JP2007092686A - Drive device for compressor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drive device for a compressor capable of stably starting the compressor. <P>SOLUTION: This drive device perform 180 degree exciting operation S7, S8 based on current detection result, rotation speed is gradually dropped (S12) with responding to a direction of stopping a compressor 1 (S9), and a piston 24 is stopped at a predetermined position (S13) when rotation speed reaches a predetermined rotation speed (S12). Consequently, load torque at a time of start can be kept constant and start action can be stabilized. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は圧縮機の駆動装置に関し、特に、シリンダ内でピストンを駆動させて気体を圧縮するブラシレスモータを備えた圧縮機において、ブラシレスモータを回転駆動させる駆動装置に関する。   The present invention relates to a drive device for a compressor, and more particularly, to a drive device that rotates a brushless motor in a compressor having a brushless motor that compresses gas by driving a piston in a cylinder.

従来より、圧縮機に含まれるブラシレスモータを駆動する方法として、回転子の回転に伴って固定子の電動子巻線に誘起される電圧を利用して回転子の位置を検出し、その検出結果に基づいてインバータを制御し、電動子巻線に電流を供給してブラシレスモータを駆動させるセンサレス方式が知られている。   Conventionally, as a method of driving a brushless motor included in a compressor, the position of the rotor is detected using the voltage induced in the stator winding of the stator as the rotor rotates, and the detection result There is known a sensorless system that controls an inverter based on the above and supplies a current to an armature winding to drive a brushless motor.

圧縮機の起動時は、回転子が停止した状態では電動子巻線に誘起電圧が発生しないため、まず所定の転流パルスをインバータに与えて回転子と固定子の相を一致させる相固定運転を行ない、次いで所定の転流パルスをインバータに与えて同期運転を行って回転子の回転数を上昇させ、位置検出が可能となる同期回転数に到達した後にセンサレス運転を行なう（たとえば特許文献１参照）。
特開２００２−４４９８５号公報 When the compressor is started, no induced voltage is generated in the rotor windings when the rotor is stopped. Therefore, first, a predetermined commutation pulse is applied to the inverter to match the phases of the rotor and stator. Then, a predetermined commutation pulse is applied to the inverter to perform synchronous operation to increase the rotational speed of the rotor, and sensorless operation is performed after reaching the synchronous rotational speed at which position detection is possible (for example, Patent Document 1) reference).
JP 2002-44985 A

しかし、従来の駆動方法では、単にインバータへの転流パルスの供給を停止して圧縮機を停止させていたので、圧縮機を停止させる毎にピストンがシリンダ内の任意の位置で停止し、圧縮機の起動時におけるモータの負荷トルクが起動毎に変化し、圧縮機の起動が不安定になるという問題があった。   However, in the conventional driving method, the compressor is stopped by simply stopping the supply of commutation pulses to the inverter, so the piston stops at an arbitrary position in the cylinder each time the compressor is stopped. There has been a problem that the load torque of the motor at the time of starting the machine changes every time it starts, and the starting of the compressor becomes unstable.

それゆえに、この発明の主たる目的は、圧縮機を安定に起動させることが可能な圧縮機の駆動装置を提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a compressor drive device capable of stably starting a compressor.

この発明に係る圧縮機の駆動装置は、シリンダ内でピストンを駆動させて気体を圧縮するブラシレスモータを備えた圧縮機において、ブラシレスモータを回転駆動させる駆動装置であって、ブラシレスモータの複数の電動子巻線に駆動電流を供給するインバータと、複数の電動子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の検出結果に基づいてインバータを制御する制御手段とを備え、制御手段は、圧縮機の駆動停止が指示されたことに応じて、回転子の回転数を下げ、電流検出手段の検出結果に基づいて回転子を予め定められた位置に停止させることを特徴とする。   A compressor driving device according to the present invention is a driving device that rotates a brushless motor in a compressor having a brushless motor that compresses gas by driving a piston in a cylinder, and includes a plurality of electric motors of the brushless motor. A control means comprising: an inverter for supplying a drive current to the child winding; a current detection means for detecting a current flowing through the plurality of armature windings; and a control means for controlling the inverter based on a detection result of the current detection means. Is characterized in that, in response to an instruction to stop driving the compressor, the number of rotations of the rotor is decreased and the rotor is stopped at a predetermined position based on the detection result of the current detection means.

好ましくは、さらに、複数の電動子巻線の誘起電圧に基づいて、ブラシレスモータの固定子に対する回転子の位置を検出する位置検出手段を備え、制御手段は、圧縮機の駆動開始が指示されたことに応じてブラシレスモータを相固定運転させる相固定運転手段と、相固定運転手段によって運転されたブラシレスモータを同期運転させる同期運転手段と、同期運転手段によって運転されたブラシレスモータを位置検出手段の検出結果に基づいて１２０度通電運転させる１２０度通電運転手段と、１２０度通電運転手段によって運転されたブラシレスモータを電流検出手段の検出結果に基づいて１８０度通電運転させる１８０度通電運転手段とを含み、１８０度通電運転手段は、圧縮機の駆動停止が指示されたことに応じて、回転子の回転数を下げ、電流検出手段の検出結果に基づいて回転子を予め定められた位置に停止させる。   Preferably, the apparatus further comprises position detecting means for detecting the position of the rotor relative to the stator of the brushless motor based on the induced voltages of the plurality of armature windings, and the control means is instructed to start driving the compressor. According to this, phase-fixed operation means for phase-fixing the brushless motor, synchronous operation means for synchronously operating the brushless motor operated by the phase-fixed operation means, and position detection means for the brushless motor operated by the synchronous operation means. 120-degree energization operation means for energizing 120 degrees based on the detection result, and 180-degree energization operation means for causing the brushless motor operated by the 120-degree energization operation means to perform 180-degree energization operation based on the detection result of the current detection means. In addition, the 180-degree energization operation means reduces the rotational speed of the rotor in response to an instruction to stop driving the compressor. It is stopped at a predetermined position of the rotor based on a detection result of the current detecting means.

この発明に係る圧縮機の駆動装置では、電流検出手段の検出結果に基づいてインバータを制御し、圧縮機の駆動停止が指示されたことに応じて、回転子の回転数を下げ、電流検出手段の検出結果に基づいて回転子を予め定められた位置に停止させる。したがって、ピストンを常に同じ位置で停止させることができるので、圧縮機の起動時におけるモータの負荷トルクを一定にすることができ、圧縮機を安定に起動させることができる。   In the compressor driving apparatus according to the present invention, the inverter is controlled based on the detection result of the current detecting means, and the rotation speed of the rotor is decreased in response to an instruction to stop driving the compressor, and the current detecting means The rotor is stopped at a predetermined position based on the detection result. Therefore, since the piston can always be stopped at the same position, the load torque of the motor when starting the compressor can be made constant, and the compressor can be started stably.

実施の形態を説明する前に、まずこの発明の原理について説明する。この発明は、センサレスのブラシレスモータを備えた圧縮機において、相固定運転を行なってブラシレスモータを起動させた後、同期運転を行なってモータを所定の同期回転数で回転駆動させ、次いで位置検出手段の検出結果に基づいた１２０度通電運転を行なってブラシレスモータを所定の回転数で回転駆動させ、さらに、電流検出手段の検出結果に基づいた１８０度通電運転を行なって運転を継続する。電流検出手段の検出結果に基づいた１８０度通電運転では、電流検出手段によって検出した電動子巻線に流れる電流と、固定子に対する回転子の位置とが相関関係にある。   Before describing the embodiment, the principle of the present invention will be described first. In the compressor provided with the sensorless brushless motor, the phaseless operation is performed to activate the brushless motor, and then the synchronous operation is performed to rotationally drive the motor at a predetermined synchronous rotational speed. The 120-degree energization operation is performed based on the detection result to rotate the brushless motor at a predetermined rotational speed, and the 180-degree energization operation is performed based on the detection result of the current detection means to continue the operation. In the 180-degree energization operation based on the detection result of the current detection means, the current flowing through the armature winding detected by the current detection means is correlated with the position of the rotor with respect to the stator.

圧縮機の駆動停止が指示された場合は、電流検出手段の検出結果に基づいた１８０度通電運転にてモータの回転数を下げて行き、十分回転数が低下したら、回転子が所定の位置になったときにインバータへの転流パルスの供給を停止してピストンを停止させる。このような制御を運転停止毎に行なうことで起動時のピストン位置を一定にし、圧縮機の起動の安定化を図る。以下、この発明について図面を用いて詳細に説明する。   When it is instructed to stop driving the compressor, the rotational speed of the motor is decreased by a 180-degree energization operation based on the detection result of the current detection means, and when the rotational speed sufficiently decreases, the rotor is moved to a predetermined position. When this happens, the supply of commutation pulses to the inverter is stopped and the piston is stopped. By performing such control every time the operation is stopped, the piston position at the time of starting is made constant, and the starting of the compressor is stabilized. The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

図１は、この発明の一実施の形態によるセンサレスＤＣブラシレスモータ圧縮機１の駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この駆動装置は、コンバータ３、インバータ７、位置検出手段８、電流増幅手段９および制御装置１０を備える。コンバータ３は、交流電圧を直流電圧に変換してインバータ７に与える。コンバータ３は、交流電源２から出力される交流電圧（たとえば１００Ｖ）を整流して直流電圧（この場合は２８０Ｖ）を生成する倍電圧整流回路４と、生成された直流電圧を安定化させるコンデンサ５，６とを含む。   FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of a drive device for a sensorless DC brushless motor compressor 1 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the drive device includes a converter 3, an inverter 7, a position detection unit 8, a current amplification unit 9, and a control device 10. Converter 3 converts an AC voltage into a DC voltage and supplies it to inverter 7. Converter 3 rectifies an AC voltage (for example, 100 V) output from AC power supply 2 to generate a DC voltage (in this case, 280 V), and a capacitor 5 that stabilizes the generated DC voltage. , 6.

インバータ７は、制御装置１０から与えられる転流パルスによって制御され、コンバータ３からの直流電圧を３相交流電圧に変換する。この３相交流電圧は、圧縮機１に含まれるブラシレスモータの３つの電動子巻線に与えられる。インバータ７は、３相ブリッジ接続された６つのトランジスタと、各トランジスタに逆並列に接続されたダイオードとを含む周知のものである。   Inverter 7 is controlled by a commutation pulse provided from control device 10 and converts the DC voltage from converter 3 into a three-phase AC voltage. This three-phase AC voltage is applied to three armature windings of a brushless motor included in the compressor 1. The inverter 7 is a well-known one including six transistors connected in a three-phase bridge and a diode connected in antiparallel to each transistor.

図２（ａ）〜（ｆ）および図３（ａ）〜（ｆ）は、圧縮機１の要部の構成および動作を示す図である。図２（ａ）〜（ｆ）および図３（ａ）〜（ｆ）において、圧縮機１のブラシレスモータは、固定子２０と、その中心に回転自在に設けられた回転子２２を含む。固定子２０の内周側には、回転子２２の外周面に向けて６つのポールＰ０〜Ｐ５が等角度間隔で突設されており、対向する２つのポールＰ０とＰ３，Ｐ１とＰ４，Ｐ２とＰ５の各々には、１つの電動子巻線２１が巻回されている。３つの電動子巻線２１に３相交流電流を流すことにより、ポールＰ０とＰ３，Ｐ１とＰ４，Ｐ２とＰ５の各々をＳ極またはＮ極に交互に変化させて回転磁界を発生させる。   2 (a) to 2 (f) and FIGS. 3 (a) to 3 (f) are diagrams showing the configuration and operation of the main part of the compressor 1. FIG. 2A to 2F and FIGS. 3A to 3F, the brushless motor of the compressor 1 includes a stator 20 and a rotor 22 that is rotatably provided at the center thereof. On the inner peripheral side of the stator 20, six poles P0 to P5 project at equal angular intervals toward the outer peripheral surface of the rotor 22, and two opposing poles P0 and P3, P1 and P4 and P2 are provided. One armature winding 21 is wound around each of P5 and P5. By passing a three-phase alternating current through the three armature windings 21, each of the poles P0 and P3, P1 and P4, P2 and P5 is alternately changed to the S pole or the N pole to generate a rotating magnetic field.

また、回転子２２の外周面には、永久磁石のＮ極とＳ極が交互に合せて４極配置されている。回転子２２の端面の所定位置には、シャフトクランク２３が取付けられ、シャフトの先端にはピストン２４が固定されている。ピストン２４は、シリンダ２５内で往復動自在に設けられている。回転子２２が１回転すると、ピストン２４は１往復する。   Further, on the outer peripheral surface of the rotor 22, four poles of N poles and S poles of permanent magnets are alternately arranged. A shaft crank 23 is attached to a predetermined position on the end face of the rotor 22, and a piston 24 is fixed to the tip of the shaft. The piston 24 is provided so as to reciprocate within the cylinder 25. When the rotor 22 rotates once, the piston 24 reciprocates once.

このような構成の圧縮機１では、ピストン２４が１往復するときの駆動パターンには１２のパターン０〜１１があることが分かっている。図２（ａ）〜（ｆ）および図３（ａ）〜（ｆ）は、それぞれパターン０〜１１を示している。パターン１１，０〜４は気体をシリンダ２５内に吸込む吸込工程であり、パターン５〜８はシリンダ２５内で気体を圧縮する圧縮工程であり、パターン９，１０は圧縮された気体を排出弁(図示せず)を介して排出する排出工程である。   In the compressor 1 having such a configuration, it is known that there are 12 patterns 0 to 11 as drive patterns when the piston 24 reciprocates once. 2A to 2F and FIGS. 3A to 3F show patterns 0 to 11, respectively. Patterns 11, 0 to 4 are suction steps for sucking gas into the cylinder 25, patterns 5 to 8 are compression steps for compressing the gas in the cylinder 25, and patterns 9 and 10 are discharge valves for the compressed gas ( This is a discharge process of discharging via a not-shown).

詳しく説明すると、パターン０（吸込工程）では、ポールＰ０，Ｐ３がＮ極にされるとともにポールＰ１，Ｐ４がＳ極にされ、回転子２２の２つのＮ極とポールＰ０，Ｐ３との反発力と、回転子２２の２つのＮ極とポールＰ１，Ｐ４との吸引力とにより、シャフトクランク２３は図中２８５度の位置から３１５度の位置まで回転移動する。これに応じてピストン２４は図中上方向に移動し、シリンダ２５内に気体が吸込まれる。   More specifically, in the pattern 0 (suction process), the poles P0 and P3 are set to the N pole and the poles P1 and P4 are set to the S pole, and the repulsive force between the two N poles of the rotor 22 and the poles P0 and P3. Then, due to the two N poles of the rotor 22 and the attractive forces of the poles P1 and P4, the shaft crank 23 rotates from a position of 285 degrees to a position of 315 degrees in the figure. In response to this, the piston 24 moves upward in the drawing, and gas is sucked into the cylinder 25.

次にパターン１（吸込工程）では、ポールＰ０，Ｐ３がＮ極に維持されるとともにポールＰ２，Ｐ５がＳ極にされ、回転子２２の２つのＳ極とポールＰ２，Ｐ５との反発力と、回転子２２の２つのＳ極とポールＰ０，Ｐ３との吸引力とにより、シャフトクランク２３は図中３１５度の位置から３４５度の位置まで回転移動する。これに応じてピストン２４は図中上方向に移動し、シリンダ２５内に気体が吸込まれる。   Next, in pattern 1 (suction process), the poles P0 and P3 are maintained at the N pole and the poles P2 and P5 are set at the S pole, and the repulsive force between the two S poles of the rotor 22 and the poles P2 and P5 The shaft crank 23 rotates and moves from a position of 315 degrees to a position of 345 degrees in the figure by the attraction force of the two south poles of the rotor 22 and the poles P0 and P3. In response to this, the piston 24 moves upward in the drawing, and gas is sucked into the cylinder 25.

次いでパターン２（吸込工程）では、ポールＰ１，Ｐ４がＮ極にされるとともにポールＰ２，Ｐ５がＳ極に維持され、回転子２２の２つのＮ極とポールＰ１，Ｐ４との反発力と、回転子２２の２つのＮ極とポールＰ２，Ｐ５との吸引力とにより、シャフトクランク２３は図中３４５度の位置から１５度の位置まで回転移動する。シャフトクランク２３が０度の位置に到達してピストン２４が上死点に到達した後、ピストン２４は図中下側に移動するが、ピストン２４の高速移動によってシリンダ２５内が負圧になっているので、引き続き気体の吸込みが行なわれる。以下同様にして回転子２２が図中時計針回転方向に回転し、パターン３，４（吸込工程）でも、パターン２と同様にして気体の吸込みが行なわれる。   Next, in pattern 2 (suction process), the poles P1 and P4 are set to the N pole and the poles P2 and P5 are maintained to the S pole, and the repulsive force between the two N poles of the rotor 22 and the poles P1 and P4, The shaft crank 23 is rotationally moved from a position of 345 degrees to a position of 15 degrees in the figure by the attraction force of the two N poles of the rotor 22 and the poles P2 and P5. After the shaft crank 23 reaches the 0 degree position and the piston 24 reaches the top dead center, the piston 24 moves downward in the figure, but the inside of the cylinder 25 becomes negative pressure due to the high speed movement of the piston 24. Therefore, the gas is continuously sucked. In the same manner, the rotor 22 rotates in the clockwise direction in the drawing, and gas is sucked in the patterns 3 and 4 (suction process) in the same manner as the pattern 2.

パターン５（圧縮工程）では、パターン２〜４に続いてピストン２４が図中下方向に移動し、シリンダ２５内の気体が圧縮されて負圧から正圧に転じる。パターン６〜８でシリンダ２５内の気体がさらに圧縮され、パターン８ではシャフトクランク２３が１８０度の位置に到達してピストン２４が下死点に到達した後、ピストン２４は図中上側に移動する。高速移動するピストン２４の移動に遅延して、パターン９，１０で排出弁(図示せず)が開き、シリンダ２５内で圧縮された気体が排出弁を介して排出される。ピストン２４がさらに上方向に移動してシャフトクランク２３が２５５度の位置に到達すると、パターン１１でシリンダ２５内が負圧になって排出弁が閉じ、再度気体の吸込みが行なわれる。   In the pattern 5 (compression process), the piston 24 moves downward in the figure following the patterns 2 to 4, and the gas in the cylinder 25 is compressed to change from negative pressure to positive pressure. In patterns 6 to 8, the gas in the cylinder 25 is further compressed. In pattern 8, after the shaft crank 23 reaches the position of 180 degrees and the piston 24 reaches the bottom dead center, the piston 24 moves upward in the figure. . Delayed by the movement of the piston 24 moving at a high speed, the exhaust valves (not shown) are opened in the patterns 9 and 10, and the gas compressed in the cylinder 25 is exhausted through the exhaust valves. When the piston 24 moves further upward and the shaft crank 23 reaches the position of 255 degrees, the cylinder 25 becomes negative pressure in the pattern 11, the discharge valve is closed, and the gas is sucked again.

図４は、圧縮機１の負荷トルクの時刻変化を示す図である。図４において、気体がシリンダ２５内に吸込まれる吸込工程では負荷トルクは低く略一定であるが、気体がシリンダ２５内で圧縮される圧縮工程では負荷トルクが急激に上昇し、排出弁が開いてシリンダ２５から気体が排出される排出工程では負荷トルクは急激に低下する。このように１サイクル内で負荷トルクが変化すると、それに応じてブラシレスモータの回転子２２の回転速度が変化する。したがって、回転子２２の回転速度の変化を検出することにより、負荷トルク、駆動パターン、ピストン２４の位置を検出することができる。   FIG. 4 is a diagram showing the time change of the load torque of the compressor 1. In FIG. 4, the load torque is low and substantially constant in the suction process in which gas is sucked into the cylinder 25, but in the compression process in which gas is compressed in the cylinder 25, the load torque increases rapidly and the discharge valve opens. Thus, in the discharge process in which the gas is discharged from the cylinder 25, the load torque rapidly decreases. Thus, when the load torque changes within one cycle, the rotational speed of the rotor 22 of the brushless motor changes accordingly. Therefore, the load torque, the drive pattern, and the position of the piston 24 can be detected by detecting a change in the rotational speed of the rotor 22.

図１に戻って、位置検出手段８は、回転子２２の回転に応じて３つの電動子巻線２１に誘起される電圧を検出し、その検出結果に基づいてパターン０〜１１に同期する位置検出信号を出力する。電流増幅手段９は、３つの電動子巻線２１に流れる電流を増幅した電流信号を生成して制御装置１０に与える。制御装置１０は、位置検出手段８からの位置検出信号に基づいて転流パルスを生成し、インバータ７を制御する。また制御装置１０は、電流増幅手段９から与えられた電流信号に基づいて電動子巻線２１に流れる電流を検出し、その検出結果に基づいて転流パルスを生成し、インバータ７を制御する。   Returning to FIG. 1, the position detection means 8 detects the voltages induced in the three armature windings 21 in accordance with the rotation of the rotor 22, and is synchronized with the patterns 0 to 11 based on the detection result. A detection signal is output. The current amplifying means 9 generates a current signal obtained by amplifying the current flowing through the three armature windings 21 and supplies it to the control device 10. The control device 10 generates a commutation pulse based on the position detection signal from the position detection means 8 and controls the inverter 7. Further, the control device 10 detects the current flowing through the armature winding 21 based on the current signal given from the current amplification means 9, generates a commutation pulse based on the detection result, and controls the inverter 7.

図５は、制御装置１０の構成を示すブロック図である。図５において、制御装置１０は、ソフトウェアで構成され、回転速度検出手段３１、ピストン位置検出手段３２、電流検出手段３３、デューティ調整手段３４、転流手段３５、相固定運転手段３６、同期運転手段３７、１２０度通電運転手段３８、１８０度通電運転手段３９、起動手段４０、および停止手段４１を含む。   FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the control device 10. In FIG. 5, the control device 10 is configured by software, and includes a rotation speed detection means 31, a piston position detection means 32, a current detection means 33, a duty adjustment means 34, a commutation means 35, a phase fixed operation means 36, and a synchronous operation means. 37, 120 degree energization operation means 38, 180 degree energization operation means 39, starting means 40, and stop means 41 are included.

回転速度検出手段３１は、位置検出手段８から与えられる位置検出信号の間隔を検出し、その検出結果に基づいて回転子２２の回転速度およびその変化パターンを検出する。ピストン位置検出手段３２は、回転速度検出手段３１によって検出された回転速度の変化パターンと、図４で示した予め記憶している負荷トルクの変化パターンとを比較し、現時点の駆動パターンがパターン０〜１１のうちのいずれのパターンであるかを検出し、さらにピストン２４のシリンダ２５内における現在位置を検出する。電流検出手段３３は、電流増幅手段９から与えられた電流信号に基づいて電動子巻線２１に流れる電流を検出し、その検出結果をデューティ調整手段３４に与える。   The rotation speed detection means 31 detects the interval of the position detection signals given from the position detection means 8, and detects the rotation speed of the rotor 22 and its change pattern based on the detection result. The piston position detector 32 compares the rotational speed change pattern detected by the rotational speed detector 31 with the load torque change pattern stored in advance shown in FIG. -11 are detected, and the current position of the piston 24 in the cylinder 25 is detected. The current detection means 33 detects the current flowing through the armature winding 21 based on the current signal given from the current amplification means 9, and gives the detection result to the duty adjustment means 34.

デューティ調整手段３４は、位置検出手段８からの位置検出信号に基づく１２０度通電運転時には、回転速度検出手段３１で検出された回転子２２の回転速度と、ピストン位置検出手段３２で検出されたピストン２４の位置とに基づいてデューティを調整し、調整したデューティを示す信号を転流手段３５に与える。またデューティ調整手段３４は、電流検出手段３３の電流検出結果に基づく１８０度通電運転時には、電流検出手段３３の検出結果に基づいてデューティを調整し、調整したデューティを示す信号を転流手段３５に与える。   The duty adjustment unit 34 is configured to detect the rotation speed of the rotor 22 detected by the rotation speed detection unit 31 and the piston detected by the piston position detection unit 32 during the 120-degree energization operation based on the position detection signal from the position detection unit 8. The duty is adjusted based on the position 24 and a signal indicating the adjusted duty is supplied to the commutation means 35. Further, the duty adjustment means 34 adjusts the duty based on the detection result of the current detection means 33 during the 180-degree energization operation based on the current detection result of the current detection means 33, and sends a signal indicating the adjusted duty to the commutation means 35. give.

また、デューティ調整手段３４は、電流検出手段３３の検出結果に基づいた１８０度通電運転において圧縮機１の停止が指示された場合は、モータの回転数を下げて行き、十分回転数が低下したら、回転子２２が所定の位置になったときにインバータ７への転流パルスの供給を停止させてピストン２４を停止させる。モータが低回転になるほど電動子巻線２１に流れる電流が小さくなるため、必要であれば、予め増幅率の異なる複数の電流増幅手段９を用意して必要に応じて電流増幅手段９を切換えれば、さらに低回転中でも安定して電流検出を行うことができる。転流手段３５は、デューティ調整手段３４から与えられたデューティを示す信号に基づいて３相駆動パルスを生成し、その３相駆動パルスによってインバータ７を制御する。   In addition, when the stop of the compressor 1 is instructed in the 180-degree energization operation based on the detection result of the current detection unit 33, the duty adjustment unit 34 decreases the rotation speed of the motor, and if the rotation speed sufficiently decreases. When the rotor 22 reaches a predetermined position, the supply of the commutation pulse to the inverter 7 is stopped and the piston 24 is stopped. As the motor rotates at a lower speed, the current flowing through the armature winding 21 becomes smaller. Therefore, if necessary, a plurality of current amplifying means 9 having different amplification factors are prepared in advance, and the current amplifying means 9 can be switched as necessary. For example, the current can be detected stably even at a low speed. The commutation means 35 generates a three-phase drive pulse based on the signal indicating the duty given from the duty adjustment means 34, and controls the inverter 7 by the three-phase drive pulse.

相固定運転手段３６は、起動手段４０によって制御され、相固定運転を指示する信号をデューティ調整手段３４に与える。その信号に応答してデューティ調整手段３４は、転流手段３５およびインバータ７を介して圧縮機１のブラシレスモータを相固定運転させる。ここで、相固定運転とは、予め定められた低い周波数の３相交流電圧をブラシレスモータに供給し、低い周波数の回転磁界を発生させて固定子２０と回転子２２の相を一致させる運転である。   The phase fixed operation means 36 is controlled by the starting means 40 and gives a signal for instructing the phase fixed operation to the duty adjusting means 34. In response to the signal, the duty adjustment means 34 causes the brushless motor of the compressor 1 to perform a phase-fixed operation via the commutation means 35 and the inverter 7. Here, the phase-fixed operation is an operation in which a predetermined low-frequency three-phase AC voltage is supplied to the brushless motor to generate a low-frequency rotating magnetic field so that the phases of the stator 20 and the rotor 22 coincide. is there.

同期運転手段３７は、起動手段４０によって制御され、同期運転モードを指示する信号をデューティ調整手段３４に与える。その信号に応答してデューティ調整手段３４は、転流手段３５およびインバータ７を介して圧縮機１のブラシレスモータを同期運転させる。ここで、同期運転とは、一般には、ブラシレスモータの起動時は電動子巻線２２に誘起される電圧が低く、位置検出手段８が誘起電圧を検出することができないので、誘起電圧の検出が可能となる回転速度まで強制的に転流、加速を行ない、センサレス運転への準備を行なうものである。   The synchronous operation means 37 is controlled by the starting means 40 and gives a signal for instructing the synchronous operation mode to the duty adjustment means 34. In response to the signal, the duty adjustment means 34 causes the brushless motor of the compressor 1 to operate synchronously via the commutation means 35 and the inverter 7. Here, the synchronous operation generally means that when the brushless motor is started, the voltage induced in the armature winding 22 is low, and the position detection means 8 cannot detect the induced voltage. It is forcibly commutated and accelerated to a possible rotational speed, and prepares for sensorless operation.

１２０度通電運転手段３８は、起動手段４０によって制御され、１２０度通電運転モードを指示する信号をデューティ調整手段３４に与える。その信号に応答してデューティ調整手段３４は、位置検出手段８の検出結果に基づき、転流手段３５およびインバータ７を介して圧縮機１のブラシレスモータを１２０度通電運転させる。ここで、１２０度通電運転とは、各相の１８０度の通電区間のうち、１２０度はインバータ７のスイッチングにて通電し、残り６０度はスイッチングせず無通電区間とし、無通電区間において電動子巻線２１に発生する誘起電圧を位置検出手段８によって位置検出信号として取得しながら圧縮機１を運転するものである。   The 120-degree energization operation means 38 is controlled by the activation means 40 and gives a signal instructing the 120-degree energization operation mode to the duty adjustment means 34. In response to the signal, the duty adjustment unit 34 causes the brushless motor of the compressor 1 to perform a 120-degree energization operation via the commutation unit 35 and the inverter 7 based on the detection result of the position detection unit 8. Here, the 120-degree energization operation means that among the 180-degree energization sections of each phase, 120 degrees are energized by switching of the inverter 7, and the remaining 60 degrees are not switched and are non-energized sections. The compressor 1 is operated while the induced voltage generated in the child winding 21 is acquired as a position detection signal by the position detection means 8.

１８０度通電運転手段３９は、起動手段４０によって制御され、１８０度通電運転モードを指示する信号をデューティ調整手段３４に与える。その信号に応答してデューティ調整手段３４は、電流検出手段３３の検出結果に基づき、転流手段３５およびインバータ７を介して圧縮機１のブラシレスモータを１８０度通電運転させる。ここで、１８０度通電とは、各相の１８０度の通電区間全てにおいてインバータ７をスイッチングして、電動子巻線２１の誘起電圧による位置検出信号を取得せずに、電動子巻線２１に流れる電流を電流検出手段３３によって検出し、検出した電流とインバータ７の出力電圧の位相差が所定の範囲に入るように調整しながら圧縮機１の運転を継続するものである。   The 180-degree energization operation means 39 is controlled by the starting means 40 and gives a signal for instructing the 180-degree energization operation mode to the duty adjustment means 34. In response to the signal, the duty adjustment means 34 causes the brushless motor of the compressor 1 to be energized 180 degrees through the commutation means 35 and the inverter 7 based on the detection result of the current detection means 33. Here, the 180-degree energization means that the inverter 7 is switched in all the 180-degree energization sections of the respective phases, and the position detection signal based on the induced voltage of the armature winding 21 is not acquired, and the armature winding 21 is supplied. The flowing current is detected by the current detection means 33, and the operation of the compressor 1 is continued while adjusting the phase difference between the detected current and the output voltage of the inverter 7 within a predetermined range.

起動手段４０は、圧縮機１の起動が指示されたことに応じて相固定運転手段３６に相固定運転の開始を指示し、所定時間後に相固定運転を停止させるとともに同期運転手段３７に同期運転の開始を指示し、回転子２２の回転数が同期回転数に到達したことに応じて同期運転を停止させるとともに１２０度通電運転手段３８に１２０度通電運転の開始を指示し、回転子２２の回転数が所定の目標回転数に到達したことに応じて１２０度通電運転を停止させるとともに１８０度通電運転手段３９に１８０度通電運転の開始を指示する。   The starting means 40 instructs the phase fixing operation means 36 to start the phase fixing operation in response to the start of the compressor 1, stops the phase fixing operation after a predetermined time, and synchronously operates the synchronous operation means 37. In response to the fact that the rotational speed of the rotor 22 has reached the synchronous rotational speed, the synchronous operation is stopped and the 120-degree energization operation means 38 is instructed to start the 120-degree energization operation. In response to the rotation speed reaching a predetermined target rotation speed, the 120-degree energization operation is stopped and the 180-degree energization operation means 39 is instructed to start the 180-degree energization operation.

停止手段４１は、圧縮機１の停止が指示されたことに応じて、デューティ調整手段３４に圧縮機１の停止を指示する信号を与える。その信号に応答してデューティ調整手段３４は、転流手段３５およびインバータ７を介して圧縮機１のブラシレスモータの回転数を徐々に低下させる。デューティ調整手段３４は、電流検出手段３３の検出結果に基づき、回転子２２の回転数が予め定められた停止回転数に到達したことに応じて、回転子２２の回転駆動を停止させ、固定子２２を予め定められた位置（たとえば図２（ｃ）のパターン２の位置）に停止させてピストン２４を停止させる。   The stop means 41 gives a signal instructing the duty adjustment means 34 to stop the compressor 1 in response to an instruction to stop the compressor 1. In response to the signal, the duty adjustment means 34 gradually decreases the rotational speed of the brushless motor of the compressor 1 via the commutation means 35 and the inverter 7. Based on the detection result of the current detection means 33, the duty adjustment means 34 stops the rotation drive of the rotor 22 in response to the rotation speed of the rotor 22 reaching a predetermined stop rotation speed, and the stator The piston 24 is stopped by stopping 22 at a predetermined position (for example, the position of the pattern 2 in FIG. 2C).

図６は、図５に示した制御装置１０の動作を示すフローチャートである。図６において、ステップＳ１においてブラシレスモータの起動が指示され、ステップＳ２において相固定運転が指示され、所定の転流パルスがインバータ７に与えられて回転子２２と固定子２０の相を一致させる相固定運転が行なわれる。次いでステップＳ３において同期運転が指示され、所定の転流パルスがインバータ７に与えられて電動子巻線２１の誘起電圧の検出が可能になるまで回転子２２の回転数を上昇させる同期運転が行なわれる。回転子２２の回転数が誘起電圧の検出が可能な同期回転数に到達すると、ステップＳ４で位置検出結果に基づく１２０度通電運転が開始される。   FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the control device 10 shown in FIG. In FIG. 6, the start of the brushless motor is instructed in step S1, the phase fixing operation is instructed in step S2, and a predetermined commutation pulse is given to the inverter 7 to make the phases of the rotor 22 and the stator 20 coincide with each other. Fixed operation is performed. Next, in step S3, synchronous operation is instructed, and a predetermined commutation pulse is applied to the inverter 7 to perform synchronous operation for increasing the rotational speed of the rotor 22 until the induced voltage of the armature winding 21 can be detected. It is. When the rotational speed of the rotor 22 reaches the synchronous rotational speed at which the induced voltage can be detected, a 120-degree energization operation based on the position detection result is started in step S4.

図７は、ブラシレスモータの起動時において、固定子２０で生成される回転磁界の回転数の時刻変化を示す図である。図７において、最初の２５０ｍｓでは、回転磁界の回転数は略２５ｒｐｍに固定されて相固定運転が行なわれる。次いで同期運転が行われて回転磁界および回転子２２の回転数が３００ｒｐｍに到達すると、位置検出結果に基づく１２０度通電運転が行われる。   FIG. 7 is a diagram showing the time change of the rotational speed of the rotating magnetic field generated by the stator 20 when the brushless motor is started. In FIG. 7, in the first 250 ms, the rotation speed of the rotating magnetic field is fixed at approximately 25 rpm and the phase fixing operation is performed. Next, when a synchronous operation is performed and the rotating magnetic field and the rotational speed of the rotor 22 reach 300 rpm, a 120-degree energization operation based on the position detection result is performed.

図６に戻って、１２０度通電運転の期間は、ステップＳ５において位置検出信号の間隔が検出され、その検出結果に基づいて回転速度、ピストン位置が検出され、それらの検出結果に基づき、ステップＳ６において回転子２２の回転数が目標回転数に到達した否かが判別される。ステップＳ６において回転子２２の回転数が目標回転数に到達すると、ステップＳ７において電流検出結果に基づく１８０度通電運転が行われる。１８０度通電運転の期間中は、ステップＳ８で電流が検出され、その検出結果に基づいて回転子２２の回転数が目標回転数に維持される。１２０度通電運転および１８０度通電運転の期間は、図４で示した負荷トルク変動を伴いながら、気体圧縮動作が行なわれる。   Referring back to FIG. 6, during the 120-degree energization operation, the interval of the position detection signal is detected in step S5, and the rotational speed and the piston position are detected based on the detection result. Based on the detection result, step S6 is performed. It is determined whether or not the rotational speed of the rotor 22 has reached the target rotational speed. When the rotational speed of the rotor 22 reaches the target rotational speed in step S6, a 180-degree energization operation based on the current detection result is performed in step S7. During the period of 180 ° energization operation, current is detected in step S8, and the rotation speed of the rotor 22 is maintained at the target rotation speed based on the detection result. During the 120-degree energization operation and the 180-degree energization operation, the gas compression operation is performed with the load torque fluctuation shown in FIG.

次にステップＳ９において、圧縮機１の停止が指示されたかどうかを判別し、圧縮機１の停止が指示されていない場合はステップＳ７に戻り、圧縮機１の停止が指示されている場合はステップＳ１０に進む。   Next, in step S9, it is determined whether or not the stop of the compressor 1 is instructed. When the stop of the compressor 1 is not instructed, the process returns to step S7, and when the stop of the compressor 1 is instructed, the step. Proceed to S10.

ステップＳ１０では回転子２２の回転速度が減速され、ステップＳ１１では電流が検出され、その検出結果に基づいて、３相駆動パルスを制御しながら回転数を低下させて行く。ステップＳ１２において、停止回転数に到達したかどうかを判別し、到達していない場合はステップＳ１０に戻り、停止回転数に到達した場合はステップＳ１３に進む。   In step S10, the rotational speed of the rotor 22 is decelerated. In step S11, a current is detected. Based on the detection result, the rotational speed is decreased while controlling the three-phase drive pulse. In step S12, it is determined whether or not the stop rotational speed has been reached. If not, the process returns to step S10. If the stop rotational speed has been reached, the process proceeds to step S13.

ステップＳ１３では、停止回転数で回転子２２を回転させながら、ピストン２４がシリンダ２５内の所定の位置に到達したらインバータ７への３相駆動パルスの供給を停止して回転子２２の回転を停止させ、ピストン２４を停止させる。   In Step S13, while rotating the rotor 22 at the stop rotational speed, when the piston 24 reaches a predetermined position in the cylinder 25, the supply of the three-phase drive pulse to the inverter 7 is stopped and the rotation of the rotor 22 is stopped. The piston 24 is stopped.

図８は、ブラシレスモータの停止時において、固定子２０で生成される回転磁界の回転数の時刻変化を示す図である。図８において、圧縮機１の停止が指示されると、電流検出結果に基づく１８０度通電運転において回転磁界の回転数が徐々に低下される。回転子２２の回転数が停止回転数に到達すると（たとえば１０ｒｐｍ）、ピストン２４が所定の位置に到達すれば、インバータ７への３相駆動パルスの供給が停止されて回転子２２の回転が停止され、ピストン２４が停止される。   FIG. 8 is a diagram illustrating the time change of the rotational speed of the rotating magnetic field generated by the stator 20 when the brushless motor is stopped. In FIG. 8, when the stop of the compressor 1 is instructed, the rotational speed of the rotating magnetic field is gradually reduced in the 180-degree energization operation based on the current detection result. When the rotation speed of the rotor 22 reaches the stop rotation speed (for example, 10 rpm), when the piston 24 reaches a predetermined position, the supply of the three-phase drive pulse to the inverter 7 is stopped and the rotation of the rotor 22 is stopped. Then, the piston 24 is stopped.

この実施の形態では、圧縮機１の停止が指示されたことに応じてモータの回転数を徐々に低下させ、所定の回転数に到達するまで電流検出結果に基づく１８０度通電運転を行ない、ピストン２４を所定の位置に停止させる。したがって、負荷トルクが起動毎に異なることを防止することができ、起動動作の安定化を図ることができる。   In this embodiment, the rotation speed of the motor is gradually decreased in response to an instruction to stop the compressor 1, and the 180 ° energization operation based on the current detection result is performed until the predetermined rotation speed is reached. 24 is stopped at a predetermined position. Therefore, it is possible to prevent the load torque from being different at each startup, and to stabilize the startup operation.

なお、位置検出結果に基づく１２０度通電運転の代わりに電流検出結果に基づく１８０度通電運転によって同期回転数から目標回転数まで加速することも可能であるが、加速区間においては１２０度通電運転の方が安定に動作するので、図６のステップＳ３〜Ｓ６で説明したように１２０度通電運転によって加速する方が好ましい。   Although it is possible to accelerate from the synchronous rotational speed to the target rotational speed by the 180 degree energization operation based on the current detection result instead of the 120 degree energization operation based on the position detection result, the 120 degree energization operation is performed in the acceleration section. Therefore, it is preferable to accelerate by 120-degree energization operation as described in steps S3 to S6 of FIG.

また、位置検出結果に基づく１２０度通電運転の場合、回転子２２の回転数が小さくなると位置信号の元になる電動子巻線２１の誘起電圧が検出し難くなるので、１２０度通電運転を行いながらピストン２４を所定位置に停止させることは困難である。一方、電流検出結果に基づく１８０度通電運転の場合は、電動子巻線２１の電流は低回転であっても十分検出可能であるので、１８０度通電運転を行いながらピストン２４を所定位置に停止させることができる。   In addition, in the 120-degree energization operation based on the position detection result, if the rotation speed of the rotor 22 decreases, it becomes difficult to detect the induced voltage of the motor winding 21 that is the source of the position signal. However, it is difficult to stop the piston 24 at a predetermined position. On the other hand, in the 180-degree energization operation based on the current detection result, the current of the armature winding 21 can be sufficiently detected even at a low rotation, so the piston 24 is stopped at a predetermined position while performing the 180-degree energization operation. Can be made.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明の一実施の形態による圧縮機の駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the structure of the drive device of the compressor by one Embodiment of this invention. 図１に示した圧縮機の要部の構成および動作を示す図である。It is a figure which shows the structure and operation | movement of the principal part of the compressor shown in FIG. 図１に示した圧縮機の要部の構成および動作を示す他の図である。It is another figure which shows the structure and operation | movement of the principal part of the compressor shown in FIG. 図１に示した圧縮機の負荷トルクの時刻変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the load torque of the compressor shown in FIG. 図１に示した制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus shown in FIG. 図５に示した制御装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control apparatus shown in FIG. 図１に示した圧縮機の起動動作を示す図である。It is a figure which shows the starting operation | movement of the compressor shown in FIG. 図１に示した圧縮機の停止動作を示す図である。It is a figure which shows the stop operation | movement of the compressor shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 圧縮機、２ 交流電源、３ コンバータ、４ 倍電圧整流回路、５，６ コンデンサ、７ インバータ、８ 位置検出手段、９ 電流増幅手段、１０ 制御装置、２０ 固定子、２１ 電動子巻線、２２ 回転子、２３ シャフトクランク、２４ ピストン、２５ シリンダ、Ｐ０〜Ｐ５ ポール、３１ 回転速度検出手段、３２ ピストン位置検出手段、３３ 電流検出手段、３４ デューティ調整手段、３５ 転流手段、３６ 相固定運転手段、３７ 同期運転手段、３８ １２０度通電運転手段、３９ １８０度通電運転手段、４０ 起動手段、４１ 停止手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor, 2 AC power supply, 3 Converter, 4 voltage rectifier circuit, 5, 6 Capacitor, 7 Inverter, 8 Position detection means, 9 Current amplification means, 10 Control apparatus, 20 Stator, 21 Armature winding, 22 Rotor, 23 shaft crank, 24 piston, 25 cylinder, P0 to P5 pole, 31 rotational speed detection means, 32 piston position detection means, 33 current detection means, 34 duty adjustment means, 35 commutation means, 36 phase fixed operation means 37 Synchronous operation means, 38 120-degree energization operation means, 39 180-degree energization operation means, 40 start-up means, 41 stop means.

Claims (2)

シリンダ内でピストンを駆動させて気体を圧縮するブラシレスモータを備えた圧縮機において、ブラシレスモータを回転駆動させる駆動装置であって、
前記ブラシレスモータの複数の電動子巻線に駆動電流を供給するインバータ、
前記複数の電動子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段、
前記電流検出手段の検出結果に基づいて前記インバータを制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記圧縮機の駆動停止が指示されたことに応じて、前記回転子の回転数を下げ、前記電流検出手段の検出結果に基づいて前記回転子を予め定められた位置に停止させることを特徴とする、圧縮機の駆動装置。 In a compressor having a brushless motor that compresses gas by driving a piston in a cylinder, a driving device that rotationally drives the brushless motor,
An inverter for supplying a drive current to a plurality of armature windings of the brushless motor;
Current detection means for detecting current flowing in the plurality of armature windings;
Control means for controlling the inverter based on the detection result of the current detection means;
The control means reduces the rotation speed of the rotor in response to an instruction to stop driving the compressor, and stops the rotor at a predetermined position based on the detection result of the current detection means. A drive device for a compressor, characterized in that さらに、前記複数の電動子巻線の誘起電圧に基づいて、前記ブラシレスモータの固定子に対する回転子の位置を検出する位置検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記圧縮機の駆動開始が指示されたことに応じて前記ブラシレスモータを相固定運転させる相固定運転手段、
前記相固定運転手段によって運転された前記ブラシレスモータを同期運転させる同期運転手段、
前記同期運転手段によって運転された前記ブラシレスモータを前記位置検出手段の検出結果に基づいて１２０度通電運転させる１２０度通電運転手段、および
前記１２０度通電運転手段によって運転された前記ブラシレスモータを前記電流検出手段の検出結果に基づいて１８０度通電運転させる１８０度通電運転手段を含み、
前記１８０度通電運転手段は、前記圧縮機の駆動停止が指示されたことに応じて、前記回転子の回転数を下げ、前記電流検出手段の検出結果に基づいて前記回転子を予め定められた位置に停止させることを特徴とする、請求項１に記載の圧縮機の駆動装置。 Furthermore, based on the induced voltage of the plurality of armature windings, comprising position detection means for detecting the position of the rotor relative to the stator of the brushless motor,
The control means includes
Phase-fixed operation means for phase-fixing the brushless motor in response to an instruction to start driving the compressor,
Synchronous operation means for synchronously operating the brushless motor operated by the phase-fixed operation means;
120 degrees energization operation means for causing the brushless motor driven by the synchronous operation means to perform 120 degree energization operation based on the detection result of the position detection means, and the brushless motor operated by the 120 degree energization operation means as the current Including 180-degree energization operation means for performing 180-degree energization operation based on the detection result of the detection means,
The 180-degree energization operation means decreases the rotation speed of the rotor in response to an instruction to stop driving the compressor, and the rotor is predetermined based on the detection result of the current detection means. The compressor driving device according to claim 1, wherein the driving device is stopped at a position.
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