JP2008271688A - Motor drive unit and refrigerator using the same - Google Patents

Motor drive unit and refrigerator using the same Download PDF

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Hidenao Tanaka
秀尚 田中
Masanori Ogawa
正則 小川
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Panasonic Holdings Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive unit which enables small size and high torque. <P>SOLUTION: The motor drive unit has an inverter controller 14 which controls the output voltage of an inverter circuit 2, and a load state judging part 18 which judges the load state to the torque of a brushless motor 3. The input voltage of the inverter circuit 2, a motor current which flows to the brushless motor 3, and a current command which shows the current value that should flow to the brushless motor 3, and the load state from a load state judging part 18 are inputted into the inverter controller 14. The output voltage of the inverter circuit 2 is controlled so that it may keep the voltage phase of the voltage applied to the brushless motor 3 in case that the input voltage to the inverter circuit 2 is smaller than the voltage to be applied to the inverter circuit 2 and that there is a margin in the torque of the brushless motor 3 to the load, and so that it may not keep the phase relation of the brushless motor 3 in case that there is no margin in the torque to the load. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ブラシレスモータをインバータにより駆動制御するモータ駆動装置及び、これを用いた冷蔵庫に関するものである。   The present invention relates to a motor drive device that drives and controls a brushless motor by an inverter, and a refrigerator using the same.

従来この種のモータ駆動装置は小型・低コスト化を図るために、交流電源を整流した電圧をインバータ回路に入力し、脈動の大きな入力電圧においても、ブラシレスモータへの電圧印加を停止することなく安定してブラシレスモータを駆動出来るモータ駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, in order to reduce the size and cost of this type of motor drive device, the voltage obtained by rectifying the AC power supply is input to the inverter circuit, and even if the input voltage has a large pulsation, the voltage application to the brushless motor is not stopped. A motor drive device that can stably drive a brushless motor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

図３は従来のモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。図３に示すように、単相交流電源５から出力される交流電力は、整流回路１において脈動を持った直流電力に整流されて、インバータ回路２に印加される。インバータ回路２は整流された直流電力を交流電力に変換し、ブラシレスモータ３に所望の電圧を印加する。   FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional motor driving apparatus. As shown in FIG. 3, the AC power output from the single-phase AC power supply 5 is rectified into pulsating DC power in the rectifier circuit 1 and applied to the inverter circuit 2. The inverter circuit 2 converts the rectified DC power into AC power and applies a desired voltage to the brushless motor 3.

制御部４は、ブラシレスモータ３に流れる電流を検出して、インバータ回路２を駆動制御する。制御部４はｄｑ変換部６、ｄ軸ＰＩ制御器７、ｑ軸ＰＩ制御器８、ＰＷＭ生成部９、および減算手段等を有している。   The control unit 4 detects the current flowing through the brushless motor 3 and controls the drive of the inverter circuit 2. The control unit 4 includes a dq conversion unit 6, a d-axis PI controller 7, a q-axis PI controller 8, a PWM generation unit 9, subtraction means, and the like.

ｄｑ変換部６は、ブラシレスモータ３の三相コイルに流れる電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを用いて、（数１）にしたがってｄ軸電流検出値Ｉｄとｑ軸電流検出値Ｉｑを算出する。   The dq converter 6 calculates the d-axis current detection value Id and the q-axis current detection value Iq according to (Equation 1) using the current detection values Iu, Iv, Iw flowing through the three-phase coils of the brushless motor 3.

Figure 2008271688
Figure 2008271688

この計算に用いる回転位相θとしては、ブラシレスモータ３が位置センサを備えている場合にはその位置センサからの位置信号を、位置センサを備えていない場合にはロータ位置を推定した結果として得られる推定位相を用いる。   The rotation phase θ used in this calculation is obtained as a result of estimating the position signal from the position sensor when the brushless motor 3 is provided with a position sensor, and estimating the rotor position when the position sensor is not provided. Use the estimated phase.

ｄ軸ＰＩ制御器７には、外部からの回転数指令やトルク指令などに基づき算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、ｄｑ変換部６の出力であるｄ軸電流検出値Ｉｄとの誤差が入力される。その誤差がｄ軸ＰＩ制御器７においてＰＩ制御されて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄが生成される。   The d-axis PI controller 7 includes an error between the d-axis current command value Id * calculated based on an external rotation speed command, a torque command, and the like and the d-axis current detection value Id that is the output of the dq converter 6. Is entered. The error is PI-controlled by the d-axis PI controller 7 to generate a d-axis voltage command value Vd.

ｑ軸ＰＩ制御器８には、ｄ軸ＰＩ制御器７と同様に、外部からの回転数指令やトルク指令などに基づき算出されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、ｄｑ変換部６の出力であるｑ軸電流検出値Ｉｑとの誤差が入力される。その誤差がｑ軸ＰＩ制御器８においてＰＩ制御されてｑ軸電圧指令値Ｖｑが生成される。   Similarly to the d-axis PI controller 7, the q-axis PI controller 8 receives the q-axis current command value Iq * calculated based on an external rotation speed command, a torque command, and the like, and the output of the dq conversion unit 6. An error from a certain q-axis current detection value Iq is input. The error is PI-controlled by the q-axis PI controller 8 to generate a q-axis voltage command value Vq.

ＰＷＭ生成部９は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄと、ｑ軸電圧指令値Ｖｑと、そしてインバータ回路２への入力電圧検出値Ｖｐｎとから、インバータ回路２を駆動するＰＷＭ信号を出力する。   The PWM generator 9 outputs a PWM signal for driving the inverter circuit 2 from the d-axis voltage command value Vd, the q-axis voltage command value Vq, and the input voltage detection value Vpn to the inverter circuit 2.

ＰＷＭ生成部９は、逆ｄｑ変換部１０、線間変調部１１、およびＶｐｎ補正部１２を有している。逆ｄｑ変換部１０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄとｑ軸電圧指令値Ｖｑから（数２）にしたがって３相正弦波電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを算出する。   The PWM generation unit 9 includes an inverse dq conversion unit 10, a line modulation unit 11, and a Vpn correction unit 12. The inverse dq converter 10 calculates the three-phase sine wave voltage command values Vu, Vv, Vw according to (Equation 2) from the d-axis voltage command value Vd and the q-axis voltage command value Vq.

Figure 2008271688
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この計算に用いる回転位相θは、ブラシレスモータ３が位置センサを備えている場合はその位置信号を用い、または位置センサを備えていない場合はロータ位置を推定した結果において得られた推定位相を用いる。   The rotational phase θ used for this calculation uses the position signal when the brushless motor 3 has a position sensor, or uses the estimated phase obtained as a result of estimating the rotor position when the brushless motor 3 does not have a position sensor. .

線間変調部１１は、入力された３相正弦波電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗにおける最小値を検出し、３相正弦波電圧指令値から検出された最小値を引いた結果をＶｕ’，Ｖｖ’，Ｖｗ’として出力する。これによって、少なくとも１相の正弦波電圧指令値が０となり、残りの２相が正の値となる。   The line modulation unit 11 detects the minimum value in the input three-phase sine wave voltage command value Vu, Vv, Vw, and subtracts the detected minimum value from the three-phase sine wave voltage command value as Vu ′, Output as Vv ′ and Vw ′. As a result, the sine wave voltage command value of at least one phase becomes 0, and the remaining two phases become positive values.

Ｖｐｎ補正部１２は、線間変調部１１からの出力Ｖｕ’，Ｖｖ’，Ｖｗ’と入力電圧検出値Ｖｐｎとが入力され、ＰＷＭ出力デューティー値Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗを生成する。ここで、ＰＷＭ出力デューティー値Ｄｕ，Ｄｖ，Ｄｗは、（数３）または（数４）により求められる。   The Vpn correction unit 12 receives the outputs Vu ′, Vv ′, Vw ′ from the interline modulation unit 11 and the input voltage detection value Vpn, and generates PWM output duty values Du, Dv, Dw. Here, the PWM output duty values Du, Dv, and Dw are obtained by (Equation 3) or (Equation 4).

図４はＶｐｎ補正部１２によるデューティーの決定方法を示すフローチャートである。まず、線間変調部１１からの各相の出力値Ｖｕ’，Ｖｖ’，Ｖｗ’の最大値を検出し、その値を印加電圧最大値Ｖｍａｘとする（ステップ１０１）。   FIG. 4 is a flowchart showing a method for determining the duty by the Vpn correction unit 12. First, the maximum value of the output values Vu ′, Vv ′, Vw ′ of each phase from the interline modulation unit 11 is detected, and the value is set as the applied voltage maximum value Vmax (step 101).

次に、印加電圧最大値Ｖｍａｘと入力電圧検出値Ｖｐｎとの大きさを比較する（ステップ１０２）。ステップ１０２において、入力電圧検出値Ｖｐｎの方が印加電圧最大値Ｖｍａｘより大きい場合には、通常の計算を行い所望の印加電圧指令値がブラシレスモータ３に印加される。したがって、（数３）によってＵ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ出力デューティー値が決定される（ステップ１０３）。   Next, the magnitudes of the applied voltage maximum value Vmax and the input voltage detection value Vpn are compared (step 102). In step 102, when the detected input voltage value Vpn is larger than the maximum applied voltage value Vmax, a normal applied calculation is performed and a desired applied voltage command value is applied to the brushless motor 3. Accordingly, the U-phase, V-phase, and W-phase PWM output duty values are determined by (Equation 3) (step 103).

Figure 2008271688
Figure 2008271688

一方、入力電圧検出値Ｖｐｎの方が印加電圧最大値Ｖｍａｘより小さい場合には、所望の印加電圧指令値がブラシレスモータ３には印加できず、印加電圧の位相を変えずに、その時形成できる最大の電圧を印加する。そのため、（数４）によってＵ相、Ｖ相およびＷ相のＰＷＭ出力デューティー値が決定される（ステップ１０４）。   On the other hand, if the input voltage detection value Vpn is smaller than the applied voltage maximum value Vmax, the desired applied voltage command value cannot be applied to the brushless motor 3, and the maximum that can be formed at that time without changing the phase of the applied voltage. Apply a voltage of. Therefore, the PWM output duty values of the U phase, V phase, and W phase are determined by (Equation 4) (step 104).

Figure 2008271688
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（数４）の計算を行うと、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の比率は（数４）の計算前の比率と同じとなるため、印加電圧の位相が保持された状態でブラシレスモータ３に電圧が印加される。
特開２００５−２０９８６号公報 When the calculation of (Equation 4) is performed, the ratio of the U phase, the V phase, and the W phase is the same as the ratio before the calculation of (Equation 4). A voltage is applied.
Japanese Patent Laid-Open No. 2005-20986

しかしながら上記従来の構成では、インバータ回路２の印加電圧が大きく脈動した場合でも非常に安定してブラシレスモータ３を駆動することは可能であるが、電圧の位相を常に保持した状態とするため、インバータ回路２の入力電圧が、ブラシレスモータ３の３相のうち、一番高い電圧を印加する相に印加すべき電圧より低い場合、その当該の相の印加電圧をインバータ回路２の入力電圧とし、さらに他の２相の印加電圧を位相関係を保持するように電圧比率を合わせるため、他の２相の印加電圧は、印加すべき電圧より抑制されることとなり、トルク低下が否めない。   However, in the above-described conventional configuration, the brushless motor 3 can be driven very stably even when the applied voltage of the inverter circuit 2 pulsates greatly. However, in order to maintain the voltage phase constantly, the inverter When the input voltage of the circuit 2 is lower than the voltage to be applied to the phase to which the highest voltage is applied among the three phases of the brushless motor 3, the applied voltage of that phase is used as the input voltage of the inverter circuit 2, and Since the voltage ratio is adjusted so that the other two-phase applied voltages maintain the phase relationship, the other two-phase applied voltages are suppressed from the voltages to be applied, and torque reduction cannot be denied.

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、大きく脈動する整流回路の出力電圧をインバータ回路に入力してモータを駆動するモータ駆動装置で、安定した駆動を実現するモータ駆動装置の駆動トルクをより高めることを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and is a motor driving device that drives a motor by inputting the output voltage of a pulsating rectifier circuit to an inverter circuit, and the driving torque of the motor driving device that realizes stable driving The purpose is to further increase.

上記目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスモータのトルクに対する負荷状態を判断する負荷状態判定部を有し、インバータ制御部には、インバータ回路の入力電圧とブラシレスモータに流れるモータ電流およびブラシレスモータに流れるべき電流値を示す電流指令値と、負荷状態判定部からの負荷状態が入力され、インバータ回路への入力電圧がインバータ回路に印加すべき電圧よりも小さくブラシレスモータのトルクが負荷に対して余裕がある場合はブラシレスモータへの印加電圧の電圧位相を保持するように、トルクが負荷に対して余裕が無い場合はブラシレスモータの位相関係を保持しないようにインバータ回路の出力電圧を制御するようにしたものである。   In order to achieve the above object, the motor drive device of the present invention has a load state determination unit that determines a load state with respect to the torque of the brushless motor, and the inverter control unit flows to the input voltage of the inverter circuit and the brushless motor. The current command value indicating the motor current and the current value that should flow to the brushless motor and the load state from the load state determination unit are input, and the input voltage to the inverter circuit is smaller than the voltage to be applied to the inverter circuit. Inverter circuit output so that the voltage phase of the voltage applied to the brushless motor is maintained when there is a margin for the load, and the phase relationship of the brushless motor is not maintained when the torque has no margin for the load. The voltage is controlled.

これにより、ブラシレスモータの負荷が大きい場合、ブラシレスモータへの印加電圧があがり電圧利用率をあげることになる。   As a result, when the load of the brushless motor is large, the voltage applied to the brushless motor is increased and the voltage utilization rate is increased.

本発明のモータ駆動装置は、インバータへの入力電圧に大きな脈動を含む場合でも、安定してブラシレスモータを駆動できると共に、トルクの低下を抑制し高負荷・高速駆動を可能とするものである。   The motor driving device of the present invention can drive a brushless motor stably even when the input voltage to the inverter includes a large pulsation, and can suppress a decrease in torque and enable high load and high speed driving.

本発明の請求項１に記載のモータ駆動装置の発明は、変動する電圧を入力としてブラシレスモータに印加する所望の電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力電圧を制御するインバータ制御部と、前記ブラシレスモータのトルクに対する負荷状態を判断する負荷状態判定部とを有し、前記インバータ制御部には、前記インバータ回路の入力電圧と前記ブラシレスモータに流れるモータ電流およびブラシレスモータに流れるべき電流値を示す電流指令値と、前記負荷状態判定部からの負荷状態が入力され、前記インバータ回路への入力電圧がインバータ回路に印加すべき電圧よりも小さく前記ブラシレスモータのトルクが負荷に対して余裕がある場合は前記ブラシレスモータへの印加電圧の電圧位相を保持するように、トルクが負荷に対して余裕が無い場合は前記ブラシレスモータの位相関係を保持しないように前記インバータ回路の出力電圧を制御することを特徴とするものであり、ブラシレスモータの負荷が大きいときの電圧利用率を上げ、モータ駆動装置の上限トルクの引き上げが可能となりブラシレスモータの高速・高トルク駆動が可能となる。   The invention of the motor drive device according to claim 1 of the present invention includes an inverter circuit that converts a fluctuating voltage into a desired voltage to be applied to the brushless motor as an input, and an inverter control unit that controls the output voltage of the inverter circuit; A load state determination unit for determining a load state with respect to the torque of the brushless motor, and the inverter control unit includes an input voltage of the inverter circuit, a motor current flowing through the brushless motor, and a current value to flow through the brushless motor. And a load state from the load state determination unit, the input voltage to the inverter circuit is smaller than the voltage to be applied to the inverter circuit, and the torque of the brushless motor has a margin with respect to the load. In some cases, the torque is applied so as to maintain the voltage phase of the voltage applied to the brushless motor. When there is no margin for the load, the output voltage of the inverter circuit is controlled so as not to maintain the phase relationship of the brushless motor, and the voltage utilization rate when the load of the brushless motor is large The upper limit torque of the motor drive device can be increased, and the brushless motor can be driven at high speed and high torque.

また、請求項２に記載のモータ駆動装置の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ブラシレスモータの速度が指示された速度に満たない場合、前記ブラシレスＤＣモータのトルクが負荷に対して不足していると判断するようにしたものである。これにより新たな回路等を付加する必要もなく、ブラシレスモータの負荷状態を判定できるようになり、ブラシレスモータを高速・高トルク駆動に速やかに移ることができる。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, when the speed of the brushless motor is less than the instructed speed, the torque of the brushless DC motor is applied to the load. Judging that it is insufficient. As a result, the load state of the brushless motor can be determined without adding a new circuit or the like, and the brushless motor can be quickly moved to high speed and high torque drive.

また、請求項３に記載のモータ駆動装置の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ブラシレスモータに流れる電流が、流れるべき値を示すモータ電流指令値に満たない場合は、前記ブラシレスＤＣモータのトルクが負荷に対して不足していると判断するようにしたものである。これにより、モータ電流はモータトルクに比例することから、モータに流れる実際の電流すなわち実際のトルクが、モータに流すべき電流すなわち必要なトルクに満たないことを直接かつ的確に判断でき、ブラシレスモータの高速・高トルク駆動に移るタイミングを的確に判断することができる。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, when the current flowing through the brushless motor is less than the motor current command value indicating the value to flow, the brushless DC It is determined that the torque of the motor is insufficient with respect to the load. As a result, since the motor current is proportional to the motor torque, it can be directly and accurately determined that the actual current flowing through the motor, that is, the actual torque, is less than the current that should flow through the motor, that is, the necessary torque. The timing for shifting to high speed / high torque drive can be accurately determined.

また、請求項４に記載のモータ駆動装置の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、インバータ回路の入力側の整流回路の平滑コンデンサに、静電容量の比較的小さいコンデンサを用いたものである。これにより、インバータの入力電圧は大きなリプルを含むことになるが、大きな変動を有する入力電圧下においてもブラシレスモータを安定かつ高速高トルク駆動ができ、さらに平滑回路の低コスト化も図れるため非常に有効な回路構成といえる。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a motor drive device according to any one of the first to third aspects, in which the smoothing capacitor of the rectifier circuit on the input side of the inverter circuit has a relatively low capacitance. A small capacitor is used. As a result, the input voltage of the inverter includes a large ripple, but the brushless motor can be driven stably and at a high speed and with a high torque even under an input voltage having a large fluctuation, and the cost of the smoothing circuit can be reduced. It can be said that this is an effective circuit configuration.

また、請求項５に記載のモータ駆動装置の発明は、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ける前記ブラシレスモータが、冷凍空調サイクルの圧縮機を駆動するように構成したものであり、平滑コンデンサを小容量化した小型・低コストな冷凍サイクルを提供することができる。   In addition, the invention of the motor drive device according to claim 5 is configured such that the brushless motor according to any one of claims 1 to 4 drives a compressor of a refrigeration air-conditioning cycle. Therefore, it is possible to provide a small-sized and low-cost refrigeration cycle in which the capacity of the smoothing capacitor is reduced.

また、請求項６に記載の冷蔵庫の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を有する冷蔵庫である。   Moreover, invention of the refrigerator of Claim 6 is a refrigerator which has a motor drive device as described in any one of Claims 1-5.

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。なお、この実施の形態によってこの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 components as those of the conventional technology, and detailed description thereof will be omitted. The present invention is not limited to the embodiments.

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置を示すブロック図である。図１に示すように本実施の形態のモータ駆動装置は、単相交流電源５から出力される交流電力は、整流回路１において脈動を持った直流電力に整流され、平滑コンデンサ１３で平滑されて、インバータ回路２に印加される。インバータ回路２は整流された直流電力を交流電力に変換し、ブラシレスモータ３に所望の電圧を印加する。また、インバータ回路２はインバータ制御部１４により制御される。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a motor drive apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, in the motor drive device of the present embodiment, the AC power output from the single-phase AC power supply 5 is rectified into DC power having pulsation in the rectifier circuit 1 and smoothed by the smoothing capacitor 13. Applied to the inverter circuit 2. The inverter circuit 2 converts the rectified DC power into AC power and applies a desired voltage to the brushless motor 3. The inverter circuit 2 is controlled by the inverter control unit 14.

平滑コンデンサ１３は、整流回路１の出力を平滑するものであるが、静電容量が非常に小さいコンデンサとしているため、ブラシレスモータ３が駆動している状態では、大きなリプルを含む電圧が入力されている。   The smoothing capacitor 13 smoothes the output of the rectifier circuit 1. However, since the capacitor has a very small capacitance, a voltage including a large ripple is input when the brushless motor 3 is driven. Yes.

なお本実施の形態においては、モータ出力の最大値（単位Ｗ）の１／１００程度の静電容量（単位μＦ）のセラミックコンデンサとする（たとえばモータ最大出力２００Ｗの場合２μＦ）。   In the present embodiment, a ceramic capacitor having a capacitance (unit μF) of about 1/100 of the maximum value (unit W) of the motor output is used (for example, 2 μF when the motor maximum output is 200 W).

図１において、インバータ回路２のスイッチング素子としてＦＦＴを用いているが、ＩＧＢＴでもバイポーラトランジスタでも構わない。   In FIG. 1, FFT is used as the switching element of the inverter circuit 2, but an IGBT or a bipolar transistor may be used.

インバータ制御部１４は、ｄｑ変換部６、ｄ軸ＰＩ制御器７、ｑ軸ＰＩ制御器８、ＰＷＭ生成部１５、速度検出部１６、電流指令生成部１７、負荷状態判定部１８から構成される。   The inverter control unit 14 includes a dq conversion unit 6, a d-axis PI controller 7, a q-axis PI controller 8, a PWM generation unit 15, a speed detection unit 16, a current command generation unit 17, and a load state determination unit 18. .

ＰＷＭ生成部１５は、逆ｄｑ変換部１０、線間変調部１１、Ｖｐｎ補正部１９からなり、Ｖｐｎ補正部１９は、線間変調部１１から得た各相に印加する電圧と、インバータ回路２の入力電圧および負荷状態判定部１８からの入力で、前述の（数３）または（数４）によって出力デューティーを演算すると共に、負荷に対するトルクに余裕が無い場合は、演算結果が１以上か否かによって、インバータ回路２に出力するデューティーを決定する。   The PWM generation unit 15 includes an inverse dq conversion unit 10, a line modulation unit 11, and a Vpn correction unit 19, and the Vpn correction unit 19 includes the voltage applied to each phase obtained from the line modulation unit 11 and the inverter circuit 2. When the output duty is calculated by the above-described (Equation 3) or (Equation 4) using the input voltage and the input from the load state determination unit 18, and if the torque with respect to the load has no margin, the calculation result is 1 or more. Thus, the duty to be output to the inverter circuit 2 is determined.

速度検出部１６はブラシレスモータ３に流れる３相電流をｄｑ変換部６によってｄ軸電流Ｉｄと、ｑ軸電流Ｉｑに変換した結果を基に、ブラシレスモータ３が実際に駆動している速度を検出するものである。   The speed detector 16 detects the speed at which the brushless motor 3 is actually driven based on the result of converting the three-phase current flowing through the brushless motor 3 into the d-axis current Id and the q-axis current Iq by the dq converter 6. To do.

また電流指令生成部１７は、外部からのブラシレスモータ３を目標速度すなわち速度指令値と速度検出部１６によって検出したブラシレスモータ３の実際の速度からブラシレスモータ３に流すべき電流を、ｄ軸およびｑ軸の指令電流値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊として求め、ＩｄとＩｄ＊、ＩｑとＩｑ＊との差分をｄ軸ＰＩ制御器７、ｑ軸ＰＩ制御器８にそれぞれ入力する。   In addition, the current command generation unit 17 sets the current to be supplied to the brushless motor 3 from the target speed, that is, the speed command value of the brushless motor 3 from the outside and the actual speed of the brushless motor 3 detected by the speed detection unit 16, and the d-axis and q The command current values Id * and Iq * of the axes are obtained, and the differences between Id and Id * and Iq and Iq * are input to the d-axis PI controller 7 and the q-axis PI controller 8, respectively.

負荷状態判定部１８は、ブラシレスモータ３に加わっている負荷がブラシレスモータ３のトルクに対して余裕があるか否かを判定するものであり、本実施の形態では実際にブレスモータ３に流れている電流（Ｉｄ，Ｉｑ）とブラシレスモータ３に流すべき電流（Ｉｄ＊、Ｉｑ＊）との差分から負荷状態を判定するようにしている。   The load state determination unit 18 determines whether or not the load applied to the brushless motor 3 has a margin with respect to the torque of the brushless motor 3. In the present embodiment, the load state determination unit 18 actually flows to the breath motor 3. The load state is determined from the difference between the current (Id, Iq) that is present and the current (Id *, Iq *) that should flow through the brushless motor 3.

負荷がブラシレスモータ３のトルクに対して大きく速度が目標速度に到達できない場合、ブラシレスモータ３に流すべき電流に実際のモータ電流が到達しない為、トルクに余裕があるか否かを判断することが可能となる。   When the load is large with respect to the torque of the brushless motor 3 and the speed cannot reach the target speed, the actual motor current does not reach the current to be passed through the brushless motor 3, so it is possible to determine whether or not there is a margin in the torque. It becomes possible.

なお、負荷の判定方法として、速度検出部１６によって検出したブラシレスモータ３の速度と、ブラシレスモータ３の目標速度すなわち速度指令を負荷状態判定部１８の入力として、ブラシレスモータ３の速度が速度指令に到達できるか否かで負荷状態を判断する方法でも構わない。   As a load determination method, the speed of the brushless motor 3 detected by the speed detection unit 16 and the target speed of the brushless motor 3, that is, the speed command, are input to the load state determination unit 18, and the speed of the brushless motor 3 is converted into the speed command. A method of determining the load state based on whether or not it can be reached may be used.

さらに負荷状態の判断に於いて、ブラシレスモータ３が加減速中や加減速した直後あるいは負荷の変動中は過渡的な状態であり、負荷状態の判断を誤りやすい為、安定した状態で判断することが望ましい。   Furthermore, in determining the load state, the brushless motor 3 is in a transient state during acceleration / deceleration, immediately after acceleration / deceleration or during load fluctuation, and the load state determination is easy to make an error. Is desirable.

さらに本実施の形態において、ブラシレスモータ３は冷凍空調システムの圧縮機２１を駆動するものとし、圧縮要素２０はブラシレスモータ３の回転子の軸に接続され、冷媒ガスを吸入し圧縮して吐出する。   Further, in the present embodiment, the brushless motor 3 drives the compressor 21 of the refrigeration and air conditioning system, and the compression element 20 is connected to the rotor shaft of the brushless motor 3 and sucks, compresses and discharges the refrigerant gas. .

このブラシレスモータ３と圧縮要素２０とを同一の密閉容器に収納し、圧縮機２１を構成する。圧縮機２１で圧縮された吐出ガスは、凝縮器２２、減圧器２３、蒸発器２４を通って圧縮機２１の吸い込みに戻るような冷凍空調システムを構成し、凝縮器２２では放熱、蒸発器２４では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。なお、必要に応じて凝縮器２２や蒸発器２４に送風機などを使い、熱交換をさらに促進することもある。なお本実施の形態では冷凍サイクルは冷蔵庫に用いるものとし、蒸発器２４は冷蔵庫の食品貯蔵室２５を冷却するものとしている。   The brushless motor 3 and the compression element 20 are accommodated in the same hermetic container to constitute the compressor 21. The discharge gas compressed by the compressor 21 constitutes a refrigerating and air-conditioning system that returns to the suction of the compressor 21 through the condenser 22, the decompressor 23, and the evaporator 24. Then, since endotherm is performed, cooling and heating can be performed. In addition, a heat exchanger may be further accelerated | stimulated using a fan etc. for the condenser 22 and the evaporator 24 as needed. In this embodiment, the refrigeration cycle is used for a refrigerator, and the evaporator 24 cools the food storage room 25 of the refrigerator.

ここでＶｐｎ補正部１９によるデューティーの計算方法を説明する。図２はＶｐｎ補正部によるデューティーの決定方法を示すフローチャートである。   Here, a method of calculating the duty by the Vpn correction unit 19 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a method of determining the duty by the Vpn correction unit.

まず、ステップ１で線間変調部１１からの出力であるＶｕ’，Ｖｖ’，Ｖｗ’のなかで最大値をＶｍａｘとする。ステップ２ではＶｍａｘとインバータ２の入力電圧であるＶｐｎとの大小関係を比較する。   First, in step 1, the maximum value is set to Vmax among Vu ′, Vv ′, and Vw ′ that are outputs from the line modulation unit 11. In step 2, the magnitude relationship between Vmax and Vpn that is the input voltage of the inverter 2 is compared.

このときＶｐｎがＶｍａｘより大きい場合はステップ３に進み、（数３）に従った演算を実施し、インバータ２に出力するデューティーＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗを決定する。   At this time, if Vpn is larger than Vmax, the process proceeds to step 3, the calculation according to (Equation 3) is performed, and the duties Du, Dv, Dw to be output to the inverter 2 are determined.

ステップ２において、ＶｍａｘがＶｐｎより大きい場合は、インバータ回路２の入力電圧がブラシレスモータ３に印加すべき電圧の最大値より低い時である。まずステップ４にて負荷状態判定部１８からの入力である、ブラシレスモータ３の負荷がトルクに対して余裕があるかどうかを確認する。   In Step 2, when Vmax is larger than Vpn, the input voltage of the inverter circuit 2 is lower than the maximum value of the voltage to be applied to the brushless motor 3. First, in step 4, it is confirmed whether the load of the brushless motor 3, which is an input from the load state determination unit 18, has a margin for the torque.

このとき負荷がトルクに対して余裕がある場合はステップ５に進み、印加すべき各３相の電圧の位相関係を変えずに、（数４）に従って可能な最大の電圧をブラシレスモータ３に印加するようにデューティーを決定する。   At this time, if the load has a margin with respect to the torque, the process proceeds to step 5 and the maximum possible voltage is applied to the brushless motor 3 according to (Equation 4) without changing the phase relationship of the voltages of the three phases to be applied. Determine the duty to do.

ステップ４において、ブラシレスモータ３の負荷がトルクに対して余裕が無い場合はステップ６に進む。ステップ６は、負荷がモータトルクに対して大きい場合であり、ブラシレスモータ３が指示された速度での駆動が出来ない状態である。従ってブラシレスモータ３により電力を供給してモータトルクを増加させ、速度を目標まで引き上げる必要がある。   If it is determined in step 4 that the load of the brushless motor 3 has no margin for the torque, the process proceeds to step 6. Step 6 is a case where the load is larger than the motor torque, and the brushless motor 3 cannot be driven at the instructed speed. Therefore, it is necessary to increase the motor torque by supplying electric power from the brushless motor 3 to increase the speed to the target.

従って、まずステップ６において、（数３）に従い必要とするデューティーを一旦演算する。当然この時、計算結果であるＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗの少なくとも１つは１を超えることになるが、１を超える演算結果の場合１（すなわちデューティー１００％）とし、１未満の場合は、その解をデューティーとして決定する。   Accordingly, first, in step 6, the required duty is once calculated according to (Equation 3). Naturally, at this time, at least one of the calculation results Du, Dv, and Dw will exceed 1, but if the calculation result exceeds 1, it is set to 1 (that is, the duty is 100%). Is determined as the duty.

ステップ６によって決定したデューティーでは、線間変調部１１によって指示されたブラシレスモータ３に印加すべき電圧との位相関係は崩れることになるが、ブラシレスモータ３に印加する電圧を高くすることができるため、電圧利用率が高くなる結果、ブラシレスモータ３の最大トルクを上げることが可能となる。   At the duty determined in step 6, the phase relationship with the voltage to be applied to the brushless motor 3 instructed by the line-to-line modulator 11 is broken, but the voltage applied to the brushless motor 3 can be increased. As a result of the high voltage utilization rate, the maximum torque of the brushless motor 3 can be increased.

以上の様に本実施の形態は、変動する電圧を入力としてブラシレスモータ３に印加する所望の電圧に変換するインバータ回路２と、インバータ回路２の出力電圧を制御するインバータ制御部１４と、ブラシレスモータ３のトルクに対する負荷状態を判断する負荷状態判定部１８とを有し、インバータ制御部１４には、インバータ回路２の入力電圧とブラシレスモータ３に流れるモータ電流およびブラシレスモータ３に流れるべき電流値を示す電流指令値と、負荷状態判定部１８からの負荷状態が入力され、インバータ回路２への入力電圧がインバータ回路２に印加すべき電圧よりも小さくブラシレスモータ３のトルクが負荷に対して余裕がある場合はブラシレスモータ３への印加電圧の電圧位相を保持するように、トルクが負荷に対して余裕が無い場合はブラシレスモータ３の位相関係を保持しないようにインバータ回路２の出力電圧を制御することで、ブラシレスモータ３の負荷が大きいときの電圧利用率を上げ、モータ駆動装置の上限トルクの引き上げが可能となりブラシレスモータ３の高速・高トルク駆動が可能となる。   As described above, in the present embodiment, the inverter circuit 2 that converts the fluctuating voltage into the desired voltage to be applied to the brushless motor 3, the inverter control unit 14 that controls the output voltage of the inverter circuit 2, and the brushless motor A load state determination unit 18 for determining a load state with respect to the torque 3, and the inverter control unit 14 receives an input voltage of the inverter circuit 2, a motor current flowing through the brushless motor 3, and a current value to flow through the brushless motor 3. The current command value shown and the load state from the load state determination unit 18 are input, the input voltage to the inverter circuit 2 is smaller than the voltage to be applied to the inverter circuit 2, and the torque of the brushless motor 3 has a margin for the load. In some cases, the torque has a margin with respect to the load so that the voltage phase of the voltage applied to the brushless motor 3 is maintained. If there is not, the output voltage of the inverter circuit 2 is controlled so that the phase relationship of the brushless motor 3 is not maintained, thereby increasing the voltage utilization factor when the load of the brushless motor 3 is large and increasing the upper limit torque of the motor drive device. Thus, the brushless motor 3 can be driven at high speed and high torque.

また、ブラシレスモータ３の負荷状態の判定を、ブラシレスモータ３の実際の速度が指示された回転数に到達しない場合、トルクに対する負荷が大きいと判定することで、新たな回路等を負荷する必要もなく非常にシンプルな方法でブラシレスモータ３の負荷状態を判定できるようになり、ブラシレスモータ３を高速・高トルク駆動に速やかに移ることができる。   In addition, when determining the load state of the brushless motor 3, if the actual speed of the brushless motor 3 does not reach the instructed rotational speed, it is necessary to load a new circuit or the like by determining that the load on the torque is large. In addition, the load state of the brushless motor 3 can be determined by a very simple method, and the brushless motor 3 can be quickly moved to high speed and high torque drive.

さらにブラシレスモータ３に実際に流れている電流が流すべき電流に到達しない場合、トルクに対する負荷が大きいと判定することで、モータ電流はモータトルクに比例することから、ブラシレスモータ３に流れる実際の電流すなわち実際のトルクが、ブラシレスモータ３に流すべき電流すなわち必要なトルクに満たないことを直接かつ的確に判断でき、ブラシレスモータ３の高速・高トルク駆動に移るタイミングを的確に判断することができる。   Further, when the current that is actually flowing through the brushless motor 3 does not reach the current that should flow, it is determined that the load on the torque is large, and the motor current is proportional to the motor torque. That is, it is possible to directly and accurately determine that the actual torque is less than the current to be passed through the brushless motor 3, that is, the required torque, and it is possible to accurately determine the timing at which the brushless motor 3 shifts to high speed and high torque driving.

またインバータ回路２の入力側に設けた整流回路１の平滑コンデンサ１３に静電容量の小さいコンデンサを用いる場合、インバータ回路２の入力電圧は必然的に大きなリプルを含むことになるが、大きな変動を有する入力電圧下においてもブラシレスモータ３を安定かつ高速高トルク駆動ができ、さらに平滑回路（平滑コンデンサ１３）の低コスト化も図れるため非常に有効な回路構成といえる。   Further, when a capacitor having a small electrostatic capacity is used as the smoothing capacitor 13 of the rectifier circuit 1 provided on the input side of the inverter circuit 2, the input voltage of the inverter circuit 2 inevitably includes a large ripple, but a large fluctuation occurs. Even under the input voltage, the brushless motor 3 can be driven stably and at high speed, and the cost of the smoothing circuit (smoothing capacitor 13) can be reduced.

さらにブラシレスモータ３が冷凍空調サイクルの圧縮機２１を駆動する場合、平滑コンデンサ１３を小型化しインバータ回路２の入力に大きなリプルを含む場合でも、ブラシレスモータ３の安定駆動と高速高トルク駆動が実現できるので、小型・低コストの冷凍サイクルを提供することができる。   Further, when the brushless motor 3 drives the compressor 21 of the refrigeration and air conditioning cycle, stable driving and high speed and high torque driving of the brushless motor 3 can be realized even when the smoothing capacitor 13 is downsized and a large ripple is included in the input of the inverter circuit 2. Therefore, a small and low-cost refrigeration cycle can be provided.

本発明に係るモータ駆動装置は、インバータ回路における直流側電圧が低いときでも駆動源への電圧印加を停止することなく連続的に所望の電圧を印加して、各機器を効率高く駆動することができるとともに、モータトルクに対し負荷が大きい場合も高速・高トルク駆動を可能とした為、圧縮機、空気調和機、冷蔵庫、電気洗濯機、電気乾燥機、送風機、電気掃除機、およびヒートポンプ給湯器等のモータ駆動装置として有用である。   The motor drive device according to the present invention can drive each device with high efficiency by continuously applying a desired voltage without stopping the voltage application to the drive source even when the DC side voltage in the inverter circuit is low. In addition to being able to drive at high speed and high torque even when the load on the motor torque is large, compressors, air conditioners, refrigerators, electric washing machines, electric dryers, blowers, vacuum cleaners, and heat pump water heaters It is useful as a motor drive device.

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置を示すブロック図The block diagram which shows the motor drive device in Embodiment 1 of this invention. 同実施の形態のモータ駆動装置におけるＶｐｎ補正部によるデューティーの決定方法を示すフローチャートA flowchart showing a method of determining a duty by a Vpn correction unit in the motor drive device of the embodiment 従来のモータ駆動装置の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of a conventional motor drive device 同従来のモータ駆動装置におけるＶｐｎ補正部によるデューティーの決定方法を示すフローチャートThe flowchart which shows the determination method of the duty by the Vpn correction | amendment part in the conventional motor drive device

符号の説明Explanation of symbols

１ 整流回路
２ インバータ回路
３ ブラシレスモータ
１３ 平滑コンデンサ
１４ インバータ制御部
１８ 負荷状態判定部
２１ 圧縮機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rectification circuit 2 Inverter circuit 3 Brushless motor 13 Smoothing capacitor 14 Inverter control part 18 Load state determination part 21 Compressor

Claims (6)

変動する電圧を入力としてブラシレスモータに印加する所望の電圧に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力電圧を制御するインバータ制御部と、前記ブラシレスモータのトルクに対する負荷状態を判断する負荷状態判定部とを有し、前記インバータ制御部には、前記インバータ回路の入力電圧と前記ブラシレスモータに流れるモータ電流およびブラシレスモータに流れるべき電流値を示す電流指令値と、前記負荷状態判定部からの負荷状態が入力され、前記インバータ回路への入力電圧がインバータ回路に印加すべき電圧よりも小さく前記ブラシレスモータのトルクが負荷に対して余裕がある場合は前記ブラシレスモータへの印加電圧の電圧位相を保持するように、トルクが負荷に対して余裕が無い場合は前記ブラシレスモータの位相関係を保持しないように前記インバータ回路の出力電圧を制御することを特徴とするモータ駆動装置。   An inverter circuit that converts a fluctuating voltage into a desired voltage to be applied to the brushless motor, an inverter control unit that controls an output voltage of the inverter circuit, and a load state determination unit that determines a load state with respect to the torque of the brushless motor The inverter control unit includes an input voltage of the inverter circuit, a current command value indicating a motor current flowing through the brushless motor and a current value to flow through the brushless motor, and a load state from the load state determination unit. When the input voltage to the inverter circuit is smaller than the voltage to be applied to the inverter circuit and the torque of the brushless motor has a margin for the load, the voltage phase of the applied voltage to the brushless motor is maintained. When the torque has no margin for the load, the brushless module Motor motor driving device and controlling the output voltage of the inverter circuit so as not to retain the phase relationship. 前記ブラシレスモータの速度が指示された速度に満たない場合、前記ブラシレスＤＣモータのトルクが負荷に対して不足していると判断するようにした請求項１に記載のモータ駆動装置。   The motor driving device according to claim 1, wherein when the speed of the brushless motor is less than the instructed speed, it is determined that the torque of the brushless DC motor is insufficient with respect to a load. 前記ブラシレスモータに流れる電流が、流れるべき値を示すモータ電流指令値に満たない場合は、前記ブラシレスＤＣモータのトルクが負荷に対して不足していると判断するようにした請求項１に記載のモータ駆動装置。   The current according to claim 1, wherein when the current flowing through the brushless motor is less than a motor current command value indicating a value to flow, it is determined that the torque of the brushless DC motor is insufficient with respect to the load. Motor drive device. インバータ回路の入力側の整流回路の平滑コンデンサに、静電容量の比較的小さいコンデンサを用いた請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。   The motor driving device according to any one of claims 1 to 3, wherein a capacitor having a relatively small capacitance is used as a smoothing capacitor of a rectifier circuit on an input side of the inverter circuit. 前記ブラシレスモータは、冷凍空調サイクルの圧縮機を駆動する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。   The motor driving apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the brushless motor drives a compressor of a refrigeration air conditioning cycle. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を用いた冷蔵庫。   A refrigerator using the motor drive device according to any one of claims 1 to 5.
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