JP7308389B2 - Motor drive device and refrigerator using the same - Google Patents

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Description

本開示は、ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動装置及びこれを用いた冷蔵庫に関する。 The present disclosure relates to a motor drive device for driving a brushless DC motor and a refrigerator using the same.

従来、この種のモータ駆動装置では、PWM制御(パルス幅変調制御)によってモータを駆動している。PWM制御では、PWM制御におけるオン幅を変化させることによってPWMオン比率を増減し、モータへの印加電圧を制御する。このため、現在のモータの回転速度が小さいほどPWMオン比率は低くなり、現在のモータの回転速度が大きいほどPWMオン比率は高くなる。また、負荷が軽いほどPWMオン比率は低くなり、負荷が重いほどPWMオン比率は高くなる。 Conventionally, in this type of motor drive device, the motor is driven by PWM control (pulse width modulation control). In PWM control, by changing the ON width in PWM control, the PWM ON ratio is increased or decreased to control the voltage applied to the motor. Therefore, the smaller the current motor rotation speed, the lower the PWM ON ratio, and the higher the current motor rotation speed, the higher the PWM ON ratio. Also, the lighter the load, the lower the PWM ON ratio, and the heavier the load, the higher the PWM ON ratio.

特に、低負荷での効率を重視したモータを駆動する場合、高負荷領域では高出力化するために弱め界磁領域で運転をする弱め界磁制御が行われ、高速化するために、インバータ供給可能電圧を増加させる過変調制御が行われている(例えば、特許文献1参照)。 In particular, when driving a motor that emphasizes efficiency at low loads, field-weakening control is performed to operate in the field-weakening region in order to increase output in the high-load region. overmodulation control is performed to increase the (see Patent Document 1, for example).

また、PWM制御には、非同期PWM制御及び同期PWM制御がある。非同期PWM制御は、モータの駆動周波数とPWMのキャリア周波数との間で同期をとらずに運転を行う方法である。同期PWM制御は、PWMのキャリア周波数をモータの駆動周波数の整数倍に同期させる方法である。 PWM control includes asynchronous PWM control and synchronous PWM control. Asynchronous PWM control is a method of operating without synchronization between the drive frequency of the motor and the carrier frequency of PWM. Synchronous PWM control is a method of synchronizing the PWM carrier frequency with an integral multiple of the motor driving frequency.

同期PWM制御は、インバータ回路の温度上昇の抑制(例えば、特許文献2参照)等、高負荷時及び高速駆動時等に使われている。また、同期PWM制御における位置検出方法としては、レゾルバ又はホール素子等のセンサに加えて、モータに流れている電流値のオフセットを用いる方法(例えば、特許文献3参照)、及び、電流値を検出し、dq座標変換等を用いて推定する方法(例えば、特許文献4参照)等がある。 Synchronous PWM control is used at times of high load, high-speed driving, etc., such as suppression of temperature rise in the inverter circuit (see, for example, Patent Document 2). In addition, as a position detection method in synchronous PWM control, in addition to a sensor such as a resolver or Hall element, a method using an offset of the current value flowing in the motor (for example, see Patent Document 3), and a method of detecting the current value Then, there is a method of estimating using dq coordinate transformation or the like (for example, see Patent Document 4).

図7は、特許文献3に記載された従来のモータ駆動装置である。図7に示すように、モータ駆動装置は、ブラシレスDCモータ101、及び、ブラシレスDCモータ101を駆動するための複数のスイッチング素子で構成されたインバータ102を有する。また、モータ駆動装置は、ブラシレスDCモータ101の角度を検出する角度検出部103、ブラシレスDCモータ101に流れる電流を検出する電流検出部104、角度検出部103で検出されたブラシレスDCモータの角度、及び、電流検出部104で検出された電流値から目標電流とのズレを表す電流オフセット量を計算する電流オフセット量算出部105、ブラシレスDCモータ101をPWM制御する駆動信号生成部106、及び、電流オフセット算出部105が算出する電流オフセット量から駆動信号生成部106の生成した駆動信号を補正し、インバータ102のスイッチングを行う位相信号補正部107を有する。 FIG. 7 shows a conventional motor driving device described in Patent Document 3. In FIG. As shown in FIG. 7 , the motor drive device has a brushless DC motor 101 and an inverter 102 configured with a plurality of switching elements for driving the brushless DC motor 101 . Further, the motor driving device includes an angle detection unit 103 for detecting the angle of the brushless DC motor 101, a current detection unit 104 for detecting the current flowing through the brushless DC motor 101, the angle of the brushless DC motor detected by the angle detection unit 103, Also, a current offset amount calculation unit 105 that calculates a current offset amount representing a deviation from the target current from the current value detected by the current detection unit 104, a drive signal generation unit 106 that performs PWM control of the brushless DC motor 101, and a current It has a phase signal correction unit 107 that corrects the drive signal generated by the drive signal generation unit 106 from the current offset amount calculated by the offset calculation unit 105 and performs switching of the inverter 102 .

駆動信号生成部106は、角度検出部103で検出されるブラシレスDCモータ101の位相角に応じて、適切な駆動信号を生成する。位相信号補正部107は角度検出部103が出力する位相角のずれを補正して、インバータ102の駆動を行う。これにより、ブラシレスDCモータの位相角に適した電圧が印加され、ブラシレスDCモータ101を安定して駆動することができる。 Drive signal generator 106 generates an appropriate drive signal according to the phase angle of brushless DC motor 101 detected by angle detector 103 . A phase signal correction unit 107 corrects the phase angle deviation output from the angle detection unit 103 and drives the inverter 102 . Thereby, a voltage suitable for the phase angle of the brushless DC motor is applied, and the brushless DC motor 101 can be stably driven.

しかしながら、特許文献1に示すモータ駆動装置では、複雑な計算を行うための高性能なマイクロコントローラ、及び、キャリアごとに精度よく電流を検出するための、高速で動作する電流検出回路が必要となる。従って、コストが高いという問題がある。 However, the motor drive device disclosed in Patent Document 1 requires a high-performance microcontroller for performing complicated calculations and a high-speed current detection circuit for accurately detecting the current for each carrier. . Therefore, there is a problem that the cost is high.

また、特許文献2に示すモータ駆動装置は、非同期PWM制御と、モータ位相と矩形波の出力を同期させる駆動との切替が必要である。従って、電流検出等の高価な構成が必要という問題がある。 Further, the motor driving device disclosed in Patent Document 2 requires switching between asynchronous PWM control and driving that synchronizes the motor phase and the rectangular wave output. Therefore, there is a problem that an expensive configuration such as current detection is required.

また、特許文献3においては、モータの位相情報はレゾルバ等の角度センサを利用して検知される。従って、コストが高いという問題がある。 Further, in Patent Document 3, the phase information of the motor is detected using an angle sensor such as a resolver. Therefore, there is a problem that the cost is high.

また、特許文献4においては、センサを使用しない、センサレス制御について開示されている。しかしながら、電流検出用の電流検出器、及び、高度な計算を行うプロセッサが必要となり、コストが高いという問題がある。 Further, Patent Document 4 discloses sensorless control that does not use a sensor. However, there is a problem that a current detector for current detection and a processor for performing advanced calculations are required, resulting in high cost.

特開2010-288359号公報JP 2010-288359 A 特開2016-134950号公報JP 2016-134950 A 特開2001-298992号公報JP-A-2001-298992 特開2012-110079号公報JP 2012-110079 A

本開示は、安価な構成によってブラシレスDCモータの位相角の情報を検出しつつ、高速及び高負荷におけるモータの駆動を安定して行うことができるモータ駆動装置を提供する。 The present disclosure provides a motor drive device capable of stably driving the motor at high speed and high load while detecting phase angle information of a brushless DC motor with an inexpensive configuration.

本開示のモータ駆動装置は、スイッチング部を有し、入力電力をスイッチング部によりスイッチングして、ブラシレスDCモータに供給するインバータと、インバータをPWM制御により制御する制御部と、を備える。制御部は、スイッチング部を駆動するPWM駆動信号を生成し、PWM駆動信号に基づいてスイッチング部をスイッチングするように構成され、スイッチング部は、PWM駆動信号に基づいて、PWM制御の通電率が100%以下から100%を超える範囲でオンに制御される。 A motor drive device according to the present disclosure includes an inverter that has a switching unit, switches input power by the switching unit and supplies the input power to a brushless DC motor, and a control unit that controls the inverter by PWM control. The control unit is configured to generate a PWM drive signal for driving the switching unit and to switch the switching unit based on the PWM drive signal, and the switching unit has a duty ratio of 100 for PWM control based on the PWM drive signal. % to over 100%.

図1は、本開示の実施の形態における、モータ駆動装置を含む全体構成のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an overall configuration including a motor drive device according to an embodiment of the present disclosure. 図2は、オン比率が100%以下の場合における、PWM駆動信号、並びに、ブラシレスDCモータの電流及び端子電圧を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram showing the PWM drive signal and the current and terminal voltage of the brushless DC motor when the ON ratio is 100% or less. 図3は、オン比率が100%を超える場合における、PWM駆動信号、並びに、ブラシレスDCモータの電流及び端子電圧を示す波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram showing the PWM drive signal and the current and terminal voltage of the brushless DC motor when the ON ratio exceeds 100%. 図4は、PWM制御におけるスイッチング区間を変更した場合のPWM駆動信号(オン比率が100%以下の場合)の波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram of a PWM drive signal (when the ON ratio is 100% or less) when changing the switching section in PWM control. 図5は、PWM制御におけるスイッチング区間を変更した場合のPWM駆動信号(オン比率が100%を超える場合)の波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram of a PWM drive signal (when the ON ratio exceeds 100%) when changing the switching section in PWM control. 図6は、ブラシレスDCモータの速度制御に関するフローチャートである。FIG. 6 is a flow chart for speed control of a brushless DC motor. 図7は、従来のモータ駆動装置を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a conventional motor drive device.

本開示の一態様に係るモータ駆動装置は、スイッチング部を有し、入力電力をスイッチング部によりスイッチングして、ブラシレスDCモータに供給するインバータと、インバータをPWM制御により制御する制御部と、を備える。制御部は、スイッチング部を駆動するPWM駆動信号を生成し、PWM駆動信号に基づいてスイッチング部をスイッチングするように構成され、スイッチング部は、PWM駆動信号に基づいて、PWM制御の通電率が100%以下から100%を超える範囲でオンに制御される。 A motor drive device according to an aspect of the present disclosure includes an inverter that has a switching unit, switches input power by the switching unit and supplies the input power to a brushless DC motor, and a control unit that controls the inverter by PWM control. . The control unit is configured to generate a PWM drive signal for driving the switching unit and to switch the switching unit based on the PWM drive signal, and the switching unit has a duty ratio of 100 for PWM control based on the PWM drive signal. % to over 100%.

このような構成により、PWMの通電率を100%より大きくすることで、ブラシレスDCモータの各相に印加される平均印加電圧が高くすることが可能となる。このため、安価な構成により、モータの高速化及び高出力化が可能となる。従って、例えば、低速において高効率なモータを使用することで低速での省エネルギ化を図りつつ、モータの高速化及び高出力化が可能となる。 With such a configuration, the average applied voltage applied to each phase of the brushless DC motor can be increased by increasing the duty ratio of the PWM to more than 100%. Therefore, it is possible to increase the speed and output of the motor with an inexpensive configuration. Therefore, for example, by using a motor that is highly efficient at low speeds, it is possible to increase the speed and output of the motor while saving energy at low speeds.

本開示の他の一態様に係るモータ駆動装置は、PWM制御における各々のキャリアのキャリア周期が、ブラシレスDCモータの通電相の切替間隔と同期されてもよい。 In the motor drive device according to another aspect of the present disclosure, the carrier period of each carrier in PWM control may be synchronized with the switching interval of the energized phases of the brushless DC motor.

このような構成により、ブラシレスDCモータの回転の位置の検出に必要な計算が単純となる。このため、安価な構成を実現できる。また、ブラシレスDCモータを駆動するためのスイッチング回数が少なくなる。従って、スイッチング損失を低減することができる。また、特に、全体の損失の中でスイッチング損失が支配的となる低速の領域において使用されることにより、消費電力を効果的に低減することができる。 Such an arrangement simplifies the calculations required to detect the rotational position of a brushless DC motor. Therefore, an inexpensive configuration can be realized. Also, the number of switching times for driving the brushless DC motor is reduced. Therefore, switching loss can be reduced. Moreover, power consumption can be effectively reduced by being used in a low-speed region where switching loss is dominant in overall loss.

本開示のさらに他の一態様に係るモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータが、回転子及び固定子を有し、制御部が、ブラシレスDCモータの誘起電圧に基づいて回転子の回転の位置情報を取得するように構成されていてもよい。 A motor drive device according to still another aspect of the present disclosure includes a brushless DC motor having a rotor and a stator, and a control unit obtaining rotation position information of the rotor based on an induced voltage of the brushless DC motor. may be configured to obtain

このような構成により、ブラシレスDCモータの各相の基準となる誘起電圧のゼロクロスが表れるタイミングでスイッチング部をオンの状態にすることができるため、精度よくブラシレスDCモータの位置検出を行うことが可能となる。また、センサレスで位置検出を行うことができるため、圧縮機の内部等の、センサを配置することができない場合においても、ブラシレスDCモータを駆動することができる。 With such a configuration, the switching section can be turned on at the timing when the zero crossing of the induced voltage, which is the reference for each phase of the brushless DC motor, appears, so it is possible to accurately detect the position of the brushless DC motor. becomes. Moreover, since the position can be detected without a sensor, the brushless DC motor can be driven even when a sensor cannot be arranged, such as inside a compressor.

本開示のさらに他の一態様に係るモータ駆動装置は、スイッチング部が、PWM駆動信号に基づいて、PWM制御の通電率が50%以上且つ150%以下の範囲でオンに制御されてもよい。 In the motor drive device according to still another aspect of the present disclosure, the switching unit may be turned on based on the PWM drive signal in a range where the duty ratio of PWM control is 50% or more and 150% or less.

このような構成により、ブラシレスDCモータ5の位置情報の検出を確実に行うことができる。 With such a configuration, it is possible to reliably detect the position information of the brushless DC motor 5 .

本開示のさらに他の一態様に係るモータ駆動装置は、スイッチング部は、PWM駆動信号に基づいて所定のキャリア数ごとにオンに制御され、且つ、オンに制御されるキャリアの、一つ前のキャリア又は一つ後のキャリアの区間中継続してオンに制御されるように構成されてもよい。 In a motor drive device according to still another aspect of the present disclosure, the switching unit is controlled to be ON for each predetermined number of carriers based on the PWM drive signal, and the carrier that is controlled to be ON is controlled to be one before the carrier. It may be configured to be controlled to be on continuously during the interval of the carrier or the next carrier.

このような構成により、通電率が100%を越える部分についてのタイミングの計算が非常に簡単となるため、より安価なマイクロコントローラを採用でき、低コスト化が可能となる。 With such a configuration, the calculation of the timing for the part where the energization rate exceeds 100% becomes very simple, so that a less expensive microcontroller can be used and the cost can be reduced.

本開示のさらに他の一態様に係るモータ駆動装置は、スイッチング部が、PWM駆動信号に基づいて所定のキャリア数ごとにオンに制御され、且つ、オンに制御されるキャリアの一つ前のキャリアの区間中継続してオンに制御される場合であって、PWM制御の通電率が100%を超える範囲にある場合は、制御部は、PWM駆動信号に基づくスイッチング部のオンの終了タイミングを、ブラシレスDCモータの通電相の切替えタイミングより遅くするように構成されてもよい。 In the motor drive device according to still another aspect of the present disclosure, the switching unit is controlled to be ON for each predetermined number of carriers based on the PWM drive signal, and the carrier that is one before the carrier that is controlled to be ON When the switching unit is continuously controlled to be on during the period of and the duty ratio of the PWM control is in a range exceeding 100%, the control unit determines the ON end timing of the switching unit based on the PWM drive signal, It may be configured to delay the switching timing of the energized phase of the brushless DC motor.

このような構成により、ブラシレスDCモータの回転の位置検出のタイミングから通電相の切替タイミングまでの時間的な余裕が大きくなる。従って、演算性能の低い、より安価なマイクロコントローラであっても、安定してブラシレスDCモータを駆動することができるため、低コスト化が可能となる。 Such a configuration increases the time margin from the timing of detecting the rotational position of the brushless DC motor to the switching timing of the energized phase. Therefore, even a less expensive microcontroller with low computational performance can stably drive the brushless DC motor, thus making it possible to reduce costs.

本開示のさらに他の一態様に係るモータ駆動装置は、スイッチング部が、PWM駆動信号に基づいて所定のキャリア数ごとにオンに制御され、且つ、オンに制御されるキャリアの一つ後のキャリアの区間中継続してオンに制御される場合であって、PWM制御の通電率が100%を超える範囲にある場合は、制御部は、PWM駆動信号に基づくスイッチング部のオンの開始タイミングを、ブラシレスDCモータの通電相の切替えタイミングより早くするように構成されてもよい。 In a motor drive device according to still another aspect of the present disclosure, the switching unit is controlled to be ON for each predetermined number of carriers based on the PWM drive signal, and the carrier one after the carrier that is controlled to be ON When the switching unit is controlled to be turned on continuously during the period of and the duty ratio of the PWM control is in a range exceeding 100%, the control unit determines the start timing of turning on the switching unit based on the PWM drive signal, It may be configured to be earlier than the switching timing of the energized phase of the brushless DC motor.

このような構成により、ブラシレスDCモータの通電相の切替タイミングから位置検出タイミングまでの時間的な余裕が大きくなる。従って、負荷変動等によるモータの駆動速度の変化に対応できる範囲を広げることができる。 With such a configuration, the time margin from the switching timing of the energized phase of the brushless DC motor to the position detection timing is increased. Therefore, it is possible to widen the range in which changes in the driving speed of the motor due to load fluctuations can be accommodated.

本開示のさらに他の一態様に係るモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータが、圧縮機を駆動するモータであってもよい。 In a motor drive device according to still another aspect of the present disclosure, the brushless DC motor may be a motor that drives the compressor.

このような構成により、高温の密閉空間である圧縮機を駆動するブラシレスDCモータにおいても、センサレスで位置検出ができるため、モータ駆動装置を安価な構成とすることができる。 With such a configuration, even in a brushless DC motor that drives a compressor, which is a high-temperature closed space, position detection can be performed without a sensor, so the motor drive device can be configured at a low cost.

本開示の一態様に係る冷蔵庫は、ブラシレスDCモータを有する圧縮機、凝縮器、減圧器及び蒸発器が接続されて構成された冷凍サイクル回路を備え、ブラシレスDCモータが上記のいずれかのモータ駆動装置で駆動される。 A refrigerator according to an aspect of the present disclosure includes a refrigeration cycle circuit configured by connecting a compressor having a brushless DC motor, a condenser, a pressure reducer, and an evaporator, and the brushless DC motor drives any of the motors described above. Driven by the device.

このような構成により、圧縮機の低速での運転率が高い冷蔵庫において、効果的に消費電力を低減することができる。 With such a configuration, it is possible to effectively reduce power consumption in a refrigerator in which the compressor has a high operating rate at low speed.

以下、図面を用いて本開示を実施するための形態について説明する。 Embodiments for carrying out the present disclosure will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態)
[1.全体構成]
図1は、本発明の実施の形態における、モータ駆動装置を含む全体構成のブロック図である。
(Embodiment)
[1. overall structure]
FIG. 1 is a block diagram of the overall configuration including a motor drive device according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、モータ駆動装置13は、インバータ4と、インバータ4を制御する制御部8と、を有する。 As shown in FIG. 1 , the motor driving device 13 has an inverter 4 and a control section 8 that controls the inverter 4 .

インバータ4はスイッチング部4a~4fを有する。インバータは、入力電力をスイッチング部4a~4fによりスイッチングしてブラシレスDCモータ5に供給する。 The inverter 4 has switching units 4a to 4f. The inverter switches the input electric power by switching units 4a to 4f and supplies it to the brushless DC motor 5. FIG.

以下、より詳細に説明する。 A more detailed description will be given below.

図1に示す交流電源1は、一般的な商用電源である。例えば、日本においては、実効値が100Vであり、周波数が50Hz又は60Hzの電源である。 The AC power supply 1 shown in FIG. 1 is a general commercial power supply. For example, in Japan, the power supply has an effective value of 100 V and a frequency of 50 Hz or 60 Hz.

整流回路2には、交流電源1からの交流電力が入力される。整流回路2は、入力された交流電力を直流電力に整流する。整流回路2は、ブリッジ接続された4個の整流ダイオード2a~2dで構成される。 AC power from the AC power supply 1 is input to the rectifier circuit 2 . The rectifier circuit 2 rectifies the input AC power into DC power. The rectifier circuit 2 is composed of four bridge-connected rectifier diodes 2a to 2d.

平滑部3は、整流回路2の出力側に接続され、整流回路2の出力を平滑する。平滑部3は、平滑コンデンサ及びリアクタによって構成される。なお、平滑部3は、図1に示すように、回路構成の単純化のため、平滑コンデンサのみで構成されてもよい。 The smoothing unit 3 is connected to the output side of the rectifier circuit 2 and smoothes the output of the rectifier circuit 2 . The smoothing section 3 is composed of a smoothing capacitor and a reactor. Note that the smoothing unit 3 may be composed only of a smoothing capacitor, as shown in FIG. 1, in order to simplify the circuit configuration.

なお、リアクタが用いられる場合は、交流電源1とコンデンサとの間に挿入されてもよい。また、リアクタは、整流ダイオード2a~2dの前後、すなわち整流回路2の入力側及び出力側のいずれ側に挿入されてもよい。また、リアクタが用いられる場合において、高周波除去手段を構成するコモンモードフィルタが回路に設けられる場合には、リアクタと当該高周波除去手段のリアクタンス成分との合成成分が考慮される。 If a reactor is used, it may be inserted between the AC power supply 1 and the capacitor. Also, the reactors may be inserted before and after the rectifier diodes 2a to 2d, that is, on either the input side or the output side of the rectifier circuit 2. FIG. In addition, when a reactor is used and a common mode filter that constitutes high frequency elimination means is provided in the circuit, the combined component of the reactor and the reactance component of the high frequency elimination means is taken into consideration.

本実施の形態では、インバータ4は、平滑部3からの直流電力を交流電力に変換する。インバータ4は、スイッチング部である、6個のスイッチング素子4a~4fを有し、これらのスイッチング素子4a~4fが3相ブリッジ接続されて構成される。また、本実施の形態では、6個の還流電流用のダイオード4g~4lがそれぞれ、対応するスイッチング素子4a~4fの導通方向に対して逆方向となるように、対応するスイッチング素子4a~4fと並列に接続される。 In this embodiment, the inverter 4 converts the DC power from the smoothing unit 3 into AC power. The inverter 4 has six switching elements 4a to 4f, which are switching units, and these switching elements 4a to 4f are connected in a three-phase bridge. In addition, in the present embodiment, the six return current diodes 4g to 4l are connected to the corresponding switching elements 4a to 4f so that the direction of conduction is opposite to that of the corresponding switching elements 4a to 4f. connected in parallel.

ブラシレスDCモータ5は、永久磁石を有する回転子5aと、3相巻線を有する固定子5bと、を有する。インバータ4で生成された3相交流電流が、ブラシレスDCモータ5の固定子5bの3相巻線に流れることにより、回転子5aが回転する。また、ブラシレスDCモータ5の極数は、要求される特性に応じて決定される。ブラシレスDCモータ5の極数は、本実施の形態では4極であるが、これに限られず、4極以外であってもよい。 The brushless DC motor 5 has a rotor 5a with permanent magnets and a stator 5b with three-phase windings. The three-phase alternating current generated by the inverter 4 flows through the three-phase windings of the stator 5b of the brushless DC motor 5, thereby rotating the rotor 5a. Also, the number of poles of the brushless DC motor 5 is determined according to the required characteristics. The number of poles of the brushless DC motor 5 is four in this embodiment, but is not limited to this and may be other than four.

制御部8は、例えば、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)と、当該制御プログラムを実行する演算処理部(図示せず)と、を備えて構成される。制御部8は、マイクロコントローラにより構成されてもよい。制御部8は、後述のように、PWM制御によりインバータ4を制御する。 The control unit 8 includes, for example, a storage unit (not shown) that stores a control program, and an arithmetic processing unit (not shown) that executes the control program. The control unit 8 may be configured by a microcontroller. The control unit 8 controls the inverter 4 by PWM control as described later.

本実施の形態では、制御部8は、ブラシレスDCモータ5の回転の位相角の情報である、位置情報を間欠的に取得する。 In the present embodiment, the control unit 8 intermittently acquires position information, which is information on the phase angle of rotation of the brushless DC motor 5 .

位置検出部6は、ブラシレスDCモータの位置情報として、回転子5aの磁極位置を検出する。本実施の形態では、位置検出部6は、固定子5bの3相巻線に発生する誘起電圧に基づいて、回転子5aの磁極位置を検出する。より具体的には、位置検出部6は、ブラシレスDCモータ5の端子電圧の値を取得し、これによりブラシレスDCモータ5の回転子5aの磁極の相対位置を検出する。なお、位置検出部6は、ブラシレスDCモータ5の端子電圧の値を継続的に検出するように構成されてもよいし、ブラシレスDCモータ5の回転の位置情報が取得されるタイミングを含む一定の期間において、端子電圧の値を検出するように構成されていてもよい。 The position detector 6 detects the magnetic pole position of the rotor 5a as the positional information of the brushless DC motor. In this embodiment, the position detector 6 detects the magnetic pole position of the rotor 5a based on the induced voltage generated in the three-phase windings of the stator 5b. More specifically, the position detector 6 acquires the value of the terminal voltage of the brushless DC motor 5 and thereby detects the relative position of the magnetic poles of the rotor 5a of the brushless DC motor 5 . Note that the position detection unit 6 may be configured to continuously detect the value of the terminal voltage of the brushless DC motor 5, or may be configured to continuously detect the value of the terminal voltage of the brushless DC motor 5. It may be configured to detect the value of the terminal voltage during the period.

なお、本実施の形態では、位置検出部6は、固定子5bの3相巻線に発生する誘起電圧と、基準となる電圧(基準電圧)と、を比較してゼロクロスを検出し、回転子5aの相対的な回転位置を検出する。 In the present embodiment, the position detection unit 6 compares the induced voltage generated in the three-phase winding of the stator 5b with a reference voltage (reference voltage) to detect a zero cross, A relative rotational position of 5a is detected.

ここで、誘起電圧のゼロクロスと比較される基準電圧は、3相分の端子電圧の仮想中点によって規定されてもよいし、直流母線電圧を分圧した値によって規定されてもよい。また、基準電圧は、直流母線電圧をマイクロコントローラで取得して、取得した当該電圧値から計算した値により規定されてもよい。本実施の形態では、基準電圧として、仮想中点の値が用いられる。本実施の形態のように、ブラシレスDCモータ5の位置の検出方法として、誘起電圧に基づいて検出する方法が用いられる場合は、ホール素子等を用いる必要がないため、構成が簡単である。従って、より安価にモータ駆動装置を構成することが可能となる。 Here, the reference voltage to be compared with the zero crossing of the induced voltage may be defined by the virtual midpoint of the terminal voltages for the three phases, or may be defined by a value obtained by dividing the DC bus voltage. Alternatively, the reference voltage may be defined by a value calculated from the obtained voltage value obtained by obtaining the DC bus voltage with a microcontroller. In this embodiment, the value of the virtual midpoint is used as the reference voltage. When the method of detecting the position of the brushless DC motor 5 based on the induced voltage is used as in this embodiment, the configuration is simple because there is no need to use a Hall element or the like. Therefore, it becomes possible to configure the motor drive device at a lower cost.

速度検出部7は、ブラシレスDCモータ5の回転速度を検出する。本実施の形態では、速度検出部7は、位置検出部6が検出する位置情報から、ブラシレスDCモータ5の、現在の駆動速度(回転速度)、及び、過去一回転の平均速度(回転速度)を計算する。具体的には、現在の速度は、誘起電圧のゼロクロスの検出間隔の時間を測定し、この時間から計算される。また、過去一回転の平均速度は、誘起電圧のゼロクロスの検出間隔の時間をブラシレスDCモータ5の1回転分だけ記録し、1回転分の検出間隔の時間の和から算出される。そして、これらの計算は、位置検出部6により誘起電圧のゼロクロスが検出されるたびに行われる。 A speed detector 7 detects the rotational speed of the brushless DC motor 5 . In the present embodiment, the speed detection unit 7 detects the current driving speed (rotational speed) and the average speed (rotational speed) of the past one rotation of the brushless DC motor 5 from the position information detected by the position detection unit 6. to calculate Specifically, the current velocity is calculated by measuring the time of the zero-crossing detection interval of the induced voltage and calculating from this time. Further, the average speed of one past rotation is calculated from the sum of the times of the detection intervals for one rotation of the brushless DC motor 5, which is obtained by recording the time of the zero-cross detection interval of the induced voltage for one rotation. These calculations are performed each time the position detector 6 detects a zero crossing of the induced voltage.

PWM生成部10は、PWM制御における通電率(オン比率)を設定し、PWM信号を生成する。ここで、PWM制御におけるオン比率とは、1キャリアのキャリア周期におけるオン期間の割合である。PWM信号は、キャリア周期及びオン比率の情報を有する、矩形波である。 The PWM generation unit 10 sets an energization rate (on rate) in PWM control and generates a PWM signal. Here, the ON ratio in PWM control is the ratio of the ON period in the carrier cycle of one carrier. A PWM signal is a square wave having carrier period and on-ratio information.

本実施の形態では、PWM生成部10は、位置検出部6で誘起電圧のゼロクロスが検出されるたびに、速度検出部7で検出された1回転の平均速度と外部から入力される目標速度とを比較する。そして、目標速度の方が一回転の平均速度より速い場合は、PWM生成部10は、ブラシレスDCモータ5への印加電圧を上げるように、PWM制御のオン比率を設定する。一方、目標速度が一回転の平均速度より遅い場合は、PWM生成部10は、ブラシレスDCモータ5に印加する電圧を下げるように、PWM制御のオン比率を設定する。また、目標速度と一回転の平均速度とが一致している場合は、PWM生成部10は、ブラシレスDCモータ5に印加する電圧を維持するように、PWM制御のオン比率を設定する。これにより、ブラシレスDCモータ5の1回転の平均速度が制御される。モータの速度制御の詳細については、後述する。 In this embodiment, each time the position detector 6 detects a zero crossing of the induced voltage, the PWM generator 10 generates the average speed of one rotation detected by the speed detector 7 and the externally input target speed. compare. Then, when the target speed is higher than the average speed for one rotation, the PWM generator 10 sets the ON ratio of PWM control so as to increase the voltage applied to the brushless DC motor 5 . On the other hand, when the target speed is slower than the average speed of one rotation, the PWM generator 10 sets the ON ratio of PWM control so as to lower the voltage applied to the brushless DC motor 5 . Further, when the target speed and the average speed for one rotation match, the PWM generator 10 sets the ON ratio of PWM control so as to maintain the voltage applied to the brushless DC motor 5 . Thereby, the average speed of one rotation of the brushless DC motor 5 is controlled. The details of motor speed control will be described later.

また、PWM生成部10では、ブラシレスDCモータ5を駆動する回転磁界を生成するための波形(モータ駆動波形)を生成する。本実施の形態では、モータ駆動波形は、矩形波である。これにより、ブラシレスDCモータ5の回転の位置の検出に必要な計算が単純となり、モータ駆動装置13を安価な構成とすることができる。 Further, the PWM generator 10 generates a waveform (motor drive waveform) for generating a rotating magnetic field for driving the brushless DC motor 5 . In this embodiment, the motor drive waveform is a rectangular wave. This simplifies the calculations required to detect the rotational position of the brushless DC motor 5, and the motor drive device 13 can be constructed at a low cost.

本実施の形態では、モータ駆動波形は、電気角で120度通電(以降、角度に関して特に断りがない場合、電気角とする)の矩形波の波形である。 In the present embodiment, the motor drive waveform is a rectangular waveform with an electrical angle of 120 degrees (hereinafter referred to as an electrical angle unless otherwise specified).

PWM生成部10は、位置検出部6で検出された位置検出のタイミング、及び、速度検出部7で計算された現在の駆動速度から、通電の切換えタイミングを計算する。そして、各相の間で通電相を切り換えるように、モータ駆動波形を生成する。 The PWM generation unit 10 calculates the energization switching timing from the position detection timing detected by the position detection unit 6 and the current drive speed calculated by the speed detection unit 7 . Then, a motor drive waveform is generated so as to switch the energized phases between the phases.

本実施の形態では、ブラシレスDCモータ5は3相モータであるので、通電相の組み合わせは60度ごとに変わる。そして、一つの相の通電期間においては、基本的に、電気角で120度の通電及び、その後の60度のオフが繰り返される。 In this embodiment, the brushless DC motor 5 is a three-phase motor, so the combination of energized phases changes every 60 degrees. In the energization period of one phase, energization of 120 electrical degrees and subsequent 60 degrees off are basically repeated.

スイッチング素子4a,4c,4eは、それぞれ電気角で120度ずつずれるように、順番に通電が開始される。スイッチング素子4b,4d,4fも同様に、それぞれ電気角で120度ずつずれるように、順番に通電が開始される。また、スイッチング素子4aとスイッチング素子4bとは、電気角で180度ずれて通電が開始される。同様に、スイッチング素子4cとスイッチング素子4dとは、電気角で180度ずれて通電が開始され、スイッチング素子4eとスイッチング素子4fとは、電気角で180度ずれて通電が開始される。これによって回転磁界が形成され、ブラシレスDCモータ5の回転子5aが回転する。 The switching elements 4a, 4c, and 4e are sequentially energized so that they are shifted by 120 electrical degrees. Similarly, the switching elements 4b, 4d, and 4f are sequentially energized so that they are shifted by an electrical angle of 120 degrees. In addition, the switching element 4a and the switching element 4b are energized with an electrical angle difference of 180 degrees. Similarly, the switching elements 4c and 4d start energizing with an electrical angle difference of 180 degrees, and the switching elements 4e and 4f start energizing with an electrical angle difference of 180 degrees. A rotating magnetic field is formed by this, and the rotor 5a of the brushless DC motor 5 rotates.

ただし、PWM生成部10が出力するPWM駆動信号は、回転磁界を生成するための矩形波(モータ駆動波形)に、速度制御を行うためのPWM信号を重畳したものである。従って、実際の通電区間は、120度と一致しない。また、矩形波の120度のうち、前半の60度又は後半の60度のいずれか一方にのみ、PWM信号が重畳される。 However, the PWM drive signal output by the PWM generator 10 is obtained by superimposing a PWM signal for speed control on a rectangular wave (motor drive waveform) for generating a rotating magnetic field. Therefore, the actual energization section does not coincide with 120 degrees. Further, the PWM signal is superimposed only on either the first half 60 degrees or the latter half 60 degrees of the 120 degrees of the rectangular wave.

PWM制御によりスイッチング素子4a~4fがオフされると、スイッチング素子4a~4fの各々に流れていた電流は、平滑部3へ回生する経路、又は、ブラシレスDCモータ5の固定子5bの巻き線とインバータ4の還流電流用ダイオード4g~4lの各々との間で還流する経路にそれぞれ同様に流れる。このため、ブラシレスDCモータ5の各相の電流波形及び端子電圧波形は安定した波形を示す。従って、位置検出部6による位置検出の性能をより安定させることができる。 When the switching elements 4a to 4f are turned off by PWM control, the current flowing through each of the switching elements 4a to 4f is routed to the smoothing section 3 or the windings of the stator 5b of the brushless DC motor 5. Similarly, it flows through the return path between each of the return current diodes 4g to 4l of the inverter 4. As shown in FIG. Therefore, the current waveform and terminal voltage waveform of each phase of the brushless DC motor 5 exhibit stable waveforms. Therefore, the performance of position detection by the position detection unit 6 can be made more stable.

また、PWM生成部10は、PWM信号の周波数(キャリア周波数)を計算する。キャリア周波数は、ブラシレスDCモータ5の現在の駆動速度から計算される。 Also, the PWM generator 10 calculates the frequency (carrier frequency) of the PWM signal. A carrier frequency is calculated from the current drive speed of the brushless DC motor 5 .

そして、PWM生成部10は、前述のように、モータ駆動波形とPWM信号とを合成することで、PWM駆動信号を生成する。なお、PWM駆動信号は、矩形波であってもよい。 Then, the PWM generator 10 generates the PWM drive signal by synthesizing the motor drive waveform and the PWM signal as described above. Note that the PWM drive signal may be a rectangular wave.

本実施の形態では、PWM周期(キャリア周期)の開始タイミングは、ブラシレスDCモータ5の通電相の切替のタイミングと同期される。すなわち、PWM制御における各々のキャリアのキャリア周期が、ブラシレスDCモータの通電相の切替間隔と同期される。本実施の形態では、連続するキャリアの各々のキャリア区間が、ブラシレスDCモータ5が駆動される際の電気角0度を基準として、電気角60度毎の区間と同期される。つまり、ブラシレスDCモータ5の速度、極数及び相数の積(周波数)の逆数が、PWM周期となる。本実施の形態では、ブラシレスDCモータ5は、3相4極のモータであるため、速度の12倍の逆数が、キャリア周期となる。 In this embodiment, the start timing of the PWM cycle (carrier cycle) is synchronized with the switching timing of the energized phases of the brushless DC motor 5 . That is, the carrier cycle of each carrier in PWM control is synchronized with the switching interval of the energized phases of the brushless DC motor. In the present embodiment, each carrier section of continuous carriers is synchronized with a section every 60 electrical degrees with reference to the electrical angle of 0 degrees when the brushless DC motor 5 is driven. That is, the PWM period is the reciprocal of the product (frequency) of the speed of the brushless DC motor 5, the number of poles, and the number of phases. In this embodiment, the brushless DC motor 5 is a 3-phase, 4-pole motor, so the carrier period is the reciprocal of 12 times the speed.

また、少なくとも位置検出部6が誘起電圧ゼロクロスを最初に検出するまでは、スイッチング部4aに対してPWMの出力がオンされる。すなわち、スイッチング部4aは、PWM駆動信号に基づいて、所定のキャリア数毎にオンされ、スイッチング部4aがオンに制御される所定のキャリアの開始時から少なくとも最初に位置情報が取得される時点までの期間、オンされる。また、同様に、スイッチング部4b~4fについても、それぞれ、PWM駆動信号に基づいて、所定のキャリア数毎にオンされ、スイッチング部がオンに制御される所定のキャリアの開始時から少なくとも最初に位置情報が取得される時点までの期間、オンされる。これにより、ブラシレスDCモータ5の位置情報の検出を確実に行うことができる。 Further, the PWM output to the switching section 4a is turned on at least until the position detecting section 6 first detects the induced voltage zero crossing. That is, the switching unit 4a is turned on for each predetermined number of carriers based on the PWM drive signal, and the switching unit 4a is controlled to be turned on from the start of the predetermined carrier to at least the time when the position information is first acquired. is turned on for a period of Similarly, each of the switching units 4b to 4f is turned on for each predetermined number of carriers based on the PWM drive signal, and the switching unit is turned on at least at the first position from the start of the predetermined carrier. It is turned on until the time when the information is obtained. This makes it possible to reliably detect the position information of the brushless DC motor 5 .

なお、本実施の形態では、PWMのオン比率の下限は50%に設定されている。これにより、ブラシレスDCモータ5の位置情報の検出を確実に行うことができる。 In this embodiment, the lower limit of the ON ratio of PWM is set to 50%. This makes it possible to reliably detect the position information of the brushless DC motor 5 .

一般的に、PWM制御においては、PWMのオン比率が100%以下の範囲においてモータ制御が行われる。しかしながら、本実施の形態では、PWMのオン比率が100%以下から100%を超える範囲においてモータ制御が行われる。本実施の形態では、オン比率の上限は150%とする。また、本実施の形態では、オン比率の下限は、前述のように50%とする。 Generally, in PWM control, motor control is performed in a range where the ON ratio of PWM is 100% or less. However, in the present embodiment, motor control is performed in a range from 100% or less to over 100% of the ON ratio of PWM. In this embodiment, the upper limit of the ON ratio is set to 150%. Further, in the present embodiment, the lower limit of the ON ratio is set to 50% as described above.

モータ駆動波形の矩形波の120度のうち、前半60度にPWM信号を重畳させる場合は、当該前半60度の通電開始タイミングより前に、オン比率の100%を越える部分の通電を開始し、オン比率の残りの100%分を当該前半60度の区間で通電する。また、モータ駆動波形の矩形波120度のうち、後半60度にPWM信号を重畳させる場合は、当該後半60度の区間でオン比率の100%分を通電し、通電が終了したのちにオン比率の100%を越える部分についての通電を行う。 When the PWM signal is superimposed on the first half 60 degrees of the rectangular wave of 120 degrees of the motor drive waveform, the energization of the portion exceeding 100% of the ON ratio is started before the energization start timing of the first half 60 degrees, The remaining 100% of the ON ratio is energized in the first half 60 degrees section. Further, when the PWM signal is superimposed on the latter half of 60 degrees of the rectangular wave of 120 degrees of the motor drive waveform, 100% of the ON ratio is energized in the latter half 60 degrees section, and after the energization is completed, the ON ratio 100% of the current is energized.

ドライブ部12は、PWM駆動信号に基づいて、インバータ4のスイッチング素子4a~4fをオン又はオフ(以下、オン/オフと記す)する。より具体的には、ドライブ部12は、PWM生成部10が生成したPWM駆動信号に基づいて駆動信号を生成し、当該駆動信号をスイッチング素子4a~4fの制御端子に入力する。 The drive unit 12 turns on or off (hereinafter referred to as on/off) the switching elements 4a to 4f of the inverter 4 based on the PWM drive signal. More specifically, the drive section 12 generates a drive signal based on the PWM drive signal generated by the PWM generation section 10, and inputs the drive signal to the control terminals of the switching elements 4a to 4f.

モータ駆動装置13は、インバータ4の他に、整流回路2と、平滑部3と、を含んでもよい。そして、モータ駆動装置13は、交流電源1に接続されてもよい。また、モータ駆動装置13は、制御部8として、位置検出部6、速度検出部7、PWM生成部10、及び、ドライブ部12を含んで構成されてもよい。このように構成されたモータ駆動装置13は、ブラシレスDCモータ5を駆動する。 Motor drive device 13 may include rectifier circuit 2 and smoothing section 3 in addition to inverter 4 . Then, the motor driving device 13 may be connected to the AC power supply 1 . Further, the motor drive device 13 may be configured including the position detection section 6 , the speed detection section 7 , the PWM generation section 10 , and the drive section 12 as the control section 8 . The motor drive device 13 configured in this manner drives the brushless DC motor 5 .

図1に示す例では、ブラシレスDCモータ5は、冷蔵庫30に備えられた圧縮機20を駆動する。 In the example shown in FIG. 1 , brushless DC motor 5 drives compressor 20 provided in refrigerator 30 .

圧縮機20としては、ロータリ型又はスクロール型等の、任意の圧縮方式(機構)が用いられる。例えば、本実施の形態では、圧縮機20は、レシプロ型が採用されている。 As the compressor 20, any compression system (mechanism) such as rotary type or scroll type is used. For example, in this embodiment, the compressor 20 is of a reciprocating type.

ブラシレスDCモータ5の回転子5aに接続されたクランクシャフト(図示せず)により、回転子5aの回転運動が往復運動に変換される。そして、クランクシャフトに接続された圧縮要素であるピストン(図示せず)が、シリンダ(図示せず)内を往復する。これにより、シリンダ内の冷媒が圧縮される。 A crankshaft (not shown) connected to the rotor 5a of the brushless DC motor 5 converts the rotary motion of the rotor 5a into reciprocating motion. A piston (not shown), which is a compression element connected to the crankshaft, reciprocates within a cylinder (not shown). This compresses the refrigerant in the cylinder.

なお、レシプロ型の圧縮機は、圧縮時の冷媒の漏れが少なく、特に低速での効率が高い。一方で、レシプロ型の圧縮機は、圧縮時に発生する負荷トルク脈動が大きく、特に低速において圧縮機20の中のブラシレスDCモータ5の速度脈動が発生する。 Note that the reciprocating compressor has little leakage of refrigerant during compression, and has high efficiency especially at low speed. On the other hand, in the reciprocating compressor, load torque pulsation generated during compression is large, and speed pulsation of the brushless DC motor 5 in the compressor 20 is generated particularly at low speed.

圧縮機20で圧縮された冷媒は、凝縮器21、減圧器22、及び蒸発器23を順に通って、再び圧縮機20に戻る。冷凍サイクルを構成する媒体である冷媒は、凝縮器21で放熱し、蒸発器23で吸熱する。従って、冷媒との熱交換による冷却及び加熱を行うことができる。 The refrigerant compressed by the compressor 20 passes through the condenser 21, the pressure reducer 22, and the evaporator 23 in order, and returns to the compressor 20 again. A refrigerant, which is a medium constituting a refrigerating cycle, radiates heat in the condenser 21 and absorbs heat in the evaporator 23 . Therefore, cooling and heating can be performed by heat exchange with the refrigerant.

冷蔵庫30は、圧縮機20、凝縮器21、減圧器22及び蒸発器23で構成された冷凍サイクル回路を有し、蒸発器23で冷却された空気が冷蔵室及び冷凍室に送られることで筐体の内部が冷却される。 The refrigerator 30 has a refrigeration cycle circuit composed of a compressor 20, a condenser 21, a pressure reducer 22, and an evaporator 23, and the air cooled by the evaporator 23 is sent to the refrigerator compartment and the freezer compartment to cool the housing. Cools the inside of the body.

[2.モータ駆動装置]
次に、モータ駆動装置13について、図面を交えて詳細に説明する。
[2. Motor drive device]
Next, the motor driving device 13 will be described in detail with reference to the drawings.

まず、図2を用いて、PWM制御における通電率が100%以下の場合の、PWM駆動信号、並びに、ブラシレスDCモータ5とインバータ4のスイッチング素子4aとの間の電流、及び、端子電圧の変化について説明する。 First, using FIG. 2, changes in the PWM drive signal, the current between the brushless DC motor 5 and the switching element 4a of the inverter 4, and the terminal voltage when the duty ratio in the PWM control is 100% or less. will be explained.

図2の(a)は、スイッチング素子4aに入力されるドライブ部12からの駆動信号、図2の(b)は、スイッチング素子4bに入力されるドライブ部12からの駆動信号、図2の(c)はスイッチング素子4cに入力されるドライブ部12からの駆動信号を示している。また、図2の(d)は、スイッチング素子4dに入力されるドライブ部12からの駆動信号、図2の(e)は、スイッチング素子4eに入力されるドライブ部12からの駆動信号、図2の(f)はスイッチング素子4fに入力されるドライブ部12からの駆動信号を示している。さらに、図2の(g)は、スイッチング素子4aとブラシレスDCモータ5との間に流れる電流を示している。また、図2の(h)は、スイッチング素子4aとブラシレスDCモータ5との間の端子電圧を表している。なお、図2の(g)の電流の向きは、スイッチング素子4aからブラシレスDCモータ5への向きを正とする。 FIG. 2(a) shows a drive signal from the drive section 12 that is input to the switching element 4a, FIG. 2(b) shows a drive signal from the drive section 12 that is input to the switching element 4b, and FIG. c) shows the drive signal from the drive section 12 input to the switching element 4c. Further, (d) in FIG. 2 is a drive signal from the drive section 12 input to the switching element 4d, and (e) in FIG. 2 is a drive signal from the drive section 12 to be input to the switching element 4e. (f) indicates the drive signal from the drive unit 12 input to the switching element 4f. Further, (g) of FIG. 2 shows the current flowing between the switching element 4a and the brushless DC motor 5. As shown in FIG. (h) in FIG. 2 represents the terminal voltage between the switching element 4 a and the brushless DC motor 5 . As for the direction of the current in FIG. 2(g), the direction from the switching element 4a to the brushless DC motor 5 is positive.

図2の横軸において、T1からT2、T2からT3、T3からT4、T4からT5、T5からT6、及びT6からT7の区間は、各々PWM制御における1キャリアのキャリア周期を表している。これらの区間の各々において、3相のうちの少なくとも1相について、スイッチングが行われる。 On the horizontal axis of FIG. 2, sections from T1 to T2, from T2 to T3, from T3 to T4, from T4 to T5, from T5 to T6, and from T6 to T7 each represent a carrier period of one carrier in PWM control. At least one of the three phases is switched in each of these intervals.

具体的には、T1からT2の区間では、スイッチング素子4bがスイッチングを行っている。同様に、T2からT3の区間では、スイッチング素子4eがスイッチングを行っており、T3からT4の区間では、スイッチング素子4dがスイッチングを行っている。また、T4からT5の区間では、スイッチング素子4aがスイッチングを行っており、T5からT6の区間では、スイッチング素子4fがスイッチングを行っており、T6からT7の区間では、スイッチング素子4cがスイッチングを行っている。 Specifically, in the section from T1 to T2, the switching element 4b is switching. Similarly, the switching element 4e performs switching in the section from T2 to T3, and the switching element 4d performs switching in the section from T3 to T4. The switching element 4a performs switching in the section from T4 to T5, the switching element 4f performs switching in the section from T5 to T6, and the switching element 4c performs switching in the section from T6 to T7. ing.

スイッチング素子4a~4fの各々は、スイッチングを行う所定のキャリアの区間(キャリア周期)において、前半でオンするとともに、後半でオフする。例えば、スイッチング素子4aについての所定のキャリアは、T4からT5の区間に該当するキャリアである。同様に、スイッチング素子4b~4fの各々についての所定のキャリアは、それぞれ、T1からT2、T6からT7、T3からT4、T2からT3、T5からT6の区間に該当するキャリアである。なお、スイッチング素子4a~4fの各々は、ハイアクティブによって駆動してもよい。そして、スイッチングを行った当該所定のキャリアの次のキャリアの区間では、継続してオンしている。すなわち、当該次のキャリアの区間では、スイッチング素子4a~4fは非PWM制御となり、PWM制御における1キャリア周期の間、オンの状態となって通電している。これにより、スイッチング素子4a~4fがオフの時に、モータ電流が還流し、オン中とオフ中の電流のバランスがよくなり、効率の良いモータ駆動制御が行われる。 Each of the switching elements 4a to 4f is turned on in the first half and turned off in the second half of a predetermined carrier period (carrier cycle) for switching. For example, the predetermined carrier for the switching element 4a is a carrier corresponding to the section from T4 to T5. Similarly, predetermined carriers for each of the switching elements 4b to 4f are carriers corresponding to sections T1 to T2, T6 to T7, T3 to T4, T2 to T3, and T5 to T6, respectively. Each of the switching elements 4a to 4f may be driven by high active. Then, it is continuously turned on in the section of the carrier next to the predetermined carrier that has been switched. That is, in the section of the next carrier, the switching elements 4a to 4f are non-PWM controlled, and are turned on and energized for one carrier period in the PWM control. As a result, when the switching elements 4a to 4f are off, the motor current circulates, and the balance between the on-time and off-time currents is improved, and efficient motor drive control is performed.

なお、T1からT7の6キャリア周期が、ブラシレスDCモータ5の電気角1周期に対応する。スイッチング素子4a~4fのうち、インバータ4の上側のスイッチング素子である4a,4c,4eの各々は、電気角120度ずつ互いにずらした波形に基づいてスイッチングされる。また、インバータ4の下側のスイッチング素子である4b,4d,4fの各々もそれぞれ同様に、電気角120度ずつ互いにずらした波形に基づいてスイッチングされる。これにより回転磁界をつくり、ブラシレスDCモータ5を回転させることができる。また、本実施の形態のブラシレスDCモータ5は3相4極であるので、電気角2周期分が、ブラシレスDCモータ5の1回転に対応する。そして、電気角1周期における通電パターンが繰り返されることで、ブラシレスDCモータ5が継続して回転される。 Six carrier cycles from T1 to T7 correspond to one electrical angle cycle of the brushless DC motor 5 . Of the switching elements 4a to 4f, the switching elements 4a, 4c, and 4e, which are the upper switching elements of the inverter 4, are switched based on waveforms shifted by 120 electrical degrees from each other. Likewise, each of the switching elements 4b, 4d, and 4f on the lower side of the inverter 4 is similarly switched based on waveforms shifted from each other by an electrical angle of 120 degrees. Thereby, a rotating magnetic field is generated, and the brushless DC motor 5 can be rotated. Further, since the brushless DC motor 5 of the present embodiment has three phases and four poles, two electrical angle cycles correspond to one rotation of the brushless DC motor 5 . By repeating the energization pattern in one cycle of the electrical angle, the brushless DC motor 5 is continuously rotated.

本実施の形態では、T4からT5の区間において、T4からT8の期間は、スイッチング素子4aがオンする。この際、図2の(g)に示すように、T4からT8の期間で電流は単調に増加する。そして、T8からT5の期間は、スイッチング素子4aがオフし、電流が単調に減少する。 In the present embodiment, in the interval from T4 to T5, the switching element 4a is turned on during the period from T4 to T8. At this time, as shown in FIG. 2(g), the current monotonically increases during the period from T4 to T8. During the period from T8 to T5, the switching element 4a is turned off and the current monotonously decreases.

T5からT6の区間においては、スイッチング素子4aはPWMの1周期の全期間において継続してオンとなっているが、スイッチング素子4fがスイッチングを行っているため、電流が増減する。 In the section from T5 to T6, the switching element 4a is continuously turned on for the entire period of one PWM cycle, but the current increases and decreases because the switching element 4f is switching.

また、T6からT7の区間において、スイッチング素子4aがオフするため、図2の(g)に示すように、T6からT9の期間で電流が0に収束していく。電流が0になるまでの間(T6からT9の期間)、図2の(g)に示す電流は、還流電流用のダイオード4hを通ってブラシレスDCモータ5に流れる。このため、図2の(h)に示す、スイッチング素子4aとブラシレスDCモータ5との間の端子電圧と、グランド間との間では、還流電流用のダイオード4hの電位差のみとなる。従って、端子電圧は0V付近に張り付き、端子電圧に誘起電圧があらわれない。 Further, since the switching element 4a is turned off during the period from T6 to T7, the current converges to 0 during the period from T6 to T9, as shown in FIG. 2(g). Until the current becomes 0 (period from T6 to T9), the current shown in (g) of FIG. 2 flows to the brushless DC motor 5 through the return current diode 4h. Therefore, the potential difference between the terminal voltage between the switching element 4a and the brushless DC motor 5 shown in (h) of FIG. 2 and the ground is only the potential difference of the return current diode 4h. Therefore, the terminal voltage stays close to 0 V, and no induced voltage appears in the terminal voltage.

また、T6からT7の区間において、T9からT10の期間は、図2の(g)に示すように、スイッチング素子4aからブラシレスDCモータ5に流れる電流は0となる。また、図2の(h)に示すように、スイッチング素子4c及びスイッチング素子4fがオンしているが、端子電圧につながらない。このため、インバータ4の直流母線間電圧の中点(図2の(h)に示す一点鎖線)と誘起電圧との交点(T10)が、誘起電圧ゼロクロスとして検出される。 In the interval from T6 to T7, the current flowing from the switching element 4a to the brushless DC motor 5 is 0 during the period from T9 to T10, as shown in FIG. 2(g). Also, as shown in (h) of FIG. 2, the switching element 4c and the switching element 4f are on, but the terminal voltage is not connected. Therefore, the intersection (T10) between the midpoint of the voltage between the DC bus lines of the inverter 4 (one-dot chain line shown in (h) of FIG. 2) and the induced voltage is detected as the induced voltage zero cross.

本実施の形態では、T9からT10の期間において、少なくとも誘起電圧ゼロクロスが検出されるまで、PWM制御によって、スイッチング素子4cはオンされる。そして、ブラシレスDCモータ5の目標速度と1回転の平均速度との差に応じて、PWM制御におけるオン幅が増減される。これにより、確実に位置検出を行うことが可能となる。 In the present embodiment, during the period from T9 to T10, the switching element 4c is turned on by PWM control until at least the induced voltage zero cross is detected. Then, the ON width in the PWM control is increased or decreased according to the difference between the target speed of the brushless DC motor 5 and the average speed of one rotation. This makes it possible to reliably perform position detection.

なお、図2では、T10において、誘起電圧のゼロクロスと同時にPWM制御によってスイッチング素子4cがオフしている。この場合、PWM制御のオン比率は、50%となる。なお、本実施の形態では、基準電圧として中性点を用いているためオン比率が50%となるが、直流母線電圧をマイクロコントローラによりA/D変換して取得し、閾値(基準電圧)を変更することでPWM制御のオン比率を50%よりも下げることができる。 In FIG. 2, at T10, the switching element 4c is turned off by PWM control simultaneously with the zero crossing of the induced voltage. In this case, the ON ratio of PWM control is 50%. In this embodiment, since the neutral point is used as the reference voltage, the ON ratio is 50%. By changing it, the ON ratio of PWM control can be lowered below 50%.

次に、図3を用いて、PWM制御における通電率が100%を越える場合の、PWM駆動信号、並びに、ブラシレスDCモータ5とインバータ4のスイッチング素子4aとの間の電流及び端子電圧の変化について説明する。 Next, referring to FIG. 3, changes in the PWM drive signal, the current between the brushless DC motor 5 and the switching element 4a of the inverter 4, and the terminal voltage when the duty ratio in the PWM control exceeds 100%. explain.

図3の(a)~(f)は、それぞれ図2と同様に、インバータ4のスイッチング素子4a~4fに入力されるドライブ部12からの駆動信号を示している。また、図3の(g)及び(h)は、それぞれ図2と同様に、ブラシレスDCモータ5の相電流及び電圧を表している。電流の向きについても、図2と同様に、スイッチング素子4aからブラシレスDCモータ5への方向を正とする。 (a) to (f) of FIG. 3 respectively show drive signals from the drive section 12 that are input to the switching elements 4a to 4f of the inverter 4, similarly to FIG. Also, (g) and (h) of FIG. 3 represent the phase current and voltage of the brushless DC motor 5, respectively, similarly to FIG. As for the direction of the current, the direction from the switching element 4a to the brushless DC motor 5 is assumed to be positive, as in FIG.

図3の横軸において、T101からT102、T102からT103、T103からT104、T104からT105、T105からT106、及びT106からT107の区間は、各々PWM制御における1キャリアのキャリア周期を表している。これらの区間の各々において、ブラシレスDCモータ5の3相のうちの2相が、PWM信号の重畳された矩形波である。残りの1相は、PWM信号が重畳されない、非PWM制御による波形が出力される。 On the horizontal axis of FIG. 3, sections from T101 to T102, from T102 to T103, from T103 to T104, from T104 to T105, from T105 to T106, and from T106 to T107 each represent a carrier cycle of one carrier in PWM control. In each of these intervals, two of the three phases of the brushless DC motor 5 are superimposed rectangular waves of PWM signals. The remaining one phase outputs a non-PWM controlled waveform on which no PWM signal is superimposed.

図3においては、矩形波の120度のうち、前半60度がPWM制御による波形、すなわちモータ駆動波形にPWM信号が重畳された波形である。具体的には、T103からT104の区間であれば、図3の(a)と(d)がPWM制御による波形であり、図3の(e)が非PWM制御による出力となっている。 In FIG. 3, the first half 60 degrees of the 120 degrees of the rectangular wave is a waveform by PWM control, that is, a waveform in which a PWM signal is superimposed on a motor driving waveform. Specifically, in the section from T103 to T104, (a) and (d) of FIG. 3 are waveforms by PWM control, and (e) of FIG. 3 is an output by non-PWM control.

図3では、PWM制御の通電率(オン比率)が100%を超えている状態であるため、PWMの1キャリア周期よりもPWM制御におけるオンの出力期間が長くなる。具体的には、T103からT104の区間では、図3の(d)が、100%未満のPWMの通電率の場合においてもPWM制御におけるオンが出力される相である。そして、オン比率のうち100%を越える部分については、通常、オン比率が100%以下の場合にはオンしない区間において、オンしている。具体的には、T103からT104の一つ前のキャリア区間である、T102からT103の区間において、オン比率のうち100%を超える部分に対応してオンしている。 In FIG. 3, since the energization rate (ON ratio) of PWM control exceeds 100%, the ON output period in PWM control is longer than one carrier period of PWM. Specifically, in the interval from T103 to T104, (d) in FIG. 3 is the phase for which ON is output in PWM control even when the duty ratio of PWM is less than 100%. A portion of the on-ratio exceeding 100% is normally turned on in a section that is not turned on when the on-ratio is 100% or less. Specifically, in the section from T102 to T103, which is the carrier section immediately before T103 to T104, the on ratio is turned on corresponding to the portion exceeding 100%.

同様に、T101からT102において図3の(e)、T102からT103において図3の(d)、T103からT104において図3の(a)、T104からT105において図3の(f)、T105からT106において図3の(c)、T106からT107において図3の(b)が、各々、100%以上のオン比率のうちの100%を越える部分に該当するオンを出力している。 Similarly, from T101 to T102 (e) of FIG. 3, from T102 to T103 (d) of FIG. 3, from T103 to T104 (a) of FIG. 3, from T104 to T105 (f) of FIG. FIG. 3(c) and T106 to T107 in FIG. 3(b) respectively output ON corresponding to the portion exceeding 100% of the ON ratio of 100% or more.

120度通電のうち、前半60度の区間はPWM制御による波形であり、後半60度の区間は非PWM制御による波形である。そこで、PWM制御により制御される前半60度の区間と連続し、且つ、オン比率が100%以下の場合にはオンしない区間である、当該前半60度の区間の前のキャリア区間において、オン比率のうちの100%を越える部分に該当するオン部分を出力している。これにより、オン比率が100%を越えた場合においても、PWM制御を容易に行うことができる。 In the 120-degree energization, the first half of 60 degrees is a waveform by PWM control, and the latter half of 60 degrees is a waveform by non-PWM control. Therefore, in the carrier section preceding the first half 60-degree section, which is a section that is continuous with the first half 60-degree section controlled by PWM control and that is not turned on when the on-ratio is 100% or less, the on-ratio An ON portion corresponding to a portion exceeding 100% of the output is output. This makes it possible to easily perform PWM control even when the ON ratio exceeds 100%.

図3に示す場合について、各々のスイッチング部(4a~4f)は、PWM駆動信号に基づいて所定のキャリア数ごとにオンに制御され、且つ、オンに制御されるキャリアの一つ後のキャリアの区間中継続してオンに制御(非PWM制御)される。そして、PWM駆動信号に基づくスイッチング部(4a~4f)のオンの開始タイミングは、ブラシレスDCモータ5の通電相の切替えタイミングより早く設定される。 In the case shown in FIG. 3, each of the switching units (4a to 4f) is controlled to be ON for each predetermined number of carriers based on the PWM drive signal, and the carrier one after the carrier to be controlled to be ON. It is controlled to be ON continuously during the interval (non-PWM control). The timing to start turning on the switching units (4a to 4f) based on the PWM drive signal is set earlier than the switching timing of the energized phases of the brushless DC motor 5. FIG.

オン比率が100%を超える場合において、ブラシレスDCモータ5の制御可能なオン比率の範囲としては、次の通りである。まず、スイッチング部のオンの開始タイミングとして可能なタイミングは、位置検出部6によってブラシレスDCモータ5の端子電圧に現れる誘起電圧ゼロクロスの発生時以降である。従って、オン比率が100%を超える場合の超過部分の範囲は、60度の半分の30度に該当する、50%までとなる。すなわち、オン比率の範囲の最大値は、150%となる。 When the on-ratio exceeds 100%, the controllable on-ratio range of the brushless DC motor 5 is as follows. First, the possible timing for turning on the switching unit is after the occurrence of the induced voltage zero cross appearing in the terminal voltage of the brushless DC motor 5 by the position detection unit 6 . Therefore, the range of the excess portion when the ON ratio exceeds 100% is up to 50%, which corresponds to 30 degrees, which is half of 60 degrees. That is, the maximum value of the on-ratio range is 150%.

このように、本実施の形態では、位置検出1回につきスイッチングが1回となり、スイッチング損失が非常に小さくなる。従って、ブラシレスDCモータ5の磁極位置の検出精度を高くしつつ、損失を低減し、負荷に応じた任意の速度での駆動を行うことができる。 Thus, in this embodiment, switching is performed once per position detection, and the switching loss is extremely small. Therefore, it is possible to increase the detection accuracy of the magnetic pole position of the brushless DC motor 5, reduce the loss, and perform the drive at an arbitrary speed according to the load.

また、位置検出を行った後に、当該位置検出の結果に基づいて、現在のPWMキャリアの区間におけるオフの開始のタイミングが決定されるとともに、次のPWMキャリアにおけるオンのタイミングが決定される。従って、速度応答性の高い制御を行うことができる。 Further, after the position detection is performed, based on the result of the position detection, the off start timing in the current PWM carrier section is determined, and the on timing in the next PWM carrier is determined. Therefore, control with high speed responsiveness can be performed.

次に、PWM制御のオン比率が100%以下の場合における、スイッチング区間の違いに関して、図2及び図4を用いて説明する。 Next, the difference in switching intervals when the ON ratio of PWM control is 100% or less will be described with reference to FIGS. 2 and 4. FIG.

図4は、PWM制御におけるスイッチング区間を変更した場合のPWM駆動信号(オン比率が100%以下の場合)の波形図である。図2と同様に、図4の(a)~(f)は、それぞれ、スイッチング素子4a~4fの駆動信号を示している。また、図4の(g)はスイッチング素子4aからブラシレスDCモータ5に流れる電流を示しており、図4の(h)はスイッチング素子4aとブラシレスDCモータ5との間の端子電圧を示している。 FIG. 4 is a waveform diagram of a PWM drive signal (when the ON ratio is 100% or less) when changing the switching section in PWM control. Similar to FIG. 2, (a) to (f) of FIG. 4 show drive signals for the switching elements 4a to 4f, respectively. 4(g) shows the current flowing from the switching element 4a to the brushless DC motor 5, and FIG. 4(h) shows the terminal voltage between the switching element 4a and the brushless DC motor 5. .

前述のように、図2においては、スイッチング素子4aは、120度の通電区間のうち、前半60度の区間(T4からT5)においてスイッチングし、後半60度の区間(T5からT6)において、100%通電している。一方、図4では、スイッチング素子4aは、120度の通電区間のうち、前半60度の区間(T204からT205)において非PWM制御によるオンされ、後半60度の区間(T205からT206)においてスイッチングされる。すなわち、60度のスイッチング区間(T205からT206)うち、図2のT4からT8と同様に、前半(T205からT208)でオンされ、後半(T208からT206)でオフされる。 As described above, in FIG. 2, the switching element 4a switches in the first half 60-degree section (T4 to T5) of the 120-degree conduction section, and switches to 100 degrees in the latter half 60-degree section (T5 to T6). % energized. On the other hand, in FIG. 4, the switching element 4a is turned on by non-PWM control in the first 60-degree section (T204 to T205) of the 120-degree conduction section, and is switched in the latter 60-degree section (T205 to T206). be. That is, in the 60-degree switching section (T205 to T206), like T4 to T8 in FIG.

このように、T204からT206の120度の区間において、スイッチングのオンとオフが1回ずつとなるため、インバータ4のスイッチング損失がより低減される。 In this manner, in the 120-degree section from T204 to T206, the switching is turned on and off once each, so the switching loss of the inverter 4 is further reduced.

また、図2の(h)に示す端子電圧と、図4の(h)に示す端子電圧とは、異なる。しかし、ともに位置検出を行う区間である、図2のT9からT10の区間と、図4のT209からT210の区間とでは、端子電圧の波形は互いに相似な波形である。従って、図4に示す場合においても、図2に示す場合と同様に位置検出を正確に行うことができる。また、電流については、図2の(g)に示す波形と、図4の(g)に示す波形とが、ほぼ同じ波形となっており、図2に示す場合と同等のトルクを得ることができる。 Also, the terminal voltage shown in (h) of FIG. 2 and the terminal voltage shown in (h) of FIG. 4 are different. However, in the interval from T9 to T10 in FIG. 2 and the interval from T209 to T210 in FIG. 4, which are both intervals for position detection, the waveforms of the terminal voltages are similar to each other. Therefore, even in the case shown in FIG. 4, position detection can be performed accurately as in the case shown in FIG. As for the current, the waveform shown in (g) of FIG. 2 and the waveform shown in (g) of FIG. 4 are almost the same waveform, and the same torque as in the case shown in FIG. 2 can be obtained. can.

次に、PWM制御のオン比率が100%を越える場合における、PWM制御を行う区間の違いに関して、図3及び図5を用いて説明する。 Next, the difference in the intervals in which PWM control is performed when the ON ratio of PWM control exceeds 100% will be described with reference to FIGS. 3 and 5. FIG.

図5は、PWM制御におけるスイッチング区間を変更した場合のPWM駆動信号(オン比率が100%を超える場合)の波形図である。 FIG. 5 is a waveform diagram of a PWM drive signal (when the ON ratio exceeds 100%) when changing the switching section in PWM control.

図5において、スイッチング素子4aは、図5の(a)で示されるように、T304からT306に該当する120度の区間において矩形波で通電される。図5に示す場合では、PWM制御が行われる区間は、120度のうちの後半60度である。従って、T305からT306の区間は、PWM制御が行われる区間となる。また、図5に示す場合は、PWM制御のオン比率が100%を越えている。従って、PWM制御が行われる区間であるT305からT306の区間と連続し、且つ、オン比率が100%以下の場合にはオフしている区間である、当該区間の後の区間であるT306からT307の区間において、オン比率のうちの100%を越える部分に該当するオン部分が出力される。 In FIG. 5, the switching element 4a is energized with a rectangular wave in a 120-degree section corresponding to T304 to T306, as shown in FIG. 5(a). In the case shown in FIG. 5, the section in which PWM control is performed is the latter half of 60 degrees out of 120 degrees. Therefore, the section from T305 to T306 is a section in which PWM control is performed. Further, in the case shown in FIG. 5, the ON ratio of PWM control exceeds 100%. Therefore, the interval from T306 to T307, which is the interval following the interval from T305 to T306 where the PWM control is performed and which is off when the ON ratio is 100% or less, is the interval from T306 to T307. , an ON portion corresponding to a portion exceeding 100% of the ON ratio is output.

言い換えると、図5に示す場合について、各々のスイッチング部(4a~4f)は、PWM駆動信号に基づいて所定のキャリア数ごとにオンに制御され、且つ、オンに制御されるキャリアの一つ前のキャリアの区間中継続してオンに制御(非PWM制御)される。そして、PWM駆動信号に基づくスイッチング部(4a~4f)のオンの終了タイミングは、ブラシレスDCモータ5の通電相の切替えタイミングより早く設定される。 In other words, in the case shown in FIG. 5, each of the switching units (4a to 4f) is controlled to be ON for each predetermined number of carriers based on the PWM drive signal, and is controlled to be ON one before the carrier. is continuously controlled to be ON (non-PWM control) during the carrier section of . The ON end timing of the switching units (4a to 4f) based on the PWM drive signal is set earlier than the switching timing of the energized phases of the brushless DC motor 5. FIG.

また、図3の(h)及び図5の(h)に示す端子電圧に関して、誘起電圧ゼロクロスを基準として誘起電圧ゼロクロスから30度の経過時に120度の通電を開始する場合、実際の端子電圧は、図3の(h)に示す場合の方が進んでいることになる。 Also, regarding the terminal voltages shown in (h) of FIG. 3 and (h) of FIG. , the case shown in FIG. 3(h) is more advanced.

図3に示すように、120度の通電のうちの前半60度においてPWM制御が行われる場合は、端子電圧の進みが大きくなる。このため、特に120度の開始タイミングを変更することなく、位置検出部6によって位置検出できる範囲を広く確保することができる。従って、単純な制御によって、ブラシレスDCモータ5の回転子5aの磁極位置の検出を安定して行うことができる。 As shown in FIG. 3, when the PWM control is performed in the first half 60 degrees of the 120-degree energization, the advance of the terminal voltage increases. Therefore, it is possible to ensure a wide range in which the position detection unit 6 can detect the position without changing the start timing of 120 degrees. Therefore, the magnetic pole position of the rotor 5a of the brushless DC motor 5 can be stably detected by simple control.

一方で、図5に示すように、120度の通電のうちの後半60度においてPWM制御が行われる場合は、遅れ側に通電時間が延びることとなる。このため、位置検出部6によって基準となる誘起電圧ゼロクロスが検出された後、実際に通電相を切り替えるまで、時間に余裕がある。従って、性能の低いマイクロコントローラが用いられた場合であっても、適切に制御を行うことが可能となる。また、位置検出部6によって位置検出を行うことができる区間が狭くなる場合は、120度の開始タイミングを電気角で早めることで、安定して位置検出を行うことが可能となる。 On the other hand, as shown in FIG. 5, when PWM control is performed in the latter half of 60 degrees of the 120-degree energization, the energization time is extended on the delayed side. For this reason, there is a margin of time until the energized phase is actually switched after the reference induced voltage zero cross is detected by the position detector 6 . Therefore, even if a microcontroller with low performance is used, appropriate control can be performed. Further, when the interval in which position detection can be performed by the position detection unit 6 becomes narrow, the position detection can be stably performed by advancing the start timing of 120 degrees by an electrical angle.

[3.モータの速度制御]
次に、図6を用いてPWM制御によるブラシレスDCモータ5の速度制御について詳細に説明する。
[3. Motor speed control]
Next, the speed control of the brushless DC motor 5 by PWM control will be described in detail with reference to FIG.

図6は、ブラシレスDCモータの速度制御に関するフローチャートである。 FIG. 6 is a flow chart for speed control of a brushless DC motor.

まず、ブラシレスDCモータ5の磁極位置の基準である誘起電圧ゼロクロスが検出されたか否かが判定される(STEP101)。判定の結果、誘起電圧ゼロクロスが検出されていなければ再びSTEP101に移行し、再度判定が行われる(STEP101,No)。例えば、位置検出部6が、誘起電圧ゼロクロスを検出し、速度検出部7が当該判定を行う。 First, it is determined whether or not the induced voltage zero cross, which is the reference of the magnetic pole position of the brushless DC motor 5, has been detected (STEP 101). As a result of the determination, if the induced voltage zero cross is not detected, the process proceeds to STEP101 again, and the determination is performed again (STEP101, No). For example, the position detector 6 detects the induced voltage zero crossing, and the speed detector 7 makes the determination.

一方、誘起電圧ゼロクロスが検出されていれば、STEP102へと移行する(STEP101,Yes)。 On the other hand, if the induced voltage zero cross is detected, the process proceeds to STEP 102 (STEP 101, Yes).

次に、誘起電圧ゼロクロスの検出間隔から、ブラシレスDCモータ5の現在の駆動速度が計算される(STEP102)。ブラシレスDCモータ5は3相4極モータであるので、モータが一回転する間に、誘起電圧ゼロクロスが12回発生する。すなわち、制御部8は、間欠的にブラシレスDCモータ5の位置情報を取得することになる。そして、ゼロクロスの位置検出間隔の12倍で1秒を除算することで、ブラシレスDCモータ5の1秒間あたりの回転数である、現在の駆動速度を計算することができる。この際、1回転の平均速度もあわせて計算される。1回転の平均速度は、1回転の間の位置検出回数である12回分の位置検出間隔を合計し、逆数を取ることで計算することができる。1秒を、合計した位置検出間隔で除算すると、1秒あたりの1回転の平均速度を計算することができる。例えば、本実施の形態では、速度検出部7がブラシレスDCモータ5の現在の駆動速度を計算する。計算が終わると、STEP103へ移行する。 Next, the current driving speed of the brushless DC motor 5 is calculated from the detection interval of the induced voltage zero cross (STEP 102). Since the brushless DC motor 5 is a 3-phase 4-pole motor, the induced voltage zero cross occurs 12 times during one rotation of the motor. That is, the control unit 8 intermittently acquires the position information of the brushless DC motor 5 . By dividing 1 second by 12 times the zero-cross position detection interval, the current drive speed, which is the number of rotations of the brushless DC motor 5 per second, can be calculated. At this time, the average speed for one rotation is also calculated. The average speed for one rotation can be calculated by summing up 12 position detection intervals, which are the number of position detections during one rotation, and taking the reciprocal. Dividing 1 second by the total location interval gives the average speed of one revolution per second. For example, in this embodiment, the speed detector 7 calculates the current drive speed of the brushless DC motor 5 . After the calculation is completed, the process proceeds to STEP103.

次に、STEP102で計算された1回転の平均速度が、外部より入力される目標速度より速いか否かが判定される(STEP103)。目標速度は外部から入力されるが、例えば、冷蔵庫30では、冷蔵庫30の庫内の温度によって決定される。特に、冷蔵庫30の電源投入時等の、庫内が冷却されていない状態では、目標速度が高く設定される。そして、冷蔵庫30の庫内温度が、予め食品保存に適した温度として決定された目標温度よりも高ければ(STPE103,No)、高い目標速度が設定されて冷却能力を向上させる。一方、冷蔵庫30の庫内温度が目標温度より低ければ(STPE103,Yes)、低い目標速度が設定されて冷却能力を低下させる。現在の1回転の平均速度が、当該目標速度よりも速ければ(STEP103,Yes)、STEP104へ移行する。 Next, it is determined whether or not the average speed for one rotation calculated in STEP 102 is faster than the target speed input from the outside (STEP 103). The target speed is input from the outside, and is determined by the temperature inside the refrigerator 30 in the refrigerator 30, for example. In particular, the target speed is set high when the inside of the refrigerator 30 is not cooled, such as when the refrigerator 30 is powered on. Then, if the internal temperature of the refrigerator 30 is higher than the target temperature determined in advance as the temperature suitable for food storage (STPE 103, No), a high target speed is set to improve the cooling capacity. On the other hand, if the internal temperature of the refrigerator 30 is lower than the target temperature (STPE 103, Yes), a low target speed is set to reduce the cooling capacity. If the current average speed of one rotation is faster than the target speed (STEP103, Yes), the process proceeds to STEP104.

STEP104では、PWM生成部10が生成するPWM制御のオン比率が過剰であるので、PWM制御のオン比率を減少させる(STEP104)。なお、オン比率の減少量は、一律でもよいし、目標速度との差から計算により決定されてもよい。本実施の形態では、より単純な制御とするため、オン比率の減少量は一律で1%とする。すなわち、減少前のPWM制御のオン比率が111%である場合、減少後のオン比率は、111%から1%を減じた110%となる。そして、STEP105へ移行する。 In STEP 104, the ON ratio of PWM control generated by the PWM generator 10 is excessive, so the ON ratio of PWM control is decreased (STEP 104). The amount of decrease in the ON ratio may be uniform, or may be determined by calculation from the difference from the target speed. In the present embodiment, the reduction amount of the ON ratio is uniformly set to 1% for simpler control. That is, if the on-ratio of PWM control before the reduction is 111%, the on-ratio after the reduction is 110%, which is 111% minus 1%. Then, the process proceeds to STEP105.

STEP105では、STEP102で計算された現在の駆動速度から、120度の矩形波の開始タイミングが計算される。ブラシレスDCモータ5は3相モータであるため、120度の通電の開始タイミングは60度ごとに発生し、電気角1周期では6回発生する。またブラシレスDCモータ5は極数が4であるため、機械角1回転では電気角1周期における回数の2倍の12回、120度の通電の開始タイミングが発生する。 In STEP105, the start timing of the 120-degree rectangular wave is calculated from the current driving speed calculated in STEP102. Since the brushless DC motor 5 is a three-phase motor, the 120-degree energization start timing occurs every 60 degrees, and occurs six times in one cycle of the electrical angle. In addition, since the brushless DC motor 5 has four poles, one rotation of the mechanical angle generates 12 energization start timings of 120 degrees, which is twice the number of times in one cycle of the electrical angle.

例えば、STEP102で計算された現在の駆動速度が20Hzであるとする。この場合、機械角での1回転の周期は50msとなる。これを機械角での1回転の間における、120度の開始タイミングの発生回数(1回転の間の位置検出回数である12回)で割ると、12.5/3msとなる。つまり、現在の駆動速度が20Hzであるとすると、PWMの次のキャリア区間の周期は12.5/3msとなる。従って、現在のキャリア区間のPWMの周期の終了のタイミングから、電気角で60度に相当する、次の矩形波の120度の開始タイミングまでが12.5/3msとなるように、通電相の切替タイミングが計算される。そしてSTEP106に移行する。 For example, assume that the current drive speed calculated in STEP 102 is 20 Hz. In this case, the period of one rotation in mechanical angle is 50 ms. Dividing this by the number of occurrences of the 120-degree start timing during one rotation of the mechanical angle (12 times, which is the number of times of position detection during one rotation) gives 12.5/3 ms. That is, if the current driving speed is 20 Hz, the period of the next PWM carrier interval is 12.5/3 ms. Therefore, the energization phase is adjusted so that the timing from the end of the PWM cycle in the current carrier section to the start timing of 120 degrees of the next rectangular wave corresponding to 60 degrees in electrical angle is 12.5/3 ms. Switching timing is calculated. Then, the process proceeds to STEP106.

STEP106では、PWM制御におけるオン比率が100%を越えていているか否か判定される。例えば、現在のPWMのオン比率が110%である場合、オン比率が100%を超えているので(STEP106,Yes)、STEP107へと移行する。 In STEP 106, it is determined whether or not the ON ratio in PWM control exceeds 100%. For example, when the current ON ratio of PWM is 110%, the ON ratio exceeds 100% (STEP106, Yes), so the process proceeds to STEP107.

STEP107では、PWM制御におけるオン比率のうち、100%を越えている部分が時間に換算される。オン比率から時間への換算方法としては、STEP105で計算された現在の駆動速度での電気角で60度に相当する時間に、PWM制御におけるオン比率のうち、100%を越えている部分の比率を乗じることで算出することができる。ここでは、PWM制御のオン比率が110%であり、10%が100%を超えている部分である。従って、STEP105で計算された、次の60度に相当するキャリア区間の周期である12.5/3msについて、1.25/3msが超過時間として格納される。そしてSTEP108に移行する。 In STEP 107, the portion of the ON ratio in PWM control that exceeds 100% is converted into time. As a method of converting the on-ratio to time, the ratio of the portion exceeding 100% of the on-ratio in PWM control during the time corresponding to 60 degrees in electrical angle at the current drive speed calculated in STEP 105 can be calculated by multiplying Here, the ON ratio of PWM control is 110%, and 10% is a portion exceeding 100%. Therefore, 1.25/3 ms is stored as the excess time for 12.5/3 ms, which is the period of the carrier interval corresponding to the next 60 degrees calculated in STEP105. Then, the process proceeds to STEP108.

PWM制御におけるオン比率が110%である場合、100%を越えているため、前述のように、STEP107で超過時間が計算される。そして、STEP108では、60度に相当する現在のPWM周期の終了タイミングよりも、計算された超過時間分だけ早く、次の60度に相当する区間で通電が開始される相が通電を開始するように、通電開始のタイミングが計算されてセットされる。そして、STEP109に移行する。 If the ON ratio in PWM control is 110%, it exceeds 100%, so the excess time is calculated in STEP 107 as described above. Then, in STEP 108, the phase to be energized in the section corresponding to the next 60 degrees starts energization earlier than the end timing of the current PWM cycle corresponding to 60 degrees by the calculated excess time. , the energization start timing is calculated and set. Then, the process proceeds to STEP109.

STEP109では、現在の通電相の終了のタイミングがセットされる。オン比率が110%の場合、100%を超える超過分を除いたオン比率は、100%である。従って、当該次の60度に相当する区間で通電の終了する相については、PWM制御のキャリア周期が終了するタイミングまで通電が継続される。つまり、PWM制御におけるオン比率が100%を越えている場合は、3相が同時に通電される期間がある。そして処理が終了する。 In STEP 109, the end timing of the current energized phase is set. When the on-ratio is 110%, the on-ratio excluding the excess over 100% is 100%. Therefore, the energization of the phase whose energization ends in the section corresponding to the next 60 degrees continues until the timing when the carrier period of the PWM control ends. That is, when the ON ratio in PWM control exceeds 100%, there is a period during which the three phases are energized simultaneously. Then the process ends.

一方、例えば、STEP102で計算された1回転の平均速度が20Hzであり、外部より入力される目標速度が25Hzである場合は、1回転の平均速度が目標速度以下であるため(STEP103,No)、STEP110へ移行する。 On the other hand, for example, if the average speed for one rotation calculated in STEP 102 is 20 Hz and the target speed input from the outside is 25 Hz, the average speed for one rotation is less than or equal to the target speed (STEP 103, No). , to STEP110.

また、この場合、1回転の平均速度が目標速度より低いため(STEP110,Yes)、STEP111に移行する。 Also, in this case, since the average speed for one rotation is lower than the target speed (STEP110, Yes), the process proceeds to STEP111.

STEP111では、1回転の平均速度が不足している状態であるため、PWM制御のオン比率を現在よりも高くして速度を上げる。なお、本実施の形態では、PWM制御のオン比率の増加量は、STEP104の場合と同様に固定値の1%としている。すなわち、例えばPWM制御のオン比率が79%である場合、オン比率は1%増加され、増加後の80%が新たなPWMのオン比率として格納される。そして、STEP105へと移行する。 In STEP 111, since the average speed for one rotation is insufficient, the ON ratio of PWM control is increased to increase the speed. In this embodiment, the amount of increase in the ON ratio of PWM control is set to a fixed value of 1%, as in STEP 104 . That is, for example, when the ON ratio of PWM control is 79%, the ON ratio is increased by 1%, and 80% after the increase is stored as a new PWM ON ratio. Then, the process proceeds to STEP105.

STEP105では、次の120度の切替タイミングからその次の120度の切替タイミングまでの区間に該当する、電気角で60度に相当する時間、すなわちPWM周期が計算される。例えば、現在の駆動速度が20Hzである場合、次の120度の切替タイミングから12.5/3msが経過するタイミングが、その次の120度の切替タイミングとして計算される。そして、STEP106へと移行する。 In STEP 105, a time corresponding to an electrical angle of 60 degrees, that is, a PWM cycle, is calculated, which corresponds to a section from the next 120-degree switching timing to the next 120-degree switching timing. For example, if the current drive speed is 20 Hz, the timing 12.5/3 ms after the next 120-degree switching timing is calculated as the next 120-degree switching timing. Then, the process proceeds to STEP106.

STEP106では、PWMオン比率が100%を越えているか否かの判断が行われる。ここで、現在のPWM制御のオン比率は80%、すなわち100%以下であるため(STEP106,No)、STEP112へと移行する。 In STEP 106, it is determined whether or not the PWM ON ratio exceeds 100%. Here, since the current ON ratio of PWM control is 80%, ie, 100% or less (STEP 106, No), the process proceeds to STEP 112.

STEP112では、PWM制御のオン比率が80%であり、100%を越える部分がないので、超過時間として0が格納され、STEP108へと移行する。 In STEP112, the ON ratio of PWM control is 80%, and there is no portion exceeding 100%, so 0 is stored as the overtime, and the process proceeds to STEP108.

STEP108では、超過時間が0であるため、120度の切替タイミングが、次に通電する相の通電開始のタイミングと同じになるよう値が設定され、STEP109へと移行する。 In STEP 108, the excess time is 0, so a value is set so that the switching timing of 120 degrees is the same as the energization start timing of the phase to be energized next, and the process proceeds to STEP 109.

ここでは、PWM制御のオン比率は80%であるので、120度の通電切り替えにより通電が終了する相は、PWM周期の80%に該当する時間が経過した時点で、通電が終了する。また、PWM制御のキャリア周期は、120度の通電の切替え間隔である60度に相当する時間と一致する。従って、STEP109では、次の60度の区間において、STEP105で計算された12.5/3msの80%の時間に該当する10/3msの時間が経過した時点で通電が終了するように、通電終了タイミングがセットされる。そして、処理が終了する。 Here, since the on-ratio of PWM control is 80%, energization of a phase whose energization ends due to energization switching of 120 degrees ends when a time corresponding to 80% of the PWM cycle has elapsed. Further, the carrier period of PWM control coincides with the time corresponding to 60 degrees, which is the switching interval of energization of 120 degrees. Therefore, in STEP 109, in the next 60-degree section, energization is terminated when 10/3 ms, which corresponds to 80% of the 12.5/3 ms calculated in STEP 105, has elapsed. Timing is set. Then the process ends.

一方、STEP110において、1回転の平均速度が20Hzであり、目標速度が20Hzである場合は(STEP110,No)、STEP105へと移行する。STEP105以降STEP109迄の処理は前述の場合と同様の処理となる。そして、処理が終了する。 On the other hand, in STEP110, when the average speed of one rotation is 20 Hz and the target speed is 20 Hz (STEP110, No), the process proceeds to STEP105. The processes from STEP 105 to STEP 109 are the same as those described above. Then the process ends.

これらの処理が繰り返されることによって、PWM生成部10は、ブラシレスDCモータ5の1回転の速度が目標速度に対して不足して加速が必要な場合に、加速することができる。また、ブラシレスDCモータ5の1回転の速度が目標速度に対して過剰で減速が必要な場合に、減速することができる。また、ブラシレスDCモータ5の1回転の速度が目標速度と一致していれば、1回転の平均速度を維持することができる。 By repeating these processes, the PWM generator 10 can accelerate the brushless DC motor 5 when the speed of one rotation is insufficient for the target speed and acceleration is required. Further, when the speed of one rotation of the brushless DC motor 5 is excessive with respect to the target speed and deceleration is necessary, deceleration can be performed. Also, if the speed of one rotation of the brushless DC motor 5 matches the target speed, the average speed of one rotation can be maintained.

また、PWM生成部10は、電気角で60度ごとに通電相を切り換える。これにより、ブラシレスDCモータ5を回転させるための回転磁界が生成される。 Further, the PWM generator 10 switches the energized phase every 60 electrical degrees. Thereby, a rotating magnetic field for rotating the brushless DC motor 5 is generated.

なお、図6に示すフローの処理が行われる前に、通電相の切り替えのパターン(モータ駆動波形)が生成される。そして、各通電相にどれだけの電圧を印加し、どのタイミングで通電相が切り替えるかについて、図6のフローによって決定される。 It should be noted that before the processing of the flow shown in FIG. 6 is performed, a pattern (motor drive waveform) for switching the energized phases is generated. Then, how much voltage is applied to each energized phase and at what timing the energized phase is switched is determined according to the flow of FIG.

また、PWM制御のオン比率が100%を超える場合であっても、オン比率が100%以下の場合と同様に速度制御を行うことができる。従って、オン比率が100%よりも大きい、高速又は高負荷の領域においても、安定してブラシレスDCモータ5の制御を行うことができる。 Further, even when the on-ratio of PWM control exceeds 100%, speed control can be performed in the same manner as when the on-ratio is 100% or less. Therefore, the brushless DC motor 5 can be stably controlled even in high-speed or high-load regions where the ON ratio is greater than 100%.

[4.圧縮機]
次に、圧縮機20にモータ駆動装置13を適用する場合について説明する。
[4. Compressor]
Next, a case where the motor driving device 13 is applied to the compressor 20 will be described.

圧縮機20においては、ブラシレスDCモータ5は、高温雰囲気、冷媒雰囲気、且つ、オイル雰囲気に配置されることになる。このため、ブラシレスDCモータ5に位置センサを取り付けることは、著しく困難である。従って、多くの場合、モータ駆動のための磁極位置を、センサを用いずに検出できる、センサレス技術が必須である。 In the compressor 20, the brushless DC motor 5 is placed in a high-temperature atmosphere, a refrigerant atmosphere, and an oil atmosphere. Therefore, attaching a position sensor to the brushless DC motor 5 is extremely difficult. Therefore, in many cases, a sensorless technology that can detect the magnetic pole position for motor driving without using a sensor is essential.

ここで、モータ駆動装置13は、圧縮機20の内部に納められたブラシレスDCモータ5の回転子5aの磁極位置を、圧縮機20の外部において検出可能なブラシレスDCモータ5の誘起電圧によって検出し、取得することができる。本実施の形態では、具体的には、位置検出部6が回転子5aの磁極位置の検出を行う。 Here, the motor driving device 13 detects the magnetic pole position of the rotor 5a of the brushless DC motor 5 housed inside the compressor 20 by means of the induced voltage of the brushless DC motor 5 that can be detected outside the compressor 20. , can be obtained. Specifically, in the present embodiment, the position detector 6 detects the magnetic pole position of the rotor 5a.

また、少なくとも、位置検出部6で誘起電圧ゼロクロスが検出されるまで、PWM制御によりスイッチング部がオンされる。これにより、位置検出部6によって確実に誘起電圧ゼロクロスを検出することができる。従って、センサレスであっても、精度良くブラシレスDCモータ5を駆動することができる。 Further, the switching section is turned on by PWM control at least until the position detection section 6 detects the induced voltage zero cross. As a result, the position detector 6 can reliably detect the induced voltage zero crossing. Therefore, even without a sensor, the brushless DC motor 5 can be driven with high accuracy.

また、本実施の形態においては、圧縮機20はレシプロ型の圧縮方式を採用している。このため、冷蔵庫等の、低速で駆動する時間が長いシステムにおいては、非常に効率が良い。しかしながら、レシプロ型の圧縮方式では、圧縮工程及び吸入工程が別々に行われるため、周期的に大きなトルク脈動が発生する。従って、制御の応答性が悪い場合には、固定子5bへの通電と回転子5aの位置とがずれて、効率が悪化する。そこで、本実施の形態のモータ駆動装置13では、制御の応答性を高めるために、ブラシレスDCモータ5の現在の駆動速度を検出する。具体的には、速度検出部7が、位置検出部6で検出される誘起電圧ゼロクロスごとに、図6に示すように、誘起電圧ゼロクロス検出間隔に基づいて、現在の駆動速度を検出する。そして、PWM生成部10によるPWM制御のオン時間及びキャリア周波数を変更することで、周期的なトルクの変化及び速度の変化にも瞬時に対応することができる。 Further, in this embodiment, the compressor 20 employs a reciprocating compression system. Therefore, it is very efficient in a system such as a refrigerator that is driven at low speed for a long time. However, in the reciprocating compression system, since the compression process and the intake process are performed separately, a large torque pulsation occurs periodically. Therefore, when the responsiveness of the control is poor, the energization of the stator 5b and the position of the rotor 5a deviate, resulting in deterioration of efficiency. Therefore, in the motor driving device 13 of the present embodiment, the current driving speed of the brushless DC motor 5 is detected in order to improve control responsiveness. Specifically, the speed detection unit 7 detects the current drive speed based on the induced voltage zero-cross detection interval for each induced voltage zero-crossing detected by the position detection unit 6, as shown in FIG. By changing the on-time and carrier frequency of the PWM control by the PWM generator 10, it is possible to instantaneously respond to periodic changes in torque and changes in speed.

[5.冷蔵庫]
次に、上述した圧縮機20を用いた冷蔵庫30について説明する。図1に示すように、冷蔵庫30の圧縮機20は、モータ駆動装置13によって駆動される。
[5. refrigerator]
Next, refrigerator 30 using compressor 20 described above will be described. As shown in FIG. 1 , compressor 20 of refrigerator 30 is driven by motor drive device 13 .

冷蔵庫30は、庫内の負荷及び外気温度等によって、必要な負荷が大きく変動する。冷蔵庫30の運転状態のうち、時間的に最も大きな割合を占めるのは、食品等の庫内の負荷が十分に冷却された状態での運転状態である。このような運転状態では、圧縮機20の圧縮負荷が減り、ブラシレスDCモータ5は低速且つ低負荷で運転される。そして、低速且つ低負荷になるほど、インバータ4の導通損失が減少していき、インバータ4の損失全体におけるスイッチング損失の割合が大きくなっていく。 The required load of the refrigerator 30 fluctuates greatly depending on the load inside the refrigerator, the outside air temperature, and the like. Among the operating states of the refrigerator 30, the operating state in which the load in the refrigerator, such as food, is sufficiently cooled takes up the largest proportion of time. In such an operating state, the compression load of the compressor 20 is reduced, and the brushless DC motor 5 is operated at low speed and low load. As the speed and load decrease, the conduction loss of the inverter 4 decreases, and the ratio of the switching loss to the total loss of the inverter 4 increases.

本実施の形態では、ブラシレスDCモータ5の磁極位置が精度良く検出され、ブラシレスDCモータ5の通電相の切替えが行われる周期を1キャリアとして、ブラシレスDCモータ5の駆動が行われる。このため、スイッチング回数が非常に少ない状態でブラシレスDCモータ5の駆動が可能となる。従って、特に、インバータ4のスイッチング損失の割合が大きな、低速又は低負荷の領域において、モータ駆動装置13が適用された冷蔵庫30の省エネルギ性能を大きく向上させることができる。 In this embodiment, the magnetic pole position of the brushless DC motor 5 is detected with high accuracy, and the brushless DC motor 5 is driven with a period in which the energized phase of the brushless DC motor 5 is switched as one carrier. Therefore, the brushless DC motor 5 can be driven with a very small number of switching times. Therefore, the energy saving performance of the refrigerator 30 to which the motor drive device 13 is applied can be greatly improved particularly in the low speed or low load region where the ratio of the switching loss of the inverter 4 is large.

なお、図1においては、モータ駆動装置13が冷蔵庫30と別体に設けられた例を示しているが、モータ駆動装置13は、冷蔵庫30と一体として設けられていてもよい。 Although FIG. 1 shows an example in which motor drive device 13 is provided separately from refrigerator 30 , motor drive device 13 may be provided integrally with refrigerator 30 .

以上のように、本実施の形態においては、モータ駆動装置13は、ブラシレスDCモータ5をPWM制御するための波形を生成する制御部8を備え、PWMのオン率が100%以下から100%を越える範囲でブラシレスDCモータ5を制御する。これにより、PWM制御のオン率を100%より大きくして、ブラシレスDCモータの各相に印加される平均印加電圧を高くすることが可能となる。従って、低速で高効率なモータを選定することで低速での省エネルギ化を図りつつ、安価な駆動方法によって高速化及び高出力化が可能となる。 As described above, in the present embodiment, the motor drive device 13 includes the control unit 8 that generates a waveform for PWM-controlling the brushless DC motor 5, and the PWM on-rate increases from 100% or less to 100%. The brushless DC motor 5 is controlled within the range exceeding. As a result, it becomes possible to increase the average applied voltage applied to each phase of the brushless DC motor by increasing the on-rate of the PWM control to more than 100%. Therefore, by selecting a low-speed, high-efficiency motor, it is possible to achieve high-speed and high-output using an inexpensive drive method while saving energy at low speed.

また、制御部8において、PWM生成部10が生成する波形は、矩形波であってもよい。そして、PWMの周期とブラシレスDCモータ5の通電相の切替の間隔とが同期されてもよい。 Also, in the control unit 8, the waveform generated by the PWM generation unit 10 may be a rectangular wave. Then, the period of PWM and the switching interval of the energized phases of the brushless DC motor 5 may be synchronized.

これにより、ブラシレスDCモータ5の磁極位置の検出に必要な計算が単純となり、安価な構成が可能となる。 This simplifies the calculations required to detect the magnetic pole position of the brushless DC motor 5, enabling an inexpensive configuration.

また、ブラシレスDCモータ5を駆動するためのスイッチング回数が少ないため、特に、スイッチング損失が支配的となる低速の領域において、消費電力を低減することができる。 In addition, since the number of times of switching for driving the brushless DC motor 5 is small, power consumption can be reduced particularly in a low speed range where switching loss is dominant.

また、ブラシレスDCモータ5は回転子5a及び固定子5bを有し、制御部8は、回転子5aの位置をブラシレスDCモータ5の誘起電圧から検出する位置検出部を有してもよい。これにより、ブラシレスDCモータ5の各相の基準となる誘起電圧のゼロクロスが表れるタイミングにおいてPWM制御によりスイッチングをオンの状態にしておくことができ、精度よくブラシレスDCモータ5の位置検出が可能となる。 The brushless DC motor 5 may have a rotor 5a and a stator 5b, and the controller 8 may have a position detector that detects the position of the rotor 5a from the induced voltage of the brushless DC motor 5. FIG. As a result, the switching can be kept on by PWM control at the timing at which the zero cross of the induced voltage, which is the reference of each phase of the brushless DC motor 5, appears, and the position of the brushless DC motor 5 can be detected with high accuracy. .

また、センサレスで位置検出が行われるため、センサを配置することができない高温の密閉空間等においても、ブラシレスDCモータを駆動することができる。 In addition, since position detection is performed without a sensor, the brushless DC motor can be driven even in a high-temperature closed space where a sensor cannot be placed.

また、PWM生成部10は、非PWM出力区間の次にPWM出力区間が続くように波形を出力し、PWM制御による通電終了タイミングをブラシレスDCモータ5の通電相の切替タイミングと同期させないようにしてもよい。これにより、ブラシレスDCモータ5の回転子5a位置の検出タイミングから通電相の切替タイミングまでの時間的な余裕が大きくなり、演算性能の低いより安価なマイクロコントローラであっても安定した駆動が可能となる。 Further, the PWM generator 10 outputs a waveform so that the non-PWM output section is followed by the PWM output section, and the energization end timing by the PWM control is not synchronized with the switching timing of the energization phase of the brushless DC motor 5. good too. This increases the time margin from the timing of detecting the position of the rotor 5a of the brushless DC motor 5 to the timing of switching the energized phase, and enables stable driving even with a less expensive microcontroller with low computational performance. Become.

また、PWM生成部10は、PWM出力区間の次に非PWM出力区間が続くように波形を出力し、PWM制御による通電開始タイミングをブラシレスDCモータ5の通電相の切替タイミングと同期させないようにしてもよい。これにより、ブラシレスDCモータ5の通電相の切替タイミングから回転子5a位置の検出タイミングまでの時間的な余裕が大きくなり、負荷変動等によるモータの駆動速度の変化に対応できる範囲を広げることができる。 In addition, the PWM generation unit 10 outputs a waveform so that a non-PWM output section follows a PWM output section, and the energization start timing by PWM control is not synchronized with the switching timing of the energization phase of the brushless DC motor 5. good too. As a result, the time margin from the switching timing of the energized phase of the brushless DC motor 5 to the detection timing of the rotor 5a position is increased, and the range that can cope with the change in the driving speed of the motor due to the load fluctuation or the like can be expanded. .

また、ブラシレスDCモータ5が駆動する負荷は、圧縮機20の圧縮要素であってよい。これにより、高温の密閉空間である圧縮機の内部においてもセンサレスで位置検出ができるため、モータ駆動装置13及び圧縮機を安価に構成することができる。 Also, the load driven by the brushless DC motor 5 may be the compression element of the compressor 20 . As a result, the position can be detected without a sensor even in the inside of the compressor, which is a high-temperature sealed space, so that the motor driving device 13 and the compressor can be constructed at low cost.

また、圧縮機20、凝縮器21、減圧器22、蒸発器23、圧縮機20の順に接続された冷凍サイクルを備え、圧縮機20に組み込まれたブラシレスDCモータ5をモータ駆動装置13で駆動する冷蔵庫30としたことにより、低速での運転率が高い冷蔵庫の消費電力を低減することとなり、安価に冷蔵庫の消費電力を低減することができる。 It also has a refrigeration cycle in which a compressor 20, a condenser 21, a pressure reducer 22, an evaporator 23, and the compressor 20 are connected in this order, and a brushless DC motor 5 incorporated in the compressor 20 is driven by a motor drive device 13. By using the refrigerator 30, the power consumption of a refrigerator having a high operation rate at low speed can be reduced, and the power consumption of the refrigerator can be reduced inexpensively.

本開示のモータ駆動装置は、特に、低速運転時においてインバータ回路の損失を低減できる。このため、冷蔵庫のみならず、エアコン、自動販売機、ショーケース、及びヒートポンプ給湯器等における圧縮機を駆動するモータに適用できる。 The motor drive device of the present disclosure can reduce the loss of the inverter circuit especially during low speed operation. Therefore, it can be applied not only to refrigerators but also to motors that drive compressors in air conditioners, vending machines, showcases, heat pump water heaters, and the like.

1 交流電源
2 整流回路
3 平滑部
4 インバータ
5 ブラシレスDCモータ
6 位置検出部
7 速度検出部
8 制御部
10 PWM生成部
12 ドライブ部
13 モータ駆動装置
20 圧縮機
21 凝縮器
22 減圧器
23 蒸発器
30 冷蔵庫
1 AC power supply 2 Rectifier circuit 3 Smoothing unit 4 Inverter 5 Brushless DC motor 6 Position detection unit 7 Speed detection unit 8 Control unit 10 PWM generation unit 12 Drive unit 13 Motor drive device 20 Compressor 21 Condenser 22 Pressure reducer 23 Evaporator 30 refrigerator

Claims (8)

スイッチング部を有し、入力電力を前記スイッチング部によりスイッチングして、ブラシレスDCモータに供給するインバータと、
前記インバータをPWM制御により制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記スイッチング部を駆動するPWM駆動信号を生成し、
前記PWM駆動信号に基づいて前記スイッチング部をスイッチングするように構成され、前記スイッチング部は、
前記PWM駆動信号に基づいて、前記PWM制御における各々のキャリアのキャリア周期の開始は、前記ブラシレスDCモータの通電相の切替間隔を同期させ、
前記PWM制御の1キャリア周期の開始から終了までの間に前記ブラシレスDCモータの速度情報を取得して、前記1キャリア周期の通電率と前記1キャリア周期の終了タイミングを決定し、前記通電率が100%以下から100%以上の範囲でオンに制御され、100%以下の場合は前記通電相の1切替区間あたりスイッチングのオンとオフが1回ずつとなるように制御される、
モータ駆動装置。
an inverter having a switching unit for switching input power by the switching unit and supplying the input power to a brushless DC motor;
a control unit that controls the inverter by PWM control;
with
The control unit
generating a PWM drive signal for driving the switching unit;
configured to switch the switching unit based on the PWM drive signal, the switching unit comprising:
Based on the PWM drive signal , the start of the carrier cycle of each carrier in the PWM control synchronizes the switching interval of the energized phases of the brushless DC motor,
The speed information of the brushless DC motor is acquired from the start to the end of one carrier period of the PWM control, the energization rate of the one carrier period and the end timing of the one carrier period are determined, and the energization rate is determined. is controlled to be ON in the range of 100% or less to 100% or more, and when it is 100% or less, the switching is controlled to be ON and OFF once per switching section of the energized phase;
motor drive.
前記ブラシレスDCモータは、回転子及び固定子を有し、
前記制御部は、前記ブラシレスDCモータの誘起電圧に基づいて前記回転子の回転の位置情報を取得する、
請求項に記載のモータ駆動装置。
The brushless DC motor has a rotor and a stator,
The control unit acquires rotation position information of the rotor based on the induced voltage of the brushless DC motor.
The motor drive device according to claim 1 .
前記スイッチング部は、前記PWM駆動信号に基づいて、PWM制御の通電率が50%以上且つ150%以下の範囲でオンに制御される、
請求項1または2に記載のモータ駆動装置。
The switching unit is controlled to be ON based on the PWM drive signal in a range where the duty ratio of PWM control is 50% or more and 150% or less.
3. A motor driving device according to claim 1 or 2 .
前記スイッチング部は、
前記PWM駆動信号に基づいて所定のキャリア数ごとにオンに制御され、且つ、
オンに制御されるキャリアの、一つ前のキャリア又は一つ後のキャリアの区間中継続してオンに制御される、
請求項1からのいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
The switching unit
controlled to be ON for each predetermined number of carriers based on the PWM drive signal, and
Controlled on continuously during the section of the carrier that is one before or one after the carrier that is controlled to be on,
A motor driving device according to any one of claims 1 to 3 .
前記スイッチング部が、前記PWM駆動信号に基づいて所定のキャリア数ごとにオンに制御され、且つ、オンに制御されるキャリアの一つ前のキャリアの区間中継続してオンに制御される場合であって、前記PWM制御の通電率が100%を超える範囲にある場合は、前記制御部は、前記PWM駆動信号に基づく前記スイッチング部のオンの終了タイミングを、前記ブラシレスDCモータの通電相の切替えタイミングより遅くする、
請求項に記載のモータ駆動装置。
The switching unit is controlled to be ON for each predetermined number of carriers based on the PWM drive signal, and is continuously controlled to be ON during the interval of the carrier immediately preceding the carrier that is controlled to be ON. When the energization rate of the PWM control is in a range exceeding 100%, the control unit determines the ON end timing of the switching unit based on the PWM drive signal by switching the energization phase of the brushless DC motor. later than the timing
5. A motor driving device according to claim 4 .
前記スイッチング部が、前記PWM駆動信号に基づいて所定のキャリア数ごとにオンに制御され、且つ、オンに制御されるキャリアの一つ後のキャリアの区間中継続してオンに制御される場合であって、前記PWM制御の通電率が100%を超える範囲にある場合は、前記制御部は、前記PWM駆動信号に基づく前記スイッチング部のオンの開始タイミングを、前記ブラシレスDCモータの通電相の切替えタイミングより早くする、
請求項に記載のモータ駆動装置。
The switching unit is controlled to be ON for each predetermined number of carriers based on the PWM drive signal, and is controlled to be ON continuously during the interval of the carrier one after the carrier that is controlled to be ON. When the energization rate of the PWM control is in a range exceeding 100%, the control unit determines the start timing of turning on the switching unit based on the PWM drive signal by switching the energization phase of the brushless DC motor. ahead of time,
5. A motor driving device according to claim 4 .
前記ブラシレスDCモータは、圧縮機を駆動するモータである、
請求項1からのいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
The brushless DC motor is a motor that drives a compressor,
A motor driving device according to any one of claims 1 to 6 .
ブラシレスDCモータを有する圧縮機、凝縮器、減圧器及び蒸発器が接続されて構成された冷凍サイクル回路を備え、
前記ブラシレスDCモータは、請求項1からのいずれか一項に記載のモータ駆動装置で駆動される、
冷蔵庫。
A refrigeration cycle circuit configured by connecting a compressor having a brushless DC motor, a condenser, a pressure reducer and an evaporator,
The brushless DC motor is driven by the motor driving device according to any one of claims 1 to 7 ,
refrigerator.
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