JP5428746B2 - Brushless DC motor driving apparatus and electric apparatus using the same - Google Patents

Brushless DC motor driving apparatus and electric apparatus using the same Download PDF

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Description

本発明は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータを、三相巻線に電力を供給するインバータにより駆動するための装置に関するものであり、特に冷蔵庫や空気調和機などの圧縮機を駆動するのに最適なブラシレスDCモータの駆動方法ならびに駆動装置、およびこれを用いた電気機器に関するものである。   The present invention relates to a device for driving a brushless DC motor comprising a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding by means of an inverter that supplies power to the three-phase winding. The present invention relates to a brushless DC motor driving method and driving apparatus that are optimal for driving a compressor such as an air conditioner, and an electric device using the same.

従来のモータ駆動装置は、電流状態と速度状態により、速度フィードバック運転と速度オープンループ運転を切り替えるステップと設けて、モータを駆動するようにしている(例えば特許文献1)。図12は特許文献1に記載された従来のモータ駆動装置を示すものである。   A conventional motor drive device is provided with a step of switching between speed feedback operation and speed open loop operation according to a current state and a speed state to drive the motor (for example, Patent Document 1). FIG. 12 shows a conventional motor driving apparatus described in Patent Document 1. In FIG.

図12において、直流電源201は6個のスイッチング素子を3相ブリッジ構成としたインバータ202に入力し、前記インバータ202は入力された直流電圧から任意の周波数の交流電圧に変換し、ブラシレスDCモータ203に入力する。   In FIG. 12, a DC power source 201 inputs six switching elements to an inverter 202 having a three-phase bridge configuration, and the inverter 202 converts the input DC voltage into an AC voltage having an arbitrary frequency, and a brushless DC motor 203. To enter.

位置検出部204はインバータ202の出力端子電圧からブラシレスDCモータ203の回転により発生する誘起電圧情報を基にしてブラシレスDCモータ203の回転子203a相対位置を検出する。制御回路205は位置検出部204から出力される位置信号を入力としてインバータ202のスイッチング素子の制御信号を発生する。   The position detector 204 detects the relative position of the rotor 203 a of the brushless DC motor 203 based on the induced voltage information generated by the rotation of the brushless DC motor 203 from the output terminal voltage of the inverter 202. The control circuit 205 receives the position signal output from the position detection unit 204 and generates a control signal for the switching element of the inverter 202.

位置演算手段206は位置検出部204の信号から、ブラシレスDCモータ203の回転子203aの磁極位置情報を演算するものである。自制運転手段207は前記位置演算手段206から得た回転子203aの磁極位置と速度指令値とを基に、ブラシレスDCモータ203の3相巻線に流す電流を切り替えてブラシレスDCモータをフィードバック制御で駆動するものであり、他制運転手段210は、速度指令に基づきブラシレスDCモータの3相巻線に流す電流を切り替えてオープンループ駆動を行うものであり、選択手段211はブラシレスDCモータを自制運転手段で駆動するか、他制運転手段で駆動するかを選択するものである。   The position calculation means 206 calculates magnetic pole position information of the rotor 203a of the brushless DC motor 203 from the signal of the position detection unit 204. Based on the magnetic pole position of the rotor 203a obtained from the position calculating means 206 and the speed command value, the self-regulating operation means 207 switches the current flowing through the three-phase winding of the brushless DC motor 203 by feedback control of the brushless DC motor. The other driving operation means 210 performs open-loop driving by switching the current flowing through the three-phase winding of the brushless DC motor based on the speed command, and the selection means 211 performs the self-limiting operation of the brushless DC motor. It is selected whether to drive by means or other driving means.

駆動制御手段212は前記選択手段211によって選択した運転手段をもとにインバータ202のスイッチング素子の制御信号を生成するものである。   The drive control means 212 generates a control signal for the switching element of the inverter 202 based on the operation means selected by the selection means 211.

この様に従来のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータの高速駆動時または高負荷時駆動では、フィードバック制御による自制運転からオープンループ駆動を行う他制運転に切換えることで、ブラシレスDCモータの運転範囲を拡張している。   As described above, the conventional motor drive device can change the operation range of the brushless DC motor by switching from the self-regulated operation by the feedback control to the other control operation that performs the open loop drive when the brushless DC motor is driven at a high speed or a high load. It has been expanded.

特開2003−219681号公報JP 2003-219681 A

しかしながら上記従来の構成は、高速あるいは高負荷時の運転時でのブラシレスDCモータをオープンループで駆動するため、比較的負荷が小さい状態では安定した駆動性能を得ることが出来るが、ある程度以上負荷が大きくなると、不安定な駆動状態に陥る場合がある。   However, the above-described conventional configuration drives the brushless DC motor in an open loop during high-speed or high-load operation, so that stable driving performance can be obtained with a relatively small load. If it becomes larger, it may fall into an unstable driving state.

図7はブラシレスDCモータをオープンループ同期駆動した場合の、相電流と端子電圧の位相関係を示したものである。図7において、横軸は時間、縦軸は誘起電圧位相を基準とした位相(即ち誘起電圧との位相差)を示し、(イ)は相電流を、(ロ)は端子電圧、(ハ)は相電流と端子電圧との位相差である。また図7(a)は比較的低負荷の状態を示し、(b)は高負荷状態を示し、誘起電圧位相との差から、(a)(b)共に端子電圧位相より電流位相が進んでいることから、同期駆動により非常に高速(即ち誘起電圧が高い状態)での駆動していることが分かる。   FIG. 7 shows the phase relationship between the phase current and the terminal voltage when the brushless DC motor is driven in an open loop synchronous manner. In FIG. 7, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the phase based on the induced voltage phase (that is, the phase difference from the induced voltage), (A) represents the phase current, (B) represents the terminal voltage, and (C). Is the phase difference between the phase current and the terminal voltage. FIG. 7 (a) shows a relatively low load state, and FIG. 7 (b) shows a high load state. In both cases (a) and (b), the current phase advances from the terminal voltage phase due to the difference from the induced voltage phase. Therefore, it can be seen that the driving is performed at a very high speed (that is, the induced voltage is high) by the synchronous driving.

図7(a)に示すように、駆動速度に対して負荷が比較的小さい場合の同期駆動では、転流に対して負荷の状態に見合った角度分回転子が遅れ、即ち回転子(誘起電圧)から見ると転流(即ち電圧および電流位相)が進み位相となり所定の関係が保たれるので弱め磁束制御と同様の状態となり高速での駆動が可能となる。一方、(b)に示すように駆動速度に対して負荷が大きい状態では、(a)と同様に「転流に対して回転子が遅れることで弱め磁束状態になり、転流周期に同期するようになり回転子加速、回転子の加速により電流位相の進み角が減少し回転子が減速」を繰り返し、結局駆動状態(駆動速度)が安定しない。即ち(b)に示す様に、一定周期で繰り返される転流に対して、ブラシレスDCモータの回転が変動するため、誘起電圧位相を基準としたとき、端子電圧位相が変動することになる。このよう駆動状態ではブラシレスDCモータの回転数に変動に伴う「うねり音」の発生や電流脈動による過電流停止の可能性等の不具合発生が予想される。   As shown in FIG. 7 (a), in synchronous driving when the load is relatively small with respect to the driving speed, the rotor is delayed by an angle corresponding to the state of the load with respect to commutation, that is, the rotor (induced voltage). ), The commutation (that is, the voltage and current phase) becomes the leading phase and the predetermined relationship is maintained, so that the same state as the flux-weakening control is achieved, and high-speed driving is possible. On the other hand, as shown in (b), in a state where the load is large with respect to the driving speed, as in (a), “the rotor is delayed with respect to the commutation so that the magnetic flux is weakened and the commutation cycle is synchronized. Thus, the acceleration of the rotor and the acceleration of the rotor repeatedly reduce the current phase lead angle and the rotor decelerates ", and the drive state (drive speed) is not stabilized after all. That is, as shown in (b), since the rotation of the brushless DC motor fluctuates with respect to the commutation repeated at a constant period, the terminal voltage phase fluctuates when the induced voltage phase is used as a reference. In such a driving state, occurrence of problems such as the occurrence of “swelling noise” accompanying fluctuations in the rotational speed of the brushless DC motor and the possibility of overcurrent stop due to current pulsation is expected.

従って、上記の様な不具合の可能性を回避するためには、ブラシレスDCモータの回転状態が不安定に陥るまでに、負荷を軽減することや、速度を低下することで対応できるが、結局ブラスレスDCモータの高速および高負荷駆動を制限することになり、十分に駆動領域を十分に拡張することが難しいという課題を有している。   Therefore, in order to avoid the possibility of the above-mentioned problems, it can be dealt with by reducing the load or reducing the speed until the rotational state of the brushless DC motor becomes unstable. This limits the high-speed and high-load driving of the DC motor, and has a problem that it is difficult to sufficiently expand the driving area.

さらに上記従来の構成では、モータ電流位相および電圧位相は速度および負荷によって成り行き任せであるため、ブラシレスDCモータの負荷や入力電圧が非常に安定した理想的な環境下では、モータ電流および電圧位相状態が安定し駆動領域の拡張は可能となるが、上記に示した回転の変動現象は、駆動速度と負荷の大きさに影響されると共に、負荷変動(圧縮機などのようにモータ1回転中の負荷変動も含む)や入力電圧の変動(交流電圧の整流平滑に伴うリプル電圧も含む)など外的な要因にも大きく左右されるため、実際には駆動領域の拡張範囲は制限されてしまうという課題を有していた。   Furthermore, in the above conventional configuration, since the motor current phase and voltage phase are determined by speed and load, the motor current and voltage phase states are ideal in an ideal environment where the load and input voltage of the brushless DC motor are very stable. However, the rotation fluctuation phenomenon described above is affected by the driving speed and the load size, and the load fluctuation (the motor during one rotation of the motor such as a compressor) is affected. (Including load fluctuations) and input voltage fluctuations (including ripple voltage associated with AC voltage rectification and smoothing). Had problems.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ブラシレスDCモータの高負荷・高速駆動での安定性を高め駆動領域を拡張すると共に、外的要因による不安定状態を抑制し信頼性の高いブラシレスDCモータの駆動装置を提供する。   The present invention solves the above-described conventional problems, and enhances the stability of a brushless DC motor at a high load and high speed driving to expand the driving range, and also suppresses an unstable state due to an external factor and has high reliability. A brushless DC motor driving apparatus is provided.

さらに高速・高負荷駆動の安定性による駆動領域の拡張ができることで、固定子巻線の巻数を増やして高速駆動性能を犠牲にした高効率低トルクモータを、高速・高負荷での駆動を可能として、高効率・高トルクなモータ駆動装置を実現することを目的とする。   In addition, the drive range can be expanded due to the stability of high-speed and high-load drive, enabling high-efficiency, low-torque motors to be driven at high speed and high load by increasing the number of stator windings and sacrificing high-speed drive performance. An object of the present invention is to realize a motor drive device with high efficiency and high torque.

前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動方法は、ブラシレスDCモータの通電角を低速では120度以上150度以下、高速では120度以上180度未満として、高速では所定の周波数を一定のデューティで、ブラシレスDCモータの速度および負荷状態に見合った相電流との位相関係を保ちながら通電タイミングを図るものである。これによりブラシレスDCモータの相電流および端子電圧位相は誘起電圧位相に対し、駆動速度や負荷状態、入力電圧状態等により適切な位相関係で保持されることになり、さらに外乱発生時等も安定して駆動出来ることになる。   In order to solve the above-described conventional problems, the motor driving method of the present invention is configured such that the energization angle of the brushless DC motor is 120 degrees to 150 degrees at low speed, 120 degrees to less than 180 degrees at high speed, and a predetermined frequency is set at high speed. The energization timing is achieved at a constant duty while maintaining the phase relationship with the phase current corresponding to the speed and load state of the brushless DC motor. As a result, the phase current and terminal voltage phase of the brushless DC motor are maintained in an appropriate phase relationship with respect to the induced voltage phase depending on the driving speed, load state, input voltage state, etc., and stable when a disturbance occurs. Can be driven.

本発明のモータ駆動方法は、ブラシレスDCモータの高速高負荷駆動の安定性を図ることで、運転可能領域を拡張でき、信頼性の高いモータ駆動装置を提供することが出来る。   The motor driving method according to the present invention can provide a highly reliable motor driving device that can extend the operable range by improving the stability of high-speed and high-load driving of a brushless DC motor.

さらに運転領域の拡張によって、モータ巻数を増やし高速駆動性能を犠牲にした高効率モータを、高負荷・高速での駆動を可能とすることで、従来と同等の負荷駆動範囲を維持しつつ、高効率化を図ることができる。   In addition, by expanding the operating range, high-efficiency motors that increase the number of motor turns and sacrifice high-speed drive performance can be driven at high loads and high speeds, while maintaining the same load drive range as before. Efficiency can be improved.

また本発明のモータ駆動装置を冷凍サイクルの圧縮機の駆動に用いたとき、特に低速での駆動において、機器の高効率化を図ることができ、電気機器の省エネを図ることが出来る。   In addition, when the motor driving device of the present invention is used for driving a compressor of a refrigeration cycle, it is possible to increase the efficiency of the device, particularly when driving at a low speed, and to save energy of the electric device.

本発明の実施の形態1によるブラシレスDCモータの駆動装置のブロック図1 is a block diagram of a brushless DC motor driving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における低速時のインバータ駆動のタイミング図Timing chart of inverter driving at low speed in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における低速時の通電角=効率特性図Energization angle at low speed = Efficiency characteristic diagram in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における高速時のインバータ駆動のタイミング図Timing chart of inverter drive at high speed in Embodiment 1 of the present invention ブラシレスDCモータの同期駆動時の負荷に対する位相状態を示すグラフThe graph which shows the phase state with respect to the load at the time of the synchronous drive of a brushless DC motor 負荷状態による相電流と端子電圧の位相関係を示したベクトル図Vector diagram showing phase relationship between phase current and terminal voltage depending on load condition ブラシレスDCモータをオープンループ同期駆動時の位相関係を示すグラフA graph showing the phase relationship when a brushless DC motor is driven in an open loop synchronous manner 本発明の実施の形態1における第2波形発生部の動作を示すフローチャートThe flowchart which shows the operation | movement of the 2nd waveform generation part in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における回転数=デューティ特性図Rotation speed = duty characteristic diagram in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における回転数とデューティのタイミング図Timing chart of rotation speed and duty in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1によるブラシレスDCモータの回転子の構造図Structure diagram of rotor of brushless DC motor according to embodiment 1 of the present invention 従来のモータ駆動装置のブロック図Block diagram of a conventional motor drive device

請求項に記載の発明は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記ブラシレスDCモータの電流位相を検出する電流位相検出部と、通電角が120度以上150度以下の矩形波またはそれに準じる波形を出力する第1波形発生部と、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部と、通電角が120度以上180度未満の矩形波および正弦波、またはそれらに準じる波形を前記周波数設定部で決められた所定周波数で出力する第2波形発生部と、低速では前記第1波形発生部の出力を、高速では前記第2波形発生部の出力をそれぞれ選択する切替判定部とを有し、前記第2波形発生部による駆動においては、電流位相の基準位相点から通電巻線を切換える転流までの時間を所定の時間差に収束・安定化させることで、前記ブラシレスDCモータの電流位相と電圧位相とが、駆動状態に応じて必然的に定まる位相差を安定して駆動するようにしたことで、ブラシレスDCモータを駆動状態応じて適切な駆動を選択出来るため、ブラシレスDCモータを常に最適な駆動状態とすることができる。さらに第2波形発生部での駆動ではブラシレスDCモータの固定子巻線電流の位相を基準として印加する電圧の位相を決めるので、ブラシレスDCモータの電流位相と電圧位相との関係が安定し、第2転流部による駆動安定性が向上することで、ブラシレスDCモータの駆動可能な負荷領域および速度領域を大幅に拡張することができる。 The invention according to claim 1 is a brushless DC motor comprising a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter for supplying power to the three-phase winding, and a current of the brushless DC motor. A current phase detector that detects a phase; a first waveform generator that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees to 150 degrees or a waveform equivalent thereto; and a frequency setting section that changes only a predetermined frequency with a constant duty. a second waveform generator for power output at a predetermined frequency determined square wave and sine wave under conduction angle is 120 degrees or more 180 degrees, or a waveform based on those by the frequency setting unit, in the low-speed first waveform the output of the generator, the high-speed possess a switching determination unit for selecting the outputs of the second waveform generator, wherein in the driving according to the second waveform generator, reference current phase A phase difference in which the current phase and the voltage phase of the brushless DC motor are inevitably determined according to the driving state by converging and stabilizing the time from the phase point to the commutation for switching the current winding to a predetermined time difference. Since the brushless DC motor can be appropriately driven according to the driving state, the brushless DC motor can always be in the optimum driving state. Further, in the driving by the second waveform generator, the phase of the voltage to be applied is determined based on the phase of the stator winding current of the brushless DC motor, so that the relationship between the current phase and the voltage phase of the brushless DC motor is stabilized, By improving the driving stability by the two commutation units, it is possible to greatly expand the load area and speed area in which the brushless DC motor can be driven.

請求項に記載の発明は、回転子の回転位置を検出する位置検出部を有し、低速においては位置検出部による回転子の回転位置を元にインバータを駆動するのでより高効率な駆動を行うことが出来る。請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明に、前記ブラシレスDCモータの3相巻線の通電時間を所定のタイミングで一時的に補正することで、前記ブラシレスDCモータの電流位相と電圧位相を所定の位相関係で保持するようにしたものである。これにより、ブラシレスDCモータの電流位相と電圧位相との位相関係を負荷状態に応じた適切な状態安定させたうえでその位相関係を保持することが出来るので、高速高負荷駆動時の安定性を向上し、駆動可能な負荷範囲を拡張することが出来る。請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の発明に、前記ブラシレスDCモータの三相巻線の通電する巻線の切り替えは、前記ブラシレスDCモータの電流位相を基準として任意のタイミングで行なうものである。これによりモータ電流位相と電圧位相を所定の位相関係で確実保持することが出来る。 The invention according to claim 2 has a position detection unit that detects the rotational position of the rotor, and at low speed, the inverter is driven based on the rotational position of the rotor by the position detection unit. Can be done. According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the brushless DC motor is temporarily corrected at a predetermined timing with respect to the energization time of the three-phase winding of the brushless DC motor. The current phase and voltage phase of the motor are held in a predetermined phase relationship. As a result, the phase relationship between the current phase and the voltage phase of the brushless DC motor can be maintained in an appropriate state according to the load state, and the phase relationship can be maintained. It is possible to improve and extend the driveable load range. According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects of the present invention, the switching of the energized winding of the three-phase winding of the brushless DC motor is performed by the brushless DC motor. This is performed at an arbitrary timing based on the current phase. As a result, the motor current phase and the voltage phase can be reliably held in a predetermined phase relationship.

請求項に記載の発明は請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の発明に、前記所定周波数の上限周波数を設定しその上限周波数以上の周波数の出力を禁止する周波数制限
部を有することで、駆動限界周波数を超えるような周波数での駆動を防ぐことで、ブラシレスDCモータの脱調あるいは不安定な駆動状態に陥ることを防止でき、装置の信頼性を向上することが出来る。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the frequency limiting unit according to any one of the first to fourth aspects , wherein the upper limit frequency of the predetermined frequency is set and the output of the frequency equal to or higher than the upper limit frequency is prohibited. By having it, it is possible to prevent the brushless DC motor from stepping out or falling into an unstable driving state by preventing driving at a frequency exceeding the driving limit frequency, and to improve the reliability of the apparatus.

請求項に記載の発明は請求項1から請求項5のいずれか一つに記載の発明に前記上限周波数を前記第1波形発生部により出力する最大周波数により設定する上限周波数設定部することで、運転状況に応じた最大周波数を設定できることが可能であり、より安定した最大限の高速駆動を行うことが出来る。 According to a sixth aspect of the invention, there is provided an upper limit frequency setting unit configured to set the upper limit frequency by a maximum frequency output by the first waveform generation unit in the invention according to any one of the first to fifth aspects. Therefore, it is possible to set the maximum frequency according to the driving situation, and it is possible to perform more stable and high-speed driving.

請求項に記載の発明は請求項から請求項のいずれか一つに記載の発明に、所定時間が経過した後、前記周波数設定部からの駆動から前記転流部からの駆動に一時的に切り替えることで、上限周波数を設定しなおす上限周波数変更部を有することで、時間経過に伴い負荷状態が変化したときでも、最適最高回転数での運転が可能となる。 According to a seventh aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to sixth aspects, after a predetermined time has elapsed, the drive from the frequency setting unit is temporarily changed to the drive from the commutation unit. By switching automatically, by having an upper limit frequency changing unit for resetting the upper limit frequency, it is possible to operate at the optimum maximum speed even when the load state changes with time.

請求項に記載の発明は請求項から請求項のいずれか一つに記載の発明に、ブラシレスDCモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子とすることで、ブラシレスDCモータの駆動において、永久磁石によるマグネットトルクとともに、突極性によるリラクタンストルクも有効に利用できるようになるため、低速時の高効率駆動とともに、高効率の高速駆動性能も更に伸張することが可能となる。 The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7 , wherein the brushless DC motor is a rotor formed by embedding a permanent magnet in the iron core of the rotor, and has saliency. In the drive of brushless DC motor, reluctance torque due to saliency can be effectively used in driving a brushless DC motor, so high-efficiency driving at low speed and high-efficiency high-speed The driving performance can be further extended.

請求項に記載の発明は、請求項から請求項のいずれか一つに記載の発明において、ブラシレスDCモータは圧縮機を駆動するものであり、圧縮機の高効率化および低騒音化駆動を実現できる極めて重要な用途のひとつである。 According to a ninth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to eighth aspects, the brushless DC motor drives the compressor, and the compressor has high efficiency and low noise. This is one of the most important applications that can realize driving.

請求項10に記載の発明は請求項に記載の発明を冷却システムの圧縮機の駆動に用いた冷蔵庫であり、冷却システムの高効率化と、駆動領域の拡張による冷却性能の向上が可能となり、冷蔵庫の消費電力量の削減と庫内温度が高い場合の冷却時間の短縮が可能となる。 The invention described in claim 10 is a refrigerator using the invention described in claim 9 for driving the compressor of the cooling system, and it is possible to improve the cooling performance by increasing the efficiency of the cooling system and expanding the drive region. The power consumption of the refrigerator can be reduced and the cooling time can be shortened when the internal temperature is high.

請求項11に記載の発明は請求項に記載の発明を用いた空気調和機である。これにより冷凍空調サイクルの高効率化により空気調和機の消費電力量を削減できると共に、外気温度が非常に低い場合の暖房能力を向上することができ、幅広い負荷範囲での駆動を可能とできる。 The invention of claim 11 is an air conditioner using the invention described in claim 9. As a result, the power consumption of the air conditioner can be reduced by increasing the efficiency of the refrigerating and air-conditioning cycle, and the heating capacity when the outside air temperature is very low can be improved, so that driving in a wide load range is possible.

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。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるブラシレスDCモータの駆動装置を示すブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a brushless DC motor driving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において交流電源1は、日本の場合50または60Hz、実効値100Vの商用電源である。整流平滑回路2は交流電源1を入力として、直流電源に整流平滑するもので、ブリッジ接続した4個の整流ダイオード(2a〜2d)と、平滑コンデンサ(2eおよび2f)から構成されている。なお本実施の形態では倍電圧整流回路としているが全波整流回路でも特に構わない。さらに本実施の形態では交流電源を単相としているが、3相交流電源を用いた場合、整流平滑回路に3相整流平滑回路を用いると良い。   In FIG. 1, an AC power source 1 is a commercial power source having 50 or 60 Hz and an effective value of 100 V in Japan. The rectifying / smoothing circuit 2 receives the AC power supply 1 as an input and rectifies and smoothes the DC power supply. The rectifying / smoothing circuit 2 includes four bridge-connected rectifier diodes (2a to 2d) and smoothing capacitors (2e and 2f). Although the voltage doubler rectifier circuit is used in this embodiment, a full wave rectifier circuit may be used. Furthermore, in this embodiment, the AC power source is a single phase, but when a three-phase AC power source is used, a three-phase rectifying / smoothing circuit may be used as the rectifying / smoothing circuit.

インバータ3は整流平滑回路2の直流電圧を入力として、直流電力を交流電力に変換するものであり、6個のスイッチング素子(3a〜3f)を3相ブリッジ接続して構成している。また各スイッチング素子の逆方向に還流電流用のダイオードが接続されているが本図では省略している。   The inverter 3 converts the DC power into AC power using the DC voltage of the rectifying and smoothing circuit 2 as an input, and is configured by connecting six switching elements (3a to 3f) in a three-phase bridge. Further, although a diode for return current is connected in the reverse direction of each switching element, it is omitted in this figure.

ブラシレスDCモータ4は、永久磁石をもつ回転子4aと3相巻線を有した固定子4bとで構成され、インバータ3により作られた3相交流電流が固定子巻線4bに流れることで回転子4aを回転させることが出来る。回転子4aの回転運動はクランクシャフト(図示せず)により往復運動に変換され、ピストン(図示せず)がシリンダ(図示せず)内を往復運動することにより冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。   The brushless DC motor 4 is composed of a rotor 4a having a permanent magnet and a stator 4b having a three-phase winding, and the three-phase alternating current generated by the inverter 3 flows through the stator winding 4b. The child 4a can be rotated. The rotational motion of the rotor 4a is converted into a reciprocating motion by a crankshaft (not shown), and a piston (not shown) reciprocates in a cylinder (not shown) to drive a compressor that compresses the refrigerant. Do.

位置検知部5はブラシレスDCモータ4の回転子4aの磁極相対位置を検出するものであり、本実施の形態では固定子4bの3相巻線に発生する誘起電圧から、回転子4aの相対的な回転位置を検出している。なお、固定子位置の検出方法はモータ電流(相電流はたは母線電流)の検出からベクトル演算を経て磁極位置推定を行っても構わない。   The position detector 5 detects the relative magnetic pole position of the rotor 4a of the brushless DC motor 4, and in this embodiment, the relative position of the rotor 4a is determined from the induced voltage generated in the three-phase winding of the stator 4b. Rotating position is detected. As a method for detecting the stator position, the magnetic pole position may be estimated through the vector calculation from the detection of the motor current (phase current or bus current).

第1波形発生部6は位置検知部5で得た回転子4aの位置情報を基にインバータ3のスイッチング素子を駆動する信号を生成する。この駆動する信号は矩形波通電を基本として、通電角を120度以上150度以下としている。ただし矩形波以外の波形でもそれに準
じる波形として立上がり/立下りに若干の傾斜を持たせた台形波であっても何ら問題ない。
The first waveform generator 6 generates a signal for driving the switching element of the inverter 3 based on the position information of the rotor 4 a obtained by the position detector 5. This driving signal is based on rectangular wave energization, and the energization angle is 120 degrees or more and 150 degrees or less. However, there is no problem even if the waveform other than the rectangular wave is a trapezoidal wave having a slight slope in the rising / falling as a waveform conforming thereto.

第1波形発生部6ではさらに回転数を一定に保つためにPWMデューティ制御を行っている。これにより回転位置に従って、最適なデューティで運転することが可能となりブラシレスDCモータを最も効率の良い運転が実現できる。   The first waveform generator 6 further performs PWM duty control in order to keep the rotation speed constant. As a result, it is possible to operate with an optimum duty according to the rotational position, and the brushless DC motor can be most efficiently operated.

速度検出部7は位置検知部5の出力信号からブラシレスDCモータ4の速度を検出する。具体的方法として一定周期で発生する位置検知部5からの信号を計測する等で簡単に検出することが出来る。   The speed detector 7 detects the speed of the brushless DC motor 4 from the output signal of the position detector 5. As a specific method, it can be easily detected by measuring a signal from the position detection unit 5 generated at a constant period.

周波数設定部8は、出力デューティを一定として周波数のみを変化させて出力するもので、周波数制限部9は周波数設定部8の周波数が上限を超えないように制限するものである。   The frequency setting unit 8 outputs only the frequency with a constant output duty, and the frequency limiting unit 9 limits the frequency of the frequency setting unit 8 so as not to exceed the upper limit.

第2波形発生部10は、周波数制限部9の出力信号と後述する電流位相検出部16の出力信号を基にインバータ3のスイッチ素子を駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は通電角が120度以上、180度未満の矩形波である。ただし台形波等、矩形波に準じた波形であっても、正弦波、あるいは正弦波に準じた歪み波形等であっても問題ない。またここでは最大デューティで駆動するとしており、90〜100%の一定デューティとしている。   The second waveform generator 10 generates a signal for driving the switch element of the inverter 3 based on the output signal of the frequency limiter 9 and the output signal of a current phase detector 16 described later. This driving signal is a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 180 degrees. However, there is no problem even if the waveform conforms to a rectangular wave such as a trapezoidal wave, or a distorted waveform conforms to a sine wave or sine wave. Here, driving is performed with the maximum duty, which is a constant duty of 90 to 100%.

切換え判定部11は速度検出部7で検出した速度により低速/高速を判断して、インバータ3を動作させる波形を第1波形発生部6か第2波形発生部10かを切り替えるものである。具体的には回転数が低速の場合、第1波形発生部6からの信号を選択し、高速の場合は第2波形発生部10からの信号を選択してインバータ3を動作させる。   The switching determination unit 11 determines low / high speed based on the speed detected by the speed detection unit 7 and switches the waveform for operating the inverter 3 between the first waveform generation unit 6 and the second waveform generation unit 10. Specifically, when the rotational speed is low, the signal from the first waveform generator 6 is selected, and when the rotational speed is high, the signal from the second waveform generator 10 is selected to operate the inverter 3.

ここで回転数が低速か高速化の判断は、速度検出部7で検出した実際の速度から判断しても構わないし、設定回転数やデューティから判断しても構わない。デューティでの判断は最大デューティ(一般的には100%)で位置検出での駆動における最高速度となるため、この条件で波形発生部を切替えることも可能である。   Here, the determination of whether the rotation speed is low or high may be determined from the actual speed detected by the speed detector 7, or may be determined from the set rotation speed or the duty. Since the determination by the duty is the maximum duty (generally 100%) and the maximum speed in driving by position detection, the waveform generation unit can be switched under this condition.

ドライブ部12は切替判定部11からの出力信号によりインバータ3のスイッチ素子(3a〜3f)を駆動する。この駆動によりインバータ3から最適な交流出力がブラシレスDCモータ4に印加出来るので回転子4aを回転させることができる。   The drive unit 12 drives the switch elements (3 a to 3 f) of the inverter 3 by the output signal from the switching determination unit 11. By this driving, an optimal AC output can be applied from the inverter 3 to the brushless DC motor 4, so that the rotor 4a can be rotated.

上限周波数設定部13は、第1波形発生部6から駆動されているときの最大回転数(デューティ100%のとき)を基に上限周波数を設定する。本実施の形態では上限周波数(即ちブラシレスDCモータの上限回転数)を、前記最大回転数の1.5倍に設定する。例えば最大回転数50r/sの場合75r/sと設定する。この上限周波数で設定した上限回転数は周波数制限部9の周波数制限に利用する。   The upper limit frequency setting unit 13 sets the upper limit frequency based on the maximum rotation speed (when the duty is 100%) when driven from the first waveform generation unit 6. In the present embodiment, the upper limit frequency (that is, the upper limit rotational speed of the brushless DC motor) is set to 1.5 times the maximum rotational speed. For example, 75 r / s is set when the maximum rotation speed is 50 r / s. The upper limit rotational speed set by this upper limit frequency is used for frequency limitation of the frequency limiting unit 9.

この上限周波数の設定は、次のように行う。周波数設定部8と第2波形発生部10による駆動を行っているとき、ブラシレスDCモータ4はインバータ3の転流に回転子4aがついていく同期モータとして運転しているため、転流に対し固定子が遅れることで、電流位相に対し誘起電圧位相が遅れた状態となっている。即ち誘起電圧位相を基準に考えると、誘起電圧位相に対しモータ電流位相が進んだ状態(即ち弱め磁束)で駆動しているため、第1波形発生部6によるデューティ100%での駆動よりも、さらに高速回転が可能となっている。しかしこの進角が大きくなると(即ち転流に対して固定子が大きく遅れてしまうと)モータは同期を外れて脱調してしまう。従ってこの脱調をおこす回転数より上限
周波数が低くなるように予め設定しておくことでモータ駆動装置の信頼性を向上している。
The upper limit frequency is set as follows. When driving by the frequency setting unit 8 and the second waveform generation unit 10, the brushless DC motor 4 is operated as a synchronous motor in which the rotor 4 a is attached to the commutation of the inverter 3, and is fixed to the commutation. Due to the delay of the child, the induced voltage phase is delayed with respect to the current phase. That is, when the induced voltage phase is considered as a reference, since the motor current phase is driven with respect to the induced voltage phase (that is, the magnetic flux is weakened), the first waveform generator 6 is driven at a duty of 100%. Furthermore, high-speed rotation is possible. However, when this advance angle becomes large (that is, when the stator is largely delayed with respect to commutation), the motor is out of synchronization and stepped out. Therefore, the reliability of the motor drive device is improved by setting the upper limit frequency in advance so as to be lower than the rotational speed at which this step-out is performed.

上限周波数変更部14は、切替判定部11により第2波形発生部10による駆動が所定時間(例えば30分間)継続した場合、強制的に切替判定部を第1波形発生部6に切り替え、上限周波数設定部13による上限周波数を再設定する。   The upper limit frequency changing unit 14 forcibly switches the switching determination unit to the first waveform generating unit 6 when the switching determination unit 11 continues driving by the second waveform generation unit 10 for a predetermined time (for example, 30 minutes). The upper limit frequency by the setting unit 13 is reset.

電流検出部15はブラシレスDCモータに流れる電流の瞬時値を検出するものであり、電流位相検出部16はブラシレスDCモータのモータ電流の位相を検出するものである。本実施の形態において電流位相検出部16は、電流センサ等で構成した電流検出部15の出力をコンパレータに入力して、ゼロクロスタイミングを検出する様にしている。なお電流検出部15は直流電流センサであっても、交流電流センサであっても、非常に小さい抵抗値の固定抵抗器等、いかなる電流検出器であっても特に構わない。   The current detector 15 detects an instantaneous value of the current flowing through the brushless DC motor, and the current phase detector 16 detects the phase of the motor current of the brushless DC motor. In the present embodiment, the current phase detection unit 16 inputs the output of the current detection unit 15 configured by a current sensor or the like to the comparator and detects the zero cross timing. The current detector 15 may be a DC current sensor, an AC current sensor, or any current detector such as a fixed resistor having a very small resistance value.

また電流位相検出の別の方法として、電流検出部15で検出した電流を、所定のサンプリング周期(例えばキャリア周期)でA/D変換を行い、電流位相検出部はA/D変換の結果から最大値や最小値、電流ゼロポイント等から電流の位相を検出することも可能である。   As another method of current phase detection, A / D conversion is performed on the current detected by the current detection unit 15 at a predetermined sampling period (for example, carrier period), and the current phase detection unit determines the maximum from the result of the A / D conversion. It is also possible to detect the phase of the current from the value, minimum value, current zero point, and the like.

次に本発明の実施の形態1における動作について説明する。   Next, the operation in Embodiment 1 of the present invention will be described.

まず、低速時の動作について説明する。図2は本発明の実施の形態1における低速時のインバータ駆動のタイミング図である。ブラシレスDCモータ4の回転数が低い場合、位置検知部5の出力により動作する第1波形発生部6からの信号により駆動され、図2に示すような動作となる。   First, the operation at low speed will be described. FIG. 2 is a timing diagram of inverter driving at low speed in Embodiment 1 of the present invention. When the rotation speed of the brushless DC motor 4 is low, the brushless DC motor 4 is driven by a signal from the first waveform generator 6 that operates according to the output of the position detector 5, and the operation is as shown in FIG.

図2において、Uはスイッチ素子3aの駆動信号、Vはスイッチ素子3cの駆動信号、Wはスイッチ素子3eの駆動信号、Xはスイッチ素子3bの駆動信号、Yはスイッチ素子3dの駆動信号、Zはスイッチ素子3fの駆動信号であり、Iu・Iv・Iwは固定子4bの各巻線のU相、V相、W相の電流を示す。低速時の駆動では、位置検知部5の信号に従って、120度毎の区間で順次転流を行っている。また上アームの駆動信号U、V、WにはPWM制御によるデューティ制御を行っている。このとき、電流波形は図2に示す様に、のこぎり波の形状の波形となる。この時は、位置検知部5の出力により最適なタイミングで転流を行っているので最も効率よくブラシレスDCモータが駆動できることとなる。   In FIG. 2, U is a drive signal for the switch element 3a, V is a drive signal for the switch element 3c, W is a drive signal for the switch element 3e, X is a drive signal for the switch element 3b, Y is a drive signal for the switch element 3d, and Z Is a drive signal for the switch element 3f, and Iu, Iv, and Iw indicate currents of U phase, V phase, and W phase of each winding of the stator 4b. In driving at low speed, commutation is performed sequentially in intervals of 120 degrees in accordance with the signal from the position detection unit 5. The upper arm drive signals U, V, and W are duty controlled by PWM control. At this time, the current waveform is a sawtooth waveform as shown in FIG. At this time, since the commutation is performed at an optimum timing based on the output of the position detector 5, the brushless DC motor can be driven most efficiently.

次に、最適な通電角について図3を用いて説明する。図3は本発明の実施の形態1における低速時の通電角=効率特性図である。図3は、実線がモータ効率、破線が回路効率、一点鎖線が総合効率(モータ効率×回路効率)を示す。図3に示すように、通電角を120度より大きくすると、モータ効率は向上する。これは通電角が広がることで、モータ電流の実効値が下がり(即ち力率が上がり)、モータの銅損減少に伴いモータ効率が上がるためである。しかしながら、回路ではスイッチング回数が増加し、スイッチングロスが増加することで、回路効率は低下する。したがって、最も総合効率のよい点が現れる。本実施の形態では、130度が最も効率の高くなるポイントであるということがいえる。   Next, the optimum energization angle will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a conduction angle = efficiency characteristic diagram at low speed in Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 3, the solid line indicates the motor efficiency, the broken line indicates the circuit efficiency, and the alternate long and short dash line indicates the total efficiency (motor efficiency × circuit efficiency). As shown in FIG. 3, when the energization angle is larger than 120 degrees, the motor efficiency is improved. This is because the effective angle of the motor current decreases (that is, the power factor increases) and the motor efficiency increases as the copper loss of the motor decreases as the conduction angle increases. However, in the circuit, the number of times of switching increases and the switching loss increases, so that the circuit efficiency decreases. Therefore, the point with the highest overall efficiency appears. In the present embodiment, it can be said that 130 degrees is the most efficient point.

次に、高速時の動作について説明する。図4は本発明の実施の形態1における高速時のインバータ駆動のタイミング図である。ブラシレスDCモータ4の回転数が高い場合、周波数設定部8の出力により動作する第2波形発生部10からの信号により駆動され、図4に示すような動作となる。   Next, the operation at high speed will be described. FIG. 4 is a timing diagram of inverter driving at high speed in the first embodiment of the present invention. When the rotation speed of the brushless DC motor 4 is high, the brushless DC motor 4 is driven by a signal from the second waveform generation unit 10 that operates according to the output of the frequency setting unit 8 and operates as shown in FIG.

図4における記号は図2と同一であるため、符号の説明は省略する。各駆動信号は周波数設定部8の出力にしたがって、所定周波数を出力するように転流を行うが、このとき導電角は120度以上180度未満とする。図4ではこの導電角を150度で示しているが、導電角を上げることによって各相の電流波形は擬似的に正弦波に近づく。   The symbols in FIG. 4 are the same as those in FIG. Each drive signal is commutated so as to output a predetermined frequency in accordance with the output of the frequency setting unit 8. At this time, the conduction angle is set to 120 degrees or more and less than 180 degrees. In FIG. 4, this conduction angle is shown as 150 degrees, but by increasing the conduction angle, the current waveform of each phase approximates a sine wave.

デューティを一定として周波数を上げていくことにで、従来に比べ大幅に回転数を上げることができる。この回転数が上がった状態ではブラシレスDCモータ4は同期モータとして運転しており、駆動周波数の上昇に伴い電流も増加する。このとき、導電角を最大180度未満まで広げることで、ピーク電流値の抑制ができ、より高い電流まで過電流保護がかからずに動作させることができる。   By increasing the frequency while keeping the duty constant, the number of revolutions can be significantly increased as compared with the prior art. In this state where the rotational speed is increased, the brushless DC motor 4 is operated as a synchronous motor, and the current increases as the drive frequency increases. At this time, by increasing the conduction angle to less than 180 degrees at the maximum, the peak current value can be suppressed, and a higher current can be operated without overcurrent protection.

ここで第2波形発生部によるスイッチング素子をオンするタイミングについて説明する。図5はブラシレスDCモータを同期駆動した時の負荷に対する位相状態を示したグラフである。図5において横軸はモータトルク、縦軸は誘起電圧位相を基準とした位相差を示し、位相が正の場合、誘起電圧位相に対して進みであることを示す。また図5の(イ)はモータ相電流、(ロ)はモータ相電圧の位相であり同期運転での安定状態を示している。低負荷状態でも電流位相が端子電圧位相より進んでいることから同期駆動でブラシレスDCモータを高速駆動しているといえる。図5に示す相電流位相と相電圧位相との関係から明確なように、負荷トルクに対して電流位相の変化は少なく端子電圧位相が直線的に変化するため、負荷トルクに応じて電流と電圧との位相差はほぼ線形に変化することが分かる。   Here, the timing for turning on the switching element by the second waveform generator will be described. FIG. 5 is a graph showing a phase state with respect to a load when the brushless DC motor is synchronously driven. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the motor torque, and the vertical axis indicates the phase difference based on the induced voltage phase. When the phase is positive, it indicates that the phase is forward with respect to the induced voltage phase. Further, (a) in FIG. 5 is the motor phase current, and (b) is the phase of the motor phase voltage, which shows a stable state in the synchronous operation. Since the current phase is ahead of the terminal voltage phase even in a low load state, it can be said that the brushless DC motor is driven at high speed by synchronous driving. As is clear from the relationship between the phase current phase and the phase voltage phase shown in FIG. 5, the change in the current phase is small with respect to the load torque, and the terminal voltage phase changes linearly. It can be seen that the phase difference between and changes substantially linearly.

先述のように同期駆動では、ブラシレスDCモータの駆動速度および負荷に応じた適切な電流および電圧位相関係で安定することである。このときの端子電圧および電流位相の関係を図6に示す。図6は負荷状態による電流と端子電圧の位相関係をd−q平面状に示したベクトル図である。   As described above, in the synchronous drive, it is stable at an appropriate current and voltage phase relationship according to the drive speed and load of the brushless DC motor. FIG. 6 shows the relationship between the terminal voltage and the current phase at this time. FIG. 6 is a vector diagram showing the phase relationship between the current and the terminal voltage depending on the load state in a dq plane.

図6に示すように同期駆動では、端子電圧ベクトルは負荷が増加したとき大きさをほぼ一定を保ちながら位相は進み方向に推移する。一方電流ベクトルは、ほぼ一定の位相を保ちながら負荷の増加に伴い大きさを変化(負荷増加に伴い、電流が増える)する。このように電圧および電流ベクトルが駆動環境(入力電圧、負荷トルク、駆動速度等)に従い適切な状態で各ベクトルの位相関係が定まる。   As shown in FIG. 6, in the synchronous drive, the phase of the terminal voltage vector changes in the advance direction while keeping the magnitude almost constant when the load increases. On the other hand, the current vector changes its magnitude as the load increases while maintaining a substantially constant phase (current increases as the load increases). In this way, the phase relationship between the vectors is determined in an appropriate state in which the voltage and current vectors are in accordance with the driving environment (input voltage, load torque, driving speed, etc.).

ここで、ある負荷状態・速度状態における位相状態の時間的変化を図7を用いて説明する。従来の技術の課題でも説明したように、同期駆動で安定した駆動状態にあるときは、図7(a)の波形(ハ)のように、相電流位相と端子電圧位相との位相差は一定に保たれ安定する。   Here, the temporal change of the phase state in a certain load state / speed state will be described with reference to FIG. As described in the problem of the prior art, when the driving state is stable by synchronous driving, the phase difference between the phase current phase and the terminal voltage phase is constant as shown by the waveform (c) in FIG. Kept stable.

一方で負荷が極端に大きい場合や、外乱等により駆動状態が不安定(回転速度の変動発生時)となった状態では、回転子の速度変動によって、誘起電圧位相を基準とした電流および端子電圧の位相が変動するが、電流位相の変動に対し端子電圧位相の変動が大きいため電流と端子電圧の位相関係も変動することになる。   On the other hand, when the load is extremely large, or when the driving state is unstable due to disturbance or the like (when fluctuations in rotational speed occur), current and terminal voltage based on the induced voltage phase due to fluctuations in the rotor speed The phase relationship between the current and the terminal voltage also varies because the variation in the terminal voltage phase is larger than the variation in the current phase.

即ち同期駆動での不安定現象が発生しているときは誘起電圧・モータ端子電圧・モータ電流の位相関係が不安定(変動)状態にあり、オープンループ駆動による成り行きでの運転では一旦不安定な位相状態に陥ったとき、負荷および速度に見合った位相関係に収束するのが困難な状態にある。従って、電流位相と端子電圧との位相差を図5に示すように負荷に見合った適切な位相関係を保つことで、同期駆動による不安定現象を抑制することが可能となる。   In other words, when an unstable phenomenon occurs in synchronous drive, the phase relationship between the induced voltage, motor terminal voltage, and motor current is in an unstable (fluctuating) state, and is unstable once in an open loop drive. When falling into a phase state, it is difficult to converge to a phase relationship commensurate with load and speed. Therefore, by maintaining the phase difference between the current phase and the terminal voltage in an appropriate phase relationship corresponding to the load as shown in FIG. 5, it is possible to suppress an unstable phenomenon due to synchronous driving.

端子電圧と相電流との位相関係を保つ方法として、本実施の形態では、端子電圧の基準位相(即ちドライブ信号の転流基準位置)と電流位相の基準点を検出して、オープンループの同期駆動における転流タイミング(一定周期の転流)を補正するようにしている。   As a method of maintaining the phase relationship between the terminal voltage and the phase current, in this embodiment, the reference phase of the terminal voltage (that is, the commutation reference position of the drive signal) and the reference point of the current phase are detected, and the open loop synchronization is performed. The commutation timing in driving (commutation with a fixed period) is corrected.

それでは、インバータ3のスイッチング素子の制御タイミングの決定方法について図8の第2波形発生部の動作を示すフローチャートを用いて説明する。   Now, a method for determining the control timing of the switching element of the inverter 3 will be described with reference to the flowchart showing the operation of the second waveform generator in FIG.

まずstep101にて特定のスイッチ素子のオンタイミングを待つ。本実施の形態ではU相上側スイッチ素子、即ちインバータ3のスイッチ素子3aのオンタイミングを待つものとする。ここでスイッチ素子3aのオンタイミングである場合、step102に進み、スイッチ素子3aのオンから電流が所定の位相になるまでの時間を計測する。本実施の形態ではU相電流を、電流センサを用いた電流検出部15で検出し、電流位相検出部は、電流が負方向から正方向に変化するゼロクロスポイントを電流位相の基準として、スイッチ素子3aのオンタイミングからU相電流が正方向に変移するタイミングまでの時間を計測する。尚、電流ゼロクロスポイントの検出には、電流センサの入力を電流の流れる向きに応じて出力が反転するように構成したコンパレータ回路に入力し、そのコンパレータ回路の出力エッジを検出するようにしている。   First, in step 101, the ON timing of a specific switch element is waited. In this embodiment, the on-timing of the U-phase upper switch element, that is, the switch element 3a of the inverter 3 is awaited. If it is the ON timing of the switch element 3a, the process proceeds to step 102, and the time from when the switch element 3a is turned on until the current reaches a predetermined phase is measured. In the present embodiment, the U-phase current is detected by the current detection unit 15 using a current sensor, and the current phase detection unit uses the zero cross point at which the current changes from the negative direction to the positive direction as a reference for the current phase. The time from the on timing of 3a to the timing at which the U-phase current changes in the positive direction is measured. In order to detect the current zero cross point, the input of the current sensor is input to a comparator circuit configured to invert the output in accordance with the direction of current flow, and the output edge of the comparator circuit is detected.

step103は計測した時間とこれまでの平均時間との差分を計算して、step104で、その差分に基づいて転流タイミングの補正量を演算する。   In step 103, the difference between the measured time and the average time so far is calculated, and in step 104, the commutation timing correction amount is calculated based on the difference.

転流タイミングの補正量とは、周波数設定部8で設定した指令速度に基づく基本転流周期に対して転流タイミングを補正するものである。従って大きな補正量を付加した場合、過電流や脱調停止の原因ともなる。したがって補正量決定おいては、ローパスフィルタ等を付加した上で補正量演算を行うことで急激な転流タイミングの変動を抑えている。これによりノイズ等の影響により電流ゼロクロス検出を失敗(誤検出)した場合でも補正量への影響を小さくすることができ、駆動安定性をより向上できる。さらに補正量演算において急激な変化を抑えることは、ブラシレスDCモータの加減速時における転流タイミングの変化に対しても緩やかになるため、指令速度が大きく変更され周波数設定部による転流周期が大幅に変わった場合でも転流タイミングの変化は緩やかになり、電流の乱れ等を抑制したスムーズな加減速性能を得ることが出来る。   The commutation timing correction amount is for correcting the commutation timing with respect to the basic commutation period based on the command speed set by the frequency setting unit 8. Therefore, when a large correction amount is added, it causes overcurrent and step-out stop. Therefore, in determining the correction amount, a sudden change in commutation timing is suppressed by performing a correction amount calculation after adding a low-pass filter or the like. As a result, even when the current zero cross detection fails (false detection) due to the influence of noise or the like, the influence on the correction amount can be reduced, and the driving stability can be further improved. Furthermore, suppressing a sudden change in the correction amount calculation also slows down the change in commutation timing during acceleration / deceleration of the brushless DC motor, so the command speed is greatly changed and the commutation cycle by the frequency setting unit is greatly increased. Even when changed to, the change in commutation timing becomes gradual, and smooth acceleration / deceleration performance with suppressed current disturbance can be obtained.

具体的には位相差を常に平均時間に近づける(位相差を平均時間に保持できる)ように転流タイミングを補正する。例えば負荷が大きくなり、回転子速度の低下により電流位相が遅れ、端子電圧基準位相から相電流基準位相までの平均時間より計測時間が長い場合、転流タイミングを伸ばす(電流位相が遅れたため計測時間が長くなったので、転流タイミングを遅らせて端子電圧位相を遅らせ、電流位相との位相差を平均時間に近づける)様に転流タイミングを補正する。或いは負荷が小さくなり、回転子の速度が上がり電流位相が進み、端子電圧基準位相から相電流位相までの平均時間より計測時間が計測時間が短くなった時は、一旦転流タイミングを短くするよう(電流位相が早くなり計測時間が短くなったので、転流タイミングを早くして端子電圧位相を進ませ、電流位相の位相差が平均時間に近づける)に補正する。   Specifically, the commutation timing is corrected so that the phase difference always approaches the average time (the phase difference can be maintained at the average time). For example, if the load increases, the current phase is delayed due to a decrease in the rotor speed, and the measurement time is longer than the average time from the terminal voltage reference phase to the phase current reference phase, the commutation timing is extended (the measurement time because the current phase was delayed). Therefore, the commutation timing is corrected so that the commutation timing is delayed to delay the terminal voltage phase, and the phase difference from the current phase is brought closer to the average time. Alternatively, when the measurement time is shorter than the average time from the terminal voltage reference phase to the phase current phase when the load is reduced, the rotor speed is increased and the current phase is advanced, the commutation timing is temporarily shortened. (Since the current phase is accelerated and the measurement time is shortened, the commutation timing is advanced to advance the terminal voltage phase, and the phase difference of the current phase approaches the average time).

さらに転流タイミングの補正は、特定相(たとえばU相上スイッチングのみ)の任意のタイミング(回転子1回転に1回など)としてその他の相の転流は、目標とする回転数に基づく転流周期で時間的に行う。これにより負荷に応じて相電流と端子電圧位相との位相関係を最適に保つことが出来、ブラシレスDCモータの駆動速度も保持できる。   Further, the commutation timing is corrected as an arbitrary timing of a specific phase (for example, only switching on the U phase) (such as once per rotation of the rotor), and the commutation of other phases is based on the target rotational speed. Perform in time by cycle. As a result, the phase relationship between the phase current and the terminal voltage phase can be optimally maintained according to the load, and the driving speed of the brushless DC motor can be maintained.

次にstep105では、step102で得た転流から電流の特定位相までの時間を加味した平均時間として演算し更新する。   Next, in step 105, it is calculated and updated as an average time taking into account the time from the commutation obtained in step 102 to the specific phase of the current.

step106では周波数設定部で設定した駆動速度を基にしたスイッチ素子の転流周期に対して、補正量を付加することで転流タイミングを決定する。尚、step101において特定のスイッチ素子(本実施の形態ではスイッチ素子3a)の転流タイミングでない場合は補正量を0としてstep106で転流タイミングを決定する。   In step 106, the commutation timing is determined by adding a correction amount to the commutation cycle of the switch element based on the driving speed set by the frequency setting unit. If it is not the commutation timing of the specific switch element (switch element 3a in the present embodiment) in step 101, the commutation timing is determined in step 106 with the correction amount set to 0.

また本実施の形態ではU相上側スイッチ素子3aのオンタイミングのみで転流周期の補正を行っているため電気角周期中に1回の補正となるが、モータ駆動装置の用途やモータのイナーシャ等を勘案して、1回転に1回の補正としても、電気角1周期に2回としても、または各スイッチ素子がオンする毎回のタイミングで行っても特に構わない。   In this embodiment, since the commutation cycle is corrected only by the ON timing of the U-phase upper switch element 3a, the correction is performed once during the electrical angle cycle. However, the application of the motor drive device, the inertia of the motor, etc. In consideration of the above, the correction may be performed once per rotation, twice in one electrical angle cycle, or at each timing when each switch element is turned on.

次に、切換え判定部11により波形発生部の切り替え動作について説明する。   Next, the switching operation of the waveform generation unit by the switching determination unit 11 will be described.

図9は本発明の実施の形態1における回転数=デューティ特性図である。   FIG. 9 is a graph showing the rotational speed = duty characteristics in the first embodiment of the present invention.

図9において、回転数50r/s以下の場合は第1波形発生部6により駆動される。デューティは回転数により自動的にフィードバック制御により最も効率のよくなるポイントに調整される。   In FIG. 9, when the rotational speed is 50 r / s or less, the first waveform generator 6 is driven. The duty is automatically adjusted to the most efficient point by feedback control according to the rotation speed.

50r/sで、デューティ100%となり、第1波形発生部6による駆動はそれ以上回転させることのできない限界に到達する。この状態において上限周波数設定部13ではこの50r/sをベースにその1.5倍の75r/sを上限周波数として設定する。周波数設定部8からの出力信号が75r/sを超えると周波数制限部9がこの上限周波数75r/sにしたがって、これ以上の周波数を出すのを防止する。50r/sから75r/sの間はデューティは固定とし回転数のみ(即ち転流周期)を上げている。   At 50 r / s, the duty becomes 100%, and the drive by the first waveform generator 6 reaches a limit that cannot be rotated any further. In this state, the upper limit frequency setting unit 13 sets 75 r / s, which is 1.5 times as high, as the upper limit frequency based on 50 r / s. When the output signal from the frequency setting unit 8 exceeds 75 r / s, the frequency limiting unit 9 is prevented from outputting higher frequency according to the upper limit frequency 75 r / s. The duty is fixed between 50 r / s and 75 r / s, and only the rotational speed (that is, the commutation cycle) is increased.

次に上限周波数変更部14の動作について説明する。冷蔵庫などの圧縮機に本装置を使用した場合、トルクを落とした高効率なモータを使うことができ、庫内温度が安定している低速回転数が必要なときは高効率の運転ができ、庫内温度が高く高速回転数が必要なときは簡単に回転数を上げることができるので本技術の応用としては最適である。このように冷蔵庫などの圧縮機に本装置を使用した場合、負荷トルクが急激に変化することは少なく比較的長い時間がかかって負荷トルクが変化する。このとき上限周波数を変える必要が生じる。   Next, the operation of the upper limit frequency changing unit 14 will be described. When this device is used in a compressor such as a refrigerator, a high-efficiency motor with reduced torque can be used, and high-efficiency operation can be performed when a low-speed rotation with a stable internal temperature is required. When the internal temperature is high and high speed rotation is required, the rotation speed can be easily increased, which is optimal for application of this technology. Thus, when this apparatus is used for a compressor such as a refrigerator, the load torque hardly changes suddenly and takes a relatively long time to change the load torque. At this time, it is necessary to change the upper limit frequency.

図10は本発明の実施の形態1における回転数とデューティのタイミング図を示す。   FIG. 10 shows a timing diagram of the rotational speed and duty in the first embodiment of the present invention.

図10において、時刻t0においてブラシレスDCモータ4は起動する。ここでは回転数指令が80r/sが指示されたものとする。ブラシレスDCモータ4にインバータ3が電力を供給し、デューティを上げていくと同時に、位置検知部5と第1波形発生部6によるフィードバックによる駆動で順次回転数もアップしていく。   In FIG. 10, the brushless DC motor 4 starts at time t0. Here, it is assumed that the rotational speed command is instructed to be 80 r / s. The inverter 3 supplies electric power to the brushless DC motor 4 to increase the duty, and at the same time, the rotational speed is sequentially increased by the driving by the feedback from the position detection unit 5 and the first waveform generation unit 6.

時刻t1においてデューティは最大の100%となり、位置検知部5と第1波形発生部6によるフィードバックによる駆動ではこれ以上回転数を上げることが出来なくなる。このときブラシレスDCモータ4の回転数は50r/sであり、この回転数をもとに上限周波数設定部13で上限周波数を1.5倍の75r/sと設定する。   At time t1, the maximum duty is 100%, and the rotational speed cannot be increased any more by the driving by feedback by the position detector 5 and the first waveform generator 6. At this time, the rotation speed of the brushless DC motor 4 is 50 r / s, and based on this rotation speed, the upper limit frequency setting unit 13 sets the upper limit frequency to 1.5 times 75 r / s.

次に切替判定部11にて、周波数設定部8と第2波形発生部10による駆動に切り替える。その後デューティは100%一定で、周波数設定部8により周波数を上げていくことでブラシレスDCモータ4の回転数を上げていく。 時刻t2において、回転数指令は80r/sが指示されてはいるが、上限周波数設定部13で決められた上限周波数は75r
/sであるので、周波数制限部9により回転数は75r/sに制限される。
Next, the switching determination unit 11 switches to driving by the frequency setting unit 8 and the second waveform generation unit 10. Thereafter, the duty is constant 100%, and the frequency setting unit 8 increases the frequency to increase the rotation speed of the brushless DC motor 4. At time t2, the rotation speed command is instructed to be 80 r / s, but the upper limit frequency determined by the upper limit frequency setting unit 13 is 75 r.
Therefore, the rotation speed is limited to 75 r / s by the frequency limiting unit 9.

次に、時刻t3(時間t3−t2は一例として30分)においては、冷蔵庫などの圧縮機に使用した場合、負荷状態が変わっている可能性があるので最高回転数の確認を行う。これは上限周波数変更部14が所定時間(本実施例の場合は30分)たったことを検出して、切替判定部11を第1波形発生回路6からの駆動に切り替える。すると回転数が下がり、通常の第1波形発生回路6から動作可能な最大の回転数が回転数検出部7から測定できることになる。   Next, at time t3 (time t3-t2 is 30 minutes as an example), when used in a compressor such as a refrigerator, the load state may be changed, so the maximum number of revolutions is confirmed. This detects that the upper limit frequency changing unit 14 has reached a predetermined time (30 minutes in the present embodiment), and switches the switching determination unit 11 to drive from the first waveform generation circuit 6. Then, the number of rotations decreases, and the maximum number of rotations operable from the normal first waveform generation circuit 6 can be measured from the rotation number detection unit 7.

本実施の形態においては、時刻t2における負荷状態に比べて、時刻t3における負荷状態は軽くなっており、最大回転数が上昇して55r/sとなっている。この結果、上限周波数設定部13で上限周波数は再設定されるが、1.5倍の82.5r/sが上限周波数として設定される。   In the present embodiment, the load state at time t3 is lighter than the load state at time t2, and the maximum rotational speed increases to 55 r / s. As a result, the upper limit frequency setting unit 13 resets the upper limit frequency, but 1.5 times 82.5 r / s is set as the upper limit frequency.

その後、同様に切替判定部11を周波数設定部8と第2波形発生部10とからの駆動に切り替えることにより、回転数を再びアップさせる。このとき指令回転数80r/sに対して上限周波数は82.5r/sであるため所望とする80r/sで運転を継続することとなる。このようにして負荷の変動に対して、一定時間ごとに負荷状態を再度検出して上限周波数の補正を行うことにより、負荷状態に応じた最適な運転が実現できる。   Thereafter, similarly, the switching determination unit 11 is switched to driving from the frequency setting unit 8 and the second waveform generation unit 10 to increase the rotational speed again. At this time, since the upper limit frequency is 82.5 r / s with respect to the command rotational speed 80 r / s, the operation is continued at a desired 80 r / s. In this way, an optimum operation according to the load state can be realized by detecting the load state again at regular intervals and correcting the upper limit frequency with respect to the load fluctuation.

次に、ブラシレスDCモータ4の構造について説明を行う。   Next, the structure of the brushless DC motor 4 will be described.

図11は、本発明の実施の形態1によるブラシレスDCモータの回転子の構造図である。   FIG. 11 is a structural diagram of the rotor of the brushless DC motor according to the first embodiment of the present invention.

回転子コア20は、0.35mmから0.5mm程度の薄い珪素鋼板を打ち抜いたものを、積み重ねたものである。4枚のマグネット21a〜21dは、逆円弧状に回転子コア20に埋め込まれている。このマグネットは通常フェライト系がよく用いられるが、ネオジなどの希土類の磁石が使われる場合は平板構造のものが使われることもある。   The rotor core 20 is formed by stacking punched thin steel sheets of about 0.35 mm to 0.5 mm. The four magnets 21a to 21d are embedded in the rotor core 20 in a reverse arc shape. This magnet is usually a ferrite type, but if a rare earth magnet such as neodymium is used, a plate structure may be used.

このような構造の回転子において、回転子中央からマグネットの中央に向かう軸をd軸、回転子中央からマグネットの間に向かう軸をq軸とすると、それぞれの軸方向のインダクタンスLd、Lqは逆突極性を有し、異なるものとなる。つまりこれは、モータとしては、マグネットの磁束によるトルク(マグネットトルク)以外に、逆突極性を利用したトルク(リラクタンストルク)を有効に使えることとなる。したがってモータとしてよりトルクが有効的に利用できることとなる。この結果、モータとしては高効率なモータとなる。   In a rotor having such a structure, assuming that the axis from the rotor center to the magnet center is the d axis and the axis between the rotor center and the magnet is the q axis, the inductances Ld and Lq in the respective axial directions are reversed. It has saliency and will be different. That is, this means that the motor can effectively use torque (reluctance torque) using reverse saliency in addition to torque (magnet torque) due to magnetic flux of the magnet. Therefore, the torque can be used more effectively as a motor. As a result, the motor is a highly efficient motor.

また、本実施の形態の制御を使用すると周波数設定部8と第2波形発生部10による駆動を行っているとき、電流は進み位相で運転するので、このリラクタンストルクが大きく利用されるようになるので、逆突極性がないモータに比べてより高回転数まで運転することができる。   Further, when the control according to the present embodiment is used, the current is operated in the leading phase when driving by the frequency setting unit 8 and the second waveform generation unit 10, so that the reluctance torque is greatly utilized. Therefore, the motor can be operated at a higher rotational speed than a motor without reverse saliency.

以上の様に本実施の形態でのブラシレスDCモータの駆動方法は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、低速では通電角が120度以上150度以下の矩形波またはそれに準じる波形を、高速では通電角が120度以上180度未満の矩形波および正弦波、またはそれらに準じる波形を、前記ブラシレスDCモータの相電流と所定の位相関係によって所定周波数で出力するとともに、デューティを一定として所定周波数のみを変化させることで、同期駆動による高速駆動時の安定性をより高めることが出来るのでモータの駆動
領域を拡張することができる。
As described above, the brushless DC motor driving method according to the present embodiment supplies power to the brushless DC motor including the rotor having the permanent magnet and the stator having the three-phase winding, and the three-phase winding. Inverter, a rectangular wave having a conduction angle of 120 ° to 150 ° at a low speed or a waveform corresponding thereto, and a rectangular wave and a sine wave having a conduction angle of 120 ° to less than 180 ° at a high speed, or a waveform corresponding thereto, Driving at a predetermined frequency according to a phase relationship with the phase current of the DC motor and changing only the predetermined frequency while keeping the duty constant makes it possible to further improve the stability during high-speed driving by synchronous driving. The area can be expanded.

また相電流位相と端子電圧位相との関係を、負荷及び速度に応じて固定するので、負荷変動や電圧変動等の外乱に対しても安定して駆動できるのでモータ駆動装置の信頼性を上げることができる。   In addition, since the relationship between the phase current phase and the terminal voltage phase is fixed according to the load and speed, it can be driven stably against disturbances such as load fluctuations and voltage fluctuations, so that the reliability of the motor drive device is improved. Can do.

また特に高負荷時の高速駆動での広角通電で、電流ピークを低く抑えることが出来るので、インバータの電流定格を下げることが可能となり、モータ駆動装置の低コスト化が図れる。   In addition, since the current peak can be kept low by wide-angle energization with high-speed driving at high load, the current rating of the inverter can be lowered, and the cost of the motor drive device can be reduced.

また低速では回転子の回転位置を検出する位置検出部を有し、ブラシレスDCモータ回転子の相対位置を位置検出部で検出しながらの速度フィードバック制御を行うのでモータ駆動装置を高効率で駆動することが出来る。   Also, at low speed, it has a position detection unit that detects the rotational position of the rotor, and speed feedback control is performed while the relative position of the brushless DC motor rotor is detected by the position detection unit, so that the motor drive device is driven with high efficiency. I can do it.

さらに低速駆動領域では、通電角が120度以上150度以下の矩形波またはそれに準じる波形(例えば台形波など)を出力することで、実効電流低下による銅損の低減と回路ロス減少と、回路のスイッチングロスの増加とがつりあう最低損失状態での運転が可能となり、最高効率での運転が可能となる。一般的に正弦波駆動はモータ効率がよいと言われるが、通電角が180度となるため、回路のスイッチング損失が増加することになり、回路を含めた総合効率では、本実施の形態での駆動方法が優位である。   Furthermore, in the low-speed drive region, by outputting a rectangular wave with an energization angle of 120 degrees or more and 150 degrees or less, or a waveform corresponding thereto (for example, a trapezoidal wave), the copper loss is reduced by reducing the effective current, the circuit loss is reduced, Operation in the lowest loss state that balances with an increase in switching loss is possible, and operation at the highest efficiency is possible. In general, sinusoidal drive is said to have good motor efficiency, but since the conduction angle is 180 degrees, the switching loss of the circuit increases. The driving method is superior.

ブラシレスDCモータ4が、回転子4aの鉄心に永久磁石21a〜21dを埋め込んでなる回転子4aであり、かつ突極性を有する回転子4aを有したものであり、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクを使うことにより、低速時の効率アップは当然のこと、高速駆動性能をさらに上げることになる。また永久磁石にネオジなどの希土類磁石を採用してマグネットトルクの割合を多くしたり、インダクタンスLd、Lqの差を大きくしてリラクタンストルクの割合を多くしたりすると、最適な通電角を変えることにより効率を上げることができる。   The brushless DC motor 4 is a rotor 4a in which permanent magnets 21a to 21d are embedded in the iron core of the rotor 4a, and has a rotor 4a having saliency. In addition to the magnet torque of the permanent magnet, By using reluctance torque due to saliency, the efficiency at low speeds is naturally increased, and the high-speed driving performance is further increased. In addition, by adopting a rare earth magnet such as neodymium as the permanent magnet to increase the ratio of magnet torque, or to increase the ratio of reluctance torque by increasing the difference between inductances Ld and Lq, the optimum conduction angle is changed. Efficiency can be increased.

また本実施の形態のモータ駆動装置を圧縮機駆動に用いることは、巻線の巻込み量を増やしトルクダウンした(即ち従来のモータ駆動装置で用いるブラシレスDCモータより最高回転数を落とした)ブラシレスDCモータを所定の高速で駆動できるので、低回転数時のデューティが従来の駆動方法より大きくできるので、モータの騒音、特にキャリア音(PWM制御の周波数に相当、例えば3kHz)もが低減でき、極めて重要な用途である。   In addition, the use of the motor driving device of the present embodiment for driving the compressor increases the winding amount of the winding and reduces the torque (that is, lowers the maximum number of rotations than the brushless DC motor used in the conventional motor driving device). Since the DC motor can be driven at a predetermined high speed, the duty at a low rotation speed can be made larger than that of the conventional driving method, so that motor noise, particularly carrier noise (equivalent to the frequency of PWM control, for example, 3 kHz) can be reduced. This is a very important application.

また、前記所定周波数の上限周波数を設定しその上限周波数以上の周波数の出力を禁止する周波数制限部9を有することで、駆動上限能力以上の回転での駆動を防止するので、高速駆動における信頼性を確保している。これによりモータ脱調等による停止で、冷蔵庫などの冷却システムの冷却が予期せず停止してしまい冷えなくなることを防止できる。   In addition, since the frequency limiting unit 9 that sets the upper limit frequency of the predetermined frequency and prohibits the output of the frequency higher than the upper limit frequency is prevented, the drive at the rotation exceeding the drive upper limit capability is prevented. Is secured. Accordingly, it is possible to prevent a cooling system such as a refrigerator from being stopped unexpectedly and not being cooled due to a stop due to motor step-out.

さらに上限周波数を第1波形発生部で出力する最大周波数によって設定する上限周波数設定部を有することで、時間経過により負荷状態が変化した場合でも、運転状況に応じた適切な最大駆動周波数の設定が可能となり、負荷状態に応じた高速駆動能力を最大限利用できる。   Furthermore, by having an upper limit frequency setting unit that sets the upper limit frequency according to the maximum frequency output by the first waveform generator, even when the load state changes over time, an appropriate maximum drive frequency can be set according to the driving situation. It becomes possible, and the high-speed drive capability according to the load state can be utilized to the maximum.

また、所定時間が経過した後、周波数設定部8からの駆動から位置検知部5からの駆動に一時的に切り替えて上限周波数を設定しなおす上限周波数変更部を有することで、時間経過により負荷状態が変化していても、適切な最高回転数に再設定できることになる。冷却システムの圧縮機の駆動では、負荷状態の変化は非常に緩やかであるため、頻繁に最高回転数を補正する必要も無く、最高回転数を時間経過によって補正することは、非常に有
効な方法である。
In addition, after a predetermined time has elapsed, by having an upper limit frequency changing unit that temporarily switches from driving from the frequency setting unit 8 to driving from the position detection unit 5 and resets the upper limit frequency, the load state is increased over time. Even if has changed, it can be reset to an appropriate maximum speed. When driving a compressor of a cooling system, the load state changes very slowly, so there is no need to frequently correct the maximum speed, and correcting the maximum speed over time is a very effective method. It is.

尚、本実施の形態において、ブラシレスDCモータは冷蔵庫の圧縮機を駆動するものとしたが、空気調和機の圧縮機を駆動する場合でも同様に、低速時の高効率駆動と高負荷高速駆動ができ、冷房時の最低負荷から暖房時の最大負荷まで幅広い駆動範囲をカバーできるとともに、特に定格以下の比較的低負荷での電力を低減することが可能である。   In this embodiment, the brushless DC motor drives the compressor of the refrigerator. However, even when driving the compressor of the air conditioner, the high-efficiency driving at low speed and the high-load high-speed driving are similarly performed. It is possible to cover a wide driving range from the lowest load during cooling to the maximum load during heating, and in particular, it is possible to reduce power at a relatively low load below the rating.

本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータの駆動領域を拡張し、高負荷高速駆動での駆動安定性を向上したものである。これによりブラシレスDCモータの負荷範囲が拡張できると共に、高効率モータを高速・高負荷で駆動できることから機器の消費電力削減が出来る。従って、自動販売機やショーケース、ヒートポンプ給湯器といった圧縮機を用いた電気機器のほか、洗濯機や掃除機、ポンプなどブラシレスDCモータを用いる様々な用途にも適用できる。   The motor drive device of the present invention extends the drive area of a brushless DC motor and improves drive stability at high load and high speed drive. As a result, the load range of the brushless DC motor can be expanded, and the high-efficiency motor can be driven at high speed and high load, so that the power consumption of the device can be reduced. Therefore, the present invention can be applied to various uses using brushless DC motors such as washing machines, vacuum cleaners, and pumps, as well as electric devices using compressors such as vending machines, showcases, and heat pump water heaters.

3 インバータ
4 ブラシレスDCモータ
5 位置検出部
6 第1波形発生部
8 周波数設定部
9 周波数制限部
10 第2波形発生部
11 切替判定部
13 上限周波数設定部
14 上限周波数変更部
16 電流位相検出部
17 圧縮機
21 冷蔵庫
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Inverter 4 Brushless DC motor 5 Position detection part 6 1st waveform generation part 8 Frequency setting part 9 Frequency restriction part 10 2nd waveform generation part 11 Switching determination part 13 Upper limit frequency setting part 14 Upper limit frequency change part 16 Current phase detection part 17 Compressor 21 Refrigerator

Claims (11)

永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記ブラシレスDCモータの電流位相を検出する電流位相検出部と、通電角が120度以上150度以下の矩形波またはそれに準じる波形を出力する第1波形発生部と、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部と、通電角が120度以上180度未満の矩形波および正弦波、またはそれらに準じる波形を前記周波数設定部で決められた所定周波数で出力する第2波形発生部と、低速では前記第1波形発生部の出力を、高速では前記第2波形発生部の出力をそれぞれ選択する切替判定部とを有し、前記第2波形発生部による駆動においては、電流位相の基準位相点から通電巻線を切換える転流までの時間を所定の時間差に収束・安定化させることで、前記ブラシレスDCモータの電流位相と電圧位相とが、駆動状態に応じて必然的に定まる位相差を安定して駆動するようにしたブラシレスDCモータの駆動装置。 A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding; an inverter for supplying power to the three-phase winding; and a current phase detecting unit for detecting a current phase of the brushless DC motor; A first waveform generator that outputs a rectangular wave with a conduction angle of 120 degrees or more and 150 degrees or less, or a waveform corresponding thereto, a frequency setting section that changes only a predetermined frequency with a constant duty, and a conduction angle of 120 degrees or more and 180 degrees less than the square wave and sine wave, or a second waveform generator for power output at a predetermined frequency determined by the waveform of the frequency setting unit based on those, the output of the first waveform generator is at a low speed, said high speed the output of the second waveform generator possess a switching determination unit for selecting each, in the drive by the second waveform generation unit, switching the conduction winding from the reference phase point of current phase By converging and stabilizing the time until commutation to a predetermined time difference, the current phase and the voltage phase of the brushless DC motor are stably driven with a phase difference that is inevitably determined according to the driving state. The brushless DC motor drive device. 永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記ブラシレスDCモータの電流位相を検出する電流位相検出部と、前記回転子の回転位置を検出する位置検出部と、低速では前記位置検出部の出力により通電角が120度以上150度未満の矩形波および正弦波またはそれらに準じる波形を所定周波数で出力して前記インバータを駆動する第1波形発生部と、高速ではデューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部と、通電角が120度以上180度未満の矩形波またはそれに準じる波形を前記周波数設定部で決められた所定周波数で出力する第2波形発生部とを有し、前記第2波形発生部による駆動においては、電流位相の基準位相点から通電巻線を切換える転流までの時間を所定の時間差に収束・安定化させることで、前記ブラシレスDCモータの電流位相と電圧位相が、駆動状態に応じて必然的に定まる位相差に安定して駆動するようにしたブラシレスDCモータの駆動装置。 A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding; an inverter for supplying power to the three-phase winding; and a current phase detecting unit for detecting a current phase of the brushless DC motor; The position detector for detecting the rotational position of the rotor and the output of the position detector at a low speed output a rectangular wave and a sine wave having a conduction angle of 120 degrees to less than 150 degrees or a waveform corresponding to them at a predetermined frequency. A first waveform generator for driving the inverter, a frequency setting unit for changing only a predetermined frequency with a constant duty at high speed, and a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform corresponding thereto. have a second waveform generator for power output at a predetermined frequency determined by the parts, it said in the driving according to the second waveform generation unit, the current phase of the reference phase By converging and stabilizing the time from commutation to switching the current winding to a predetermined time difference, the current phase and voltage phase of the brushless DC motor are stabilized to a phase difference that is inevitably determined according to the driving state. A brushless DC motor drive device. 前記ブラシレスDCモータの3相巻線の通電時間を所定のタイミングで一時的に補正することで、前記ブラシレスDCモータの巻線電流の位相と電圧の位相を、駆動速度、負荷トルク、入力電圧等の駆動状態により定まる位相関係で保持する請求項1または請求項2に記載のブラシレスDCモータの駆動装置By temporarily correcting the energization time of the three-phase winding of the brushless DC motor at a predetermined timing, the winding current phase and voltage phase of the brushless DC motor are changed to drive speed, load torque, input voltage, etc. The brushless DC motor drive device according to claim 1 , wherein the drive device is held in a phase relationship determined by a drive state of the brushless DC motor . 前記ブラシレスDCモータの三相巻線の通電する巻線の切り替えは、前記ブラシレスDCモータの巻線電流の位相を基準とした所定のタイミングで行なう請求項1から請求項3に記載のブラシレスDCモータの駆動装置4. The brushless DC motor according to claim 1 , wherein the winding to be energized in the three-phase winding of the brushless DC motor is switched at a predetermined timing with reference to the phase of the winding current of the brushless DC motor. 5. Drive device . 前記所定周波数の上限周波数を設定しその上限周波数以上の周波数の出力を禁止する周波数制限部を有する、請求項1から請求項4に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。 5. The brushless DC motor drive device according to claim 1 , further comprising a frequency limiting unit that sets an upper limit frequency of the predetermined frequency and prohibits output of a frequency equal to or higher than the upper limit frequency. 前記上限周波数を前記第1波形発生部により出力する最大周波数により設定する上限周波数設定部を有する請求項1から請求項5に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。 6. The brushless DC motor driving apparatus according to claim 1, further comprising an upper limit frequency setting unit that sets the upper limit frequency based on a maximum frequency output by the first waveform generation unit. 7. 所定時間が経過した後、前記周波数設定部による駆動から前記第1波形発生部による駆動に一時的に切り替えることで、上限周波数を設定しなおす上限周波数変更部を有する請求項1から請求項6に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。 After a predetermined time has elapsed, by switching from driving by the frequency setting unit in manner temporarily driven by the first waveform generator, claim 1 having an upper limit frequency changing unit to reset the upper limit frequency to claim 6 The brushless DC motor drive device described. ブラシレスDCモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有した請求項1から請求項7の少なくともいずれか1項に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。 8. The brushless DC motor according to claim 1 , wherein the brushless DC motor is a rotor in which a permanent magnet is embedded in an iron core of the rotor, and has a rotor having saliency. 9. Drive device. ブラシレスDCモータが圧縮機を駆動するものである請求項1から請求項8の少なくともいずれか1項に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。 The brushless DC motor driving device according to at least one of claims 1 to 8, wherein the brushless DC motor drives the compressor. 請求項に記載のブラシレスDCモータの駆動装置を用いた冷蔵庫。 A refrigerator using the brushless DC motor drive device according to claim 9 . 請求項に記載のブラシレスDCモータの駆動装置を用いた空気調和機。 An air conditioner using the brushless DC motor drive device according to claim 9 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013102656A (en) * 2011-11-10 2013-05-23 Panasonic Corp Inverter control device, electrically-driven compressor, and electric apparatus
TWI560994B (en) * 2015-07-17 2016-12-01 Anpec Electronics Corp Control apparatus for dynamically adjusting a phase switching of the dc motor and method thereof
JP6979568B2 (en) * 2017-10-27 2021-12-15 パナソニックIpマネジメント株式会社 Motor drive device and refrigerator using it
TWI683528B (en) * 2018-05-14 2020-01-21 茂達電子股份有限公司 Motor driving circuit and method thereof
CN113169652A (en) * 2018-12-17 2021-07-23 株式会社电装 DC motor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4341266B2 (en) * 2003-03-17 2009-10-07 パナソニック株式会社 Method and apparatus for driving brushless DC motor
JP4261523B2 (en) * 2004-09-03 2009-04-30 パナソニック株式会社 Motor driving apparatus and driving method
JP2008289310A (en) * 2007-05-21 2008-11-27 Panasonic Corp Motor drive and refrigerator using the same

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