壓縮機的驅動裝置及冷凍裝置的制作方法

專利名稱：壓縮機的驅動裝置及冷凍裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及壓縮機的驅動裝置及冷凍裝置。
背景技術：
一般，空調裝置的冷媒回路由按順序連接的壓縮機、室外熱交換器、膨脹閥和室內熱交換器構成，進行蒸發壓縮式的冷凍循環。該冷媒回路，有時在壓縮機的加減速、負荷的急劇變化或壓縮機以外的其他機器的動作不良引起的的不適合的條件下進行運轉。此時，上述壓縮機有時會因為內部的損傷而發生故障。
因此，在以往，這種冷媒回路通過例如控制壓縮機的吸入管中的吸入冷媒的過熱度來避免液壓縮和潤滑油的稀釋。
另外，上述冷媒回路是將壓縮機的排出管溫度控制為通過比較低壓冷媒的飽和溫度與壓縮機的排出氣體的溫度而決定的溫度，由此來避免壓縮機內部的油和磁鐵的劣化。
具體是，在特開平7-180933號公報中所公開的冷凍裝置是，檢測出壓縮機的油溫和壓縮機的吸入冷媒的壓力根據該檢測結果計算出針對該油的冷媒的溶解度。然后根據上述冷媒溶解度控制壓縮機的運轉頻率，由此來防止油的稀釋。
另外，在特開2001-99070號公報中所公開的冷凍裝置是，在壓縮機的運畫布為設置了超聲波探頭。根據來自上述超聲波探頭的超聲波強度來判斷是否是潤滑不良。
但是，上述特開平7-180933號公報中所公開的冷凍裝置，不能直接檢測出壓縮機內部所發生的現象。因此，在進行控制時，存在著時間延遲及檢測誤差等。因此，在設計冷凍裝置時，由于要考慮到安全性，所以形成了對壓縮機等的過度的保護。結果不能充分發揮冷凍循環的性能。
另外，特開2001-99070號公報中所公開的冷凍裝置需要設置超聲波探頭，增加了零件的數目，因而存在著壓縮機的結構復雜的問題。

發明內容
本發明就是要解決上述的以往技術中缺點和問題，目的是高精度地推測出壓縮機的內部狀態，防止因壓縮機的異常運轉而發生的事故，并且抑制對壓縮機等的過度的保護，維持高效率的運轉狀態。
首先，本發明之1以具有馬達6的壓縮機的驅動裝置為對象。而且，具有檢測所述馬達6的電流和/或電壓的檢測單元16、17。并且具有根據該檢測單元16、17的檢測值推測其內部狀態的推測單元28。
在上述本發明之1中由馬達驅動電路(例如變頻器電路)檢測出馬達6的電路和/或電壓。根據該電氣信息推測出壓縮機1的內部狀態。這樣，通過無時間延遲的實時處理進行電流和/或電壓的檢測，可在短時間內高精度地推測出上述壓縮機1的內部狀態。
本發明之2是在本發明之1所述的壓縮機的驅動裝置中，所述推測單元28具有根據檢測單元16、17的檢測值決定馬達模型的參數的決定單元20、和根據該決定單元20所決定的參數導出內部狀態的導出單元21。
在上述本發明之2中，決定單元20根據檢測單元16、17的檢測值決定馬達模型的參數。而且由導出單元21根據上述決定單元20所決定的參數導出內部狀態。
本發明之3是在本發明之1所述的壓縮機的驅動裝置中，所述推測單元28推測的內部狀態是軸承的異常或潤滑不良。
在上述本發明之3中可推測出軸承異常和潤滑不良的發生。由此可把運轉條件轉到緩和的狀態，從而可避免嚴重的損傷。
本發明之4是在本發明之1所述的壓縮機的驅動裝置中，所述推測單元28推測的內部狀態是馬達溫度。
在本發明之4中，由于是推測馬達的溫度，所以省略了溫度檢測傳感器。而且，例如根據該推測的馬達溫度，可判斷出馬達是否被正常地驅動。
本發明之5是在本發明之1所述的壓縮機的驅動裝置中，所述馬達6是無刷DC馬達。
在上述本發明之5中，由于使用無刷DC馬達，所以可正確地推測出內部狀態。
本發明之6～38是具有上述本發明之1的壓縮機的驅動裝置的冷凍裝置的發明。
首先，本發明之6以具有冷媒回路，在冷媒回路中設有具備馬達6的壓縮機1的冷凍裝置為對象。而且包括檢測所述馬達6的電流和/或電壓的檢測單元16、17；和根據該檢測單元16、17的檢測值推測壓縮機1的內部狀態的推測單元28。
在本發明之6中，由馬達驅動電路例如變頻器電路檢測出馬達6的電路和/或電壓。根據該電氣信息推測出壓縮機1的內部狀態。這樣，通過無時間延遲的實時處理進行電流和/或電壓的檢測，可在短時間內高精度地推測出上述壓縮機1的內部狀態。
本發明之7是在據本發明之6的冷凍裝置中，所述推測單元28具有根據檢測單元16、17的檢測值決定馬達模型的參數的決定單元20、和根據該決定單元20所決定的參數導出壓縮機1的內部狀態的導出單元21。
在本發明之7中，決定單元20根據檢測單元16、17的檢測值決定馬達模型的參數。而且，所述導出單元21根據上述決定單元20決定的參數導出內部狀態。
本發明之8是在本發明之6的冷凍裝置中，所述馬達6是無刷DC馬達。
本發明之9是在本發明之7的冷凍裝置中，所述決定單元20所決定的參數是馬達驅動轉矩。
上述本發明之9中，由于決定馬達驅動轉矩，所以根據該馬達驅動轉矩推測冷媒回路中的冷媒壓力等。
本發明之10是在本發明之6的冷凍裝置中，所述推測單元28推測的內部狀態是冷媒回路的高壓冷媒壓力或低壓冷媒壓力。
在上述本發明之10中，由于推測冷媒回路的高壓冷媒壓力等，所以根據該高壓壓力等來掌握冷媒回路的運轉狀態。
本發明之11是在本發明之9的冷凍裝置中，在所述冷媒回路中設有檢測冷媒狀態的冷媒檢測單元22、23。而且，所述導出單元21根據由決定單元20決定的馬達驅動轉矩和由冷媒檢測單元22、23檢測出的冷媒狀態，導出冷媒回路的高壓冷媒壓力或低壓冷媒壓力。
在上述本發明之11中，由于根據馬達驅動轉矩和冷媒回路的冷媒狀態推測冷媒回路的高壓冷媒壓力等，所以推測出的高壓冷媒壓力等的可靠性高。
本發明之12是在本發明之9的冷凍裝置中，在所述冷媒回路中設有檢測冷媒狀態的冷媒檢測單元22、23。而且，所述導出單元21預先設定了與冷媒回路中的冷媒溫度和/或冷媒壓力對應的馬達驅動轉矩和壓縮機1的吸收過熱度之間的關系，根據由決定單元20決定的馬達驅動轉矩和由冷媒檢測單元22、23檢測出的冷媒狀態導出壓縮機1的吸收過熱度。
上述本發明之12由于推測壓縮機1的吸入過熱度，所以可調整為適當的吸入過熱度，可避免過度的過熱運轉和濕運轉。
本發明之13是在本發明之6的冷凍裝置中，所述推測單元28推測的內部狀態是壓縮機1內部的沖擊負載的發生。
在上述本發明之13中，可推測出被外加了如軸承異常或液壓縮那樣的沖擊負荷。由此，例如可轉移到降低壓縮機1的運轉頻率等緩和了運轉條件的狀態，從而可避免嚴重的損傷。
本發明之14是在本發明之13的冷凍裝置中，所述檢測單元16的檢測值是馬達6的電流，所述推測單元28根據檢測單元16的檢測電流的高次諧波成分推測沖擊負載的發生。
在上述的本發明之14中，分析檢測電流中的高次諧波成分，當該高次諧波成分電流波形的基波成分發生異常時，推測為被外加了軸承異常或液壓縮等的沖擊負載。
本發明之15是在本發明之14的冷凍裝置中，所述推測單元28根據檢測電流的高次諧波成分的相對正弦波的偏差量推測沖擊負載的發生。
在本發明之15中，由于分析檢測電流的高頻波成分，根據相對正弦波的偏差量推測壓縮機1的沖擊負載，所以，可穩定地推測出壓縮機1的內部狀態潤滑不良或液壓縮等。
本發明之16是在本發明之14的冷凍裝置中，所述推測單元28當檢測電流的高次諧波成分大于預先設定的基準值時，推定為發生了沖擊負載。
在本發明之16中，由于通過比較基準值和檢測電流的高頻波成分來推測壓縮機1的內部狀態，所以可簡單地推測出壓縮機1的內部狀態潤滑不良或液壓縮等。
本發明之17是在本發明之16的冷凍裝置中，對應冷媒回路中的冷媒溫度和/或冷媒壓力，設定所述推測單元28的基準值。
在本發明之17中，由于規定的基準值是對應冷媒回路的冷媒溫度等而設定的，所以，可提高推測的內部狀態的可靠性。
本發明之18是在本發明之6的冷凍裝置中，所述推測單元28推測的內部狀態時壓縮機1的潤滑不良或液壓縮。
在上述本發明之18中，由于推測出發生了潤滑不良和液壓縮，所以，在該情況下，通過轉移到緩和了運轉條件的狀態，可避免嚴重的損傷。
本發明之19是在本發明之18的冷凍裝置中，所述檢測單元16的檢測值是馬達6的電流，所述推測單元28根據檢測單元16的檢測電流的上升率推測壓縮機1的潤滑不良或液壓縮。
在上述本發明之19中，由于當電流急劇上升時，會發生潤滑不良或液壓縮，所以根據該上升來推測潤滑不良等的壓縮機1的內部狀態。
本發明之20是在本發明之19的冷凍裝置中，在所述冷媒回路中設有檢測冷媒狀態的冷媒檢測單元22、23。而且所述推測單元28根據檢測單元16的檢測電流和由冷媒檢測單元22、23檢測出的冷媒狀態，設定馬達6的穩定狀態的穩定電流，通過比較該穩定電流和檢測單元16的檢測電流，推測壓縮機1的潤滑不良或液壓縮。
在上述本發明之20中，由于根據檢測電流和冷媒溫度或冷媒壓力而設定穩定電流，所以該設定的穩定電流的可靠性高。而且根據該穩定電流與檢測電流的比較結果來推測壓縮機1的內部狀態。其結果，可高精度地推測出潤滑不良等的壓縮機1的內部狀態。
本發明之21是在本發明之9的冷凍裝置中，所述推測單元28根據馬達驅動轉矩的上升超過了規定的值，推定為壓縮機1的潤滑不良或液壓縮。
在上述本發明之21中，由于如果馬達驅動轉矩超過了規定的量，有大幅的上升，則被推測為發生了潤滑不良或液壓縮，所以可根據該上升來推測出潤滑不良等的壓縮機1的內部狀態。
本發明之22是在本發明之21的冷凍裝置中，在所述冷媒回路中設有檢測冷媒狀態的冷媒檢測單元22、23。而且，所述推測單元28根據由決定單元20決定的馬達驅動轉矩和由冷媒檢測單元22、23檢測出的冷媒狀態，設定馬達6的穩定狀態的穩定轉矩，通過將該穩定轉矩與由決定單元20決定的馬達驅動轉矩相比較，推測壓縮機1的潤滑不良或液壓縮。
在上述本發明之22中，由于根據馬達驅動轉矩和冷媒回路的冷媒溫度或冷媒壓力等來設定穩定轉矩，所以該被設定的穩定轉矩的可靠性高。而且，根據該穩定轉矩與所決定的轉矩的比較結果，來推測壓縮機1的內部狀態。其結果，可高精度地推測出潤滑不良等的壓縮機1的內部狀態。
本發明之23是在本發明之9的冷凍裝置中，所述推測單元28構成為可輸出所推測的壓縮機1的內部狀態的信息。
在本發明之23中，由于輸出所推測的冷媒溫度、冷媒壓力或軸潤滑狀態等的信息，所以能夠使用戶確實地掌握壓縮機1的內部狀態。
本發明之24是在本發明之9的冷凍裝置中，具有根據所述推測單元28所推測的壓縮機1的內部狀態的信息，保護壓縮機1的保護單元29。
在上述本發明之24中，由保護單元29對壓縮機1實施保護。
本發明之25是在本發明之24所述的冷凍裝置中，所述保護單元29構成為通過控制用于驅動壓縮機1的變頻控制單元26，來進行壓縮機1的保護運轉。
在上述本發明之25中，根據馬達6的電流等推測壓縮機1的內部狀態，根據該內部狀態控制變頻器控制單元26。其結果，可進行壓縮機1的保護運轉。
本發明之26是在本發明之25的冷凍裝置中，所述保護單元29優先于變頻控制單元26對冷媒回路的運轉控制，進行壓縮機1的保護運轉。
在上述本發明之26中，由于優先于冷媒回路的運轉控制的指令進行壓縮機1的保護運轉，所以可穩定地保護壓縮機1。
本發明之27是在本發明之24的冷凍裝置中，具有根據由所述推測單元28推測的壓縮機1內部狀態的信息，從所述保護單元29的保護運轉恢復到穩定運轉的切換單元。
在上述本發明之27中，由于具有從壓縮機1的保護運轉恢復到穩定運轉的切換單元，所以在推測壓縮機1的內部狀態，即使返回到穩定運轉也不會發生異常運轉的情況下，可返回到穩定運轉。
本發明之28是在本發明之24的冷凍裝置中，所述保護單元29可進行壓縮機1的故障診斷。在此所說的故障診斷是指根據電流的紊亂診斷潤滑不良，根據電流的變化診斷液壓縮，并且通過推測冷媒壓力診斷高壓異常或低壓異常。
在上述的本發明之28中，由于根據推測的內部狀態進行故障診斷，所以故障診斷的可靠性高，可特定故障部位和推測故障原因。
本發明之29是在本發明之28的冷凍裝置中，具有保存所述保護單元29的診斷結果的存儲單元21。
在上述本發明之29中，由于把故障診斷的結果保存在存儲單元21中，所以在停止運轉之后等，可利用故障診斷的結果進行故障部位的修正。
本發明之30是在本發明之24的冷凍裝置中，所述保護單元29可進行壓縮機1的故障預測。這里所說的故障預測是指根據電流的紊亂進行潤滑不良的預測、根據電流的變化進行液壓縮的預測、還有通過推測冷媒壓力進行高壓異常或低壓異常的預測。
在上述本發明之30中，由于根據推測的內部狀態進行故障的預測，所以故障預測的可靠性高，根據該故障預測可避免導致故障的異常運轉。
本發明之31是在本發明之30的冷凍裝置中，具有輸出所述保護單元29的預測信息的通信單元31。
在上述本發明之31中，由于可把故障預測的信息通知給外部，所以用戶等可得知故障預測的信息，可避免導致故障的異常運轉。
本發明之32是在本發明之24的冷凍裝置中，所述保護單元29構成為可變更冷媒回路的控制內容或控制參數。
在上述本發明之32中，由于根據推測的內部狀態變更冷媒回路的控制內容和控制參數，所以可進行高效率的運轉。
本發明之33是在本發明之6的冷凍裝置中，預先具備冷媒回路的冷媒系統模型，根據所述推測單元28所推測的壓縮機1的內部狀態的信息，推測冷媒回路的運轉狀態。
在本發明之33中，由于使用冷媒系統模型，根據推測的內部狀態，推測冷媒回路的運轉狀態，所以可進行響應性高的內部狀態的推測。
本發明之34是在本發明之7的冷凍裝置中，所述馬達6由無刷DC馬達構成。而且，所述推測單元28根據馬達6的電流、電壓及機器常數推測馬達的溫度。
在上述本發明之34中，由于根據馬達6的電流、電壓及機器常數推測馬達的溫度，所以不需要溫度檢測用傳感器。而且在此時推測轉子1a的旋轉位置，則不需要附加其他的零部件便可推測出馬達溫度。
本發明之35是在本發明之7的冷凍裝置中，所述馬達6由無刷DC馬達構成。而且，所述決定單元20根據由馬達6的電流、電壓、電阻及電感構成的馬達模型進行參數的決定。并且，所述導出單元21根據由決定單元20決定的參數導出馬達的溫度。
在上述本發明之35中，由于使用馬達模型，所以可通過簡單的運算推測出磁鐵1b的溫度。而且，可以把該磁鐵1b的溫度作為馬達溫度來使用。
本發明之36是在本發明之35的冷凍裝置中，所述決定單元20在馬達6的磁鐵1b的N極方向確定d軸，在由此正向旋轉π/2的方向上設定q軸，把三相PMSM馬達基本電壓方程式轉換到以電角速度ω旋轉的d、q軸坐標系中，求出馬達電壓方程式，根據該馬達電壓方程式決定關于由磁鐵1b產生電樞交鏈磁通的磁通特性值。而且，所述導出單元21根據由決定單元20決定的磁通特性值，作為馬達溫度而導出磁鐵1b的溫度。
在上述本發明之36中，不使用溫度傳感器而利用簡單的基本運算式便可準確地推測馬達溫度。
本發明之37是在本發明之36的冷凍裝置中，所述決定單元20根據馬達電壓方程式求出穩定時的電壓方程式，在進行決定時，將該穩定時的電壓方程式的電樞電流的d軸成分設為0。
在上述本發明之37中，由于求出穩定時的馬達6的電壓方程式，在進行推測時，在該電壓方程式中把電樞電流的d分量設為0，所以減少了運算要素，從而減少了運算誤差。
本發明之38是在本發明之35的冷凍裝置中，在所述冷媒回路中，設有檢測壓縮機1的排出管溫度的冷媒檢測單元24。而且，具有把由所述導出單元21導出的馬達溫度作為壓縮機1的內部溫度，根據溫度檢測單元24檢測出的排出管溫度對由所述導出單元21導出的所述內部溫度進行校正的校正單元36。
在上述本發明之38中，由于校正內部溫度，所以提高了所推測的溫度的可靠性。并且，在該校正中使用的實際溫度時壓縮機1的排出管溫度。在進行冷媒回路的排出管溫度控制時使用該排出管溫度，在冷媒回路中通常配置有檢測排出管溫度的溫度傳感器。因此，上述的校正不需要額外追加溫度傳感器。
因此，根據本發明，通過無時間延遲的實時處理可高精度地推測出上述壓縮機1的內部狀態。因此，從該內部狀態中，可檢測出內部特性的歷時變化，事前預告故障的發生、通過關注相對初始特性所發生的變化來確定故障部位、推測故障的原因。即，通過推測壓縮機1的內部狀態，可實時地且高精度地進行故障的預測或診斷等，可預防應壓縮機1的異常運轉而造成的損壞，可提高壓縮機1的可靠性。
而且，根據本發明之2，由于決定馬達模型的參數，根據該決定的參數導出內部狀態，所以可更準確地推測出內部狀態。其結果，可正確地進行異常運轉的回避動作等。
并且，根據本發明之3，由于推測軸承異常和潤滑不良，所以，例如可轉移到在異常時降低運轉頻率等，緩和了運轉條件的狀態。其結果，可避免嚴重的損傷。
并且，根據本發明之4，由于是推測馬達的溫度，所以不需要溫度檢測傳感器。而且，如果使用用于推測旋轉位置的數據，則不需要附加其他的零部件。這樣，可低成本地實現馬達溫度的檢測。而且，例如能夠根據該推測的馬達溫度進行馬達是否被正常驅動的判斷。由于如果發生異常，則馬達會發生故障，所以通過在故障發生之前停止運轉，可避免故障。
根據本發明之5，由于使用無刷DC馬達，所以可正確地推測出內部狀態。
并且，根據本發明之6，由于可高精度地推測出上述壓縮機1的內部狀態，所以可避免設計余度的過大，可充分發揮冷媒回路的性能。
并且，根據本發明之7，由于決定馬達模型的參數，根據該決定的參數導出內部狀態，所以可更準確地推測出壓縮機1的內部狀態。其結果，可有效地避免冷媒回路的異常運轉等。
并且，根據本發明之8，由于使用無刷DC馬達，所以可更正確地推測出內部狀態。
并且，根據本發明之9，由于推測馬達驅動轉矩，所以可根據該馬達驅動轉矩推測出冷媒回路中的冷媒壓力等。從而可避免壓縮機1的異常運轉。
并且，根據本發明之10，由于推測冷媒回路的高壓冷媒壓力等，所以可根據該高壓壓力等來掌握冷媒回路的運轉狀態。其結果，可避免壓力異常的運轉，可防止壓縮機1的故障等。
并且，根據本發明之11，由于推測出的高壓冷媒壓力等的可靠性高，所以可避免異常狀態的運轉，可防止壓縮機1的故障等。
根據本發明之12，由于推測壓縮機1的吸入過熱度，所以如果吸入過熱度不合適，可通過調整為適當的吸入過熱度來避免過度的過熱運轉和濕運轉。
并且，根據本發明之13，由于可推測出被外加了如軸承異常或液壓縮那樣的沖擊負荷，所以，此時例如可降低壓縮機1的運轉頻率。其結果，由于轉移到緩和了運轉條件的運轉狀態，從而可避免嚴重的損傷。
并且，根據上述本發明之14，根據電流中的高次諧波成分，可穩定地推測出軸承異常或液壓縮等。從而可避免在被外加了沖擊負載的狀態下的運轉，可防止壓縮機1的故障等。
并且，根據本發明之15，根據相對正弦波的偏差量可穩定地推測出軸承異常和液壓縮等。從而可有效地避免異常運轉，可有效地防止壓縮機1的故障等。
并且，根據本發明之16，由于根據電流的高頻波成分的上升來推測沖擊負載的發生，所以可簡單且高精度地推測出壓縮機1的內部狀態。從而可有效避免異常運轉，可有效地防止壓縮機1的故障等。
并且，根據本發明之17，由于規定的基準值是對應冷媒狀態而設定的，所以，可提高推測的內部狀態的可靠性。從而可有效地防止壓縮機1的故障等。
并且，根據本發明之18，由于推測潤滑不良和液壓縮，所以，在該情況下，例如可降低壓縮機1的運轉頻率等。其結果，可轉到緩和了運轉條件的狀態，可避免嚴重的損傷。
并且，根據本發明之19，由于根據電流的上升率推測潤滑不良或液壓縮，所以可有效避免異常運轉，可防止壓縮機1的故障等。
并且，根據本發明之20，由于比較馬達6的穩定電流和檢測電流，所以可高精度地推測出潤滑不良等的壓縮機1的內部狀態。由此，可有效地避免異常運轉，可有效地防止壓縮機1的故障等。
并且，根據本發明之21，由于根據馬達驅動轉矩的上升來推測潤滑不良等的壓縮機1的內部狀態，所以可正確地避免異常運轉，可有效地防止壓縮機1的故障等。
并且，根據本發明之22，由于將馬達6的穩定轉矩與決定的馬達驅動轉矩進行比較，所以可高精度地推測出潤滑不良等的壓縮機1的內部狀態。由此，可有效地避免異常運轉，可有效地防止壓縮機1的故障等。
并且，根據本發明之23，由于輸出壓縮機1的內部狀態的信息，所以能夠使用戶確實地掌握壓縮機1的內部狀態。
并且，根據本發明之24，由于進行壓縮機1的保護運轉，所以可防止壓縮機1的故障等，可提高耐久性。
并且，根據本發明之25，由于通過改變變頻器控制進行保護運轉，所以可有效地防止壓縮機1的故障。
并且，根據本發明之26，由于優先于冷媒回路的控制來進行壓縮機1的保護運轉，所以可提高耐久性，能夠進行長時間的穩定的運轉。
并且，根據本發明之27，由于在即使返回到穩定運轉也不會發生異常運轉的情況下，可返回到穩定運轉。由此，只要推測的內部狀態為正常，便可進行正常運轉，可提高空調運轉的效率。
并且，根據本發明之28，由于進行故障診斷，所以能夠確定發生故障的部位，可推測出故障原因。由此，可對故障發生部位進行修理，去除故障原因，從而可避免故障狀態下的運轉。
并且，根據本發明之29，由于保存故障診斷的結果，所以在停止運轉之后等，可利用故障診斷的結果進行故障部位的修正。
并且，根據本發明之30，由于進行故障的預測，所以根據該故障預測，可避免導致故障的異常運轉。
并且，根據本發明之31，由于可輸出故障預測的信息，所以用戶等可得知故障預測的信息，可避免導致故障的異常運轉。
并且，根據本發明之32，由于變更控制內容，所以可進行高效率的運轉，可降低運轉成本。
并且，根據本發明之33，由于推測冷媒回路的運轉狀態，所以可有效地避免異常運轉，可有效地防止壓縮機1的故障等。
并且，根據本發明之34，由于推測馬達的溫度，所以可省略冷媒回路中的溫度檢測用傳感器。而且，如果使用用于推測馬達6的旋轉位置的數據，則可避免附加其他的構成部件。由此，能夠以較低的成本來獲得馬達溫度。而且，如果能夠推測出馬達溫度，則能夠例如進行該馬達是否從該推測的馬達溫度被正常地驅動。而且，如果為異常，則能夠在該馬達發生故障之前停止運轉，從而可避免故障。
并且，根據本發明之35，可通過簡單的運算來推測出磁鐵1b的溫度。而且，能夠把該磁鐵1b的溫度作為馬達溫度來使用。因此，該推測的馬達溫度的可靠性高。
并且，根據本發明之36，能夠不使用溫度傳感器而利用簡單的基本運算式來準確地推測馬達溫度。
并且，根據本發明之37，由于求出穩定時的馬達電壓方程式，在進行推測時，在該電壓方程式中把電樞電流的d分量設為0，所以減少了運算要素，從而減少了運算誤差。由此，可高精度地推測溫度。
并且，根據本發明之38，由于對所推測的溫度進行校正，所以提高了所推測的溫度的可靠性。由此，壓縮機1在正常狀態下被驅動時，不用進行是否為異常的判斷，反之，壓縮機1在異常狀態下被驅動時，不用進行是否為正常的判斷。
并且，在該校正中使用的實際溫度是壓縮機1的排出管溫度。在進行冷媒回路的排出管溫度控制時使用該排出管溫度，在冷媒回路中通常配置有檢測排出管溫度的溫度傳感器。因此，上述的校正不需要額外追加溫度傳感器，由此可降低成本。


圖1是表示壓縮機的驅動裝置的實施方式1的簡略圖。
圖2是表示使用了壓縮機的驅動裝置的空調裝置的簡略圖。
圖3是表示空調裝置的轉矩與高壓的關系的圖。
圖4是表示空調裝置的轉矩與過熱度的關系的圖。
圖5是表示空調裝置的油稀釋度與電流的關系的圖。
圖6是表示空調裝置的轉矩與時間的關系的圖。
圖7是表示空調裝置的轉矩與油稀釋度的關系的圖。
圖8是表示實施方式1的驅動裝置的變形例的簡略圖。
圖9是表示圖8的驅動裝置的瞬時電流的高次諧波成分的波形圖。
圖10是表示壓縮機的驅動裝置的其他變形例的簡略圖。
圖11是表示壓縮機的驅動裝置的實施方式2的簡略圖。
圖12是表示使用了實施方式2的驅動裝置的空調裝置的簡略圖。
圖13是將實施方式2的壓縮機削去其一部分進行表示的立體圖。
圖14是無刷DC馬達的簡略俯視圖。
圖15是表示無刷DC馬達的旋轉坐標模型的圖。
圖16是表示根據馬達電壓方程式求出關于基于磁鐵的電樞交鏈磁通的磁通特性值的圖。
圖17表示磁通特性值與溫度的關系的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，對本發明的具體實施方式
進行詳細地說明。
(實施方式1)圖1表示具有推測壓縮機1的內部狀態的推測裝置(推測單元)28的壓縮機1的驅動裝置40的簡略圖。把具有推測裝置28的壓縮機1的驅動裝置40被使用在作為圖2所示的冷凍裝置的空調裝置中。
該空調裝置具有按順序連接了壓縮機1、室外熱交換器2、膨脹閥(電動膨脹閥)3和室內熱交換器4的作為冷媒回路的冷媒循環回路(冷媒系統)。上述冷媒循環回路通過切換四路切換閥5，可進行制冷運轉和制熱運轉。而且，在室外熱交換器2和室內熱交換器4中分別設有溫度檢測單元22、23，用于檢測各個熱交換器2、4的冷媒溫度。另外，各個溫度檢測單元22、23由溫度熱敏電阻等的溫度傳感器構成。
如圖1所示，上述壓縮機1具有無刷DC馬達6，該無刷DC馬達具有U相7、V相8和W相9這三相的線圈10以及變頻器11。另外，變頻器11是正弦波PWM控制方式。并且，上述變頻器11通過AC-DC轉換電路12將輸入的交流電轉換為直流，并通過平滑電路13使其平滑化，再通過作為DC-AC轉換電路的變頻部14轉換成任意頻率的交流電。上述的變頻器11在來自變頻器控制裝置(未圖示)的變頻器信號的控制下，通過改變變頻部14的晶體管的開·關模式，來控制頻率和電壓。
流過上述馬達6的三相線圈10的瞬時電流，通過電流檢測器(電流傳感器)16檢測出來，施加在馬達6的三相線圈10上的瞬時電壓由電壓檢測器(電壓傳感器)17檢測出來。在這種情況下，電流檢測器16和電壓檢測器17構成檢測裝置，并被設在AC-DC轉換電路12與平滑電路部13之間。電壓是通過根據晶體管的開/關比和DC電壓的計算而求出，電流是通過根據晶體管的開關模式和DC電流的計算而求出。
另外，上述空調裝置在進行制冷運轉時，是將四路切換閥5切換成圖2中實線所示的狀態，來驅動壓縮機1的馬達6。由此，從該壓縮機1排出的冷媒在通過室外熱交換器2之后，經過膨脹閥3的減壓而膨脹，然后通過室內熱交換器4返回到壓縮機1。此時，通過使室外熱交換器2發揮冷凝器的功能，同時使室內熱交換器4發揮蒸發器的功能，進行制冷運轉。
并且，在進行制熱運轉時，是將四路切換閥5切換成圖2中虛線所示的狀態，來驅動壓縮機1的馬達6。由此，從該壓縮機1排出的冷媒在通過室內熱交換器4之后，經過膨脹閥3的減壓而膨脹，然后通過室外熱交換器2返回到壓縮機1。此時，通過使室內熱交換器4發揮冷凝器的功能，同時使室外熱交換器2發揮蒸發器的功能，進行制熱運轉。
而且，在各種運轉中，在壓縮機1的加減速和負荷的急劇變化以及壓縮機1以外的其他機器的動作不良引起的不適當的條件下的運轉，會發生因壓縮機1內部的損傷而導致的故障。因此，上述推測裝置28通過推測壓縮機1的內部狀態，來事前預測故障的發生，或確定故障的部位或者推測故障的原因。
即，圖1所示的推測裝置28根據線圈10的瞬時電流和/或瞬時電壓的檢測值推測壓縮機的內部狀態。而且，上述推測裝置28具有作為運算裝置的運算單元20和作為存儲裝置的存儲單元21。此外，上述運算單元20和存儲單元21等由微計算機構成。
上述運算單元20構成了根據電流檢測器16和電壓檢測器17的檢測值來決定馬達模型的參數的決定單元。具體是，上述運算單元20根據馬達模型來決定馬達驅動轉矩。
上述存儲單元21構成為可根據運算單元20所決定的參數導出內部狀態。具體是，上述存儲單元21導出冷媒溫度和冷媒壓力。
作為決定無刷DC馬達6中的馬達驅動轉矩的運算，有使用由電感和電流值構成的運算式的情況，和使用由磁通和電流值構成的運算式的情況等。
由電感和電流值構成的運算式使用下面的式(1)至式(4)表示為式(5)。即，瞬時電壓V可用式(1)表示，而且，磁通φ可用式(2)表示，磁通的矢量方向可用式(3)及式(4)表示。
V＝L×dI/dt+dφ/dt……(1)L電感；φ磁通φ＝∫Vdt+L×I ……(2)φcosθ＝∫Vαdt+L×Iα……(3)φsinθ＝∫Vβdt+L×Iβ……(4)而且，能夠從這些式(1)～式(4)中推測出θ，即，根據檢測出的瞬時電流I和瞬時電壓V可推測出馬達位置(轉子位置)θ。直接使用此時所使用的檢測值和常數，進一步求出將壓縮機1的輸入電流iu、iv、iW進行了坐標轉換后的電流值id、iq，根據這些值，如式(5)那樣求出馬達驅動轉矩Tm。
Tm＝P{φa+(Ld-Lq)×id}×iq……(5)P磁極對的數量Id、iq將壓縮機輸入電流進行坐標轉換后的電流值φa永磁鐵的交鏈磁通Ldd軸電感Lqq軸電感并且，由磁通和電流值構成的運算式可通過對一次磁通和電流進行外積來求出作用于定子的轉矩，馬達6的轉子轉矩是定子轉矩的反力。因此，可由下面的式(6)表示。
Tm＝P×(λα×iβ-λβ×iα)……(6)P磁極對數量λα、λβ一次磁通(馬達端子電壓的時間積-在阻抗處的電壓降)iβ、iα一次電流(馬達的線電流)另外，在該式(6)中，α、β是固定坐標系，其將u、v、w的三相轉換為二相。而且，λα使用下面的式(7)計算，λβ使用下面的式(8)計算。
λα∫Vαdt ……式(7)λβ∫Vβdt ……式(8)另一方面，作為冷媒循環回路的冷媒狀態的冷媒系統的溫度信息(由溫度檢測單元22、23、檢測出的蒸發溫度和冷凝溫度)被輸入到上述存儲單元21中。而且，如圖3所示，對于壓縮機1的每個轉速，預先制作出對應多個蒸發溫度Te的轉矩-高壓曲線圖(轉矩-冷凝溫度曲線圖)，把該曲線圖輸入到存儲單元21中。因此，上述推測裝置28能夠根據該曲線圖從計算出的馬達驅動轉矩Tm和蒸發溫度Te中推測出冷凝溫度Tc，并且能夠根據該冷凝溫度Tc并根據冷媒特性推測出冷凝壓力(高壓冷媒壓力)Pc。
例如，在壓縮機1的轉速為60rps、蒸發溫度Te為10℃時，如果馬達驅動轉矩Tm為10Nm，則可推測出冷凝溫度Tc約為50℃。
并且，對于壓縮機1的每個轉速制作出對應多個冷凝溫度Tc的轉矩-低壓曲線圖(轉矩-蒸發溫度曲線圖)，根據該曲線圖，從馬達驅動轉矩Tm、冷凝溫度Tc中可推測出蒸發溫度Te，從該蒸發溫度Te可推測出蒸發壓力(低壓冷媒壓力)Pe。
能夠這樣地推測出冷凝溫度Tc和蒸發溫度Te，并且通過該控制，可獲得如下的有益效果。即，在如以往那樣進行冷凝溫度Tc和蒸發溫度Te的測定時，測定部的溫度在達到穩定溫度之前，會產生相當長的時間延遲，因而不能獲得準確的溫度。而在根據馬達驅動轉矩來推測高壓冷媒壓力或低壓冷媒壓力的情況下，沒有這樣的時間延遲。因此，可以進行無延遲的高低壓異常的保護控制。其結果，可避免嚴重的損壞。
另外，通過該控制所得到的冷凝溫度Tc和蒸發溫度Te也可以用于判定測定冷凝溫度Tc和蒸發溫度Te的傳感器是否存在異常。
而且，也可以預先掌握冷媒系統的在每個規定的溫度條件和/或壓力條件下的馬達驅動轉矩與吸入過熱度的關系。在這種情況下，根據檢測出的馬達驅動轉矩和當時的溫度信息和/或壓力信息，可推測出運轉中的壓縮機1的吸入過熱度。即，例如，對于每個所定的冷凝壓力Pc和蒸發壓力Pe，掌握其馬達驅動轉矩Tm與吸入過熱度SH的關系，預先制作出轉矩-過熱度曲線圖。然后，根據檢測出的冷凝壓力Pc和蒸發壓力Pe選擇出如圖4所示的特定的關系曲線圖，根據掌握(計算出)的馬達驅動轉矩Tm推測出此時的吸入過熱度。
因此，該圖4的轉矩-過熱度曲線圖由于用橫軸表示吸入過熱度，用縱軸表示馬達驅動轉矩，所以，例如，如果轉矩為圖4的Tmot，則可從表示該Tmot的吸入過熱度的軸(橫軸)的值推測出吸入過熱度。如果推測的吸入過熱度不適當，可將其調整為適當的吸入過熱度，由此可避免過度的過熱運轉和濕運轉。
而且，上述推測裝置28也可以根據馬達驅動轉矩或馬達驅動電流和冷媒系統的溫度信息和/或壓力信息預先檢測出穩定狀態(穩定狀態下的瞬時轉矩或穩定狀態下的瞬時電流)。然后，將該穩定狀態的數據事先輸入到存儲單元21中，通過將該數據表與檢測出的瞬時轉矩或瞬時電流進行比較，來推測潤滑不良和液壓縮等。
即，滑動面的摩擦特性是潤滑不良時滑動面變粗糙，摩擦阻力增大。在這種情況下，對應該圖5的范圍H2的部分，相對虛線所示的通常電流，流過的電流增大。而且，在圖7的表示油稀釋度與轉矩的關系的曲線圖中，相對通常轉矩，在范圍H3中的轉矩增加。
而且，如圖6所示，液壓縮等使轉矩或電流大幅上升。這里所說的大幅上升是指超過了預先設定的規定量的上升。因此，根據壓縮機1的軸承異常時的負荷轉矩大幅增加超過了正常時的負荷轉矩的情況，可檢測出發生了潤滑不良或液壓縮等。在這種情況下，可通過降低壓縮機1的運轉頻率等來避免異常運轉。
此外，也可以取代上述那樣的根據轉矩或電流的增加量的大小推測異常運轉，而根據轉矩或電流的急劇增加進行推測。即，也可以根據轉矩等的單位時間的增加量(上升率)超過了基準量的情況，推測為異常運轉。
而且，瞬時電流也可以用正弦波表示，該電流波形如圖9所示，如果為異常波形，則可推測為軸承異常或液壓縮等的被外加了沖擊負荷。即，如果被外加了軸承異常或液壓縮等的沖擊負荷，則如圖9所示，在電流波形中產生失真，即所謂的“產生毛刺”。因此，通過檢測波形，如果有毛刺的產生，則可推測為被外加了沖擊負荷。
即，根據通過對檢測出的瞬時電流的高次諧波成分的分析而得出的相對正弦波的失真量，推測壓縮機1的內部狀態。由此，可根據瞬時電流的紊亂來推測潤滑不良等。
而且，除了這樣地根據失真量推測潤滑不良等，也可以根據該失真在每個機械旋轉頻率的反復量進行判斷。即，可以根據一定兩以上的失真的反復次數、或反復產生的失真量的總和量進行判斷。
因此，上述推測裝置28，只要能夠如圖8所示的變形例那樣，使存儲單元21存儲與來自冷媒系統的溫度信息和/或壓力信息對應的閾值(規定的基準值)，并且使運算單元20分析瞬時電流的高次諧波成分即可。
由此，通過比較該閾值和檢測的瞬時電流高次諧波成分，可推測出潤滑不良和液壓縮。而且，在該情況下通過降低壓縮機1的運轉頻率等，可避免異常運轉。而且，在該情況下，由于上述的閾值(規定的基準值)與冷媒系統的溫度信息和壓力信息相對應，所以可提高推測的內部狀態的可靠性。由此，可確實地防止壓縮機的故障。
(變形例)下面，圖10表示作為實施方式1的變形例的其他空調裝置。在這種情況下，首先，檢測出馬達6的三相線圈10的瞬時電流和/或瞬時電壓，根據該檢測值推測壓縮機1的內部狀態。根據該推測出的內部狀態改變用于驅動壓縮機1的變頻器控制單元26的變頻信號，進行壓縮機1的保護運轉。這里所說的壓縮機1的保護運轉是避免發生故障的運轉，被稱為不會發生潤滑不良和液壓縮等的運轉。
具體是，壓縮機1具有馬達6；變頻器11；作為檢測單元的傳感器25，用于檢測被施加在馬達6上的瞬時電流和/或瞬時電壓；變頻器控制單元26和控制部27。該控制部27具有推測裝置28和接受該推測裝置28的指令的故障避免控制單元29。上述推測裝置28具有存儲單元21，并且具有未被圖示的上述圖1的運算單元20。另外，關于其他結構，由于與圖1所示的空調裝置相同，所以省略對相同部分的說明，并使用相同的符號表示。
這樣，在圖10所示的空調裝置中，也是通過檢測出馬達6的線圈10的瞬時電流和/或瞬時電壓，根據該檢測值來推測壓縮機的內部狀態(潤滑不良和液壓縮等)。而且，把該壓縮機的內部狀態的信息輸入到故障避免控制單元29。
該故障避免控制單元29存儲有預先設定的冷媒系統模型的數據。而且，進行冷媒系統的運轉控制的冷媒系統控制單元30的指令信號被輸入到故障避免控制單元29。
因此，在該圖10的空調裝置中，推測壓縮機1的內部狀態，根據冷媒系統模型推測冷媒循環回路的運轉狀態。而且，例如如果上述的推測結果為潤滑不良，則由故障避免控制單元29向壓縮機1的控制單元26輸出使壓縮機1不成為潤滑不良的控制信號。因此，例如進行改變作為控制內容的馬達6轉速的控制、或進行改變冷媒系統控制單元30的系統控制指令值(運轉控制參數)的控制，以此來避免異常運轉。
另外，在進行空調運轉的情況下，通過冷媒系統控制單元30進行各種機器的控制。此時，推測壓縮機1的內部狀態，在推測為正在進行潤滑不良等的異常運轉時，優先于該冷媒系統控制單元30運轉控制，而先進行變頻控制單元26的控制(壓縮機1的保護運轉)。由此，可提高壓縮機1的避免故障的可靠性。
而且，如果推測的內部狀態恢復到正常狀態，則從上述保護運轉恢復到穩定運轉。即，故障避免控制單元29具有切換單元(省略圖示)。該切換單元在推測為進行潤滑不良等的異常運轉時，切換為壓縮機1的保護運轉，在規測為恢復到正常狀態時，切換到穩定運轉。由此，可提高空調裝置的運轉效率。
并且，上述故障避免控制單元29也可以根據推測的壓縮機1的內部狀態進行裝置故障診斷。這里所說的故障診斷是指根據檢測出的瞬時電流的失真診斷潤滑不良，或根據檢測的瞬時電流的變化診斷液壓縮，或者進一步通過推測高低壓來診斷吸入過熱度異常。而且，該診斷結果被存儲到存儲單元21中。由此，在運轉停止后等，可以利用該裝置故障診斷的結果進行故障部位的修正等。
這樣，圖10所示空調裝置能夠進行故障診斷，并且故障診斷的可靠性高，能夠根據該故障診斷確定故障部位或推測故障原因。由此，能夠在之后對故障部位進行修理，去除故障原因，可避免在發生了故障的狀態下的運轉。
并且，故障避免控制單元29在雖然未能夠診斷出故障，但是如果在這樣的狀態下繼續運轉，則預計可能發生故障的情況下，進行故障預測。這里所說的故障預測是指，例如根據檢測的瞬時電流的失真預測將會發生潤滑不良。而且，該故障預測的信息通過通信單元31被發送到外部(也就是用戶等)。通信單元31例如由用于向用戶等通知該故障預測信息的顯示裝置(顯示光的閃爍、發出聲音)等構成。
因此，該圖10所示的空調裝置可進行故障預測，而且該故障預測的可靠性高，根據該故障預測，可避免導致故障的異常運轉。并且，由于能夠通過通信單元31把故障預測的信息發送到外部，所以用戶等可得知故障預測的信息，能夠籌劃出之后所要采取的對策。
(實施方式1的其他變形例)以上，對本發明的實施方式1進行了說明，但本發明不限于上述的實施方式1，在本發明的范圍內可以實施各種變更。
例如，圖1所示的空調裝置可推測高低壓、吸入過熱度、潤滑不良、液壓縮等，但也可以只推測其中的一項，或推測其中多項的任意組合。
而且，圖10所示的空調裝置能夠進行壓縮機1的保護運轉、故障診斷、故障預測，但也可以只進行保護運轉而不進行故障診斷和故障預測，也可以只進行故障診斷而不進行保護運轉和故障預測，也可以只進行故障預測而不進行保護運轉和故障診斷，并且也可以進行其中任意項的組合。
而且，可以在不造成異常運轉的范圍內，任意變更用于推測內部狀態的、作為判斷瞬時電流急劇上升的基準的規定量，和用于推測內部狀態的、作為判斷馬達驅動轉矩急劇上升的基準的規定量等。
并且，作為壓縮機1的驅動裝置40可以具有輸出被推測的馬達驅動轉矩、溫度、高壓壓力、低壓壓力、軸潤滑狀態等信息的功能，也可以進一步具有通過輸入冷媒系統的信息，計算出為了提高精度和使系統進行最佳運轉的信息的功能。
這樣，如果能夠輸出推測的馬達驅動轉矩等的信息，則能夠使用戶等掌握壓縮機1的內部狀態，通過計算出為了提高精度和使系統進行最佳運轉的信息，可實現精度的提高，并且使系統進行最佳狀態的運轉。
此外，作為馬達6，不限于無刷DC馬達。
而且，在使用馬達模型推測壓縮機1的內部狀態的情況下，可以省略儲壓器、壓力傳感器、壓力開關或吸入管溫度傳感器。
具體是，如上所述，在推測壓縮機1的液壓縮時，在圖2中也可以不設置儲壓器。例如，決定作為馬達模型參數的馬達驅動轉矩，根據該馬達驅動轉矩來推測液壓縮。即，推測液逆流。由此，在冷媒循環回路中不用設置儲壓器便可避免液逆流。
特別是適合于壓縮機1為旋轉式壓縮機的情況。旋轉柱塞式壓縮機以及柱塞與壓板成為一體的所謂的振擺式壓縮機，由于是旋轉一周壓縮一次的結構，所以壓縮速度快，存在著液逆流的壓力急劇上升的重大問題。如果像本實施方式1那樣推測液逆流，則不僅省略了儲壓器，而且可有效避免液逆流。
而且，如果采用決定馬達驅動轉矩，根據該馬達驅動轉矩推測冷媒壓力的結構，則可省略設在壓縮機1的排出側的高壓壓力傳感器和高壓壓力開關。而且，可省略設在壓縮機1的吸入側的低壓壓力傳感器和低壓壓力開關。
而且，如果采用決定馬達驅動轉矩，根據該馬達驅動轉矩推測壓縮機的冷媒過熱度的結構，則可省略設在壓縮機1的吸入側的吸入管溫度傳感器。
(實施方式2)下面，結合附圖對本發明實施方式2進行說明。另外，對于本實施方式2，僅說明其中與圖1的實施方式1不同的部分。即，在本實施方式2中，對于與圖1的實施方式1相同的部分采用相同的符號表示，并省略對該部分的說明。
如圖11所示，在變頻部14中，取代實施方式1的電流檢測器16和電壓檢測器17，而設置檢測單元15。該檢測單元15用于檢測無刷DC馬達6的三相線圈10的電流和電壓。上述檢測單元15例如具有由能夠檢測出電流的電流檢測傳感器等構成的電流檢測部、和由能夠檢測出電壓的電壓檢測傳感器等構成的電壓檢測部。
如圖13所示，上述壓縮機1為渦旋式壓縮機，其無刷DC馬達6具有作為線圈的電樞10和轉子1a。在這種情況下，如圖14所示，無刷DC馬達6的轉子1a構成在內部嵌入磁鐵(永磁鐵)1b的磁鐵嵌入結構。另外，永磁鐵同步馬達(PMSM)是把直流馬達的由電刷和換向器構成的機械整流置換為利用半導體的開關作用進行整流的馬達，因此被稱為無刷DC馬達。而且，PMSM由于把機械整流作用置換為半導體開關作用，所以構成了把磁鐵(永磁鐵)1b設在轉子側，把電樞10設在定子側的旋轉磁場型的結構。而且，對于該無刷DC馬達6，使用電流、電壓及機器常數推測轉子1a的旋轉位置，根據該旋轉位置的推測結果進行控制。
另外，在圖12所示的冷媒系統中，在壓縮機1的排出管18中設有溫度檢測單元24。該溫度檢測單元24用于檢測壓縮機1的排出管溫度。
另一方面，推測裝置28由馬達溫度推定裝置構成，把推測的馬達溫度推測為壓縮機1的內部溫度。而且，該推測裝置28具有上述檢測單元15、作為運算裝置的運算單元20、作為存儲裝置的存儲單元21和機器常數輸入單元35。
在這種情況下，馬達溫度的推測是根據馬達6的電流、電壓及機器常數推測轉子1a的磁鐵(永磁鐵)1b的溫度。具體是，使用由作為馬達6的電流、電壓和機器常數的電阻和電感構成的馬達模型(旋轉坐標模型)來推測馬達的溫度。
即，上述運算單元20構成為可決定作為馬達模型參數的與磁鐵1b的電樞交鏈磁通相關的磁通特性值。
上述短處單元21根據所決定的磁通特性值推測馬達溫度。此時，使用如式(9)所示的PM同步馬達的電壓方程式。
vuvvvw=Ra+pLupMuvpMwupMuvRa+pLvpMvwpMwupMvwRa+pLwiuiviw-ωψfsinθωψfsin(θ-23π)ωψfsin(θ+23π)---(9)]]>其中Lu、Lv、Lw各相的自身電感Muv、Mvw、Mwu相間的相互電感θ＝ωt從d軸的U相的前進角ω電角速度ψf每一相的永磁鐵的電樞交鏈磁通的最大值vu、vv、vw各相的電樞電壓iu、iv、iw；各相的電樞電流p＝d/dt微分運算符Ra電樞繞組電阻即，如圖15所示的三相PMSM的2極的基本模型(旋轉坐標模型)那樣，朝向磁鐵1b的N極方向確定d軸，在由此正向旋轉π/2的方向上確定q軸。此時，如果把以U相繞組為基準順時針旋轉的d軸的前進角設為θ，則電樞自身電感的表達式為式(10)，相互電感的表達式為(11)，磁鐵1b的電樞交鏈磁通的表達式為(12)。
Lu=la+La-Lascos2θLv=la+La-Lascos(2θ+23π)Lw=la+La-Lascos(2θ-23π)---(10)]]>其中Lu、Lv、Lw各相的自身電感La每一相的漏電感La每一相的有效電阻的平均值Las每一相的有效電感的振幅θ＝ωtd軸的U相的前進角ω電角速度Muv=-La-12Lascos(2θ-23π)Mvw=-La-12Lascos2θMwv=-La-12Lascos(2θ+23π)---(11)]]>其中，Muv、Mvw、Mwu相間的相互電感ψfu=ψfcosθψfv=ψfcos(θ-23π)ψfw=ψfcos(θ+23π)---(12)]]>其中，ψfu、ψfv、ψfw各相的永磁鐵的電樞交鏈磁通ψf每一相的永磁鐵的電樞交鏈磁通的最大值可從該式(10)和式(12)得出上述式(9)。而且，從三相坐標系轉換成d、q坐標系的轉換矩陣為下面的式(13)。如果使用該轉換矩陣把上述式(1)的基本電壓方程式轉換成以電角速度ω旋轉的d、q軸坐標系中，則PMSM的電壓方程式成為下面的式(14)。
C=23cosθcos(θ-23π)cos(θ+23π)-sin-sin(θ-23π)-sin(θ+23π)---(13)]]>VdVq=Ra+pLd-ωLqωLdRa+plqidiq+0ωψ---(14)]]>其中，ψ=32ψf=3ψe]]>ψe永磁鐵的電樞交鏈磁通的有效值vd、vq電樞電壓的d、q軸分量id、iq電樞電流的d、q軸分量Ld＝1a+3/2(La-Las)d軸電感Lq＝1a+3/2(La+Las)q軸電感而且，在穩定時，在上述式(14)中，由于積分運算符為0，所以該穩定時的馬達電壓方程式成為下面的式(15)。
vdvq=R-ωLqωLdRidiq+0ωψ---(15)]]>然后，利用式(15)求出ψ，根據該ψ推測磁鐵1b的溫度。這里，ψ是關于由磁鐵1b所形成的電樞交鏈磁通的磁通特性值。具體是，可利用ψ=3ψe]]>求出，ψe是永磁鐵所形成的電樞交鏈磁通的有效值。此時，如圖16所示，在使β為0、電流相位為0時，如果使id(電樞電流的d軸分量)為0，則vq(電樞電流的q軸分量)成為下面的式(16)，并且能夠如式(17)那樣從其中求出上述ψ。如果能夠求出該ψ，便可根據如圖17那樣的表示ψ與溫度的關系的曲線圖(磁通-溫度曲線圖)推測出溫度(磁鐵的溫度)。即，預先作成表示對應實際溫度的ψ值的該曲線圖，并輸入到上述存儲單元21中。然后，只要通過上述運算單元20計算出ψ，把該計算結果輸入到存儲單元21中，便可由此推測馬達溫度。
Vq＝R×iq+ω×ψ ……(16)ψ＝(vq-R×iq)/ω ……(17)而且，在通常的控制時，vq成為下面的式(18)，能夠如式(19)那樣從中求出ψ。然后，能夠從上述曲線圖(磁通-溫度曲線圖)中根據該求出的ψ推測溫度(磁鐵的溫度)。另外，在上述的運算中，由檢測單元15檢測出馬達電流和電壓，把該馬達電流和電壓以及從機器常數輸入單元35輸入的作為機器常數的電阻和電感輸入到運算單元20。因此，可確實地獲得上述各個運算式中所必要的數據(數值)。
Vq＝ω×Ld×id+R×iq+ω×ψ ……(18)ψ＝(vq-ω×Ld×id-R×iq)/ω……(19)而且，作為關于電樞交鏈磁通的磁通特性值不限于上述的ψ，由于該ψ為 所以能夠把該ψe作為磁通特性值，作成表示該ψe與溫度的關系的曲線圖(磁通-溫度曲線圖)。由此，也可以推測馬達溫度。另外，所謂ψe是如上所述的由磁鐵1b所形成的電樞交鏈磁通的有效值。
能夠如上所述那樣推測馬達溫度(磁鐵1b的溫度)，并且可根據推測的溫度推測壓縮機1的內部溫度。由此，可判斷出壓縮機1是否正常，可避免異常狀態下的運轉，可避免發生因壓縮機內部的損傷而導致的故障等。另外，該溫度推測也可以在運轉中經常進行。而且，也可以在某些條件下，例如當馬達轉速或馬達電流達到規定的值時進行溫度推測。此時，如上所述的那樣，作成使β為0的狀態，并使id(電樞電流的d軸分量)為0，求出ψ，根據該ψ推測溫度。
另外，只要作成使β為0的狀態，則不再使用d軸電感Ld，因此，可減少隨著由溫度變化而造成的常數變化所帶來的計算誤差，可提高溫度推測精度。而且，再本實施方式的空調裝置中，即使在冷媒氣體不足的區域也能夠進行溫度推測。但是，在該情況下，測定區域窄，在運轉中需要設定使β為0的測定模式。而且，在β不為0的通常狀態時，能夠在全部的區域中進行溫度推測，而且，能夠在運轉過程中持續進行推測。但是，需要提高d軸電感Ld的決定精度。即，無論是使β為0的情況還是使作成使β不為0的情況，都有各自的長處和短處，可以采用任意一種。
而且，如圖12所示，在排出管18內設有溫度檢測單元24。而且，空調裝置進行基于壓縮機1的排出管溫度的排出管溫度控制。因此，上述推測裝置28也可以具有在上述推測的溫度與實際溫度不相符的情況下，利用該排出管溫度把推測的溫度校正為實際溫度的校正單元36。該校正單元36由運算單元20構成。
即，如果冷媒氣體的流量正常，則排出管溫度與壓縮機1的內部溫度基本一致。在推測的溫度與排出管溫度不同的情況下，所推測的溫度是不正確的溫度。因此，在這種情況下，可以對推測的溫度附加修正值。而且，也可以在運轉過程中經常進行該校正。而且，也可以在馬達6的電流和排出管溫度在某一定的時間期間表示了某范圍時進行上述的校正。
上述推測裝置28由于根據馬達6的電流、電壓及機器常數推測馬達溫度，所以不需要溫度檢測用傳感器，而且，由于使用用于推測旋轉位置的數據，所以不需要附加其他的構成部件。因此能夠以低成本、高可靠性地檢測出馬達溫度。
特別是由于使用由上述電流和電壓以及作為機器常數的電阻和電感構成的旋轉坐標模型，把磁鐵1b的溫度作為馬達溫度進行推測，所以，可簡單地推測出磁鐵1b的溫度。
并且，可利用簡單的運算式(基本電壓方程式)確實地推測出馬達溫度。
而且，由于是朝向磁鐵1b的N極方向確定d軸，在從d軸正向旋轉π/2的方向上設定q軸，通過把三相PMSM的馬達基本電壓方程式轉換到以電角速度ω旋轉的d、q軸坐標系中來求出馬達電壓方程式，根據該馬達電壓方程式求出穩定時的電壓方程式，在進行推測時，在該穩定時的電壓方程式中使電樞的d軸分量為0，所以不需要使用d軸電感Ld，可減少運算因子。因此，可減少伴隨因溫度變化等造成的常數變化的運算誤差。
而且，上述推測裝置28可根據馬達溫度推測壓縮機1的內部溫度，由此可推測出壓縮機1的內部狀態。特別是通過校正單元36可提高所推測的溫度的可靠性。
因此，該推測裝置28在壓縮機1為正常狀態驅動的情況下，不會判斷為異常，反之，在壓縮機1為異常狀態驅動的情況下，不會判斷為正常。
即，如果在正常狀態時也被判斷為異常，則根據該判斷停止其運轉，不能在室內獲得舒適的空間。反之，如果在異常狀態時被判斷為正常，則空調運轉會繼續進行，會使空調機發生故障，或增大耗電量。
而根據本發明的推測裝置28，由于可高精度地推測出壓縮機1的內部狀態(內部溫度)，所以不會發生上述的現象。
另外，在進行壓縮機1的運轉時，也可以在啟動時推測壓縮機1的內部溫度，并且推測之后的溫度的上升幅度，如果該啟動時的溫度或溫度上升發生異常，停止其運轉。由此，能夠進行早期的異常檢測，可避免異常狀態下的長時間的運轉，防止壓縮機1的損傷等，從而可實現可靠性的提高。
(實施方式2的其他變形例)以上，對本發明的實施方式2進行了說明，但本發明不限于上述的實施方式2，在本發明的范圍內可以進行各種變更。
例如，作為轉子1a雖然是使用了圖14所示那樣的磁鐵嵌入式結構，但當然也可以使用在轉子表面貼附永磁鐵的表面磁鐵結構。
另外，作為壓縮機1不限于旋轉式，也可以是振擺式等其他的形式。
并且，在校正單元36中，作為與推測的溫度相比較的實際溫度不限于排出管溫度，可以采用與實際的壓縮機內部溫度實質相同、或與實際的壓縮機內部溫度成比例的溫度等。
另外，作為冷凍裝置不限于圖12所示的空調裝置，也可以是使用了具有能夠被推測溫度的無刷DC馬達6的壓縮機1的各種冷凍裝置。
并且，作為在進行馬達溫度推測中所使用的模型，不限于旋轉坐標模型，也可以使用固定坐標系。、綜上所述，本發明的壓縮機的驅動裝置及冷凍裝置，適合用于進行冷凍運轉的場合，特別是適合用于根據壓縮機的內部狀態進行控制的場合。
權利要求
1.一種壓縮機的驅動裝置，用于驅動具有馬達(6)的壓縮機，其特征在于，包括檢測所述馬達(6)的電流和/或電壓的檢測單元(16、17)；和根據該檢測單元(16、17)的檢測值推測其內部狀態的推測單元(28)。
2.根據權利要求1所述的壓縮機的驅動裝置，其特征在于，所述推測單元(28)具有根據檢測單元(16、17)的檢測值決定馬達模型的參數的決定單元(20)、和根據該決定單元(20)所決定的參數導出內部狀態的導出單元(21)。
3.根據權利要求1所述的壓縮機的驅動裝置，其特征在于，所述推測單元(28)推測的內部狀態是軸承的異常或潤滑不良。
4.根據權利要求1所述的壓縮機的驅動裝置，其特征在于，所述推測單元(28)推測的內部狀態是馬達溫度。
5.根據權利要求1所述的壓縮機的驅動裝置，其特征在于，所述馬達(6)是無刷DC馬達。
6.一種冷凍裝置，具有冷媒回路，在冷媒回路中設有具備馬達(6)的壓縮機(1)，其特征在于，包括檢測所述馬達(6)的電流和/或電壓的檢測單元(16、17)；和根據該檢測單元(16、17)的檢測值推測壓縮機(1)的內部狀態的推測單元(28)。
7.根據權利要求6所述的冷凍裝置，其特征在于，所述推測單元(28)具有根據檢測單元(16、17)的檢測值決定馬達模型的參數的決定單元(20)、和根據該決定單元(20)所決定的參數導出壓縮機(1)的內部狀態的導出單元(21)。
8.根據權利要求6所述的冷凍裝置，其特征在于，所述馬達(6)是無刷DC馬達。
9.根據權利要求7所述的冷凍裝置，其特征在于，所述決定單元(20)所決定的參數是馬達驅動轉矩。
10.根據權利要求6所述的冷凍裝置，其特征在于，所述推測單元(28)推測的內部狀態是冷媒回路的高壓冷媒壓力或低壓冷媒壓力。
11.根據權利要求9所述的冷凍裝置，其特征在于，在所述冷媒回路中設有檢測冷媒狀態的冷媒檢測單元(22、23)，所述導出單元(21)根據由決定單元(20)決定的馬達驅動轉矩和由冷媒檢測單元(22、23)檢測出的冷媒狀態，導出冷媒回路的高壓冷媒壓力或低壓冷媒壓力。
12.根據權利要求9所述的冷凍裝置，其特征在于，在所述冷媒回路中設有檢測冷媒狀態的冷媒檢測單元(22、23)，所述導出單元(21)預先設定了與冷媒回路中的冷媒溫度和/或冷媒壓力對應的馬達驅動轉矩和壓縮機(1)的吸收過熱度之間的關系，根據由決定單元(20)決定的馬達驅動轉矩和由冷媒檢測單元(22、23)檢測出的冷媒狀態導出壓縮機(1)的吸收過熱度。
13.根據權利要求6所述的冷凍裝置，其特征在于，所述推測單元(28)推測的內部狀態是壓縮機(1)內部的沖擊負載的發生。
14.根據權利要求13所述的冷凍裝置，其特征在于，所述檢測單元(16)的檢測值是馬達(6)的電流，所述推測單元(28)根據檢測單元(16)的檢測電流的高次諧波成分推測沖擊負載的發生。
15.根據權利要求14所述的冷凍裝置，其特征在于，所述推測單元(28)根據檢測電流的高次諧波成分的相對正弦波的偏差量推測沖擊負載的發生。
16.根據權利要求14所述的冷凍裝置，其特征在于，所述推測單元(28)當檢測電流的高次諧波成分大于預先設定的基準值時，推定為發生了沖擊負載。
17.根據權利要求16所述的冷凍裝置，其特征在于，對應冷媒回路中的冷媒溫度和/或冷媒壓力，設定所述推測單元(28)的基準值。
18.根據權利要求6所述的冷凍裝置，其特征在于，所述推測單元(28)推測的內部狀態時壓縮機(1)的潤滑不良或液壓縮。
19.根據權利要求18所述的冷凍裝置，其特征在于，所述檢測單元(16)的檢測值是馬達(6)的電流，所述推測單元(28)根據檢測單元(16)的檢測電流的上升率推測壓縮機(1)的潤滑不良或液壓縮。
20.根據權利要求19所述的冷凍裝置，其特征在于，在所述冷媒回路中設有檢測冷媒狀態的冷媒檢測單元(22、23)，所述推測單元(28)根據檢測單元(16)的檢測電流和由冷媒檢測單元(22、23)檢測出的冷媒狀態，設定馬達(6)的穩定狀態的穩定電流，通過比較該穩定電流和檢測單元(16)的檢測電流，推測壓縮機(1)的潤滑不良或液壓縮。
21.根據權利要求9所述的冷凍裝置，其特征在于，所述推測單元(28)根據馬達驅動轉矩的上升超過了規定的值，推定為壓縮機(1)的潤滑不良或液壓縮。
22.根據權利要求21所述的冷凍裝置，其特征在于，在所述冷媒回路中設有檢測冷媒狀態的冷媒檢測單元(22、23)，所述推測單元(28)根據由決定單元(20)決定的馬達驅動轉矩和由冷媒檢測單元(22、23)檢測出的冷媒狀態，設定馬達(6)的穩定狀態的穩定轉矩，通過將該穩定轉矩與由決定單元(20)決定的馬達驅動轉矩相比較，推測壓縮機(1)的潤滑不良或液壓縮。
23.根據權利要求9所述的冷凍裝置，其特征在于，所述推測單元(28)構成為可輸出所推測的壓縮機(1)的內部狀態的信息。
24.根據權利要求9所述的冷凍裝置，其特征在于，具有根據所述推測單元(28)所推測的壓縮機(1)的內部狀態的信息，保護壓縮機(1)的保護單元(29)。
25.根據權利要求24所述的冷凍裝置，其特征在于，所述保護單元(29)構成為通過控制用于驅動壓縮機(1)的變頻控制單元(26)，來進行壓縮機(1)的保護運轉。
26.根據權利要求25所述的冷凍裝置，其特征在于，所述保護單元(29)優先于變頻控制單元(26)對冷媒回路的運轉控制，進行壓縮機(1)的保護運轉。
27.根據權利要求24所述的冷凍裝置，其特征在于，具有根據由所述推測單元(28)推測的壓縮機(1)內部狀態的信息，從所述保護單元(29)的保護運轉恢復到穩定運轉的切換單元。
28.根據權利要求24所述的冷凍裝置，其特征在于，所述保護單元(29)可進行壓縮機(1)的故障診斷。
29.根據權利要求28所述的冷凍裝置，其特征在于，具有保存所述保護單元(29)的診斷結果的存儲單元(21)。
30.根據權利要求24所述的冷凍裝置，其特征在于，所述保護單元(29)可進行壓縮機(1)的故障預測。
31.根據權利要求30所述的冷凍裝置，其特征在于，具有輸出所述保護單元(29)的預測信息的通信單元(31)。
32.根據權利要求24所述的冷凍裝置，其特征在于，所述保護單元(29)構成為可變更冷媒回路的控制內容或控制參數。
33.根據權利要求6所述的冷凍裝置，其特征在于，預先具備冷媒回路的冷媒系統模型，根據所述推測單元(28)所推測的壓縮機(1)的內部狀態的信息，推測冷媒回路的運轉狀態。
34.根據權利要求7所述的冷凍裝置，其特征在于，所述馬達(6)由無刷DC馬達構成，所述推測單元(28)根據馬達(6)的電流、電壓及機器常數推測馬達的溫度。
35.根據權利要求7所述的冷凍裝置，其特征在于，所述馬達(6)由無刷DC馬達構成，所述決定單元(20)根據由馬達(6)的電流、電壓、電阻及電感構成的馬達模型進行參數的決定，所述導出單元(21)根據由決定單元(20)決定的參數導出馬達的溫度。
36.根據權利要求35所述的冷凍裝置，其特征在于，所述決定單元(20)在馬達(6)的磁鐵(1b)的N極方向確定d軸，在由此正向旋轉π/2的方向上設定q軸，把三相PMSM馬達基本電壓方程式轉換到以電角速度ω旋轉的d、q軸坐標系中，求出馬達電壓方程式，根據該馬達電壓方程式決定關于由磁鐵(1b)產生電樞交鏈磁通的磁通特性值，所述導出單元(21)根據由決定單元(20)決定的磁通特性值，作為馬達溫度而導出磁鐵(1b)的溫度。
37.根據權利要求36所述的冷凍裝置，其特征在于，所述決定單元(20)根據馬達電壓方程式求出穩定時的電壓方程式，在進行決定時，將該穩定時的電壓方程式的電樞電流的d軸分量設為0。
38.根據權利要求35所述的冷凍裝置，其特征在于，在所述冷媒回路中，設有檢測壓縮機(1)的排出管溫度的冷媒檢測單元(24)，具有把由所述導出單元(21)導出的馬達溫度作為壓縮機(1)的內部溫度，根據溫度檢測單元(24)檢測出的排出管溫度對由所述導出單元(21)導出的所述內部溫度進行校正的校正單元(36)。
全文摘要
檢測無刷DC馬達(6)的三相線圈(10)的瞬時電流及瞬時電壓，根據該檢測值推測壓縮機(1)的內部狀態。壓縮機(1)的內部狀態的推測是，決定馬達模型的參數的馬達驅動轉矩，根據該決定的馬達驅動轉矩推測潤滑不良和液壓縮等。由此，來實時地進行壓縮機(1)的故障的預測和診斷等。
文檔編號F04B49/02GK1671964SQ0381780
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月24日 優先權日2002年7月25日
發明者檜皮武史, 前田敏行, 笠原伸一, 山口貴弘, 泉茂伸, 小泉清嗣, 喜多正信 申請人:大金工業株式會社