JP2010252406A - Motor drive and refrigerator using the same - Google Patents

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JP2010252406A
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Hidenao Tanaka
秀尚 田中
Kenichi Kakita
健一 柿田
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Panasonic Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reliable motor drive capable of attaining efficient drive at a low speed of brushless DC motors, and a high-speed drive at a high load. <P>SOLUTION: A position signal of a brushless DC motor is acquired by a position detection section 5, at a low speed and efficiency is improved by sensorless drive at a first waveform generating section 7; frequency-fixed synchronous drive is performed by a waveform from a second waveform generation section 9 at a high speed; and communication timing is determined for driving, from the rotor position information obtained periodically from the induced voltage zero-cross detection of a brushless DC motor 4 at the position detection section 5, thus obtaining stable drive performance in high-load/high-speed drive by synchronous driving. <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モータの駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫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 device that is optimal for driving a compressor such as an air conditioner, and a refrigerator using the same.

従来この種のモータ駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫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 drive device and a refrigerator using the motor drive have realized optimum driving according to the load by switching the waveform generation method depending on the state of the drive load (see, for example, Patent Document 1).

図7は特許文献1に記載された従来のモータ駆動装置を示すものである。図7に示すように従来のモータ駆動装置は、交流電源1を入力として整流平滑回路2により交流電圧を直流電圧に変換し、インバータ3に入力する。ブラシレスDCモータ4は、永久磁石を有する回転子4aと3相巻線を有した固定子4bとからなり、インバータ3により作られた3相交流電流が固定子4bの3相巻線に流れることにより、回転子4aを回転させる。   FIG. 7 shows a conventional motor driving device described in Patent Document 1. In FIG. As shown in FIG. 7, the conventional motor driving apparatus receives an AC power supply 1 as an input, converts an AC voltage into a DC voltage by a rectifying and smoothing circuit 2, and inputs the DC voltage to an inverter 3. 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 to the three-phase winding of the stator 4b. Thus, the rotor 4a is rotated.

逆起電圧検出回路105は、ブラシレスDCモータ4の永久磁石を有する回転子4aが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子4aの回転相対位置を検出する。   The counter electromotive voltage detection circuit 105 detects the rotational relative position of the rotor 4 a from the counter electromotive voltage generated when the rotor 4 a having the permanent magnet of the brushless DC motor 4 rotates.

転流回路106は、逆起電圧検出回路105の出力信号によりロジカルな信号変換を行い、インバータ3のスイッチ素子3a,3b,3c,3d,3e,3fを駆動する信号を作り出す。   The commutation circuit 106 performs logical signal conversion based on the output signal of the back electromotive voltage detection circuit 105, and generates signals for driving the switch elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f of the inverter 3.

同期駆動回路107は、インバータ3から強制的に所定周波数の出力を出し、ブラシレスDCモータ4を駆動するものであり、転流回路106で生成されるロジカルな信号と同等形状の信号を強制的に所定周波数で発生させるものである。   The synchronous drive circuit 107 forcibly outputs an output of a predetermined frequency from the inverter 3 and drives the brushless DC motor 4. The synchronous drive circuit 107 forcibly outputs a signal having the same shape as the logical signal generated by the commutation circuit 106. It is generated at a predetermined frequency.

負荷状態判定回路108は、圧縮機4が運転されている負荷状態を判定するものである。   The load state determination circuit 108 determines a load state in which the compressor 4 is operated.

切替回路109は、負荷状態判定回路108の出力により、圧縮機4のブラシレスDCモータを転流回路106で駆動するか、同期駆動回路107で駆動するかを切り替える。   The switching circuit 109 switches whether the brushless DC motor of the compressor 4 is driven by the commutation circuit 106 or the synchronous driving circuit 107 according to the output of the load state determination circuit 108.

ドライブ回路110は、切替回路109からの出力信号により、インバータ3のスイッチ素子3a,3b,3c,3d,3e,3fを駆動する。   The drive circuit 110 drives the switch elements 3 a, 3 b, 3 c, 3 d, 3 e, 3 f of the inverter 3 by the output signal from the switching circuit 109.

以上の構成において、次に動作の説明を行う。
負荷状態判定回路108で検出された負荷が、通常負荷の場合、転流回路106による駆動を行う。このとき逆起電圧検出回路105でブラシレスDCモータ4の回転子4aの相対位置を検出する。次に転流回路106で回転子4aの相対位置からインバータ3を駆動する転流パターンを作り出す。この転流パターンは切替回路109を通して、ドライブ回路110に供給され、インバータ3のスイッチ素子3a,3b,3c,3d,3e,3fを駆動する。本動作により、ブラシレスDCモータ4はその回転位置に合致した駆動を行うこととなる。
Next, the operation of the above configuration will be described.
When the load detected by the load state determination circuit 108 is a normal load, driving by the commutation circuit 106 is performed. At this time, the counter electromotive voltage detection circuit 105 detects the relative position of the rotor 4 a of the brushless DC motor 4. Next, the commutation circuit 106 creates a commutation pattern for driving the inverter 3 from the relative position of the rotor 4a. This commutation pattern is supplied to the drive circuit 110 through the switching circuit 109, and drives the switch elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f of the inverter 3. By this operation, the brushless DC motor 4 performs driving that matches the rotational position.

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

ブラシレスDCモータ4の負荷が増加し、ブラシレスDCモータ4の特性により回転数が低下してくる。この状態を負荷状態判定回路108で高負荷状態であることを判定し、切替回路109の出力を同期駆動回路107からの信号に切り替える。
以上のように駆動することで高負荷時の回転数低下を抑制し、高負荷時においても所定の回転数による駆動を可能とするものである。
特開平9−88837号公報
The load of the brushless DC motor 4 increases, and the rotational speed decreases due to the characteristics of the brushless DC motor 4. The load state determination circuit 108 determines that this state is a high load state, and switches the output of the switching circuit 109 to the signal from the synchronous drive circuit 107.
By driving as described above, a decrease in the rotational speed at the time of high load is suppressed, and driving at a predetermined rotational speed is possible even at the time of high load.
JP-A-9-88837

しかしながら上記従来の構成では、高負荷時においてブラシレスDCモータ回転子の相対位置を検出せずに駆動するため、急激な負荷変動が発生し場合や、負荷が非常に大きい場合などインバータの転流に対し負荷が追従しきれない状態では、回転数の変動等不安定な状態に陥る可能性があった。   However, in the conventional configuration described above, since the relative position of the brushless DC motor rotor is driven at a high load without detecting the relative position, the inverter commutation occurs when a sudden load fluctuation occurs or the load is very large. On the other hand, in a state where the load cannot follow, there is a possibility of falling into an unstable state such as a fluctuation in the rotational speed.

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、ブラシレスDCモータの負荷や駆動速度等、様々な駆動状態で安定した駆動性能を確保できる様にし、従来のモータ駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫の信頼性をより向上することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and ensures stable driving performance in various driving states such as the load and driving speed of a brushless DC motor. A conventional motor driving device and a refrigerator using the same The purpose is to further improve the reliability.

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およびこれを用いた冷蔵庫は、ブラシレスDCモータを所定の回転数以上の高速で駆動するときは、前記ブラシレスDCモータへの印加電圧デューティを一定として前記ブラシレスDCモータを駆動し、前記ブラシレスDCモータの回転により発生する誘起電圧を検出するための印加電圧パターンを所定のタイミングで出力するようにしている。   In order to solve the above-described conventional problems, the motor driving device of the present invention and a refrigerator using the motor driving device apply a duty voltage applied to the brushless DC motor when the brushless DC motor is driven at a high speed of a predetermined number of revolutions or more. The brushless DC motor is driven at a constant value, and an applied voltage pattern for detecting an induced voltage generated by the rotation of the brushless DC motor is output at a predetermined timing.

これにより、第2波形発生部での駆動において、前記ブラシレスDCモータの回転子相対位置を定期的に検出出来る様になり、検出した位置信号を基にした転流が可能となる。   As a result, in the driving by the second waveform generator, the rotor relative position of the brushless DC motor can be detected periodically, and commutation based on the detected position signal becomes possible.

本発明のモータ駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫は、高負荷高速駆動時においてブラシレスDCモータの回転子相対位置を確実に検出することで負荷変動や入力電圧の変動といった外乱要因に対する駆動安定性を向上することで装置の信頼性を向上することができる。   The motor driving device of the present invention and a refrigerator using the motor driving stability with respect to disturbance factors such as load fluctuations and input voltage fluctuations by reliably detecting the rotor relative position of the brushless DC motor during high-load high-speed driving. By improving the reliability, the reliability of the apparatus 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、前記ブラシレスDCモータへ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2波形発生部と、前記ブラシレスDCモータが所定回転数以下の低速で回転している時は前記第1波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させ前記ブラシレスDCモータが所定回転数を超える高速で回転している時は前記第2波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させる切替判定部とを有し、第2波形発生部による駆動の際、所定のタイミングで前記ブラシレスDCモータの誘起電圧を検出するためのパターンを出力することで、第2波形発生部での駆動においてもブラシレスDCモータ回転子の相対位置を検出できるようになり負荷変動や電圧変動等の外乱要因の変動により回転が変動した
場合でも適切なタイミングでブラシレスDCモータへの印加電圧パターンを切り替えることができ、モータの駆動安定性を向上することができる。
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 that outputs a rectangular wave or a sine wave or a waveform conforming thereto while performing duty control based on an output signal from the output signal, and a rectangular wave or a sine wave or a waveform conforming thereto to the brushless DC motor And when the brushless DC motor is rotating at a low speed equal to or lower than a predetermined number of revolutions, the output of the first waveform generating unit A switching determination unit that drives the inverter via the drive unit at the output of the second waveform generation unit when the inverter is driven and the brushless DC motor rotates at a high speed exceeding a predetermined rotation number; When driving by the second waveform generator, a pattern for detecting the induced voltage of the brushless DC motor is output at a predetermined timing, so that the relative movement of the brushless DC motor rotor can be increased even when driven by the second waveform generator. The position can be detected and the applied voltage pattern to the brushless DC motor can be switched at an appropriate timing even if the rotation fluctuates due to fluctuations in disturbance factors such as load fluctuations and voltage fluctuations, improving the driving stability of the motor can do.

請求項2に記載の発明は請求項1に記載の発明に、誘起電圧を検出するタイミングにおいてブラシレスDCモータに印加する電圧パターンは、誘起電圧検出タイミングでない通常時の波形の一部あるいは全部を間欠した波形としたことで、誘起電圧検出タイミングにおいて誘起電圧がブラシレスDCモータの印加電圧に覆われることを回避でき、誘起電圧を確実に検出することでブラシレスモータ回転子の相対位置を正確に検出できる様になる。   The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the voltage pattern applied to the brushless DC motor at the timing of detecting the induced voltage is intermittently part or all of the normal waveform that is not the induced voltage detection timing. By using this waveform, it is possible to prevent the induced voltage from being covered by the applied voltage of the brushless DC motor at the induced voltage detection timing, and the relative position of the brushless motor rotor can be accurately detected by reliably detecting the induced voltage. It becomes like.

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、ブラシレスDCモータの誘起電圧を検出するタイミングにおいて第2波形発生部で生成するブラシレスDCモータへの印加電圧波形は、少なくとも1相の通電角を150度以下とすることで、誘起電圧のゼロクロスポイント検出可能な範囲を広げることができ、速度や負荷状態が変動している場合でも位置検出が確実に出来るためモータ駆動装置の信頼性が向上できる。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 and claim 2, wherein the voltage waveform applied to the brushless DC motor generated by the second waveform generator at the timing of detecting the induced voltage of the brushless DC motor is: By setting the conduction angle of at least one phase to 150 degrees or less, the range in which the zero cross point of the induced voltage can be detected can be expanded, and position detection can be performed reliably even when the speed and load conditions fluctuate. The reliability of the apparatus can be improved.

請求項4に記載の発明は請求項1から請求項3の発明に、ブラシレスDCモータの回転子相対位置検出後の転流は位置情報に基づき、次回のタイミングを決定することで転流タイミングを安定化することができ、第2波形発生部での駆動安定性が向上できる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the commutation after detecting the rotor relative position of the brushless DC motor is determined based on the position information to determine the next commutation timing. It is possible to stabilize the driving stability in the second waveform generator.

請求項5に記載の発明は請求項1から請求項4に記載の発明に、第2波形発生部での駆動において位置検出タイミングと次回転流との位相関係を保持することで負荷に応じた電流進角で駆動するようになり、安定した高負荷高速駆動が可能となり装置の使用負荷範囲および速度範囲を拡張できると共に安定した駆動により装置の信頼性を向上することが出来る。   According to a fifth aspect of the present invention, in accordance with the first to fourth aspects of the present invention, the phase relationship between the position detection timing and the next rotational flow is maintained according to the load in the drive by the second waveform generation unit. Driving at a current advance angle enables stable high-load and high-speed driving, so that the operating load range and speed range of the apparatus can be expanded and the reliability of the apparatus can be improved by stable driving.

請求項6に記載の発明は請求項1から請求項5に記載のモータ駆動装置は圧縮機を駆動するものであり、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、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を入力する本発明のモータ駆動装置でも駆動速度変動に対する影響は殆どない上に、第2波形発生部での駆動においても位置検出による駆動をおこなうので、さらなる駆動性能の安定化と信頼性の向上を図ることができる。   According to a sixth aspect of the present invention, the motor driving device according to the first to fifth aspects drives the compressor, and the compressor is a load having a relatively large inertia, so that the induced voltage is reduced. The motor driving device of the present invention that inputs a pattern in which a part or all of the motor applied voltage is intermittently detected for detection has little influence on the driving speed variation, and also the driving by the second waveform generator is based on position detection. Since the drive is performed, the drive performance can be further stabilized and the reliability can be improved.

請求項7に記載の発明は請求項6の圧縮機をレシプロ構成としている。レシプロ圧縮機はその構成上圧縮機内部でブラシレスモータはバネ等で懸架されていることからモータ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。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モータ駆動速度に若干の速度変動が発生した場合でも、速度変動による振動を圧縮機内部で吸収できるため従来同等の振動および騒音とすることができる。   According to a seventh aspect of the present invention, the compressor of the sixth aspect has a reciprocating configuration. The reciprocating compressor has a configuration in which the brushless motor is suspended by a spring or the like inside the compressor, so that vibration and noise due to the motor are difficult to leak to the outside. In the motor driving device of the present invention, even if a slight speed fluctuation occurs in the motor driving speed by intermittently applying a part or all of the motor applied voltage, the vibration caused by the speed fluctuation can be absorbed inside the compressor, so that the vibration equivalent to the conventional one is used. And can be noise.

請求項8に記載の発明は、請求項6または請求項7に記載のモータ駆動装置を冷蔵庫の圧縮機に用いたものである。これにより一日の大半を占める冷蔵庫の庫内が安定した冷却状態にある比較的負荷が小さい駆動状態では高効率駆動による消費電力の削減が可能であると共に、家事時間等で扉開閉が頻繁に行われた場合や、高温の食品が庫内に投入されたことで庫内温度が上昇した場合、あるいは夏季の外気温度が高いなど、比較的負荷が大きく、高速での駆動時が必要な場合の駆動安定性と信頼性を向上することが出来る。   According to an eighth aspect of the invention, the motor driving device according to the sixth or seventh aspect is used for a compressor of a refrigerator. This makes it possible to reduce power consumption by high-efficiency driving in the driving state where the load of the refrigerator that occupies most of the day is in a stable cooling state and a relatively small load, and the door is frequently opened and closed during housework time etc. When it is performed, when the temperature inside the chamber rises due to high temperature food being put in the chamber, or when the outdoor temperature in summer is high, etc., when the load is relatively heavy and driving at high speed is required Drive stability and reliability can be improved.

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。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below 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. 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およびこれを用いた冷蔵庫のブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a motor drive device and a refrigerator using the same according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において交流電源1を平滑回路2により直流電圧に整流平滑し、インバータ3に入力し、インバータ3は直流を交流電力に変換し、ブラシレスDCモータ(以下モータ)4に3相電力を供給して駆動する。   In FIG. 1, an AC power source 1 is rectified and smoothed to a DC voltage by a smoothing circuit 2 and input to an inverter 3. The inverter 3 converts DC to AC power and supplies three-phase power to a brushless DC motor (hereinafter referred to as motor) 4. Drive.

位置検出部5はモータが回転することにより発生する誘起電圧のゼロクロスポイントを検出することで、モータ4の回転子の相対位置を検出する位置検出部であり、モータの固定子巻線の中点電位あるいはインバータ入力電圧の1/2とインバータ3の出力端子電圧との電位を比較し、大小関係が反転するタイミングを誘起電圧のゼロクロスポイントと検出する方法等が一般的に知られている。   The position detection unit 5 is a position detection unit that detects the relative position of the rotor of the motor 4 by detecting the zero cross point of the induced voltage generated by the rotation of the motor, and is a midpoint of the stator winding of the motor. A method is generally known in which the potential or 1/2 of the inverter input voltage and the output terminal voltage of the inverter 3 are compared, and the timing at which the magnitude relationship is inverted is detected as the zero cross point of the induced voltage.

本実施の形態ではインバータ入力電圧の1/2と端子電圧との比較を行い、その大小関係が反転するタイミングが誘起電圧のゼロクロスポイントとなることからモータの相対的な回転位置として検出する。   In this embodiment, 1/2 of the inverter input voltage and the terminal voltage are compared, and the timing at which the magnitude relationship is inverted becomes the zero cross point of the induced voltage, so that it is detected as the relative rotational position of the motor.

回転数検出部6は位置検出部5からの位置検出信号を受けてモータの駆動速度を検出するものであり、例えばモータのゼロクロス信号間隔あるいはモータ1回転分のゼロクロス信号間隔の合計(たとえばモータの極対数が2極の場合位置検出間隔12回分の合計)などから検出する。   The rotation speed detection unit 6 receives the position detection signal from the position detection unit 5 and detects the driving speed of the motor. For example, the motor zero-cross signal interval or the total zero-cross signal interval for one rotation of the motor (for example, the motor In the case where the number of pole pairs is two, the position detection interval is 12 times in total).

第1波形発生部7は、位置検出部5の位置検知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。この駆動信号は矩形波通電を基本として行っており、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、ここでは通電角が150度を超える矩形波であっても、また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も、或いは正弦波であってもよい。さらに第1波形発生部では回転数を一定に保つためにPWMデューティ制御も行っている。これによりモータの回転位置に従って、最適なデューティで運転することが出来るためもっとも効率的な運転を可能としている。
周波数設定部8は出力デューティを一定として出力周波数のみを変化させるものである。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。この駆動する信号は通常通電角が130度以上180度未満の矩形波を作り出しているが、通電角が130度未満の矩形波であっても、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%の一定としている。
The first waveform generator 7 generates a signal for driving the switch element of the inverter 3 based on the position detection signal of the position detector 5. This drive signal is based on rectangular wave energization, and produces a rectangular wave with an energization angle of 120 degrees to 150 degrees. Further, here, a rectangular wave having an energization angle exceeding 150 degrees, a non-rectangular wave, a trapezoidal wave with a slight inclination in rising / falling as a waveform corresponding thereto, or a sine wave may be used. Good. Further, the first waveform generator also performs PWM duty control in order to keep the rotation speed constant. As a result, the most efficient operation is possible because the operation can be performed with the optimum duty according to the rotational position of the motor.
The frequency setting unit 8 changes only the output frequency while keeping the output duty constant. 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 driving signal normally generates a rectangular wave with a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees. However, a rectangular wave with a conduction angle of less than 130 degrees or a non-rectangular wave, such as a sine wave or a distorted wave, can be used. A conforming waveform may be used. Further, here, the operation is performed with the maximum duty, which is constant from 90 to 100%.

さらに第2波形発生部において出力する波形は、常に一定の通電幅を有する波形を出力するのではなく、本来出力すべき波形の一部あるいは全部を定期的に間欠させており、本実施の形態では基本の通電角は150度とし、150度通電でのU相上がオフ状態からオン状態になるタイミングから電気角30度U相上のスイッチング素子のオンを遅らせ(即ち電気角30度強制オフとする)U相上スイッチは120度通電としている。   Furthermore, the waveform output in the second waveform generation unit does not always output a waveform having a constant energization width, but a part or all of the waveform to be output is intermittently intermittently. Then, the basic energization angle is set to 150 degrees, and the turning on of the switching element on the electrical phase of 30 degrees U phase is delayed from the timing when the U phase on the 150 degrees energization changes from the off state to the on state (that is, the electrical angle is forced off by 30 degrees) The U-phase upper switch is energized 120 degrees.

切替判定部10は、回転数検出部6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7で生成するか、第2波形発生部9で生成するかを選択して波形発生部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7からの信号を選択し通常のセンサレス駆動を行い、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。ここで回転数が低
速か高速かの判定は回転数検出部6からの実際の回転数としたが、設定回転数やデューティ幅等で判断してもよい。デューティは最大デューティ( 一般的には100%)で位置検知による駆動可能な回転数が最大となる為、この条件で信号を切り替えることも可能である。
The switching determination unit 10 determines the low speed / high speed based on the rotational speed detected by the rotational speed detection unit 6 and generates a waveform for operating the inverter 3 by the first waveform generation unit 7 or by the second waveform generation unit 9. The waveform generator is switched by selecting whether to generate. Specifically, when the rotational speed is low, the signal from the first waveform generator 7 is selected and normal sensorless driving is performed. When the rotational speed is high, the signal from the second waveform generator 9 is selected. The inverter 3 is operated. Here, the determination of whether the rotational speed is low or high is made based on the actual rotational speed from the rotational speed detection unit 6, but it may be determined based on the set rotational speed, the duty width, or the like. Since the duty is the maximum duty (generally 100%) and the number of rotations that can be driven by position detection is maximized, the signal can be switched under this condition.

ドライブ部11は、切替判定部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をモータ4に印加することができ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 based on the output signal from the switching determination unit 10. By this driving, an optimal AC output can be applied from the inverter 3 to the motor 4, so that the rotor can be rotated.

位置信号判定手段12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信憑性あるものか否かを判断し、モータの位置情報が含まれる信号のみを取り出すもので、モータの位置情報を含む信号を位置検出信号として第2波形発生部に入力する。   The position signal determination means 12 determines whether or not the signal input from the position detection unit 5 is credible when driven by the second waveform generation unit 9, and extracts only the signal including the position information of the motor. Then, a signal including the position information of the motor is input to the second waveform generator as a position detection signal.

圧縮要素13は、モータ4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。このモータ4と圧縮要素13とを同一の密閉容器に収納し、圧縮機14を構成する。圧縮機14で圧縮された吐出ガスは、凝縮器15、減圧器16、蒸発器17を通って圧縮機14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15では放熱、蒸発器17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15や蒸発器17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30の庫内18を蒸発器17により冷却する構成としている。   The compression element 13 is connected to the rotor shaft of the motor 4 and sucks, compresses and discharges the refrigerant gas. The motor 4 and the compression element 13 are accommodated in the same hermetic container to constitute the compressor 14. The discharge gas compressed by the compressor 14 constitutes a refrigerating and air-conditioning system that returns to the suction of the compressor 14 through the condenser 15, the decompressor 16, and the evaporator 17. 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 15 and the evaporator 17 as needed. In the present embodiment, the refrigeration system is configured to cool the interior 18 of the refrigerator 30 by the evaporator 17.

図2は、本実施の形態1の圧縮機の断面図を示している。図2において圧縮機の密封容器19内にはオイル20を貯溜すると共にR600aの冷媒21が封入され、固定子4bと回転子4aからなるモータ104およびこれによって駆動される圧縮要素13がスプリング等により弾性的に支持されており、モータ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。圧縮要素13は回転子4aが固定された主軸部22および偏芯軸部23から構成されたクランクシャフト24の主軸部22を軸支するとともに圧縮室25を有するシリンダ26と、圧縮室25内で往復運動するピストン27と、偏芯軸部23とピストン27を連結する連結手段28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てモータに入力した場合でも、イナーシャが大きいレシプロ型圧縮機の特徴と密封構造から、速度変動の発生が少なく速度変動による振動・騒音が発生しにくくさらに騒音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 according to the first embodiment. In FIG. 2, oil 20 is stored in a sealed container 19 of the compressor, and a refrigerant 21 of R600a is sealed, and a motor 104 including a stator 4b and a rotor 4a, and a compression element 13 driven by the motor 104 are supported by a spring or the like. It is supported elastically and has a configuration in which vibration due to rotation of the motor is difficult to leak out of the compressor. The compression element 13 supports the main shaft portion 22 of the crankshaft 24 composed of the main shaft portion 22 to which the rotor 4 a is fixed and the eccentric shaft portion 23, and has a compression chamber 25 and a cylinder 26. A reciprocating compression mechanism is provided with a reciprocating piston 27 and a connecting means 28 for connecting the eccentric shaft portion 23 and the piston 27. Therefore, in the present embodiment, when driving by the second waveform generator, even when a part or all of the waveform for a certain period is intermittently input to the motor, the characteristics and sealing structure of the reciprocating compressor having a large inertia Therefore, the configuration is such that the occurrence of speed fluctuation is small, vibration and noise due to speed fluctuation are less likely to occur, and noise is less likely to leak outside the compressor.

以上の様に構成されたモータ駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫について以降その動作および作用を説明する。   The operation and action of the motor driving apparatus configured as described above and the refrigerator using the motor driving apparatus will be described below.

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。なお本タイミングチャートは通電角150度の矩形波であり15度の進角で駆動している。   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 an energization angle of 150 degrees and is driven with an advance angle 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回転子の相対回転位置として基準に置き、この基準位置により次回の転流タイミ
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)であるため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、本図では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、この位置信号の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印加してモータを駆動している。
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, the U phase upper and lower switches are turned 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 relative rotational position of the rotor, and the next commutation timing is determined based on the reference position. In the first embodiment, the current commutation advance angle is 15 degrees, and the next commutation is zero seconds after the position detection (that is, at the same time). Therefore, the commutation (output pattern is changed from 11 to 0 or 5 to 6). In addition, in this figure, although the position detection timing by the U-phase terminal voltage and the U-phase is shown, position detection is performed twice for each phase per electrical angle cycle, so that the position of 6 times in one electrical angle cycle is eventually obtained. A detection signal is generated, and the motor is driven by applying an AC voltage of an arbitrary frequency by sequentially switching the output pattern each time this position signal is detected.

また位置検出の信号を基にブラシレスDCモータ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波形発生部はブラシレスDCモータへの印加電圧を上るようにし、目標速度より速い場合はブラシレスDCモータへの印加電圧を減少するようにPWMデューティ幅を制御することで目標速度での速度安定性を確保している。   Also, the speed of the brushless DC motor is detected based on the position detection signal. If the detected speed is slower than the target speed, the first waveform generator increases the applied voltage to the brushless DC motor and is faster than the target speed. Controls the PWM duty width so as to reduce the voltage applied to the brushless DC motor to ensure speed stability at the target speed.

ここでモータの負荷が大きく、PWMデューティが100%の状態でも駆動速度が目標速度に到達しない状態になった場合、これ以上電圧を印加することは出来ないため、さらなる高速で駆動することは不可能である。したがってこの時、切換え判定部10は第2波形発生部によりモータを駆動するように切換える。   Here, when the motor load is large and the drive speed does not reach the target speed even when the PWM duty is 100%, no further voltage can be applied, so it is impossible to drive at higher speed. Is possible. Therefore, at this time, the switching determination unit 10 performs switching so that the motor is driven by the second waveform generation unit.

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により設定された周波数による同期駆動を行う。   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.

図4は従来のモータ駆動装置における同期駆動での状態を示すタイミングチャートであり、ドライブ部11の信号およびU相端子電圧の状態を示している。同期運転時は固定子巻線に流す電流により発生する磁界に対し、回転子が遅れてついて行く状態、即ち誘起電圧に対し端子電圧位相が進む状態となることから、モータ電流位相も進み、いわゆる弱め磁束での駆動となる。このときの端子電圧および電流の進み位相角は、印加電圧に対する負荷および速度により適切な状態で平衡し安定することで高速・高負荷駆動が可能となる。   FIG. 4 is a timing chart showing the state of synchronous driving in the conventional motor driving device, and shows the state of the signal of the drive unit 11 and the U-phase terminal voltage. During synchronous operation, the rotor follows the magnetic field generated by the current flowing in the stator winding, that is, the terminal voltage phase advances with respect to the induced voltage, so the motor current phase advances, so-called weakening. Driven by magnetic flux. The lead phase angle of the terminal voltage and current at this time is balanced and stabilized in an appropriate state depending on the load and speed with respect to the applied voltage, thereby enabling high speed and high load driving.

図4においての通電角は150度としている。150度通電では、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度であるが、本図では誘起電圧のゼロクロスポイントより先に転流していることから同期駆動により15度以上の進角で駆動していることが判る。なお同図の端子電圧波形にてモータ誘起電圧は現れているが、誘起電圧ゼロクロスポイントより前に転流するため誘起電圧ゼロクロスポイントのタイミング付近ではインバータ入力電圧の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)であり、誘起電圧ゼロクロス検出によるセンサレス駆動は不可能であることが判る。   The conduction angle in FIG. 4 is 150 degrees. In the case of 150 ° energization, the lead 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 °, but in this figure, the lead angle is ahead of the zero cross point of the induced voltage. From this, it can be seen that the actuator is driven at an advance angle of 15 degrees or more by synchronous driving. Although the motor induced voltage appears in the terminal voltage waveform in the figure, it commutates before the induced voltage zero cross point, so it sticks to the potential of the inverter input voltage near the induced voltage zero cross point timing (upper switching It can be seen that sensorless driving by detecting the induced voltage zero cross is impossible.

このように従来の駆動方法では「誘起電圧のゼロクロスポイント」、即ち回転子位置を検出できないため、急激な負荷変動や入力電圧の変動が発生した場合や負荷状態および入力電圧状態が安定しない場合などでは、端子電圧位相、電流位相、誘起電圧位相等の位相関係が崩れ、位相関係の変動や速度変動、電流のウネリ発生など駆動状態が不安定になる可能性がある。従って負荷変動や入力電圧変動等の外乱による影響を少なくするために、本発明の実施の形態1では同期駆動中での回転子相対位置の検出を可能とし、定期的に回転子相対位置検出を行い、回転子位置情報を基にした転流を行うことで駆動の安定性を実現している。   In this way, the conventional drive method cannot detect the "zero cross point of the induced voltage", that is, the rotor position, so that sudden load fluctuations or input voltage fluctuations occur, or the load and input voltage conditions are not stable. Then, the phase relationship such as the terminal voltage phase, the current phase, and the induced voltage phase is lost, and there is a possibility that the driving state becomes unstable such as phase relationship fluctuation, speed fluctuation, and current undulation. Therefore, in order to reduce the influence of disturbances such as load fluctuations and input voltage fluctuations, Embodiment 1 of the present invention enables detection of the rotor relative position during synchronous driving, and periodically detects the rotor relative position. And driving stability is achieved by performing commutation based on rotor position information.

図5は本実施の形態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。本実施の形態での
通電角は150度としており、電気角1周期当たり12の通電パターンがあり30度毎に順次切り替えることになる。図5において150度通電での同期駆動を行っているため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度以上の進角状態となっており、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入力電位あるいはGNDレベルに埋もれてしまい検出不可能となっている。しかし本実施の形態1においては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にしている(本実施の形態1では出力パターン0において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、強制的にオフ状態を保持している)。これにより同図のU相端子電圧波形の様に、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を確実に検出可能となる。したがって検出したゼロクロスポイントを位置信号として基準におきその基準点から次回の転流タイミングを決定することで、負荷変動や電圧変動等の外乱に影響されにくくなり駆動安定性を向上することができる。
FIG. 5 is a timing chart showing a driving state at high speed in the first embodiment, and shows a signal of the drive unit 11 and an output terminal voltage state of the inverter 3. The energization angle in the present embodiment is 150 degrees, and there are 12 energization patterns per electrical angle cycle, which are sequentially switched every 30 degrees. In FIG. 5, since the synchronous driving is performed at 150 degrees, since the commutation is performed before the zero cross point of the induced voltage when looking at the terminal voltage states of the V phase and the W phase, the advance angle is 15 degrees or more. The induced voltage zero cross point is buried in the inverter input potential or the GND level by energization of the switch element and cannot be detected. However, in the first embodiment, the switch element is forcibly turned off during a certain period in which the zero cross point of the induced voltage is expected to occur in the energization section on the upper side of the U phase (the first embodiment). In the output pattern 0, the switching element on the upper side of the U phase is turned on, but the off state is forcibly held). As a result, the induced voltage zero cross can be reliably detected before the upper side of the U phase commutates (that is, before switching to the output pattern 1) as in the U phase terminal voltage waveform of FIG. Therefore, by using the detected zero cross point as a position signal as a reference and determining the next commutation timing from the reference point, it is less affected by disturbances such as load fluctuations and voltage fluctuations, and drive stability can be improved.

ここで位置信号判定手段12の動作について説明する。本実施の形態1においてモータの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ことがわかる(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)。従ってモータ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。そこで本実施の形態1において位置信号判定手段12は、位置検出部5の出力信号を取捨選択しモータ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させた期間(本実施の形態では出力パターン0のとき)に得た信号のみを位置信号として認識するようにしている。   Here, the operation of the position signal determination means 12 will be described. In the first embodiment, the relative position of the motor is detected as position information at the timing when the magnitude relationship is inverted by comparing the magnitude of the inverter input voltage 1/2 and the inverter output terminal voltage. In the phase terminal voltage, it can be seen that the inversion point of the magnitude relationship between the inverter terminal voltage and 1/2 of the inverter input voltage is clearly deviated from the induced voltage zero cross point (in the U phase terminal voltage, the inverter terminal voltage is The same applies to points where the voltage is smaller than 1/2). Therefore, in order to reliably detect the rotor relative position of the motor, it is necessary to take out only the signal including the rotor position information from the output signal of the position detector. Therefore, in the first embodiment, the position signal determination unit 12 selects the output signal of the position detection unit 5 and extracts only the signal including the position information of the motor. Specifically, only a signal obtained during a period in which the switching element is forcibly stopped to acquire the induced voltage (in this embodiment, when the output pattern is 0) is recognized as a position signal.

以上の様に位置検出部5からの信号について、モータ回転子の正確な位置情報を含む信号だけを取り出すことで、第2波形発生部による駆動においても、確実な位置検出によりさらに外乱に影響されにくい安定した駆動性能を確保することを可能としている。尚、本実施の形態では位置検出を電気角1周期ごとに実施しているが、機械角1周期に1回等の頻度でも構わない。   As described above, by extracting only the signal including the accurate position information of the motor rotor from the signal from the position detection unit 5, even in the driving by the second waveform generation unit, it is further influenced by disturbance by the reliable position detection. This makes it possible to ensure difficult and stable driving performance. In the present embodiment, the position detection is performed every electrical angle cycle. However, the frequency may be once per mechanical angle cycle.

次に第2波形発生部での駆動においての転流動作について説明する。   Next, a commutation operation in driving by the second waveform generator will be described.

図6は本発明の実施の形態1における位置検出信号と転流タイミングを示す。第2波形発生部での駆動の基本は、ブラシレスDCモータ回転子の位置に関係なく、同期駆動として駆動速度に応じた一定の時間Tで転流を行う。ただし出力パターン1の転流については、位置検出信号を基準として(数1)に従いタイミングを決定する。
T=An+(T−Amax) (数1)
ここでT0はパターン0の出力時間であり、Anはパターン0転流から位置検出までの時間、Amaxは速度安定時でのAnの最大値である。数1に従い転流タイミングを決定することで、負荷および入力電圧等が非常に安定し、モータの速度変動が殆ど無い場合は、AnとAmaxはほぼ一致した値となり、パターン0の出力時間T0はTとほぼ同じとなり安定した転流を行う。
FIG. 6 shows a position detection signal and commutation timing in Embodiment 1 of the present invention. Regardless of the position of the brushless DC motor rotor, the basis of driving by the second waveform generator is commutation at a constant time T corresponding to the driving speed as synchronous driving. However, for the commutation of the output pattern 1, the timing is determined according to (Equation 1) using the position detection signal as a reference.
T = An + (T−Amax) (Equation 1)
Here, T0 is the output time of pattern 0, An is the time from pattern 0 commutation to position detection, and Amax is the maximum value of An when the speed is stable. By determining the commutation timing according to Equation 1, when the load and the input voltage are very stable and there is almost no fluctuation in the motor speed, An and Amax are almost the same value, and the output time T0 of pattern 0 is It is almost the same as T and performs stable commutation.

また負荷が増加してきた場合、転流タイミングに対し負荷状態に応じ回転子に遅れが生じ始める。このときAnはこれまでのAmaxより大きくなるため、AmaxはAnに更新され、数1に従うとパターン0の出力時間はTと等しく、転流周期Tで転流を続けるこ
とになる。このときインバータ端子電圧位相に対し誘起電圧位相は負荷状態に応じた遅れ位相状態となり転流タイミングが固定される。すなわち負荷増大に伴い、誘起電圧位相に対し端子電圧および電流の進角が増加した状態で位相関係が固定される結果、弱め磁束制御が大きく効いた状態となり駆動負荷範囲および速度範囲を拡張することが出来、高負荷高速駆動時の駆動安定性の向上で装置の信頼性を向上することができる。
When the load increases, the rotor starts to be delayed with respect to the commutation timing according to the load state. At this time, since An becomes larger than Amax so far, Amax is updated to An. According to Equation 1, the output time of pattern 0 is equal to T, and the commutation is continued in the commutation period T. At this time, the induced voltage phase becomes a delayed phase state corresponding to the load state with respect to the inverter terminal voltage phase, and the commutation timing is fixed. In other words, as the load increases, the phase relationship is fixed with the terminal voltage and the current advance angle increasing with respect to the induced voltage phase, and as a result, the flux-weakening control becomes effective and the drive load range and speed range are expanded. The reliability of the apparatus can be improved by improving the driving stability at the time of high load high speed driving.

尚、従来のモータ駆動装置では、同期駆動中は回転子相対位置によらず転流を行うため、負荷増加につれ、転流に対し速度が低下(転流に対し回転子が遅れた状態)し誘起電圧位相に対し電流が進む弱め磁束制御状態となり固定子が転流周期に同期するように加速を始め、回転子速度が転流周期に近づくにつれ、誘起電圧に対する電流の進み角が減少し、回転子速度が低下するといった速度不安定な現象が発生しやすくなる。しかし本発明の実施の形態1において数1に従うことで、負荷増大時は負荷に応じて進角が増加した状態で、位置検出後の転流タイミングを固定し位相関係を保持するので、負荷増大時は負荷に応じた電流進角での弱め磁束制御が行われ、高負荷時の高速駆動を可能とすると同時に、速度ムラ等の発生を抑制した安定駆動を実現することができる。   In the conventional motor drive device, commutation is performed regardless of the relative position of the rotor during synchronous driving, so the speed decreases with respect to commutation (the rotor is delayed with respect to commutation) as the load increases. The flux is in a weak flux control state in which the current advances with respect to the induced voltage phase, and the stator starts to be synchronized with the commutation cycle, and as the rotor speed approaches the commutation cycle, the current advance angle with respect to the induced voltage decreases, Speed unstable phenomena such as a decrease in rotor speed are likely to occur. However, according to Equation 1 in Embodiment 1 of the present invention, when the load increases, the commutation timing after position detection is fixed and the phase relationship is maintained while the advance angle is increased according to the load. In some cases, flux-weakening control is performed at a current advance angle corresponding to the load, enabling high-speed driving at a high load and at the same time realizing stable driving with suppressed occurrence of speed unevenness and the like.

以上の様に、本実施の形態ではモータを高速で駆動するときと低速で駆動する場合とで波形発生部を切り替えるようにし、低速駆動においては位置検出部5から取得したモータの位置情報を基に、第1波形発生部7でのセンサレス駆動を行い、高速駆動時は第2波形発生部9によってPWMデューティを固定し周波数設定部8で周波数のみを変化させてモータ4を同期駆動で駆動し、さらに第2波形発生部9での駆動では誘起電圧を検出するために定期的に誘起電圧ゼロクロスポイント検出するための駆動信号パターンを出力するようにし、同期駆動での位置検出を可能とし、位置情報を基にした転流制御を可能としてモータ駆動装置の信頼性が向上できる。   As described above, in this embodiment, the waveform generator is switched between when the motor is driven at a high speed and when the motor is driven at a low speed. In the low speed drive, the position information of the motor acquired from the position detector 5 is used. In addition, sensorless driving is performed by the first waveform generation unit 7, and at high speed driving, the PWM duty is fixed by the second waveform generation unit 9 and only the frequency is changed by the frequency setting unit 8 to drive the motor 4 by synchronous driving. Further, in the drive by the second waveform generator 9, a drive signal pattern for detecting the induced voltage zero cross point is periodically output in order to detect the induced voltage, thereby enabling position detection by synchronous drive. The commutation control based on the information is possible, and the reliability of the motor drive device can be improved.

また誘起電圧のゼロクロスポイントを検出する出力パターンとして、通常時の出力パターンから任意のスイッチング素子を強制的に停止させる区間を設けることで、スイッチ素子オンによって誘起電圧ゼロクロス信号が埋もれることを回避し確実に誘起電圧ゼロクロス信号を取得できることで確実な位置検出が可能となる。   In addition, as an output pattern for detecting the zero cross point of the induced voltage, a section for forcibly stopping an arbitrary switching element from the normal output pattern is provided to prevent the induced voltage zero cross signal from being buried when the switch element is turned on. In addition, since the induced voltage zero-cross signal can be acquired, reliable position detection is possible.

さらに誘起電圧ゼロクロスポイントを検出する相の通電角を150度以下とすることで、誘起電圧ゼロクロスポイント発生の期待範囲を広く確保できることから、速度や負荷状態が変動している場合でも位置検出が確実に出来る様にしてモータ駆動装置の信頼性が向上できる。   In addition, by setting the conduction angle of the phase for detecting the induced voltage zero cross point to 150 degrees or less, it is possible to secure a wide expected range of occurrence of the induced voltage zero cross point, so position detection is ensured even when the speed and load conditions vary. Thus, the reliability of the motor drive device can be improved.

また第2波形発生部9による同期駆動時においても、モータ4の相対位置を基にして転流を行うため、負荷変動や入力電圧変動といった外乱による不安定な駆動状態に陥ることを防止し、モータ駆動装置の信頼性を向上することができる。   Further, even during synchronous driving by the second waveform generator 9, since commutation is performed based on the relative position of the motor 4, it is possible to prevent an unstable driving state due to disturbance such as load fluctuation or input voltage fluctuation, The reliability of the motor drive device can be improved.

また第2波形発生部による同期駆動状態において位置検出信号から次回の転流タイミングを固定することで、負荷増大時は負荷に応じた電流進角による弱め磁束制御を行い、高負荷高速駆動を安定した状態で実現することができる。   Also, by fixing the next commutation timing from the position detection signal in the synchronous drive state by the second waveform generator, the weak flux control is performed by the current advance angle according to the load when the load is increased, and the high load high speed drive is stabilized. Can be realized.

また本モータ駆動装置で圧縮機14を駆動することは、圧縮機14は非常にイナーシャが大きい負荷であるので、出力パターンの一部を間欠することによる速度変動が殆ど無く、非常に安定した高負荷高速駆動が可能となり、本モータ駆動装置に非常に有用な用途である。   Driving the compressor 14 with this motor drive apparatus is a load with a very large inertia, so there is almost no speed fluctuation due to intermittent part of the output pattern, and a very stable high The load can be driven at a high speed, which is a very useful application for the motor driving apparatus.

また圧縮機14がレシプロ構造のものであれば、その構造上振動や騒音が外部に漏れにくいことから、出力パターンの一部を間欠することで若干の速度変動が発生した場合でも
、圧縮機外部に騒音や振動の流出を抑制できるため非常に適した負荷である。
Further, if the compressor 14 has a reciprocating structure, vibration and noise are difficult to leak to the outside because of its structure, so even if some speed fluctuation occurs by intermittently outputting a part of the output pattern, the compressor 14 This is a very suitable load because it can suppress the outflow of noise and vibration.

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、高速においては安定した高速性を確保でき、さらに負荷が大きい場合は負荷に応じた電流進角による弱め磁束制御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 drive device of the present invention achieves high efficiency and low noise operation at low speeds, can ensure stable high speed at high speeds, and further has a current advance angle according to the load when the load is large. High-speed and high-speed driving is also possible with the flux-weakening control by means of, so it is particularly suitable for applications such as 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 従来のモータ駆動装置における同期駆動での状態を示すタイミングチャートTiming chart showing the state of synchronous drive in a conventional motor drive device 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 本発明の実施の形態1における位置検出信号と転流タイミングチャートPosition detection signal and commutation timing chart in Embodiment 1 of the present 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
9 第2波形発生部
10 切替判定部
11 ドライブ部
14 圧縮機
30 冷蔵庫
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Inverter 4 Brushless DC motor 5 Position detection part 7 1st waveform generation part 9 2nd waveform generation part 10 Switching determination part 11 Drive part 14 Compressor 30 Refrigerator

Claims (8)

永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、前記三相巻線に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、前記ブラシレスDCモータへ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2波形発生部と、前記ブラシレスDCモータが所定回転数以下の低速で回転している時は前記第1波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させ、前記ブラシレスDCモータが所定回転数を超える高速で回転している時は前記第2波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させる切替判定部とを有し、第2波形発生部による駆動の際、所定のタイミングで前記ブラシレスDCモータの誘起電圧を検出するためのパターンを出力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, a sine wave, or a waveform conforming thereto, and a second waveform generator that outputs a rectangular wave, a sine wave, or a waveform conforming thereto to the brushless DC motor When the brushless DC motor is rotating at a low speed equal to or less than a predetermined number of revolutions, the inverter is driven via the drive unit with the output of the first waveform generating unit, When the brushless DC motor is rotating at a high speed exceeding a predetermined number of revolutions, a switching determination unit that drives the inverter through the drive unit with the output of the second waveform generation unit has a second waveform generation A motor driving device that outputs a pattern for detecting an induced voltage of the brushless DC motor at a predetermined timing when driven by the unit. 前記第2波形発生部にて発生する前記ブラシレスDCモータの誘起電圧を検出するタイミングでの波形は、第2波形発生部での誘起電圧を検出しない通常時のタイミングにおける波形に対し、波形の一部あるいは全部を間欠した波形である請求項1に記載のモータ駆動装置。 The waveform at the timing of detecting the induced voltage of the brushless DC motor generated by the second waveform generating unit is one waveform compared to the waveform at the normal timing when the induced voltage of the second waveform generating unit is not detected. The motor driving device according to claim 1, wherein the motor driving device has a waveform in which some or all of them are intermittent. 前記ブラシレスDCモータの誘起電圧を検出するタイミングで出力する前記第2波形発生部の波形は、少なくとも1相の通電角は150度以下である請求項1または請求項2に記載のモータ駆動装置。 3. The motor drive device according to claim 1, wherein the waveform of the second waveform generator that is output at a timing of detecting the induced voltage of the brushless DC motor has a conduction angle of at least one phase of 150 degrees or less. 前記第2波形発生部による駆動において、前記ブラシレスDCモータの回転子相対位置検出後の転流は位置情報に基づき、次回のタイミングを決定する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。 4. The drive by the second waveform generation unit according to claim 1, wherein commutation after detection of a rotor relative position of the brushless DC motor determines a next timing based on position information. 5. Motor drive device. 前記第2波形発生部による駆動において、位置信号取得タイミングと次回転流との位相関係を保持する請求項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 device according to any one of claims 1 to 4, wherein a phase relationship between a position signal acquisition timing and a next rotational flow is maintained in the driving by the second waveform generation unit. 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5のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。 The motor driving device according to any one of claims 1 to 5, 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1から請求項6のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。 The motor driving device according to any one of claims 1 to 6, wherein the compressor has a reciprocating configuration. 請求項6または請求項7に記載のモータ駆動装置を圧縮機に用いた冷蔵庫。 The refrigerator which used the motor drive device of Claim 6 or Claim 7 for the compressor.
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