JP2007181336A - Motor drive device and storage device incorporating it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラスレスモータをインバータにより駆動制御するモータ駆動装置およびそのモータ駆動装置を具備した冷蔵庫等の貯蔵装置に関するものである。 The present invention relates to a motor drive device that drives and controls a brassless motor by an inverter, and a storage device such as a refrigerator that includes the motor drive device.
図5はブラシレスDCモータを駆動する従来のモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。以下の説明において、図5に示した従来のモータ駆動装置を第1の従来技術とする。 FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional motor driving apparatus for driving a brushless DC motor. In the following description, the conventional motor driving apparatus shown in FIG.
図5において、第1の従来技術は、交流電源101、インダクタ102、整流ダイオード103、平滑用コンデンサ104、インバータ106、ブラシレスモータ107、位置センサ108、駆動回路109および制御回路110により構成されている。
In FIG. 5, the first conventional technique includes an
インバータ106に直流電力を入力するために、交流電源101からの交流電圧を、整流ダイオード103と平滑用コンデンサ104とを使用して直流電圧に変換した場合、交流電源101からの電流は、平滑用コンデンサ104の電圧が入力交流電圧よりも小さい時にのみ流れる。このため、交流電源101からの電流は、高調波成分を伴う電流となる。
In order to input DC power to the
したがって、第1の従来技術においては、高調波成分を小さくして力率を改善するために、インダクタ102を、交流電源101と整流ダイオード103との間に設けている。
Therefore, in the first prior art, the
このように、第1の従来技術では、整流回路105に整流ダイオード103のほかにインダクタ102と平滑用コンデンサ104が用いられている。
As described above, in the first conventional technique, the
また、ブラシレスモータ107をインバータ駆動する場合には、ロータの回転角度情報が必要である。
Further, when the
このため、第1の従来技術においては位置センサ108を使用して前記ロータの回転角度を検出していた(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, in the first prior art, the rotation angle of the rotor is detected using the position sensor 108 (see, for example, Patent Document 1).
上記第1の従来技術において使用される整流回路105のインダクタ102や平滑用コンデンサ104は、インダクタンスあるいは静電容量の大きな大型の部品であることが多い。そのため、従来のモータ駆動装置は、大型で高価格のものが多かった。
The
かかる観点から、モータ駆動装置の分野においては、装置の小型化や低コスト化が望まれ、インダクタンスの小さいインダクタあるいは静電容量の小さなコンデンサ等の小型の部品を使用するか、あるいは、これらの部品を使用しない整流回路の構築が検討されていた。 From this point of view, in the field of motor drive devices, miniaturization and cost reduction of the devices are desired, and small components such as inductors with low inductance or capacitors with low capacitance are used, or these components are used. The construction of a rectifier circuit that does not use the circuit has been studied.
そこで、図6に示すようなインダクタおよび平滑用コンデンサを使用しないモータ駆動装置が提案されている。以下、図6に示す構成を第2の従来技術として説明する。 Therefore, a motor driving device that does not use an inductor and a smoothing capacitor as shown in FIG. 6 has been proposed. Hereinafter, the configuration shown in FIG. 6 will be described as a second prior art.
第2の従来技術においては、平滑用コンデンサを用いていないため、インバータ106への入力は一定の電圧を保った直流電圧ではなく、脈動を持った電圧波形となる。
In the second prior art, since no smoothing capacitor is used, the input to the
このような脈動を持った電圧がインバータ106に入力されると、インバータ106への入力電圧が低いとき、ブラシレスモータ107に印加したい所望の電圧をインバータ106において形成できない場合があった。
When a voltage having such a pulsation is input to the
第2の従来技術において、そのような所望の電圧が得られない場合には、ブラシレスモータ107に印加する電圧の位相を進ませるよう構成されている。このようにブラシレスモータ107に対する印加電圧の位相を進ませることによって、いわゆる弱め界磁状態にすることができるため、ブラシレスモータ107に必要な印加電圧を小さくすることが可能となる。
In the second prior art, when such a desired voltage cannot be obtained, the phase of the voltage applied to the
したがって、第2の従来技術は、インバータ106への入力電圧が低いときでもブラシレスモータ107を駆動し続けることが可能な技術である。
Therefore, the second conventional technique is a technique capable of continuing to drive the
しかし、第2の従来技術において、インバータ106への入力電圧があらかじめ決められた値以下となった場合には、インバータ106のスイッチング動作を停止する構成であった。これは、弱め界磁状態でのモータ駆動にも限界があるためである。
However, in the second prior art, the switching operation of the
このように第2の従来技術は、インバータ106への入力電圧があらかじめ決められた電圧値以下となった場合にはブラシレスモータ107へ電圧を印加しないように構成した技術であった(例えば、特許文献2参照)。
As described above, the second conventional technique is a technique in which no voltage is applied to the
また、モータ駆動装置においては、配線のワイヤレス化とコストの低減化の観点から、位置センサを使用しない装置が要望されている。 Moreover, in the motor drive device, a device that does not use a position sensor is desired from the viewpoint of wireless wiring and cost reduction.
そこで、モータ電流を検出してブラシレスモータのロータ位置を推定する方法が提案されている。以下、かかる技術を第3の従来技術として説明する。 Therefore, a method for detecting the motor current and estimating the rotor position of the brushless motor has been proposed. Hereinafter, this technique will be described as a third conventional technique.
第3の従来技術は、モータ電流と、その時にブラシレスモータに印加した電圧値と、ブラシレスモータの抵抗値とインダクタンス等のモータ定数を用い、電圧方程式に基づく位相推定計算式により、モータのロータ位置を推定していた(例えば、非特許文献1参照)。 The third prior art uses the motor current, the voltage value applied to the brushless motor at that time, and the motor constants such as the resistance value and inductance of the brushless motor, and calculates the rotor position of the motor by the phase estimation calculation formula based on the voltage equation. (For example, refer nonpatent literature 1).
また、モータ駆動装置を小型化すると共に、位置センサを用いた構成および位置センサレスの構成、いずれの構成でも対応することが可能であり、さらにインバータの入力電圧が大きく脈動するものであっても、ブラシレスモータへの電圧の印加を停止させることなく位置センサレスで安定して駆動することができるモータ駆動装置も提案されている(例えば、特許文献3参照)。以下、かかる技術を第4の従来技術として説明する。 In addition to downsizing the motor drive device, it is possible to cope with either a configuration using a position sensor and a configuration without a position sensor, and even if the input voltage of the inverter pulsates greatly, There has also been proposed a motor drive device that can be stably driven without a position sensor without stopping the application of voltage to the brushless motor (see, for example, Patent Document 3). Hereinafter, this technique will be described as a fourth conventional technique.
図7は第4の従来技術を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing the fourth prior art.
第4の従来技術は、交流電源101が、整流ダイオード103により脈動を持った直流電力に変換され、インバータ106に入力される構成である。インバータ106は、整流された直流電力を交流電力に変換し、ブラシレスモータ107に所望の電圧を印加する。さらに回生による装置の破壊を回避するために、整流ダイオード103とインバータ106の間に小容量のコンデンサ111を挿入している。
The fourth prior art is a configuration in which an
インバータ制御部112は、dq変換部113、d軸PI制御器114、q軸PI制御器115、PWM生成部116を有し、インバータ106への入力電圧と、ブラシレスモータ107に流れるモータ電流Id、Iqと、ブラシレスモータ107に流れるべき値を示すモータ電流指令値Id*、Iq*が入力される。ここで、先の電流指令値に付した「*」は、駆動用の電流Id、Iqと識別するためのもので、具体的な電流値も異なるものである。
The
そして、インバータ106への入力電圧値が印加すべき電圧値よりも小さいときにブラシレスモータ107への印加電圧の電圧位相を保持して、インバータ106を制御することで、インバータ106の直流側電圧が低いときでもブラシレスモータ107への電圧印加を停止させることなく連続的に電圧を印加する。
When the input voltage value to the
また、大きく脈動した電圧がインバータ106に入力された場合でも安定した駆動を実現し、モータ駆動装置の小型化を図っている。
しかしながら、第1の従来技術は、位置センサを使用してブラシレスモータ107のロータ位置を検出し、インダクタや平滑用コンデンサ104を使用してインバータ106への入力電圧を直流電圧とするものである。したがって、インダクタ102や平滑用コンデンサ104はインダクタンスあるいは静電容量の大きな大型部品であるため、これらの部品を用いたモータ駆動装置を小型化することは困難であった。
However, the first prior art uses a position sensor to detect the rotor position of the
また、第2の従来技術は、位置センサを使用してブラシレスモータ107のロータ位置を検出するモータ駆動装置であり、インダクタや平滑用コンデンサなどの大型部品を使用しない構成である。
The second prior art is a motor drive device that detects the rotor position of the
したがって、第2の従来技術は、小型化や低コスト化の観点からは有効な技術である。しかし、第2の従来技術においては、インバータ106への入力電圧が脈動するため、この入力電圧が所定値以下ときには、ブラシレスモータ107への電圧の印加を停止させてしまうという問題があった。
Therefore, the second conventional technique is effective from the viewpoint of miniaturization and cost reduction. However, in the second prior art, since the input voltage to the
したがって、インダクタや平滑用コンデンサを使用しない構成の第2の従来技術と、位置センサレスでモータを駆動するよう構成した第3の従来技術とを組み合わせて、小型化と低コスト化を図った位置センサレスのモータ駆動装置を構築しようとした場合には、次のような問題がある。 Therefore, a position sensorless system that achieves a reduction in size and cost by combining the second conventional technique that does not use an inductor or a smoothing capacitor and the third conventional technique that is configured to drive a motor without a position sensor. When trying to construct a motor driving apparatus, there are the following problems.
このような構成のモータ駆動装置では、ブラシレスモータ107への電圧印加を停止する期間においてはロータ位置を推定することができないため、位置センサレスでブラシレスモータ107を駆動することはできなかった。すなわち、単なる第2の従来技術と第3の従来技術との組み合わせでは、インバータ106への入力電圧が脈動するモータ駆動装置を位置センサレスで構築することは不可能であった。
In the motor driving device having such a configuration, the position of the rotor cannot be estimated during a period in which the voltage application to the
また、第4の従来技術では、これらの課題を解決し、インバータ入力電圧に大きな脈動があっても安定した駆動を実現し、装置の小型・低コスト化を可能にしている。また整流ダイオード103とインバータ106の間に静電容量の小さいコンデンサ111を挿入することで、モータ停止時の回生による装置の破壊を防止している。
Further, the fourth prior art solves these problems, realizes stable driving even when there is a large pulsation in the inverter input voltage, and enables downsizing and cost reduction of the device. Further, by inserting a
しかしながら本構成では、ブラシレスモータ107の運転を減速する場合や、停止状態にする場合に発生する回生エネルギを確実に吸収できる静電容量のコンデンサを選択する必要があるが、かかる場合は、モータの最高回転数および誘起電圧定数が高いほどコンデンサの静電容量を大きくする必要がある。
However, in this configuration, it is necessary to select a capacitor having a capacitance that can reliably absorb the regenerative energy generated when the operation of the
したがって、第4の従来技術は、誘起電圧常数が大きいモータ程、また駆動する回転数が高い用途程、大きな静電容量を有するコンデンサが必要となり、さらにコンデンサの静電容量が大きい程交流電源からの電流に含まれる高調波成分が大きくなることに起因して高調波抑制用インダクタが必要となる等、モータ駆動装置の大型化とコスト高が伴う課題を有するものである。 Therefore, the fourth prior art requires a capacitor having a large capacitance for a motor having a larger induced voltage constant and a higher driving speed, and a capacitor having a larger capacitance is required. There are problems associated with an increase in the size and cost of the motor drive device, such as the need for a harmonic suppression inductor due to the increase in the harmonic component contained in the current.
本発明の目的は、上記従来の課題を解決するものであり、電源高調波電流を抑制しつつ、ブラシレスモータを停止するとき、あるいは減速するときに発生する回生による装置の故障を回避することで、第4の従来技術の実用性をより高めるものである。 An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to avoid failure of the apparatus due to regeneration that occurs when the brushless motor is stopped or decelerated while suppressing the power harmonic current. The fourth prior art is more practical.
上記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、交流電源を整流した脈動を含む電圧をインバータの入力とし、前記インバータにより前記電圧を所望の電圧に変換してブラシレスモータへ出力し、安定して前記ブラシレスモータを駆動するインバータ制御部と、整流ダイオードで構成された整流回路と並列に接続し、第2整流部と前記ブラシレスモータの回生を吸収し蓄積する回生吸収部とを直列に接続し、前記回生吸収路の電圧を検出する電圧検出手段と、前記ブラシレスモータの回転数を決定する回転数設定手段とを有し、前記回転数設定手段が、現在のブラシレスモータの回転数より低い回転数での駆動を指示する場合、前記電圧検出手段で検出した回生吸収部の電圧が所定の電圧以下を保持するように、ブラシレスモータの回転を徐々に低下する様にしたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the motor driving device of the present invention uses a voltage including pulsation obtained by rectifying an AC power supply as an input of an inverter, converts the voltage to a desired voltage by the inverter, and outputs the voltage to a brushless motor. And an inverter control unit that stably drives the brushless motor, and a regenerative absorption unit that is connected in parallel with a rectifier circuit configured of a rectifier diode, and absorbs and accumulates the regeneration of the brushless motor. The voltage detection means connected in series and detects the voltage of the regenerative absorption path, and the rotation speed setting means for determining the rotation speed of the brushless motor, the rotation speed setting means is the rotation of the current brushless motor When instructing driving at a rotational speed lower than the number, the brushless mode is set so that the voltage of the regenerative absorption section detected by the voltage detecting means is kept below a predetermined voltage. The rotation of the motor is gradually what was set to be reduced.
これにより、ブラシレスモータの減速時に発生する回生を抑制し、発生した回生エネルギを効果的に吸収することができる。 Thereby, the regeneration which generate | occur | produces at the time of deceleration of a brushless motor can be suppressed, and the generated regeneration energy can be absorbed effectively.
本発明のモータ駆動装置は、脈動を含む整流回路からの出力電圧をインバータの入力としても、安定したブラシレスモータの駆動を実現すると共に、ブラシレスモータ減速時に発生する回生での装置破壊を回避することができ、小型・低コストで信頼性の高いモータ駆動装置を提供できる。 The motor drive device according to the present invention realizes stable brushless motor drive even when the output voltage from the rectifier circuit including pulsation is input to the inverter, and avoids device destruction due to regeneration that occurs during deceleration of the brushless motor. Therefore, it is possible to provide a small, low-cost and highly reliable motor drive device.
また、かかるモータ駆動装置を用いた貯蔵庫は、前記モータ駆動装置を圧縮機の駆動装置とすることができ、その結果、前述の如くモータ駆動装置の小型化に伴って貯蔵庫内の容積を大きくすることが可能となり、また前記モータ駆動装置の信頼性に伴い、回生による回路故障に起因した庫内温度上昇を防止することができ、貯蔵庫の信頼性を高めることができる。 In addition, the storage using such a motor drive device can be used as a compressor drive device, and as a result, as described above, the volume in the store increases with the miniaturization of the motor drive device. In addition, along with the reliability of the motor drive device, it is possible to prevent an increase in the internal temperature due to a circuit failure due to regeneration, and to improve the reliability of the storage.
請求項1に記載の発明は、交流電源を入力として全波整流する整流回路と、脈動の大きい前記整流回路の出力電圧を入力とするインバータと、前記インバータにより駆動されるブラシレスモータと、前記インバータを制御するインバータ制御部と、前記ブラシレスモータの回生エネルギを吸収し蓄積する回生吸収部と、前記回生吸収部の入力側に直列接続した第2整流部と、前記回生吸収部の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記ブラシレスモータの回転速度を現在の回転速度より低い速度で駆動する場合、前記電圧検出手段で検出した回生吸収部の電圧が、所定の電圧レベル以下を保持するように前記ブラシレスモータの回転速度を低下させるものである。
The invention described in
かかる構成とすることにより、ブラシレスモータの回転速度を減速する際に発生する回生を抑制することができる。 By setting it as this structure, the regeneration which generate | occur | produces when decelerating the rotational speed of a brushless motor can be suppressed.
したがって、前記ブラシレスモータを停止させる時や減速させる場合において、回生エネルギの異常レベル発生を生じさせることなく、効率的に吸収し、回生エネルギに起因する装置の故障を回避する信頼性の高いモータ駆動装置を提供できる。 Therefore, when stopping or decelerating the brushless motor, a highly reliable motor drive that efficiently absorbs and avoids failure of the device due to regenerative energy without causing an abnormal level of regenerative energy. Equipment can be provided.
請求項2に記載の発明は、前記回生吸収部を、コンデンサを備えた構成とし、前記電圧検出手段で検出した回生吸収部の電圧が、予め設定した最高電圧以上に上昇した場合に、前記回生吸収部の電圧が所定の電圧レベルに低下するまで、前記ブラシレスモータの現在の回転速度を保持するものである。 According to a second aspect of the present invention, the regeneration absorption unit includes a capacitor, and when the voltage of the regeneration absorption unit detected by the voltage detection unit rises to a preset maximum voltage or more, the regeneration The current rotational speed of the brushless motor is maintained until the voltage of the absorption unit is lowered to a predetermined voltage level.
したがって、ブラシレスモータの減速に伴って発生する回生吸収部の電圧が所定値に低下することを待ってさらに減速を行うため、回生による回路破壊に対する信頼性を更に向上することができる。また、前記回生吸収部の設定電圧に応じて前記コンデンサ仕様を決定すればよいため、前記回生吸収部のコンデンサ静電容量を小さくすることができ、その結果、回路の小型化・低コスト化が図れる。 Therefore, since the deceleration is further performed after the voltage of the regenerative absorption portion generated along with the deceleration of the brushless motor is reduced to a predetermined value, the reliability against circuit breakdown due to regeneration can be further improved. In addition, since the capacitor specifications need only be determined according to the set voltage of the regenerative absorption unit, the capacitance of the regenerative absorption unit can be reduced, resulting in a reduction in circuit size and cost. I can plan.
請求項3に記載の発明は、前記回生エネルギを消費する回生エネルギ消費回路を、前記回生吸収部と並列に設けたものである。 According to a third aspect of the present invention, a regenerative energy consuming circuit that consumes the regenerative energy is provided in parallel with the regenerative absorption unit.
かかる構成とすることにより、前記ブラシレスモータを減速しながら回生エネルギを消費することができる。その結果、前記ブラシレスモータの減速に伴う回生吸収部の電圧上昇が抑制でき、しかも、前記回生吸収部の電圧が設定された最高電圧まで上昇する時間が長くなる。したがって、その間に前記ブラシレスモータを減速するため、減速時間が長く確保でき、結果的に、目標回転数まで減速する時間が短縮できる。 With this configuration, it is possible to consume regenerative energy while decelerating the brushless motor. As a result, it is possible to suppress the voltage increase of the regenerative absorption unit accompanying the deceleration of the brushless motor, and the time for the voltage of the regenerative absorption unit to rise to the set maximum voltage becomes longer. Therefore, since the brushless motor is decelerated during that time, a long deceleration time can be secured, and as a result, the time for decelerating to the target rotational speed can be shortened.
請求項4に記載の発明は、前記回生エネルギ消費回路を、前記インバータ制御部へ電源を供給する電源回路としたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the regenerative energy consumption circuit is a power supply circuit that supplies power to the inverter control unit.
かかる構成とすることにより、回路を構成する上での部品点数が削減でき、一層の小型化・低コスト化が図れるものである。 By adopting such a configuration, the number of parts in configuring the circuit can be reduced, and further miniaturization and cost reduction can be achieved.
請求項5に記載の発明は、前記整流回路を、整流ダイオードと平滑コンデンサを備えた構成とし、前記平滑コンデンサの静電容量を、前記インバータの最大出力1Wあたり0.2μF以下の静電容量としたものである。 According to a fifth aspect of the present invention, the rectifier circuit includes a rectifier diode and a smoothing capacitor, and the capacitance of the smoothing capacitor is a capacitance of 0.2 μF or less per maximum output of 1 W of the inverter. It is a thing.
かかる構成とすることにより、EMC性能が向上でき、その結果、誤動作あるいは周辺機器への影響を排除するために設けるノイズフィルタの簡素化が可能となり、さらなる小型化・低コスト化が可能となる。 By adopting such a configuration, EMC performance can be improved. As a result, it is possible to simplify a noise filter provided to eliminate malfunction or influence on peripheral devices, and further miniaturization and cost reduction are possible.
請求項6に記載の発明は、前記回生吸収部を構成するコンデンサの静電容量を、前記整流回路を構成する平滑コンデンサの静電容量よりも大きく設定したものである。
In the invention described in
かかる構成とすることにより、前記平滑コンデンサの小型化と相俟って前記回生吸収部のコンデンサの大きさ(容量)が選択でき、結果として、許容できる回生吸収電圧の範囲も拡大し、機器に応じた設定が可能となり、信頼性を高めることができる。 By adopting such a configuration, the size (capacity) of the capacitor of the regenerative absorption unit can be selected in combination with the miniaturization of the smoothing capacitor, and as a result, the range of allowable regenerative absorption voltage is expanded, and the device It is possible to make a setting according to the requirement, and the reliability can be improved.
請求項7に記載の発明は、前記ブラシレスモータの回転子の永久磁石に、希土類系磁石を使用したものである。 In a seventh aspect of the present invention, a rare earth magnet is used as the permanent magnet of the rotor of the brushless motor.
かかる構成とすることにより、ブラシレスモータの誘起電圧定数が大きくなることから発生する回生エネルギも大きくなる。その結果、かかる構成は、回生による装置破壊からの保護に対し非常に有効であり、高い信頼性が確保できる。 With this configuration, the regenerative energy generated from the increase in the induced voltage constant of the brushless motor also increases. As a result, such a configuration is very effective for protection from device destruction due to regeneration, and high reliability can be ensured.
請求項8に記載の発明は、前記ブラシレスモータを、冷凍空調システムを構成する圧縮機の駆動用とし、前記圧縮機を、レシプロ型の構成としたものである。 According to an eighth aspect of the present invention, the brushless motor is used for driving a compressor constituting a refrigeration air conditioning system, and the compressor has a reciprocating configuration.
かかる構成とすることにより、前記圧縮機が慣性モーメント(イナーシャ)の大きいレシプロ型の構成である場合、整流回路のコンデンサが小容量であるが故にインバータの入力電圧が大きく変動する場合(大きな脈動を含む電圧の場合)でも、モータの回転斑による振動増大や騒音増大等の影響を受けることがほとんど無い。その結果、大容量の平滑コンデンサを整流回路に使用したモータ駆動装置と同等の振動・騒音で有りながら小型・低コストの圧縮機駆動システムを提供することができる。 With this configuration, when the compressor has a reciprocating configuration with a large moment of inertia (inertia), when the input voltage of the inverter fluctuates greatly due to the small capacity of the capacitor of the rectifier circuit (large pulsation occurs). Even in the case of a voltage including the same, there is almost no influence such as an increase in vibration or noise due to rotation spots of the motor. As a result, it is possible to provide a compact and low-cost compressor drive system with vibration and noise equivalent to those of a motor drive device using a large-capacity smoothing capacitor in a rectifier circuit.
請求項9に記載の発明は、前記冷凍空調システムの冷媒にR600aを用いたものである。
The invention according to
かかることにより、R134aを冷媒に使用した圧縮機と比較して、ピストンが大きくなることからモータの慣性モーメント(イナーシャ)大きくなり、その結果、入力電圧の変動による影響をさらに受けにくくなる。したがって、小容量コンデンサ駆動において非常に安定した低騒音・低振動の圧縮機の駆動が実現できる。 As a result, as compared with a compressor using R134a as a refrigerant, the piston becomes larger, so that the moment of inertia (inertia) of the motor is increased, and as a result, it is less susceptible to the influence of fluctuations in the input voltage. Therefore, it is possible to realize a very stable driving of a low noise and low vibration compressor when driving a small capacity capacitor.
請求項10に記載の発明は、上記モータ駆動装置を、貯蔵装置の駆動装置としたものである。 In a tenth aspect of the present invention, the motor driving device is a driving device for a storage device.
かかることにより、回生による装置の故障を回避した貯蔵庫が得られ、その結果、回路故障による庫内の不冷等に起因したで食品の腐敗等のロスを省く信頼性の高い貯蔵装置が得られる。また回路の小型化により同一外観で食品を収納する庫内の容積を大きくすることができる。 As a result, it is possible to obtain a storage that avoids device failure due to regeneration, and as a result, a highly reliable storage device that eliminates loss of food corruption due to non-cooling in the storage due to circuit failure, etc. . Moreover, the volume in the store | warehouse | chamber which accommodates a foodstuff with the same external appearance can be enlarged by size reduction of a circuit.
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が、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。尚、この実施の形態により、本発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same configurations as those of the conventional examples or the embodiments described above, and detailed descriptions thereof will be omitted. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるモータ駆動装置のブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a motor drive device according to
図1において、交流電源1は商用電源で、日本国内ではAC100V、50Hzまたは60Hzであり、整流回路2に接続している。整流回路2は、符号3a、3b、3c、3dで示す4個のダイオードをブリッジ接続した整流ダイオード3と、静電容量の小さい平滑用のコンデンサ4で構成され、整流ダイオード3で全波整流した電圧を平滑コンデンサ4に入力する。なお本実施の形態1において平滑コンデンサ4は、静電容量1μFの積層セラミックコンデンサを用いた例で説明する。前記積層セラミックコンデンサは、近年では高耐圧で大容量のコンデンサがチップで実現できるようになっており、本実施の形態1においては、その一例として前述の積層セラミックコンデンサを用いている。
In FIG. 1, an
従来この平滑コンデンサには、主に大容量(200W出力の場合には数百μF)の電解コンデンサが使われていたため、小型化が困難であったが、本実施の形態1においては、前述のチップ型を用いることにより、非常に小型の駆動装置が実現できることになる。 Conventionally, a large capacity (several hundred μF in the case of 200 W output) electrolytic capacitor has been mainly used for this smoothing capacitor, and thus it has been difficult to reduce the size. By using the chip type, a very small driving device can be realized.
さらに前記電解コンデンサは、使用周囲温度や経年劣化等による容量抜け等による寿命を考慮する必要があるが、本実施の形態1では電解コンデンサを使用しないことで、装置の信頼性を向上することができる。 Furthermore, the electrolytic capacitor needs to consider the life due to capacity loss due to ambient temperature or aging deterioration, etc. In the first embodiment, the reliability of the device can be improved by not using the electrolytic capacitor. it can.
また従来、この平滑コンデンサの静電容量は、一般的にはインバータ5の出力容量(WまたはVA)や駆動装置全体の入力容量(WまたはVA)および、直流電圧のリプル含有量やリプル電流による平滑用コンデンサの耐リプル電流の特性等を考慮して決定している。これらの条件を加味して、一般的には2〜4μF/W程度の容量のものを用いている。
Conventionally, the capacitance of the smoothing capacitor is generally determined by the output capacity (W or VA) of the
すなわち200Wの出力容量の場合は、400〜800μF程度の電解コンデンサを使用していた。これに対し、本実施の形態1では、コンデンサ4には0.2μF/W以下の静電容量を持つコンデンサを使用する。すなわち200Wの出力容量の場合は40μF以下のコンデンサを使用することになる。
That is, in the case of an output capacity of 200 W, an electrolytic capacitor of about 400 to 800 μF was used. On the other hand, in the first embodiment, a capacitor having a capacitance of 0.2 μF / W or less is used as the
インバータ5は、スイッチング素子5aと逆向きに接続されたダイオード5gをセットにした回路を6組用い、これらを3相ブリッジ接続した構成となっている。ここで、各スイッチング素子を5a、5b、5c、5d、5e、5fの符号で示し、ダイオードを5g、5h、5i、5j、5k、5lの符号で示している。なお本実施の形態1では、インバータ5にFETを使用しているが、IGBTあるいはバイポーラトランジスタを用いた構成であっても構わない。
The
ブラスレスモータ6は、インバータ5の3相出力により駆動される。ブラシレスモータ6の固定子には、3相スター結線された巻線が施され、この巻き方は集中巻であっても、分布巻であっても構わない。またブラシレスモータ6の回転子は、希土類永久磁石を有しており、その配置方法は表面磁石型(SPM)でも磁石埋め込み型(IPM)であっても構わない。また永久磁石は、フェライト系磁石でも希土類系磁石でも構わない。
The
尚、前述の永久磁石に、マグネット使用重量をフェライト系磁石と同量使用する場合、希土類系磁石を用いる方がモータ効率を向上することができ、またフェライト系磁石を用いたモータと同等性能のモータとする場合は、マグネット重量を低減することができるため、モータ重量を軽量化する事ができる。 In addition, when using the same magnet weight as the ferrite magnet for the above-mentioned permanent magnet, it is possible to improve the motor efficiency by using a rare earth magnet, and the same performance as a motor using a ferrite magnet. When the motor is used, the weight of the magnet can be reduced, so that the weight of the motor can be reduced.
圧縮要素7は、モータ6の回転子の軸に接続され、冷媒ガスを吸入し、圧縮して吐出する周知の構成からなるものである。このブラシレスモータ6と圧縮要素7とを同一の密閉容器8に収納し、圧縮機9を構成する。
The
圧縮機9で圧縮された吐出ガスは、凝縮器10、減圧器11、蒸発器12を通って圧縮機9の吸い込みに戻るような冷凍空調システムを構成し、凝縮器10では放熱が行われ、蒸発器12では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。
The discharge gas compressed by the
尚、必要に応じて凝縮器10や蒸発器12に送風機等を使い、熱交換をさらに促進することもある。また本実施の形態1では、前記冷凍空調システムを、貯蔵装置の一例である冷蔵庫13に使用した場合で説明しており、冷蔵庫13の庫内13aを蒸発器12により冷却する構成としている。
In addition, a heat exchanger may be further accelerated | stimulated using a fan etc. for the
また、回生処理回路25は、第2整流回路26と回生吸収部27とを直列接続した構成であり、整流回路2と並列に接続されている。これによりブラシレスモータ6の回転速度を減速する際に発生する回生エネルギを、第2整流回路26を介して回生吸収部27で吸収することができる。その結果、ブラシレスモータ6の回生による装置破壊を防止し、装置の信頼性を向上することができる。
The
尚、第2整流回路26はダイオードを具備し、回生吸収部27はコンデンサを具備する構成とすることで非常に簡素な回路となり、且安価に構成できる。必要に応じて、第2整流回路26あるいは回生吸収部27に保護抵抗等を設けた構成としてもよい。
The
ここで、ブラシレスモータ6の固定子に希土類系永久磁石を使用する場合、フェライト系永久磁石を用いたブラシレスモータより誘起電圧定数が大きいため、発生する回生も大きくなる。
Here, when a rare earth-based permanent magnet is used for the stator of the
このことから、希土類系永久磁石を用いた固定子のブラシレスモータを駆動する場合、静電容量の小さいコンデンサを平滑コンデンサに使用すると、回生による回路破壊の可能性が高くなる。 Therefore, when driving a stator brushless motor using a rare earth-based permanent magnet, if a capacitor having a small electrostatic capacity is used as a smoothing capacitor, the possibility of circuit destruction due to regeneration increases.
しかし、本実施の形態1では、前述の如く回生処理回路25を付加することで、回生エネルギを確実に吸収できるため、平滑コンデンサ4を小静電容量化し、小型・低コスト化を実現したモータ駆動装置において、希土類系永久磁石を用いたブラシレスモータの駆動装置の信頼性を向上することができる。
However, in the first embodiment, the regenerative energy can be reliably absorbed by adding the
電源回路28は、インバータ制御部112に供給する電源であり、回生処理回路25における回生吸収部27のコンデンサ両端電圧を入力としている。回生吸収部27の両端電圧は、整流回路2の出力を回生処理回路25の第2整流回路26を介して電荷をチャージし平滑したもので、本実施の形態1では通常約140Vの電圧を保ち、電源回路28に供給する。
The
この様に本実施の形態1では、回生処理回路25を電源回路28の整流平滑回路と兼用し、回路の小型化、簡素化、低コスト化を図っている。
As described above, in the first embodiment, the
また、回生発生時は、回生吸収部27のコンデンサに回生エネルギを蓄積し、そのエネルギを電源回路28と該電源回路28を介してインバータ制御部112が消費することから、電源回路28とインバータ制御部112は、回生エネルギ消費回路29としての役割を果たし、回生により回生吸収部27の電圧レベルが上昇したとき、通常の電圧レベル(本実施の形態では約140V)まで低下する時間短縮に寄与している。
Further, when regeneration occurs, regenerative energy is stored in the capacitor of the regenerative absorption unit 27, and the energy is consumed by the
電圧検出手段30は、回生処理回路25の回生吸収部27の電圧を監視するもので、回転数設定手段31は、外気温度やスイッチ入力等による入力情報から、ブラシレスモータ6の運転すべき回転速度を設定するものである。
The voltage detection means 30 monitors the voltage of the regenerative absorption part 27 of the
インバータ制御部112は、回転数設定手段31により設定された目標回転数でブラシレスモータ6を駆動するようにインバータの出力を制御するが、現在のブラシレスモータ6の駆動回転数が目標回転数より低い場合、電圧検出手段30で検出した回生吸収部27の電圧が所定のレベル以上にならないように監視しながら、ブラシレスモータの回転速度を徐々に低下させ、最終的に目標回転数で駆動する様にブラシレスモータ6の速度を制御する。また、ブラシレスモータ6の速度を減速中に、電圧検出手段30の検出レベルが所定の値以上になった場合は、ブラシレスモータ6の減速指令を停止し、電圧検出手段30の検出レベルが低下するまで、そのときの回転速度を保持するようにブラシレスモータ6の速度を制御する。
The
尚、インバータ制御部112は、電流検出器113aからの信号を入力とするdq変換部113、d軸PI制御器114、q軸PI制御器115、PWM生成部116を有し、第4の従来技術と全く同じ構成であり、同じ動作をすることで、インバータ5に変動の大きな電圧が入力される場合でも、ブラシレスモータ6の安定駆動を実現しているため、詳細な説明は省略する。
The
次に、図2により本実施の形態1における圧縮機9について説明する。図2は、圧縮機の断面図を示している。
Next, the
図2において圧縮機9の密封容器8内には、オイル14を貯溜すると共にR600aの冷媒15が封入され、固定子16と回転子17からなるブラシレスモータ6およびこれによって駆動される圧縮要素7がスプリング等により弾性的に支持されており、ブラシレスモータ6の回転による振動が圧縮機9の外部に漏れにくい構成となっている。
In FIG. 2,
圧縮要素7は、回転子17が固定された主軸部18および偏芯軸部19から構成されたクランクシャフト20の主軸部18を軸支するとともに、圧縮室21を有するシリンダ22と、圧縮室21内で往復運動するピストン23と、偏芯軸部19とピストン23を連結する連結手段24を備え、レシプロ型の圧縮機構を構成している。
The
したがって、本実施の形態1においては、インバータ5の入力電圧に大きな脈動を含む場合でも、イナーシャが大きいレシプロ型圧縮機の特徴と構造から、脈動による振動および振動に伴う騒音が圧縮機9の外部に漏れにくくなっている。
Therefore, in the first embodiment, even when the input voltage of the
尚、本実施の形態1では、R134a冷媒と比較して冷凍能力の低いR600aを用いているので、同等の冷却性能を確保するためにはR134a用圧縮機より圧縮室容積を大きくする必要があり、ピストン23が大型化する。したがって、モータイナーシャが増大するため、整流回路2の平滑コンデンサ4を非常に小さい容量としても、大きな脈動を含んだインバータ入力電圧の印加に対して振動および騒音の影響をさらに受けにくくすることができる。
In the first embodiment, since R600a having a lower refrigeration capacity than R134a refrigerant is used, it is necessary to make the compression chamber volume larger than the compressor for R134a in order to ensure equivalent cooling performance. The
以上の構成において、図1、図3および図4を用いて、以下その動作を説明する。ここでは、回生吸収部27の電圧に任意に設定された上限値V1と中間値V2を設けており、回生吸収部27の電圧値が前記中間値と上限値の間にある場合は、ブラシレスモータ6の減速動作が保留され、ブラシレスモータ6の回転数は、前記上限値V1に達した時点の回転数で維持される制御として説明する。
The operation of the above configuration will be described below with reference to FIGS. 1, 3 and 4. FIG. Here, an arbitrarily set upper limit value V1 and intermediate value V2 are provided for the voltage of the regenerative absorption unit 27, and when the voltage value of the regenerative absorption unit 27 is between the intermediate value and the upper limit value, the
図3は、本実施の形態1におけるモータ駆動装置の動作フローチャートであり、図4は、同実施の形態におけるモータ駆動装置の動作タイミングチャートである。 FIG. 3 is an operation flowchart of the motor drive device according to the first embodiment, and FIG. 4 is an operation timing chart of the motor drive device according to the first embodiment.
図3において、区間1はモータ(ブラシレスモータ)6の駆動回転数と、指令回転数が一致している場合であり、回生吸収部27の電圧は、交流電源を整流平滑した安定した基準電圧(本実施の形態1では約140V)を保持し、ブラシレスモータ6の回転数は指令回転数(本実施の形態1では80r/s)で安定して駆動している状態である。
In FIG. 3,
この状態を図4のフローチャートで示すと、現在の駆動回転速度と指令速度とが一致していることとなり、STEP101からSTEP301に進み、速度保持フラグを「0」にクリアして現在のブラシレスモータ6の回転速度を保持し、運転を続ける(STEP302)。
If this state is shown in the flowchart of FIG. 4, the current drive rotational speed and the command speed coincide with each other. The process proceeds from
図3に示す区間2では、回転数設定手段31により、ブラシレスモータ6の指令回転数が変更された場合であり、本実施の形態では0r/s、即ち停止指令が出力された状態である。
In
この状態は、図4ではSTEP101で指令速度が現在の回転速度(本実施の形態1では80r/s)より低いと判断しており、STEP102に進むが、この区間2では図3に示す如く速度保持フラグが「0」であるため、STEP103に進む。そして、STEP103で電圧検出手段30により回生吸収部27の電圧を確認する。
This state is determined in
次にSTEP104では、STEP103で検出した電圧が上限値(本実施の形態1では180V)V1より低いかどうかを確認し、上限値V1より低い場合は、STEP105で速度保持フラグを「0」にクリアし、その後STEP106でインバータ制御部112によりブラシレスモータ6を減速する。以下、STEP101に戻りその動作を繰り返す。
Next, in
このとき図3において、ブラシレスモータ6は、減速制御により回転数が低下し、回生吸収部27の電圧は、前述の減速に伴って発生する回生エネルギが蓄積され、徐々に電圧が上昇していく。
At this time, in FIG. 3, the rotation speed of the
回生吸収部27の電圧上昇に伴い、回生吸収部27の電圧が上限値V1に達したとき、図4に示すSTEP104で、STEP110に進むように判断する。 When the voltage of the regenerative absorption unit 27 reaches the upper limit value V1 with the increase in voltage of the regenerative absorption unit 27, it is determined in STEP104 shown in FIG. 4 to proceed to STEP110.
STEP110では、前記速度保持フラグを「1」にセットし、次に、STEP111で現在のブラシレスモータ6の回転速度を保持するように処理される。具体的には、図3に示すインバータ制御部112がブラシレスモータ6の速度制御を行う。STEP111の処理後はSTEP101にもどる。
In
上述の動作後、STEP101では、未だ指令速度、即ち「停止」に達してないので、STEP102に進む。ここでは、図3に示す区間3が、速度保持フラグが「1」にセットされている状態であるため、STEP201に進み、回生吸収部27の電圧を検出し、中間値(本実施の形態1では160V)V2以下となったかを判断する。
After the above-described operation, in
ここで、前記中間値V2まで到達していない場合は、STEP210へ移行して速度保持フラグを再度「1」にセットし、インバータ制御部112によって現在のブラシレスモータ6の駆動回転速度が保持される。この時、図3に示す区間3では、ブラシレスモータ6の速度を一定に保つ動作が行われているため、回生吸収部27に蓄えられた回生エネルギは電源回路28とインバータ制御部112により消費され、これに起因して回生吸収部27の電圧は徐々に低下している。
Here, if the intermediate value V2 has not been reached, the process proceeds to STEP 210, the speed holding flag is set to "1" again, and the current drive rotational speed of the
さらに時間の経過に伴い、図4に示すSTEP202において、回生吸収部27の電圧が、中間値V2以下まで低下したことを検出したとき、STEP203に進み、速度保持フラグを「0」にクリアし、STEP204でブラシレスモータ6の回転速度を減速するように指令が出力される。
Further, when it is detected in STEP 202 shown in FIG. 4 that the voltage of the regenerative absorption unit 27 has decreased to the intermediate value V2 or less as time passes, the process proceeds to STEP 203, and the speed holding flag is cleared to “0”. In STEP 204, a command is output to reduce the rotational speed of the
この指令により、図3に示す区間4の動作が開始される。すなわち、インバータ制御部112は、ブラシレスモータ6を減速制御し、図4では再びSTEP101に戻り、ブラシレスモータ6の減速により回生吸収部27の電圧が上限値V1に達するまで、区間2と同様の処理が行なわれる。
By this command, the operation in the
時間の経過に伴い、再度回生吸収部27の電圧が上限値V1に達したとき、図3の区間4から区間5に移り、駆動装置は、前述の区間3と同じ制御により回生吸収部27の電圧が中間値V2に低下するまでブラシレスモータ6の回転速度を保持する。
When the voltage of the regenerative absorption unit 27 reaches the upper limit value V1 again with the passage of time, the operation proceeds from the
上記制御により、回生吸収部27の電圧が中間値V1に下がると、再びブラシレスモータ6の回転数を下げる動作が開始される。すなわち、図3に示す区間6の動作に移行する。
When the voltage of the regenerative absorption unit 27 is lowered to the intermediate value V1 by the above control, the operation of decreasing the rotation speed of the
区間6では、前述の区間2と同様の制御でブラシレスモータ6を減速し、最後に指令回転数(本実施の形態では0r/s、即ち「停止」)に達した場合を示している。
In
このとき、図4に示すSTEP101では、ブラシレスモータ6の減速が不要であるため、STEP301で速度保持フラグを「0」にクリアし、STEP302で指令回転数(0r/s)でモータを駆動する。
At this time, in
したがって、図3のタイミング図ではブラシレスモータ6が減速しているときは、回生吸収部27の電圧は上昇するが、指令回転数(0r/s)に達した後は、電源回路28および、電源回路28を介してインバータ制御部112により回生吸収部27に蓄積された回生エネルギは消費され、交流電源を整流・平滑した電圧(140V)まで低下し、安定する。
Therefore, in the timing chart of FIG. 3, when the
このように、ブラシレスモータ6の減速により、回生が発生したとき、回生吸収部27により回生エネルギを吸収するため、回生によるインバータの破壊が防止でき、また回生吸収部27の電圧が上限値V1以上となったときは、ブラシレスモータ6の減速を止め、回生吸収部27で吸収した回生エネルギの消費を促す。したがって、回生吸収部27に必要以上に静電容量の大きなコンデンサを使用する必要が無くなり、設計の自由度も増すものである。
Thus, when regeneration occurs due to the deceleration of the
尚、本実施の形態1においては、回転数の指令を行う回転数設定手段31によるブラシレスモータ6の指令回転数が0r/s、即ち停止指令に変更された場合について説明しているが、0r/s(停止)より高い回転数、即ち所定の低速回転数まで速度を低下させる場合も同様の制御にて行えるものである。
In the first embodiment, a case has been described in which the command rotational speed of the
また、前述の上限値V1および中間値V2は、インバータ5、回生吸収部27、ブラシレスモータ6等の定格に合わせて設定する値であり、特に、中間値V2は、ブラシレスモータ6あるいはモータ駆動装置の特性に合わせて設定することもできる。つまり、短時間で大幅な減速が可能な特性であれば、前記上限値V1と中間値V2の差を小さく設定することも可能であり、逆に減速が鈍い特性であれば、前記上限値V1と中間値V2の値を適度に確保すればよい。
The upper limit value V1 and the intermediate value V2 are values set in accordance with the ratings of the
以上のように本実施の形態1においては、ブラシレスモータ6の回転速度を減速する際に発生する回生を抑制し、これに起因する装置の故障を回避してモータ駆動装置の信頼性を高めることのみならず、回生吸収部27と並列に接続され、回生エネルギを消費する回生エネルギ消費回路を、インバータ制御部112へ電源を供給する電源回路28を含む構成とすることで、回生吸収部27に蓄積されるエネルギを低く抑えることができ、しかも回生エネルギ消費回路として、新たな回路を付加する必要がなくなり、部品点数を大幅に削減でき、一層の小型化・低コスト化がはかれるものである。
As described above, in the first embodiment, the regeneration that occurs when the rotational speed of the
さらに、整流回路2を構成する平滑コンデンサは、インバータの最大出力で1Wあたり0.2μF以下の静電容量のチップタイプでもよく、回路の小型化と相俟ってノイズフィルタの簡素化が可能となり、インバータのスイッチングによるノイズの流出抑制および、電源コンセントから侵入するノイズの抑制に加えて、EMC性能が向上できる。
Further, the smoothing capacitor constituting the
また、ブラシレスモータ6の回転子に希土類系磁石を用いることにより、ブラシレスモータの誘起電圧定数を大きくし、発生する回生エネルギも大きくでき、回生による装置破壊からの保護に対し非常に高い効果が期待できるものである。
In addition, by using a rare earth magnet for the rotor of the
また、ブラシレスモータ6を具備した圧縮機は、慣性モーメント(イナーシャ)が大きいレシプロ型であり、R600aの冷媒を使用しており、さらに整流回路2のコンデンサ4が小容量であるが故に、インバータの入力電圧が大きく変動する場合でも、ブラシレスモータ6の回転斑による振動の増大や騒音の増大等の影響を受けにくく、大容量の平滑コンデンサを整流回路2に使用したモータ駆動装置と同等の振動・騒音で有りながら小型・低コストの圧縮機駆動システムを提供することができる。
The compressor equipped with the
また、上述のモータ駆動装置を冷蔵庫に適用することで、回生による装置の故障を回避でき、これに起因する庫内の不冷、および食品の腐敗等の無駄を省くことができ、さらに、回路の小型化により同一外観でも庫内の食品収納部容積を大きくすることができ、庫内容積効率の高い冷蔵庫が提供できる。 In addition, by applying the motor drive device described above to a refrigerator, it is possible to avoid a failure of the device due to regeneration, to eliminate waste such as uncooling in the cabinet caused by this, and corruption of food, and a circuit. By downsizing, it is possible to increase the volume of the food storage section in the storage even with the same appearance, and it is possible to provide a refrigerator with high internal volume efficiency.
以上のように本発明のモータ駆動装置は、平滑コンデンサを大幅に小容量化したことで大きなリプルを含む電圧をインバータに入力した場合でも、位置検出センサ無しでブラシレスモータは停止することなく安定した駆動ができる上に、ブラシレスモータの減速による回生を素早く吸収し、装置の故障を防止でき、しかも小型化、低コスト化が図れ、且つ高い信頼性を確保できる。したがって、AV機器(特に小型機器)等のモータが非常に小さくてセンサを付けることが困難な機器あるいは回路を非常に小型化したい機器等の用途に広く適用できる。 As described above, the motor drive device of the present invention is stable without stopping even without a position detection sensor even when a voltage including a large ripple is input to the inverter by greatly reducing the capacity of the smoothing capacitor. In addition to being able to drive, the regeneration due to the deceleration of the brushless motor can be quickly absorbed to prevent the failure of the apparatus, and the size and cost can be reduced, and high reliability can be ensured. Therefore, the present invention can be widely applied to applications such as an AV device (particularly a small device) such as a device in which a motor is very small and it is difficult to attach a sensor, or a device in which a circuit is very small.
1 交流電源
2 整流回路
3 整流ダイオード
4 平滑コンデンサ
5 インバータ
6 ブラシレスモータ
9 圧縮機
13 冷蔵庫
15 冷媒
25 回生処理回路
26 第2整流回路(第2整流部)
27 回生吸収部
28 電源回路
29 回生エネルギ消費回路
30 電圧検出手段
31 回転数設定手段
112 インバータ制御部
DESCRIPTION OF
27
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