CN103944486A - 马达控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及马达控制装置及其控制方法。本发明的马达控制装置的特征在于，包括：电源供给部，向马达供电；电力元件，根据从上述电源供给部向上述马达供给的电流是否在基准电流值以上，来有选择地切断供给于上述马达的电流；控制部，控制上述电源供给部向上述马达供给的电流的大小；以及负荷扭矩检测部，在上述马达旋转时检测在上述马达产生的负荷扭矩；在上述负荷扭矩检测部检测出的负荷扭矩的最大值为在上述基准电流值下的最大马达输出值以上的情况下，上述控制部控制为能够向上述马达供给的电流的最大值小于上述基准电流值。

Description

马达控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及马达控制装置及其控制方法，更具体而言，涉及用于使单活塞旋转压缩机的振动最小化的马达控制装置及其控制方法。

背景技术

图1是示出现有技术的结构图。

参照图1，现有技术的马达控制装置包括：马达1，向马达1供电的转换器部2，保存扭矩图TP的保存部3，以及控制部10。

此外，上述控制部10包括：速度控制部11，输出指令电流以使马达速度追随指令速度；补偿部12，根据扭矩图TP补偿指令电流大小；电流控制部13，将补偿后的指令电流大小作为指令电流输出；以及电压控制部14，输出指令电压以使流过马达的电流追随指令电流。

现有技术的马达控制装置通过上述结构，如图2A所示改变电流大小来向马达供电，以便产生与对马达作用的负荷扭矩的扭矩图TP对应的马达输出值。通过这种控制，马达被控制成恒速，马达的恒速运行减少振动的产生，减少压缩机的噪音和故障。

但是，现有技术的马达控制装置存在马达处于饱和(Saturation)状态时不能适用的问题。

具体而言，如图2B所示，马达具有能够运行的最大马达输出值，上述饱和(Saturation)是指以扭矩图输入的负荷扭矩中至少一部分区间变得大于最大马达输出值的现象。

即，当作用于马达的负荷扭矩变得过大而在最大马达输出值以上时，为了使马达恒速运行，需要供给比马达所能承受的最大电流值更大的电流。

但是不能向马达供给比最大电流值更大的电流，因此，此时存在不能应用现有技术的马达控制方法的问题。

发明内容

发明所要解决的技术课题

为了解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种在马达处于饱和(Saturation)状态下也能够适用的马达控制装置及其控制方法。

解决问题的技术方案

本发明的实施例的马达控制装置，其特征在于，包括：电源供给部，向马达供电；电力元件，根据从上述电源供给部向上述马达供给的电流是否在基准电流值以上，来有选择地切断供给于上述马达的电流；控制部，控制上述电源供给部向上述马达供给的电流的大小；以及负荷扭矩检测部，在上述马达旋转时检测在上述马达产生的负荷扭矩；在上述负荷扭矩检测部检测出的负荷扭矩的最大值为在上述基准电流值下的最大马达输出值以上的情况下，上述控制部控制为能够向上述马达供给的电流的最大值小于上述基准电流值。

此外，上述马达控制装置的特征在于，在上述负荷扭矩检测部检测出的负荷扭矩的最大值为在上述基准电流值下的最大马达输出值以上的情况下，上述控制部控制为在上述马达旋转一圈期间所发生的马达旋转速度的加速量与上述马达旋转速度的减速量相同。

此外，上述马达控制装置的特征在于，上述控制部包括：电流计算部，根据上述马达旋转速度来计算应供给到上述马达的电流值；最大扭矩比较部，将上述负荷扭矩检测部检测出的负荷扭矩的最大值与上述最大马达输出值进行比较；扭矩补偿计算部，计算为了产生与上述负荷扭矩相应的马达输出值而应向马达供给的电流值；以及校正值计算部，当上述最大扭矩比较部判断为上述负荷扭矩的最大值在上述最大马达输出值以上时，校正上述扭矩补偿计算部计算出的电流值。

此外，上述马达控制装置的特征在于，上述校正值计算部将供给到上述马达的电流的最大值校正为小于上述基准电流值，而且，对上述扭矩补偿计算部计算出的电流值进行校正，使得在上述马达的旋转一圈期间所发生的马达旋转速度的加速量与上述马达旋转速度的减速量相同。

此外，上述马达控制装置的特征在于，在上述负荷扭矩检测部检测出的负荷扭矩的最大值小于在上述基准电流值下的最大马达输出值的情况下，上述校正值计算部对上述扭矩补偿计算部计算出的电流值进行校正，使得能够施加比向上述马达供给的电流值大的电流值，以便产生与上述负荷扭矩对应的马达输出值。

此外，上述马达控制装置的特征在于，在上述马达旋转一圈期间，马达旋转速度发生加速的时间区间为两个；上述校正值计算部校正由上述扭矩补偿计算部计算出的电流值，使得上述马达旋转速度的加速量在两个上述时间区间相同。

此外，上述马达控制装置的特征在于，上述马达是用于使旋转压缩机的滚动活塞旋转的马达。

此外，上述马达控制装置的特征在于，上述电力元件包括熔断器，在向上述马达供给的电流为基准电流值以上时，该熔断器切断电源或断开。

另一方面，本发明的马达控制方法的特征在于，包括：在马达旋转时检测作用于上述马达的负荷扭矩的步骤；判断上述负荷扭矩的最大值是否为在基准电流值下的最大马达输出值以上的步骤，该基准电流值为与上述马达相连接的电力元件的基准电流值；以及在上述负荷扭矩的最大值为上述最大马达输出值以上时，执行校正过的扭矩补偿控制的步骤；上述校正过的扭矩补偿控制包括：控制为在上述马达流动的电流的最大值小于上述基准电流值的步骤，以及控制为在上述马达旋转一圈期间所发生的马达旋转速度的加速量与上述马达旋转速度的减速量相同的步骤。

此外，上述马达控制方法的特征在于，还包括在上述负荷扭矩的最大值小于上述最大马达输出值时，执行扭矩补偿控制的步骤；在上述扭矩补偿控制中，控制向上述马达供给的电流使得产生与上述负荷扭矩相应的马达输出值，以使上述马达恒速旋转。

此外，上述马达控制方法的特征在于，与上述马达旋转一圈相对应的时间区间包括：第一区间，滚动活塞自滑片和上述滚动活塞在吸入侧相会的地点起，旋转而移动至对上述马达作用的负荷扭矩变为上述最大马达输出值的地点为止的时间区间；第二区间，上述滚动活塞自上述负荷扭矩变为上述最大马达输出值的地点起，旋转而移动至使上述负荷扭矩小于上述最大马达输出值的地点为止的时间区间；以及第三区间，上述滚动活塞自上述负荷扭矩变为小于上述最大马达输出值的地点起，旋转而移动至使上述滑片和上述滚动活塞在排出侧相会的地点为止的时间区间；在上述校正过的扭矩补偿控制中，以在上述第二区间内向上述马达供给的电流值小于上述基准电流值的方式进行控制。

此外，上述马达控制方法的特征在于，上述校正过的扭矩补偿控制还包括控制在上述第一区间及上述第三区间内向上述马达供给的电流值大于执行上述扭矩补偿控制时供给到上述马达的电流值的步骤。

此外，上述马达控制方法的特征在于，在上述校正过的扭矩补偿控制中，对供给到上述马达的电流进行控制，使得上述第一区间内的上述马达旋转速度的加速量以及上述第三区间内的上述马达旋转速度的加速量之和等于上述第二区间内的上述马达旋转速度的减速量。

此外，上述马达控制方法的特征在于，上述校正过的扭矩补偿控制还包括：对供给到上述马达的电流值进行控制，使得上述第一区间内的上述马达旋转速度的加速量和上述第三区间内的上述马达旋转速度的加速量相同的步骤。

发明效果

通过本发明，在马达处于饱和(Saturation)状态下也能够减小产生在马达上的振动。

随着产生在马达上的振动减小，噪音减少，能够防止故障，延长寿命。

附图说明

图1是示出现有技术的结构图。

图2A、图2B是用于说明现有技术的问题的图表。

图3是本发明的一例的马达控制装置的结构图。

图4是示出适用了本发明一例马达的单活塞旋转压缩机结构的局部截面立体图。

图5A是示出本发明一例马达控制方法的执行校正的扭矩补偿控制时的负荷扭矩及马达输出值的图表，图5B是示出图5A中负荷扭矩和马达输出值之差的图表。

图6是示出本发明一例的马达控制方法的顺序图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明的一例的马达控制装置的结构进行详细说明。

图3是本发明的一例马达控制装置的结构图，图4是示出适用了本发明一例马达的单活塞旋转压缩机的结构的局部截面立体图，图5A是示出本发明一例马达控制方法的执行校正过的扭矩补偿控制时的负荷扭矩及马达输出值的图表，图5B是示出图5A中的负荷扭矩和马达输出值之差的图表。

参照图3，本发明的一例的马达控制装置包括：马达100，电源供给部200，电力元件300，负荷扭矩检测部400以及控制部500。

上述马达100是一种在被供电时向与马达100连接的其他部件提供旋转力的装置。作为一例，上述马达100可以是使旋转压缩机的滚动（Rolling）活塞旋转的马达。

参照图4，旋转压缩机可以包括：马达100，旋转轴110，滚动活塞120，气缸130，以及滑片（vane）140。马达100与旋转轴110连接，在供电时使旋转轴110旋转，随着旋转轴110的旋转，与旋转轴110连接的滚动活塞120也旋转。此时，上述滚动活塞120与上述旋转轴110偏心结合，因此可随着上述旋转轴110的旋转进行偏心旋转。

上述滚动活塞120在收容于气缸130内部的状态下旋转而压缩气缸130内部的冷媒。滑片140将气缸130分为吸入空间和压缩空间，并配置成接触上述滚动活塞120的外周面。

此外，在上述滚动活塞120旋转的过程中，上述滑片140可进行直线运动。作为一例，以图4为基准，上述滑片140可向左右方向进行直线运动。

在具有如上所述结构的单活塞旋转压缩机产生如下问题：滚动活塞120的压缩行程时，在该滚动活塞120的外周面接触气缸130的内周面而压缩冷媒的过程中，与滚动活塞120结合的旋转轴110产生振动。若将本发明的马达控制装置应用于单活塞旋转压缩机，则能够很好地减小上述振动。

电源供给部200起到向马达100供电的作用。电源供给部200通过后述的控制部500的控制，能够向马达100供应多种大小的电流。

电力元件300位于马达100和电源供给部200之间，在流过基准电流值以上的电流的情况下，起到切断电流的作用。作为一例，电力元件300包括熔断器，在流过基准电流值以上的电流时，该熔断器切断电流或断开。若上述熔断器断开，通过电力元件300的电流供给被切断。在此，上述电力元件300的基准电流值优选为马达100能够承受的电流的最大值以下。

负荷扭矩检测部400起到在马达100旋转时检测在马达100产生的负荷扭矩的作用。负荷扭矩检测部400以滚动活塞110的转角0°～360°为一个周期的扭矩图(TP：torque pattern)的形态检测出马达100上产生的负荷扭矩。此外，作为一个周期检测到的扭矩模式(TP)可保存在保存部(未图示)中。

在由负荷扭矩检测部400检测到的负荷扭矩的最大值为在电力元件300的基准电流值下的最大马达输出值以上时，控制部500控制成向马达100供给的电流的最大值小于上述基准电流值，并使马达10旋转一圈期间所产生的马达旋转速度的加速量与上述马达旋转速度的减速量相同。在此，将上述马达旋转一圈理解为与上述滚动活塞110从转角0°旋转到360°相对应的马达的转数。

具体而言，在与马达旋转一圈对应的时间区间，包括：第一区间Ι，滚动活塞120自滑片140和滚动活塞120在吸入侧相会的地点起，旋转而移动至对马达100作用的负荷扭矩变为最大马达输出值的地点为止的时间区间；第二区间Ⅱ，滚动活塞120自负荷扭矩成为最大马达输出值地点起，旋转而移动至使负荷扭矩小于最大马达输出值的地点为止的时间区间；以及第三区间Ⅲ，滚动活塞120自负荷扭矩变为小于最大马达输出值的地点起，旋转而移动至使滑片140和滚动活塞120在排出侧相会的地点为止的区间。

在此，所谓上述滑片140和滚动活塞120在吸入侧相会的地点是指，与以上述滑片140为基准开始压缩吸入空间的冷媒的时刻相对应的位置。即，可理解为上述滚动活塞120的转角为0°的地点。

此外，所谓上述滑片140和滚动活塞120在排出侧相会的地点是指，与以上述滑片140为基准开始吐出压缩区间的冷媒的时刻相对应的位置。即，可理解为上述滚动活塞120转角为360°的地点。

如图5A的第二区间Ⅱ所示，无论负荷扭矩有多大，控制部500都阻止基准值以上的电流经由供电部200供给到马达100，以确保电力元件300的熔断器不会断开。

在此，电力元件300的基准电流值与图5A中的最大马达输出值相对应。马达输出值是指随着向马达100供给电流而产生的扭矩值，最大马达输出值是指向马达100供给基准电流值时产生的扭矩值。

不过，在第二区间Ⅱ，负荷扭矩的大小变得大于马达输出值的大小，从而马达旋转速度减慢。

控制部500在第一区间Ⅰ和第三区间Ⅲ克服在第二区间Ⅱ减掉的马达旋转速度，从而在一个周期(滚动活塞110的转角0°～360°)内，能够使得马达旋转速度的总减速量与总加速量之和成为0。参照图5A以及图5B，马达旋转速度的总减速量B等于马达旋转速度的总加速量A+C。

通过控制部500的如上所述的控制，在马达100运行多个周期的情况下，也能够维持各周期的马达平均旋转速度相同。

控制部500可包括：电流计算部510，最大扭矩比较部520，扭矩补偿计算部530，以及校正值计算部540。

电流计算部510在输入了马达100的旋转速度时，计算出应向马达100供给的电流。

最大扭矩比较部520起到将由负荷扭矩检测部400检测到的负荷扭矩的最大值与在电力元件300的基准电流值下的最大马达扭矩比较的作用。

扭矩补偿计算部530对由电流计算部510计算的应向马达100供给的电流补偿负荷扭矩来计算出电流的大小。即，将电流的大小计算为使得对马达100作用的负荷扭矩和产生在马达100的马达输出值的大小相对应。

校正值计算部540起到如下作用：在最大扭矩比较部520判断为负荷扭矩的最大值为在电力元件300的基准电流值下的最大马达扭矩以上时，校正由扭矩补偿计算部530计算出的电流值。

更具体而言，校正值计算部540将供给到马达100的电流的最大值校正为小于上述电力元件300的基准电流值，且将扭矩补偿计算部530计算的电流值校正为使得在马达100的旋转一圈期间产生的马达旋转速度的加速量与马达旋转速度的减速量相同。

校正值计算部540为了计算校正值，如图5B所示求出ΔTmin。ΔTmin表示在第一区间Ι以及第三区间Ⅲ中最大马达输出值和实际马达输出值的差值。

参照图5A、图5B说明ΔTmin的计算过程则如下。

计算第二区间Ⅱ的马达旋转速度的减速量B。可根据由负荷扭矩检测部400检测到的负荷扭矩，计算出第二区间Ⅱ的马达旋转速度的减速量B。

之后，将第一区间Ι的马达旋转速度的加速量A以及第三区间Ⅲ的马达旋转速度的加速量C决定为，使得第一区间Ι的马达旋转速度的加速量A和第三区间Ⅲ的马达旋转速度的加速量C之和等于第二区间Ⅱ的马达旋转速度的减速量B。此时，在第一区间Ι和第三区间Ⅲ，计算ΔTmin，使得马达输出值的最小值均等于ΔTmin。

如上所述，在计算出ΔTmin的情况下，图5B所示的负荷扭矩的最大值和马达扭矩的最小值之差即扭矩误差D达到最小，从而所产生的振动可达到最小。

下面，参照附图，对本发明的一例马达控制方法进行详细说明。

图6是示出本发明的一例马达控制方法的顺序图。

参照图6，本发明的一例马达控制方法是在压缩机开始运行时才开始(S100)。

之后，检测对压缩机的马达(参照图3的100)作用的负荷扭矩。在此，负荷扭矩的检测可由负荷扭矩检测部400实现(S200)。

之后，判断负荷扭矩的最大值是否为在电力元件(参照图3中300)的基准电流值下的最大马达输出值以上。S300步骤可由控制部500的最大扭矩比较部520执行(S300)。

若在S300步骤判断为负荷扭矩的最大值为最大马达输出值以上，则对供给于马达100的电流执行校正过的扭矩补偿控制(S400)。

在此，在校正过的扭矩补偿控制中，可包括以如下方式控制的动作：使得流过马达100的电流的最大值小于电力元件300的基准电流值，以使在马达100旋转一圈期间所产生的马达旋转速度的加速量与上述马达旋转速度的减速量相同。

具体而言，在校正过的扭矩补偿控制中，可包括如下动作：控制成在图5B的第一区间Ι以及第三区间Ⅲ供给于马达100的电流值大于执行扭矩补偿控制S500时向马达100供给的电流值的动作。

此外，在校正过的扭矩补偿控制中，可包括如下动作：将供给于马达100的电流控制成使得图5B的第一区间Ι的马达旋转速度的加速量与第三区间Ⅲ的马达旋转速度的加速量之和等于第二区间Ⅱ的马达旋转速度的减速量。

此外，在校正过的扭矩补偿控制中，可包括如下动作：将供给于马达100的电流控制成使得图5B的第一区间Ι的马达旋转速度的加速量和第三区间Ⅲ的马达旋转速度的加速量相同。

即，在马达旋转一圈的过程中，包括执行马达旋转速度的加速的2个时间区间，在上述2个时间区间，可将电流控制成使得上述马达旋转速度的加速相同。

此外，若在S300步骤，判断为负荷扭矩的最大值小于最大马达输出值，则对供给到马达100的电流执行扭矩补偿控制(S500)。

在此，扭矩补偿控制，可将供给到马达100的电流控制成产生与扭矩相应的马达输出值，以确保马达100的恒速旋转。

如上所示，即使在负荷扭矩的最大值大于最大马达输出值的情况(饱和(Saturation)状态)下也能够适用，而且能够减小马达以及压缩机上产生的振动，能够使减少噪音、使故障的发生达到最小。

以上对本发明的较佳实施例进行了说明，但是本发明不限定于上述的特定实施例。即，对于本发明所属技术领域的普通技术人员而言，可在不脱离所附的权利要求书范围的思想和范围的情况下，可对本发明做出很多变更和修改，所有这种适当的变更和修改后的等同技术方案均应视为属于本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种马达控制装置，其特征在于，

包括：

电源供给部，向马达供电，

电力元件，根据从上述电源供给部向上述马达供给的电流是否在基准电流值以上，来有选择地切断供给于上述马达的电流，

控制部，控制上述电源供给部向上述马达供给的电流的大小，以及

负荷扭矩检测部，在上述马达旋转时检测在上述马达产生的负荷扭矩；

在上述负荷扭矩检测部检测出的负荷扭矩的最大值为在上述基准电流值下的最大马达输出值以上的情况下，上述控制部控制为能够向上述马达供给的电流的最大值小于上述基准电流值。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

在上述负荷扭矩检测部检测出的负荷扭矩的最大值为在上述基准电流值下的最大马达输出值以上的情况下，上述控制部控制为在上述马达旋转一圈期间所发生的马达旋转速度的加速量与上述马达旋转速度的减速量相同。

3.根据权利要求2所述的马达控制装置，其特征在于，

上述控制部包括：

电流计算部，根据上述马达旋转速度来计算应供给到上述马达的电流值；

最大扭矩比较部，将上述负荷扭矩检测部检测出的负荷扭矩的最大值与上述最大马达输出值进行比较；

扭矩补偿计算部，计算为了产生与上述负荷扭矩相应的马达输出值而应向马达供给的电流值；以及

校正值计算部，当上述最大扭矩比较部判断为上述负荷扭矩的最大值在上述最大马达输出值以上时，校正上述扭矩补偿计算部计算出的电流值。

4.根据权利要求3所述的马达控制装置，其特征在于，

上述校正值计算部将供给到上述马达的电流的最大值校正为小于上述基准电流值，而且，对上述扭矩补偿计算部计算出的电流值进行校正，使得在上述马达的旋转一圈期间所发生的马达旋转速度的加速量与上述马达旋转速度的减速量相同。

5.根据权利要求4所述的马达控制装置，其特征在于，

在上述负荷扭矩检测部检测出的负荷扭矩的最大值小于在上述基准电流值下的最大马达输出值的情况下，上述校正值计算部对上述扭矩补偿计算部计算出的电流值进行校正，使得能够施加比向上述马达供给的电流值大的电流值，以便产生与上述负荷扭矩对应的马达输出值。

6.根据权利要求4所述的马达控制装置，其特征在于，

在上述马达旋转一圈期间，马达旋转速度发生加速的时间区间为两个，

上述校正值计算部校正由上述扭矩补偿计算部计算出的电流值，使得上述马达旋转速度的加速量在两个上述时间区间相同。

7.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，上述马达是用于使旋转压缩机的滚动活塞旋转的马达。

8.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

上述电力元件包括熔断器，在向上述马达供给的电流为基准电流值以上时，该熔断器切断电源或断开。

9.一种马达控制方法，其特征在于，

包括：

在马达旋转时检测作用于上述马达的负荷扭矩的步骤，

判断上述负荷扭矩的最大值是否为在基准电流值下的最大马达输出值以上的步骤，该基准电流值为与上述马达相连接的电力元件的基准电流值，以及

在上述负荷扭矩的最大值为上述最大马达输出值以上时，执行校正过的扭矩补偿控制的步骤；

上述校正过的扭矩补偿控制包括：

控制为在上述马达流动的电流的最大值小于上述基准电流值的步骤，以及

控制为在上述马达旋转一圈期间所发生的马达旋转速度的加速量与上述马达旋转速度的减速量相同的步骤。

10.根据权利要求9所述的马达控制方法，其特征在于，

还包括在上述负荷扭矩的最大值小于上述最大马达输出值时，执行扭矩补偿控制的步骤，

在上述扭矩补偿控制中，控制向上述马达供给的电流使得产生与上述负荷扭矩相应的马达输出值，以使上述马达恒速旋转。

11.根据权利要求10所述的马达控制方法，其特征在于，

与上述马达旋转一圈相对应的时间区间包括：

第一区间，滚动活塞自滑片和上述滚动活塞在吸入侧相会的地点起，旋转而移动至对上述马达作用的负荷扭矩变为上述最大马达输出值的地点为止的时间区间，

第二区间，上述滚动活塞自上述负荷扭矩变为上述最大马达输出值的地点起，旋转而移动至使上述负荷扭矩小于上述最大马达输出值的地点为止的时间区间，以及

第三区间，上述滚动活塞自上述负荷扭矩变为小于上述最大马达输出值的地点起，旋转而移动至使上述滑片和上述滚动活塞在排出侧相会的地点为止的时间区间；

在上述校正过的扭矩补偿控制中，以在上述第二区间内向上述马达供给的电流值小于上述基准电流值的方式进行控制。

12.根据权利要求11所述的马达控制方法，其特征在于，

上述校正过的扭矩补偿控制还包括控制在上述第一区间及上述第三区间内向上述马达供给的电流值大于执行上述扭矩补偿控制时供给到上述马达的电流值的步骤。

13.根据权利要求11所述的马达控制方法，其特征在于，

在上述校正过的扭矩补偿控制中，对供给到上述马达的电流进行控制，使得上述第一区间内的上述马达旋转速度的加速量以及上述第三区间内的上述马达旋转速度的加速量之和等于上述第二区间内的上述马达旋转速度的减速量。

14.根据权利要求11所述的马达控制方法，其特征在于，

上述校正过的扭矩补偿控制还包括：对供给到上述马达的电流值进行控制，使得上述第一区间内的上述马达旋转速度的加速量和上述第三区间内的上述马达旋转速度的加速量相同的步骤。