ES2300538T3 - Aparato de control de motor. - Google Patents
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Abstract
Un aparato de control de motor incluyendo: un circuito inversor (2) que recibe un voltaje de entrada fluctuante (Vpn), convierte dicho voltaje a un voltaje deseado y envía dicho voltaje deseado como un voltaje de aplicación a un motor sin escobillas (3), y una sección de control (4) que recibe el voltaje de entrada (Vpn) a dicho circuito inversor, una corriente de motor que fluye a dicho motor sin escobillas (3) y un valor de orden de corriente de motor (Id*,Iq*) que indica el valor de una corriente que tiene que circular a dicho motor sin escobillas (3) y envía valores de orden de voltaje de aplicación a motor a dicho circuito inversor, caracterizado porque la sección de control - determina una coordenada de eje d (Vd) y una coordenada de eje q (Vq) de un vector de orden de voltaje en base a dicho valor de orden de corriente de motor (Id*, Iq*), - calcula un valor (V1) basado en la norma de dicho vector de orden de voltaje (Vd, Vq) - compara dicho valor (V1) con dicho voltaje de entrada (Vpn) a dicho inversor de modo que cuando dicho valor (V1) sea más alto que dicho valor de voltaje de entrada (Vpn), dicha coordenada de eje d (Vd) y dicha coordenada de eje q (Vq) sean corregidas por un factor K K=Vpn/V1 - calcula dichos valores de orden de voltaje de aplicación a motor en base a dicha coordenada de eje d corregida (Vd) y dicha coordenada de eje q corregida (Vq).
Description
Aparato de control de motor.
La presente invención se refiere a un aparato de
control de motor para controlar motores sin escobillas incorporados
en climatizadores de aire, refrigeradores, lavadoras, ventiladores,
etc, usando un circuito inversor.
La figura 33 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un aparato de control de motor
convencional para mover un motor sin escobillas. En las
descripciones siguientes, el aparato de control de motor
convencional representado en la figura 33 se denomina una primera
tecnología convencional. En la figura 33, el número 101 designa una
fuente de potencia CA, el número 102 designa un inductor, el número
103 designa un diodo rectificador, el número 104 designa un
condensador de filtrado, el número 106 designa un circuito inversor,
el número 107 designa un motor sin escobillas, y el número 108
designa un sensor de posición. En el caso en que el voltaje CA
suministrado desde la fuente de potencia CA 101 es convertido a un
voltaje CC usando el diodo rectificador 103 y el condensador de
filtrado 104 de modo que una potencia CC entre en el circuito
inversor 106, la corriente suministrada desde la fuente de potencia
CA 101 fluye solamente cuando el voltaje del condensador de filtrado
104 es inferior al voltaje CA suministrado. Por lo tanto, la
corriente suministrada desde la fuente de potencia CA 101 tiene
componentes armónicos. Por lo tanto, en la primera tecnología
convencional, el inductor 102 está dispuesto entre la fuente de
potencia CA 101 y el diodo rectificador 103 para reducir los
componentes armónicos y mejorar el factor de potencia. Como se ha
descrito anteriormente, además del diodo rectificador 103, el
inductor 102 y el condensador de filtrado 104 se usan en el circuito
rectificador 105 de la primera tecnología convencional. Además, en
el caso en que el motor sin escobillas 107 es movido por el
inversor, se necesita la información del ángulo de rotación del
rotor. Para ello, en la primera tecnología convencional, el ángulo
de rotación se detectaba usando el sensor de posición 108. Como
ejemplo de esta primera tecnología convencional, se ha propuesto un
aparato de control de motor descrito en la Solicitud de Patente
japonesa publicada número Hei 9-74790.
El inductor 102 y el condensador de filtrado 104
del circuito rectificador 105 para uso en la primera tecnología
convencional son componentes grandes que tienen una inductancia
grande y una capacitancia grande, respectivamente, en muchos casos.
Como resultado, el aparato de control de motor convencional
frecuentemente tiene que ser de tamaño grande y precio alto. En el
campo de los aparatos de control de motor, se demanda un circuito
rectificador que incorpora componentes compactos como un inductor
que tiene una inductancia pequeña y un condensador que tiene una
capacitancia pequeña o un circuito rectificador que no incorpora
estos componentes, desde el punto de vista de hacer el aparato de
tamaño más pequeño y de menor costo.
En esta situación, tal aparato de control de
motor que no incorpora inductor ni condensador de filtrado como se
representa en la figura 34, se ha propuesto como una segunda
tecnología convencional. Como un ejemplo de esta segunda tecnología
convencional se ha propuesto un aparato de control de motor descrito
en la Solicitud de Patente japonesa publicada número Hei
10-150795. Dado que no se usa ningún condensador de
filtrado en la segunda tecnología convencional, el voltaje de
entrada suministrado al circuito inversor 106 no es un voltaje CC,
sino un voltaje pulsante. Si este tipo de voltaje pulsante es
introducido en el circuito inversor 106, cuando el voltaje de
entrada suministrado al circuito inversor 106 es bajo, el circuito
inversor 106 no puede generar un voltaje deseado a aplicar al motor
sin escobillas 107 en algunos casos. En el caso en que el voltaje
deseado no puede ser obtenido por la segunda tecnología
convencional, la fase del voltaje a aplicar al motor sin escobillas
107 se avanza. Avanzando la fase del voltaje a aplicar al motor sin
escobillas 107, se puede obtener el denominado estado de campo
débil, por lo que el voltaje requerido a aplicar al motor sin
escobillas 107 puede ser más bajo. Por lo tanto, con la segunda
tecnología convencional, el motor sin escobillas 107 puede ser
movido de forma continua incluso cuando el voltaje de entrada
suministrado al circuito inversor 106 es bajo. Sin embargo, en la
segunda tecnología convencional, en el caso en que el voltaje de
entrada suministrado al circuito inversor 106 es un valor
predeterminado o menos, la operación de conmutación del circuito
inversor 106 se para. Esto es porque el accionamiento del motor en
el estado de campo débil es limitado. Como se ha descrito
anteriormente, la segunda tecnología convencional está configurada
de modo que no se aplique voltaje al motor sin escobillas 107 en el
caso en que el voltaje de entrada suministrado al circuito inversor
106 es el valor predeterminado o menos.
Además, se demanda un aparato de control de
motor que no utilice un sensor de posición desde el punto de vista
de la fabricación inalámbrica y de reducir el costo. En esta
situación, un método de estimar la posición de rotor de un motor
sin escobillas detectando la corriente de motor se propone como una
tercera tecnología convencional. En la tercera tecnología
convencional, la posición de rotor del motor se estima usando una
ecuación de cálculo para estimar la fase derivada en base a una
ecuación de voltaje de una corriente de motor, un voltaje aplicado
al motor sin escobillas al tiempo que la corriente de motor fluye, y
constantes de motor, tal como la resistencia, inductancia, etc, del
motor sin escobillas. Un ejemplo de esta tercera tecnología
convencional se describe en una tesis "Control of a sensorless
salient-pole brushless DC motor on the basis of
estimation of speed electromotive force (Back EMF
Estimation-Based Sensorless
Salient-Pole brushless DC Motor Drives)" por
Takeshita, Ichikawa, Lee y Matsui, Thesis Journal, Vol.
117-D, nº 1, páginas 98 a 104, publicada por el
Instituto de Ingenieros Eléctricos de Japón en 1997 (T.IEE Japón,
Vol.117-D, nº 1, 97).
\newpage
Como se ha descrito anteriormente, en la primera
tecnología convencional, la posición de rotor de un motor sin
escobillas se detecta usando un sensor de posición, y se usa un
inductor y un condensador de filtrado para convertir el voltaje de
entrada suministrado a un circuito inversor a un voltaje CC. Por lo
tanto, dado que el inductor y el condensador de filtrado son
componentes grandes que tienen una inductancia grande y una
capacitancia grande, respectivamente, es difícil hacer más pequeño
el aparato de control de motor que incorpora estos componentes.
Además, la segunda tecnología convencional es un
aparato de control de motor en el que la posición de rotor de un
motor sin escobillas es detectada usando un sensor de posición, sin
usar componentes grandes tales como un inductor y un condensador de
filtrado. Esta tecnología es así efectiva desde el punto de vista de
hacer el aparato de menor tamaño y de menor costo. Sin embargo,
dado que el voltaje de entrada suministrado al circuito inversor
pulsa en la segunda tecnología convencional, esto origina el
problema de parar la aplicación de voltaje al motor sin escobillas
cuando el voltaje de entrada es un valor predeterminado o menos.
Tiene lugar un problema descrito a continuación
en el caso en que se intente construir un aparato de control de
motor sin sensores de tamaño más pequeño y de menor costo combinando
la segunda tecnología convencional configurada para no usar
inductor ni condensador de filtrado con la tercera tecnología
convencional configurada para llevar a la práctica accionamiento
del motor sin sensores. En el aparato de control de motor que tiene
este tipo de configuración, la posición de rotor no puede ser
estimada en los períodos en que la aplicación de voltaje al motor
sin escobillas está parada. Por lo tanto, era imposible el
accionamiento sin sensores del motor sin escobillas. En otros
términos, en el caso en que el voltaje de entrada suministrado al
circuito inversor pulsa, no se puede construir un aparato de
control de motor sin sensores mediante la simple combinación de la
segunda tecnología convencional y la tercera tecnología
convencional.
La tesis PhD "Contribution à la integration
des systèmes de commande des machines electriques à courant
alternatif" de P. Foussier, 1998, INSA de Lyon, describe un
aparato de control de motor en el que un circuito inversor recibe
un voltaje Vbat, convierte dicho voltaje a un voltaje deseado y
envía dicho voltaje deseado a un motor sin escobillas. Una sección
de control mantiene la fase del vector de voltaje en el sistema de
coordenadas dp usando un método de control PWM: un tiempo de
aplicación del vector de voltaje (T_{1}, T_{1+1}) define el
valor del voltaje requerido a aplicar al motor sin escobillas. Si el
tiempo (T_{1}+ T_{1+1}) es más alto que un tiempo de
conmutación T_{com} que corresponde al valor de voltaje máximo
aplicable Vbat, entonces el vector de voltaje es limitado por la
relación T_{com}/(T_{1}+T_{1+1}) manteniendo así la fase del
vector de voltaje.
\vskip1.000000\baselineskip
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un aparato compacto de control de motor que tiene un
circuito rectificador compacto y capaz de ser configurado con y sin
un sensor de posición. Además, otro objeto de la presente invención
es proporcionar un aparato de control de motor capaz de realizar
accionamiento sin sensores sin parar la aplicación de voltaje a un
motor sin escobillas aunque el voltaje de entrada del circuito
inversor pulse de forma significativa.
Con el fin de lograr dichos objetos, un aparato
de control de motor según la presente invención se indica en la
reivindicación 1.
El aparato de control de motor según la presente
invención configurado como se ha descrito anteriormente puede
aplicar de forma continua un voltaje al motor sin escobillas sin
parar la aplicación de voltaje, incluso cuando el voltaje de lado CC
del circuito inversor sea bajo.
En el aparato de control de motor según la
presente invención, su sección de control puede estar configurada
para estimar la fase de rotación del motor sin escobillas en base a
la corriente del motor. Con esta configuración, incluso en el caso
en que se lleva a cabo accionamiento sin sensores donde la
información de fase del motor sin escobillas no se obtiene de un
sensor de posición, el aparato de control de motor puede llevar a la
práctica de forma continua la aplicación de voltaje sin parar la
aplicación de voltaje al motor. Por lo tanto, la fase del motor
puede ser estimada, y el motor puede ser movido sin usar un sensor
de posición.
En el aparato de control de motor según la
presente invención, su sección de control puede estar configurada
para parar el control integral cuando el valor de voltaje a través
de dicho circuito inversor es menor que el valor de orden de
voltaje a aplicar a dicho motor sin escobillas. Con esta
configuración no se superponen los errores innecesarios para un
aparato de control para el control de corriente, por lo que no fluye
corriente innecesaria del motor y se puede mejorar la exactitud de
la estimación sin sensor. Así, es posible proporcionar un aparato de
control de motor capaz de realizar establemente un control
excelente.
En el aparato de control de motor según la
presente invención, su sección de control puede estar configurada
para calcular dicho valor de orden de voltaje usando una ecuación de
cálculo que tiene un término sin interacción. En el aparato de
control de motor según la presente invención, el control de
realimentación tiene un término sin interacción como se ha descrito
anteriormente. Por lo tanto, se mejora la independencia del sistema
de control de corriente, la exactitud de la estimación sin sensor
se mejora más, y se logra una operación más estable.
En el aparato de control de motor según la
presente invención, su sección de control puede estar configurada
para detectar el voltaje de dicho circuito inversor, estimar un
voltaje a aplicar a dicho circuito inversor en el ciclo de control
siguiente y controlar dicho circuito inversor. En el caso en que el
voltaje de entrada del circuito inversor pulsa de forma
significativa, tiene lugar un error entre el resultado de detección
y el voltaje real, en particular cuando el ciclo de control del
circuito inversor es largo. Sin embargo, usando el voltaje
detectado del circuito inversor, la sección de control estima un
voltaje a aplicar al circuito inversor en el ciclo de control
siguiente y lleva a cabo el control, por lo que la sección de
control puede estimar exactamente el voltaje de entrada del
circuito inversor. Como resultado, se puede aplicar un voltaje más
exacto al motor sin escobillas. Por lo tanto, la presente invención
puede proporcionar un aparato de control de motor más excelente.
El aparato de control de motor según la presente
invención puede estar configurado para incorporar un condensador
que tiene una capacitancia pequeña en el lado de entrada de dicho
circuito inversor. En el aparato de control de motor según la
presente invención configurado como se ha descrito anteriormente,
una corriente regenerativa del motor fluye a un condensador. Por lo
tanto, es posible evitar la subida anormal del voltaje de lado de
entrada del circuito principal del inversor debido a la corriente
regenerativa. Por lo tanto, el aparato tiene una función de
proteger el circuito contra sobrevoltaje, siendo por ello de gran
seguridad.
El aparato de control de motor según la presente
invención puede estar configurado para incorporar un inductor que
tiene una inductancia pequeña en el lado de entrada de dicho
circuito inversor. El aparato de control de motor según la presente
invención configurado como se ha descrito anteriormente envía una
corriente que tiene una forma de onda lisa, siendo por ello capaz
de eliminar componentes armónicos. Por lo tanto, el aparato tiene
una tasa más alta de utilización de potencia.
El aparato de control de motor según la presente
invención puede estar configurado de manera que incluya además un
circuito elevador que tiene un inductor, diodos, dispositivos de
conmutación y un condensador, y
una sección elevadora de circuito de control
para controlar dicho circuito elevador, donde
dicha sección elevadora de circuito de control
está configurada para determinar el valor de trabajo de dicho
dispositivo de conmutación en base a una señal de dicha sección de
control. En el aparato de control de motor según la presente
invención configurado como se ha descrito anteriormente, el circuito
elevador puede elevar el voltaje de lado de entrada del circuito
inversor. Por lo tanto, la velocidad máxima de rotación del motor
sin escobillas se puede aumentar, y el motor sin escobillas puede
operar en un rango más amplio de velocidades de rotación.
En el aparato de control de motor según la
presente invención la sección elevadora de circuito de control, que
está configurada para recibir la fase de voltaje detectada y
corriente CA de una fuente de potencia CA, puede estar configurada
de manera que incluya una sección de orden de corriente CA que envía
un valor de orden de corriente CA en base a dicha fase detectada y
una señal de control de dicha sección de control, y
una sección de generación de orden PWM que
genera valores de orden PWM para mover dichos dispositivos de
conmutación en base a dicho valor de orden de corriente CA y dicha
corriente CA detectada de dicha fuente de potencia CA y envía
dichos valores de orden PWM. El aparato de control de motor según la
presente invención configurado como se ha descrito anteriormente no
afecta adversamente al sistema de la fuente de potencia.
El aparato de control de motor según la presente
invención puede estar configurado de manera que incluya además un
circuito elevador que tiene un inductor en el que se introduce un
voltaje fluctuante, una pluralidad de diodos formando un circuito
rectificador, dispositivos de conmutación conectados a dicho
circuito rectificador y que realizan la operación de
encendido/apagado, y un condensador que envía un voltaje elevado,
y
Una sección elevadora de circuito de control
para controlar dicho circuito elevador. El aparato de control de
motor según la presente invención configurado como se ha descrito
anteriormente puede ampliar de forma significativa el rango de
operación de un motor, aunque la configuración del aparato sea
simple.
En el aparato de control de motor según la
presente invención, se prefiere establecer
C % 2 x
10^{-7} x
P
suponiendo que la capacitancia de
dicho condensador es C [F] y que la salida máxima de dicho motor es
P
[W].
\vskip1.000000\baselineskip
En el aparato de control de motor según la
presente invención, que incorpora un inductor que tiene una
inductancia pequeña en el lado de entrada de dicho circuito
inversor, se prefiere establecer
L % 9 x
10^{-9} /
C
suponiendo que la inductancia de
dicho inductor es L [H] y que la capacitancia de dicho condensador
es C
[F].
\vskip1.000000\baselineskip
En el aparato de control de motor según la
presente invención, se prefiere establecer
L % P x
10^{-6}
suponiendo que la inductancia de
dicho inductor es L [H] y que la potencia máxima de salida de dicho
motor es P
[W].
\vskip1.000000\baselineskip
El aparato de control de motor según la presente
invención configurado como se ha descrito anteriormente puede ser
usado para compresores, climatizadores de aire, refrigeradores,
lavadoras eléctricas, secadoras eléctricas, ventiladores,
aspiradores eléctricos y calentadores de agua de bomba de calor. El
aparato de control de motor puede aplicar de forma continua un
voltaje deseado a una fuente de accionamiento sin parar la
aplicación de voltaje incluso cuando el voltaje de lado CC del
circuito inversor es bajo. Por lo tanto, el aparato de control de
motor puede mover cada uno de dichos aparatos con alta
eficiencia.
Aunque las características nuevas de la
invención se exponen en particular en las reivindicaciones anexas,
la invención, tanto en cuanto organización como contenido, se
entenderá y apreciará mejor, junto con sus otros objetos y
características, por la siguiente descripción detallada tomada en
unión con los dibujos.
La figura 1 es un diagrama de bloques que
representa una configuración de un ejemplo de aparato de control de
motor.
La figura 2 es un diagrama de bloques que
representa una configuración de una sección de generación PWM del
ejemplo.
La figura 3 es un diagrama de flujo que
representa una operación de una sección de corrección Vpn del
ejemplo.
La figura 4A es un gráfico que representa un
resultado de una corriente de motor medida experimentalmente, etc,
bajo el control del aparato de control de motor convencional.
La figura 4B es un gráfico que representa un
resultado de una corriente de motor medida experimentalmente, etc,
bajo el control del aparato de control de motor según la realización
1.
La figura 5 es un diagrama de bloques de una
sección de generación PWM de un aparato de control de motor según la
realización 2 de la presente invención.
La figura 6 es un diagrama de flujo que
representa una operación de una sección de corrección de relación
según la realización 2 de la presente invención.
La figura 7 es un diagrama de bloques que
representa una configuración de un aparato de control de motor según
la realización 3 de la presente invención.
La figura 8A es un gráfico que representa un
resultado de una corriente de motor medida experimentalmente, etc,
por el aparato de control de motor convencional.
La figura 8B es un gráfico que representa un
resultado de una corriente de motor medida experimentalmente, etc,
por el aparato de control de motor según la realización 3.
La figura 9 es un diagrama de bloques que
representa una configuración de un aparato de control de motor según
la realización 4 de la presente invención.
La figura 10 es un gráfico que representa un
resultado de una corriente de motor medida experimentalmente, etc,
por el aparato de control de motor según la realización 4 de la
presente invención.
La figura 11 es un diagrama de bloques que
representa una configuración de un aparato de control de motor según
la realización 5 de la presente invención.
La figura 12 es un gráfico que representa un
resultado de una corriente de motor medida experimentalmente, etc,
por el aparato de control de motor según la realización 5 de la
presente invención.
La figura 13 es un gráfico que representa un
resultado de un experimento que indica el par límite de un motor sin
escobillas por un aparato de control de motor según la presente
invención y el aparato de control de motor convencional.
La figura 14 es un diagrama de bloques que
representa una configuración de un aparato de control de motor según
la realización 7 de la presente invención.
La figura 15 es un diagrama de bloques que
representa una configuración de un aparato de control de motor según
la realización 8 de la presente invención.
La figura 16A es un diagrama de bloques que
representa una configuración de un aparato de control de motor según
la realización 9 de la presente invención.
La figura 16B es un diagrama de circuito que
representa otra configuración de un circuito elevador del aparato de
control de motor según la realización 9 de la presente
invención.
La figura 17 es un diagrama de forma de onda que
representa una forma de onda de entrada a un circuito elevador del
aparato de control de motor según la realización 9 de la presente
invención.
La figura 18 es un diagrama de forma de onda que
representa una operación del aparato de control de motor según la
realización 9 de la presente invención.
La figura 19 es un diagrama de bloques que
representa una configuración de un aparato de control de motor según
la realización 10 de la presente invención.
La figura 20 es un diagrama de bloques que
representa una configuración de una sección elevadora de circuito de
control del aparato de control de motor según la realización 10 de
la presente invención.
La figura 21 es un diagrama de forma de onda que
representa una operación del aparato de control de motor según la
realización 10 de la presente invención.
La figura 22 es un diagrama de bloques que
representa otra configuración de una sección elevadora de circuito
de control del aparato de control de motor según la realización 10
de la presente invención.
La figura 23A es un diagrama de bloques que
representa una configuración de un aparato de control de motor según
la realización 11 de la presente invención.
La figura 23B es un diagrama de circuito que
representa otra configuración de un circuito elevador rectificador
de voltaje doble del aparato de control de motor según la
realización 11 de la presente invención.
La figura 24 es un diagrama de forma de onda que
representa una operación del aparato de control de motor según la
realización 11 de la presente invención.
La figura 25 es un diagrama de bloques que
representa la configuración del compresor según la realización 12 de
la presente invención.
La figura 26 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un climatizador de aire según la
realización 13 de la presente invención.
La figura 27 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un refrigerador según la realización
14 de la presente invención.
La figura 28 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de una lavadora eléctrica según la
realización 15 de la presente invención.
La figura 29 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de una secadora eléctrica según la
realización 16 de la presente invención.
La figura 30 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un ventilador según la realización 17
de la presente invención.
La figura 31 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un aspirador eléctrico según la
realización 18 de la presente invención.
La figura 32 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un calentador de agua de bomba de
calor según la realización 19 de la presente invención.
La figura 33 es el diagrama de bloques que
representa la configuración del aparato de control de motor como la
primera tecnología convencional.
La figura 34 es el diagrama de bloques que
representa la configuración del aparato de control de motor como la
segunda tecnología convencional.
Se reconocerá que algunas o todas las figuras
son representaciones esquemáticas a efectos de ilustración y no
ilustran necesariamente los tamaños o posiciones reales relativos de
los elementos representados.
A continuación se describirán aparatos de
control de motor según realizaciones preferidas de la presente
invención con referencia a las figuras acompañantes 1 a 32.
La figura 1 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un ejemplo de un aparato de control
de motor. En la figura 1, la potencia CA salida de una fuente de
potencia CA monofásica 5 es rectificada a potencia CC pulsante por
un circuito rectificador 1 y aplicada a un circuito inversor 2. El
circuito inversor 2 convierte la potencia CC rectificada a una
potencia CA y aplica un voltaje deseado a un motor sin escobillas
3. Una sección de control 4 detecta la corriente que fluye al motor
sin escobillas 3 y mueve y controla el circuito inversor 2 la
sección de control 4 incluye una sección de conversión dq 6, un
controlador PI de eje d 7, un controlador PI de eje q 8, una
sección de generación PWM 9, medios sustractores, etc.
A continuación se describirá la operación de la
sección de control 4 del ejemplo.
La sección de conversión dq 6 calcula un valor
de detección de corriente de eje d Id y un valor de detección de
corriente de eje q Iq según la ecuación siguiente (1) usando los
valores de detección de corriente Iu, Iv y Iw que fluyen a los
devanados trifásicos del motor sin escobillas 3. En el caso de que
el motor sin escobillas 3 tenga un sensor de posición, la señal de
posición del sensor de posición se usa como una fase de rotación
\theta para este cálculo. En el caso de que el motor sin
escobillas 3 no tenga sensor de posición, una fase estimada
obtenida como resultado de la estimación de la posición de rotor se
usa como la fase de rotación \theta.
El error entre un valor de orden de corriente de
eje d Id* calculado en base a una orden de rotación, una orden de
par, etc, procedente del exterior y un valor de detección de
corriente de eje d Id salido de la sección de conversión dq 6 se
introduce en el controlador PI de eje d 7. El error es controlado PI
por el controlador PI de eje d 7 y se genera un valor de orden de
voltaje de eje d Vd. El error entre un valor de orden de corriente
de eje q Iq* calculado en base a una orden de rotación, una orden de
par, etc, procedente del exterior y un valor de detección de
corriente de eje q Iq salido de la sección de conversión dq 6 se
introduce en el controlador PI de eje q 8, justo como en el caso
del controlador PI de eje d 7.
El error es controlado PI por el controlador PI de eje q 8 y se genera un valor de orden de voltaje de eje q Vq.
El error es controlado PI por el controlador PI de eje q 8 y se genera un valor de orden de voltaje de eje q Vq.
La sección de generación PWM 9 genera una señal
PWM para mover el circuito inversor 2 a partir del valor de orden
de voltaje de eje d Vd, el valor de orden de voltaje de eje q Vq y
un valor de detección de voltaje de entrada Vpn obtenido detectando
el voltaje introducido en el circuito inversor 2, y envía la señal
PWM.
La figura 2 es un diagrama de bloques que
representa la configuración y operación de la sección de generación
PWM 9. Como se representa en la figura 2, la sección de generación
PWM 9 tiene una sección de conversión dq inversa 10, una sección de
modulación línea a línea 11 y una sección de corrección Vpn 12.
La sección de conversión dq inversa 10 calcula
valores de orden de voltaje trifásico sinusoidal Vu, Vv y Vw a
partir del valor de orden de voltaje de eje d Vd y el valor de orden
de voltaje de eje q Vq según la ecuación siguiente (2). En el caso
en que el motor sin escobillas 3 tiene un sensor de posición, su
señal de posición se usa como una fase de rotación \theta para
este cálculo. En el caso en que el motor sin escobillas 3 no tiene
sensor de posición, se utiliza una fase estimada obtenida como
resultado de la estimación de la posición de rotor como la fase de
rotación \theta.
La sección de modulación línea a línea 11
detecta el valor mínimo de los valores de orden de voltaje trifásico
sinusoidal introducidos Vu, Vv y Vw y envía los resultados
obtenidos restando el valor detectado mínimo de los valores de
orden de voltaje trifásico sinusoidal como Vu', Vv' y Vw'. Por lo
tanto, al menos el valor de orden sinusoidal de una fase es cero, y
los valores de orden sinusoidales bifásicos restantes son valores
positivos.
La sección de corrección Vpn 12 recibe las
salidas Vu', Vv' y Vw' de la sección de modulación línea a línea 11
y también recibe el valor de detección de voltaje de entrada Vpn, y
genera valores de trabajo de salida PWM Du, Dv y Dw. Los valores de
trabajo de salida PWM Du, Dv y Dw se obtienen según la ecuación (3)
o (4) descrita a continuación.
La figura 3 es un diagrama de flujo que
representa un método de cálculo realizado por la sección de
corrección Vpn 12.
Se detecta el valor máximo de los valores de
salida trifásicos Vu', Vv' y Vw' suministrado desde la sección de
modulación línea a línea 11, y el valor se pone como el valor máximo
de voltaje de aplicación Vmax (en el paso 31). A continuación, el
valor máximo de voltaje de aplicación Vmax es comparado con el valor
de detección de voltaje de entrada Vpn en magnitud (en el paso 32).
En el caso en que el valor de detección de voltaje de entrada Vpn
sea mayor que el valor máximo de voltaje de aplicación Vmax en el
paso 32, se lleva a cabo un cálculo ordinario y se aplican valores
de orden de voltaje de aplicación deseados al motor sin escobillas
3. Por lo tanto, los valores de trabajo de salida PWM de las fases
U, V y W se determinan según la ecuación siguiente (3) (en el paso
33).
Por otra parte, en el caso en que el valor de
detección de voltaje de entrada Vpn sea menor que el valor máximo
de voltaje de aplicación Vmax, los valores de orden de voltaje de
aplicación deseados no pueden ser aplicados al motor sin escobillas
3. Se aplica el voltaje máximo que entonces se puede generar,
mientras que las fases de los voltajes aplicados no se cambian.
Para esta finalidad, los valores de trabajo de salida PWM de las
fases U, V y W se determinan según la ecuación siguiente (4) (en el
paso 34).
Por el cálculo según dicha ecuación (4), las
relaciones de las fases U, V y W son las mismas que las relaciones
obtenidas antes del cálculo según la ecuación (4), por lo que se
aplican voltajes al motor sin escobillas 3 mientras se mantienen las
fases de los voltajes aplicados.
La figura 4A es un gráfico que representa un
resultado de un experimento con respecto a la corriente de motor
bajo el control de un aparato de control de motor convencional. La
figura 4B es un gráfico que representa un resultado de un
experimento con respecto a la corriente de motor del ejemplo en el
caso en que se utiliza la ecuación (4) para la sección de
corrección Vpn 12. En las figuras 4A y 4B, el valor de detección de
voltaje de entrada Vpn, la corriente de motor, el valor de orden de
corriente de motor y la fase de voltaje de aplicación a motor se
representan en esta secuencia desde arriba. En el experimento del
que se obtiene el resultado representado en la figura 4A, se
utilizó un aparato de control de motor que tenía la configuración de
dicha primera tecnología convencional como el aparato de control de
motor convencional.
En el aparato de control de motor convencional,
cuando el valor de detección de voltaje de entrada Vpn que sirve
como el voltaje de entrada al circuito inversor es pequeño, fluye
una corriente significativamente desviada de una corriente deseada
en el motor sin escobillas. Este tipo de corriente reduce la
eficiencia del motor y aumenta el ruido. Además, si fluye una
corriente grande, los imanes del motor se desmagnetizan, por lo que
pueden surgir problemas. Además, el valor máximo de la corriente es
mayor cuando la carga aplicada al motor sin escobillas es mayor.
Por lo tanto, hay que aumentar la corriente de régimen del circuito
inversor cuando el motor sin escobillas es movido a una carga
predeterminada. Por lo tanto, hay que utilizar un circuito inversor
incluyendo componentes caros. Además, en el aparato de control de
motor convencional, cuando el valor de detección de voltaje de
entrada Vpn obtenido detectando el voltaje introducido en el
circuito inversor 2 es pequeño, se perturba la fase del voltaje
aplicado al motor, y la corriente de motor fluctúa de forma
significativa como se representa en la figura 4A.
Por otra parte, en el caso de utilizar el
aparato de control de motor según el ejemplo, la fase del voltaje
aplicado al motor se mantiene. Por lo tanto, se aplica la fase
apropiada al motor sin escobillas 3 incluso cuando el valor de
detección de voltaje de entrada Vpn es pequeño. Además, dado que la
perturbación de la corriente de motor en el tiempo es pequeña, se
eleva la eficiencia del motor y se reduce el ruido.
Según dichos resultados de los experimentos,
dado que la corriente de motor aumenta más de lo necesario en el
aparato de control de motor convencional, esto da lugar a que el
circuito inversor sea de mayor tamaño y de costo más alto. En el
caso del aparato de control de motor del ejemplo 1, la perturbación
de la corriente de motor es menor, por lo que el aparato de control
de motor se puede configurar usando un circuito inversor de poca
capacidad de corriente y análogos.
Con el aparato de control de motor según el
ejemplo, el circuito rectificador se puede hacer de menor tamaño, y
el aparato puede estar configurado con y sin un sensor de posición.
Además, aunque el voltaje de entrada del circuito inversor pulse de
forma significativa, el aparato de control de motor según la
realización 1 puede llevar a la práctica el accionamiento sin
sensores sin parar la aplicación de voltaje al motor sin
escobillas.
Realización
2
A continuación, se describirá un aparato de
control de motor según la realización 2 de la presente invención.
La figura 5 es un diagrama de bloques que representa la operación de
la sección de generación PWM 90 del aparato de control de motor
según la realización 2. La configuración del aparato de control de
motor según la realización 2 es sustancialmente idéntica a la
configuración según la realización 1, a excepción de la sección de
generación PWM 9 del aparato de control de motor según la
realización 1. Por lo tanto, la sección de generación PWM 90 se
describirá a continuación.
Como se representa en la figura 5, la sección de
generación PWM 90 según la realización 2 tiene una sección de
corrección de relación 13, una sección de conversión dq inversa 10,
una sección de modulación línea a línea 11 y una sección de
generación de relación 14. En la figura 5, las operaciones de la
sección de conversión dq inversa 10 y la sección de modulación línea
a línea 11 son similares a las de dicha realización 1.
Un método de cálculo realizado por la sección de
corrección de relación 13 se representa en el diagrama de flujo de
la figura 6. V1 se calcula a partir del valor de orden de voltaje de
eje d Vd y el valor de orden de voltaje de eje q Vq según la
ecuación de cálculo siguiente (5) (en el paso 35). V1 se compara en
magnitud con el valor de detección de voltaje de entrada Vpn (en el
paso 36).
En el caso en que el valor de detección de
voltaje de entrada Vpn sea menor en el paso 36, el valor de orden
de voltaje de eje d Vd y el valor de orden de voltaje de eje q Vq se
cambian a Vd' y Vq', respectivamente, según la ecuación siguiente
(6) y posteriormente envían (en el paso 37). En el caso en que el
valor de detección de voltaje de entrada Vpn sea mayor, el valor de
orden de voltaje de eje d Vd y el valor de orden de voltaje de eje q
Vq son enviados directamente.
La sección de generación de relación 14 lleva a
cabo el cálculo según dicha ecuación (3) y genera valores de trabajo
de salida PWM Du, Dv y Dw.
Cuando el valor de orden de voltaje de eje d Vd
y el valor de orden de voltaje de eje q Vq se cambian a Vd' y Vq',
respectivamente, por la sección de corrección de relación 13 según
la ecuación (6) como se ha descrito anteriormente, la fase del
voltaje de aplicación se mantiene, aunque no se aplique un voltaje
de aplicación deseado al motor sin escobillas 3.
La sección de generación PWM 9 del aparato de
control de motor según dicha realización 1 y la sección de
generación PWM 90 del aparato de control de motor según la
realización 2 difieren una de otra solamente en el método de
cálculo realizado en el medio. Por lo tanto, los valores de trabajo
de salida PWM Du, Dv y Dw calculados por la sección de generación
PWM 9 son los mismos que los calculados por la sección de generación
PWM 90, a condición de que las condiciones sean las mismas.
El aparato de control de motor según la
realización 2 de la presente invención puede llevar a cabo de forma
continua la aplicación de voltaje al motor sin escobillas 3 sin
parar la aplicación de voltaje, incluso cuando el voltaje de lado
CC del circuito inversor es bajo. Además, en la realización 2,
incluso en el caso en que el accionamiento sin sensores se lleva a
cabo bajo una circunstancia donde la información de fase del motor
del motor sin escobillas 3 no se obtiene de un sensor de posición,
la aplicación continua de voltaje se puede llevar a cabo sin parar
la aplicación de voltaje al motor sin escobillas 3. Por lo tanto,
con la configuración del aparato de control de motor según la
realización 2, la fase del motor sin escobillas 3 puede ser estimada
en todo momento, por lo que la presente invención puede
proporcionar un aparato de control de motor capaz de mover un motor
sin usar un sensor de posición.
Realización
3
A continuación, se describirá un aparato de
control de motor según la realización 3 de la presente invención.
La figura 7 es un diagrama de bloques que representa la
configuración del aparato de control de motor según la realización
3. Las funciones y configuraciones del circuito rectificador 1, el
circuito inversor 2, el motor sin escobillas 3 y la fuente de
potencia CA monofásica 5 representados en la figura 7 son similares
a las de dicha realización 1. La sección de control 4a del aparato
de control de motor según la realización 3 tiene una sección de
estimación de fase 15. La sección de estimación de fase 15 envía una
fase estimada \theta en base al valor de detección de corriente
de eje d Id y el valor de detección de corriente de eje q Iq
calculados por la sección de conversión dq 6 y el valor de orden de
voltaje de eje d Vd' y el valor de orden de voltaje de eje q Vq'
enviados desde una sección de generación PWM 9a. El método de
calcular la fase estimada \theta se detalla en dicha tesis
"Control of a sensorless salient-pole brushless DC
motor on the basis of estimation of speed electromotive force"
por Takeshita, Ichikawa, Lee y Matsui, Thesis Journal, Vol.
117-D, nº 1, páginas 98 a 104, publicada por el
Instituto de Ingenieros Eléctricos de Japón en 1997 (T.IEE Japón,
Vol.117- D, nº 1, '97). Por lo tanto, la explicación del método se
omite aquí. La fase estimada \theta obtenida por el cálculo es
enviada a la sección de conversión dq 6 y la sección de generación
PWM 9a y usada posteriormente.
El método de calcular la fase estimada \theta
descrito en dicho documento "Control of a sensorless
salient-pole brushless DC motor on th e basis of
estimation of speed electromotive force" se explicará aquí
brevemente con referencia a la figura 7. La sección de estimación
de fase 15 establece un valor estimado de la fase de rotor del
motor sin escobillas 3 y establece el error entre el valor estimado
y la fase de rotor real del motor sin escobillas 3. A partir de una
ecuación de voltaje general de un motor sin escobillas, se establece
una ecuación de voltaje en base al valor estimado de la fase de
rotor usando el error establecido, como se ha descrito
anteriormente. La velocidad estimada de rotación del motor sin
escobillas se calcula según la ecuación. El control de
realimentación se lleva a cabo de modo que el resultado del cálculo
sea igual a la velocidad de rotación real del motor sin escobillas.
Realizando el control de realimentación de forma continua, dicho
error puede converger a cero, por lo que la fase estimada \theta
se hace coincidente con la fase de rotor real. Se usan constantes
del motor, como los valores de resistencia e inductancia de los
devanados del motor sin escobillas 3, cuando se establece dicha
ecuación de voltaje. Además, el voltaje aplicado al motor sin
escobillas 3 y la corriente que fluye en el tiempo también se usan
para dicha ecuación de voltaje. La fase del motor sin escobillas 3
puede ser estimada usando el voltaje aplicado, la corriente y las
constantes del motor sin escobillas 3 como se ha descrito
anteriormente. Por lo tanto, es posible el accionamiento sin
sensores. Una velocidad estimada de rotación \omega del motor sin
escobillas 3 también se puede calcular diferenciando la fase
estimada \theta.
En el aparato de control de motor según la
realización 3, el valor de orden de voltaje de eje d Vd' y el valor
de orden de voltaje de eje q Vq' a introducir en la sección de
estimación de fase 15 se hacen iguales al valor de orden de voltaje
de eje d Vd y el valor de orden de voltaje de eje q Vq a aplicar
realmente al motor sin escobillas 3 por la sección de generación
PWM 9a, respectivamente. Por lo tanto, incluso en el caso en que el
voltaje de lado CC del circuito inversor 2 pulsa, la estimación de
fase se puede llevar a cabo adecuadamente, por lo que es posible el
accionamiento sin sensores. Por ejemplo, en el caso de que la
sección de generación PWM 9a según la realización 3 se configure en
base a dicha realización 2, el valor de orden de voltaje de eje d
Vd' y el valor de orden de voltaje de eje q Vq' salidos de la
sección de corrección de relación 13 representados en la figura 5
deberán ser enviados solamente a la sección de estimación de fase
15. Por otra parte, en el caso de que la sección de generación PWM
9a esté configurada en base a dicha realización 1, los voltajes
trifásicos sinusoidales Vu, Vv y Vw solamente deberán ser
calculados de nuevo a partir de los valores de trabajo de salida
PWM Du, Dv y Dw y el valor de detección de voltaje de entrada Vpn
suministrado de la sección de corrección Vpn 12 representada en la
figura 2. Entonces, el valor de orden de voltaje de eje d y el valor
de orden de voltaje de eje q obtenidos como el resultado de
conversión dq solamente deberán ser enviados a la sección de
estimación de fase 15.
Dado que el voltaje de entrada pulsa, el valor
de detección de voltaje de entrada Vpn aplicado cuando se determinan
los valores de trabajo, es diferente del voltaje de entrada
aplicado cuando el circuito inversor 2 lleva a cabo realmente una
operación PWM. Por lo tanto, sin enviar los valores de orden de
voltaje Vd' y Vq' a la sección de estimación de fase 15 en el
tiempo de ordenar, los valores de orden de voltaje de eje d y de eje
q pueden ser calculados de nuevo usando el valor de detección de
voltaje de entrada Vpn obtenido cuando el circuito inversor 2 lleva
a cabo realmente operación PWM y posteriormente enviados a la
sección de estimación de fase 15. No es necesario afirmar que la
exactitud de estimación de fase se mejora mediante este nuevo
cálculo.
La figura 8A es un gráfico que representa el
resultado de un experimento con respecto a la estimación de fase
por el aparato de control de motor convencional. La figura 8B es un
gráfico que representa el resultado de un experimento con respecto
a la estimación de fase por el aparato de control de motor según la
realización 3 de la presente invención. En las figuras 8A y 8B, la
forma de onda superior representa el valor de detección de voltaje
de entrada Vpn, y la forma de onda inferior representa la forma de
onda de la fase estimada. En el experimento representado en la
figura 8A, un aparato de control de motor configurado por la simple
combinación de dichas tecnologías convencionales segunda y tercera
se usa como el aparato de control de motor convencional.
Como se representa en la figura 8A, en el
aparato de control de motor convencional, la fase estimada se
distorsiona cuando el valor de detección de voltaje de entrada Vpn
del circuito inversor 2 es pequeño, por lo que el resultado de la
estimación se desvía de la fase real. Esto da lugar a una reducción
de la eficiencia del motor y un aumento del ruido. Además, cuando
la carga del motor es grande, la desviación de la fase es mayor.
Esto constituye un problema serio de pérdida del sincronismo y
parada del motor. Como un aparato para resolver este tipo de
problema, la presente invención puede proporcionar el aparato de
control de motor según la realización 3. Como se representa en la
figura 8B, la fase estimada en el aparato de control de motor según
la realización 3 es lineal e idéntica a la fase real. Por lo tanto,
el aparato de control de motor según la realización 3 puede llevar
a la práctica un excelente control del motor sin reducir la
eficiencia del motor ni aumentar el ruido, aunque el aparato tenga
una configuración sin
sensores.
sensores.
\vskip1.000000\baselineskip
Realización
4
A continuación, se describirá un aparato de
control de motor según la realización 4 de la presente
invención.
La figura 9 es un diagrama de bloques que
representa la configuración del aparato de control de motor según
la realización 4. Las funciones y configuraciones del circuito
rectificador 1, el circuito inversor 2, el motor sin escobillas 3 y
la fuente de potencia CA monofásica 5 representados en la figura 9,
son similares a las de la realización 1. La sección de control 4b
según la realización 4 tiene un controlador PI de eje d 7a y un
controlador PI de eje q 8a, una sección de generación PWM 9b, una
sección de conversión dq 6, medios sustractores, etc.
La sección de generación PWM 9b según la
realización 4 está configurada para enviar una señal S al
controlador PI de eje d 7a y el controlador PI de eje q 8a cuando
el paso 34 (el cálculo de la ecuación (4)) se lleva a cabo
dependiendo del resultado del juicio en el paso 32 (figura 3) en el
proceso de cálculo de la sección de corrección Vpn (figura 2) según
la realización 1.
Cuando la sección de generación PWM 9b lleva a
cabo el paso 34, es decir, cuando el valor de orden de voltaje de
eje d Vd es generado a partir del error entre el valor de orden de
corriente de eje d Id* y el valor de detección de corriente de eje
d Id en el paso 34, el controlador PI de eje d 7a, que ha recibido
la señal S de la sección de generación PWM 9b, lleva a cabo control
P (proporcional), pero no lleva a cabo el control I (integral). El
controlador PI de eje q 8a también lleva a cabo una operación
similar a la de dicho controlador PI de eje d 7a.
La figura 10 es un gráfico que representa un
resultado de un experimento con respecto a la corriente de motor
según la realización 4. En la figura 10, el valor de detección de
voltaje de entrada Vpn, la corriente de motor, el valor de orden de
corriente de motor y la fase de voltaje de aplicación a motor se
representan en esta secuencia desde
arriba.
arriba.
Cuando se compara el resultado del experimento
representado en la figura 10 con el resultado del experimento
representado en la figura 4B según dicha realización 1, se ve que la
frecuencia de aparición donde la corriente de motor es
especialmente mayor que el valor de orden de corriente de motor ha
disminuido de forma significativa. Se observa así que el error ha
disminuido. Además, se ve que la porción rodeada con círculo de la
forma de onda de la corriente de motor representada en la figura 10
está más próxima al valor de orden de corriente de motor que la
porción rodeada con círculo de la forma de onda de la corriente de
motor representada en la figura 4B. Como se ha descrito
anteriormente, los experimentos han confirmado que el aparato de
control de motor según la realización 4 puede mejorar la
controlabilidad de la corriente de motor, reducir la aparición de
corrientes transitorias y elevar el valor máximo del par de salida
del motor.
\vskip1.000000\baselineskip
Realización
5
A continuación, se describirá un aparato de
control de motor según la realización 5 de la presente invención.
La figura 11 es un diagrama de bloques que representa la
configuración del aparato de control de motor según la realización
5. Las funciones y configuraciones del circuito rectificador 1, el
circuito inversor 2, el motor sin escobillas 3 y la fuente de
potencia CA monofásica 5 representados en la figura 11 son similares
a las de dicha realización 1. La sección de control 4c según la
realización 5 tiene una sección de conversión dq 6, un controlador
PI de eje d 7, un controlador PI de eje q 8, una sección de
generación PWM 9, un multiplicador de eje d 18, un multiplicador de
eje q 19 y un sumador de eje q 20. Las funciones de la sección de
conversión dq 6, el controlador PI de eje d 7, el controlador PI de
eje q 8 y la sección de generación PWM 9 son similares a las de la
realización 1. El multiplicador de eje d 18 envía el resultado de la
multiplicación del valor de detección de corriente de eje q Iq, la
velocidad de rotación \omega del motor sin escobillas 3 y la
inductancia de eje q Iq del motor sin escobillas 3. El resultado es
enviado y añadido posteriormente a la salida del controlador PI de
eje d 7, y el resultado de la adición se establece como el valor de
orden de voltaje de eje d Vd. El multiplicador de eje q 19 envía el
resultado de la multiplicación del valor de detección de corriente
de eje d Id, la velocidad de rotación \omega y la inductancia de
eje d Ld del motor sin escobillas 3. El sumador de eje q 20 envía
el resultado de la multiplicación de la velocidad de rotación
\omega y el voltaje inducido Ke del motor sin escobillas de eje q
3. El resultado de la adición de las respectivas salidas del
multiplicador de eje q 19, el sumador de eje q 20 y el controlador
PI de eje q 8 se establecen como el valor de orden de voltaje de
eje q Vq. Estas operaciones se representan por la ecuación de
cálculo siguiente (7).
En la realización 5, añadiendo un término sin
interacción, es decir, el primer término en el lado derecho de la
ecuación (7), se puede mejorar la independencia del eje d y el eje
q. La figura 12 es un gráfico que representa un resultado de un
experimento con respecto a la corriente de motor según la
realización 5.
Como se representa en la figura 12, el
rendimiento del seguimiento de la corriente de motor del aparato de
control de motor según la realización 5 es más alto que el del
aparato de control de motor según la realización 4 representada en
la figura 10. Se ha hallado que la porción rodeada con círculo de la
forma de onda de la corriente de motor representada en la figura 12
está más próxima al valor de orden de corriente de motor que la
porción rodeada con círculo representada en la figura 10. Los
experimentos han confirmado que el aparato de control de motor
según la realización 5 puede reducir más la aparición de corrientes
transitorias y elevar el valor máximo del par de salida del motor
en comparación con el aparato de control de motor según la
realización 4.
La figura 13 es un gráfico que representa los
resultados de un experimento con respecto a la relación entre la
velocidad de rotación y el par límite de un motor sin escobillas en
el caso en que el aparato de control de motor según la presente
invención se compara con el aparato de control de motor
convencional. El aparato de control de motor según la presente
invención usado para el experimento representado en la figura 13 es
un aparato configurado por la combinación de las configuraciones de
dichas realizaciones 1, 3, 4 y 5. Además, el aparato de control de
motor convencional usado como el ejemplo de comparación es un
aparato de control de motor configurado por la simple combinación
de dichas tecnologías convencionales segunda y tercera. En este
experimento, incluso cuando se usó la configuración del aparato de
control de motor según la realización 2 en lugar de la
configuración del aparato de control de motor según la realización
1, se obtuvo un resultado similar del experimento.
Como se representa claramente en la figura 13,
el par límite en el caso del aparato de control de motor según la
presente invención es significativamente mayor que en el caso del
aparato de control de motor convencional. Por lo tanto, los
requisitos de par para los compresores de climatizadores de aire,
refrigeradores, etc, se pueden cumplir suficientemente usando el
aparato de control de motor según la presente invención. Además,
las especificaciones del aparato de control de motor para mover
motores de lavadoras eléctricas, secadoras eléctricas, aspiradores
eléctricos, ventiladores, etc, se pueden cumplir usando el aparato
de control de motor según la presente invención.
Realización
6
A continuación, se describirá un aparato de
control de motor según la realización 6 de la presente invención.
El aparato de control de motor según la realización 6 está
configurado de modo que el valor de detección de voltaje de entrada
Vpn introducido en el circuito inversor se estime a partir de datos
pasados.
Dado que el valor de detección de voltaje de
entrada Vpn fluctúa de forma significativa, el valor es detectado
cada ciclo de control en el aparato de control de motor según la
realización 6. Se supone aquí que el valor de detección de voltaje
de entrada detectado en el último ciclo de control es
Vpn[n-1] y que el valor de detección de
voltaje de entrada detectado en el penúltimo ciclo de control es
Vpn[n-2]. Vpn[n-1] no
se utiliza como el valor de detección de voltaje de entrada en el
ciclo de control presente. En cambio, se calcula la variación entre
Vpn[n-1] y Vpn[n-2], y
se estima el valor de detección de voltaje de entrada Vpn[n]
en el ciclo de control presente. La ecuación para el cálculo se
representa por la ecuación siguiente (8).
La ecuación (8) se establece cuando se supone
que la variación entre el valor de detección de voltaje de entrada
Vpn[n-1] en el último ciclo de control y el
valor de detección de voltaje de entrada
Vpn[n-2] en el penúltimo ciclo de control es
igual a la variación entre el valor en el ciclo de control presente
y el valor en el último ciclo de control. Usando el valor de
detección de voltaje de entrada Vpn[n] estimado usando la
ecuación (8), el aparato de control de motor según la presente
invención puede dar valores de trabajo exactos.
La configuración según la realización 6 para
estimar el valor de detección de voltaje de entrada Vpn[n]
puede ser incorporada en las configuraciones según dichas
realizaciones 1 a 5. Por lo tanto, se puede enviar valores de
trabajo más exactos, y se puede llevar a cabo un control altamente
eficiente del motor.
Realización
7
A continuación, se describirá un aparato de
control de motor según la realización 7 de la presente invención.
Cuando se para un motor o se para la operación de conmutación de un
circuito inversor, la corriente que fluye en el motor se regenera
al lado de entrada del circuito inversor. En el caso en que la
corriente regenerativa es grande, el voltaje de lado de entrada del
circuito inversor aumenta y es un sobrevoltaje. Esto puede dañar el
aparato de control de motor que incorpora el circuito inversor. El
aparato de control de motor según la realización 7 tiene un
mecanismo para evitar el daño debido a la corriente
regenerativa.
La figura 14 es un diagrama de circuito que
representa un circuito rectificador 1, un circuito inversor 2, un
motor sin escobillas 3, una fuente de potencia CA monofásica 5, etc,
distintos de una sección de control, en el aparato de control de
motor según la realización 7 de la presente invención. La sección de
control no se representa. Como se representa en la figura 14, un
condensador 16 que tiene una capacitancia pequeña está dispuesto
entre el circuito rectificador 1 y el circuito inversor 2. El daño
del aparato de control de motor debido a una corriente regenerativa
se puede evitar disponiendo el condensador 16 entre el circuito
rectificador 1 y el circuito inversor 2 como se ha descrito
anteriormente. Como resultado, es posible lograr un aparato de
control de motor que tiene mayor seguridad.
La capacitancia del condensador 16 se pone a un
valor en el que el aparato de control de motor no se daña por la
corriente regenerativa. Por ejemplo, en el caso en que el aparato de
control de motor se usa para el compresor de un climatizador de
aire o un calentador de agua de bomba de calor para uso doméstico,
la capacitancia deberá ser aproximadamente 0,1 a 50 \muF. En el
caso de un refrigerador, una lavadora eléctrica, una secadora
eléctrica y un aspirador eléctrico, la capacitancia deberá ser
aproximadamente 0,1 a 20 \muF dado que la corriente regenerativa
es menor que la del climatizador de aire.
Aunque la configuración donde el condensador 16
está dispuesto entre el circuito rectificador 1 y el circuito
inversor 2 se ha explicado en las descripciones de la realización 7,
el condensador 16 solamente deberá estar conectado al lado de
entrada del circuito inversor 2.
La corriente regenerativa es una corriente que
fluye desde el motor sin escobillas 3 al condensador 16 cuando la
energía almacenada determinada por la inductancia L[H] de los
devanados del motor sin escobillas y las corrientes que fluyen a
través de los devanados es regenerada como un voltaje al condensador
16 inmediatamente antes de la parada del motor sin escobillas 3. La
salida máxima P[W] del motor sin escobillas 3 depende del
valor permisible corriente y la inductancia L del motor sin
escobillas 3. En la realización 7, la salida máxima P[W] del
motor sin escobillas 3 tiene una relación representada por la
ecuación siguiente (9). Esta relación se basa en la consideración
general de la relación entre dicha capacitancia C[F] y la
salida del motor sin escobillas 3, un valor en el que el aparato de
control de motor no se daña, y otros factores.
La configuración según la realización 7 donde se
evita el daño del aparato de control de motor debido a la corriente
regenerativa, se puede incorporar en las configuraciones según
dichas realizaciones 1 a 6. Por lo tanto, es posible proporcionar
un aparato de control de motor que tiene mayor fiabilidad.
Realización
8
A continuación, se describirá un aparato de
control de motor según la realización 8 de la presente invención.
La figura 15 es un diagrama de circuito que representa un circuito
rectificador 1, un circuito inversor 2, un motor sin escobillas 3,
una fuente de potencia CA monofásica 5, etc, distintos de una
sección de control, en el aparato de control de motor según la
realización 8 de la presente invención. La sección de control no se
representa en la figura 15.
La corriente de entrada del circuito
rectificador 1 queda afectada por la operación de conmutación del
circuito inversor 2. En particular, en el caso de que la frecuencia
portadora de la operación de conmutación sea baja, existe el
problema de distorsionar la forma de onda de la corriente de
entrada. En el aparato de control de motor según la realización 8,
un inductor 17 que tiene una inductancia L, está dispuesto entre la
fuente de potencia CA monofásica 5 y el circuito rectificador 1
como se representa en la figura 15. Disponiendo el inductor 17
entre la fuente de potencia CA monofásica 5 y el circuito
rectificador 1 del aparato de control de motor según la realización
8, se puede elevar el factor de potencia de la corriente de entrada
y se puede mejorar la forma de onda de la corriente. La inductancia
L del inductor 17 se pone a un valor en el que la distorsión de la
corriente disminuye. Por ejemplo, en el caso en que el aparato de
control de motor se usa para el compresor de un climatizador de
aire o un calentador de agua de bomba de calor para uso doméstico,
la inductancia L deberá ser aproximadamente 0,1 a 2,0 mH. En el
caso de un refrigerador, una lavadora eléctrica, una secadora
eléctrica y un aspirador eléctrico, la inductancia L deberá ser
aproximadamente 0,1 a 1,0 mH dado que la corriente es menor que la
del climatizador de aire.
Aunque la configuración donde el inductor 17
está dispuesto entre la fuente de potencia CA monofásica 5 y el
circuito rectificador 1 se ha explicado en las descripciones de la
realización 8, el inductor 17 solamente deberá estar conectado al
lado de entrada del circuito inversor 2.
La inductancia L del inductor 17 se refiere a la
magnitud de la corriente de entrada y la frecuencia de conmutación
del circuito inversor 2. En el caso de dicho climatizador de aire,
refrigerador, lavadora eléctrica, etc, no hay gran diferencia en la
frecuencia de conmutación. La frecuencia de conmutación es
sustancialmente de varios kHz a varias decenas de kHz. Por lo
tanto, se considera que la inductancia apropiada L en la realización
8 casi viene determinada por la magnitud de la corriente de
entrada. Dado que el voltaje de la fuente de potencia CA monofásica
5 es 200 a 230 V según la norma mundial universal, hay una
correlación entre la salida máxima P[W] del motor sin
escobillas 3 y la inductancia apropiada L. Esta correlación se
representa sustancialmente por la ecuación siguiente (10).
Además, en el caso de un aparato de control de
motor provisto del inductor 17 y el condensador 16, tiene lugar un
fenómeno de resonancia. Para evitar que el fenómeno de resonancia
afecte adversamente al sistema de la fuente de potencia CA, se
establece la relación representada por la ecuación siguiente (11)
entre la inductancia L del inductor 17 y la capacitancia C del
condensador 16.
También se puede prever un condensador que tiene
una capacitancia C para un aparato de control de motor provisto de
un inductor con el fin de evitar el daño del aparato de control de
motor debido a una corriente regenerativa como se ha explicado en
las descripciones de dicha realización 7. En este caso, sin embargo,
el inductor está conectado en serie con el condensador, por lo que
se puede producir un fenómeno de resonancia. Como es conocido en
general, la frecuencia de la resonancia es 1/2pv(LC), un
valor determinado por los valores del inductor y condensador. Por
lo tanto, estableciendo los valores del inductor y condensador de
modo que la frecuencia de resonancia sea más alta que las
frecuencias especuladas en las normas de armónicos de la fuente de
potencia, por ejemplo, es posible proporcionar un aparato de
control de motor que genere menos ruido.
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Realización
9
A continuación, se describirá un aparato de
control de motor según la realización 9 de la presente invención.
La figura 16A es un diagrama de bloques que representa la
configuración del aparato de control de motor según la realización
9 de la presente invención. Las funciones y configuraciones del
circuito inversor 2, el motor sin escobillas 3, la sección de
control 4 y la fuente de potencia CA monofásica 5 representados en
la figura 16A son similares a las de dicha realización 1. En el
aparato de control de motor según la realización 9, un circuito
elevador 21 está dispuesto en el lado de entrada del circuito
inversor 2. El voltaje CA (100 V CA, por ejemplo) suministrado
desde la fuente de potencia CA monofásica 5 es elevado (a 200 V AC,
por ejemplo) por el circuito elevador 21, e introducido en el
circuito inversor 2.
El circuito elevador 21 incluye un inductor 200
al que se aplica el voltaje de entrada V de la fuente de potencia
CA monofásica 5, dos dispositivos de conmutación 201 y 202
conectados en serie, dos diodos 203 y 204 conectados en serie y un
condensador 205. Un terminal de la fuente de potencia CA monofásica
5 está conectado al punto de conexión de los dos dispositivos de
conmutación 201 y 202 mediante el inductor 200. El otro terminal de
la fuente de potencia CA monofásica 5 está conectado al punto de
conexión de los dos diodos 203 y 204. Además, la conexión en serie
de los dos dispositivos de conmutación 201 y 202, la conexión en
serie de los dos diodos 203 y 204 y el condensador 205 están
conectados en paralelo uno con otro. La salida a través del
condensador 205 es introducida en el circuito inversor 2.
Además, el aparato de control de motor según la
realización 9 está provisto de una sección elevadora de circuito de
control 22 para controlar la operación de encendido/apagado de los
dispositivos de conmutación 201 y 202 del circuito elevador 21. En
las descripciones siguientes, el dispositivo de conmutación 201
dispuesto en el lado superior del aparato de control de motor
representado en la figura 16A se denomina un dispositivo de
conmutación de brazo superior 201, y el dispositivo de conmutación
202 dispuesto en el lado inferior se denomina un dispositivo de
conmutación de brazo inferior 202.
A continuación, se describirá un ejemplo de la
operación de la sección elevadora de circuito de control 22 del
aparato de control de motor según la realización 9.
La sección elevadora de circuito de control 22
envía órdenes PWM para controlar el dispositivo de conmutación de
brazo superior 201 y el dispositivo de conmutación de brazo inferior
202 dispuestos en el circuito elevador 21. En la orden PWM para uno
de los dispositivos de conmutación, un período de encendido/apagado
en el que el dispositivo de conmutación repite la operación de
encendido/apagado a intervalos de un tiempo predeterminado y un
período de apagado en el que el dispositivo de conmutación mantiene
su estado apagado están presentes alternativamente. Además, en el
período de encendido/apagado en el que uno de los dispositivos de
conmutación repite la operación de encendido/apagado a intervalos
del tiempo predeterminado, el otro dispositivo de conmutación está
en el período de apagado en el que se mantiene el estado apagado del
dispositivo de conmutación.
En la figura 17, la señal (a) es una señal de
control V1 enviada desde la sección elevadora de circuito de
control 22 al dispositivo de conmutación de brazo superior 201. La
señal (b) es una señal de control V2 enviada desde la sección
elevadora de circuito de control 22 al dispositivo de conmutación de
brazo inferior 202. La señal (c) es el voltaje de salida V de la
fuente de potencia CA monofásica 5. Las señales representadas en la
figura 17 son ejemplos de estas señales. Como se representa en la
figura 17, por ejemplo, se supone que, en el período A, el
dispositivo de conmutación de brazo superior 201 lleva a cabo la
operación de encendido/apagado, y el dispositivo de conmutación de
brazo inferior 202 mantiene el estado apagado. También se supone
que, en el período B, el dispositivo de conmutación de brazo
inferior 202 lleva a cabo la operación de encendido/apagado, y el
dispositivo de conmutación de brazo superior 201 mantiene el estado
apagado.
El estado en el período A es un estado donde el
voltaje de salida V en el terminal de la fuente de potencia CA
monofásica 5, no conectado al inductor 200, es más alto. Además, el
estado en el período B es un estado donde el voltaje de salida V en
el terminal de la fuente de potencia CA monofásica 5, conectada al
inductor 200, es más alto. En otros términos, el período A y el
período B son generados en sincronismo con la frecuencia de la
fuente de potencia CA monofásica 5. La sección elevadora de circuito
de control 22 envía las órdenes PWM al circuito elevador 21 de modo
que el dispositivo de conmutación de brazo superior 201 y el
dispositivo de conmutación de brazo inferior 202 dispuestos en el
circuito elevador 21 lleven a la práctica la operación de
encendido/apagado como se ha descrito anteriormente.
A continuación, se describirá un método de
determinar los valores de trabajo de salida PWM de la orden PWM
según la realización 9.
La sección de control 4 determina si el paso 34
representado en la figura 3 y explicado en las descripciones de
dicha realización 3 ha sido realizado o no en cada punto de tiempo
en el que el voltaje de entrada del circuito inversor 2 es máximo.
En otros términos, la sección de control 4 determina si los valores
de trabajo de salida PWM de las fases U, V y W han sido
determinados según la ecuación (4) o no en el caso en que el valor
de detección de voltaje de entrada Vpn es menor que el valor máximo
de voltaje de aplicación Vmax.
En el caso en que se determina que el paso 34 ha
sido realizado, la sección de control 4 envía a la sección
elevadora de circuito de control 22 una señal de control indicando
que el paso 34 ha sido realizado. Cuando la señal de control es
introducida desde la sección de control 4, la sección elevadora de
circuito de control 22 incrementa los valores de trabajo de salida
PWM de la orden PWM que es enviada al circuito elevador 21. Por
otra parte, cuando no se introduce la señal de control, la sección
elevadora de circuito de control 22 disminuye los valores de
trabajo de salida PWM de la orden PWM. Como resultado, los valores
de trabajo de salida PWM de la orden PWM de la sección elevadora de
circuito de control 22 se cambian en cada punto de tiempo en el que
el voltaje de entrada del circuito inversor 2 es el valor máximo.
Este punto de tiempo es un punto de tiempo en el que el voltaje de
salida de la fuente de potencia CA monofásica 5 es el valor
máximo.
A continuación, se describirá un método de
determinar si el estado de operación es el estado en el período A o
el estado en el período B.
Cuando se pone en marcha el motor sin escobillas
3, el voltaje de entrada del circuito inversor 2 es similar al
obtenido cuando no se dispone el condensador 205 dado que la
capacitancia del condensador 205 dispuesto en el circuito elevador
21 es pequeña (justo como la señal de detección de voltaje de
entrada designada por Vpn en las figuras 4A y 4B, por ejemplo).
Entonces, el dispositivo de conmutación de brazo inferior 202 se
somete a la operación de encendido/apagado según el valor de trabajo
de salida PWM de la orden PWM predeterminada, independientemente de
la señal de control de la sección de control 4. En este caso, cuando
el voltaje de salida en el terminal de la fuente de potencia CA
monofásica 5, conectado al inductor 200, es más alto, el voltaje
del condensador 205 es más alto que el voltaje obtenido cuando no se
lleva a cabo la operación de encendido/apagado. Por lo tanto, se
puede juzgar que el estado en este tiempo es un estado donde la fase
de voltaje de la fuente de potencia CA monofásica 5 es la fase en
el período B. Por otra parte, cuando el voltaje de salida en el
terminal de la fuente de potencia CA monofásica 5, no conectado al
inductor 200, es más alto, el voltaje del condensador 205 no se
eleva. Por lo tanto, se puede juzgar que el estado en este
tiempo es un estado donde la fase de voltaje de la fuente de potencia CA monofásica 5 es la fase en el período A.
tiempo es un estado donde la fase de voltaje de la fuente de potencia CA monofásica 5 es la fase en el período A.
La fase de voltaje de la fuente de potencia CA
monofásica 5 se puede detectar detectando si el voltaje del
condensador 205 se eleva o no, como se ha descrito anteriormente.
Por lo tanto, en el aparato de control de motor según la
realización 9, se puede llevar a cabo un juicio sobre si la fase de
voltaje es la fase en el período A o la fase en el período B sin
usar un circuito de detección de fase de voltaje.
La figura 18 representa la forma de onda del
voltaje de salida V de la fuente de potencia CA monofásica 5 y la
forma de onda de una señal de pulso cambiado en base a un valor de
trabajo de salida PWM calculado en el aparato de control de motor
según la realización 9.
En dicha realización 9, el dispositivo de
conmutación de brazo inferior 202 se somete a una operación de
encendido/apagado según el valor de trabajo de salida PWM de la
orden PWM predeterminada. Sin embargo, el dispositivo de conmutación
de brazo superior 201 puede ser sometido a operación de
encendido/apagado en este tiempo. En este caso, es innecesario
afirmar que el voltaje del condensador 205 se eleva en el período A
y que el voltaje no se eleva en el período B.
La figura 16B es un diagrama de circuito que
representa la configuración de otro circuito elevador 21a del
aparato de control de motor según la realización 9. Como se
representa en la figura 16B, el circuito elevador 21a según la
realización 9 puede incluir un dispositivo de conmutación, una
pluralidad de diodos y un condensador. En el caso de esta
configuración, no es necesario distinguir entre el dispositivo de
conmutación de brazo superior y el dispositivo de conmutación de
brazo inferior. Solamente un dispositivo de conmutación deberá
someterse a una operación de conmutación en base a una orden
PWM.
En el aparato de control de motor explicado en
las descripciones de la realización 9, en el caso en que el voltaje
de salida de la fuente de potencia CA monofásica 5 sea tan bajo que
el voltaje aplicado al motor sin escobillas 3 sea insuficiente, se
puede elevar el voltaje de entrada del circuito inversor 2. Por lo
tanto, el aparato de control de motor según la realización 9 puede
elevar la velocidad máxima de rotación del motor sin escobillas 3,
por lo que el rango de operación del motor se puede ampliar de forma
significativa. En particular, en el caso de un climatizador de
aire, dado que se puede elevar la velocidad máxima de rotación de su
motor, el rango de variación de rendimiento para enfriar y calentar
se puede ampliar, por lo que la comodidad se mejora más. Además, en
un aparato que incorpora el aparato de control de motor según la
realización 9, el rendimiento máximo durante la operación de
calentamiento se mejora especialmente. Así, es posible proporcionar
un climatizador de aire que tiene el efecto de calentamiento más
alto.
Realización
10
A continuación, se describirá un aparato de
control de motor según la realización 10 de la presente invención.
La figura 19 es un diagrama de bloques que representa la
configuración del aparato de control de motor según la realización
10 de la presente invención. Las funciones y configuraciones del
circuito inversor 2, el motor sin escobillas 3, la sección de
control 4 y la fuente de potencia CA monofásica 5 del aparato de
control de motor según la realización 10 representados en la figura
19 son similares a las de dicha realización 9.
En el aparato de control de motor según la
realización 10, una sección elevadora de circuito de control 22a
incluye una sección de generación de orden de corriente CA 23 y una
sección de generación de orden PWM 24.
La sección de generación de orden de corriente
CA 23 de la sección elevadora de circuito de control 22a detecta la
fase de voltaje de la fuente de potencia CA monofásica 5 y genera un
valor de orden de corriente CA que tiene la misma fase que la fase
de voltaje detectada. Entonces, la sección de generación 23 envía el
valor de orden a la sección de generación de orden PWM 24. El valor
de amplitud del valor de orden de corriente CA es generado en base a
la señal de control de la sección de control 4.
La señal de entrada de control de la sección de
control 4 a la sección de generación de orden de corriente CA 23 es
la misma señal de control que la explicada en las descripciones de
dicha realización 9. Cuando la señal de control es introducida
desde la sección de control 4, la sección de generación de orden de
corriente CA 23 incrementa el valor de amplitud del valor de orden
de corriente CA. Por otra parte, en el caso en que la señal de
control no es introducida desde la sección de control 4, la sección
de generación de orden de corriente CA 23 disminuye el valor de
amplitud del valor de orden de corriente CA.
El valor de orden de corriente CA de la sección
de generación de orden de corriente CA 23 y el valor detectado de
la corriente CA de la fuente de potencia CA monofásica 5 son
introducidos en la sección de generación de orden PWM 24. La
sección de generación de orden PWM 24 lleva a cabo amplificación de
error de manera que la corriente salida del circuito elevador 21
sea el valor de orden de corriente CA. La sección de generación de
orden PWM 24 genera entonces señales PWM para mover los dispositivos
de conmutación del circuito elevador 21 y envía las señales PWM al
circuito elevador 21. La sección de generación de orden PWM 24 según
la realización 10 usa control PI como control de realimentación
para amplificación de error. La figura 20 es un diagrama de
circuito que representa una configuración específica de la sección
elevadora de circuito de control 22a. Sin embargo, la presente
invención no se limita a este tipo de configuración para control PI.
Es posible utilizar otro control de realimentación que ha sido usado
generalmente.
La figura 21 representa la forma de onda del
voltaje de salida V de la fuente de potencia CA monofásica 5, un
valor de trabajo de salida PWM calculado y la forma de onda de una
señal de pulso cambiada en base al valor de trabajo de salida PWM en
el aparato de control de motor según la realización 10.
Un juicio sobre si el dispositivo de conmutación
de brazo superior o el dispositivo de conmutación de brazo inferior
del circuito elevador 21 es movido y controlado se realiza
dependiendo de si el valor de orden de corriente CA es positivo o
negativo. Por ejemplo, cuando el valor de orden de corriente CA es
positivo, se envían órdenes PWM de modo que el dispositivo de
conmutación de brazo inferior se someta a operación PWM y de modo
que el dispositivo de conmutación de brazo superior se mantenga en
el estado apagado. Además, cuando el valor de orden de corriente CA
es negativo, se envían órdenes PWM de modo que el dispositivo de
conmutación de brazo superior se someta a operación PWM y modo que
el dispositivo de conmutación de brazo inferior se mantiene en el
estado apagado. O, dado que la fase de voltaje es detectada por la
sección elevadora de circuito de control 22a, la fase de voltaje
detectada puede ser introducida en la sección de generación de orden
PWM 24 y entonces se puede hacer un juicio sobre si el dispositivo
de conmutación de brazo superior o el dispositivo de conmutación de
brazo inferior se somete a operación PWM, en base a la fase de
voltaje detectada. La figura 22 es un diagrama de circuito que
representa una configuración específica de una sección elevadora de
circuito de control 22b configurada como se ha descrito
anteriormente.
El circuito elevador 21a incluyendo un
dispositivo de conmutación y representado en la figura 16B según
dicha realización 9 puede ser usado como el circuito elevador
21.
La forma de onda de la corriente que fluye a la
fuente de potencia CA monofásica 5 es casi sinusoidal en virtud de
dichas operaciones del circuito elevador 21 y las secciones de
control de circuito elevador 22a y 22b. Por lo tanto, el factor de
potencia de la fuente de potencia es casi uno, por lo que es posible
proporcionar un aparato de control de motor que no afecta
adversamente al sistema de la fuente de potencia.
Realización
11
A continuación, se describirá un aparato de
control de motor según la realización 11 de la presente invención.
La figura 23A es un diagrama de bloques que representa la
configuración del aparato de control de motor según la realización
11 de la presente invención. Las funciones y configuraciones del
circuito inversor 2, el motor sin escobillas 3, la sección de
control 4 y la fuente de potencia CA monofásica 5 del aparato de
control de motor según la realización 11 representados en la figura
23A son similares a las de dichas realizaciones 9 y 10.
El aparato de control de motor según la
realización 11 difiere del aparato de control de motor según la
realización 10 en que se ha dispuesto un circuito elevador
rectificador de voltaje doble 25 en lugar del circuito elevador 21.
Este circuito elevador rectificador de voltaje doble 25 incluye un
inductor 300, un dispositivo de conmutación 301, diodos 302, 303,
304 y 305, un condensador 306 que tiene una capacitancia grande y un
condensador 307 que tiene una capacitancia pequeña. Una sección de
control de circuito elevador 22c incluye una sección de generación
de orden de corriente CA 23 y una sección de generación de orden PWM
24b. La operación de la sección de generación de orden de corriente
CA 23 es sustancialmente la misma que la explicada en las
descripciones de dichas realizaciones 9 y 10.
La operación de la sección de generación de
orden PWM 24b y la operación del circuito elevador rectificador de
voltaje doble 25 se describirán con referencia a la figura 24.
En un período (denominado a continuación período
C) en el que el voltaje de salida en el terminal de la fuente de
potencia CA monofásica 5, conectado al inductor 300, es más alto que
el voltaje de salida en su terminal no conectado al inductor 300,
fluye una corriente al condensador 306. Por otra parte, en un
período (denominado a continuación período D) en el que el voltaje
de salida en el terminal de la fuente de potencia CA monofásica 5,
no conectado al inductor 300, es más alto, fluye una corriente al
condensador 307.
Por lo tanto, en el período C, una corriente
similar a la corriente introducida en un circuito rectificador de
voltaje doble convencional fluye de la fuente de potencia CA
monofásica 5. Si el inductor 300 se hace más pequeño en este
estado, el factor de potencia disminuye. En la realización 11, la
sección de generación de orden PWM 24b envía una señal PWM para
mover PWM el dispositivo de conmutación del circuito elevador
rectificador de voltaje doble 25 en el período C de modo que el
factor de potencia no baje.
En el período D, la configuración según la
realización 11 es similar a la configuración del circuito explicada
en las descripciones de dicha realización 7, por lo que el factor de
potencia no baja.
La sección de generación de orden PWM 24b según
la realización 11 difiere de la sección de generación de orden PWM
24 según dicha realización 10 en que la señal PWM no es enviada al
circuito elevador rectificador de voltaje doble 25 en el período
D.
Los dos condensadores del circuito rectificador
de voltaje doble convencional tienen casi la misma capacitancia y
son condensadores electrolíticos de aluminio de gran capacitancia.
Sin embargo, la capacitancia de uno de los dos condensadores según
la realización 11 de la presente invención se pone a un valor
pequeño. Dado que la capacitancia de uno de los condensadores se
puede hacer pequeño, el circuito elevador rectificador de voltaje
doble 25 del aparato de control de motor según la realización 11 se
puede hacer más pequeño que el circuito rectificador de voltaje
doble convencional.
La figura 23B es un diagrama de circuito que
representa la configuración de un circuito elevador rectificador de
voltaje doble 25a representado como otra configuración del circuito
elevador rectificador de voltaje doble del aparato de control de
motor según la presente invención. También se obtiene un efecto
similar al de dicha realización 11 aunque se use el circuito
elevador rectificador de voltaje doble 25a representado en la figura
23B en lugar del circuito elevador rectificador de voltaje doble 25
representado en la figura 23A.
Realización
12
A continuación, se describirá un compresor que
incorpora uno de los aparatos de control de motor según las
realizaciones 1 a 11 con referencia a la figura 25. La figura 25 es
un diagrama de bloques que representa la configuración del compresor
según la realización 12 de la presente invención.
En la figura 25, un compresor 41 conectado a una
fuente de potencia CA monofásica 5 tiene un aparato de control de
motor 40 y un mecanismo de compresión 42 movido por un motor sin
escobillas 3. Las funciones y configuraciones del motor sin
escobillas 3 y la fuente de potencia CA monofásica 5 según la
realización 12 son similares a las de dicha realización 1. Además,
uno de los aparatos de control de motor según dichas realizaciones 1
a 11 se aplica al aparato de control de motor 40. La salida del
aparato de control de motor 40 está conectada al motor sin
escobillas 3 dispuesto dentro del mecanismo de compresión 42, por lo
que el motor sin escobillas 3 es girado y movido por el aparato de
control de motor 40. Por la rotación del motor sin escobillas 3, el
mecanismo de compresión 42 aspira y comprime gas refrigerante y
descarga gas a alta presión.
Como se ha descrito anteriormente, el aparato de
control de motor 40, uno de los aparatos de control de motor según
dichas realizaciones 1 a 11 de la presente invención, se hace más
pequeño y más ligero que los aparatos de control de motor
convencionales. Por lo tanto, la presente invención puede
proporcionar el compresor 41 que se hace compacto por la
integración del mecanismo de compresión 42 con el aparato de control
de motor 40 como se ha explicado en las descripciones de la
realización 12.
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Realización
13
La figura 26 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un climatizador de aire según la
realización 13 de la presente invención.
El climatizador de aire 43 según la realización
13 tiene una unidad interior 44 y una unidad exterior 45 y se
utiliza para enfriar o calentar una habitación. El mecanismo de
compresión 42 del climatizador de aire 43 circula un refrigerante
entre la unidad interior 44 y la unidad exterior 45. El aparato de
control de motor 40 conectado a la fuente de potencia CA monofásica
5 mueve y controla un motor sin escobillas dispuesto dentro del
mecanismo de compresión 42. Las funciones y configuraciones del
motor sin escobillas y la fuente de potencia CA monofásica 5 según
la realización 13 son similares a las de dicha realización 1.
Además, uno de los aparatos de control de motor según dichas
realizaciones 1 a 11 se aplica al aparato de control de motor
40.
En el climatizador de aire 43 según la
realización 13, la unidad interior 44 tiene un intercambiador de
calor de lado interior 48, y la unidad exterior 45 tiene una
válvula de cuatro vías 46, un dispositivo estrangulador 47 y un
intercambiador de calor de lado exterior 49, formando por ello un
paso de circulación de refrigerante.
El intercambiador de calor de lado interior 48
tiene un ventilador 48a para elevar el rendimiento de intercambio
térmico y un sensor de temperatura 48b para medir la temperatura del
intercambiador de calor de lado interior 48 o la temperatura a su
alrededor. El intercambiador de calor de lado exterior 49 tiene un
ventilador 49a para elevar el rendimiento de intercambio térmico y
un sensor de temperatura 49b para medir la temperatura del
intercambiador de calor de lado exterior 49 o la temperatura a su
alrededor.
En el climatizador de aire 43 según la
realización 13, el mecanismo de compresión 42 y la válvula de cuatro
vías 46 están dispuestos en el paso de circulación de refrigerante
entre el intercambiador de calor de lado interior 48 y el
intercambiador de calor de lado exterior 49. En el climatizador de
aire 43 según la realización 13, la dirección del refrigerante que
fluye a través del paso de circulación de refrigerante se cambia por
la operación de selección de la válvula de cuatro vías 46. Por
ejemplo, en el paso de circulación de refrigerante del climatizador
de aire 43, el refrigerante fluye en la dirección indicada por la
flecha A. El refrigerante que ha pasado a través del intercambiador
de calor de lado exterior 49 es aspirado al mecanismo de compresión
42 mediante la válvula de cuatro vías 46. El refrigerante descargado
del mecanismo de compresión 42 es suministrado al intercambiador de
calor de lado interior 48. Por otra parte, cuando se realiza la
operación de selección de la válvula de cuatro vías 46, el
refrigerante fluye en la dirección indicada por la flecha B. El
refrigerante que ha pasado a través del intercambiador de calor de
lado interior 48 es aspirado al mecanismo de compresión 42 mediante
la válvula de cuatro vías 46. El refrigerante descargado del
mecanismo de compresión 42 es suministrado al intercambiador de
calor de lado exterior 49. Como se ha descrito anteriormente, la
dirección de flujo del refrigerante se cambia por la operación de
selección de la válvula de cuatro vías 46.
El dispositivo estrangulador 47 dispuesto en el
paso de circulación de refrigerante entre el intercambiador de
calor de lado interior 48 y el intercambiador de calor de lado
exterior 49 tiene una función de estrangular el caudal del
refrigerante circulante y también tiene una función de ajustar
automáticamente el caudal del refrigerante. Mientras el
refrigerante circula a través del paso de circulación de
refrigerante, el dispositivo estrangulador 47 estrangula el caudal
del líquido refrigerante enviado de un condensador a un evaporador
para que el líquido refrigerante se pueda expandir inmediatamente
después del estrangulamiento y suministrar la cantidad exacta del
refrigerante que requiere el evaporador.
En el climatizador de aire 43, el intercambiador
de calor de lado interior 48 opera como un condensador durante el
calentamiento y opera como un evaporador durante el enfriamiento.
Además, el intercambiador de calor de lado exterior 49 opera como
un evaporador durante el calentamiento y opera como un condensador
durante el enfriamiento. En el condensador, el calor del gas
refrigerante que fluye a su través y que tiene temperatura y
presión altas, es quitado por el aire suministrado, por lo que el
gas refrigerante se licua gradualmente. Cerca de la salida del
condensador, el refrigerante está en un estado líquido o un estado
de mezcla de líquido y gas a alta presión. Esto es equivalente a un
fenómeno donde el refrigerante irradia calor a la atmósfera y se
licua. Además, el refrigerante convertido a un estado líquido o un
estado de mezcla de líquido y gas a baja temperatura y presión por
el dispositivo estrangulador 47 fluye al evaporador. Cuando se
suministra aire de la habitación al evaporador en este estado, el
refrigerante quita una gran cantidad de calor del aire y se
evapora, siendo por ello un refrigerante que tiene una mayor
cantidad de gas. El aire del que se ha quitado una gran cantidad de
calor por el evaporador, es descargado como un chorro frío por la
salida de aire del climatizador de aire 43.
En el climatizador de aire 43, la velocidad de
rotación ordenada del motor sin escobillas se pone en base al
estado de operación, es decir, una temperatura deseada establecida
para el climatizador de aire 43, la temperatura ambiente real y la
temperatura del aire exterior. De forma análoga al aparato de
control de motor según dicha realización 1, el aparato de control
de motor 40 controla la velocidad de rotación del motor sin
escobillas del mecanismo de compresión 42 en base a la velocidad de
rotación ordenada preestablecida.
A continuación se describirá un método de
controlar la velocidad de rotación del motor sin escobillas a la
velocidad de rotación ordenada preestablecida.
Se supone que la velocidad de rotación ordenada
es \omega* y que la velocidad de rotación real del motor sin
escobillas es \omega. En el caso de un motor sin escobillas que
tiene un sensor de posición, \omega se puede obtener
diferenciando la señal del sensor de posición. En el caso de un
motor sin escobillas que no tiene sensor de posición, \omega
deberá ser la velocidad estimada de rotación \omega obtenida
diferenciando la fase estimada \theta, como se ha explicado en
las descripciones de la realización 3. Se calcula el error entre la
velocidad de rotación ordenada \omega* y la velocidad de rotación
real \omega. Un valor obtenido sometiendo el error a control PI
es enviado como un valor de orden de corriente general I*. Usando el
valor de orden de fase de corriente B* almacenado dentro de la
sección de control 4, el valor de orden de corriente de eje d Id* y
el valor de orden de corriente de eje q Iq* se calculan según las
ecuaciones siguientes (12) y (13).
\beta* es un valor para determinar el estado
de operación del motor sin escobillas 3. Este valor puede ser un
valor predeterminado o se puede cambiar dependiendo del estado de
operación del motor sin escobillas. Mediante la adición de dicha
función a la sección de control 4, en el caso en que la velocidad de
rotación real es inferior a la velocidad de rotación ordenada, el
valor de orden de corriente de eje d y el valor de orden de
corriente de eje q se incrementan por el control PI. Por lo tanto,
el par de salida del motor sin escobillas 3 incrementa y el motor
sin escobillas se acelera. Por esta operación de la sección de
control 4, el aparato de control de motor opera de modo que se
obtenga la velocidad de rotación ordenada preestablecida, por lo que
el motor sin escobillas gira a la velocidad de rotación
ordenada.
ordenada.
A continuación, se describirá la operación del
climatizador de aire 43 según la realización 13.
En el climatizador de aire 43 según la
realización 13, cuando se aplica un voltaje de excitación desde el
aparato de control de motor 40 al mecanismo de compresión 42, el
refrigerante circula a través del paso de circulación de
refrigerante. Durante esta circulación, se lleva a cabo intercambio
térmico en el intercambiador de calor 48 de la unidad interior 44 y
el intercambiador de calor 49 de la unidad exterior 45. En otros
términos, en el climatizador de aire 43, el refrigerante sellado en
el paso cerrado de circulación de refrigerante se hace circular por
el mecanismo de compresión 42, por lo que se forma un ciclo conocido
de bomba de calor en el paso cerrado de circulación de refrigerante.
Esto calienta o enfría la habitación.
Por ejemplo, en el caso en que el climatizador
de aire 43 lleva a cabo una operación de calentamiento, el usuario
pone la válvula de cuatro vías 46 de modo que el refrigerante fluya
en la dirección indicada por la flecha A. En este caso, el
intercambiador de calor 48 opera como un condensador y descarga
calor en virtud de la circulación del refrigerante a través del
paso de circulación de refrigerante. Así se calienta la
habitación.
Por otra parte, en el caso en que el
climatizador de aire 43 lleva a cabo una operación de enfriamiento,
el usuario pone la válvula de cuatro vías 46 de modo que el
refrigerante fluya en la dirección indicada por la flecha B. En
este caso, el intercambiador de calor 48 opera como un evaporador y
absorbe calor del aire ambiente en virtud de la circulación del
refrigerante a través del paso de circulación de refrigerante. Así
se enfría la habitación.
En el climatizador de aire 43 según la
realización 13, la velocidad de rotación ordenada se determina en
base a una temperatura deseada establecida para el climatizador de
aire 43, la temperatura ambiente real y la temperatura del aire
exterior. De forma análoga al aparato de control de motor según
dicha realización 1, el aparato de control de motor 40 controla la
velocidad de rotación del motor sin escobillas del mecanismo de
compresión 42 en base a la velocidad de rotación ordenada
determinada. Como resultado, el climatizador de aire 43 según la
realización 13 puede llevar a la práctica un enfriamiento y
calentamiento cómodos.
Dado que el aparato de control de motor 40 del
climatizador de aire 43 según la realización 13 es más pequeño y
más ligero que el aparato de control de motor convencional, el
aparato de control de motor 40 tiene un mayor grado de libertad de
disposición dentro de la unidad exterior 45. Así se facilita más el
diseño de la producción. Además, haciendo más pequeño el aparato de
control de motor, es posible proporcionar una unidad exterior 45
que sea más pequeña y más ligera, por lo que la unidad exterior
puede ser instalada más fácilmente por los consumidores. Se pueden
lograr estos efectos excelentes.
En el caso en que se usan motores sin escobillas
para accionar el ventilador 48a del intercambiador de calor de lado
interior 48 y el ventilador 49a del intercambiador de calor de lado
exterior 49 del climatizador de aire 43 según la realización 13, el
aparato de control de motor para mover y controlar cada uno de estos
motores sin escobillas puede ser cualquiera de los aparatos de
control de motor explicados en las descripciones de las
realizaciones 1 a 11.
En las descripciones de la realización 13 se ha
explicado el climatizador de aire capaz de realizar enfriamiento y
calentamiento. En el caso de un climatizador de aire solamente para
enfriamiento, la válvula de cuatro vías 46 deberá ser eliminada de
modo que el refrigerante fluya en la dirección indicada por la
flecha B.
Realización
14
La figura 27 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un refrigerador según la realización
14 de la presente invención.
El refrigerador 51 según la realización 14 tiene
un aparato de control de motor 40, un mecanismo de compresión 42, un
condensador 52, un evaporador de cámara de refrigeración 53 y un
dispositivo estrangulador 54.
En el refrigerador 51 según la realización 14,
el mecanismo de compresión 42, el condensador 52, el dispositivo
estrangulador 54 y el evaporador de cámara de refrigeración 53 están
dispuestos dentro del paso de circulación de refrigerante. El
aparato de control de motor 40 está conectado a una fuente de
potencia CA monofásica 5 que sirve como una fuente de potencia de
entrada y mueve y controla un motor sin escobillas que sirve como la
fuente de accionamiento del mecanismo de compresión 42.
Las funciones y configuraciones del motor sin
escobillas dispuesto dentro del mecanismo de compresión 42 y la
fuente de potencia CA monofásica 5 que sirve como la fuente de
potencia de entrada del aparato de control de motor 40 según la
realización 14 son similares a las de dicha realización 1. Además,
uno de los aparatos de control de motor según dichas realizaciones
1 a 11 se aplica al aparato de control de motor 40.
De forma análoga al dispositivo estrangulador 47
del climatizador de aire 43 según dicha realización 13, el
dispositivo estrangulador 54 del refrigerador 51 según la
realización 14 estrangula el caudal del refrigerante enviado desde
el condensador 52 para que el refrigerante se pueda expandir y
suministrar la cantidad exacta del refrigerante requerido para el
evaporador 53 mientras el refrigerante circula a través del paso de
circulación de refrigerante.
El condensador 52 condensa el gas refrigerante
que fluye a su través y que tiene una temperatura y presión altas y
descarga el calor del refrigerante al exterior. El calor del gas
refrigerante enviado al condensador 52 es quitado por el aire
exterior, y el gas refrigerante se licua gradualmente. Cerca de la
salida del condensador 52, el refrigerante es un estado líquido o
un estado de mezcla de líquido y gas a presión alta.
El evaporador de cámara de refrigeración 53
evapora el refrigerante que tiene baja temperatura, enfriando por
ello el interior del refrigerador. El evaporador de cámara de
refrigeración 53 tiene un ventilador 53a para elevar la eficiencia
de intercambio térmico y un sensor de temperatura 53b para detectar
la temperatura dentro del refrigerador.
A continuación, se describirá la operación del
refrigerador 51 según la realización 14.
En el refrigerador 51 según la realización 14,
cuando se aplica un voltaje de excitación desde el aparato de
control de motor 40 al motor sin escobillas del mecanismo de
compresión 42, el mecanismo de compresión 42 es movido y el
refrigerante circula a través del paso de circulación de
refrigerante en la dirección indicada por las flechas C. Durante
esta circulación, se lleva a cabo intercambio térmico en el
condensador 52 y el evaporador de cámara de refrigeración 53,
enfriando por ello el interior del refrigerador.
En otros términos, el caudal del refrigerante
condensado en el condensador 52 es estrangulada por el dispositivo
estrangulador 54, por lo que el refrigerante se expande y es un
refrigerante que tiene baja temperatura. Cuando el refrigerante a
baja temperatura es enviado al evaporador de cámara de refrigeración
53, el refrigerante que tiene baja temperatura en el evaporador de
cámara de refrigeración 53 se evapora, enfriando por ello el
interior del refrigerador. Durante este enfriamiento, el aire dentro
del refrigerador es enviado a la fuerza al evaporador de cámara de
refrigeración 53 por el ventilador 53a, por lo que el evaporador de
cámara de refrigeración 53 lleva a cabo eficientemente intercambio
térmico.
Además, en el refrigerador 51 según la
realización 14, la velocidad de rotación ordenada se pone
dependiendo de una temperatura deseada establecida para el
refrigerador 51 y la temperatura dentro del refrigerador. De forma
análoga al aparato de control de motor según la realización 13, el
aparato de control de motor 40 controla la velocidad de rotación
del motor sin escobillas del mecanismo de compresión 42 en base al
valor de la velocidad de rotación ordenada preestablecida. Como
resultado, la temperatura dentro del refrigerador 51 se mantiene a
la temperatura deseada.
Dado que el aparato de control de motor 40 del
refrigerador 51 según la realización 14 es más pequeño y más ligero
que el aparato de control de motor convencional como se ha descrito
anteriormente, el aparato de control de motor 40 tiene un mayor
grado de libertad de disposición dentro del refrigerador que el
aparato de control de motor convencional. Además, el mayor grado de
libertad de disposición del aparato de control de motor tiene el
efecto de incrementar la capacidad dentro del refrigerador 51.
Además, dado que se puede prever el aparato de control de motor
ligero de peso, el peso del refrigerador 51 se puede reducir.
En el caso en que el motor sin escobillas 3 se
usa para mover el ventilador 53a del refrigerador 51 según la
realización 14, el aparato de control de motor 40 para mover y
controlar el motor sin escobillas puede ser cualquiera de los
aparatos de control de motor explicados en las descripciones de
dichas realizaciones 1 a 11.
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Realización
15
La figura 28 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de una lavadora eléctrica según la
realización 15 de la presente invención.
La lavadora eléctrica 55 según la realización 15
tiene un bastidor exterior 56. Una cuba 57 está suspendida dentro
del bastidor exterior 56 por vástagos de suspensión 58. Dentro de la
cuba 57 se encuentra un tambor de lavado y escurrimiento 59 de
manera que pueda girar. En la parte inferior del tambor de lavado y
escurrimiento 59 se ha dispuesto un agitador 60 de manera que pueda
girar.
Un motor sin escobillas 3 para girar el tambor
de lavado y escurrimiento 59 y el agitador 60 está dispuesto en el
espacio debajo de la cuba 57 dentro del bastidor exterior 56.
Además, un aparato de control de motor 40, conectado a la fuente de
potencia CA monofásica 5 para mover y controlar el motor sin
escobillas 3 está instalado en el bastidor exterior 56.
Las funciones y configuraciones del motor sin
escobillas dispuesto dentro del bastidor exterior 56 y la fuente de
potencia CA monofásica 5 que sirve como la fuente de potencia de
entrada del aparato de control de motor 40 según la realización 15
son similares a las de dicha realización 1. Además, uno de los
aparatos de control de motor según dichas realizaciones 1 a 11 se
aplica al aparato de control de motor 40.
En la lavadora eléctrica 55 según la realización
15, una señal de orden que indica la velocidad de rotación ordenada
dependiendo de la operación del usuario es introducida desde un
microordenador (no representado) para controlar la operación de la
lavadora eléctrica 55 al aparato de control de motor 40.
A continuación, se describirá la operación de la
lavadora eléctrica 55 según la realización 15.
En la lavadora eléctrica 55 según la realización
15, cuando un usuario lleva a cabo una operación predeterminada, la
señal de orden es introducida desde el microordenador en el aparato
de control de motor 40, por lo que se aplica un voltaje de
excitación al motor sin escobillas 3. Por lo tanto, el motor sin
escobillas 3 se mueve, y el agitador 60 o el tambor de lavado y
escurrimiento 59 gira, por lo que la ropa y análogos dentro del
tambor de lavado y escurrimiento 59 se lavan o escurren. Durante
esta operación, en la lavadora eléctrica 55 según la realización
15, la velocidad de rotación del motor sin escobillas 3 es
controlada por el aparato de control de motor 40 en base a la
velocidad de rotación ordenada indicada por la señal de orden
enviada desde el microordenador, justo como en el caso de dicha
realización 13. Como resultado, en la lavadora eléctrica 55, la
operación apropiada se lleva a cabo dependiendo de la cantidad y
suciedad de la ropa y análogos a lavar.
Dado que el aparato de control de motor 40 de
tamaño compacto se usa para la lavadora eléctrica 55 según la
realización 15 como se ha descrito anteriormente, la presente
invención tiene el efecto de incrementar la capacidad del tambor de
lavado y escurrimiento incluso cuando las dimensiones exteriores de
la lavadora eléctrica son las mismas que las de una lavadora
eléctrica convencional. Además, dado que el aparato de control de
motor 40 de peso ligero se usa para la lavadora eléctrica 55 según
la presente invención, la presente invención tiene un efecto
excelente de reducción del peso de toda la lavadora.
En la lavadora eléctrica 55 según la realización
15 de la presente invención, el aparato de control de motor 40 para
mover y controlar el motor sin escobillas 3 puede ser cualquiera de
los aparatos de control de motor explicados en las descripciones de
dichas realizaciones 1 a 11.
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Realización
16
La figura 29 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de una secadora eléctrica según la
realización 16 de la presente invención.
La secadora eléctrica 61 según la realización 16
tiene un bastidor exterior 62. Dentro del bastidor exterior 62, un
tambor 63 está dispuesto de manera que pueda girar. Un motor sin
escobillas 3 está conectado al tambor 63 de modo que el motor sin
escobillas 3 haga girar el tambor 63.
Las funciones y configuraciones del motor sin
escobillas 3 y el aparato de control de motor 40 dispuesto dentro
del bastidor exterior 62 y la fuente de potencia CA monofásica 5
según la realización 16 son similares a las de dicha realización 1.
Además, uno de los aparatos de control de motor según dichas
realizaciones 1 a 11 se aplica al aparato de control de motor
40.
En la secadora eléctrica 61 según la realización
16, una señal de orden que indica la velocidad de rotación ordenada
dependiendo de la operación del usuario es introducida desde un
microordenador (no representado) para controlar la operación de la
secadora eléctrica 61 al aparato de control de motor 40.
A continuación, se describirá la operación de la
secadora eléctrica 61 según la realización 16.
En la secadora eléctrica 61 según la realización
16, cuando un usuario lleva a cabo una operación predeterminada, la
señal de orden es introducida desde el microordenador en el aparato
de control de motor 40. Por lo tanto, se aplica un voltaje de
excitación al motor sin escobillas 3. Como resultado, el motor sin
escobillas 3 se mueve, y el tambor 63 gira, por lo que la ropa y
análogos dentro del tambor 63 se escurren.
Durante esta operación, en la secadora eléctrica
61 según la realización 16, la velocidad de rotación del motor sin
escobillas 3 es controlada por el aparato de control de motor 40 en
base a la velocidad de rotación ordenada indicada por la señal de
orden enviada desde el microordenador, justo como en el caso de
dicha realización 13. Como resultado, en la secadora eléctrica 61
según la realización 16, se lleva a cabo una operación apropiada
dependiendo de la cantidad y suciedad de la ropa y análogos a
secar.
Dado que el aparato de control de motor 40 de
tamaño compacto se usa para la secadora eléctrica 61 según la
realización 16 como se ha descrito anteriormente, la presente
invención tiene el efecto de incrementar la capacidad del tambor
incluso cuando las dimensiones exteriores de la secadora eléctrica
son las mismas que las de una secadora eléctrica convencional.
Además, dado que el aparato de control de motor 40 de peso ligero
se usa para la secadora eléctrica según la presente invención, la
presente invención tiene el efecto de reducir el peso de toda la
secadora.
En la secadora eléctrica 61 según la realización
16 de la presente invención, el aparato de control de motor 40 para
mover y controlar el motor sin escobillas 3 puede ser cualquiera de
los aparatos de control de motor explicados en las descripciones de
dichas realizaciones 1 a 11.
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Realización
17
La figura 30 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un ventilador según la realización 17
de la presente invención.
El ventilador 64 según la realización 17 tiene
un ventilador 65, un motor sin escobillas 3 para girar y mover el
ventilador 65 y un aparato de control de motor 40 para mover y
controlar el motor sin escobillas 3. El aparato de control de motor
40 está conectado a una fuente de potencia CA monofásica 5 de modo
que se aplica un voltaje CA monofásico.
Las funciones y configuraciones del motor sin
escobillas 3 y el aparato de control de motor 40 dispuesto dentro
del ventilador 64 y la fuente de potencia CA monofásica 5 según la
realización 17 son similares a las de dicha realización 1. Además,
uno de los aparatos de control de motor según dichas realizaciones 1
a 11 se aplica al aparato de control de motor 40.
En el ventilador 64 según la realización 17, una
señal de orden que indica la velocidad de rotación ordenada
dependiendo de la operación del usuario es introducida desde un
microordenador (no representado) para controlar la operación del
ventilador 64 en el aparato de control de motor 40.
A continuación, se describirá la operación del
ventilador 64 según la realización 17.
En el ventilador 64 según la realización 17,
cuando un usuario lleva a cabo una operación predeterminada, la
señal de orden es introducida desde el microordenador en el aparato
de control de motor 40. Cuando la señal de orden es introducida en
el aparato de control de motor 40, se aplica un voltaje de
excitación desde el aparato de control de motor 40 al motor sin
escobillas 3. Como resultado, el motor sin escobillas 3 se mueve, y
el ventilador 65 gira, por lo que se lleva a cabo soplado de aire.
Durante esta operación, en el ventilador 64 según la realización
17, la salida del motor sin escobillas 3 es controlada por el
aparato de control de motor 40 en base a la señal de orden del
microordenador, justo como en el caso de dicha realización 13. Como
resultado, en el ventilador 64, el caudal y la intensidad del
soplado se regulan.
\newpage
Dado que el aparato de control de motor 40 de
tamaño compacto y peso ligero se usa para el ventilador 64 según la
realización 17 como se ha descrito anteriormente, el ventilador
propiamente dicho se puede hacer más pequeño y más ligero que un
ventilador convencional. Por lo tanto, la presente invención puede
proporcionar un ventilador que tiene excelente portabilidad.
En el ventilador 64 según la realización 17 de
la presente invención, el aparato de control de motor 40 para mover
y controlar el motor sin escobillas 3 puede ser cualquiera de los
aparatos de control de motor explicados en las descripciones de
dichas realizaciones 1 a 11.
\vskip1.000000\baselineskip
Realización
18
La figura 31 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un aspirador eléctrico según la
realización 18 de la presente invención.
El aspirador eléctrico 66 según la realización
18 incluye un cuerpo limpiador 69, una herramienta de aspiración de
suelos 67 que tiene un orificio de aspiración formado en la cara
inferior, y una manguera de aspiración de polvo 68, de la que un
extremo está conectado a la herramienta de aspiración de suelos 67 y
cuyo otro extremo está conectado al cuerpo limpiador 69.
El cuerpo limpiador 69 según la realización 18
incluye una cámara de polvo 71 a la que está conectado el extremo
de la manguera de aspiración de polvo 68 en el lado del cuerpo
limpiador, y un ventilador eléctrico 70 dispuesto en el lado de
salida de la cámara de polvo 71. El ventilador eléctrico 70 incluye
un ventilador 72 dispuesto de manera que esté enfrente del lado de
salida de la cámara de polvo 71, un motor sin escobillas 3 para
girar el ventilador 72, y un aparato de control de motor 40 para
mover y controlar el motor sin escobillas 3. El aparato de control
de motor 40 está conectado a una fuente de potencia CA monofásica 5
de modo que se aplique un voltaje CA monofásico. Mediante la
rotación del ventilador 72 se aspira aire por el orificio de
aspiración formado en la cara inferior de la herramienta de
aspiración de suelos 67 mediante la manguera de aspiración de polvo
68 y la cámara de polvo 71.
Las funciones y configuraciones del motor sin
escobillas 3, el aparato de control de motor 40 y la fuente de
potencia CA monofásica 5 según la realización 18 son similares a las
de dicha realización 1. Además, uno de los aparatos de control de
motor según dichas realizaciones 1 a 11 se aplica al aparato de
control de motor 40.
En el aspirador eléctrico 66 según la
realización 18, una señal de orden que indica la velocidad de
rotación ordenada dependiendo de la operación del usuario es
introducida desde un microordenador (no representado) para controlar
la operación del ventilador 72 en el aparato de control de motor
40.
A continuación, se describirá la operación del
aspirador eléctrico 66 según la realización 18.
En el aspirador eléctrico 66 según la
realización 18, cuando un usuario lleva a cabo una operación
predeterminada, la señal de orden es introducida desde el
microordenador en el aparato de control de motor 40. Cuando la señal
de orden es introducida en el aparato de control de motor 40, se
aplica un voltaje de excitación desde el aparato de control de
motor 40 al motor sin escobillas 3, y el motor sin escobillas 3 se
mueve. Como resultado, el ventilador 72 gira, por lo que se genera
una fuerza de aspiración dentro del cuerpo limpiador 69. Por la
fuerza de aspiración generada dentro del cuerpo limpiador 69 se
aspira aire por el orificio de aspiración formado en la cara
inferior de la herramienta de aspiración de suelos 67 que está
conectada al cuerpo limpiador 69 mediante la manguera de aspiración
de polvo 68. Por lo tanto, se aspira polvo del suelo a limpiar
conjuntamente con aire a través del orificio de aspiración de la
herramienta de aspiración de suelos 67 y se recoge en la cámara de
polvo 71 del cuerpo limpiador 69. Durante esta operación, en el
aspirador eléctrico 66 según la realización 18, la velocidad de
rotación del motor sin escobillas 3 es controlada por el aparato de
control de motor 40 en base a la señal de orden del microordenador,
justo como en el caso de dicha realización 13. Como resultado, en
el aspirador eléctrico 66 según la realización 18, la velocidad de
rotación del motor sin escobillas 3 es controlada, por lo que se
regula la intensidad de la fuerza de aspiración.
Dado que el aparato de control de motor 40 de
tamaño compacto y peso ligero se usa para el aspirador eléctrico 66
según la realización 18 como se ha descrito anteriormente, el cuerpo
limpiador 69 se puede hacer más pequeño y más ligero que el de un
aspirador eléctrico convencional. Por lo tanto, la presente
invención puede proporcionar un aspirador eléctrico que tiene
excelente portabilidad y facilidad de manejo por el usuario.
En el aspirador eléctrico 66 según la
realización 18 de la presente invención, el aparato de control de
motor 40 para mover y controlar el motor sin escobillas 3 puede ser
cualquiera de los aparatos de control de motor explicados en las
descripciones de dichas realizaciones 1 a 11.
\vskip1.000000\baselineskip
Realización
19
La figura 32 es un diagrama de bloques que
representa la configuración de un calentador de agua de bomba de
calor según la realización 19 de la presente invención.
El calentador de agua de bomba de calor 72 según
la realización 19 incluye una unidad de ciclo de refrigeración 73
para calentar agua suministrada y descargar agua caliente, una
unidad de almacenamiento de agua caliente 74 para almacenar el agua
caliente descargada de la unidad de ciclo de refrigeración 73, y
tuberías de agua 74a, 74b, 75a y 75b para conectar estos
componentes.
La unidad de ciclo de refrigeración 73 incluye
un mecanismo de compresión 42, un intercambiador de calor de aire
76, un dispositivo estrangulador 77 y un intercambiador de calor del
agua 78, formando por ello un paso de circulación de refrigerante.
Además, la unidad de ciclo de refrigeración 73 está provista de un
aparato de control de motor 40 conectado a una fuente de potencia
CA monofásica 5 de modo que se suministre un voltaje CA
monofásico.
Las funciones y configuraciones del motor sin
escobillas 3, el aparato de control de motor 40 y la fuente de
potencia CA monofásica 5 según la realización 19 son similares a las
de dicha realización 1. Además, uno de los aparatos de control de
motor según dichas realizaciones 1 a 11 se aplica al aparato de
control de motor 40.
De forma análoga al dispositivo estrangulador 47
del climatizador de aire 43 según dicha realización 13 representada
en la figura 26, el dispositivo estrangulador 77 estrangula el
caudal del líquido refrigerante enviado desde el intercambiador de
calor del agua 78 al intercambiador de calor de aire 76 para que el
líquido refrigerante se pueda expandir inmediatamente después del
estrangulamiento.
El intercambiador de calor del agua 78 es un
condensador para calentar el agua suministrada a la unidad de ciclo
de refrigeración 73 y tiene un sensor de temperatura 78a para
detectar la temperatura del agua calentada. El intercambiador de
calor de aire 76 es un evaporador para absorber calor de atmósfera
ambiente y tiene un ventilador 76a para elevar el rendimiento de
intercambio térmico y un sensor de temperatura 76b para detectar la
atmósfera ambiente.
Se utiliza un tubo de refrigerante 79 para
conectar el mecanismo de compresión 42, el intercambiador de calor
del agua 78, el dispositivo estrangulador 77 y el intercambiador de
calor de aire 76, formando por ello un paso de circulación de
refrigerante. Un refrigerante circula a lo largo del paso de
circulación de refrigerante formado por el mecanismo de compresión
42, el intercambiador de calor del agua 78, el dispositivo
estrangulador 77 e intercambiador de calor de aire 76. El tubo de
refrigerante 79 está conectado además a un tubo de derivación de
descongelación 80 de modo que el refrigerante descargado del
mecanismo de compresión 42 sea suministrado al intercambiador de
calor de aire 76 sin pasar a través del intercambiador de calor del
agua 78 y el dispositivo estrangulador 77. Una válvula de
derivación de descongelación 81 está dispuesta en una parte del tubo
de derivación de descongelación 80.
La unidad de almacenamiento de agua caliente 74
tiene un depósito de almacenamiento de agua caliente 82 para
almacenar agua o agua caliente. Un tubo de agua de suministro 83
para suministrar agua desde el exterior al interior del depósito de
almacenamiento de agua caliente 82 está conectado al orificio de
recepción de agua 82c del depósito de almacenamiento de agua
caliente 82. Además, un tubo de suministro de agua caliente para
uso en bañera 84 para suministrar agua caliente desde el depósito de
almacenamiento de agua caliente 82 a una bañera está conectado al
orificio de salida de agua caliente 82d del depósito de
almacenamiento de agua caliente 82. Además, un tubo de suministro
de agua caliente 85 para suministrar el agua caliente almacenada en
el depósito 82 al exterior está conectado al orificio de
entrada-salida de agua 82a del depósito de
almacenamiento de agua caliente 82.
El intercambiador de calor del agua 78 de la
unidad de ciclo de refrigeración 73 está conectado al depósito de
almacenamiento de agua caliente 82 mediante las tuberías de agua
74a, 74b, 75a y 75b. Por lo tanto, se forma un paso de circulación
de agua entre el depósito de almacenamiento de agua caliente 82 y el
intercambiador de calor del agua 78.
El tubo de agua 74b es un tubo dispuesto en el
lado del depósito de almacenamiento de agua caliente y se usa para
suministrar agua desde el depósito de almacenamiento de agua
caliente 82 al intercambiador de calor del agua 78. Un extremo del
tubo de agua 74b está conectado al orificio de salida de agua 82b
del depósito de almacenamiento de agua caliente 82, y el otro
extremo está conectado al tubo de agua 75b en el lado de suministro
de agua del intercambiador de calor del agua 78 mediante una junta
87b. Además, un agua válvula de descarga 86 para descargar agua o
agua caliente del depósito de almacenamiento de agua caliente 82
está instalada en un extremo del tubo de agua 74b.
El tubo de agua 74a es un tubo dispuesto en el
lado del depósito de almacenamiento de agua caliente y se usa para
el retorno de agua del intercambiador de calor del agua 78 al
depósito de almacenamiento de agua caliente 82. Un extremo del tubo
de agua 74a está conectado al orificio de
entrada-salida de agua 82a del depósito de
almacenamiento de agua caliente 82, y el otro extremo está conectado
al tubo de agua 75a en el lado de descarga de agua del
intercambiador de calor del agua 78 mediante una junta 87a.
Una bomba 88 para circular agua a través del
paso de circulación de agua está dispuesta en el medio del tubo de
agua 75b en el lado de suministro de agua. El tubo de agua 75b se
usa para conectar el intercambiador de calor del agua 78 a la junta
87b.
En el calentador de agua de bomba de calor 72
según la realización 19, la velocidad de rotación ordenada del
motor sin escobillas 3 se determina en base al estado de operación
del calentador de agua de bomba de calor 72, es decir, una
temperatura deseada del agua caliente fijada en el calentador de
agua de bomba de calor 72, la temperatura del agua suministrada de
la unidad de almacenamiento de agua caliente 74 al intercambiador
de calor del agua 78 de la unidad de ciclo de refrigeración 73 y la
temperatura del aire exterior. Entonces, el aparato de control de
motor 40 determina la salida del motor necesaria para el motor sin
escobillas 3 del mecanismo de compresión 42 en base a la velocidad
de rotación ordenada.
A continuación, se describirá la operación del
calentador de agua de bomba de calor 72 según la realización 19.
En el calentador de agua de bomba de calor 72
según la realización 19, cuando se aplica un voltaje de excitación
Cd desde el aparato de control de motor 40 al motor sin escobillas
del mecanismo de compresión 42, el mecanismo de compresión 42 se
mueve. Un refrigerante a alta temperatura obtenido por compresión en
el mecanismo de compresión 42 circula en la dirección indicada por
las flechas D. Por lo tanto, el refrigerante a alta temperatura es
suministrado desde el mecanismo de comparación 42 al intercambiador
de calor del agua 78 mediante el tubo de refrigerante 79. Además,
cuando se mueve la bomba 88 en el paso de circulación de agua, se
suministra agua desde el depósito de almacenamiento de agua
caliente 82 al intercambiador de calor del agua 78.
Entonces, se lleva a cabo intercambio térmico
entre el refrigerante a alta temperatura y el agua suministrada del
depósito de almacenamiento de agua caliente 82, por lo que se
transfiere calor desde el refrigerante al agua. Por lo tanto, el
agua suministrada al intercambiador de calor del agua 78 se
calienta, y el agua calentada es suministrada al depósito de
almacenamiento de agua caliente 82. Entonces, la temperatura del
agua calentada es supervisada por el sensor de temperatura de
condensación 78a.
Además, el refrigerante en el intercambiador de
calor del agua 78 se condensa por intercambio térmico y licua. El
caudal del líquido refrigerante obtenido por la condensación es
estrangulada por el dispositivo estrangulador 77, por lo que el
refrigerante se expande y es suministrado al intercambiador de calor
de aire 76.
En el calentador de agua de bomba de calor 72
según la realización 19, el intercambiador de calor de aire 76
opera como un evaporador. El intercambiador de calor de aire 76
absorbe calor del aire exterior enviado por el ventilador 76a y
evapora el refrigerante a baja temperatura. Entonces, la temperatura
de la atmósfera ambiente del intercambiador de calor de aire 76 es
supervisada por el sensor de temperatura 76b.
Además, en la unidad de ciclo de refrigeración
73, cuando el intercambiador de calor de aire 76 se congela, la
válvula de derivación de descongelación 81 se abre, el refrigerante
a alta temperatura es suministrado al intercambiador de calor de
aire 76 mediante el tubo de derivación de descongelación 80. Por lo
tanto, el intercambiador de calor de aire 76 se descongela.
Por otra parte, se suministra agua caliente
desde el intercambiador de calor del agua 78 de la unidad de ciclo
de refrigeración 73 a la unidad de almacenamiento de agua caliente
74 mediante las tuberías de agua 74a y 75a. El agua caliente
suministrada a la unidad de almacenamiento de agua caliente 74 es
almacenada en el depósito de almacenamiento de agua caliente 82. El
agua caliente almacenada en el depósito de almacenamiento de agua
caliente 82 es suministrada al exterior a través del tubo de
suministro de agua caliente 85 según sea necesario. En particular,
en el caso en que el agua caliente es suministrada a la bañera, el
agua caliente almacenada en el depósito de almacenamiento de agua
caliente 82 es suministrada a la bañera a través del tubo de
suministro de agua caliente para uso en bañera 84.
Además, en el caso en que la cantidad del agua o
agua caliente almacenada en el depósito de almacenamiento de agua
caliente 82 es un valor constante o menos, se rellena agua desde
fuera a través del tubo de agua de suministro 83.
En el calentador de agua de bomba de calor 72
según la realización 19, la velocidad de rotación ordenada del
motor sin escobillas 3 se determina por el aparato de control de
motor 40 en base a una temperatura deseada del agua caliente fijada
en el calentador de agua de bomba de calor 72, la temperatura del
agua suministrada al intercambiador de calor del agua 78 y la
temperatura del aire exterior. En el calentador de agua de bomba de
calor 72 según la realización 19, la velocidad de rotación del motor
sin escobillas 3 del mecanismo de compresión 42 es controlada por
el aparato de control de motor 40 en base a la velocidad de rotación
ordenada, justo como en el caso de dicha realización 13. Como
resultado, en el calentador de agua de bomba de calor 72 según la
realización 19, se puede suministrar con seguridad agua caliente que
tiene la temperatura deseada.
Dado que el aparato de control de motor 40 de
tamaño compacto y peso ligero se usa para el calentador de agua de
bomba de calor 72 según la realización 19 como se ha descrito
anteriormente, el calentador de agua de bomba de calor 72 se puede
hacer más pequeño y más ligero que un calentador de agua de bomba de
calor convencional. Por lo tanto, en el calentador de agua de bomba
de calor según la presente invención, se mejora la facilidad de
instalación debido a la reducción del tamaño y también se mejora
debido a la reducción de peso. Además, el costo del calentador de
agua de bomba de calor según la presente invención se puede reducir
de forma significativa con relación al del calentador de agua de
bomba de calor convencional, por lo que el calentador de agua de
bomba de calor es más beneficioso para el usuario.
En el calentador de agua de bomba de calor 72
según la realización 19 de la presente invención, el aparato de
control de motor 40 para mover y controlar el motor sin escobillas 3
puede ser cualquiera de los aparatos de control de motor explicados
en las descripciones de dichas realizaciones 1 a 11.
La presente invención explicada en las
descripciones de las realizaciones 1 a 19 es aplicable no solamente
al aparato de control de motor a instalar en los aparatos
mencionados en las descripciones de dichas realizaciones, sino
también en otros aparatos de control de motor para mover motores sin
escobillas usando circuitos inversores. Haciendo el aparato de
control de motor más pequeño y más ligero, los grados de libertad de
diseño de cualesquiera aparatos correspondientes se pueden mejorar,
y los aparatos se pueden suministrar a un costo más bajo, por lo que
el efecto de la presente invención es muy significativo.
La importancia del efecto se describirá con
respecto a un climatizador de aire y un compresor incorporado en el
climatizador de aire.
La mayor parte de los climatizadores de aire
para uso doméstico vendidos en Japón son controlados por inversor y
ahorran mucha energía en comparación con los climatizadores de aire
que no son controlados por inversor. Por lo tanto, el consumo de
potencia de un climatizador de aire vendido en Japón es
aproximadamente la mitad del consumo de potencia de un climatizador
de aire producido diez años antes. Los climatizadores de aire
controlados por inversor se han difundido ampliamente en Japón. Sin
embargo, desde el punto de vista mundial, una gran mayoría de
climatizadores de aire no son controlados por inversor. Por lo
tanto, se desea que los climatizadores de aire disponibles en el
mundo sean controlados por inversor, desde el punto de vista de
promover el ahorro de energía y la conservación del medioambiente
global.
En Japón predominan los productos comerciales en
forma de climatizadores de aire que incorporan compresores. Sin
embargo, en países distintos de Japón, los productos comerciales se
suministran frecuentemente como compresores discretos. En los
mercados de tales compresores discretos se demandan compresores de
tamaño igual o más pequeño que el de los compresores
convencionales. Por lo tanto, si un compresor es de mayor tamaño que
el compresor convencional por la adición de un circuito inversor,
el compresor no puede obtener la aceptación del mercado. Así, es
difícil hacer compresores en el mundo controlados por inversor y
promover el ahorro de energía. Por lo tanto, hay que proporcionar
un compresor que incorpore un inversor, que sea igual a un compresor
convencional en rendimiento y que sea de tamaño igual o menor que
el compresor convencional.
Como se ha descrito anteriormente, la presente
invención puede proporcionar un aparato de control de motor
configurado sin usar un inductor para mejorar el factor de potencia
y un condensador de filtrado que tiene una capacitancia grande, es
decir, componentes grandes incorporados en un aparato de control de
motor convencional. Por lo tanto, la presente invención puede
proporcionar un compresor que incorpora un aparato compacto de
control de motor, que es de tamaño igual o menor que el compresor
convencional. La presente invención puede promover así en todo el
mundo el ahorro de energía y puede ser significativamente
beneficiosa para la conservación del medioambiente
global.
global.
En las descripciones de cada una de dichas
realizaciones se ha tomado como un ejemplo una configuración en la
que un voltaje CA suministrado es rectificado e introducido en un
circuito inversor. Sin embargo, la presente invención no se limita
a este tipo de configuración. En la presente invención, aunque se
introduzca un voltaje fluctuante en el circuito inversor, el
voltaje es convertido a un voltaje deseado por el circuito inversor
y enviado a un motor sin escobillas. Por ejemplo, en el caso en que
una pluralidad de cargas están conectadas a una fuente de potencia
CC, justo como en el caso de motores sin escobillas montados en
vehículos, el voltaje de salida de la fuente de potencia CC fluctúa
dependiendo de las condiciones operativas de las cargas. Aunque
esta fuente de potencia CC fluctuante esté conectada al aparato de
control de motor según la presente invención, el voltaje es
convertido a un voltaje deseado por el circuito inversor. Por lo
tanto, el aparato de control de motor puede accionar exactamente el
motor sin escobillas correspondiente.
El aparato de control de motor según la presente
invención también se puede aplicar a un climatizador de aire
montado en vehículo movido por un motor sin escobillas. El aparato
de control de motor según la presente invención es beneficioso para
un vehículo cuyo motor se pare durante la parada del vehículo y
arranque al arrancar el vehículo, por ejemplo, un vehículo parado
en marcha en vacío o análogos en el que la marcha en vacío del motor
se para durante la parada del vehículo. Cuando se arranca el motor,
el voltaje de la fuente de potencia cae de forma instantánea. Sin
embargo, en el caso en que el aparato de control de motor según la
presente invención está montado en el compresor de un climatizador
de aire montado en vehículo, el voltaje aplicado a su motor sin
escobillas puede ser ajustado incluso cuando el voltaje de la fuente
de potencia cae de forma instantánea al arrancar el motor. Por lo
tanto, el motor sin escobillas no se para temporalmente, por lo que
el climatizador de aire montado en vehículo puede operar de forma
continua. Como se ha descrito anteriormente, el aparato de control
de motor según la presente invención es especialmente beneficioso
para un vehículo o análogos cuyo motor se para durante la parada
del vehículo y arranca al arrancar el vehículo, por ejemplo, un
vehículo de parada de marcha en vacío o análogos en particular.
Además, el método de detectar la fase usando la
corriente suministrada a un motor sin escobillas sin usar un sensor
de posición en cada una de dichas realizaciones se ha explicado
usando dicho método descrito en la tesis "Control of a sensorless
salient-pole brushless DC motor on th e basis of
estimation of speed electromotive force" por Takeshita,
Ichikawa, Lee y Matsui, Thesis Journal, Vol. 117-D,
nº 1, páginas 98 a 104, publicada por el Instituto de Ingenieros
Eléctricos de Japón en 1997. Sin embargo, la presente invención no
se limita a este método. Cualquier método donde la fase sea
detectada usando la corriente suministrada a un motor sin escobillas
puede ser aplicado a la presente invención.
Como han esclarecido las descripciones
detalladas de dichas realizaciones, la presente invención tiene los
efectos siguientes.
La presente invención puede proporcionar un
aparato compacto de control de motor cuyo circuito rectificador se
puede hacer más pequeño y que puede tener una configuración con un
sensor de posición y una configuración sin sensor de posición.
Además, la presente invención puede proporcionar
un aparato de control de motor capaz de realizar el accionamiento
sin sensores de un motor sin escobillas sin parar la aplicación de
voltaje al motor sin escobillas aunque el voltaje de entrada al
circuito inversor pulse de forma significativa.
Además, la presente invención puede proporcionar
un aparato de control de motor capaz de realizar de forma continua
la aplicación de voltaje sin parar la aplicación de voltaje al motor
incluso cuando el voltaje de lado CC del circuito inversor es
bajo.
Además, según la presente invención, incluso en
el caso en el que se lleva a cabo accionamiento sin sensores donde
la información de fase del motor de un motor sin escobillas no se
obtiene de un sensor de posición, la aplicación de voltaje se puede
llevar a cabo de forma continua sin parar la aplicación de voltaje
al motor. Por lo tanto, se puede estimar la fase del motor, por lo
que la presente invención puede proporcionar un aparato de control
de motor capaz de mover un motor sin escobillas sin usar un sensor
de posición.
Además, según la presente invención, los errores
innecesarios para un aparato de control de corriente no se
superponen, por lo que no fluye corriente innecesaria del motor y se
puede mejorar la exactitud de la estimación sin sensor. Así, es
posible proporcionar un aparato de control de motor que tiene alta
exactitud y estabilidad.
Además, la presente invención puede proporcionar
un aparato de control de motor capaz de mejorar de forma
significativa el par de salida de un motor sin usar un condensador
de filtrado que tiene una capacitancia grande en el circuito
rectificador del aparato de control de motor. En el aparato de
control de motor según la presente invención, incluso cuando el
voltaje de entrada del circuito inversor pulsa y no se puede aplicar
un voltaje deseado al motor, se puede mantener la fase del voltaje
aplicado al motor. Por lo tanto, es posible reducir el desperdicio
de corriente del motor y disminuir la parada del motor debida a
sobrecorriente.
Además, el aparato de control de motor según la
presente invención puede llevar a la práctica una estimación de
fase exacta. Por lo tanto, el aparato de control de motor puede
llevar a cabo el accionamiento del motor sin sensores y se puede
aplicar a compresores para climatizadores de aire, refrigeradores,
etc.
Además, según la presente invención, se puede
mejorar la operación de seguimiento de la corriente del motor. Por
lo tanto, la presente invención puede proporcionar un aparato de
control de motor que tiene alta eficiencia, genera reducido ruido y
mejora el par de salida de un motor.
Además, la presente invención puede proporcionar
un aparato de control de motor capaz de ser configurado sin usar un
inductor para mejorar el factor de potencia y un condensador de
filtrado que tiene una capacitancia grande, es decir, componentes
grandes incorporados en un aparato de control de motor convencional.
Por lo tanto, la presente invención puede proporcionar un compresor
que incorpora un aparato de control de motor, de tamaño igual o más
pequeño que un compresor convencional. La presente invención puede
promover así en todo el mundo el ahorro de energía y puede ser
significativamente beneficioso para la conservación del
medioambiente global.
Además, en el aparato de control de motor según
la presente invención, en el caso de que el voltaje de salida de la
fuente de potencia CA monofásica sea bajo hasta el punto de que el
voltaje aplicado a un motor sin escobillas sea insuficiente, se
puede elevar el voltaje de entrada del circuito inversor. Por lo
tanto, la presente invención puede proporcionar un aparato de
control de motor capaz de elevar la velocidad máxima de rotación del
motor sin escobillas y de ampliar de forma significativa el rango de
operación del motor.
Además, según la presente invención, la forma de
onda de la corriente que fluye a la fuente de potencia CA
monofásica es casi sinusoidal operando el circuito elevador y la
sección elevadora de circuito de control. Por lo tanto, el factor
de potencia de la fuente de potencia es casi uno. La presente
invención puede proporcionar así un aparato de control de motor que
no afecta adversamente al sistema de la fuente de potencia.
Además, en el aparato de control de motor según
la presente invención, la capacitancia de uno de los dos
condensadores de su circuito elevador rectificador de voltaje doble
se puede hacer menor, por lo que el circuito elevador rectificador
de voltaje doble se puede hacer más pequeño que un circuito
rectificador de voltaje doble convencional.
Claims (1)
1. Un aparato de control de motor
incluyendo:
un circuito inversor (2) que recibe un voltaje
de entrada fluctuante (Vpn), convierte dicho voltaje a un voltaje
deseado y envía dicho voltaje deseado como un voltaje de aplicación
a un motor sin escobillas (3), y
una sección de control (4) que recibe el voltaje
de entrada (Vpn) a dicho circuito inversor, una corriente de motor
que fluye a dicho motor sin escobillas (3) y un valor de orden de
corriente de motor (Id*,Iq*) que indica el valor de una corriente
que tiene que circular a dicho motor sin escobillas (3) y envía
valores de orden de voltaje de aplicación a motor a dicho circuito
inversor,
caracterizado porque la sección de
control
- determina una coordenada de eje d (Vd) y una
coordenada de eje q (Vq) de un vector de orden de voltaje en base a
dicho valor de orden de corriente de motor (Id*, Iq*),
- calcula un valor (V1) basado en la norma de
dicho vector de orden de voltaje (Vd, Vq)
- compara dicho valor (V1) con dicho voltaje de
entrada (Vpn) a dicho inversor de modo que cuando dicho valor (V1)
sea más alto que dicho valor de voltaje de entrada (Vpn), dicha
coordenada de eje d (Vd) y dicha coordenada de eje q (Vq) sean
corregidas por un factor K
K=Vpn/V1
- calcula dichos valores de orden de voltaje de
aplicación a motor en base a dicha coordenada de eje d corregida
(Vd) y dicha coordenada de eje q corregida (Vq).
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002-361156 | 2002-12-12 | ||
| JP2002361156 | 2002-12-12 | ||
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| JP2003-154938 | 2003-05-30 |
Publications (1)
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