電動機控制裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電動機控制裝置。
【背景技術】
[0002] 作為本技術領域的【背景技術】，例如有日本特開2010-89772號公報（專利文獻1)。 該公報中記載有如下內容："不管基于旋轉速度運算單元運算出的旋轉速度（電動機的實 際旋轉速度）的通常控制部的切換，都根據由消耗電流檢測單元檢測出的消耗電流，即根 據電動機的實際負載使驅動方式最佳化"。
[0003] 現有技術文獻
[0004] 專利文獻1 :日本特開2010-89772號公報
[0005] 所述專利文獻1中記載有如下結構：使電動機的旋轉速度高精度地跟隨于目標旋 轉速度，能夠提升操舵感覺，并且能夠提升電動機的效率。但是，專利文獻1的動力轉向裝 置（power steering)沒有考慮到與電動機連接的負載具有與旋轉角度位置相對應或者周 期性地變動的成分時的裝置的高效化。
【發明內容】
[0006] 因此，本發明提供一種在與電動機連接的負載具有與旋轉角度對應的位置依賴性 或周期性的情況下，也能夠實現裝置的高效化的電動機控制裝置。
[0007] 為了解決上述課題，例如采用如下結構。
[0008] 本發明包含解決上述課題的多種手段，但是如果列舉其中一個示例，則本發明的 電動機控制裝置具有：將直流電力變換為交流電力的電力變換電路、通過所述電力變換電 路驅動的電動機、以及與所述電動機機械或磁連接的機構部，所述電動機控制裝置將所述 電力變換電路的通電方式切換為120度通電方式和180度通電方式，其中，所述電動機控制 裝置具有檢測或推定所述機構部或所述電動機的負載的單元，在所述負載比預定值輕的期 間以120度通電方式驅動所述電動機，在其他期間以180度通電方式驅動所述電動機。
[0009] 發明效果
[0010] 根據本發明提供一種電動機控制裝置，在與電動機連接的負載具有與旋轉角度對 應的位置依賴性或周期性的情況下，也能夠實現裝置的高效化。
[0011] 上述以外的課題、結構以及效果通過以下的實施方式的說明將進一步明確。
【附圖說明】
[0012] 圖1是電動機控制裝置的結構圖的示例。
[0013] 圖2是坐標軸的說明圖。
[0014] 圖3是控制軸與三相軸的關系圖的示例。
[0015] 圖4是電力變換電路的結構圖的示例。
[0016] 圖5是機構部（壓縮機構部）的結構圖的示例，其中，分別是從上方觀察的圖和從 橫向觀察的圖。
[0017] 圖6是負載轉矩相對于轉子位置的變化的示例。
[0018] 圖7是120度通電方式的開關方式的示例。
[0019] 圖8是PffM信號生成器的示例。
[0020] 圖9是模式判定器的示例。
[0021] 圖10是根據電流生成通電方式切換信號的結構的示例。
[0022] 圖11是表示電流與通電方式切換信號的關系的示例。
[0023] 圖12是根據速度生成通電方式切換信號的結構的示例。
[0024] 圖13是根據電壓生成通電方式切換信號的結構的示例。
[0025] 圖14是向量控制的結構圖的示例。
[0026] 圖15是PLL控制器的示例。
[0027] 圖16是速度控制器的示例。
[0028] 圖17是電流控制器的示例。
[0029] 圖18是根據直流電壓生成通電方式切換信號的結構的示例。
[0030] 圖19是根據位置生成通電方式切換信號的結構的示例。
[0031] 圖20是冰箱的示例。
[0032] 圖21是180度通電方式的開關方式的示例。
[0033] 圖22是180度通電方式的開關方式的其他示例。
[0034] 圖23是120度通電比率的時間變化的示例。
[0035] 圖24是通電模式與電角相位的關系圖的示例。
[0036] 圖25是電角相位與通電模式的關系圖的示例。
[0037] 圖26是三相電壓指令值與輸出電壓的關系的示例。
[0038] 符號說明
[0039] 1電動機控制裝置
[0040] 2控制部
[0041] 3電壓指令值生成器
[0042] 5電力變換電路
[0043] 6電動機
[0044] 32通電方式切換單元
[0045] 41位置速度推定單元
[0046] 301 冰箱
[0047] 500壓縮機構部
[0048] 503 曲軸
【具體實施方式】
[0049] 以下，使用附圖對本發明的實施例進行說明。
[0050] 【實施例1】
[0051] 以下，使用附圖對本發明的實施例進行說明。另外，關于本發明的說明的順序，作 為其前提，首先明確一般的電動機控制系統的結構和該電動機控制系統的消耗能量的問 題。然后，對本發明進行具體的說明。
[0052] 〈整體結構的說明〉
[0053] 圖1是本實施例的電動機控制裝置的結構圖的示例。電動機控制裝置1大致由 以下部分構成：電力變換電路5,其輸出交流電力；電動機6,其通過該電力變換電路5來驅 動；機構部500,其與電動機6機械連接或磁連接；以及控制部2,其直接或間接地對流經電 動機6的電流、或電動機6的位置或速度進行檢測并運算向電動機6施加的電壓指令值。
[0054] 如該圖所示，在電動機控制系統中，通過電動機控制裝置1提供的交流電壓或電 流將電動機6控制成所希望的速度和轉矩，驅動與電動機6耦合的負載9。
[0055] 該情況下，作為被驅動側的電動機6能夠應用各種電動機。本發明并不對電動機 6的動作原理進行限定，但是在以下的說明中，以電動機6對轉子使用具有永久磁鐵的永久 磁鐵同步電動機為示例來進行說明。
[0056] 接下來，對包括負載9的、這些主要功能的結構和動作進行說明。
[0057] 〈電力變換電路的說明〉
[0058] 圖4是電力變換電路的結構圖的示例。電力變換電路5由反相器（inverter) 21、直 流電壓源20以及柵極驅動器電路23構成。反相器21由開關元件22 (例如，IGBT、M0S-FET 等半導體開關元件）構成。將這些開關元件22串聯連接，構成U相、V相、W相的上下臂。 各相的上下臂的連接點與電動機6接線。開關元件22以控制部2生成的驅動信號為基礎， 根據柵極驅動器電路23輸出的脈沖狀的柵極信號（24a~24f)來進行開關動作。通過開 關直流電壓源20來輸出電壓，從而能夠將任意頻率的三相交流電壓施加給電動機6,由此 對電動機進行可變速驅動。
[0059] 另外，控制部2生成的驅動信號與由柵極驅動器電路23生成（放大）的柵極信號 由于信號電平（例如，5V和15V)等不同，因此兩者是不同的信號。但是，即使在本發明中將 柵極驅動器電路23作為理想電路來處理，也完全不會對本發明的目的和效果造成影響，因 此只要沒有特別說明，在本實施例中將以后出現的驅動信號和柵極信號作為相同意思來處 理。
[0060] 將分流電阻25附加到電力變換電路5的直流側的情況下，能夠用于在過大的電流 流過時用于保護開關元件22的過電流保護電路或后述的單分流電流檢測方式等中。由此， 可獲得提升安全性和削減部件數量的效果。
[0061] 〈壓縮機構部的說明〉
[0062] 本發明解決作為包含電動機和負載等機械部分在內的系統的消耗能量的問題，為 此先明確與負載相關的具體課題。在此，對使用壓縮機構作為負載9的情況進行說明。
[0063] 如圖5所示，機構部（壓縮機構部）500以電動機6為動力源來驅動活塞501。由 此，進行壓縮動作。曲軸503與電動機6的軸502連接，將電動機6的旋轉運動變換為直線 運動。與電動機6的旋轉對應地，活塞501也進行動作、進行吸入、壓縮、排出等一連串的工 序。電動機6與活塞501之間的動力傳遞大多如圖5所示那樣機械連接，但是根據潤滑油 的供油結構和壓縮或輸送對象（例如有害氣體）的不同，也包括磁連接的機構，從而獲得提 高安全性和維護性的效果。
[0064] 壓縮機構的工序，首先從設置在氣缸504上的吸入口 505吸入冷卻劑。然后，關閉 閥506后進行壓縮，從排出口 507排出壓縮后的冷卻劑。
[0065] 在一連串的工序中，施加于活塞501的壓力發生變化。從驅動活塞的電動機6來 看，這意味著負載轉矩周期性地發生變化。圖6表示機械角旋轉1圈中的、負載轉矩相對于 轉子的旋轉角度位置9d的變化的示例。在圖6中，作為電動機6示出了4極電動機的示 例，因此電角的2個周期相當于機械角的1個周期。例如，在電動機6是6極的情況下，電 角的3個周期相當于機械角的1個周期。轉子的位置與活塞的位置關系由組裝來決定，但 是在圖6中示出了將活塞的下死點設為機械角的0°，負載轉矩相對于活塞位置的變化。特 征在于，隨著壓縮工序的進行，負載轉矩變大，在排出工序中，負載轉矩急劇地變小。從圖6 可知，在旋轉1圈中負載轉矩發生變動。由于負載轉矩在每次旋轉時變動，因此從電動機6 來看負載轉矩周期性地發生變動。
[0066] 例如，即使使用相同的壓縮機構部500,負載轉矩的變動也會根據電動機6的轉 速、吸入口 505或排出口 507的壓力、吸入口 505與排出口 507的壓力差等而變化。閥506 的開閉時刻與活塞的位置的關系根據閥506的結構而改變。例如，在使用了通過吸入口 505 與氣缸504內的壓力差而動作的簡易的閥的情況下，閥的開閉時刻根據壓力條件而改變。 即，在一圈中負載轉矩成為最大的活塞位置也發生變化。
[0067] 〈系統的消耗能量的問題〉
[0068] 圖6的負載轉矩相對于旋轉角度位置（機械角）的波形與電力變換電路輸出的電 壓振幅大致等價。電壓振幅直接與電力變換電路的開關元件的開關占空比（各相上下臂的 接通斷開比率）成比例。也就是說，在旋轉1圈中開關占空比大幅變化。
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