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JP2006109624A - Drive device for brushless dc motor - Google Patents

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JP2006109624A
JP2006109624A JP2004293555A JP2004293555A JP2006109624A JP 2006109624 A JP2006109624 A JP 2006109624A JP 2004293555 A JP2004293555 A JP 2004293555A JP 2004293555 A JP2004293555 A JP 2004293555A JP 2006109624 A JP2006109624 A JP 2006109624A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
brushless
motor
voltage
inverter
rectifier circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004293555A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidenao Tanaka
秀尚 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2004293555A priority Critical patent/JP2006109624A/en
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Abstract

【課題】ブラシレスDCモータの駆動装置の小型低コスト化を図る。
【解決手段】インバータ12と並列に接続するスナバコンデンサ13を平滑コンデンサとしての機能持たせ、位置検出手段33による位置の検出が不可能なときにその位置を推定してインバータ12を動作させるようにすることを特徴としたものであり、これによって、位置検出が不可能なときにもその位置を推定して位置検出に応じた転流することができるので、安定した運転が出来るようになり、ブラシレスDCモータ14の駆動装置の小型低コスト化が図れる。
【選択図】図1
To reduce the size and cost of a brushless DC motor drive device.
A snubber capacitor connected in parallel with an inverter has a function as a smoothing capacitor, and when the position cannot be detected by a position detecting means, the position is estimated and the inverter is operated. As a result, even when position detection is impossible, the position can be estimated and commutation according to position detection can be performed, so that stable operation can be performed. The drive device of the brushless DC motor 14 can be reduced in size and cost.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、冷蔵庫やエアコンなどの冷凍空調システムの圧縮機などに搭載されるブラシレスDCモータの駆動装置に関するものである。   The present invention relates to a brushless DC motor driving apparatus mounted on a compressor of a refrigerating and air-conditioning system such as a refrigerator or an air conditioner.

従来この種の冷凍空調システムにおける圧縮機などに搭載されるブラシレスDCモータの駆動装置は、一般的には十分大きな平滑用コンデンサを有した整流回路と、インバータとを備え、位置検出センサをなくし誘起電圧またはモータ電流から位置検出をすることより駆動されている。これは圧縮機などの高温雰囲気・冷媒雰囲気・オイル雰囲気などで位置センサを取り付けることが著しく困難であったためである。   Conventionally, a brushless DC motor driving device mounted on a compressor or the like in this type of refrigerating and air-conditioning system generally includes a rectifier circuit having a sufficiently large smoothing capacitor and an inverter, and eliminates a position detection sensor and induces it. It is driven by detecting the position from voltage or motor current. This is because it was extremely difficult to attach the position sensor in a high-temperature atmosphere such as a compressor, a refrigerant atmosphere, or an oil atmosphere.

また、近年この駆動装置を小型化するために、整流回路の平滑用コンデンサを大幅に小容量化する取組みもなされている(例えば特許文献1参照)。   In recent years, in order to reduce the size of this drive device, efforts have been made to significantly reduce the capacity of the smoothing capacitor of the rectifier circuit (see, for example, Patent Document 1).

図8は特許文献1に記載された、従来のブラシレスDCモータの駆動装置のブロック図を示すものである。   FIG. 8 is a block diagram of a conventional brushless DC motor driving apparatus described in Patent Document 1. In FIG.

従来のブラシレスDCモータの駆動装置は、単相交流電源1を電源とする。ダイオード全波整流回路2の入力側は単相交流電源1に接続されており、出力側は平滑コンデンサ3に接続されている。この平滑コンデンサ3は十分に小さい容量のもので従来の1/100程度の容量のコンデンサである。   A conventional brushless DC motor driving apparatus uses a single-phase AC power source 1 as a power source. The input side of the diode full-wave rectifier circuit 2 is connected to the single-phase AC power source 1, and the output side is connected to the smoothing capacitor 3. The smoothing capacitor 3 has a sufficiently small capacity, and is a conventional capacitor having a capacity of about 1/100.

PWM(パルス幅変調)インバータ4は、6個のスイッチング素子(逆向きのダイオードを含む)を3相ブリッジ接続している。その入力側は平滑コンデンサ3の両端に接続されている。   The PWM (pulse width modulation) inverter 4 has six switching elements (including diodes in the reverse direction) connected in a three-phase bridge. The input side is connected to both ends of the smoothing capacitor 3.

3相巻線が施されたモータ5は、PWMインバータ4の出力側に接続されており、これにより駆動されるものである。   The motor 5 provided with the three-phase winding is connected to the output side of the PWM inverter 4 and is driven thereby.

制御回路6は、単相交流電源1の電圧v、直流部電流idc、PWMインバータ4の出力電流ia,ib,ic、位置検出センサ7からの位置情報θなどの情報を入力として、最適な駆動ができるようにPWMインバータ4のゲートを駆動している。
特開2002−51589号公報
The control circuit 6 receives the information such as the voltage v of the single-phase AC power source 1, the direct current portion idc, the output currents ia, ib, ic of the PWM inverter 4, and the position information θ from the position detection sensor 7 as an optimum drive. The gate of the PWM inverter 4 is driven so that
JP 2002-51589 A

しかしながら、従来の構成では、インバータのゲートを制御するための電源供給方法について全く考慮されておらず、例えば、平滑コンデンサ3両端から、PWMインバータ4と並列に電源回路を設け、ゲート制御用電源を供給する場合、平滑コンデンサ3には1μF/1W程度(10W出力電源では、10μF程度)の容量が必要となる。また、この平滑コンデンサ3両端には、AC100V入力時で約140Vが印加される。   However, in the conventional configuration, no consideration is given to a power supply method for controlling the gate of the inverter. For example, a power supply circuit is provided in parallel with the PWM inverter 4 from both ends of the smoothing capacitor 3, and a power supply for gate control is provided. When supplying, the smoothing capacitor 3 requires a capacity of about 1 μF / 1 W (about 10 μF for a 10 W output power supply). Further, about 140 V is applied to both ends of the smoothing capacitor 3 when AC 100 V is input.

一般的に、平滑コンデンサ3には高容量、高耐圧で比較的低コストな電解コンデンサが用いられるが、電解コンデンサは、容量により許容リプル電流値が低下するため、圧縮機用等の大出力モータ駆動においては、リプル電流が許容値を超えるため使うことが出来ず、フィルムコンデンサ等の選定が必要となる。また、10μF程度のフィルムコンデンサでは、コスト高となると共に、コンデンサの大型化が伴い機器の小型化が難しいという課題を有していた。   Generally, an electrolytic capacitor having a high capacity, a high withstand voltage, and a relatively low cost is used as the smoothing capacitor 3. However, since the allowable ripple current value is reduced depending on the capacity of the electrolytic capacitor, a large output motor for a compressor or the like. In driving, the ripple current exceeds the allowable value and cannot be used, and a film capacitor or the like needs to be selected. In addition, the film capacitor of about 10 μF has a problem that the cost is high and it is difficult to reduce the size of the device due to the increase in size of the capacitor.

更に、上記従来の構成では、位置検出センサ7であるエンコーダやホール素子などがっいているものでは直流電圧が低下しても位置検出は可能ではあるが、圧縮機のように位置検出センサを取り付けることができない様な用途では使用できない。一般的に位置検出センサ7なしでブラシレスDCモータを駆動する方法として知られているのは、モータの誘起電圧を検出する方法と、モータ電流から回転位置を検出する方法などである。   Further, in the above-described conventional configuration, the position detection sensor 7 having an encoder or a hall element can detect the position even if the DC voltage is lowered, but the position detection sensor is attached like a compressor. It cannot be used for purposes that cannot be used. Generally known methods for driving a brushless DC motor without the position detection sensor 7 include a method for detecting the induced voltage of the motor and a method for detecting the rotational position from the motor current.

しかし、この位置検出が可能状態は、平滑コンデンサ3が十分に大きくリプル電圧が小さい場合である。この時には誘起電圧やモータ電流は安定するので十分安定した位置検出ができるが、この従来例のように平滑コンデンサ3を大幅に小容量化すると、インバータ4の入力電圧のリプルが大幅に増加するので、特に電圧の低いとき誘起電圧が検出できなくなったり、電圧が低いため位置検出に必要なモータ電流を流したりすることができない。   However, this position detection is possible when the smoothing capacitor 3 is sufficiently large and the ripple voltage is small. At this time, the induced voltage and the motor current are stabilized, so that a sufficiently stable position can be detected. However, if the capacity of the smoothing capacitor 3 is significantly reduced as in this conventional example, the ripple of the input voltage of the inverter 4 is greatly increased. Especially, when the voltage is low, the induced voltage cannot be detected, or since the voltage is low, the motor current necessary for position detection cannot be passed.

その結果、直流電圧が低いときの位置検出が不可能となり、タイミングが大幅にずれた転流を行い、効率ダウンを引き起こすとともに、最悪の場合大きな電流が流れてしまい、モータが停止や装置の故障の原因となるという課題を有していた。   As a result, position detection when the DC voltage is low becomes impossible, and the commutation is greatly out of timing, causing a reduction in efficiency and in the worst case a large current flows, causing the motor to stop or malfunction Had the problem of causing

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、平滑コンデンサを大幅に小容量化した大きなリプル電圧がある場合でも、位置検出センサなしで効率ダウンせずに電流も安定しモータの安定駆動が確保出来ると共に、ブラシレスDCモータの駆動装置を小型、低コストで提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems. Even when there is a large ripple voltage with a significantly reduced capacity of the smoothing capacitor, the current can be stabilized without the efficiency reduction without the position detection sensor, and the motor can be driven stably. The object is to provide a drive device for a brushless DC motor at a small size and at a low cost.

上記目的を達成するために、本発明のブラシレスDCモータの駆動装置は、インバータ回路のスナバコンデンサに第1整流回路による整流後の平滑コンデンサとしての機能を持たせると共に、第2整流回路を介して小容量の平滑コンデンサを設け、制御回路用電源に入力する構成としたものである。   In order to achieve the above object, a brushless DC motor driving apparatus according to the present invention provides a snubber capacitor of an inverter circuit with a function as a smoothing capacitor after rectification by a first rectifier circuit, and via a second rectifier circuit. A small-capacity smoothing capacitor is provided and input to the power supply for the control circuit.

これにより、平滑コンデンサにフィルムコンデンサ等の高価で大型な部品を使用する必要が無くなる。   This eliminates the need for expensive and large parts such as a film capacitor for the smoothing capacitor.

本発明のブラシレスDCモータの駆動装置は、インバータのスナバコンデンサに、インバータ入力の平滑コンデンサの機能を設けたことで、装置の部品点数の削減と低コスト化が図れる。   In the brushless DC motor driving apparatus of the present invention, the function of a smoothing capacitor for inverter input is provided in the snubber capacitor of the inverter, so that the number of parts of the device can be reduced and the cost can be reduced.

また、制御回路の電源は、インバータ入力とは別の第2整流回路を介して小容量の平滑コンデンサを接続し、前記平滑コンデンサと並列に接続することで、平滑コンデンサには、モータ駆動時のコンデンサ充放電に伴う大きなリプル電流が発生しないため、リプル電流許容値の低いコンデンサを使用することが出来、装置の低コスト化が図れる。   Further, the power supply of the control circuit is connected to a smoothing capacitor having a small capacity via a second rectifier circuit different from the inverter input, and connected in parallel with the smoothing capacitor. Since a large ripple current due to capacitor charging / discharging does not occur, a capacitor having a low allowable ripple current can be used, and the cost of the apparatus can be reduced.

また、位置検出手段による位置の検出が不可能なときにその位置を推定して前記インバータを動作させるようにしているため、位置検出が不可能なときにもその位置を推定して位置検出に応じた転流することができるので、安定した運転が可能となる。   In addition, since the position is estimated when the position detection unit cannot detect the position and the inverter is operated, the position is estimated even when position detection is impossible. Since commutation can be performed accordingly, stable operation is possible.

また、ブラシレスDCモータ駆動時の、インバータヘの直流入力電圧リプル含有率を、90%以上とするここで、非常に小容量で小型のコンデンサを使用できるので、駆動装置の大幅な小型化を実現できる。   In addition, when the brushless DC motor is driven, the DC input voltage ripple content to the inverter is set to 90% or more. Here, a very small capacity and small capacitor can be used, so the drive device can be greatly reduced in size. it can.

また、位置の検出が不可能なときに所定時間ごとに位置が切り替わっていくものとして推定を行うことを特徴としたものであり、位置検出ができない状態において、モータはイナーシャ(慣性モーメント)で動作しているので、安定した運転を実現し、モータ停止を防止することができる。   In addition, when the position cannot be detected, it is estimated that the position changes every predetermined time. When the position cannot be detected, the motor operates with inertia (moment of inertia). Therefore, stable operation can be realized and motor stoppage can be prevented.

また、第1整流回路の出力電圧があらかじめ定められた所定電圧以下であるとき、位置検出が不可能であると判断することを特徴とするもので、位置検出ができない部分を的確に判断することができるので、より安定した運転をおこなうことができる。   In addition, when the output voltage of the first rectifier circuit is equal to or lower than a predetermined voltage, it is determined that position detection is impossible, and a portion where position detection cannot be performed is accurately determined. Therefore, more stable operation can be performed.

また、冷凍空調システムを構成する圧縮機を駆動するものであれば、位置検出センサがつけることのできない用途での小容量コンデンサ化を実現できるので、これまで考えることができなかったような大幅な小型化が実現できる。   In addition, if the compressor that constitutes the refrigeration and air conditioning system is driven, it is possible to realize a small-capacitance capacitor in applications where the position detection sensor cannot be attached. Miniaturization can be realized.

さらに、レシプロ構成の圧縮機では、イナーシャが大きいため、リプル含有率が90%以上の電圧をインバータに入力した場合でも、冷凍システムの停止等による冷却不良なく安定した冷却性能を得ることが出来る。   Further, since the reciprocating compressor has a large inertia, even when a voltage having a ripple content of 90% or more is input to the inverter, a stable cooling performance can be obtained without cooling failure due to the refrigeration system being stopped.

また、冷却システムに使用する冷媒が、冷凍能力が低いR600Aでは、圧縮機のピストンが大きくなる結果、モータイナーシャが大きくなるため、インバータ入力電圧のリプルによるモータ回転への影響がより受けにくく、速度安定性の高い運転が可能となる。   In addition, when the refrigerant used in the cooling system is R600A, which has a low refrigeration capacity, the motor inertia increases as a result of the increase in the piston of the compressor. Highly stable operation is possible.

請求項1に記載のブラシレスDCモータの駆動装置の発明は、交流電源と、前記交流電源の入力を整流する第1整流回路と、前記第1整流回路に接続したインバータと、前記インバータと並列に接続したスナバコンデンサと、前記インバータにより駆動されるブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスDCモータの回転子の回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段から得た回転子の位置情報を基に、前記ブラシレスDCモータを駆動するために前記インバータを制御する制御手段を有し、前記スナバコンデンサを、前記第1整流回路の出力電圧を平滑する平滑用コンデンサとしても機能するように構成したことにより、装置の部品点数の削減と低コスト化が図れる。   The invention of the brushless DC motor driving device according to claim 1 includes an AC power supply, a first rectifier circuit that rectifies an input of the AC power supply, an inverter connected to the first rectifier circuit, and the inverter in parallel. A connected snubber capacitor; a brushless DC motor driven by the inverter; a position detecting means for detecting a rotational position of a rotor of the brushless DC motor from an induced voltage or a motor current of the brushless DC motor; and the position detecting means. And a control means for controlling the inverter to drive the brushless DC motor based on the rotor position information obtained from the controller, and the snubber capacitor for smoothing the output voltage of the first rectifier circuit By being configured to function also as a capacitor, the number of parts of the device can be reduced and the cost can be reduced.

請求項2に記載のブラシレスDCモータの駆動装置の発明は、交流電源と、前記交流電源の入力を整流する第1整流回路および第2整流回路と、前記第1整流回路に接続したインバータと、前記インバータと並列に接続したスナバコンデンサと、前記インバータにより駆動されるブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスDCモータの回転子の回転位置を検出して前記インバータを動作させる位置検出手段と、前記位置検出手段から得た回転子の位置情報を基に、前記ブラシレスDCモータを駆動するために前記インバータを制御する制御手段と、前記第2整流回路により整流された電圧を平滑する平滑回路と、前記平滑回路と並列に接続され、前記平滑回路により平滑された直流高電圧を直流低電圧に変換する電源回路とを有し、前記電源回路を、前記制御手段に電源を供給する様に構成したものであり、制御回路の電源は、インバータヘの入力とは別の第2整流回路を介した平滑コンデンサから供給する。   The brushless DC motor drive device according to claim 2 is an AC power supply, a first rectifier circuit and a second rectifier circuit for rectifying an input of the AC power supply, an inverter connected to the first rectifier circuit, A snubber capacitor connected in parallel with the inverter, a brushless DC motor driven by the inverter, and a rotational position of a rotor of the brushless DC motor is detected from an induced voltage or a motor current of the brushless DC motor. Based on position information for operation, rotor position information obtained from the position detection means, control means for controlling the inverter to drive the brushless DC motor, and rectification by the second rectifier circuit A smoothing circuit for smoothing the voltage, and a direct current connected in parallel with the smoothing circuit and smoothed by the smoothing circuit A power supply circuit for converting the voltage into a DC low voltage, and the power supply circuit is configured to supply power to the control means. The power supply for the control circuit is different from the input to the inverter. Supply from a smoothing capacitor via a second rectifier circuit.

平滑コンデンサには、モータ駆動時のコンデンサ充放電に伴う大きなリプル電流が発生せず、低価格な電解コンデンサ等、リプル電流許容値の低いコンデンサを使用することが出来るため、装置の小型化と低コスト化が図れる。また、ブラシレスDCモータが脱調等により急停止した場合、発生する回生エネルギーを、第2整流回路を介して接続した平滑回路により吸収できるため、スナバコンデンサに耐電圧以上の過電圧が印加されることなく、装置の故障を防ぐことができる。また、平滑回路の両端からインバータの制御手段に供給する電源回路が接続されているため、回生が発生した時、平滑回路で吸収した回生エネルギーは、電源回路で消費されるため、再度回生が発生したときも、安定して回生エネルギーを吸収できる。さらに、電源回路への入力電圧は、前記平滑回路から供給されるため、電源回路用として別途、整流回路及び、平滑回路を付加する必要が無く、大幅な低コスト化と装置の小型化が実現できる。   The smoothing capacitor does not generate a large ripple current due to capacitor charging / discharging when the motor is driven, and a capacitor with low allowable ripple current, such as a low-cost electrolytic capacitor, can be used. Cost can be reduced. In addition, when the brushless DC motor stops suddenly due to a step-out, etc., the regenerative energy generated can be absorbed by the smoothing circuit connected via the second rectifier circuit, so that an overvoltage higher than the withstand voltage is applied to the snubber capacitor. And failure of the apparatus can be prevented. Also, since the power supply circuit that supplies power to the inverter control means is connected from both ends of the smoothing circuit, when regeneration occurs, the regenerative energy absorbed by the smoothing circuit is consumed by the power supply circuit, so regeneration occurs again. When it is done, regenerative energy can be absorbed stably. In addition, since the input voltage to the power supply circuit is supplied from the smoothing circuit, there is no need to add a separate rectifier circuit and smoothing circuit for the power supply circuit, realizing a significant reduction in cost and downsizing of the device. it can.

請求項3に記載のブラシレスDCモータの駆動装置の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明において、前記位置検出手段による位置の検出が不可能なときに、その位置を推定して前記インバータを動作させるようにすることで、位置検出手段による位置の検出が不可能なときにその位置を推定してインバータを動作させるため、位置検出が不可能なとき、その位置を推定して位置検出に応じた転流することができるので、安定した運転が可能となる。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a brushless DC motor driving device according to the first or second aspect, wherein when the position cannot be detected by the position detecting means, the position is estimated. By operating the inverter, the position is estimated when the position detection means cannot detect the position and the inverter is operated. When the position cannot be detected, the position is estimated. Since commutation according to position detection can be performed, stable operation is possible.

請求項4に記載のブラシレスDCモータの駆動装置の発明は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発明における前記第1整流回路を、実使用の出力範囲で出力の直流電圧のリプル含有率が90%以上とすることで、非常に小容量で小型のコンデンサを使用できるので、駆動装置の大幅な小型化を実現できる。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a brushless DC motor driving device comprising: the first rectifier circuit according to any one of the first to third aspects; By setting the ripple content ratio to 90% or more, it is possible to use a very small-capacity and small-sized capacitor, so that the drive device can be significantly reduced in size.

請求項5に記載のブラシレスDCモータの駆動装置の発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発明において、位置検出が可能であったときの検出時間を基にして所定時間を定め、位置の検出が不可能なときに所定時間ごとに位置が切り替わっていくものとして推定を行うものであり、位置検出ができない状態において、モータはイナーシャ(慣性モーメント)で動作しているので、安定した運転を実現し、モータ停止を防止することができる。   The invention of the brushless DC motor drive device according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein a predetermined time is determined based on a detection time when position detection is possible. The time is set and estimation is performed on the assumption that the position changes every predetermined time when the position cannot be detected. In a state where the position cannot be detected, the motor operates with inertia (moment of inertia). Therefore, stable operation can be realized and motor stop can be prevented.

請求項6に記載のブラシレスDCモータの駆動装置の発明は、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の発明において、前記第1整流回路の出力電圧があらかじめ定められた所定電圧以下であるとき、位置検出が出来ない状態にあると判断するようにしたことで、位置検出ができない部分を的確に判断することが可能となり、より安定した運転をおこなうことができる。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the brushless DC motor drive device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the output voltage of the first rectifier circuit is equal to or lower than a predetermined voltage. In this case, since it is determined that the position cannot be detected, it is possible to accurately determine a portion where the position cannot be detected, and a more stable operation can be performed.

請求項7に記載のブラシレスDCモータの駆動装置の発明は、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の発明における前記ブラシレスDCモータが、凝縮器、減圧器、蒸発器と共に冷凍空調システムを構成する圧縮機を駆動するものであり、位置検出センサを付けることのできない用途での小容量コンデンサ化を実現できるので、これまで考えることができなかったような大幅な小型化が実現できる。   A brushless DC motor driving device according to a seventh aspect of the present invention is the brushless DC motor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the brushless DC motor is refrigerated and air-conditioned together with a condenser, a decompressor, and an evaporator. Drives the compressor that makes up the system, and can realize a small-capacitance capacitor for applications that cannot be equipped with position detection sensors. .

請求項8に記載のブラシレスDCモータの駆動装置の発明は、請求項7に記載の発明における前記圧縮機を、レシプロ構成とすることで、モータイナーシャが大きくなり、リプル含有率が90%以上の電圧をインバータに入力した場合でも、冷凍システムの停止等による冷却不良なく安定した冷却性能を得ることが出来る。   The invention of the brushless DC motor driving device according to claim 8 is such that the compressor in the invention according to claim 7 has a reciprocating configuration, whereby the motor inertia is increased and the ripple content is 90% or more. Even when the voltage is input to the inverter, stable cooling performance can be obtained without cooling failure due to stoppage of the refrigeration system or the like.

請求項9に記載のブラシレスDCモータの駆動装置の発明は、請求項7または請求項8に記載の発明における前記冷凍空調システムの冷媒を、R600Aとするものであり、冷凍空調システムの冷媒として、冷凍能力が低いR600Aを使用するとき、圧縮機のピストンが大きくなる結果、モータイナーシャが大きくなるため、インバータ入力電圧のリプルによるモータ回転への影響がより受けにくく、さらに速度安定性の高い運転が実現できる。   The invention of the brushless DC motor drive device according to claim 9 is such that the refrigerant of the refrigeration air conditioning system in the invention of claim 7 or claim 8 is R600A, and as the refrigerant of the refrigeration air conditioning system, When using R600A with low refrigeration capacity, the piston of the compressor becomes large, resulting in an increase in motor inertia, which is less susceptible to motor rotation due to the ripple of the inverter input voltage, and more stable in speed. realizable.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来の技術又は先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。尚、この実施の形態により、本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the same reference numerals are given to the same configurations as those of the conventional technology or the embodiments described above, and detailed description thereof will be omitted. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるブラシレスDCモータの駆動装置のブロック図であり、図2は本実施の形態1における圧縮機の断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a brushless DC motor driving apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the compressor according to the first embodiment.

図1において、交流電源10は一般的な商用電源であり、日本の場合100V60Hzまたは、60Hzである。第1整流回路11は、4個のダイオードがブリッジ接続されており、交流電源10からの入力を直流電圧に変換する。   In FIG. 1, an AC power supply 10 is a general commercial power supply, and is 100 V 60 Hz or 60 Hz in Japan. In the first rectifier circuit 11, four diodes are bridge-connected, and an input from the AC power supply 10 is converted into a DC voltage.

インバータ12はスイッチ素子と、スイッチ素子と逆向きに接続されたダイオードをセットにした6回路を3相ブリッジ接続している。尚、本実施の形態1においては、スイッチ素子にIGBTを使用しているが、トランジスタや、FET等のパワー素子でも構わない。尚、スイッチ素子にFETを使用した場合、スイッチ素子と逆向きに接続するダイオードは、ソース、ドレイン間の寄生ダイオードを利用することになる。   The inverter 12 has a three-phase bridge connection of six circuits each including a switch element and a diode connected in the opposite direction to the switch element. In the first embodiment, an IGBT is used as the switch element, but a power element such as a transistor or FET may be used. When an FET is used as the switch element, a diode connected in the opposite direction to the switch element uses a parasitic diode between the source and drain.

インバータ12と並列に、スナバコンデンサ13が挿入されており、一般的に0.01μFから1μFの小容量のフィルムコンデンサが用いられる。このスナバコンデンサ13の挿入位置は、インバータ12との配線距離を極力近づける様に配置する。さらにインバータ12と第1整流回路11との配線距離とも極力近接して配線することで、スナバコンデンサ13と第1整流回路11との距離が近く事になり、スナバコンデンサ13は平滑コンデンサとしての役割を持っようになる。   A snubber capacitor 13 is inserted in parallel with the inverter 12, and a film capacitor having a small capacity of 0.01 μF to 1 μF is generally used. The insertion position of the snubber capacitor 13 is arranged so that the wiring distance to the inverter 12 is as close as possible. Furthermore, the wiring distance between the inverter 12 and the first rectifier circuit 11 is as close as possible, so that the distance between the snubber capacitor 13 and the first rectifier circuit 11 is close, and the snubber capacitor 13 serves as a smoothing capacitor. Will come to have.

ブラシレスDCモータ14は、インバータ12からの3相出力により駆動される。ブラシレスDCモータ14の固定子15には3相スター結線された巻線が施されている。またこの巻き方は集中巻きでも、分布巻きでも構わない。尚、回転子16には永久磁石が配置されており、その配置方法は表面磁石型(SPM)でも、埋め込み型(IPM)であっても構わず、永久磁石の素材は、希土類でもフェライトでも構わない。   The brushless DC motor 14 is driven by the three-phase output from the inverter 12. The stator 15 of the brushless DC motor 14 is provided with a three-phase star-connected winding. This winding method may be concentrated winding or distributed winding. The rotor 16 is provided with a permanent magnet. The arrangement method may be a surface magnet type (SPM) or an embedded type (IPM), and the material of the permanent magnet may be rare earth or ferrite. Absent.

図2において、密閉容器17内にはオイル18を貯溜するとともにR600aの冷媒19が封入され、ブラシレスDCモータ14及びこれによって駆動される圧縮要素20がスプリング等により弾性的に支持されている。圧縮要素20は回転子16が固定された主軸部21及び偏芯軸部22から構成されたクランクシャフト23と、クランクシャフト23の主軸部21を軸支すると共に圧縮室24を有するシリンダ25と、圧縮室24内で往復運動するピストン26と、偏芯軸部22とピストン26を連結する連結手段27とを備え、レシプロ型の圧縮機機28を構成している為、ロータリー構成や、スクロール構成の圧縮機と比較して、モータイナーシャが大きい圧縮機となっている。   In FIG. 2, oil 18 is stored in a sealed container 17 and a refrigerant 19 of R600a is sealed, and the brushless DC motor 14 and the compression element 20 driven thereby are elastically supported by a spring or the like. The compression element 20 includes a crankshaft 23 composed of a main shaft portion 21 and an eccentric shaft portion 22 to which the rotor 16 is fixed, a cylinder 25 that supports the main shaft portion 21 of the crankshaft 23 and has a compression chamber 24. Since the reciprocating type compressor machine 28 is configured by including a piston 26 that reciprocates in the compression chamber 24 and a connecting means 27 that connects the eccentric shaft portion 22 and the piston 26, a rotary configuration and a scroll configuration are provided. Compared with this compressor, the compressor has a large motor inertia.

さらに本実施の形態1において、冷媒にR600Aを使用しており、例えばR134A等の冷媒と比較すると冷凍能力が低いため、同一の冷凍能力を確保するためには、圧縮機のシリンダ25の容積と、ピストン26が大きくなる結果、さらにモータイナーシャが大きくなる。   Furthermore, in the first embodiment, R600A is used as the refrigerant. For example, since the refrigerating capacity is low compared to the refrigerant such as R134A, the volume of the cylinder 25 of the compressor is set to ensure the same refrigerating capacity. As a result of the increase in the piston 26, the motor inertia is further increased.

圧縮機28で圧縮された吐出ガスは、凝縮器29、減圧器30、蒸発器31を通って圧縮機28の吸い込みに戻る冷凍空調システムを構成する。この時凝縮器29では放熱、蒸発器31では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。必要に応じて凝縮器29や蒸発器31に送風機等を用いて、熱交換をさらに促進することもある。   The discharge gas compressed by the compressor 28 constitutes a refrigeration air-conditioning system that returns to the suction of the compressor 28 through the condenser 29, the decompressor 30, and the evaporator 31. At this time, the condenser 29 dissipates heat and the evaporator 31 absorbs heat, so that cooling and heating can be performed. If necessary, the heat exchange may be further promoted by using a blower or the like for the condenser 29 or the evaporator 31.

制御手段32は、位置検出手段33,位置推定手段34、電圧検出手段35、切替手段36、転流手段37で構成されており、電源回路38から供給される電源により動作している。   The control unit 32 includes a position detection unit 33, a position estimation unit 34, a voltage detection unit 35, a switching unit 36, and a commutation unit 37, and is operated by a power supply supplied from a power supply circuit 38.

位置検出手段33は、ブラシレスDCモータ14の誘起電圧または、モータ電流からブラシレスDCモータ14の回転子16の相対的な回転位置を検出するものである。本実施の形態1では、誘起電圧から回転子16の回転位置を検出する方法について説明する。インバータ12は120度通電方式の矩形波駆動とし、この方式では、常時通電されていない相ができる。この通電されていない相に発生する誘起電圧のゼロクロスポイントを検出し、回転子の相対的な位置を検出する。   The position detection means 33 detects the relative rotational position of the rotor 16 of the brushless DC motor 14 from the induced voltage of the brushless DC motor 14 or the motor current. In the first embodiment, a method for detecting the rotational position of the rotor 16 from the induced voltage will be described. The inverter 12 is a 120-degree energization method rectangular wave drive, and in this method, a phase that is not always energized is generated. The zero cross point of the induced voltage generated in the non-energized phase is detected, and the relative position of the rotor is detected.

位置推定手段34は、位置検出手段33が正常に回転子位置を検出しているときは、その検出タイミングの時間測定を行っている。そしてこのタイミング時間をベースとして位置推定を行いモータの駆動出力を行う。   When the position detecting unit 33 normally detects the rotor position, the position estimating unit 34 measures the time of the detection timing. Then, position estimation is performed based on this timing time, and motor drive output is performed.

電圧検出手段35は、第1整流回路11の出力電圧、即ちインバータ12の入力電圧を検出し、その電圧値があらかじめ設定された所定値との大小比較を行う。   The voltage detection means 35 detects the output voltage of the first rectifier circuit 11, that is, the input voltage of the inverter 12, and compares the voltage value with a predetermined value set in advance.

切替手段36は、電圧検出手段35の出力から、位置検出手段33か位置推定手段34の一方を選択し、転流手段37に出力する。転流手段37は前記切替手段からの出力により、インバータ12のIGBTのON/OFFを制御するものである。   The switching unit 36 selects one of the position detection unit 33 and the position estimation unit 34 from the output of the voltage detection unit 35 and outputs the selected one to the commutation unit 37. The commutation means 37 controls ON / OFF of the IGBT of the inverter 12 by the output from the switching means.

電源回路38は、ダイオードで形成された第2整流回路39と比較的小容量な平滑コンデンサを有した平滑回路40とを直列接続した回路を、第1整流回路11と並列に接続し、平滑回路40の両端電圧を入力として、制御手段32に供給する低圧電源(通常3Vから24Vの範囲)を生成する。   The power supply circuit 38 connects a circuit in which a second rectifier circuit 39 formed of a diode and a smoothing circuit 40 having a smoothing capacitor having a relatively small capacity are connected in series with the first rectifier circuit 11, and thereby a smoothing circuit. A low voltage power supply (usually in the range of 3V to 24V) to be supplied to the control means 32 is generated with the voltage at both ends of 40 as an input.

以上のように構成されたブラシレスDCモータの駆動装置についてその動作を説明する。   The operation of the brushless DC motor driving apparatus configured as described above will be described.

交流電源10は第1整流回路11により全波整流されるが、平滑コンデンサの役割を兼用するスナバコンデンサ13の容量が非常に小容量であるため、インバータ12に入力される電圧は大きなリプルを持っ波形となる。また、平滑回路40は、第1整流回路11の出力を平滑するが、第2整流回路39を介しているため、平滑回路40の平滑コンデンサ両端電圧が、第1整流回路11の出力電圧より高くなったときや、ブラシレスDCモータ14の負荷が大きくインバータ12への入力電圧が大きくなった場合でも、第2整流回路39を介して平滑回路40を接続しているので、平滑コンデンサにチャージされた電荷の放出を阻止することが出来る。従って、平滑回路40の両端にかかる電圧は、ほぽ平滑された一定の電圧となる結果、電源回路38には安定したDC電圧を供給することができる。   Although the AC power supply 10 is full-wave rectified by the first rectifier circuit 11, the voltage input to the inverter 12 has a large ripple because the capacity of the snubber capacitor 13 also serving as a smoothing capacitor is very small. It becomes a waveform. The smoothing circuit 40 smoothes the output of the first rectifier circuit 11, but the voltage across the smoothing capacitor of the smoothing circuit 40 is higher than the output voltage of the first rectifier circuit 11 because it passes through the second rectifier circuit 39. Even when the load of the brushless DC motor 14 is large and the input voltage to the inverter 12 is large, the smoothing circuit 40 is connected via the second rectifier circuit 39, so that the smoothing capacitor is charged. Charge release can be prevented. Therefore, the voltage applied to both ends of the smoothing circuit 40 becomes a constant voltage that is slightly smoothed. As a result, a stable DC voltage can be supplied to the power supply circuit 38.

図3は、本実施の形態1のスナバコンデンサ13と平滑回路40両端の電圧値を示す特性図である。   FIG. 3 is a characteristic diagram showing voltage values across the snubber capacitor 13 and the smoothing circuit 40 of the first embodiment.

今ここで、使用しているスナバコンデンサ13と平滑回路40の平滑コンデンサの耐電圧を450Vとする。ここで、ブラシレスDCモータ14が脱調等で急停止したことで、回生が発生したとすると、スナバコンデンサ13のみであれば、図3の電圧波形aに示すように、スナバコンデンサ13両端の電圧が急激に上昇して、耐電圧450Vを超え過電圧となり、装置が故障してしまう可能性がある。   Here, the withstand voltage of the used snubber capacitor 13 and the smoothing capacitor of the smoothing circuit 40 is set to 450V. Here, if the brushless DC motor 14 suddenly stops due to out-of-step or the like and regeneration is generated, if only the snubber capacitor 13 is present, the voltage across the snubber capacitor 13 as shown in the voltage waveform a of FIG. Suddenly rises, exceeds the withstand voltage 450V and becomes overvoltage, and the device may break down.

一方、本実施の形態1では、インバータ12と並列に、第2整流回路39を介して、平滑回路40を接続しているため、回生により発生したエネルギーを平滑回路40の平滑コンデンサが吸収する。従って、図3の電圧波形bに示す様に、回生電力による電圧上昇がコンデンサの耐電圧以下に抑えることができる。   On the other hand, in the first embodiment, since the smoothing circuit 40 is connected in parallel with the inverter 12 via the second rectifier circuit 39, the smoothing capacitor of the smoothing circuit 40 absorbs the energy generated by the regeneration. Therefore, as shown in the voltage waveform b in FIG. 3, the voltage increase due to the regenerative power can be suppressed below the withstand voltage of the capacitor.

さらに平滑回路40の両端には、制御手段32に電源を供給する電源回路38が接続されているため、回生によるエネルギーでチャージされた電荷は、電源回路38および制御手段32にて消費され、平滑回路40の両端電圧は図3の電圧波形cに示すように、通常時(本実施の形態1では140V程度)のレベルまで回復する。従って再び回生が発生した場合でも、再度平滑回路40により回生エネルギーを吸収出来るため、平滑コンデンサとスナバコンデンサ13の耐電圧を超えることはない。   Further, since both ends of the smoothing circuit 40 are connected to a power supply circuit 38 for supplying power to the control means 32, the electric charge charged by the energy due to regeneration is consumed by the power supply circuit 38 and the control means 32, and is smoothed. As shown by the voltage waveform c in FIG. 3, the voltage across the circuit 40 recovers to a normal level (about 140 V in the first embodiment). Therefore, even if regeneration occurs again, the smoothing circuit 40 can absorb the regenerative energy again, so that the withstand voltage of the smoothing capacitor and the snubber capacitor 13 is not exceeded.

位置検出手段33は、誘起電圧またはモータ電流からブラシレスDCモータ14の回転子16の相対的な回転位置を検出するものである為、第1整流回路11の出力電圧が低いとき、所定の電圧または電流が充分に確保できず、回転子の位置を検出することが不可能となる。   Since the position detection means 33 detects the relative rotational position of the rotor 16 of the brushless DC motor 14 from the induced voltage or the motor current, when the output voltage of the first rectifier circuit 11 is low, a predetermined voltage or A sufficient current cannot be secured, and it becomes impossible to detect the position of the rotor.

一方位置推定手段34は、位置検出手段33の位置検出のタイミングを常時検出しており、位置検出信号が入力されなかった場合、前回の位置検出タイミングと同じタイミングで位置検出があると推定して、信号を出力する。   On the other hand, the position estimation means 34 always detects the position detection timing of the position detection means 33, and if no position detection signal is input, the position estimation means 34 estimates that there is position detection at the same timing as the previous position detection timing. , Output a signal.

電圧検出手段35で検出した第1整流回路11出力電圧(即ちインバータ入力電圧)が、あらかじめ設定された所定の電圧値(本実施の形態1では50Vとする)より高ければ切替手段36は位置検出手段33の信号を選択し、転流手段37に出力する。   If the output voltage of the first rectifier circuit 11 (ie, the inverter input voltage) detected by the voltage detection means 35 is higher than a predetermined voltage value set in advance (50 V in the first embodiment), the switching means 36 detects the position. The signal of the means 33 is selected and output to the commutation means 37.

ここで図は省略しているが、第1整流回路11の出力電圧(即ちインバータ12の入力電圧)を電圧検出手段35は常時検出し、出力のPWM制御デューティーにフィードフォワード制御を行い、インバータ12の出力電圧または電流を一定にするように制御を行う。   Although not shown here, the voltage detection means 35 always detects the output voltage of the first rectifier circuit 11 (that is, the input voltage of the inverter 12), performs feedforward control to the PWM control duty of the output, and the inverter 12 The output voltage or current is controlled to be constant.

即ち、速度制御で得られた基底ディーティーに対して、第1整流回路11の出力電圧(即ちインバータ12の入力電圧)が高い場合はデューティーを小さくし、低い場合は高くする事によって、出力の電圧または電流を調整するになり、ブラシレスDCモータ14をスムーズに駆動する。   That is, when the output voltage of the first rectifier circuit 11 (that is, the input voltage of the inverter 12) is high with respect to the basic duty obtained by the speed control, the duty is reduced, and when the output voltage is low, the output is reduced. The voltage or current is adjusted, and the brushless DC motor 14 is smoothly driven.

次に、インバータ12の入力電圧波形について図1及び図4を用いて説明する。   Next, the input voltage waveform of the inverter 12 will be described with reference to FIGS.

図1において、第1整流回路11の出力には平滑コンデンサを挿入していないため、インバータ12の入力には、交流電源の全波整流電圧が入力されることになるが、スナバコンデンサ13が平滑コンデンサの役割も兼用する結果、インバータ入力にはスナバコンデンサ13により若干平滑された電圧が入力される。   In FIG. 1, since a smoothing capacitor is not inserted in the output of the first rectifier circuit 11, the full-wave rectified voltage of the AC power supply is input to the input of the inverter 12, but the snubber capacitor 13 is smoothed. As a result of also serving as a capacitor, a voltage slightly smoothed by the snubber capacitor 13 is input to the inverter input.

図4は、本実施の形態1におけるインバータの入力電圧波形を示すタイミングチャートである。縦軸に電圧、横軸に時間を示している。尚、交流電源10はAC100V、50Hzの交流電源としている。   FIG. 4 is a timing chart showing the input voltage waveform of the inverter according to the first embodiment. The vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. The AC power supply 10 is an AC power supply of AC 100 V and 50 Hz.

AはブラシレスDCモータ14が停止状態の時、即ち負荷電流が非常に小さいとき(殆ど電流が流れていないとき)の状態であり、スナバコンデンサ13の充電電荷が殆ど使われず、電圧の低下は小さい。但し、ここで言う負荷電流とは、第1整流回路11の出力電流であり、インバータ12への入力電流及び、電源回路38への入力電流を示す。この時の平均電圧は約132Vであり、リプル含有率は約23%となる。なお、リプル電圧およびリプル含有率は、(数1)、(数2)の通り定義するものとする。   A is a state when the brushless DC motor 14 is stopped, that is, when the load current is very small (when almost no current flows), the charge of the snubber capacitor 13 is hardly used, and the voltage drop is small. . However, the load current referred to here is an output current of the first rectifier circuit 11 and indicates an input current to the inverter 12 and an input current to the power supply circuit 38. The average voltage at this time is about 132 V, and the ripple content is about 23%. In addition, a ripple voltage and a ripple content rate shall be defined as (Equation 1) and (Equation 2).

Figure 2006109624
Figure 2006109624

Figure 2006109624
次にブラシレスDCモータ14が低負荷状態で駆動し、インバータ12に流れる負荷電流が発生すると、スナバコンデンサ13の充電電荷が使われ、Bに示すように瞬時最低電圧が低下する。但し、電源電圧から決まる瞬時最高電圧は141Vで変わらない。Bに示す場合、瞬時最低電圧は40Vであるため、平均電圧は約112Vとなり、リプル電圧は101V、リプル含有率は90%となる。
Figure 2006109624
Next, when the brushless DC motor 14 is driven in a low load state and a load current flowing through the inverter 12 is generated, the charge charged in the snubber capacitor 13 is used, and the instantaneous minimum voltage decreases as shown in B. However, the instantaneous maximum voltage determined from the power supply voltage is 141 V and does not change. In the case of B, since the instantaneous minimum voltage is 40V, the average voltage is about 112V, the ripple voltage is 101V, and the ripple content is 90%.

更にブラシレスDCモータ14の負荷を増大することで、インバータ12に流れる負荷電流を大きくすると、スナバコンデンサ13に殆ど充電電荷が蓄えられず、Cに示すように瞬時最低電圧が0Vまで低下する。ただし、電源電圧から決まる瞬時最高電圧は141V一定であるため平均電圧は100V、リプル電圧は141V、リプル含有率は141%となり、負荷電流を増加するにつれて、インバータ12入力電圧は、交流電圧を全波整流した波形に近づく。   Further, when the load of the brushless DC motor 14 is increased to increase the load current flowing through the inverter 12, almost no charge charge is stored in the snubber capacitor 13, and the instantaneous minimum voltage is reduced to 0V as indicated by C. However, since the instantaneous maximum voltage determined from the power supply voltage is constant at 141 V, the average voltage is 100 V, the ripple voltage is 141 V, and the ripple content is 141%. As the load current increases, the input voltage of the inverter 12 increases the AC voltage. It approaches a wave rectified waveform.

次に負荷電流と瞬時最低電圧、リプル含有率との関係について、図5を用いてさらに詳しく説明する。図5は本実施の形態1における負荷電流と瞬時最低電圧、リプル含有率を示す特性図である。   Next, the relationship between the load current, the instantaneous minimum voltage, and the ripple content will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the load current, instantaneous minimum voltage, and ripple content in the first embodiment.

図5において、横軸は負荷電流であり縦軸は瞬時最低電流とリプル含有率を示している。また、実線は瞬時最低電圧の特性、破線はリプル含有率の特性をそれぞれ示している。   In FIG. 5, the horizontal axis represents the load current, and the vertical axis represents the instantaneous minimum current and the ripple content. The solid line indicates the instantaneous minimum voltage characteristic, and the broken line indicates the ripple content characteristic.

図4において説明を行ったAに示す電流波形の時は負荷電流0.01Aであり、瞬時最低電圧は111V、リプル含有率は約23%である。また、Bに示す電流波形のときは、負荷電流(制御回路38の入力電流と、インバータ12の入力電流の合計)は約0.18Aであり、瞬時最低電圧は40V、リプル含有率90%である。またCに示す電流波形の時は負荷電流0.35Aであり、瞬時最低電圧OV、リプル含有率141%である。負荷電流が0.35A以上の場合は、瞬時最低電圧、リプル含有率ともに変化しない。   In the case of the current waveform indicated by A described in FIG. 4, the load current is 0.01 A, the instantaneous minimum voltage is 111 V, and the ripple content is about 23%. In the case of the current waveform shown in B, the load current (the sum of the input current of the control circuit 38 and the input current of the inverter 12) is about 0.18 A, the instantaneous minimum voltage is 40 V, and the ripple content is 90%. is there. In the case of the current waveform shown in C, the load current is 0.35 A, the instantaneous minimum voltage OV, and the ripple content rate is 141%. When the load current is 0.35 A or more, neither the instantaneous minimum voltage nor the ripple content is changed.

本実施の形態1では、装置の実際の使用範囲において、ブラシレスDCモータ14が安定して駆動している時は、リプル含有率が常に90%以上となるようなスナバコンデンサ13を選定している。   In the first embodiment, when the brushless DC motor 14 is stably driven in the actual use range of the apparatus, the snubber capacitor 13 is selected such that the ripple content is always 90% or more. .

本実施の形態1においては、前述したように50V以下において位置検出が不可能な状態にあり、その結果ブラシレスDCモータ14が駆動中は、位置検出が不可能なタイミングが発生することになる。   In the first embodiment, as described above, the position cannot be detected at 50 V or less, and as a result, when the brushless DC motor 14 is being driven, a timing at which the position cannot be detected occurs.

次に図1における動作について更に詳しく図6と図1を用いて説明する。図6は、本実施の形態1における動作を示すフローチャートである。   Next, the operation in FIG. 1 will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart showing the operation in the first embodiment.

まず、STEP1において、電圧検出手段35で直流電圧Vdcを検出する。ここで言う直流電圧Vdcとはインバータ12の入力電圧である。次にSTEP2において、位置検出が出来なくなる電圧の所定値50Vと比較し、50V未満であればSTEP3に進む。   First, in STEP 1, the voltage detection means 35 detects the DC voltage Vdc. The DC voltage Vdc referred to here is the input voltage of the inverter 12. Next, in STEP2, the voltage is compared with a predetermined voltage 50V at which position detection cannot be performed. If it is less than 50V, the process proceeds to STEP3.

STEP3では、切替手段36は位置推定手段34を選択し、切り替える。位置推定手段34では、STEP4に示すように、位置検出信号が前の変化から一定時問経過したかどうかを判断する。この一定時間は位置検出によりあらかじめ決められた時間であり、回転数によりその時間は変化するものである。   In STEP 3, the switching unit 36 selects and switches the position estimation unit 34. The position estimating means 34 determines whether or not the position detection signal has passed a certain time since the previous change, as shown in STEP 4. This fixed time is a time determined in advance by position detection, and the time varies depending on the rotational speed.

一定時間が経過していなければ、そのまま通過し処理を完了する。一定時間が経過していれば、STEP5に進み、位置検出を行ったものとしてインバータ12のスイッチング素子を転流手段37で切り替える動作(転流)を行う。   If the predetermined time has not passed, the process passes as it is and the processing is completed. If the predetermined time has elapsed, the process proceeds to STEP 5 and performs an operation (commutation) of switching the switching element of the inverter 12 by the commutation means 37, assuming that the position has been detected.

また、STEP2において、位置検出が出来なくなる電圧の所定値50Vと比較した結果が、50V以上と判断した場合は、STEP6に進む。STEP6では、切替手段36は位置検出手段33を選択し、切り替える。位置検出手段33では、STEP7に示すように、位置検出信号が前の変化から状態が変化したかどうかを判断する。   If it is determined in STEP2 that the result of comparison with the predetermined voltage 50V at which position detection cannot be performed is 50V or more, the process proceeds to STEP6. In STEP 6, the switching unit 36 selects and switches the position detection unit 33. The position detection means 33 determines whether or not the position detection signal has changed from the previous change, as shown in STEP 7.

STEP7で状態が変化していなければ通過し、処理を完了する。また状態が変化していたときはSTEP8に進み、位置検出を行ったものとしてインバータ12のスイッチング素子を転流手段37で切り替える動作(転流)を行う。   If the state has not changed in STEP 7, it passes and the process is completed. If the state has changed, the process proceeds to STEP 8, and the operation of switching the switching element of the inverter 12 by the commutation means 37 (commutation) is performed on the assumption that the position has been detected.

これらの動作を一定時間内に繰り返すことにより、常に電圧検出手段35で直流電圧の状態を検出し、その状態によって位置検出手段33と位置推定手段34との信号を切替手段36で切り替えることが出来、直流電圧が低く位置検出が出来ない状態においても転流動作を行うことが出来、ブラシレスDCモータを継続して安定的に駆動する事ができる。   By repeating these operations within a predetermined time, the voltage detecting means 35 can always detect the state of the DC voltage, and the signal between the position detecting means 33 and the position estimating means 34 can be switched by the switching means 36 according to the state. The commutation operation can be performed even when the DC voltage is low and the position cannot be detected, and the brushless DC motor can be continuously driven stably.

以上説明した動作を行った場合について、さらに図7と図1を用いて説明する。図7は本実施の形態1の各部の波形を示すタイミングチャートである。   The case where the operation described above is performed will be further described with reference to FIGS. FIG. 7 is a timing chart showing waveforms at various parts in the first embodiment.

図7において、(A)は直流電圧であり、インバータ12の入力電圧である。(B)は電圧検出であり、電圧検出手段35の出力信号である。電圧検出手段35では、(A)の直流電圧を所定の電圧(本実施の形態1では50V)と比較した結果を出力し、50V以上であればHighレベルを、50v未満であればLowレベルの信号を出力する。図7においては時間T6、T7において直流電圧が50V以下である場合を示す。   In FIG. 7, (A) is a DC voltage, which is an input voltage of the inverter 12. (B) is voltage detection and is an output signal of the voltage detection means 35. The voltage detection means 35 outputs a result of comparing the direct current voltage of (A) with a predetermined voltage (50 V in the first embodiment). If it is 50 V or more, the High level is set, and if it is less than 50 V, the Low level is set. Output a signal. FIG. 7 shows a case where the DC voltage is 50 V or less at times T6 and T7.

(C)は位置検出であり、位置検出手段33の出力を示す。また(D)は位置推定であり、位置推定手段34の出力を示す。直流電圧が50V以上のときは位置検出が可能で図6の時間T1〜T5、T8〜T12の区間では位置検出を正常な状態で行うことができる。   (C) is position detection, and shows the output of the position detection means 33. (D) is position estimation, and shows the output of the position estimation means 34. When the DC voltage is 50 V or higher, position detection is possible, and position detection can be performed in a normal state during the time periods T1 to T5 and T8 to T12 in FIG.

一方、図7の時間T6、T7では直流電圧が50V未満であるため、位置検出手段33からの位置検出信号が出てこない。また出た場合でもタイミングが全く合っておらず信頼性の無い信号が発生している可能性が高い。   On the other hand, since the DC voltage is less than 50 V at times T6 and T7 in FIG. 7, no position detection signal is output from the position detection means 33. Moreover, even if it comes out, there is a high possibility that the timing is not exactly matched and an unreliable signal is generated.

そこで時間T6、T7においては転流に位置推定手段34の信号を使用する。位置推定手段では前の転流タイミングT5からの時間を計測しており、あらかじめ決められた所定時間が経過すると時間T6からの所定時間経過後に転流を行う。また同様に時間T7でも時間T6から所定時間経過後に転流を行う。ここで言う所定時間は正常に位置検出が出来ている時間、例えば時間T4〜T5間の時間を測定し、所定時間としている。   Therefore, at time T6 and T7, the signal of the position estimation means 34 is used for commutation. The position estimation means measures the time from the previous commutation timing T5, and performs commutation after a predetermined time has elapsed from time T6 when a predetermined time has elapsed. Similarly, at time T7, commutation is performed after a predetermined time has elapsed from time T6. The predetermined time mentioned here is a predetermined time by measuring a time during which position detection is normally performed, for example, a time between time T4 and T5.

以上のように時間T1〜T5及び時間T8〜T12において切替手段36は、位置検出手段33の出力を選択し出力する。また時間T6、T7では、切替手段36は位置推定手段34の出力を選択し出力する。切替手段36の出力は、転流手段37に入力され、転流手段37ではインバータ12の6個のスイッチング素子を、図7の(E)〜(J)に示すようにON/OFFさせる。図7においてはHighレベルがON、LowレベルがOFFとする。   As described above, the switching means 36 selects and outputs the output of the position detection means 33 at times T1 to T5 and times T8 to T12. At times T6 and T7, the switching means 36 selects and outputs the output of the position estimating means 34. The output of the switching means 36 is input to the commutation means 37, and the commutation means 37 turns on / off the six switching elements of the inverter 12 as shown in (E) to (J) of FIG. In FIG. 7, the High level is ON and the Low level is OFF.

インバータ12の出力波形の一例として図7(K)にU相電圧を示す。出力の最大電圧は直流電圧により規制され、U相電圧の包絡線(破線で示す)は(A)の直流電圧に一致する。   As an example of the output waveform of the inverter 12, FIG. The maximum output voltage is regulated by the DC voltage, and the envelope of the U-phase voltage (shown by a broken line) matches the DC voltage of (A).

前述した通り、直流電圧の電圧レベルによりPWM制御のデューティを変更しているので、図7(K)に示すとおり、電圧の低いところ(例えば時間T5〜T6間)ではデューティを高くし、電圧の高いところ(例えば時問T11〜T12間)ではデューティを低くしている。これにより電圧変動による電流の不安定を未然に防止する。   As described above, since the duty of the PWM control is changed according to the voltage level of the DC voltage, as shown in FIG. 7K, the duty is increased at a low voltage (for example, between time T5 and T6), and the voltage At high places (for example, between questions T11 to T12), the duty is lowered. This prevents current instability due to voltage fluctuations.

本実施の形態1において、電圧レベルを直接検出する電圧検出手段35としたが、ゼロクロスなどのタイミングを検出し、時間に応じて電圧レベルを推定するものなどでも構わない。   In the first embodiment, the voltage detection means 35 that directly detects the voltage level is used. However, it may be one that detects timing such as zero crossing and estimates the voltage level according to time.

また、直流電圧により、位置検出手段33と位置推定手段34とを切り換えるようにしたが、位置検出信号が出ない時に自動的に位置推定手段34に切り換える方法であっても構わない。   Further, the position detection means 33 and the position estimation means 34 are switched by the DC voltage, but a method of automatically switching to the position estimation means 34 when no position detection signal is output may be used.

また、実施の形態1においては、位置検出手段33はリアルタイムに位置を検出するものとしたが、全体的に平均した位置検出手段(例えば全体の位置検出と転流とのタイミング差を平均的に見る方法)などを使用してもよい。   In the first embodiment, the position detection means 33 detects the position in real time. However, the position detection means averaged overall (for example, the timing difference between the overall position detection and commutation is averaged). You may use the method of viewing).

また、実施の形態1においては、電源回路38の電源供給先は、制御手段32のみとしているが、凝縮器29、蒸発器31の熱交換を促進する為に設けた送風機等、他の付加に供給する構成としても構わない。   Further, in the first embodiment, the power supply destination of the power supply circuit 38 is only the control means 32, but for other additions such as a blower provided to promote heat exchange of the condenser 29 and the evaporator 31. It does not matter as a configuration to supply.

以上の様に、本発明にかかるブラシレスDCモータの駆動装置は、部品点数削減と低コスト化が図れ、大幅な小型化が実現できる。さらに、安定した駆動が実現できるため、圧縮機の駆動装置はもとより、家庭用電化製品等のブラシレスDCモータを使用した機器全般にも適用できる。   As described above, the brushless DC motor driving apparatus according to the present invention can reduce the number of parts and reduce the cost, and can achieve a significant reduction in size. Furthermore, since stable driving can be realized, the present invention can be applied not only to a compressor driving device but also to all devices using brushless DC motors such as household appliances.

本発明の実施の形態1におけるブラシレスDCモータの駆動装置のブロック図1 is a block diagram of a brushless DC motor driving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 同実施の形態におけるブラシレスDCモータを用いた圧縮機の断面図Sectional drawing of the compressor using the brushless DC motor in the same embodiment 同実施の形態のブラシレスDCモータの駆動装置のスナバコンデンサと平滑回路の両端の電圧値を示す特性図The characteristic figure which shows the voltage value of the both ends of the snubber capacitor and smoothing circuit of the drive device of the brushless DC motor of the embodiment 同実施の形態のブラシレスDCモータの駆動装置のインバータの入力電圧波形を示すタイミングチャートTiming chart showing the input voltage waveform of the inverter of the brushless DC motor driving apparatus of the embodiment 同実施の形態のブラシレスDCモータの駆動装置の負荷電流と瞬時最低電圧、リプル含有率を示す特性図Characteristic diagram showing load current, instantaneous minimum voltage and ripple content of the brushless DC motor drive device of the same embodiment 同実施の形態のブラシレスDCモータの駆動装置の動作を示すフローチャートThe flowchart which shows operation | movement of the drive device of the brushless DC motor of the embodiment 同実施の形態のブラシレスDCモータの駆動装置の各部の波形を示すタイミングチャートTiming chart showing waveforms of respective portions of the brushless DC motor driving apparatus of the same embodiment 従来のブラシレスDCモータの駆動装置のブロック図Block diagram of a conventional brushless DC motor drive device

符号の説明Explanation of symbols

10 交流電源
11 第1整流回路
12 インバータ
13 スナバコンデンサ
14 ブラシレスDCモータ
16 回転子
19 冷媒R600A
28 圧縮機
29 凝縮器
30 減圧器
31 蒸発器
32 制御手段
33 位置検出手段
34 位置推定手段
36 切換手段
38 電源回路
39 第2整流回路
40 平滑回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 AC power supply 11 1st rectifier circuit 12 Inverter 13 Snubber capacitor 14 Brushless DC motor 16 Rotor 19 Refrigerant R600A
28 Compressor 29 Condenser 30 Decompressor 31 Evaporator 32 Control means 33 Position detection means 34 Position estimation means 36 Switching means 38 Power supply circuit 39 Second rectifier circuit 40 Smoothing circuit

Claims (9)

交流電源と、前記交流電源の入力を整流する第1整流回路と、前記第1整流回路に接続したインバータと、前記インバータと並列に接続したスナバコンデンサと、前記インバータにより駆動されるブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスDCモータの回転子の回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段から得た回転子の位置情報を基に、前記ブラシレスDCモータを駆動するために前記インバータを制御する制御手段を有し、前記スナバコンデンサは、前記第1整流回路の出力電圧を平滑する平滑用コンデンサとしても機能するように構成されたブラシレスDCモータの駆動装置。   An AC power source, a first rectifier circuit that rectifies the input of the AC power source, an inverter connected to the first rectifier circuit, a snubber capacitor connected in parallel with the inverter, and a brushless DC motor driven by the inverter The brushless DC motor based on position detection means for detecting the rotational position of the rotor of the brushless DC motor from the induced voltage or motor current of the brushless DC motor, and position information of the rotor obtained from the position detection means. A drive unit for a brushless DC motor configured to control the inverter to drive the inverter, and the snubber capacitor also functions as a smoothing capacitor that smoothes the output voltage of the first rectifier circuit . 交流電源と、前記交流電源の入力を整流する第1整流回路および第2整流回路と、前記第1整流回路に接続したインバータと、前記インバータと並列に接続したスナバコンデンサと、前記インバータにより駆動されるブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスDCモータの回転子の回転位置を検出して前記インバータを動作させる位置検出手段と、前記位置検出手段から得た回転子の位置情報を基に、前記ブラシレスDCモータを駆動するために前記インバータを制御する制御手段と、前記第2整流回路により整流された電圧を平滑する平滑回路と、前記平滑回路と並列に接続され、前記平滑回路により平滑された直流高電圧を直流低電圧に変換する電源回路とを有し、前記電源回路は前記制御手段に電源を供給する様に構成されたブラシレスDCモータの駆動装置。   An AC power source, a first rectifier circuit and a second rectifier circuit that rectify the input of the AC power source, an inverter connected to the first rectifier circuit, a snubber capacitor connected in parallel with the inverter, and the inverter driven Brushless DC motor, position detecting means for detecting the rotational position of the rotor of the brushless DC motor from the induced voltage or motor current of the brushless DC motor, and operating the inverter, and the rotor obtained from the position detecting means Based on the positional information, a control means for controlling the inverter to drive the brushless DC motor, a smoothing circuit for smoothing the voltage rectified by the second rectifier circuit, and a parallel connection to the smoothing circuit. A power supply circuit that converts a DC high voltage smoothed by the smoothing circuit into a DC low voltage, and the power supply circuit Brushless DC motor driving device configured so as to supply power to said control means. 前記位置検出手段による位置の検出が不可能なときに、その位置を推定して前記インバータを動作させるようにすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。   3. The brushless DC motor driving device according to claim 1, wherein when the position cannot be detected by the position detecting means, the position is estimated and the inverter is operated. . 前記第1整流回路は実使用の出力範囲で出力の直流電圧のリプル含有率が90%以上であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。   4. The brushless DC motor according to claim 1, wherein the first rectifier circuit has an output DC voltage ripple content of 90% or more in an actually used output range. 5. Drive device. 位置検出が可能であったときの検出時間を基にして所定時間を定め、位置の検出が不可能なときに所定時間ごとに位置が切り替わっていくものとして推定を行うことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。   A predetermined time is determined based on a detection time when the position can be detected, and estimation is performed on the assumption that the position is switched every predetermined time when the position cannot be detected. The drive device of the brushless DC motor according to any one of claims 1 to 4. 前記第1整流回路の出力電圧があらかじめ定められた所定電圧以下であるとき、位置検出が出来ない状態にあると判断するようにした請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。   The brushless according to any one of claims 1 to 5, wherein when the output voltage of the first rectifier circuit is equal to or lower than a predetermined voltage, it is determined that the position cannot be detected. DC motor drive device. 前記ブラシレスDCモータは、凝縮器、減圧器、蒸発器と共に冷凍空調システムを構成する圧縮機を駆動することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。   The brushless DC motor according to any one of claims 1 to 6, wherein the brushless DC motor drives a compressor constituting a refrigeration air conditioning system together with a condenser, a decompressor, and an evaporator. Drive device. 前記圧縮機は、レシプロ構成であることを特徴とする請求項7に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。   The brushless DC motor driving apparatus according to claim 7, wherein the compressor has a reciprocating configuration. 前記冷凍空調システムの冷媒はR600Aである請求項7または請求項8に記載のブラシレスDCモータの駆動装置。   The brushless DC motor driving apparatus according to claim 7 or 8, wherein the refrigerant of the refrigeration air conditioning system is R600A.
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