CN103560745B - 电动机控制装置和冰箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供电动机控制装置和冰箱。与电动机的转速无关地抑制周期性负载变动，使电动机的旋转稳定。电动机控制装置具备电力变换电路、电流检测部、负载变动检测部、调整部。电力变换电路通过将直流电变换为交流电，而向驱动机构部的电动机供给交流电。电流检测部检测流过电力变换电路或电动机的电流。负载变动检测部根据电流，检测电动机的负载的周期性变动。调整部根据变动控制电力变换电路，从而调整交流电的交流电压的相位。变动的周期是电动机的机械角的1个周期的整数倍。交流电压的相位具有相对于电动机的磁极位置增加的第一分量、与变动同步地变化的第二分量。

Description

电动机控制装置和冰箱

技术领域

本发明涉及一种控制电动机的技术。

背景技术

已知对逆变器的输出频率或输出电压进行修正使得抑制扭矩脉动，在运转频率为预定以下的情况下增大修正比例的技术、与电动机电流的峰值及其变化对应地控制逆变器的输出电压和输出频率的技术（例如专利文献1、2）。

专利文献1：日本特开2005-65449号公报

专利文献2：日本特开2009-27871号公报

发明内容

在上述那样的具有修正逆变器的输出频率或输出电压的结构的电动机控制装置中，没有考虑到电动机转速提高而感应电压增大从而限制逆变器的输出电压的情况，即在弱磁场区域中抑制扭矩脉动。

另外，在上述那样的具有检测流过电动机的电流的峰值而与负载扭矩对应地控制逆变器输出电压使得电动机电流相位大致与q轴同相的结构的电动机控制装置中，没有考虑到例如应用于磁阻电动机等电流最小的电流相位与q轴不同的电动机的情况。

为了解决上述问题，本发明的一个形式是一种电动机控制装置，其具备电力变换电路、电流检测部、负载变动检测部和调整部。电力变换电路通过将直流电变换为交流电，而向驱动机构部的电动机供给交流电。电流检测部检测流过电力变换电路或电动机的电流。负载变动检测部根据电流，检测电动机的负载的周期性变动。调整部通过根据变动控制电力变换电路，来调整交流电的交流电压的相位。变动的周期是电动机的机械角1个周期的整数倍。交流电压的相位具有相对于电动机的磁极位置增加的第一分量和与变动同步地变化的第二分量。

根据本发明，能够与电动机的转速无关地抑制周期性负载变动而使电动机的旋转稳定。

附图说明

图1表示实施例1的驱动装置的结构。

图2表示实施例1的电力变换电路5的结构。

图3表示实轴和控制轴的关系。

图4表示作为固定坐标系的三相轴和控制轴的关系。

图5是表示压缩机510的平面图。

图6是表示压缩机510的主视图。

图7表示周期性负载扭矩的变动。

图8表示控制部2的结构。

图9表示PLL控制器13的结构。

图10表示速度控制器14的结构。

图11表示负载扭矩的变动的仿真结果。

图12表示弱磁场区域中的感应电压和速度变动幅度。

图13表示周期扭矩推定部30的结构。

图14表示电压相位调整器7的结构。

图15表示电压指令相位。

图16表示从电力变换电路5输出的电压相位的时间变化。

图17表示电压相位调整器7a的变形例。

图18表示控制部2的第一变形例。

图19表示控制部2的第二变形例。

图20表示控制部2的第三变形例。

图21表示实施例2的冰箱的结构。

图22表示实施例2的电力变换电路5a的结构。

图23表示电动机6的与转速对应的效率。

图24表示实施例2的控制部和电力变换电路的变形例。

图25表示调整后的直流电压指令值的时间变化。

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的实施例。

实施例1

在本实施例中，说明作为本发明的电动机控制装置的应用例的驱动装置。驱动装置具备被电动机驱动的压缩机构部。

<整体结构>

图1表示实施例1的驱动装置的结构。驱动装置具备电动机控制装置1、压缩机510。压缩机510具备电动机（motor）6、压缩机构部500。电动机控制装置1具备使用直流电压源输出三相交流电压的电力变换电路5、检测流过电动机6或电力变换电路5的电流的电流检测部12、根据由电流检测部12检测出的电流信息运算向电动机6施加的电压指令值的控制部2。后面详细说明控制部2。电动机6被电力变换电路5控制。压缩机构部500经由传动轴502与电动机6连接。

<电力变换电路5的结构>

图2表示实施例1的电力变换电路5的结构。电力变换电路5具备逆变器21、直流电压源20、驱动器电路23。逆变器21由3对开关元件22（例如IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管）、MOS-FET（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管）等半导体开关元件）构成。构成各对的2个开关元件22串联连接，构成上下臂。3个对分别构成U相、V相、W相的上下臂。各相的上下臂的连接点向电动机6布线。驱动器电路23根据由控制部2生成的三相交流电压指令值（Vu*、Vv*、Vw*），输出脉冲状的驱动信号24a～24f。构成3对的开关元件22分别与驱动信号24a～24f对应地进行开关动作。电力变换电路5对直流电压源20进行开关而输出电压，由此能够向电动机6施加任意频率的三相交流电压，由此对电动机6进行可变速驱动。

在电力变换电路5内的直流侧附加分流电阻25的情况下，能够在用于在流过过大电流时保护开关元件22的过电流保护电路、后述的单路分流（singleshunt）电流检测方式等中利用该分流电阻25。

<电动机6的坐标轴的定义>

本实施例使用在转子中具有永磁铁的永磁铁电动机作为电动机6。因此，假设控制轴的位置和转子的位置基本上同步。通过无位置传感器控制，根据流过电动机6的电流和电动机施加电压等信息，推定转子的旋转角度位置信息。这时，定义由以转子的磁通方向的位置为d轴，以及由此开始电气上向旋转方向前进90度的q轴构成的d-q轴（旋转坐标系）。

图3表示实轴和控制轴的关系。针对d-q轴，将控制上的虚拟转子位置设为dc轴，由此开始电气上向旋转方向前进90度设为qc轴，定义作为由dc轴和qc轴构成的旋转坐标系的dc-qc轴。在本实施例中，基本上在该dc-qc轴上控制电压、电流。另外，在以后的说明中，将d-q轴称为实轴，将dc-qc轴称为控制轴，将控制轴相对于实轴的误差称为轴误差（Δθc）。

图4表示三相轴和控制轴的关系。由U轴、V轴、W轴构成的三相轴是固定坐标系。以U相为基准，定义作为dc轴的旋转角度位置的磁极位置（θdc）。dc轴向图中的箭头方向（逆时针方向）旋转，通过对旋转频率进行积分，能够得到磁极位置（θdc）。旋转频率是后述的逆变器频率指令值（ω1）。

<压缩机510的结构>

图5是表示压缩机510的平面图，图6是表示压缩机510的主视图。压缩机510是以电动机6为动力源驱动活塞501的往复压缩机（往复式压缩机）。压缩机510具备支承机构513、电动机6、压缩机构部500。

电动机6被支承机构513支承，通过来自电力变换电路5的交流电流而旋转。电动机6具备定子511、转子512。定子511具有流过来自电动机控制装置1的交流电流的线圈。转子512具有永磁铁。

压缩机构部500具备活塞501、传动轴502、曲轴503、汽缸504、吸入口505、阀506、喷出口507、支承机构513。传动轴502与电动机6的转子512连接，与转子512一起旋转。曲轴503与传动轴502连接，将传动轴502的旋转运动变换为活塞501的直线运动。与电动机6的旋转对应地，活塞501往返运动，由此进行吸入、压缩、喷出这样的一连串的工序。在压缩动作中，首先压缩机构部500从设置在汽缸504中的吸入口505向汽缸504内吸入制冷剂。然后，压缩机构部500关闭阀506而进行汽缸504内的制冷剂的压缩，从喷出口507喷出压缩后的制冷剂。

在一连串的工序中，活塞501的压力变化。如果从驱动活塞501的电动机6看，则这表示负载扭矩周期性地变化。图7表示周期性负载扭矩的变动。该图表示电动机6的机械角的1圈旋转中的负载扭矩相对于转子的旋转角度位置的变化。在此，表示电动机6是4极电动机的情况，因此电气角2个周期相当于机械角1个周期。转子位置和活塞501的位置关系根据组合而决定，但在该图中，活塞501的下死点为机械角的0°，表示出负载扭矩相对于活塞位置的变化。随着压缩工序的进展，负载扭矩变大，在喷出工序中，其特征在于负载扭矩急剧地变小。在图中，表示负载变动特别大的期间。从该图可知在1圈旋转中负载扭矩变动的情况。在每次电动机6旋转时负载扭矩变动，因此如果从电动机6看则负载扭矩周期性地变动。

例如即使使用相同的压缩机构部500，根据电动机6的转速、吸入口505、喷出口507的压力、吸入口505和喷出口507的压力差等，负载扭矩的变动也变化。阀506的开闭定时和活塞的位置的关系根据阀506的结构而变化。例如在使用了通过吸入口505和汽缸504内的压力差而动作的简单的阀的情况下，根据压力条件，阀506的开闭定时变化。即，在一圈旋转中负载扭矩最大的活塞位置也变化。这样，周期性的负载扭矩由于各种原因而变化，因此为了在大的动作范围中，抑制周期性的负载变动而稳定地驱动电动机6，而应用反馈控制。

在本实施例中，以压缩机构部500的活塞501直线地运动的往复式为例子进行说明，但作为压缩机构的其他压缩方式，有通过活塞旋转而进行压缩的旋转式、由旋窝状的回旋翼构成的螺旋式等。周期性的负载变动的特性根据各个压缩方式而不同，但在任意一个压缩方式中，都存在因压缩工序造成的负载变动。因此，同样能够将本实施例的电动机控制装置1应用于压缩方式不同的压缩机构中，能够得到与本实施例同样的效果。

<电流检测部12的结构>

电流检测部12检测流过电动机6或电力变换电路5的三相的交流电流中的流过U相和W相的电流。也可以检测出全部相的交流电流，但根据基尔霍夫定律，如果检测出三相中的2相，则能够根据检测出的2相计算出另一相。

另外，作为检测流过电动机6或电力变换电路5的交流电流的其他检测方式，例如，也可以使用单路分流电流检测方式，其根据流过附加在电力变换电路5内的直流侧的分流电阻25的直流电流，检测电力变换电路5内的交流侧的电流。该检测方式利用了根据构成电力变换电路5的开关元件22的通电状态，与电力变换电路5的各相的交流电流同等的电流流过分流电阻25的情况。流过分流电阻25的电流随着时间变化，因此必须以驱动信号24a～24f变化的定时为基准在适当的定时进行电流检测。另外，在电流检测部12中，也可以使用单路分流电流检测方式。

<控制部2的结构>

图8表示控制部2的结构。控制部2具备：将三相轴上的交流电流检测值（Iu和Iw）坐标变换为控制轴上的电流值的3φ/dq变换器8；使用控制轴上的电流检测值（Idc和Iqc）和施加到电动机6的电压指令值（Vd**和Vq**）运算实轴和控制轴的轴误差（Δθc）的轴误差运算器10；为了使轴误差（Δθc）追随轴误差指令值（Δθ*：通常为0），而调整施加到电动机6的电压的频率即逆变器频率指令值（ω1）的PLL控制器13；根据d轴电流检测值（Id**）和q轴电流检测值（Iq**）和逆变器频率指令值（ω1），计算d轴电压指令值（Vd*）和q轴电压指令值（Vq*）的电压指令值生成器3；根据推定的负载扭矩，调整dc-qc轴上的电压指令值（Vd*和Vq*）的相位，计算电压指令值（Vd**和Vq**）的电压相位调整器7；将dc-qc轴上的电压指令值（Vd*和Vq*）从控制轴坐标变换为三相轴的dq/3φ变换器4；推定周期性变动的负载扭矩的周期扭矩推定部30。如上述的实轴和控制轴的关系的图所示那样，轴误差（Δθc）是控制轴相对于实轴的误差。

控制部2还具备：从频率指令值（ω*）减去逆变器频率指令值（ω1）的减法器11b；根据减法器11b的输出计算q轴电流指令值（Iq*）的速度控制器14；从由上位控制***等给出的轴电流指令值（Id*）减去d轴电流检测值（Idc）的减法器52a；从q轴电流检测值（Iq*）减去q轴电流检测值（Iqc）的减法器52b；根据减法器52a的输出计算d轴电流检测值（Id**）的电流控制器15a；根据减法器52b的输出计算q轴电流检测值（Iq**）的电流控制器15b；从轴误差指令值（Δθ*）减去轴误差（Δθc）的减法器54；对逆变器频率指令值（ω1）进行积分而计算磁极位置（θdc）的积分器9；将三相交流轴的电动机电流检测值（Iu、Iw）坐标变换为dc-qc轴的3φ/dq变换器8。

可以由依照软件执行处理的微型计算机（微计算机）、DSP等微处理器构成控制部2的各部，也可以由半导体集成电路等硬件构成。

以下，说明电动机控制装置1的各构成要素的细节。首先，说明用于驱动电动机6的电动机控制方法的基本动作，然后说明如压缩机构部500那样有脉动扭矩的情况下的问题点。在此，将周期性地变动的负载扭矩称为脉冲扭矩，将用于抑制脉动扭矩的电动机控制称为脉动扭矩控制。

<没有脉动扭矩控制的情况下的电动机控制方法>

控制部2为了驱动电动机6，如上述那样使用dc-qc轴（旋转坐标系）而进行控制。需要从三相交流轴坐标变换到旋转坐标，但在旋转坐标上，有将电压、电流作为直流量进行处理的优点。因此，3φ/dq变换器8使用磁极位置（θdc），将由电流检测部12检测出的三相交流轴的电动机电流检测值（Iu、Iw）坐标变换到dc-qc轴，由此得到d轴和q轴的电流检测值（Idc、Iqc）。另外，dq/3φ变换器4使用磁极位置（θdc），将通过电压指令值生成器3和电压相位调整器7生成的dc-qc轴上的电压指令值（Vd**、Vq**）坐标变换为三相交流电压指令值（Vu*、Vv*、Vw*）。

电压指令值生成器3取得从上位控制***等得到的d轴和q轴的电流指令值（Id*、Iq*）、频率指令值（ω*）或后述的逆变器频率指令值（ω1），如下式这样进行向量计算，由此得到d轴电压指令值（Vd*）和q轴电压指令值（Vq*）。

[公式1]

Vd*=R×Id*-ω*×Lq×Iq*

Vq*=R×Iq*+ω*×Ld×Id*+ω*+Ke

在此，R是电动机6的线圈电阻值，Ld是d轴的电感，Lq是q轴的电感，Ke是感应电压常数。

公式1一般称为向量控制。该向量控制将流过电动机6的电流分离为磁场分量和扭矩分量进行运算，控制电压的相位和大小使得电动机电流相位成为预定的相位。

本实施例的电动机6为非凸极型的永磁铁电动机。即，d轴和q轴的电感值相同。即，不考虑由于d轴和q轴的电感的差产生的磁阻扭矩。因此，电动机6的产生扭矩与流过q轴的电流成正比。因此，在本实施例中，将d轴电流指令值（Id*）设定为0。另外，在凸极型的情况下，除了因q轴电流产生的扭矩以外，还有因d轴和q轴的电感的差造成的磁阻扭矩。因此，通过考虑到磁阻扭矩而设定d轴电流指令值（Id*），能够用小的q轴电流产生相同的扭矩。

轴误差运算器10使用控制轴上的电流检测值（Idc和Iqc）和施加到电动机6的电压指令值（Vd**和Vq**），根据下式运算实轴和控制轴的轴误差（Δθc）。

[公式2]

$\mathrm{\&Delta;\&theta;c}={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{Vd}**-R\&times;\mathrm{Idc}+\mathrm{\&omega;}1\&times;\mathrm{Lq}\&times;\mathrm{Iqc}}{\mathrm{Vq}**-R\&times;\mathrm{Iqc}-\mathrm{\&omega;}1\&times;\mathrm{Lq}\&times;\mathrm{Idc}}\right)$

PLL控制器13调整逆变器频率指令值（ω1）使得轴误差（Δθc）为轴误差指令值（Δθ*：通常为0）。

图9表示PLL控制器13的结构。PLL控制器13具备减法器11a、比例运算部42a、积分运算器43a、放大器44a、加法器45a。减法器11a求出轴误差指令值（Δθ*）与轴误差（Δθc）的差。比例运算器42a将减法器11a的运算结果乘以比例增益（Kp_pll）而进行比例控制。放大器44a将减法器11a的运算结果乘以积分增益（Ki_pll）。积分运算器43a对放大器44a的运算结果进行积分控制。加法器45a将比例运算器42a的运算结果和积分运算器43a的运算结果相加，由此输出逆变器频率指令值（ω1）。

<无脉动扭矩控制的情况下的问题点>

图10表示速度控制器14的结构。在此，假设速度控制器14计算q轴电流指令值（Iq*）。速度控制器14具备减法器11b、比例运算部42b、积分运算部43b、放大器44b、加法器45b。减法器11b求出频率指令值（ω*）与逆变器频率指令值（ω1）的差。比例运算部42b将减法器11b的运算结果乘以比例增益（Kp_asr）而进行比例控制。放大器44b将减法器11b的运算结果乘以积分增益（Ki_asr）。积分运算部43b对放大器44b的运算结果进行积分控制。加法器45b将比例运算部42b的计算结果和积分运算部43b的运算结果相加，由此输出q轴电流指令值（Iq*）。

通常，从上位控制***等给出的频率指令值（ω*）的变化周期与逆变器频率指令值（ω1）的变化周期相比非常长，在电动机位置旋转中可以看作为恒定值。因此，通过速度控制器14，电动机6以大致恒定的频率旋转。这时，通过对逆变器频率指令值（ω1）进行积分所得的磁极位置（θdc）以大致恒定的速度增加。

图11表示负载扭矩的变动的仿真结果。该仿真结果表示电动机产生扭矩、负载扭矩、频率指令值（ω*）、实频率、U相电流的时间变化。根据该仿真结果可知，通过1圈旋转中的负载扭矩的变动，电动机产生扭矩、电动机6的实频率（电动机6的转速）、流过电动机6的电流等产生脉动。

这是因为对于能够在PLL控制器13、电流控制器15a、15b、速度控制器14等反馈控制中设定的响应频率有限制。例如，PLL控制器13根据电动机6的电气常数来决定可设定的响应频率，逆变器频率越低，则必须将该值设定为越低的响应频率。换言之，电动机6越是低速地旋转，需要将PLL控制器13的响应频率设定得越低。另一方面，电流控制器15a、15b根据控制部2的运算时间的限制，而决定可设定的响应频率。即，电动机6越是高速地旋转，需要将电流控制器15a、15b的响应频率设定得越低。这样，只通过上述的向量控制，难以在大的运转范围中抑制周期性负载变动。

如果关注电动机6的速度变动，则根据下式求出速度变动。

[公式3]

Δω=1/J×∫（τm-τL）dt

在此，J是惯性力矩，τm是电动机6的产生扭矩，τL是负载扭矩。如根据该公式可知的那样，电动机6和压缩机构部500的惯性力矩越小，速度变动越大。进而，在惯性力矩小的情况下，惯性力小，因此有时即使电动机6高速旋转，速度变动也显著。图12表示弱磁场区域中的感应电压和速度变动幅度。将在电动机6的端子之间产生的感应电压为电力变换电路5的直流电压源20的电压以上的情况下的电动机6的转速的范围称为弱磁场区域，将除此以外的转速的范围称为通常区域。在弱磁场区域中，为了防止不从电动机控制装置1向电动机6流过电流，只要流过抵消电动机6的磁通的电流即可。

另外，为了在通常区域中抑制负载变动，只要控制q轴电压指令值即可。在弱磁场区域中，有时也必须抑制周期性的负载变动。因此，本实施例的电动机控制方法在弱磁场区域中也抑制周期性负载变动。进而，本实施例的驱动方法不需要在弱磁场控制的前后切换电动机控制方法，能够稳定地驱动电动机6。

<周期性负载变动时的电动机控制方法>

说明用于抑制周期性负载变动的周期扭矩推定部30和电压相位调整器7。

周期扭矩推定部30根据由电流检测部12检测出的电流信息，推定或检测周期性变动的负载扭矩分量。图13表示周期扭矩推定部30的结构。周期扭矩推定部30具备单相坐标变换器32、低通滤波器（LPF）35、机械角频率分量运算器36、放大器37。单相坐标变换器32将从3φ/dq变换器8得到的q轴电流检测值（Iqc）坐标变换为以机械角频率（ωm）旋转的坐标系。

例如，在电动机6的转子的磁极数为4极的情况下，电气角的2周期相当于机械角的1周期。因此，如果将频率指令值（ω*：电气角）除以电动机6的极对数（=极数/2），则能够得到机械角频率（ωm）。另外，在本实施例中，为了求出机械角频率，使用了频率指令值（ω*），但也可以是逆变器频率指令值（ω1）。

使用下式进行单相坐标变换器32的坐标变换。

[公式4]

Iq_cos=cosθr×Iqc

Iq_sin=sinθr×Iqc

由此，计算出q轴电流检测值（Iqc）中的机械角频率（ωm）的cos分量（Iqc_cos）和sin分量（Iqc_sin）。根据需要，使用LPF35除去负载扭矩的变动的高次分量，或者除去电流检测值的噪声。然后，机械角频率分量运算部36再次使用下式进行坐标变换。

[公式5]

Iqm_cos=cosθr×Iq_cos

Iqm_sin=sinθr×Iq_sin

接着，机械角频率分量运算部36将通过该坐标变换得到的2个计算结果相加，由此计算出q轴电流检测值（Iqc）中的机械角频率（ωm）的分量（Iqm）。即，通过观察机械角频率分量运算部36的输出的变化，能够推定以机械角频率（ωm）变动的周期性负载扭矩的变化。根据需要，使用放大器37，将推定的负载扭矩的变化乘以增益（Ktrq），由此得到电压相位调整量（δVtrq）。将电压相位调整量（δVtrq）输入到电压相位调整器7。

图14表示电压相位调整器7的结构。电压相位调整器7具备电压振幅运算器61a、61b、加法器62、修正部63。电压振幅运算器61a、61b首先使用由电压指令值生成器3求出的d轴和q轴电压指令值（Vd*和Vq*），根据下式分别求出电压指令振幅（V1*）和电压指令相位（δV1*）。

[公式6]

V1*=√（Vd*^2+Vq*^2）

[公式7]

δV1*=tan^-1（-Vd*/Vq*）

图15表示电压指令相位。如该图所示那样，根据d轴和q轴电压指令值（Vd*和Vq*）决定电压指令振幅（V1*）和相位（δV1*）。另外，电压指令相位（δV1*）是以q轴为基准的逆时针方向（电动机6的旋转方向）的相位角。

加法器62将电压指令相位（δV1*）加上通过周期扭矩推定部30得到的电压相位调整量（δVtrq）。然后，修正部63根据电压指令振幅（V1*）和加法器62的输出，得到修正后的d轴和q轴电压指令值（Vd**和Vq**）。由此，电压相位与负载扭矩变动同步地变化。

修正后的电压指令值（Vd**和Vq**）通过dq/3φ变换器4被坐标变换为三相交流电压。图16表示从电力变换电路5输出的电压相位的时间变化。通过所述的控制部2的动作，在从电力变换电路5输出的电压相位中，在相对于电动机6的磁极位置增加的第一分量中重叠有与压缩机构部500的周期性负载变动同步地变化第二分量。该例子中的第一分量相对于电动机6的磁极位置单调增加，与电动机6的磁极位置成正比地增加。在图中，表示负载变动特别大的期间。另外，负载变动的周期中的在第一分量中重叠第二分量的期间即重叠期间是负载为预定的阈值（预定值）以上的期间。重叠期间例如从压缩工序的中途到喷出工序的中途为止。预定的阈值例如是平均负载扭矩、或将平均负载扭矩乘以预定值所得的值、将平均负载扭矩加上预定值所得的值等。

图17表示电压相位调整器7的变形例子。该电压相位调整器7a是电压相位调整器7的变形例。与电压相位调整器7相比，电压相位调整器7a还具备开关40和开关控制部41。开关40设置在加法器62的电压相位调整量（δVtrq）的输入。开关控制部41使用负载的变动的周期中的与负载成为预定的阈值以上的期间对应的旋转角度的范围，在旋转角度在该范围内时，使控制信号O成为开。开关40依照控制信号O进行开关。由此，加法器62只在负载成为预定的阈值以上的期间，将电压指令相位（δV1*）加上电压相位调整量（δVtrq）。由此，能够最大限地继承其他向量控制的特性，即在使对其他向量控制的影响成为最小限的同时，在弱磁场区域中抑制周期性负载变动。

<与电压相位操作型弱磁场控制的组合>

如上述那样，在惯性力矩小的电动机6或压缩机构部500等在高速区域中周期性的负载扭矩变动也大的情况下，在弱磁场区域中也必须抑制周期性负载变动。图18表示控制部2的第一变形例。该情况下的电动机控制装置1具备控制部2a来代替控制部2。与控制部2相比，控制部2a具备减法器71和弱磁场控制部72来代替电流控制器15a、15b。减法器71从q轴电流指令值（Iq*）减去q轴电流检测值（Iqc）。弱磁场控制部72使用减法器71的输出控制电压相位调整器7。

弱磁场控制部72将电压指令值的振幅固定为预先决定的最大值，根据q轴电流指令值（Iq*）与q轴电流检测值（Iqc）的偏差，操作电压指令值。即，在电动机6的负载扭矩增加的情况下（Iqc<Iq*），使电压相位增加，较强地进行弱磁场控制。因此，该电动机控制方法与上述的其他电动机控制方法的匹配性好，在弱磁场区域中也能够容易地抑制周期性负载变动。

在该弱磁场控制的响应频率中，根据电动机6的电气常数决定可设定的最大响应频率。因此，假设在超过上限值地设定弱磁场控制的响应频率的情况下，电动机6变得不稳定。

图19表示控制部2的第二变形例子。在弱磁场控制的响应频率有限制的情况下，电动机控制装置1具备控制部2b来代替控制部2a。与控制部2a相比，控制部2b还具备周期扭矩推定部30a、减法器73。周期扭矩推定部30a根据q轴电流检测值（Iqc）推定电流相位调整量（ΔItrq）。减法器73从q轴电流检测值（Iqc）减去电流相位调整量（ΔItrq）。减法器71从q轴电流指令值（Iq*）减去减法器73的输出。在控制部2b的弱磁场控制中，只对q轴电流检测值中的除了周期性变动部分以外的基波分量进行控制。在只对周期基波分量进行控制的情况下，必要的响应频率可以比对变动部分也进行控制的情况低。由此，具有以下的优点，即能够降低微计算机的运算负荷，或者增多微计算机的种类的选择范围。即，能够降低微计算机的成本。另外，周期扭矩推定部30a基本上能够通过与周期扭矩推定部30相同的结构来实现。

图20表示控制部2的第三变形例子。在该情况下，电动机控制装置1具备控制部2c来代替控制部2。与控制部2相比，控制部2c还具备d轴电流指令值决定部77。d轴电流指令值决定部77具备减法器74、放大器75、积分器76。减法器74从电压指令振幅最大值（Edc_Max）减去电压指令振幅（V1*）。放大器75将减法器74的输出乘以增益（Ki_wk）。积分器76对放大器75的输出进行积分，由此计算d轴电流指令值（Id*）。

由此，d轴电流指令值决定部77对电压指令振幅（V1*）和电压指令振幅最大值（Edc_Max）进行比较，决定d轴电流指令值使得电压指令值的振幅不超过直流电压源20的电压。该电动机控制方法间接地调整电压指令值的相位，因此与上述的其他电动机控制方法相比，容易产生电压指令值的过冲、下冲。但是，通过与上述的周期扭矩推定部30和电压相位调整器7的结构组合起来，能够解决这样的问题，能够实现更稳定的电动机驱动。

通过使用以上说明的周期扭矩推定部和电压相位调整器，能够与电动机6的转速无关地抑制周期性负载变动而稳定地驱动电动机6。另外，为了推定负载扭矩的变动，并不限于特定的压缩方式，当然还能够将本实施例应用于任意的压缩方式中。

另外，压缩机构部500的一个工序中的吸入压力Ps和喷出压力Pd根据压缩机构部500所连接的***（例如冷冻循环）的状态而变化。由此，产生一个工序中的负载扭矩变动。因此，通过推定负载扭矩变动，将该信息输入到电压相位调整器而调整电压相位，能够应用于各种负载特性的压缩机构。

驱动装置并不限于压缩机构，也可以具备具有周期性地变动的负载扭矩特性的机构部。具有其他机构部的驱动装置当然也产生与实施例1的驱动装置同样的效果。

<压缩机构部500的变形例子>

在以上的说明中，电动机6的传动轴502经由曲轴503与压缩机构部500的活塞501连接。因此，作为压缩机构部500的一连串工序成为机械角的1周期，其结果是负载扭矩的变动也是机械角的1周期。例如在电动机6的传动轴与曲轴503之间追加了齿轮的情况下，负载扭矩的变动按照机械角的1周期的整数倍而变动。在该情况下，如果预先知道负载扭矩的变动周期，则也能够应用本实施例所记载的内容，能够得到同样的效果。

实施例2

<应用于冰箱的例子>

在本实施例中，说明作为本发明的电动机控制装置的应用例子的冰箱301。

图21表示实施例2的冰箱的结构。另外，在本实施例中，对于赋予与实施例1相同的符号的结构、具有相同的功能的部分，省略说明。

冰箱301具备热交换机302、送风机303、压缩机510、冰箱控制部306。热交换机302通过制冷剂对周期的空气进行冷却。送风机303使通过热交换机302冷却后的空气在冰箱301内循环。压缩机510与实施例1相同，具备电动机6、压缩机构部500。压缩机构部500对制冷剂进行压缩而冷却。电动机6驱动压缩机构部500。

冰箱控制部306具备根据来自设置在冰箱301内的各种传感器的信息控制送风机303、冰箱内灯等的冰箱内控制装置307、控制压缩机驱动用电动机305的电动机控制装置1。电动机控制装置1与实施例相同。

在冰箱301中，由于真空隔热材料等，从冰箱301内向外部大气泄漏的热泄漏量非常少。为了在这样的冰箱301中进一步削减电动机控制装置1的消耗电力量，例如在电力变换电路5中追加升降压变换器81，由此将直流电压控制为最佳值是有效的。本实施例的电动机控制装置1具备电力变换电路5a来代替电力变换电路5。电力变换电路5a在控制直流电压的情况下，也抑制周期性负载变动。由此，提供稳定地控制电动机6的电动机控制装置1。

图22表示实施例2的电力变换电路5a的结构。与电力变换电路5相比，电力变换电路5a还具备升降压变换器81。升降压变换器81具备驱动器电路23a、电容器26、开关元件27、二极管28、电感29。驱动器电路23a按照特定的占空比使开关元件27进行开关使得直流电压源20的电压追随直流电压指令值（Edc*）。电力变换电路5a的直流电压指令值（Edc*）由上位控制***等预先给出，或者根据电压指令振幅（V1*）与电动机6的感应电压的比来决定。

图23表示针对电动机6的转速的效率。该图针对电动机6的转速，表示感应电压82、电动机损耗83、逆变器损耗84、综合效率85。综合效率85是将电动机6的效率和电力变换电路5a的效率相乘所得的效率。电动机6的损耗主要由与电动机电流的平方成正比的铜损83a、在通常区域中与逆变器频率（转速）对应地增加的铁损83b构成。在弱磁场区域中磁通量等价地减少，因此铁损83b减少。铜损83a与铁损83b的比例依赖于电动机6的设计，但例如如该图所示那样，在铁损83b的比例大的电动机6的情况下，在转速进入弱磁场区域的边缘损耗最低。另一方面，电力变换电路5a的效率主要是与电流的平方成正比的损耗。因此，通过电动机6和电力变换电路5a的组合，综合效率85在进入弱磁场区域的边缘损耗最低。因此，在使用本实施例的电力变换电路5a的情况下，通过将电力变换电路5a的直流电压控制为相当于电动机6的感应电压82的值，能够抑制电动机控制装置1的损耗。换言之，电动机控制装置1通过与转速无关地在弱磁场区域附近驱动电动机6，能够实现大的转速范围的电动机控制装置1的高效化。

这样，在不限于高速区域而在大的转速范围内使用弱磁场控制的情况下，本实施例的电动机控制装置1是有效的。这是因为：通过使电压相位与机构部的周期性负载变动同步地变化，不需要在通常区域和弱磁场区域中切换抑制周期性负载变动的电动机控制方法，不会引起切换多个控制时的过渡性问题（电流变动、频率变动等）。

<实施例2的变形例>

图24表示实施例2的控制部和电力变换电路的变形例。该情况下的电动机控制装置1具备控制部2d来代替控制部2，具备电力变换电路5b来代替电力变换电路5a。

与控制部2相比，控制部2d还具备周期扭矩推定部30b。周期扭矩推定部30b与周期扭矩推定部30同样地，根据由电流检测部12检测出的电流信息，推定周期性变动的负载扭矩分量。周期扭矩推定部30b根据需要将推定的负载扭矩的变化乘以增益（Ktrq），得到直流电压指令调整量（ΔVdtrq）。

与电力变换电路5a相比，电力变换电路5b还具备加法器91。加法器91将直流电压指令调整量（ΔVdtrq）加上直流电压指令值（Edc*），从而计算出调整后的直流电压指令值而输入到驱动器电路23a。直流电压指令值（Edc*）由上位控制***等预先给出，或者根据电压指令振幅（V1*）与电动机6的感应电压的比率来决定。

图25表示调整后的直流电压指令值的时间变化。通过该图所示那样的调整后的直流电压指令值的变化，能够抑制弱磁场控制的状态由于周期性负载扭矩的变化而急剧变化的情况。由此，能够维持弱磁场区域附近的电动机6的驱动，实现冰箱301的高效化。另外，在向电力变换电路5b的直流电压源20供给的电压有变动的情况下，其变动的影响（脉动）与直流电压源20的电压重叠。例如在使用单相交流电压源的情况下，根据整流电路的方式、平滑电容器的电容，有时会重叠电源频率的2倍的脉动。

通过使用以上说明的周期扭矩推定部和电压相位调整器的结构例子的任意一个，能够与电动机6的转速无关地，抑制周期性负载变动而稳定地驱动电动机6。由此，在冰箱301中，能够抑制因负载的周期性变动造成的振动、由此产生的噪音。

在以上的实施例中，以反馈控制为前提进行了记载。因此，控制部2检测周期性负载变动而进行控制。但是，例如控制部2预先保存表示周期性负载扭矩的变化的数据，根据该数据运算电压相位调整量、直流电压指令调整量，由此能够得到与上述的实施例相同的效果。

以上的实施例还能够应用于冷冻机、空调机（空气调节装置）等通过电动机驱动机构部的其他驱动装置。

另外，电动机控制装置1能够与电动机6的构造、机械部的方式无关地应用。在上述的实施例中，说明了电动机6是永磁铁电动机的情况，但也可以使用其他电动机（例如感应电机、同步电机、开关磁阻电动机、同步磁阻电动机等）来代替永磁铁电动机。这时，根据电动机的不同，电压指令值生成器的运算方法变化，但除此以外能够同样地应用，能够得到与上述实施例相同的效果。

另外，本发明并不限于上述的实施例，包含各种变形例。例如，上述的实施例是为了容易理解地说明本发明而进行了详细说明的例子，并不限于必须具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，另外也能够向某实施例的结构追加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，能够进行其他的结构的追加、删除、置换。

另外，上述的各结构、功能、处理部、处理步骤等也可以通过例如在集成电路中设计它们的一部分或全部等来用硬件实现。另外，也可以通过由处理器解释并执行实现各个功能的程序，来通过软件实现上述的各结构、功能等。

另外，电动机控制装置1并不限于周期扭矩推定部，也可以具备根据检测出的电流而检测电动机的负载的周期性变动的负载变动检测部。另外，电动机控制装置1并不限于电压相位调整部，也可以具备根据负载的变动控制电力变换电路从而调整交流电的交流电压的相位的调整部。另外，电动机控制装置1并不限于升降压变换器，也可以具备与负载扭矩的变动同步地使直流电压变化的直流电压调整部。

可以如下地表现在以上的实施例中说明的技术。

（表现1）

一种电动机控制装置，具备：

电力变换电路，其将直流电变换为交流电，由此向驱动机构部的电动机供给上述交流电；

电流检测部，其检测流过上述电力变换电路或上述电动机的电流；

负载变动检测部，其根据上述电流，检测上述电动机的负载的周期性变动；

调整部，其通过根据上述变动控制上述电力变换电路，来调整上述交流电的交流电压的相位，其中

上述变动的周期是上述电动机的机械角的1周期的整数倍，

上述交流电压的相位具有相对于上述电动机的磁极位置增加的第一分量和与上述变动同步地变化的第二分量。

（表现2）

一种冰箱，具备：

压缩机构部，其对制冷剂进行压缩；

电动机，其驱动上述压缩机构部；

电力变换电路，其将直流电变换为交流电，由此向上述电动机供给上述交流电；

电流检测部，其检测流过上述电力变换电路或上述电动机的电流；

负载变动检测部，其根据上述电流，检测上述电动机的负载的周期性变动；

调整部，其通过根据上述变动控制上述电力变换电路，来调整上述交流电的交流电压的相位，其中

上述变动的周期是上述电动机的机械角的1周期的整数倍，

上述交流电压的相位具有相对于上述电动机的磁极位置增加的第一分量和与上述变动同步地变化的第二分量。

（表现3）

一种电动机控制方法，包括：

将直流电变换为交流电，由此向驱动机构部的电动机供给上述交流电；

检测流过上述电力变换电路或上述电动机的电流；

根据上述电流，检测上述电动机的负载的周期性变动；

通过根据上述变动控制上述电力变换电路，来调整上述交流电的交流电压的相位，其中，

上述变动的周期是上述电动机的机械角的1周期的整数倍，

上述交流电压的相位具有相对于上述电动机的磁极位置而增加的第一分量和与上述变动同步地变化的第二分量。

以下，说明这些表现中的术语。

符号说明

1：电动机控制装置；2、2a、2b、2c、2d：控制部；3：电压指令值生成器；4：dq/3φ变换器；5、5a、5b：电力变换电路；6：电动机；7、7a：电压相位调整器；8：3φ/dq变换器；9：积分器；10：轴误差运算器；12：电流检测部；13：PLL控制器；14：速度控制器；15a：电流控制器；20：直流电压源；23、23a：驱动器电路；30、30a、30b：周期扭矩推定部；72：弱磁场控制部；81：升降压变换器；301：冰箱；500：压缩机构部；510：压缩机。

Claims (7)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，具备：

电力变换电路，其将直流电变换为交流电，由此向驱动机构部的电动机供给上述交流电；

电流检测部，其检测流过上述电力变换电路或上述电动机的电流；

负载变动检测部，其根据上述电流，检测上述电动机的负载的周期性变动；

调整部，其通过根据上述变动控制上述电力变换电路，来调整上述交流电的交流电压的相位，其中

上述变动的周期是上述电动机的机械角1周期的整数倍，

上述交流电压的相位具有相对于上述电动机的磁极位置增加的第一分量和与上述变动同步地变化的第二分量，

上述电动机的转速是上述电动机的感应电压为上述直流电的直流电压以上的情况下的转速。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

上述调整部在上述变动的周期中的上述负载为预定值以上的期间，将上述交流电压的相位的上述第一分量加上上述第二分量。

3.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，

上述调整部在使用与上述期间对应的上述电动机的旋转角度的范围，而上述电动机的旋转角度在上述范围内的情况下，将上述交流电压的相位的上述第一分量加上上述第二分量。

4.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

还具备：直流电压调整部，其通过根据上述变动控制上述直流电的直流电压，而与上述变动同步地使上述直流电压变化。

5.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

上述第一分量与上述磁极位置成正比地增加。

6.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

上述电力变换电路具有开关元件。

7.一种冰箱，其特征在于，具备：

压缩机构部，其对制冷剂进行压缩；

电动机，其驱动上述压缩机构部；

电力变换电路，其将直流电变换为交流电，由此向上述电动机供给上述交流电；

电流检测部，其检测流过上述电力变换电路或上述电动机的电流；

负载变动检测部，其根据上述电流，检测上述电动机的负载的周期性变动；

调整部，其通过根据上述变动控制上述电力变换电路，来调整上述交流电的交流电压的相位，其中

上述变动的周期是上述电动机的机械角1周期的整数倍，

上述交流电压的相位具有相对于上述电动机的磁极位置增加的第一分量和与上述变动同步地变化的第二分量，

上述电动机的转速是上述电动机的感应电压为上述直流电的直流电压以上的情况下的转速。