JP2005192268A - Torque control driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスDCモータを用いた空気調和機用の1ピストンロータリーコンプレッサの駆動制御に関するものである。 The present invention relates to drive control of a one-piston rotary compressor for an air conditioner using a brushless DC motor.
ブラシレスDCモータを回転数制御するモータ運転装置として、従来120゜通電制御の方式(特許文献1参照)と、正弦波180゜通電制御(特許文献2および3参照)がある。
As motor driving devices for controlling the rotational speed of a brushless DC motor, there are a conventional 120 ° energization control method (see Patent Document 1) and a sine wave 180 ° energization control (see
図8は従来の一般的な制御ブロック図である。図8において、モータ運転装置は、高速に開閉する6つのスイッチング素子からなり直流電圧を疑似交流電圧に変換しブラシレスDCモータ1を駆動する直流交流変換手段2と、ブラシレスDCモータ1の回転子位置を検出する誘起電圧検出手段5の出力である磁極位置情報7に基づいて出力電圧を制御する電圧制御手段4と、電圧制御手段4の出力をブラシレスDCモータ1を回転数制御する印加電圧・周波数・位相を制御するためのデューティ信号として直流交流変換手段2に出力するPWM制御手段3から構成されている。
FIG. 8 is a conventional general control block diagram. In FIG. 8, the motor operating device is composed of six switching elements that open and close at high speed, converts DC voltage into pseudo AC voltage and drives
以上のように構成されたモータ運転装置において、直流電圧は直流交流変換手段2にて周波数・位相可変の疑似交流電圧に変換されてブラシレスDCモータ1に出力され、ブラシレスDCモータ1の回転数は、直流交流変換手段2から出力される疑似交流電圧の周波数・位相(以下「インバータ周波数」という。)を変化させることにより制御される。このインバータ周波数は、PWM制御手段3により制御される。PWM制御手段3は直流交流変換手段2のスイッチング素子を開閉する6通りのベースパターンを出力する。それらのベースパターンによりスイッチング素子が開閉されることにより、直流交流変換手段2から出力されるインバータ周波数が制御される。
In the motor operating apparatus configured as described above, the DC voltage is converted into a pseudo AC voltage having a variable frequency and phase by the DC / AC conversion means 2 and output to the
ブラシレスDCモータ1の回転数を変更するとき、PWM制御手段3の回転位相情報に基づき、直流交流変換手段2のインバータ周波数を変化させながら、ブラシレスDCモータ1を回転数制御する。
When changing the rotational speed of the
ここで、磁極位置情報7の位相検知特性は、直流交流変換手段2の出力するインバータ周波数や、電圧振幅に依存せず、ブラシレスDCモータ1より発生する誘起電圧を誘起電圧検出手段5で直接検知し、ブラシレスDCモータ1の磁極位置を推定演算する。
Here, the phase detection characteristic of the magnetic
PWM制御手段3では、回転位相情報に基づき、6通りのベースパターンを出力する。直流交流変換手段2は、6個のスイッチング素子を有し、U相、V相、W相に対して、それぞれ上アームにスイッチング素子1個、下アームにスイッチング素子1個具備している。
The
従来のブラシレスDCモータ運転装置によるモータ駆動においては、ブラシレスDCモータ1に印加される負荷トルクが小トルクのもとでは、ブラシレスDCモータ1は本来のトルク性能を発揮し、良好な速度制御性能と、かなりの速度脈動に対しても速度追従性がよく、十分な高速応答性を確保することが可能である。制御回路の構成とモータ運転プログラムも簡単なため、制御回路を含めたシステム全体の低コストが図れるという大きなメリットがある。
しかしながら、前記従来の構成では、1ピストンロータリーコンプレッサの回転が低速領域であったり、過負荷時には、ブラシレスDCモータ1の騒音・振動が増加してくるため、トルクゲインを大きく設定し、振動抑制を行うが、ゲインを大きくするとモータに流れる電流が増加してくる。このような状況下では駆動効率の悪化や発熱の増大、最悪の場合は脱調し、パワー部品の破壊、モータ機器の破損へとつながる恐れがある。
However, in the conventional configuration, since the noise and vibration of the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高負荷トルク・低速領域の使用においても騒音・振動を抑制するとともに、駆動効率の悪化や発熱の増大を抑え、脱調を防止した信頼性の高い1ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and suppresses noise and vibration even in the use of a high load torque and low speed region, and also suppresses deterioration of driving efficiency and increase of heat generation, and prevents out-of-step. An object of the present invention is to provide a torque control operation device for a high-speed one-piston rotary compressor.
前記従来の課題を解決するために、本発明のトルク制御運転装置は、トルクゲイン設定手段を設けて、1ピストンロータリーコンプレッサの回転負荷トルク変動に対して電圧制御手段のトルクゲインを所定の物理量に基づき設定し補正するものである。これによってトルクゲインを最適に設定しピーク電流を減少させることにより、高負荷トルク・低速領域の使用においても駆動効率の悪化や発熱の増大を抑えることができる。 In order to solve the above-described conventional problems, the torque control operation device of the present invention is provided with a torque gain setting means, and the torque gain of the voltage control means is set to a predetermined physical quantity with respect to the rotational load torque fluctuation of the one-piston rotary compressor. It is set and corrected based on this. Thus, by setting the torque gain optimally and reducing the peak current, it is possible to suppress deterioration in drive efficiency and increase in heat generation even in the use of a high load torque / low speed region.
本発明のトルク制御運転装置は、高負荷トルク・低速領域の使用においてもモータのピーク電流を低減させ騒音・振動を抑制するとともに、駆動効率の悪化や発熱の増大を抑え高効率で、脱腸を防止した高信頼性の1ピストンロータリーコンプレッサ駆動を実現することができる。 The torque control operation device of the present invention reduces the peak current of the motor and suppresses noise and vibration even in the use of a high load torque and low speed region, and suppresses deterioration of driving efficiency and increase of heat generation with high efficiency and high-efficiency. A highly reliable one-piston rotary compressor drive can be realized.
第1の発明は、スイッチング素子の開閉により直流電圧を交流電圧に変換する直流交流変換手段と、モータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出手段と、誘起電圧検出手段から出力される磁極位置情報に基づいて出力電圧を制御する電圧制御手段と、出力電圧をPWM信号に変換するPWM制御手段とを備え、1ピストンロータリーコンプレッサーに連結されたブラスレスDCモータを駆動する運転装置において、トルクゲイン設定手段を設けて、1ピストンロータリーコンプレッサの回転負荷トルク変動に対して電圧制御手段のトルクゲインを所定の物理量に基づき最適に設定することにより、ピーク電流の増加を防ぎ、騒音・振動を抑制するとともに、駆動効率の悪化や発熱の増大を抑え、脱調を発生防止して信頼性を高めることができる。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a DC / AC converter that converts a DC voltage into an AC voltage by opening and closing a switching element, an induced voltage detector that detects an induced voltage of a motor, and magnetic pole position information output from the induced voltage detector. A driving device for driving a brassless DC motor connected to a one-piston rotary compressor, comprising voltage control means for controlling an output voltage based on the PWM control means for converting the output voltage into a PWM signal. Installed to optimally set the torque gain of the voltage control means based on a predetermined physical quantity against the rotational load torque fluctuation of the 1-piston rotary compressor, thereby preventing increase in peak current, suppressing noise and vibration, and driving Reduces efficiency and heat generation, prevents out-of-step occurrence and increases reliability
第2の発明は、特に第1の発明で、ブラスレスDCモータの相電流を検出する電流センサを備え、所定の物理量は、電流センサにより検出された電流値と使用するモータの減磁電流との差から行う比例制御の調整量の出力とすることにより、ブラシレスDCモータを流れる相電流を検出し、使用するモータの減磁電流の値から目標とするモータ電流値を設定し、その値に近づくようにトルクゲインを調整し、ピーク電流を低減しモータの減磁電流値内に抑えるものである。これによって前記の効果を得ることができる。 The second invention is particularly the first invention, and includes a current sensor for detecting a phase current of the brassless DC motor, and the predetermined physical quantity is a current value detected by the current sensor and a demagnetizing current of the motor to be used. By detecting the phase current flowing through the brushless DC motor by setting the output of the adjustment amount of proportional control performed from the difference, the target motor current value is set from the value of the demagnetizing current of the motor to be used, and approaches that value. Thus, the torque gain is adjusted to reduce the peak current and keep it within the demagnetizing current value of the motor. As a result, the above-described effects can be obtained.
第3の発明は、特に第1の発明で、外気温度と1ピストンロータリーコンプレッサの温度を検出する温度検知手段を備え、所定の物理量は、前記2つの温度の相互関係から導き出されるモータの負荷状態を示す領域識別値の出力として、その値に応じてトルクゲインを最適に設定することにより同様の効果を得ることができる。 The third invention is the first invention in particular, and includes temperature detection means for detecting the outside air temperature and the temperature of the one-piston rotary compressor, and the predetermined physical quantity is a load state of the motor derived from the correlation between the two temperatures. The same effect can be obtained by setting the torque gain optimally in accordance with the output of the region identification value indicating.
第4の発明は、特に第1の発明で、熱交換器温度と1ピストンロータリーコンプレッサの温度を検出する温度検知手段を備え、所定の物理量は、前記2つの温度の相互関係から導き出されるモータの負荷状態を示す領域識別の出力として、その値に応じてトルクゲインを最適に設定することにより同様の効果を得ることができる。 The fourth aspect of the invention is the first aspect of the invention in particular, comprising temperature detection means for detecting the temperature of the heat exchanger and the temperature of the one-piston rotary compressor, and the predetermined physical quantity of the motor derived from the correlation between the two temperatures. A similar effect can be obtained by optimally setting the torque gain in accordance with the value of the region identification indicating the load state.
第5の発明は、特に第1の発明で、所定の物理量はトルクゲージを用いて検出される熱交換器の振動値情報から導き出されるモータの負荷状態を示す出力として、その値に応じてトルクゲインを最適に設定することにより同様の効果を得ることができる。 The fifth aspect of the invention is particularly the first aspect of the invention, wherein the predetermined physical quantity is an output indicating the load state of the motor derived from the vibration value information of the heat exchanger detected using a torque gauge. A similar effect can be obtained by optimally setting the gain.
第6の発明は、特に第1の発明で、所定の物理量は、光学式振動センサを用いて検出される1ピストンロータリーコンプレッサの振動値情報から導き出されるモータの負荷状態を示す出力として、その値に応じてトルクゲインを最適に設定することにより同様の効果を得ることができる。 The sixth invention is particularly the first invention, wherein the predetermined physical quantity is an output value indicating the load state of the motor derived from vibration value information of the one-piston rotary compressor detected using an optical vibration sensor. A similar effect can be obtained by optimally setting the torque gain according to the above.
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、この実施の形態によって本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. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1、図2を用いて本発明の実施の形態1におけるトルク制御運転装置を説明する。
(Embodiment 1)
A torque control operation device according to
図1は本実施の形態1の制御ブロック図である。 FIG. 1 is a control block diagram of the first embodiment.
従来例の構成に直流交流変換手段2の回路からブラシレスDCモータ7へと繋がる渡り線に相電流検出手段8を設けてモータの相電流を検出し、その相電流検出手段から出力される相電流値情報9に基づいてトルクゲインを調整するトルクゲイン設定手段10を設け、そのトルクゲイン調整量11は、電圧制御手段4へとフィードバックされる。
In the configuration of the conventional example, the phase current detection means 8 is provided on the connecting line connecting the circuit of the DC / AC conversion means 2 to the
トルクゲイン設定手段10では、トルクゲイン調整量11をモータの減磁電流値IMAXを目標として、その目標値と相電流検出手段8から得られる現在の電流値との差に比例するように調整する比例制御を用いると、トルクゲイン調整量Gnは、
Gn+1=Gn=GMAX(0≦I<Ia)
Gn+1=Gn+K(IMAX―In) (Ia≦I)
と表される。ここでInは相電流検出手段8から得られる現在の電流値、IaはトルクゲインをGMAXから絞り始める点T1での電流値である。
In the torque gain setting means 10, the torque
G n + 1 = Gn = G MAX (0 ≦ I <Ia)
G n + 1 = Gn + K (I MAX −In) (Ia ≦ I)
It is expressed. Here, In is a current value obtained from the phase current detection means 8, and Ia is a current value at a point T1 at which the torque gain starts to be reduced from G MAX .
図2(a)(b)のように電流の立ち上がりは、トルクゲイン調整量をGMAXで一定にさせる。そして、電流値がある傾きIa/T1で増加していき(T1>T>0、Ia>I>0)、Iaに達すると、図2(a)のようにトルクゲイン調整量を操作し、I=f(t)の関係で、電流値を調整していき、収束ポイントである時間T2(T2>T1>0)には、目標とする電流値IMAX(IMAX>Ia>0、IMAX=f(T2))にスムーズに収束するように比例制御を行うことで、ピーク電流の増加を防ぎ、モータの振動、発熱を抑え、脱調を発生することなく安定した1ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転を行うことができる。 Rise of current as in FIG. 2 (a) (b) causes the torque gain adjustment amount constant at G MAX. Then, the current value increases with a certain slope Ia / T1 (T1>T> 0, Ia>I> 0), and when Ia is reached, the torque gain adjustment amount is manipulated as shown in FIG. The current value is adjusted according to the relationship of I = f (t), and at the time T2 (T2>T1> 0) which is a convergence point, the target current value I MAX (I MAX >Ia> 0, I MAX = f (T2)) Proportional control so that it converges smoothly, prevents an increase in peak current, suppresses motor vibration and heat generation, and is stable without causing step-out. Torque control operation can be performed.
(実施の形態2)
図3、図4を用いて本発明の実施の形態2におけるトルク制御運転装置を説明する。
(Embodiment 2)
A torque control operation device according to
図3は、本実施の形態2の制御ブロック図である。 FIG. 3 is a control block diagram of the second embodiment.
従来例の構成に、1ピストンロータリーコンプレッサ6の温度検出手段13と、外気温
度検出手段14を設け、各々の出力を1ピストンロータリーコンプレッサ温度情報15と外気温度情報16とする。本実施例の温度検出手段13と、外気温検出手段14は公知のサーミスタと抵抗の分圧を用いた方式を採用している。
The configuration of the conventional example is provided with the temperature detection means 13 and the outside air temperature detection means 14 of the 1-piston
図4の(a)に示すように1ピストンロータリーコンプレッサ温度情報15をTh、外気温度情報16をToとし、その差Th−To=Knを求め、Knが過負荷領域K4、K5の範囲外である場合、トルクゲインを増加させていく。その増加はKnの値毎にステップ状に増加させていく。ここでKnはK5>K4>K3>K2>K1>0の関係で表される。そして、図4の(b)に示すようにトルクゲインGnは初期値G0から始まり、KnがK1までは、(G1−G0)/K1の傾きで、さらにK2までは、(G2−G1)/(K2−K1)の傾きで、そして、(G3−G2)/(K3−K2)の傾きでステップ制御を行い、GMAXまで増加させる。その後、温度が上昇して、過負荷領域K4の範囲に達すると、ブラスレスDCモータ1の負荷が過負荷でピーク電流が増大していると判断し、トルクゲインを調整し、初期値G0に至るまで、傾き(G5−G4)/(K5−K4)で急激に減少させ、ピーク電流を減少させる。そして、K4を超えてK5に達すると、トルクゲイン量を0に近づける。この時、GnはG3=G4>G2>G1>G0=G5>0、G3=G4=GMAXの関係で表される。以上のように、トルクゲインを段階的に下げることによりピーク電流を減少させて、モータ機器の破損なく安定した1ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転を行うことができる。
As shown in FIG. 4 (a), the 1-piston rotary
さらに、図5に示すように、外気温度を検出する代わりに熱交換器温度を検出することで、1ピストンロータリーコンプレッサ6の温度上昇値を算出することができ、その値からより正確にトルクゲインの調整を行うことが可能となる。
Further, as shown in FIG. 5, the temperature rise value of the one-
(実施の形態3)
図6、図7を用いて本発明の実施の形態3におけるトルク制御運転装置を説明する。
(Embodiment 3)
A torque control operation apparatus according to
図6は、本実施の形態3の制御ブロック図である。 FIG. 6 is a control block diagram of the third embodiment.
従来例の構成に、熱交換器12の振動をピックアップする振動検出手段19としてトルクゲージを備えたものであり、振動情報20をトルクゲイン設定手段10にフィードバックする。
The configuration of the conventional example is provided with a torque gauge as the vibration detection means 19 for picking up the vibration of the
既に述べたように、ブラスレスDCモータ1は低速領域であったり、過負荷状態の時にはトルクゲインを増加させ、振動を抑制する。本実施の形態では、図7に示すように、振動の大きさをA5>A4>A3>A2>A1>0として、振動抑制中に、熱交換器12の振動情報20がある値A5より減少しA4となった場合、実施の形態2のようなステップ制御を用い、傾き(GMAX−GA4)/(A5−A4)にてトルクゲインを減少させる。同様に、A3まで減少した場合は、(GA4−GA3)/(A4−A3)の傾きで、また、A2まで減少した場合は、(GA3−GA2)/(A3−A2)の傾きで、そしてA1まで減少した場合は(GA2−GA1)/(A2−A1)の傾きでトルクゲインを減少させるようにステップ制御を用いることで、トルクゲインの微調整を行い、ピーク電流を超えない、安定した1ピストンロータリーコンプレッサのトルク制御運転を行うことができる。
As already described, the
また、振動検出手段19として光学式振動センサを使用することにより同様に振動を検出し、前記記載のステップ制御を用いトルクゲインの調整を行うことができる。 Further, by using an optical vibration sensor as the vibration detection means 19, vibration can be detected in the same manner, and the torque gain can be adjusted using the step control described above.
以上のように、本発明に係るトルク制御運転装置は、トルク変動の大きいコンプレッサ
でも振動や騒音の軽減が可能になるので、空気調和機や冷蔵冷凍機器等のコンプレッサを用いる機器に広く適用することができる。
As described above, the torque control operation device according to the present invention can reduce vibration and noise even with a compressor having a large torque fluctuation, and thus can be widely applied to devices using a compressor such as an air conditioner or a refrigeration refrigerator. Can do.
1 ブラスレスDCモータ
2 直流交流変換手段
3 PWM制御手段
4 電圧制御手段
5 誘起電圧検出手段
6 1ピストンロータリーコンプレッサ
7 磁極位置情報
8 相電流検出手段
9 モータ電流値情報
10 トルクゲイン設定手段
11 トルクゲイン調整量
12 熱交換器
13 1ピストンロータリーコンプレッサ温度検出手段
14 外気温度検出手段
15 1ピストンロータリーコンプレッサ温度情報
16 外気温度情報
17 熱交換器温度検出手段
18 熱交換器温度情報
19 熱交換器振動検出手段
20 熱交換器振動情報
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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- 2003-12-24 JP JP2003426819A patent/JP2005192268A/en active Pending
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