JP2012092694A - Driving device for compressor and refrigerator using the same - Google Patents

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Hidenao Tanaka
秀尚 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow a compressor to be operated with high efficiency and low vibration.SOLUTION: A driving device for a compressor includes: the compressor 6 including a brushless DC motor 4; an inverter 3; a duty computing device 14; a current detection device 16; and a duty correcting device 17. In the driving device for a compressor, the duty correcting device 17 adds a correction value to a duty that is determined by the duty computing device 14 so that an envelope curve of the current circulating through the inverter is kept within a predetermined range, thereby reducing the loss of the brushless DC motor 4 and accordingly enhancing the efficiency of the compressor 6.

Description

本発明は主に冷凍冷蔵庫に用いられるインバータ駆動の圧縮機に関するものであり、特に1回転中に負荷トルクが大きく変動する往復動による圧縮要素を有するレシプロ式圧縮機の駆動装置に関するものである。   The present invention relates to an inverter-driven compressor mainly used in a refrigerator-freezer, and more particularly to a reciprocating compressor driving device having a compression element by reciprocating motion in which a load torque greatly varies during one rotation.

従来この種の圧縮機の駆動装置は、ブラシレスDCモータの磁極位置検出信号から、回転子の機械的位置、即ち圧縮機の機械工程位置を検出して、検出した機械工程に応じてあらかじめ設定した値でPWMデューティ幅を補正することで、圧縮機の工程中の負荷変動に伴う速度変動を抑制することで、駆動時の振動を抑制している(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, this type of compressor drive device detects the mechanical position of the rotor, that is, the mechanical process position of the compressor, from the magnetic pole position detection signal of the brushless DC motor, and is preset according to the detected mechanical process. By correcting the PWM duty width with a value, vibration during driving is suppressed by suppressing speed fluctuations accompanying load fluctuations during the compressor process (see, for example, Patent Document 1).

図6は特許文献1に記載された従来の圧縮機の駆動装置を示すものである。
図6において、商用電源100は、日本の場合は100V50Hzまたは60Hzの交流電源である。
FIG. 6 shows a conventional compressor driving apparatus described in Patent Document 1. In FIG.
In FIG. 6, the commercial power source 100 is an AC power source of 100 V 50 Hz or 60 Hz in the case of Japan.

整流回路101は、整流ダイオードと平滑コンデンサから構成され、商用電源100を直流に変換し、直流140Vの電圧を得る。   The rectifier circuit 101 includes a rectifier diode and a smoothing capacitor, converts the commercial power supply 100 into a direct current, and obtains a voltage of 140V direct current.

インバータ102は3相ブリッジ接続した6個のスイッチング素子とスイッチング素子と逆並列に接続された6個のダイオードからなり、この6個のスイッチング素子を制御することにより、直流電力を任意の電圧、任意の周波数の3相交流電力に変換する。   The inverter 102 is composed of six switching elements connected in a three-phase bridge and six diodes connected in reverse parallel to the switching elements. By controlling these six switching elements, the DC power can be changed to an arbitrary voltage, arbitrary To three-phase AC power with a frequency of.

ブラシレスDCモータ103は、3相巻線がほどこされた固定子と、永久磁石をもつ回転子を有し、インバータ102の3相交流出力により駆動される。   The brushless DC motor 103 has a stator having three-phase windings and a rotor having permanent magnets, and is driven by the three-phase AC output of the inverter 102.

圧縮要素104はレシプロ式で、ブラシレスDCモータ103により駆動される。またこれらを密閉容器に収納することでレシプロ型の圧縮機105を構成する。   The compression element 104 is a reciprocating type and is driven by a brushless DC motor 103. Moreover, the reciprocating compressor 105 is comprised by accommodating these in an airtight container.

レシプロ式圧縮機は、ピストンの往復運動にて圧縮を行っており、1回転中に半分は吸入工程、半分は圧縮工程と完全に工程が分かれており、この二つの工程において、必要な負荷トルクが圧縮工程側に集中するために、その負荷トルクは大きく変動する。   The reciprocating compressor performs compression by reciprocating movement of the piston. During one rotation, half is divided into the suction process, and half is completely divided from the compression process. Are concentrated on the compression process side, so that the load torque varies greatly.

駆動装置109はインバータ102を駆動する。その出力はドライブ手段110を介して、インバータ102の6個のスイッチング素子を駆動する。   The driving device 109 drives the inverter 102. The output drives the six switching elements of the inverter 102 via the drive means 110.

位置検出手段111はブラシレスDCモータの固定子巻き線に発生する逆起電圧からブラシレスDCモータ103の回転子の回転位置を検出する。   The position detector 111 detects the rotational position of the rotor of the brushless DC motor 103 from the back electromotive voltage generated in the stator winding of the brushless DC motor.

転流手段112は、位置検出手段111の出力によりインバータ102の6個のスイッチング素子の通電するタイミングを決定する。   The commutation means 112 determines the timing for energizing the six switching elements of the inverter 102 based on the output of the position detection means 111.

回転位置判定手段113は、位置検出手段111の出力信号を分析して、ブラシレスDCモータ103の回転子の機械的な回転位置を検出する。   The rotational position determination unit 113 analyzes the output signal of the position detection unit 111 and detects the mechanical rotational position of the rotor of the brushless DC motor 103.

第1PWM発生手段114は、ブラシレスDCモータの速度フィードバック制御により所定のデューティ幅を決定してPWM信号を出力する。   The first PWM generation means 114 determines a predetermined duty width by speed feedback control of the brushless DC motor and outputs a PWM signal.

第2PWM発生手段115では、第1PWM発生手段114で決定したデューティより予め定められた所定量のデューティをプラスしたデューティ(例えば、10%)を発生させる。   The second PWM generation unit 115 generates a duty (for example, 10%) obtained by adding a predetermined amount of duty to the duty determined by the first PWM generation unit 114.

選択手段116は、回転数が高い場合は第1PWM発生手段114を選択し、回転数が低い時には、回転位置判定手段113による回転位置に応じて、第1PWM発生手段または第2PWM発生手段を選択する。   The selection means 116 selects the first PWM generation means 114 when the rotation speed is high, and selects the first PWM generation means or the second PWM generation means according to the rotation position by the rotation position determination means 113 when the rotation speed is low. .

合成手段117は転流手段112の出力と選択手段の出力とを合成し、ドライブ手段110に出力し、インバータ102を制御する。   The synthesizing unit 117 synthesizes the output of the commutation unit 112 and the output of the selection unit, and outputs the combined result to the drive unit 110 to control the inverter 102.

特開2006−2732号公報JP 2006-2732 A

しかしながら、前記従来の構成では、あらかじめ定められた所定量のデューティ量を補正するため、圧縮機の駆動速度状態や駆動状態などに応じた所定値を、ROMデータ等に予め準備しておく必要がある。しかしながら状態に応じた最適な補正量を与えるためには圧縮機の駆動状態を細かく分け、補正量を割り当てることで実現できるが、マイクロコンピュータのROM容量アップやEEPROMの使用などコストアップが伴う。   However, in the conventional configuration, in order to correct a predetermined amount of duty, a predetermined value corresponding to the driving speed state and driving state of the compressor needs to be prepared in advance in ROM data or the like. is there. However, in order to provide an optimum correction amount according to the state, it can be realized by dividing the driving state of the compressor and assigning the correction amount, but this involves an increase in cost such as an increase in ROM capacity of the microcomputer and use of an EEPROM.

一方、制限されたROMで補正量を設定するためには、負荷状態に応じた最適な補正量を与えることが困難となり、最適な負荷範囲(例えば負荷状態や圧力状態、速度状態など)を外れた場合、圧縮機の振動を十分抑制できないなどの課題も有する。   On the other hand, in order to set the correction amount with the limited ROM, it becomes difficult to give the optimal correction amount according to the load state, and the optimum load range (for example, load state, pressure state, speed state, etc.) is deviated. In this case, there is a problem that the vibration of the compressor cannot be sufficiently suppressed.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、あらゆる圧縮機駆動状態においても低振動、高効率な駆動が実現できる圧縮機の駆動装置を安価に提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a compressor driving device that can realize low-vibration and high-efficiency driving in any compressor driving state at low cost.

前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機の駆動装置は、PWM制御のインバータによりブラシレスDCモータを有する圧縮機を可変速で駆動するものであり、インバータに流れる電流を電流検出手段により検出し、検出した電流が常に一定となる様に、PWMデューティを補正するようにしている。   In order to solve the above-described conventional problems, a compressor driving apparatus according to the present invention drives a compressor having a brushless DC motor at a variable speed by a PWM-controlled inverter, and detects current flowing through the inverter as current detection means. The PWM duty is corrected so that the detected current is always constant.

これにより、圧縮工程の負荷変動に伴う電流の脈動を抑制でき、一定の電流をモータに流すことでモータ効率の向上、即ち圧縮機の効率が向上できる。   Thereby, the pulsation of the electric current accompanying the load fluctuation | variation of a compression process can be suppressed, and it can improve a motor efficiency, ie, the efficiency of a compressor, by flowing a fixed electric current through a motor.

またインバータに流れる電流(即ち圧縮機の電流)を一定にするためには、電流が少ない区間、即ち圧縮工程の最大負荷となる位置より前の区間にPWMデューティを増加(即ち印加電圧を増加)させ、流れる電流を増やす。ここで圧縮機は比較的慣性モーメントが大きい負荷であるため、印加電圧の増減位置より、角速度への影響が出るポイントは遅れる。したがって、流れる電流が比較的少ない機械工程位置での電流を増加(PWMデューティを増加して印加電圧を増やす)することで、負荷トルクの大きい機械工程位置での速度低下を抑制でき、圧縮機の振動を低減することができる。   In order to keep the current flowing through the inverter (ie, the compressor current) constant, the PWM duty is increased (ie, the applied voltage is increased) in a section where the current is low, that is, a section before the position where the maximum load is applied in the compression process. And increase the flowing current. Here, since the compressor is a load having a relatively large moment of inertia, the point that affects the angular velocity is delayed from the position where the applied voltage increases or decreases. Therefore, by increasing the current at the machine process position where the flowing current is relatively small (increasing the PWM duty and increasing the applied voltage), the speed reduction at the machine process position where the load torque is large can be suppressed. Vibration can be reduced.

本発明の圧縮機の駆動装置は、圧縮機駆動時のブラシレスDCモータの損失低減で、圧
縮機の高効率化(即ちCOP向上)が出来るとともに、低振動・低騒音化を実現する。
The compressor driving device of the present invention can reduce the loss of the brushless DC motor when the compressor is driven, thereby improving the efficiency of the compressor (that is, improving the COP) and realizing low vibration and noise.

さらに本発明の圧縮機駆動装置を冷蔵庫の冷却サイクルに用いることで、圧縮機の駆動振動抑制による冷蔵庫の静音化と低消費電力の商品を提供することができる。   Furthermore, by using the compressor driving device of the present invention for the cooling cycle of the refrigerator, it is possible to provide a product with low noise consumption and low power consumption by suppressing the driving vibration of the compressor.

本発明の実施の形態1における圧縮機駆動装置のブロック図1 is a block diagram of a compressor driving device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における動作を示すフローチャートThe flowchart which shows the operation | movement in Embodiment 1 of this invention. 圧縮機1回転あたりのトルクと角速度を示したグラフGraph showing torque and angular velocity per compressor rotation (a)ブラシレスDCモータのデューティ補正を行わない場合のU相の電流波形図(b)ブラシレスDCモータのデューティ補正を行う場合のU相の電流波形図(A) Current waveform diagram of U phase when duty correction of brushless DC motor is not performed (b) Current waveform diagram of U phase when duty correction of brushless DC motor is performed (1)デューティ補正を行わない場合のインバータの電流波形と位置検出タイミングを示すグラフ(2)デューティ補正を行う場合のインバータの電流波形と位置検出タイミングを示すグラフ(1) Graph showing inverter current waveform and position detection timing when duty correction is not performed (2) Graph showing inverter current waveform and position detection timing when duty correction is performed 従来の圧縮機駆動装置のブロック図Block diagram of a conventional compressor drive device

第1の発明は、圧縮要素を有する圧縮機と、前記圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有したブラシレスDCモータと、直流電圧を3相交流に変換して前記ブラシレスDCモータに電力を供給するインバータと、前記ブラシレスDCモータに印加する電圧を制御して、回転数を可変速して前記圧縮機の冷凍能力を可変とするためのPWMデューティを演算するデューティ演算手段と、前記インバータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータに流れる電流の包絡線が一定の範囲内に収まるように、デューティ演算手段で決定したブラシレスDCモータへの印加電圧を補正するデューティ補正手段を有する圧縮機の駆動装置である。これによりインバータに流れる電流脈動を抑制することができるので、ブラシレスDCモータの効率を上げることができ、高効率な圧縮機の駆動装置を提供することができる。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a compressor having a compression element, a brushless DC motor having a permanent magnet for driving the compression element in a rotor, and a DC voltage converted into a three-phase alternating current to supply power to the brushless DC motor. An inverter to be supplied, a duty calculating means for controlling a voltage applied to the brushless DC motor, calculating a PWM duty for changing a rotation speed to make a refrigeration capacity of the compressor variable, and an inverter Compression having current detection means for detecting the flowing current and duty correction means for correcting the voltage applied to the brushless DC motor determined by the duty calculation means so that the envelope of the current flowing through the inverter falls within a certain range. It is a drive device of the machine. As a result, current pulsation flowing through the inverter can be suppressed, so that the efficiency of the brushless DC motor can be increased, and a highly efficient compressor drive device can be provided.

第2の発明は、特に第1の発明において、デューティ補正をする区間は、最大でも前記インバータに流れる電流が最大となる位置の前後30度を含まないようにしたものである。これによりブラシレスDCモータの損失を低減することが出来るとともに、圧縮機の1回転中における負荷トルク変動による圧縮機の速度変動を抑制でき、圧縮機の振動を抑えることができる。   According to a second aspect of the invention, in particular, in the first aspect of the invention, the section for duty correction does not include at most 30 degrees before and after the position where the current flowing through the inverter is maximum. As a result, the loss of the brushless DC motor can be reduced, the speed fluctuation of the compressor due to the load torque fluctuation during one rotation of the compressor can be suppressed, and the compressor vibration can be suppressed.

第3の発明は、第1または第2の発明において、前記電流検出手段は整流回路とインバータ回路の間に直列に設けた抵抗に発生する電圧を検出するものとし、インバータの過電流を検出する保護回路と兼用するものである。これにより電流検出回路を新しく設ける必要がなく、回路の小型化と低コスト化が図れる。   According to a third invention, in the first or second invention, the current detecting means detects a voltage generated in a resistor provided in series between the rectifier circuit and the inverter circuit, and detects an overcurrent of the inverter. It also serves as a protection circuit. As a result, it is not necessary to provide a new current detection circuit, and the circuit can be reduced in size and cost.

第4の発明は、第1から第3のいずれか1つの発明において、転流手段は通電角が120以上、150度未満の波形を出力し、インバータを駆動することで、用途に応じたフレキシブルな通電角の選定が可能となる。また、非常に簡潔な制御のため安価なプロセッサの使用が可能であるため、装置の価格を抑えることが出来る。   According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the commutation means outputs a waveform having an energization angle of 120 or more and less than 150 degrees, and drives the inverter, so that it can be flexibly adapted to the application. It is possible to select a proper conduction angle. In addition, because of the very simple control, an inexpensive processor can be used, so that the price of the apparatus can be reduced.

第5の発明は、第1から第4のいずれか1つの発明において、圧縮機をレシプロ型圧縮機としたものである。これにより駆動による振動が比較的大きいレシプロ圧縮機の低振動化を実現することが出来る。   According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the compressor is a reciprocating compressor. As a result, it is possible to reduce the vibration of the reciprocating compressor that has a relatively large vibration due to driving.

第6の発明は、第1から第5のいずれか1つの発明の圧縮機駆動装置を冷却サイクルに用いた冷蔵庫である。これにより圧縮機の駆動に伴う振動抑制により、駆動騒音の小さい
冷蔵庫の実現と、高効率化による低消費電力化、さらには冷却システムの低コスト化が可能となる。
6th invention is the refrigerator which used the compressor drive device of any one of 1st to 5th invention for the cooling cycle. This makes it possible to realize a refrigerator with low driving noise, to reduce power consumption by increasing efficiency, and to reduce the cost of the cooling system by suppressing vibration accompanying driving of the compressor.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における圧縮機の駆動装置のブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a compressor driving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、商用電源1から駆動に必要な電力が供給されている。例えば、日本の場合は交流電源であり、100V50Hzまたは60Hzの電源である。   In FIG. 1, electric power necessary for driving is supplied from a commercial power source 1. For example, in the case of Japan, it is an AC power supply, and is a power supply of 100 V 50 Hz or 60 Hz.

整流回路2は、商用電源1を直流に変換する。ここでは整流回路2は全波整流回路で示している。全波整流回路はブリッジ接続された4個のダイオードと平滑コンデンサから一般的には構成される。この回路により、商用電源1の交流100Vから直流の140Vの電圧を得る。   The rectifier circuit 2 converts the commercial power source 1 into direct current. Here, the rectifier circuit 2 is shown as a full-wave rectifier circuit. A full-wave rectifier circuit is generally composed of four diodes and a smoothing capacitor connected in a bridge. With this circuit, a DC voltage of 140 V is obtained from the AC 100 V of the commercial power source 1.

インバータ3は、整流回路2の直流電圧を3相交流に再度変換する。インバータ3は一般的には3相ブリッジ接続された6個のスイッチング素子(図示ではIGBTで示す)とスイッチング素子に並列に逆方向接続された6個のダイオードからなる。この6個のスイッチング素子を制御することにより、任意電圧、任意周波数の3相交流電流を得ることができる。   The inverter 3 converts the DC voltage of the rectifier circuit 2 again into three-phase AC. The inverter 3 generally includes six switching elements (indicated by IGBT in the drawing) connected in a three-phase bridge and six diodes connected in reverse to the switching elements in parallel. By controlling these six switching elements, a three-phase alternating current having an arbitrary voltage and an arbitrary frequency can be obtained.

ブラシレスDCモータ4は、インバータ3の3相交流出力により駆動される。3相巻線がほどこされた固定子(図示せず)と、永久磁石をもつ回転子(図示せず)からなる。例えば、固定子は9スロットのティースに絶縁紙を介して直接巻線を巻き3相6極巻線をスター結線したものであり、ロータは6枚の永久磁石を表面側にN極・S極と交互に配置された埋め込み磁石型ロータを持つ。   The brushless DC motor 4 is driven by the three-phase AC output of the inverter 3. It consists of a stator (not shown) with three-phase windings and a rotor (not shown) with permanent magnets. For example, the stator is a 9-slot tooth wound directly through insulating paper, and a 3-phase 6-pole winding is star-connected. The rotor has 6 permanent magnets on the surface side with N and S poles. And embedded magnet type rotors arranged alternately.

インバータ3からの出力は、任意電圧・任意周波数に設定でき、さらにブラシレスDCモータ4は6極であるため、インバータ3の出力周波数の3分の1の周波数(回転数)でブラシレスDCモータ4は駆動される。例えばインバータ3の出力周波数が60Hzの場合はブラシレスDCモータ4の回転数は20r/s、インバータ3の出力周波数が240Hzの場合はブラシレスDCモータ4の回転数は80r/sで駆動することができる。   The output from the inverter 3 can be set to an arbitrary voltage / arbitrary frequency, and the brushless DC motor 4 has 6 poles. Therefore, the brushless DC motor 4 has a frequency (rotational speed) that is one third of the output frequency of the inverter 3. Driven. For example, when the output frequency of the inverter 3 is 60 Hz, the rotation speed of the brushless DC motor 4 can be driven at 20 r / s, and when the output frequency of the inverter 3 is 240 Hz, the rotation speed of the brushless DC motor 4 can be driven at 80 r / s. .

圧縮要素5は、ブラシレスDCモータ4で駆動され、圧縮仕事を行う。ここでは圧縮要素5はレシプロ式で1回転中に負荷トルクが大きく変動する圧縮要素である。レシプロ式の圧縮要素の場合は、ピストンの往復運動にて圧縮を行っており、1回転中に半分は吸入工程、半分は圧縮工程と完全に工程が分かれており、この二つの工程において、必要な負荷トルクが圧縮工程側に集中するために、その負荷トルクは大きく変動するものである。この負荷トルクの変動は、低速での駆動ほど大きくなり低い速度での駆動において振動が増大するという特性がある。   The compression element 5 is driven by a brushless DC motor 4 and performs compression work. Here, the compression element 5 is a reciprocating compression element whose load torque varies greatly during one rotation. In the case of a reciprocating type compression element, compression is performed by reciprocating movement of the piston. During one rotation, half is divided into the suction process, and half is completely divided from the compression process. These two processes are necessary. Since a large load torque is concentrated on the compression process side, the load torque varies greatly. This variation in load torque has a characteristic that it becomes larger as driving at low speed, and vibration increases at driving at low speed.

圧縮機6は、ブラシレスDCモータ4と圧縮要素5を密閉容器に収納している。冷媒ガスはどんなものでも良く、代替冷媒(R−134aなど)や自然冷媒(R−600a、CO2など)などどのような冷媒ガスを使用しても良いことはいうまでもない。   The compressor 6 stores the brushless DC motor 4 and the compression element 5 in a sealed container. It goes without saying that any refrigerant gas may be used, and any refrigerant gas such as an alternative refrigerant (R-134a, etc.) or a natural refrigerant (R-600a, CO2, etc.) may be used.

圧縮機には圧縮した冷媒を吐出する吐出パイプと、冷媒を吸入する吸入パイプとを有する。吐出パイプには、凝縮器7、減圧器8、蒸発器9などを直列に接続し最後に吸入パイプから圧縮機6に冷媒ガスは還ってくる。このような冷凍空調システムを組むことにより
、凝縮器7側では放熱作用が、蒸発器9側では吸熱作用が起こることにより、加熱または冷却ができることとなる。また、凝縮器7または蒸発器9にファンモータを取り付け、風を送ることにより、熱交換の効率を高めることにより、これらの熱を有効に利用して効率よく加熱または冷却をすることができる。
The compressor has a discharge pipe for discharging the compressed refrigerant and a suction pipe for sucking the refrigerant. A condenser 7, a decompressor 8, an evaporator 9, etc. are connected in series to the discharge pipe, and finally the refrigerant gas returns from the suction pipe to the compressor 6. By assembling such a refrigerating and air-conditioning system, heat can be radiated on the condenser 7 side and heat absorbed on the evaporator 9 side, so that heating or cooling can be performed. Further, by attaching a fan motor to the condenser 7 or the evaporator 9 and sending air, the efficiency of heat exchange can be increased, so that these heats can be used effectively and heated or cooled efficiently.

制御装置10はインバータ3を駆動する。その出力はドライブ手段11を介して、インバータ3の6個のスイッチング素子を駆動する。   The control device 10 drives the inverter 3. The output drives the six switching elements of the inverter 3 via the drive means 11.

一般的に永久磁石を回転子にもつブラシレスDCモータ4を駆動する時には、その回転子の回転位置を検出しながら、インバータ3の6個のスイッチング素子を最適な位置で転流していくことにより、ブラシレスDCモータ4を最適に動かすようにする。   In general, when driving a brushless DC motor 4 having a permanent magnet as a rotor, the six switching elements of the inverter 3 are commutated at optimum positions while detecting the rotational position of the rotor. The brushless DC motor 4 is moved optimally.

更にこの制御装置10の中身について詳しく説明する。   Further, the contents of the control device 10 will be described in detail.

位置検出手段12はブラシレスDCモータ4の回転子の回転位置を検出する。一般的にはブラシレスDCモータ4の固定子巻線に発生する逆起電圧を検出する方法が良く知られているが、モータ電流や直流部の電流から回転位置を推定する方法なども良く使われている。もちろんホール素子などの磁気センサを用いて直接位置を検知する方法もあるが、圧縮機にはこのようなセンサを取り付けるのは困難であるため、前者の方法(位置センサレス方式)がよく取られている。   The position detector 12 detects the rotational position of the rotor of the brushless DC motor 4. In general, a method for detecting the counter electromotive voltage generated in the stator winding of the brushless DC motor 4 is well known, but a method for estimating the rotational position from the motor current or the current of the DC section is also often used. ing. Of course, there is a method of directly detecting the position using a magnetic sensor such as a Hall element. However, since it is difficult to attach such a sensor to the compressor, the former method (position sensorless method) is often used. Yes.

このような位置センサレス方式において起動時には位置検出が不可能なため、起動する前に、位置決めと呼ばれるブラシレスDCモータ4の所定相(例えばU−W間など)に強制的に通電して回転子を所定位置まで回転させる方法や、所定周波数・所定電圧の交流波形を強制的に印加して回転子を駆動させる強制駆動方式などの制御回路も必要であるが、ここでは省略している。   In such a position sensorless system, since position detection is impossible at the time of startup, a predetermined phase (for example, between U and W) of the brushless DC motor 4 called positioning is forcibly energized before starting the rotor. A control circuit such as a method of rotating to a predetermined position or a forcible drive system for forcibly applying an AC waveform of a predetermined frequency and a predetermined voltage to drive the rotor is also necessary, but is omitted here.

転流手段13は、位置検出手段12の出力によりインバータ3の6個のスイッチング素子の通電するタイミングを決定する。一般的には逆起電圧と位相が一致するようにタイミングを決定するが、磁石埋め込み型モータ(一般的にはIPMモータとも呼ばれる)などの場合は、リラクタンストルクなども考慮し、若干、モータ電流の位相を逆起電圧の位相より進めて運転する場合もある。モータの種類(特にリラクタンス成分の利用量)によりこの位相進みは変化するが、一般的には0度から15度程度の進角を持たせるのが普通である。また、転流手段13の通電角は120度以上、150度未満として用途により通電角を設定する。例えば比較的高速での駆動や、負荷トルクが高い状態で駆動する場合は通電角を大きくすることで、ブラシレスDCモータの駆動可能な負荷領域を拡張することができるし、また高効率で運転する場合は、120度通電、あるいは静音駆動する場合は、通電角を広げることでモータのコギングトルクに伴う音を抑制する駆動など任意に設定すれば良い。   The commutation means 13 determines the timing of energization of the six switching elements of the inverter 3 based on the output of the position detection means 12. In general, the timing is determined so that the phase of the counter electromotive voltage coincides with the phase. However, in the case of a magnet-embedded motor (generally called an IPM motor), the reluctance torque is also taken into consideration, and the motor current is slightly increased. There are also cases in which the operation is advanced with respect to the phase of the counter electromotive voltage. Although this phase advance changes depending on the type of motor (especially the amount of reluctance component used), it is common to have an advance angle of about 0 to 15 degrees. Further, the conduction angle of the commutation means 13 is set to 120 degrees or more and less than 150 degrees, and the conduction angle is set according to the application. For example, when driving at a relatively high speed or when the load torque is high, the load range where the brushless DC motor can be driven can be expanded by increasing the energization angle, and the driving is performed with high efficiency. In this case, in the case of 120-degree energization or silent drive, it may be arbitrarily set such as driving that suppresses the sound accompanying the cogging torque of the motor by widening the energization angle.

デューティ演算手段14では、ブラシレスDCモータ4の回転数を所定の回転数で一定にするために、PWM(パルス幅変調)制御のデューティ(所定周期、キャリア周期と呼ばれる、中のオン幅の割合をさす)を演算し、出力する。   In the duty calculation means 14, in order to make the rotation speed of the brushless DC motor 4 constant at a predetermined rotation speed, the duty of PWM (pulse width modulation) control (predetermined period, called carrier period) Calculated) and output.

電流検出器15は、インバータ3に流れる電流を検出するものであり、電流センサや抵抗値の非常に小さい固定抵抗などである。   The current detector 15 detects a current flowing through the inverter 3 and is a current sensor or a fixed resistor having a very small resistance value.

電流検出手段16は電流検出器15の出力から、インバータ3に流れる電流を検出するものである。具体的には電流検出器15として用いた電流センサの出力電圧或いは、抵抗値の小さい(例えば100mΩ程度)固定抵抗に発生する電圧を入力として、A/D変換
すること等で簡単に構成できる。本発明の実施の形態では、電流検出器として抵抗値の非常小さい固定抵抗を用いており、インバータの過電流を検出するための過電流保護検出回路のシャント抵抗と兼用させている。これにより電流検出回路として新たな回路を付加することなく実現できるため、回路の低コスト化と小型化を実現している。
The current detecting means 16 detects the current flowing through the inverter 3 from the output of the current detector 15. Specifically, it can be easily configured by A / D conversion using, as an input, an output voltage of a current sensor used as the current detector 15 or a voltage generated in a fixed resistor having a small resistance value (for example, about 100 mΩ). In the embodiment of the present invention, a fixed resistor having a very small resistance value is used as the current detector, and it is also used as a shunt resistor of an overcurrent protection detection circuit for detecting an overcurrent of the inverter. As a result, the current detection circuit can be realized without adding a new circuit, so that the cost and size of the circuit can be reduced.

デューティ補正手段17は、インバータ3に流れる電流に応じて、デューティ演算手段14で演算したデューティに対し、所定の値を付加し補正するものである。   The duty correction means 17 adds a predetermined value to the duty calculated by the duty calculation means 14 and corrects it according to the current flowing through the inverter 3.

合成手段18は、転流手段13による転流出力とデューティ演算手段14およびデューティ補正手段17により決定したデューティのPWM信号とを合成し、ドライブ手段11に出力し、インバータ3を制御する。   The synthesizing unit 18 synthesizes the commutation output from the commutation unit 13 and the PWM signal having the duty determined by the duty calculation unit 14 and the duty correction unit 17 and outputs the synthesized signal to the drive unit 11 to control the inverter 3.

以上の様に構成された圧縮機の駆動装置の動作について図1および図2を用いて説明する。   The operation of the compressor driving apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS.

図2は本発明の実施の形態1における動作を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing the operation in the first embodiment of the present invention.

図2において、まずSTEP1でブラシレスDCモータの駆動速度を検出する。本発明で使用しているモータは同期モータであるのでインバータ3が出している電気的周波数とブラシレスDCモータ4の回転動作とは一致しているため、位置検出手段12の信号を用いて、回転数を検出することができる。ここでは回転数としたが、回転数と同義とみなせるもの、例えば、回転周期や角速度などであってもよい。   In FIG. 2, first, the driving speed of the brushless DC motor is detected in STEP1. Since the motor used in the present invention is a synchronous motor, the electrical frequency output from the inverter 3 and the rotational operation of the brushless DC motor 4 coincide with each other. The number can be detected. Although the number of rotations is used here, it may be the same as the number of rotations, for example, a rotation cycle or an angular velocity.

次にSTEP2で検出した速度が所定の速度以下であるかどうか判定する。ここでいう所定の速度とは低回転数に設定されており、負荷トルクのトルク脈動に起因するレシプロ式圧縮機の振動が大きくなる回転数(例えば、20r/sなど)に設定されている。   Next, it is determined whether or not the speed detected in STEP 2 is equal to or lower than a predetermined speed. The predetermined speed here is set to a low rotational speed, and is set to a rotational speed (for example, 20 r / s) at which vibration of the reciprocating compressor due to torque pulsation of the load torque becomes large.

この所定の速度より大きな回転数では圧縮機のイナーシャによる慣性力が十分大きいため、負荷トルクの脈動による速度変動への影響は小さく、これに起因する圧縮機の振動も小さい状態にある。従ってこのときSTEP3に進み、デューティ演算手段によって演算した所定の速度を維持するために必要なデューティによってインバータ3を駆動する(即ちデューティ補正を行わない)。尚、この所定の速度とは、冷凍空調システムの構成や圧縮機の種類や能力、モータの回転子のイナーシャなどによって決められるもので、圧縮機の低速で発生する負荷トルク脈動による振動を抑えたい回転数を設定する。もちろん周囲環境状態(温度など)や運転状態によって変化する所定値を決めても良い。   At a rotational speed greater than this predetermined speed, the inertial force due to the inertia of the compressor is sufficiently large, so the influence on the speed fluctuation due to the pulsation of the load torque is small, and the resulting compressor vibration is also small. Accordingly, the process proceeds to STEP 3 at this time, and the inverter 3 is driven with a duty necessary for maintaining the predetermined speed calculated by the duty calculating means (that is, duty correction is not performed). The predetermined speed is determined by the configuration of the refrigeration air-conditioning system, the type and capacity of the compressor, inertia of the rotor of the motor, and the like, and it is desired to suppress vibration due to load torque pulsation generated at a low speed of the compressor. Set the rotation speed. Of course, a predetermined value that varies depending on the surrounding environment state (temperature, etc.) and the driving state may be determined.

一方で、所定の速度以下の場合は、STEP4に進み、安定運転かどうか判定する。安定運転の判定は冷凍空調システム制御装置(図示せず)における各部の温度条件などや経過時間などから判定してもよい。安定でないと判断された時、すなわち過渡期においては運転が安定していることが重要なので、STEP3に進み、デューティ演算手段14によって設定したデューティ幅によりインバータ3を駆動する(即ちデューティ補正を行わない)。   On the other hand, if the speed is equal to or lower than the predetermined speed, the process proceeds to STEP 4 to determine whether the operation is stable. The determination of the stable operation may be made from the temperature condition of each part in the refrigeration air-conditioning system control device (not shown) or the elapsed time. Since it is important that the operation is stable when it is determined that it is not stable, that is, in a transition period, the process proceeds to STEP 3 and the inverter 3 is driven with the duty width set by the duty calculation means 14 (that is, duty correction is not performed). ).

STEP4で安定運転と判定した場合、STEP5に進み、デューティ演算手段14で演算したデューティに、デューティ補正手段17によって求めたデューティ補正量を付加してインバータを駆動する。   If it is determined in STEP4 that the operation is stable, the process proceeds to STEP5, and the inverter is driven by adding the duty correction amount obtained by the duty correction means 17 to the duty calculated by the duty calculation means 14.

以上の様に動作することで、ブラシレスDCモータを所定の速度より低速で駆動する場合、駆動状態が安定したとき、目標速度で駆動するために必要なデューティ(即ちデューティ演算手段で演算されたデューティ)に対し、デューティが補正され、その他の場合は
、デューティ演算手段で決定されたデューティがセットされる。
By operating as described above, when the brushless DC motor is driven at a speed lower than the predetermined speed, the duty necessary for driving at the target speed when the driving state is stabilized (that is, the duty calculated by the duty calculating means). ) Is corrected, and in other cases, the duty determined by the duty calculation means is set.

ここで、圧縮機1回転中におけるトルクおよび速度状態について説明する。図3は、圧縮機1回転あたりのトルクおよび速度状態を示したグラフである。図3において、負荷トルクを実線、モータトルクを破線、圧縮機モータ回転子の角速度を一点鎖線で表している。   Here, the torque and speed state during one rotation of the compressor will be described. FIG. 3 is a graph showing a torque and speed state per one rotation of the compressor. In FIG. 3, the load torque is indicated by a solid line, the motor torque is indicated by a broken line, and the angular speed of the compressor motor rotor is indicated by a one-dot chain line.

図3において、圧縮機はレシプロ式圧縮機であるため、上下死点で機械工程が変化(吸入工程から圧縮工程、あるいは吸入工程から圧縮工程)し、負荷トルク状態が変わる。特に吸入工程から圧縮工程への変移後は、急激に負荷トルクが増加する。一方モータトルクは1回転当たりほぼ一定のトルクを発生する。(厳密に言えば負荷トルクの変化に応じて、特に低速駆動による慣性モーメントが小さいときは、モータトルクも自動的に変化するが、ここでは説明の簡素化のため一定トルクとしている)。   In FIG. 3, since the compressor is a reciprocating compressor, the mechanical process changes at the top and bottom dead center (from the suction process to the compression process, or from the suction process to the compression process), and the load torque state changes. In particular, after the transition from the suction process to the compression process, the load torque increases rapidly. On the other hand, the motor torque generates a substantially constant torque per rotation. (Strictly speaking, the motor torque automatically changes according to the change of the load torque, especially when the inertia moment due to the low-speed driving is small, but here it is assumed to be a constant torque for the sake of simplicity of explanation).

図3に示すように、圧縮機1回転中の瞬時タイミングを見ると、負荷トルクとモータトルクは一致していないため、図3の角速度の変移のように、負荷トルクに対してモータトルクが大きい区間は、圧縮機は加速状態にあり、負荷トルクに対してモータトルクが小さい区間では、圧縮機は減速状態となる。即ち、圧縮機は安定した駆動状態にある場合でも、1回転中で加速と減速を繰り返している。   As shown in FIG. 3, when the instantaneous timing during one rotation of the compressor is seen, the load torque and the motor torque do not coincide with each other, so the motor torque is larger than the load torque as in the change of the angular velocity in FIG. In the section, the compressor is in an acceleration state, and the compressor is in a deceleration state in a section where the motor torque is small relative to the load torque. That is, the compressor repeatedly accelerates and decelerates during one rotation even when the compressor is in a stable driving state.

図4はブラシレスDCモータの3相の電流波形である。図4(a)はデューティ補正を行わない場合の電流波形であり、相電流の波形は圧縮機1回転中に大きく変動していることが分かる。これは圧縮機の負荷変動状態とほぼ同期し、負荷トルクが大きい区間の電流は大きく、負荷トルクが小さい区間の電流は小さい。この1回転中の負荷トルク変動に伴う電流の変動が、ブラシレスDCモータの損失増加につながり一定の速度で駆動している場合と比較してモータ効率は低下する。即ちブラシレスDCモータは圧縮機の駆動に用いたとき、圧縮機の負荷変動が原因で効率が低下してしまう。   FIG. 4 is a three-phase current waveform of the brushless DC motor. FIG. 4A shows a current waveform when duty correction is not performed, and it can be seen that the phase current waveform varies greatly during one rotation of the compressor. This is almost synchronized with the load fluctuation state of the compressor, and the current in the section where the load torque is large is large and the current in the section where the load torque is small is small. The fluctuation of the current accompanying the fluctuation of the load torque during one rotation leads to an increase in the loss of the brushless DC motor, and the motor efficiency is reduced as compared with the case where the brushless DC motor is driven at a constant speed. That is, when the brushless DC motor is used for driving the compressor, the efficiency is lowered due to the load fluctuation of the compressor.

図5はインバータ3の電流波形と位置検出タイミングを示すグラフである。図5(1)はデューティ補正を行わない場合を示している。図5における波形(a)は電流検出器15の出力(即ちインバータ3に流れる電流)波形であり、簡単のためPWM信号がオンのタイミングで電流を検出しその瞬時値をプロットすることでインバータに流れる電流を包絡線として表している。実際の電流波形は、PWMのオンあるいはオフに同期した高周波スイッチング波形を含む。また同図(b)に、位置検出手段12による誘起電圧ゼロクロスの検出タイミングを示している。本実施の形態におけるブラシレスDCモータ4は6極モータを用いるものとして、1回転当たり18回の位置検出信号が得られる。即ち位置検出信号の発生する時間を計測することで、モータの1/18回転の時間(すなわち機械角20度における角速度)が得られる。   FIG. 5 is a graph showing the current waveform of the inverter 3 and the position detection timing. FIG. 5A shows a case where duty correction is not performed. The waveform (a) in FIG. 5 is the waveform of the output of the current detector 15 (that is, the current flowing through the inverter 3). For simplicity, the current is detected at the timing when the PWM signal is on, and the instantaneous value is plotted in the inverter. The flowing current is represented as an envelope. The actual current waveform includes a high-frequency switching waveform synchronized with PWM on or off. FIG. 2B shows the detection timing of the induced voltage zero cross by the position detecting means 12. Assuming that the brushless DC motor 4 in this embodiment uses a 6-pole motor, 18 position detection signals can be obtained per rotation. That is, by measuring the time at which the position detection signal is generated, the time of 1/18 rotation of the motor (that is, the angular velocity at a mechanical angle of 20 degrees) can be obtained.

図5(1)(a)に示すインバータ電流の波形は、ブラシレスDCモータ4の3相巻線に流れる電流の和が現れるので、3相分の電流の変動が現れる。即ち図4に示したブラシレスDCモータの3相分の電流の正方向の電流が現れる。従って、インバータ3に流れる電流の包絡線を所定の範囲内に収める(即ち、インバータに流れる電流の変動を抑制する)ことで、ブラシレスDCモータ4の3相全ての電流の変動を抑制することができ、電流変動に伴うモータ損失の増加を抑えられる。   In the waveform of the inverter current shown in FIGS. 5A and 5A, since the sum of the currents flowing through the three-phase windings of the brushless DC motor 4 appears, the fluctuation of the current for three phases appears. That is, the positive current of the three phases of the brushless DC motor shown in FIG. 4 appears. Therefore, it is possible to suppress fluctuations in all three phases of the brushless DC motor 4 by keeping the envelope of the current flowing through the inverter 3 within a predetermined range (that is, suppressing fluctuations in the current flowing through the inverter). It is possible to suppress increase in motor loss due to current fluctuation.

それでは、インバータ3に流れる電流の変動を抑制する方法について説明する。PWM制御のインバータはPWMのオンする時間を可変することで、ブラシレスDCモータ4に印加する電圧を制御し、ブラシレスDCモータ4に流れる電流を調整できる。本発明の実施の形態1では、デューティ演算手段で演算した、目標とする速度を保持するために必要
なデューティに対し、デューティ補正手段で求めた補正量を付加することで、インバータに流れる電流の変動を抑制するようにしている。
Now, a method for suppressing fluctuations in the current flowing through the inverter 3 will be described. The PWM control inverter can control the voltage applied to the brushless DC motor 4 and adjust the current flowing through the brushless DC motor 4 by changing the PWM ON time. In the first embodiment of the present invention, the correction amount obtained by the duty correction means is added to the duty required to maintain the target speed calculated by the duty calculation means, so that the current flowing through the inverter is I try to suppress fluctuations.

デューティ補正手段によるデューティ補正は、例えば1回転あたりの平均電流や目標電流と、PWMオン毎に流れる電流を検出し、目標(或いは平均)電流との差分に一定のゲインを付加した量を補正量として、流れる電流を目標(あるいは平均)電流に近づける方法や、最大電流に対して検出した電流が所定の割合以上に小さい区間に所定のゲインで補正し、各区間の電流と最大電流との差分を埋めて行く方法、前回のPWMオン時の電流検出値と今回の検出値との差分から次回のPWMオン幅を補正し、PWM周期毎に検出する電流の差分を無くして行く方法、所定の区間毎(例えば位置検出間隔ごと)の電流を積分し、各区間毎の積分電流が一定になる様に補正する方法、あるいは目標速度の1/18回転時間と、各位置検出信号の間隔との差分から補正する方法など、様々な方法で実現できる。またこれらの方法は、高速演算プロセッサを用いた高度な演算を、リアルタイムに行なう必要も無く、非常にシンプルな方法で実現できるため、装置の低コスト化を実現している。   The duty correction by the duty correction means is, for example, an average current or target current per rotation and a current flowing every PWM ON, and an amount obtained by adding a constant gain to the difference between the target (or average) current is a correction amount As a method to make the flowing current close to the target (or average) current, or to correct the difference between the current in each section and the maximum current by correcting with a predetermined gain in a section where the detected current with respect to the maximum current is smaller than a predetermined ratio , A method of correcting the next PWM ON width from the difference between the current detection value at the previous PWM ON and the current detection value, and eliminating the difference in the current detected at each PWM cycle, a predetermined A method of integrating the current for each section (for example, every position detection interval) and correcting so that the integrated current for each section becomes constant, or between the 1/18 rotation time of the target speed and each position detection signal And a method of correction from the difference between, can be implemented in a variety of ways. In addition, these methods do not need to perform high-level arithmetic using a high-speed arithmetic processor in real time and can be realized by a very simple method, thereby realizing cost reduction of the apparatus.

尚、デューティ補正することで、デューティ演算手段で決定したデューティよりデューティ幅で駆動することになり、過渡的には一時目標速度より高い速度となる可能性もあるが、速度フィードバック制御によりデューティ演算手段では、目標速度より高い速度となるに伴い、デューティ演算手段14はデューティを下げて、所定の速度で駆動するように動作するため、目標速度での安定した駆動が継続される。更にこのとき最大電流付近(負荷トルクが最大となる付近)でのデューティが低下するので、負荷トルク最大となる付近の電流(最大電流)も低下する。   Note that by correcting the duty, the duty is driven with a duty width that is determined by the duty calculating means, and there is a possibility that the speed becomes transiently higher than the temporary target speed. Then, as the speed becomes higher than the target speed, the duty calculating means 14 operates so as to decrease the duty and drive at a predetermined speed, so that stable driving at the target speed is continued. Furthermore, since the duty near the maximum current (near the maximum load torque) decreases at this time, the current near the maximum load torque (maximum current) also decreases.

図5(2)にデューティ補正を実施したときのインバータ3の電流(a)包絡線と位置検出タイミング(b)を示している。(a)に示すように、デューティ補正を行うことで、インバータ3に流れる電流の包絡線の振幅が抑制されていることが分かる。また、この時の相電流波形が図4(b)であり、1回転当たりの相電流の変動も抑制できていることが分かる。   FIG. 5B shows the current (a) envelope of the inverter 3 and the position detection timing (b) when the duty correction is performed. As shown to (a), it turns out that the amplitude of the envelope of the electric current which flows into the inverter 3 is suppressed by performing duty correction. Further, the phase current waveform at this time is shown in FIG. 4B, and it can be seen that the fluctuation of the phase current per one rotation can be suppressed.

これによりデューティ補正することで、ブラシレスDCモータ4で圧縮機を駆動する際の効率低下を抑制することが出来る。つまり、デューティ補正を行うことで、従来の圧縮機の制御装置と比較して圧縮機の効率(一般的にCOP)をあげることが出来る。   Thus, by correcting the duty, it is possible to suppress a reduction in efficiency when the compressor is driven by the brushless DC motor 4. That is, by performing duty correction, the efficiency (generally COP) of the compressor can be increased as compared with a conventional compressor control device.

次に図5において、位置検出タイミング(b)について説明する。図5(1)(b)において、位置検出タイミングは、インバータ電流(a)が大きい区間(即ち負荷トルクが高い圧縮工程)位置検出タイミング間隔が粗く、インバータ電流が小さい区間(即ち負荷トルクが小さい吸入工程)では密になっている。位置検出タイミングの間隔とは、モータの1/18回転周期に当たるため、1回転中において圧縮機の速度が変動していることが分かる。   Next, the position detection timing (b) will be described with reference to FIG. 5 (1) and 5 (b), the position detection timing is a section where the inverter current (a) is large (ie, the compression process where the load torque is high), the position detection timing interval is coarse, and a section where the inverter current is small (ie, the load torque is small). It is dense in the inhalation process. Since the position detection timing interval corresponds to a 1 / 18th rotation cycle of the motor, it can be seen that the speed of the compressor fluctuates during one rotation.

一方で、デューティ補正を行った図5(2)(b)では、1回転中において位置検出タイミング間隔の差が小さくなっている。即ち、1回転中の圧縮機の速度変動が抑制されている。   On the other hand, in FIGS. 5B and 5B in which duty correction is performed, the difference in position detection timing interval is small during one rotation. That is, the speed fluctuation of the compressor during one rotation is suppressed.

これは、圧縮機は慣性モーメントが非常に大きな負荷であるため、デューティ演算手段で求めた基底デューティにデューティ補正量を付加(即ちインバータ出力を増加)しても、圧縮機モータはすぐには反応(即ち加速)せず、一定の機械角遅れた位置から反応(即ち加速)する。従って、負荷トルクが最大となる前の、インバータ電流が低い区間にデューティ補正を行うことで、負荷トルクが最大となる区間で圧縮機が加速され、その結果1
回転中のモータの駆動速度の変動が抑えられた。
This is because the compressor has a very large moment of inertia, so even if the duty correction amount is added to the base duty obtained by the duty calculation means (that is, the inverter output is increased), the compressor motor reacts immediately. It does not (i.e. accelerates) but reacts (i.e. accelerates) from a position delayed by a certain mechanical angle. Therefore, by performing duty correction in the section where the inverter current is low before the load torque becomes maximum, the compressor is accelerated in the section where the load torque becomes maximum, and as a result, 1
The fluctuation of the driving speed of the rotating motor was suppressed.

圧縮機工程の負荷トルク変動に対するモータの速度変動は、圧縮機の振動発生の主要な要因であるため、本実施の形態によるデューティ補正を行うことで圧縮機の駆動振動も抑制することが出来る。   Since the speed fluctuation of the motor with respect to the load torque fluctuation in the compressor process is a major factor in the generation of the vibration of the compressor, the driving vibration of the compressor can be suppressed by performing the duty correction according to the present embodiment.

以上の様に本実施の形態においては、圧縮要素を有する圧縮機と、前記圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有したブラシレスDCモータと、直流電圧を3相交流に変換して前記ブラシレスDCモータに電力を供給するインバータと、前記ブラシレスDCモータに印加する電圧を制御して、回転数を可変速して前記圧縮機の冷凍能力を可変とするためのPWMデューティを演算するデューティ演算手段と、前記インバータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出した電流が一定となるように、デューティ電圧演算手段で決定したブラシレスDCモータへの印加電圧を補正するデューティ補正手段を有する圧縮機の制御装置である。これによりインバータに流れる電流の包絡線が所定の範囲内に収めることができるので、ブラシレスDCモータの効率を上げることができ、高効率な圧縮機の駆動装置を提供することができる。   As described above, in the present embodiment, a compressor having a compression element, a brushless DC motor having a permanent magnet for driving the compression element in a rotor, and a brushless DC motor by converting a DC voltage into a three-phase AC. An inverter for supplying electric power to the DC motor, and a duty calculating means for controlling a voltage applied to the brushless DC motor, and calculating a PWM duty for making the refrigeration capacity of the compressor variable by varying the rotation speed Current detecting means for detecting the current flowing through the inverter, and duty correcting means for correcting the voltage applied to the brushless DC motor determined by the duty voltage calculating means so that the current detected by the current detecting means is constant. It is the control apparatus of the compressor which has. As a result, the envelope of the current flowing through the inverter can fall within a predetermined range, so that the efficiency of the brushless DC motor can be increased, and a highly efficient compressor drive device can be provided.

またデューティ補正手段によるデューティ補正区間の最大を、前記インバータ3に流れる電流が最大となる位置の前後30度を含まない区間としたことで、圧縮機の1回転中における負荷変動による圧縮機の速度変動を抑制でき、圧縮機の振動を抑えることができる。   Further, the maximum of the duty correction section by the duty correction means is a section that does not include 30 degrees before and after the position where the current flowing through the inverter 3 is maximum, so that the speed of the compressor due to load fluctuations during one rotation of the compressor. The fluctuation can be suppressed and the vibration of the compressor can be suppressed.

また、電流検出手段は整流回路とインバータ回路の間に直列に設けた抵抗に発生する電圧を検出するものとし、インバータの過電流検出回路と兼用することで、電流検出回路を新しく設ける必要がなく、回路の小型化と低コスト化が図れる。   Moreover, the current detection means detects the voltage generated in the resistor provided in series between the rectifier circuit and the inverter circuit, and it is not necessary to newly provide a current detection circuit by using it also as the overcurrent detection circuit of the inverter. Therefore, the circuit can be reduced in size and cost.

また転流手段は通電角を120以上、150度未満の波形することで、インバータを駆動することで、用途に応じたフレキシブルな通電角の選定が可能となるとともに、非常に簡潔な制御のため安価なプロセッサの使用が可能であるため、装置の価格を抑えることが出来る。   In addition, the commutation means has an energization angle of 120 or more and less than 150 degrees, and by driving the inverter, it is possible to select a flexible energization angle according to the application and for very simple control. Since an inexpensive processor can be used, the price of the apparatus can be reduced.

また、レシプロ型圧縮機を駆動することで、振動が比較的大きいレシプロ圧縮機の低振動化を実現することが出来る。   Further, by driving the reciprocating compressor, it is possible to realize low vibration of the reciprocating compressor having relatively large vibration.

(実施の形態2)
図1は本発明の第2の実施の形態の圧縮機の駆動装置を用いた冷蔵庫の構成図である。
(Embodiment 2)
FIG. 1 is a configuration diagram of a refrigerator using a compressor driving device according to a second embodiment of the present invention.

図1において、本実施の形態ではレシプロ式圧縮機の駆動装置は、冷蔵庫の冷凍サイクルに用いており、蒸発器9は断熱壁19で囲われた冷蔵庫20の庫内21を冷却するようにしている。   In FIG. 1, in this embodiment, the drive unit of the reciprocating compressor is used in the refrigeration cycle of the refrigerator, and the evaporator 9 cools the inside 21 of the refrigerator 20 surrounded by the heat insulating wall 19. Yes.

本発明のレシプロ式圧縮機を冷蔵庫に用いることで、圧縮機COPの向上による冷蔵庫の消費電力量の削減が可能となる。   By using the reciprocating compressor of the present invention for a refrigerator, it is possible to reduce the power consumption of the refrigerator by improving the compressor COP.

さらに圧縮機振動の低減による圧縮機駆動振動に伴う騒音低減が可能となり、冷蔵庫の静音化が可能となる。   Furthermore, noise accompanying compressor drive vibration can be reduced by reducing compressor vibration, and the refrigerator can be silenced.

また冷蔵庫は1日の大半が安定した庫内の冷却状態にあるため、圧縮機は低速で駆動している場合が多い。圧縮機の低速での駆動は冷凍サイクルのシステム効率に繋がり、冷蔵庫の消費電力量低減に大きな効果をもたらす。しかしながら、レシプロ式圧縮機では低速
で駆動するほど、1回転中における負荷トルクの変動が大きく、駆動振動が大幅に上昇してしまう。このためレシプロ式圧縮機では、最低回転数を抑制して省エネ効果を犠牲にしたり、あるいはコストを犠牲にして振動抑制部材を付加したりといった対応が必要であった。
Further, since the refrigerator is in a stable state of cooling in the refrigerator most of the day, the compressor is often driven at a low speed. Driving the compressor at a low speed leads to the system efficiency of the refrigeration cycle, and has a great effect on reducing the power consumption of the refrigerator. However, with a reciprocating compressor, the lower the drive, the greater the variation in load torque during one rotation, and the drive vibration increases significantly. For this reason, in the reciprocating compressor, it is necessary to take measures such as suppressing the minimum rotational speed to sacrifice the energy saving effect or adding a vibration suppressing member at the expense of cost.

しかし、本発明の圧縮機の駆動装置では、圧縮機の駆動振動を低下するので、これまで以上に圧縮機の低速駆動化が可能となり、冷凍サイクルのシステム効率上昇による冷蔵庫の消費電力量削減が実現できる。   However, in the compressor driving device of the present invention, since the compressor drive vibration is reduced, the compressor can be driven at a lower speed than before, and the power consumption of the refrigerator can be reduced by increasing the system efficiency of the refrigeration cycle. realizable.

また圧縮機の駆動振動の抑制は、振動抑制部材の付加が不要であり、冷蔵庫の低コスト化が図れる。   Moreover, the suppression of the driving vibration of the compressor does not require the addition of a vibration suppressing member, and the cost of the refrigerator can be reduced.

さらに圧縮機の駆動振動の抑制は、振動に伴う騒音も低減できるため冷蔵庫の静音化も実現できる。   Furthermore, suppression of compressor drive vibration can also reduce noise caused by vibration, so that the refrigerator can be quiet.

以上のように本発明にかかる圧縮機の駆動装置は、冷蔵庫・空調機・除湿機・ヒートポンプ給湯器・ポンプなど、モータの1回転当たりの負荷変動が大きく、周期的に負荷トルクが変動する機器に広く適用できる。   As described above, the compressor drive device according to the present invention is a device such as a refrigerator, an air conditioner, a dehumidifier, a heat pump water heater, a pump, or the like that has a large load fluctuation per one rotation of the motor and the load torque fluctuates periodically. Widely applicable to.

2 整流回路
3 インバータ
4 ブラシレスDCモータ
5 圧縮要素
6 圧縮機
10 制御装置
13 転流手段
14 デューティ演算手段
15 電流検出器(抵抗)
16 電流検出手段
17 デューティ補正手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Rectifier circuit 3 Inverter 4 Brushless DC motor 5 Compression element 6 Compressor 10 Control apparatus 13 Commutation means 14 Duty calculation means 15 Current detector (resistance)
16 Current detection means 17 Duty correction means

Claims (6)

圧縮要素を有する圧縮機と、前記圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有したブラシレスDCモータと、直流電圧を3相交流に変換して前記ブラシレスDCモータに電力を供給するインバータと、前記ブラシレスDCモータに印加する電圧を制御して、回転数を可変速して前記圧縮機の冷凍能力を可変とするためのPWMデューティを演算するデューティ演算手段と、前記インバータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記インバータに流れる電流の包絡線が所定の範囲内に収まるように、デューティ演算手段で決定したブラシレスDCモータへの印加電圧を補正するデューティ補正手段を有する圧縮機の駆動装置。 A compressor having a compression element, a brushless DC motor having a permanent magnet for driving the compression element in a rotor, an inverter for converting a DC voltage into a three-phase AC and supplying electric power to the brushless DC motor, Duty calculation means for calculating a PWM duty for controlling the voltage applied to the brushless DC motor and varying the rotational speed to vary the refrigeration capacity of the compressor, and a current for detecting the current flowing through the inverter A compressor driving apparatus comprising: a detection unit; and a duty correction unit that corrects a voltage applied to the brushless DC motor determined by the duty calculation unit so that an envelope of a current flowing through the inverter falls within a predetermined range. デューティ補正をする区間は、最大でも前記インバータに流れる電流が最大となる位置の前後30度を含まないようにした請求項1に記載の圧縮機の駆動装置。 The compressor driving device according to claim 1, wherein the section for performing duty correction does not include 30 degrees before and after the position where the current flowing through the inverter is maximum. 前記電流検出手段は整流回路とインバータ回路の間に直列に設けた抵抗に発生する電圧を検出するものとし、インバータの過電流を検出する回路と兼用する請求項1または請求項2に記載の圧縮機の駆動装置。 The compression according to claim 1 or 2, wherein the current detection means detects a voltage generated in a resistor provided in series between the rectifier circuit and the inverter circuit, and is also used as a circuit for detecting an overcurrent of the inverter. Machine drive. 転流手段は通電角120度以上150度未満とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の圧縮機の駆動装置。 The compressor driving device according to any one of claims 1 to 3, wherein the commutation means has a conduction angle of 120 degrees or more and less than 150 degrees. 前記圧縮機は、往復運動を行なう圧縮要素を持つ、レシプロ式圧縮機である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の圧縮機の駆動装置。 The compressor driving device according to any one of claims 1 to 4, wherein the compressor is a reciprocating compressor having a reciprocating compression element. 請求項1から請求項5の少なくとも1項に記載の前記圧縮機の駆動装置を有する冷蔵庫。 The refrigerator which has the drive device of the said compressor of at least 1 of Claims 1-5.
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