JP6706756B2 - MOTOR DRIVE DEVICE AND ELECTRIC DEVICE HAVING COMPRESSOR USING THE SAME - Google Patents

MOTOR DRIVE DEVICE AND ELECTRIC DEVICE HAVING COMPRESSOR USING THE SAME Download PDF

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Description

本発明はインバータ制御によりブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動装置および、これを用いた圧縮機を有する電気機器に関するものである。 The present invention relates to a motor drive device that drives a brushless DC motor by inverter control, and an electric device having a compressor using the motor drive device.

従来この種のブラシレスDCモータの駆動装置は、PWM(Pulse−Width−Modulation)制御の矩形波120度通電を基本としてブラシレスDCモータを駆動し、PWM制御のオンデューティが100%となったとき通電区間を120度以上に拡張することで、高速・高負荷駆動領域を拡張している(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, this type of brushless DC motor driving device drives a brushless DC motor based on 120-degree rectangular wave energization of PWM (Pulse-Width-Modulation) control, and energizes when the on-duty of PWM control becomes 100%. By extending the section to 120 degrees or more, the high-speed/high-load drive area is extended (see, for example, Patent Document 1).

図8は特許文献1に記載されたモータ駆動装置を示すものである。図8に示すように、インバータ3を構成する、各スイッチング素子3aから3fが、オフからオンに移行する際、オンタイミング制御手段103により進角制御を行い、オンからオフに移行する際は、オフタイミング制御手段104で進角制御を行わないことで、オーバーラップ通電を行う。 FIG. 8 shows a motor drive device described in Patent Document 1. As shown in FIG. 8, when each of the switching elements 3a to 3f forming the inverter 3 shifts from off to on, advance timing control is performed by the on-timing control means 103, and when shifting from on to off, The off-timing control unit 104 does not perform the advance angle control, so that the overlap energization is performed.

またモータ駆動電力が目標電力値となる様に導通角と進み角およびインバータ入力直流電圧を制御して高出力、高回転を可能としつつ低損失化している(例えば特許文献2参照)。図9は特許文献2に記載されたモータ駆動装置を示すものである。図9に示すようにブラシレスDCモータの駆動制御手段201は、駆動電力を検出する電力検出手段202と、インバータの駆動信号パターンの生成とインバータ入力電圧を設定する通電パルス信号生成手段203を有し、駆動電力が目標設定電力値に一致する様に、インバータ入力電圧値と通電角および進角を制御する。 Further, the conduction angle, the lead angle, and the inverter input DC voltage are controlled so that the motor drive power reaches the target power value, thereby enabling high output and high rotation while reducing loss (see, for example, Patent Document 2). FIG. 9 shows a motor drive device described in Patent Document 2. As shown in FIG. 9, the brushless DC motor drive control means 201 has power detection means 202 for detecting drive power, and energization pulse signal generation means 203 for generating a drive signal pattern for the inverter and setting an inverter input voltage. , The inverter input voltage value and the conduction angle and advance angle are controlled so that the drive power matches the target set power value.

特開2006−50804号公報JP, 2006-50804, A 特開2008−167525号公報JP, 2008-167525, A

しかしながら上記特許文献1の構成では、スイッチング素子のターンオンを早くしてブラシレスDCモータへの電力供給区間を120度以上に広げることで高負荷・高速駆動領域を拡張は可能となるが、低負荷・低速駆動領域に対する改善は見られず、回路およびモータ損失よりモータ駆動装置の効率が低いという課題を有していた。 However, in the configuration of Patent Document 1 described above, it is possible to expand the high-load/high-speed drive region by quickly turning on the switching element and extending the power supply section to the brushless DC motor to 120 degrees or more, but the low-load No improvement was seen in the low-speed drive region, and there was a problem that the efficiency of the motor drive device was lower than the circuit and motor loss.

また、上記特許文献2に記載の構成では、ブラシレスDCモータの負荷状態や駆動速度状態などの各駆動状態に応じて、入力電圧・通電角・進角の独立した3パラメータの選定が必要となり、開発工数の増加、駆動状態に応じた3パラメータの演算・選定等が必要となり制御の複雑化に伴う高速演算可能な演算素子の使用、あるいは駆動状態に応じて各パラメータの最適値をテーブルにした記憶素子の使用など、モータ駆動装置のコストアップが伴うという課題を有していた。 Further, in the configuration described in Patent Document 2, it is necessary to select three independent parameters of the input voltage, the conduction angle, and the advance angle according to each driving state such as the load state and the driving speed state of the brushless DC motor, Increased development man-hours, calculation/selection of 3 parameters according to driving conditions are required, and use of arithmetic elements capable of high-speed calculation accompanying control complexity, or table of optimum values of each parameter according to driving conditions There is a problem that the cost of the motor drive device is increased due to the use of the memory element.

本発明は前記従来の課題を解決するものであり、ブラシレスDCモータが低負荷・低速での駆動における装置の損失を低減し、高効率・低消費電力なモータ駆動装置を低コストで提供することを目的とする。 The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to reduce the loss of the device when the brushless DC motor is driven at low load and low speed, and to provide a motor drive device of high efficiency and low power consumption at low cost. With the goal.

前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータのロータ位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段で得られた位置信号に応じてオンまたはオフする6個のスイッチング素子で構成され、前記ブラシレスDCモータに電力を供給するインバータと、前記インバータのスイッチング素子の高周波でスイッチングによるオン期間の時比率で前記ブラシレスDCモータに供給する電圧を調節するPWM制御手段と、前記スイッチング素子のオンおよびオフさせるタイミングを制御する転流制御部とを備え、前記スイッチング素子のオンとオフのタイミングは各々独立して設定でき、前記PWM制御手段によるオン期間の時比率が100%となる様に、前記スイッチング素子のオフタミングを調整することで、前記ブラシレスDCモータの速度制御を行うものである。 In order to solve the conventional problems, a motor drive device of the present invention responds to a brushless DC motor, a position detecting unit that detects a rotor position of the brushless DC motor, and a position signal obtained by the position detecting unit. And a voltage supplied to the brushless DC motor at a time ratio of an ON period by switching at a high frequency of the switching element of the inverter, the inverter being configured by six switching elements that are turned on or off. and PWM control means for adjusting said a commutation control section for controlling the timing of on and off switching elements, can in on and off timing of each set independently of the switching element, the PWM control means when the ratio is as 100% of the on period by, by adjusting the Ofuta Lee timing of the switching element, and performs speed control of the brushless DC motor.

これによりブラシレスDCモータを低負荷・低速で駆動する際にブラシレスDCモータ固定子巻線に電力を供給する区間を狭くすることができるためPWM制御に伴うスイッチング素子のオン・オフ回数が少なくなり、インバータのスイッチング損失を抑制できる。また、高周波でのスイッチング素子のオン・オフが行われないためスイッチング損失が大幅に抑制され、回路の高効率化が可能となる。また、モータ電流にはPWM制御のオン・オフに伴う高周波電流の発生が無いためモータ鉄損低減によるモータ効率の向上もでき、モータ駆動装置の大幅な高効率化が実現できる。更に、PWM制御による高周波スイッチングに伴う高周波音の発生がなくなるため、モータ駆動装置の静音化が図れる。 As a result, when the brushless DC motor is driven at a low load and at a low speed, it is possible to narrow the section for supplying electric power to the brushless DC motor stator winding, so the number of times the switching element is turned on and off due to PWM control is reduced, The switching loss of the inverter can be suppressed. Further, since the switching element is not turned on and off at high frequencies, switching loss is significantly suppressed, and circuit efficiency can be improved. Further, since the motor current does not generate a high frequency current due to the ON/OFF of the PWM control, the motor efficiency can be improved by reducing the iron loss of the motor, and the efficiency of the motor drive device can be significantly improved. Further, since the high frequency sound is not generated due to the high frequency switching by the PWM control, the motor driving device can be made quiet.

本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータの低負荷・低速駆動時における装置の高効率・低消費電力化を図ることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The motor drive device of the present invention can achieve high efficiency and low power consumption when the brushless DC motor is driven at low load and low speed.

本発明の実施の形態1におけるモータ駆動装置のブロック図Block diagram of a motor drive device according to Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における各部の波形とタイミングチャートWaveforms and timing charts of each part in the first embodiment of the present invention スイッチング素子オフタミング調整制御開始判定フローチャートSwitching elements Ofuta Lee timing adjustment control start determination flowchart PWM制御からオフタミング調整制御への移行フローチャートMigration flowchart from PWM control to Ofuta Lee timing adjustment control オフタミング調整制御の動作を示すフローチャートFlowchart illustrating the operation of Ofuta Lee timing adjustment control ブラシレスDCモータの端子電圧波形を示す図Diagram showing terminal voltage waveform of brushless DC motor ブラシレスDCモータの相電流波形を示す図Diagram showing phase current waveform of brushless DC motor 従来のモータ駆動装置のブロック図Block diagram of conventional motor drive 従来のモータ駆動装置の制御ブロック図Control block diagram of a conventional motor drive device

第1の発明は、ブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータのロータ位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段で得られた位置信号に応じてオンまたはオフする6個のスイッチング素子で構成され、前記ブラシレスDCモータに電力を供給するインバータと、前記インバータのスイッチング素子の高周波でスイッチングによるオン期間の時比率で前記ブラシレスDCモータに供給する電圧を調節するPWM制御手段と、前記スイッチング素子のオンおよびオフさせるタイミングを制御する転流制御部とを備え、前記スイッチング素子のオンとオフのタイミングは各々独立して設定でき、前記PWM制御手段によるオン期間の時比率が100%となる様に、前記スイッチング素子のオフタミングを調整することで、前記ブラシレスDCモータの速度制御を行う。これにより前記ブラシレスDCモータが低速・低負荷で駆動する際、前記スイッチング素子のオン期間を短くでき、スイッチングの回数を減らせることが出来るので、インバータ回路の損失を抑制でき、モータ駆動装置の高効率化が図れる。
また、高周波でのスイッチング素子のオン・オフが行われないためスイッチング損失が大幅に抑制され、回路の高効率化が可能となる。また、モータ電流にはPWM制御のオン・オフに伴う高周波電流の発生が無いためモータ鉄損低減によるモータ効率の向上もでき、モータ駆動装置の大幅な高効率化が実現できる。更に、PWM制御による高周波スイッチングに伴う高周波音の発生がなくなるため、モータ駆動装置の静音化が図れる。
A first invention comprises a brushless DC motor, position detecting means for detecting a rotor position of the brushless DC motor, and six switching elements which are turned on or off according to a position signal obtained by the position detecting means. An inverter for supplying electric power to the brushless DC motor; a PWM control means for adjusting a voltage supplied to the brushless DC motor at a duty ratio of an ON period by switching at a high frequency of a switching element of the inverter; A commutation control unit for controlling the timing of turning on and off is provided, and the on and off timings of the switching element can be set independently of each other so that the duty ratio of the on period by the PWM control means becomes 100%. , by adjusting the Ofuta Lee timing of the switching element, it controls the speed of the brushless DC motor. As a result, when the brushless DC motor is driven at a low speed and a low load, the ON period of the switching element can be shortened and the number of times of switching can be reduced, so that the loss of the inverter circuit can be suppressed and the motor drive device can have a high performance. Efficiency can be improved.
Further, since the switching element is not turned on and off at high frequencies, switching loss is significantly suppressed, and circuit efficiency can be improved. Further, since the motor current does not generate a high frequency current due to the ON/OFF of the PWM control, the motor efficiency can be improved by reducing the iron loss of the motor, and the efficiency of the motor drive device can be significantly improved. Further, since the high frequency sound is not generated due to the high frequency switching by the PWM control, the motor driving device can be made quiet.

の発明は、第1の発明において、前記スイッチング素子をオン状態からオフ状態への切換えは、オフからオンへの切換えに対して、電気角0度から30度の範囲で早いタミングで行う様にしたものである。これにより、スイッチング素子のターンオフを早めた電気角1/2の進角が自動的に付加されることになり、ブラシレスDCモータへの電力供給を休止する区間がある駆動波形であっても、脱調等の発生が起こりにくい安定した駆動性能を確保することが出来る。 The second invention is, in the first invention, the switching of the switching element from ON state to the OFF state, fast Thailand timing range with respect to switching from off to on, the electrical angle 0 ° 30 ° It was done in. As a result, the advance angle of the electrical angle 1/2, which accelerates the turn-off of the switching element, is automatically added, and even if the drive waveform has a section in which the power supply to the brushless DC motor is stopped, It is possible to secure stable drive performance that is unlikely to cause tones.

の発明は、第1または第2の発明において、前記PWM制御手段による前記スイッチング素子のオン期間時比率が所定値以上となったとき、前記転流制御手段はスイッチング素子のオフをオンタイミングより進ませることにより、ブラシレスDCモータの起動直後の超低速時や、低負荷・低速駆動時ではPWM制御を併用することで安定した起動性の確保と、超低負荷、超低速時の駆動安定性が向上する。 In a third aspect based on the first or second aspect , the commutation control means turns on the switching element at an on timing when the on period duty ratio of the switching element by the PWM control means is equal to or more than a predetermined value. By advancing further, stable startability is secured by using PWM control at the ultra low speed immediately after the start of the brushless DC motor, or at the time of low load/low speed drive, and stable drive at the ultra low load and ultra low speed. The property is improved.

の発明は、第1から第のいずれかの発明のモータ駆動装置により駆動されるブラシレスDCモータが、冷凍サイクルの圧縮機を駆動するものであり、これにより本発明のモータ駆動装置によって圧縮機のCOPを向上することが出来、高効率な冷凍サイクルを提供できる。 According to a fourth aspect of the present invention, a brushless DC motor driven by the motor drive device according to any one of the first to third aspects drives a compressor of a refrigeration cycle. The COP of the compressor can be improved and a highly efficient refrigeration cycle can be provided.

の発明は、第1から第のいずれかの発明のモータ駆動装置により駆動される圧縮機を有する電気機器である。これにより高効率な冷凍サイクルにより低消費電力な電気機器が提供できるとともに、高周波スイッチングに伴う高周波数帯域の騒音が抑制され冷蔵庫の静音化が可能となる。 A fifth invention is an electric device having a compressor driven by the motor drive device according to any one of the first to fourth inventions. As a result, it is possible to provide an electric device with low power consumption by a highly efficient refrigeration cycle, and suppress noise in a high frequency band due to high frequency switching, so that the refrigerator can be quiet.

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

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるモータ駆動装置のブロック図を示すものである。
(Embodiment 1)
1 is a block diagram of a motor drive device according to a first embodiment of the present invention.

図1において、交流電源1は一般的な商用電源であり、日本国内の場合実効値100V50Hzまたは60Hzである。コンバータ回路2は交流電源1を直流電圧に変換する。図1におけるコンバータ回路2は4個のダイオードをブリッジ接続した整流回路2aとコンデンサによる平滑回路2b、出力電圧を切換えるスイッチ部2cで構成することで、出力電圧を倍電圧整流と全波整流の2段階に切り替える構成としているが、倍電圧整流出力または全波整流出力の単出力構成でも問題なく、昇圧チョッパまたは降圧チョッパを用いた構成、あるいは任意の電圧に出力を調整できる構成でも構わない。 In FIG. 1, the AC power supply 1 is a general commercial power supply, and has an effective value of 100 V 50 Hz or 60 Hz in Japan. The converter circuit 2 converts the AC power supply 1 into a DC voltage. The converter circuit 2 in FIG. 1 is composed of a rectifying circuit 2a in which four diodes are bridge-connected, a smoothing circuit 2b using a capacitor, and a switch section 2c that switches the output voltage, so that the output voltage can be double-voltage rectified or full-wave rectified Although the configuration is switched to the step, a single output configuration of a double voltage rectified output or a full wave rectified output may be used without any problem, and a configuration using a step-up chopper or a step-down chopper or a configuration capable of adjusting the output to an arbitrary voltage may be used.

インバータ3は6個のスイッチング素子3a〜3fで構成され、本実施の形態ではMOSFETを用いる。そして、各スイッチング素子を3相ブリッジ接続し、任意のスイッチング素子のオン/オフを切り替えることで、入力直流電圧を3相交流電圧に変換する。 The inverter 3 is composed of six switching elements 3a to 3f, and MOSFETs are used in this embodiment. Then, each switching element is connected in a three-phase bridge and by switching on/off of an arbitrary switching element, the input DC voltage is converted into a three-phase AC voltage.

ブラシレスDCモータ4は3相巻線を有する固定子と永久磁石を有する回転子により構成され、インバータ3からの3相交流電力により駆動される。 The brushless DC motor 4 is composed of a stator having a three-phase winding and a rotor having a permanent magnet, and is driven by the three-phase AC power from the inverter 3.

位置検出手段5はブラシレスDCモータの磁極位置を検出するものであり、本発明の実施の形態1ではモータ端子電圧から、回転子の回転により固定子巻線に発生する誘起電圧の位相(ゼロクロスポイント)を検出するが、ホールIC等の位置センサを用いる方法や、電流センサ等による電流検出方法等でも構わない。 The position detecting means 5 detects the magnetic pole position of the brushless DC motor. In the first embodiment of the present invention, the phase of the induced voltage generated in the stator winding by the rotation of the rotor (zero cross point ) Is detected, a method using a position sensor such as a Hall IC or a current detecting method using a current sensor may be used.

速度検出手段6は位置検出手段5の出力信号からブラシレスDCモータの駆動速度を検出するものであり、本実施の形態ではブラシレスDCモータ回転子の回転により固定子巻
線に生じる誘起電圧ゼロクロス周期を基に算出する。
The speed detecting means 6 detects the drive speed of the brushless DC motor from the output signal of the position detecting means 5. In the present embodiment, the induced voltage zero-cross cycle generated in the stator winding by the rotation of the brushless DC motor rotor is detected. Calculate based on

誤差検出手段7は、速度検出手段6により得たブラシレスDCモータ4の駆動速度と目標速度との差を検出する。 The error detection means 7 detects the difference between the drive speed of the brushless DC motor 4 obtained by the speed detection means 6 and the target speed.

転流制御部8は位置検出手段5からの信号を基に、前記ブラシレスDCモータ固定子巻線に電気角90度以上150度以下の範囲で電力供給する相を設定する。また転流制御部8はスイッチング素子3a〜3fをターンオンおよびターンオフするタミングを設定するオンタイミング制御部9と、オフタイミング制御部10とを有しているため、インバータ3のスイッチング素子のオン、オフのそれぞれのタイミングを個別に設定することができる。 The commutation control unit 8 sets a phase for supplying electric power to the brushless DC motor stator winding in the range of electrical angle of 90 degrees to 150 degrees based on the signal from the position detection means 5. The commutation control unit 8 and the on-timing control section 9 for setting a Thai when to turn on and off the switching elements 3a to 3f, because it has a OFF timing controller 10, on the switching elements of the inverter 3 It is possible to individually set the timings of turning off and off.

PWM制御手段11は、インバータの3相交流出力をPWM制御により出力電圧を調節し、ブラシレスDCモータ4が目標速度で駆動するように制御する。ここで『ブラシレスDCモータ巻線への電力供給区間最低電気角』を『電気角120度』で除した値より大きいPWMオン時間時比率で駆動している場合、PWM制御手段は時比率が100%となる様にオフタイミング制御部10はスイッチング素子のターンオフタイミングを早く行っていく。 The PWM control means 11 adjusts the output voltage of the three-phase AC output of the inverter by PWM control and controls the brushless DC motor 4 to drive at the target speed. Here, when the PWM on-time duty ratio is larger than the value obtained by dividing the “minimum electrical angle of the power supply section to the brushless DC motor winding” by the “electrical angle of 120 degrees”, the PWM control means has a duty ratio of 100. The off-timing controller 10 accelerates the turn-off timing of the switching element so that the percentage becomes %.

ターンオフタイミングの変更は、ブラシレスDCモータの動作状態への急激な変化を防ぐため、徐々に早めて行くことが望ましいが、1度の制御周期で行っても特に問題ない。尚、PWM制御手段11によるオン時間時比率の調整によるブラシレスDCモータ4の速度制御は、ブラシレスDCモータ4の起動時等の非常に駆動速度が低い場合、あるいは駆動負荷が小さい場合としている。それ以外の状態では、PWM制御手段11はオン時間時比率が100%となるように、転流制御部8によるスイッチング素子のオフタイミングを調整してブラシレスDCモータ4の速度制御を行う。 It is desirable to change the turn-off timing gradually in order to prevent a sudden change in the operating state of the brushless DC motor, but there is no particular problem even if it is performed in one control cycle. The speed control of the brushless DC motor 4 by adjusting the ON time ratio by the PWM control means 11 is performed when the driving speed is very low when the brushless DC motor 4 is started, or when the driving load is small. In other states, the PWM control means 11 controls the speed of the brushless DC motor 4 by adjusting the OFF timing of the switching element by the commutation control unit 8 so that the ON time ratio becomes 100%.

波形合成部12はPWM制御手段11により生成したPWM信号と転流制御部8により生成した信号を合成し、合成した信号を基にドライブ手段13によりインバータ3の各スイッチング素子3a〜3fをオンまたはオフ状態にして、任意の3相交流電圧を生成しブラシレスDCモータ4に供給し駆動する。 The waveform synthesizing unit 12 synthesizes the PWM signal generated by the PWM control unit 11 and the signal generated by the commutation control unit 8, and the drive unit 13 turns on or off the switching elements 3a to 3f of the inverter 3 based on the synthesized signal. In the off state, an arbitrary three-phase AC voltage is generated and supplied to the brushless DC motor 4 to be driven.

圧縮要素14は、ブラシレスDCモータ4の回転子の軸に接続され、冷媒ガスを吸入し、圧縮して吐出する。このブラシレスDCモータ4と圧縮要素14とを同一の密閉容器に収納し、圧縮機15を構成する。圧縮機15で圧縮された吐出ガスは、凝縮器16、減圧器17、蒸発器18を通って圧縮機15の吸い込みに戻るような冷凍空調システムを構成し、凝縮器16では放熱、蒸発器18では吸熱を行うので、加熱や吸熱を行うことができる。尚、必要に応じて凝縮器16や蒸発器18に送風機などを使い、熱交換をさらに促進することもある。また本実施の形態1では、冷凍空調システムは冷蔵庫19の冷凍サイクルとして用い、蒸発器18は断熱壁20で囲われた食品貯蔵室21内を冷却するために用いる。 The compression element 14 is connected to the shaft of the rotor of the brushless DC motor 4, sucks the refrigerant gas, compresses it, and discharges it. The brushless DC motor 4 and the compression element 14 are housed in the same closed container to form the compressor 15. The discharge gas compressed by the compressor 15 constitutes a refrigeration/air-conditioning system in which the discharge gas passes through the condenser 16, the pressure reducer 17, and the evaporator 18 and returns to the suction of the compressor 15. Since it absorbs heat, it can heat and absorb heat. If necessary, a blower or the like may be used for the condenser 16 and the evaporator 18 to further promote heat exchange. In the first embodiment, the refrigerating and air-conditioning system is used as a refrigerating cycle of the refrigerator 19, and the evaporator 18 is used to cool the food storage chamber 21 surrounded by the heat insulating wall 20.

以上の様に構成されたモータ駆動装置について以下その動作と作用を説明する。 The operation and action of the motor drive device configured as described above will be described below.

図2は本発明の実施の形態1におけるモータ駆動装置のタイミングチャートである。図2(1)は一般的な120度通電での駆動波形およびタイミング図であり、(2)はオフタイミング制御部10によりスイッチング素子のオフタイミングを調整してブラシレスDCモータを駆動したときの波形とタイミングを示している。ブラシレスDCモータ4の回転により発生する誘起電圧をE、端子電圧をVuとして示し、両波形ともU相のみを示しているが、V相およびW相波形はそれぞれ位相が120度ずれた同形状の波形となってい
る。高圧側に接続したスイッチング素子3a、3b、3cの駆動信号をU+、V+、W+として示し、低圧側接続のスイッチング素子3d、3e、3fの駆動信号はそれぞれの高圧側SW素子の駆動信号から180度位相がずれた波形となる。
FIG. 2 is a timing chart of the motor drive device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2(1) is a drive waveform and a timing chart at a general 120-degree energization, and (2) is a waveform when a brushless DC motor is driven by adjusting the off timing of the switching element by the off timing control unit 10. And the timing is shown. The induced voltage generated by the rotation of the brushless DC motor 4 is shown as E, the terminal voltage is shown as Vu, and both waveforms show only the U phase, but the V phase and W phase waveforms have the same shape with a phase difference of 120 degrees. It has a waveform. The drive signals of the switching elements 3a, 3b, 3c connected to the high voltage side are shown as U+, V+, W+, and the drive signals of the switching elements 3d, 3e, 3f connected to the low voltage side are 180 times the drive signals of the respective high voltage side SW elements. The waveform becomes out of phase.

固定子巻線の通電相切換えのタイミング(図示せず)を図るために、回転子磁極相対位置検出に誘起電圧のゼロクロスポイントを位置信号として検出する。ゼロクロスポイントの検出は当該相巻線への電圧印加がされていない(図2に示すU相では、スイッチング素子3a、3dの両方がオフとなる)区間(C1、C2、C3、C4)に現れる誘起電圧とインバータ入力電圧Vdcの1/2の大小関係が反転するポイント(P1、P2)を検出する。よって電気角の1周期あたり各相2回、3相合計で6回、電気角30度毎に位置信号が発生する。 The zero cross point of the induced voltage is detected as a position signal in the rotor magnetic pole relative position detection in order to achieve the timing (not shown) for switching the conduction phase of the stator winding. The detection of the zero cross point appears in a section (C1, C2, C3, C4) where no voltage is applied to the phase winding (in the U phase shown in FIG. 2, both switching elements 3a and 3d are turned off). A point (P1, P2) at which the magnitude relationship of the induced voltage and 1/2 of the inverter input voltage Vdc is reversed is detected. Therefore, a position signal is generated every electrical angle of 30 degrees, that is, two times for each phase and six times for a total of three phases per cycle of electrical angle.

図2(1)に示す120度通電におけるスイッチング素子(高圧側接続の3a、3b、3c)の通電パターン(U+、V+、W+)を見ると、位置検出後(P1)電気角30度後にW+のオフと同時にU+(スイッチング素子3a)をオンすることで、電気角360度全範囲で常に3相いずれかの巻線が通電される。一方、図2(2)では位置検出(P1)後、電気角30度経過する前にW+(スイッチング素子3c)をオフにしたのち、電気角30度後にU+をオンする様にしている。 Looking at the energization patterns (U+, V+, W+) of the switching elements (high-voltage side connections 3a, 3b, 3c) at 120-degree energization shown in FIG. 2A, after position detection (P1), 30 degrees after electrical angle, W+ By turning on U+ (switching element 3a) at the same time as turning off, the winding of any one of the three phases is always energized in the entire electrical angle range of 360 degrees. On the other hand, in FIG. 2B, after the position detection (P1), W+ (switching element 3c) is turned off before the electrical angle of 30 degrees elapses, and then U+ is turned on after the electrical angle of 30 degrees.

C1〜C4区間で誘起電圧が現れるのは他相のスイッチング素子がオンしているすなわちPWMのオン期間のみである。従って、スイッチング素子のターンオフは、ターンオンより早く行い、ブラシレスDCモータへの電力供給区間を短くしている。これにより固定し巻線の電力供給区間が短くなり、PWM制御によるオン・オフ回数の低減で、インバータ回路の損失を抑制できる。更に、電力供給区間を短くすることで、PWM制御のオン時間が長くなるため、位置検出信号を取得可能期間が長くなるので、位置検出精度が向上することになる。 The induced voltage appears in the section C1 to C4 only when the switching element of the other phase is on, that is, only when the PWM is on. Therefore, the switching element is turned off earlier than the turn-on, and the power supply section to the brushless DC motor is shortened. As a result, the power supply section of the fixed winding is shortened, and the number of times of ON/OFF is reduced by PWM control, so that the loss of the inverter circuit can be suppressed. Further, by shortening the power supply section, the ON time of the PWM control becomes longer, and the period in which the position detection signal can be acquired becomes longer, so that the position detection accuracy is improved.

さらに、スイッチング素子をオフするタイミングは位置検出直後から、位置検出後電気角30度経過(位置検出P1に対して区間A1の範囲)後までとして、当該位置検出(P1)の検出で確実に転流可能な範囲且つ、誘起電圧に対して進み位相となる様にして、遅れ位相によるトルク低下が発生しない様に考慮している。 Further, the timing of turning off the switching element is from immediately after the position detection until after the electrical angle of 30 degrees after the position detection (the range of the section A1 with respect to the position detection P1), and the position detection (P1) is reliably detected. The flowable range and the advance phase with respect to the induced voltage are taken into consideration so that the torque decrease due to the delay phase does not occur.

このようにスイッチング素子(3a〜3f)のオフタイミングを位置検出直後から30度以内とすることで、3相巻線への電力供給区間を90度以上120度以下に調節して、電力供給休止区間(A1、A2、A3)が短いほど大きな進角B(電力無供給区間の電気角の1/2)が自動的に付加されるようになり、モータトルクが増加し電力無供給区間があるにもかかわらず脱調等の無い安定した駆動が可能となる。 In this way, by setting the off timing of the switching elements (3a to 3f) within 30 degrees immediately after the position detection, the power supply section to the three-phase winding is adjusted to 90 degrees or more and 120 degrees or less, and the power supply is stopped. The shorter the section (A1, A2, A3), the larger the advance angle B (1/2 of the electrical angle of the non-power supply section) is automatically added, the motor torque increases and there is the non-power supply section. Nevertheless, stable driving without step out is possible.

次にSW素子のオフタイミング調整動作について、フローチャートを用い、その動作を説明する。 Next, the operation of adjusting the OFF timing of the SW element will be described using a flowchart.

図3はスイッチング素子のオフタイミング制御の開始を判断するフローチャートである。図3において、まずS11において、PWM制御手段11で生成したスイッチング素子のオン時間時比率が所定値より大きくなっているかを確認し、所定値より大きい場合はS12に進みオフタイミング調整制御を開始し、所定値より小さい場合はPWM制御を行うようにする。オン時間時比率の所定値の設定は、本実施の形態では巻線への最小電力供給区間を電気角90度としているため、120度通電との割合から75%としているが、用途により適正な任意の値を選定する。 FIG. 3 is a flowchart for determining the start of the off-timing control of the switching element. In FIG. 3, first, in S11, it is confirmed whether the ON time ratio of the switching element generated by the PWM control means 11 is larger than a predetermined value, and if it is larger than the predetermined value, the process proceeds to S12 to start the OFF timing adjustment control. If it is smaller than the predetermined value, PWM control is performed. In the present embodiment, the predetermined value of the on-time ratio is set to 75% from the ratio of 120-degree energization because the minimum power supply section to the winding is 90 degrees in electrical angle, but it is appropriate for the application. Select any value.

このようにスイッチング素子のオフタミング調整制御の開始を所定のPWMオン時間時比率以上の時としてPWM制御と併用することで、起動時等の極端に駆動速度が低い場合や、低速駆動時で非常に負荷が低い場合などで巻線への電力供給区間が極端に短くなることによる起動の失敗や不安定な運転状態、あるいは極端なトルク低下等を防止し、あらゆる負荷条件でも安定した駆動が実現できるようにしている。 Thus when used in combination with PWM control initiation of Ofuta Lee timing adjustment control of the switching element as a time of more than at ratios predetermined PWM on-time, extremely or when the drive speed is low, such as during start, at the time of low speed driving When the load is extremely low, the start-up failure, unstable operating state, or extreme torque drop due to the extremely short power supply section to the winding are prevented, and stable drive is possible under all load conditions. I am trying to make it happen.

図4はPWM制御からオフタイミング調整への移行を示すフローチャートである。図3に示したフローにより、オフタイミング調整制御の開始を決定したとき、S21においてスイッチング素子のオフタイミングを任意の時間早く行い、S22でPWM制御により速度制御を行う。オフタイミングを早くすることで、ブラシレスDCモータへの電力供給区間が短くなっていくため、PWM制御によるオン時間の時比率は増加することになる。S23でPWM制御によるオン時間時比率が100未満であるときS21に戻りその動作を続ける。S23でオン時間時比率が100%に到達した時、S24に進みオン時間時比率を100%の状態を保持して、S25でスイッチング素子のオフタイミングの調整制御を開始する。 FIG. 4 is a flowchart showing the transition from PWM control to off-timing adjustment. When the start of the off-timing adjustment control is determined by the flow shown in FIG. 3, the off-timing of the switching element is advanced by an arbitrary time in S21, and the speed control is performed by PWM control in S22. By increasing the off-timing, the power supply section to the brushless DC motor is shortened, so that the duty ratio of the on-time by the PWM control is increased. When the ON time ratio by PWM control is less than 100 in S23, the process returns to S21 to continue the operation. When the on-time time ratio reaches 100% in S23, the process proceeds to S24, the on-time time ratio is kept at 100%, and the adjustment control of the off timing of the switching element is started in S25.

次にスイッチング素子のオフタイミング調整制御への移行後のブラシレスDCモータの速度制御について図1および図5を用いてその動作を説明する。 Next, the speed control of the brushless DC motor after shifting to the off-timing adjustment control of the switching element will be described with reference to FIGS. 1 and 5.

図5は本実施の形態1のスイッチング素子のオフタイミング調整制御の動作フローチャートである。図5においてまずS31において、速度検出手段6で検出したブラシレスDCモータ4の駆動速度と目標速度との偏差を誤差検出手段7で検出し、目標速度より早い場合はS32に進む。S32では、PWM制御手段11でのオン時間時比率100%を保持して、オフタイミング制御部10によりオフタイミングを早くすることが可能か否かを判断し、可能であればスイッチング素子のオフ時間を早めることで巻線への電力供給区間を減じてブラシレスDCモータの速度が低下する様に速度制御を行い(S33)、不可能であればPWM制御手段11におけるPWM制御を行う(S34)。本実施の形態1において、オフタイミングを早くすることが可能か否かの判断は、スイッチング素子のオフタイミングが位置検出後すぐスイッチング素子をオフしている場合はこれ以上オフタイミングを早めることが出来ないと判断する。本実施の形態1では進角を0度としているので固定子巻線への最低電力供給区間は電気角90度となる。 FIG. 5 is an operation flowchart of the off-timing adjustment control of the switching element according to the first embodiment. In FIG. 5, first, in S31, the deviation between the drive speed of the brushless DC motor 4 detected by the speed detection means 6 and the target speed is detected by the error detection means 7, and if it is faster than the target speed, the process proceeds to S32. In S32, the PWM control means 11 holds the on-time duty ratio of 100%, and the off-timing control unit 10 determines whether or not the off-timing can be advanced. Speed control is performed so that the power supply section to the winding is reduced by decreasing the speed of the brushless DC motor (S33), and if impossible, PWM control by the PWM control means 11 is performed (S34). In the first embodiment, the determination as to whether or not the off timing can be advanced can be made by further advancing the off timing when the off timing of the switching element is off immediately after the position detection. Judge that there is no. In the first embodiment, since the lead angle is 0 degree, the minimum power supply section to the stator winding is 90 degree electrical angle.

ブラシレスDCモータの駆動速度が目標速度より遅いと判断(S35)した時、S36に進みスイッチング素子のオフタミングが位置検出から電気角30度経過するまでに行われている場合、S37に進みスイッチング素子のオフタイミングを遅らせることで、ブラシレスDCモータ巻線への電力供給期間を増やすことで駆動速度が上昇する様に速度制御を行う。またS36でオフスイッチング素子のオフタイミングが電気角30度経過位置である場合はS38に進む。S38ではこれ以上スイッチング素子のオフタイミングを遅らせた場合、誘起電圧に対して印加電圧位相が遅れ位相となり、モータトルク低下およびこれに伴う脱調等の可能性があるため、オンタイミングを早めることで巻線への電力供給区間を増やしてブラシレスDCモータの駆動速度が上昇する様に速度制御を行う。なお、オンタイミングを早める上限は位置検出後直後までとして、このときの巻線への最大電力供給区間は電気角150度となる。 If the driving speed of the brushless DC motor when it is determined that slower than the target speed (S35), the Ofuta Lee timing of the switching element proceeds to S36 are performed until after the electrical angle of 30 degrees from the detection position, the switching process proceeds to S37 By delaying the off-timing of the element, the speed control is performed so that the drive speed is increased by increasing the power supply period to the brushless DC motor winding. If the off-timing of the off-switching element is at the position where the electrical angle is 30 degrees in S36, the process proceeds to S38. In S38, if the OFF timing of the switching element is further delayed, the applied voltage phase becomes a delayed phase with respect to the induced voltage, and there is a possibility that the motor torque will decrease and step out accompanying this, and therefore the ON timing can be advanced. Speed control is performed such that the power supply section to the winding is increased and the drive speed of the brushless DC motor is increased. The upper limit of advancing the on-timing is until immediately after the position detection, and the maximum power supply section to the winding at this time is an electrical angle of 150 degrees.

また、本実施の形態1では進角を0度としているため、電気角120度での通電ではスイッチング素子のオフタミングとオンタイミングが一致して行われることになる。固定子内部に永久磁石が埋め込まれたIPMモータでは、最適な駆動実現のためには任意の進角を設ける必要がある。従ってIPMモータ等、あらゆるモータを最適に駆動出来る様に、スイッチング素子のオフタイミング調整範囲は、位置検出直後から、位置検出タイミングから「(電気角30度)−(進角)」まで経過した位置。スイッチング素子のオンタイミングは、位置検出タイミングから「(電気角30度)−(進角)」だけ経過したタイミング(例えば進角が10度の場合、ターンオフは位置検出から電気角が20度経過までの範囲で調整し、ターンオンは位置検出後電気角が20度後)で行い、かつ位置検出からターンオフまでの電気角と、位置検出からターンオンまでの電気角の和を60度以下として、ターンオフをターンオンより電気角0度から30度までの任意の範囲で調整できるようにして、位置検出から電気角30度までの間で進角とオン・オフのタミングを自由に設定可能としている。 Further, since the lead angle in the first embodiment to be 0 degrees, so that Ofuta Lee timing and on-timing of the switching elements is performed to match the energization of an electrical angle of 120 degrees. In the IPM motor in which the permanent magnet is embedded inside the stator, it is necessary to provide an arbitrary advance angle in order to realize optimum driving. Therefore, in order to optimally drive all motors such as the IPM motor, the off-timing adjustment range of the switching element is the position after the position detection and from the position detection timing to "(electrical angle 30 degrees)-(advance angle)". .. The on-timing of the switching element is a timing when “(electrical angle 30 degrees)−(advance angle)” has elapsed from the position detection timing (for example, when the advance angle is 10 degrees, turn-off is from the position detection until the electric angle 20 degrees). The electric angle after position detection is 20 degrees after the position is detected), and the sum of the electric angle from position detection to turn-off and the electric angle from position detection to turn-on is set to 60 degrees or less and turn-off is performed. and the electrical angle of 0 degrees than the turn-on can be adjusted at any value between 30 degrees, and can freely set the Thailand timing of advance and on-off until the electrical angle of 30 degrees from the position detection.

尚、進角を付加したときの巻線への電力供給区間は電気角で「90度+進角」から120度の範囲で調整されることになる。 The electric power supply section to the winding when the lead angle is added is adjusted in the electrical angle range of "90 degrees+lead angle" to 120 degrees.

さらにブラシレスDCモータ4を高速・高負荷で駆動する場合は、ターンオフタミングを位置検出から「(電気角30度)−(進角)」経過したタミングとして、ターンオンタイミングを位置検出直後から、位置検出から「電気角30度−進角」だけ経過したタイミングの範囲で調整することで巻線への電力供給区間を電気角120度から「電気角150−進角」の範囲で調整できる。 Furthermore, when driving a brushless DC motor 4 at a high speed and high load, Tan'ofuta Lee timing from the position detection - as "(electrical angle 30 degrees) (advance)" elapsed Thailand timing, the turn-on timing immediately after the detection position The power supply section to the winding can be adjusted within the range of 120 electrical angle to 150 electrical angle-advance by adjusting within the range of the timing when only "electrical angle 30 degree-advance" has elapsed from the position detection. ..

従って、スイッチング素子のターンオン、ターンオフタイミングの調整により電気角90度から150度までの範囲(進角0度の時)でブラシレスDCモータへの電力供給区間を調整できることになり、低速・低負荷の駆動から高速・高負荷の駆動まで幅広い負荷・速度状態での駆動に対応可能である。 Therefore, by adjusting the turn-on and turn-off timings of the switching elements, it is possible to adjust the power supply section to the brushless DC motor in the electrical angle range of 90 to 150 degrees (when the advancing angle is 0 degree), and the low speed and low load can be adjusted. It is possible to drive under a wide range of loads and speeds, from drive to high-speed, high-load drive.

次に本実施の形態におけるブラシレスDCモータの端子電圧について図6を用いて説明する。図6(1)および(2)は図2(1)における区間C1、F1を示し、図6(3)および(4)は図2(2)における区間C3,F2を示している。 Next, the terminal voltage of the brushless DC motor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 6(1) and (2) show sections C1 and F1 in FIG. 2(1), and FIGS. 6(3) and 6(4) show sections C3 and F2 in FIG. 2(2).

図6(1)、(2)に示すように120度通電のPWM制御での波形を示す図2(1)は高周波のPWMキャリア周波数成分(周期f)が重畳されている。また図6(1)に示すようにC1区間では、PWMがオンした瞬間にモータ巻線や浮遊容量等の影響によるリンギングノイズ成分も重畳する。C1区間はブラシレスDCモータの端子電圧Vuとインバータ入力電圧の1/2を比較して、その大小関係が反転するポイントをブラシレスDCモータの誘起電圧のゼロクロス点(P点)として検出するが、リンギングノイズ成分によりPx点と誤検出してしまう。この位置検出ズレは、ブラシレスDCモータの駆動速度の脈動や振動、騒音の増大、駆動効率の低下などの原因となる。 As shown in FIGS. 6(1) and 6(2), FIG. 2(1) showing waveforms in PWM control of 120-degree energization is superimposed with a high frequency PWM carrier frequency component (cycle f). Further, as shown in FIG. 6(1), in the C1 section, a ringing noise component due to the influence of the motor winding, the stray capacitance, etc. is also superimposed at the moment when the PWM is turned on. In the C1 section, the terminal voltage Vu of the brushless DC motor is compared with ½ of the inverter input voltage, and the point at which the magnitude relationship is reversed is detected as the zero-cross point (point P) of the induced voltage of the brushless DC motor. It is erroneously detected as a Px point due to the noise component. This position detection shift causes pulsation and vibration of the drive speed of the brushless DC motor, an increase in noise, a decrease in drive efficiency, and the like.

一方で図6(3)に示すように、PWM制御のオン時間時比率を100%とした場合、端子電圧Vuには誘起電圧波形が現れ、正確なゼロクロスポイント(P点)での位置検出が可能であり、低騒音、低振動、低損失な安定した駆動が実現できる。 On the other hand, as shown in FIG. 6C, when the PWM control ON time ratio is 100%, an induced voltage waveform appears in the terminal voltage Vu, and accurate position detection at the zero cross point (point P) is possible. It is possible and stable driving with low noise, low vibration and low loss can be realized.

また区間F1区間では、図6(2)に示すようにPWM制御による高周波でのスイッチング素子のオン・オフに伴うスイッチング損失が発生するが、図6(4)に示すようにオン時間時比率100%の駆動ではスイッチング動作は行われないためスイッチング損失は発生せず、回路損失の低減による高効率化が実現できる。 Further, in the section F1 as shown in FIG. 6(2), switching loss occurs when the switching element is turned on/off at a high frequency by PWM control, but as shown in FIG. 6(4), the on-time ratio 100 %, the switching operation is not performed, so switching loss does not occur, and high efficiency can be realized by reducing circuit loss.

さらにブラシレスDCモータに流れる電流を図7に示す。図7(1)は120度通電によるPWM制御での波形であり、PWM制御でのスイッチング素子のオン・オフに伴う高周波電流成分が重畳していることが分かる。この高周波電流成分はモータ鉄損の原因となる一方、図7(2)に示すPWMオン時間時比率100%での運転では高周波電流成分の発生はないため、モータ損失の低減によるモータ駆動装置の高効率化が図れる。 Further, FIG. 7 shows the current flowing through the brushless DC motor. FIG. 7(1) shows a waveform in PWM control with 120-degree energization, and it can be seen that a high-frequency current component accompanying ON/OFF of a switching element in PWM control is superimposed. While this high frequency current component causes the motor iron loss, the high frequency current component does not occur in the operation at the PWM on-time ratio of 100% shown in FIG. 7(2). High efficiency can be achieved.

以上の様に構成したモータ駆動装置で圧縮機を駆動する冷却システムを持つ冷蔵庫につ
いて説明する。
A refrigerator having a cooling system for driving a compressor with the motor driving device configured as described above will be described.

近年の冷蔵庫は、真空断熱材の採用など断熱技術の向上により、外部からの熱侵入が非常に少なくなっている。このため扉開閉が頻繁に行われる朝夕の家事時間帯を除けば、1日大半で冷蔵庫の庫内は安定した冷却状態にあり、圧縮機は冷凍能力を下げた低速・低負荷での駆動が行われている。従って、冷蔵庫の消費電力を削減するためには、圧縮機すなわちブラシレスDCモータの低速・低出力時の駆動効率を上げることが非常に有効である。 In recent years, refrigerators have greatly reduced heat intrusion from the outside due to improvements in heat insulation technology such as the use of vacuum heat insulating materials. For this reason, except during housework hours in the morning and evening when doors are frequently opened and closed, the refrigerator interior is in a stable cooling state for most of the day, and the compressor can be driven at low speed and low load with reduced refrigeration capacity. Has been done. Therefore, in order to reduce the power consumption of the refrigerator, it is very effective to increase the driving efficiency of the compressor, that is, the brushless DC motor at low speed and low output.

本発明の実施の形態1では、ブラシレスDCモータが低速・低負荷で駆動している状態において、PWM制御による高周波のオン・オフ制御を行わず、PWMオン時間時比率を100%としてブラシレスDCモータの巻線への電力供給区間を調整しながら駆動速度の制御を行う。これによりインバータ3はPWM制御によるスイッチングロスの発生が無いため大幅にインバータ回路効率を向上することが出来る。 In the first embodiment of the present invention, in a state in which the brushless DC motor is driven at a low speed and a low load, the high frequency on/off control by the PWM control is not performed, and the PWM on time ratio is set to 100% and the brushless DC motor is set. The drive speed is controlled while adjusting the power supply section to the winding. As a result, since the inverter 3 does not generate switching loss due to PWM control, it is possible to significantly improve the efficiency of the inverter circuit.

本実施の形態では、インバータ3のスイッチング素子にはMOSFETを用いている。MOSFETはその構造的特徴から、オン時の出力電流の経路にPN接合を持たないため、特に低電流出力時におけるオン時の損失は、IGBT等の他のパワーデバイスと比較して非常に低くなる。 In this embodiment, a MOSFET is used as the switching element of the inverter 3. Due to its structural characteristics, the MOSFET does not have a PN junction in the path of the output current at the time of on, so that the loss at the time of on at the time of low current output is extremely low compared with other power devices such as IGBT. ..

先述したように冷蔵庫は1日の大半で低速・低負荷での駆動がされているためブラシレスDCモータに流れる電流が低い。従って、本発明を冷蔵庫の圧縮機の駆動に用いるとき、インバータ3のスイッチング素子にMOSFETを用いることは、冷蔵庫の消費電力の低減に非常に有効となる。 As mentioned above, the refrigerator is driven at low speed and low load for most of the day, so the current flowing through the brushless DC motor is low. Therefore, when the present invention is used to drive a compressor of a refrigerator, using MOSFET as a switching element of the inverter 3 is very effective in reducing power consumption of the refrigerator.

また、PWM制御によるオン・オフ制御を行わないことでブラシレスDCモータの巻線電流には高周波電流成分が無く、モータ鉄損を大幅に抑制できモータ効率の向上が図れる。 Further, since the ON/OFF control by the PWM control is not performed, there is no high frequency current component in the winding current of the brushless DC motor, the motor iron loss can be significantly suppressed, and the motor efficiency can be improved.

更にPWM制御は一般的に1kHから20kHz程度のPWM周波数でのスイッチング動作が行われ、この周波数成分が騒音として発生する。冷蔵庫は昼夜にかかわらず1日中運転しているため、静音設計は非常に重要である本実施の形態1のモータ駆動装置は、オン時間の時比率が100%であるため、PWM制御に起因する騒音の発生をなくせるため、冷蔵庫の静音設計に非常に有効である。 Further, in PWM control, switching operation is generally performed at a PWM frequency of about 1 kHz to 20 kHz, and this frequency component is generated as noise. Since the refrigerator is operated all day regardless of day or night, the silent design is very important. The motor drive device of the first embodiment has a duty ratio of 100% for the on-time, which is caused by the PWM control. It is very effective for quiet design of refrigerators because it eliminates the generation of noise.

以上の様に本実施の形態1において、ブラシレスDCモータ4と、ブラシレスDCモータ4に電力を供給するインバータ3と、ブラシレスDCモータ4のロータ位置を検出する位置検出手段5とを備え、インバータ3は、位置検出手段5で得られた位置信号に応じてオンまたはオフする6個のスイッチング素子で構成され、位置検出手段5の位置信号に対してインバータ3のスイッチング素子をオフするタミングをオンするタイミングより進ませることにより、ブラシレスDCモータの固定し巻線に電力を供給する区間を短くすることが出来るため、PWM制御によるオン時間時比率が大きくなり、ブラシレスDCモータの高周波電流成分が抑制され、ブラシレスDCモータの鉄損低減が図れる。また、PWM制御に伴うスイッチング素子のオン・オフ回数が少なくなり、インバータ損失の低減によるモータ駆動装置に高効率化が図れる。 As described above, in the first embodiment, the brushless DC motor 4, the inverter 3 that supplies electric power to the brushless DC motor 4, and the position detection unit 5 that detects the rotor position of the brushless DC motor 4 are provided. is composed of six switching elements to be turned on or off in response to the position signal obtained by the position detection means 5, a Thailand when to turn off the switching elements of the inverter 3 to the position signal of the position detecting means 5 By advancing from the timing of turning on, the period of fixing the brushless DC motor and supplying power to the winding can be shortened, so the on-time ratio by PWM control becomes large, and the high-frequency current component of the brushless DC motor is increased. As a result, the iron loss of the brushless DC motor can be reduced. Further, the number of times the switching element is turned on and off due to the PWM control is reduced, and the efficiency of the motor drive device can be improved by reducing the inverter loss.

また本実施の形態では、インバータ3のスイッチング素子を高周波でスイッチングすることにより、ブラシレスDCモータ4に供給する電圧を調節するPWM制御手段11と、スイッチング素子をオンおよびオフさせるタミングを制御する転流制御部8を有し、PWM制御手段11によるオン時間の時比率が100%となる様に、スイッチング素子のオフタミングを調整するので、スイッチング素子のオン・オフに伴うスイッチングロスを大幅に抑制可能となりインバータ3の効率を向上できる。またスイッチング素子の高周波オン・オフによるブラシレスDCモータに流れる電流に高周波成分の発生がないので、モータ鉄損を大幅に抑制することができる。これにより、ブラシレスDCモータおよび回路の低損失化で、高効率なモータ駆動装置を提供することができる。また、PWM制御のオン時間時比率を100%とするので、高周波スイッチングに伴う高周波数帯域の騒音の発生もなく、装置の静音化が図れる。さらにオン時間時比率100%の駆動は、リンギングノイズの影響による位置検出ズレを排除でき正確な位置検出が実現できるため、駆動安定性の更なる向上が図れ、これによりモータ駆動装置の更なる高効率化、低騒音化、低振動図れる。 Further, in this embodiment, by switching the switching elements of the inverter 3 in the high frequency, the PWM control means 11 for adjusting the voltage supplied to the brushless DC motor 4, to control the Thai timing for turning on and off the switching element a commutation control section 8, as the time ratio of the on time by the PWM control unit 11 is 100%, the adjusting Ofuta Lee timing of the switching element, greatly switching losses associated with turning on and off the switching element Therefore, the efficiency of the inverter 3 can be improved. Further, since a high frequency component is not generated in the current flowing through the brushless DC motor due to the high frequency on/off of the switching element, the motor iron loss can be significantly suppressed. As a result, it is possible to provide a highly efficient motor drive device with reduced loss of the brushless DC motor and the circuit. Further, since the on-time ratio of the PWM control is 100%, noise in the high frequency band due to high frequency switching is not generated, and the device can be made quiet. Further, the driving with the on-time ratio of 100% can eliminate the position detection deviation due to the influence of ringing noise and realize the accurate position detection, so that the driving stability can be further improved, whereby the motor driving device can be further improved. Efficiency, low noise, and low vibration can be achieved.

また、スイッチング素子をオン状態からオフ状態への切換えは、オフ状態からオン状態に切換えに対して、電気角0度から30度の範囲で早いタミングで行うことで、ターンオフをターンオンより早めた電気角の1/2の進角が自動的に付加されるようになり、電力供給の休止期間を有する駆動波形での駆動であっても、脱調等の発生無く安定した駆動が可能となる。 Further, switching of the switching element from the on state to the off state, to the switching from the OFF state to the ON state, by performing an early Thailand timing in the range of electrical angles of 0 ° to 30 °, earlier than the turn-on turn-off Since a lead angle of 1/2 of the electrical angle is automatically added, stable driving is possible without occurrence of step-out or the like even when driving with a driving waveform having a power supply suspension period. Become.

また、ブラシレスDCモータ固定子巻線の通電相の切換えタイミングは、位置検出手段の位置信号に対してスイッチング素子のオフタイミングを進ませる電気角とオンタイミングを進ませる電気角の和は電気角60度以下として、且つオフタイミングを進ませる電気角がオンタイミングを進ませる電気角以上としている。これにより進角とブラシレスDCモータへの電力供給休止区間を、電気角0度〜30度の範囲で設定できるため、ブラシレスDCモータの負荷および駆動速度状態により最適な電力供給期間に設定できるため、負荷状態や速度により最適な進角を与える必要がある埋め込み型磁石(IPM)モータを最適に駆動出来る様になるので様々なタイプの永久磁石モータを高効率に駆動することができる。 As for the switching timing of the energized phase of the brushless DC motor stator winding, the sum of the electrical angle for advancing the off timing of the switching element and the electrical angle for advancing the on timing of the position signal of the position detection means is the electrical angle 60. The electrical angle for advancing the off-timing is equal to or less than the electrical angle for advancing the on-timing. As a result, the advance angle and the power supply suspension period to the brushless DC motor can be set in the electrical angle range of 0 degree to 30 degrees, so that the optimum power supply period can be set depending on the load and the driving speed state of the brushless DC motor. Since it becomes possible to optimally drive an embedded magnet (IPM) motor that needs to give an optimum advance angle depending on the load state and speed, various types of permanent magnet motors can be driven with high efficiency.

また、ブラシレスDCモータの3相巻線への電力供給区間を電気角90度以上150度以下として、電力供給区間が電気角90度以上120度未満の時、前記スイッチング素子のオフをオンするタミングより進ませる様にして、ブラシレスDCモータの幅広い負荷および駆動速度範囲で最適な駆動状態を実現することが可能となる。 Further, a power supply section to the three-phase winding of the brushless DC motor is set to an electrical angle of 90 degrees or more and 150 degrees or less, and when the power supply section is 90 degrees or more and less than 120 degrees, the switching element is turned off. in the manner to advance from Lee timing, it is possible to realize the optimal driving conditions in a wide range of load and driving speed range of the brushless DC motor.

また、PWM制御手段11によるスイッチング素子のオン時間時比率が所定値以上のとき、転流制御部8はスイッチング素子のオフをオンタイミングより進ませることで、PWMオン時間時比率が所定値より低くなる起動時や、低速駆動時で非常に負荷が低い場合などでも、巻線への電力供給区間が極端に短くなることによる起動の失敗や駆動時の不安定動作、あるいは極端なトルク低下等を防止し、あらゆる負荷条件でも安定した駆動が実現できるようにしている。 Further, when the ON time ratio of the switching element by the PWM control means 11 is equal to or more than the predetermined value, the commutation control unit 8 advances the OFF of the switching element from the ON timing, so that the PWM ON time ratio becomes lower than the predetermined value. Even when starting up, or when the load is extremely low during low-speed driving, the start-up failure due to the extremely short power supply section to the winding, unstable operation during driving, or extreme torque drop, etc. This is to prevent it and to realize stable drive under all load conditions.

またブラシレスDCモータは、冷凍サイクルの圧縮機を駆動することで、鉄損低減によるモータ効率の向上でCOPの高い圧縮機の提供とこれによる高効率な冷凍サイクルを提供することが出来る。 In addition, the brushless DC motor drives the compressor of the refrigeration cycle, thereby improving the motor efficiency by reducing the iron loss, thereby providing the compressor having a high COP and the refrigeration cycle having the high efficiency.

さらに本発明のモータ駆動装置で圧縮機を駆動する冷凍サイクルを冷蔵庫に採用すれば、モータ駆動装置の回路効率向上と、高COP圧縮機を用いた高効率冷凍サイクルの採用により、消費電力量の低い冷蔵庫を提供できるとともに、PWM制御のスイッチング動作に伴う高周波数帯域の騒音発生が無く、冷蔵庫の静音化も可能となる。 Furthermore, if a refrigeration cycle that drives a compressor with the motor drive device of the present invention is adopted in a refrigerator, the circuit efficiency of the motor drive device is improved and the high-efficiency refrigeration cycle using a high COP compressor is adopted, thereby reducing the power consumption. A low refrigerator can be provided, and noise in the high frequency band is not generated due to the switching operation of the PWM control, so that the refrigerator can be quiet.

以上の様に本発明にかかるモータ駆動装置は、モータ駆動装置の回路損失の低減および
モータ効率の向上、駆動騒音と振動の低減が可能となるため、冷蔵庫、エアコン、洗濯機、ポンプ、扇風機、ファン、電気掃除機など、ブラシレスDCモータを用いたあらゆる機器にも適用できる。
As described above, since the motor drive device according to the present invention can reduce the circuit loss of the motor drive device, improve the motor efficiency, and reduce the drive noise and vibration, the refrigerator, the air conditioner, the washing machine, the pump, the fan, It can be applied to any device using a brushless DC motor, such as a fan and an electric vacuum cleaner.

1 交流電源
2 コンバータ回路
3 インバータ
4 ブラシレスDCモータ
5 位置検出手段
6 速度検出手段
7 誤差検出手段
8 転流制御部
9 オンタイミング制御部
10 オフタイミング制御部
11 PWM制御手段
12 波形合成部
13 ドライブ手段
14 圧縮要素
15 圧縮機
16 凝縮器
17 減圧器
18 蒸発器
19 冷蔵庫
20 断熱壁
21 食品貯蔵室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Converter circuit 3 Inverter 4 Brushless DC motor 5 Position detection means 6 Speed detection means 7 Error detection means 8 Commutation control part 9 On-timing control part 10 Off-timing control part 11 PWM control means 12 Waveform synthesis part 13 Drive means 14 Compressing Element 15 Compressor 16 Condenser 17 Decompressor 18 Evaporator 19 Refrigerator 20 Insulation Wall 21 Food Storage Room

Claims (5)

ブラシレスDCモータと、
前記ブラシレスDCモータのロータ位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段で得られた位置信号に応じてオンまたはオフする6個のスイッチング素子で構成され、前記ブラシレスDCモータに電力を供給するインバータと、
前記インバータのスイッチング素子の高周波でスイッチングによるオン期間の時比率で前記ブラシレスDCモータに供給する電圧を調節するPWM制御手段と、
前記スイッチング素子のオンおよびオフさせるタイミングを制御する転流制御部とを備え、
前記スイッチング素子のオンとオフのタイミングは各々独立して設定でき、
前記PWM制御手段によるオン期間の時比率が100%となる様に、前記スイッチング素子のオフタミングを調整することで、
前記ブラシレスDCモータの速度制御を行うことを特徴とするモータ駆動装置。
Brushless DC motor,
Position detecting means for detecting the rotor position of the brushless DC motor,
An inverter configured by six switching elements that are turned on or off according to the position signal obtained by the position detection means, and that supplies electric power to the brushless DC motor;
PWM control means for adjusting the voltage supplied to the brushless DC motor at a duty ratio of an ON period by switching at a high frequency of a switching element of the inverter,
A commutation controller that controls the timing of turning on and off the switching element ,
The on and off timings of the switching element can be set independently of each other,
Wherein as the time ratio of the on period by the PWM control unit is 100% by adjusting the Ofuta Lee timing of the switching element,
A motor drive device for performing speed control of the brushless DC motor.
前記スイッチング素子のオン状態からオフ状態への切換えは、オフ状態からオン状態に切換えに対して、電気角0度から30度の範囲で早いタミングで行う請求項1に記載のモータ駆動装置。 Switching from the on state to the off state the switching element, to the switching from the OFF state to the ON state, the motor driving apparatus according to claim 1 carried out at an early Thailand timing in the range of electrical angles of 0 ° to 30 ° .. 前記PWM制御手段による前記スイッチング素子のオン期間時比率が所定値以上となったとき、転流制御手段はスイッチング素子のオフをオンタイミングより進ませる請求項1または2に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 1 or 2 , wherein the commutation control unit advances the turning-off of the switching element from the on-timing when the duty ratio of the ON period of the switching element by the PWM control unit becomes equal to or more than a predetermined value. 前記ブラシレスDCモータは、冷凍サイクルの圧縮機を駆動することを特徴とする請求項1から請求項のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。 The brushless DC motor, the motor driving apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to drive the compressor of the refrigeration cycle. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のモータ駆動装置により駆動される圧縮機を有する電気機器。 Electrical equipment having a compressor driven by the motor driving device according to any one of claims 1 to 4.
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