JP6225457B2 - Compressor drive control device and air conditioner - Google Patents

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Description

本発明は、空気調和機などに備わる圧縮機の駆動制御装置およびこの駆動制御装置を備えた空気調和機に関し、特に、矩形波通電方式のセンサレス直流ブラシレスモータ(以下、ブラシレスDCモータという。)によって駆動制御される圧縮機の駆動制御装置および空気調和機に関するものである。   The present invention relates to a compressor drive control device provided in an air conditioner and the like, and an air conditioner including the drive control device, and more particularly, a rectangular-wave energization type sensorless DC brushless motor (hereinafter referred to as a brushless DC motor). The present invention relates to a drive control device for a compressor to be driven and an air conditioner.

従来、空気調和機などに用いられる冷凍システムにおいて、ロータリ圧縮機が広く使用され、ブラシレスDCモータの回転運動をローラの回転運動に変化させてシリンダ内の冷媒を圧縮するものが知られている。以下、図面を参照しながら、従来の圧縮機の駆動制御装置について説明する。   Conventionally, in a refrigeration system used for an air conditioner or the like, a rotary compressor is widely used, and a compressor in which a refrigerant in a cylinder is compressed by changing a rotary motion of a brushless DC motor to a rotary motion of a roller is known. Hereinafter, a conventional compressor drive control apparatus will be described with reference to the drawings.

図1は、圧縮機を矩形波通電方式(120度通電方式)の3相4極ブラシレスDCモータでセンサレス駆動させる駆動制御装置の構成図、図2は位置検出回路の詳細図である。   FIG. 1 is a configuration diagram of a drive control device that drives a compressor with a rectangular wave energization method (120-degree energization method) three-phase four-pole brushless DC motor, and FIG. 2 is a detailed diagram of a position detection circuit.

図1に示すように、圧縮機の駆動制御装置は、商用電源Eの交流電源を直流電源に変換するAC/DC変換回路12(整流回路)と、インバータ14と、位置検出回路16と、マイコン18とを有しており、ブラシレスDCモータMを備える圧縮機20を駆動制御するものである。   As shown in FIG. 1, the compressor drive control device includes an AC / DC conversion circuit 12 (rectifier circuit) that converts an AC power supply of a commercial power supply E into a DC power supply, an inverter 14, a position detection circuit 16, and a microcomputer. 18, and drives and controls the compressor 20 including the brushless DC motor M.

インバータ14は、半導体スイッチング素子(トランジスタ)14a〜14fが3相(U相、V相、W相)ブリッジ接続されており、かつ、各々のトランジスタに並列にダイオード14g〜14lが接続されている。ブラシレスDCモータMは固定子であるステータと回転子であるロータを有し、インバータ14の出力により駆動され、圧縮機20はブラシレスDCモータMにより駆動される。   In the inverter 14, semiconductor switching elements (transistors) 14 a to 14 f are three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) bridge connection, and diodes 14 g to 14 l are connected in parallel to the respective transistors. The brushless DC motor M has a stator that is a stator and a rotor that is a rotor, and is driven by the output of the inverter 14, and the compressor 20 is driven by the brushless DC motor M.

位置検出回路16は、ブラシレスDCモータMの誘起電圧からロータ(不図示)の回転位置を検出するもので、図2に示すように、抵抗16b〜16gおよびコンパレータ16aを備えている。抵抗16b〜16dの一端は、モータMのステータの各相に接続され、各抵抗16b〜16dの他端が互いに接続されている。抵抗16b〜16dの接続点とグランドとの間には抵抗16gが接続され、抵抗16b〜16dと抵抗16gの接続点がコンパレータ16aの非反転入力端子に接続されている。以下、抵抗16b〜16dと抵抗16g接続点の電圧を、仮想中性点電圧という。また、AC/DC変換回路12の正極側Vdcとグランドとの間に抵抗16eおよび抵抗16fが直列に接続され、抵抗16eおよび抵抗16fの接続点の電圧が基準電圧として、コンパレータ16aの反転入力端子に供給される。この基準電圧は、印加電圧Vdcの1/2になるように設定される。コンパレータ16aは、仮想中性点電圧と基準電圧とを比較することにより、仮想中性点電圧のゼロクロス点(すなわち、誘起電圧のゼロクロス点)を検出し、モータMのロータの位置を検出(以下、単に「位置検出」という)するための位置検出信号を出力するようになっている。   The position detection circuit 16 detects the rotational position of the rotor (not shown) from the induced voltage of the brushless DC motor M, and includes resistors 16b to 16g and a comparator 16a as shown in FIG. One ends of the resistors 16b to 16d are connected to the respective phases of the stator of the motor M, and the other ends of the resistors 16b to 16d are connected to each other. A resistor 16g is connected between a connection point of the resistors 16b to 16d and the ground, and a connection point of the resistors 16b to 16d and the resistor 16g is connected to a non-inverting input terminal of the comparator 16a. Hereinafter, the voltage at the connection point of the resistors 16b to 16d and the resistor 16g is referred to as a virtual neutral point voltage. Further, a resistor 16e and a resistor 16f are connected in series between the positive side Vdc of the AC / DC conversion circuit 12 and the ground, and the voltage at the connection point of the resistor 16e and the resistor 16f is used as a reference voltage, and an inverting input terminal of the comparator 16a. To be supplied. This reference voltage is set to be 1/2 of the applied voltage Vdc. The comparator 16a compares the virtual neutral point voltage with the reference voltage, thereby detecting the zero cross point of the virtual neutral point voltage (that is, the zero cross point of the induced voltage), and detecting the position of the rotor of the motor M (hereinafter referred to as “the rotor position of the motor M”). A position detection signal for simply “position detection” is output.

マイコン18は、図1に示すように、位置検出回路16からの位置検出信号に基づいてインバータ駆動信号を生成してインバータ14に出力する。インバータ14のU相上アーム、V相上アーム、W相上アーム、U相下アーム、V相下アーム、W相下アームはこのインバータ駆動信号に基づいて駆動される。   As shown in FIG. 1, the microcomputer 18 generates an inverter drive signal based on the position detection signal from the position detection circuit 16 and outputs the inverter drive signal to the inverter 14. The U-phase upper arm, V-phase upper arm, W-phase upper arm, U-phase lower arm, V-phase lower arm, and W-phase lower arm of inverter 14 are driven based on this inverter drive signal.

図3は、マイコンによる圧縮機駆動制御のタイミングチャートであり、上から順に、位置検出回路の仮想中性点におけるモータMの誘起電圧の波形、位置検出タイミング、通電相切換処理タイミング、インバータの上下アーム切換処理タイミング、U相上アーム、V相上アーム、W相上アーム、U相下アーム、V相下アーム、W相下アームの各駆動信号の波形がそれぞれ示してある。   FIG. 3 is a timing chart of the compressor drive control by the microcomputer. From the top, the waveform of the induced voltage of the motor M at the virtual neutral point of the position detection circuit, the position detection timing, the energized phase switching processing timing, the upper and lower of the inverter The waveforms of the drive signals of the arm switching processing timing, U-phase upper arm, V-phase upper arm, W-phase upper arm, U-phase lower arm, V-phase lower arm, and W-phase lower arm are shown.

図3に示す位置検出回路の仮想中性点におけるモータMの誘起電圧の波形の電圧値は、各相の電圧の和を3で割った値となる。従って、3相のうち1相はVdc、1相はゼロボルト、残り1相は誘起電圧が発生し、その電圧範囲はゼロからVdcまでとなるため、最大電圧は2Vdc/3、最小電圧はVdc/3となる。また、還流区間とは、通電相を切り替えた際に発生する逆起電力によってダイオード(図1の14g〜14l)に還流電流が流れる区間をいう。そして、上記のように構成した圧縮機の駆動制御装置においては、誘起電圧のゼロクロスタイミング(電圧Vdc/2を横切るタイミング)でブラシレスDCモータMの通電相を切り換える。また、ここで、立上りの誘起電圧のゼロクロスタイミングを検出するときは下側アームで、立下りの誘起電圧のゼロクロスタイミングを検出するときは上側アームで、チョッピングしていなければ、誘起電圧のゼロクロスタイミング以外に、チョッピングによっても位置検出回路16の出力信号が反転してしまうため、正しいゼロクロスタイミングを検出することができない。そこで、誘起電圧のゼロクロを検出してから次の誘起電圧のゼロクロスタイミングが来る前に、チョッピングする相の上側アーム(図1の14a、14c、14e相をスイッチング)と下側アーム(図1の14b、14d、14f相をスイッチング)を切り替えることで、立上り、立下りの誘起電圧のゼロクロスタイミングを検出可能にする。ここで、誘起電圧のゼロクロスタイミングからアーム切り替えるまでの時間Tarmは、実機検証等で予め定めることができる。   The voltage value of the waveform of the induced voltage of the motor M at the virtual neutral point of the position detection circuit shown in FIG. 3 is a value obtained by dividing the sum of the voltages of each phase by 3. Accordingly, one of the three phases is Vdc, one phase is zero volts, and the remaining one phase generates an induced voltage. The voltage range is from zero to Vdc, so the maximum voltage is 2 Vdc / 3 and the minimum voltage is Vdc / 3 Further, the reflux section refers to a section in which a reflux current flows through the diode (14g to 14l in FIG. 1) due to the back electromotive force generated when the energized phase is switched. In the compressor drive control apparatus configured as described above, the energized phase of the brushless DC motor M is switched at the zero cross timing of the induced voltage (the timing of crossing the voltage Vdc / 2). Here, when detecting the zero cross timing of the rising induced voltage, the lower arm is used. When detecting the zero cross timing of the falling induced voltage, the upper arm is used to detect the zero cross timing of the falling induced voltage. In addition, since the output signal of the position detection circuit 16 is inverted by chopping, the correct zero cross timing cannot be detected. Therefore, the upper arm of the phase to be chopped (phases 14a, 14c, and 14e in FIG. 1 are switched) and the lower arm (of FIG. By switching the 14b, 14d, and 14f phases), it is possible to detect the zero-cross timing of the rising and falling induced voltages. Here, the time Tam from the zero cross timing of the induced voltage to the arm switching can be determined in advance by actual machine verification or the like.

ところで、圧縮機の1回転の動作は、冷媒ガスの吸入工程と圧縮工程とに分かれている。図4は、圧縮機の1回転当たりの負荷特性の一例を示したものである。横軸は回転角(機械角)である。図4で示す区間とは、位置検出したタイミングから次の位置検出をするまでを1区間とし、圧縮機を駆動するモータの極数が4極の三相モータの場合、1回転で12区間となり、12回の通電相の切り替えが行なわれる。図4に示すように、圧縮機の吸入工程の中には負荷トルクがゼロの期間を含み区間中で負荷トルクがほとんど発生しない区間(図4の例では回転角0〜30°の区間。以下、負荷トルクゼロ区間ともいう)が存在する。この区間では、モータは慣性で回転を維持できるが、駆動電圧がかかるとモータの回転速度が加速してしまう。また、運転効率の向上および消費電力の抑制の観点からもモータの駆動電力が必要のない区間ではインバータのPWM(パルス幅変調)デューティは0(ゼロ)にしてインバータ14に駆動電力を供給しないようにすることが望ましい。   By the way, the operation of one rotation of the compressor is divided into a refrigerant gas suction process and a compression process. FIG. 4 shows an example of load characteristics per one rotation of the compressor. The horizontal axis is the rotation angle (mechanical angle). The section shown in FIG. 4 is one section from the position detection timing to the next position detection. In the case of a three-phase motor having four poles for driving the compressor, there are 12 sections per rotation. The energized phase is switched 12 times. As shown in FIG. 4, the compressor suction process includes a period in which the load torque is zero and a period in which the load torque is hardly generated in the section (in the example of FIG. 4, a section having a rotation angle of 0 to 30 °. , Also referred to as a zero load torque section). In this section, the motor can maintain its rotation due to inertia, but when the drive voltage is applied, the rotation speed of the motor is accelerated. Further, also from the viewpoint of improving the operation efficiency and suppressing the power consumption, the PWM (pulse width modulation) duty of the inverter is set to 0 (zero) so that the drive power is not supplied to the inverter 14 in a section where the motor drive power is not required. It is desirable to make it.

しかしながら、図2の位置検出回路16のように、仮想中性点電圧と印加電圧Vdcを1/2に分圧した基準電圧とを比較することで誘起電圧のゼロクロスタイミングを位置検出信号として出力する方式の場合には、図5(圧縮機の負荷トルクゼロ区間を含む区間を抜粋)に示すように、この負荷トルクがほとんど発生しない区間でPWMデューティを0にすると、その後の位置検出ができなくなってしまうという問題がある。   However, as in the position detection circuit 16 of FIG. 2, the zero-cross timing of the induced voltage is output as a position detection signal by comparing the virtual neutral point voltage with a reference voltage obtained by dividing the applied voltage Vdc by half. In the case of the system, as shown in FIG. 5 (extracted from the section including the zero load torque section of the compressor), if the PWM duty is set to 0 in the section where the load torque hardly occurs, the subsequent position detection cannot be performed. There is a problem of end.

より具体的には、PWMデューティを0にするとチョッピングが行なわれないため、仮想中性点電圧は、上アームがONしているときは基準電圧より高い電圧である2Vdc/3に固定され、下アームがONしているときは基準電圧より低い電圧であるVdc/3に固定されてしまう。したがって、仮想中性点電圧から、誘起電圧のゼロクロスを検出することができなくなるため次回から位置検出が行われなくなる。その結果、位置検出と同期して行われる通電相切換処理と上下アーム切換処理も行われなくなり、圧縮機の駆動制御が正常に行えなくなる。   More specifically, since chopping is not performed when the PWM duty is set to 0, the virtual neutral point voltage is fixed to 2 Vdc / 3, which is higher than the reference voltage when the upper arm is ON, When the arm is ON, it is fixed at Vdc / 3, which is a voltage lower than the reference voltage. Therefore, since it becomes impossible to detect the zero cross of the induced voltage from the virtual neutral point voltage, the position detection is not performed from the next time. As a result, the energized phase switching process and the upper / lower arm switching process performed in synchronization with the position detection are not performed, and the compressor drive control cannot be performed normally.

こうした問題に対処した従来の技術として、例えば、特許文献1〜3が知られている。特許文献1、2は、PWMデューティが0でない区間から、位置検出タイミングを推定するものである。また、特許文献3は、位置検出回路が3個のコンパレータを備えた構成となっており、PWMデューティを0にしても位置検出できるようになっている。   For example, Patent Documents 1 to 3 are known as conventional techniques that deal with such problems. Patent Documents 1 and 2 estimate position detection timing from a section where the PWM duty is not zero. In Patent Document 3, the position detection circuit includes three comparators, and the position can be detected even when the PWM duty is zero.

特開平8−312538号公報JP-A-8-31538 特開2012−65412号公報JP 2012-65412 A 国際公開第2004/042912号International Publication No. 2004/042912

しかしながら、上記の特許文献1、2の技術では、位置検出タイミングの推定が合わずに実際のタイミングが大きくずれてしまうと、最悪の場合、脱調してしまうおそれがある。また、上記の特許文献3の技術では、位置検出回路に3個のコンパレータを設ける必要があるため、コストや実装面積が増大してしまうという問題がある。   However, in the techniques of Patent Documents 1 and 2 described above, if the actual timing deviates significantly because the position detection timing is not estimated, in the worst case, there is a possibility of stepping out. Further, the technique disclosed in Patent Document 3 has a problem that the cost and the mounting area increase because it is necessary to provide three comparators in the position detection circuit.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、圧縮機の負荷トルクゼロ区間でPWMデューティを0にしてもその後の位置検出が行える低コストな圧縮機の駆動制御装置および空気調和機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides a low-cost compressor drive control device and an air conditioner capable of performing subsequent position detection even when the PWM duty is zero in a zero load torque section of the compressor. The purpose is to do.

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る圧縮機の駆動制御装置は、交流電源を直流電源に変換する整流回路と、スイッチング素子を介して前記直流電源により圧縮機の駆動源であるブラシレスDCモータをインバータ制御するインバータと、前記ブラシレスDCモータのロータの位置を検出するとともに位置検出信号を発生する位置検出回路と、前記位置検出回路からの出力をもとに前記インバータのスイッチング素子の駆動信号を生成する制御手段とを備え、前記インバータをPWM制御して前記ブラシレスDCモータの回転を制御することで前記圧縮機の駆動を制御する駆動制御装置において、前記制御手段は、前記圧縮機の運転工程中の所定の通電区間に対して位置検出から次の位置検出の前までの所定の期間はPWMデューティを0にしてチョッピングを行なわず、前記所定の期間が経過した後から前記次の位置検出までの期間はPWMデューティを最小にしてチョッピングを行なうことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a drive control device for a compressor according to the present invention includes a rectifier circuit that converts an AC power source into a DC power source, and the compressor using the DC power source via a switching element. An inverter that controls a brushless DC motor that is a driving source by inverter, a position detection circuit that detects a position of a rotor of the brushless DC motor and generates a position detection signal, and the inverter based on an output from the position detection circuit Control means for generating a drive signal for the switching element, and a drive control device for controlling the drive of the compressor by controlling the rotation of the brushless DC motor by PWM control of the inverter. a predetermined time period from the position detection for a given energization interval during operation process of the compressor before the next position detection Without chopping the WM duty to 0, the period from after a lapse the predetermined time period up to the next position detection is characterized by performing chopping with a PWM duty minimized.

また、本発明に係る他の圧縮機の駆動制御装置は、上述した発明において、前記制御手段は、前記圧縮機の運転工程中の負荷トルクゼロ区間を前記所定の通電区間として特定することを特徴とする。 In the compressor control device according to another aspect of the present invention, the control unit may specify a zero load torque section during the operation process of the compressor as the predetermined energization section. To do.

また、本発明に係る空気調和機は、上述した圧縮機の駆動制御装置を備えた空気調和機である。   Moreover, the air conditioner which concerns on this invention is an air conditioner provided with the drive control apparatus of the compressor mentioned above.

本発明によれば、圧縮機の負荷トルクがゼロとなる区間でPWMデューティを0にしてもその後の位置検出が行える低コストな圧縮機の駆動制御装置および空気調和機を提供することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to provide a low-cost compressor drive control device and an air conditioner capable of performing subsequent position detection even when the PWM duty is set to 0 in a section where the load torque of the compressor is zero. There is an effect.

図1は、本発明に係る圧縮機の駆動制御装置の構成図である。FIG. 1 is a block diagram of a compressor drive control apparatus according to the present invention. 図2は、図1の位置検出回路の詳細図である。FIG. 2 is a detailed diagram of the position detection circuit of FIG. 図3は、従来の制御手段による圧縮機駆動制御のタイミングチャートの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a timing chart of compressor drive control by the conventional control means. 図4は、圧縮機の1回転当たりの負荷特性の一例を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of load characteristics per rotation of the compressor. 図5は、従来の制御手段による圧縮機駆動制御のタイミングチャートであり、位置検出が不能となる場合の一例を説明した図である。FIG. 5 is a timing chart of compressor drive control by the conventional control means, and is a diagram illustrating an example of a case where position detection becomes impossible. 図6は、本発明に係る圧縮機の駆動制御装置の制御手段による圧縮機駆動制御のタイミングチャートである。FIG. 6 is a timing chart of compressor drive control by the control means of the compressor drive control apparatus according to the present invention. 図7は、本発明に係る圧縮機の駆動制御装置を備える空気調和機の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of an air conditioner including a compressor drive control device according to the present invention. 図8は、本発明のマイコンの構成図である。FIG. 8 is a block diagram of the microcomputer of the present invention.

以下に、本発明に係る圧縮機の駆動制御装置および空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の基本的な構成は、上述した従来のものとほぼ同様であり、従来と同一構成のものについては、同一符号を付すものとする。また、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of a compressor drive control device and an air conditioner according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The basic configuration of the present invention is substantially the same as the above-described conventional configuration, and the same configuration as the conventional configuration is denoted by the same reference numeral. Further, the present invention is not limited to the embodiments.

図7で示すように、本発明に係る圧縮機の駆動制御装置10は、空気調和機の室外機30に備わるもので、圧縮機20を駆動制御するものである。圧縮機20は、四方弁34、室外熱交換器32、膨張弁36、室内機40、室内熱交換器42およびこれらを接続する冷媒配管38とともに冷媒回路を構成する。図1および図2は、本発明に係る圧縮機の駆動制御装置10の構成図で、商用電源Eの交流電源を直流電源に変換するためのAC/DC変換回路12(整流回路)と、インバータ14と、位置検出回路16と、マイコン18(制御手段)とを有しており、ブラシレスDCモータMを備える圧縮機20を駆動制御するものである。   As shown in FIG. 7, the compressor drive control device 10 according to the present invention is provided in the outdoor unit 30 of the air conditioner and controls the drive of the compressor 20. The compressor 20 constitutes a refrigerant circuit together with the four-way valve 34, the outdoor heat exchanger 32, the expansion valve 36, the indoor unit 40, the indoor heat exchanger 42, and the refrigerant pipe 38 connecting them. FIG. 1 and FIG. 2 are block diagrams of a compressor drive control apparatus 10 according to the present invention, in which an AC / DC conversion circuit 12 (rectifier circuit) for converting an AC power source of a commercial power source E into a DC power source, and an inverter 14, a position detection circuit 16, and a microcomputer 18 (control means), and drives and controls a compressor 20 including a brushless DC motor M.

インバータ14は、半導体スイッチング素子(トランジスタ)14a〜14fが3相(U相、V相、W相)ブリッジ接続されており、かつ、各々のトランジスタに並列にダイオード14g〜14lが接続されている。ブラシレスDCモータMはインバータ14のPWM制御により駆動され、圧縮機20はブラシレスDCモータMにより駆動される。   In the inverter 14, semiconductor switching elements (transistors) 14 a to 14 f are three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) bridge connection, and diodes 14 g to 14 l are connected in parallel to the respective transistors. The brushless DC motor M is driven by PWM control of the inverter 14, and the compressor 20 is driven by the brushless DC motor M.

図2に示す位置検出回路16は、ブラシレスDCモータMの誘起電圧からロータ(不図示)の回転位置を検出するもので、抵抗16b〜16gおよびコンパレータ16aを備えている。各抵抗16b〜16dの一端は、モータMのステータの各相に接続され、各抵抗16b〜16dの他端が互いに接続されている。各抵抗16b〜16dの接続点とグランドとの間には抵抗16gが接続され、抵抗16b〜16dと抵抗16gの接続点がコンパレータ16aの非反転入力端子に接続されている。以下、この各抵抗16b〜16dと抵抗16g接続点の電圧を、仮想中性点電圧という。また、AC/DC変換回路12の正極側Vdcとグランドとの間に抵抗16eおよび抵抗16fが直列に接続され、抵抗16eおよび抵抗16fの接続点の電圧が基準電圧として、コンパレータ16aの反転入力端子に供給される。この基準電圧は、印加電圧Vdcの1/2になるように設定される。コンパレータ16aは、仮想中性点電圧と基準電圧とを比較することにより、仮想中性点電圧のゼロクロス点(すなわち、誘起電圧のゼロクロス点)を検出し、モータMのロータの位置検出するための位置検出信号を出力するようになっている。   The position detection circuit 16 shown in FIG. 2 detects the rotational position of the rotor (not shown) from the induced voltage of the brushless DC motor M, and includes resistors 16b to 16g and a comparator 16a. One end of each of the resistors 16b to 16d is connected to each phase of the stator of the motor M, and the other end of each of the resistors 16b to 16d is connected to each other. A resistor 16g is connected between a connection point of each of the resistors 16b to 16d and the ground, and a connection point of the resistors 16b to 16d and the resistor 16g is connected to a non-inverting input terminal of the comparator 16a. Hereinafter, the voltage at the connection point between the resistors 16b to 16d and the resistor 16g is referred to as a virtual neutral point voltage. Further, a resistor 16e and a resistor 16f are connected in series between the positive side Vdc of the AC / DC conversion circuit 12 and the ground, and the voltage at the connection point of the resistor 16e and the resistor 16f is used as a reference voltage, and an inverting input terminal of the comparator 16a. To be supplied. This reference voltage is set to be 1/2 of the applied voltage Vdc. The comparator 16a detects the zero cross point of the virtual neutral point voltage (that is, the zero cross point of the induced voltage) by comparing the virtual neutral point voltage with the reference voltage, and detects the position of the rotor of the motor M. A position detection signal is output.

制御手段としてのマイコン18は、図8に示すように、駆動信号生成手段18aと、負荷トルクゼロ区間判定手段18bと、デューティ0処理手段18cとから構成されている。従来技術のマイコン18は、これら18a〜18cのうち18aのみを有しており、18b、18cを備え、それらによる制御を行なうことが、本発明の特徴である。駆動信号生成手段18aは図1に示すように、位置検出回路16からの位置検出信号に基づいてインバータ駆動信号を生成してインバータ14に出力する。インバータ14のU相上アーム、V相上アーム、W相上アーム、U相下アーム、V相下アーム、W相下アームはこのインバータ駆動信号に基づいて駆動される。負荷トルクゼロ区間判定手段18bは、圧縮機の負荷トルクがゼロになる通電区間を判定する。デューティ0処理手段18cは、負荷トルクがゼロになる通電区間において、PWMデューティを0にし、所定の時間後にPWMデューティを最小にしてチョッピングを行なうものである。   As shown in FIG. 8, the microcomputer 18 as the control means includes a drive signal generation means 18a, a load torque zero section determination means 18b, and a duty 0 processing means 18c. The microcomputer 18 of the prior art has only 18a among these 18a to 18c, is provided with 18b and 18c, and it is a feature of the present invention to perform control by them. As shown in FIG. 1, the drive signal generation means 18 a generates an inverter drive signal based on the position detection signal from the position detection circuit 16 and outputs it to the inverter 14. The U-phase upper arm, V-phase upper arm, W-phase upper arm, U-phase lower arm, V-phase lower arm, and W-phase lower arm of inverter 14 are driven based on this inverter drive signal. The load torque zero section determination means 18b determines an energization section where the load torque of the compressor is zero. The duty 0 processing means 18c performs chopping by setting the PWM duty to 0 in a current-carrying section in which the load torque becomes zero and minimizing the PWM duty after a predetermined time.

ここで、上記のように構成した本発明に係る圧縮機の駆動制御装置10のマイコン18の負荷トルクゼロ区間判定手段18bは、まず前処理として、圧縮機20の運転工程中の負荷トルクゼロ区間を判定する処理を行う。この場合、予め回転数が安定するまで通常の運転をしておき、安定した状態で負荷トルクゼロ区間を判定することで、この区間を所定の区間として特定する。そのために、位置検出回路16からの位置検出信号により各区間時間を求め、最も区間時間の短い区間を負荷トルクゼロ区間と判定する。または、区間時間の変化が、減少方向に最も大きく変化している区間を最も回転速度が加速している区間と見なして、その区間を負荷トルクゼロ区間と判定してもよい。なお、一度、負荷トルクゼロ区間を判定すると、同区間は変わらないので、運転を継続する間は再度判定する必要はない。   Here, the load torque zero section determination means 18b of the microcomputer 18 of the compressor drive control apparatus 10 according to the present invention configured as described above first determines the load torque zero section during the operation process of the compressor 20 as preprocessing. Perform the process. In this case, normal operation is performed in advance until the rotational speed becomes stable, and the zero load torque section is determined in a stable state, thereby specifying this section as a predetermined section. For this purpose, each section time is obtained from the position detection signal from the position detection circuit 16, and the section with the shortest section time is determined as the zero load torque section. Alternatively, the section where the change in the section time changes most greatly in the decreasing direction may be regarded as the section where the rotational speed is accelerated most, and the section may be determined as the zero load torque section. It should be noted that once the zero load torque section is determined, the same section does not change, so it is not necessary to determine again while continuing the operation.

そして、負荷トルクゼロ区間判定手段18bで特定した負荷トルクゼロ区間に対して、デューティ0処理手段18cは、負荷トルクゼロ区間開始の位置検出から次の位置検出をする前まで所定の期間はPWMデューティを0にしてチョッピングを行なわず、所定の期間が経過した後はPWMデューティを最小にしてチョッピングを行なうことで位置検出できるように制御する。   Then, with respect to the load torque zero section specified by the load torque zero section determination means 18b, the duty 0 processing means 18c sets the PWM duty to 0 for a predetermined period from the position detection at the start of the load torque zero section until the next position detection. Control is performed so that the position can be detected by performing chopping with a minimum PWM duty after a predetermined period has elapsed without performing chopping.

この制御の内容について、図6を参照しながらより具体的に説明する。
図6は、上記の圧縮機の負荷トルクゼロ区間を含む区間を抜粋した本発明による圧縮機駆動制御のタイミングチャートであり、上から順に、圧縮機の負荷トルク特性、位置検出回路により検出される誘起電圧の波形、位置検出タイミング、通電相切換処理タイミング、インバータの上下アーム切換処理タイミング、U相上アーム、V相上アーム、W相上アーム、U相下アーム、V相下アーム、W相下アームの各駆動信号の波形がそれぞれ示してある。
The details of this control will be described more specifically with reference to FIG.
FIG. 6 is a timing chart of compressor drive control according to the present invention excerpted from the above-described section including the zero load torque section of the compressor. In order from the top, the load torque characteristics of the compressor and the induction detected by the position detection circuit. Voltage waveform, position detection timing, energized phase switching processing timing, inverter upper / lower arm switching processing timing, U phase upper arm, V phase upper arm, W phase upper arm, U phase lower arm, V phase lower arm, W phase lower The waveform of each arm drive signal is shown.

図6に示すように、まず、負荷トルクゼロ区間の一つ前の通電相で誘起電圧のゼロクロスを検出して通電相を切り換えて負荷トルクゼロ区間に入ると、誘起電圧のゼロクロスタイミングからアームを切り替えるまでの時間をTarmとし、誘起電圧のゼロクロスタイミングからの時間Tarmで、チョッピングするアームを切り換える。こうすることで、次回の誘起電圧のゼロクロスタイミングが検出可能になる。ここで、時間Tarmは、実機検証等で位置検出を取りこぼさない範囲で時間を設定する(例えば、電気角45°相当の時間)。   As shown in FIG. 6, first, when the induced voltage zero cross is detected in the energized phase immediately before the load torque zero section and the energized phase is switched to enter the load torque zero section, until the arm is switched from the zero cross timing of the induced voltage. The arm to be chopped is switched at the time Term from the zero cross timing of the induced voltage. By doing so, the next zero-cross timing of the induced voltage can be detected. Here, the time Tarm is set within a range in which position detection is not missed in actual machine verification or the like (for example, a time corresponding to an electrical angle of 45 °).

そして、負荷トルクゼロ区間の開始のゼロクロスタイミングから電気角(60−α)°(ただし、α>0)相当の時間である所定の期間T1が経過するまで、PWMデューティを0にする。そして、T1が経過したら、位置検出するためのPWMデューティを最小に設定して出力する。より具体的には、前回までの誘起電圧ゼロクロスによる位置検出タイミングに基づいて次回のゼロクロスによる位置検出タイミングを予測しておき、この次回の位置検出タイミングに到達する僅か前に、PWMデューティを0の状態から位置検出可能な最小のPWMデューティに設定し、位置検出後はPWMデューティを通常のPWM制御に戻す。なお、T1とTarmの関係は、T1≧Tarmとなるが、実際には、PWMデューティの0状態を少しでも長くするためには、T1>Tarmの方が望ましい。   Then, the PWM duty is set to zero until a predetermined period T1, which is a time corresponding to an electrical angle (60−α) ° (where α> 0), has elapsed from the zero cross timing at the start of the zero load torque section. When T1 elapses, the PWM duty for position detection is set to the minimum and output. More specifically, the position detection timing by the next zero cross is predicted based on the position detection timing by the induced voltage zero cross until the previous time, and the PWM duty is set to 0 slightly before the next position detection timing is reached. From the state, the minimum PWM duty that allows position detection is set, and after the position detection, the PWM duty is returned to normal PWM control. Although the relationship between T1 and Term is T1 ≧ Tarm, in reality, in order to make the PWM duty 0 state as long as possible, it is desirable that T1> Term.

ここで、位置検出可能な最小のデューティとは、位置検出回路16におけるコンパレータ16aの入力側の時定数や、マイコン18の入力ポートの検出可能なパルス幅から決定することができる。また、T1は電気角(60−α)°(ただし、α>0)相当の時間であり、モータ1回転前の位置検出区間時間から求めることができる。ここで、αは、実機検証等で位置検出が取りこぼさない範囲で出来るだけ小さい値となるように決定する。従って、位置検出タイミングからT1後にPWMデューティを最小に設定し、前記位置検出回路から位置検出信号を受けるまでチョッピング信号を発生させる。これによって、コンパレータが1個の位置検出回路16を使用しても、圧縮機の負荷トルクがほとんど発生しない区間においてPWMデューティを0にすることができる、従って、ブラシレスDCモータの位置検出回路に3個のコンパレータを設けないで位置検出が可能になるので、コストや実装面積が抑えられる。さらに電力消費を抑え、無駄な加速による回転ムラの防止となる。   Here, the minimum duty at which position detection is possible can be determined from the time constant on the input side of the comparator 16 a in the position detection circuit 16 and the pulse width detectable at the input port of the microcomputer 18. T1 is a time corresponding to an electrical angle (60−α) ° (where α> 0), and can be obtained from a position detection section time before one rotation of the motor. Here, α is determined to be as small as possible within a range where position detection is not missed in actual machine verification or the like. Therefore, the PWM duty is set to the minimum after T1 from the position detection timing, and the chopping signal is generated until the position detection signal is received from the position detection circuit. As a result, even if the comparator uses one position detection circuit 16, the PWM duty can be set to 0 in a section in which the load torque of the compressor hardly occurs. Therefore, the position detection circuit of the brushless DC motor has 3 Since position detection is possible without providing a single comparator, cost and mounting area can be reduced. Furthermore, power consumption is reduced, and uneven rotation due to unnecessary acceleration is prevented.

特に、空気調和機の運転を考えた場合、運転開始後ある程度温度が安定した時点で圧縮機の回転数を下げて定常運転に入るが、空気調和機の運転ではこの定常運転の時間が比較的長い。したがって、本発明のように圧縮機の工程中にPWMデューティを0にして消費電力をゼロにする区間を設けると、長期的には空気調和機の消費電力を低減できるので、省エネルギーを図る上で好ましいものとなる。   In particular, when considering the operation of an air conditioner, when the temperature stabilizes to some extent after the start of operation, the compressor rotation speed is lowered to enter the steady operation. long. Therefore, when a section in which the PWM duty is set to 0 and the power consumption is zero is provided during the compressor process as in the present invention, the power consumption of the air conditioner can be reduced in the long run, so that energy saving can be achieved. This is preferable.

なお、上記の実施の形態においてはブラシレスDCモータの極数が4極である場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、2極モータや6極モータなど任意の極数のブラシレスDCモータに対して適用可能である。また、モータ1回転中に負荷トルクゼロ区間が複数存在する場合は、それぞれの負荷トルクゼロ区間に対して本発明を適用することができる。   In the above embodiment, the case where the number of poles of the brushless DC motor is four has been described. However, the present invention is not limited to this, and the brushless of any number of poles such as a two-pole motor or a six-pole motor is used. It can be applied to a DC motor. Further, when a plurality of load torque zero sections exist during one rotation of the motor, the present invention can be applied to each load torque zero section.

以上説明したように、本発明によれば、圧縮機の負荷トルクがほとんど発生しない区間でPWMデューティを0にしてもその後の位置検出が行える低コストな圧縮機の駆動制御装置および空気調和機を提供することができる。   As described above, according to the present invention, there is provided a low-cost compressor drive control device and an air conditioner capable of performing subsequent position detection even when the PWM duty is set to 0 in a section where the load torque of the compressor hardly occurs. Can be provided.

10 圧縮機の駆動制御装置
12 AC/DC変換回路(整流回路)
14 インバータ
14a〜14f スイッチング素子(トランジスタ)
14g〜14l ダイオード
16 位置検出回路
16a コンパレータ
16b〜16g 抵抗
18 マイコン(制御手段)
18a 駆動信号生成手段
18b 負荷トルクゼロ区間判定手段
18c デューティ0処理手段
20 圧縮機
30 室外機
32 室外熱交換器
34 四方弁
36 膨張弁
40 室内機
42 室内熱交換器
M ブラシレスDCモータ
E 商用電源
10 Compressor Drive Control Device 12 AC / DC Conversion Circuit (Rectifier Circuit)
14 Inverter 14a-14f Switching element (transistor)
14g to 14l Diode 16 Position detection circuit 16a Comparator 16b to 16g Resistance 18 Microcomputer (control means)
18a Drive signal generation means 18b Load torque zero section determination means 18c Duty 0 processing means 20 Compressor 30 Outdoor unit 32 Outdoor heat exchanger 34 Four-way valve 36 Expansion valve 40 Indoor unit 42 Indoor heat exchanger M Brushless DC motor E Commercial power supply

Claims (3)

交流電源を直流電源に変換する整流回路と、スイッチング素子を介して前記直流電源により圧縮機の駆動源であるブラシレスDCモータをインバータ制御するインバータと、前記ブラシレスDCモータのロータの位置を検出するとともに位置検出信号を発生する位置検出回路と、前記位置検出回路からの出力をもとに前記インバータのスイッチング素子の駆動信号を生成する制御手段とを備え、前記インバータをPWM制御して前記ブラシレスDCモータの回転を制御することで前記圧縮機の駆動を制御する駆動制御装置において、
前記制御手段は、前記圧縮機の運転工程中の所定の通電区間に対して位置検出から次の位置検出の前までの所定の期間はPWMデューティを0にしてチョッピングを行なわず、前記所定の期間が経過した後から前記次の位置検出までの期間はPWMデューティを最小にしてチョッピングを行なうことを特徴とする圧縮機の駆動制御装置。
A rectifier circuit that converts an AC power source into a DC power source, an inverter that controls a brushless DC motor that is a driving source of a compressor by the DC power source via a switching element, and a position of a rotor of the brushless DC motor are detected. A position detection circuit for generating a position detection signal; and a control means for generating a drive signal for a switching element of the inverter based on an output from the position detection circuit. In the drive control device that controls the drive of the compressor by controlling the rotation of the compressor,
The control means for a predetermined period from the position detection for a given energization interval during operation process of the compressor before the next position detection without chopping with a PWM duty to 0, the predetermined time period A drive control apparatus for a compressor, characterized in that chopping is performed with the PWM duty being minimized during a period from the elapse of time until the next position detection .
前記制御手段は、前記圧縮機の運転工程中の負荷トルクゼロ区間を前記所定の通電区間として特定することを特徴とする請求項1に記載の圧縮機の駆動制御装置。 2. The drive control apparatus for a compressor according to claim 1, wherein the control unit specifies a load torque zero section during an operation process of the compressor as the predetermined energization section . 請求項1または2に記載の圧縮機の駆動制御装置を備えた空気調和機。   An air conditioner comprising the compressor drive control device according to claim 1.
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