CN111919377A - 电机驱动装置以及冷冻循环应用设备 - Google Patents

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Abstract

电机驱动装置具备逆变器(4),该逆变器(4)能与分别在转子具有永久磁铁的n台(n为2以上的整数)电机(41、42)连接,对所述n台电机中的i台(i为1至(n‑1)的任一个)的电机进行制动动作,然后对所述n台电机中的所述i台电机以外的电机中的j台(j为1至(n‑i)的任一个)的电机进行制动动作。通过减少在进行了制动动作时在逆变器以及电机中流动的电流,能够减少由过电流导致的逆变器故障以及电机退磁的风险。

Description

电机驱动装置以及冷冻循环应用设备
技术领域
本发明涉及电机驱动装置以及具备该电机驱动装置的冷冻循环应用设备。
背景技术
以往,在利用单一的逆变器(日文:インバータ)驱动多个电机的电机驱动装置中,有以下技术,即,在电机自由运转(日文:フリーラン)时,利用逆变器和电机形成电流路径,通以再生电流,从而进行制动动作而使电机停止(例如专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第5173209号说明书
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1所述的技术中,在对多个电机进行制动动作的情况下,比对1台电机进行制动动作的情况大的电流在逆变器以及电机中流动。例如,在进行制动动作时的两台电机的转速以及相位相同的情况下,相比对1台电机进行制动动作的情况,有约两倍的电流流动。因此,存在因过电流而导致逆变器的故障或电机的退磁的隐患。
本发明是鉴于上述问题而做成的,目的在于在能够利用单一的逆变器驱动多个电机的电机驱动装置中,减少在逆变器以及电机流动的电流,减少由过电流导致的逆变器故障以及电机退磁的风险。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题,本发明的电机驱动装置具备逆变器,该逆变器能与n台电机连接,该n台电机分别在转子具有永久磁铁,n为2以上的整数,
对所述n台电机中的、作为从1至(n-1)的任一个的整数的i台电机进行制动动作,然后对所述n台电机中的所述i台电机以外的电机中的、作为从1至(n-i)的任一个的整数的j台电机进行制动动作。
发明效果
采用本发明,通过减少在对电机进行了制动动作时在逆变器以及电机中流动的电流,能够减少由过电流导致的逆变器故障以及电机退磁的风险。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的电机驱动装置的一结构例的概略图。
图2是表示图1的控制部的一结构例的框图。
图3的(a)~(c)是表示图2的PWM信号生成部的动作的图。
图4是表示在实施方式1中使用的控制部的更具体的结构的例子的功能框图。
图5是表示实施方式1中的制动动作时的处理的流程图。
图6是表示实施方式1中的、进行对第1电机的制动动作时的电流路径的图。
图7是表示实施方式1中的、进行对第2电机的制动动作时的电流路径的图。
图8是表示比较例中的制动动作时的电流路径的图。
图9是表示比较例中的制动动作时的电流路径的图。
图10是表示本发明的实施方式2中的进行制动动作时的处理的流程图。
图11是表示实施方式2中的进行对第2电机的制动动作时的电流路径的图。
图12是表示在本发明的实施方式3中使用的控制部的结构例的功能框图。
图13是表示实施方式3中的进行制动动作时的处理的流程图。
图14是表示实施方式3中的进行对第2电机的制动动作时的电流路径的图。
图15是表示本发明的实施方式4的电机驱动装置的概略图。
图16是表示在实施方式4中使用的控制部的结构例的功能框图。
图17是表示实施方式4中的进行制动动作时的处理的流程图。
图18是表示本发明的实施方式5的电机驱动装置的结构例的图。
图19是表示图18的控制部的结构例的功能框图。
图20是表示本发明的实施方式6的热泵装置的电路结构图。
图21是表示图20所示的热泵装置中的制冷剂的状态的莫里尔图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式的电机驱动装置以及具备该电机驱动装置的冷冻循环应用设备。另外,以下示出的实施方式并不限定本发明。
实施方式1.
图1表示本发明的实施方式1的电机驱动装置。该电机驱动装置用于驱动第1永久磁铁同步电机41以及第2永久磁铁同步电机42。以下,有时也将“永久磁铁同步电机”简称为“电机”。
图示的电机驱动装置包括整流器2、平滑部3、逆变器4、逆变器电流检测部5、电机电流检测部6、输入电压检测部7、连接切换部8和控制部10。
整流器2对来自交流电源1的交流电力进行整流而生成直流电力。
平滑部3由电容器等构成,使来自整流器2的直流电力平滑后供给到逆变器4。
另外,交流电源1在图2的例子中是单相,但也可以是三相电源。当交流电源1为三相时,作为整流器2,也能使用三相的整流器。
作为平滑部3的电容器,通常多使用静电容量较大的铝电解电容器,但也可以使用作为长寿命的薄膜电容器。此外,通过使用静电容量较大的电容器,也可以构成为抑制在交流电源1流动的电流的高频电流。
另外,为了在从交流电源1到电容器3之间进行高频电流的抑制或功率因数的改善,也可以插入电抗器(未图示)。
逆变器4输入电容器3的电压,输出频率以及电压值可变的三相交流电力。
第1电机41和第2电机42并联地连接于逆变器4的输出。
连接切换部8在图示的例子中由单一的开闭部9构成。开闭部9能够将第2电机42与逆变器4连接或者切断,利用开闭部9的开闭,能够切换同时运转的电机的台数。
作为构成逆变器4的半导体开关元件,多能使用IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)。
另外,也可以为了抑制因半导体开关元件的开关而引发的浪涌电压而设为与半导体开关元件并联地连接有环流二极管(未图示)的结构。
也可以将半导体开关元件的寄生二极管用作环流二极管。在MOSFET的情况下,通过在环流的时机将MOSFET设为接通状态,能够实现与环流二极管同样的功能。
构成半导体开关元件的材料不限定于硅Si,能够使用作为宽带隙半导体的碳化硅SiC、氮化镓GaN、氧化镓Ga2O3和金刚石等,通过使用宽带隙半导体,能够实现低损失化以及高速开关化。
作为开闭部9,也可以代替半导体开关元件地使用机械性的继电器和触头等电磁接触器。总之,只要是具有同样的功能的元件即可,可以使用任何的元件。
在图示的例子中,开闭部9设置在第2电机42与逆变器4之间,但也可以设置在第1电机41与逆变器4之间。也可以设置两个开闭部,将1个开闭部设置在第1电机41与逆变器4之间,将另一开闭部设置在第2电机42与逆变器4之间。在设置有两个开闭部的情况下,利用两个开闭部构成连接切换部8。
在图示的例子中,在逆变器4连接有两台电机,但也可以使3台以上的电机与逆变器4连接。在将3台以上的电机连接于逆变器4的情况下,可以将与开闭部9同样的开闭部设置在所有的电机的各个电极与逆变器4之间。也可以取而代之地只对一部分的电机,在各个该电机与逆变器4之间设置与开闭部9同样的开闭部。在这些的情况下,利用多个开闭部构成连接切换部8。
逆变器电流检测部5检测在逆变器4流动的电流。在图示的例子中,逆变器电流检测部5基于与逆变器4的3个下支路(日文:アーム)的开关元件分别串联地连接的电阻Ru、Rv、Rw的两端电压VRu、VRv、VRw,求出逆变器4的各个相的电流(逆变器电流)iu_all、iv_all、iw_all
电机电流检测部6检测第1电机41的电流。电机电流检测部6包含分别检测3个相的电流(相电流)iu_m、iv_m、iw_m的3个变流器。
输入电压检测部7检测逆变器4的输入电压(直流母线电压)Vdc
控制部10基于由逆变器电流检测部5检测到的电流值、由电机电流检测部6检测到的电流值以及由输入电压检测部7检测到的电压值,输出用于使逆变器4进行动作的信号。
另外,在上述的例子中,逆变器电流检测部5利用与逆变器4的下支路的开关元件串联地连接的3个电阻检测逆变器4的各个相的电流,但也可以取而代之地利用连接在下支路的开关元件的共用连接点与电容器3的负侧电极之间的电阻,检测逆变器4的各个相的电流。
另外,也可以在检测第1电机41的电流的电机电流检测部6的基础上,进一步设置用于检测第2电机的电流的电机电流检测部。
在电机电流的检测中,也可以代替使用变流器地使用霍尔元件,也可以使用根据电阻的两端电压算出电流的结构。
同样,在逆变器电流的检测中,也可以代替根据电阻的两端电压算出电流的结构地使用变流器和霍尔元件等。
控制部10能够利用处理电路来实现。处理电路可以由专用的硬件构成,也可以由软件构成,也可以由硬件与软件的组合来构成。在由软件构成的情况下,控制部10由具备CPU(Central Processing Unit,中央处理单元)的微型计算机和DSP(Digital SignalProcessor,数字信号处理器)等构成。
图2是表示控制部10的结构的功能框图。
如图示那样,控制部10具有运转指令部101、减法部102、坐标变换部103、104、速度推测部105、106、积分部107、108、电压指令生成部109、脉动补偿控制部110、坐标变换部111和PWM信号生成部112。
运转指令部101生成并输出电机的转速指令值ωm*。另外,运转指令部101生成并输出用于控制连接切换部8的切换控制信号Sw。
减法部102从利用逆变器电流检测部5检测到的逆变器4的相电流iu_all、iv_all、iw_all减掉第1电机41的相电流iu_m、iv_m、iw_m,从而求出第2电机42的相电流iu_sl、iv_sl、iw_sl
这利用了第1电机41的相电流iu_m、iv_m、iw_m与第2电机42的相电流iu_sl、iv_sl、iw_sl之和等于逆变器的相电流iu_all、iv_all、iw_all的关系。
坐标变换部103使用后述的第1电机41的相位推测值(磁极位置推测值)θm,将第1电机41的相电流iu_m、iv_m、iw_m的坐标从静止三相坐标系变换为旋转两相坐标系,求出第1电机41的dq轴电流id_m、iq_m
坐标变换部104使用后述的第2电机42的相位推测值(磁极位置推测值)θsl,将第2电机42的相电流iu_sl、iv_sl、iw_sl的坐标从静止三相坐标系变换为旋转两相坐标系,求出第2电机42的dq轴电流id_sl、iq_sl
第1电机速度推测部105基于dq轴电流id_m、iq_m以及后述的dq轴电压指令值vd*、vq*,求出第1电机41的转速推测值ωm
同样,第2电机速度推测部106基于dq轴电流id_sl、iq_sl以及后述的dq轴电压指令值vd*、vq*,求出第2电机42的转速推测值ωsl
积分部107对第1电机41的转速推测值ωm进行积分,从而求出第1电机41的相位推测值θm
同样,积分部108对第2电机42的转速推测值ωsl进行积分,从而求出第2电机42的相位推测值θsl
另外,在转速以及相位的推测中,能够使用例如日本专利第4672236号说明书所示出的方法,但只要是能够推测转速以及相位的方法即可,可以使用任何的方法。另外,也可以使用直接检测转速或相位的方法。
电压指令生成部109基于第1电机41的dq轴电流id_m、iq_m、第1电机41的转速推测值ωm和后述的脉动补偿电流指令值isl*,算出dq轴电压指令值vd*、vq*。
坐标变换部111根据第1电机41的相位推测值θm和dq轴电压指令值vd*、vq*求出外加电压相位θv,基于外加电压相位θv将dq轴电压指令值vd*、vq*的坐标从旋转两相坐标系变换为静止三相坐标系,求出静止三相坐标系上的电压指令值vu*、vv*、vw*。
例如将根据dq轴电压指令值vd*、vq*通过θf=tan-1(vd*/vq*)得到的超前相位角θf与第1电机41的相位推测值θm相加,从而得出外加电压相位θv
在图3的(a)中表示相位推测值θm、超前相位角θf以及外加电压相位θv的例子,在图3的(b)中表示利用坐标变换部111求出的电压指令值vu*、vv*、vw*的例子。
PWM信号生成部112根据输入电压Vdc和电压指令值vu*、vv*、vw*,生成图3的(c)所示的PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN。
PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN被供给到逆变器4,用于开关元件的控制。
在逆变器4设置有驱动电路,该驱动电路未图示,基于PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN生成用于驱动各自对应的支路的开关元件的驱动信号。
通过基于上述的PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN控制逆变器4的开关元件的接通/断开,能自逆变器4输出频率以及电压值可变的交流电压,外加于第1电机41以及第2电机42。
电压指令值vu*、vv*、vw*在图3的(b)所示的例子中是正弦波,但电压指令值也可以是使三次高次谐波重叠而成的波形,只要能够驱动第1电机41以及第2电机42即可,可以为任何的波形。
当电压指令生成部109为仅基于dq轴电流id_m、iq_m以及第1电机41的转速推测值ωm生成电压指令的结构时,第1电机41被适当地控制,而第2电机42仅依据为了第1电机41而生成的电压指令值进行动作,处于未被直接地控制的状态。
因此,第1电机41以及第2电机42在相位推测值θm以及相位推测值θsl伴有误差的状态下进行动作,特别是在低速区域,明显地出现误差。
当发生误差时,发生第2电机42的电流脉动,有可能因第2电机42的失步、过大电流导致的发热引发损失劣化。此外,依据过大电流而切断电路,从而电机停止,有可能不再能够驱动负荷。
脉动补偿控制部110是为了解决上述这样的问题而设置的,使用第2电机42的q轴电流iq_sl、第1电机41的相位推测值θm和第2电机42的相位推测值θsl,输出用于抑制第2电机42的电流脉动的脉动补偿电流指令值isl*。
根据第1电机41的相位推测值θm和第2电机42的相位推测值θsl,判定第1电机41与第2电机42的相位关系,基于判定结果,将脉动补偿电流指令值isl*确定为抑制相当于第2电机42的转矩电流的q轴电流iq_sl的脉动。
电压指令生成部109对来自运转指令部101的第1电机41的转速指令值ωm*与第1电机41的转速推测值ωm的偏差进行比例积分运算,求出第1电机41的q轴电流指令值lq_m*。
另一方面,第1电机41的d轴电流是励磁电流成分,通过使该值变化,能够抑制电流相位以及能以强磁通量或弱磁通量驱动第1电机41。利用该特性,将之前说明过的脉动补偿电流指令值isl*反映于第1电机41的d轴电流指令值id_m*,从而能够控制电流相位,由此实现对脉动的抑制。
电压指令生成部109基于如上述那样求出的dq轴电流指令值id_m*、lq_m*和利用坐标变换部103求出的dq轴电流id_m、iq_m,求出dq轴电压指令值vd*、vq*。即,相对于d轴电流指令值ld_m*与d轴电流id_m的偏差进行比例积分运算,求出d轴电压指令值vd*,相对于q轴电流指令值lq_m*与q轴电流iq_m的偏差进行比例积分运算,求出q轴电压指令值vq*。
另外,关于电压指令生成部109以及脉动补偿控制部110,只要能够实现同样的功能即可,可以为任何的结构。
通过进行以上那样的控制,能够利用1台逆变器4以不会在第2电机42发生脉动的方式驱动第1电机41和第2电机42。
以上,参照图1、图2以及图3的(a)~(c)说明了本实施方式的电机驱动装置及其控制部的基本的结构,以下,说明用于对处于自由运转状态的电机进行制动动作的电路结构以及处理。
自由运转状态是即使没有自逆变器向电机供给电力,也因例如外部风的影响而使风扇旋转并且电机随之旋转的状态。
图4表示在本实施方式中使用的控制部10a。图4所示的控制部10a在图2所示的控制部10的基本的结构的基础上,添加了开关信号生成部114、选择部115、速度推测部116以及速度推测部117。
在电机41、42没有被逆变器4驱动的状态下,速度推测部116推测这些电机的转速RS1、RS2
在对电机41、42进行制动动作时,速度推测部117推测这些电机的转速BS1、BS2
运转指令部101进行电机41、42是否处于自由运转状态的判定。
例如基于是否明明没有利用逆变器4驱动该电机但该电机却以预先确定的阈值以上的转速进行旋转,来判定各电机是否处于自由运转状态。
各电机的转速RS1、RS2由速度推测部116进行推测并通知给运转指令部101。
在由速度推测部116进行的速度推测中,例如能够使用国际公开第2008/001445号所述的方法。
运转指令部101在需要开始电机41、42的起动时,进行电机41、42是否处于自由运转状态的判定,在判定为电机41、42处于自由运转状态时,在起动前对电机41、42进行制动动作。
之所以这样设置,是因为当自逆变器4对处于自由运转状态的电机外加电压时,有可能过大的电流流动。
在制动动作中,运转指令部101控制开闭部9、开关信号生成部114以及选择部115。
开关信号生成部114生成用于对逆变器4的各支路的开关元件进行PWM控制的信号、用于设为始终接通的信号(维持接通状态的信号)或用于设为始终断开的信号(维持为断开状态的信号)。开关信号生成部114能向逆变器4的不同的支路的开关元件供给不同的信号。例如能向1个支路的开关元件供给用于设为始终断开的信号,向其他的支路的开关元件供给用于设为始终接通的信号或进行PWM控制的信号。
选择部115选择PWM信号生成部112的输出或开关信号生成部114的输出而供给到逆变器4。
在利用逆变器4驱动电机41、42时,选择部115选择PWM信号生成部112的输出。
在对电机41、42进行制动动作时,选择部115选择开关信号生成部114的输出。
在制动动作的过程中,为了允许电流自第2电机42向逆变器4或第1电机41流动或阻止该种电流而控制开闭部9。
根据自运转指令部101输出的切换控制信号Sw,进行开闭部9的控制。
速度推测部117在制动动作的过程中推测电机41、42的转速BS1、BS2
在图示的例子中,速度推测部117基于各电机的相电流的至少一个推测该电机的转速。
例如,速度推测部117基于由电机电流检测部6检测到的第1电机41的相电流iu_m、iv_m、iw_m的至少一个,推测第1电机41的转速BS1。同样,速度推测部117基于由减法部102求出的第2电机42的相电流iu_sl、iv_sl、iw_sl的至少一个,推测第2电机42的转速BSs
例如,速度推测部117也可以通过测量各电机的相电流的至少一个的零交点出现的周期来推测该电机的转速。
速度推测部117也可以取而代之地基于各电机的相电流的至少一个的大小来推测该电机的转速。该推测利用了转速越大从而相电流越大的关系。例如,也可以将使预先确定的常数与相电流的至少一个的大小相乘后得到的值设为转速的推测值。
以下,参照图5说明对两台电机的制动动作的处理的次序。
另外,在以下的说明中,有时将各支路的开关元件的接通、断开简称为该支路的接通、断开,将对各支路的开关元件的PWM控制简称为对该支路的PWM控制。
在开始制动动作时的初始状态(步骤ST11)下,预先将逆变器4的上支路以及下支路全都设为断开状态,将开闭部9设为打开状态。
为了控制逆变器4,使开关信号生成部114输出用于将所有的支路设为始终断开的信号。通过这样设置,不在电机41、42与逆变器4之间形成电流路径,即使在各电机自由运转的情况下,电流也不会在各电机以及逆变器4中流动。因此,能够降低各电机的退磁以及逆变器的过电流故障的风险。
在开始了制动动作后,首先在步骤ST12中,将逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路设为接通。为此,使开关信号生成部114输出将相应的支路设为始终接通的信号或者用于以某一占空比间断地设为接通的PWM信号。由此,在逆变器4与电机41之间形成电流路径,通过通以由电机41的感应电压引发的电流,能够消耗电机41的再生能量,对电机41施加制动。
例如,在将3个下支路全都设为接通的情况下,形成如图6所示的那样的电流路径。在图6中,Vu1、Vv1、Vw1是第1电机41的感应电压,Ru1、Rv1、Rw1是第1电机41的电阻,Lu1、Lv1、Lw1是第1电机41的电感。另外,在图6中,Vu2、Vv2、Vw2是第2电机42的感应电压,Ru2、Rv2、Rw2是第2电机42的电阻,Lu2、Lv2、Lw2是第2电机42的电感。在以下的同样的图中也相同。
在设为接通的情况下,也可以设为始终接通(占空比100%),也可以通过进行PWM控制来将占空比调整为100%以下。另外,相比进行PWM控制的情况,设为始终接通的制动时的制动力较强,但制动时的电流值较大。因此,较佳的是,斟酌所需的制动力以及能允许的电流值地区分使用始终接通或PWM控制。
接着,在步骤ST13中,运转指令部101将电机41的转速BS1与预先确定的阈值进行比较。
在所推测到的转速BS1大于阈值的情况下(在ST13为“否”),回到步骤ST12,继续进行对电机41的制动动作。
在所推测到的转速BS1为阈值以下的情况下(在ST13为“是”),进入步骤ST14。
在步骤ST14中,将逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路设为接通,使开闭部9处于关闭的状态。将开闭部9设为关闭的结果是,由电机42的感应电压引发的电流在逆变器4以及电机41中流动。
另外,在步骤ST12和步骤ST14中,也可以设置将逆变器4的同侧的支路设为接通的这样的制约。这里,“同侧”是指逆变器4的上侧以及下侧中的同侧。例如,当在步骤ST12中将1个以上的上支路设为接通时,可以在步骤ST14中也将1个以上的上支路设为接通,当在步骤ST12中将1个以上的下支路设为接通时,可以在步骤ST14中也将1个以上的下支路设为接通。但在步骤ST14中设为接通的支路的数量或设为接通的支路的占空比也可以不同于步骤ST12。
在步骤ST12中施加了制动的电机41的转速BS1变得越低,电机41的感应电压变得越小。因此,如图7所示,能够看出电机41作为RL电路连接于电机42。即,能够看出由电机42的感应电压引发的电流的一部分在逆变器4中流动,其余部分在电机41中流动。
在例如将逆变器4的下支路全都设为接通而进行了制动动作的情况下,由电机41构成的RL电路侧的阻抗变得比逆变器4高,因此,因电机42的感应电压而流动的电流的大部分在逆变器4中流动。即,能够在电机41与电机42之间不产生过大的循环电流的前提下对电机42施加制动。
在步骤ST15中,运转指令部101将第2电机42的转速BS2与预先确定的阈值进行比较。
当第2电机42的转速BS2大于阈值时(在ST15为“否”),回到步骤ST14,继续进行制动动作。
当第2电机42的转速BS2变为阈值以下后(在ST15为“是”),结束处理。
在处理结束后,在对两台电机41、42都进行驱动的情况下,将开闭部9维持为关闭状态。在仅对电机41进行驱动的情况下,将开闭部9设为打开状态。选择部115成为对PWM信号生成部112的输出进行选择的状态。
另外,在没有设置开闭部9而是对两台电机同时施加制动的情况下,如图8那样,由两台电机的感应电压引发的电流之和在逆变器4中流动,过电流有可能使逆变器4发生故障。在本实施方式中,在不同的时机对两台电机施加制动,所以相比图8的情况,能使在逆变器4中流动的电流的大小为约一半。由此,能够减少由过电流导致的逆变器的故障以及电机的退磁的风险。
另外,相比图8的情况,能够减小逆变器的电流容量,从而能够降低成本。
实施方式2.
说明本发明中的实施方式2。
在本实施方式中使用的控制部具有与图4所示的控制部相同的结构。
在没有设置开闭部9的结构中,在将逆变器4的所有的支路设为断开状态的情况下,若电机41以及电机42因自由运转等而成为再生状态,则因转速的差或感应电压的相位差而如图9所示使循环电流在两台电机间流动。在感应电压的相位差为180度时,循环电流的大小成为最大。当循环电流较大时,电机有可能因过电流而退磁。为了在同一转速下减小循环电流,需要减小电机的感应电压或增大电机的电阻值,但无论在哪种情况下,都会使电机的效率变差,不是理想的。
那么,在实施方式2中,进行图10所示的控制。
图10的处理与图5的处理大体相同。不同之处在于,代替图5的步骤ST14地进行步骤ST21的处理。
在图10中,步骤ST11~ST13以及ST15与参照图5说明实施方式1的步骤同样。
在步骤ST21中,将逆变器4的所有的支路设为断开,然后关闭开闭部9。
在步骤ST12中施加了制动的结果是,电机41的转速变得越低,电机41产生的感应电压变得越小,在该时刻,在关闭了开闭部9的情况下,能够视为电机41作为RL电路连接于电机42。结果,由电机42的感应电压引发的电流在电机41中流动。
另外,在步骤ST21中,由于将逆变器4的支路全都设为断开,所以如图11所示,电流不会在逆变器4中流动。结果,循环电流在电机41与电机42之间流动,利用该循环电流对电机42施加制动。
循环电流的大小比图9的情况小。例如在电机41与电机42的电阻值以及电感值为相同程度时,相比图9的情况,循环电流为大概一半的大小。这是因为,在步骤ST12~ST13中,在电机41的转速变得充分低后关闭开闭部9。
由此,能在不引起电机效率下降等的前提下减少由过电流导致的逆变器故障以及电机退磁的风险。
实施方式3.
说明本发明中的实施方式3。
在实施方式3中,代替图4所示的控制部10a地使用图12所示的控制部10c,以图13所示的次序进行制动动作。
图12所示的控制部10c与图4所示的控制部10a大体相同,但利用逆变器电流检测部5检测到的逆变器电流iu_all、iv_all、iw_all输入运转指令部101,在进行制动动作时,运转指令部101也利用逆变器电流iu_all、iv_all、iw_all
图13的处理与图5的处理大体相同,对相同或等同的步骤标注相同的附图标记。
在代替图5的处理的步骤ST14地进行步骤ST31以及ST32的点上,图13的处理不同于图5的处理。
以下,参照图13说明实施方式3中的处理的次序。
在图13中,步骤ST11~ST13与参照图5说明实施方式1的步骤同样。
在步骤ST13之后,在步骤ST31中关闭开闭部9,开始进行对电机42的制动动作。
与实施方式1同样,在步骤ST12中施加了制动的电机41的转速变得越低,电机41的感应电压变得越小,能够视为电机41作为RL电路连接于电机42,由电机42的感应电压引发的电流的一部分在逆变器4中流动,其余部分在电机41流动。
在步骤ST31中,对逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路进行PWM控制。
另外,在步骤ST12和步骤ST31中,也可以设置将逆变器4的同侧的支路设为接通的这样的制约。例如,当在步骤ST12中将1个以上的上支路设为接通时,可以在步骤ST31中也对1个以上的上支路进行PWM控制,当在步骤ST12中将1个以上的下支路设为接通时,可以在步骤ST31中也对1个以上的下支路进行PWM控制。但在步骤ST31中进行PWM控制的支路的数量或PWM控制的占空比也可以不同于步骤ST12。
在步骤ST31中的处理的结果是,如图14所示,由电机42的感应电压引发的电流的一部分在电机41中流动,其余部分在逆变器4中流动。
PWM占空比在0~100%的范围内任意地设定。利用运转指令部101进行占空比的设定,开关信号生成部114生成与占空比对应的PWM信号。通过调节占空比,能够控制在对电机42进行了制动动作时在逆变器4侧流动的电流iu_all、iv_all、iw_all的大小和在电机41中流动的电流iu_m、iv_m、iw_m的大小的比率。
在步骤ST32中,基于由逆变器电流检测部5检测到的逆变器电流iu_all、iv_all、iw_all以及由电机电流检测部6检测到的电机电流iu_m、iv_m、iw_m,运转指令部101根据需要改变占空比。
例如,在电机电流iu_m、iv_m、iw_m过大而有可能发生退磁时,进一步增大占空比而减小在电机41中流动的电流。
相反,在逆变器电流iu_all、iv_all、iw_all过大而有可能逆变器4发生故障时,进一步减小占空比而减小在逆变器4中流动的电流。
另外,也可以将逆变器4的占空比调节为:使在逆变器4中流动的电流相对于逆变器4的电流容量的比,等于在电机41中流动的电流相对于电机41的最大允许电流的比。这里所说的“最大允许电流”是能够避免退磁(不可逆退磁)的电流的范围的最大值。
通过进行上述这样的反馈控制,能将逆变器电流和在电机41中流动的电流的比率调整为最佳。
在步骤ST15中,运转指令部101将第2电机42的转速BS2与预先确定的阈值进行比较,当第2电机42的转速BS2大于阈值时(在ST15为“否”),回到步骤ST32,继续进行制动动作。
在步骤ST15中,当第2电机42的转速BS2变为阈值以下后(在ST15为“是”),结束处理。
通过以以上的次序实施制动动作,能够抑制在制动时向逆变器4以及电机41去的冲击电流,并能控制在制动过程中的发热量。结果,能够减少由过电流、温度上升等导致的逆变器故障以及电机退磁的风险。
实施方式4.
说明本发明的实施方式4。
图15表示实施方式4的电机驱动装置。
图15所示的电机驱动装置与图1所示的电机驱动装置大体相同。但连接切换部8具有开闭部9-1以及9-2,进一步添加了感应电压检测部32-1、32-2,代替图4所示的控制部10a地设置有控制部10d。
开闭部9-2与实施方式1中的开闭部9同样,能够将第2电机42与逆变器4连接或切断。
开闭部9-1能够将第1电机41与逆变器4连接或切断。
感应电压检测部32-1检测第1电机41的感应电压Eu1、Ev1、Ew1。感应电压检测部32-2检测第2电机42的感应电压Eu2、Ev2、Ew2
控制部10d例如如图16所示的那样构成。
图16的控制部10d与图4的控制部10a大体相同。
但利用感应电压检测部32-1、32-2检测到的感应电压Eu1、Ev1、Ew1、Eu2、Ev2、Ew2输入运转指令部101,运转指令部101在制动动作时也利用感应电压Eu1、Ev1、Ew1、Eu2、Ev2、Ew2
即,运转指令部101基于感应电压Eu1、Ev1、Ew1和电机41的阻抗,推测电机41制动时的电流,基于感应电压Eu2、Ev2、Ew2和电机42的阻抗,推测电机42制动时的电流。这里所说的制动时各电机的电流是在将该电机连接于逆变器4的情况下因该电机的感应电压而流动的电流。
运转指令部101进一步比较所推测到的电机41制动时的电流和所推测到的电机42制动时的电流,基于比较的结果进行对制动时的开闭部9-1以及9-2的开闭的控制。
各电机的阻抗已知,在控制部10c保持有表示阻抗的数据。
在电机41和电机42,也可以将阻抗设为彼此相等而进行处理。如以下说明的那样,由于只对制动时的电流进行大小的比较,所以在将阻抗设为彼此相等时,能将感应电压的大小比较的结果直接用作制动时的电流的大小比较的结果。
在上述的例子中,检测感应电压,但也可以取而代之地使用电机的转速的推测值推测电机的感应电压。在该推测中,能够利用电机的感应电压与电机的转速成比例的关系。
在使用电机的转速的推测值的情况下,能将转速的推测值的大小比较的结果直接用作制动时的电流的大小比较的结果。
总之,只要能够推测各电机制动时的电流的大小关系即可。
以下,参照图17说明实施方式4中的处理的次序。
首先,在开始制动动作时的初始状态(步骤ST41)下,预先将逆变器4的所有的支路设为断开状态,将开闭部9-1以及9-2设为打开状态。
通过这样设置,不在电机41、42与逆变器4之间形成电流路径,即使在各电机自由运转的情况下,电流也不会在各电机以及逆变器4中流动。
在步骤ST42中,推测并比较电机41以及电机42的制动时的电流。
在本实施方式中,基于如上述那样利用感应电压检测部32-1、32-2检测到的感应电压,推测制动时的电流。
在制动时流动的电流的推测值的比较的结果是,当电机41的制动时的电流的推测值较大时(电机42的电流的制动时的推测值较小时),进入步骤ST12B。如果不是那样的话,进入步骤ST12A。
在步骤ST12A中,将逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路始终接通或者进行PWM控制,关闭开闭部9-1。由此,能使由电机41的感应电压引发的电流流到逆变器4。
在步骤ST12B中,将逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路始终接通或者进行PWM控制,关闭开闭部9-2。由此,能使由电机42的感应电压引发的电流流到逆变器4。
总之,在步骤ST12A、ST12B中,将逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路始终接通或者进行PWM控制,关闭被推测为制动时的电流较小的电机所对应的开闭部9-1或9-2。
接着,在完成了对被推测为制动时的电流较小的电机的制动动作后(ST13A、ST13B),将之前一直打开着的开闭部9-1或9-2关闭,对未实施制动动作的电机进行制动动作(ST14A、ST14B、ST15A、ST15B)。
即,在步骤ST13A中,运转指令部101将第1电机41的转速BS1与预先确定的阈值进行比较。
在第1电机41的转速BS1大于阈值的情况下(在ST13A为“否”),回到步骤ST12A,继续进行对电机41的制动动作。
在第1电机41的转速BS1为阈值以下的情况下(在ST13A为“是”),进入步骤ST14A。
在步骤ST14A中,将逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路设为接通,将开闭部9-2设为关闭的状态。
另外,在步骤ST12A和步骤ST14A中,也可以设置将逆变器4的同侧的支路设为接通的这样的制约。
将开闭部9-2设为关闭的结果,使由电机42的感应电压引发的电流在逆变器4以及电机41中流动。
在步骤ST15A中,运转指令部101将第2电机42的转速BS2与预先确定的阈值进行比较。
在第2电机42的转速BS2大于阈值时(在ST15A为“否”),回到步骤ST14A,继续进行制动动作。
当第2电机42的转速BS2变为阈值以下后(在ST15A为“是”),结束处理。
在步骤ST13B中,运转指令部101将第2电机42的转速BS2与预先确定的阈值进行比较。
在第2电机42的转速BS2大于阈值的情况下(在ST13B为“否”),回到步骤ST12B,继续进行对电机42的制动动作。
在第2电机42的转速BS2为阈值以下的情况下(在ST13B为“否”),进入步骤ST14B。
在步骤ST14B中,将逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路设为接通,将开闭部9-1设为关闭的状态。
另外,在步骤ST12B和步骤ST14B中,也可以设置将逆变器4的同侧的支路设为接通的这样的制约。
将开闭部9-1设为关闭的结果,使由电机41的感应电压引发的电流在逆变器4以及电机42中流动。
在步骤ST15B中,运转指令部101将第1电机41的转速BS1与预先确定的阈值进行比较。
在第1电机41的转速BS1大于阈值时(在ST15B为“否”),回到步骤ST14B,继续进行制动动作。
当第1电机41的转速BS1变为阈值以下后(在ST15B为“是”),结束处理。
如以上那样,自被推测为制动时的电流较小的电机依次进行制动动作,如RL电路那样使用转速因制动动作而降低了的电机,减少在接着进行制动动作的电机中流动的电流。由此,能够减少在制动时在逆变器或电机中流动的电流,减少由过电流、温度上升等导致的逆变器故障以及退磁的风险。
在实施方式4中,也可以在进行步骤ST14A或ST14B的处理时,与参照实施方式3的步骤ST31以及ST32说明过的同样,对逆变器电流与电机电流的比率进行反馈控制。
能对上述的实施方式1~4施加各种各样的变形。
例如,在上述的实施方式1~4中,通过从逆变器的相电流减掉第1电机41的相电流来求出第2电机42的相电流,但如上述那样,可以也对第2电机42设置与电机电流检测部6同样的电机电流检测部。
另外,在上述的实施方式1~4中,进行对两台电机中的一台的制动动作,在该一台电机的转速变为阈值以下后,开始对另一台电机的制动动作,但也可以在从对上述一台电机的制动动作开始经过了一定的时间后,开始对另一台电机的制动动作。
上述的一定的时间是推测因对上述一台电机的制动动作而使其转速变为阈值以下的时间,或是在该时间的基础上加上富余量而得到的时间,是基于经验预先确定的。
同样,在上述的实施方式1~4中,关于上述另一台电机,也是在其转速变为了阈值以下后结束制动动作,但也可以取而代之地在从对该另一台电机的制动动作开始经过了一定的时间后,结束该制动动作。
上述的一定的时间是推测因对上述另一台电机的制动动作而使其转速变为阈值以下的时间,或是在该时间的基础上加上富余量而得到的时间,是基于经验预先确定的。
在上述的实施方式1~4中,利用选择部115选择PWM信号生成部112的输出或开关信号生成部114的输出。也可以取而代之地设为以下结构:设置用于选择坐标变换部111的输出vu*、vv*、vw*或未图示的制动用电压指令值生成部的输出的未图示的选择部,并将该选择部的输出供给到PWM信号生成部112。在该情况下使用的制动用电压指令值生成部依据来自运转指令部101的指示,生成用于使PWM信号生成部112生成如下信号的制动用电压指令值,即,生成用于对逆变器4的各支路的开关元件进行PWM控制的信号、用于设为始终接通的信号(维持接通状态的信号)或用于设为始终断开的信号(维持为断开状态的信号)。
实施方式5.
以上,说明了能与逆变器4连接的电机的台数为两台的情况,但能与逆变器4连接的电机的台数也可以为3台以上。在能与逆变器4连接的电机的台数为4的情况下,考虑例如如图18所示地构成电机驱动装置。
图18的电机驱动装置是将图15的电机驱动装置变形或扩张后得到的结构。
在图18中,省略了电机驱动装置中的向逆变器4供给直流电力的部分,即,图15的整流器2以及平滑部3的图示,此外还省略了交流电源1的图示。
在图18所示的结构中,逆变器4的输出借助开闭部9-1~9-4与电机41~44连接。在开闭部9-1~9-4与电机41~44之间分别设置有电机电流检测部6-1~6-1以及感应电压检测部32-1~32-4。此外,代替控制部10d地设置有控制部10e。
利用电机电流检测部6-1~6-4检测到的电流以及利用感应电压检测部32-1~32-4检测到的电压输入到控制部10e。
电机电流检测部6-1~6-4分别与图1或图15的电机电流检测部6同样。
电机电流检测部6-1与图1或图15的电机电流检测部6同样,检测第1电机41的相电流iu_m、iv_m、iw_m。电机电流检测部6-2检测第2电机42的相电流iu_sl2、iv_sl2、iw_sl2。电机电流检测部6-3检测第3电机43的相电流iu_sl3、iv_sl3、iw_sl3。电机电流检测部6-4检测第4电机44的相电流iu_sl4、iv_sl4、iw_sl4
感应电压检测部32-1~32-4分别与图15的感应电压检测部32-1或32-2同样。
感应电压检测部32-1检测第1电机41的感应电压Eu1、Ev1、Ew1。感应电压检测部32-2检测第2电机42的感应电压Eu2、Ev2、Ew2。感应电压检测部32-3检测第3电机43的感应电压Eu3、Ev3、Ew3。感应电压检测部32-4检测第4电机44的感应电压Eu4、Ev4、Ew4
控制部10e与图16的控制部10d大体相同,但有以下说明的不同。例如如图19所示地构成控制部10e。
在图19中,脉动补偿部122、123、124分别相对于第2电机42、第3电机43、第4电机44设置,分别具有与图2或图4的坐标变换部104、电机速度推测部106、积分部108以及脉动补偿控制部110同样的部件,基于dq轴电压指令值vd*、vq*和对应的电机的相电流,生成关于对应的电机的脉动补偿电流指令值。
例如,脉动补偿部122基于第2电机42的相电流iu_sl2、iv_sl2、iw_sl2,生成关于第2电机42的脉动补偿电流指令值isl2*。
同样,脉动补偿部123基于第3电机43的相电流iu_sl3、iv_sl3、iw_sl3,生成关于第3电机43的脉动补偿电流指令值isl3*。
同样,脉动补偿部124基于第4电机44的相电流iu_sl4、iv_sl4、iw_sl4,生成关于第4电机44的脉动补偿电流指令值isl4*。
电压指令生成部109基于dq轴电流id_m、iq_m、转速推测值ωm和脉动补偿电流指令值isl2*、isl3*、isl4*,算出dq轴电压指令值vd*、vq*。
在电压指令生成部109生成dq轴电压指令值vd*、vq*时,利用由脉动补偿部122、123、124生成的脉动补偿电流指令值isl2*、isl3*、isl4*,所以进行使4台电机41~44的旋转相位一致的那样的控制。
在没有利用逆变器4驱动电机41、42、43、44的状态下,速度推测部116推测这些电机的转速RS1、RS2、RS3、RS4
在对电机41、42、43、44进行制动动作时,速度推测部117推测这些电机的转速BS1、BS2、BS3、BS4
在图示的例子中,速度推测部117基于各电机的相电流的至少一个推测该电机的转速。
例如,速度推测部117基于由电机电流检测部6检测到的第1电机41的相电流iu_m、iv_m、iw_m的至少一个,推测第1电机41的转速BS1
同样,速度推测部117基于第2电机42的相电流iu_sl2、iv_sl2、iw_sl2的至少一个,推测第2电机42的转速BS2
同样,速度推测部117基于第3电机43的相电流iu_sl3、iv_sl3、iw_sl3的至少一个,推测第3电机43的转速BS3
同样,速度推测部117基于第4电机44的相电流iu_sl4、iv_sl4、iw_sl4的至少一个,推测第4电机44的转速BS4
运转指令部101基于由速度推测部116推测到的电机41~44的速度RS1、RS2、RS3、RS4、由感应电压检测部32-1~32-4检测到的感应电压Eu1、Ev1、Ew1、Eu2、Ev2、Ew2、Eu3、Ev3、Ew3、Eu4、Ev4、Ew4和由速度推测部117推测到的电机41~44的转速BS1、BS2、BS3、BS4,进行制动动作的控制。在制动动作的控制中包含开关信号生成部114的控制、选择部115的控制以及连接切换部8的控制。在连接切换部8的控制中包含开闭部9-1~9-4的控制。
例如,在开始进行对4台电机41~44的制动动作时,运转指令部101最初基于感应电压Eu1、Ev1、Ew1、Eu2、Ev2、Ew2、Eu3、Ev3、Ew3、Eu4、Ev4、Ew4,确定制动动作中的顺序。这里所说的顺序是在制动动作中选择电机的顺序。例如,按照感应电压较小的顺序选择电机。
在对最先选择的电机的制动动作中,预先关闭与该电机对应的开闭部并打开其他的开闭部,将逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路设为接通,使由所选择的电机的感应电压引发的电流流到逆变器4。
在该电机的转速变为阈值以下后,或从对该电机的制动动作开始经过了预先确定的时间后,开始进行对第二个选择的电机的制动动作。
在对第二个选择的电机的制动动作中,关闭与该电机对应的开闭部,使由该电机的感应电压引发的电流流通逆变器4以及最先选择的电机的至少一者。为了使该电流流通逆变器4,将逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路设为接通。为了使该电流流通最先选择的电机,关闭与最先选择的电机对应的开闭部。
在该电机的转速变为阈值以下后,或从对该电机的制动动作开始经过了预先确定的时间后,开始进行对第三个选择的电机的制动动作。
在对第三个选择的电机的制动动作中,关闭与该电机对应的开闭部,使由该电机的感应电压引发的电流流到逆变器4、最先选择的电机以及第二个选择的电机的至少一者。为了使该电流流通逆变器4,将逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路设为接通。为了使该电流流通最先选择的电机,关闭与最先选择的电机对应的开闭部。为了使该电流流通第二个选择的电机,关闭与第二个选择的电机对应的开闭部。
在该电机的转速变为阈值以下后,或从对该电机的制动动作开始经过了预先确定的时间后,开始进行对第四个选择的电机的制动动作。
在对第四个(最后)选择的电机的制动动作中,关闭与该电机对应的开闭部,使由该电机的感应电压引发的电流流到逆变器4、最先选择的电机、第二个选择的电机以及第三个选择的电机的至少一者。为了使该电流流通逆变器4,将逆变器4的1个以上的上支路或1个以上的下支路设为接通。为了使该电流流通最先选择的电机,关闭与最先选择的电机对应的开闭部。为了使该电流流通第二个选择的电机,关闭与第二个选择的电机对应的开闭部。为了使该电流流通第三个选择的电机,关闭与第三个选择的电机对应的开闭部。
在该电机的转速变为阈值以下后,或从对该电机的制动动作开始经过了预先确定的时间后,结束制动动作。
由此,一连串的制动动作结束。
如以上那样,在对第二个以后选择的电机的制动动作中,使由该电机的感应电压引发的电流流到逆变器4以及在该电机之前进行了制动动作的1台以上的电机的至少一者。
在使电流流到逆变器4和在该电机之前进行了制动动作的1台以上的电机双方的情况下,通过调节对逆变器4的PWM控制的占空比,能够改变所流动的电流的比率。
在决定所流动的电流的比率时,也可以与在实施方式3中说明的同样,基于在逆变器4以及电机中流动的电流进行反馈控制。
另外,在上述的例子中,相对于4台电机全都分别设置有电机电流检测部,但也能相对于3台电机设置电机电流检测部,通过从逆变器4的相电流减掉3台电机的相电流来求出其余的1台电机的相电流。
另外,上述的例子是对实施方式4的变形,也能对实施方式1~3施加同样的变形。在该情况下,也可以对3台电机设置开闭部,对其余的1台电机不设置开闭部。
另外,关于实施方式1~4进行了说明的变形也能施加于实施方式5。
例如,也可以代替如图16所示那样地设置开关信号生成部114以及选择部115,而是将选择坐标变换部111的输出或未图示的制动用电压指令值生成部的输出的未图示的选择部的输出供给到PWM信号生成部112。
以上,说明了能与逆变器4连接的电机的台数为4台的情况,但在能与逆变器4连接的电机的台数为4台以外的情况下,也是同样的。
一般来说,较佳的是,电机驱动装置构成为具备逆变器,该逆变器能与分别在转子具有永久磁铁的n台(n为2以上的整数)的电机连接,
对上述n台电机中的i台(i为1至(n-1)中任一整数)的电机进行制动动作,然后对上述n台电机中的上述i台电机以外的电机中的j台(j为1至(n-i)中任一整数)的电机进行制动动作。
在该情况下,也可以在上述i台电机的转速变为预先确定的阈值以下后,开始进行对上述j台电机的制动动作。
也可以取而代之地,在从对上述i台电机的制动动作开始经过了预先确定的时间后,开始进行对上述j台电机的制动动作。
也可以是:在对上述i台电机进行制动动作时,将上述逆变器的1个以上的上支路或1个以上的下支路的开关元件始终接通或者进行PWM控制,从而使由上述i台电机的感应电压引发的电流流到上述逆变器。
也可以是:在对上述i台电机进行制动动作时,预先使上述i台电机以外的电机与上述逆变器以及上述i台电机切断。
而且,也可以是,在对上述j台电机进行制动动作时,使上述j台电机与上述逆变器连接,将上述逆变器的1个以上的上支路或1个以上的下支路的开关元件设为始终接通,或者进行PWM控制,从而使由上述j台电机的感应电压引发的电流流到上述逆变器。
也可以取而代之地,在对上述j台电机进行制动动作时,使上述j台电机与上述i台电机连接,从而使由上述j台电机的感应电压引发的电流流到上述i台电机。
在该情况下,也可以是,将上述逆变器的所有的支路的开关元件设为始终断开,从而不使由上述j台电机的感应电压引发的电流流到上述逆变器。
也可以取而代之地,将上述逆变器的1个以上的上支路或1个以上的下支路的开关元件设为始终接通,或者进行PWM控制,从而使由上述j台电机的感应电压引发的电流也流到上述逆变器。
另外,也可以是,对上述n台电机,一台一台地按顺序进行制动动作。
在该情况下,也可以对上述n台电机的各个电机推测在制动动作时产生的电流,自所推测的电流较少的电机依次进行制动动作。
在该情况下,上述n台电机的各个电机在进行上述制动动作时产生的电流,也可以是在使各电机与上述逆变器进行了连接时因该电机的感应电压而流动的电流。
另外,在一台一台地按顺序对上述n台电机进行制动动作的情况下,最好相对于上述n台电机中至少(n-1)台电机设置有与上述逆变器的连接用的开闭部。
实施方式6.
在实施方式6中,说明热泵装置的电路结构的一例。
图20是实施方式6的热泵装置900的电路结构图。
图21是关于图20所示的热泵装置900的制冷剂的状态的莫里尔图。在图21中,横轴表示比焓,纵轴表示制冷剂压力。
热泵装置900利用配管依次连接有压缩机901、换热器902、膨胀机构903、接收器904、内部换热器905、膨胀机构906、换热器907,具备供制冷剂循环的主制冷剂回路908。另外,在主制冷剂回路908中,在压缩机901的排出侧设置有四通阀909,能够切换制冷剂的循环方向。
换热器907具有第1部分907a以及第2部分907b,未图示的阀与该第1部分907a以及第2部分907b连接,依据热泵装置900的负荷控制制冷剂的流动。例如,在热泵装置900的负荷比较大时,使制冷剂流到第1部分907a以及第2部分907b双方,在热泵装置900的负荷比较小时,使制冷剂只流到第1部分907a以及第2部分907b的一者,例如第1部分907a。
在第1部分907a以及第2部分907b的近旁与各个部分对应地设置有风扇910a以及风扇910b。风扇910a以及风扇910b分别由相互独立的电机驱动。例如,在实施方式1~4的任一者中说明的电机41以及电机42分别用于风扇910a以及风扇910b的驱动。
此外,热泵装置900具备注射回路912,该注射回路912利用配管从接收器904与内部换热器905之间连接至压缩机901的注射管。膨胀机构911和内部换热器905依次连接于注射回路912。
供水循环的水回路913连接于换热器902。另外,热水供给器、暖气片和地暖等散热器等利用水的装置连接于水回路913。
首先,说明热泵装置900的制热运转时的动作。在制热运转时,四通阀909沿实线方向设定。另外,该制热运转不仅包括在空调中使用的制热,而且也包括热水供给用的水的加热。
利用压缩机901而成为高温高压的气相制冷剂(图21的点1)自压缩机901排出,在成为冷凝器且散热器的换热器902进行热交换而液化(图21的点2)。此时,利用自制冷剂散出的热将在水回路913内循环的水加热,利用于制热和热水供给等。
利用换热器902液化后的液相制冷剂被膨胀机构903减压而成为气液两相状态(图21的点3)。利用膨胀机构903而成为气液两相状态的制冷剂在接收器904与被向压缩机901吸入的制冷剂进行热交换,冷却而液化(图21的点4)。在接收器904液化后的液相制冷剂以分支的形式向主制冷剂回路908和注射回路912流动。
在主制冷剂回路908内流动的液相制冷剂与被膨胀机构911减压并成为气液两相状态的在注射回路912内流动的制冷剂,在内部换热器905进行热交换,进一步被冷却(图21的点5)。在内部换热器905冷却后的液相制冷剂被膨胀机构906减压而成为气液两相状态(图21的点6)。在膨胀机构906成为气液两相状态的制冷剂在成为蒸发器的换热器907与外部空气热交换而被加热(图21的点7)。
并且,在换热器907被加热后的制冷剂在接收器904被进一步加热(图21的点8)而被吸入压缩机901。
另一方面,在注射回路912内流动的制冷剂如上述那样,在膨胀机构911被减压(图21的点9),在内部换热器905被进行热交换(图21的点10)。在内部换热器905进行了热交换后的气液两相状态的制冷剂(注射制冷剂)在气液两相状态不变的状态下自压缩机901的注射管向压缩机901内流入。
在压缩机901中,自主制冷剂回路908吸入的制冷剂(图21的点8)被压缩加热至中间压(图21的点11)。
注射制冷剂(图21的点10)与被压缩并加热至中间压的制冷剂(图21的点11)合流,温度下降(图21的点12)。
并且,温度下降后的制冷剂(图21的点12)被进一步压缩、加热而成为高温高压,被排出(图21的点1)。
另外,在不进行注射运转的情况下,将膨胀机构911的开度设为全闭。也就是说,在进行注射运转的情况下,膨胀机构911的开度变得比某一值大,但在不进行注射运转时,使膨胀机构911的开度变得比上述的某一值小。由此,制冷剂不会向压缩机901的注射管流入。
这里,利用由微型计算机等构成的控制部对膨胀机构911的开度进行电子控制。
接下来,说明热泵装置900的制冷运转时的动作。在制冷运转时,四通阀909沿虚线方向设定。另外,该制冷运转不仅包括在空调中使用的制冷,也包括水的冷却和食品的冷冻等。
利用压缩机901而成为高温高压的气相制冷剂(图21的点1)自压缩机901排出,在成为冷凝器且散热器的换热器907进行热交换而液化(图21的点2)。在换热器907液化后的液相制冷剂在膨胀机构906被减压而成为气液两相状态(图21的点3)。在膨胀机构906成为气液两相状态的制冷剂在内部换热器905进行热交换而被冷却、液化(图21的点4)。在内部换热器905中,使在膨胀机构906成为气液两相状态的制冷剂,和利用膨胀机构911使在内部换热器905液化后的液相制冷剂减压而成为气液两相状态的制冷剂(图21的点9)进行热交换。在内部换热器905进行了热交换后的液相制冷剂(图21的点4)以分支的形式向主制冷剂回路908和注射回路912流动。
在主制冷剂回路908内流动的液相制冷剂在接收器904与被吸入压缩机901的制冷剂进行热交换,进一步被冷却(图21的点5)。在接收器904冷却后的液相制冷剂在膨胀机构903减压而成为气液两相状态(图21的点6)。在膨胀机构903成为气液两相状态的制冷剂在成为蒸发器的换热器902进行热交换而被加热(图21的点7)。此时,制冷剂吸热,从而使在水回路913内循环的水降温,利用于制冷、冷却和冷冻等。
并且,在换热器902被加热后的制冷剂在接收器904被进一步加热(图21的点8),被吸入压缩机901。
另一方面,在注射回路912内流动的制冷剂如上述那样,被膨胀机构911减压(图21的点9)并在内部换热器905进行热交换(图21的点10)。在内部换热器905进行了热交换后的气液两相状态的制冷剂(注射制冷剂)在气液两相状态不变的状态下自压缩机901的注射管流入。
在压缩机901内的压缩动作与在制热运转时同样。
另外,在不进行注射运转时,与制热运转时同样,将膨胀机构911的开度设为全闭,不使制冷剂向压缩机901的注射管流入。
另外,在上述的例子中,将换热器902设为使制冷剂与在水回路913内循环的水进行热交换的板式换热器那样的换热器而进行了说明。换热器902不限定于此,也可以使制冷剂与空气进行热交换。
另外,水回路913也可以不是供水循环的回路,也可以是供其他的流体循环的回路。
在上述的例子中,换热器907具有第1部分907a以及第2部分907b,但也可以考虑设为取而代之或加之使换热器902具有两个部分的结构。并且,在换热器902使制冷剂与空气进行热交换的情况下,有时也设为使上述的两个部分分别具有风扇并且这些风扇由相互独立的电机驱动的结构。
以上,说明了换热器902或换热器907具有两个部分的结构,但也可以考虑设为取而代之或加之使压缩机901具有第1部分(第1压缩机构)以及第2部分(第2压缩机构)的结构。在该情况下,控制为在热泵装置900的负荷比较大时,使第1部分以及第2部分都进行压缩动作,在热泵装置900的负荷比较小时,仅使第1部分以及第2部分的一者例如第1部分进行压缩动作。
在上述这样的结构的情况下,在压缩机901的第1部分以及第2部分设置用于驱动这些部分的相互独立的电机。例如,在实施方式1~4的任一者中说明的电机41以及电机42能够分别用于第1部分以及第2部分的驱动。
以上,说明了换热器902以及换热器907的至少一者具有两个部分,并且相对于换热器902以及换热器907的至少一者设置有两台风扇的情况,但也可以考虑使换热器具有3个以上的部分的结构。一般来说,可以考虑换热器902以及换热器907的至少一者有时具有多个部分,与各个部分对应地设置有风扇,与各个风扇对应地设置有电机的结构。在那样的情况下,通过使用在实施方式1~5的任一者中说明的电机驱动装置,能够利用1台逆变器驱动多个电机。
另外,说明了压缩机901具有两个部分的情况,但也可以考虑使压缩机901具有3个以上的部分的结构。一般来说,可以考虑压缩机901有时具有多个部分并与各个部分对应地设置有电机的结构。在那样的情况下,通过使用在实施方式1~5的任一者中说明的电机驱动装置,能够利用1台逆变器驱动多个电机。
通过将在实施方式6中说明的热泵装置与在实施方式1~5的任一者中说明的电机驱动装置组合,构成冷冻循环应用设备。
如上述那样,在驱动实施方式6的压缩机901或换热器902或换热器907的风扇的电机具有多台的情况下,通过应用实施方式1~5的任一者中说明的结构,能够使用1台逆变器4驱动多台电机,从而能够实现电机驱动装置的低成本化以及小型轻型化。
另外,在将电机用于换热器的风扇的驱动的情况下,电机驱动装置的小型化相应地能够增大换热器的尺寸,由此也能进一步提高热交换效率,实现高效率化。
此外,由于能够减少在制动动作时在逆变器或电机中流动的电流,所以能够减少逆变器故障以及电机退磁的风险。
另外,通过使开闭部(9、9-1~9-4)进行动作,能够调整由逆变器4驱动的电机的台数,所以能在例如负荷比较小时,仅使多台电机中的一部分的电机例如第1电机41进行运转,在负荷比较大时,使更多的电机例如第1电机41和第2电机42都进行运转,通过这样依据负荷改变驱动台数,能够经常以所需最小限度的台数进行运转,从而能够进一步提高热泵装置的效率。
此外,在例如将电机用于风扇的驱动的情况下,在风扇因外部风等而自由运转的情况下,在只对多台电机中的一部分电机例如第1电机41进行了制动动作后进行起动,而其余的电机例如第2电机42也能维持自由运转状态而对换热器902或换热器907的热交换产生贡献,从而能够实现进一步的高效率化。
另外,以上的实施方式示出的结构是本发明的结构的一例,也能与别的公知技术进行组合,也能在不脱离本发明的主旨的范围内省略一部分等而进行变更来构成。
产业上的可利用性
如以上那样,本发明适于电机驱动装置以及具备该电机驱动装置的冷冻循环应用设备。另外,若是需要对多台电机进行制动动作的用途,则也能应用于任何的用途。
附图标记说明
1、交流电源;2、整流器;3、平滑部;4、逆变器;5、逆变器电流检测部;6、6-1~6-4、电机电流检测部;7、输入电压检测部;8、连接切换部;9、9-1~9-4、开闭部;10、10a、10c、10d、10e、控制部;32-1~32-4、感应电压检测部;101、运转指令部;102、减法部;103、104、坐标变换部;105、第1电机速度推测部;106、第2电机速度推测部;107、108、积分部;109、电压指令生成部;110、脉动补偿控制部;111、坐标变换部;112、PWM信号生成部;114、开关信号生成部;115、选择部;116、速度推测部;117、速度推测部;122~124、脉动补偿部;900、热泵装置;901、压缩机;902、换热器;903、906、911、膨胀机构;904、接收器;905、内部换热器;907、换热器;907a、第1部分;907b、第2部分;908、主制冷剂回路;909、四通阀;910a、910b、风扇;912、注射回路;913、水回路。

Claims (15)

1.一种电机驱动装置,其中,
所述电机驱动装置具备逆变器,所述逆变器能与n台电机连接,n为2以上的整数,该n台电机分别在转子具有永久磁铁,
对所述n台电机中的i台电机进行制动动作,i为从1到(n-1)的任一整数,然后对所述n台电机中的所述i台电机以外的电机中的j台电机进行制动动作,j为从1到(n-i)的任一整数。
2.根据权利要求1所述的电机驱动装置,其中,
当所述i台电机的转速成为预先确定的阈值以下后,对所述j台电机开始进行制动动作。
3.根据权利要求1所述的电机驱动装置,其中,
在从对所述i台电机的制动动作开始经过了预先确定的时间后,开始对所述j台电机的制动动作。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机驱动装置,其中,
在对所述i台电机进行制动动作时,将所述逆变器的1个以上的上支路或1个以上的下支路的开关元件设为始终接通,或者进行PWM控制,从而使由所述i台电机的感应电压引发的电流流到所述逆变器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机驱动装置,其中,
在对所述i台电机进行制动动作时,预先使所述i台电机以外的电机与所述逆变器以及所述i台电机切断。
6.根据权利要求5所述的电机驱动装置,其中,
在对所述j台电机进行制动动作时,使所述j台电机与所述逆变器连接,将所述逆变器的1个以上的上支路或1个以上的下支路的开关元件设为始终接通,或者进行PWM控制,从而使由所述j台电机的感应电压引发的电流流到所述逆变器。
7.根据权利要求5所述的电机驱动装置,其中,
在对所述j台电机进行制动动作时,使所述j台电机与所述i台电机连接,从而使由所述j台电机的感应电压引发的电流流到所述i台电机。
8.根据权利要求7所述的电机驱动装置,其中,
在对所述j台电机进行制动动作时,将所述逆变器的所有的支路的开关元件设为始终断开,从而不使由所述j台电机的感应电压引发的电流流到所述逆变器。
9.根据权利要求7所述的电机驱动装置,其中,
在对所述j台电机进行制动动作时,将所述逆变器的1个以上的上支路或1个以上的下支路的开关元件设为始终接通,或者进行PWM控制,从而使由所述j台电机的感应电压引发的电流还流到所述逆变器。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的电机驱动装置,其中,
对所述n台电机,一台一台地按顺序进行制动动作。
11.根据权利要求10所述的电机驱动装置,其中,
关于所述n台电机的各个电机,推测在进行制动动作时产生的电流,从所推测到的电流较少的电机按顺序进行制动动作。
12.根据权利要求11所述的电机驱动装置,其中,
关于所述n台电机的各个电机,在进行所述制动动作时产生的电流是在使各电机与所述逆变器进行了连接时因该电机的感应电压而流动的电流。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的电机驱动装置,其中,
对所述n台电机中的至少(n-1)台电机设置有与所述逆变器连接用的开闭部。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的电机驱动装置,其中,
对处于自由运转状态的电机进行所述制动动作。
15.一种冷冻循环应用设备,其中,
所述冷冻循环应用设备具备权利要求1至14中任一项所述的电机驱动装置。
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