CN112219350B - 马达驱动装置、马达驱动装置的控制装置、马达驱动装置的控制方法以及空气调节机 - Google Patents

马达驱动装置、马达驱动装置的控制装置、马达驱动装置的控制方法以及空气调节机 Download PDF

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Abstract

马达驱动装置(10)具有：逆变器(15)，供给交流电流；切换部(17)，切换从逆变器被供给交流电流的1台以上的永久磁铁同步马达(20a、20b)的台数；检测部(19)，检测与供给到所述1台以上的永久磁铁同步马达(20a、20b)的交流电流(iua、iva、iwa)对应的检测值(vRu、vRv、vRw)；以及控制装置(18)，控制逆变器(15)以及切换部(17)，控制装置(18)将过电流切断阈值(THc)设定为与所述台数相应的值(TH1、TH2)，在检测值(vRu、vRv、vRw)为过电流切断阈值(THc)以上时，使逆变器(15)停止向所述1台以上的永久磁铁同步马达(20a、20b)供给交流电流(iua、iva、iwa)。

Description

马达驱动装置、马达驱动装置的控制装置、马达驱动装置的控 制方法以及空气调节机
技术领域
本发明涉及驱动永久磁铁同步马达的马达驱动装置以及具备该马达驱动装置的空气调节机。
背景技术
以往在由马达驱动装置的1个逆变器并行驱动多台马达的情况下，使用通过施加交流电压而无需进行特别的控制就能够驱动的感应马达(例如，参照专利文献1)。在感应马达中产生二次铜损等损耗，所以近年来没有二次铜损且高效的永久磁铁(PM)同步马达广泛普及。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭61-177189号公报(第1图)
发明内容
在驱动PM同步马达的情况下，马达驱动装置的逆变器需要将与转子所具备的永久磁铁的磁极位置相应的电压施加到定子绕组。因而，当1个逆变器对多台PM同步马达施加交流电压时，有时因PM同步马达的特性偏差等而无法使多台PM同步马达的转子在相同的动作点进行动作。在该情况下，有可能在多台PM同步马达的动作电流值中产生偏差，在动作点大幅偏离的PM同步马达中产生失步，在该定子绕组中流过过大的电流。
在PM同步马达中，当在定子绕组中流过过大的电流(即，PM同步马达所固有的不可逆退磁电流值以上的值的电流)时，在永久磁铁中产生不可逆退磁而发生输出转矩的下降以及效率的下降。因此，驱动PM同步马达的马达驱动装置具备过电流保护功能，该过电流保护功能以不使保护电流水平以上的值的电流在PM同步马达中流过的方式使由逆变器进行的电流的供给停止。
但是，如果使马达驱动装置具有切换驱动的PM同步马达的台数的功能并在并行驱动多台PM同步马达时发生失步或者故障，则有可能在PM同步马达中流过不可逆退磁电流值以上的值的电流，在永久磁铁中产生不可逆退磁。
本发明是为了解决上述现有技术的课题而完成的，其目的在于提供能够切换驱动的永久磁铁同步马达的台数，且能够使永久磁铁同步马达不产生不可逆退磁的马达驱动装置以及具备该马达驱动装置的空气调节机。
本发明的一个方案提供一种马达驱动装置，驱动1台以上的永久磁铁同步马达，其中，所述马达驱动装置具有：逆变器，供给交流电流；切换部，切换从所述逆变器被供给所述交流电流的所述1台以上的永久磁铁同步马达的台数；检测部，检测与供给到所述1台以上的永久磁铁同步马达的所述交流电流对应的检测值；以及控制装置，控制所述逆变器以及所述切换部，所述控制装置将过电流切断阈值设定为与所述台数相应的值，在所述检测值为所述过电流切断阈值以上时，使所述逆变器停止向所述1台以上的永久磁铁同步马达供给所述交流电流，在所述台数为1台的情况下，所述控制装置通过将预先决定的第1比率与驱动的所述永久磁铁同步马达的不可逆退磁电流值相乘，计算第1保护电流水平，以供给小于所述第1保护电流水平的所述交流电流的方式，设定第1过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值，在所述台数为两台的情况下，所述控制装置通过将第2比率与驱动的两台永久磁铁同步马达的各个所述永久磁铁同步马达输出最大转矩的电流值相乘，计算第2保护电流水平，以使所述第2保护电流水平以下的值的所述交流电流供给到所述两台永久磁铁同步马达的方式，设定第2过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值。
本发明的其它方案提供一种空气调节机，具有：多个永久磁铁同步马达；以及马达驱动装置，驱动所述多个永久磁铁同步马达中的1台以上的永久磁铁同步马达，所述马达驱动装置具有：逆变器，供给交流电流；切换部，切换从所述逆变器被供给所述交流电流的所述1台以上的永久磁铁同步马达的台数；检测部，检测与供给到所述1台以上的永久磁铁同步马达的所述交流电流对应的检测值；以及控制装置，控制所述逆变器以及所述切换部，所述控制装置将过电流切断阈值设定为与所述台数相应的值，在所述检测值为所述过电流切断阈值以上时，使所述逆变器停止向所述1台以上的永久磁铁同步马达供给所述交流电流，在所述台数为1台的情况下，所述控制装置通过将预先决定的第1比率与驱动的所述永久磁铁同步马达的不可逆退磁电流值相乘，计算第1保护电流水平，以供给小于所述第1保护电流水平的所述交流电流的方式，设定第1过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值，在所述台数为两台的情况下，所述控制装置通过将第2比率与驱动的两台永久磁铁同步马达的各个所述永久磁铁同步马达输出最大转矩的电流值相乘，计算第2保护电流水平，以使所述第2保护电流水平以下的值的所述交流电流供给到所述两台永久磁铁同步马达的方式，设定第2过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值。
根据本发明，能够切换驱动的永久磁铁同步马达的台数，且能够使永久磁铁同步马达不发生不可逆退磁。
附图说明
图1是概略地示出本发明的实施方式1的马达驱动装置(驱动1台PM同步马达时)的结构的图。
图2是概略地示出实施方式1的马达驱动装置(驱动两台PM同步马达时)的结构的图。
图3是示出具备由图1的PM同步马达驱动的风扇的空气调节机的结构的概略图。
图4是示出图1的逆变器的结构的图。
图5是示出过电流切断阈值的设定动作的例子的图。
图6是示出过电流切断阈值的设定处理的流程图。
图7是示出在由实施方式1的马达驱动装置并行驱动两台PM同步马达时在两台PM同步马达的定子绕组中流过的相电流的相位差的图。
图8是示出在由实施方式1的马达驱动装置驱动两台PM同步马达时在两台PM同步马达的定子绕组中流过的相电流的超前角与输出转矩的关系的图。
图9是示出本发明的实施方式2的马达驱动装置(切换部的短路故障发生时)的状态的图。
图10是示出实施方式2的马达驱动装置(过电流切断阈值的变更后)的状态的图。
图11是示出本发明的实施方式3的马达驱动装置(切换部的开路故障发生时)的状态的图。
图12是示出实施方式3的马达驱动装置(过电流切断阈值的变更后)的状态的图。
图13是示出实施方式1～3中的马达驱动装置的控制装置的结构例的功能框图。
图14的(a)～(c)是示出图13的PWM信号生成部的动作的图。
(符号说明)
10、20、30：马达驱动装置；11：交流电源；12：转换器；13：电容器；14：电压检测部；15：逆变器；16：马达电流检测部；17：切换部；18：控制装置；18a：过电流判定部；19：逆变器电流检测部(检测部)；20a：第1PM同步马达；20b：第2PM同步马达；Id：不可逆退磁电流值；Pr：空气调节能力要求值；Pt：空气调节能力阈值；THc：过电流切断阈值；TH1：第1过电流切断阈值；TH2：第2过电流切断阈值；TH3：第3过电流切断阈值；iua、iva、iwa：交流电流(相电流)；ium、ivm、iwm：马达电流(相电流)；vRu、vRv、vRw：检测值。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式的马达驱动装置以及具备该马达驱动装置的空气调节机。实施方式的马达驱动装置为驱动1台以上的永久磁铁(PM)同步马达的装置。各实施方式的结构能够相互组合。以下的实施方式仅仅是例子，能够在本发明的范围内进行各种变更。
《1》实施方式1.
《1-1》结构
图1是概略地示出实施方式1的马达驱动装置10(驱动1台PM同步马达20a时)的结构的图。图2是概略地示出实施方式1的马达驱动装置10(驱动两台PM同步马达20a以及20b时)的结构的图。
如图1以及图2所示，马达驱动装置10通过对切换部17的连接状态进行切换，能够选择驱动1台PM同步马达20a的动作模式(图1)和并行驱动两台PM同步马达20a以及20b的动作模式(图2)中的任意动作模式。马达驱动装置10也可以具有并行驱动3台以上的PM同步马达的动作模式。在以下的说明中，说明驱动的PM同步马达的数量为两台以下的情况。另外，将PM同步马达20a还称为“第1PM同步马达20a”，将PM同步马达20b还称为“第2PM同步马达20b”。
图3是示出具备与图1以及图2所示的第1以及第2PM同步马达20a以及20b分别连结的第1以及第2风扇903以及904的空气调节机900的结构的概略图。如图3所示，空气调节机900具有室外机901、室内机908以及将它们进行连接的制冷剂配管909。作为制冷剂配管909，具备与室外机901所具备的PM同步马达的台数对应的数量的***的制冷剂配管。配置于制冷剂配管909的中途的如阀以及泵等那样的构成制冷剂电路的各种构件是公知的，所以未图示。
第1以及第2PM同步马达20a以及20b例如用于分别驱动空气调节机900的室外机901的第1以及第2风扇903以及904。第1以及第2风扇903以及904例如针对第1以及第2热交换器905以及906而设置，朝向它们送风。在仅第1PM同步马达20a进行动作时，电磁阀907为闭合状态，在第1热交换器905中流过制冷剂。在第1以及第2PM同步马达20a以及20b进行并行动作时，电磁阀907为断开状态，在第1以及第2热交换器905以及906这两方流过制冷剂。第1以及第2PM同步马达20a以及20b进行并行动作，从而空气调节机900的空气调节能力(例如，制冷能力或者制热能力)提高。
如图1以及图2所示，马达驱动装置10具有将从交流电源11输入的交流电压变换为直流电压的转换器12、电容器13、电压检测部14以及供给交流电流的逆变器15。另外，马达驱动装置10具有马达电流检测部16、切换被供给交流电流的PM同步马达的台数即驱动马达数的切换部17、控制逆变器15以及切换部17的控制装置18、以及用于检测与供给的交流电流iua、iva、iwa对应的检测值vRu、vRv、vRw的具备电阻值Ru、Rv、Rw的分流电阻的逆变器电流检测部(还简称为“检测部”)19。分流电阻的位置以及数量不限定于图示的例子。分流电阻只要能够检测与逆变器15输出的交流电流对应的值，就也可以配置于其它位置，或者也可以为1个电阻。
马达电流检测部16将在第1PM同步马达20a中流过的电流ium、ivm、iwm的大小反馈给控制装置18。逆变器电流检测部19例如设置于逆变器15的GND(接地)侧，检测在逆变器15中流过的电流值。逆变器电流检测部19将从逆变器15输出的交流电流的大小反馈给控制装置18。控制装置18根据驱动马达数来设定过电流切断阈值THc的值，在检测值(例如，vRu、vRv、vRw)为过电流切断阈值THc以上时，使逆变器15停止向PM同步马达供给电流iua、iva、iwa。
控制装置18例如既可以由具备执行作为存储于存储器等存储部的软件的程序的CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)的微机(微型计算机)、或者DSP(DigitalSignal Processor，数字信号处理器)等构成，也可以由包括半导体集成电路等的专用的硬件构成。另外，控制装置18也可以为执行程序的微机与专用的硬件的组合。以下，说明控制装置18为微机的情况。
转换器12的输入端子与外部的交流电源11连接，从交流电源11被施加交流电压。转换器12具有整流电路，对从交流电源11输入的交流电压进行整流而生成直流电压。整流电路例如为通过将二极管等整流元件进行桥连接而形成的全波整流电路。电容器13使由转换器12生成的直流电压平滑化而输出直流电压V13。
图4是示出图1的逆变器15的结构的图。如图4所示，逆变器15具有逆变器主电路150和驱动电路180。逆变器主电路150的输入端子与电容器130的电极连接。将把转换器12的输出、电容器130的电极以及逆变器主电路150的输入端子进行连结的线称为直流母线。
逆变器15被控制装置18控制，逆变器主电路150的6个支路的开关元件151～156进行导通、截止动作，生成频率可变且电压可变的三相交流电流，将其供给到PM同步马达20a以及20b。回流用的整流元件161～166分别与开关元件151～156并联连接。
在切换部17为闭合状态时，PM同步马达20a以及20b由逆变器15并行驱动，与逆变器输出端子171、172、173并联连接。
马达电流检测部16检测在将逆变器输出端子171、172、173与第1PM同步马达20a进行连结的线中流过的电流ium、ivm、iwm。此外，马达驱动装置10也可以具备其它马达电流检测部(未图示)，该其它马达电流检测部检测在将逆变器输出端子171、172、173与第2PM同步马达20b进行连结的线中流过的电流i′um、i′vm、i′wm并将检测值输出到控制装置18。由马达电流检测部16检测到的电流ium、ivm、iwm在控制装置18中利用未图示的A/D(Analog toDigital，模数)变换部变换为数字信号而用于控制装置18的内部的处理。
电压检测部14检测输入到逆变器15的直流电压、即电容器13的端子间的直流电压V13。由电压检测部14检测到的电压Vdc在控制装置18中利用未图示的A/D变换部变换为数字信号而用于控制装置18的内部的处理。
控制装置18根据作为检测到的三相电流的马达电流(以下，还称为“相电流”)ium、ivm、iwm以及由电压检测部14检测到的逆变器15的输入电压Vdc，进行逆变器15的输出电压的大小以及频率的控制。为了控制逆变器15，控制装置18生成PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号Sm1～Sm6并供给到逆变器15。
逆变器15除了如上所述具备逆变器主电路150之外，还具备驱动电路180，驱动电路180根据PWM信号Sm1～Sm6来生成驱动信号Sr1～Sr6。逆变器15利用驱动信号Sr1～Sr6来控制开关元件151～156的导通、截止，由此，频率可变且电压可变的三相交流电压被施加到PM同步马达20a以及20b。
PWM信号Sm1～Sm6为逻辑电路的信号电平的大小(0～5[V])的信号，相对于此，驱动信号Sr1～Sr6为具有为了控制开关元件151～156所需的电压电平、例如+15[V]～-15[V]的大小的信号。另外，PWM信号Sm1～Sm6以控制装置18的接地电位为基准电位，相对于此，驱动信号Sr1～Sr6分别以对应的开关元件的负侧的端子(发射极端子)的电位为基准电位。
控制装置18除了进行PM同步马达的通常旋转时(启动后的旋转时)的控制之外，还在PM同步马达启动时进行启动处理。在该启动处理中，进行如下动作：进行在第1以及第2PM同步马达20a以及20b的定子绕组中使直流电流流过的直流励磁而将第1以及第2PM同步马达20a以及20b各自的转子引入到被指定的位置。控制装置18的结构例的详细内容将在后面叙述。
《1-2》动作
控制装置18根据表示由逆变器15以及第1PM同步马达20a(或者逆变器15以及第1以及第2PM同步马达20a以及20b)驱动的空气调节机900(图3)所要求的空气调节能力的空气调节能力要求值Pr，将切换部17的连接状态切换为断开状态或者闭合状态。空气调节能力要求值Pr为基于在空气调节机900中被指定的设定温度、设置有室内机908的室内的温度以及设置有室外机901的室外的温度等各种条件的值。空气调节能力要求值Pr能够用连续地变化的数值(例如，单位[W])表示，但也能够用不连续地变化的数值(例如，需要驱动的PM同步马达的台数)表示。
控制装置18在空气调节能力要求值Pr小于表示当前的空气调节能力的上限的空气调节能力阈值Pt时，以断开状态维持切换部17的连接状态，从而不变更驱动的PM同步马达的台数。控制装置18在空气调节能力要求值Pr为空气调节能力阈值Pt以上时使切换部17的连接状态成为闭合状态，从而使驱动的PM同步马达的台数增加。即，控制装置18在Pr<Pt时使切换部17的连接状态成为断开状态(图1)，在Pr≥Pt时使切换部17的连接状态成为闭合状态(图2)。在图1的例子中，空气调节能力阈值Pt例如为仅使用了1台PM同步马达20a时的空气调节机的空气调节能力的上限值。
图5是示出过电流切断阈值THc的变更动作的图。在图5中，空气调节能力要求值Pr用实线示出，空气调节能力阈值Pt用虚线示出。首先，区间RA中的空气调节能力要求值Pr小于空气调节能力阈值Pt。因而，即使空气调节能力要求值Pr在小于空气调节能力阈值Pt的范围内变化，控制装置18也仍以断开状态维持切换部17的连接状态。
另外，区间RB中的空气调节能力要求值Pr为空气调节能力阈值Pt以上。因而，即使空气调节能力要求值Pr在空气调节能力阈值Pt以上的范围内变化，控制装置18也仍以闭合状态维持切换部17的连接状态。
另外，在区间RA与区间RB之间的区间RC，控制装置18使逆变器15临时地停止交流电流的供给。在区间RC，控制装置18使切换部17的连接状态从断开状态切换为闭合状态，使得能够取得第1以及第2PM同步马达20a以及20b的同步，并驱动第1以及第2PM同步马达20a以及20b，执行满足空气调节能力要求值Pr的强度的空调动作。另外，在将切换部17的连接状态从闭合状态切换到断开状态时，来自逆变器15的交流电流的供给也被停止。
在实施方式1中，在区间RA中由马达电流检测部16检测的马达电流的值与在区间RB由马达电流检测部16检测的马达电流的值大不相同，所以作为用于在第1以及第2PM同步马达20a以及20b中不使不可逆退磁电流值Id以上的值的电流流过的控制方法，需要在区间RA和RB使用互不相同的方法。因此，在实施方式1的马达驱动装置10中，与空气调节能力要求值Pr相匹配地，变更过电流切断阈值THc，以使在PM同步马达中流过的电流的电流值不超过不可逆退磁电流值Id。
换言之，在连接的多台PM同步马达的不可逆退磁电流值Id比能够由逆变器15供给的电流的值小的情况下，有可能会发生由于多台PM同步马达的相位以及驱动状况而在PM同步马达中流过不可逆退磁电流值Id以上的值的电流的状况。实施方式1的马达驱动装置10即使在连接的多台PM同步马达的不可逆退磁电流值Id比能够由逆变器15供给的电流值小的情况下，也能够避免由于多台PM同步马达的相位以及驱动状况而流过不可逆退磁电流值Id以上的值的电流的状况的发生。
图6是示出过电流切断阈值THc的设定处理的流程图。在图6的例子中，根据空气调节能力要求值Pr和空气调节能力阈值Pt来决定过电流切断阈值THc。首先，在步骤S1中，控制装置18获取空气调节能力要求值Pr。空气调节能力要求值Pr例如为由控制装置18根据使用空气调节机的用户输入的值、或者用户输入的温度设定信号等来决定的值。空气调节能力要求值Pr例如也可以为表示驱动的PM同步马达的台数的信息。在接下来的步骤S2中，控制装置18判断空气调节能力要求值Pr是否比空气调节能力阈值Pt小。
在空气调节能力要求值Pr比空气调节能力阈值Pt小的情况(在步骤S2中为是)下，在步骤S3中，控制装置18能够仅通过第1PM同步马达20a的动作来实现由空气调节能力要求值Pr表示的空气调节能力，所以仍以断开状态维持切换部17的连接状态，将过电流切断阈值THc设定为1台PM同步马达的动作时的值即第1过电流切断阈值TH1。在设定第1过电流切断阈值TH1时，从逆变器15供给的交流电流的上限值即保护电流水平(第1保护电流水平)例如为将预先决定的第1比率(例如，小于1的数值)与第1PM同步马达20a的不可逆退磁电流值Id相乘而得到的值。预先决定的第1比率例如为比率0.9即90％。由此，能够在1台PM同步马达的运转时以在第1PM同步马达20a中不流过不可逆退磁电流值Id以上的值的电流的方式进行运转。
在空气调节能力要求值Pr为空气调节能力阈值Pt以上的情况(在步骤S2中为否)下，在步骤S4中控制装置18判断切换部17的连接状态是断开状态(图1)还是闭合状态(图2)。在切换部17的连接状态为闭合状态的情况(在步骤S4中为是)下，在步骤S6中，控制装置18判断为第1以及第2PM同步马达20a以及20b进行动作，将过电流切断阈值THc设定为两台PM同步马达的动作时的值即第2过电流切断阈值TH2。
在切换部17的连接状态为断开状态的情况(在步骤S4中为否)下，在步骤S5中控制装置18判断第1PM同步马达20a是否为动作(即，旋转)过程中。如果第1PM同步马达20a为旋转过程中(在步骤S5中为是)，则在步骤S7中控制装置18停止供给电流，使处理返回到步骤S5，之后使处理进入到步骤S6。在步骤S6中，控制装置18判断为第1以及第2PM同步马达20a以及20b进行动作，将过电流切断阈值THc设定为两台PM同步马达的动作时的值即第2过电流切断阈值TH2。
图7是示出由实施方式1的马达驱动装置10驱动两台PM同步马达时的相电流的相位差的图。如图7所示，第2PM同步马达20b(相电流用实线示出)以跟随第1PM同步马达20a(相电流用虚线示出)的控制的方式进行动作。因此，如图7所示，第1PM同步马达20a的电流与第2PM同步马达20b的电流具有相位差，当相位差为某个值以上时，发生失步。第1PM同步马达20a与第2PM同步马达20b的相电流的电流值之比理想上为1：1。但是，因第1PM同步马达20a与第2PM同步马达20b的特性偏差以及第1PM同步马达20a与第2PM同步马达20b的设置位置的温度环境的差异等而相位差扩大，预计第1PM同步马达20a与第2PM同步马达20b的相电流的电流值之比无法维持1：1的关系。
图8是示出实施方式1的马达驱动装置驱动两台PM同步马达时的PM同步马达的输出转矩和电流的超前角β[度]的图。当在两个PM同步马达的相电流中存在相位差时，在第1PM同步马达20a输出最大转矩的情况(β＝0度)下，第2PM同步马达20b的磁铁转矩如图8那样用β>0度表示。从图8可知，第2PM同步马达20b的输出转矩比第1PM同步马达20a小，所以在第2PM同步马达20b中流过比第1PM同步马达20a大的电流。在此，假定为容许的最大相位差的上限为45度。在存在45度的相位差时，第1PM同步马达20a的输出转矩与第2PM同步马达20b的输出转矩之比为1：因此，为了得到相同的输出转矩，需要使第2PM同步马达20b的相电流成为第1PM同步马达20a的相电流的√2倍(即，约1.414倍)。
假定为第1PM同步马达20a与第2PM同步马达20b的电流值之比为1：当在理想状态下能够驱动最大负荷的电流值为10[A]的情况下，第1PM同步马达20a的能够驱动最大负荷的电流值为10[A]，第2PM同步马达20b的能够驱动最大负荷的电流值为即，以使从逆变器15供给的交流电流的保护电流水平(第2保护电流水平)成为/>的方式决定用于过电流判定部18a的判定的过电流切断阈值THc，从而在产生相位差的情况下也能够在最大负荷条件下继续运转。
此外，各PM同步马达存在制造偏差以及温度偏差，所以也可以对它们进行估计而调整过电流切断阈值THc。
另外，所设定的过电流切断阈值THc需要以使保护电流水平不超过两台PM同步马达(即，第1以及第2PM同步马达20a以及20b)各自的不可逆退磁电流值Id的合计即2×Id[A]的方式进行设定。例如，在Id＝20[A]的情况下，作为从逆变器15供给到两台PM同步马达的电流的上限值的保护电流水平为2×Id[A]＝40[A]以下。
在此，研究如下情况：在用相电流1[A]驱动第1PM同步马达20a、用相电流1[A]驱动第2PM同步马达20b时，1台PM同步马达失步而相电流达到作为保护电流水平的24.14[A]，使逆变器15的运转停止。在该情况下，有可能在动作中的1台PM同步马达中流过最大23.14[A](＝24.14[A]-1[A])的电流。也就是说，有可能会在PM同步马达中流过超过PM同步马达的不可逆退磁电流值Id即20[A]的电流。因而，最好具备单独地检测各PM同步马达的电流值的单元，当在各PM同步马达中流过的相电流超过不可逆退磁电流值Id之前，利用控制装置18使逆变器15停止供给电流，从而防止不可逆退磁。
《1-3》效果
如以上说明，根据实施方式1的马达驱动装置10以及空气调节机，在用1个逆变器15驱动多台PM同步马达的空气调节机中，根据空气调节能力要求值Pr来变更过电流切断阈值THc，从而能够切换由逆变器15驱动的PM同步马达的台数，且能够使PM同步马达不发生不可逆退磁。
另外，根据实施方式1的马达驱动装置10以及空气调节机，相比于具备多个逆变器15的情况，能够使马达驱动装置10的结构简化、低价格化以及小型化。
在每1台的PM同步马达的不可逆退磁电流值Id与运转台数之积比逆变器15的电流容量大的情况下，还能够将逆变器15的电流容量设为保护电流水平。在该情况下，能够保护逆变器15，进而能够得到可靠性高的PM同步马达的马达驱动装置。
另外，不将保护电流水平设定为与多台PM同步马达的台数成比例的值，对于在运转中设想的最大电流考虑因在多台PM同步马达间产生的动作点的偏差而可能产生的电流增加量而设定保护电流水平，从而能够可靠地抑制PM同步马达的不可逆退磁，能够在过负荷时继续运转。
《2》实施方式2.
图9是示出实施方式2的马达驱动装置20(切换部17的短路故障发生时)的状态的图。图10是示出实施方式2的马达驱动装置20(将过电流切断阈值THc从TH1变更为TH2之后)的状态的图。在图9以及图10中，对与图1以及图2所示的构成要素相同或者对应的构成要素附加与图1以及图2所示的符号相同的符号。
实施方式2的马达驱动装置20与实施方式1的马达驱动装置10不同的点在于，在产生切换部17的接点为闭合状态且切换部17无法进行导通、截止动作的短路故障的情况下，适当地设定过电流切断阈值THc，从而能够进行延命运转。短路故障例如有时因切换部17的接点处的熔化而发生。除了该不同点以外，实施方式2与实施方式1相同。在以下的说明中，说明构成切换部17的继电器具备将短路故障的发生通知给控制装置18的故障通知单元的情况。但是，由控制装置18进行的故障的探测方法不被特别限定。
在图9中示出了当在空气调节能力要求值Pr小于空气调节能力阈值Pt时(即，Pr<Pt时)在切换部17发生了短路故障的情况下的马达驱动装置20的状态。在Pr<Pt的情况下，控制装置18例如设定将第1PM同步马达20a的不可逆退磁电流值Id的90％(在图6中的步骤S3中示出)的电流值设为保护电流水平(第1保护电流水平)的第1过电流切断阈值TH1。即，控制装置18将过电流切断阈值THc设定为1台PM同步马达运转时的第1过电流切断阈值TH1。
但是，当在切换部17发生了短路故障的情况下，不论来自控制装置18的指令信号如何，第1PM同步马达20a和第2PM同步马达20b这两方都继续与逆变器15连接。此时，在逆变器电流检测部19中流过与供给到第1PM同步马达20a的电流和供给到第2PM同步马达20b的电流的合计值对应的值的电流。因此，逆变器电流检测部19的检测值所表示的电流值为第1过电流切断阈值TH1以上的电流值，有可能控制装置18使逆变器15停止向第1以及第2PM同步马达20a以及20b供给交流电流，从而空气调节机的运转停止。
为了避免这样的状况的发生，在实施方式2的马达驱动装置20中，如图10所示，控制装置18探测切换部17的短路故障，在控制装置18的过电流判定部18a判定为在逆变器电流检测部19中流过第1过电流切断阈值TH1以上的电流的情况下，控制装置18比较由逆变器电流检测部19检测到的电流的值和从第1PM同步马达20a获取到的由马达电流检测部16检测到的马达电流的电流值。控制装置18判定在由逆变器电流检测部19检测到的电流值与从第1PM同步马达20a获取到的由马达电流检测部16检测到的电流值之间是否存在预先决定的值(例如，两倍)以上的差异。在存在预先决定的值(例如，两倍)以上的差异的情况下，控制装置18判断为发生短路故障，将过电流切断阈值THc变更为两台PM同步马达用的第2过电流切断阈值TH2(图6中的步骤S6所示)。因此，在从切换部17发生短路故障之后至通过修理而短路故障消除时为止的期间，也能够驱动两台PM同步马达20a以及20b，即进行延命运转。
如以上说明，根据实施方式2的马达驱动装置20以及空气调节机，在用1个逆变器15驱动多台PM同步马达的空气调节机中，根据空气调节能力要求值Pr来变更过电流切断阈值THc，从而能够切换由逆变器15驱动的PM同步马达的台数，且能够使PM同步马达不发生不可逆退磁。
另外，根据实施方式2的马达驱动装置20以及空气调节机，即使在发生切换部17的短路故障的情况下，通过将过电流切断阈值THc变更为第2过电流切断阈值TH2，不会发生不可逆退磁而能够进行延命运转。
《3》实施方式3.
图11是示出实施方式3的马达驱动装置30(切换部17的开路故障产生时)的状态的图。图12是示出实施方式3的马达驱动装置30(将过电流切断阈值THc从TH1变更为TH3之后)的状态的图。在图11以及图12中，对与图1以及图2所示的构成要素相同或者对应的构成要素附加与图1以及图2所示的符号相同的符号。
实施方式3的马达驱动装置30与实施方式1的马达驱动装置10不同的点在于，在发生切换部17的接点为断开状态且切换部17的接点不进行导通、截止动作的开路故障的情况下，适当地设定过电流切断阈值THc，从而能够进行延命运转。除了该不同点以外，实施方式3与实施方式1相同。另外，实施方式3的功能也可以应用于实施方式2的装置。在以下的说明中，说明构成切换部17的继电器具备将开路故障的发生通知给控制装置18的故障通知单元的情况。但是，由控制装置18进行的故障的探测方法不被特别限定。
在图11中，示出了当在空气调节能力要求值Pr为空气调节能力阈值Pt以上时(即，Pr≥Pt时)在切换部17发生了开路故障的情况下的马达驱动装置30的状态。在Pr≥Pt的情况下，控制装置18设定有将考虑了第1PM同步马达20a和第2PM同步马达20b的电流相位的电流值设为保护电流水平(第2保护电流水平)的第2过电流切断阈值TH2(在图6中的步骤S6中示出)。
但是，当在切换部17发生了开路故障的情况下，不论来自控制装置18的指令信号如何，都是仅第1PM同步马达20a与逆变器15连接。此时，仅第1PM同步马达20a进行动作，所以无法发挥空气调节能力要求值Pr所表示的空气调节能力。控制装置18为了发挥空气调节能力要求值Pr所表示的空气调节能力，使第1PM同步马达20a的旋转进一步加速，但被供给的交流电流增加，有可能会超过第1PM同步马达20a的不可逆退磁电流值Id。
为了避免这样的状况的发生，在实施方式3的马达驱动装置30中，如图12所示，控制装置18在探测到切换部17的开路故障的情况下，比较由逆变器电流检测部19检测到的电流的电流值和从第1PM同步马达20a获取到的由马达电流检测部16检测到的马达电流ium、ivm、iwm的电流值。控制装置18在由逆变器电流检测部19检测到的电流值与从第1PM同步马达20a获取到的由马达电流检测部16检测到的电流值之差为预先决定的值以内(例如，电流值的差异为10％以内)的情况下，判断为发生开路故障而将过电流切断阈值THc变更为1台PM同步马达用的第1过电流切断阈值TH1(在图6中的步骤S3中示出)。因此，在从切换部17发生开路故障之后至通过修理而开路故障消除时为止的期间，也能够驱动PM同步马达，即进行延命运转。
接下来，说明不可逆退磁电流值Id与空气调节能力要求值Pr相应地发生变化。PM同步马达的转子具备永久磁铁。退磁耐力因永久磁铁的温度特性而变化。关于作为永久磁铁的材料而包含钕等稀土类元素的稀土类磁铁，温度越高，越容易发生不可逆退磁，即，不可逆退磁电流值Id越低。当在空气调节机的室外机中应用了实施方式3的马达驱动装置的情况下，有可能在制冷运转时室外机的温度变高，退磁耐力变得更低。另外，在压缩机等热源附近，有可能PM同步马达的温度变得更高，退磁耐力变低。因此，根据与空气调节机的空气调节能力要求值Pr相匹配的温度数据来计算不可逆退磁电流值Id，从而能够决定适当的过电流切断设定值。特别是在图12所示的开路故障的情况下，为了仅利用第1PM同步马达20a来发挥空气调节能力要求值Pr所表示的空气调节能力，设定与更加接近不可逆退磁电流值Id的值对应的第3过电流切断阈值TH3作为过电流切断阈值THc，从而能够进行补充了能力不足的空调运转。第3过电流切断阈值TH3为与第1过电流切断阈值TH1(＝0.9×Id)对应的值。
如以上说明，根据实施方式3的马达驱动装置30以及空气调节机，在利用1个逆变器15来驱动多台PM同步马达的空气调节机中，根据空气调节能力要求值Pr来变更过电流切断阈值THc，从而能够切换逆变器15驱动的PM同步马达的台数，且能够使PM同步马达不发生不可逆退磁。
另外，根据实施方式3的马达驱动装置30以及空气调节机，即使在切换部17发生了开路故障的情况下，通过变更过电流切断阈值THc，不会发生不可逆退磁而能够进行延命运转。
《4》变形例.
实施方式1～3中的控制装置18例如能够以如下方式构成。图13是示出实施方式1～3中的控制装置18的结构例的功能框图。如图所示，控制装置18具有运转指令部101、减法部102、坐标变换部103、104、第1以及第2马达速度推测部105、106、积分部107，108、电压指令生成部109、脉动补偿控制部110、坐标变换部111以及PWM信号生成部112。
运转指令部101生成并输出马达的转速指令值ωm *。运转指令部101另外生成并输出用于控制连接切换部17的切换控制信号Sw。
减法部102通过从由逆变器电流检测部19检测到的电流(即，U相、V相、W相的相电流)iua、iva、iwa减去第1PM同步马达20a的电流(即，U相、V相、W相的相电流)ium、ivm、iwm，求出第2PM同步马达20b的电流(即，U相、V相、W相的相电流)iu_sl、iv_sl、iw_sl。这利用了第1PM同步马达20a的电流ium、ivm、iwm与第2PM同步马达20b的相电流iu_sl、iv_sl、iw_sl之和等于逆变器的相电流iua、iva、iwa这样的关系。
坐标变换部103使用后述第1PM同步马达20a的相位推测值(磁极位置推测值)θm将第1PM同步马达20a的相电流ium、ivm、iwm从静止三相坐标系坐标变换为旋转二相坐标系而求出第1PM同步马达20a的dq轴电流id_m、iq_m。
坐标变换部104使用后述第2PM同步马达20b的相位推测值(磁极位置推测值)θsl将第2PM同步马达20b的相电流iu_sl、iv_sl、iw_sl从静止三相坐标系坐标变换为旋转二相坐标系而求出第2PM同步马达20b的dq轴电流id_sl、iq_sl。
第1马达速度推测部105根据dq轴电流id_m、iq_m以及后述dq轴电压指令值vd *、vq *来求出第1PM同步马达20a的转速推测值ωm。同样地，第2马达速度推测部106根据dq轴电流id_sl、iq_sl以及dq轴电压指令值vd *、vq *来求出第2PM同步马达20b的转速推测值ωsl。
积分部107通过对第1PM同步马达20a的转速推测值ωm进行积分，求出第1PM同步马达20a的相位推测值θm。同样地，积分部108通过对第2PM同步马达20b的转速推测值ωsl进行积分，求出第2PM同步马达20b的相位推测值θsl。
此外，对于转速以及相位的推测，例如能够使用日本专利第4672236号公报所示的方法，但只要为能够推测转速以及相位的方法，就也可以使用任意的方法。另外，也可以使用直接检测转速或者相位的方法。
电压指令生成部109根据第1PM同步马达20a的dq轴电流id_m、iq_m、第1PM同步马达20a的转速推测值ωm以及脉动补偿电流指令值isl *，计算dq轴电压指令值vd *、vq *。
坐标变换部111根据第1PM同步马达20a的相位推测值θm和dq轴电压指令值vd *、vq *，求出施加电压相位θv，根据施加电压相位θv，将dq轴电压指令值vd *、vq *从旋转二相坐标系坐标变换为静止三相坐标系而求出静止三相坐标系上的电压指令值vu *、vv *、vw *。
施加电压相位θv例如通过如下方式得到：将根据dq轴电压指令值vd *、vq *而通过
θf＝tan-1(vd */vq *)
得到的超前相位角θf与第1PM同步马达20a的相位推测值θm相加。
图14(a)示出相位推测值θm、超前相位角θf以及施加电压相位θv的例子，图14(b)示出由坐标变换部111求出的电压指令值vu *、vv *、vw *的例子。
PWM信号生成部112根据输入电压Vdc和电压指令值vu *、vv *、vw *生成图14(c)所示的PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN。
PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN被供给到逆变器15，用于开关元件的控制。
逆变器15设置有未图示的驱动电路，该驱动电路生成根据PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN生成分别驱动对应的支路的开关元件的驱动信号。
根据上述PWM信号UP、VP、WP、UN、VN、WN来控制逆变器15的开关元件的导通/截止，从而能够从逆变器15输出频率以及电压值可变的交流电压而施加到第1PM同步马达20a以及第2PM同步马达20b。
电压指令值vu *、vv *、vw *在图14(b)所示的例子中为正弦波，但电压指令值也可以为重叠了三次高次谐波的电压指令值，只要能够驱动第1PM同步马达20a以及第2PM同步马达20b，就也可以为任意的波形的电压指令值。
只要电压指令生成部109构成为仅根据dq轴电流id_m、iq_m以及第1PM同步马达20a的转速推测值ωm来生成电压指令，第1PM同步马达20a就适当地被控制，另一方面第2PM同步马达20b只根据为了第1PM同步马达20a而生成的电压指令值进行动作，处于未直接被控制的状态。
因此，第1PM同步马达20a以及第2PM同步马达20b以在相位推测值θm以及相位推测值θsl中伴随误差的状态进行动作，特别是在低速区域显著出现误差。当产生误差时，产生第2PM同步马达20b的电流脉动，有可能会导致第2PM同步马达20b的失步、过大电流所致的放热所引起的损耗恶化。进而，有可能会与过大电流相应地进行电路切断，马达停止，无法驱动负载。
脉动补偿控制部110是为了解决这样的问题而设置的，使用第2PM同步马达20b的q轴电流iq_sl、第1PM同步马达20a的相位推测值θm以及第2PM同步马达20b的相位推测值θsl，输出用于抑制第2PM同步马达20b的电流脉动的脉动补偿电流指令值isl *。
根据第1PM同步马达20a的相位推测值θm和第2PM同步马达20b的相位推测值θsl，判定第1PM同步马达20a与第2PM同步马达20b的相位关系，根据判定结果来决定脉动补偿电流指令值isl *，以抑制与第2PM同步马达20b的转矩电流对应的q轴电流iq_sl的脉动。
电压指令生成部109对来自运转指令部101的第1PM同步马达20a的转速指令值ωm *与第1PM同步马达20a的转速推测值ωm的偏差进行比例积分运算，求出第1PM同步马达20a的q轴电流指令值Iq_m *。
另一方面，第1PM同步马达20a的d轴电流为励磁电流分量，通过使其值变化，能够控制电流相位并且能够以强磁通或者弱磁通驱动第1PM同步马达20a。利用该特性，使先前叙述的脉动补偿电流指令值isl *反映给第1PM同步马达20a的d轴电流指令值Id_m *，从而控制电流相位，由此能够实现脉动的抑制。
电压指令生成部109根据如上所述求出的dq轴电流指令值Id_m *、Iq_m *和由坐标变换部103求出的dq轴电流id_m、iq_m，求出dq轴电压指令值vd *、vq *。即，对d轴电流指令值Id_m *与d轴电流id_m的偏差进行比例积分运算，求出d轴电压指令值vd *，对q轴电流指令值Iq_m *与q轴电流iq_m的偏差进行比例积分运算，求出q轴电压指令值vq *。
此外，关于电压指令生成部109以及脉动补偿控制部110，只要能够实现同样的功能，就也可以为任意的结构。
通过进行如上那样的控制，能够用1台逆变器15驱动第1PM同步马达20a和第2PM同步马达20b，以不使第2PM同步马达20b产生脉动。

Claims (12)

1.一种马达驱动装置，驱动1台以上的永久磁铁同步马达，其中，所述马达驱动装置具有：
逆变器，供给交流电流；
切换部，切换从所述逆变器被供给所述交流电流的所述1台以上的永久磁铁同步马达的台数；
检测部，检测与供给到所述1台以上的永久磁铁同步马达的所述交流电流对应的检测值；以及
控制装置，控制所述逆变器以及所述切换部，
所述控制装置将过电流切断阈值设定为与所述台数相应的值，在所述检测值为所述过电流切断阈值以上时，使所述逆变器停止向所述1台以上的永久磁铁同步马达供给所述交流电流，
在所述台数为1台的情况下，所述控制装置通过将预先决定的第1比率与驱动的所述永久磁铁同步马达的不可逆退磁电流值相乘，计算第1保护电流水平，以供给小于所述第1保护电流水平的所述交流电流的方式，设定第1过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值，
在所述台数为两台的情况下，所述控制装置通过将第2比率与驱动的两台永久磁铁同步马达的各个所述永久磁铁同步马达输出最大转矩的电流值相乘，计算第2保护电流水平，以使所述第2保护电流水平以下的值的所述交流电流供给到所述两台永久磁铁同步马达的方式，设定第2过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值。
2.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其中，
所述第1比率为0.9。
3.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其中，
所述第2比率为2.414。
4.根据权利要求1或者3所述的马达驱动装置，其中，
所述马达驱动装置还具有马达电流检测部，该马达电流检测部检测在驱动的所述永久磁铁同步马达中流过的马达电流的电流值，
所述控制装置在判断为在所述切换部发生了短路故障时，在根据所述检测值而判定为在所述检测部中流过所述第1过电流切断阈值所表示的电流值以上的电流的情况下，比较从所述逆变器供给的电流的电流值和所述马达电流的检测值，
所述控制装置当在从所述逆变器供给的电流的电流值与所述马达电流的电流值之间存在预先决定的值以上的差异的情况下，将所述过电流切断阈值变更为所述第2过电流切断阈值。
5.根据权利要求4所述的马达驱动装置，其中，
存在所述预先决定的值以上的差异的情况为从所述逆变器供给的电流的电流值为所述马达电流的电流值的两倍以上的情况。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的马达驱动装置，其中，
所述控制装置在判断为在所述切换部发生了开路故障时，设定比所述第1过电流切断阈值大的第3过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值。
7.一种空气调节机，具有：
多个永久磁铁同步马达；以及
马达驱动装置，驱动所述多个永久磁铁同步马达中的1台以上的永久磁铁同步马达，
所述马达驱动装置具有：
逆变器，供给交流电流；
切换部，切换从所述逆变器被供给所述交流电流的所述1台以上的永久磁铁同步马达的台数；
检测部，检测与供给到所述1台以上的永久磁铁同步马达的所述交流电流对应的检测值；以及
控制装置，控制所述逆变器以及所述切换部，
所述控制装置将过电流切断阈值设定为与所述台数相应的值，在所述检测值为所述过电流切断阈值以上时，使所述逆变器停止向所述1台以上的永久磁铁同步马达供给所述交流电流，
在所述台数为1台的情况下，所述控制装置通过将预先决定的第1比率与驱动的所述永久磁铁同步马达的不可逆退磁电流值相乘，计算第1保护电流水平，以供给小于所述第1保护电流水平的所述交流电流的方式，设定第1过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值，
在所述台数为两台的情况下，所述控制装置通过将第2比率与驱动的两台永久磁铁同步马达的各个所述永久磁铁同步马达输出最大转矩的电流值相乘，计算第2保护电流水平，以使所述第2保护电流水平以下的值的所述交流电流供给到所述两台永久磁铁同步马达的方式，设定第2过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值。
8.根据权利要求7所述的空气调节机，其中，
所述控制装置接收表示对所述空气调节机要求的空气调节能力的空气调节能力要求值，根据所述空气调节能力要求值来切换所述切换部的连接状态。
9.根据权利要求8所述的空气调节机，其中，
在所述空气调节能力要求值小于表示当前的空气调节能力的上限的空气调节能力阈值时，所述控制装置使所述切换部的连接状态成为断开状态，从而不变更所述台数，
在所述空气调节能力要求值为所述空气调节能力阈值以上时，所述控制装置使所述切换部的连接状态成为闭合状态，从而增加所述台数。
10.根据权利要求9所述的空气调节机，其中，
所述空气调节能力要求值用需要驱动的所述永久磁铁同步马达的台数指定，
所述空气调节能力阈值用当前驱动的所述永久磁铁同步马达的台数指定。
11.一种马达驱动装置的控制装置，控制马达驱动装置，所述马达驱动装置具有：
逆变器，对1台以上的永久磁铁同步马达供给交流电流；
切换部，切换从所述逆变器被供给所述交流电流的所述1台以上的永久磁铁同步马达的台数；以及
检测部，检测与供给到所述1台以上的永久磁铁同步马达的所述交流电流对应的检测值，
所述马达驱动装置的控制装置将过电流切断阈值设定为与所述台数相应的值，在所述检测值为所述过电流切断阈值以上时，以使所述逆变器停止向所述1台以上的永久磁铁同步马达供给所述交流电流的方式控制所述逆变器以及所述切换部，
在所述台数为1台的情况下，通过将预先决定的第1比率与驱动的所述永久磁铁同步马达的不可逆退磁电流值相乘，计算第1保护电流水平，以供给小于所述第1保护电流水平的所述交流电流的方式，设定第1过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值，
在所述台数为两台的情况下，通过将第2比率与驱动的两台永久磁铁同步马达的各个所述永久磁铁同步马达输出最大转矩的电流值相乘，计算第2保护电流水平，以使所述第2保护电流水平以下的值的所述交流电流供给到所述两台永久磁铁同步马达的方式，设定第2过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值。
12.一种马达驱动装置的控制方法，用于控制马达驱动装置，所述马达驱动装置具有：
逆变器，对1台以上的永久磁铁同步马达供给交流电流；
切换部，切换从所述逆变器被供给所述交流电流的所述1台以上的永久磁铁同步马达的台数；以及
检测部，检测与供给到所述1台以上的永久磁铁同步马达的所述交流电流对应的检测值，
在所述马达驱动装置的控制方法中，
将过电流切断阈值设定为与所述台数相应的值，
在所述检测值为所述过电流切断阈值以上时，以使所述逆变器停止向所述1台以上的永久磁铁同步马达供给所述交流电流的方式控制所述逆变器以及所述切换部，
在所述台数为1台的情况下，通过将预先决定的第1比率与驱动的所述永久磁铁同步马达的不可逆退磁电流值相乘，计算第1保护电流水平，以供给小于所述第1保护电流水平的所述交流电流的方式，设定第1过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值，
在所述台数为两台的情况下，通过将第2比率与驱动的两台永久磁铁同步马达的各个所述永久磁铁同步马达输出最大转矩的电流值相乘，计算第2保护电流水平，以使所述第2保护电流水平以下的值的所述交流电流供给到所述两台永久磁铁同步马达的方式，设定第2过电流切断阈值作为所述过电流切断阈值。
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