CN118160212A - 电动机驱动装置和制冷循环应用设备 - Google Patents

Abstract

具有：逆变器(30)，其向由于压缩机负载的周期性负载变动而产生速度变化的电动机(7)供给频率和电压值可变的交流电压；以及控制装置(100)，其对逆变器(30)进行控制，控制装置(100)具有：频率估计部，其估计表示电动机(7)的旋转状态的频率估计值；速度控制部，其根据频率估计值与频率指令值之间的偏差生成第1转矩电流指令值；负载转矩估计部，其估计施加给电动机(7)的负载转矩；补偿值运算部，其根据负载转矩，运算在包含负载转矩最大的定时的期间内使电动机(7)进行加速运转的转矩电流补偿值；以及加法部，其根据第1转矩电流指令值和转矩电流补偿值生成第2转矩电流指令值。

Description

电动机驱动装置和制冷循环应用设备

技术领域

本发明涉及对电动机进行驱动的电动机驱动装置和制冷循环应用设备。

背景技术

在负载转矩以机械角的1个周期或多个周期变化的压缩机等负载的情况下，从电动机驱动装置向电动机供给的电流也根据负载转矩的脉动而变动。因此，电动机驱动装置对电流的振幅值进行控制，以使向电动机供给的电流的振幅值的变动变小，由此能够进行高效的运转。在专利文献1中公开有如下技术：马达控制装置通过积分控制进行控制，以使q轴电流指令的脉动成分即交流成分为零，高效地对马达进行驱动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-82636号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，根据上述现有技术，由于流过马达的电流而引起的铜损的损失可能变小，但是，没有考虑包含压缩机等负载在内的装置整体的效率。因此，在包含压缩机等负载的装置整体中，存在可能无法成为高效运转这样的问题。

本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，得到能够减少在包含电动机的压缩机中产生的损失且能够在具有压缩机的制冷循环应用设备中减少消耗电力的电动机驱动装置。

用于解决课题的手段

为了解决上述的课题并实现目的，本发明的电动机驱动装置具有：逆变器，其向由于压缩机负载的周期性负载变动而产生速度变化的电动机供给频率和电压值可变的交流电压；以及控制装置，其对逆变器进行控制。控制装置具有：频率估计部，其估计表示电动机的旋转状态的频率估计值；速度控制部，其根据频率估计值与频率指令值之间的偏差生成第1转矩电流指令值；负载转矩估计部，其估计施加给电动机的负载转矩；补偿值运算部，其根据负载转矩，运算在包含负载转矩最大的定时的期间内使电动机进行加速运转的转矩电流补偿值；以及加法部，其根据第1转矩电流指令值和转矩电流补偿值生成第2转矩电流指令值。

发明效果

本发明的电动机驱动装置发挥如下效果：能够减少在包含电动机的压缩机中产生的损失，且能够在具有压缩机的制冷循环应用设备中减少消耗电力。

附图说明

图1是示出本实施方式的制冷循环应用设备的结构例的图。

图2是示出本实施方式的制冷循环应用设备具有的压缩机的结构的概略的剖视图。

图3是在本实施方式的制冷循环应用设备具有的压缩机的图2所示的2B-2B线的剖视图中示意地示出压缩机中产生的损失的图。

图4是示意地示出本实施方式的压缩机的气缸中的制冷剂的吸入、压缩和排出的工序的图。

图5是示出本实施方式的压缩机的电动机中的负载转矩、压缩机的压缩室压力和压缩机中产生的损失的定时的图。

图6是示出本实施方式的电动机驱动装置的结构例的图。

图7是示出本实施方式的电动机驱动装置具有的逆变器的结构例的图。

图8是示出本实施方式的电动机驱动装置具有的控制装置的结构例的图。

图9是示出本实施方式的控制装置具有的电压指令值运算部的结构例的图。

图10是示出由本实施方式的电动机驱动装置的负载转矩估计部构成的干扰观测器的例子的图。

图11是示出由本实施方式的电动机驱动装置的负载转矩估计部估计出的负载转矩、压缩机的压缩室压力和补偿值运算部生成的转矩电流补偿值的例子的图。

图12是示出本实施方式的电动驱动装置具有的控制装置的动作例的图。

图13是示出本实施方式的电动机驱动装置具有的控制装置的动作的流程图。

图14是示出实现本实施方式的电动机驱动装置具有的控制装置的硬件结构的一例的图。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的实施方式的电动机驱动装置和制冷循环应用设备进行详细说明。

实施方式

图1是示出本实施方式的制冷循环应用设备900的结构例的图。制冷循环应用设备900具有电动机驱动装置200。制冷循环应用设备900能够应用于空调机、冷藏库、冷冻库、热泵式热水器这样的具有制冷循环的产品。电动机驱动装置200对内置于压缩机904的电动机7进行驱动，由此使制冷循环应用设备900进行动作。

制冷循环应用设备900经由制冷剂配管912安装有内置了电动机7的压缩机904、四通阀902、室内热交换器906、膨胀阀908和室外热交换器910。在压缩机904的内部设置有对制冷剂进行压缩的压缩机构924、以及使压缩机构924进行动作的电动机7。制冷循环应用设备900能够通过四通阀902的切换动作进行制热运转或制冷运转。压缩机构924由被可变速控制的电动机7来驱动。

在制热运转时，如实线箭头所示，制冷剂在压缩机构924中被加压而送出，通过四通阀902、室内热交换器906、膨胀阀908、室外热交换器910和四通阀902返回到压缩机构924。在制冷运转时，如虚线箭头所示，制冷剂在压缩机构924中被加压而送出，通过四通阀902、室外热交换器910、膨胀阀908、室内热交换器906和四通阀902返回到压缩机构924。

在制热运转时，室内热交换器906作为冷凝器发挥作用而进行热释放，室外热交换器910作为蒸发器发挥作用而进行热吸收。在制冷运转时，室外热交换器910作为冷凝器发挥作用而进行热释放，室内热交换器906作为蒸发器发挥作用而进行热吸收。膨胀阀908对制冷剂进行减压而使其膨胀。压缩机904由被可变速控制的电动机7来驱动。

对内置由电动机驱动装置200驱动的对象即电动机7的压缩机904的结构进行说明。图2是示出本实施方式的制冷循环应用设备900具有的压缩机904的结构的概略的剖视图。图3是在本实施方式的制冷循环应用设备900具有的压缩机904的图2所示的2B-2B线的剖视图中示意地示出压缩机904中产生的损失的图。压缩机904是密闭式的旋转式压缩机，具有构成密闭容器的压缩机壳922和配置于压缩机壳922内的压缩机构924。在压缩机904中，制冷剂从吸入配管926导入到压缩机构924内，从排出配管928排出。压缩机壳922支承于支承部件930。压缩机构924具有气缸932和配置于气缸932内的旋转式活塞934。

电动机7配置于压缩机壳922内，具有转子7a和将转子7a保持成能够旋转的定子7b。转子7a与轴936耦合。轴936通过未图示的轴承保持成能够相对于未图示的框架进行旋转。该框架固定于压缩机壳922。轴936与旋转式活塞934耦合。电动机7的转子7a的旋转经由轴936传递到旋转式活塞934。在本实施方式中，电动机7由于压缩机904的负载的周期性负载变动而产生速度变化。

在气缸932形成有吸入口942和排出口944。在气缸932内设置有叶片946。吸入口942与吸入配管926连接。排出口944与排出配管928连接。另外，在图3中，概念性地图示出吸入口942和排出口944，各自的位置不一定准确地表示实际的位置。叶片946被朝向气缸932的中心施力，能够在旋转式活塞934的周面上滑动，并且沿气缸932的径向移动。

当轴936旋转时，旋转式活塞934沿箭头RP所示的方向旋转。其结果是，在气缸932中，从吸入口942吸入气化的制冷剂，制冷剂被压缩，通过压缩而液化的制冷剂从排出口944排出。如图3所示，在气缸932中，在排出阀947打开的定时，产生成为机械损失的排出过冲损失。在气缸932中，在吸入、压缩和排出的一系列工序中，施加给旋转式活塞934的压力变化。该压力的变化成为施加给压缩机904的电动机7的负载转矩T_load的变化。

图4是示意地示出本实施方式的压缩机904的气缸932中的制冷剂的吸入、压缩和排出的工序的图。图5是示出本实施方式的压缩机904的电动机7中的负载转矩T_load、压缩机904的压缩室压力P_c和压缩机904中产生的损失的定时的图。图4所示的机械角对应于图5所示的横轴的机械角。在图5中，横轴表示电动机7的1个周期的机械角，纵轴表示负载转矩标准波形即电动机7中的负载转矩T_load和压缩机904的压缩室压力P_c。在图4的(a)中，制冷剂被吸入到气缸932的吸入室935。在气缸932中，旋转式活塞934从图4的(a)起按照图4的(b)、图4的(c)、图4的(d)的顺序旋转，由此，向排除容积所示的部分填充制冷剂。在接下来的图4的(a)的定时，制冷剂重新被吸入到吸入室935，并且，填充到排除容积所示的部分的制冷剂在压缩室945中被压缩。在气缸932中，旋转式活塞934按照图4的(b)、图4的(c)的顺序旋转，排出阀947打开，由此，压缩后的制冷剂被排出。图4的(c)的期间是图5所示的(A)的期间，是产生排出过冲损失的定时。

如上所述，电动机7配置于压缩机壳922内，因此，电动机7是压缩机904的一部分，电动机7还能够视为对压缩机904的压缩机构924进行驱动的部分。如以下详细叙述的那样，在本实施方式中，电动机驱动装置200对电动机7进行驱动，通过控制电动机7，减少压缩机904中产生的排出过冲损失。

对电动机驱动装置200的结构进行说明。图6是示出本实施方式的电动机驱动装置200的结构例的图。图7是示出本实施方式的电动机驱动装置200具有的逆变器30的结构例的图。电动机驱动装置200与交流电源1和电动机7连接。电动机驱动装置200对从交流电源1供给的交流电压进行整流，再次转换成交流电压并供给到电动机7，对电动机7进行驱动。电动机驱动装置200具有反应器2、整流电路3、平滑电容器5、逆变器30、母线电压检测部10、母线电流检测部40和控制装置100。

整流电路3具有4个二极管D1、D2、D3、D4。4个二极管D1～D4进行桥连接，构成二极管桥电路。整流电路3通过由4个二极管D1～D4构成的二极管桥电路对从交流电源1供给的交流电压进行整流。在整流电路3中，输入端子的一端经由反应器2与交流电源1连接，输入端子的另一端与交流电源1连接。此外，在整流电路3中，输出端子与平滑电容器5连接。

平滑电容器5对整流电路3的输出电压进行平滑。平滑电容器5的一个电极与整流电路3的第1输出端子和高电位侧即正侧的直流母线12a连接。平滑电容器5的另一个电极与整流电路3的第2输出端子和低电位侧即负侧的直流母线12b连接。将由平滑电容器5平滑后的电压称作母线电压V_dc。直流母线12a、12b是连接整流电路3的输出端子、平滑电容器5的电极和逆变器主电路310的输入端子的线。

逆变器30接受平滑电容器5的两端电压即母线电压V_dc，产生频率和电压值可变的三相交流电压，经由输出线331～333供给到电动机7。如图7所示，逆变器30具有逆变器主电路310和驱动电路350。逆变器主电路310的输入端子与直流母线12a、12b连接。逆变器主电路310具有开关元件311～316。在开关元件311～316分别反向并联连接有回流用的整流元件321～326。

驱动电路350根据从控制装置100输出的PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)信号Sm1～Sm6生成驱动信号Sr1～Sr6。驱动电路350通过驱动信号Sr1～Sr6对开关元件311～316的接通/断开进行控制。由此，逆变器30能够将频率可变且电压可变的三相交流电压经由输出线331～333供给到电动机7。

PWM信号Sm1～Sm6是具有逻辑电路的信号电平即0V～5V的大小的信号。PWM信号Sm1～Sm6是将控制装置100的接地电位设为基准电位的信号。另一方面，驱动信号Sr1～Sr6是具有对开关元件311～316进行控制所需要的电压电平例如-15V～+15V的大小的信号。驱动信号Sr1～Sr6是将分别对应的开关元件的负侧的端子即发射极端子的电位设为基准电位的信号。

电动机7例如是三相永磁同步电动机。在本实施方式中，设想电动机7对负载转矩T_load周期性变动的负载要素(具体而言为压缩机904)进行驱动。在以后的说明中，有时将电动机7称作马达。

母线电压检测部10检测直流母线12a、12b之间的电压作为母线电压V_dc。母线电压检测部10例如具有利用串联连接的电阻进行分压的分压电路。母线电压检测部10使用分压电路将检测到的母线电压V_dc转换成适合于控制装置100中的处理的电压例如5V以下的电压，作为模拟信号即电压检测信号输出到控制装置100。从母线电压检测部10向控制装置100输出的电压检测信号通过控制装置100内的未图示的AD(Analog to Digital：模拟到数字)转换部从模拟信号转换成数字信号，用于控制装置100中的内部处理。

母线电流检测部40具有插入到直流母线12b的分流电阻。母线电流检测部40使用分流电阻检测输入到逆变器30的电流作为直流电流I_dc。母线电流检测部40将检测到的直流电流I_dc作为模拟信号即电流检测信号输出到控制装置100。从母线电流检测部40向控制装置100输出的电流检测信号通过控制装置100内的未图示的AD转换部从模拟信号转换成数字信号，用于控制装置100中的内部处理。

控制装置100生成PWM信号Sm1～Sm6，以对逆变器30进行控制。控制装置100将PWM信号Sm1～Sm6输出到逆变器30，对逆变器30进行控制。具体而言，控制装置100对逆变器30进行控制，使逆变器30的输出电压的角频率ω和电压值变化。

逆变器30的输出电压的角频率ω用与输出电压的角频率相同的符号ω表示，确定电动机7的电角下的旋转角速度。电动机7的机械角下的旋转角速度ω_m与电动机7的电角下的旋转角速度ω除以极对数P_m而得到的值相等。因此，在电动机7的机械角下的旋转角速度ω_m与逆变器30的输出电压的角频率ω之间存在ω_m＝ω/P_m的关系。在以后的说明中，有时将旋转角速度简称作旋转速度，将角频率简称作频率。

控制装置100根据流过电动机7的相电流i_u、i_v、i_w生成励磁电流指令值i_γ ^*，根据励磁电流指令值i_γ ^*生成γ轴电压指令值V_γ ^*。此外，控制装置100计算第1转矩电流指令值i_δ ^*以使电动机7的频率估计值ω_est与频率指令值ω_e ^*一致，计算对第1转矩电流指令值i_δ ^*进行校正后的第2转矩电流指令值i_δ ^**，根据第2转矩电流指令值i_δ ^**生成δ轴电压指令值V_δ ^*。控制装置100根据γ轴电压指令值V_γ ^*和δ轴电压指令值V_δ ^*对逆变器30进行控制。这样，在本实施方式中，控制装置100在具有γ轴和δ轴的旋转坐标系中进行控制。

对控制装置100的结构进行说明。图8是示出本实施方式的电动机驱动装置200具有的控制装置100的结构例的图。控制装置100具有运转控制部102和逆变器控制部110。

运转控制部102从外部接受指令信息Q_e，根据指令信息Q_e生成频率指令值ω_e ^*。频率指令值ω_e ^*能够通过对电动机7的旋转速度的指令值即旋转角速度指令值ω_m ^*乘以极对数P_m即ω_e ^*＝ω_m ^*×P_m来求出。

控制装置100在将空调机作为制冷循环应用设备900进行控制的情况下，根据指令信息Q_e对空调机的各部的动作进行控制。指令信息Q_e例如是表示由未图示的温度传感器检测到的温度和从未图示的操作部即遥控器指示的设定温度的信息、运转模式的选择信息、运转开始和运转结束的指示信息等。运转模式例如是制热、制冷、除湿等。另外，运转控制部102也可以位于控制装置100的外部。即，控制装置100也可以构成为从外部取得频率指令值ω_e ^*。

逆变器控制部110具有电流复原部111、三相二相转换部112、电压指令值运算部115、二相三相转换部116、PWM信号生成部117、电相位运算部118和励磁电流指令值生成部119。

电流复原部111根据由母线电流检测部40检测到的直流电流I_dc对流过电动机7的相电流i_u、i_v、i_w进行复原。电流复原部111在根据由PWM信号生成部117生成的PWM信号Sm1～Sm6确定的定时对由母线电流检测部40检测到的直流电流I_dc进行采样，由此能够复原出相电流i_u、i_v、i_w。

三相二相转换部112使用由后述的电相位运算部118生成的电相位θ_e，将由电流复原部111复原出的相电流i_u、i_v、i_w转换成作为γ轴电流的励磁电流i_γ和作为δ轴电流的转矩电流i_δ即γ-δ轴的电流值。

励磁电流指令值生成部119生成所述的旋转坐标系中的励磁电流指令值i_γ ^*。具体而言，励磁电流指令值生成部119根据转矩电流i_δ求出对于驱动电动机7来说效率最高的最佳励磁电流指令值i_γ ^*。励磁电流指令值生成部119根据转矩电流i_δ输出成为输出转矩T_m为规定的值以上或最大(即电流值为规定的值以下或最小)的电流相位β_m的励磁电流指令值i_γ ^*。另外，这里，励磁电流指令值生成部119根据转矩电流i_δ求出励磁电流指令值i_γ ^*，但是，这是一例，不限于此。励磁电流指令值生成部119根据励磁电流i_γ、频率指令值ω_e ^*等求出励磁电流指令值i_γ ^*，也能够得到相同的效果。

电压指令值运算部115根据从运转控制部102取得的频率指令值ω_e ^*、从三相二相转换部112取得的励磁电流i_γ和转矩电流i_δ、以及从励磁电流指令值生成部119取得的励磁电流指令值i_γ ^*，生成γ轴电压指令值V_γ ^*和δ轴电压指令值V_δ ^*。进而，电压指令值运算部115根据γ轴电压指令值V_γ ^*、δ轴电压指令值V_δ ^*、励磁电流i_γ和转矩电流i_δ估计频率估计值ω_est。电压指令值运算部115的详细动作在后面叙述。

电相位运算部118对从电压指令值运算部115取得的频率估计值ω_est进行积分，由此运算电相位θ_e。

二相三相转换部116使用从电相位运算部118取得的电相位θ_e，将从电压指令值运算部115取得的γ轴电压指令值V_γ ^*和δ轴电压指令值V_δ ^*即二相坐标系的电压指令值转换成三相坐标系的输出电压指令值即三相电压指令值V_u ^*、V_v ^*、V_w ^*。

PWM信号生成部117对从二相三相转换部116取得的三相电压指令值V_u ^*、V_v ^*、V_w ^*和由母线电压检测部10检测到的母线电压V_dc进行比较，由此生成PWM信号Sm1～Sm6。另外，PWM信号生成部117通过不输出PWM信号Sm1～Sm6，也能够使电动机7停止。

对电压指令值运算部115的结构和动作进行详细说明。图9是示出本实施方式的控制装置100具有的电压指令值运算部115的结构例的图。电压指令值运算部115具有频率估计部501、速度控制部502、负载转矩估计部503、补偿值运算部504、加法部505、减法部506、507、励磁电流控制部508和转矩电流控制部509。

频率估计部501估计表示电动机7的旋转状态的频率估计值ω_est。具体而言，频率估计部501根据励磁电流i_γ、转矩电流i_δ、γ轴电压指令值V_γ ^*和δ轴电压指令值V_δ ^*估计供给到电动机7的电压的频率，作为频率估计值ω_est进行输出。

速度控制部502根据从运转控制部102取得的频率指令值ω_e ^*和从频率估计部501取得的频率估计值ω_est生成第1转矩电流指令值i_δ ^*。速度控制部502例如根据频率指令值ω_e ^*与频率估计值ω_est之间的差分，使用比例积分(PI：Proportional Integral)控制器等控制器生成使得频率估计值ω_est与频率指令值ω_e ^*一致的第1转矩电流指令值i_δ ^*。

负载转矩估计部503根据励磁电流i_γ、转矩电流i_δ和从频率估计部501取得的频率估计值ω_est估计施加给电动机7的负载转矩T_load。

补偿值运算部504针对由负载转矩估计部503估计出的负载转矩T_load，运算使得减少在电动机7中产生的排出过冲损失的转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*。补偿值运算部504中的详细的转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*的生成方法在后面叙述。

加法部505对第1转矩电流指令值i_δ ^*加上转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*。加法部505将对第1转矩电流指令值i_δ ^*加上转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*而得到的(i_δ ^*+i_{δ_trq} ^*)作为第2转矩电流指令值i_δ ^**进行输出。

减法部506计算励磁电流i_γ相对于励磁电流指令值i_γ ^*的差分(i_γ ^*-i_γ)。减法部507计算转矩电流i_δ相对于第2转矩电流指令值i_δ ^**的差分(i_δ ^**-i_δ)。

励磁电流控制部508对由减法部506计算出的差分(i_γ ^*-i_γ)进行比例积分运算，生成使差分(i_γ ^*-i_γ)接近零的γ轴电压指令值V_γ ^*。励磁电流控制部508这样生成γ轴电压指令值V_γ ^*，由此进行用于使励磁电流i_γ与励磁电流指令值i_γ ^*一致的控制。

转矩电流控制部509对由减法部507计算出的差分(i_δ ^**-i_δ)进行比例积分运算，生成使差分(i_δ ^**-i_δ)接近零的δ轴电压指令值V_δ ^*。转矩电流控制部509这样生成δ轴电压指令值V_δ ^*，由此进行用于使转矩电流i_δ与第2转矩电流指令值i_δ ^**一致的控制。

在电压指令值运算部115中，在设电流控制响应为ω_cc时，励磁电流控制部508的比例增益Kp_γ用ω_cc·L_γ表示，积分增益Ki_γ使用电动机7的相电阻R，用(R/Lγ)·Kp_γ表示。此外，转矩电流控制部509的比例增益Kp_δ用ω_cc·L_δ表示，积分增益Ki_δ使用电动机7的相电阻R，用(R/Lδ)·Kp_δ表示。电压指令值运算部115通过增大电流控制响应ω_cc的值，能够缩短励磁电流i_γ追随于励磁电流指令值i_γ ^*的时间，能够缩短转矩电流i_δ追随于第1转矩电流指令值i_δ ^*的时间。但是，电流控制响应ω_cc并不能够无限大地变大，需要对控制周期设定小到某种程度的值。

另外，在本实施方式中，电动机驱动装置200构成为根据逆变器30的输入侧的直流电流I_dc复原出相电流i_u、i_v、i_w，但是不限于此。电动机驱动装置200也可以在逆变器30的输出线331、332、333设置电流检测器来检测相电流i_u、i_v、i_w。该情况下，电动机驱动装置200使用由电流检测器检测到的电流值来代替由电流复原部111复原出的电流即可。

在电动机驱动装置200中，作为逆变器主电路310的开关元件311～316，设想是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)、MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等，但是，只要是能够进行开关的元件即可，可以使用任意的元件。另外，在电动机驱动装置200中，在开关元件311～316为MOSFET的情况下，MOSFET在结构上具有寄生二极管，因此，即使不反向并联连接环流用的整流元件321～326，也能够得到相同的效果。

关于构成开关元件311～316的材料，不仅是硅(Si)，通过由使用作为宽带隙半导体的碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石等的材料构成，能够进一步减少损失。

接着，对电动机驱动装置200减少在压缩机904中产生的排出过冲损失的制冷循环应用设备900的高效运转方法进行说明。如图4和图5所示，可知在压缩机904的电动机7中，在机械角相位240度附近，负载转矩T_load最大，在该定时，压缩机904的排出阀947打开。当在排出阀947打开的定时以恒定速度控制电动机7，即成为输出转矩T_m与负载转矩T_load一致的状态时，在压缩机904中，较大地产生排出过冲损失。

根据上述的内容，电动机驱动装置200进行控制，使得在产生排出过冲损失的定时使电动机7加速。由此，可认为电动机驱动装置200能够减少压缩机904的排出过冲损失，并且使压缩机904高效地运转。以下，对电动机驱动装置200中的具体的控制方法进行说明，但是，电动机驱动装置200减少压缩机904的排出过冲损失并且使压缩机904高效地运转的控制方法不限于此。

首先，对在电动机驱动装置200的控制装置100中负载转矩估计部503估计负载转矩T_load的方法进行说明。为了估计负载转矩T_load，负载转矩估计部503利用干扰观测器。在使用输出转矩T_m、旋转角速度ω_m、负载的惯量J_m时，通过运动方程式，负载转矩T_load能够作为以下的式(1)而导出。

由此，在设干扰观测器的极为k[rad/s]时，式(1)能够表现为式(2)这样的干扰观测器的运算式。另外，设负载转矩T_load的估计值为T_load^，设拉普拉斯算子为s。

因此，为了消除式(2)的微分项s，通过如式(3)那样展开，能够构成图10所示的用于估计负载转矩T_load的干扰观测器。图10是示出由本实施方式的电动机驱动装置200的负载转矩估计部503构成的干扰观测器的例子的图。负载转矩估计部503通过使用图10所示的干扰观测器，能够求出负载转矩T_load的估计值即负载转矩估计值T_load^。

另外，输出转矩T_m用式(4)表示。在式(4)中，P_m是电动机7的极对数，是电动机7的磁通，L_d是d轴电感，L_q是q轴电感。负载转矩估计部503例如通过预先保持这些参数，能够计算输出转矩T_m。负载转矩估计部503将负载转矩估计值T_load^作为估计出的负载转矩T_load输出到补偿值运算部504。

图11是示出由本实施方式的电动机驱动装置200的负载转矩估计部503估计出的负载转矩T_load、压缩机904的压缩室压力P_c和补偿值运算部504生成的转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*的例子的图。在负载转矩估计部503估计出图11记载的负载转矩T_load的波形的情况下，补偿值运算部504生成并输出下段的(a)或(b)所示的转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*。在控制装置100中，加法部505对第1转矩电流指令值i_δ ^*加上转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*，生成第2转矩电流指令值i_δ ^**。

如图11所示，控制装置100在包含负载转矩T_load成为峰值且排出阀947打开的定时的(A)的期间内将转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*相加，由此对电动机7即压缩机904进行驱动，以使其急加速。

另外，补偿值运算部504生成的转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*的极限值用式(5)表示。即，转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*的极限值i_{δ_trq} ^*_lim是从转矩电流i_δ的整体的极限值i_δ_lim^*减去第1转矩电流指令值i_δ ^*而得到的值。

i_{δ_trq} ^*_lim＝i_δ_lim^*-i_δ ^*…(5)

转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*可以如图11所示的(a)那样达到极限，也可以如(b)那样具有某种程度的余量。此外，使转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*增加的斜率也没有特别限制。由此，控制装置100能够缩短产生排出过冲损失的时间，能够减少排出过冲损失。

控制装置100生成使得电动机7停止的转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*是不适当的，但是，即使以在图11的(A)的期间外使速度平均地追随于速度指令值的方式调整第1转矩电流指令值i_δ ^*，也没有任何问题。

关于在图11所示的(A)的期间内切换转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*的定时，控制装置100应该考虑未图示的控制器的控制延迟等来设定定时，不限于图11所示的定时。

另外，在电动机驱动装置200中，根据在具有压缩机904的制冷循环应用设备900中使用的、由压缩机904压缩的制冷剂的种类等，机械损失根据转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*的值、在转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*中增减值的期间等而变化，因此，在各条件下，最佳的转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*的值不同。

图12是示出本实施方式的电动机驱动装置200具有的控制装置100的动作例的图。图12的(a)示出如本实施方式那样使电动机7的旋转速度变化的情况下以及作为比较例而不使电动机7的旋转速度变化的情况下的电动机7的旋转速度。此外，图12的(a)示出对如本实施方式那样使电动机7的旋转速度变化的情况下的旋转速度进行微分而得到的成分。图12的(b)示出如本实施方式那样使电动机7的旋转速度变化的情况下以及作为比较例而不使电动机7的旋转速度变化的情况下的排出过冲损失。在图12的(a)和图12的(b)中，横轴均表示时间。控制装置100在图11和图12的(A)的期间内将转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*相加而使压缩机904急加速，由此，如图12的(b)所示，能够得到抑制排出过冲损失的效果。另外，本实施方式的制冷循环应用设备900中使用的制冷剂没有特别限定，可以是所谓的旧制冷剂，也可以是新制冷剂。旧制冷剂例如是R410、R32等制冷剂。新制冷剂例如是三氟乙烯(HFO1123)、三氟甲烷(CF31)、丙烷(R290)等制冷剂。

使用流程图对电动机驱动装置200具有的控制装置100的动作进行说明。图13是示出本实施方式的电动机驱动装置200具有的控制装置100的动作的流程图。具体而言，图13所示的流程图示出电压指令值运算部115的动作。

在控制装置100中，频率估计部501估计表示作为电动机7的当前速度的旋转状态的频率估计值ω_est(步骤S1)。速度控制部502根据电动机7的频率估计值ω_est与频率指令值ω_e ^*之间的偏差生成第1转矩电流指令值i_δ ^*(步骤S2)。负载转矩估计部503估计施加给电动机7的负载转矩T_load(步骤S3)。补偿值运算部504根据负载转矩T_load运算在电动机7的机械角的1个周期中使电动机7加速1次以上的转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*(步骤S4)。加法部505根据第1转矩电流指令值i_δ ^*和转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*生成第2转矩电流指令值i_δ ^**(步骤S5)。减法部506计算励磁电流指令值i_γ ^*与励磁电流i_γ之间的差分(i_γ ^*-i_γ)(步骤S6)。减法部507计算第2转矩电流指令值i_δ ^**与转矩电流i_δ之间的差分(i_δ ^**-i_δ)(步骤S7)。励磁电流控制部508根据由减法部506计算出的差分(i_γ ^*-i_γ)生成γ轴电压指令值V_γ ^*(步骤S8)。转矩电流控制部509根据由减法部507计算出的差分(i_δ ^**-i_δ)生成δ轴电压指令值V_δ ^*(步骤S9)。

此外，补偿值运算部504运算在包含负载转矩T_load最大的定时的期间内使电动机7进行加速运转的转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*，以减少压缩机904的排出过冲损失。包含负载转矩T_load最大的定时的期间是图11所示的(A)的期间。

例如，补偿值运算部504运算转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*，使得在负载转矩T_load超过阈值的情况下使电动机7进行加速运转。此时，补偿值运算部504根据在到上次为止的控制中估计出的负载转矩T_load计算阈值。作为在到上次为止的控制中估计出的负载转矩T_load，补偿值运算部504可以使用最近的负载转矩T_load，也可以使用包含最近的多次的负载转矩T_load的平均值。

另外，补偿值运算部504也可以根据与估计出的负载转矩T_load对应的机械角使电动机7进行加速运转，运算转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*。此外，补偿值运算部504也可以根据所述的阈值和与估计出的负载转矩T_load对应的机械角运算转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*，以使电动机7进行加速运转。此外，在使电动机7进行加速运转的期间内，补偿值运算部504可以使加速度的大小恒定，也可以根据估计出的负载转矩T_load等来变更加速度的大小。

接着，对电动机驱动装置200具有的控制装置100的硬件结构进行说明。图14是示出实现本实施方式的电动机驱动装置200具有的控制装置100的硬件结构的一例的图。控制装置100通过处理器91和存储器92来实现。

处理器91是CPU(Central Processing Unit(中央处理单元)、也称作中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微计算机、处理器、DSP(也称作(Digital SignalProcessor：数字信号处理器))或系统LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)。存储器92能够例示RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、闪存、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory：可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(注册商标)(Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory：电可擦除可编程只读存储器)这样的非易失性或易失性半导体存储器。此外，存储器92不限于这些，也可以是磁盘、光盘、高密度盘、迷你盘或DVD(Digital Versatile Disc：数字多功能盘)。

如以上说明的那样，根据本实施方式，在搭载于制冷循环应用设备900的电动机驱动装置200中，控制装置100估计电动机7的负载转矩T_load，以在包含负载转矩T_load最大的机械角的期间内进行加速的方式控制转矩电流指令值，减少排出过冲损失。由此，电动机驱动装置200减少在包含电动机7的压缩机904中产生的损失，能够在具有压缩机904的制冷循环应用设备900中减少消耗电力。在制冷循环应用设备900具有的压缩机904为旋转式压缩机的情况下，电动机驱动装置200减少由于在排出阀947打开的定时产生的过冲损失而引起的机械损失，能够实现制冷循环应用设备900的高效运转。

另外，在本实施方式中，以压缩机904为单旋转式压缩机的情况为例说明了进行高效运转的情况，但是不限于此。在制冷循环应用设备900中使用的压缩机904为双旋转式压缩机、涡旋式压缩机等的情况下，电动机驱动装置200也能够应用上述说明的本实施方式的控制。该情况下，补偿值运算部504运算伴有与在电动机7的1次旋转中产生的负载变动的数量对应的电动机7的加速运转的转矩电流补偿值i_{δ_trq} ^*。只要是在对电动机7进行驱动的控制单元中具有速度控制器和电流控制器的控制系统，就能够应用电动机驱动装置200。

如上所述，本实施方式的电动机驱动装置200适用于切换使用电动机7的绕组的制冷循环应用设备900。作为制冷循环应用设备900的一例，举出了空调机，但是，本实施方式不限于此，例如还能够应用于冷藏库、冷冻库、热泵式热水器等。

以上的实施方式所示的结构示出一例，能够与其他公知技术进行组合，还能够组合实施方式彼此，还能够在不脱离主旨的范围内省略、变更结构的一部分。

标号说明

1：交流电源；2：反应器；3：整流电路；5：平滑电容器；7：电动机；7a：转子；7b：定子；10：母线电压检测部；30：逆变器；40：母线电流检测部；100：控制装置；102：运转控制部；110：逆变器控制部；111：电流复原部；112：三相二相转换部；115：电压指令值运算部；116：二相三相转换部；117：PWM信号生成部；118：电相位运算部；119：励磁电流指令值生成部；200：电动机驱动装置；310：逆变器主电路；311～316：开关元件；321～326：整流元件；331～333：输出线；350：驱动电路；501：频率估计部；502：速度控制部；503：负载转矩估计部；504：补偿值运算部；505：加法部；506、507：减法部；508：励磁电流控制部；509：转矩电流控制部；900：制冷循环应用设备；902：四通阀；904：压缩机；906：室内热交换器；908：膨胀阀；910：室外热交换器；912：制冷剂配管；922：压缩机壳；924：压缩机构；926：吸入配管；928：排出配管；930：支承部件；932：气缸；934：旋转式活塞；935：吸入室；936：轴；942：吸入口；944：排出口；945：压缩室；946：叶片；947：排出阀；D1～D4：二极管。

Claims (5)

1.一种电动机驱动装置，该电动机驱动装置具有：

逆变器，其向由于压缩机负载的周期性负载变动而产生速度变化的电动机供给频率和电压值可变的交流电压；以及

控制装置，其对所述逆变器进行控制，

所述控制装置具有：

频率估计部，其估计表示所述电动机的旋转状态的频率估计值；

速度控制部，其根据所述频率估计值与频率指令值之间的偏差生成第1转矩电流指令值；

负载转矩估计部，其估计施加给所述电动机的负载转矩；

补偿值运算部，其根据所述负载转矩，运算在包含所述负载转矩最大的定时的期间内使所述电动机进行加速运转的转矩电流补偿值；以及

加法部，其根据所述第1转矩电流指令值和所述转矩电流补偿值生成第2转矩电流指令值。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其中，

所述补偿值运算部运算所述转矩电流补偿值，使得在所述负载转矩超过阈值的情况下使所述电动机进行加速运转。

3.根据权利要求1或2所述的电动机驱动装置，其中，

所述补偿值运算部运算伴有与在所述电动机的1次旋转中产生的负载变动的数量对应的所述电动机的加速运转的所述转矩电流补偿值。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的电动机驱动装置，其中，

在具有所述压缩机的制冷循环应用设备中使用的、由所述压缩机压缩的制冷剂是三氟乙烯、三氟甲烷或丙烷。

5.一种制冷循环应用设备，该制冷循环应用设备具有权利要求1～4中的任意一项所述的电动机驱动装置。