CN1976202A - 变换器装置及其控制方法和致冷循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不管直流马达的极数是多少个，均能够准确地识别出直流马达的转速，从而总是能够适当地驱动直流马达的变换器装置及其控制方法和致冷循环装置。根据三相无电刷DC马达M的1圈旋转中的负荷变动中判断三相无电刷DC马达M的极数，如果该判断结果是4极，则直接使用基于转速指令的目标转速Ns，对开关电路(4)的输出进行控制；如果判断结果是6极，则把目标转速Ns的3/2值作为适当的目标转速Ns，对开关电路(4)的输出进行控制。

Description

变换器装置及其控制方法和致冷循环装置

技术领域

本发明涉及对压缩机驱动用直流马达(DC motor)进行可变速驱动的变换器装置(Inverter apparatus)及其控制方法和致冷循环装置。

背景技术

对压缩机的直流马达进行驱动的变换器装置具有控制器，该控制器中安装了与直流马达的动作对应的专用控制程序。作为直流马达主要使用如特开2004-194454号公报(以下称为专利文献1)所述的4极或6极的直流马达。并且，在直流马达中，极数和集中绕组的槽(slot)数的关系被设定为极数∶槽数＝2∶3。4极直流马达的槽数为6，6极直流马达的槽数为9。

在变换器装置的输出(按正弦波状变化的电压)周期重复2次时4，极直流马达旋转一周。在变换器装置的周期性变化的输出的周期重复3次时，6极直流马达旋转一周。所以，在利用4极直流马达用的控制器来驱动6极直流马达的情况下，6极直流马达能够旋转，但是控制器所识别的转速成为实际转速的2/3。

例如，在空调机和电冰箱等致冷循环装置中安装了具有4极直流马达用的控制器的变换器装置的情况下，即使该控制器识别出转速60rps，如果压缩机用马达是6极直流马达，则实际转速仍然是40rps。以这种不一致性，存在如下问题：以转速为标准进行温度控制的致冷循环装置的情况下，很难实现适当的控制。

另一方面，作为变换器装置最好尽量具有通用性。也就是说，如果是不管直流马达的极数多少均能够总是准确识别出直流马达的转速并进行驱动的变换器装置，则能够把按照直流马达的极数分别制造的变换器装置统一成一种。其结果，也不必分别进行库存管理等。

并且，一般来说，压缩机在直流马达的一圈旋转中反复进行吸入、压缩、排出的动作。因此，加在直流马达上的负荷在直流马达的1圈旋转中周期性地变动。该负荷变动在涡旋式压缩机(scroll-type compressor)和螺旋式压缩机(helical type compressor)中较小，但在往复式压缩机(reciprocal type compressor)和旋转式压缩机(rotary-type compressor)中较大。直流马达在一圈旋转中的速度随该负荷变动而变动，这是产生机械振动和噪声的主要原因。

因此，在上述专利文献1中，公布了这样一种装置，其检测直流马达的各相绕组感应的电压，根据该感应电压来把变换器装置的输出的一个周期分成6个区间，对每个区间的负荷变动进行检测，根据已检测出的负荷变动来改变变换器装置的输出，由此来控制直流马达的速度变动，减小噪声和振动。这样，把变换器装置的输出的一个周期分成多个区间，对每个区间的负荷变动进行检测，这是公知的技术。

而且，在旋转式压缩机和往复式压缩机中，有具有2个以上压缩机构、减小负荷变动的机型。

发明内容

本发明考虑了上述情况，其目的是提供一种变换器装置及其控制方法和致冷循环装置，其不管直流马达的极数是多少个，均能够准确地识别出直流马达的转速，从而始终都能够适当地驱动直流马达。

本发明的变换器装置，用于对压缩机驱动用直流马达进行可变速驱动，其特征在于，具有：判断装置，根据上数直流马达的1圈旋转中的负荷变动来判断上述直流马达的极数；以及控制装置，根据该判断装置的判断结果来控制上述压缩机的驱动。

发明效果

根据本发明的变换器装置及其控制方法和致冷循环装置，不管直流马达的极数是多少个，均能够准确地识别出直流马达的转速，从而始终都能够适当地驱动直流马达。

附图说明

图1是表示包括本发明的变换器装置的致冷循环装置的一实施例的结构的框图。

图2表示本发明的致冷循环装置中的压缩机驱动用4极直流马达的1圈旋转中的负荷变动和通电方式的关系，分为1汽缸回转式的情况和2汽缸回转式的情况。

图3表示本发明的致冷循环装置中的压缩机驱动用直流马达的负荷变动和通电方式的关系，分为1汽缸回转式的情况、2汽缸回转式的情况、4极直流马达的情况、以及6极直线马达的情况。

图4是用于说明本发明的致冷循环装置的压缩机驱动用直流马达的第1控制动作的流程图。

图5是用于说明本发明的致冷循环装置的压缩机驱动用直流马达的第2控制动作的流程图。

具体实施方式

[1]以下参照附图，详细说明本发明的第1实施例。

如图1所示，在商用交流电源1上连接整流电路2，在该整流电路2的输出端上，通过滤波电容器3来连接开关电路4。

开关电路4对U、V、W三相分别具有一对开关元件的串联电路，该电路沿着从整流电路2施加的直流电压的方向构成为上流侧和下流侧，在U相的上流侧具有晶体管5u+，在下流侧具有晶体管5u-；在V相的上流侧具有晶体管5v+，在下流侧具有晶体管5v-；在W相的上流侧具有晶体管5w+，在下流侧具有晶体管5w-。并且，对各个晶体管分别反向并联连接回流二极管D。晶体管5u+、5u-的相互连接点变成输出端子Qu；晶体管5v+，5v-的相互连接点变成输出端子Qv；晶体管5w+、5w-的相互连接点变成输出端子Qw。

在该开关电路4的输出端子Qu、Qv、Qw上，连接有如3相无电刷DC马达M的相绕组Lu、Lv、Lw。3相无电刷DC马达M包括：具有星形联结的3个相绕组Lu、Lv、Lw的定子，以及具有永久磁铁的转子。由于在相绕组Lu、Lv、Lw中流过电流而产生的磁场、以及固定在转子上的永久磁铁所产生的磁场的相互作用，使转子旋转。

该3相无电刷DC马达M被安装在致冷循环装置，例如空调机30的压缩机31上。压缩机31通过3相无电刷DC马达M的动作，吸入致冷剂并进行压缩、喷出。致冷时，如图示实线箭头所示，从压缩机31中喷出的致冷剂通过四通阀32流入到作为冷凝器使用的室外热交换器33内，经过该室外热交换器33的致冷剂通过作为减压装置的膨胀阀34，流入到作为蒸发器使用的室内热交换器35内。经过室内热交换器35的致冷剂通过上述四通阀32而被吸入到压缩机31。而且，压缩机31、四通阀32、室外热交换器33、膨胀阀34、室内热交换器35，利用由铜管等构成的致冷剂管道来连接。取暖时，如图示虚线箭头所示，从压缩机31喷出的致冷剂通过四通阀32而流入到作为冷凝器使用的室内热交换器35，经过了该室内热交换器35的致冷剂通过膨胀阀34而流入到作为蒸发器使用的室外热交换器33。经过了室外热交换器33的致冷剂通过上述四通阀32而被吸入到压缩机31内。

空调机30除具有该致冷循环外，还具有设备控制部36。设备控制部36根据用户设定的运转条件和室内温度来控制压缩机31、四通阀32，膨胀阀34、未图示的室外机风扇、室内机风扇等。其中，用于控制包含转速的指令值的压缩机31的信号被供给到变换器装置控制部10。并且，在变换器控制部10上连接了旋转位置检测部11。

旋转位置检测部11检测3相无电刷DC马达M的相绕组Lu、Lv、Lw中的非通电状态的相绕组感应的电压，根据该感应电压的变化，来检测3相无电刷DC马达M的转子旋转位置。将其检测结果供给到变换器装置控制部10。

变换器控制部10根据旋转位置检测部11检测出的旋转位置，来生成频率变化而且相位角相差120度的三个正弦波电压，通过基于这些正弦波电压和作为载波的规定频率F的三角波信号的电压比较来进行脉宽调制(PW M)，由此生成三个驱动信号(脉宽调制信号)，用于使开关电路4的各个晶体管导通、截止。利用这三个驱动信号，来使开关电路4中的至少1个串联电路的晶体管接通和断开，使另外的至少一个串联电路的晶体管导通的多个相通电，依次进行切换。利用该多个相通电的切换(所谓换流)，在输出端子Qu、Qv、Qw的相互间产生与晶体管的导通/截止占空比对应的电平的三个相间电压(正弦波变化的电压)。这些相间电压被加在相绕组Lu、Lv、Lw上，使相绕组Lu、Lv、Lw上流过正弦波电流，3相无电刷DC马达M的转子旋转。

晶体管的导通/截止占空比随上述生成的三个正弦波电压的电压电平而变化。根据从空调机30的设备控制部36供给的转速指令信号，调节该电压电平。也就是说，在空调负荷增大，需要使压缩机能力增加的情况下，各正弦波电压的电压电平向上升方向调节，导通/截止占空比增大(接通期间增长，截止期间缩短)。若导通/截止占空比增大，则各相间电压的电平增高，相绕组电流增大。随之，3相无电刷DC马达M的转速提高。在空调负荷减小，需要减小压缩机能力的情况下，各正弦波电压的电压电平向下降方向调节，导通/截止占空比减小(接通时间缩短，断开时间增长)。若导通/截止占空比减小，则各相间电压的电平降低，相绕组电流减小。随之，3相无电刷DC马达M的转速降低。

这样来进行从开关电路4向3相无电刷DC马达M的所谓120度通电。该120度通电，在3相无电刷DC马达M为4极直流马达的情况下，从开关电路4输出的相间电压的周期(电角度360度)重复2次时，3相无电刷DC马达M旋转一圈。在3相无电刷DC马达M为6极直流马达的情况下，从开关电路4输出的相间电压的周期重复3次时，3极无电刷DC马达M旋转一圈。

另一方面，旋转位置检测部11的检测结果被供给到极数判断部20。极数判断部20根据三相无电刷DC马达M的一圈中的负荷变动，来判断三相无电刷DC马达M的极数，包括：重负荷检测部21、定时器22和判断部23。

重复荷判断部21根据旋转位置检测部11的检测结果，来分别把开关电路4的输出(正弦波状的相间电压)的各个周期(相当于电角度360度＝4极直流马达的旋转机械角180度)划分成6个区间(相当于4极直流马达的旋转机械角30度)，在同一输出的至少6个周期内的全区间(36区间)中，检测出上述压缩机31的负荷变重的区间(压缩机31的压缩期间)。设定在各周期内的6个区间对应于上述多个相通电的各个通电方式。在压缩机31的负荷变重的区间(所谓重负荷区间)，三相无电刷DC马达M的转子的速度下降。从各区间的开始到结束的时间分别由定时器22计算，依次计算出在各个计时中相邻的2个计时的差，计算出的差从增加向减少转变的区间(峰值区间)作为重复荷区间被检测出来。

判断部23对由重负荷检测部21检测出的重负荷区间的数量进行计算，根据6周期中的计数，来判断三相无电刷DC马达M的极数是4极还是6极，以及压缩机31是1汽缸回转式，还是2汽缸回转式。

4极直流马达的1圈旋转中的负荷变动和通电方式的关系分为1汽缸回转式的情况和2汽缸回转式的情况，分别示于图2。负荷变得最重的是喷出前的压缩行程。因此，在1汽缸回转式中，马达1圈旋转中的重负荷区间(亦可称为峰值区间)的数量为“1”，而在2汽缸回转式中，在马达1圈旋转中由于产生2次压缩、喷出行程，所以重负荷区间的数量成为“2”。

变换器装置的输出6周期中的负荷变动和通电方式的关系分为1汽缸回转式的情况、2汽缸回转式的情况、4极直流马达的情况、6极直流马达的情况，示于图3。在1汽缸回转式中，4极直流马达时，重负荷区间(峰值区间)的数量(峰值次数)成为“3”。在1汽缸回转式中，6极直流马达时，重负荷区间的数量成为“2”。在2汽缸回转式中，4极直流马达时，重负荷区间的数量成为“6”。在2汽缸回转式、6极直流马达时，重负荷区间的数量成为“4”。所以由判断部23根据变换器装置的输出6周期中的该重负荷区间的数量，来判断压缩机的方式和马达的极数。

利用以上的整流电路2、滤波电容器3、开关电路4、变换器控制部10、旋转位置检测部11和极数判断部20，来构成对三相无电刷DC马达M进行可变速驱动的变换器装置。

以下，参照图4的流程图，详细说明三相无电刷DC马达M的控制动作。

在三相无电刷DC马达M起动时(101步骤中的是)，脉宽调制用的三角波信号的频率F即所谓PWM载频F被设定为比运转中使用的通常值Fa大的值Fb(102步骤)。该措施是用于与通常的运转中相比，在判断极数用的通电期间内能够更准确地进行旋转位置检测。并且，不管三相无电刷DC马达M的转子的旋转位置如何，均对开关电路4进行驱动，执行强制换流(103步骤)，即强制切换对三相无电刷DC马达M的多相通电。这时，开关电路4中的各晶体管的导通/截止占空比保持一定(104步骤)。通过该强制换流(换向)和占空比一定控制，起动三相无电刷DC马达M。

若起动三相无电刷DC马达M，则三相无电刷DC马达M的转子的旋转位置所对应的旋转位置信号从旋转位置检测部11中输出。由定时器22依次进行检测从该旋转位置信号的检测起到下一个旋转位置信号的检测为止的时间，根据该时间，在重负荷检测部21检测出重负荷区间(105步骤)。当开关电路4的6个周期的输出结束时(106步骤的是)，根据在判断部23检测出的重负荷区间的数量，判断三相无电刷DC马达M的极数(107步骤)。

然后，进入通常运转，从空调机30的设备控制部36发出的与空调负荷相对应的转速指令，被送入到变换器控制部10(108步骤)。

在变换器控制部10，如果在判断部23判断的极数是4极(109步骤的是)，则基于上述转速指令的目标转速Ns直接被确定为目标转速Ns(110步骤)。如果上述判断的极数是6极(109步骤的否)，则基于上述转速指令的目标转速Ns的3/2值被设定为这时的目标转速Ns(111步骤)。

在变换器控制部10，根据来自旋转位置检测部11的旋转位置信号，计算出三相无电刷DC马达M的转速N(112步骤)。而且，在此情况下，变换器控制部10中的转速N的计算中，把4极作为默认值，按下式计算：N＝1/[6×(从旋转位置检测起到下一个旋转位置检测为止的时间(秒))]，或者N＝1/(从旋转位置检测起到6次后的旋转位置检测为止的时间(秒))]。

接着，对计算出的转速N和上述已确定的目标转速Ns进行比较(113步骤)。并且，在PWM频率F被设定为通常值Fa的状态下(114步骤)，开关电路4中的各晶体管的导通/截止占空比根据上述比较结果进行控制(115步骤)。也就是说，如果转速N低于目标转速Ns，则导通/截止占空比增大；如果转速N高于目标转速Ns，则导通/截止占空比减小；如果转速N和目标转速Ns大致相同，则这时的导通/截止占空比保持不变。当以上动作结束时，只要不输入停止运转的指示，就再次返回到108步骤，反复进行108～115步骤的转速控制。

如上，根据三相无电刷DC马达M的1圈旋转中的负荷变动判断出三相无电刷DC马达M的极数，如果该判断结果是4极，则直接把基于转速指令的目标转速Ns用作目标转速Ns，对开关电路4的输出进行控制；如果判断结果是6极，则把目标转速Ns的3/2值作为适当的目标转速Ns，对开关电路4的输出进行控制。所以，在变换器控制部10中，利用4极直流马达用的程序作为实际转速的计算程序，也能够始终对4极的三相无电刷DC马达M和6极的三相无电刷DC马达M中的任一个进行适当的驱动。

对三相无电刷DC马达M的极数进行判断的处理，即102～107步骤的控制仅在起动时进行一次，很短时间即告结束，所以，几乎不影响空调机30的温度控制。

而且，在上述实施例中，仅说明了4极直流马达和6极直流马达的判断。因为直流马达的主流是4极和6极，所以，即使仅判断4极和6极也能够充分实用。并且，虽然根据各相绕组的感应电压来检测旋转位置，但也能够适用于对各相绕组中流过的电流进行运算处理来推定旋转位置的情况。

[2]以下，说明本发明的第2实施例。

在第1实施例中，根据4极直流马达和6极直流马达的判断结果，对目标转速Ns进行了校正。但在该第2实施例中，更改为对马达的实际转速进行校正的方法。在此，如图5所示，进行201～206步骤的控制，取代第1实施例的108～113步骤的控制。

也就是说，在变换器控制部10中，根据旋转位置检测部11的旋转位置，来求出多相通电各自的通电方式的时间，即从旋转位置检测起到下一个旋转位置检测为止的时间(所谓通电时间)t(201步骤)。如果判断的极数是4极(202步骤的是)，则上述已求出的通电时间t直接被确定为目标通电时间(203步骤)。如果被判断的极数是6极(202步骤的否)，则上述已求出的通电时间t的2/3值被重新确定为通电时间t(204步骤)。并且，利用采用了已确定的目标通电时间t的下式，能够求出三相无电刷DC马达M的转速N(rps)。

N＝1/(6×t)

从空调机30的设备控制部36发出与空调负荷相对应的转速指令，比较与该转速指令相对应的目标转速Ns和上述计算出的转速N(206步骤)。之后，在PWM频率F被设定为通常值Fa的状态下(114步骤)，根据上述比较结果来控制开关电路4中的各晶体管的导通/截止占空比(115步骤)。

其他结构，作用和效果与第1实施例相同。因此，其说明从略。

[3]而且，本发明并非仅限于上述各实施例，在实施阶段，在不脱离其要旨的范围内，可在变形结构要素后加以实施。并且，利用上述各实施例中公开的多个结构要素的适当组合，可以形成各种发明。也可以从各实施例所示的全部结构要素中去除几种结构要素。

Claims (5)

1、一种变换器装置，用于对压缩机驱动用直流马达进行可变速驱动，其特征在于，具有：判断装置，根据上数直流马达的1圈旋转中的负荷变动来判断上述直流马达的极数；以及控制装置，根据该判断装置的判断结果来控制上述压缩机的驱动。

2、如权利要求1所述的变换器装置，其特征在于，上述判断装置把该装置的周期性地变化的输出的各周期划分成6个区间，在上述输出的至少1个周期内的全部6个区间中，检测出上述压缩机的负荷变重的区间，根据被检测出的区间的数量，不管上述压缩机是1汽缸回转式还是2汽缸回转式，都判断上述直流马达的极数是4极还是6极。

3、一种致冷循环装置，其特征在于，由权利要求1或权利要求2所述的变换器装置进行驱动的压缩机通过致冷剂配管，与蒸发器、减压装置及冷凝器连接而成。

4、一种对压缩机驱动用直流马达进行可变速驱动的变换器装置的控制方法，其特征在于，根据上述直流马达的1圈旋转中的负荷变动，来判断上述直流马达的极数；根据该判断结果，来计算以后的上述直流马达的转速。

5、如权利要求4所述的变换器装置的控制方法，其特征在于：根据上述判断结果，设定上述直流马达的目标转速。

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