JP2010246333A - Motor drive device and refrigerator using the same - Google Patents

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JP2010246333A JP2009094809A JP2009094809A JP2010246333A JP 2010246333 A JP2010246333 A JP 2010246333A JP 2009094809 A JP2009094809 A JP 2009094809A JP 2009094809 A JP2009094809 A JP 2009094809A JP 2010246333 A JP2010246333 A JP 2010246333A
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Hidenao Tanaka
秀尚 田中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive device capable of carrying out optimum drive depending on a load status. <P>SOLUTION: In low-speed operation, a position signal from a brushless DC motor 4 is acquired by a position detecting unit 5, and PWM feedback control by a first waveform generating unit 6 is carried out to achieve higher efficiency. In high-speed operation, synchronous drive with a fixed frequency is carried out based on a waveform from a second waveform generating unit 9. In drive based on the second waveform generating unit 9, a load status is detected from the phase relationship between an induced voltage phase of the brushless DC motor 4 and an applied voltage phase generated by the second waveform generating unit 9, and either of drive based on the first waveform generating unit 6 and drive based on the second waveform generating unit 9 is selected depending on the load status, and the brushless DC motor 4 is driven according to the selection. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、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モータの駆動装置に関するものである。   The present invention relates to a device for driving a brushless DC motor comprising a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding by means of an inverter that supplies power to the three-phase winding. The present invention relates to a brushless DC motor driving apparatus that is optimal for driving a compressor such as an air conditioner.

従来この種のモータ駆動装置は駆動負荷の状態によって、波形発生方法を切り替えることで、負荷に応じた最適な駆動を実現している(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, this type of motor driving apparatus realizes optimum driving according to the load by switching the waveform generation method according to the state of the driving load (see, for example, Patent Document 1).

図8において交流電源1は一般的な商用電源で日本国内の場合はAC100V、50または60Hzである。整流平滑回路2は4個のダイオードをブリッジ接続した整流回路と2個の平滑電解コンデンサによって構成され、交流100V電圧を入力し直流280Vを出力する倍電圧整流回路としている。   In FIG. 8, the AC power source 1 is a general commercial power source, and is AC 100 V, 50 or 60 Hz in Japan. The rectifying / smoothing circuit 2 includes a rectifying circuit in which four diodes are bridge-connected and two smoothing electrolytic capacitors, and is a voltage doubler rectifying circuit that inputs an AC 100V voltage and outputs a DC 280V.

インバータ3は6個のスイッチング素子を3相ブリッジ接続しており、整流平滑回路2の出力を入力として3相交流電力に変換してブラシレスDCモータ4に供給する。   The inverter 3 has six switching elements connected in a three-phase bridge, converts the output of the rectifying / smoothing circuit 2 into three-phase AC power, and supplies it to the brushless DC motor 4.

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とで構成され、インバータ3により作られた3相交流電流が固定子の3相巻線に流れることにより、回転子を回転することができる。   The brushless DC motor 4 includes a rotor 4a having a permanent magnet and a stator 4b having a three-phase winding, and a three-phase alternating current generated by the inverter 3 flows through the three-phase winding of the stator. Thus, the rotor can be rotated.

位置検出部205はブラシレスDCモータ4の回転子が回転することにより、固定子に促された3相巻線に発生する誘起電圧を検出することで回転子の相対的な回転位置を検出するものである。   The position detector 205 detects the relative rotational position of the rotor by detecting the induced voltage generated in the three-phase winding urged by the stator as the rotor of the brushless DC motor 4 rotates. It is.

第1波形発生部206は、位置検出部5の位置検出信号をもとにインバータ3のスイッチ素子を駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は矩形波通電を基本としており、通電角が120度以上150度以下の矩形波を作り出している。また、ここでは矩形波以外でもそれに準じる波形として立ち上がり/立ち下がりに若干の傾斜を持たせた台形波であってもよい。第1波形発生部206ではさらに回転数を一定に保つためにPWM 制御のデューティの制御も行い、回転位置に従って最適なデューティで運転させるので最も効率的な運転が可能となる。   The first waveform generator 206 generates a signal for driving the switch element of the inverter 3 based on the position detection signal of the position detector 5. This driving signal is based on rectangular wave energization, and produces a rectangular wave with an energization angle of 120 degrees to 150 degrees. In addition to the rectangular wave, a trapezoidal wave having a slight inclination in rising / falling may be used as a waveform conforming thereto. The first waveform generator 206 also performs PWM control duty control in order to keep the rotational speed constant, and operates at the optimum duty according to the rotational position, so that the most efficient operation is possible.

回転数検出部207は、位置検出部205の出力信号からブラシレスDCモータ4の回転数を検出する。この回転数の検出は位置検出部205の出力信号を一定時間カウントすることや周期を測定することなどによって実現可能である。   The rotation speed detection unit 207 detects the rotation speed of the brushless DC motor 4 from the output signal of the position detection unit 205. The rotation number can be detected by counting the output signal of the position detection unit 205 for a certain period of time or measuring the period.

周波数設定部208は、出力のデューティを一定にしたまま出力周波数のみを変化させる。   The frequency setting unit 208 changes only the output frequency while keeping the output duty constant.

第2波形発生部209は、周波数設定部208の出力信号をもとにインバータ3のスイッチ素子を駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は通電角が130度以上180度未満の矩形波を作り出している。またここでは矩形波以外でも正弦波や歪波などのそれに準じる波形であってもよい。またここでは最大デューティで運転しており、90〜100%の一定のデューティで運転している。   The second waveform generation unit 209 generates a signal for driving the switch element of the inverter 3 based on the output signal of the frequency setting unit 208. This driving signal creates a rectangular wave with a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees. In addition to the rectangular wave, a waveform conforming thereto such as a sine wave or a distorted wave may be used. Further, here, the operation is performed at the maximum duty, and the operation is performed at a constant duty of 90 to 100%.

切替判定部210は、回転数検出部207で検出された回転数により低速/高速を判断し、インバータ3を動作させる波形を第1波形発生部206か第2波形発生部209かを切り替えるものである。具体的には回転数が低速の場合、第1波形発生部206からの信号を選択し、回転数が高速の場合、第2波形発生部9からの信号を選択してインバータ3を動作させる。   The switching determination unit 210 determines the low speed / high speed based on the rotation speed detected by the rotation speed detection unit 207 and switches the waveform for operating the inverter 3 between the first waveform generation unit 206 and the second waveform generation unit 209. is there. Specifically, when the rotational speed is low, the signal from the first waveform generator 206 is selected, and when the rotational speed is high, the signal from the second waveform generator 9 is selected to operate the inverter 3.

ここで回転数が低速か高速かの判定は回転数検出部207からの実際の回転数としたが、設定回転数やデューティを判断してもよい。デューティは最大デューティ(一般的には10 0%)で位置検出でのPWMデューティ制御による回転数が最大となるため、この条件で信号を切り替えることも可能である。   Here, the determination as to whether the rotational speed is low or high is based on the actual rotational speed from the rotational speed detection unit 207, but the set rotational speed and duty may be determined. Since the duty is the maximum duty (generally 100%) and the rotation speed by the PWM duty control in the position detection is maximized, the signal can be switched under this condition.

ドライブ部211は、切替回路210からの出力信号により、インバータ3のスイッチ素子を駆動する。この駆動によりインバータ3から最適な交流出力がブラシレスDCモータ4に印加されるので回転子を回転させることができる。   The drive unit 211 drives the switch element of the inverter 3 by the output signal from the switching circuit 210. By this driving, an optimum AC output is applied from the inverter 3 to the brushless DC motor 4, so that the rotor can be rotated.

以上の様に構成されたモータ駆動装置について以下その動作を説明する。   The operation of the motor driving apparatus configured as described above will be described below.

まず比較的低負荷低速時においては位置検出部205の出力タイミングをもとに動作する第1波形発生部206によってインバータ3の各スイッチ素子は駆動される。このとき位置検出部205の出力信号からブラシレスDCモータ4の回転速度を検出し、駆動速度が目標速度に近づくように第1波形発生部206はPWMデューティ制御を行う、誘起電圧検出による一般的なセンサレスPWM制御で、ブラシレスDCモータ4を効率よく駆動している。   First, at a relatively low load and low speed, each switch element of the inverter 3 is driven by the first waveform generator 206 that operates based on the output timing of the position detector 205. At this time, the rotation speed of the brushless DC motor 4 is detected from the output signal of the position detection unit 205, and the first waveform generation unit 206 performs PWM duty control so that the driving speed approaches the target speed. The brushless DC motor 4 is efficiently driven by sensorless PWM control.

また第1波形発生部206での駆動においてPWMデューティが最大(例えば100%)となったにもかかわらず、ブラシレスDCモータ4の駆動速度が目標速度に到達しない負荷状態では、切り替え判定部210は周波数設定部208によって動作する第2波形発生部209を選択しインバータ3を駆動する。インバータ3の各相の駆動信号は周波数設定部208の出力にしたがって、所定周波数を出力するように転流を行う。このときデューティを一定として回転子位置と関係なく同期駆動で転流周波数を段階的に上げていくことで、ブラシレスDCモータ4の誘起電圧位相に対し電流位相が進んだ状態、いわゆる「弱め磁束制御」と同様の状態となり、第1波形発生部206での駆動より大幅な高速駆動が可能となる。   In the load state in which the drive speed of the brushless DC motor 4 does not reach the target speed even though the PWM duty is maximized (for example, 100%) in the driving by the first waveform generation unit 206, the switching determination unit 210 The second waveform generation unit 209 operated by the frequency setting unit 208 is selected to drive the inverter 3. The drive signal of each phase of the inverter 3 is commutated so as to output a predetermined frequency according to the output of the frequency setting unit 208. At this time, the duty phase is constant and the commutation frequency is increased stepwise by synchronous driving regardless of the rotor position, so that the current phase is advanced with respect to the induced voltage phase of the brushless DC motor 4, so-called “weakening magnetic flux control”. The state becomes the same as that of the first waveform generation unit 206, and the driving can be performed at a significantly higher speed than the driving by the first waveform generation unit 206.

以上の様な構成とすることで従来のモータ駆動装置は、第1波形発生部206での誘起電圧検出による一般的なPWMフィードバック制御よりもブラシレスDCモータ4の高負荷高速性能を向上できる。また固定子巻線を大きく巻き込んでトルク(回転数)を落としたモータを使用する場合は、低速では第1波形発生部206で高効率駆動を行うとともに、高速駆動性能は第2波形発生部209での駆動によって確保することができる。
特開2004−282911号公報
With the configuration as described above, the conventional motor driving device can improve the high-load high-speed performance of the brushless DC motor 4 as compared with the general PWM feedback control based on the induced voltage detection in the first waveform generation unit 206. Also, when using a motor with a large amount of stator winding and reduced torque (number of rotations), the first waveform generator 206 performs high-efficiency driving at low speed, and the high-speed driving performance is the second waveform generator 209. It can be ensured by driving at
JP 2004-282911 A

しかしながら上記従来の構成は、ブラシレスDCモータの高効率化が可能かつ、駆動可能な速度および負荷領域を拡張できるが、第2波形発生手段で高速高負荷駆動状態から負荷が減少した場合でも、第2波形発生手段ではデューティ一定での同期駆動を行うため、負荷に対して印加電圧が高い状態となり、誘起電圧に対してモータ電流位相が遅れ位相となることで、著しくモータ効率が悪化する場合があるという課題を有していた。   However, the above-described conventional configuration can increase the efficiency of the brushless DC motor and expand the drivable speed and load range. However, even when the load is reduced from the high speed and high load driving state by the second waveform generating means, Since the two-waveform generating means performs synchronous driving with a constant duty, the applied voltage is high with respect to the load, and the motor current phase is delayed with respect to the induced voltage, so that the motor efficiency may be significantly deteriorated. Had the problem of being.

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、第2波形発生部での駆動においてブラ
シレスDCモータの負荷状態を検出できるようにすることで、負荷に応じて波形発生部の選択を可能とし、ブラシレスDCモータを最適に駆動出来る様にすることで、従来のモータ駆動装置の実用性をより向上することを目的とする。
The present invention solves the above-described conventional problems, and by enabling detection of the load state of the brushless DC motor in driving by the second waveform generator, the waveform generator can be selected according to the load. An object of the present invention is to further improve the practicality of the conventional motor driving device by enabling the brushless DC motor to be optimally driven.

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、ブラシレスDCモータが第2波形発生部による駆動を行っている際、波形補正部は所定のタイミングで第2波形発生部により発生した波形の一部あるいは全部を間欠させた波形でドライブ部を介しインバータを駆動することで、同期駆動中の誘起電圧位相の検出を可能とし、検出した誘起電圧位相と第2波形発生部との位相関係から、負荷状態監視部は第1波形発生部での駆動が可能な負荷状態か否かを判断できるようにしたものである。   In order to solve the above-described conventional problems, in the motor driving device of the present invention, when the brushless DC motor is driven by the second waveform generation unit, the waveform correction unit is generated by the second waveform generation unit at a predetermined timing. By driving the inverter through the drive unit with a waveform obtained by intermittently activating part or all of the generated waveform, it is possible to detect the induced voltage phase during synchronous driving, and the detected induced voltage phase and the second waveform generating unit From the phase relationship, the load state monitoring unit can determine whether or not the load state can be driven by the first waveform generation unit.

これによって第2波形発生部で駆動している状態で、負荷が低下し第1波形発生部で駆動可能な低負荷状態となったことが検出可能となり、第1波形発生部での駆動へ移行するタイミングを的確に得ることが出来る。   As a result, it is possible to detect that the load has decreased and the low-load state that can be driven by the first waveform generating unit is detected while the second waveform generating unit is being driven, and the process proceeds to driving by the first waveform generating unit. The timing to do can be obtained accurately.

本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスモータを高効率に駆動できるとともに、駆動可能な負荷及び速度領域を拡張できるので、実用性を高めることができる。   The motor drive device of the present invention can drive the brushless motor with high efficiency and can expand the driveable load and speed range, so that the practicality can be enhanced.

また本発明のモータ駆動装置を用いた冷蔵庫は、庫内負荷状態に合わせて圧縮機を最適な状態で駆動することが出来るため、庫内が冷却安定状態にある低負荷時は高効率駆動による消費電力の低減が可能であり、庫内温度が高い場合は高速高負荷駆動による速やかな庫内の冷却運転が可能となり、食品の保鮮性能を向上することが出来る。   Moreover, since the refrigerator using the motor drive device of the present invention can drive the compressor in an optimum state according to the load state in the warehouse, it is driven by high efficiency at low load when the interior is in a stable cooling state. Power consumption can be reduced, and when the internal temperature is high, rapid internal cooling operation by high-speed and high-load driving is possible, and the food preservation performance can be improved.

請求項1に記載の発明は、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、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動するドライブ部と、前記ブラシレスDCモータの前記固定子の三相巻線に発生する誘起電圧を基に前記回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いはそれらに準じる波形を出力する第1波形発生部と、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部と、矩形波または正弦波あるいはそれらに準じる波形を前記周波数設定部で決められた所定周波数で出力する第2波形発生部と、前記位置検出部により検出した前記ブラシレスDCモータの回転子相対位置と前記第2波形発生部で発生した波形の位相との位相差を検出する位相差検出部と、前記位相差検出部で得た位相差からブラシレスDCモータの負荷状態を監視する負荷状態監視部と、前記ブラシレスDCモータの駆動回転数を負荷状態から第1波形発生部によってインバータを駆動するか、あるいは第2波形発生部によってインバータを駆動するかを選択して波形発生部を切り替える切替判定部と、所定のタイミングで第2波形発生部において発生した波形の一部あるいは全部を間欠するように波形を補正する波形補正部とを有し、負荷状態監視部は第2波形発生部での駆動時にブラシレスDCモータの負荷状態を監視し、第1波形発生部での駆動が可能な低負荷状態であることを検出するので、第1波形発生部での駆動へ移行するタイミングを的確に得ることが出来、最適なタイミングで波形発生部を切り替えることができる。   The invention according to claim 1 is a brushless DC motor comprising a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter for supplying electric power to the three-phase winding, and a drive for driving the inverter A position detection unit that detects a relative rotational position of the rotor based on an induced voltage generated in a three-phase winding of the stator of the brushless DC motor and outputs a position signal; and the position detection unit A first waveform generator for outputting a rectangular wave or a sine wave or a waveform conforming thereto while performing duty control based on an output signal from the output, a frequency setting unit for changing only a predetermined frequency with a constant duty, and a rectangular wave Or a second waveform generating unit that outputs a sine wave or a waveform conforming thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, and the brush detected by the position detecting unit A phase difference detector for detecting a phase difference between the relative position of the rotor of the DC motor and the phase of the waveform generated by the second waveform generator; and a load of the brushless DC motor from the phase difference obtained by the phase difference detector A load state monitoring unit for monitoring the state, and selecting whether to drive the inverter by the first waveform generation unit from the load state or to drive the inverter by the second waveform generation unit from the load state A switching determination unit that switches the waveform generation unit, and a waveform correction unit that corrects the waveform so that a part or all of the waveform generated in the second waveform generation unit is intermittent at a predetermined timing. Since the load state of the brushless DC motor is monitored at the time of driving by the second waveform generation unit, and it is detected that the load is a low load state that can be driven by the first waveform generation unit, the first waveform Can be obtained accurately when to transition to the driving of the raw part, it is possible to switch the waveform generating section at an optimum timing.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明のモータの駆動装置において、第2波形発生部による駆動時に、前記負荷状態監視部が前記ブラシレスDCモータの負荷状態が第1波形発生部での駆動が可能であると検出した場合、前記切り替え判定部は前記ブラシレスDCモータを第1波形発生部での駆動に切り替えるようにしたものである。これによ
り第1波形発生部でブラシレスDCモータが駆動できる負荷状態のとき、前記第2波形発生部での駆動から前記第1波形発生部での駆動に移行するので、前記第1波形発生部での駆動が不可能な負荷状態での移行による脱調等を防止でき安定した駆動を実現できるとともに第1波形発生部により位置検出を基にしたPWMフィードバック制御で高効率駆動が可能となり、モータ駆動装置の信頼性および実用性を上げることができる。
According to a second aspect of the present invention, in the motor driving apparatus according to the first aspect, the load state monitoring unit generates a first waveform when the load state of the brushless DC motor is driven by the second waveform generation unit. When it is detected that the driving by the unit is possible, the switching determination unit switches the brushless DC motor to the driving by the first waveform generation unit. As a result, when the brushless DC motor can be driven by the first waveform generation unit, the drive from the second waveform generation unit shifts to the drive by the first waveform generation unit. Can prevent the step-out caused by the transition in the load state that cannot be driven and can realize stable driving, and the first waveform generator enables high-efficiency driving by PWM feedback control based on position detection, and motor driving The reliability and practicality of the device can be increased.

請求項3に記載の発明は、請求項1および請求項2に記載の発明に、前記ブラシレスDCモータの駆動を前記第2波形発生部での駆動から第1波形発生部への駆動に移行する前後での通電角は150度以下としたものである。これにより第1波形発生部での駆動に移行した直後からブラシレスDCモータの誘起電圧検出による位置検出が確実に出来る様になり、波形発生部の切り替え時に過電流等の発生がなくスムーズな移行が可能となると共に、移行直後から安定した駆動が可能で、モータ駆動装置の信頼性及び実用性を向上することが出来る。   According to a third aspect of the present invention, in the first and second aspects of the invention, the driving of the brushless DC motor is shifted from driving at the second waveform generating unit to driving to the first waveform generating unit. The conduction angle before and after is set to 150 degrees or less. As a result, the position detection by detecting the induced voltage of the brushless DC motor can be surely performed immediately after the shift to the drive at the first waveform generation section, and there is no occurrence of an overcurrent or the like when switching the waveform generation section, and a smooth transition is achieved. In addition to being possible, stable driving is possible immediately after the transition, and the reliability and practicality of the motor driving device can be improved.

請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3に記載の発明に、前記ブラシレスDCモータを第2波形発生部での駆動から第1波形発生部での駆動に移行する際、第2波形発生部での駆動で150度をこえる通電角で駆動している場合、通電角を150度以下まで低下したのち第1波形発生部での駆動に移行するようにしたものである。これにより第2波形発生部で生成する波形の通電角を最大180度まで広げることが可能となり、ブラシレスDCモータをより高速、高トルクで駆動することが出来るとともに第1波形発生部への移行直前から確実な位置検出が可能なため、第1波形発生部への駆動へ安定且つスムーズな移行が実現でき、モータ駆動装置の信頼性および実用性を向上することができる。   According to a fourth aspect of the present invention, when the brushless DC motor is shifted from driving by the second waveform generating unit to driving by the first waveform generating unit in the first to third aspects of the invention, In the case of driving at an energization angle exceeding 150 degrees by driving at the two waveform generation section, the driving angle is lowered to 150 degrees or less and then the drive at the first waveform generation section is started. As a result, the energization angle of the waveform generated by the second waveform generator can be increased to a maximum of 180 degrees, the brushless DC motor can be driven at higher speed and higher torque, and immediately before the transition to the first waveform generator. Since reliable position detection is possible, a stable and smooth transition to the drive to the first waveform generator can be realized, and the reliability and practicality of the motor drive device can be improved.

請求項5に記載の発明は請求項1から請求項4に記載のモータ駆動装置は圧縮機を駆動するものである。圧縮機はその構成上イナーシャが比較的大きい負荷であるため、第2波形発生部による同期駆動でも非常に安定した駆動性能を確保できると共に、誘起電圧を検出するためにモータ印加電圧の一部あるいは全部を間欠したパターンでブラシレスDCモータを駆動した場合でも、駆動速度変動に対する影響は殆どないので、本発明のモータ駆動装置にとって非常に適した用途のひとつである。   According to a fifth aspect of the present invention, the motor driving device according to the first to fourth aspects drives the compressor. Since the compressor is a load having a relatively large inertia due to its configuration, a very stable driving performance can be ensured even by the synchronous driving by the second waveform generator, and a part of the motor applied voltage or the Even when the brushless DC motor is driven in an intermittent pattern, there is almost no influence on fluctuations in driving speed, which is one of the applications that are very suitable for the motor driving device of the present invention.

請求項6に記載の発明は請求項5に記載の圧縮機をレシプロ型としたものである。レシプロ圧縮機はその構成上圧縮機内部で前記ブラシレスDCモータ4をバネ等で懸架されていることから、前記ブラシレスDCモータ4の駆動による振動や騒音が外部に漏れにくい構成となっている。従って本発明のモータ駆動装置ではモータ印加電圧の一部あるいは全部を間欠することで前記ブラシレスDCモータ4の駆動速度に若干の速度変動が発生しても、それに伴う振動や騒音を前記圧縮機4の内部で吸収できるため、振動および騒音が大きく増加することなく、従来同等の騒音および振動性能とすることができる。   According to a sixth aspect of the present invention, the compressor according to the fifth aspect is a reciprocating type. Since the reciprocating compressor has a configuration in which the brushless DC motor 4 is suspended by a spring or the like inside the compressor, vibration and noise due to the driving of the brushless DC motor 4 are hardly leaked to the outside. Therefore, in the motor driving device of the present invention, even if a part of or all of the motor applied voltage is intermittently generated and a slight speed fluctuation occurs in the driving speed of the brushless DC motor 4, vibrations and noises accompanying the fluctuation are generated in the compressor 4. Therefore, noise and vibration performance equivalent to those in the prior art can be obtained without greatly increasing vibration and noise.

請求項7に記載の発明は、請求項5または請求項6に記載のモータ駆動装置を、冷蔵庫の圧縮機の駆動に用いたものである。冷蔵庫の庫内温度が比較的高く急速に庫内を冷却する必要があるなどの高負荷状態では高負荷高効率駆動を行い、その後庫内が安定した冷却状態となり負荷が低くなったときは低速での高効率駆動へ、負荷状態により運転を切り替えることができるので、最適な駆動による冷蔵庫の消費電力の削減と、庫内温度変動の抑制による食品保鮮性能の向上が図れる。
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符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、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。
In a seventh aspect of the invention, the motor driving device according to the fifth or sixth aspect is used for driving a compressor of a refrigerator. High-load and high-efficiency drive is performed in high-load conditions such as the refrigerator's internal temperature being relatively high and the interior needs to be cooled rapidly, and then the low-speed when the interior is in a stable cooling state and the load is low Since the operation can be switched to the high-efficiency driving in accordance with the load state, the power consumption of the refrigerator can be reduced by the optimum driving, and the food freshening performance can be improved by suppressing the temperature fluctuation in the refrigerator.
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the same reference numerals are given to the same configurations as those of the conventional examples or the embodiments described above, and detailed description thereof will be omitted. 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 Embodiment 1 of the present invention.

図1において、交流電源1からの入力電圧を整流平滑回路2で直流に変換しインバータ3に入力する。インバータ3は直流入力を3相交流電力に変換したうえでブラシレスDCモータ4に供給する。   In FIG. 1, an input voltage from an AC power source 1 is converted into DC by a rectifying and smoothing circuit 2 and input to an inverter 3. The inverter 3 converts the direct current input into three-phase alternating current power and supplies it to the brushless DC motor 4.

位置検出部5はブラシレスDCモータ4の回転子が回転することにより、固定子に促された3相巻線に発生する誘起電圧を検出することで回転子の相対的な回転位置を検出するものである。   The position detector 5 detects the relative rotational position of the rotor by detecting the induced voltage generated in the three-phase winding urged by the stator as the rotor of the brushless DC motor 4 rotates. It is.

第1波形発生部6は、位置検出部5の位置検出信号をもとにインバータ3のスイッチ素子を駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は矩形波通電を基本としており、通電角が120度以上150度以下の矩形波を作り出している。また、ここでは矩形波以外でもそれに準じる波形として立ち上がり/立ち下がりに若干の傾斜を持たせた台形波であってもよい。第1波形発生部6ではさらに回転数を一定に保つためにPWMデューティ制御も行い、回転位置に従って最適なデューティで運転させるので最も効率的な運転が可能となる。   The first waveform generator 6 generates a signal for driving the switch element of the inverter 3 based on the position detection signal of the position detector 5. This driving signal is based on rectangular wave energization, and produces a rectangular wave with an energization angle of 120 degrees to 150 degrees. In addition to the rectangular wave, a trapezoidal wave having a slight inclination in rising / falling may be used as a waveform conforming thereto. The first waveform generator 6 also performs PWM duty control in order to keep the rotational speed constant, and operates with the optimum duty according to the rotational position, so that the most efficient operation is possible.

回転数検出部7は、位置検出部5の出力信号からブラシレスDCモータ4の回転数を検出する。この回転数の検出は位置検出部5の出力信号を一定時間カウントすることや周期を測定することなどによって実現可能である。   The rotation speed detector 7 detects the rotation speed of the brushless DC motor 4 from the output signal of the position detector 5. This rotation speed can be detected by counting the output signal of the position detector 5 for a certain period of time or measuring the period.

周波数設定部8は、出力のデューティを一定にしたまま出力周波数のみを変化させる。   The frequency setting unit 8 changes only the output frequency while keeping the output duty constant.

第2波形発生部9は、周波数設定部8の出力信号をもとにインバータ3のスイッチ素子を駆動する信号を作り出す。この駆動信号は通電角が130度以上180度未満の矩形波を作り出している。またここでは矩形波以外でも正弦波や歪波などのそれに準じる波形であってもよい。さらにPWMデューティは最大で運転しており、90〜100%の一定としている。   The second waveform generation unit 9 generates a signal for driving the switch element of the inverter 3 based on the output signal of the frequency setting unit 8. This drive signal produces a rectangular wave with a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees. In addition to the rectangular wave, a waveform conforming thereto such as a sine wave or a distorted wave may be used. Further, the PWM duty is operated at the maximum, and is constant at 90 to 100%.

切替判定部10は、回転数検出部7で検出された回転数により低速/高速を判断するとともに、負荷状態監視部15からのブラシレスDCモータの負荷状態から、インバータ3を動作させる波形を第1波形発生部6か第2波形発生部9かを選択し切り替えるものである。具体的には回転数が低速の場合、第1波形発生部6からの信号を選択し、回転数が高速の場合、第2波形発生部9からの信号を選択してインバータ3を動作させ、さらに第2波形発生部9での駆動時は、負荷が第1波形発生部で駆動可能な状態に低下したときは、第1波形発生部を選択してインバータ3を駆動するようにしている。   The switching determination unit 10 determines the low speed / high speed based on the rotation speed detected by the rotation speed detection unit 7, and sets the waveform for operating the inverter 3 from the load state of the brushless DC motor from the load state monitoring unit 15. The waveform generator 6 or the second waveform generator 9 is selected and switched. Specifically, when the rotational speed is low, the signal from the first waveform generator 6 is selected, and when the rotational speed is high, the signal from the second waveform generator 9 is selected to operate the inverter 3, Further, when the second waveform generator 9 is driven, when the load is reduced to a state where the first waveform generator can be driven, the first waveform generator is selected to drive the inverter 3.

ここで回転数が低速か高速かの判定は回転数検出部7からの実際の回転数としたが、設定回転数やデューティを判断してもよい。デューティは最大デューティ(一般的には100%)で位置検出でのPWMデューティ制御による回転数が最大となるため、この条件で信号を切り替えることも可能である。   Here, the determination of whether the rotational speed is low or high is based on the actual rotational speed from the rotational speed detection unit 7, but the set rotational speed and duty may be determined. Since the duty is the maximum duty (generally 100%) and the rotational speed by the PWM duty control in the position detection is maximized, the signal can be switched under this condition.

ドライブ部11は、切替回路10からの出力信号により、インバータ3のスイッチ素子を駆動する。この駆動によりインバータ3から最適な交流出力がブラシレスDCモータ4に印加されるので回転子を回転させることができる。   The drive unit 11 drives the switch element of the inverter 3 by the output signal from the switching circuit 10. By this driving, an optimum AC output is applied from the inverter 3 to the brushless DC motor 4, so that the rotor can be rotated.

波形補正部12は第2波形発生部9によって発生した波形を切替判定部10に出力するが、所定のタイミングでは波形の一部ないし全部を一定の期間だけ間欠した波形を出力する。位置信号判定部13は、第2波形発生部9による駆動時において位置検出部5から入力される信号が位置検出信号として信憑性あるものか否かを判断し、正確なブラシレスD
Cモータ4の位置情報が含まれる信号のみを取り出すものである。
The waveform correction unit 12 outputs the waveform generated by the second waveform generation unit 9 to the switching determination unit 10, but outputs a waveform in which a part or all of the waveform is intermittent for a certain period at a predetermined timing. The position signal determination unit 13 determines whether or not the signal input from the position detection unit 5 is credible as the position detection signal when driven by the second waveform generation unit 9, and the accurate brushless D
Only a signal including position information of the C motor 4 is extracted.

位相差検出部14は、第2波形発生部9によって生成した波形の位相とブラシレスDCモータ4の誘起電圧位相との位相差を検出するものである。具体的には位置信号判定部13の出力である位置信号と、第2波形発生部9で生成した波形の出力タイミングの時間差から検出することができる。   The phase difference detection unit 14 detects a phase difference between the phase of the waveform generated by the second waveform generation unit 9 and the induced voltage phase of the brushless DC motor 4. Specifically, it can be detected from the time difference between the position signal output from the position signal determination unit 13 and the output timing of the waveform generated by the second waveform generation unit 9.

負荷状態監視部15は、第2波形発生部での駆動において位相差検出部14で検出したモータ4の誘起電圧位相と第2波形発生部で生成した印加電圧との位相差から、負荷が所定の状態より小さいか大きいかを監視するものである。   The load state monitoring unit 15 determines whether the load is predetermined based on the phase difference between the induced voltage phase of the motor 4 detected by the phase difference detection unit 14 and the applied voltage generated by the second waveform generation unit in the driving by the second waveform generation unit. It is to monitor whether it is smaller or larger than the state.

圧縮要素16は、ブラシレスDCモータ4の回転子4aの軸に接続され、冷媒ガスを吸入し、圧縮して吐出する。このブラシレスDCモータ4と圧縮要素16とを同一の密閉容器に収納し、圧縮機17を構成する。圧縮機17で圧縮された吐出ガスは、凝縮器18、減圧器19、蒸発器20を通って圧縮機17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18では放熱、蒸発器20では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。尚、必要に応じて凝縮器18や蒸発器20に送風機などを使い、熱交換をさらに促進することもある。また本実施の形態では、冷凍システムは冷蔵庫21の庫内22を蒸発器20により冷却する構成としている。   The compression element 16 is connected to the shaft of the rotor 4a of the brushless DC motor 4, and sucks, compresses and discharges the refrigerant gas. The brushless DC motor 4 and the compression element 16 are accommodated in the same hermetic container to constitute the compressor 17. The discharge gas compressed by the compressor 17 constitutes a refrigeration air conditioning system that returns to the suction of the compressor 17 through the condenser 18, the decompressor 19, and the evaporator 20. Then, since endotherm is performed, cooling and heating can be performed. In addition, a heat exchanger may be further accelerated | stimulated using a fan etc. for the condenser 18 or the evaporator 20 as needed. Further, in the present embodiment, the refrigeration system is configured to cool the interior 22 of the refrigerator 21 by the evaporator 20.

図2は、本実施の形態1の圧縮機17の断面図を示している。図2において圧縮機17の密封容器23内にはオイル24を貯溜すると共にR600aの冷媒25が封入され、固定子4bと回転子4aからなるブラシレスDCモータ4およびこれによって駆動される圧縮要素16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DCモータ4の回転による振動が圧縮機外部に漏れにくい構成となっている。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of the compressor 17 according to the first embodiment. In FIG. 2, the oil 24 is stored in the sealed container 23 of the compressor 17 and the refrigerant 25 of R600a is sealed, and the brushless DC motor 4 including the stator 4b and the rotor 4a and the compression element 16 driven by the brushless DC motor 4 are provided. It is elastically supported by a spring or the like, and is configured such that vibration due to rotation of the brushless DC motor 4 is difficult to leak out of the compressor.

圧縮要素16は回転子4aが固定された主軸部26および偏芯軸部27から構成されたクランクシャフト28の主軸部26を軸支するとともに圧縮室29を有するシリンダ30と、圧縮室29内で往復運動するピストン31と、偏芯軸部27とピストン31を連結する連結手段32を備え、レシプロ型の圧縮機構を構成している。従って、本実施の形態において第2波形発生部9での駆動の際、一定の期間波形の一部または全部を間欠した波形でブラシレスDCモータ4を駆動した場合でも、イナーシャが大きい圧縮機17では回転速度に及ぼす影響(例えば速度変化)は殆ど無いことに加え、レシプロ型圧縮機の特徴と密封構造から、速度変動による振動や騒音が発生しにくく、かつ騒音が圧縮機17の外部に漏れにくい構成となっている。   The compression element 16 supports a main shaft portion 26 of a crankshaft 28 composed of a main shaft portion 26 to which the rotor 4 a is fixed and an eccentric shaft portion 27, and has a compression chamber 29 and a cylinder 30. A reciprocating compression mechanism is provided by including a reciprocating piston 31 and connecting means 32 for connecting the eccentric shaft portion 27 and the piston 31. Therefore, in the present embodiment, when the second waveform generator 9 is driven, even if the brushless DC motor 4 is driven with a waveform in which a part or all of the waveform for a certain period is intermittent, the compressor 17 having a large inertia is used. In addition to having almost no influence (for example, speed change) on the rotational speed, vibration and noise due to speed fluctuations are less likely to occur due to the characteristics and sealing structure of the reciprocating compressor, and noise is less likely to leak outside the compressor 17. It has a configuration.

図3は本実施の形態1における低速時の駆動状態を示すタイミングチャートであり、ドライブ部11の信号とインバータ3の出力端子電圧状態を示している。尚、本タイミングチャートは通電角150度の矩形波とし、15度の進角状態での駆動を示している。   FIG. 3 is a timing chart showing a driving state at a low speed in the first embodiment, and shows a signal of the drive unit 11 and an output terminal voltage state of the inverter 3. This timing chart is a rectangular wave with a conduction angle of 150 degrees, and shows driving in an advanced angle state of 15 degrees.

図3に示すようにこの状態においてはUVW各相の上下両方のスイッチがオフ状態のとき出力端子電圧に誘電電圧が現れる。たとえば同図に示すように、U相に関しては出力パターンが11および5のときU相の上下スイッチは共にオフとなり端子電圧に誘起電圧が現れている。位置検出部5はこの端子電圧から誘起電圧のゼロクロスポイントを位置信号として検出するために、端子電圧とインバータ入力電圧の1/2との大小関係が反転するポイント(即ち誘起電圧のゼロクロスポイント)をモニタする。そして検出したゼロクロスポイントをブラシレスDCモータ回転子の相対回転位置として基準に置き、この基準位置から次回の転流タイミングを決定する。本実施の形態1においては150度通電進角15度としているため、次回の転流は位置検出からゼロ秒後(即ち同時)であり、位置検出と同時に転流(出力パターンを11から0あるいは、5から6に切換え)を行っている。
尚、図3図ではU相端子電圧とU相による位置検出タイミングを示しているが、電気角1周期当たり各相2回の位置検出が行われるため、結局電気角1周期中に6回の位置検出信号が発生し、この位置信号検出の度に出力パターンを順次切り替えることで任意の周波数の交流電圧を生成してブラシレスDCモータ4に印加して駆動している。
As shown in FIG. 3, in this state, when both the upper and lower switches of each UVW phase are in the OFF state, a dielectric voltage appears in the output terminal voltage. For example, as shown in the figure, for the U phase, when the output pattern is 11 and 5, both the U phase upper and lower switches are off and an induced voltage appears in the terminal voltage. In order to detect the zero cross point of the induced voltage from the terminal voltage as a position signal, the position detecting unit 5 determines a point where the magnitude relationship between the terminal voltage and 1/2 of the inverter input voltage is inverted (that is, the zero cross point of the induced voltage). Monitor. The detected zero cross point is set as a reference as the relative rotation position of the brushless DC motor rotor, and the next commutation timing is determined from this reference position. In the first embodiment, 150 degrees energization advance angle is 15 degrees, so the next commutation is zero seconds after position detection (that is, at the same time), and commutation (output pattern from 11 to 0 or 5 to 6).
Although FIG. 3 shows the position detection timing based on the U-phase terminal voltage and the U-phase, since the position detection is performed twice for each phase per electrical angle cycle, it is eventually 6 times in one electrical angle cycle. A position detection signal is generated, and each time the position signal is detected, an output voltage is sequentially switched to generate an alternating voltage of an arbitrary frequency and applied to the brushless DC motor 4 for driving.

また位置検出の信号を基に回転数検出部7は、ブラシレスDCモータ4の速度を検出するが、検出速度が目標速度より遅い場合、第1波形発生部6はブラシレスDCモータ4への印加電圧を上げるようにし、目標速度より速い場合はブラシレスDCモータ4への印加電圧を下げるようにPWMデューティ幅を制御して目標速度での安定駆動を実現している。   The rotation speed detector 7 detects the speed of the brushless DC motor 4 based on the position detection signal. When the detected speed is slower than the target speed, the first waveform generator 6 applies the voltage applied to the brushless DC motor 4. When the speed is higher than the target speed, the PWM duty width is controlled so as to decrease the voltage applied to the brushless DC motor 4 to realize stable driving at the target speed.

ここでブラシレスDCモータ4の負荷が大きく、PWMデューティが100%となっても、駆動速度が目標速度に到達しない状態では、これ以上電圧を印加することは出来ないため、さらなる高速駆動は不可能である。したがってこの時、切替判定部10は第2波形発生部9によりブラシレスDCモータ4を駆動するように切り替える。   Here, even if the load of the brushless DC motor 4 is large and the PWM duty is 100%, no further voltage can be applied in a state where the driving speed does not reach the target speed, so further high speed driving is impossible. It is. Therefore, at this time, the switching determination unit 10 performs switching so that the brushless DC motor 4 is driven by the second waveform generation unit 9.

第2波形発生部9での駆動は、最大デューティ(即ち100%)で通電角130度以上180度未満とした波形を、周波数設定部8により設定した周波数で同期駆動を行うため、駆動方法の切り替え時は、切り替え直前直後の転流周期(即ち駆動速度)と通電角を同じにして、位置信号と関係なく所定タイミングで転流を繰り返すことで、過電流等の電流の乱れや速度変動といった不具合を発生することなく容易に実現できる。   The driving by the second waveform generation unit 9 performs synchronous driving at a frequency set by the frequency setting unit 8 with a waveform having a maximum duty (ie, 100%) and a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees. At the time of switching, the commutation cycle (that is, the driving speed) immediately before switching is the same as the energization angle, and the commutation is repeated at a predetermined timing regardless of the position signal. It can be easily realized without causing any problems.

図4は本発明の実施の形態1における高速時の駆動状態を示すタイミングチャートである。図4では、第2波形発生部による駆動状態であり、ドライブ部11の信号とW相端子電圧の状態を示している。尚、本タイミングチャートは通電角150度の矩形波での駆動を示している。   FIG. 4 is a timing chart showing a driving state at a high speed in the first embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a driving state by the second waveform generation unit, and shows the state of the signal of the driving unit 11 and the W-phase terminal voltage. This timing chart shows driving with a rectangular wave having a conduction angle of 150 degrees.

第2波形発生部9による駆動では、ブラシレスDCモータ4の回転子位置とは関係なく周波数設定部8によって設定した任意の周波数で同期駆動しており、モータ誘起電圧と端子電圧との位相は、駆動速度と負荷状態に応じた適切な関係で平衡・安定している。このとき通常は転流に対して回転子が遅れてついて行く状態、即ち誘起電圧に対して端子電圧が進む状態となることから、ブラシレスDCモータ4の電流位相が進み、いわゆる弱め磁束での駆動状態になることで高速・高負荷駆動が可能となり、第1波形発生部によるセンサレス運転より高速高負荷性能を引き伸ばすことができる。一方でデューティ一定の同期駆動では、負荷および駆動速度に対して印加電圧が大きすぎる場合、回転子の回転に対しブレーキをかけながらの駆動状態となり、最終的にモータ誘起電圧位相より印加電圧および相電流が遅れ位相となり、モータ電流の増大によるモータ駆動装置の大幅な効率低下や、駆動不安定による脱調停止等が発生する可能性がある。   In the driving by the second waveform generation unit 9, synchronous driving is performed at an arbitrary frequency set by the frequency setting unit 8 regardless of the rotor position of the brushless DC motor 4, and the phase of the motor induced voltage and the terminal voltage is Equilibrium / stable with appropriate relationship according to driving speed and load condition. At this time, the rotor usually follows the commutation with a delay, that is, the terminal voltage advances with respect to the induced voltage. Therefore, the current phase of the brushless DC motor 4 advances, and the driving state with a so-called weak magnetic flux occurs. Thus, high-speed and high-load driving is possible, and high-speed and high-load performance can be extended compared to sensorless operation by the first waveform generator. On the other hand, in synchronous driving with a constant duty, when the applied voltage is too large with respect to the load and the driving speed, a driving state is applied while braking the rotation of the rotor, and finally the applied voltage and phase are compared with the motor induced voltage phase. There is a possibility that the current becomes a lagging phase, and the motor drive device greatly decreases in efficiency due to an increase in the motor current, or the step-out stop due to unstable driving occurs.

従って本発明では、同期駆動中は速度と負荷の状態によりモータ誘起電圧と端子電圧との位相関係が変化(負荷が大きいほど進角が増加し、印加電圧に対して負荷が小さいときは遅れ位相となる)することから、誘起電圧と印加電圧との位相差から負荷状態を検出し、負荷状態により波形発生部を切り替えることで、最適な駆動を行えるようにしている。   Therefore, in the present invention, the phase relationship between the motor-induced voltage and the terminal voltage changes depending on the speed and load state during synchronous driving (the lead angle increases as the load increases, and a delay phase occurs when the load is small relative to the applied voltage). Therefore, the load state is detected from the phase difference between the induced voltage and the applied voltage, and the waveform generator is switched depending on the load state, so that optimum driving can be performed.

図4では通電角は150度であるため、誘起電圧のゼロクロス検出と転流のタイミングが一致する(即ちゼロクロス検出直後に転流を行う)ときの進角が15度となるが、図4では誘起電圧のゼロクロス検出より先に転流しており、15度以上の進角であることが判る。尚、図4において、W相の上下両スイッチ素子がオフのとき、端子電圧にブラシレスDCモータ4の誘起電圧が発生するが、誘起電圧のゼロクロスタイミングより前に転流するため、ゼロクロス付近のインバータ端子電圧は入力電位に張り付いた状態(上側スイッ
チング素子がオンのとき)となる。従ってこの様な駆動状態では、誘起電圧のゼロクロス等、誘起電圧位相の基準点を正確に検出することは難しく、誘起電圧と印加電圧との位相関係から負荷状態の検出も当然困難となる。
In FIG. 4, since the conduction angle is 150 degrees, the advance angle when the zero cross detection of the induced voltage coincides with the commutation timing (that is, the commutation is performed immediately after the zero cross detection) is 15 degrees. It turns out that the commutation occurs before the detection of the zero cross of the induced voltage, and the advance angle is 15 degrees or more. In FIG. 4, when both the upper and lower switching elements of the W phase are off, an induced voltage of the brushless DC motor 4 is generated in the terminal voltage. However, since the commutation occurs before the zero cross timing of the induced voltage, an inverter near the zero cross is generated. The terminal voltage is stuck to the input potential (when the upper switching element is on). Therefore, in such a driving state, it is difficult to accurately detect the reference point of the induced voltage phase, such as the zero cross of the induced voltage, and naturally it is difficult to detect the load state from the phase relationship between the induced voltage and the applied voltage.

図5は本発明の実施の形態1における同期駆動時の位置検出を示すタイミングチャートであり、ドライブ部11の信号とインバータ3の出力端子電圧状態を示している。図5は150度通電での同期駆動を行っている状態でありV相およびW相の端子電圧状態を見ると誘起電圧のゼロクロスポイントより前に転流が行われていることから15度以上の進角状態であることが分かる。また誘起電圧ゼロクロスポイントは当該のスイッチ素子の通電によりインバータ3の入力電圧あるいはGNDレベルに埋もれてしまい検出不可能な状態となっている。   FIG. 5 is a timing chart showing position detection at the time of synchronous driving in the first embodiment of the present invention, and shows a signal of the drive unit 11 and an output terminal voltage state of the inverter 3. FIG. 5 shows a state in which synchronous driving is performed at 150 ° energization, and when the terminal voltage states of the V phase and the W phase are seen, since commutation is performed before the zero cross point of the induced voltage, it is 15 ° or more. It turns out that it is an advance angle state. Further, the induced voltage zero cross point is buried in the input voltage or the GND level of the inverter 3 due to the energization of the switch element, and is in an undetectable state.

そこで本実施の形態1では、波形補正手段12によってU相上側の通電区間において誘起電圧のゼロクロスポイントの発生が期待される一定期間中は、当該のスイッチ素子を強制的にオフするよう第2波形発生部9の波形を補正する。これにより補正時の通電角は150度以下として誘起電圧のゼロクロスを確実に検出できるようにしている(本実施の形態1では出力パターン0ではU相上側のスイッチ素子をオンさせるタイミングであるが、強制的にオフ状態として、150度通電を120度としている)。これにより図5のU相端子電圧波形に示す様に、U相上側が転流する前(即ち出力パターン1に切り替わる前)に、誘起電圧ゼロクロスが現れ検出が可能となる。従ってこの期間において、第2波形発生部による同期駆動でも正確にブラシレスDCモータ4の回転子相対位置検出が可能となり、モータ誘起電圧位相と第2波形発生部で発生する印加電圧位相との位相差を正確に検出可能である。   Therefore, in the first embodiment, the second waveform is forcibly turned off during a certain period during which the waveform correcting means 12 is expected to generate a zero cross point of the induced voltage in the energized section on the upper side of the U phase. The waveform of the generator 9 is corrected. As a result, the conduction angle at the time of correction is set to 150 degrees or less so that the zero cross of the induced voltage can be reliably detected (in the first embodiment, in the output pattern 0, the switching element on the upper side of the U phase is turned on, It is forcibly turned off and 150 degrees energization is 120 degrees). As a result, as shown in the U-phase terminal voltage waveform of FIG. 5, before the U-phase upper side commutates (that is, before switching to the output pattern 1), an induced voltage zero cross appears and can be detected. Accordingly, during this period, the rotor relative position of the brushless DC motor 4 can be accurately detected even by synchronous driving by the second waveform generator, and the phase difference between the motor-induced voltage phase and the applied voltage phase generated by the second waveform generator. Can be accurately detected.

ここで位置信号判定部13の動作について説明する。本実施の形態1においてブラシレスDCモータ4の回転子相対位置はインバータ入力電圧の1/2とインバータ出力端子電圧との大小比較により、その大小関係が反転するタイミングを位置情報として検出するが、図5のV相およびW相端子電圧において、インバータ端子電圧とインバータ入力電圧の1/2との大小関係の反転するポイントは明らかに誘起電圧ゼロクロスポイントからズレている(U相端子電圧においてインバータ端子電圧がインバータ入力電圧1/2より小さくなるポイントも同様)。従ってブラシレスDCモータ4の回転子相対位置を確実に検出するためには、位置検出部の出力信号を回転子の位置情報を含む信号のみを取り出す必要がある。   Here, the operation of the position signal determination unit 13 will be described. In the first embodiment, the relative position of the rotor of the brushless DC motor 4 is detected as position information at the time when the magnitude relation is inverted by comparing the magnitude of the inverter input voltage with 1/2 of the inverter output terminal voltage. In the V-phase and W-phase terminal voltages of 5, the point at which the magnitude relationship between the inverter terminal voltage and 1/2 of the inverter input voltage is reversed is clearly deviated from the induced voltage zero cross point (in the U-phase terminal voltage, the inverter terminal voltage This also applies to the point where becomes smaller than the inverter input voltage 1/2). Therefore, in order to reliably detect the rotor relative position of the brushless DC motor 4, it is necessary to take out only the signal including the rotor position information from the output signal of the position detector.

そこで本実施の形態1において位置信号判定部13は、位置検出部5の出力信号を取捨選択しブラシレスDCモータ4の位置情報を含む信号のみを取り出すようにしている。具体的には誘起電圧を取得するために強制的にスイッチング素子を停止する期間とその前の出力パタン時(本実施の形態では出力パターン11および0のとき)に得た信号のみを取り出し、位置信号として認識することで実現している。   Therefore, in the first embodiment, the position signal determination unit 13 selects the output signal of the position detection unit 5 and extracts only the signal including the position information of the brushless DC motor 4. Specifically, only the signal obtained at the time when the switching element is forcibly stopped to acquire the induced voltage and the output pattern before that time (in the case of the output patterns 11 and 0 in this embodiment) is extracted, This is realized by recognizing it as a signal.

次に前述のよう得た誘起電圧のゼロクロスポイントと第2波形発生部9で発生する印加電圧波形との位相関係について説明する。   Next, the phase relationship between the zero cross point of the induced voltage obtained as described above and the applied voltage waveform generated by the second waveform generator 9 will be described.

図6は本発明の実施の形態1における負荷状態による位置検出タイミングの変化を示すタイミングチャートである。   FIG. 6 is a timing chart showing changes in position detection timing depending on the load state in the first embodiment of the present invention.

図6において(A)と(B)は同一速度で駆動している場合の高負荷時(A)と、低負荷時(B)を示している。尚、本タイミングチャートは図5と同様に通電角は150度としており、出力パターン0において波形補正部12によって、第2波形発生部9での波形のU相上側スイッチ素子を強制的にOFFするように補正している。   In FIG. 6, (A) and (B) show a high load (A) and a low load (B) when driving at the same speed. In this timing chart, the energization angle is 150 degrees as in FIG. 5, and the waveform correction unit 12 forcibly turns off the U-phase upper switching element of the waveform in the second waveform generation unit 9 in the output pattern 0. It is corrected as follows.

図6(A)における高負荷状態では大きな進角状態で駆動が安定するため、位置検出タイミングは出力パターン11から0に切り替わるタイミング(即ち転流タイミング)より遅れて発生している。150度通電で進角15度のときは位置検出(即ち誘起電圧ゼロクロスタイミング)と同時に転流が行われるため、15度以上の進角で駆動していることが判る。また誘起電圧ゼロクロスポイントを位置信号とする場合で150度通電での最大進角は15度であるため、図6(A)に示す状態では第1波形発生部6での駆動は不可能である。従ってこの様な負荷状態では切替判定部10は第2波形発生部9による駆動を選択し高負荷・高速駆動を続ける。尚、前述のように第2波形発生部9による同期駆動では駆動速度と負荷状態により適切な進角状態で平衡するため負荷の増大にともない進角(転流から位置検出までのタイミング遅れ)が増加することになる。   In the high load state in FIG. 6A, the drive is stable in a large advance state, and therefore the position detection timing is delayed from the timing at which the output pattern 11 is switched to 0 (ie, commutation timing). When energization is 150 degrees and the advance angle is 15 degrees, the commutation is performed simultaneously with the position detection (that is, the induced voltage zero cross timing), so that it is understood that the drive is performed with the advance angle of 15 degrees or more. In addition, when the induced voltage zero cross point is used as a position signal, the maximum advance angle at 150 degrees energization is 15 degrees. Therefore, in the state shown in FIG. 6A, the first waveform generator 6 cannot be driven. . Accordingly, in such a load state, the switching determination unit 10 selects driving by the second waveform generation unit 9 and continues high load / high speed driving. As described above, the synchronous driving by the second waveform generator 9 balances in an appropriate advance angle state depending on the driving speed and the load state, so that the advance angle (timing delay from commutation to position detection) increases with the load. Will increase.

一方図6(B)の低負荷状態では位置検出は出力パターンが11から0に切り替わる(即ち転流タイミング)と同時に位置検出タイミングが発生している。即ちこの状態は150度通電の進角15度の状態であるため、第1波形発生部6での駆動が可能な負荷状態である。図示していないが図6(B)の負荷状態から更に負荷が小さくなった場合は、位置検出信号の発生は出力パターンが11から0に切り替わるタイミングより早くなり、進角は15度より小さくなる。   On the other hand, in the low load state of FIG. 6B, position detection occurs at the same time when the output pattern is switched from 11 to 0 (that is, commutation timing). That is, since this state is a state where the lead angle of 15 degrees energization is 15 degrees, it is a load state in which the first waveform generator 6 can be driven. Although not shown, when the load is further reduced from the load state of FIG. 6B, the position detection signal is generated earlier than the timing at which the output pattern switches from 11 to 0, and the advance angle is less than 15 degrees. .

このように、第2波形発生部9による同期駆動中では速度と負荷の状態によって進角が変化(負荷が大きいほど進角が増加)することから、印加電圧と誘起電圧の位相関係も負荷状態によって変化(負荷が大きいほど誘起電圧に対し印加電圧の位相が進む)するため、印加電圧位相と誘起電圧位相との位相関係を検出することで、負荷状態を知ることが出来る。   In this way, during the synchronous driving by the second waveform generator 9, the advance angle changes depending on the speed and load state (the advance angle increases as the load increases), so the phase relationship between the applied voltage and the induced voltage is also in the load state. (The phase of the applied voltage advances with respect to the induced voltage as the load increases), so that the load state can be known by detecting the phase relationship between the applied voltage phase and the induced voltage phase.

位相差検出部14は第2波形発生部9での駆動時に、転流タイミングと位置検出信号取得タイミングとの差から、印加電圧(相電流)位相とモータ誘起電圧位相との相対差を検出するものであり、このタイミング差が所定の差より大きい時は負荷が大きく、第1波形発生部での駆動は不可能として、切替判定部10に出力し、切替判定部10は第2波形発生部9を選択して駆動を続ける。また所定のタイミング差より小さい場合は、第1波形発生部6での駆動が可能として切り替え判定部10は第1波形発生部6での駆動を選択し、波形発生部を切り替えて、位置信号を基にしたPWMフィードバック制御による高効率駆動を行う。   The phase difference detection unit 14 detects the relative difference between the applied voltage (phase current) phase and the motor induced voltage phase from the difference between the commutation timing and the position detection signal acquisition timing when driven by the second waveform generation unit 9. However, when this timing difference is larger than a predetermined difference, the load is large and the first waveform generator cannot be driven, so that it is output to the switch determiner 10, and the switch determiner 10 receives the second waveform generator. Select 9 to continue driving. When the difference is smaller than the predetermined timing difference, the driving by the first waveform generator 6 is possible, and the switching determination unit 10 selects the driving by the first waveform generator 6, switches the waveform generator, and outputs the position signal. High-efficiency drive by PWM feedback control based on this is performed.

尚、第2波形発生部9での駆動から第1波形発生部6での駆動への移行については、第2波形発生部9での駆動において検出した位置信号を基にして、第1波形発生部移行直後の転流タイミングを検出することで、転流タイミングズレ等による過電流停止や脱調停止等も発生することなくスムーズな移行が実現できる。   Note that the transition from the driving at the second waveform generator 9 to the driving at the first waveform generator 6 is based on the position signal detected in the driving at the second waveform generator 9. By detecting the commutation timing immediately after the section transition, a smooth transition can be realized without causing an overcurrent stop or a step-out stop due to a commutation timing shift or the like.

図7は本発明の実施の形態1での同期駆動時における波形発生部の選択を示すフローチャートである。図7においてまず、STEP101で位置検出部5から入力される信号を取得しSTEP102に進む。STEP102では、位置信号判定部13で、位置信号を正確に検出可能なタイミングであるか否か(即ち本発明の実施の形態では、図5における出力パターンが11または0か)を監視し、位置信号の検出が不可能なタイミングではSTEP111に進み、STEP101で取得した信号が正確な位置情報を含む信号でないとしてデータを破棄し、切替判定部10は第2波形発生部9を選択しての駆動を継続する。STEP102で位置信号を正確に検出可能なタイミングの場合STEP103に進み、位相差検出部14によって第2波形発生部9で生成した印加電圧とSTEP101で取得した位置信号とのタイミング差を検出し、STEP104に進む。尚、本実施の形態ではモータ誘起電圧と第2波形発生部9で生成した印加電圧との位相関係を簡単に検出する
ために、位置検出信号と転流(出力パターン11から0への転流)タイミングの差を検出するようにしている。
FIG. 7 is a flowchart showing selection of the waveform generation unit during synchronous driving in the first embodiment of the present invention. In FIG. 7, first, a signal input from the position detection unit 5 is acquired in STEP 101, and the process proceeds to STEP 102. In STEP102, the position signal determination unit 13 monitors whether or not the timing is such that the position signal can be accurately detected (that is, whether the output pattern in FIG. 5 is 11 or 0 in the embodiment of the present invention). When the signal cannot be detected, the process proceeds to STEP 111, discarding data on the assumption that the signal acquired in STEP 101 is not a signal including accurate position information, and the switching determination unit 10 selects and drives the second waveform generation unit 9. Continue. In the case where the position signal can be accurately detected in STEP 102, the process proceeds to STEP 103, where the phase difference detection unit 14 detects the timing difference between the applied voltage generated in the second waveform generation unit 9 and the position signal acquired in STEP 101. Proceed to In this embodiment, in order to easily detect the phase relationship between the motor induced voltage and the applied voltage generated by the second waveform generator 9, the position detection signal and the commutation (commutation from the output pattern 11 to 0). ) The timing difference is detected.

STEP104では負荷状態を判断するために、負荷状態監視部15はSTEP103で得たタイミング差と所定の値との大小関係を判断(本実施の形態では出力パターン11から0への転流タイミングに対し位置検出信号の発生が先か後かを判断するようにしているため、タイミング差が0より大きいか否かを判断)する。STEP104において所定値より大きい場合は、負荷が大きい状態と判断しSTEP121に進み、切替判定部10は第2波形発生部9を選択し高速高負荷駆動を続け、所定の値より小さい場合はSTEP105に進む。   In STEP 104, in order to determine the load state, the load state monitoring unit 15 determines the magnitude relationship between the timing difference obtained in STEP 103 and a predetermined value (in this embodiment, with respect to the commutation timing from the output pattern 11 to 0). Since it is determined whether the position detection signal is generated first or later, it is determined whether or not the timing difference is greater than 0). If it is greater than the predetermined value in STEP 104, it is determined that the load is large, and the process proceeds to STEP 121. The switching determination unit 10 selects the second waveform generation unit 9 and continues high speed and high load driving. move on.

STEP105では現在の通電角が150度より大きいか否かを判断し、150度以下の通電角の場合はSTEP106に進み第1波形発生部6を選択し、位置検出を基にしたPWMフィードバック制御を行うようにする。   In STEP 105, it is determined whether or not the current energization angle is greater than 150 degrees. If the energization angle is less than 150 degrees, the process proceeds to STEP 106, the first waveform generator 6 is selected, and PWM feedback control based on position detection is performed. To do.

STEP105において通電角が150度より大きい場合、STEP131に進み、切替判定部10は第2波形発生部9を選択しSTEP132で通電角を所定の角度(例えば1度)だけ減少させる。   When the energization angle is larger than 150 degrees in STEP 105, the process proceeds to STEP 131, where the switching determination unit 10 selects the second waveform generation unit 9 and decreases the energization angle by a predetermined angle (for example, 1 degree) in STEP 132.

このように負荷が軽い状態でも、通電角が150度より大きいときは第1波形発生部6を選択せずに第2波形発生部9を選択した上で、通電角を減らしていくことで、第1波形発生部6での駆動に移行した直後から位置検出が確実に行えるので、第1波形発生部6での駆動への移行をスムーズに行えるとともに、駆動安定性を確保できる。   Even in such a light load state, when the energization angle is larger than 150 degrees, the second waveform generation unit 9 is selected without selecting the first waveform generation unit 6, and then the energization angle is reduced. Since the position can be reliably detected immediately after the shift to the drive at the first waveform generator 6, the shift to the drive at the first waveform generator 6 can be performed smoothly and the driving stability can be ensured.

さらに第1波形発生部6での駆動へ移行する際は通電角を150度以下まで減らすようにすることで、第2波形発生部9での駆動における通電角を最大180度まで広げることが可能となり、更なる高速高負荷駆動性能を伸長出来ることになり、さらに通電角の拡張により高負荷時の相電流ピークを抑制できるため、インバータ3のスイッチ素子の電流定格を下げることができ、装置の低コスト化と小型化にも貢献する。   Further, when the drive by the first waveform generation unit 6 is shifted, the conduction angle in the drive by the second waveform generation unit 9 can be increased to a maximum of 180 degrees by reducing the conduction angle to 150 degrees or less. As a result, further high-speed and high-load drive performance can be extended, and the current rating of the switching element of the inverter 3 can be lowered because the phase current peak at high load can be suppressed by extending the conduction angle. Contributes to cost reduction and miniaturization.

以上の様に本発明の実施の形態においては、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4と、前記三相巻線に電力を供給するインバータ3と、インバータ3を駆動するドライブ部11と、ブラシレスDCモータ4の固定子の三相巻線に発生する誘起電圧を基に回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部5と、位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いはそれらに準じる波形を出力する第1波形発生部6と、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部8と、矩形波または正弦波あるいはそれらに準じる波形を周波数設定部8で決められた所定周波数で出力する第2波形発生部9と、位置検出部5により検出したブラシレスDCモータ4の回転子相対位置と第2波形発生部9で発生した波形の位相との位相差を検出する位相差検出部14と、位相差検出部14で得た位相差からブラシレスDCモータ4の負荷状態を監視する負荷状態監視部15と、ブラシレスDCモータ4の駆動回転数を負荷状態によって第1波形発生部6でインバータ3を駆動するか、あるいは第2波形発生部9でインバータを駆動するかを選択して波形発生部を切り替える切替判定部10と、所定のタイミングで第2波形発生部において発生した波形の一部あるいは全部を間欠するように波形を補正する波形補正部とを有し、負荷状態監視部は第2波形発生部での駆動時にブラシレスDCモータの負荷状態を監視し、第1波形発生部での駆動が可能な低負荷状態であることを検出するので、第1波形発生部での駆動へ移行するタイミングを的確に得ることが出来、最適なタイミングで波形発生部を切り替えることができる。   As described above, in the embodiment of the present invention, the brushless DC motor 4 including the rotor having the permanent magnet and the stator having the three-phase winding, the inverter 3 for supplying power to the three-phase winding, A drive unit 11 that drives the inverter 3 and a position detection unit 5 that detects a relative rotational position of the rotor based on an induced voltage generated in the three-phase winding of the stator of the brushless DC motor 4 and outputs a position signal. A first waveform generator 6 that outputs a rectangular wave, a sine wave, or a waveform equivalent thereto while performing duty control based on an output signal from the position detector, and a frequency that changes only a predetermined frequency with a constant duty A setting unit 8, a second waveform generation unit 9 that outputs a rectangular wave, a sine wave, or a waveform conforming to them at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit 8, and a position detection unit 5 detect it. A phase difference detector 14 for detecting a phase difference between the rotor relative position of the brushless DC motor 4 and the phase of the waveform generated by the second waveform generator 9, and the brushless DC motor from the phase difference obtained by the phase difference detector 14 4, the load state monitoring unit 15 that monitors the load state, and the drive speed of the brushless DC motor 4 is driven by the first waveform generation unit 6 according to the load state, or the inverter is operated by the second waveform generation unit 9. A switching determination unit 10 that selects whether to drive and switches the waveform generation unit, and a waveform correction unit that corrects the waveform so that part or all of the waveform generated in the second waveform generation unit at a predetermined timing is intermittent. The load state monitoring unit monitors the load state of the brushless DC motor at the time of driving by the second waveform generating unit, and detects that it is in a low load state that can be driven by the first waveform generating unit. Runode, the timing of transition to the driving of the first waveform generator can be obtained accurately, it is possible to switch the waveform generating section at an optimum timing.

また、第2波形発生部9による駆動時に、負荷状態監視部15が、ブラシレスDCモータ4の負荷状態が第1波形発生部6での駆動が可能であると検出した時、切替判定部10はブラシレスDCモータ4を第1波形発生部6での駆動に切り替えるようにしたものである。これにより第1波形発生部6でブラシレスDCモータ4が駆動できる負荷状態のとき、第2波形発生部9での駆動から第1波形発生部6での駆動に移行するので、第1波形発生部6での駆動が不可能な負荷状態での移行による脱調等を防止でき、安定した駆動が実現可能であるとともに、第1波形発生部6により位置検出を基にしたPWMフィードバック制御で高効率駆動ができ、モータ駆動装置の信頼性および実用性を上げることができる。   When the load state monitoring unit 15 detects that the load state of the brushless DC motor 4 can be driven by the first waveform generation unit 6 during driving by the second waveform generation unit 9, the switching determination unit 10 The brushless DC motor 4 is switched to drive by the first waveform generator 6. Thus, when the first waveform generator 6 is in a load state where the brushless DC motor 4 can be driven, the drive from the second waveform generator 9 is shifted to the drive by the first waveform generator 6. Step-out due to transition in a load state where driving at 6 is impossible is prevented, stable driving can be realized, and high efficiency is achieved by PWM feedback control based on position detection by the first waveform generator 6 The motor can be driven, and the reliability and practicality of the motor drive device can be improved.

また、ブラシレスDCモータの駆動を第2波形発生部での駆動から第1波形発生部への駆動に移行する前後での通電角は150度以下とすることで、第1波形発生部での駆動に移行した直後からブラシレスDCモータの誘起電圧検出による位置検出が確実に出来る様になり、波形発生部の切り替え時に過電流等の発生がなくスムーズな移行が可能となると共に、移行直後から安定した駆動が可能で、モータ駆動装置の信頼性および実用性を向上することが出来る。   In addition, the drive angle of the first waveform generator is set to 150 degrees or less before and after the drive of the brushless DC motor is shifted from the drive of the second waveform generator to the drive of the first waveform generator. The position detection by detecting the induced voltage of the brushless DC motor can be surely performed immediately after the transition to, and there is no occurrence of overcurrent or the like when switching the waveform generator, and a smooth transition is possible immediately after the transition. It can be driven, and the reliability and practicality of the motor drive device can be improved.

また、ブラシレスDCモータを第2波形発生部での駆動から第1波形発生部での駆動に移行する際、第2波形発生部での駆動で150度をこえる通電角で駆動している場合、通電角を150度以下まで低下したのち第1波形発生部での駆動に移行するようにしたので、第2波形発生部で生成する波形の通電角を最大180度まで広げることが可能となり、ブラシレスDCモータをより高速、高トルクで駆動することが出来るとともに、第1波形発生部6への移行直前から確実な位置検出が可能なため、第1波形発生部への駆動に安定且つスムーズな移行が実現できモータ駆動装置の信頼性及び実用性を向上できる。   Further, when the brushless DC motor is driven from the drive at the second waveform generation unit to the drive at the first waveform generation unit, when driven at an energization angle exceeding 150 degrees by the drive at the second waveform generation unit, Since the energization angle is reduced to 150 degrees or less and then the drive is performed by the first waveform generation unit, the energization angle of the waveform generated by the second waveform generation unit can be increased to a maximum of 180 degrees. The DC motor can be driven at a higher speed and higher torque, and the position can be detected reliably immediately before the transition to the first waveform generator 6, so that the drive to the first waveform generator can be performed stably and smoothly. And the reliability and practicality of the motor drive device can be improved.

また本実施の形態のモータ駆動装置で圧縮機を駆動した場合、圧縮機はその構成上イナーシャが比較的大きい負荷であるため、第2波形発生部による同期駆動でも非常に安定した駆動性能を確保できる。また、誘起電圧を検出するためにモータ印加電圧の一部あるいは全部を間欠したパターンでブラシレスDCモータを駆動した場合でも、駆動速度変動に対する影響は殆どないので、本発明のモータ駆動装置にとって圧縮機の駆動は非常に適した用途のひとつである。   In addition, when the compressor is driven by the motor drive device of the present embodiment, the compressor is a load having a relatively large inertia due to its configuration, so a very stable driving performance is ensured even by synchronous driving by the second waveform generator. it can. In addition, even when the brushless DC motor is driven in a pattern in which a part or all of the motor applied voltage is intermittent to detect the induced voltage, there is almost no influence on the driving speed fluctuation, and therefore the compressor for the motor driving device of the present invention. Is one of the most suitable applications.

また本実施の形態では圧縮機をレシプロ型とすることは、その構成上から圧縮機内部でブラシレスDCモータ4をバネ等で懸架されているので、ブラシレスDCモータ4の駆動による振動や騒音が外部に漏れにくい。従って、モータ印加電圧の一部あるいは全部を間欠することでブラシレスDCモータ4の駆動速度に若干の速度変動が発生しても、それに伴う振動や騒音を圧縮機4の内部で吸収できるため、振動および騒音が大きく増加することなく、従来の圧縮機と遜色のない騒音および振動性能を確保することができる。   In the present embodiment, the reciprocating compressor is configured so that the brushless DC motor 4 is suspended by a spring or the like inside the compressor because of its configuration. It is hard to leak. Therefore, even if a slight speed fluctuation occurs in the driving speed of the brushless DC motor 4 by intermittently applying a part or all of the motor applied voltage, the vibration and noise associated therewith can be absorbed inside the compressor 4. In addition, noise and vibration performance comparable to conventional compressors can be ensured without a significant increase in noise.

また本実施の形態では本発明のモータ駆動装置を冷蔵庫の圧縮機の駆動に用いたことで、急速に庫内を冷却する必要があるなどの高負荷状態では高負荷高効率駆動を行い、その後庫内が安定した冷却状態となり負荷が低くなったときは低速での高効率駆動へ、負荷状態により的確に運転を切り替えることができるので、最適な圧縮機駆動による冷蔵庫の消費電力の削減が可能となると共に、庫内温度変動の抑制による食品保鮮性能の向上が図れる。   In the present embodiment, the motor driving device of the present invention is used for driving the compressor of the refrigerator, so that the high-load high-efficiency driving is performed in a high-load state such as the need to rapidly cool the interior of the refrigerator. When the inside of the cabinet is in a stable cooling state and the load is low, the operation can be accurately switched to a high-efficiency drive at low speed depending on the load state, so it is possible to reduce the power consumption of the refrigerator by optimal compressor driving At the same time, the food preservation performance can be improved by suppressing the temperature fluctuation in the refrigerator.

本発明のブラシレスDCモータの駆動装置は、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、高速においては負荷に応じた電流進角による弱め磁束で高負荷高速駆動も可能となるので、特に冷蔵庫やエアコンなどの圧縮機を駆動する用途や、速度範囲や
負荷範囲が広い扇風機等のファンや掃除機に適している。
The brushless DC motor driving device of the present invention realizes high-efficiency and low-noise operation at low speeds, and also enables high-load high-speed driving with a weak magnetic flux by current advance according to the load at high speeds. It is particularly suitable for use in driving compressors such as refrigerators and air conditioners, and fans and vacuum cleaners such as fans with a wide speed range and load range.

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1 is a block diagram of a motor drive device according to Embodiment 1 of the present invention. 本実施の形態1の圧縮機の断面図Sectional drawing of the compressor of this Embodiment 1. 本実施の形態1における低速時の駆動状態を示すタイミングチャートTiming chart showing drive state at low speed in the first embodiment 本実施の形態1における高速時の駆動状態を示すタイミングチャートTiming chart showing driving state at high speed in the first embodiment 本実施の形態1における同期駆動時の位置検出を示すタイミングチャートTiming chart showing position detection during synchronous driving in the first embodiment 本実施の形態1における負荷状態による位置検出タイミングの変化を示すタイミングチャートTiming chart showing change in position detection timing according to load state in the first embodiment 本発明の実施の形態1における同期駆動時の波形発生部選択を示すフローチャートThe flowchart which shows the waveform generation part selection at the time of the synchronous drive in Embodiment 1 of this invention 従来のモータ駆動装置のブロック図Block diagram of a conventional motor drive device

3 インバータ
4 ブラシレスDCモータ
5 位置検出部
7 第1波形発生部
8 周波数設定部
9 第2波形発生部
10 切替判定部
11 ドライブ部
12 波形補正部
14 位相差検出部
15 負荷状態監視部
16 圧縮機
21 冷蔵庫
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Inverter 4 Brushless DC motor 5 Position detection part 7 1st waveform generation part 8 Frequency setting part 9 2nd waveform generation part 10 Switching determination part 11 Drive part 12 Waveform correction part 14 Phase difference detection part 15 Load condition monitoring part 16 Compressor 21 Refrigerator

Claims (7)

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、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動するドライブ部と、前記ブラシレスDCモータの前記固定子の三相巻線に発生する誘起電圧を基に前記回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いはそれらに準じる波形を出力する第1波形発生部と、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部と、矩形波または正弦波あるいはそれらに準じる波形を前記周波数設定部で決められた所定周波数で出力する第2波形発生部と、前記位置検出部により検出した前記ブラシレスDCモータの回転子相対位置と前記第2波形発生部で発生した波形の位相との位相差を検出する位相差検出部と、前記位相差検出部で得た位相差からブラシレスDCモータの負荷状態を監視する負荷状態監視部と、前記ブラシレスDCモータの駆動回転数と負荷状態から前記第1波形発生部によって前記インバータを駆動するか、前記第2波形発生部によって前記インバータを駆動するか選択して波形発生部を切り替える切替判定部と、所定のタイミングで第2波形発生部において発生した波形の一部あるいは全部を間欠するように波形を補正する波形補正部とを有し、負荷状態監視部は第2波形発生部での駆動時にブラシレスDCモータの負荷状態を監視し、第1波形発生部での駆動が可能な負荷状態であることを検出するモータ駆動装置。 A brushless DC motor comprising a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter for supplying power to the three-phase winding, a drive unit for driving the inverter, and the brushless DC motor A position detector that detects the relative rotational position of the rotor based on the induced voltage generated in the three-phase winding of the stator and outputs a position signal, and a duty control based on the output signal from the position detector A first waveform generator that outputs a rectangular wave or a sine wave or a waveform conforming thereto, a frequency setting unit that changes only a predetermined frequency with a constant duty, and a rectangular wave or a sine wave or a waveform conforming thereto. A second waveform generator for outputting at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit; and a rotor phase of the brushless DC motor detected by the position detector. A phase difference detection unit that detects a phase difference between a position and a phase of a waveform generated by the second waveform generation unit; and a load state monitor that monitors a load state of the brushless DC motor from the phase difference obtained by the phase difference detection unit And switching the waveform generation unit by selecting whether to drive the inverter by the first waveform generation unit or to drive the inverter by the second waveform generation unit from the driving rotational speed and load state of the brushless DC motor A switching determination unit, and a waveform correction unit that corrects the waveform so that part or all of the waveform generated in the second waveform generation unit at a predetermined timing is intermittent, and the load state monitoring unit is the second waveform generation unit A motor drive device that monitors the load state of the brushless DC motor during driving at the motor and detects that the load state can be driven by the first waveform generator. 前記負荷状態監視部で前記ブラシレスDCモータの負荷状態が第1波形発生部での駆動が可能であると検出した場合、前記切り替え判定部は前記ブラシレスDCモータを第1波形発生部での駆動に切り替える請求項1に記載のモータ駆動装置。 When the load state monitoring unit detects that the load state of the brushless DC motor can be driven by the first waveform generation unit, the switching determination unit switches the brushless DC motor to drive by the first waveform generation unit. The motor drive device according to claim 1 to be switched. 前記ブラシレスDCモータの駆動を前記第2波形発生部での駆動から第1波形発生部への駆動に移行する前後での通電角は150度以下とする請求項1または請求項2に記載のモータ駆動装置。 3. The motor according to claim 1, wherein the energization angle before and after the drive of the brushless DC motor shifts from driving by the second waveform generation unit to driving to the first waveform generation unit is 150 degrees or less. Drive device. 前記ブラシレスDCモータを第2波形発生部での駆動から第1波形発生部での駆動に移行する際、第2波形発生部での駆動において150度をこえる通電角で駆動している場合、通電角を150度以下まで低下したのち第1波形発生部での駆動に移行する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のモータモータ駆動装置。 When the brushless DC motor is driven from the drive at the second waveform generator to the drive at the first waveform generator, if the drive at the second waveform generator is driven at an energization angle exceeding 150 degrees, The motor motor drive device according to any one of claims 1 to 3, wherein the motor shifts to drive by the first waveform generation unit after the angle is lowered to 150 degrees or less. 前記ブラシレスモータは圧縮機を駆動する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。 The motor driving apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the brushless motor drives a compressor. 前記圧縮機はレシプロ構成である請求項5に記載のモータ駆動装置。 The motor driving device according to claim 5, wherein the compressor has a reciprocating configuration. 請求項5または請求項6に記載のモータ駆動装置を圧縮機の駆動に用いた冷蔵庫。 A refrigerator using the motor driving device according to claim 5 for driving a compressor.
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