JP2005090466A - Compressor drive mechanism and refrigerator using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ回路によりコンプレッサのモータを駆動するコンプレッサの駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a compressor driving device that drives a compressor motor by an inverter circuit.
従来より、冷蔵庫のコンプレッサの駆動源として、レシプロ式コンプレッサが用いられている。 Conventionally, a reciprocating compressor has been used as a drive source for a compressor of a refrigerator.
この種のコンプレッサとしては、モータの回転軸と一体のクランクピンからクランクを延在させ、このクランクとシリンダ室に収容されるピストンとをボールジョイント機構部を介して連結させ、ボールジョイント機構部は、クランクの端部に一体的に設けられるボールと、ピストンに設けられボールを摺動自在に抱持するボール受け座とからなり、前記モータを回転させて、ピストンをシリンダ室で報復運動させて冷媒を圧縮する(例えば、特許文献1参照)。 As this type of compressor, a crank is extended from a crank pin integrated with a rotating shaft of a motor, and the crank and a piston accommodated in a cylinder chamber are connected via a ball joint mechanism. A ball integrally provided at the end of the crank, and a ball receiving seat provided on the piston for slidably holding the ball, and rotating the motor to cause the piston to retaliate in the cylinder chamber. A refrigerant | coolant is compressed (for example, refer patent document 1).
ところで、このようなコンプレッサのモータを制御する場合に、モータの回転子の位置を検出する必要がある。そのため、ホールICなどの位置検出素子を用いれば、回転子の確実に位置検出ができるが、コストがかかることとなる。そこで、通常のインバータ制御においては、二相通電により起動させているために、通電していない他の一相により生じた誘起電力によって位置検出をすることができるセンサレス制御を行っている。
しかし、ベクトル制御においては、三相を同時に通電させてシャント抵抗によって回転子の位置を検出しているので、モータの起動時に所定速度に達するまでは、モータの回転子の位置が正確に捉えられないため、起動時には回転子が前記の所定速度に達した後に速度制御を開始している。 However, in vector control, the rotor position is detected by shunt resistance by energizing the three phases simultaneously, so that the motor rotor position can be accurately captured until the motor reaches a predetermined speed when the motor is started. Therefore, the speed control is started after the rotor reaches the predetermined speed at the time of activation.
しかし、6スロット4極のブラシレスDCモータには、モータ1回転の中に電気的な制御位置が180°対称に2ヶ所存在するため、回転子の停止位置次第で次の起動時に回転子が2ヶ所のどちらから起動するかわからないという問題点がある。 However, in a 6-slot, 4-pole brushless DC motor, there are two electrical control positions symmetrically within 180 ° in one rotation of the motor, so that there are two rotors at the next start-up depending on the stop position of the rotor. There is a problem that you don't know where to start from.
また、上記コンプレッサは1回転することでピストンによる圧縮動作を行っているため回転中の位置により回転子にかかるトルクが常に変動している。そのため、コンプレッサの吸込口と吐出口に圧力差がある状態でコンプレッサを起動する場合において、稀に起動に失敗するという問題点がある。 Further, since the compressor performs the compression operation by the piston by making one rotation, the torque applied to the rotor always varies depending on the position during rotation. Therefore, in the case where the compressor is started in a state where there is a pressure difference between the suction port and the discharge port of the compressor, there is a problem that the start rarely fails.
そこで、本発明は、前記問題点を解決するため、起動失敗のないコンプレッサの駆動装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a compressor drive device that does not fail to start in order to solve the above-described problems.
本発明は、三相のブラシレスDCモータで回転するレシプロ式のコンプレッサと、凝縮器と、蒸発器を少なくとも有する冷凍サイクルを備え、前記コンプレッサによって冷媒を圧縮して前記蒸発器を冷却するコンプレッサの駆動装置において、前記ブラシレスDCモータの固定子巻線へ三相の駆動電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路へPWM信号を供給するPWM回路と、前記三相の駆動電流を検知する駆動電流検知手段と、前記検知した三相の駆動電流に基づいて、前記ブラシレスDCモータの回転子の磁束に対応した電流成分であるd軸電流と、前記ブラシレスDCモータのトルクに対応した電流成分であるq軸電流とに変換するdq変換手段と、前記変換したd軸電流とq軸電流と外部から入力する速度指令信号に基づいて、基準q軸電流と基準d軸電流を出力する制御手段と、前記基準q軸電流と基準d軸電流とを、基準q軸電圧と基準d軸電圧に変換する電圧変換手段と、前記変換した基準q軸電圧と基準d軸電圧を三相電圧に変換して前記PWM回路へ出力する三相変換手段と、前記コンプレッサのピストンの位置と圧縮上死点と下死点を結ぶ線を基準として40°から50°回転した位置である起動初期位置に、前記ブラシレスDCモータの回転子を回転移動させる初期パターン出力手段と、前記起動初期位置から前記コンプレッサを起動させる起動手段と、を有することを特徴とするコンプレッサの駆動装置である。 The present invention includes a reciprocating compressor that is rotated by a three-phase brushless DC motor, a condenser, and a refrigeration cycle having at least an evaporator, and driving the compressor that cools the evaporator by compressing refrigerant by the compressor. In the apparatus, an inverter circuit that supplies a three-phase drive current to a stator winding of the brushless DC motor, a PWM circuit that supplies a PWM signal to the inverter circuit, and a drive current detection that detects the three-phase drive current And a d-axis current, which is a current component corresponding to the magnetic flux of the rotor of the brushless DC motor, and a current component corresponding to the torque of the brushless DC motor, based on the detected three-phase drive current Dq conversion means for converting into shaft current, and the converted d-axis current, q-axis current, and speed command signal inputted from outside A control means for outputting a reference q-axis current and a reference d-axis current; a voltage conversion means for converting the reference q-axis current and the reference d-axis current into a reference q-axis voltage and a reference d-axis voltage; Three-phase conversion means for converting the converted reference q-axis voltage and reference d-axis voltage into a three-phase voltage and outputting it to the PWM circuit, and a line connecting the position of the piston of the compressor and the compression top dead center and bottom dead center Initial pattern output means for rotationally moving the rotor of the brushless DC motor to an initial start position that is a position rotated from 40 ° to 50 ° as a reference; and an start means for starting the compressor from the initial start position. This is a compressor driving device.
本発明であると、コンプレッサの起動時のブラシレスDCモータの回転子の起動初期位置に移動させることにより、正弦波インバータによる起動においてコンプレッサの吸込口と吐出口に圧力差がある状態においてもコンプレッサが起動でき、最適な冷凍サイクル制御を行える。 According to the present invention, by moving the rotor of the brushless DC motor to the initial start position at the start of the compressor, the compressor can be operated even when there is a pressure difference between the suction port and the discharge port of the compressor at the start by the sine wave inverter. It can be started and optimal refrigeration cycle control can be performed.
この起動初期位置としては、コンプレッサのピストンの位置と圧縮上死点と下死点を結ぶ線を基準として40°から50°回転した位置、特に45°の位置が好適である。 As the starting initial position, a position rotated by 40 ° to 50 ° with respect to a line connecting the position of the piston of the compressor and the compression top dead center and the bottom dead center, particularly a position of 45 ° is preferable.
そして、このコンプレッサの駆動装置は、冷蔵庫の冷凍サイクルに用いるのが好適である。 The compressor driving device is preferably used in a refrigeration cycle of a refrigerator.
請求項1に係る発明は、三相のブラシレスDCモータで回転するレシプロ式のコンプレッサと、凝縮器と、蒸発器を少なくとも有する冷凍サイクルを備え、前記コンプレッサによって冷媒を圧縮して前記蒸発器を冷却するコンプレッサの駆動装置において、前記ブラシレスDCモータの固定子巻線へ三相の駆動電流を供給するインバータ回路と、前記インバータ回路へPWM信号を供給するPWM回路と、前記三相の駆動電流を検知する駆動電流検知手段と、前記検知した三相の駆動電流に基づいて、前記ブラシレスDCモータの回転子の磁束に対応した電流成分であるd軸電流と、前記ブラシレスDCモータのトルクに対応した電流成分であるq軸電流とに変換するdq変換手段と、前記変換したd軸電流とq軸電流と外部から入力する速度指令信号に基づいて、基準q軸電流と基準d軸電流を出力する制御手段と、前記基準q軸電流と基準d軸電流とを、基準q軸電圧と基準d軸電圧に変換する電圧変換手段と、前記変換した基準q軸電圧と基準d軸電圧を三相電圧に変換して前記PWM回路へ出力する三相変換手段と、前記コンプレッサのピストンの位置と圧縮上死点と下死点を結ぶ線を基準として40°から50°回転した位置である起動初期位置に、前記ブラシレスDCモータの回転子を回転移動させる初期パターン出力手段と、前記起動初期位置から前記コンプレッサを起動させる起動手段と、を有することを特徴とするコンプレッサの駆動装置である。
The invention according to
請求項2に係る発明は、前記ブラシレスDCモータが、三相4極であることを特徴とする請求項1記載のコンプレッサの駆動装置である。
The invention according to
請求項3に係る発明は、前記起動初期位置が、前記ピストンの位置と圧縮上死点と下死点を結ぶ線を基準として45°回転した位置であることを特徴とする請求項1記載のコンプレッサの駆動装置である。
The invention according to
請求項4に係る発明は、前記冷凍サイクルは、冷蔵庫の冷凍サイクルであることを特徴とする請求項1から3の中で少なくとも一項に記載のコンプレッサの駆動装置である。
The invention according to
(実施形態)
以下、本発明の一実施形態の冷蔵庫1を説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, the
(1)冷蔵庫1の構成
まず、冷蔵庫1の構成について図6と図7に基づいて説明する。
(1) Structure of
図6は、本実施形態を示す冷蔵庫1の断面図で、図7は冷蔵庫1の冷凍サイクルである。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
冷蔵庫1のキャビネットは、断熱箱体9と内箱8で形成され、断熱仕切壁2によって冷蔵温度帯30と冷凍温度帯31に区画され、両温度帯30、31の冷気は完全に独立し、各冷気が混合することのない構造となっている。
The cabinet of the
冷蔵温度帯30の庫内は冷蔵仕切板3によって冷蔵貯蔵室4と野菜室5とに仕切られ、冷凍温度帯31の庫内は第1冷凍室6と第2冷凍室7から成り、各室はそれぞれ開閉ドア4a、5a、6a、7aを有している。また、冷蔵貯蔵室4には、庫内温度を検知するための温度センサ(以下、Rセンサという)34と、脱臭装置35が配されている。
The inside of the refrigerated
野菜室5の背面には冷蔵室蒸発器10と冷蔵室冷却ファン11が配置され、冷蔵室冷却ファン11は庫内温度変動やドア開閉によって任意に運転される。そして、冷蔵貯蔵室4の背面は、冷気を冷蔵温度帯30内に供給するための冷気循環路18となっている。冷凍室蒸発器12の下部には、除霜ヒータ26が配されてれいる。
A
冷凍室蒸発器12と冷凍室冷却ファン13は第1及び第2冷凍室6、7の背壁に配置され、冷気を循環することで第1及び第2冷凍室6、7が冷却される。
The
冷蔵庫1の背壁下部の機械室14には、図7に示すように冷凍サイクルを構成するコンプレッサ15、凝縮器21がそれぞれ配置され、コンプレッサ15から吐出された可燃性冷媒は、凝縮器21を通った後、切替弁22の冷媒切換機構によって冷媒流路が交互に切り替えられて冷凍モードと冷蔵モードを交互に実現できる。
As shown in FIG. 7, a
切替弁22の一方の出口には冷蔵キャピラリーチューブ23と冷蔵室蒸発器10が順次接続され、切替弁22の他方の出口には冷凍キャピラリーチューブ24と冷凍室蒸発器12が順次接続され、冷凍室蒸発器12にアキュームレータ16が接続されている。
The refrigerating
上記構成の冷蔵庫1によれば、切替弁22によって冷媒流路が切り替わり、冷凍温度帯31冷却時の冷凍モードでは、可燃性冷媒が冷凍キャピラリーチューブ24で減圧されて冷凍室蒸発器12に入り、冷凍温度帯31を冷却した後、再びコンプレッサ15に戻る。
According to the
一方、冷蔵温度帯30冷却時の冷蔵モードでは、可燃性冷媒は冷蔵キャピラリーチューブ23で減圧され、冷蔵室蒸発器10に入り、冷蔵温度帯30を冷却した後、冷凍室蒸発器12を通って再びコンプレッサ15に戻る冷凍サイクルを構成する。
On the other hand, in the refrigerating mode at the time of cooling in the refrigerating
冷凍モード時の可燃性冷媒は、冷凍キャピラリーチューブ24、冷凍室蒸発器12、アキュームレータ16の順で流れ、冷凍室冷却ファン13の運転によって冷気が庫内を循環し、第1及び第2冷凍室6、7の冷却が行われる。
The combustible refrigerant in the freezing mode flows in the order of the freezing
冷蔵モード時は、切替弁22が切り替わり、冷媒流路が冷凍温度帯31側から冷蔵温度帯30側に切り替わると可燃性冷媒は冷蔵室蒸発器10に流れ、冷蔵室ファン11の運転によって冷蔵貯蔵室4と野菜室5を冷却する。
In the refrigeration mode, when the
(2)冷蔵庫1の電気系統の構造
冷蔵庫1の電気系統の構造について、図8のブロック図に基づいて説明する。
(2) Structure of the electric system of the
図8に示すように、コンプレッサ15を駆動する三相のブラシレスDCモータ(以下、コンプモータという)28と、このコンプモータ28を駆動する駆動装置(以下、コンプ駆動装置という)32と、このコンプ駆動装置32を制御する冷蔵庫1の主制御部33とから構成されている。さらに、主制御部33には、各部屋4,5,6,7のドア4a〜7aにそれぞれ設けられたドアスイッチ4b〜7bが接続されている。さらに、主制御部33には、脱臭装置35、除霜ヒータ26、Rセンサ34が接続されている。
As shown in FIG. 8, a three-phase brushless DC motor (hereinafter referred to as a “comp motor”) 28 that drives the
まず、コンプ駆動装置32の構造について説明する。
First, the structure of the
コンプ駆動装置32は、インバータ回路42と、整流回路44と、交流電源46と、PWM形成部48と、AD変換部50と、dq変換部52と、速度検出部54と、速度指令出力部56と、速度PI制御部58と、q軸電流PI制御部60と、d軸電流PI制御部62と、三相変換部64と、初期パターン出力部66より構成されている。
The
コンプレッサ15を回転させるコンプモータ28は、上記したように三相のブラシレスDCモータである。このコンプモータ28の三相(u相、v相、w相)の固定子巻線40u,40v,40Wにインバータ回路42が三相の駆動電流を流す。
The
このインバータ回路42は、6個のパワースイッチング半導体であるトランジスタTr1〜Tr6より構成されたフルブリッジインバータ回路である。なお、図では示されていないが、このスイッチングトランジスタTr1〜Tr6に対して並列に逆方向にダイオードが接続されている。また、スイッチングトランジスタT1とTr4に直列に駆動電流を検知するための検知抵抗R1が接続され、スイッチングトランジスタTr2とTr5に直列に検知抵抗R2が接続され、スイッチングトランジスタTr28とTr6に直列に検知抵抗R28が接続されている。 The inverter circuit 42 is a full bridge inverter circuit composed of transistors Tr1 to Tr6 which are six power switching semiconductors. Although not shown in the figure, a diode is connected in reverse to the switching transistors Tr1 to Tr6 in parallel. A detection resistor R1 for detecting a drive current is connected in series to the switching transistors T1 and Tr4, a detection resistor R2 is connected in series to the switching transistors Tr2 and Tr5, and a detection resistor R28 is connected in series to the switching transistors Tr28 and Tr6. Is connected.
整流回路44は商用電源(AC100V)である交流電源46から交流電圧が供給され、これを整流してインバータ回路42に供給する。
The rectifier circuit 44 is supplied with an AC voltage from an
PWM形成部は、6個のスイッチングトランジスタTr1〜Tr6のゲート端子に、PWM信号を供給する。PWM形成部48は、後から説明する三相の電圧Vu,Vv,Vwに基づいてパルス幅変調を行い、所定のタイミングで各スイッチングトランジスタTr1〜Tr6をON/OFFする。
The PWM forming unit supplies a PWM signal to the gate terminals of the six switching transistors Tr1 to Tr6. The
AD変換部50は、シャント抵抗R1,R2,R28における電圧値を検知して、各相の電圧値をアナログ値からデジタル値に変換し、三相の駆動電流Iu,Iv,Iwを出力する。
The
dq変換部52は、AD変換部50から出力された駆動電流Iu,Iv,Iwを、磁束に対応した電流成分であるd軸(direct-axis)の電流Idと、コンプモータ28のトルクに対応した電流成分であるq軸(quadrature-axis)の電流Iqに変換する。
The
この変換方法は、(1)式に示すように、三相のIu,Iv,Iwを二相のIα,Iβに変換する。この三相の電流と二相の電流との関係を表したベクトル図が図9である。
冷蔵庫1の主制御部33では、dq変換部52から送られてきたq軸電流Iqに基づいて速度指令信号Sを出力する。
The main control unit 33 of the
速度指令出力部56は、主制御部33からの速度指令信号Sと、速度検出部54からの回転速度ωに基づいて基準回転速度ωrefを出力する。基準回転速度ωrefは、現在の回転速度ωと共に速度PI制御部58に入力される。
The speed
速度PI制御部58では、基準回転速度ωrefと現在の回転速度ωとの差分量に基づいてPI制御を行い、基準q軸電流Iqrefと基準d軸電流Idrefを出力し、現在のq軸電流Iqと現在のd軸電流Idと共にq軸電流PI制御部60とd軸電流PI制御部62にそれぞれ出力する。
The speed
q軸電流PI制御部60では、PI制御を行うと共に電流/電圧変換を行い、基準q軸電圧Vqを出力する。
The q-axis current
d軸電流PI制御部62では、PI制御を行うと共に電流/電圧変換を行い、基準d軸電圧Vdを出力する。
The d-axis current
三相変換部64では、基準d軸電圧Vdと基準q軸電圧Vqを、まず二相の電圧に(3)式に基づいて変換する。
以上のコンプ駆動装置32によれば、検知したd軸電流Idとq軸電流Iqに基づいて回転速度を検知し、この回転速度ωと、主制御部からの速度指令信号Sに基づいてフィードバック制御を行い、速度指令信号Sに合わせた回転速度ωrefでコンプモータ28が回転するようにPWM形成部48からPWM信号をインバータ回路42に出力する。インバータ回路42はこれに基づいて、三相の駆動電流をコンプモータ28の三相の固定子巻線40に出力する。
According to the
そして、初期パターン出力部66は、コンプレッサ15の起動時の起動モータ定数が設定されており、起動時はこの設定された起動モータ定数により起動特性が決まる。設定されている起動モータ定数としては、回転初期位置θinit、起動加速速度ωinit、始動d軸電流Idinit、始動q軸電流Iqinitであり、起動加速速度ωinitは速度指令出力部56に出力され、回転初期位置θinitは、dq変換部52に出力され、始動d軸電流Idinit、始動q軸電流Iqinitは、速度PI制御部58に出力される。この起動時の制御については、後から説明する。
The initial
(3)コンプレッサ15の構造と動作状態
(3−1)コンプレッサ15の構造
次に、レシプロ式密閉型のコンプレッサ15の構造について、図1〜図4に基づいて説明する。
(3) Structure and Operation State of Compressor 15 (3-1) Structure of
図1は、コンプレッサ15を縦断面にした正面図を示す。
FIG. 1 shows a front view of the
圧縮流体である冷媒は、上記したように自然の可燃性冷媒であるイソブタン(R600a)である。 The refrigerant that is a compressed fluid is isobutane (R600a) that is a natural combustible refrigerant as described above.
コンプレッサ15の縦型の密閉ケース101内の上下方向ほぼ中間部には、フレーム102がスプリング102aを介して弾性的に支持されている。フレーム102の上部側には圧縮機構部103が載設され、下部側にはコンプモータ28が設けられている。圧縮機構部103は、いわゆるレシプロ式圧縮機構が採用されている。
A
フレーム102の中心部に沿って枢支用孔102bが設けられ、主軸である回転軸105が回転自在に嵌め込まれている。回転軸105の上端部には、フレーム102上面に摺動自在に載る鍔部105aが一体に設けられ、鍔部105aの上部には、回転軸105の中心軸とは所定量偏心する中心軸をもったクランクピン105bが連設されている。そのため、回転軸105が回転駆動すると、鍔部105aはフレーム102上面で摺接状態で回転し、かつ、クランクピン105bは回転軸105中心の周囲に沿って偏心回転する。
A pivot hole 102b is provided along the center of the
圧縮機構部103は、フレーム102上面に載設され、軸方向を水平に向けたシリンダ106を備えられている。このシリンダ106の内部は、ピストン107が往復動自在に収容されるシリンダ室108である。ピストン107には、クランク109の一端がボールジョイント機構部110を介して連結されている。クランク109の他端には、クランクピン105bに回転自在に嵌め合う端部111が設けられている。
The
ボールジョイント機構部110について説明する。クランク109の一端にはボール112が一体的に設けられている。その一方で、ピストン107内部にはボール受け座113が設けられている。このボール受け座113は、ボール112を回動自在に抱持している。これにより、クランクピン105bの偏心回転に伴い、クランク109がボールジョイント機構部110を支点として揺動運動をなすことができ、ピストン107はシリンダ106内において往復運動する。
The ball
また、シリンダ106の開口端は、弁機構115によって閉塞され、かつ、バルブカバー116で覆われる。バルブカバー116には、内部を二分する仕切り部が設けられ、その一方空間は吸込み室となし、他方空間は吐出室である。
The open end of the
弁機構115は、吸込み口と、吐出口を備えた弁板が設けられ、それぞれの吸込み口と、吐出口は吸込み弁と吐出弁によって開閉される。吸込み口は吸込み室と対向し、吐出口は吐出室に対向する。
The
このようにして構成される圧縮機構部103に対して、コンプモータ28は、回転軸105のフレーム102から下方に突出する部位に嵌着される回転子117と、この回転子117の周面と狭小の間隙を存する内周面を備え、フレーム102から適宜な手段で垂設固定される固定子118とからなる。
With respect to the
(3−2)コンプモータ28の構造
図4に示すように、コンプモータ28は、ブラシレスDCモータであって、三相6スロット4極モータである。すなわち、三相6スロットの固定子118の内周側で、4極の回転子117が回転する。
(3-2) Structure of
コンプ駆動装置32によりコンプモータ28の各相に電圧を印加した場合、モータ内部では180°対称に同じ制御を行う。また、図2に示すように、クランク109は一ヶ所のため、起動時の位置決めにおいて三相にある電流を流した場合、クランク109は停止位置により180°対称のどちらか(図2、3)に移動する。
When a voltage is applied to each phase of the
(3−3)コンプレッサ15の動作状態
次に、コンプレッサ15の圧縮運転と、それに伴う冷凍サイクル作用について説明する。
(3-3) Operation State of
コンプモータ28に通電して回転軸105を回転駆動すると、クランクピン105bが一体に偏心回転する。この偏心回転に応じて、クランク109とボールジョイント機構部110を介してピストン107が、シリンダ室108内を往復運する。
When the
密閉ケース101内には、蒸発器で蒸発して低圧化した冷媒ガスが導かれ充満している。この冷媒ガスは、バルブカバー116内の吸込み室に導かれ、さらにピストン107の移動(往動)にともなってシリンダ106のシリンダ室108に吸込まれる。
The sealed
ピストン107が逆方向に移動(復動)することで、冷媒ガスが圧縮される。ピストン107が、いわゆる上死点位置まで移動すると、吐出弁が開放され、シリンダ室108で圧縮され高圧化した冷媒ガスがバルブカバー116の吐出室に吐出される。
As the
この高圧化した冷媒ガスはケース内吐出管を介して密閉ケース101から外部冷媒管へ導出され、冷凍サイクルに導かれる。回転軸105が継続して回転しているところから、ピストン107が復動して冷凍サイクルが繰り返される。
The high-pressure refrigerant gas is led out from the sealed
図2と図3に示すように、回転軸105の回転にともなってクランクピン105bが偏心回転し、クランクピン105bの中心Pは偏心量を回転半径とする円形の回転軌跡Aを描く。クランク109は、所定の揺動角度αをもつ揺動運動をなし、ボールジョイント機構部110においては、ボール112とボール受け座113とが互いに摺動する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
シリンダ室108に導入した冷媒ガスを圧縮する際に、ピストン107のトップ面に荷重(F)がかかり、その力はピストン107を介してボールジョイント機構部110に作用する。
When compressing the refrigerant gas introduced into the
(4)起動時の制御方法
コンプレッサ15の起動は所定時間(例えば、3秒)通電して、回転子を所定の位置に移動させて起動を開始する。この場合、4極の回転子117のため180°対称のどちらに移動するかは回転子117の停止位置により変わる。
(4) Control method at start-up The
したがって、回転子117がどちらの始動位置からでも正常に起動できる必要がある。起動時に所定の加速度で加速する場合、始動位置により最もトルクのかかる圧縮仕事に入る位置での速度が変わってくるため、どちらからでもトルク最大のポイントを乗り越えられる速度になるように回転子117の起動位置を制御する必要がある。また、一般にベクトル制御では、コンプレッサ15の吸込口と吐出口に圧力差がなくなってから起動を開始させるのがよいが、圧力差(例えば、300Pa)が起動を行う必要がある。すなわち、コンプレッサ15の吸込口と吐出口に圧力差がある状態においてもコンプレッサ15が正常に起動でき、最適な冷凍サイクル制御を行う必要がある。
Therefore, it is necessary that the
そのため、この起動における最適な位置として、本実施形態では、ピストン107−圧縮上死点−下死点を結ぶ線を基準としてθinitを45°回転した位置とする。以下、上死点、または、下死点の位置から45°回転した位置を「起動初期位置」という。なお、この位置が最適な理由は、図5に示すように、0°にすると、下死点ではトルクは最小なるが上死点ではトルクが最大になり、回転子117が上死点で停止していると起動に失敗する可能性が高く、また、30°や60°でもトルクがまだ大きいので、45°の位置が最も起動成功確率が高いからである。
Therefore, in the present embodiment, θinit is rotated by 45 ° with respect to a line connecting the
この起動初期位置は、図2と図3に示すように180°対称に2ヶ所存在している。すなわち、図2と図3は、圧縮機構部103の一部を横断面にした概略の平面図であり、クランクピン105bの偏心回転運動と、それに伴うクランク109の揺動運動と、ボールジョイント機構部110及びピストン107との関係を示す。そして、図2と図3においては、圧縮上死点は0°の位置であり、下死点は180°の位置である。図2がクランク109が圧縮の上死点から45°回転した位置であり、図3がクランク109が下死点から45°回転した位置にある。
As shown in FIGS. 2 and 3, there are two starting initial positions symmetrically at 180 °. That is, FIG. 2 and FIG. 3 are schematic plan views in which a part of the
そして、クランク109が上死点にある時の回転子117の回転位置と、クランク109が下死点にある時の回転子117の回転位置とを対応付けておき、コンプ駆動装置32によりコンプモータ28の各相の少なくとも一相に通電を行って、回転子117の回転位置が上死点から45°の回転した位置(図2参照)、下死点から45°回転した位置(図3参照)に停止するように、予め上記の起動モータ定数を設定しておく。すなわち、起動初期位置に回転子117を移動させるための起動モータ定数として、回転初期位置θinit、起動加速速度ωinit、始動d軸電流Idinit、始動q軸電流Iqinitを予め初期パターン出力部66に設定しておく。
Then, the rotational position of the
以上により、コンプ駆動装置32は、コンプレッサ15の起動を行う前に、コンプモータ28に上記の起動モータ定数に基づいて少なくとも一相に駆動電流を流し、回転子117の位置を起動初期位置に待機させる。その後、起動回転数(例えば、40Hz)で回転させてこの起動初期位置から起動を始めることにより、起動トルクが小さい状態から開始でき、回転子117がどちらの始動位置からでも正常に起動できる。
Thus, before the
なお、コンプレッサ15の吸込口と吐出口に圧力差がない状態においては、回転速度が速すぎて起動に失敗する場合があるので、起動回転速度を下げたり(例えば、40Hzを10Hz下げて30Hzにする)、または、起動初期位置を45°でなく、10°または60°だけ位置を回転させてややトルクが重くなるようにして起動すれば回転速度が速すぎることがなく起動に失敗することがない。
In the state where there is no pressure difference between the suction port and the discharge port of the
(5)変更例
上記実施形態では、起動初期位置として、回転子117の回転位置が上死点から45°の回転した位置(図2参照)、下死点から45°回転した位置(図3参照)に停止するようにしたが、これに限らず40°から50°の範囲であれば、確実に起動できる。
(5) Modified Example In the above embodiment, as the starting initial position, the rotation position of the
また、上記実施形態では、可燃性冷媒で説明したが、不燃性冷媒であってもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the combustible refrigerant | coolant, a nonflammable refrigerant | coolant may be sufficient.
さらに、上記実施形態のコンプレッサ15では、ボールジョイント式で説明したが、これに限らず、ピストンが移動するレシプロ式であれば他の構造であってもよい。
Furthermore, in the
本発明のコンプレッサの駆動装置は、家庭用冷蔵庫や空調機のコンプレッサに使用できる。 The compressor driving device of the present invention can be used for a domestic refrigerator or a compressor of an air conditioner.
1 冷蔵庫
15 コンプレッサ
28 コンプモータ
32 コンプ駆動装置
33 主制御部
42 インバータ回路
48 PWM形成部
52 dq変換部
64 三相変換部
66 初期パターン出力部
101 密閉ケース
105 回転軸
105b クランクピン
107 ピストン
108 シリンダ室
109 クランク
110 ボールジョイント機構部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記コンプレッサによって冷媒を圧縮して前記蒸発器を冷却するコンプレッサの駆動装置において、
前記ブラシレスDCモータの固定子巻線へ三相の駆動電流を供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路へPWM信号を供給するPWM回路と、
前記三相の駆動電流を検知する駆動電流検知手段と、
前記検知した三相の駆動電流に基づいて、前記ブラシレスDCモータの回転子の磁束に対応した電流成分であるd軸電流と、前記ブラシレスDCモータのトルクに対応した電流成分であるq軸電流とに変換するdq変換手段と、
前記変換したd軸電流とq軸電流と外部から入力する速度指令信号に基づいて、基準q軸電流と基準d軸電流を出力する制御手段と、
前記基準q軸電流と基準d軸電流とを、基準q軸電圧と基準d軸電圧に変換する電圧変換手段と、
前記変換した基準q軸電圧と基準d軸電圧を三相電圧に変換して前記PWM回路へ出力する三相変換手段と、
前記コンプレッサのピストンの位置と圧縮上死点と下死点を結ぶ線を基準として40°から50°回転した位置である起動初期位置に、前記ブラシレスDCモータの回転子を回転移動させる初期パターン出力手段と、
前記起動初期位置から前記コンプレッサを起動させる起動手段と、
を有する
ことを特徴とするコンプレッサの駆動装置。 A reciprocating compressor rotating with a three-phase brushless DC motor, a condenser, and a refrigeration cycle having at least an evaporator;
In the compressor driving device for compressing the refrigerant by the compressor and cooling the evaporator,
An inverter circuit for supplying a three-phase drive current to the stator winding of the brushless DC motor;
A PWM circuit for supplying a PWM signal to the inverter circuit;
Drive current detection means for detecting the three-phase drive current;
Based on the detected three-phase drive current, a d-axis current that is a current component corresponding to the magnetic flux of the rotor of the brushless DC motor, and a q-axis current that is a current component corresponding to the torque of the brushless DC motor, Dq conversion means for converting to
Control means for outputting a reference q-axis current and a reference d-axis current based on the converted d-axis current, the q-axis current, and a speed command signal input from the outside;
Voltage converting means for converting the reference q-axis current and the reference d-axis current into a reference q-axis voltage and a reference d-axis voltage;
Three-phase conversion means for converting the converted reference q-axis voltage and reference d-axis voltage into a three-phase voltage and outputting the same to the PWM circuit;
Initial pattern output for rotating the brushless DC motor rotor to a starting initial position which is a position rotated by 40 ° to 50 ° with reference to a line connecting the position of the piston of the compressor and a compression top dead center and a bottom dead center Means,
Starting means for starting the compressor from the starting initial position;
A compressor driving device characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項1記載のコンプレッサの駆動装置。 The compressor driving device according to claim 1, wherein the brushless DC motor has three-phase four-pole.
ことを特徴とする請求項1記載のコンプレッサの駆動装置。 2. The compressor driving device according to claim 1, wherein the starting initial position is a position rotated by 45 ° with respect to a line connecting the position of the piston, a compression top dead center, and a bottom dead center.
ことを特徴とする冷蔵庫。
A refrigerator using the compressor drive device according to at least one of claims 1 to 3.
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