空調(diào)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的空調(diào)機包括：室外風扇（10），其設置于室外機（3）；永久磁鐵同步電動機（7），其驅(qū)動室外風扇（10）；逆變器（14），其以直流電源（5）作為電源對永久磁鐵同步電動機（7）施加電壓；逆變器控制單元（19），其控制逆變器（14）的輸出電壓；以及分流電阻（15），其連接于直流電源（5）與逆變器（14）之間。逆變器控制單元（19）在逆變器（14）的停止期間室外風扇（10）因外力而旋轉(zhuǎn)的情況下，通過對室外風扇（10）的旋轉(zhuǎn)進行制動的制動序列（22）使逆變器（14）動作之后，通過對室外風扇（10）進行動力運行驅(qū)動的驅(qū)動序列（23）使逆變器（14）動作。
【專利說明】空調(diào)機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及空調(diào)機。

【背景技術(shù)】
[0002] 在驅(qū)動電動機的控制方法中存在下述技術(shù)：在緊急停止時，以預先設定的比例使 驅(qū)動電動機的功率晶體管的上側(cè)晶體管同時打開或下側(cè)晶體管同時打開，來停止或維持電 動機（例如參照專利文獻1)。
[0003] 此外，還存在下述技術(shù)：基于在永久磁鐵同步電動機強制性地被旋轉(zhuǎn)的情況下所 產(chǎn)生的再生電壓值，使逆變器與永久磁鐵同步電動機的線間短路，由此防止因再生電壓而 導致的逆變器的損壞（例如參照專利文獻2)。
[0004] 專利文獻1 :日本特開2007-37382號公報
[0005] 專利文獻2 :日本特開2009-284747號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在上述專利文獻1所示的技術(shù)中，雖然通過使功率晶體管的上側(cè)晶體管或下側(cè)晶 體管同時打開而使電動機線間短路來獲得制動力，但是如果轉(zhuǎn)速非常高或者轉(zhuǎn)速非常低則 制動力會下降，例如對于由于外力施加了一定的轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)的電動機，無法使其完全停止。 此外，在以規(guī)定的比率使其打開的情況下，存在逆變器的直流電壓因反復打開、關(guān)閉而升壓 以至于電路損壞的可能性。進而，在使打開比率為100%的情況下，會因打開而產(chǎn)生瞬變電 流，在使用永久磁鐵同步電動機的情況下，就存在因產(chǎn)生不可逆退磁而引起電動機的效率 下降的可能性。
[0007] 此外，在上述專利文獻2所示的技術(shù)中，通過使逆變器的下臂導通（0N)和斷開 (OFF)，來反復進行開路、短路，并且通過逐漸增大短路的比率，來使永久磁鐵同步電動機的 線間短路，進行保護以避免來自再生電壓的危害。然而，如果逆變器的上臂發(fā)生短路故障， 則在短路的比率較小的情況下，由于下臂的導通時間短，所以即使流過短路電流，保護電路 也無法反應，而存在逆變器損壞的可能性。此外，在該專利文獻2所示的技術(shù)中，雖然為了 避免來自再生電壓的危害而使永久磁鐵同步電動機的線間短路，不過在產(chǎn)生使逆變器損壞 的再生電壓的情況下，由于永久磁鐵同步電動機進行高速旋轉(zhuǎn)，電感分量增加并且功率因 數(shù)變差，因此在使線間短路時無法獲得較大的制動力。也就是說，即使使永久磁鐵同步電動 機的線間短路，也無法使永久磁鐵同步電動機停止，由于長時間維持短路狀態(tài)而流過短路 電流。因此，除了逆變器元件因發(fā)熱而損壞、永久磁鐵同步電動機因發(fā)熱而產(chǎn)生絕緣不良、 不可逆退磁以外，還有可能因短路時的制動力而引起轉(zhuǎn)子破損等。
[0008] 本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于提供一種空調(diào)機，在空調(diào)機的室外風扇 因外力而旋轉(zhuǎn)的情況下，能夠安全且可靠地對永久磁鐵同步電動機進行制動，并且能夠可 靠地轉(zhuǎn)換成動力運行驅(qū)動。
[0009] 為了解決上述課題而實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明涉及的空調(diào)機是室內(nèi)機和室外機分離 的空調(diào)機，其包括：室外風扇，其設置于室外機；永久磁鐵同步電動機，其驅(qū)動上述室外風 扇；逆變器，其以直流電源作為電源對上述永久磁鐵同步電動機施加電壓；逆變器控制單 元，其控制上述逆變器的輸出電壓；以及電流檢測單元，其連接于上述直流電源與上述逆變 器之間，其中，上述逆變器控制單元，在上述逆變器的停止期間上述室外風扇因外力而旋轉(zhuǎn) 的情況下，通過對上述室外風扇的旋轉(zhuǎn)進行制動的制動序列使上述逆變器動作之后，通過 對上述室外風扇進行動力運行驅(qū)動的驅(qū)動序列使上述逆變器動作。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明涉及的空調(diào)機，由于在室外風扇因外力而旋轉(zhuǎn)的情況下通過制動動作 使旋轉(zhuǎn)減少后轉(zhuǎn)換成動力運行驅(qū)動，所以能夠起到可靠且迅速地轉(zhuǎn)換成動力運行驅(qū)動的效 果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是表示實施方式中的空調(diào)機的圖。
[0012] 圖2是表示逆變器控制單元的結(jié)構(gòu)的圖。
[0013] 圖3是表示位置速度檢測單元的動作的圖。
[0014] 圖4是表示PWM輸出單元的結(jié)構(gòu)的圖。
[0015] 圖5是表示PWM輸出單元的動作的圖。
[0016] 圖6是表示永久磁鐵同步電動機的線間短路時的轉(zhuǎn)矩和電流的轉(zhuǎn)速特性的圖。
[0017] 圖7是表示永久磁鐵同步電動機的線間短路時的電流特性的圖。
[0018] 圖8是表示永久磁鐵同步電動機的線間短路時的dq軸電流特性的圖。
[0019] 圖9是表示用于抑制永久磁鐵同步電動機的線間短路時的瞬變電流的動作的圖。
[0020] 圖10是表示抑制永久磁鐵同步電動機的線間短路時的瞬變電流的另一動作的 圖。
[0021] 圖11是表示抑制了永久磁鐵同步電動機的線間短路時的瞬變電流的情況下的電 流特性的圖。
[0022] 圖12是表示抑制了永久磁鐵同步電動機的線間短路時的瞬變電流的情況下的dq 軸電流特性的圖。
[0023] 圖13是制動序列的流程圖。
[0024] 圖14是表示無負荷時的電角頻率ω與最佳提前角Θ f的關(guān)系的圖。
[0025] 圖15是表示強風時的電角頻率ω與最佳提前角Θ f的關(guān)系的圖。
[0026] 符號說明
[0027] 1空調(diào)機
[0028] 2室內(nèi)機
[0029] 3室外機
[0030] 4制冷劑管道
[0031] 5直流電源
[0032] 6驅(qū)動電路
[0033] 7永久磁鐵同步電機
[0034] 8 定子
[0035] 9 轉(zhuǎn)子
[0036] 10室外風扇
[0037] 11制冷循環(huán)系統(tǒng)
[0038] 12a?12f 開關(guān)元件
[0039] 13a?13f 續(xù)流二極管
[0040] 14逆變器
[0041] 15分流電阻
[0042] 16磁極位置檢測單元
[0043] 17直流電壓檢測單元
[0044] 18保護電路
[0045] 19逆變器控制單元
[0046] 20位置速度檢測單元
[0047] 21 PWM輸出單元
[0048] 22制動序列
[0049] 23驅(qū)動序列
[0050] 24、26加減法計算器
[0051] 25電壓控制單元
[0052] 27三相電壓指令生成單元
[0053] 28三角波生成單元
[0054] 29比較器
[0055] 30反相器
[0056] 31 PWM輸出許可單元

【具體實施方式】
[0057] 下面，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式涉及的空調(diào)機進行說明。此外，本發(fā)明不限 于以下所示的實施方式。
[0058] 實施方式1
[0059] 圖1是表示本發(fā)明的實施方式中的空調(diào)機1的結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，本實施方 式中的空調(diào)機1構(gòu)成為，室內(nèi)機2和室外機3由制冷劑管道4連接，室外機3通過以直流電 源5的直流電壓Vdc為電源的驅(qū)動電路6,對永久磁鐵同步電動機7的定子8施加電壓來產(chǎn) 生旋轉(zhuǎn)磁場使轉(zhuǎn)子9旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，由此使與轉(zhuǎn)子9連接的室外風扇10旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生風，并且將 風送到制冷循環(huán)系統(tǒng)11的未圖示的熱交換器進行熱交換，由此進行制冷和制熱運轉(zhuǎn)。
[0060] 驅(qū)動電路6包括：逆變器14,其由開關(guān)元件12a?12f和續(xù)流二極管13a?13f構(gòu) 成；分流電阻15,其設置在直流電源5與逆變器14之間；磁極位置檢測單元16,其檢測永 久磁鐵同步電動機7的轉(zhuǎn)子9的磁極位置；直流電壓檢測單元17,其檢測直流電源5的電 壓；保護電路18,其基于分流電阻15的電壓檢測流過逆變器14的電流來進行保護；以及逆 變器控制單元19,其通過基于各檢測值輸出用于驅(qū)動逆變器14的開關(guān)元件12a?12f的 PWM(Pulse Width Modulation,脈寬調(diào)制），來控制施加于永久磁鐵同步電動機7的電壓。
[0061] 如圖2所示，逆變器控制單元19具有位置速度檢測單元20、PWM輸出單元21、制動 序列22和驅(qū)動序列23。位置速度檢測單元20基于磁極位置信號Hu、Hv、Hw輸出磁極位置 Θ和電角頻率ω，制動序列22基于電角頻率ω輸出使永久磁鐵同步電動機7的線間開路 或短路的PWM模式，并且輸出反復開路和短路的時間的比率（DUTY，占空比）。驅(qū)動序列23 基于電角頻率ω輸出電角頻率指令ω *、提前角Θ f和用于驅(qū)動電動機的PWM模式。PWM 輸出單元21基于保護信號、直流電壓Vdc、磁極位置Θ、電角頻率ω、電角頻率指令ω *、 提前角 Θ f、PWM 模式和 DUTY，輸出 PWM 信號（UP、VP、WP、UN、VN、WN)。
[0062] 接著，使用圖3對位置速度檢測單元20的動作進行說明。例如在使用霍爾傳感器 作為磁極位置檢測單元16的情況下，從磁極位置檢測單元16輸出信號，該信號與永久磁鐵 同步電動機7的轉(zhuǎn)子9的磁極位置相應地每隔大約180 [deg]重復HIGH(= 1)和LOW(= 0)，并且在UVW相之間，相位彼此相差120度。U相的從上升沿開始到上升沿為止的期間為 1電周期，其間每隔作為微機等的離散時間的控制周期Ts進行計數(shù)。這里，如果計數(shù)為發(fā)生 了 η次，則1電周期可表示為nXTs，取其倒數(shù)就能夠求出電頻率，進而通過乘以2 π能夠得 到永久磁鐵同步電動機7的電角頻率ω。此外，通過用永久磁鐵同步電動機7的極對數(shù)除 該電角頻率ω，還能夠求出機械角頻率。
[0063] 接著，說明在將U相的霍爾傳感器輸出Hu的上升沿設定為0度的情況下求取磁極 位置Θ的方法。在將U相的霍爾傳感器輸出Hu的上升沿設定為0度的情況下，設（Hu、Hv、 Hw) = (1，0，1)的情況為 0[deg]，設（1，0,0)為 60[deg]，……，設（0, 0, 1)為 300 [deg]來 檢測0h。由于0h呈階梯狀，所以通過基于如上所述求出的電角頻率ω求取每隔控制周 期Ts相加的角度并與0h相加，能夠如圖3所示那樣，得到從0[deg]到360[deg]為止線 性變化的磁極位置Θ。
[0064] 接著，說明PWM輸出單元21。圖4是表示PWM輸出單元21的結(jié)構(gòu)的圖，具有加減 法計算器24、電壓控制單元25、加減法計算器26、三相電壓指令生成單元27、三角波生成單 元28、比較器29、反相器30、以及PWM輸出許可單元31。
[0065] 在加減法計算器24中，求取電角頻率指令ω *與電角頻率ω之差，在電壓控制 單元25中，例如用以比例積分控制為代表的控制方法求取電壓指令V *。此外，在加減法 計算器26中，將提前角與磁極位置Θ相加，求取作為逆變器14的通電相位的電壓相 位Θ V。
[0066] 三相電壓指令生成單元27基于電壓指令V *、直流電壓Vdc和電壓相位θ ν，利用 下式（1)?（3)，求取三相電壓指令

【權(quán)利要求】
1. 一種空調(diào)機，其是室內(nèi)機和室外機分離的空調(diào)機，其特征在于，包括： 室外風扇，其設置于室外機； 永久磁鐵同步電動機，其驅(qū)動所述室外風扇； 逆變器，其以直流電源作為電源對所述永久磁鐵同步電動機施加電壓； 逆變器控制單元，其控制所述逆變器的輸出電壓；以及 電流檢測單元，其連接于所述直流電源與所述逆變器之間，其中， 所述逆變器控制單元，在所述逆變器的停止期間所述室外風扇因外力而旋轉(zhuǎn)的情況 下，通過對所述室外風扇的旋轉(zhuǎn)進行制動的制動序列使所述逆變器動作之后，通過對所述 室外風扇進行動力運行驅(qū)動的驅(qū)動序列使所述逆變器動作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)機，其特征在于： 所述驅(qū)動序列，基于所述制動序列動作期間的所述室外風扇的轉(zhuǎn)速信息，使所述逆變 器的輸出電壓和通電相位變化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的空調(diào)機，其特征在于： 所述驅(qū)動序列，在所述制動序列動作期間的所述室外風扇的轉(zhuǎn)速高的情況下，使起動 時的施加電壓和通電相位增加。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)機，其特征在于： 所述制動序列，設定有制動開始時的占空比即開始時占空比和制動結(jié)束時的占空比即 結(jié)束時占空比，并且基于在從所述開始時占空比到所述結(jié)束時占空比的期間以隨著制動控 制的經(jīng)過而短路時間變長的方式設定的占空比的信息，進行使所述永久磁鐵同步電動機的 線間開路和短路的控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空調(diào)機，其特征在于： 從所述開始時占空比到所述結(jié)束時占空比為止的增加量，在所述開始時占空比的輸出 時大，越靠近所述結(jié)束時占空系數(shù)的輸出時越小。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空調(diào)機，其特征在于： 所述制動序列，根據(jù)電流檢測單元的電流檢測速度設定所述開始時占空比。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的空調(diào)機，其特征在于： 在所述電流檢測速度慢的情況下，以使短路的時間變長的方式設定所述開始時占空 比。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空調(diào)機，其特征在于： 以在所述制動序列結(jié)束時一直為短路動作的方式設定所述結(jié)束時占空比。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)機，其特征在于： 所述制動序列，在所述室外風扇的轉(zhuǎn)速沒有被制動到驅(qū)動許可轉(zhuǎn)速以下的情況下停止 制動，經(jīng)過規(guī)定時間后再次進行制動。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)機，其特征在于： 所述制動序列，在所述室外風扇的轉(zhuǎn)速為制動許可轉(zhuǎn)速以上的情況下，判斷為所述室 外機能夠充分地進行熱交換而轉(zhuǎn)換成待機動作，在所述室外風扇的轉(zhuǎn)速成為所述制動許可 轉(zhuǎn)速以下的情況下進行制動動作。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)機，其特征在于： 構(gòu)成所述逆變器的半導體開關(guān)元件中的、與所述直流電源的正側(cè)或負側(cè)連接的一方由 常通型開關(guān)元件構(gòu)成，所述制動序列將所述逆變器維持在停止狀態(tài)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)機，其特征在于： 所述制動序列，在所述室外風扇的轉(zhuǎn)速被制動到驅(qū)動許可轉(zhuǎn)速以下而完成制動的情況 下，結(jié)束所述制動序列，轉(zhuǎn)移到所述驅(qū)動序列。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)機，其特征在于： 構(gòu)成所述逆變器的半導體開關(guān)元件由寬禁帶半導體形成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)機，其特征在于： 在所述逆變器中，僅在所述短路動作時電流流過的路徑中使用寬禁帶半導體。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的空調(diào)機，其特征在于： 所述寬禁帶半導體是碳化硅、氮化鎵或金剛石。
【文檔編號】F24F11/02GK104145418SQ201280071151
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月7日
【發(fā)明者】畠山和德, 山川崇, 楠部真作, 津村晃弘 申請人:三菱電機株式會社