剂的设备，与马达M的转子连结。压缩机 11具有在制冷剂的压缩过程中产生周期性转矩变动的特性。作为这样的压缩机11，例如可以举出旋转式压缩机、往复式压缩机，但不限定于此。

马达M例如是永磁同步电动机，与压缩机11连结。

四通阀12是切换制冷剂的流动方向的阀。即，在供暖运转时(图2的实线箭头)，控制四通阀12，以使室内换热器14作为冷凝器发挥功能，并且使室外换热器13作为蒸发器发挥功能。另一方面，在供冷运转时(图2的虚线箭头)，控制四通阀12，以使室外换热器13作为冷凝器发挥功能，并且使室内换热器14作为蒸发器发挥功能。

也就是说，制冷剂回路10构成为经由四通阀12呈环状地依次连接有压缩机11、冷凝器(室外换热器13、室内换热器14中的一个)、膨胀阀15以及蒸发器(室外换热器13、室内换热器14中另一个)。而且，基于来自遥控器Re 的操作信号、各种传感器(未图示)的检测值，在制冷剂回路10中，制冷剂以公知的冷冻循环(热泵循环)中循环。

室外换热器13是在外部空气与制冷剂之间进行换热的换热器。

室外风扇Fo是向室外换热器13送入外部空气的风扇，设置于室外换热器 13的附近。

室内换热器14是在室内空气(空气调节对象空间的空气)与制冷剂之间进行换热的换热器。

室内风扇Fi是向室内换热器14送入室内空气的风扇，设置于室内换热器 14的附近。

膨胀阀15是对由上述的“冷凝器”冷凝后的制冷剂进行减压的阀。由膨胀阀15减压后的制冷剂被引导至上述的“蒸发器”。

变换器20是将从交流电源E施加的交流电压变换为直流电压的电力变换器。

逆变器30是三相全桥逆变器，是将从变换器20施加的直流电压变换为三相交流电压、并该三相交流电压施加给马达M的绕组的电力变换器。

电流检测器40例如是分流电阻，检测从变换器20供给至逆变器30的电流。向以下说明的马达驱动装置50的控制部51输出电流检测器40的检测值。

马达驱动装置50是通过驱动马达M来驱动与该马达M连结的压缩机11 的装置。如图2所示，马达驱动装置50具备控制部51。虽未图示，但控制部51构成为包括CPU(CentralProcessing Unit)、ROM(Read Only Memory)、 RAM(Random Access Memory)、各种接口等电子电路。而且，读取存储于 ROM的程序并在RAM中展开该程序，CPU执行各种处理。

〈控制部的结构〉

图3是马达驱动装置50所具备的控制部51的结构图。

如图3所示，控制部51具备三相/双轴变换部51a、轴误差运算部51b、 PLL电路51c、积分器51d以及速度控制部51e。并且，控制部51除具备上述的结构之外，还具备减法器51f、51g、电流控制部51h、电压指令运算部51i、双轴/三相变换部51j以及PWM信号生成部51k。

此外，基于电流检测器40(参照图2)的电流检测值，在控制部51中再现三相坐标系的电流(I_u，I_v，I_w)，并向三相/双轴变换部51a输出该电流(I_u，I_v，I_w)的值。

三相/双轴变换部51a基于马达M(参照图2)的转子的相位θ_dc，将三相坐标系的电流(I_u，I_v，I_w)变换为dc轴、qc轴的电流检测值(I_dc，I_qc)。此外，将马达M中的实际的磁通Φ的方向作为d轴，并将与该d轴正交的轴作为q轴。

并且，在控制部51中，将假定的d轴作为dc轴(qc轴也相同)。也就是说，电流检测值(I_dc，I_qc)是在控制部51中假定的dc轴、qc轴的马达电流。

轴误差运算部51b例如使用以下的式(1)来运算轴误差Δθ，该轴误差Δθ是马达M中的实际的磁通Φ的相位与作为积分器51d的运算结果的相位θ_d之间的轴误差。此外，式(1)所示的R是马达M的绕组电阻，L_qc是马达M的 q轴电感。并且，dc轴电压指令V_dc ^*等所标注的上标的“*”表示是指令值。

[式1]

PLL电路51c(Phase Locked Loop)基于PI控制(Proportional Integralcontrol)，以由轴误差运算部51b运算出的轴误差Δθ与零一致的方式运算马达 M的转速ω_r。由此在控制部51中假定的dc轴、dq轴与对应于马达M的实际的磁通Φ的d轴、q轴一致，因而能够无位置传感器地对马达M进行矢量控制。

积分器51d通过对转速ω_r进行积分，来运算马达M的转子的相位θ_dc。

速度控制部51e基于在控制部51(参照图2)中运算出的预定的转速指令ω_r ^*和从PLL电路51c输入的马达M的转速ω_r，来运算转矩电流指令Iq^*。该速度控制部51e的处理是第一实施方式的主要特征之一，在下文中对其进行详细说明。

减法器51f运算预定的励磁电流指令Id^*与作为三相/双轴变换部51a的运算结果的电流检测值I_dc的差ΔId。此外，在马达M是非凸极型(Ld＝Lq)的情况下，励磁电流指令Id^*设定为零。并且，在马达M是反凸极型(Ld＜Lq) 的情况下，设定基于转矩电流指令Iq^*的最适当的励磁电流指令Id^*。

减法器51g运算作为速度控制部51e的运算结果的转矩电流指令Iq^*与作为三相/双轴变换部51a的运算结果的电流检测值I_qc的差ΔIq。

电流控制部51h以使上述的差ΔId、ΔIq为零的方式运算第二励磁电流指令Id^**和第二转矩电流指令Iq^**。

电压指令运算部51i基于作为电流控制部51h的运算结果的第二励磁电流指令Id^**和第二转矩电流指令Iq^**，并使用公知的电压方程式来运算电压指令(V_d ^*、V_q ^*)。

双轴/三相变换部51j基于作为积分器51d的运算结果的相位θ_dc，将作为电压指令运算部51i的运算结果的d轴、q轴的电压指令(V_d ^*、V_q ^*)变换为三相的电压指令(V_u ^*、V_v ^*，V_w ^*)。

PWM信号生成部51k基于作为双轴/三相变换部51j的运算结果的电压指令(V_u ^*、V_v ^*、V_w ^*)，来生成基于PWM控制的指令信号(PWM信号)。通过向逆变器30的各开关元件(未图示)输出该PWM信号，来驱动马达M。

〈转矩控制、电流恒定控制、调整控制〉

在说明作为第一实施方式的主要特征之一的速度控制部51e(参照图3) 之前，依次说明马达M的“转矩控制”、“电流恒定控制”及“调整控制”。

上述的“转矩控制”是使马达M的输出转矩与压缩机11的负荷转矩一致的控制。

图4是示出在转矩控制中，使马达M以机械角旋转了一圈时的压缩机11 的负荷转矩、马达M的输出转矩、转速以及马达电流的说明图。

如上所述，若使马达M以机械角旋转一圈，则在压缩机11的制冷剂的压缩过程中产生转矩变动(即压缩机11的负荷转矩进行脉动)。在图4所示的例子中，在马达M以机械角旋转一圈的过程中，负荷转矩进行一次脉动。

在“转矩控制”中，如图4所示，由于使输出转矩与负荷转矩一致，所以马达M的转速恒定。由此可抑制压缩机11的振动、噪声。另一方面，由于伴随负荷转矩的变动而马达电流的峰值较大地变动，所以马达M的损失(铜损等)成为较大的值，但对此未图示。

并且，“电流恒定控制”是与负荷转矩的变动无关地使马达M的输出转矩 (即马达电流的峰值)为恒定的控制。

图5是示出在电流恒定控制中，在使马达M的转子以机械角旋转了一圈时的压缩机11的负荷转矩、马达M的输出转矩、转速以及马达电流的说明图。

在“电流恒定控制”中，如上所述，由于马达M的输出转矩维持为恒定，所以马达电流的峰值也恒定。由此能够减少马达M的损失。另一方面，由于马达M的转速较大地变动，所以在压缩机11中容易产生振动。

这样，压缩机11的振动的抑制与马达M的损失的减少成为权衡的关系。因此，在第一实施方式中，进行根据马达M的运转条件来连续地(无缝地) 变更转矩控制的起效程度和电流恒定控制的起效程度的“调整控制”。由此，能够兼得压缩机11的振动的抑制和马达M的损失的减少。

图6是示出在调整控制中，在使马达M以机械角旋转了一圈时的压缩机 11的负荷转矩、马达M的输出转矩、转速以及马达电流的说明图。

在图6所示的例子中，进行接近转矩控制(抑制转速的倾向)的“调整控制”。如图6所示，通过使马达M的输出转矩接近负荷转矩的脉动，能够抑制压缩机11的振动。并且，由于与“转矩控制”(参照图4)的情况相比，马达电流的峰值的变动幅度较小，所以能够实现损失的减少。

图7是示出在与图6不同例子的调整控制中，在使马达M以机械角旋转了一圈时的压缩机11的负荷转矩、马达M的输出转矩、转速以及马达电流的说明图。

在图7所示的例子中，进行接近电流恒定控制(抑制马达电流的峰值变动的倾向)的“调整控制”。如图7所示，通过抑制马达电流的变动，能够减少马达损失。并且，与“电流恒定控制”(参照图5)的情况相比，能够抑制压缩机11的振动、噪声。

〈速度控制部的结构〉

图8是马达驱动装置50所具备的速度控制部51e的功能框图。

如图8所示，速度控制部51e具备加法器e1、减法器e2、速度控制器e3、加法器e4、转矩控制部e5、电流恒定控制部e6以及变动允许度指令部e7。

加法器e1通过将在控制部51(参照图2)中运算出的预定的转速指令ω_r ^*与作为电流恒定控制部e6的运算结果的转速指令修正值ω₁ ^*相加，来运算第二旋转速指令ω_r ^**。

减法器e2通过从第二旋转速指令ω_r ^**减去马达M的转速ω_r，来运算转速偏差Δω_r。

速度控制器e3基于转速偏差Δω_r，并且例如通过PI控制，来运算与马达 M的平均转矩对应的转矩电流指令Iq₀ ^*。

加法器e4通过将作为速度控制器e3的运算结果的转矩电流指令Iq₀ ^*与作为转矩控制部e5的运算结果的转矩电流指令修正值Iq₁ ^*相加，来运算新的转矩电流指令Iq^*。

转矩控制部e5基于转速指令ω_r ^*、转速偏差Δω_r以及变动允许度指令Δω_r ^*(转速的变动允许幅度)，并使用以下的式(2)所示的第一传递函数来运算转矩电流指令修正值Iq₁ ^*。该转矩电流指令修正值Iq₁ ^*是在图8所示的加法器 e4中被加算到转矩电流指令Iq₀ ^*的值。

此外，式(2)所示的s是拉普拉斯算子，K₁、K₂、K₃是控制系数，ω₀是预定的中心频率。

[式2]

式(2)所示的第一传递函数具有如下特性：在预定的中心频率ω₀有灵敏度(增益)、并在其它频率基本没有灵敏度。因此，通过将该中心频率ω₀的值设定为转速指令ω_r ^*，能够以仅对转速指令ω_r ^*的角频率进行反应的方式构成转矩控制部e5。由此，基本不会提高与转速指令ω_r ^*不同的频率的灵敏度，能够实现转速指令ω_r ^*的高灵敏度化(高增益化)。并且，也有能够使转速偏差Δω_r大致为零的优点。

图9是马达驱动装置50所具备的转矩控制部e5的说明图。

转矩控制部e5具备进行与式(2)所示的第一传递函数等价的运算的第一运算部e51和变更控制系数K₃的大小的系数变更部e52。此外，如上所述，第一运算部e5的处理所包括的中心频率ω₀的值设定为转速指令ω_r ^*。

在图9所示的第一运算部e51中，通过进行加减法等预定的运算，以使转速偏差Δω_r为零的方式运算转矩电流指令修正值Iq₁ ^*，但对此省略详细的说明。这样，使转速偏差Δω_r为零的(即以预定的转速进行维持)控制是上述的“转矩控制”(参照图4)。总之，式(2)所示的第一传递函数是用于进行“转矩控制”的函数。

并且，图9所示的系数变更部e52具备变动检测部e521、减法器e522以及积分器e523。

变动检测部e521例如通过检测预定时间内的转速偏差Δω_r的变动峰值，来运算转速偏差Δω_r的振幅值。此外，也可以使用一阶滞后滤波器来运算转速偏差Δω_r的振幅值。

减法器e522运算转速偏差Δω_r的振幅值与变动允许度指令Δω_r ^*的差。此外，变动允许度指令Δω_r ^*是用于调整“转矩控制”的起效程度的指令值，并从后述的变动允许度指令部e7(参照图8)输入至减法器e522。该变动允许度指令Δω_r ^*越小，“转矩控制”的起效程度越强。

积分器e523以使作为减法器e522的运算结果的差为零(即，使转速偏差Δω_r的振幅值与变动允许度指令Δω_r ^*一致)的方式变更控制系数K₃的大小。此外，也可以使用基于PI控制的比例积分器来代替积分器e523。

图8所示的电流恒定控制部e6基于转速指令ω_r ^*、转矩电流指令Iq₀ ^*以及变动允许度指令Δq^*(转矩电流的变动允许幅度)，并使用以下的式(3)所示的第二传递函数来运算转速指令修正值ω₁ ^*。该转速指令修正值ω₁ ^*是在图8 所示的加法器e1中被加算到转速指令ω_r ^*的值。并且，式(3)所示的K₄、K₅是控制系数。

[式3]

式(3)所示的第二传递函数具有如下的特性：在预定的中心频率ω₀有灵敏度(增益)、并在其它频率基本没有灵敏度。因此，通过将中心频率ω₀的值设定为转速指令ω_r ^*，能够以仅对转速指令ω_r ^*的角频率进行反应的方式构成电流恒定控制部e6。由此，基本不会提高与转速指令ω_r ^*不同的频率的灵敏度，能够实现转速指令ω_r ^*的高灵敏度化(高增益化)。并且，也有能够使转矩电流指令Iq₀ ^*恒定的优点。

图10是马达驱动装置50所具备的电流恒定控制部e6的说明图。

电流恒定控制部e6具备进行与式(3)所示的第二传递函数等价的运算的第二运算部e61和变更控制系数K₅的大小的系数变更部e62。此外，如上所述，第二运算部e6的处理所包括的中心频率ω₀的值设定为转速指令ω_r ^*。

在图10所示的第二运算部e61中，通过进行加减法等预定的运算，以使转矩电流指令Iq₀ ^*恒定的方式运算转速指令修正值ω₁ ^*，但对此省略详细的说明。这样，使转矩电流指令Iq₀ ^*恒定(即消除输出转矩的脉动)的控制是上述的“电流恒定控制”(参照图5)。总之，式(3)所示的第二传递函数是用于进行“电流恒定控制”的函数。

图10所示的系数变更部e62具备变动检测部e621、减法器e622、以及积分器e623。

变动检测部e621例如通过检测预定时间内的转矩电流偏差ΔIq的变动峰值，来运算转矩电流偏差ΔIq的振幅值。此外，也可以使用一阶滞后滤波器来运算转矩电流偏差ΔIq的振幅值。

减法器e622运算转矩电流偏差ΔIq的振幅值与变动允许度指令ΔIq^*的差。此外，变动允许度指令ΔIq^*是用于调整“电流恒定控制”的起效程度的指令值，并从后述的变动允许度指令部e7(参照图8)输入至减法器e622。该变动允许度指令ΔIq^*越小，“电流恒定控制”的起效程度越强。

积分器e623以使作为减法器e622的运算结果的差为零(即，使转矩电流偏差ΔIq的振幅值与变动允许度指令ΔIq^*一致)的方式变更控制系数K₅的大小。此外，也可以使用基于PI控制的比例积分器来代替积分器e623。

图9中，对变更第一传递函数(式(2))的控制系数K₃的结构进行了说明，并且图10中，对变更第二传递函数(式(3))的控制系数K₅的结构进行了说明，但并不限定于此。即，也可以变更第一传递函数的控制系数K₁、K₂、 K₃中一个或者多个，并且也可以变更第二传递函数的控制系数K₄、K₅中一个或者多个。

图8所示的变动允许度指令部e7基于在控制部51(参照图2)中运算出的转速的变动允许度指令Δω_r ^*，来运算转矩电流的变动允许度指令ΔIq^*。

图11是关于变动允许度指令部e7的处理的说明图。

此外，图11的横轴是马达M的转速的变动允许度指令Δω_r ^*，纵轴是转矩电流的变动允许度指令ΔIq^*。

变动允许度指令部e7(参照图8)基于由控制部51(参照图2)设定的转速的变动允许度指令Δω_r ^*和倾斜度为负的线段L的函数，来运算转矩电流的变动允许度指令ΔIq^*。其结果，由变动允许度指令(Δω_r ^*、ΔIq^*)特定的动作点沿线段L移动，因而变动允许度指令Δω_r ^*、ΔIq^*中的一个越大，另一个越小。换言之，随着“转矩控制”和“电流恒定控制”中一方的起效程度变强，另一方的起效程度变弱。此外，图11所示的数据预先存储于控制部51(参照图2)。

例如，在图11的动作点p1，转速的变动允许度指令Δω_r ^*为零，转矩电流的变动允许度指令ΔIq^*为最大值ΔIq_Max ^*，进行“转矩控制”(参照图4)。

并且，在动作点p2，转速的变动允许度指令Δω_r ^*为最大值Δω_rMax ^*，转矩电流的变动允许度指令ΔIq^*为零，进行“电流恒定控制”(参照图5)。

并且，在线段L中的动作点p1、p2之间，进行上述的“调整控制”(参照图6、图7)。这样，变动允许度指令部e7通过使变动允许度指令(Δω_r ^*、ΔIq ^*)的动作点在线段L上移动，来使“转矩控制”和“电流恒定控制”的起效程度连续地变化。

而且，变动允许度指令部e7将从控制部51输入至自身的转速的变动允许度指令Δω_r ^*输出至转矩控制部e5(参照图8)。并且，变动允许度指令部e7 将转矩电流的变动允许度指令ΔIq^*输出至电流恒定控制部e6(参照图8)。如上所述，上述变动允许度指令Δω_r ^*、ΔIq^*在变更第一传递函数的控制系数K₃ (参照图9)和第二传递函数的控制系数K₅(参照图10)时使用。

图12是第二传递函数的控制系数K₄较大的情况下的伯德图。

此外，在图12所示的例子中，第二传递函数所包括的其它控制系数K₃、 K₅是固定值(图13、图14也相同)。如图12所示，增益和相位在中心频率ω₀的附近变化。

图13是第二传递函数的控制系数K₄的大小为中等程度的情况下的伯德图。

如图13所示，增益和相位在中心频率ω₀的附近变化，但其变化的程度比图12小。

图14是第二传递函数的控制系数K₄较小的情况下的伯德图。

如图14所示，增益和相位在中心频率ω₀的附近变化，但其变化的程度相比图13进一步变小。这样，通过改变控制系数K₄的大小，来改变中心频率的灵敏度(增益)，因而从结果上看能够连续地调整“电流恒定控制”的起效程度。并且，通过改变第一传递函数的控制系数K₁、K₂、K₃中至少一个的大小，也能够连续地调整“转矩控制”的起效程度。

接下来，对控制部51中的变动允许度指令Δω_r ^*的设定进行说明。

图15是关于变动允许度指令Δω_r ^*的设定的说明图。

图15的横轴是马达M的转速，纵轴是马达M的负荷转矩。此外，作为横轴的转速，能够使用上述的转速指令值ω_r ^*。例如基于图2所示的电流检测器40的检测值来运算纵轴的负荷转矩(平均负荷转矩)。

控制部51(参照图2)基于马达M的转速和负荷转矩，在图15所示的第一驱动区域Q1、第二驱动区域Q2以及第三驱动区域Q3中任一区域控制马达 M。

例如，在使马达M以低速高负荷被驱动的第一驱动区域Q1内，控制部 51将转速的变动允许度指令Δω_r ^*设定为零。基于该变动允许度指令Δω_r ^*，将转矩电流的变动允许度指令Δq^*设定为最大值Δq_Max ^*(参照图11)。而且，进行与负荷转矩的周期性变动无关地使马达M的转速恒定的“转矩控制”(参照图4)。这样，通过在第一驱动区域Q1内优先进行“转矩控制”，能够有效地抑制压缩机11的噪声、振动。此外，在“转矩控制”中，马达M的电流峰值根据负荷转矩的周期性变动而变动(参照图4)。

并且，在使马达M以高速低负荷被驱动的第二驱动区域Q2内，控制部 51将转速的变动允许度指令Δω_r ^*设定为最大值Δω_rMax ^*(参照图11)。基于该变动允许度指令Δω_r ^*，将转矩电流的变动允许度指令Δq^*设定为零(参照图 11)。而且，进行与负荷转矩的周期性变动无关地使马达M的电流峰值恒定的“电流恒定控制”(参照图5)。这样，通过在第二驱动区域Q2内优先进行“电流恒定控制”，能够减少马达M的损失，实现高效率化。此外，在“电流恒定控制”中，马达M的转速根据负荷转矩的周期性变动而变动(参照图5)。

并且，在位于第一驱动区域Q1与第二驱动区域Q2之间的第三驱动区域 Q3内，控制部51将转速的变动允许度指令Δω_r ^*设定为中等程度的值。基于该变动允许度指令Δω_r ^*，将转矩电流的变动允许度指令Δq^*也设定为中等程度的值(参照图11)。由此进行上述的“调整控制”。

例如，若关注马达M的电流峰值，则在第三驱动区域Q3内，马达M的每旋转的电流峰值的变动幅度成为比第一驱动区域Q1的该变动幅度小且比第二驱动区域Q2的该变动幅度大的值(参照图6、图7)。

并且，若关注马达M的转速，则在第三驱动区域Q3内，马达M的每旋转的转速的变动幅度成为比第一驱动区域Q1的该变动幅度大且比第二驱动区域Q2的该变动幅度小的值(参照图6、图7)。这样，通过在第三驱动区域 Q3内进行“调整控制”，能够抑制压缩机11的振动、噪声，同时能够减少马达M的损失。

这样，控制部51使变动允许度指令Δω_r ^*(转速的变动允许幅度)随着马达M的转速变小而变小，并且使变动允许度指令Δω_r ^*随着马达M的负荷转矩变大而变小。由此，能够根据马达M的运转条件来进行考虑到马达M的振动、损失的最适当的控制。

此外，也可以不使变动允许度指令Δω_r ^*阶段性地(Δω_r ^*＝0，中等程度，ω_rMax ^*)变化，而根据马达M的运转条件使变动允许度指令Δω_r ^*连续地变化。并且，虽在图15中省略，但在压缩机11的共振频率附近的预定区域内容易引起振动、噪声，因而优选优先进行“转矩控制”。

〈效果〉

根据第一实施方式，马达驱动装置50基于变动允许度指令(Δω_r ^*、ΔIq^*) 来变更第一传递函数(参照式(2))的控制系数K₃、第二传递函数(参照式 (3))的控制系数K₅。由此，能够用比较简单的结构来连续地(无缝地)切换“转矩控制”和“电流恒定控制”的起效程度。

并且，假设成为使用预定的切换机构(未图示)来切换“转矩控制”和“电流恒定控制”的结构，则在运转模式的切换时有产生振动、噪声等切换冲击的可能性。与此相对，在第一实施方式中，由于使“转矩控制”和“电流恒定控制”的起效程度连续地变化，所以基本不会产生上述的切换冲击。

并且，根据第一实施方式，通过在高负荷低速运转时增强“转矩控制”的起效程度，能够有效地抑制压缩机11的振动、噪声。并且，在低负荷高速运转时，能够增强“电流恒定控制”的起效程度，减少损失，从而实现高效率化。这样，根据第一实施方式，能够根据马达M的运转条件来进行最适当的控制。

〈模拟结果〉

图16是使转速的变动允许度指令Δω_r ^*从0直至ω_rMax ^*以四个阶段阶段性地增加的情况下的模拟结果。此外，图16所示的模拟在以下的表1所示的条件下进行。

[表1]

感应电压常数：Ke	0.2Vpeak/(rad/s)
		d轴电感：Ld	10mH
q轴电感：Lq	10mH
		绕组电阻：R	0.5Ω
极对数	2

在图16的时刻t0～t1，作为Δω_r ^*＝0(参照图11)进行了“转矩控制”，并在时刻t1～t3，使Δω_r ^*阶段性地增大。也就是说，阶段性地减弱转矩控制的起效程度，并且阶段性地增强了电流恒定控制的起效程度(调整控制)。而且，在时刻t3～t4，作为Δω_r ^*＝ω_rMax ^*(参照图11)进行了“电流恒定控制”。

如图16所示，在时刻t0～t1的转矩控制时较大的转矩和马达电流的变动幅度随着时间的经过而阶段性地变小。并且，在时刻t0～t1的转矩控制时转速恒定，但转速的变动幅度随着时间的经过而阶段性地变大。

图17是将图16的时刻t0～t1的时间轴(横轴)放大的波形图。

此外，图17的“转矩”的实线是马达M的输出转矩，虚线是负荷转矩(图18、图19也相同)。并且，图17的“马达电流”是流向马达M的绕组的U相、V相、W相的电流(图18、图19也相同)。

如图17所示，通过进行使马达M的输出转矩与负荷转矩大致一致的“转矩控制”，来恒定地维持马达M的转速。由此能够抑制压缩机11的振动、噪声。

图18是将图16的时刻t1～t2的时间轴(横轴)放大的波形图。

通过与图17的情况相比稍微减弱上述的“转矩控制”的起效程度，能够抑制压缩机11的振动、噪声，同时能够抑制马达M的峰值的变动。由此，能够减少马达M的损失，实现高效率化。

图19是将图16的时刻t2～t3的时间轴(横轴)放大的波形图。

通过与图18相比进一步减弱上述的“转矩控制”的起效程度，增强“电流恒定控制”的起效程度，能够进一步实现高效率化。

图20是将图16的时刻t3～t4的时间轴(横轴)放大的波形图。

通过作为Δω_r ^*＝ω_rMax ^*(参照图11)进行“电流恒定控制”，如图20所示，马达电流的峰值恒定。由此，能够尽可能减少马达M的损失，实现高效率化。

图21是使转速的变动允许度指令Δω_r ^*从0直至ω_rMax ^*附近急剧(一个阶段地)变化的情况下的模拟结果。

可知：在时刻t10～t11进行转速大致恒定的“转矩控制”，并且在时刻 t11～t12，“电流恒定控制”的起效程度变强。并且，可知：马达M的转速等在时刻t11附近也平滑地变化，不会产生切换冲击。

《第二实施方式》

第二实施方式的转矩控制部e8(参照图22)和电流恒定控制部e9(参照该图)的结构与第一实施方式不同。并且，第二实施方式与第一实施方式不同点是：具备振幅限制指令部e10(参照图22)来代替在第一实施方式中说明的变动允许度指令部e7(参照图8)。此外，其它结构(控制部51的结构等：参照图3)与第一实施方式相同。因此，说明与第一实施方式不同的部分，对于重复的部分省略说明。

图22是第二实施方式的马达驱动装置所具备的速度控制部51Ae的功能框图。

如图22所示，速度控制部51Ae具备加法器e1、减法器e2、速度控制器 e3、加法器e4、转矩控制部e8、电流恒定控制部e9以及振幅限制指令部e10。此外，除转矩控制部e8、电流恒定控制部e9以及振幅限制指令部e10以外的结构与第一实施方式(参照图8)相同，因而省略说明。

转矩控制部e8基于转速指令ω_r ^*、转速偏差Δω_r以及预定的振幅限制指令来运算转矩电流指令修正值Iq₁ ^*。

图23是马达驱动装置所具备的转矩控制部e5的说明图。

如图23所示，转矩控制部e8具备信号产生部e81、傅立叶变换部e82、积分补偿器e83、振幅限制部e84以及傅立叶逆变换部e85。

信号产生部e81产生转速指令ω_r ^*的sin成分和cos成分的信号。

傅立叶变换部e82被输入转速偏差Δω_r，并分别提取转速指令ω_r ^*的sin 成分和cos成分(一次成分)。

积分补偿器e83是运算用于使由傅立叶变换部e82提取出的转速指令ω_r ^*的频率成分为零的sin成分和cos成分的积分器。

振幅限制部e84基于从积分补偿器e83输入的sin成分和cos成分以及从振幅限制指令部e10(参照图22)输入的振幅限制指令，来限制马达M的转速偏差Δω_r的振幅。由此，调整“转矩控制”的起效程度。此外，随着限制上述的振幅(即随着振幅变小)，“转矩控制”的起效程度变强。

傅立叶逆变换部e85将振幅限制部e84的运算结果(sin成分、cos成分) 变换为转矩电流指令修正值Iq₁ ^*。

图22所示的电流恒定控制部e9向傅立叶变换部(未图示)输入转矩电流指令Iq₀ ^*，并从傅立叶逆变换部输出转速指令修正值ω₁ ^*，这一点与转矩控制部e8(参照图23)不同。此外，关于其它结构，电流恒定控制部e9是与转矩控制部e8相同的结构。由该电流恒定控制部e9来调整“电流恒定控制”的起效程度。

图22所示的振幅限制指令部e10基于由控制部51(参照图2)运算出的变动允许度指令Δω_r ^*，来运算用于限制马达M的转速变动Δω_r的振幅的振幅限制指令，并将该振幅限制指令输出至转矩控制部e5。

并且，振幅限制指令部e10基于变动允许度指令Δω_r ^*，来运算用于限制马达M的转矩电流偏差ΔIq的振幅的振幅限制指令，并将该振幅限制指令输出至电流恒定控制部e9。

此外，控制部51(参照图2)所进行的变动允许度指令Δω_r ^*的设定与第一实施方式(参照图15)相同，从而省略说明。

〈效果〉

根据第二实施方式，能够连续地(无缝地)切换“转矩控制”和“电流恒定控制”的起效程度，并且能够根据马达M的运转条件来进行最适当的控制。

《变形例》

以上，通过各实施方式对本发明的马达驱动装置50进行了说明，但本发明不限定于上述记载，能够进行各种变更。

例如，在第一实施方式中，以马达驱动装置50的速度控制部51e具备图 8的结构为例进行了说明，但并不限定于此。即，也可以如图24所示地构成速度控制部51Be。

图24是变形例的马达驱动装置所具备的速度控制部51Be的功能框图。

图24中，具备减法器e11和加法器e12来代替在第一实施方式中说明的加法器e1(参照图8)和减法器e2，这一点与第一实施方式不同，但其它结构与第一实施方式相同。

减法器e11通过从预定的转速指令ω_r ^*减去马达M的转速ω_r，来运算转速偏差Δω_r。该转速偏差Δω_r被输出至以下说明的加法器e12，并且也被输出至转矩控制部e5。

加法器e12通过将作为减法器e11的运算结果的转速偏差Δω_r与作为电流恒定控制部e6的运算结果的转速指令修正值ω₁ ^*相加，来运算新的转速偏差Δω_r’。基于该转速偏差Δω_r’并由速度控制器e3来运算转矩电流指令Iq₀ ^*。在这样的结构中，也起到与第一实施方式相同的效果。

并且，在各实施方式中，对由马达M驱动空调机100的压缩机11的结构进行了说明，但并不限定于此。例如，在冰箱之类的冷冻循环装置等由马达M 驱动会产生周期性转矩变动的压缩机(负荷)的结构中也能够应用各实施方式。

并且，在各实施方式中，对在第一驱动区域Q1(参照图15)内进行“转矩控制”、在第二驱动区域Q2内进行“电流恒定控制”、并在第三驱动区域 Q3内进行“调整控制”的结构进行了说明，但并不限定于此。例如，也可以关注马达M的转速，在低速区域内进行转矩控制，在中速区域内进行电流恒定控制，并在高速区域内进行公知的磁场削弱控制。并且，也可以关注马达M 的负荷转矩，在高负荷区域内进行转矩控制，并在低负荷区域内进行电流恒定控制。也就是说，控制部51也可以基于马达M的转速和负荷转矩中至少一方来调整马达M的转速的变动允许幅度。

并且，在各实施方式中，对在马达M的机械角旋转一圈时产生一次转矩变动的压缩机11进行了说明，但并不限定于此。例如，在双旋转式压缩机、广泛用于冰箱等小型的冷冻循环装置的往复式压缩机中也能够应用各实施方式。

并且，在各实施方式中，对基于转速的变动允许度指令Δω_r ^*来控制马达 M的结构进行了说明，但即使使用与压缩机11、马达M的振动关联的值(例如马达M的振动加速度)、轴误差Δθ的变动幅度等，也能够进行相同的控制。

并且，在第一实施方式中，作为马达驱动装置50所具备的控制部51示例出图3的结构，但并不限定于此。即，作为控制部51的结构，也能够使用与无位置传感器的矢量控制相关的其它公知的结构。

并且，在第一实施方式中说明的第一传递函数和第二传递函数不限定于式 (2)和式(3)。即，是仅对特定的频率具有灵敏度的传递函数即可，也可以使用其它传递函数。

此外，各实施方式是为了容易理解地说明本发明而进行了详细记载，并非限定为必须具备所说明的所有结构。并且，对于各实施方式的结构的一部分，能够进行其它结构的追加、删除、置换。

并且，例如也可以通过在集成电路中设计等来以硬件的方式实现上述的各结构、功能、处理部、处理构件等的一部分或者全部。并且，机构、结构示出认为在说明上需要的机构、结构，不一定必须在产品上示出所有的机构、结构。

符号的说明

100—空调机(冷冻循环装置)，10—制冷剂回路，11—压缩机(负荷)，12—四通阀，13—室外换热器(冷凝器、蒸发器)，14—室内换热器(蒸发器、冷凝器)，15—膨胀阀，20—变换器，30—逆变器，40—电流检测器，50—马达驱动装置，51—控制部，M—马达，Q1—第一驱动区域，Q2—第二驱动区域，Q3—第三驱动区域。

Claims (4)

1.一种马达驱动装置，其特征在于，

具备控制部，上述控制部基于与负荷连结的马达的转速和负荷转矩中至少一方，来调整上述马达的转速的变动允许幅度，

上述控制部基于上述转速以及上述负荷转矩来在上述马达的电流峰值根据上述负荷转矩的周期性变动而变动的第一驱动区域、与上述负荷转矩的周期性变动无关地使上述电流峰值恒定的第二驱动区域以及上述马达的以机械角每旋转一圈的上述电流峰值的变动幅度比上述第一驱动区域的该变动幅度小且比上述第二驱动区域的该变动幅度大的第三驱动区域的任一区域内控制上述马达。

2.一种马达驱动装置，其特征在于，

具备控制部，上述控制部基于与负荷连结的马达的转速和负荷转矩中至少一方，来调整上述马达的转速的变动允许幅度，

上述控制部基于上述转速以及上述负荷转矩来在与上述负荷转矩的周期性变动无关地使上述转速恒定的第一驱动区域、上述转速根据上述负荷转矩的周期性变动而变动的第二驱动区域以及上述马达的以机械角每旋转一圈的上述转速的变动幅度比上述第一驱动区域的该变动幅度大且比上述第二驱动区域的该变动幅度小的第三驱动区域的任一区域内控制上述马达。

3.一种冷冻循环装置，其特征在于，具备：

制冷剂回路，其呈环状地依次连接压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器，并且制冷剂在冷冻循环中循环；和

马达驱动装置，其驱动与上述压缩机连结的马达，

上述马达驱动装置基于上述马达的转速和负荷转矩中至少一方来调整上述马达的转速的变动允许幅度，

基于上述转速以及上述负荷转矩来在上述马达的电流峰值根据上述负荷转矩的周期性变动而变动的第一驱动区域、与上述负荷转矩的周期性变动无关地使上述电流峰值恒定的第二驱动区域以及上述马达的以机械角每旋转一圈的上述电流峰值的变动幅度比上述第一驱动区域的该变动幅度小且比上述第二驱动区域的该变动幅度大的第三驱动区域的任一区域内控制上述马达。

4.一种马达驱动方法，其特征在于，

基于与负荷连结的马达的转速和负荷转矩中至少一方来调整上述马达的转速的变动允许幅度，

基于上述转速以及上述负荷转矩来在上述马达的电流峰值根据上述负荷转矩的周期性变动而变动的第一驱动区域、与上述负荷转矩的周期性变动无关地使上述电流峰值恒定的第二驱动区域以及上述马达的以机械角每旋转一圈的上述电流峰值的变动幅度比上述第一驱动区域的该变动幅度小且比上述第二驱动区域的该变动幅度大的第三驱动区域的任一区域内控制上述马达。

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