JP4574898B2 - Motor drive device and blower - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、DCブラシレスモータをインバータにて駆動するモータ駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図14は、例えば特開昭63−316688号公報に示された従来のブラシレス直流モータの駆動装置の回路構成図、図15はその動作を説明するタイミング図である。図14において、50は直流電源、51はトランジスタQ1〜Q6で構成されたスイッチング回路、52はスイッチング回路51を制御し、メモリ53、CPU54を有するマイコン、55r、55s、55tはモータの巻線、H1、H2、H3はホールICの検出出力である。
【0003】
図15を用いて動作を説明する。トランジスタQ1〜Q6のオンオフが図15(b)に示されており、導通角データT120に対し、モータの速度に応じて加算角データTを加算し、T120+Tの導通角にてモータを駆動しようとするものである。
【0004】
また、特開平3−284188号公報には、上記従来のブラシレス直流モータの駆動装置と同様な技術が示されている(図示せず)。特開平3−284188号公報で示されているものは、120度から180度まで任意に通電しようとするものである。
【0005】
さらに、図16は特開平10−66375号公報に示された他の従来のブラシレスDCモータの駆動回路の動作タイミング図である。これには、120度から180度のタイミングを検出するタイミング回路を有し、通電末期のオンデューティーを徐々に低下させて、モータの騒音を低減させる技術が示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭63−316688号公報に示されている技術は、モータの回転速度に応じて、120度の導通角度に加算角度を加算して導通角度を拡大するものである。これにより、モータ騒音をある一定量低減することができるが、モータが機械的共振を有する以上、その共振周波数と一致した場合に、騒音低減の効果を得ることはできない。
【0007】
また、特開平3−284188号公報に示されている技術も上記と同様で、モータ騒音をある一定量低減することができるが、モータが機械的共振を有する以上、その共振周波数と一致した場合に、騒音低減の効果を得ることはできない。
【0008】
さらに、特開昭63−316688号公報および特開平3−284188号公報に示されている技術は、通電角度を増加させて騒音を低減させるものであるが、通電角度を拡大させた場合、拡大によって回転数が上昇するため、低減されるべき回転数とは異なる回転数で動作する可能性がある。
【0009】
さらに云えば、拡大によって上昇した回転数によって、拡大した通電角度を縮小するように制御されると、回転数が不安定となり、不安定な回転数変動がうなり音となって新たな騒音が発生することもあり得る。
【0010】
また、特開平10−66375号公報に示されている技術は、導通角度を120度から拡大させて、さらに通電末期のオンデューティーを徐々に低下させてモータ騒音を低減しようとするものであり、この技術を用いれば、前述よりも更に騒音を低減する効果を有するものの通電末期のみではDCモータをファンモータとした場合に、抑制レベルの絶対量が高いため、騒音レベルとしては不十分である。
【0011】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、DCブラシレスモータをファンモータとして使用した場合でも、モータからの騒音を大幅に低下させ、実用上問題とならない騒音レベルにまで低下させるモータ駆動装置を得ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモータ駆動装置は、DCブラシレスモータのロータの回転位置に基づいて、インバータにより通電するステータコイルを順に切り換えてモータをPWM制御にて一定回転数に駆動するモータ駆動装置において、モータのステータコイルへ通電する通電巾を所定の基準巾に対して変化させ、通電巾の変化に伴うモータの回転速度の変動を抑制し所望の回転数になるようにPWM制御するインバータ制御手段を備えたことを特徴とする。
【0013】
また、インバータ制御手段は、ステータコイルへ通電する通電位相も所定の基準位相に対して変化させることを特徴とする。
【0014】
また、所定の基準巾はモータの騒音の絶対レベルに応じて設定されることを特徴とする。
【0015】
また、所定の基準巾を120度とし、通電巾を拡大することを特徴とする。
【0016】
また、所定の基準巾を120度とし、モータの回転速度が高い場合、通電巾を縮小することを特徴とする。
【0017】
また、所定の基準巾を135度又は150度とし、通電巾を拡大又は縮小することを特徴とする。
【0018】
また、インバータ制御手段にてステータコイルへの通電巾を所定の基準巾より拡大させた場合、拡大している期間中のPWMのオンする割合は、拡大期間中でない期間のPWMのオンする割合よりも小さくなるように制御することを特徴とする。
【0019】
また、インバータ制御手段にてステータコイルへの通電巾を所定の基準巾より拡大させた場合、拡大している期間中のPWMのオンする割合は、立ち上がり時は徐々に大きく、立ち下がり時は徐々に小さく制御し、拡大期間中でない期間のPWMのオンする割合が上限となるよう制御することを特徴とする。
【0020】
また、拡大している期間中のPWMのオンする割合は、台形状に変化することを特徴とする。
【0021】
また、拡大している期間中のPWMのオンする割合は、階段状に変化することを特徴とする。
【0022】
また、インバータ制御手段は、ステータコイルへの通電巾を所定の基準巾に対して前後非対称な割合で変化させることを特徴とする。
【0023】
また、インバータ制御手段は、通電位相をモータが効率良く駆動される関係に制御することを特徴とする。
【0024】
また、インバータ制御手段は、所定の基準巾より変化している期間中にモータ音抑制のための消音パルスを出力することを特徴とする。
【0025】
また、インバータ制御手段は、所定の基準巾より変化している期間中にモータ音抑制のための消音パルスを上側か下側のいずれか一方のスイッチ素子群に出力し、他方のスイッチ素子群へは徐々にPWMのオン割合を変化させることを特徴とする。
【0026】
この発明に係るモータ駆動装置は、DCブラシレスモータのロータの回転位置に基づいて、インバータにより通電するステータコイルを順に切り換えてモータをPWM制御にて一定回転数に駆動するモータ駆動装置において、モータの回転速度が該モータの機械共振周波数と一致する場合に、モータのステータコイルへ通電する通電巾を所定の基準巾に対し対して変化させると共に、モータのステータコイルへ通電する通電位相を所定の基準位相に対し変化させ、所望の回転数になるようにPWM制御するインバータ制御手段を備えたことを特徴とする。
【0027】
また、インバータ制御手段は、モータの回転速度がモータの機械共振周波数と一致する場合は、ステータコイルへの通電位相を所定の基準位相より進み位相、一致しない場合は所定の基準位相もしくは所定の基準位相より遅れ位相に制御することを特徴とする。
【0028】
また、インバータ制御手段は、モータの回転速度が該モータの機械共振周波数と一致する場合に、ステータコイルへの通電巾を所定の基準通電巾よりも拡大させて所望の回転数にモータを制御することを特徴とする。
【0029】
また、モータの機械共振周波数は、モータの固定子、回転子等から構成されるモータ単体だけでなく、モータの固定用支持部材、モータの軸を介して接続され慣性モーメントを有する負荷、負荷にて発生する力の伝達される伝達経路に接触する何れの固有振動数の合成により決まる機械共振周波数であることを特徴とする。
【0030】
また、インバータ制御手段は、モータの極対数P、モータ回転速度f[Hz]、機械共振周波数N[Hz]としたとき、N=2n・P・f(n=1,2,…の整数)の場合に、モータの回転速度がモータの機械共振周波数と一致したと判断することを特徴とする。
【0031】
この発明に係る送風機は、請求項1乃至19のいずれかに記載のモータ駆動装置を、ファンモータの駆動装置として用いたことを特徴とする。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1乃至11は実施の形態1を示す図で、図1はモータ駆動装置の構成を示す回路ブロック図、図2は動作波形図、図3,4はモータ模式図図5は動作波形図、図6はモータ模式図、図7は位相角度差を示す波形図、図8乃至11はPWMのイメージ波形図である。
図1において、1はスイッチ素子1a〜1fを有するインバータ、2はコンデンサ、3はDCブラシレスモータであるところのモータ、4はモータ3の回転子の磁極位置を検出するホールセンサ、5はインバータ1を制御するマイコンである。
【0033】
次に動作について説明する。図1に示されるインバータ1は、モータ3を駆動するため、ステータの相を順次切り換えて制御する。モータ3は図2に示すように、インバータ1を構成している6個のスイッチ素子1a〜1fのうち、2個だけがオンする。図2において、Hiがオン、Loがオフを示し、上段の数値はモータ3のロータ位置における電気角度を示す。
【0034】
図2のように、インバータ1を制御してモータ3を駆動する通電方式は、一般的に120度矩形波通電と呼ばれるものであり、広く知られる技術である。この120度通電方式は、120度毎に通電する相が切り替わるため、モータ3にトルクリップルが発生し、モータ3より電磁騒音が発生する。
【0035】
モータ3を送風機向けのファンモータとして使用する場合、この電磁騒音が非常に耳障りな音となる。本発明はこの電磁騒音を抑制するための技術である。
【0036】
図3に示すように、例えば、ロータの位置角度が0から30度の場合、1eと1dがオンしているため、W相からV相へ電流が流れる。30度から60度の場合、1aと1dがオンしているため、図4に示すようにU相からV相へ電流が流れる。
【0037】
以上のように、120度通電方式は、3相のうちの2相に電流が流れ、残る1相には電流は流れない。モータ3は電流が流れることによってトルクが発生するが、このように電流が切れることによって、この期間中にトルクが発生しなくなる。よって、トルクにリップルが生じ、生じたトルクリップルから騒音が発生する。
【0038】
そこで、通電する通電巾を120度から拡大することによって、相電流が流れない期間を少なくし、トルクリップルを低減しようとするのが、通電巾の拡大の意味するところである。図5に示される網掛け部が、拡大する通電巾の期間である。図5から解るように、拡大期間中はオンするスイッチ素子が2個から3個に増加しており、0度から60度区間の通電巾の拡大期間中は、図6に示す通りU相およびW相からV相へ向かって電流が流れる。
【0039】
図5に示されるHu、Hv、Hwはホールセンサ4の出力であるが、通電巾を拡大した場合としない場合において、ホールセンサ4の出力と通電角度との関係は、ピーク位相の位置関係が変わらないことが望ましい。図5における通電角度のピークは、U相の場合、90度および270度の位置である。
【0040】
さらに、図7に通電巾が120度である場合の位相関係図を示す。1a−fwが図2における1aに対し進み位相を、1a−deが遅れ位相を示す。120度通電の場合、進み位相及び遅れ位相を図7に示すように、ピークの位相角度で設定しても何ら変わりはない。しかしながら、エッジで位相関係を設定する場合において、通電巾を変更する際には、変更された通電巾に応じて変更しなければ、通電位相を一定に制御することができなくなる。ピーク角度の位相関係で制御していれば、通電巾を変更に関わらず、通電位相角度の制御ができ、制御を変更することなく実現可能である。
【0041】
ここで、進み位相と遅れ位相との関連であるが、進み位相で制御した方が、通常モータ3の効率が高い。しかしながら、通電巾が120度である場合、電流の切れ方が急峻でその場合に発生するトルクリップルが大きく、騒音が大きくなる傾向がある。遅れ位相の場合、電流がモータ3のインダクタンス成分によって遅れが大きくなり、電流が緩やかに切れるため、騒音が小さくなる傾向がある。
【0042】
しかしながら、効率は高く運転する方が良いため、効率と騒音を比較しつつ通電する位相を決定する必要がある。また、通電巾がトルクリップルを低減するため、通電巾によっても通電位相は可変する方がより高効率の運転が可能になる。
例えば、120度通電している場合、30度の位相から150度までの120度区間にU相を通電するとする。この30度から150度の角度は、モータの回転子の位置で決まるもので、現実的には、ホールセンサ4の出力から算出される角度になる。ここで、進み位相角度の制御というのは、例えば120度通電での10度進みであれば、20度から140度の回転子の位置角度中にU相を通電することを言い、150度通電での10度進みは5度から155度で通電する。通電巾を拡大した場合に、通電位相を同じ10度ではなく、他の値、例えば15度進み等にし、通電巾の変更に伴い、通電位相角度も変更することを指す。
【0043】
このように位相差の位置関係を保ちつつ、通電巾を拡大する際に、PWMが一定であるとモータ3の回転速度は上昇する。通電巾の拡大に伴い速度が上昇するので、PWMを低下させて回転速度を所定の速度にするようマイコン5のインバータ制御手段にて制御される。
【0044】
この場合、回転速度と通電巾との制御が、干渉してハンチングをおこす危険があるため、本発明のように回転数を一定に保つようPWMによる速度制御を行う必要がある。
【0045】
また、図5では、120度通電を基準の通電巾として記述されているが、基準の通電巾は120度に限ったことではなく135度が基準で通電巾でも何ら問題はない。モータ3の騒音の絶対レベルに応じて基準の通電巾は設定されるものであり、基準が135度として、通電巾が縮小しても構わない。
【0046】
回転速度が高い場合、モータ3へ流れる電流が大きくなり、モータ3のインダクタンス成分のため、通電巾が広くなくてもトルクリップルが抑制されることがある。この場合は、逆に縮小しても構わない。また、縮小することによって、インバータ1での動作が低減されるため、インバータ1の発熱が抑制される利点も有する。
【0047】
図5に従い、通電巾の拡大方法について説明する。拡大期間中も拡大期間外も当然のことながらPWM制御されている。そのPWMのオンの割合であるオンデューティーは、同一値でも構わないが、拡大する意味合いは、トルクリップル低減であるため、モータ3に流れる電流の時間変化率(di/dt)が緩やかな方がトルクリップルも小さい。
【0048】
そこで、図8に出力する相電圧のPWMのオンデューティーのイメージ図を示す。拡大期間中において、立ち上がり時は徐々にオンデューティーを大きくし、立ち下がり時は徐々にオンデューティーを小さくするようにPWMを制御する。
図8に示すようにPWMのデューティーが台形状に変化することによって、通電巾拡大以上の低騒音効果を有することになる。
【0049】
また、上記のように徐々にPWMのオンデューティーを可変することは非常に高速制御を要求し、コストアップに繋がる。さらに、モータ3が高速回転時は、高周波数によるPWMを実施しなければ、台形状にならない。その為、滑らかに台形状に可変せず、階段状にでも徐々に可変することで、上記と同様な効果を奏することができる。また、モータ3がファンモータのようにインダクタンス成分が大きいモータである場合、階段状でも台形状と同様な効果がある。
【0050】
次に、図5では拡大する期間は、拡大しない場合に対し、前後対称に拡大している。これは、モータ3の固定子の通電位相における位相と回転子の磁極位置における位相との関係を同一に保つ方がモータ3を効率よく運転できるからであり、先に述べたとおり、ピーク値における位相関係で制御していれば、位相を一致させやすい為である。
【0051】
しかしながら、前後対称に拡大せず、モータ3の特性に関わるが、拡大する部分を図9の矢印に示すように前後非対称にすることによって低騒音化できることもある。この場合、位相関係をモータ3が効率良く駆動される関係に制御しつつ行うことで、効率面は悪化させず、更なる低騒音化を実現できる。
【0052】
さらに、図10に示すように、拡大期間中にPWMを出力するのではなく、消音パルスを出力する。これにより、マイコンの処理能力を軽減することができる。この消音パルスは、モータ3から発生する騒音成分を打ち消すような音が発生するように出力するものである。図10では、拡大期間となる後半部分にしか出力されていないが、前後で出力しても同等、もしくはそれ以上の効果を有することは言うまでもない。また、前半だけであっても問題がないことも言うまでもない。
【0053】
図11は、図10における消音パルスと図8における台形状のPWMを組み合わせたものである。矩形波駆動の場合、上側アーム(図1における1a、1c、1e)か、もしくは下側アーム(図1における1b、1d、1f)のいずれか一方をPWMすれば、上下アーム全てをPWMしたことと同義になることが一般的に知られている。
【0054】
図11は、片側のみをPWMする技術を考慮したもので、片側のみのPWMの場合、PWMを重畳されているアーム側の拡大期間中は台形状にPWMを制御できるが、重畳されていないアーム側はPWMされている素子が1個となるため、拡大期間中のPWM制御ができなくなる。従って、PWMを重畳しているアーム側は台形状に、重畳していないアーム側は消音パルスを出力することで、低騒音駆動するよう回転数制御する。
【0055】
この場合、上下アームで出力する電圧が変化してしまうため、速度を制御しなければ、回転数のハンチングが発生し、矩形波とは異なる周波数の騒音が発生してしまう可能性があるが、本発明では、所望の回転数に制御しつつ通電巾の拡大化を実施して低騒音化を図るため、上記のような問題は発生せず、低騒音化を実現できる。
【0056】
実施の形態2.
図12,13は実施の形態2を示す図で、図12はモータ駆動装置の構成を示す回路ブロック図、図13は空気調和機の室内機の斜視図である。
図12において、6はモータの回転子による逆起電圧を検出する位置検出部であり、他は図1と同様である。図1ではホールセンサ4による位置検出、図12では逆起電圧による位置検出を回転子位置検出方式として用いているが、これらは本発明に対して本質的な問題ではなく、どちらでも何ら問題になるものではない。図1が逆起電圧による位置検出、図12がホールセンサ4による位置検出であっても同等である。
【0057】
実施の形態1では、モータ3の回転速度に応じて通電巾や通電位相を制御していたが、本実施の形態では、モータ3やそれに接続されている機械共振周波数によって、通電巾や通電位相を可変しようとするものである。
【0058】
図13に示すように、空気調和機の室内機10にモータ3が取り付けられ、図示されていないがモータ3を固定する支持部材がモータ3を固定している。モータ3はファンモータであるため、ファン11にモータ軸12を介して接続されている。ファン11が回転することによって、吹き出し口13より送風され、ダンパー14にて風向を調整する。
【0059】
以上のように、ファンモータはモータ3自身が有する固定子と回転子などの固有周波数だけでなく、接続されている各々の部材の固有周波数や、モータ軸12とファン11とのねじれ共振、風路と風量による共鳴などとの合成で機械共振周波数が決まる。
【0060】
ここで、機械共振周波数と加振源であるモータ3の周波数が一致すると、加振力が弱くとも大きな振動が発生し騒音となり、電気的な制御で如何に加振力を低下させても騒音レベルを低下させることは難しい。
【0061】
これらの機械共振周波数は、元々、製品毎ではあるが明らかになっているため、その領域のモータ3の回転速度をジャンプさせ、モータ3の回転周波数が機械共振周波数と一致しないように制御してことは、一般的に知られる方法である。
【0062】
しかしながら、省エネルギー性を追求すると、機械共振周波数を飛ばすことは、省エネと相反するものとなる。それは、機械共振と一致しなければ低い周波数でモータ3を運転でき、エネルギー消費量が小さくて済むところを、騒音のため回転数を飛ばすことで高い周波数でモータ3を動作させ、エネルギー消費量を増加させてしまうためである。
【0063】
本発明は、機械共振周波数と周波数ジャンプさせるのではなく、加振源となるモータの発生振動周波数レベルを変え機械共振周波数と一致しない周波数へ振動のピーク周波数を変えるため、通電巾や通電位相を可変させ、周波数ジャンプさせずにモータ3の騒音を低減することを目的としているものである。
【0064】
図7の波形図に示すように、位相角度を制御するが、共振周波数に一致する場合は、進み位相で通電巾をできる限り拡大して制御する。これは、進み位相で制御した方が効率の高い動作点で駆動できるため、モータ3に流れる相電流は小さくて済む。共振に一致しない場合、多少電流が大きくても、トルクリップルの影響を低減させる方が低騒音となるが、共振点と一致する場合は、ちょっとしたトルクリップルでも騒音が発生するため、電流を小さくし、進み位相で制御する方が低騒音となる。
【0065】
さらに、進み位相角度にて通電巾を拡大することによって、相電流の5次高調波成分を抑制することができる。相電流の5次成分が電流の歪みによる騒音発生に大きな影響が出るため、相電流の5次成分を抑制可能な進み位相角度で通電巾拡大で制御することによって、機械共振周波数に一致してしまう回転数の場合、低騒音化ができる。
【0066】
但し、機械共振周波数に一致する回転数の場合、通電巾を拡大するだけや位相角度を進み位相角度にするだけでは効果がない。両者とも同時に制御することによって、機械共振周波数に一致する周波数への低騒音化の効果が発揮できるものである。
【0067】
さらに、機械共振周波数と回転周波数が一致するという条件について説明する。加振源となるモータ3の回転周波数をf[Hz]とすると、fの整数倍の電気的周波数でピークとなる振動がモータ3より発生する。前述の通り、モータ3は加振源であるので、発生した振動が外部構造に伝達され、騒音に変換される。その際、構造自身に固有共振周波数と振動が一致するとより大きな騒音になる。
【0068】
よって、モータ3の回転周波数fが共振周波数と一致するというのは、fの整数倍のある周波数が共振周波数と一致することを意味するが、fの整数倍全てが騒音となるわけではない。本発明は矩形波駆動であるため、モータ3に流れる電流の歪みが振動に成りやすい。
【0069】
電流の歪み成分は、通常、奇数次が主成分であり、特に、5次、7次成分が主である。この電流の奇数次と回転子の磁束の基本次成分の合成で振動が発生する。よって、電流の奇数次と磁束の1次の合成となる偶数成分の振動が大きい。以上は電気的周波数であるため、モータ3の極対数Pを乗算して、2n・P・fの周波数が、機械共振周波数Nと一致した場合、前記のような制御を行う。
【0070】
このように構成されたモータ3とインバータ1、マイコン5のモータ駆動装置を送風機用のモータ駆動装置として使用することによって、安価で高効率のモータ駆動装置を低騒音が要求される送風機用途にも提供することができる。特に、本発明は空気調和機の室内機、室外機、換気扇、空気清浄機、除湿器など空気調和には欠かすことができないファンモータ分野において、騒音面から敬遠されていたDCブラシレスモータを採用することを可能にするものである。
【0071】
【発明の効果】
この発明に係るモータ駆動装置は、モータのステータコイルへ通電する通電巾を所定の基準巾に対して変化させ、通電巾の変化に伴うモータの回転速度の変動を抑制し所望の回転数になるようにPWM制御するインバータ制御手段を備えたことにより、モータの回転速度の変動を抑制しつつ、トルクリップルを低減させて低騒音化が図れる。
【0072】
また、インバータ制御手段は、ステータコイルへ通電する通電位相も所定の基準位相に対して変化させることにより、モータ効率と騒音を任意に設定できる。
【0073】
また、所定の基準巾はモータの騒音の絶対レベルに応じて設定されることにより、騒音の絶対レベルを一定レベル以下にすることができる。
【0074】
また、所定の基準巾を120度とし、通電巾を拡大することにより、トルクリップルを低減させて低騒音化が図れる。
【0075】
また、所定の基準巾を120度とし、モータの回転速度が高い場合、通電巾を縮小することにより、インバータの発熱を低減できる。
【0076】
また、所定の基準巾を135度又は150度とし、通電巾を拡大又は縮小することにより、トルクリップルを低減させて低騒音化が図れるか、又はインバータの発熱を低減できる。
【0077】
また、インバータ制御手段にてステータコイルへの通電巾を所定の基準巾より拡大させた場合、拡大している期間中のPWMのオンする割合は、拡大期間中でない期間のPWMのオンする割合よりも小さくなるように制御することにより、モータの回転速度の変動を低減できる。
【0078】
また、インバータ制御手段にてステータコイルへの通電巾を所定の基準巾より拡大させた場合、拡大している期間中のPWMのオンする割合は、立ち上がり時は徐々に大きく、立ち下がり時は徐々に小さく制御し、拡大期間中でない期間のPWMのオンする割合が上限となるよう制御することにより、トルクリップルを低減させて低騒音化が図れる。
【0079】
また、拡大している期間中のPWMのオンする割合は、台形状に変化することにより、通電巾拡大以上の低騒音化が図れる。
【0080】
また、拡大している期間中のPWMのオンする割合は、階段状に変化することにより、台形状に変化する場合とと同様な効果を奏することができる。特に、モータがファンモータのようにインダクタンス成分が大きいモータである場合、階段状でも台形状と同様な効果がある。
【0081】
また、インバータ制御手段は、ステータコイルへの通電巾を所定の基準巾に対して前後非対称な割合で変化させることにより、通電位相の制御と同等の効果を奏する。
【0082】
また、インバータ制御手段は、通電位相をモータが効率良く駆動される関係に制御することにより、効率を悪化させずに、更なる低騒音化が図れる。
【0083】
また、インバータ制御手段は、所定の基準巾より変化している期間中にモータ音抑制のための消音パルスを出力することにより、マイコンの処理能力を軽減することができる。
【0084】
また、インバータ制御手段は、所定の基準巾より変化している期間中にモータ音抑制のための消音パルスを上側か下側のいずれか一方のスイッチ素子群に出力し、他方のスイッチ素子群へは徐々にPWMのオン割合を変化させることにより、マイコンの処理能力を軽減することができる。
【0085】
この発明に係るモータ駆動装置は、モータの回転速度がモータの機械共振周波数と一致する場合に、モータのステータコイルへ通電する通電巾を所定の基準巾に対し対して変化させると共に、モータのステータコイルへ通電する通電位相を所定の基準位相に対し変化させ、所望の回転数になるようにPWM制御するインバータ制御手段を備えたことにより、共振周波数をとばすことなく、低騒音化が図れる。
【0086】
また、インバータ制御手段は、モータの回転速度がモータの機械共振周波数と一致する場合は、ステータコイルへの通電位相を所定の基準位相より進み位相、一致しない場合は所定の基準位相もしくは所定の基準位相より遅れ位相に制御することにより、相電流を小さくして、トルクリップルが低減して低騒音化が図れる。
【0087】
また、インバータ制御手段は、モータの回転速度が該モータの機械共振周波数と一致する場合に、ステータコイルへの通電巾を所定の基準通電巾よりも拡大させて所望の回転数にモータを制御することにより、相電流の5次高調波成分を低減できる。
【0088】
また、モータの機械共振周波数は、モータの固定子、回転子等から構成されるモータ単体だけでなく、モータの固定用支持部材、モータの軸を介して接続され慣性モーメントを有する負荷、負荷にて発生する力の伝達される伝達経路に接触する何れの固有振動数の合成により決まる機械共振周波数であることにより、モータ周辺部材の共振を抑制できる。
【0089】
また、インバータ制御手段は、モータの極対数P、モータ回転速度f[Hz]、機械共振周波数N[Hz]としたとき、N=2n・P・f(n=1,2,…の整数)の場合に、モータの回転速度がモータの機械共振周波数と一致したと判断することにより、共振周波数を特定してマイコンの処理能力を軽減できる。
【0090】
この発明に係る送風機は、請求項1乃至19のいずれかに記載のモータ駆動装置を、ファンモータの駆動装置として用いたことにより、低騒音の送風機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1を示す図で、モータ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図2】実施の形態1を示す図で、動作波形図である。
【図3】実施の形態1を示す図で、モータ模式図である。
【図4】実施の形態1を示す図で、モータ模式図である。
【図5】実施の形態1を示す図で、動作波形図である。
【図6】実施の形態1を示す図で、モータ模式図である。
【図7】実施の形態1を示す図で、位相角度差を示す波形図である。
【図8】実施の形態1を示す図で、PWMのイメージ波形図である。
【図9】実施の形態1を示す図で、PWMのイメージ波形図である。
【図10】実施の形態1を示す図で、PWMのイメージ波形図である。
【図11】実施の形態1を示す図で、PWMのイメージ波形図である。
【図12】実施の形態2を示す図で、モータ駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図13】実施の形態2を示す図で、空気調和機の室内機の斜視図である。
【図14】従来のブラシレス直流モータの駆動装置の回路構成図である。
【図15】従来のブラシレス直流モータの駆動装置の動作波形図である。
【図16】他の従来のブラシレスDCモータの駆動回路の動作タイミング図である。
【符号の説明】
1 インバータ、2 コンデンサ、3 モータ、4 ホールセンサ、5 マイコン、6 位置検出部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor drive device that drives a DC brushless motor with an inverter.
[0002]
[Prior art]
FIG. 14 is a circuit configuration diagram of a conventional brushless DC motor driving device disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-316688, and FIG. 15 is a timing diagram for explaining the operation thereof. In FIG. 14, 50 is a DC power supply, 51 is a switching circuit composed of transistors Q1 to Q6, 52 is a control circuit for the switching circuit 51, a microcomputer having a memory 53 and a CPU 54, 55r, 55s and 55t are motor windings, H1, H2, and H3 are detection outputs of the Hall IC.
[0003]
The operation will be described with reference to FIG. FIG. 15B shows ON / OFF of the transistors Q1 to Q6. The addition angle data T is added to the conduction angle data T120 according to the motor speed, and the motor is driven at the conduction angle of T120 + T. To do.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-284188 discloses a technique similar to that of the conventional brushless DC motor driving apparatus (not shown). Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-284188 is intended to arbitrarily energize from 120 degrees to 180 degrees.
[0005]
FIG. 16 is an operation timing chart of another conventional brushless DC motor driving circuit disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-66375. This shows a technology that has a timing circuit that detects a timing from 120 degrees to 180 degrees, and gradually reduces the on-duty at the end of energization to reduce motor noise.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-316688 expands the conduction angle by adding the addition angle to the conduction angle of 120 degrees in accordance with the rotational speed of the motor. As a result, the motor noise can be reduced by a certain amount. However, as long as the motor has a mechanical resonance, the noise reduction effect cannot be obtained when it matches the resonance frequency.
[0007]
Also, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-284188 is similar to the above, and the motor noise can be reduced by a certain amount. However, since the motor has mechanical resonance, it matches the resonance frequency. In addition, noise reduction effects cannot be obtained.
[0008]
Furthermore, the techniques disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-316688 and 3-284188 reduce the noise by increasing the energization angle. Therefore, there is a possibility that the motor operates at a rotational speed different from the rotational speed to be reduced.
[0009]
Furthermore, if the increased energization angle is controlled to be reduced by the rotation speed increased by the expansion, the rotation speed becomes unstable, and unstable rotation speed fluctuation makes a roaring sound and a new noise is generated. It is possible to do.
[0010]
Further, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-66375 is intended to reduce the motor noise by increasing the conduction angle from 120 degrees and further gradually decreasing the on-duty at the end of energization. If this technique is used, it has an effect of further reducing noise than the above, but when the DC motor is used as a fan motor only at the end of energization, the absolute amount of the suppression level is high, so that the noise level is insufficient.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when a DC brushless motor is used as a fan motor, the noise from the motor is greatly reduced to a noise level that does not cause a problem in practice. An object is to obtain a motor drive device that can be reduced to a minimum.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A motor drive device according to the present invention is a motor drive device that drives a motor at a constant rotational speed by PWM control by sequentially switching stator coils energized by an inverter based on the rotational position of a rotor of a DC brushless motor. There is provided an inverter control means for performing PWM control so that the energization width for energizing the stator coil is changed with respect to a predetermined reference width, and the fluctuation of the rotation speed of the motor accompanying the change in the energization width is suppressed to achieve a desired rotation speed. It is characterized by that.
[0013]
Further, the inverter control means changes the energization phase for energizing the stator coil with respect to a predetermined reference phase.
[0014]
The predetermined reference width is set according to the absolute level of motor noise.
[0015]
Further, the predetermined reference width is set to 120 degrees, and the energization width is increased.
[0016]
Further, the predetermined reference width is 120 degrees, and when the motor rotation speed is high, the energization width is reduced.
[0017]
Further, the predetermined reference width is set to 135 degrees or 150 degrees, and the energization width is enlarged or reduced.
[0018]
Also, when the energizing width to the stator coil is expanded from the predetermined reference width by the inverter control means, the PWM on ratio during the expanding period is higher than the PWM on ratio during the non-expanding period. Is controlled to be smaller.
[0019]
Further, when the energization width to the stator coil is expanded from the predetermined reference width by the inverter control means, the rate at which the PWM is turned on during the expansion period is gradually large at the rising time and gradually at the falling time. It is characterized in that the control is performed so that the ratio of turning on the PWM during the period not in the expansion period becomes the upper limit.
[0020]
Further, the ratio of turning on the PWM during the expanding period changes to a trapezoidal shape.
[0021]
Further, the ratio of turning on the PWM during the expanding period changes in a staircase pattern.
[0022]
Further, the inverter control means is characterized in that the energization width to the stator coil is changed at an asymmetrical ratio with respect to a predetermined reference width.
[0023]
The inverter control means controls the energization phase so that the motor is driven efficiently.
[0024]
Further, the inverter control means outputs a mute pulse for motor noise suppression during a period when the inverter control means is changing from a predetermined reference width.
[0025]
In addition, the inverter control means outputs a mute pulse for motor noise suppression to either the upper or lower switch element group during a period when it changes from a predetermined reference width, and to the other switch element group Is characterized by gradually changing the ON ratio of PWM.
[0026]
A motor drive device according to the present invention is a motor drive device that drives a motor at a constant rotational speed by PWM control by sequentially switching stator coils energized by an inverter based on the rotational position of a rotor of a DC brushless motor. When the rotational speed matches the mechanical resonance frequency of the motor, the energization width for energizing the stator coil of the motor is changed with respect to a predetermined reference width, and the energization phase for energizing the stator coil of the motor is changed to a predetermined reference Inverter control means for changing the phase with respect to the phase and performing PWM control so as to obtain a desired rotational speed is provided.
[0027]
In addition, the inverter control means advances the energization phase to the stator coil from the predetermined reference phase when the motor rotation speed matches the mechanical resonance frequency of the motor, and when it does not match, the predetermined reference phase or the predetermined reference Control is made so that the phase is delayed from the phase.
[0028]
The inverter control means controls the motor to a desired number of rotations by enlarging the energization width to the stator coil beyond a predetermined reference energization width when the rotation speed of the motor matches the mechanical resonance frequency of the motor. It is characterized by that.
[0029]
The mechanical resonance frequency of the motor is not limited to a motor composed of a motor stator, rotor, etc., but also to a load having a moment of inertia connected via a motor fixing support member and a motor shaft. The mechanical resonance frequency is determined by the synthesis of any natural frequency that contacts the transmission path through which the generated force is transmitted.
[0030]
Further, when the inverter control means has a motor pole pair number P, a motor rotational speed f [Hz], and a mechanical resonance frequency N [Hz], N = 2n · P · f (n = 1, 2,... Integer) In this case, it is determined that the rotational speed of the motor matches the mechanical resonance frequency of the motor.
[0031]
The blower according to the present invention is characterized in that the motor drive device according to any one of claims 1 to 19 is used as a drive device for a fan motor.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIGS. 1 to 11 are diagrams showing the first embodiment, FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of a motor drive device, FIG. 2 is an operation waveform diagram, FIGS. 3 and 4 are motor schematic diagrams, and FIG. FIG. 6 is a schematic diagram of a motor, FIG. 7 is a waveform diagram showing a phase angle difference, and FIGS. 8 to 11 are PWM image waveform diagrams.
In FIG. 1, 1 is an inverter having switch elements 1a to 1f, 2 is a capacitor, 3 is a motor that is a DC brushless motor, 4 is a hall sensor that detects the magnetic pole position of the rotor of the motor 3, and 5 is an inverter 1 It is a microcomputer that controls.
[0033]
Next, the operation will be described. The inverter 1 shown in FIG. 1 controls the phase of the stator in order to drive the motor 3. As shown in FIG. 2, only two of the six switch elements 1 a to 1 f constituting the inverter 1 are turned on. In FIG. 2, Hi is on, Lo is off, and the upper numerical value indicates the electrical angle at the rotor position of the motor 3.
[0034]
As shown in FIG. 2, the energization method for driving the motor 3 by controlling the inverter 1 is generally called 120-degree rectangular wave energization, and is a widely known technique. In this 120-degree energization method, the phase to be energized is switched every 120 degrees, so that torque ripple occurs in the motor 3 and electromagnetic noise is generated from the motor 3.
[0035]
When the motor 3 is used as a fan motor for a blower, this electromagnetic noise becomes a very disturbing sound. The present invention is a technique for suppressing this electromagnetic noise.
[0036]
As shown in FIG. 3, for example, when the position angle of the rotor is 0 to 30 degrees, currents flow from the W phase to the V phase because 1e and 1d are on. In the case of 30 to 60 degrees, since 1a and 1d are on, a current flows from the U phase to the V phase as shown in FIG.
[0037]
As described above, in the 120-degree energization method, current flows in two of the three phases, and no current flows in the remaining one phase. The motor 3 generates torque when a current flows. However, when the current is cut in this way, torque is not generated during this period. Therefore, a ripple is generated in the torque, and noise is generated from the generated torque ripple.
[0038]
Thus, by enlarging the energization width to be energized from 120 degrees, reducing the period during which no phase current flows and reducing the torque ripple means that the energization width is expanded. A shaded portion shown in FIG. 5 is a period of energization width to be expanded. As can be seen from FIG. 5, the number of switch elements that are turned on is increased from two to three during the expansion period, and during the expansion period of the energization width from 0 degrees to 60 degrees, the U phase and Current flows from the W phase toward the V phase.
[0039]
Hu, Hv, and Hw shown in FIG. 5 are the outputs of the hall sensor 4, but the relationship between the output of the hall sensor 4 and the energization angle is the positional relationship of the peak phase when the energization width is not enlarged. It is desirable not to change. The peak of the energization angle in FIG. 5 is the positions of 90 degrees and 270 degrees in the case of the U phase.
[0040]
Further, FIG. 7 shows a phase relationship diagram when the energization width is 120 degrees. 1a-fw indicates a leading phase with respect to 1a in FIG. 2, and 1a-de indicates a lagging phase. In the case of 120-degree energization, there is no change even if the leading phase and the lagging phase are set by the peak phase angle as shown in FIG. However, when the phase relationship is set by the edge, when the energization width is changed, the energization phase cannot be controlled to be constant unless the energization width is changed according to the changed energization width. If the control is based on the phase relationship of the peak angle, the energization phase angle can be controlled regardless of the change in the energization width, and this can be realized without changing the control.
[0041]
Here, regarding the relationship between the lead phase and the delay phase, the efficiency of the normal motor 3 is higher when the control is performed with the lead phase. However, when the energization width is 120 degrees, the way of cutting off the current is steep, the torque ripple generated in that case is large, and the noise tends to increase. In the case of the lag phase, the current increases due to the inductance component of the motor 3, and the current is gradually cut, so that the noise tends to be reduced.
[0042]
However, since it is better to operate with high efficiency, it is necessary to determine the phase to be energized while comparing efficiency and noise. In addition, since the energization width reduces torque ripple, more efficient operation is possible when the energization phase is varied depending on the energization width.
For example, when 120-degree energization is performed, the U-phase is energized in a 120-degree section from a 30-degree phase to 150 degrees. The angle of 30 degrees to 150 degrees is determined by the position of the rotor of the motor, and is actually an angle calculated from the output of the hall sensor 4. Here, the control of the lead phase angle means that, for example, if the lead angle is 10 degrees with 120 degree energization, the U phase is energized during the position angle of the rotor from 20 degrees to 140 degrees. 10 degrees advance at is energized from 5 degrees to 155 degrees. When the energization width is expanded, the energization phase is not set to the same 10 degrees, but is set to another value, for example, 15 degrees advance, and the energization phase angle is also changed with the change of the energization width.
[0043]
Thus, when the energization width is expanded while maintaining the positional relationship of the phase difference, the rotation speed of the motor 3 increases if the PWM is constant. Since the speed increases as the energization width increases, the control is performed by the inverter control means of the microcomputer 5 so that the PWM is decreased and the rotational speed is set to a predetermined speed.
[0044]
In this case, since there is a risk of hunting due to interference between control of the rotational speed and the energization width, it is necessary to perform speed control by PWM so as to keep the rotational speed constant as in the present invention.
[0045]
In FIG. 5, 120-degree energization is described as the reference energization width, but the reference energization width is not limited to 120 degrees, and there is no problem with the 135-degree reference energization width. The reference energization width is set according to the absolute level of noise of the motor 3, and the energization width may be reduced by setting the reference to 135 degrees.
[0046]
When the rotational speed is high, the current flowing to the motor 3 increases, and the torque ripple may be suppressed even if the energization width is not wide due to the inductance component of the motor 3. In this case, it may be reduced. Moreover, since the operation | movement in the inverter 1 is reduced by reducing, it also has the advantage that the heat_generation | fever of the inverter 1 is suppressed.
[0047]
A method for enlarging the energization width will be described with reference to FIG. As a matter of course, PWM control is performed both during and outside the expansion period. The on-duty, which is the on ratio of the PWM, may be the same value, but the meaning of expansion is that the torque ripple is reduced, so that the time change rate (di / dt) of the current flowing through the motor 3 is more gradual. Torque ripple is small.
[0048]
FIG. 8 shows an image of the on-duty of the phase voltage PWM output. During the expansion period, the PWM is controlled so that the on-duty is gradually increased at the rise and gradually decreased at the fall.
As shown in FIG. 8, the PWM duty changes to a trapezoidal shape, thereby having a low noise effect more than energization width expansion.
[0049]
Further, gradually changing the PWM on-duty as described above requires very high-speed control, leading to an increase in cost. Furthermore, when the motor 3 rotates at a high speed, it does not have a trapezoidal shape unless PWM is performed at a high frequency. For this reason, the same effect as described above can be achieved by gradually changing the shape of a trapezoidal shape without gradually changing to a trapezoidal shape. Further, when the motor 3 is a motor having a large inductance component such as a fan motor, the same effect as that of the trapezoidal shape can be obtained even in the step shape.
[0050]
Next, in FIG. 5, the period of expansion is expanded symmetrically with respect to the case of not expanding. This is because the motor 3 can be operated more efficiently if the relationship between the phase in the energization phase of the stator of the motor 3 and the phase in the magnetic pole position of the rotor is kept the same. This is because the phase can be easily matched if the phase control is used.
[0051]
However, although it does not expand symmetrically in the front-rear direction and is related to the characteristics of the motor 3, it may be possible to reduce noise by making the expanded part asymmetrical in the front-rear direction as shown by the arrows in FIG. In this case, by controlling the phase relationship so that the motor 3 is driven efficiently, the efficiency is not deteriorated and further noise reduction can be realized.
[0052]
Furthermore, as shown in FIG. 10, a silencing pulse is output instead of outputting PWM during the expansion period. Thereby, the processing capability of the microcomputer can be reduced. The mute pulse is output so that a sound that cancels the noise component generated from the motor 3 is generated. In FIG. 10, it is output only in the latter half of the expansion period, but it goes without saying that it has the same or better effect even if it is output before and after. It goes without saying that there is no problem with the first half alone.
[0053]
FIG. 11 is a combination of the silencing pulse in FIG. 10 and the trapezoidal PWM in FIG. In the case of rectangular wave driving, if either the upper arm (1a, 1c, 1e in FIG. 1) or the lower arm (1b, 1d, 1f in FIG. 1) is PWMed, all the upper and lower arms are PWMed. It is generally known that
[0054]
FIG. 11 considers the technique of PWM on only one side. In the case of PWM on only one side, the PWM can be controlled in a trapezoidal shape during the expansion period on the arm side on which PWM is superimposed, but the arm that is not superimposed Since there is one element that is PWMed on the side, PWM control during the expansion period cannot be performed. Therefore, the rotation speed is controlled so that low noise driving is performed by outputting a trapezoidal shape on the arm side where PWM is superimposed and outputting a mute pulse on the arm side where PWM is not superimposed.
[0055]
In this case, since the voltage output by the upper and lower arms changes, if the speed is not controlled, hunting of the rotational speed occurs, and noise with a frequency different from the rectangular wave may occur. In the present invention, the current-carrying width is increased while controlling the rotation speed to a desired value to reduce noise, so that the above problem does not occur and noise reduction can be realized.
[0056]
Embodiment 2. FIG.
12 and 13 are diagrams showing the second embodiment, FIG. 12 is a circuit block diagram showing the configuration of the motor drive device, and FIG. 13 is a perspective view of the indoor unit of the air conditioner.
In FIG. 12, reference numeral 6 denotes a position detection unit that detects a counter electromotive voltage generated by the rotor of the motor, and the other components are the same as those in FIG. In FIG. 1, the position detection by the Hall sensor 4 and the position detection by the counter electromotive voltage in FIG. 12 are used as the rotor position detection method. However, these are not essential problems with the present invention, and neither of them is a problem. It will not be. 1 is equivalent to the position detection by the back electromotive force, and FIG. 12 is equivalent to the position detection by the Hall sensor 4.
[0057]
In the first embodiment, the energization width and the energization phase are controlled according to the rotation speed of the motor 3, but in this embodiment, the energization width and the energization phase are determined by the motor 3 and the mechanical resonance frequency connected thereto. Is intended to be variable.
[0058]
As shown in FIG. 13, the motor 3 is attached to the indoor unit 10 of the air conditioner, and although not shown, a support member that fixes the motor 3 fixes the motor 3. Since the motor 3 is a fan motor, it is connected to the fan 11 via the motor shaft 12. As the fan 11 rotates, the air is blown from the air outlet 13 and the air direction is adjusted by the damper 14.
[0059]
As described above, the fan motor has not only the natural frequencies of the stator and the rotor of the motor 3 itself, but also the natural frequencies of each connected member, the torsional resonance between the motor shaft 12 and the fan 11, the wind The mechanical resonance frequency is determined by the combination of the road and the resonance caused by the air volume.
[0060]
Here, if the mechanical resonance frequency and the frequency of the motor 3 that is the excitation source coincide with each other, a large vibration is generated even if the excitation force is weak, resulting in noise, and no matter how the excitation force is reduced by electrical control, the noise It is difficult to reduce the level.
[0061]
Since these mechanical resonance frequencies are originally made clear for each product, the rotational speed of the motor 3 in that region is jumped, and control is performed so that the rotational frequency of the motor 3 does not coincide with the mechanical resonance frequency. This is a generally known method.
[0062]
However, in pursuit of energy saving, skipping the mechanical resonance frequency is contrary to energy saving. If it does not coincide with the mechanical resonance, the motor 3 can be operated at a low frequency and the energy consumption can be reduced, but the motor 3 is operated at a high frequency by skipping the rotation speed due to noise, and the energy consumption is reduced. It is because it will increase.
[0063]
The present invention does not cause a frequency jump with the mechanical resonance frequency, but changes the generated vibration frequency level of the motor that is the excitation source to change the vibration peak frequency to a frequency that does not match the mechanical resonance frequency. The object is to reduce the noise of the motor 3 without making it variable and frequency jumping.
[0064]
As shown in the waveform diagram of FIG. 7, the phase angle is controlled. If the phase angle coincides with the resonance frequency, the energization width is controlled to be enlarged as much as possible in the lead phase. This is because it is possible to drive at an operating point with higher efficiency when controlled by the lead phase, and therefore the phase current flowing through the motor 3 can be small. If it does not match the resonance, even if the current is somewhat large, it is less noise to reduce the influence of torque ripple.However, if it matches the resonance point, noise is generated even with a slight torque ripple, so the current is reduced. Controlling with the lead phase results in lower noise.
[0065]
Furthermore, the fifth harmonic component of the phase current can be suppressed by enlarging the energization width with the advance phase angle. Since the fifth-order component of the phase current has a significant effect on noise generation due to current distortion, it is matched with the mechanical resonance frequency by controlling the energization width at an advanced phase angle that can suppress the fifth-order component of the phase current. In the case of the rotational speed, the noise can be reduced.
[0066]
However, in the case of a rotational speed that matches the mechanical resonance frequency, it is not effective to simply increase the energization width or to advance the phase angle to the phase angle. By controlling both at the same time, the effect of reducing noise to a frequency that matches the mechanical resonance frequency can be exhibited.
[0067]
Furthermore, the condition that the mechanical resonance frequency and the rotation frequency coincide with each other will be described. Assuming that the rotation frequency of the motor 3 serving as the excitation source is f [Hz], the motor 3 generates vibration that peaks at an electrical frequency that is an integral multiple of f. As described above, since the motor 3 is a vibration source, the generated vibration is transmitted to the external structure and converted into noise. At that time, when the natural resonance frequency and vibration coincide with the structure itself, the noise becomes larger.
[0068]
Therefore, the fact that the rotation frequency f of the motor 3 matches the resonance frequency means that a frequency that is an integer multiple of f matches the resonance frequency, but not all the integer multiples of f become noise. Since the present invention is a rectangular wave drive, the distortion of the current flowing through the motor 3 tends to be a vibration.
[0069]
The current distortion component is usually composed of odd-order components, and in particular, the fifth-order and seventh-order components are mainly used. Vibration is generated by combining the odd order of the current and the fundamental order component of the magnetic flux of the rotor. Therefore, the vibration of the even-numbered component that is a composite of the odd-order current and the first-order magnetic flux is large. Since the above is the electrical frequency, when the number of pole pairs P of the motor 3 is multiplied and the frequency of 2n · P · f coincides with the mechanical resonance frequency N, the above control is performed.
[0070]
By using the motor drive device of the motor 3, the inverter 1, and the microcomputer 5 configured as described above as a motor drive device for a blower, an inexpensive and highly efficient motor drive device can also be used for a blower application that requires low noise. Can be provided. In particular, the present invention employs a DC brushless motor that has been avoided from the noise aspect in the field of fan motors that are indispensable for air conditioning, such as air conditioner indoor units, outdoor units, ventilation fans, air purifiers, and dehumidifiers. It makes it possible.
[0071]
【The invention's effect】
The motor drive device according to the present invention changes the energization width for energizing the stator coil of the motor with respect to a predetermined reference width, suppresses fluctuations in the rotational speed of the motor due to the change in the energization width, and achieves a desired rotational speed Thus, by providing the inverter control means for PWM control, it is possible to reduce the torque ripple and reduce the noise while suppressing the fluctuation of the rotation speed of the motor.
[0072]
Further, the inverter control means can arbitrarily set the motor efficiency and noise by changing the energization phase for energizing the stator coil with respect to the predetermined reference phase.
[0073]
In addition, the predetermined reference width is set according to the absolute level of the noise of the motor, so that the absolute level of the noise can be made a certain level or less.
[0074]
In addition, by setting the predetermined reference width to 120 degrees and enlarging the energization width, it is possible to reduce torque ripple and reduce noise.
[0075]
Also, when the predetermined reference width is 120 degrees and the motor rotation speed is high, the heat generation of the inverter can be reduced by reducing the energization width.
[0076]
Further, by setting the predetermined reference width to 135 degrees or 150 degrees and enlarging or reducing the energization width, it is possible to reduce torque ripple and reduce noise, or to reduce heat generation of the inverter.
[0077]
Also, when the energizing width to the stator coil is expanded from the predetermined reference width by the inverter control means, the PWM on ratio during the expanding period is higher than the PWM on ratio during the non-expanding period. By controlling so that the motor is also reduced, fluctuations in the rotational speed of the motor can be reduced.
[0078]
Further, when the energization width to the stator coil is expanded from the predetermined reference width by the inverter control means, the rate at which the PWM is turned on during the expansion period is gradually large at the rising time and gradually at the falling time. By reducing the torque ripple to a lower limit and controlling the PWM turn-on rate during periods not in the expansion period to be the upper limit, the noise can be reduced.
[0079]
Further, the ratio of turning on the PWM during the expanding period changes to a trapezoidal shape, so that the noise can be reduced more than the energization width expansion.
[0080]
In addition, the PWM turn-on ratio during the expanding period changes in a staircase shape, and thus the same effect as in the case of changing to a trapezoidal shape can be obtained. In particular, when the motor is a motor having a large inductance component, such as a fan motor, the effect similar to that of the trapezoidal shape is obtained even in a stepped shape.
[0081]
Further, the inverter control means has the same effect as the control of the energization phase by changing the energization width to the stator coil at a rate asymmetrical with respect to the predetermined reference width.
[0082]
In addition, the inverter control means controls the energization phase so that the motor is driven efficiently, thereby further reducing noise without deteriorating the efficiency.
[0083]
Further, the inverter control means can reduce the processing capacity of the microcomputer by outputting a mute pulse for motor noise suppression during a period when the inverter control means is changing from a predetermined reference width.
[0084]
In addition, the inverter control means outputs a mute pulse for motor noise suppression to either the upper or lower switch element group during a period when it changes from a predetermined reference width, and to the other switch element group Can gradually reduce the processing capability of the microcomputer by changing the PWM ON ratio.
[0085]
The motor drive device according to the present invention changes the energization width for energizing the stator coil of the motor with respect to a predetermined reference width when the rotational speed of the motor coincides with the mechanical resonance frequency of the motor, and the stator of the motor. By providing inverter control means for performing PWM control so that the energization phase for energizing the coil is changed with respect to a predetermined reference phase to achieve a desired rotational speed, noise can be reduced without skipping the resonance frequency.
[0086]
In addition, the inverter control means advances the energization phase to the stator coil from the predetermined reference phase when the motor rotation speed matches the mechanical resonance frequency of the motor, and when it does not match, the predetermined reference phase or the predetermined reference By controlling the phase behind the phase, the phase current can be reduced, the torque ripple can be reduced, and the noise can be reduced.
[0087]
The inverter control means controls the motor to a desired number of rotations by enlarging the energization width to the stator coil beyond a predetermined reference energization width when the rotation speed of the motor matches the mechanical resonance frequency of the motor. Thus, the fifth harmonic component of the phase current can be reduced.
[0088]
The mechanical resonance frequency of the motor is not limited to a motor composed of a motor stator, rotor, etc., but also to a load having a moment of inertia connected via a motor fixing support member and a motor shaft. The resonance of the motor peripheral member can be suppressed by the mechanical resonance frequency determined by the synthesis of any natural frequency that contacts the transmission path through which the generated force is transmitted.
[0089]
Further, when the inverter control means has a motor pole pair number P, a motor rotational speed f [Hz], and a mechanical resonance frequency N [Hz], N = 2n · P · f (n = 1, 2,... Integer) In this case, by determining that the rotational speed of the motor matches the mechanical resonance frequency of the motor, the processing frequency of the microcomputer can be reduced by specifying the resonance frequency.
[0090]
The blower according to the present invention provides a low-noise blower by using the motor drive device according to any one of claims 1 to 19 as a fan motor drive device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram illustrating a configuration of a motor drive device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating the first embodiment and is an operation waveform diagram;
FIG. 3 shows the first embodiment and is a schematic diagram of a motor.
FIG. 4 shows the first embodiment and is a schematic diagram of a motor.
FIG. 5 is a diagram illustrating the first embodiment and is an operation waveform diagram;
FIG. 6 shows the first embodiment and is a schematic diagram of a motor.
7 shows the first embodiment and is a waveform diagram showing a phase angle difference. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing the first embodiment and is an image waveform diagram of PWM.
FIG. 9 is a diagram illustrating the first embodiment, and is a PWM image waveform diagram;
FIG. 10 is a diagram illustrating the first embodiment, and is a PWM image waveform diagram;
FIG. 11 is a diagram illustrating the first embodiment, and is a PWM image waveform diagram;
12 is a circuit block diagram showing a configuration of a motor drive device according to the second embodiment. FIG.
FIG. 13 is a diagram showing the second embodiment and is a perspective view of the indoor unit of the air conditioner.
FIG. 14 is a circuit configuration diagram of a conventional brushless DC motor driving apparatus.
FIG. 15 is an operation waveform diagram of a conventional brushless DC motor driving apparatus.
FIG. 16 is an operation timing chart of another conventional brushless DC motor drive circuit.
[Explanation of symbols]
1 Inverter, 2 capacitor, 3 motor, 4 Hall sensor, 5 microcomputer, 6 position detector.

Claims (9)

DC(Direct Current)ブラシレスモータのロータの回転位置に基づいて、インバータにより通電するステータコイルを順に切り換えて前記モータをPWM(Pulse Width Modulation)制御にて一定回転数に駆動するモータ駆動装置において、
前記モータのステータコイルへ通電する通電巾を所定の基準巾に対して変化させ、通電巾の変化に伴う前記モータの回転速度の変動を抑制し所望の回転数になるようにPWM制御するインバータ制御手段を備え、
前記インバータ制御手段は、所定の基準巾より変化している期間中にモータ音抑制のためのパルスを出力することを特徴とするモータ駆動装置。
In a motor drive device that switches a stator coil energized by an inverter in order based on the rotational position of a rotor of a DC (Direct Current) brushless motor and drives the motor at a constant rotational speed by PWM (Pulse Width Modulation) control.
Inverter control for PWM control so that the energization width for energizing the stator coil of the motor is changed with respect to a predetermined reference width, and the fluctuation of the rotation speed of the motor accompanying the change of the energization width is suppressed to achieve a desired rotation speed. With means,
The inverter control means outputs a pulse for motor noise suppression during a period when the inverter control means changes from a predetermined reference width.
DC(Direct Current)ブラシレスモータのロータの回転位置に基づいて、インバータにより通電するステータコイルを順に切り換えて前記モータをPWM(Pulse Width Modulation)制御にて一定回転数に駆動するモータ駆動装置において、
前記モータのステータコイルへ通電する通電巾を所定の基準巾に対して変化させ、通電巾の変化に伴う前記モータの回転速度の変動を抑制し所望の回転数になるようにPWM制御するインバータ制御手段を備え、
前記インバータ制御手段は、所定の基準巾より変化している期間中にモータ音抑制のためのパルスを上側か下側のいずれか一方のスイッチ素子群に出力し、他方のスイッチ素子群へは徐々にPWMのオン割合を変化させることを特徴とするモータ駆動装置。
In a motor drive device that switches a stator coil energized by an inverter in order based on the rotational position of a rotor of a DC (Direct Current) brushless motor and drives the motor at a constant rotational speed by PWM (Pulse Width Modulation) control.
Inverter control for PWM control so that the energization width for energizing the stator coil of the motor is changed with respect to a predetermined reference width, and the fluctuation of the rotation speed of the motor accompanying the change of the energization width is suppressed to achieve a desired rotation speed. With means,
The inverter control means outputs a pulse for motor noise suppression to either the upper or lower switch element group during a period of time changing from a predetermined reference width, and gradually to the other switch element group. A motor drive device characterized by changing the on ratio of PWM.
前記インバータ制御手段は、ステータコイルへ通電する通電位相も所定の基準位相に対して変化させることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のモータ駆動装置。3. The motor driving apparatus according to claim 1, wherein the inverter control means changes the energization phase for energizing the stator coil with respect to a predetermined reference phase. DCブラシレスモータのロータの回転位置に基づいて、インバータにより通電するステータコイルを順に切り換えて前記モータをPWM制御にて一定回転数に駆動するモータ駆動装置において、
前記モータの回転速度が該モータの機械共振周波数と一致する場合に、前記モータのステータコイルへ通電する通電巾を所定の基準巾に対し対して変化させると共に、前記モータのステータコイルへ通電する通電位相を所定の基準位相に対し変化させ、所望の回転数になるようにPWM制御するインバータ制御手段を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
In the motor drive device for switching the stator coil energized by the inverter in order based on the rotational position of the rotor of the DC brushless motor and driving the motor at a constant rotational speed by PWM control,
When the rotational speed of the motor matches the mechanical resonance frequency of the motor, the energization width for energizing the stator coil of the motor is changed with respect to a predetermined reference width, and the energization for energizing the stator coil of the motor A motor driving apparatus comprising: inverter control means for performing PWM control so that a phase is changed with respect to a predetermined reference phase to obtain a desired rotation speed.
前記インバータ制御手段は、前記モータの回転速度が該モータの機械共振周波数と一致する場合は、ステータコイルへの通電位相を所定の基準位相より進み位相、一致しない場合は所定の基準位相もしくは所定の基準位相より遅れ位相に制御することを特徴とする請求項記載のモータ駆動装置。When the rotational speed of the motor coincides with the mechanical resonance frequency of the motor, the inverter control means advances the energization phase to the stator coil from the predetermined reference phase, and when not coincident, the predetermined reference phase or the predetermined 5. The motor driving device according to claim 4 , wherein the motor driving device is controlled so as to be delayed from the reference phase. 前記インバータ制御手段は、前記モータの回転速度が該モータの機械共振周波数と一致する場合に、ステータコイルへの通電巾を所定の基準通電巾よりも拡大させて所望の回転数に前記モータを制御することを特徴とする請求項記載のモータ駆動装置。When the rotational speed of the motor matches the mechanical resonance frequency of the motor, the inverter control means controls the motor to a desired rotational speed by enlarging the energization width to the stator coil beyond a predetermined reference energization width. The motor driving device according to claim 5, wherein 前記モータの機械共振周波数は、モータの固定子、回転子等から構成されるモータ単体だけでなく、モータの固定用支持部材、モータの軸を介して接続され慣性モーメントを有する負荷、前記負荷にて発生する力の伝達される伝達経路に接触する何れの固有振動数の合成により決まる機械共振周波数であることを特徴とする請求項乃至のいずれかに記載のモータ駆動装置。The mechanical resonance frequency of the motor is not limited to a single motor composed of a stator, a rotor, etc. of the motor, but is also connected to a support member for fixing the motor, a load having a moment of inertia connected through the motor shaft, and the load. generating Te contacts the transmitted by the transmission path of force that is mechanical resonance frequency determined by the synthesis of any of the natural frequency of the motor driving device according to any one of claims 4 to 6, wherein. 前記インバータ制御手段は、前記モータの極対数P、モータ回転速度f[Hz]、機械共振周波数N[Hz]としたとき、
N=2n・P・f(n=1,2,…の整数)
の場合に、前記モータの回転速度が該モータの機械共振周波数と一致したと判断することを特徴とする請求項記載のモータ駆動装置。
When the inverter control means has a pole pair number P of the motor, a motor rotation speed f [Hz], and a mechanical resonance frequency N [Hz],
N = 2n.P.f (n = 1, 2,... Integer)
Case, the motor driving apparatus according to claim 4, wherein the rotational speed of the motor and determines that matches the mechanical resonance frequency of the motor.
請求項1乃至のいずれかに記載のモータ駆動装置を、ファンモータの駆動装置として用いたことを特徴とする送風機。The motor driving device according to any one of claims 1 to 8, blower characterized by using as the drive of the fan motor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013226003A (en) * 2012-04-23 2013-10-31 Denso Corp Control device for rotary machine
US11374514B2 (en) * 2019-04-25 2022-06-28 Black & Decker Inc. Sensorless variable conduction control for brushless motor

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3994160B2 (en) * 2003-07-30 2007-10-17 独立行政法人産業技術総合研究所 Electronics
JP6138413B2 (en) * 2011-11-10 2017-05-31 三菱重工業株式会社 Motor drive device
JP6000801B2 (en) * 2012-10-24 2016-10-05 ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー(ホンコン)リミテッド Motor control device and air conditioner using the same
JP6674420B2 (en) * 2017-08-22 2020-04-01 ミネベアミツミ株式会社 Motor drive control device
WO2019186760A1 (en) * 2018-03-28 2019-10-03 新電元工業株式会社 Drive device, electric vehicle, and drive device control method
JP6869392B1 (en) * 2020-03-02 2021-05-12 三菱電機株式会社 Control device for AC rotating electric machine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000201494A (en) * 1999-01-06 2000-07-18 Mitsubishi Electric Corp Motor driving device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3146887B2 (en) * 1994-10-28 2001-03-19 三菱電機株式会社 DC brushless motor drive
JPH09163785A (en) * 1995-11-30 1997-06-20 Toshiba Corp Drive device for brushless motor
JP3131157B2 (en) * 1996-08-20 2001-01-31 日本サーボ株式会社 Drive circuit for brushless DC motor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000201494A (en) * 1999-01-06 2000-07-18 Mitsubishi Electric Corp Motor driving device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013226003A (en) * 2012-04-23 2013-10-31 Denso Corp Control device for rotary machine
US9112438B2 (en) 2012-04-23 2015-08-18 Denso Corporation Control apparatus reducing noise coming from rotary electric machine
DE102013103928B4 (en) 2012-04-23 2023-06-15 Denso Corporation Control device for reducing noise from a rotating electric machine
DE102013103928B9 (en) 2012-04-23 2023-08-17 Denso Corporation Control device for reducing noise from a rotating electrical machine
US11374514B2 (en) * 2019-04-25 2022-06-28 Black & Decker Inc. Sensorless variable conduction control for brushless motor

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