专利名称：转矩控制装置和转矩控制方法
技术领域：
本发明涉及转矩控制装置和转矩控制方法，特别涉及用于在低负荷时有效地驱动驱动压缩机的电动机的转矩控制技术。
背景技术：
在现有的空调装置中，已知有由无电刷的DC电动机驱动压缩机的转子的压缩机驱动装置，但是在这样的压缩机驱动装置中，如果伴随压缩机的驱动转矩变化大，即，转矩如脉动那样变化时，有压缩机自身振动产生噪声的可能性。
为了解决上述的问题点，在专利文献1中记载的技术中，通过压缩机的运转频率和向无电刷的DC电动机中提供的驱动电流的电流值(1次电流值)来进行压缩机的转矩控制。
〔专利文献1〕特开2001-119981号公报因此，在实际的控制中，考虑到机器的耐久性(电机零件的寿命)，在考虑了各运转频率中最大负荷和安全率后设定1次电流值。
因此，即使在压缩机的负荷小的情况下，也进行考虑了最大负荷的控制，从2次电流值的观点看，即使在有余量的情况下，也较低地设定1次电流值，产生不能充分控制转矩的问题。
特别是在1汽缸(sylinder)型的压缩机的情况下，由于不能进行充分的转矩控制，所以有不能可靠地确保低转速区域的问题。
发明内容
在此，本发明的目的是提供一种转矩控制装置和转矩控制方法，即使在压缩机的负荷小的情况下也可以进行最佳的转矩控制并抑制低速旋转区域中的振动、噪音等的发生，可以可靠地确保低速旋转区域。
技术方案1记载的发明提供一种进行压缩机的转矩控制的转矩控制装置，其特征在于包括驱动电压控制部，对驱动所述压缩机的电动机中施加的驱动电压进行控制；负荷估计部，估计所述压缩机的负荷；驱动电压调整部，根据估计的所述负荷来调整所述驱动电压。
按照上述结构，驱动电压控制部对驱动所述压缩机的电动机中施加的驱动电压进行控制。
与此同时进行的负荷估计部估计所述压缩机的负荷，驱动电压调整部根据估计的负荷来调整驱动电压。
在这种情况下，所述负荷估计部也可以根据所述电动机的旋转轴的旋转速度变化和旋转加速度变化来估计所述负荷。
而且，所述驱动电压调整部也可以为了抑制所述电动机的旋转轴的加速度变化，调整所述驱动电压。
再有，所述驱动电压调整部也可以包括限制数据存储部，存储所述驱动电压的调整量限制数据；限制数据参照部，根据所述调整量限制数据，将所述驱动电压的调整量的运算结果替换到安全侧。
再有，所述限制数据参照部也可以根据运转模式、所述压缩机的运转频率、压缩机排出温度和目标压缩机排出温度来选择所述调整量限制数据。
另外，所述限制数据参照部也可以在所述压缩机以规定的额定运转来运转时，参照对应的额定运转用的调整量限制数据。
另外，本发明的一种进行压缩机的转矩控制的转矩控制方法，其特征在于包括驱动电压控制过程，对驱动所述压缩机的电动机中施加的驱动电压进行控制；负荷估计过程，估计所述压缩机的负荷；驱动电压调整过程，根据估计的所述负荷来调整所述驱动电压。
这时，所述负荷估计过程也可以根据所述电动机的旋转轴的旋转速度变化和旋转加速度变化来估计所述负荷。
而且，所述驱动电压调整过程也可以为了抑制所述电动机的旋转轴的加速度变化，调整所述驱动电压。
再有，所述驱动电压调整过程也可以包括数据替换过程，按照事先存储的所述驱动电压的调整量限制数据来将所述驱动电压的调整量的运算结果替换到安全侧。
再有，所述数据替换过程也可以根据运转模式、所述压缩机的运转频率、压缩机排出温度和目标压缩机排出温度来选择所述调整量限制数据。
而且所述数据替换过程也可以在所述压缩机以规定的额定运转来运转时，以对应的额定运转用的调整量限制数据来进行所述替换。
按照本发明，估计压缩机的实际负荷，即使在压缩机的负荷小的情况下，也进行最佳的转矩控制，抑制低速旋转区域中的振动和噪声等的产生，可以可靠地确保低速旋转区域。
图1是表示本发明的一实施例的空调装置的概要结构方框图。
图2是转矩控制处理的处理流程图。
图3是调整量限制数据TON#LMT中数据库的一例的说明图。
图4是调整量限制数据的设定处理流程图。
图5是转矩控制上限值数据的具体例的说明图。
图6是转矩控制上限值数据的具体例的说明图。
图7是转矩控制时的压缩机的负荷和逆变器输出部的输出变化的说明图。
具体实施例方式
实施例1下面参照
本发明的最佳的一个实施例，图1是表示本发明的一个实施例的空调装置的概要结构方框图。
在图1中，如果大致区分，则空调装置10包括交流电源11、整流电路12、电源稳定部13、驱动电路14、压缩机电动机15、位置检测部16、转换控制部17、转矩控制部18、速度计算部19、速度控制部20、输出电压合成部21、逆变器输出部22。
交流电源11为了提供用于驱动空调装置全体的交流电力，将交流电源输出到整流电路12。
整流电路12整流从交流电源11提供的交流电源，变换为直流电并提供给电源稳定部13。
电源稳定部13将从整流电路12提供的直流电中的脉动电流分量或噪声分量除去并稳定化，向包含驱动电路14的直流电源驱动的各部分中提供直流电。
驱动电路14包括开关晶体管等的开关元件，向压缩机电动机15提供脉冲宽度调制(PWM)后的驱动电源。
压缩机电动机15具有未图示的转子，由转子驱动压缩机的旋转机构，压缩制冷剂。
位置检测部16根据驱动电路14的输出信号，通过检测由未通电的线圈中磁力线的变化产生的感应电压来输出对应压缩机电动机15的转子位置的位置检测信号。
对应于根据位置检测部16输出的位置检测信号得到的转子位置，转换控制部17进行用于变更通电线圈的控制。
转矩控制部18根据位置检测部16输出的位置检测信号来推断负荷的转矩变动，为了通过调整基于推断的转矩变动的逆变器输出，来抑制压缩机电动机15的旋转速度的变动，生成与用于调整驱动电压的调整电压相当的调整电压数据TON#ADJ并输出到输出电压合成部21。
速度计算部19根据位置检测部16输出的位置检测信号，计算与压缩机电动机15的转子的旋转速度和旋转加速度相当的区间时间以及区间时间变化量，作为对应的区间时间数据和区间时间变化量数据输出到速度控制部20。
速度控制部20根据与由未图示的无线电遥控器等基于用户设定输入的指令速度相当的指令速度数据和从速度计算部19输入的区间时间数据以及区间时间变化量数据，将与应施加到压缩机电动机的线圈中的有效电压对应的平均输出电压PWM#STEP输出到输出电压合成部21。
输出电压合成部21将输入的调整电压数据TON#ADJ和平均输出电压PWM#STEP合成并输出到逆变器输出部22。
逆变器输出部22根据调整电压数据TON#ADJ和平均输出电压PWM#STEP的合成输入来进行驱动电路14的输出驱动电压的控制。
接着，对前述的空调装置的工作进行说明。图2是转矩控制处理的处理流程。
在以下的说明中，作为压缩机电动机15，以使用3相4极DC电动机的情况为例进行说明。
转矩控制部18进行运转频率fn的检测(步骤S1)。
接着，转矩控制部18判断运转频率fn是否在基准运转频率fN以下(步骤S2)。
这里，基准运转频率fN设定为在比该频率fN高的运转频率时，即使不进行转矩控制，在通常的控制下也不会产生问题的频率。
因此，在步骤S2的判断中，在运转频率fn是比基准运转频率fN高的频率时(步骤S2；否)，转矩控制部18不进行有关转矩控制的处理，空调装置10转移到其他的处理(步骤S9)。
另一方面，在步骤S2的判断中，在运转频率fn是比基准运转频率fN低的频率时(步骤S2；是)，在与通常时同样的驱动控制下，存在用于驱动压缩机电动机15以及压缩机的旋转机构的转矩不足的可能性，所以转矩控制部18为了进行转矩控制，进行各种处理。
以下，对转矩控制时的处理进行说明，首先，速度计算部19运算压缩机电动机15的转子，即压缩机的旋转机构的旋转速度和旋转加速度(步骤S3)。实际上，在本实施例中，运算与旋转速度相当的区间时间数据(＝相当于速度数据)和对应旋转加速度的区间时间变化量数据(＝相当于加速度数据)。以下具体说明。
在3相4极DC电动机中的转子的稳定点，在一次旋转中有12个电(n＝1～12)。
在此，将各点作为位置检测点，计算与从每个位置检测点的前一个位置检测点(n-1)到目前的位置检测点n的时间相当的目前的位置检测点n中的区间时间数据INTVL#[n]，与目前的位置检测点n的前一个位置检测点中的区间时间数据INTVL#[n-1]和目前的位置检测点n中的区间时间数据INTVL#[n]的差相当的区间时间变化量数据ACC[n]。
具体来说，将从前一个位置检测点n-1到目前的位置检测点n所需要的时间设为CYCLT，将目前的位置检测点n中前次的区间时间数据设为INTVL#Z[n-1]，将目前的位置检测点n的下一个的位置检测点(n+1)中的区间时间数据设为INTVL#[n+1]时，用下式表示目前的位置检测点n中的区间时间数据INTVL#[n]INTVL#[n]＝((INTVL#Z[n-1]×7+CYCLT)/8+INTVL#[n-1]/2+INTVL#[n+1]/2)/2而且，区间时间变化量数据ACC[n]由下式表示。
ACC[n]＝INTVL#[n]-INTVL#[n-1]接着转矩控制部18根据从位置检测部16输出的位置检测信号推断负荷的转矩变动，为了通过调整基于推断的转矩变动的逆变器输出，来抑制压缩机电动机15的旋转速度的变动，生成施加电压的调整量，即与调整电压相当的调整电压数据TON#ADJ[n]并输出(步骤S4)。
这里，在区间时间变化量是正的值时，即，是加速区域时，有下式TON#ADJ[n]＝TON#ADJ#Z[n]+2而且，在区间时间变化量是负的值时，即，是减速区域时，有下式TON#ADJ[n]＝TON#ADJ#Z[n]-2在这种情况下，各式中+2或-2的值是一个例子，需要根据为了抑制旋转速度的变动而应用的系统，参考实验结果等适当地设定。
但在maxTON#ADJ[n]/2≥min TON#ADJ[n]的情况下，因为是在运转频率低时，所以一直到高低压差变小需要一定时间，不论区间时间数据INTVL#[n]的变化状态如何，有下式TON#ADJ[n]＝TON#ADJ#Z[n]-2接着，为了抑制伴随急剧的调整量的变化而产生的工作的不稳定性，进行调整量的平均化。
具体来说，将目前位置检测点n中前次的调整量数据设为TON#ADJ#Z[n]，将前一个的位置检测点[n-1]中的调整量数据设为TON#ADJ[n-1]，将后一个的位置检测点[n+1]中的调整量数据设为TON#ADJ[n+1]时，TON#ADJ[n]按照下式平均化，计算平均调整量数据AVE#ADJ[n]，抑制伴随急剧的调整量的变化而产生的工作的不稳定性。AVE#ADJ[n]＝(TON#ADJ#Z[n]×2+TON#ADJ[n-1]+TON#ADJ[n+1])/4另外，在不进行转矩控制时，有下式AVE#ADJ[n]＝0TON#ADJ[n]＝0另外，从转矩控制状态转移到转矩非控制状态时，并不是在转移时刻直接成为下式AVE#ADJ[n]＝0TON#ADJ[n]＝0而是缓慢地使之转移。
接着为了在每个载波脉冲变更调整量，进行直线校正。在此，设转矩调整量为TRQ#ADJ，直线校正量为SUM#ADJ时，TRQ#ADJ＝((AVE#ADJ[n+1]-AVE#ADJ[n-1])/2)/脉冲数
SUM#ADJ＝SUM#ADJ+TRQ#ADJ接着，对每个载波脉冲按下式计算PWM数据PWM#OUT，并设置。PWM#OUT＝PWM#STEP+(AVE#ADJ[n]+AVE#ADJ[n-1])/2+SUM#ADJ接着参照数据库的调整量限制数据TON#LMT设定调整量数据TON#ADJ[n]的限制值(上限值maxTON#ADJ和下限值minTON#ADJ)(步骤S5)。
maxTON#ADJ＝TON#LMT×PWM#STEPminTON#ADJ＝-TON#LMT×PWM#STEP图3是调整量限制数据TON#LMT中数据库的一例的说明图，图4是调整量限制数据的设定处理流程图。
首先，转矩控制部18检测目前的压缩机的排出温度T#CMP(步骤S11)。
接着转矩控制部18根据以下条件选择任意一个预先确定的调整量限制数据TON#LMT并确定(步骤12)。
(1)运转频率fn(2)是制冷运转还是制热运转(3)压缩机温度T#cmp对目标压缩机排出温度Tgt#dis的关系具体来说，如图3所示，运转频率fn是19Hz，为制冷运转，压缩机温度T#cmp对目标压缩机排出温度Tgt#dis是以下关系时Tgt#dis+5[℃]＜T#cmp≤Tgt#dis+10[℃]调整量的限制值TON#LMT成为TON#LMT＝35(％)同样运转频率fn是32Hz，为制热运转，压缩机温度T#cmp对目标压缩机排出温度Tgt#dis是以下关系时Tgt#dis+10℃＜T#cmp则调整量的限制值TON#LMT成为TON#LMT＝10(％)接着，转矩控制部18判断例如是否在运转频率变化中并且限制值满足TON#LMT＞20。(步骤13)在步骤13的判断中，如果是在运转频率数变化中并且限制值是否满足TON#LMT＞20时(步骤13；是)，则为了确保运转状态的稳定性，使TON#LMT＝20(步骤14)
接着，转矩控制部18为了最终防止由于上述调整量限制数据的调整，设定不合适的值，在未图示的外部ROM中事先存储基于制冷运转、制热运转、运转频率的转矩控制上限值，通过控制不超过该值，进行可靠的控制(步骤15)。
具体来说，在未图示的外部ROM中，对每个运转频率的频带存储控制上限值。
图5是转矩控制上限值数据的具体例的说明图。
转矩控制上限值数据，例如由8比特构成，将运转频率设为Freq时的转矩上限值数据的对应关系如下所示Freq≤20Hz &TRQ#ON#LMT20Hz20Hz＜Freq≤25Hz&TRQ#ON#LMT25Hz25Hz＜Freq≤30Hz&TRQ#ON#LMT30Hz30Hz＜Freq≤40Hz&TRQ#ON#LMT40Hz这样，在各转矩控制上限值数据的上位4比特中存储制冷时的转矩控制上限值数据(相当于0～100％)，在下位4比特中，存储加热时的转矩上限值数据(相当于0～100％)。
具体来说，设定为以下那样Freq≤20Hz &TRQ#ON#LMT20Hz＝5(相当于50％)20Hz＜Freq≤25Hz&TRQ#ON#LMT25Hz＝4(相当于40％)25Hz＜Freq≤30Hz&TRQ#ON#LMT30Hz＝3(相当于30％)30Hz＜Freq≤40Hz&TRQ#ON#LMT40Hz＝2(相当于20％)接着转矩控制部18判断是否成为1/2额定运转控制(额定能力的1/2的能力运转时的控制)(步骤S6)。
在步骤S6的判断中，是成为1/2额定运转控制时，参照事先存储在未图示的外部ROM中的1/2额定运转控制时的转矩控制上限值，通过控制不超过该值，进行可靠的控制(步骤S7)。
图6是转矩控制上限值数据的具体例的说明图，转矩控制上限值数据由8比特构成，运转模式和转矩上限值数据的对应关系如下所示制冷&TRQ#ON#half的上位4比特(相当于0～100％)制热&TRQ#ON#half的上位4比特(相当于0～100％)具体来说，如下设定
制冷&TRQ#ON#half的上位4比特＝1(相当于10％)制热&TRQ#ON#half的上位4比特＝1(相当于10％)接着转矩控制部18根据这些设定，将对应的调整电压数据TON#ADJ输出到输出电压合成部，进行转矩控制(步骤S8)。在该情况下，额定运转时，调整量的限制值TON#LMT 0％，即，不进行转矩控制。
总之，全部的调整量的限制值TON#LMT在以下范围内0％≤TON#LMT≤100％与该转矩控制处理并列进行的速度控制部20，根据与由未图示的无线电遥控器等基于用户设定输入的指令速度相当的指令速度数据和从速度计算部19输入的区间时间数据以及区间时间变化量数据，将与应施加到压缩机电动机15的线圈中的有效电压对应的平均输出电压PWM#STEP输出到输出电压合成部21。
输出电压合成部21将从转矩控制部18输入的调整电压数据TON#ADJ和平均输出电压PWM#STEP合成并输出到逆变器输出部22。
结果是逆变器输出部22根据调整电压数据TON#ADJ和平均输出电压PWM#STEP的合成输入来进行驱动电路14的输出驱动电压的控制。
另外，在转矩控制中运转频率下降时，需要将下降的运转频率的比例作为规定的比例，以谋求工作的稳定。具体来说，例如达到0.1Hz/300msec的程度。另外，在发生电流等的频率降低的情况时，优先进行电流等的频率降低的控制。
图7是转矩控制时的压缩机的负荷和逆变器输出部的输出变化的说明图。
如图7(a)、(b)所示，压缩机电动机的转子的(旋转)加速度变动，与图7(c)、(d)的以往例比较变少。其结果可以抑制压缩机中发生的振动。而且，即使在低速旋转区域也可以稳定地驱动压缩机，可以扩大压缩机的低速旋转区域。
在以上的说明中，举例说明了1汽缸型的压缩机，但也可以应用于2汽缸型的压缩机。这时，因为简化了控制系统，所以在谋求降低成本的同时，可抑制性能降低。
在以上的说明中，将与转矩控制相关的控制程序作为预先存储了转换控制部17、转矩控制部18、速度计算部19、速度控制部20等的程序加以说明，但也可以由微型计算机等构成转换控制部17、转矩控制部18、速度计算部19、速度控制部20等，事先将控制程序存储在软盘、硬盘、光盘、半导体存储装置等的存储媒体中，通过通信接口、因特网、LAN等通信网络下载控制程序并执行。
权利要求
1.一种进行压缩机的转矩控制的转矩控制装置，其特征在于，包括驱动电压控制部，对驱动所述压缩机的电动机中施加的驱动电压进行控制；负荷估计部，估计所述压缩机的负荷；驱动电压调整部，根据所述负荷估计部估计的所述负荷来调整所述驱动电压。
2.如权利要求1所述的转矩控制装置，其特征在于所述负荷估计部根据所述电动机的旋转轴的旋转速度变化和旋转加速度变化来估计所述负荷。
3.如权利要求1所述的转矩控制装置，其特征在于所述驱动电压调整部为了抑制所述电动机的旋转轴的加速度变化，调整所述驱动电压。
4.如权利要求1所述的转矩控制装置，其特征在于所述驱动电压调整部包括限制数据存储部，存储所述驱动电压的调整量限制数据；限制数据参照部，根据所述调整量限制数据，将所述驱动电压的调整量的运算结果替换到安全侧。
5.如权利要求4所述的转矩控制装置，其特征在于所述限制数据参照部根据运转模式、所述压缩机的运转频率、压缩机排出温度和目标压缩机排出温度来选择所述调整量限制数据。
6.如权利要求4或5所述的转矩控制装置，其特征在于所述限制数据参照部在所述压缩机以规定的额定运转来运转时，参照对应的额定运转用的调整量限制数据。
7.一种进行压缩机的转矩控制的转矩控制方法，其特征在于，包括驱动电压控制过程，对驱动所述压缩机的电动机中施加的驱动电压进行控制；负荷估计过程，估计所述压缩机的负荷；驱动电压调整过程，根据估计的所述负荷来调整所述驱动电压。
8.如权利要求7所述的转矩控制方法，其特征在于所述负荷估计过程根据所述电动机的旋转轴的旋转速度变化和旋转加速度变化来估计所述负荷。
9.如权利要求7所述的转矩控制方法，其特征在于所述驱动电压调整过程为了抑制所述电动机的旋转轴的加速度变化，调整所述驱动电压。
10.如权利要求7所述的转矩控制方法，其特征在于所述驱动电压调整过程包括数据替换过程，按照事先存储的所述驱动电压的调整量限制数据来将所述驱动电压的调整量的运算结果替换到安全侧。
11.如权利要求10所述的转矩控制方法，其特征在于所述数据替换过程根据运转模式、所述压缩机的运转频率、压缩机排出温度和目标压缩机排出温度来选择所述调整量限制数据。
12.如权利要求10或11所述的转矩控制方法，其特征在于所述数据替换过程在所述压缩机以规定的额定运转来运转时，以对应的额定运转用的调整量限制数据来进行所述替换。
全文摘要
本发明提供一种进行压缩机的转矩控制的转矩控制装置和方法，即使在压缩机的负荷小的情况下，也可以进行最佳转矩控制，抑制低速旋转区域中的振动、噪声等的发生，可靠地确保低速旋转区域。其中速度控制部(20)、逆变器输出部(22)和驱动电路(14)对施加到驱动压缩机的电动机中的驱动电压进行控制。与此同时进行，位置检测部(16)和转矩控制部(18)估计压缩机的负荷，转矩控制部(18)和输出电压合成部(21)根据估计的负荷调整驱动电压，抑制压缩机中旋转机构的旋转加速度的变动。
文档编号H02P6/10GK1517551SQ20041000131
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月6日 优先权日2003年1月21日
发明者范合円, 福岛纪雄, 铃木健太郎, 日比秀二, 中岛利光, 二, 光, 太郎, 范合 , 雄 申请人:三洋电机株式会社, 三洋电机空调株式会社