JP2005176437A - Method and device for driving brushless dc motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a conventional system wherein changeover timing of the switching of an inverter is switchable by a switch by direction of a load state judging part, but it can not switch carrier frequency even if a Duty ratio is small and ripple of a current increases since it does not have a carrier frequency switching means, therefore, it can not reduce noise and vibration. <P>SOLUTION: The invention enables the carrier frequency to be switched into two kinds or more according to the state of waveform outputted to a motor, or the number of revolutions. This suppresss the noise and vibration by switching the carrier frequency, according to the input voltage (the voltage of a commercial power source), the supply voltage (DC voltage) to the inverter 103, the load state(Duty ratio), and the number of revolutions of a rotor. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ブラシレスDCモータの駆動方法及びその装置に関し、更に詳細に言えば、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータを、三相巻線に電力を供給するインバータにより駆動するための方法及びその装置に関するものであり、特に冷蔵庫やエアコンなどの圧縮機を駆動するのに最適なブラシレスDCモータの駆動方法及び駆動装置に関するものである。   More particularly, the present invention relates to a brushless DC motor comprising a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding. More particularly, the present invention relates to a brushless DC motor driving method and driving apparatus that are optimal for driving a compressor such as a refrigerator or an air conditioner.

近年の冷蔵庫は350L以上の大型機種が主力となり、それらの冷蔵庫は、高効率な圧縮機回転数可変のインバータ制御冷蔵庫が大半を占めている。これらの冷蔵庫用圧縮機では高効率化のために、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータを一般的には採用している。また、圧縮機の中という高温、高圧、冷媒雰囲気、オイル雰囲気という環境下にブラシレスDCモータを設置するため、ブラシレスDCモータで通常使われるようなホール素子などの位置検出センサは使用できない。そのために一般的にはモータの逆起電圧から回転子の回転位置を検出する方法がよく用いられている。   In recent years, the main types of large refrigerators of 350L or more have become mainstay refrigerators, and most of these refrigerators are inverter-controlled refrigerators with highly efficient variable compressor rotation speeds. These refrigerator compressors generally employ a brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding for high efficiency. In addition, since the brushless DC motor is installed in an environment of high temperature, high pressure, refrigerant atmosphere, and oil atmosphere in the compressor, a position detection sensor such as a hall element normally used in a brushless DC motor cannot be used. Therefore, generally, a method of detecting the rotational position of the rotor from the counter electromotive voltage of the motor is often used.

従来の技術は、例えば、特許文献1に示されている。その従来の技術を図面に従って説明する。図10は従来のブラシレスDCモータの駆動装置のブロック図である。   A conventional technique is disclosed in Patent Document 1, for example. The prior art will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a block diagram of a conventional brushless DC motor driving apparatus.

図10において、商用電源101は、日本の場合周波数50Hzまたは60Hz、電圧100Vの交流電源である。整流回路102は商用電源101の交流電圧を直流電圧に変換する回路で、ブリッジ接続された整流用ダイオード102a〜102dと平滑用の電解コンデンサ102e、102fとからなり、図10に示す回路では倍電圧整流回路となり、商用電源101のAC100V入力から直流電圧280Vを得ることができる。   In FIG. 10, a commercial power source 101 is an AC power source having a frequency of 50 Hz or 60 Hz and a voltage of 100 V in Japan. The rectifier circuit 102 is a circuit that converts the AC voltage of the commercial power supply 101 into a DC voltage, and includes rectifier diodes 102a to 102d and smoothing electrolytic capacitors 102e and 102f that are bridge-connected. In the circuit shown in FIG. It becomes a rectifier circuit, and a DC voltage of 280 V can be obtained from the AC 100 V input of the commercial power source 101.

インバータ回路103は、6個のスイッチ素子103a、103b、103c、103d、103e、103fを3相ブリッジ構成されている。また、各々のスイッチ素子には各スイッチ素子の逆方向に還流電流用のダイオードが入っているが本図では省略している。   The inverter circuit 103 has a three-phase bridge configuration including six switch elements 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, and 103f. Each switch element includes a diode for return current in the reverse direction of each switch element, but this is omitted in the figure.

ブラシレスDCモータ104は、永久磁石を有する回転子104aと3相巻線を有した固定子104bとからなる。インバータ103により作られた3相交流電流が固定子104bの3相巻線に流れることにより、回転子104aを回転させることができる。回転子104aの回転運動はクランクシャフト(図示せず)により、往復運動に変更され、ピストン(図示せず)がシリンダ(図示せず)内を往復運動することにより、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。   The brushless DC motor 104 includes a rotor 104a having a permanent magnet and a stator 104b having a three-phase winding. When the three-phase alternating current generated by the inverter 103 flows through the three-phase winding of the stator 104b, the rotor 104a can be rotated. The rotational movement of the rotor 104a is changed to a reciprocating movement by a crankshaft (not shown), and a piston (not shown) reciprocates in a cylinder (not shown) to compress the refrigerant. Drive.

逆起電圧検出回路105は、ブラシレスDCモータ104の永久磁石を有する回転子104aが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子104aの回転相対位置を検出する。   The counter electromotive voltage detection circuit 105 detects the rotational relative position of the rotor 104a from the counter electromotive voltage generated by the rotation of the rotor 104a having the permanent magnet of the brushless DC motor 104.

転流部106は、逆起電圧検出回路105の出力信号によりロジカルな信号変換を行い、インバータ103のスイッチ素子103a、103b、103c、103d、103e、103fを駆動する信号を作り出す。   The commutation unit 106 performs logical signal conversion based on the output signal of the back electromotive voltage detection circuit 105, and generates signals for driving the switch elements 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, and 103f of the inverter 103.

同期駆動部107は、インバータ103から強制的に所定周波数の出力を出し、ブラシレスDCモータ104を駆動するものであり、転流部106で生成されるロジカルな信号と同等形状の信号を強制的に所定周波数で発生させるものである。   The synchronous driving unit 107 forcibly outputs an output of a predetermined frequency from the inverter 103 and drives the brushless DC motor 104. The synchronous driving unit 107 forcibly outputs a signal having the same shape as the logical signal generated by the commutation unit 106. It is generated at a predetermined frequency.

負荷状態判定部108は、圧縮機104が運転されている負荷状態を判定するものである。   The load state determination unit 108 determines a load state in which the compressor 104 is operated.

切替部109は、負荷状態判定部108の出力により、圧縮機104のブラシレスDCモータを転流部106で駆動するか、同期駆動部107で駆動するかを切り替える。   The switching unit 109 switches whether the brushless DC motor of the compressor 104 is driven by the commutation unit 106 or the synchronous driving unit 107 according to the output of the load state determination unit 108.

ドライブ回路110は、切替部109からの出力信号により、インバータ103のスイッチ素子103a、103b、103c、103d、103e、103fを駆動する。   The drive circuit 110 drives the switch elements 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, and 103f of the inverter 103 by the output signal from the switching unit 109.

以上の構成において、次に動作の説明を行う。   Next, the operation of the above configuration will be described.

負荷状態判定部108で検出された負荷が、通常負荷の場合、転流部106による駆動を行う。逆起電圧検出回路105でブラシレスDCモータ104の回転子104aの相対位置を検出する。次に転流部106で回転子104aの相対位置からインバータ103を駆動する転流パターンを作り出す。この転流パターンは切替部109を通して、ドライブ回路110に供給され、インバータ103のスイッチ素子103a、103b、103c、103d、103e、103fを駆動する。   When the load detected by the load state determination unit 108 is a normal load, driving by the commutation unit 106 is performed. The back electromotive voltage detection circuit 105 detects the relative position of the rotor 104 a of the brushless DC motor 104. Next, the commutation unit 106 creates a commutation pattern for driving the inverter 103 from the relative position of the rotor 104a. This commutation pattern is supplied to the drive circuit 110 through the switching unit 109, and drives the switch elements 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, and 103f of the inverter 103.

この動作により、ブラシレスDCモータ104はその回転位置に合致した駆動を行うこととなり、効率の良い駆動方法となる。   By this operation, the brushless DC motor 104 performs driving in accordance with the rotational position, which is an efficient driving method.

次に、負荷が増加してきたときの動作について説明する。   Next, the operation when the load increases will be described.

ブラシレスDCモータ104の負荷が増加し、ブラシレスDCモータ104の特性により回転数が低下してくる。この状態を負荷状態判定部108で高負荷状態であることを判定し、切替部109の出力を同期駆動部107からの信号に切り替える。このように駆動することにより高負荷時の回転数低下を抑えようとするものである。言いかえると、効率よりも高パワーを重視した駆動方法となる。
特開平9−88837号公報
The load on the brushless DC motor 104 increases, and the rotational speed decreases due to the characteristics of the brushless DC motor 104. The load state determination unit 108 determines that this state is a high load state, and switches the output of the switching unit 109 to a signal from the synchronous drive unit 107. By driving in this way, it is intended to suppress a decrease in the rotational speed at the time of high load. In other words, the driving method emphasizes higher power than efficiency.
JP-A-9-88837

しかしながら、従来の構成では、次のような課題があった。   However, the conventional configuration has the following problems.

低負荷時に転流部106に切り替えることにより効率低下抑制を実現しているものの、キャリア周波数の切り替え手段を有していないため、低回転時のキャリア周波数を高くし、電流リップルを抑制して、より効率が良く、静かで安定した運転を実現することができないという課題があった。   Although switching to the commutation unit 106 at low load realizes efficiency reduction suppression, since it does not have a carrier frequency switching means, the carrier frequency at low rotation is increased, current ripple is suppressed, There was a problem that more efficient, quiet and stable operation could not be realized.

本発明は、従来の課題を解決するものであり、インバータへの供給電圧や負荷の状態および回転数によって、小Duty比の運転状態になった時でも、騒音や振動を十分に抑制できるブラシレスDCモータの駆動方法及びその装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the conventional problems, and a brushless DC capable of sufficiently suppressing noise and vibration even when the operation state is a small duty ratio depending on the supply voltage to the inverter, the state of the load, and the rotational speed. It is an object of the present invention to provide a motor driving method and apparatus.

上記課題を解決するため、本発明は、モータに出力される波形の状態によってキャリア周波数を2種類以上切り替えることを可能にしたものであり、入力電圧(商用電源の電圧)やインバータへの供給電圧(直流電圧)、負荷状態(Duty比)、回転子の回転数に応じてキャリア周波数を切り替えることで騒音や振動を抑えることが出来る。   In order to solve the above problems, the present invention enables switching of two or more types of carrier frequencies depending on the state of the waveform output to the motor. The input voltage (commercial power supply voltage) and the supply voltage to the inverter are provided. Noise and vibration can be suppressed by switching the carrier frequency according to (DC voltage), load state (Duty ratio), and the number of rotations of the rotor.

また、インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部によって検出された電圧に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、瞬時電圧低下・停電や急峻な電源電圧の上昇が生じたり、異なる商用電源電圧環境下での使用などインバータへの供給電圧が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに低減することが出来る。   In addition, by having a voltage detection unit that detects the power supply voltage supplied to the inverter and a carrier frequency switching unit that switches the carrier frequency in accordance with the voltage detected by the voltage detection unit, instantaneous voltage drop, power failure, and steep Noise and vibration generated when the power supply voltage rises or the supply voltage to the inverter changes, such as when used under different commercial power supply voltage environments, can be quickly reduced.

また、インバータに供給される電源電圧を調整する電圧調整部と、電圧調整部に出力される電圧調整信号を制御する電圧制御部と、電圧調整信号に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、モータの回転数などに応じて最適な電源電圧をインバータに供給できるとともに、電源電圧の変化による騒音や振動の発生を速やかに低減することが出来る。また、電圧調整信号の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、インバータへの供給電圧の変化により切り替える手段よりも、より速やかに騒音や振動を低減できる。   A voltage adjustment unit that adjusts a power supply voltage supplied to the inverter; a voltage control unit that controls a voltage adjustment signal output to the voltage adjustment unit; and a carrier frequency switching unit that switches a carrier frequency according to the voltage adjustment signal; Thus, the optimum power supply voltage can be supplied to the inverter according to the number of rotations of the motor and the like, and the occurrence of noise and vibration due to the change in the power supply voltage can be quickly reduced. Further, since the carrier frequency is switched by the change of the voltage adjustment signal, noise and vibration can be reduced more quickly than the means for switching by the change of the supply voltage to the inverter.

また、Duty比を調整するDuty比制御部と、Duty比制御部によって調整されたDuty比に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、負荷状態が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに低減することが出来る。また、Duty比の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、負荷変動が生じた場合のような、入力電圧(商用電源の電圧)やインバータの供給電圧(直流電圧)、電圧調整信号に変化が生じないような場合も、騒音や振動を低減できる。   Also, noise generated when the load state changes by having a duty ratio control unit that adjusts the duty ratio and a carrier frequency switching unit that switches the carrier frequency according to the duty ratio adjusted by the duty ratio control unit And vibration can be reduced quickly. In addition, since the carrier frequency is switched by changing the duty ratio, the input voltage (commercial power supply voltage), the inverter supply voltage (DC voltage), and the voltage adjustment signal do not change as in the case of load fluctuation. In this case, noise and vibration can be reduced.

また、同期回転数設定部によって決定された回転子の回転数に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部を有することにより、回転子の回転数を加減速する場合に発生する騒音や振動を速やかに低減することが出来る。また、回転数の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、Duty比や電圧を一定に保持したまま回転数を加減速する場合でも、騒音や振動を低減できる。   In addition, by having a carrier frequency switching unit that switches the carrier frequency according to the rotational speed of the rotor determined by the synchronous rotational speed setting unit, noise and vibration generated when the rotational speed of the rotor is accelerated and decelerated can be quickly obtained. Can be reduced. Further, since the carrier frequency is switched by changing the rotation speed, noise and vibration can be reduced even when the rotation speed is accelerated and decelerated while keeping the duty ratio and voltage constant.

本発明は、モータに出力される波形の状態によってキャリア周波数を2種類以上切り替えることを可能にしたものであり、入力電圧(商用電源の電圧)やインバータへの供給電圧(直流電圧)、負荷状態(Duty比)に応じてキャリア周波数を切り替えることで騒音や振動を抑えることが出来る。   The present invention makes it possible to switch between two or more types of carrier frequencies depending on the state of the waveform output to the motor. The input voltage (commercial power supply voltage), the supply voltage to the inverter (DC voltage), and the load state Noise and vibration can be suppressed by switching the carrier frequency according to (Duty ratio).

また、インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部によって検出された電圧に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、瞬時電圧低下・停電や急峻な電源電圧の上昇が生じたり、異なる商用電源電圧環境下での使用などインバータへの供給電圧が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに低減することが出来る。   In addition, by having a voltage detection unit that detects the power supply voltage supplied to the inverter and a carrier frequency switching unit that switches the carrier frequency in accordance with the voltage detected by the voltage detection unit, instantaneous voltage drop, power failure, and steep Noise and vibration generated when the power supply voltage rises or the supply voltage to the inverter changes, such as when used under different commercial power supply voltage environments, can be quickly reduced.

また、インバータに供給される電源電圧を調整する電圧調整部と、電圧調整部に出力される電圧調整信号を制御する電圧制御部と、電圧調整信号に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、モータの回転数などに応じて最適な電源電圧をインバータに供給できるとともに、電源電圧の変化による騒音や振動の発生を速やかに低減することが出来る。また、電圧調整信号の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、インバータへの供給電圧の変化により切り替える手段よりも、より速やかに騒音や振動を低減できるという効果もある。   A voltage adjustment unit that adjusts a power supply voltage supplied to the inverter; a voltage control unit that controls a voltage adjustment signal output to the voltage adjustment unit; and a carrier frequency switching unit that switches a carrier frequency according to the voltage adjustment signal; Thus, the optimum power supply voltage can be supplied to the inverter according to the number of rotations of the motor and the like, and the occurrence of noise and vibration due to the change in the power supply voltage can be quickly reduced. Further, since the carrier frequency is switched by the change of the voltage adjustment signal, there is an effect that noise and vibration can be reduced more quickly than the means for switching by the change of the supply voltage to the inverter.

また、Duty比を調整するDuty比制御部と、Duty比制御部によって調整されたDuty比に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、Duty比や電圧を一定に保持したまま、変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに低減することが出来る。また、Duty比の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、負荷変動が生じた場合のような、入力電圧(商用電源の電圧)やインバータの供給電圧(直流電圧)、電圧調整信号に変化が生じないような場合も、騒音や振動を回避できるという効果もある。   In addition, by having a duty ratio control unit that adjusts the duty ratio and a carrier frequency switching unit that switches the carrier frequency in accordance with the duty ratio adjusted by the duty ratio control unit, the duty ratio and voltage are kept constant. It is possible to quickly reduce the noise and vibration generated when it changes. In addition, since the carrier frequency is switched by changing the duty ratio, the input voltage (commercial power supply voltage), the inverter supply voltage (DC voltage), and the voltage adjustment signal do not change as in the case of load fluctuation. In this case, there is an effect that noise and vibration can be avoided.

また、回転数を決定する同期回転数設定部と、同期回転数設定部によって決められた回転数に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、回転数が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに低減することが出来る。また、回転数の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、Duty比や電圧を保持したまま回転数を変化させる場合のような、モータに出力される波形の状態に変化が生じない場合でも、騒音や振動を回避できるという効果もある。   Moreover, it occurs when the rotation speed changes by having a synchronous rotation speed setting section that determines the rotation speed and a carrier frequency switching section that switches the carrier frequency according to the rotation speed determined by the synchronous rotation speed setting section. Noise and vibration can be quickly reduced. In addition, since the carrier frequency is switched according to the change in the rotational speed, even if the state of the waveform output to the motor does not change, such as when the rotational speed is changed while maintaining the duty ratio and voltage, noise and vibration There is also an effect that can be avoided.

請求項1に記載の発明は、モータに出力される波形の状態によってキャリア周波数を2種類以上切り替えることを可能にしたものであり、入力電圧(商用電源の電圧)やインバータへの供給電圧(直流電圧)、負荷状態(Duty比)、回転子の回転数に応じてキャリア周波数を切り替えることで騒音や振動を抑えることが出来る。   According to the first aspect of the present invention, two or more types of carrier frequencies can be switched depending on the state of the waveform output to the motor, and the input voltage (commercial power supply voltage) or the supply voltage to the inverter (DC) The noise and vibration can be suppressed by switching the carrier frequency according to the voltage), the load state (Duty ratio), and the rotation speed of the rotor.

請求項2に記載の発明は、インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部によって検出された電圧に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、瞬時電圧低下・停電や急峻な電源電圧の上昇が生じたり、異なる商用電源電圧環境下での使用などインバータへの供給電圧が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに低減することが出来る。   The invention according to claim 2 includes a voltage detection unit that detects a power supply voltage supplied to the inverter, and a carrier frequency switching unit that switches the carrier frequency according to the voltage detected by the voltage detection unit. Noise and vibration generated when the supply voltage to the inverter changes due to voltage drop, power outage, steep rise in power supply voltage, or use under different commercial power supply voltage environments can be reduced quickly.

請求項3に記載の発明は、インバータに供給される電源電圧を調整する電圧調整部と、電圧調整部に出力される電圧調整信号を制御する電圧制御部と、電圧調整信号に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、モータの回転数などに応じて最適な電源電圧をインバータに供給できるとともに、電源電圧の変化による騒音や振動の発生を速やかに低減することが出来る。また、電圧調整信号の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、インバータへの供給電圧の変化により切り替える手段よりも、より速やかに騒音や振動を低減できる。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a voltage adjustment unit for adjusting a power supply voltage supplied to the inverter, a voltage control unit for controlling a voltage adjustment signal output to the voltage adjustment unit, and a carrier frequency according to the voltage adjustment signal. By providing the carrier frequency switching unit for switching between them, an optimal power supply voltage can be supplied to the inverter according to the number of rotations of the motor and the like, and the occurrence of noise and vibration due to changes in the power supply voltage can be quickly reduced. Further, since the carrier frequency is switched by the change of the voltage adjustment signal, noise and vibration can be reduced more quickly than the means for switching by the change of the supply voltage to the inverter.

請求項4に記載の発明は、Duty比を調整するDuty比制御部と、Duty比制御部によって調整されたDuty比に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、負荷状態が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに低減することが出来る。また、Duty比の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、負荷変動が生じた場合のような、入力電圧(商用電源の電圧)やインバータの供給電圧(直流電圧)、電圧調整信号に変化が生じないような場合も、騒音や振動を低減できる。   The invention according to claim 4 includes a duty ratio control unit that adjusts the duty ratio, and a carrier frequency switching unit that switches the carrier frequency in accordance with the duty ratio adjusted by the duty ratio control unit. It is possible to quickly reduce noise and vibration generated when the change occurs. In addition, since the carrier frequency is switched by changing the duty ratio, the input voltage (commercial power supply voltage), the inverter supply voltage (DC voltage), and the voltage adjustment signal do not change as in the case of load fluctuation. In this case, noise and vibration can be reduced.

請求項5に記載の発明は、同期回転数設定部によって決定された回転子の回転数に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部を有することにより、回転子の回転数を加減速する場合に発生する騒音や振動を速やかに低減することが出来る。また、回転数の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、Duty比や電圧を一定に保持したまま回転数を加減速する場合でも、騒音や振動を低減できる。   In the case of accelerating or decelerating the rotational speed of the rotor by having a carrier frequency switching section that switches the carrier frequency according to the rotational speed of the rotor determined by the synchronous rotational speed setting section. Generated noise and vibration can be quickly reduced. Further, since the carrier frequency is switched by changing the rotation speed, noise and vibration can be reduced even when the rotation speed is accelerated and decelerated while keeping the duty ratio and voltage constant.

請求項6に記載の発明は、請求項2から請求項5に記載の発明において、回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、ブラシレスDCモータの負荷の状態を判定する負荷状態判定部と、三相巻線に接続される複数個のスイッチング素子を順次切り換えていく時機を前記回転子位置検出部で検出された位置情報をもとに決定するか、あるいは同期回転数設定部で決定された回転数をもとに決定するかを前記負荷状態判定部により選択する切換時機選択部とを有しており、パワーが不要な低負荷条件下では効率よく運転できる特徴を備えており、キャリア周波数の切換が実現できることにより騒音や振動を抑制できることはもちろんのこと、リップル電流の低減が可能となり、高効率性においてさらに効果が現れることになる。   According to a sixth aspect of the present invention, in the second to fifth aspects of the present invention, a rotor position detecting unit that detects the position of the rotor, and a load state determining unit that determines a load state of the brushless DC motor. Then, the timing for sequentially switching a plurality of switching elements connected to the three-phase winding is determined based on the position information detected by the rotor position detection unit, or determined by the synchronous rotation number setting unit A switching timing selection unit that selects whether to determine based on the number of rotations performed by the load state determination unit, has a feature that can be operated efficiently under low load conditions that do not require power, By realizing the switching of the carrier frequency, not only noise and vibration can be suppressed, but also the ripple current can be reduced, and the effect is further improved in high efficiency.

請求項7に記載の発明は、請求項2から請求項6に記載の発明において、ブラシレスDCモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有したものであり、このような回転子においては、突極性を有しており、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクが作用し、磁石表面配置形回転子と比べてトルクリップルが増大するので、騒音や振動が発生しやすい特性を有しているため、さらに効果が現れることになる。   A seventh aspect of the present invention is the rotor according to any one of the second to sixth aspects, wherein the brushless DC motor is a rotor in which a permanent magnet is embedded in the iron core of the rotor and has a saliency. Such a rotor has a saliency, and a reluctance torque due to the saliency acts in addition to the magnet torque of the permanent magnet. Since the ripple increases, it has a characteristic that noise and vibration are likely to occur.

請求項8に記載の発明は、請求項2から請求項7に記載の発明において、ブラシレスDCモータが圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において低騒音を実現できる極めて重要な用途のひとつである。   The invention described in claim 8 is the invention according to any one of claims 2 to 7, wherein the brushless DC motor drives the compressor, and is one of the extremely important applications that can realize low noise in the compressor. is there.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same structure as the past, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. Further, the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1によるブラシレスDCモータの駆動装置のブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a brushless DC motor driving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、商用電源1は、日本の場合周波数50Hzまたは60Hz、電圧100Vの交流電源である。   In FIG. 1, a commercial power source 1 is an AC power source having a frequency of 50 Hz or 60 Hz and a voltage of 100 V in Japan.

整流回路2は商用電源1の交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路2はブリッジ接続された整流用ダイオード2a〜2dと平滑用の電解コンデンサ2e、2fと電圧調整回路2gからなり、図1に示す回路は倍電圧整流回路の場合、商用電源1のAC100V入力から直流電圧280Vを得ることができる。ここでは倍電圧整流としたが、電圧調整回路2gは直流電圧可変式のチョッパ回路や倍電圧整流/全波整流の切替方式回路に相当する。   The rectifier circuit 2 converts the AC voltage of the commercial power source 1 into a DC voltage. The rectifier circuit 2 comprises bridge-connected rectifier diodes 2a to 2d, smoothing electrolytic capacitors 2e and 2f, and a voltage regulator circuit 2g. When the circuit shown in FIG. From this, a DC voltage of 280V can be obtained. Although voltage doubler rectification is used here, the voltage adjustment circuit 2g corresponds to a DC voltage variable chopper circuit or voltage doubler rectification / full wave rectification switching type circuit.

インバータ回路3は、6個のスイッチ素子3a、3b、3c、3d、3e、3fを3相ブリッジ構成されている。また、各々のスイッチ素子には各スイッチ素子の逆方向に還流電流用のダイオードが入っているが本図では省略している。   The inverter circuit 3 has a three-phase bridge configuration including six switch elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f. Each switch element includes a diode for return current in the reverse direction of each switch element, but this is omitted in the figure.

ブラシレスDCモータ4は、永久磁石を有する回転子4aと3相巻線を有した固定子4bとからなる。インバータ3により作られた3相交流電流が固定子4bの3相巻線に流れることにより、回転子4aを回転させることができる。回転子4aの回転運動はクランクシャフト(図示せず)により、往復運動に変更され、ピストン(図示せず)がシリンダ(図示せず)内を往復運動することにより、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。   The brushless DC motor 4 includes a rotor 4a having a permanent magnet and a stator 4b having a three-phase winding. When the three-phase alternating current generated by the inverter 3 flows in the three-phase winding of the stator 4b, the rotor 4a can be rotated. The rotary motion of the rotor 4a is changed to a reciprocating motion by a crankshaft (not shown), and a piston (not shown) reciprocates in a cylinder (not shown) to compress the refrigerant. Drive.

回転数指令回路5は、所望の回転数を指令する回路である。例えば、冷蔵庫やエアコンなどにおいては温度センサなどから構成され、汎用的に用いられるブラシレスDCモータ4の駆動装置においてはユーザーが操作するためのSW等から構成される部分であり、必要な回転数を指令する回路である。   The rotation speed command circuit 5 is a circuit that commands a desired rotation speed. For example, a refrigerator, an air conditioner or the like is composed of a temperature sensor or the like, and a general-purpose brushless DC motor 4 drive device is a portion composed of a SW or the like for operation by a user, and a necessary number of rotations is set. This is a command circuit.

同期回転数設定部6は、回転数指令回路5の指令回転数によりロジカルな信号変換を行い、インバータ3のスイッチ素子3a、3b、3c、3d、3e、3fを順次切り換えるタイミングを決定する。この同期回転数設定部6は、ブラシレスDCモータ4を同期駆動させるようなロジカルな信号パタンに変換し、強制的に所定周波数で信号パタンを発生させることが可能である。   The synchronous rotation speed setting unit 6 performs logical signal conversion according to the command rotation speed of the rotation speed command circuit 5, and determines the timing for sequentially switching the switch elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f of the inverter 3. The synchronous rotation speed setting unit 6 can convert the signal to a logical signal pattern that causes the brushless DC motor 4 to be driven synchronously, and can forcibly generate a signal pattern at a predetermined frequency.

電圧検出部7は、整流回路2の出力電圧(直流電圧)を検出する。   The voltage detector 7 detects the output voltage (DC voltage) of the rectifier circuit 2.

Duty比制御部8は、同期回転数設定部6、及び、電圧検出部7の出力を受けて、インバータ3の出力波形が最適となるようにDuty比を調整する。ここで、Duty比とはオン時間とキャリア周期の比を示し、Duty比が大きいほど出力される電圧は高くなる。   The duty ratio control unit 8 receives the outputs of the synchronous rotation speed setting unit 6 and the voltage detection unit 7 and adjusts the duty ratio so that the output waveform of the inverter 3 is optimized. Here, the duty ratio indicates a ratio between the on-time and the carrier period. The larger the duty ratio, the higher the output voltage.

PWMキャリア周波数切替部9は、PWM制御におけるPWMキャリア周波数を生成する機能と、電圧検出部7の出力信号、電圧調整部13の電圧調整信号およびDuty比制御部8が決定するDuty比などからモータ4に出力される波形の状態を判断しキャリア周波数を切り替える機能と、同期回転数設定部6が決定する回転数からキャリア周波数を切り替える機能とを備えるものである。ここでPWMとはパルス幅変調のことを意味し、モータの駆動周波数(回転数)に対して十分大きな周波数であるキャリア周波数を選定する。一般的に、キャリア周波数は2kHz〜20kHz程度が使用される。   The PWM carrier frequency switching unit 9 is a motor that generates a PWM carrier frequency in PWM control, an output signal from the voltage detection unit 7, a voltage adjustment signal from the voltage adjustment unit 13, a duty ratio determined by the duty ratio control unit 8, and the like. 4 has a function of switching the carrier frequency by judging the state of the waveform output to 4, and a function of switching the carrier frequency from the number of rotations determined by the synchronous rotation number setting unit 6. Here, PWM means pulse width modulation, and a carrier frequency that is sufficiently large with respect to the drive frequency (rotation speed) of the motor is selected. Generally, a carrier frequency of about 2 kHz to 20 kHz is used.

スイッチ素子切換部10は、同期回転数設定部6によって決定された周期とDuty比制御部8で調整されたDuty比をもとに、インバータ3のスイッチ素子3a、3b、3c、3d、3e、3fを駆動するための信号を出力する。ドライブ回路11は、スイッチ素子切換部10から出力される駆動信号により、インバータ3のスイッチ素子3a、3b、3c、3d、3e、3fを駆動する。マイクロコンピュータ12は前述の機能を実現する。これらの機能はマイクロコンピュータのプログラムによって実現可能である。電圧制御部13は、電圧調整回路2gに電圧調整信号を出力し、インバータ3に供給する電圧を制御する機能を実現する。   Based on the cycle determined by the synchronous rotation speed setting unit 6 and the duty ratio adjusted by the duty ratio control unit 8, the switch element switching unit 10 switches the switch elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, A signal for driving 3f is output. The drive circuit 11 drives the switch elements 3 a, 3 b, 3 c, 3 d, 3 e, 3 f of the inverter 3 by the drive signal output from the switch element switching unit 10. The microcomputer 12 realizes the aforementioned functions. These functions can be realized by a microcomputer program. The voltage control unit 13 outputs a voltage adjustment signal to the voltage adjustment circuit 2g, and realizes a function of controlling the voltage supplied to the inverter 3.

次に図1における動作について、図1〜図6を用いて説明する。   Next, the operation in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

図2は本実施の形態を表すキャリア周波数の制御パターンの一例を表す図である。図において、横軸は電圧検出部7が検出する供給電圧、縦軸はキャリア周波数を表す。図より、低電圧領域ではキャリア周波数を小さくし、電圧が大きくなるに従ってキャリア周波数を大きく設定している。この例の場合、電圧に応じて3種類のキャリア周波数を切り替えた例を示している。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a carrier frequency control pattern representing the present embodiment. In the figure, the horizontal axis represents the supply voltage detected by the voltage detector 7, and the vertical axis represents the carrier frequency. From the figure, the carrier frequency is reduced in the low voltage region, and the carrier frequency is set higher as the voltage increases. In this example, three types of carrier frequencies are switched according to the voltage.

従って、比較的高電圧な領域ではDuty比が小さくなるために電流の落ち込みが大きくなるが、キャリア周波数を大きくしているので1周期中の通電OFF時間が短くなり電流の落ち込みも低減でき、電流リップルによる振動、騒音を抑制できる。   Therefore, in the relatively high voltage region, the current ratio increases because the duty ratio becomes small. However, since the carrier frequency is increased, the energization OFF time in one cycle is shortened, and the current decrease can be reduced. Vibration and noise due to ripples can be suppressed.

電流の落ち込みの低減について図3,図4を用いて説明する。   The reduction in current drop will be described with reference to FIGS.

図3は、120度矩形波通電におけるスイッチングパターンと各相の電流波形を示した図である。図において横軸は電気角である。電気角は回転子4aが2極の場合360度で1回転し、4極の場合は720度で1回転し、6極の場合は1080度で1回転することを表す。縦軸はスイッチ素子切換部10がドライバ部12に出力しているインバータ3の各スイッチ素子駆動用の信号と固定子4bにおける3相巻線のそれぞれに流れる電流波形を示している。記号は上から順に、スイッチ素子3aの駆動信号U、スイッチ素子3bの駆動信号X、スイッチ素子3cの駆動信号V、スイッチ素子3dの駆動信号Y、スイッチ素子3eの駆動信号W、スイッチ素子3fの駆動信号Z、固定子4bにおけるU相の巻線電流Iu、固定子4bにおけるV相の巻線電流Iv、固定子4bにおけるW相の巻線電流Iwである。   FIG. 3 is a diagram showing a switching pattern and a current waveform of each phase in 120-degree rectangular wave energization. In the figure, the horizontal axis represents the electrical angle. The electrical angle represents one rotation at 360 degrees when the rotor 4a has two poles, one rotation at 720 degrees when the rotor 4a has four poles, and one rotation at 1080 degrees when the rotor 4a has six poles. The vertical axis indicates the signal for driving each switch element of the inverter 3 output from the switch element switching unit 10 to the driver unit 12 and the current waveform flowing through each of the three-phase windings in the stator 4b. Symbols in order from the top are the drive signal U of the switch element 3a, the drive signal X of the switch element 3b, the drive signal V of the switch element 3c, the drive signal Y of the switch element 3d, the drive signal W of the switch element 3e, and the switch element 3f. The driving signal Z, the U-phase winding current Iu in the stator 4b, the V-phase winding current Iv in the stator 4b, and the W-phase winding current Iw in the stator 4b.

図3の動作について概略を説明する。同期回転数設定部6の決定する回転数に従って、120度づつの区間で順次、インバータ3を構成しているスイッチ素子の切換(転流)を行っている。また上アームの駆動信号U、V、WではPWM制御によるデューティ制御を行っている。なお、この図においてはPWMキャリア周波数が3kHzの場合について例示している。   An outline of the operation of FIG. 3 will be described. According to the rotational speed determined by the synchronous rotational speed setting unit 6, switching (commutation) of the switch elements constituting the inverter 3 is sequentially performed in 120 degree intervals. The upper arm drive signals U, V, W perform duty control by PWM control. In this figure, the case where the PWM carrier frequency is 3 kHz is illustrated.

図4はキャリア周波数を図3に対して2倍にした場合の120度矩形波通電におけるスイッチングパターンと各相の電流波形を示した図である。図4における記号、動作については図3と同一であるため、説明は省略する。   FIG. 4 is a diagram showing a switching pattern and a current waveform of each phase in 120-degree rectangular wave energization when the carrier frequency is doubled with respect to FIG. The symbols and operations in FIG. 4 are the same as those in FIG.

図3と図4の巻線電流Iu、Iv、Iwを比較しても明確なように、キャリア周波数を2倍にすることにより通電OFFによるの電流の落ち込みを小さくすることができ、PWMキャリアのON/OFFに伴う電流リップルを大幅に低減できるのが分かる。   As is clear from the comparison of the winding currents Iu, Iv, and Iw in FIGS. 3 and 4, the current drop due to energization OFF can be reduced by doubling the carrier frequency. It turns out that the current ripple accompanying ON / OFF can be reduced significantly.

この電流リップルの低減は、duty比の小さい領域、即ちインバータ3への供給電圧の大きい領域ほど有効に作用する。逆に、供給電圧が小さい領域では、PWM制御により平均電圧を大きくする必要があるため、duty比を大きくしてキャリアのON時間に対してOFF時間が短かくなり、必然的に電流リップルも抑制することができる。   The reduction of the current ripple works more effectively in a region where the duty ratio is small, that is, a region where the supply voltage to the inverter 3 is large. On the contrary, in the region where the supply voltage is small, it is necessary to increase the average voltage by PWM control. Therefore, the duty ratio is increased to shorten the OFF time with respect to the carrier ON time, and inevitably suppress the current ripple. can do.

図10に示すような従来の駆動装置では、キャリア周波数切替部を有していないため、電圧が大きくなっても、キャリア周波数が切り替えられない。また、電圧が変化した時、モータ4に与えられる電力が増加し、電流波形が乱れ、所望の電流波形となるようにDuty比制御部8がDuty比を小さくする必要がある。もし、本実施の形態においてブラシレスDCモータ4の相対位置を検出する手段を備えている場合は、Duty比を調整して適正な電流波形を実現できる。しかし、モータ4は一般的に慣性力(モータの回転速度を保持するように働く力)を有するために、電圧が上昇してから相対位置の異常を検出するまでに時間がかかる。そこで、Duty比制御部8が調整するDuty比に応じてキャリア周波数を切り替えるのではなく、電圧検出部7が検出した供給電圧に応じてキャリア周波数を切り替える方法にすると、Duty比が小さくなる前にキャリア周波数を切り替えることが可能となり、リップル電流が大きくなる前にキャリア周波数を切り替えることが可能となる。その結果、Duty比の変化によりモータ4に出力される波形の状態を検出する手段よりも供給電圧の変化によりモータ4に出力される波形の状態を検出する手段の方が騒音・振動の低減効果は大きなものとなる。   Since the conventional driving apparatus as shown in FIG. 10 does not have a carrier frequency switching unit, the carrier frequency cannot be switched even if the voltage increases. Further, when the voltage changes, the power supplied to the motor 4 increases, the current waveform is disturbed, and the duty ratio control unit 8 needs to reduce the duty ratio so that a desired current waveform is obtained. If the present embodiment includes means for detecting the relative position of the brushless DC motor 4, an appropriate current waveform can be realized by adjusting the duty ratio. However, since the motor 4 generally has an inertial force (a force that works so as to maintain the rotation speed of the motor), it takes time to detect an abnormality in the relative position after the voltage increases. Therefore, if the carrier frequency is switched according to the supply voltage detected by the voltage detection unit 7 instead of switching the carrier frequency according to the duty ratio adjusted by the duty ratio control unit 8, before the duty ratio decreases. The carrier frequency can be switched, and the carrier frequency can be switched before the ripple current increases. As a result, the means for detecting the state of the waveform output to the motor 4 due to the change in the supply voltage is more effective in reducing noise and vibration than the means for detecting the state of the waveform output to the motor 4 due to the change in the duty ratio. Will be big.

図5は本実施の形態を表すキャリア周波数の制御パターンの一例を表すタイミングチャートである。図において、横軸は時間を表す。縦軸は上から順に、PWMキャリア周波数切替部9が切り替えるキャリア周波数、インバータ3への供給電圧(直流電圧)、そして、電圧制御部13が電圧調整回路2gに出力される電圧調整信号である。なお、図中の電圧調整信号内に描かれている1から3の数字は電圧調整信号の内容を示しており、電圧調整回路2gは、その数字が大きいほど大きな電圧をインバータ3に供給することを示している。図より、電圧制御部13が、比較的低電圧になるような電圧調整信号を出力している時にはキャリア周波数を小さくし、より高電圧になるような電圧調整信号を出力している時ほどキャリア周波数を大きく設定している。この例の場合、電圧調整信号に応じて3種類のキャリア周波数を切り替えた例を示している。   FIG. 5 is a timing chart illustrating an example of a carrier frequency control pattern representing the present embodiment. In the figure, the horizontal axis represents time. The vertical axis represents, in order from the top, the carrier frequency switched by the PWM carrier frequency switching unit 9, the supply voltage (DC voltage) to the inverter 3, and the voltage adjustment signal output from the voltage control unit 13 to the voltage adjustment circuit 2g. The numbers 1 to 3 drawn in the voltage adjustment signal in the figure indicate the contents of the voltage adjustment signal, and the voltage adjustment circuit 2g supplies a larger voltage to the inverter 3 as the number increases. Is shown. From the figure, the carrier frequency is decreased when the voltage control unit 13 is outputting a voltage adjustment signal that makes the voltage relatively low, and the carrier is more output when the voltage adjustment signal that makes the voltage higher is outputted. The frequency is set large. In the case of this example, an example in which three types of carrier frequencies are switched according to the voltage adjustment signal is shown.

従って、比較的高電圧な領域でキャリア周波数を大きくしているので、1周期中の通電OFF時間が短くなり電流の落ち込みも低減でき、電流リップルによる振動、騒音を低減できる。電流の落ち込みの低減について図3,図4を用いて既に説明しているので、ここでは説明を省略する。   Therefore, since the carrier frequency is increased in a relatively high voltage region, the energization OFF time in one cycle can be shortened, current drop can be reduced, and vibration and noise due to current ripple can be reduced. Since reduction of current drop has already been described with reference to FIGS. 3 and 4, description thereof is omitted here.

図10に示すような従来の駆動装置では、キャリア周波数切替部を有していないため、キャリア周波数が切り替えられない。また、電圧制御部13によって電圧を変化させた時、平滑用の電解コンデンサ2e、2fにより時定数遅れが発生し、電圧制御部13がより大きな電圧をインバータ3に供給するための電圧調整信号を出力してから、電圧検出部7が検出した電圧の値が実際に上昇するまでに時間がかかる。一般的に電圧検出部7には、ノイズ低減用のコンデンサが含まれるので更に遅れが発生することも推測される。そこで、電圧検出部7が検出する供給電圧に応じてキャリア周波数を切り替えるのではなく、電圧制御部13が出力した供給電圧調整信号の変化毎にキャリア周波数を切り替える方法にすると、インバータ3に供給される電圧が昇圧される前にキャリア周波数を切り替えることが可能となり、リップル電流増大に対してより速やかにキャリア周波数を切り替えることができる。その結果、供給電圧の変化によりモータ4に出力される波形の状態を検出する手段よりも電圧調整信号の変化によりモータ4に出力される波形の状態を検出する手段の方が騒音・振動の低減効果は大きなものとなる。   Since the conventional driving apparatus as shown in FIG. 10 does not have a carrier frequency switching unit, the carrier frequency cannot be switched. Further, when the voltage is changed by the voltage control unit 13, a time constant delay occurs due to the electrolytic capacitors 2e and 2f for smoothing, and a voltage adjustment signal for the voltage control unit 13 to supply a larger voltage to the inverter 3 is provided. It takes time until the value of the voltage detected by the voltage detector 7 actually increases after the output. In general, the voltage detection unit 7 includes a noise reduction capacitor, so it is estimated that further delay occurs. Therefore, if the carrier frequency is switched every time the supply voltage adjustment signal output from the voltage control unit 13 is switched instead of switching the carrier frequency according to the supply voltage detected by the voltage detection unit 7, the carrier frequency is supplied to the inverter 3. The carrier frequency can be switched before the voltage to be boosted is increased, and the carrier frequency can be switched more quickly in response to an increase in ripple current. As a result, the means for detecting the state of the waveform output to the motor 4 by the change of the voltage adjustment signal is less in the noise and vibration than the means for detecting the state of the waveform output to the motor 4 by the change of the supply voltage. The effect is significant.

図6は本実施の形態を表すキャリア周波数の制御パターンの一例を表す図である。図において、横軸はDuty比制御部8が調整するDuty比、縦軸はキャリア周波数を表す。図より、小さなDuty比の領域ではキャリア周波数を大きくし、Duty比が大きくなるに従ってキャリア周波数を小さく設定している。この例の場合、Duty比に応じて3種類のキャリア周波数を切り替えた例を示している。   FIG. 6 is a diagram showing an example of a carrier frequency control pattern representing the present embodiment. In the figure, the horizontal axis represents the duty ratio adjusted by the duty ratio control unit 8, and the vertical axis represents the carrier frequency. From the figure, the carrier frequency is increased in the region with a small duty ratio, and the carrier frequency is set smaller as the duty ratio increases. In this example, three types of carrier frequencies are switched according to the duty ratio.

従って、比較的低いDuty比の領域でキャリア周波数を大きくしているので、1周期中の通電OFF時間が短くなり電流の落ち込みも低減でき、電流リップルによる振動、騒音を低減できる。電流の落ち込みの低減について図3,図4を用いて既に説明しているので、ここでは説明を省略する。   Therefore, since the carrier frequency is increased in the region of a relatively low duty ratio, the energization OFF time in one cycle is shortened, and the current drop can be reduced, and vibration and noise due to current ripple can be reduced. Since reduction of current drop has already been described with reference to FIGS. 3 and 4, description thereof is omitted here.

図10に示すような従来の駆動装置では、負荷状態が変化した際に負荷状態判定回路108は備えているもののキャリア周波数切替部を有していないため、キャリア周波数が切り替えられない。また、負荷トルクが小さくなった場合には、電圧検出部7が検出する供給電圧においても、電圧制御部13から出力される電圧調整信号においても、変化点が存在しないので、図2、図5のような駆動方法を用いてもキャリア周波数を切り替えることができない。そこで、Duty比制御部8が調整するDuty比に応じてキャリア周波数を切り替える方法にすると、負荷トルクが小さくなりDuty比制御部8が調整するDuty比が小さくなった場合にキャリア周波数を切り替えることが可能となり、リップル電流増大に対して速やかにキャリア周波数を切り替えることができる。その結果、モータ4に出力される波形の状態を検出するための他の手段よりもDuty比の変化によりモータ4に出力される波形の状態を検出する手段の方が騒音・振動の低減効果は大きなものとなる。   In the conventional driving apparatus as shown in FIG. 10, when the load state changes, the load state determination circuit 108 is provided but the carrier frequency switching unit is not included, and therefore the carrier frequency cannot be switched. Further, when the load torque becomes small, there is no change point in the supply voltage detected by the voltage detection unit 7 or in the voltage adjustment signal output from the voltage control unit 13, so that FIGS. Even if such a driving method is used, the carrier frequency cannot be switched. Therefore, when the carrier frequency is switched according to the duty ratio adjusted by the duty ratio control unit 8, the carrier frequency is switched when the load torque becomes small and the duty ratio adjusted by the duty ratio control unit 8 becomes small. The carrier frequency can be quickly switched with respect to the ripple current increase. As a result, the noise / vibration reduction effect of the means for detecting the state of the waveform output to the motor 4 due to the change in the duty ratio is less than the other means for detecting the state of the waveform output to the motor 4. It will be big.

図7は本実施の形態を表すキャリア周波数の制御パターンの一例を表す図である。図において、横軸は同期回転数設定部6が決定するロータ回転数、縦軸はキャリア周波数を表す。この例の場合、回転数に応じて3種類のキャリア周波数を切り替えた例を示している。ここで、低い回転数の領域ではキャリア周波数を小さくし、中程度の回転数ではキャリア周波数を最も大きくし、回転数が高い時にはキャリア周波数を比較的小さく設定している場合を示している。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a carrier frequency control pattern representing the present embodiment. In the figure, the horizontal axis represents the rotor rotational speed determined by the synchronous rotational speed setting unit 6, and the vertical axis represents the carrier frequency. In the case of this example, an example in which three types of carrier frequencies are switched according to the number of rotations is shown. Here, the carrier frequency is reduced in the low rotation speed region, the carrier frequency is maximized at the medium rotation speed, and the carrier frequency is set relatively low when the rotation speed is high.

図7についてもう少し詳細に説明する。本実施の形態において、電圧制御部13を備えている場合、回転数が低くなるにつれて電圧調整回路2gによってインバータ3に入力される直流電圧を低くしていき、Duty比の低下を抑えることができる。この場合、図3、図4の説明の中でも述べたように必然的に電流リップルも抑制することができ、キャリア周波数を切り替えることの効果は小さくなる。しかし、電圧調整回路2gが倍電圧整流/全波整流の切替方式回路であった場合、直流電圧を2段階にしか変化させられないために、常にDuty比が高くなるように直流電圧を調整することは不可能となる。そのため、中程度の回転数領域が最もDutyの低い領域となり、電流リップルの振動、騒音の影響を受けやすくなる領域と言える。そこで、この領域のキャリア周波数を最も大きくなるように切り替えている。高回転領域においては、電流が大きくなるため、スイッチ素子3a、3b、3c、3d、3e、3fの温度は上昇する。また、キャリア周波数を大きくすることも温度上昇につながるので、比較的小さなキャリア周波数に切り替えている。高回転領域では、PWM制御により平均電圧を大きくする必要があるため、duty比を大きくしてキャリアのON時間に対してOFF時間が短かくなり、必然的に電流リップルも抑制することができるので、比較的小さなキャリア周波数でも問題ない。   FIG. 7 will be described in a little more detail. In the present embodiment, when the voltage control unit 13 is provided, the DC voltage input to the inverter 3 is lowered by the voltage adjustment circuit 2g as the rotational speed is lowered, and the reduction in the duty ratio can be suppressed. . In this case, as described in the description of FIG. 3 and FIG. 4, current ripple can be inevitably suppressed, and the effect of switching the carrier frequency is reduced. However, when the voltage adjustment circuit 2g is a voltage doubler rectification / full wave rectification switching type circuit, the DC voltage can be changed only in two stages, and therefore the DC voltage is adjusted so that the duty ratio is always increased. It becomes impossible. Therefore, it can be said that the medium rotational speed region is the region with the lowest duty, and is easily affected by vibration of current ripple and noise. Therefore, switching is performed so that the carrier frequency in this region is maximized. In the high rotation region, since the current increases, the temperature of the switch elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f increases. Further, since increasing the carrier frequency also leads to a temperature rise, the carrier frequency is switched to a relatively low carrier frequency. Since it is necessary to increase the average voltage by PWM control in the high rotation range, the duty ratio is increased, the OFF time is shortened with respect to the carrier ON time, and current ripple can be suppressed inevitably. There is no problem with a relatively small carrier frequency.

従って、中程度の回転数領域でキャリア周波数を大きくしているので、1周期中の通電OFF時間が短くなり電流の落ち込みも低減でき、電流リップルによる振動、騒音を低減できる。電流の落ち込みの低減について図3,図4を用いて既に説明しているので、ここでは説明を省略する。   Therefore, since the carrier frequency is increased in the middle rotation speed region, the energization OFF time in one cycle can be shortened, current drop can be reduced, and vibration and noise due to current ripple can be reduced. Since reduction of current drop has already been described with reference to FIGS. 3 and 4, description thereof is omitted here.

図10に示すような従来の駆動装置では、回転数が変化した際にキャリア周波数切替部を有していないため、キャリア周波数が切り替えられない。また、同期回転数設定部6が決定する回転数が高回転から中程度の回転数に変化した場合には、電圧検出部7が検出する供給電圧においても、電圧制御部13から出力される電圧調整信号においても、変化点が存在しないので、図2、図5のような駆動方法を用いてもキャリア周波数を切り替えることができない。また、120度矩形波通電で運転中にDuty比は一定に保持しながら高回転を実現する場合、通電する期間を電気角120度より長い期間通電することにより高回転を実現する場合がある。この場合、モータに流す電流は増えるため温度上昇につながるが、Duty比は変化しないため、図6で説明したような駆動方法を用いてもキャリア周波数を切り替えることができない。そこで、同期回転数設定部6が決定する回転数に応じてキャリア周波数を切り替える方法にすると、ブラシレスDCモータ4に出力される波形の状態を検出することなくキャリア周波数を切り替えることが可能となり、リップル電流増大に対して速やかにキャリア周波数を切り替えることができる。その結果、モータ4に出力される波形の状態を検出してキャリア周波数を切り替える手段よりも、回転数の変化によりキャリア周波数を切り替える手段の方が騒音・振動の低減効果は大きなものとなる。   In the conventional driving apparatus as shown in FIG. 10, the carrier frequency cannot be switched because the carrier frequency switching unit is not provided when the rotation speed changes. In addition, when the rotation speed determined by the synchronous rotation speed setting unit 6 changes from a high rotation speed to an intermediate rotation speed, the voltage output from the voltage control section 13 also in the supply voltage detected by the voltage detection section 7 Since there is no change point in the adjustment signal, the carrier frequency cannot be switched even using the driving method as shown in FIGS. In addition, when high rotation is realized while keeping the duty ratio constant during operation with 120-degree rectangular wave energization, high rotation may be realized by energizing the energization period longer than the electrical angle of 120 degrees. In this case, the current flowing through the motor increases, leading to a temperature rise, but the duty ratio does not change, so that the carrier frequency cannot be switched even using the driving method described with reference to FIG. Therefore, if the carrier frequency is switched according to the rotational speed determined by the synchronous rotational speed setting unit 6, the carrier frequency can be switched without detecting the state of the waveform output to the brushless DC motor 4. The carrier frequency can be switched quickly in response to an increase in current. As a result, the noise / vibration reduction effect is greater in the means for switching the carrier frequency by changing the rotation speed than in the means for switching the carrier frequency by detecting the state of the waveform output to the motor 4.

次に、ブラシレスDCモータ4の構造について説明を行う。図8は、本発明の実施の形態1によるブラシレスDCモータの回転子の構造図である。回転子コア20は、0.35mmから0.5mm程度の薄い珪素鋼板を打ち抜いたものを、積み重ねたものである。4枚のマグネット21a、21b、21c、21dは、駆動軸22に対して逆円弧状に回転子コア20に埋め込まれている。このマグネットは通常フェライト系がよく用いられるが、ネオジなどの希土類の磁石が使われる場合は平板構造のものが使われることもある。   Next, the structure of the brushless DC motor 4 will be described. FIG. 8 is a structural diagram of the rotor of the brushless DC motor according to the first embodiment of the present invention. The rotor core 20 is formed by stacking punched thin steel sheets of about 0.35 mm to 0.5 mm. The four magnets 21 a, 21 b, 21 c, 21 d are embedded in the rotor core 20 in a reverse arc shape with respect to the drive shaft 22. This magnet is usually a ferrite type, but if a rare earth magnet such as neodymium is used, a plate structure may be used.

図8に示したような構造の回転子において、回転子中央からマグネットの中央に向かう軸をd軸、回転子中央からマグネットの間に向かう軸をq軸とすると、それぞれの軸方向のインダクタンスLd、Lqは逆突極性を有し、異なるものとなる。   In the rotor having the structure as shown in FIG. 8, assuming that the axis from the rotor center to the magnet center is the d axis and the axis from the rotor center to the magnet is the q axis, the inductance Ld in each axial direction , Lq have opposite saliency and are different.

電機子巻線に流れる電流の作る磁束と、永久磁石の発する磁束の作用によって発生するフレミングの左手の法則に従うトルク(マグネットトルク)の他に、電機子巻線に流れる電流の作る磁束と、埋め込むことによって磁石の埋め込まれた部分と埋め込まれていない部分の鉄部の形状が変化すること(逆突極性)により回転子表面の鉄部が引きつけ合う力(リラクタンストルク)が作用し、磁石表面配置形回転子と比べてトルクリップルが増大するので、本実施例の制御を用いて、低負荷、高電圧領域においてトルクリップルに伴う回転子軸共振を大幅に低減することができ、騒音も抑制することができる。   In addition to the magnetic flux generated by the current flowing in the armature winding and the torque (magnet torque) following the Fleming's left-hand rule generated by the action of the magnetic flux generated by the permanent magnet, the magnetic flux generated by the current flowing in the armature winding is embedded. As a result, the force (reluctance torque) that attracts the iron part of the rotor surface acts by changing the shape of the iron part of the part where the magnet is embedded and the part where it is not embedded (reverse saliency). Since the torque ripple is increased compared to the type rotor, the control of the present embodiment can be used to significantly reduce the rotor shaft resonance associated with the torque ripple in a low load, high voltage region, and to suppress noise. be able to.

以上の様に本実施の形態1のブラシレスDCモータの駆動方法は、永久磁石を有する回転子4aと三相巻線を有する固定子4bからなるブラシレスDCモータ4と、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子3a〜3fにより電力を供給するインバータ3と、前記スイッチング素子群3a〜3fの切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部9と、前記キャリア周波数生成部9によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるDuty比を調整するDuty比制御部8と、回転数指令回路5からの指示のもとに回転数を決定する回転数設定部6と、前記スイッチング素子群3a〜3fを順次切り換えるスイッチ素子切換部10とを備え、前記インバータ3から出力される波形の状態によってキャリア周波数を2種類以上切り替えることを可能にしたものであるので、入力電圧(商用電源の電圧)やインバータへの供給電圧(直流電圧)、負荷状態(Duty比)に応じてキャリア周波数を切り替えることで騒音や振動を抑えることが出来る。   As described above, the driving method of the brushless DC motor according to the first embodiment is connected to the brushless DC motor 4 including the rotor 4a having a permanent magnet and the stator 4b having a three-phase winding, and the three-phase winding. Inverter 3 for supplying power by a plurality of drive switching elements 3a to 3f, a carrier frequency generation unit 9 for generating a switching frequency of the switching element groups 3a to 3f, and the carrier frequency generation unit 9 A duty ratio control unit 8 that adjusts a duty ratio that is a ratio of an on-time within a carrier cycle, a rotational speed setting unit 6 that determines a rotational speed based on an instruction from the rotational speed command circuit 5, and the switching element. A switch element switching unit 10 for sequentially switching the groups 3a to 3f, and depending on the state of the waveform output from the inverter 3, the carrier frequency Since it is possible to switch two or more types, the carrier frequency can be switched according to the input voltage (commercial power supply voltage), the supply voltage to the inverter (DC voltage), and the load state (Duty ratio). Noise and vibration can be suppressed.

インバータの出力波形の状態によってキャリア周波数を切り替える手段を有するので、小さなDuty比でモータを駆動中に発生する電流リップルを低減でき、騒音や振動の抑制効果としては本実施例によるものが良くなる。   Since the means for switching the carrier frequency according to the state of the output waveform of the inverter is provided, the current ripple generated during driving of the motor with a small duty ratio can be reduced, and the effect of suppressing noise and vibration is improved by this embodiment.

インバータ3に供給される電源電圧を検出する電圧検出部7と、前記電圧検出部7によって検出された電圧に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部9とを有することにより、瞬時電圧低下・停電や急峻な電源電圧の上昇が生じたり、異なる商用電源電圧環境下での使用などインバータへの供給電圧が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに低減することが出来る。   By having a voltage detection unit 7 that detects the power supply voltage supplied to the inverter 3 and a carrier frequency switching unit 9 that switches the carrier frequency according to the voltage detected by the voltage detection unit 7, an instantaneous voltage drop / power failure In addition, noise and vibration generated when the supply voltage to the inverter is changed, such as when the power supply voltage is suddenly increased or when the supply voltage to the inverter is changed, such as when used in different commercial power supply voltage environments, can be quickly reduced.

インバータへの供給電圧によってキャリア周波数を切り替える手段を有するので、入力電圧が変動した場合に電流リップルを低減でき、騒音や振動の抑制効果としては本実施例によるものが良くなる。   Since the means for switching the carrier frequency according to the supply voltage to the inverter is provided, the current ripple can be reduced when the input voltage fluctuates, and the effect of suppressing noise and vibration is improved by this embodiment.

インバータ3に供給される電源電圧を調整する電圧調整部2gと、前記電圧調整部2gに出力される電圧調整信号を制御する電圧制御部13と、電圧調整信号に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部9とを有することにより、モータの回転数などに応じて最適な電源電圧をインバータに供給できるとともに、電源電圧の変化による騒音や振動の発生を速やかに低減することが出来る。また、電圧調整信号の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、インバータへの供給電圧の変化により切り替える手段よりも、より速やかに騒音や振動を抑制できるという効果もある。   A voltage adjustment unit 2g for adjusting a power supply voltage supplied to the inverter 3, a voltage control unit 13 for controlling a voltage adjustment signal output to the voltage adjustment unit 2g, and a carrier frequency for switching a carrier frequency in accordance with the voltage adjustment signal By including the switching unit 9, it is possible to supply an optimal power supply voltage to the inverter according to the number of rotations of the motor and the like, and it is possible to quickly reduce the occurrence of noise and vibration due to changes in the power supply voltage. Further, since the carrier frequency is switched by the change of the voltage adjustment signal, there is an effect that noise and vibration can be suppressed more quickly than the means for switching by the change of the supply voltage to the inverter.

インバータへの供給電圧を制御するための信号によってキャリア周波数を切り替える手段を有するので、インバータへの電圧を変化させる際に発生する電流リップルの低減を行うことができる本実施例によるものの方が、騒音や振動の抑制効果としては良くなる。   Since there is means for switching the carrier frequency by a signal for controlling the supply voltage to the inverter, the current ripple generated when the voltage to the inverter is changed can be reduced by the present embodiment. As a vibration suppression effect.

Duty比を調整するDuty比制御部8と、Duty比制御部によって調整されたDuty比に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部9とを有することにより、負荷状態が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに低減することが出来る。また、Duty比の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、負荷変動が生じた場合のような、入力電圧(商用電源の電圧)やインバータの供給電圧(直流電圧)、電圧調整信号に変化が生じないような場合も、騒音や振動を低減できるという効果もある。   Noise generated when the load state changes by including the duty ratio control unit 8 that adjusts the duty ratio and the carrier frequency switching unit 9 that switches the carrier frequency according to the duty ratio adjusted by the duty ratio control unit. And vibration can be reduced quickly. In addition, since the carrier frequency is switched by changing the duty ratio, the input voltage (commercial power supply voltage), the inverter supply voltage (DC voltage), and the voltage adjustment signal do not change as in the case of load fluctuation. In this case, there is an effect that noise and vibration can be reduced.

負荷変動を検知してインバータに出力する信号への変換手段を切り替えるのではなく、負荷変動に応じて調整されたDuty比によってキャリア周波数を切り替える手段を有するので、負荷が低下した時などに発生する電流リップルを低減でき、騒音や振動の抑制効果としては本実施例によるものが良くなる。   It occurs when the load drops because it has means to switch the carrier frequency according to the duty ratio adjusted according to the load fluctuation, instead of switching the means for converting the signal to output to the inverter by detecting the load fluctuation. The current ripple can be reduced, and the effect of suppressing noise and vibration is improved by the present embodiment.

また、ブラシレスDCモータ4が、回転子4aの鉄心に永久磁石21a〜21dを埋め込んでなる回転子4aであり、かつ突極性を有する回転子4aを有したものであり、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクが作用し、磁石表面配置形回転子と比べてトルクリップルが増大するので、騒音や振動が発生しやすい特性を有しているため、さらに効果が現れることになる。   Further, the brushless DC motor 4 is a rotor 4a in which permanent magnets 21a to 21d are embedded in the iron core of the rotor 4a, and has a rotor 4a having saliency. In addition, reluctance torque due to saliency acts and torque ripple increases as compared with a magnet surface-arranged rotor, so that noise and vibration are easily generated.

そして、ブラシレスDCモータ4は圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において低騒音を実現できる極めて重要な用途のひとつである。特に、圧縮機を用いた製品の一つである冷蔵庫においては、様々な国々で利用されており、言い換えれば様々な入力電圧の環境下で使用されるということになる。インバータへ供給される電圧によってキャリア周波数を切り替えるので、電流リップルが大きくなりやすい入力電圧が高い環境下において、本実施例によるものがさらに効果を発揮することになる。   The brushless DC motor 4 drives the compressor, and is one of extremely important applications that can realize low noise in the compressor. In particular, a refrigerator, which is one of products using a compressor, is used in various countries, in other words, used under various input voltage environments. Since the carrier frequency is switched by the voltage supplied to the inverter, the effect of the present embodiment is more effective in an environment where the input voltage is likely to increase current ripple and is high.

(実施の形態2)
次に本発明による実施の形態2について図9を用いて説明する。図9は本発明の実施の形態2によるブラシレスDCモータの駆動装置のブロック図である。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a block diagram of a brushless DC motor driving apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

図9において、図1で説明したものと同一構成のものは、同一番号を付与して詳しい説明は省略する。   In FIG. 9, the same components as those described in FIG.

逆記電圧検出回路30は、ブラシレスDCモータ4の永久磁石を有する回転子4aが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子4aの回転相対位置を検出する。なお、ここでは電圧検出回路としたが、回転子4aの位置を検出する手段であれば、電流検出などの他の検出手段に置き換えても良い。   The reverse voltage detection circuit 30 detects the rotational relative position of the rotor 4a from the back electromotive voltage generated when the rotor 4a having the permanent magnet of the brushless DC motor 4 rotates. Although the voltage detection circuit is used here, any other detection means such as current detection may be used as long as it is a means for detecting the position of the rotor 4a.

ロータ位置検出部31は、逆起電圧検出回路30の出力信号によりロジカルな信号変換を行い、インバータ3のスイッチ素子3a、3b、3c、3d、3e、3fを順次切り換えるタイミングを決定する。このロータ位置検出部31は、ブラシレスDCモータ4を回転子4aの回転相対位置に合わせるように変換されたロジカルな信号を発生させることが可能である。   The rotor position detection unit 31 performs logical signal conversion based on the output signal of the back electromotive voltage detection circuit 30, and determines the timing for sequentially switching the switch elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f of the inverter 3. The rotor position detection unit 31 can generate a logical signal converted so that the brushless DC motor 4 is aligned with the rotational relative position of the rotor 4a.

負荷状態判定部32は、ブラシレスDCモータ4の負荷状態を判定し、インバータ3のスイッチング素子3a、3b、3c、3d、3e、3fを順次切り換える時機(タイミング)を、同期回転数設定部6に基づいたものにするか、ロータ位置検出部31に基づいたものにするかを決定する。   The load state determination unit 32 determines the load state of the brushless DC motor 4, and sets the timing (timing) for sequentially switching the switching elements 3 a, 3 b, 3 c, 3 d, 3 e, and 3 f of the inverter 3 to the synchronous rotation speed setting unit 6. Whether to be based or based on the rotor position detector 31 is determined.

切替時機選択部33は、インバータ3のスイッチング素子3a、3b、3c、3d、3e、3fを順次切り換えていくタイミングに関して、同期回転数設定部6で決められた回転数に合わせるか、ロータ位置検出部31で検出された回転相対位置に合わせるかを、負荷状態判定部32の決定に基づいて選択する。   The switching timing selector 33 adjusts the timing of switching the switching elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f of the inverter 3 to the rotational speed determined by the synchronous rotational speed setting section 6 or detects the rotor position. Whether to match the rotational relative position detected by the unit 31 is selected based on the determination of the load state determination unit 32.

スイッチ素子切換部34は、切換時機選択部33によって選択されたロジカルな信号パタンをもとに、インバータ3のスイッチ素子3a、3b、3c、3d、3e、3fを駆動するための信号を出力する。   The switch element switching unit 34 outputs a signal for driving the switch elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f of the inverter 3 based on the logical signal pattern selected by the switching timing selection unit 33. .

以上のように構成されたブラシレスDCモータの駆動装置について、次にその動作について説明する。   Next, the operation of the brushless DC motor driving apparatus configured as described above will be described.

負荷状態判定部32はブラシレスDCモータ4の負荷状態を判定し、高負荷状態のもとで高回転運転する必要がある場合、位置検出部31から得られる位置情報をもとにインバータ3のスイッチング素子3a、3b、3c、3d、3e、3fを順次切り換えていては高回転運転を実現できないと判断し、同期回転数設定部6で決められた回転数に応じて回転子4aを同期運転させるよう切換時機選択部33に伝える。この時、強制的に所定周波数で信号パタンを発生させることが可能となり、モータ4は同期モータとして動作する。逆に、比較的低い負荷状態のもとでは、位置情報をもとに順次切り換えてもある程度の回転数は実現し得ると判断し、位置検出部31の位置情報に応じてスイッチング素子3a、3b、3c、3d、3e、3fを順次切り換えていくよう切換時機選択部33に伝達する。この動作は、効率よりも高パワーが必要な高回転運転時と、効率重視の低回転運転時とでスイッチング素子を切り換えるタイミングを変更している、というふうに言い換えることもできる。   The load state determination unit 32 determines the load state of the brushless DC motor 4 and switches the inverter 3 based on the position information obtained from the position detection unit 31 when it is necessary to perform a high rotation operation under a high load state. If the elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f are sequentially switched, it is determined that high-speed operation cannot be realized, and the rotor 4a is operated synchronously according to the rotational speed determined by the synchronous rotational speed setting unit 6. To the switching time selector 33. At this time, it becomes possible to forcibly generate a signal pattern at a predetermined frequency, and the motor 4 operates as a synchronous motor. On the contrary, under a relatively low load state, it is determined that a certain number of rotations can be realized even by sequentially switching based on the position information, and the switching elements 3a, 3b are determined according to the position information of the position detection unit 31. 3c, 3d, 3e, and 3f are transmitted to the switching timing selector 33 so as to be sequentially switched. This operation can be rephrased as changing the switching timing of the switching element between a high-speed operation requiring higher power than the efficiency and a low-speed operation focusing on efficiency.

さらに、実施の形態1で説明したような、モータ4に出力される波形の状態や、同期回転数設定部6で決められた回転数に応じてキャリア周波数を切り替えることができるキャリア周波数切替部9を備えているため、Duty比の低下に伴う電流リップルの増加を抑制することが可能であり、より高効率な運転が実現できる。   Furthermore, as described in the first embodiment, the carrier frequency switching unit 9 that can switch the carrier frequency according to the state of the waveform output to the motor 4 and the rotation number determined by the synchronous rotation number setting unit 6. Therefore, it is possible to suppress an increase in current ripple caused by a decrease in the duty ratio, and a more efficient operation can be realized.

この動作を冷蔵庫に置き換えて考えてみるとその効果はより具体的なる。冷蔵庫においては、初めて運転をおこなうときなどは、常温から氷点下数十℃程度まで一気に冷却する必要があるため、効率よりもパワーが必要である。しかし、一旦庫内が冷却された後は(ドア開閉の少ない夜間は特に)、庫内はなかなか昇温しないため比較的低い負荷であり、冷却能力もあまり必要とされないので低回転運転でも充分である。通常の運転状態の大半はこの様な低回転運転で間に合う低負荷状態にあるから、低負荷状態での運転効率が消費電力量に及ぼす影響は大きく、効率重視の運転が必要となる。この様に本実施の形態は、冷蔵庫などの圧縮機を駆動する装置としても非常に効果がある。   If this operation is replaced with a refrigerator, the effect becomes more specific. In the refrigerator, when operating for the first time, it is necessary to cool at a stretch from room temperature to several tens of degrees Celsius below freezing point. However, once the interior is cooled (especially at night when the doors are open and closed), the interior does not heat up easily, so it is a relatively low load and cooling capacity is not required so low speed operation is sufficient. is there. Since most of the normal operating states are in a low load state in time for such a low rotation operation, the influence of the operation efficiency in the low load state on the power consumption is large, and an operation emphasizing efficiency is required. Thus, this embodiment is very effective as a device for driving a compressor such as a refrigerator.

以上の様に本実施の形態2のブラシレスDCモータの駆動装置は、回転子4aの位置を検出するロータ位置検出部31と、ブラシレスDCモータ4の負荷の状態を判定する負荷状態判定部32と、三相巻線4bに接続される複数個のスイッチング素子を順次切り換えていく時機を前記回転子位置検出部31で検出された位置情報をもとに決定するか、あるいは同期回転数設定部6で決定された回転数をもとに決定するかを前記負荷状態判定部32の指示により選択する切換時機選択部33とを備えることにより、効率重視の運転手段と高パワー重視の運転手段とを選択することが可能であり、キャリア周波数切替部9を併せ持つことで電流リプルの低減が可能となるため、高効率性においてはより大きな効果を発揮することが出来る。   As described above, the brushless DC motor driving apparatus according to the second embodiment includes the rotor position detection unit 31 that detects the position of the rotor 4a, the load state determination unit 32 that determines the load state of the brushless DC motor 4, and the like. The timing for sequentially switching the plurality of switching elements connected to the three-phase winding 4b is determined based on the position information detected by the rotor position detector 31 or the synchronous rotation speed setting unit 6 The switching time selection unit 33 that selects whether to determine based on the number of revolutions determined in accordance with the instruction of the load state determination unit 32, the efficiency-oriented driving means and the high power-oriented driving means are provided. Since the current ripple can be reduced by having the carrier frequency switching unit 9 in combination, a greater effect can be exhibited in high efficiency.

負荷状態の変化に応じて、インバータに出力する信号パタンを切り替えることで、負荷の低い状態ではより効率の良い信号パタンを選択することができるだけでなく、負荷状態の変化に応じて調整されたDuty比をもとにキャリア周波数を切り替える手段を有するので、小さなDuty比で運転中に発生する電流リップルの低減を行うことができる本実施例によるものの方が、高効率化に対する効果としては良くなる。   By switching the signal pattern output to the inverter according to the change in the load state, it is possible not only to select a more efficient signal pattern in a low load state, but also to adjust the duty adjusted according to the change in the load state Since the means for switching the carrier frequency based on the ratio is provided, the effect according to the present embodiment, which can reduce the current ripple generated during operation with a small duty ratio, is better as an effect for higher efficiency.

以上のように、本発明は、入力電圧(商用電源の電圧)やインバータへの供給電圧(直流電圧)、負荷状態(Duty比)に応じてキャリア周波数を切り替えることで騒音や振動を抑えることができるので、ブラシレスDCモータの駆動方法及び駆動装置として幅広く利用でき、ブラシレスDCモータの採用製品の省エネルギー化と低騒音,低振動化を図る上で有効に適用できる。   As described above, the present invention suppresses noise and vibration by switching the carrier frequency according to the input voltage (commercial power supply voltage), the supply voltage (DC voltage) to the inverter, and the load state (Duty ratio). Therefore, it can be widely used as a brushless DC motor drive method and drive device, and can be effectively applied to achieve energy saving, low noise, and low vibration of products adopting the brushless DC motor.

本発明の実施の形態1によるブラシレスDCモータの駆動装置のブロック図1 is a block diagram of a brushless DC motor driving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における横軸に供給電圧をとった場合のキャリア周波数の制御パターンの一例を表す図The figure showing an example of the control pattern of the carrier frequency at the time of taking supply voltage on the horizontal axis in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における120度矩形波通電におけるキャリア周波数3kHzスイッチングパターンと各相の電流波形を示した図The figure which showed the carrier waveform 3kHz switching pattern and the current waveform of each phase in 120 degree | times rectangular wave energization in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における120度矩形波通電におけるキャリア周波数6kHzのスイッチングパターンと各相の電流波形を示した図The figure which showed the switching pattern of the carrier frequency of 6 kHz in 120 degree | times rectangular wave energization in Embodiment 1 of this invention, and the current waveform of each phase 本発明の実施の形態1におけるキャリア周波数の制御パターンの一例を表すタイミングチャートTiming chart showing an example of a carrier frequency control pattern in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における横軸にDuty比をとった場合のキャリア周波数の制御パターンの一例を表す図The figure showing an example of the control pattern of the carrier frequency at the time of taking Duty ratio on the horizontal axis in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における横軸にロータ回転数をとった場合のキャリア周波数の制御パターンの一例を表す図The figure showing an example of the control pattern of the carrier frequency at the time of taking rotor rotation speed on the horizontal axis in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1によるブラシレスDCモータの回転子の構造図Structure diagram of rotor of brushless DC motor according to embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態2によるブラシレスDCモータの駆動装置のブロック図Block diagram of a brushless DC motor driving apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. 従来のブラシレスDCモータの駆動装置のブロック図Block diagram of a conventional brushless DC motor drive device

符号の説明Explanation of symbols

1 商用電源
2 整流回路
3 インバータ
3a〜3f スイッチング素子
4 ブラシレスDCモータ
6 同期回転数設定部
8 Duty比制御部
9 キャリア周波数生成部
10 スイッチング素子切換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Commercial power supply 2 Rectifier circuit 3 Inverter 3a-3f Switching element 4 Brushless DC motor 6 Synchronous rotation speed setting part 8 Duty ratio control part 9 Carrier frequency generation part 10 Switching element switching part

Claims (8)

永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記ブラシレスDCモータを同期モータとして動作させるための回転数を決める同期回転数設定部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部とを備え、前記インバータから出力される波形の状態によって前記キャリア周波数を2種類以上切り替えることが可能であるブラシレスDCモータの駆動方法。 A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding; an inverter for supplying power by a plurality of driving switching elements connected to the three-phase winding; and the switching element group A carrier frequency generation unit that generates a switching frequency of the following, a synchronous rotation number setting unit that determines a rotation number for operating the brushless DC motor as a synchronous motor, and a switching element switching unit that sequentially switches the switching element group, A method of driving a brushless DC motor, wherein two or more types of carrier frequencies can be switched depending on the state of a waveform output from the inverter. 永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記ブラシレスDCモータを同期モータとして動作させるための回転数を決める同期回転数設定部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部と、前記インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された電圧に応じて前記キャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有するブラシレスDCモータの駆動装置。 A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding; an inverter for supplying power by a plurality of driving switching elements connected to the three-phase winding; and the switching element group A carrier frequency generating unit for generating a switching frequency of the motor, a synchronous rotational speed setting unit for determining a rotational speed for operating the brushless DC motor as a synchronous motor, a switching element switching unit for sequentially switching the switching element group, and the inverter A brushless DC motor drive device comprising: a voltage detection unit that detects a power supply voltage supplied to the carrier; and a carrier frequency switching unit that switches the carrier frequency in accordance with the voltage detected by the voltage detection unit. 永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記ブラシレスDCモータを同期モータとして動作させるための回転数を決める同期回転数設定部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部と、前記インバータに供給される電源電圧を調整する電圧調整部と、前記電圧調整部に出力される電圧調整信号を制御する電圧制御部と、前記電圧調整部に出力される電圧調整信号に応じて前記キャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有するブラシレスDCモータの駆動装置。 A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding; an inverter for supplying power by a plurality of driving switching elements connected to the three-phase winding; and the switching element group A carrier frequency generation unit that generates a switching frequency of the motor, a synchronous rotation number setting unit that determines a rotation number for operating the brushless DC motor as a synchronous motor, a switching element switching unit that sequentially switches the switching element group, and the inverter A voltage adjustment unit for adjusting a power supply voltage supplied to the voltage adjustment unit, a voltage control unit for controlling a voltage adjustment signal output to the voltage adjustment unit, and the carrier frequency according to the voltage adjustment signal output to the voltage adjustment unit A brushless DC motor drive device having a carrier frequency switching unit for switching between the two. 永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記キャリア周波数生成部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるDuty比を調整するDuty比制御部と、前記ブラシレスDCモータを同期モータとして動作させるための回転数を決める同期回転数設定部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部と、前記Duty比制御部によって調整されたDuty比に応じて前記キャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有するブラシレスDCモータの駆動装置。 A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding; an inverter for supplying power by a plurality of driving switching elements connected to the three-phase winding; and the switching element group A carrier frequency generation unit that generates a switching frequency of the output, a duty ratio control unit that adjusts a duty ratio that is a ratio of an on-time within a carrier period determined by the carrier frequency generation unit, and the brushless DC motor as a synchronous motor A carrier speed switching unit that switches the carrier frequency in accordance with a duty ratio adjusted by the duty ratio control unit; a switching element switching unit that sequentially switches the switching element group; And a brushless DC motor driving device. 永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記ブラシレスDCモータを同期モータとして動作させるための回転数を決める同期回転数設定部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部と、前記同期回転数設定部で決定される回転数に応じて前記キャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有するブラシレスDCモータの駆動装置。 A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding; an inverter for supplying power by a plurality of driving switching elements connected to the three-phase winding; and the switching element group A carrier frequency generation unit that generates a switching frequency of the switching element, a synchronous rotation number setting unit that determines a rotation number for operating the brushless DC motor as a synchronous motor, a switching element switching unit that sequentially switches the switching element group, and the synchronization A brushless DC motor driving device comprising: a carrier frequency switching unit that switches the carrier frequency according to the number of rotations determined by a rotation number setting unit. 回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、ブラシレスDCモータの負荷の状態を判定する負荷状態判定部と、三相巻線に接続される複数個のスイッチング素子を順次切り換えていく時機を前記回転子位置検出部で検出された位置情報をもとに決定するか、あるいは同期回転数設定部で決定された回転数をもとに決定するかを前記負荷状態判定部により選択する切換時機選択部とを有した請求項2から請求項5のいずれか1項に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。 A rotor position detector that detects the position of the rotor, a load state determination unit that determines the load state of the brushless DC motor, and a timing for sequentially switching a plurality of switching elements connected to the three-phase winding. Switching timing for selecting by the load state determination unit whether to determine based on the position information detected by the rotor position detection unit or based on the rotation number determined by the synchronous rotation number setting unit The brushless DC motor drive device according to any one of claims 2 to 5, further comprising a selection unit. ブラシレスDCモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有した請求項2から請求項6のいずれか1項に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。 The brushless DC motor according to any one of claims 2 to 6, wherein the brushless DC motor is a rotor in which a permanent magnet is embedded in an iron core of the rotor and has a rotor having saliency. Drive device. ブラシレスDCモータが圧縮機を駆動するものである請求項2から請求項7のいずれか1項に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。 The brushless DC motor driving device according to any one of claims 2 to 7, wherein the brushless DC motor drives the compressor.
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