TWI488424B

TWI488424B - 同步電動機之驅動裝置，及使用其之冷凍裝置、空氣調節機、冰箱，以及同步電動機之驅動方法

Info

Publication number: TWI488424B
Application number: TW101147445A
Authority: TW
Inventors: Shin Miura; Ken Kishita; Rei Kasahara; Yuji Yamamoto
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2015-06-11
Also published as: CN103208961B; CN103208961A; JP5778045B2; TW201342789A; JP2013146162A

Description

同步電動機之驅動裝置，及使用其之冷凍裝置、空氣調節機、冰箱，以及同步電動機之驅動方法

本發明係有關同步電動機之驅動裝置，及使用其之冷凍裝置、空氣調節機、冰箱、以及同步電動機之驅動方法。

同步電動機，是將交流電力供應給定子亦即電樞線圈，以使其產生旋轉磁場，藉由該旋轉磁場與轉子之間產生的吸引力，以規定之同步速度使轉子旋轉。

要適當地驅動同步電動機，必須因應轉子位置，來控制施加於電樞線圈的電壓相位、振幅、及頻率。換言之，在進行同步電動機之控制時，必須檢測或估算轉子的位置。

近年來，所謂無位置感測器(position-sensor less)驅動方式之同步電動機正在開發當中，其不設置用來檢測轉子位置之位置感測器，而是利用驅動用換流器的電流檢測值等來估算轉子位置，再依據所估算之轉子位置來進行同步電動機之控制。

藉由使用無位置感測器驅動方式之同步電動機，不僅能因應各種設置環境，還因省略了位置感測器而有價廉之優點。

不過，有時同步電動機的轉子的軸會因外力或電動機本身的原因而鎖定(以下稱為「軸鎖定」)，或同步電動機中發生失步(Loss of Synchronism)而有旋轉速度異常降低之情況。如前述般，無位置感測器驅動方式，並非直接檢測轉子的位置。是故，當無位置感測器驅動方式之同步電動機發生軸鎖定或失步的情況下，也無法直接檢測出來。

舉例來說，專利文獻1中記載一種旋轉機控制裝置，其具備：旋轉異常指標算出部，算出旋轉異常指標以作為電動機的旋轉異常指標；及判定部，判定同步電動機中是否發生旋轉異常。又，前述判定部，當旋轉異常指標(同步電動機的輸出電力除以輸入電力之值)超過規定臨界值時，便會判定同步電動機發生旋轉異常。

此外，專利文獻2中記載一種同步電動機之控制裝置，其具備：座標變換部，藉由電流檢測手段所檢測之電動機電流，算出激磁電流值；及電壓指令校正手段，算出對同步電動機的電壓指令值校正量，以使該激磁電流值與激磁電流指令值一致。

又，前述控制裝置，係將電壓指令值校正量與預先設定好的規定值加以比較，藉此檢測同步電動機之失步。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2009-65764號公報

[專利文獻2]日本特開2004-64902號公報

然而，專利文獻1記載之發明中，係依據同步電動機的輸入電力與輸出電力之相對關係(比)，來偵測旋轉異常。換言之，專利文獻1記載之發明，並非依據設想有異常狀態之實驗或模擬等所取得之資料來檢測同步電動機的旋轉異常，故可能無法適當地檢測旋轉異常。

此外，專利文獻2記載之發明，其前提是當驅動狀態(亦即旋轉中之狀態)的同步電動機失步時檢測該失步，因此無法檢測起動時(亦即開始旋轉之狀態)之軸鎖定，是其問題。

這是因為，無位置感測器之同步電動機中，在正常旋轉(無位置感測器模式)時，係依據驅動用的換流器電流等來算出軸誤差等，進而能夠估算轉子位置；相對於此，當轉子呈停止狀態而起動時，便無法估算前述轉子位置。

鑑此，本發明之課題即在於提供一種能適當地檢測軸鎖定之同步電動機之驅動裝置，及使用其之冷凍裝置、空氣調節機、冰箱、以及同步電動機之驅動方法。

為解決前述課題，本發明為一種同步電動機之驅動裝置，具備：控制手段，將控制訊號輸出至換流器電路的開關元件，藉此使同步電動機不需位置感測器而驅動；及電流檢測手段，檢測前述換流器電路的輸出電流，或直流側的母線電流，並輸出至前述控制手段；其特徵為：前述控制手段，於前述同步電動機起動時，係依據從前述電流檢測手段輸入之電流值的相關值、及施加於前述同步電動機之電壓所對應之電壓指令值，來算出輸入有效電力，當該輸入有效電力比規定之臨界值還小時，便判斷於前述同步電動機發生了軸鎖定，並停止前述同步電動機之驅動。

藉由本發明，能夠提供一種能適當地檢測軸鎖定之同步電動機之驅動裝置，及使用其之冷凍裝置、空氣調節機、冰箱、以及同步電動機之驅動方法。

適當參照圖面，詳細說明本發明之實施形態。另，各圖中，遇共通部分則標注同一符號，並省略重複說明。

《第一實施形態》〈使用同步電動機的冷凍裝置系統構成〉

以下，說明將本實施形態之同步電動機之驅動裝置用於冷凍裝置的壓縮機等之情形。圖1為使用同步電動機之驅動裝置的冷凍裝置系統構成圖。

如圖1所示，冷凍裝置S具備室內單元Si、及室外單元So。

室內單元Si具備：膨脹閥3、室內熱交換器4、室內風扇4a、輸出入手段6、及室內控制裝置100a。此外，室外單元So具備：壓縮機1、室外熱交換器2、室外風扇 2a、蓄壓器5、及室外控制裝置100b。

此外，壓縮機1、室外熱交換器2、膨脹閥3、室內熱交換器4、及蓄壓器5，係以配管L連接成環狀。此外，在壓縮機1、室外風扇2a、及室內風扇4a，分別內藏有永久磁鐵同步電動機15(參照圖2)。另，以下記載中，將永久磁鐵同步電動機略記為「同步電動機」。

舉例來說，藉由使用者操作，透過輸出入手段6切換成ON，設定冷凍裝置內的溫度，則室內控制裝置100a會使設置於室內風扇4a之同步電動機(參照圖2)以規定之旋轉速度旋轉，室外控制裝置100b則會使分別內藏於壓縮機1及室外風扇2a之同步電動機以規定之旋轉速度旋轉(參照圖1中虛線)。

接著，室外控制裝置100b藉由使壓縮機1的同步電動機(參照圖2)旋轉，而使冷媒朝圖1中實線箭頭所示方向流通，室內控制裝置100a則控制膨脹閥3的開度(孔徑)。如此一來，室內熱交換器4會發揮蒸發器的功能、室外熱交換器2則發揮冷凝器的功能。

另，蓄壓器5設置的目的，在於將冷媒液貯留於其內部，以保護壓縮機1免於液壓縮(liquid compression)。

〈電動機驅動裝置之構成〉

圖2為電動機驅動裝置之電路構成示意說明圖。圖2所示之同步電動機15，為前述壓縮機1、室外風扇2a、及室內風扇4a所連接者，而控制裝置100係為包含室內控制裝置100a及室外控制裝置100b在內的任意控制裝置。

圖2所示之電動機驅動裝置10，係將三相交流電源11供應之交流電壓轉換成直流電壓，又根據來自控制裝置100的指令訊號，轉換成規定振幅、相位、頻率之三相交流電壓。

電動機驅動裝置10具備：整流電路12、平滑電路13、換流器電路14、及控制裝置100。整流電路12中，朝同方向連接之，具備二極體D1，D2的第一整流單元、具備二極體D3，D4的第二整流單元、及具備二極體D5，D6的第三整流單元，係彼此並聯連接。而分別在前述第一整流單元、第二整流單元、第三整流單元中，將從三相交流電源供應之交流電壓加以整流。

平滑電路13具備與整流電路12並聯連接之電容器C1，將在整流電路12經整流之電壓加以平滑化，使成為直流電壓。

此外，電壓感測器16與電容器C1並聯連接，以檢測電容器C1的端子間電壓，並將其電壓值V_st 輸出至控制裝置100。另，當該電壓值V_st 在預先訂定好的規定值以上時，控制裝置100會開始後述之向量控制處理。

另，在向量控制處理相關之圖4中，並未記載電壓值V_st 。

換流器電路14中，具備開關元件S1，S2的第一臂、具備開關元件S3，S4的第二臂、及具備開關元件S5，S6的第三臂，係彼此並聯連接。此外，為防止換向 (commutation)導致開關元件破壞，在各個開關元件S1~S6，係有飛輪二極體(Free Wheeling Diode)D7~D12反並聯連接。

另，圖2所示電動機驅動裝置10中，係使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)來作為開關元件S1~S6。

控制裝置100係將基於PWM控制之指令訊號，分別輸出至開關元件S1~S6的閘極以切換ON/OFF，藉此將對應於各個臂之交流電壓(u相、v相、w相之交流電壓)輸出至同步電動機15。其結果，規定之振幅、相位、頻率的三相交流電壓會輸出至同步電動機15。

此外，在換流器電路14的母線P，係串聯連接有電流感測器(電流檢測手段)17。電流感測器17，例如是利用霍爾元件(未圖示)，檢測流通在換流器電路14的直流側的母線P之電流值I_st ，並輸出至控制裝置100。

接著，控制裝置100，當從電壓感測器16輸入之電壓值V_st 在規定值以上時，會開始基於母線電流檢測值I_st 之向量控制處理，算出對同步電動機15的電壓指令值，再依據PWM控制，控制各開關元件S1~S6的ON/OFF。

圖3為同步電動機之各電樞線圈的電流及電壓、電動機轉子軸、控制系軸示意說明圖。另，以下記載中，有時將電樞線圈略記為「線圈」。

圖3所示之i_u 係表示流入u相線圈15u之電流值，v_u 表示u相線圈之電壓。同樣地，i_v ，v_v 分別表示v相線圈 15v之電流、電壓，i_w ，v_w 分別表示w相線圈15w之電流、電壓。另，u相線圈15u、v相線圈15v及w相線圈15w，係設置成與相鄰線圈的夾角略呈120°。

此外，如圖3所示，將永久磁鐵15M的N極方向定為d軸，從d軸旋轉90°之方向定為q軸，作為電動機轉子軸。如前述般，在進行無位置感測器控制時，其構成係不檢測實際上d軸及q軸位於哪個位置(亦即永久磁鐵15M的N極朝向哪裡)。是故，將估算為d軸之dc軸、及估算為q軸之qc軸，作為控制系軸(旋轉座標系軸)，在該dc軸及qc軸上進行電流控制或速度控制。

像這樣，在無位置感測器控制中，是在控制裝置100內估算控制系軸亦即dc軸及qc軸，故會與實際的d軸及q軸之間產生軸誤差△θ_c 。是故，無位置感測器驅動方式中，會依據從前述電流感測器17(圖2參照)輸入之母線電流的檢測值I_st 等，來控制以使軸誤差△θ_c 收斂至零。

〈控制裝置之構成〉

圖4為控制裝置之向量控制處理相關功能方塊圖。另，以下的向量控制處理，係控制裝置100具備之CPU(Central Processing Unit：未圖示)讀取並部署記憶於記憶手段(未圖示)中之程式，藉此執行。

控制裝置100係藉由dq座標系向量控制，來演算施加於同步電動機15(參照圖2)的電壓指令訊號V_u ，V_v ，V_w ，並依據它們生成PWM控制訊號，輸出至換流器電路 14的各個開關元件S1~S6。

另，控制裝置100除了圖4所示構成之外，還具備「上位控制部」(未圖示)，其因應從輸出入手段6(參照圖1)輸入之訊號、或從軸鎖定檢測部116輸入之異常檢測訊號，來控制後述之旋轉速度指令值ω*等。

圖如圖4所示，控制裝置100具備：電流還原部101、三相/二軸變換部102、軸誤差演算部103、PLL電路104、相位演算部105、減算器106、速度控制部107、d軸電流指令值生成部108、電流指令值演算部109、電壓指令值演算部110、二軸/三相變換部111、驅動電路112、切換器113~115、及軸鎖定檢測部116。

電流還原部101，係將前述母線P(參照圖1)的電流檢測值I_st 作為輸入，根據其瞬時值及換流器電路14(參照圖2)的開關元件S1~S6的ON/OFF訊號，將流通於同步電動機15之u相電流I_u 、v相電流I_v 、及w相電流I_w 加以還原，並輸出至三相/二軸變換部102。

三相/二軸變換部102，係依據三相座標系之還原後的前述電流I_u ，I_v ，I_w 、以及相位演算部105算出之相位估算值θ_dc ，將控制系的dc軸電流I_dc 及qc軸電流I_qc 利用以下所示(式1)、(式2)算出。也就是說，dc軸電流檢測值I_dc 及qc軸電流檢測值I_qc ，會成為從電流感測器(電流檢測手段)17輸入之母線電流值的「相關值」。另，相位估算值θ_dc 後文詳述。此外，(式1)、(式2)所示I_α ，I_β ，係為靜止二相交流座標系(α-β座標系)之各相的電流值。

軸誤差演算部103，係依據dc軸電壓指令值V_dc *、qc軸電壓指令值V_qc *、dc軸電流檢測值I_dc 、qc軸電流檢測值I_qc 、旋轉速度指令值ω1*、及q軸電感設定值L_q *，藉由以下(式3)算出軸誤差△θ_c 。另，dc軸電壓指令值V_dc *、qc軸電壓指令值V_qc *、及旋轉速度指令值ω1*後文詳述。

PLL(Phase Locked Loop)電路104，係利用PI(Proportional Integral)控制器(未圖示)處理，輸出同步電動機15的旋轉速度估算值ω_m ，以使從軸誤差演算部103輸入之軸誤差△θ_c 與軸誤差指令值△θ_c *一致。另，軸誤差指令值△θ_c *為預先記憶在控制裝置100的記憶手段(未圖示)之值(一般為0附近)，例如△θ_c *=0。

相位演算部105，係算出將切換器115所選擇之旋轉速度指令值ω1*積分而得之相位估算值θ_dc ，並分別輸出至三相/二軸變換部102、二軸/三相變換部111。

減算器106，係求出從上位控制部(未圖示)輸入之旋轉速度指令值ω*，與從PLL電路104輸入之旋轉速度估算值ω_m 的差，並輸出至速度控制部107。另，旋轉速度指令值ω*，係因應從遙控器Re(參照圖1)透過接收部(未圖示)接收之設定溫度等，而由控制裝置100所具備之上位控制部(未圖示)決定。

速度控制部107，係使用PI控制器(未圖示)處理，並輸出同步電動機15的q軸電流指令值I_q *2，以使旋轉速度估算值ω_m 與旋轉速度指令值ω*一致(亦即從減算器106輸入的差值成為零)。

d軸電流指令值生成部108，係在後述無位置感測器模式中生成d軸電流指令值I_d *2，透過切換器113輸出至電壓指令值演算部110。

電流指令值演算部109，係在後述定位模式及同步模式中算出d軸電流指令值I_d *1，透過切換器113輸出至電壓指令值演算部110。此外，電流指令值演算部109，係在後述定位模式及同步模式中算出q軸電流指令值I_d *1，透過切換器114輸出至電壓指令值演算部110。

電壓指令值演算部110，係依據dc軸電流檢測值 I_dc 、qc軸電流檢測值I_qc 、dc軸電流指令值I_dc *、qc軸電流指令值I_qc *、及旋轉速度指令值ω1*，算出dc軸電壓指令值V_dc *及qc軸電壓指令值V_qc *。

圖5為控制裝置之電壓指令值演算部功能方塊圖。如圖5所示，電壓指令值演算部110具備：減算器110a，110c、d軸電流控制部110b、q軸電流控制部110d、及向量演算器110e。

減算器110a，係算出透過切換器113(參照圖4)輸入之dc軸電流指令值I_dc *、與從三相/二軸變換部102(參照圖4)輸入之dc軸電流檢測值I_dc 的差，並輸出至d軸電流控制部110b。

d軸電流控制部110b，係利用從減算器110a輸入之dc軸電流指令值I_dc *與dc軸電流檢測值I_dc 的差，算出用於向量演算之第二dc軸電流指令值I_dc **，並輸出至向量演算部110e。

減算器110c，係算出透過切換器114(參照圖4)輸入之qc軸電流指令值I_qc *、與從三相/二軸變換部102(參照圖4)輸入之qc軸電流檢測值I_qc 的差，並輸出至q軸電流控制部110d。

q軸電流控制部110d，係利用從減算器110c輸入之qc軸電流指令值I_qc *與qc軸電流檢測值I_qc 的差，算出用於向量演算之第二qc軸電流指令值I_qc **，並輸出至向量演算部110e。

向量演算部110e，係依據第二dc軸電流指令值I_dc **、第二qc軸電流指令值I_qc **、透過切換器115(參照圖4)輸入之旋轉速度指令值ω1*、及後述之電動機常數，藉由(式4)、(式5)算出dc軸電壓指令值V_dc *及qc軸電壓指令值V_qc *。接著，向量演算部110e會將算出之dc軸電壓指令值V_dc *及qc軸電壓指令值V_qc *，輸出至軸誤差演算部103、二軸/三相變換部111、及軸鎖定檢測部116。

另，(式4)、(式5)中，r*為控制系的電動機線圈電阻設定值、L_d *為同步電動機15的d軸電感設定值、L_q *為同步電動機15的q軸電感設定值、Ke*為控制系的電動機感應電壓常數設定值。

另，前述各個設定值，係預先記憶在控制裝置100的記憶手段(未圖示)。

回到圖4繼續說明。二軸/三相變換部111，係依據從電壓指令值演算部110輸入之dc軸電壓指令值V_dc *和qc軸電壓指令值V_qc *、及從相位演算部105輸入之相位估算值θ_dc ，藉由以下(式6)、(式7)輸出同步電動機15的三相電壓指令值V_u *、V_v *、V_w *。

另，(式6)、(式7)所示V_α ，V_β 係為靜止二相交流座標系(α-β座標系)之各相的電壓值。

驅動電路112，係依據從二軸/三相變換部111輸入之三相電壓指令值V_u *、V_v *、V_w *，生成由PWM控制所得之指令訊號，將前述指令訊號(PWM訊號)輸出至圖2所示各開關元件S1~S6。

如此一來，便能控制同步電動機15之驅動。

另，如前述般，同步電動機15中當轉子(永久磁鐵)呈停止狀態，即起動時，無法估算前述轉子位置。是故，控制裝置100會分階段地執行：「定位模式」，使同步電動機移動(旋轉)至與三相線圈對應之規定位置而進行定位；及「同步模式」，自前述位置逐漸提高速度至同步速度為止；及「無位置感測器模式」，到達同步速度後進行無位置感測器控制。

如圖4所示，定位模式及同步模式中，控制裝置100的切換器113~115中，各個A接點為ON。是故，電流指令值演算部109中算出之d軸電流指令值I_d *1，會透過切換器113而輸入至電壓指令值演算部110。

同樣地，電流指令值演算部109中算出之q軸電流指令值I_q *1，會透過切換器114而輸入至電壓指令值演算部110。

此外，旋轉速度指令值ω*，會透過切換器115而輸入至相位演算部105。

接著，定位模式中，電流指令值演算部109會使d軸電流指令值I_d *1的值逐漸增加，以趨近與同步速度對應之規定值。又，同步模式中，電流指令值演算部109會將d軸電流指令值I_d *1的值維持在前述規定值。另一方面，定位模式及同步模式中，電流指令值演算部109會使q軸電流指令值I_q *1的值成為零。

此外，無位置感測器模式中，控制裝置100的切換器113~115會切換成各個B接點為ON。在此，d軸電流指令值生成部108會生成d軸電流指令值I_d *2，透過切換器113輸出至電壓指令值演算部110。此外，速度控制部107會生成q軸電流指令值I_q *2，透過切換器114輸出至電壓指令值演算部110。

又，透過切換器115，旋轉速度估算值ω_m 會從PLL電路104輸出至相位演算部105。

軸鎖定檢測部116，係依據從電流感測器17(參照圖2)輸入之母線電流值I_st 的相關值，即電流檢測值I_dc 、I_qc ，及施加於同步電動機15之電壓V*_u 、V*_v 、V*_w 所對應之電壓指令值V*_dc 、V*_qc ，算出輸入有效電力Pi。

接著，軸鎖定檢測部116，係當算出之輸入有效電力 Pi比規定臨界值(亦即軸鎖定有效電力判定值P1)還小時，判斷同步電動機15發生了軸鎖定，並將異常檢測訊號Sa輸出至上位控制部(未圖示)。

當從軸鎖定檢測部116輸入了異常檢測訊號Sa時，上位控制部會使旋轉速度指令值ω*的值成為零，藉此停止同步電動機15之驅動。

另，軸鎖定的例子，例如當壓縮機1(參照圖1)為渦卷式壓縮機時，繞動渦卷葉片(未圖示)與固定渦卷葉片(未圖示)可能彼此咬合，導致起動時轉子不會旋轉。

圖6為控制裝置之軸鎖定檢測部功能方塊圖。如圖6所示，軸鎖定檢測部116具備輸入有效電力演算部116a及軸鎖定判定部116b。

軸鎖定檢測部116，係利用圖4所示dc軸電壓指令值V_dc *及qc軸電壓指令值V_qc *、從三相/二軸變換部102輸入之dc軸電流檢測值I_dc 、及qc軸電流檢測值I_qc ，藉由以下所示(式8)算出同步電動機15的輸入有效電力Pi。

此外，假設失步時qc軸電流檢測值I_qc 會變成接近零，那麼可利用dc軸電流檢測值I_dc 的恆常值I_dcd ，藉由以下所示(式9)近似地求出臨界值(亦即軸鎖定有效電力判定值P1)。

另，(式9)中，V_dc 為失步時施加於同步電動機15之d軸電壓、r*為控制系之電動機線圈電阻設定值、ω1*為旋轉速度指令值、Ke為電動機感應電壓設定值、L_d 為d軸電感設定值、L_q 為q軸電感設定值。

此外，dc軸電流檢測值I_dc 的恆常值I_dcd ，為失步時在同步電動機15流通之電流的估算值，係由發生於同步電動機15的電動勢(ω₁ *Ke*)除以電樞線圈的電感(ω₁ *L)之值來近似。

當發生軸鎖定的狀態下起動時，輸入有效電力Pi不會隨時間經過而增大，而會成為比P1還小的值。是故，軸鎖定檢測部116係比較前述(式8)所示輸入有效電力Pi與軸鎖定有效電力判定值P1，當輸入有效電力Pi比軸鎖定有效電力判定值P1還小時，便判斷軸鎖定發生。

圖7為軸鎖定檢測部之處理流程示意流程圖。

步驟S101中，軸鎖定檢測部116會判斷從起動時刻起算是否已經過了規定時間t0。另，同步電動機15之起動，例如係依據從輸出入手段6(參照圖1)輸入之ON訊號來判斷。此外，規定時間t0為預先訂定好的值(例如10sec)，並記憶在記憶手段(未圖示)。

若從起動時刻起算已經過規定時間t0時(S101→Yes)，軸鎖定檢測部116的處理會進入步驟S102。若從起動時刻起算還未經過規定時間t0時(S101→No)，軸鎖定檢測部116會反覆步驟S101之處理。

步驟S102中，軸鎖定檢測部116會利用前述(式8)算出輸入有效電力Pi。步驟S103中，軸鎖定檢測部116會判斷步驟S102中算出之輸入有效電力Pi的值，是否比前述(式9)所示規定之軸鎖定有效電力判定值P1還小。若輸入有效電力Pi的值為軸鎖定有效電力判定值P1以上(S103→No)，軸鎖定檢測部116的處理會進入步驟S104。另一方面，若輸入有效電力Pi的值比軸鎖定有效電力判定值P1還小(S103→Yes)，軸鎖定檢測部116的處理會進入步驟S105。

步驟S104中，控制裝置100會執行控制處理以進行正常運轉。另，所謂「正常運轉」，係表示控制裝置100分階段地執行前述「定位模式」、「同步模式」、及「無位置感測器模式」。

步驟S105中，軸鎖定檢測部116會累加(Increment)次數α的值。另，次數α係表示步驟S103所示不等式成立的連續次數，並記憶在記憶手段(未圖示)。此外，當從遙控器Re(參照圖1)透過接收部(未圖示)輸入停止指令訊號時，軸鎖定檢測部116會將次數α的值重設為零。

步驟S106中，軸鎖定檢測部116會判斷步驟S105中累加之次數α的值，是否等於規定次數α1。另，規定次數α1為預先設定好的值(例如α1=6次)，並記憶在記憶手段(未圖示)。

當次數α的值等於規定次數α1時(S106→Yes)，軸鎖定檢測部116的處理會進入步驟S107。另一方面，當次數α的值不等於規定次數α1時(S106→No)，軸鎖定檢測部116的處理會回到步驟S101。

另，步驟S101中，軸鎖定檢測部116會變成判斷從步驟S106處理完成時刻起算是否經過了時間t0。

步驟S107中，軸鎖定檢測部116會判斷同步電動機15呈軸鎖定狀態，並將異常檢測訊號Sa輸出至上位控制部(未圖示)。

接著，當從軸鎖定檢測部116輸入了異常檢測訊號Sa時，上位控制部會使旋轉速度指令值ω*的值成為零，強制停止同步電動機15之驅動。

〈效果〉

按照本實施形態之同步電動機之驅動裝置，在無位置感測器驅動方式的同步電動機15中，即使起動時發生了軸鎖定，也能檢測有無該軸鎖定，能夠早期停止同步電動機15之驅動。如此一來，例如能防止同步電動機15持續承受過負載狀態，能防止同步電動機15破損等。

此外，例如前述專利文獻1記載之發明中，係分別算出同步電動機15的輸入電力與輸出電力，並依據兩者的相對關係(比)來檢測同步電動機15之異常。

相對於此，本實施形態中係比較輸入有效電力Pi與軸鎖定有效電力判定值P1的大小，藉此檢測同步電動機15的軸鎖定。此處，軸鎖定有效電力判定值P1，可以依據設想有異常狀態之實驗或模擬等所取得之實測值來適當設定。是故，能夠更準確地檢測同步電動機15起動時的軸鎖定。

此外，本實施形態中，於軸鎖定檢測部不需算出輸出電力，相對能夠減輕CPU(未圖示)的處理負擔。

《變形例》

以上已藉由前述實施形態說明了本發明之同步電動機之驅動裝置，但本發明之實施態樣並非由該些記載所限定，而可進行各種變更等。

圖8為設置有同步電動機之驅動裝置的空氣調節機系統構成圖。

如圖8所示，空氣調節機S1具備室內機Si與室外機So，具有進行使設置有室內機Si的室內升溫之「暖氣運轉」、及使室內降溫之「冷氣運轉」等功能。

另，圖8所示構成當中，壓縮機1、室外熱交換器2、室外風扇2a、膨脹閥3、室內熱交換器4、室內風扇4a、蓄壓器5、室內控制裝置100a、及室外控制裝置100b 係與前述實施形態所說明者相同(參照圖1)，故省略說明。

此外，室內控制裝置100a一旦從遙控器Re透過接收部(未圖示)接收到紅外線訊號，便會一面與室外控制裝置100b之間進行相互通訊，一面進行與前述紅外線訊號對應之運轉模式(暖氣運轉、冷氣運轉等)的空調運轉。

舉例來說，藉由使用者操作，從遙控器Re接收到冷氣運轉的指令訊號時，則室內控制裝置100a會使設置於室內風扇4a之同步電動機以規定之旋轉速度旋轉，室外控制裝置100b則會使分別內藏於壓縮機1及室外風扇2a之同步電動機以規定之旋轉速度旋轉(參照圖8中虛線)。

此外，在進行冷氣運轉時，室外控制裝置100b會切換四方閥7，以使室外熱交換器2發揮冷凝器的功能，使室內熱交換器4發揮蒸發器的功能，使冷媒朝圖中實線箭頭所示方向流通，室內控制裝置100a則會控制膨脹閥3的開度(孔徑)。

另，暖氣運轉時，室外控制裝置100b會切換四方閥7，以使冷媒朝圖中實線箭頭所示方向的相反方向流通。另，暖氣運轉及冷氣運轉的各機器功能係為周知，故省略詳細說明。

此外，有關室內控制裝置100a及室外控制裝置100b之處理，係與前述實施形態相同，故省略說明。

另，當室內控制裝置100a檢測到軸鎖定時，亦可將異常檢測訊號輸出至顯示燈，使顯示燈(未圖示)點燈。如此一來，使用者便能知道空氣調節機S中發生了軸鎖定。

此外，前述實施形態中，係使用永久磁鐵同步電動機來作為同步電動機15，但並不限於此。也就是說，例如亦可以具有凸極鐵心之磁阻(Magnetic Reluctance)電動機來作為同步電動機15。

此外，前述實施形態中係使用電流感測器17來檢測母線電流值I_st ，但並不限於此。舉例來說，亦可使用含有分路電阻器(Shunt Resistor)的複數個電阻元件來檢測母線電流值I_st 。

此外，前述實施形態中，係藉由電流感測器17來檢測換流器電路的母線電流值I_st ，並藉由電流還原部101來還原三相電流I_u ，I_v ，I_w ，但並不限於此。舉例來說，亦可分別直接檢測流入同步電動機的電樞線圈15u(參照圖3)之電流I_u 、及流入電樞線圈15v(參照圖3)之電流I_v ，再依據電流I_u ，I_v 之值算出電流I_w 之值。

此外，前述實施形態中，係針對在空氣調節機S的壓縮機1、室外風扇2a、及室內風扇4a設置同步電動機15之情形做說明，但並不限於此。舉例來說，亦可將同步電動機15僅設置在壓縮機1。

此外，前述實施形態中，係說明從三相交流電源11(參照圖2)供應電力，但例如亦可將從單相交流電源或二相交流電源供應之電力以整流電路12(參照圖2)整流，再以平滑電路13(參照圖2)平滑化，使成為直流電力。此外，亦可做成從直流電源供應直流電力。在此情形，會省略圖2所示整流電路12及平滑電路13。

此外，前述實施形態中，當輸入有效電力Pi比軸鎖定有效電力判定值P1還小的狀態連續了α1次時，軸鎖定檢測部116便會判斷同步電動機15發生了軸鎖定，但並不限於此。

舉例來說，亦可做成，當從起動經過規定時間後的輸入有效電力Pi比軸鎖定有效電力判定值P1還小，則軸鎖定檢測部116判斷同步電動機15發生了軸鎖定；換言之，亦可做成只要檢測出Pi<P1的狀態，便立即判斷軸鎖定發生。

此外，控制裝置100除了檢測到軸鎖定情形之外，當檢測到失步等異常狀態時，亦可停止同步電動機15之驅動。

此外，前述實施形態中，係針對使用IGBT來作為換流器電路14的開關元件S1~S6之情形做說明，但並不限於此。舉例來說，作為換流器電路14的開關元件S1~S6，亦可使用MOS-FET(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)或雙極電晶體等。

此外，前述實施形態中，係針對將同步電動機15設置於冷凍裝置S或空氣調節機S1之情形做說明，但並不限於此。舉例來說，亦可將同步電動機15設置於冰箱等。

將同步電動機15設置於冰箱時，如同前述冷凍裝置S(參照圖1)之情形般，係藉由周知之熱泵循環(Heat Pump Cycle)來使冰箱內冷卻。接著，冰箱內的空氣與熱交換器4(參照圖1)中流通的低溫低壓冷媒進行熱交換而放熱，藉此能將前述空氣冷卻。

另，冰箱的熱泵循環及各機器之說明，因與前述實施形態情形重複，故予省略。

此外，亦可將同步電動機設置於洗衣機、烘乾機、或吸塵器。

S‧‧‧冷凍裝置

S1‧‧‧空氣調節機

1‧‧‧壓縮機

2a‧‧‧室外風扇

4a‧‧‧室內風扇

14‧‧‧換流器電路

15‧‧‧同步電動機

16‧‧‧電壓感測器

17‧‧‧電流感測器(電流檢測手段)

100‧‧‧控制裝置

100a‧‧‧室內控制裝置(控制手段)

100b‧‧‧室外控制裝置(控制手段)

S1，S2，S3，S4，S5，S6‧‧‧開關元件

P‧‧‧母線

[圖1]使用本發明一實施形態之同步電動機之驅動裝置的冷凍裝置系統構成圖。

[圖2]電動機驅動裝置之電路構成示意說明圖。

[圖3]同步電動機之各電樞線圈的電流及電壓、電動機轉子軸、控制系軸示意說明圖。

[圖4]控制裝置之向量控制處理相關功能方塊圖。

[圖5]控制裝置之電壓指令值演算部功能方塊圖。

[圖6]控制裝置之軸鎖定檢測部功能方塊圖。

[圖7]軸鎖定檢測部之處理流程示意流程圖。

[圖8]設置有同步電動機之驅動裝置的空氣調節機系統構成圖。

100‧‧‧控制裝置

101‧‧‧電流還原部

102‧‧‧三相/二軸變換部

103‧‧‧軸誤差演算部

104‧‧‧PLL電路

105‧‧‧相位演算部

106‧‧‧減算器

107‧‧‧速度控制部

108‧‧‧d軸電流指令值生成部

109‧‧‧電流指令值演算部

110‧‧‧電壓指令值演算部

111‧‧‧二軸/三相變換部

112‧‧‧驅動電路

113~115‧‧‧切換器

116‧‧‧軸鎖定檢測部

Claims

一種同步電動機之驅動裝置，具備：控制手段，將控制訊號輸出至換流器電路的開關元件，藉此使同步電動機不需位置感測器而驅動；及電流檢測手段，檢測前述換流器電路的輸出電流，或直流側的母線電流，並輸出至前述控制手段；該同步電動機之驅動裝置，其特徵為：前述控制手段，係於前述同步電動機起動時，依據從前述電流檢測手段輸入之電流值的相關值、及施加於前述同步電動機之電壓所對應之電壓指令值，來算出輸入有效電力，當該輸入有效電力比規定之臨界值還小時，便判斷於前述同步電動機發生了軸鎖定，並停止前述同步電動機之驅動。
如申請專利範圍第1項之同步電動機之驅動裝置，其中，前述控制手段，係每隔預先設定好的規定時間，進行前述輸入有效電力與前述臨界值之比較，當前述輸入有效電力比前述臨界值還小之狀態連續了規定次數時，停止前述同步電動機之驅動。
一種冷凍裝置，其特徵為：設置有申請專利範圍第1或2項之同步電動機之驅動裝置。
一種空氣調節機，其特徵為：設置有申請專利範圍第1或2項之同步電動機之驅動裝置。
一種冰箱，其特徵為：設置有申請專利範圍第1或2項之同步電動機之驅動裝置。
一種同步電動機之驅動方法，屬於同步電動機之驅動裝置中使用之驅動方法，該同步電動機之驅動裝置具備：控制手段，將控制訊號輸出至換流器電路的開關元件，藉此使同步電動機不需位置感測器而驅動；及電流檢測手段，檢測前述換流器電路的輸出電流，或直流側的母線電流，並輸出至前述控制手段；該同步電動機之驅動方法，其特徵為：前述控制手段，係於前述同步電動機起動時，依據從前述電流檢測手段輸入之電流值的相關值、及施加於前述同步電動機之電壓所對應之電壓指令值，來算出輸入有效電力，當該輸入有效電力比規定之臨界值還小時，便判斷於前述同步電動機發生了軸鎖定，並停止前述同步電動機之驅動。
如申請專利範圍第6項之同步電動機之驅動方法，其中，前述控制手段，係每隔預先設定好的規定時間，進行前述輸入有效電力與前述臨界值之比較，當前述輸入有效電力比前述臨界值還小之狀態連續了規定次數時，停止前述同步電動機之驅動。