JP6537716B2 - Motor drive device, motor and air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、回路部品が実装された基板を備えた電動機、当該電動機を駆動する電動機駆動装置、及び当該電動機を備えた空気調和機に関する。 The present invention relates to an electric motor provided with a substrate on which circuit components are mounted, an electric motor drive device for driving the electric motor, and an air conditioner provided with the electric motor.
空気調和機の室内機又は室外機に搭載される送風機を駆動する電動機として、下記特許文献1には、ホールIC、インバータIC、及びインバータICのスイッチング素子をパルス幅変調(Pulse Width Modulation:以下「PWM」と表記)するための制御手段であるマイコンを搭載した駆動回路基板を有する構成が開示されている。インバータICのスイッチング素子をPWM制御するには正弦波信号が必要である。電動機の制御をマイコンで実現する場合、従来の空気調和機では、正弦波信号の値をテーブルデータとして読み出して専用メモリ(Read Only Memory:以下「ROM」と表記)に記憶している。 As a motor for driving a fan mounted on an indoor unit or an outdoor unit of an air conditioner, Patent Document 1 below describes pulse width modulation (Pulse Width Modulation: hereinafter referred to as “Hall IC, inverter IC, and switching element of inverter IC A configuration is disclosed that includes a drive circuit board on which a microcomputer, which is control means for performing "PWM", is mounted. A sine wave signal is required to PWM control the switching element of the inverter IC. When the control of the motor is realized by a microcomputer, in the conventional air conditioner, the value of the sine wave signal is read as table data and stored in a dedicated memory (Read Only Memory: hereinafter referred to as “ROM”).
上述の通り、従来技術では、電動機の制御をマイコンで実現する場合、正弦波信号の値をテーブルデータとしてROMに記憶しておく必要がある。この場合、多くのROM容量が必要となり、コストが増加し、サイズが増大するという課題がある。電動機の制御を専用のIC(以下「制御IC」と称する)で実現する場合も同様のテーブルデータが必要であり、同種の課題が生ずる。 As described above, in the prior art, when the control of the motor is realized by a microcomputer, it is necessary to store the value of the sine wave signal in the ROM as table data. In this case, a large amount of ROM capacity is required, resulting in an increase in cost and size. The same table data is also required when the control of the motor is realized by a dedicated IC (hereinafter referred to as "control IC"), and the same type of problem occurs.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、PWM信号の生成に必要な信号値を保持するテーブルのサイズを小さくして、コストの増加及びサイズの増大を抑制することができる電動機及び空気調和機を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to reduce the size of a table that holds signal values necessary for generating a PWM signal, and to suppress an increase in cost and an increase in size. The purpose is to obtain an air conditioner.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る電動機駆動装置は、電動機に駆動電圧を印加する駆動素子及び駆動素子を制御するためのPWM信号を生成する制御素子を備える。制御素子は、一次関数と二次関数を用いた波形を用いてPWM信号を生成する。 In order to solve the problems described above and achieve the object, a motor drive device according to the present invention includes a drive element for applying a drive voltage to the motor and a control element for generating a PWM signal for controlling the drive element. The control element generates a PWM signal using a waveform using a linear function and a quadratic function.
本発明によれば、PWM信号の生成に必要な信号値を保持するテーブルのサイズを小さくすることができ、コストの増加及びサイズの増大を抑制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 reduce the size of a table holding signal values necessary for generating a PWM signal, and it is possible to suppress an increase in cost and an increase in size.
以下に、本発明の実施の形態に係る電動機駆動装置、電動機及び空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, a motor drive device, a motor and an air conditioner according to an embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. The present invention is not limited by the following embodiments.
実施の形態.
図1は、本実施の形態に係る電動機の断面図である。図2は、本実施の形態に係る電動機を搭載した空気調和機を示す外観図である。Embodiment.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a motor according to the present embodiment. FIG. 2 is an external view showing an air conditioner equipped with the motor according to the present embodiment.
図2に示される空気調和機300は、室内機300aと室内機300aに接続される室外機300bとを備える。室内機300aには図示を省略した室内機用ファンが搭載され、室外機300bには室外機用のファン310が搭載されている。これらのファンの駆動源には、図1に示す電動機100が用いられる。なお、図2では、本実施の形態に係る電動機の応用例として空気調和機を例示したが、空気調和機に限定されるものではなく、送風機、換気扇、工作機械などを初めとする種々の電動機器に適用することができる。
The
次に、本実施の形態に係る電動機100の構成について説明する。電動機100は、図1に示すように、主たる構成部として、モールド固定子1、回転子組立部18及びブラケット25を有して構成される。電動機100としては、インバータで駆動されるブラシレスDCモータが例示される。
Next, the configuration of
回転子組立部18の中心部には、電動機100の回転軸となるシャフト10が貫通している。電動機100のシャフト10には、電動機100の負荷が搭載される。図2に示す空気調和機であれば、室内機用のファンあるいは室外機用のファン310が負荷として搭載される。
A
モールド固定子1は、シャフト10を中心とする円筒状に形成され、固定子組立部3とモールド樹脂が充填されたモールド樹脂部2とから構成されている。
The mold stator 1 is formed in a cylindrical shape centering on the
固定子組立部3は、電動機100の構成要素のうち、固定子5と駆動回路基板4とコネクタ6とが一体に成形された部位である。駆動回路基板4には、面実装部品であるホールIC21、パワーIC22及び制御IC23が搭載されている。以後、駆動回路基板4に搭載される回路部品を適宜「駆動回路部品」と称する。駆動回路基板4は、モールド樹脂で固定子5と一体に封止されている。これにより、駆動回路基板4に搭載されるパワーIC22の放熱性が向上し、パワーIC22の最大出力が向上する。また、パワーIC22の放熱性が向上することで、電動機100の損失が低減される。ただし、駆動回路基板4等は強度的に弱い構造であるため低圧成形が望ましく、駆動回路基板4と固定子5を一体に成形するためのモールド樹脂部2に用いるモールド樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が好適である。なお、駆動回路部品の詳細については後述する。
The
モールド樹脂部2は、電動機100の外郭を構成すると共に、モールド固定子1の基板側面にてハウジング19を構成する。ハウジング19は、負荷側軸受16の外輪を取り囲んで支持する。
The
モールド樹脂部2には、ファン等の負荷が搭載される側(以下「負荷側」と称する)とは反対側(図1の右手側、以下「反負荷側」と称する)に設けられた開口部29からモールド固定子1内部へ回転子組立部18を収容可能に形成されたすり鉢状の凹部26が設けられている。なお、開口部29は、図1において、ブラケット25が設けられている部分である。ブラケット25は、例えば導電性の金属をプレス加工して製造される。
An opening provided on the
固定子5は、巻線7、固定子鉄心8及びインシュレータ9で構成され、固定子鉄心8は、厚さが0.1〜0.7mm程度の電磁鋼板が帯状に打ち抜かれ、かしめ、溶接及び接着等で積層され製作される。この帯状の固定子鉄心8は、図示を省略した複数個のティースを備え、ティースにはインシュレータ9が施される。インシュレータ9は、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PolyButylene Terephthalate:以下「PBT」と表記)等の熱可塑性樹脂を用いて固定子鉄心8と一体に又は別体で成形される。インシュレータ9が施されたティースには、集中巻の巻線7が巻回される。複数個の集中巻の巻線7を接続すると、例えば、三相のシングルY結線の巻線が形成される。但し、分布巻でもよい。
The
回転子組立部18は、電動機100の構成要素のうち、回転子15、負荷側軸受16及び反負荷側軸受17が組み合わされた部位である。
The
回転子15は、シャフト10と、シャフト10の外周部に設けられた円環状の回転子絶縁部12と、回転子絶縁部12の外周側に周設され固定子鉄心8と対向して配設された永久磁石である回転子磁石13と、シャフト10の軸線方向において、回転子磁石13と駆動回路基板4との間に設けられる位置検出用磁石11とを有して構成されている。
The
回転子15は、シャフト10を中心に回転自在であり、固定子鉄心8からの回転磁界によって回転力を得てシャフト10にトルクを伝達し、シャフト10に直接又は間接的に接続された負荷を駆動する。
The
回転子絶縁部12は、シャフト10と回転子磁石13とを絶縁すると共に、シャフト10と固定子鉄心8とを絶縁するために設けられる。回転子磁石13、シャフト10及び位置検出用磁石11は、縦型成形機により射出された回転子絶縁部12で一体的に形成される。回転子絶縁部12には、熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、PBT及びポリフェニレンサルファイド(PolyPhenylene Sulfide:以下「PPS」と表記)が例示されるが、これらPBT又はPPSにガラス充填剤を配合したものも好適である。回転子絶縁部12は、誘電体層を構成する。
The
回転子磁石13には、熱可塑性樹脂に磁性材を混合して成形された樹脂磁石、希土類磁石、又はフェライト焼結磁石が使用される。希土類磁石としては、ネオジム又はサマリウム鉄が例示される。
For the
シャフト10の軸線方向において、シャフト10の負荷側(図1の左側)には負荷側軸受16が取り付けられ、反負荷側(図1の右側)には反負荷側軸受17が取り付けられている。シャフト10は、これら負荷側軸受16及び反負荷側軸受17によって回転自在に支持される。
In the axial direction of the
負荷側軸受16は、例えば玉軸受けであり、シャフト10と一体的に回転する内輪16aと、ハウジング19の内周面に嵌め込まれる外輪16bと、これらの内外輪間に配置された複数個の転動体16cと、転動体16cを潤滑に転動させるための潤滑油(図示省略)と、潤滑油を封入するためのシール板(図示省略)とを備えて構成されている。内輪16a、外輪16b、転動体16c及びシール板は、一般に鉄などの導体性の金属で構成される。シール板は外輪16bに固定されており、外輪16bと共に回転する。なお、シール板は外輪16bとは電気的に接続されている一方で、内輪16aとは接触していない。
The load-
反負荷側軸受17も負荷側軸受16と同様に構成される。反負荷側軸受17の構成要素も負荷側軸受16の構成要素と同一もしくは同等であり、詳細な説明は省略する。
The non-load side bearing 17 is also configured similarly to the
回転子組立部18がモールド固定子1の開口部29から凹部26へ挿入された際、シャフト10に取り付けられた負荷側軸受16がハウジング19に組み込まれる。そして、負荷側軸受16側のシャフト10の一端はハウジング19を貫通し、このシャフト10には上述したファン等が取り付けられる。一方、シャフト10の他端には反負荷側軸受17が取り付けられており、ブラケット25がモールド樹脂部2の内周部へ圧入され開口部29を塞ぐようにして嵌め込まれる際、このブラケット25の内側に反負荷側軸受17が組み込まれる。
When the
駆動回路基板4には、シャフト10及び負荷側軸受16を貫通する貫通孔8aが形成されている。貫通孔8aが形成された駆動回路基板4は、インシュレータ9に保持される。駆動回路基板4は、シャフト10の軸線方向において負荷側軸受16と巻線7との間に配設され、軸線方向に対して垂直に配置される。なお、ここでいう垂直とは、シャフト10の軸線方向に対して90度である必要はなく、90度からずれていてもよい。
The
つぎに、駆動回路基板4に搭載される駆動回路部品の詳細について、図3から図7の図面を参照して説明する。図3は、図1に示す駆動回路基板4に配置される回路部品を反負荷側から視認した場合の平面図であり、図4は、同じ駆動回路基板4に配置される回路部品を負荷側から視認した場合の平面図である。図5は、駆動回路基板4におけるパワーIC22が搭載される部位の部分断面図である。図6は、駆動回路部品の電気的な接続関係を示すブロック図である。図7は、パワーIC22の内部の構成を示す回路図である。
Next, details of the drive circuit components mounted on the
図3に示すように、駆動回路基板4の反負荷側、すなわち固定子5側には、ホールIC21、パワーIC22及び制御IC23が搭載されている。ホールIC21は、回転子15の回転位置を検出するための磁極位置センサであり、ホール素子などが代表的である。制御IC23は、ホールIC21の検出情報に基づいてパワーIC22をPWM制御するためのPWM信号を生成する制御素子である。パワーIC22は、固定子5の巻線7に駆動電圧を印加する駆動素子であり、図5に示すように第1の放熱パターンである放熱パターン30を介して駆動回路基板4に搭載されている。なお、図3に示すパワーIC22は、面実装タイプであり、ホールIC21及び制御IC23と共に、片面リフロー工程にて実装可能である。また、パワーIC22と制御IC23とは駆動ICとして一体的に形成することも可能である。
As shown in FIG. 3, the
駆動回路基板4の負荷側には、図4に示すように、パワーIC22で発生した熱を放熱するための第2の放熱パターンである放熱パターン32が設けられている。パワーIC22と放熱パターン32とは、図5に示すように、パワーIC22で発生した熱を伝え易くするために熱伝導率の高い金属で形成された放熱パターン30及び熱伝導率の高い金属が注入されたスルーホール34を介して接続されている。熱伝導率の高い金属としては、銅又は銀などが例示される。なお、図3から図5に示すコネクタ6、ホールIC21、パワーIC22及び制御IC23の配置位置は一例であり、他の配置も許容されることは言うまでもない。
On the load side of the
駆動回路基板4に搭載されたホールIC21、パワーIC22及び制御IC23は、図6のように接続されて電動機100を駆動する。より詳細に説明すると、ホールIC21が検出した回転子15の位置情報を含む信号である磁極位置信号は、制御IC23に入力される。制御IC23には、回転子15の回転速度を指令するための回転数指令(「回転速度指令」とも称される)も付与される。制御IC23は、ホールIC21からの磁極位置信号及び外部からの回転数指令に基づいて、パワーIC22を制御するためのPWM信号を生成してパワーIC22に付与する。
The
パワーIC22は、図7に示すように、インバータ回路114及びアーム駆動回路116を含んで構成される。インバータ回路114は、電動機100における三相の巻線7(図1参照)を駆動する3対の上下アームのスイッチング素子114a〜114fがブリッジ接続されて構成される。スイッチング素子114a〜114fのうち、スイッチング素子114a,114dはU相の上下アームを構成し、スイッチング素子114b,114eはV相の上下アームを構成し、スイッチング素子114c,114fはW相の上下アームを構成する。
The
上下アームのスイッチング素子同士の接続点は交流端として引き出され固定子に接続される。一方、上アーム同士の接続点と下アーム同士の接続点は直流端として引き出され整流回路112に接続される。整流回路112は、商用電源110の交流電圧を直流電圧に変換してインバータ回路114に印加する。制御IC23は、上下アームのスイッチング素子114a〜114fをPWM駆動するためのPWM信号を生成してアーム駆動回路116に出力する。アーム駆動回路116には、上アームのスイッチング素子114a〜114cを駆動する上アーム駆動回路116aと、下アームのスイッチング素子114d〜114fを駆動する下アーム駆動回路116bとが設けられている。上アーム駆動回路116a及び下アーム駆動回路116bは、PWM信号に基づいて駆動対象のスイッチング素子を駆動する。スイッチング素子114a〜114fが駆動されることにより、整流回路112からの直流電圧が可変周波数の交流電圧に変換される。変換された交流電圧は、駆動回路基板4と巻線7とを電気的に接続する巻線端子24(図1参照)を介して巻線7に印加され、電動機100が駆動される。なお、以上に説明したパワーIC22及び制御IC23を、電動機100を駆動するための電動機駆動装置として構成してもよい。
The connection point between the switching elements of the upper and lower arms is drawn out as an AC end and connected to the stator. On the other hand, the connection point between the upper arms and the connection point between the lower arms are drawn out as a DC end and connected to the
次に、本実施の形態の電動機100に係る要部の構成、動作及び効果について、図8から図13の図面を参照して説明する。図8は、本実施の形態における制御IC23の内部の構成を示すブロック図であり、図9は、図8に示す擬似正弦波生成部50の内部の構成を示すブロック図であり、図10は、擬似正弦波の波形の形状を説明する図であり、図11は、擬似正弦波を使用した場合の高調波含有率の変化を示すグラフであり、図12は、図9に示す二次関数値算出部54の内部の構成を示すブロック図であり、図13は、カウンタ出力を用いて二次関数値を生成する際の生成手法を説明する図である。
Next, the configuration, operation, and effects of main parts of
制御IC23の内部には、図8に示すように、擬似正弦波生成部50及びPWM信号生成部70が含まれる。擬似正弦波生成部50は、後述する擬似正弦波を生成してPWM信号生成部70に出力する。PWM信号生成部70には、ホールIC21からの磁極位置信号が入力される。また、PWM信号生成部70の内部では、磁極位置信号に同期したキャリア波が生成される。PWM信号生成部70は、擬似正弦波とキャリア波とを比較することで、スイッチング素子114a〜114fをPWM制御するためのPWM信号を生成する。なお、PWM信号の生成手法は公知であり、ここでの更なる詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 8, the
擬似正弦波生成部50は、図9に示すように、一次関数値算出部52、二次関数値算出部54及び関数値選択部56を含む。一次関数値算出部52は、経過時間に比例して増加もしくは減少する出力値、すなわち一次関数値を生成して関数値選択部56に出力する。二次関数値算出部54は、経過時間に対し二次関数の関係となる出力値、すなわち二次関数値を生成して関数値選択部56に出力する。関数値選択部56は、一次関数値及び二次関数値を受領して何れか一方を選択して外部に出力する。
As shown in FIG. 9, the pseudo-sine
図9において、関数値選択部56の出力が擬似正弦波値となる。すなわち、擬似正弦波値は、一次関数値算出部52が生成した一次関数値及び二次関数値算出部54が生成した二次関数値のうちの何れか一方が選択された出力値である。
In FIG. 9, the output of the function
一次関数値算出部52としては、カウンタが例示される。カウンタが計算処理で使用されるクロックパルスの数をカウントし、カウントした値を出力値とすることで実現できる。また、二次関数値算出部54の構成については後述する。
As the linear function
図10には、擬似正弦波生成部50が生成した波形の様子が示されている。図10において、太実線で示す波形は二次関数値算出部54が生成した二次関数の波形であり、太破線で示す波形は一次関数値算出部52が生成した一次関数の波形である。
In FIG. 10, the appearance of the waveform generated by the pseudo sine
すなわち、図10に示す波形には、以下に示す第1の特徴がある。
(a)ゼロクロス前後の一定角度を一次関数とし、それ以外を二次関数とした擬似正弦波を生成する。That is, the waveform shown in FIG. 10 has the first feature shown below.
(A) A pseudo sine wave is generated with a constant angle before and after zero crossing as a linear function and the others as a quadratic function.
上記第1の特徴によれば、一次関数及び二次関数という簡易な関数で擬似正弦波を生成できるので、一次関数と二次関数を用いた波形を用いてPWM信号を生成できる。その結果、制御ICの回路規模を小さくすることができ、コストの増加及びサイズの増大を抑制できるという効果が得られる。また、制御ICに代えてマイコンが用いられる場合、ROM容量を小さくできるので、制御ICと同様の効果が得られる。 According to the first feature, since the pseudo sine wave can be generated by a simple function of a linear function and a quadratic function, a PWM signal can be generated using a waveform using the linear function and the quadratic function. As a result, the circuit scale of the control IC can be reduced, and an effect of suppressing an increase in cost and an increase in size can be obtained. Further, when a microcomputer is used instead of the control IC, the ROM capacity can be reduced, so that the same effect as the control IC can be obtained.
また、図10に示す波形には、以下に示す第2の特徴がある。
(b)一次関数の傾きは“1”又は“−1”、すなわち一次関数の傾きの絶対値は“1”である。
(c)一次関数と二次関数とが切り替わるときの切り替わり点のうち、C部及びF部における二次関数の微分係数は“1”であり、D部及びE部における二次関数の微分係数は、“−1”である。すなわち、一次関数と二次関数とが切り替わるときの切り替わり点における二次関数の微分係数の絶対値は、一次関数の傾きの絶対値に等しく“1”となる。
(d)二次関数のピークの絶対値(以下「ピーク値」と称する)は“1”となる。The waveform shown in FIG. 10 has the second feature shown below.
(B) The slope of the linear function is "1" or "-1", that is, the absolute value of the slope of the linear function is "1".
(C) Of the switching points when the linear function and the quadratic function are switched, the derivative of the quadratic function in the C and F parts is "1", and the derivative of the quadratic function in the D and E parts Is "-1". That is, the absolute value of the derivative of the quadratic function at the switching point when the linear function and the quadratic function are switched becomes "1" equal to the absolute value of the slope of the linear function.
(D) The absolute value of the peak of the quadratic function (hereinafter referred to as "peak value") is "1".
なお、擬似正弦波として、ピーク値が“1”以外の波形を必要とする場合、図10に示す正規化波形の値に所望のピーク値とするための倍率を乗算すればよい。例えば、ピーク値が“3”の波形を必要とする場合には、図10に示す波形の出力値全体を3倍すればよい。 When a waveform having a peak value other than “1” is required as the pseudo sine wave, the value of the normalized waveform shown in FIG. 10 may be multiplied by a scale factor to obtain a desired peak value. For example, when a waveform having a peak value of "3" is required, the entire output value of the waveform shown in FIG. 10 may be tripled.
上記第2の特徴によれば、一次関数及び二次関数という簡易な関数で擬似正弦波を生成できるので、一次関数と二次関数を用いた波形を用いてPWM信号を生成できる。その結果、制御ICの回路規模を小さくすることができ、コストの増加及びサイズの増大を抑制できるという効果が得られる。また、制御ICに代えてマイコンが用いられる場合、ROM容量を小さくできるので、制御ICと同様の効果が得られる。 According to the second feature, since the pseudo sine wave can be generated by a simple function of a linear function and a quadratic function, a PWM signal can be generated using a waveform using the linear function and the quadratic function. As a result, the circuit scale of the control IC can be reduced, and an effect of suppressing an increase in cost and an increase in size can be obtained. Further, when a microcomputer is used instead of the control IC, the ROM capacity can be reduced, so that the same effect as the control IC can be obtained.
また、図10に示す波形には、以下に示す第3の特徴がある。
(e)一次関数から二次関数及び二次関数から一次関数に切り替えるときの角度(以下「切替角」と称する)は、0°より大きく、90°より小さい任意の実数αを用いて、以下の通りに設定される。
(i)擬似正弦波の値が正のとき
・一次関数から二次関数への切替角:α
・二次関数から一次関数への切替角:180°−α
(ii)擬似正弦波の値が負のとき
・一次関数から二次関数への切替角:180°+α
・二次関数から一次関数への切替角:360°−αThe waveform shown in FIG. 10 has the third feature shown below.
(E) The angle when switching from a linear function to a quadratic function and a quadratic function to a linear function (hereinafter referred to as "switching angle") is arbitrary using any real number α greater than 0 ° and smaller than 90 ° It is set as follows.
(I) When the value of the pseudo sine wave is positive: Switching angle from linear function to quadratic function: α
・ Switching angle from quadratic function to linear function: 180 ° -α
(Ii) When the value of the pseudo sine wave is negative: Switching angle from linear function to quadratic function: 180 ° + α
・ Switching angle from quadratic function to linear function: 360 ° -α
すなわち、αを0°より大きく、90°より小さい任意の実数とするとき、擬似正弦波の波形は、0°から360°の範囲において、α及び180°+αのときに一次関数から二次関数へ切り替わり、180°−α及び360°−αのときに二次関数から一次関数へ切り替わる。 That is, when α is any real number greater than 0 ° and less than 90 °, the waveform of the pseudo-sine wave is a linear function to a quadratic function when α and 180 ° + α are in the range of 0 ° to 360 °. Switching to a linear function from a quadratic function at 180 ° -α and 360 ° -α.
上記第3の特徴によれば、図10において、角度180°の点を中心とした点対称の波形となり、且つ、角度90°及び180°を通り縦軸に平行な直線に対して線対称の波形となるので、後述する図11に示されるように、高調波含有率の小さな擬似正弦波の生成が可能となる。 According to the third feature, in FIG. 10, the waveform is point-symmetrical with respect to a point having an angle of 180 °, and is symmetrical with respect to a straight line passing through the angles 90 ° and 180 ° and parallel to the vertical axis. Because of the waveform, as shown in FIG. 11 described later, it is possible to generate a pseudo-sine wave having a small harmonic content.
図11には、切替角αをパラメータとする高調波含有率の変化が示されている。図11において、実線は全高調波歪率(Total Harmonic Distortion:以下「THD」と表記)を表し、一点鎖線は3次高調波の歪率(以下「3次の歪率」と称する)を表し、二点鎖線は5次高調波の歪率(以下「5次の歪率」と称する)を表している。また、破線は最も大きい歪率、すなわち3次の歪率と5次の歪率とで大きい方の歪率を表している。なお、THD、3次の歪率及び5次の歪率は、信号の歪みの程度を表す指標値である。THDは、高調波成分全体の基本波成分に対する比であり、3次の歪率は、3次高調波成分の基本波成分に対する比であり、5次の歪率は、5次高調波成分の基本波成分に対する比である。 FIG. 11 shows the change in the harmonic content with the switching angle α as a parameter. In FIG. 11, the solid line represents total harmonic distortion (hereinafter referred to as "THD"), and the one-dot chain line represents the third harmonic distortion (hereinafter referred to as "third distortion"). The two-dot chain line represents the distortion factor of the fifth harmonic (hereinafter referred to as "fifth-order distortion factor"). The broken line represents the largest distortion, that is, the third distortion and the fifth distortion represent the larger distortion. The THD, the third-order distortion factor, and the fifth-order distortion factor are index values that represent the degree of distortion of the signal. THD is the ratio of the entire harmonic component to the fundamental wave component, the third-order distortion factor is the ratio of the third-order harmonic component to the fundamental wave component, and the fifth-order distortion factor is the fifth-order harmonic component It is a ratio to the fundamental wave component.
なお、電動機100が三相電動機の場合、上記第1から第3の特徴を有する波形において、αを25.5°〜34°の範囲内に設定することが好ましい実施例となる。
When the
αを25.5°〜34°の範囲内に設定した場合、図11に示されるように、3次の歪率が1%未満となる。特に、三相電動機の場合、3次の騒音が出やすいことが分かっている。このため、三相電動機の場合、αを25.5°〜34°に設定すれば、3次の高調波が少ない擬似正弦波で駆動することになり、騒音を低減できるという効果が得られる。 When α is set in the range of 25.5 ° to 34 °, the third-order distortion factor is less than 1%, as shown in FIG. In particular, in the case of a three-phase motor, it is known that the third noise is likely to occur. For this reason, in the case of a three-phase motor, if α is set to 25.5 ° to 34 °, driving is performed with a pseudo-sine wave having a small third harmonic, and an effect of reducing noise can be obtained.
また、上記第1から第3の特徴を有する波形において、αを27°〜31.5°の範囲内に設定することも好ましい実施例となる。 In the waveforms having the first to third features, it is also a preferable embodiment to set α within the range of 27 ° to 31.5 °.
αを27°〜31.5°の範囲内に設定した場合、図11に示されるように、THDが1%未満となる。このため、αを27°〜31.5°の範囲内に設定した擬似正弦波を用いて電動機を駆動すれば、三相電動機に関する上記の効果に加え、3次の高調波以外の騒音を低減でき、また、運転効率も改善できるという効果が得られる。 When α is set in the range of 27 ° to 31.5 °, THD is less than 1%, as shown in FIG. For this reason, if the motor is driven using a pseudo sine wave in which α is set in the range of 27 ° to 31.5 °, noise other than the third harmonic is reduced in addition to the above-described effects of the three-phase motor. In addition, the effect of improving the operating efficiency is obtained.
また、電動機が(N×5)極のマグネット(Nは自然数)を回転子に有する電動機(以下「5N極電動機」と称する)の場合、αを13°〜22.5°の範囲内に設定することが好ましい実施例となる。 Also, in the case where the motor is a motor having a (N × 5) pole magnet (N is a natural number) in the rotor (hereinafter referred to as “5N pole motor”), α is set in the range of 13 ° to 22.5 ° Is a preferred embodiment.
αを13°〜22.5°の範囲内に設定した場合、図11に示されるように、5次の歪率が0.36%未満となる。特に、5N極電動機の場合、5次の騒音が出やすいことが分かっている。このため、5N極電動機の場合、αを13°〜22.5°に設定すれば、5次の高調波が少ない擬似正弦波で駆動することになり、騒音を低減できるという効果が得られる。 When α is set in the range of 13 ° to 22.5 °, the fifth-order distortion factor is less than 0.36%, as shown in FIG. In particular, in the case of the 5N pole motor, it is known that the fifth order noise is likely to occur. For this reason, in the case of a 5N pole motor, if α is set to 13 ° to 22.5 °, driving is performed with a pseudo sine wave having few fifth harmonics, and an effect of reducing noise can be obtained.
二次関数値算出部54としては、図12のように、カウンタ54a、加算器54b及び遅延部54cによって実現可能である。カウンタ54aは、クロックパルスの数をカウントして加算器54bに出力する。加算器54bの出力値である第1の出力値は、遅延部54cによって遅延された後に、加算器54bに戻される。遅延部54cによって遅延された第2の出力値は、加算器54bにてカウンタ54aの出力値、すなわち第1の出力値に逐次加算され、再度、遅延部54cに入力される。このとき、図13の下段部に示されるように、擬似正弦波の値が正の範囲では、カウンタ54aの出力値であるカウンタ出力値がカウントダウンする値を出力し、擬似正弦波の値が負の範囲では、カウンタ出力値がカウントアップする値を出力する。これにより、カウンタ出力値のゼロクロス点が擬似正弦波のピーク値となる図13の上段部に示す波形を生成することができる。
The quadratic function
図12に示す構成によれば、乗算器を用いていないので、演算時間の短縮化が可能となる。このため、電動機の制御を制御ICで実現する場合、制御ICの回路規模を小さくできるという効果が得られる。また、電動機の制御をマイコンで実現する場合、演算時間の短縮化が可能となるので、高価なマイコンが不要になるという効果が得られる。なお、電動機の制御の場合、逐次的な角度の正弦波値を用いることで充分である。例えば、角度分解能を1°とすれば、1°の擬似正弦波値、2°の擬似正弦波値、3°の擬似正弦波値、…、360°の擬似正弦波値といった順序で、360°までの擬似正弦波値を生成する。このように、本実施の形態に係る擬似正弦波値の生成手法は、回路部品が実装された基板を備えた電動機に有用であり、特に、空気調和機の室外機及び室内機における送風用電動機並びに空気調和機の室外機における圧縮機用電動機に用いて好適である。 According to the configuration shown in FIG. 12, since no multiplier is used, calculation time can be shortened. Therefore, when the control of the motor is realized by the control IC, an effect that the circuit scale of the control IC can be reduced can be obtained. When the control of the motor is realized by a microcomputer, the calculation time can be shortened, so that an expensive microcomputer can be eliminated. In the case of control of a motor, it is sufficient to use a sine wave value of successive angles. For example, if the angular resolution is 1 °, 360 ° in the order of 1 ° pseudo sine wave value, 2 ° pseudo sine wave value, 3 ° pseudo sine wave value, ..., 360 ° pseudo sine wave value Generate pseudo-sine wave values up to As described above, the method of generating a pseudo-sine wave value according to the present embodiment is useful for a motor provided with a substrate on which circuit components are mounted, and in particular, a blower motor for an outdoor unit and an indoor unit of an air conditioner. And it is suitable to use for a compressor motor in an outdoor unit of an air conditioner.
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration shown in the above embodiment shows an example of the content of the present invention, and can be combined with another known technique, and a configuration without departing from the scope of the present invention It is also possible to omit or change part of.
例えば、図14は、本実施の形態に係る電動機の他の例を示す側面断面図であり、図15は、図14に示す駆動回路基板4に配置される回路部品を反負荷側から視認した場合の平面図であり、図16は、図14に示す駆動回路基板4に配置される回路部品を負荷側から視認した場合の平面図である。図1では面実装部品であるパワーIC22を反負荷側に搭載していたが、図14及び図16に示すように、リードタイプ部品であるパワーIC27を負荷側に搭載している。このような構成の電動機も、本発明の要旨に含まれることは言うまでもない。リードタイプのパワーICの場合、負荷側に配置されるパワーICのみ片面フロー工程にて実装可能である。
For example, FIG. 14 is a side cross-sectional view showing another example of the motor according to the present embodiment, and FIG. 15 is a circuit component disposed on the
図17は、電動機100を駆動する駆動回路部品が電動機100に内蔵されない場合の一例を示す図であり、駆動回路部品が図2に示した室内機300a内の室内機基板320に搭載される例を示している。室内機基板320には、パワーIC22及び制御IC23が搭載されている。ホールIC21からの磁極位置信号は、制御IC23に入力される。制御IC23は、ホールIC21からの磁極位置信号及び外部からの回転数指令に基づいて、パワーIC22を制御するためのPWM信号を生成してパワーIC22に付与する。以後の動作は、上述した通りであり、ここでの詳細な説明は省略する。
FIG. 17 is a diagram showing an example where the drive circuit component for driving the
また、本実施の形態では、ホールICを備えた磁極位置センサ付き制御について説明したが、ホールICなどの磁極位置センサを備えていない、いわゆるセンサレス制御に適用可能であることは言うまでもない。 Further, although the control with the magnetic pole position sensor including the Hall IC has been described in the present embodiment, it is needless to say that the present invention can be applied to so-called sensorless control without the magnetic pole position sensor such as the Hall IC.
1 モールド固定子、2 モールド樹脂部、3 固定子組立部、4 駆動回路基板、5 固定子、6 コネクタ、7 巻線、8 固定子鉄心、8a 貫通孔、9 インシュレータ、10 シャフト、11 位置検出用磁石、12 回転子絶縁部、13 回転子磁石、15 回転子、16 負荷側軸受、16a 内輪、16b 外輪、16c 転動体、17 反負荷側軸受、18 回転子組立部、19 ハウジング、21 ホールIC(磁極位置センサ)、22 パワーIC(駆動素子:面実装部品)、23 制御IC(制御素子)、24 巻線端子、25 ブラケット、26 凹部、27 パワーIC(駆動素子:リードタイプ部品)、29 開口部、30 放熱パターン(第1の放熱パターン)、32 放熱パターン(第2の放熱パターン)、34 スルーホール、50 擬似正弦波生成部、52 一次関数値算出部、54 二次関数値算出部、54a カウンタ、54b 加算器、54c 遅延部、56 関数値選択部、70 PWM信号生成部、100 電動機、110 商用電源、112 整流回路、114 インバータ回路、114a〜114f スイッチング素子、116 アーム駆動回路、116a 上アーム駆動回路、116b 下アーム駆動回路、300 空気調和機、300a 室内機、300b 室外機、310 ファン、320 室内機基板。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 mold stator, 2 mold resin part, 3 stator assembly part, 4 drive circuit board, 5 stator, 6 connector, 7 windings, 8 stator iron core, 8a through hole, 9 insulator, 10 shaft, 11 position detection Magnets, 12 rotor insulation parts, 13 rotor magnets, 15 rotors, 16 load side bearings, 16a inner ring, 16b outer ring, 16c rolling elements, 17 non-load side bearings, 18 rotor assembly parts, 19 housings, 21 holes IC (magnetic pole position sensor), 22 power IC (drive element: surface mount component), 23 control IC (control element), 24 winding terminal, 25 bracket, 26 recess, 27 power IC (drive element: lead type component), 29 opening, 30 heat radiation pattern (first heat radiation pattern), 32 heat radiation pattern (second heat radiation pattern), 34 through holes Reference Signs List 50 pseudo sine wave generation unit, 52 linear function value calculation unit, 54 quadratic function value calculation unit, 54a counter, 54b adder, 54c delay unit, 56 function value selection unit, 70 PWM signal generation unit, 100 motor, 110 commercial Power supply, 112 rectification circuit, 114 inverter circuit, 114a to 114f switching element, 116 arm drive circuit, 116a upper arm drive circuit, 116b lower arm drive circuit, 300 air conditioner, 300a indoor unit, 300b outdoor unit, 310 fan, 320 Indoor unit board.
Claims (10)
前記電動機に駆動電圧を印加する駆動素子と、
前記駆動素子を制御するためのPWM信号を生成する制御素子と、
を備え、
前記PWM信号は、一次関数と二次関数を用いた波形を用いて生成される電動機駆動装置。 A motor drive device for driving a motor, comprising:
A drive element for applying a drive voltage to the motor;
A control element that generates a PWM signal for controlling the drive element;
Equipped with
The motor drive device wherein the PWM signal is generated using a waveform using a linear function and a quadratic function.
前記一次関数の傾きの絶対値は1であり、
前記一次関数と前記二次関数が切り替わるときの切り替わり点における前記二次関数の微分係数の絶対値は1であり、
前記二次関数のピークの絶対値は1である
請求項1に記載の電動機駆動装置。 In previous KIHA form,
The absolute value of the slope of the linear function is 1,
The absolute value of the derivative of the quadratic function at the switching point when the linear function and the quadratic function switch is 1,
The motor drive device according to claim 1, wherein an absolute value of a peak of the quadratic function is one.
前記波形は、α及び180°+αのときに前記一次関数から前記二次関数へ切り替わり、180°−α及び360°−αのときに前記二次関数から前記一次関数へ切り替わる請求項1から3の何れか1項に記載の電動機駆動装置。 Let α be any real number greater than 0 ° and less than 90 °
Before KIHA type, switching from the primary function when the alpha and 180 ° + alpha to the quadratic function, according to claim 1, from the quadratic function at 180 °-.alpha. and 360 °-.alpha. switched to the linear function The motor drive device according to any one of to 3.
前記αは、25.5°から34°の範囲内に設定されている請求項4に記載の電動機駆動装置。 The motor is a three-phase motor,
The motor drive device according to claim 4, wherein the α is set in a range of 25.5 ° to 34 °.
前記αは、13°から22.5°の範囲内に設定されている請求項4に記載の電動機駆動装置。 When N is a natural number, the motor is a 5N pole motor,
The motor drive device according to claim 4, wherein the α is set in a range of 13 ° to 22.5 °.
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