JP2017046512A - モータ駆動装置、およびこれを用いた圧縮機の駆動装置、冷凍装置および冷蔵庫 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ駆動装置の高トルク下での駆動性能を向上する【解決手段】ブラシレスDCモータ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の信号から前記ブラシレスDCモータの速度を検出する速度検出手段と、検出したブラシレスDCモータの回転位置と駆動速度から、ブラシレスDCモータ巻線の通電相を決定する通電相決定手段と、インバータの駆動波形を生成する駆動波形生成手段を有し、波形生成手段はブラシレスDCモータの通電巻線が切り替えられた時、電力供給を遮断した巻線から、交流電圧を直流電圧に変換する平滑部のコンデンサに充電する電流が流れる様にインバータの駆動波形を生成することで、転流時に通電を遮断した巻線に蓄積されたエネルギを電源側に戻すことで当該巻線の電流を短時間でゼロにすることができ、ブラシレスDCモータの誘起電圧ゼロクロスから位置信号を確実に検出できる。【選択図】図1
Description
本発明はインバータ制御によりブラシレスDCモータを使用した圧縮機を駆動するモータ駆動装置、これを用いた圧縮機の駆動装置、および冷蔵庫に関するものである。
従来、この種のモータ駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫は、ブラシレスDCモータの回転子の回転位置を検出し、その回転位置を基にして、通電する固定子巻き線を切り替えるようにしている。圧縮機等の特殊な環境下でのブラシレスDCモータの駆動では、回転子位置の検出は、エンコーダやホール素子などの検出器を用いず、インバータ出力電圧とインバータ入力電圧の1/2を比較して、その大小関係が変化するポイントを、検出するデジタルセンサレス方式が一般的である。(たとえば非特許文献1)
図4は非特許文献1のモータ駆動装置のブロック図を示すものである。
図4は非特許文献1のモータ駆動装置のブロック図を示すものである。
図4において、商用電源1を入力として整流平滑回路2により交流電圧を直流電圧に変換しインバータ3に入力する。インバータ3は6個のスイッチング素子(3aから3f)を3相フルブリッジで接続するとともに、各スイッチング素子にはダイオード(3gから3l)が逆方向に並列接続され、直流入力を3相交流電力に変換し、ブラシレスDCモータ4に電力を供給する。位置検出回路300はブラシレスDCモータ4の端子電圧から回転子の相対位置を検出する。
図5は非特許文献1のモータ駆動装置の位置検出回路300の回路図である。図5において、非特許文献1における位置検出回路300は、コンパレータにより実現する比較部301であり、非反転入力にはブラシレスDCモータの端子電圧が入力され、反転入力には基準電圧としてインバータ入力電圧の1/2を入力する。位置信号は、固定子巻き線のうち非通電相のインバータ出力端子に現れる誘起電圧が基準電圧との大小関係が変化するタイミング(すなわち誘起電圧のゼロクロスポイント)を検出する。
図6は非特許文献1によるセンサレス駆動時の電流波形A、端子電圧波形Bを示しており、端子電圧波形Bを基準電圧(インバータ入力の1/2電圧)の大小関係を比較した比較結果がCであり、位置検出部の出力波形Dは、波形CからPWM制御によるスイッチングの影響と、転流により電圧供給が遮断された巻線のエネルギを還流電流として放出する際に発生するスパイク電圧XおよびYの影響を波形処理により除去したものである。この波形Dの信号状態が変化するタイミング(立ち上がりエッジまたは、立下りエッジ)を位置検出として検出し、この位置信号を基にした転流を繰り返すことでブラシレスDCモータ4を安定的に駆動することが出来る。
図7は特許文献1に記載された従来のモータ駆動装置を示すものである。図7に示すように、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータ4と、前記三相巻線に電力を供給するインバータ3と、前記インバータを駆動するドライブ部111と、前記ブラシレスDCモータ4の固定子巻線に発生する誘起電圧を基に回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部205と、前記位置検出部205からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形を出力する第1波形発生部207と、前記ブラシレスDCモータ4へ矩形波または正弦波、或いはそれらに準じる波形を出力する第2波形発生部209と、前記ブラシレスDCモータ4が所定回転数以下の低速で回転している時は前記第1波形発生部207の出力でインバータ3を駆動させ、前記ブラシレスDCモータ4が所定回転数を
超える高速で回転している時は第2波形発生部209の出力でインバータ3を駆動させる切替判定部210とを有し、第2波形発生部209による駆動の際、所定のタイミングでブラシレスDCモータ4の誘起電圧を検出するためのパターンを出力する様に構成することで、低速ではブラシレスDCモータ4を位置検出部205の信号に基づいて第1波形発生部207によってセンサレス駆動による高効率駆動を行い、高速では第2波形発生部209による周波数固定の同期駆動を行いつつ、定期的に位置検出部205によりブラシレスDCモータ4の誘起電圧ゼロクロス検出から回転子位置情報を得て転流タイミングを決定するので、同期駆動による高負荷高速駆動時も安定した駆動性能を得るようにしている。
超える高速で回転している時は第2波形発生部209の出力でインバータ3を駆動させる切替判定部210とを有し、第2波形発生部209による駆動の際、所定のタイミングでブラシレスDCモータ4の誘起電圧を検出するためのパターンを出力する様に構成することで、低速ではブラシレスDCモータ4を位置検出部205の信号に基づいて第1波形発生部207によってセンサレス駆動による高効率駆動を行い、高速では第2波形発生部209による周波数固定の同期駆動を行いつつ、定期的に位置検出部205によりブラシレスDCモータ4の誘起電圧ゼロクロス検出から回転子位置情報を得て転流タイミングを決定するので、同期駆動による高負荷高速駆動時も安定した駆動性能を得るようにしている。
長竹和夫編著「家電用モータ・インバータ技術」日刊工業新聞社出版、2000年4月28日、P.88−91
しかしながら、非特許文献1および特許文献1に示す従来の構成では、センサレス駆動時における起動時等の低速高トルクが必要な条件ではモータ巻線に流れる電流が大きく、転流によりモータ巻線を切換えた際、電力を遮断した巻線のエネルギが還流電流として消費されるまでに時間要することになる。
図6において、区間K2から区間K3へ転流するタイミングを考える。区間K2から区間K3への移行時、電力が供給されていたU相巻線への通電が遮断されたとき、U相巻線に蓄積されたエネルギは、図4に示すスイッチング素子3fおよびダイオード3jを介してブラシレスDCモータ内を還流して消費される。したがってダイオード3jが導通状態となることで、インバータ入力電圧の負側に接続されるため、還流電流発生時の端子電圧波形にはスパイク電圧Yが発生する。
同様に区間K4から区間K1に移行する際は、スイッチング素子3cおよびダイオード3gを介して還流電流として巻線エネルギが消費され、ダイオード3gがインバータ入力電圧の正側に接続されスパイク電圧Xが生じる。
図8はセンサレス駆動におけるモータ電流が大きい状態で駆動している時の波形であり、電流波形A0、端子電圧波形B0を示す。ブラスレスDCモータに流れる電流が高いため、U相巻線への電力供給が遮断されて巻線に蓄えられたエネルギは大きく、その放出時間、すなわちスパイク電圧X0およびY0の発生期間が長くなる。
従って図8の端子電圧波形B0に示すように、スパイク電圧X0およびY0は、誘起電圧のゼロクロスポイントを覆い隠してしまい、位置信号を検出できない状態となっている。
この結果非特許文献1に示すモータ駆動装置では、センサレス駆動におけるモータ電流が大きい状態での駆動では、ブラシレスDCモータの正確に位置検出をすることが出来ないため、駆動トルクの低下や、トルク低下による起動性能の低下、モータ駆動効率の低下、速度安定度の低下、速度変動による振動・騒音の増大といった課題を有している。
また、特許文献1に示す構成では、同期駆動中にインバータ駆動の特別パターンの信号を出力することで、ブラシレスDCモータの位置信号を取得出来る様にして、高速・高負荷時の駆動安定性を確保しているが、センサレス駆動中にモータ電流が大きくスパイク電圧がゼロクロス信号を覆い隠す様な駆動状態での安定性向上には対応することが出来ない。従って、特許文献1に示す従来のモータ駆動装置では、モータ電流が高いセンサレス駆動時は、前述した非特許文献1と同様の課題を有している。
本発明は前記従来の課題を解決するもので、起動時等で高トルク駆動が必要で、大きなモータ電流が流れる駆動状態においても、ブラシレスDCモータの位置信号を確実に検出できることで、ブラシレスDCモータの起動性を含めた高トルク駆動性能を向上することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、交流電圧を整流する整流部と、前記整流部の出力電圧を安定した直流電圧に変換するコンデンサにより構成される平滑部とから成る整流平滑部と、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、6個のスイッチング素子を3相ブリッジ構成で接続し、前記整流部の出力を入力として前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記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の信号から前記ブラシレスDCモータの速度を検出する速度検出手段と、検出した前記回転子の回転位置と、駆動速度から前記固定子巻線の通電相を決定する通電相決定手段と、前記インバータの駆動波形を生成する駆動波形生成手段を有し、前記ブラシレスDCモータの通電巻線が切り替えられた時、電力供給を遮断した巻線から前記平滑部のコンデンサを充電する電流が流れる様に、インバータの駆動波形を生成するものである。
これによって、ブラシレスDCモータの巻線が切り替えられたとき、通電を遮断された巻線に蓄積されたエネルギが回生として電源側に戻ることで、電力供給を遮断した巻線電流を短時間でゼロに出来るため、ブラシレスDCモータの端子から位置情報としての誘起電圧のゼロクロス位置(すなわちブラシレスDCモータの位置信号)を確実に検出することができる。
本発明のモータ駆動装置は、起動時等のモータに流れる電流が大きい高負荷トルクでの駆動性能を向上し、ブラシレスDCモータの起動性能を含めた高トルク駆動性能を向上することができる。
第1の発明は、交流電圧を整流する整流部と、前記整流部の出力電圧を安定した直流電圧に変換するコンデンサにより構成される平滑部とから成る整流平滑部と、永久磁石を有
する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、6個のスイッチング素子を3相ブリッジ構成で接続し、前記整流部の出力を入力として前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記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の信号から前記ブラシレスDCモータの速度を検出する速度検出手段と、検出した前記回転子の回転位置と、駆動速度から前記固定子巻線の通電相を決定する通電相決定手段と、前記インバータの駆動波形を生成する駆動波形生成手段を有し、前記ブラシレスDCモータの通電巻線が切り替えられた時、電力供給を遮断した巻線から前記平滑部のコンデンサを充電する電流が流れる様に、インバータの駆動波形を生成する。これにより、ブラシレスDCモータ巻線の通電相が切り替えられた際、電源供給が遮断された巻線に蓄積されたエネルギは回生エネルギとして電源側に戻るため、通電を遮断したモータ巻線の電流を短時間でゼロにすることが出来るので、モータ端子電圧に現れるモータ誘起電圧のゼロクロスポイントからモータ回転子の磁極位置を確実に検出できるため、ブラシレスDCモータの起動性能を向上することができる。
する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、6個のスイッチング素子を3相ブリッジ構成で接続し、前記整流部の出力を入力として前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記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の信号から前記ブラシレスDCモータの速度を検出する速度検出手段と、検出した前記回転子の回転位置と、駆動速度から前記固定子巻線の通電相を決定する通電相決定手段と、前記インバータの駆動波形を生成する駆動波形生成手段を有し、前記ブラシレスDCモータの通電巻線が切り替えられた時、電力供給を遮断した巻線から前記平滑部のコンデンサを充電する電流が流れる様に、インバータの駆動波形を生成する。これにより、ブラシレスDCモータ巻線の通電相が切り替えられた際、電源供給が遮断された巻線に蓄積されたエネルギは回生エネルギとして電源側に戻るため、通電を遮断したモータ巻線の電流を短時間でゼロにすることが出来るので、モータ端子電圧に現れるモータ誘起電圧のゼロクロスポイントからモータ回転子の磁極位置を確実に検出できるため、ブラシレスDCモータの起動性能を向上することができる。
第2の発明は、第1の発明のモータ駆動装置により駆動される圧縮機の駆動装置である。これにより、停電等により圧縮機が停止したとき、圧縮機の吸入側と吐出側の圧力差のため、大きな起動トルクが必要な状態でも速やかに再起動を行うことができるため、圧縮機の停止期間を短くすることができる。
第3の発明は、圧縮機により圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器により液化された液冷媒の圧力を低下する減圧器と、前記減圧器により圧力を低下した液冷媒を蒸発させる蒸発器と前記凝縮器と前記蒸発器間の冷媒の流路を遮断する冷媒流路遮断手段を有し、圧縮機が停止中は前記冷媒流路遮断手段により、前記凝縮器と前記蒸発器間の冷媒流路を遮断する第2の発明に記載の圧縮機の駆動装置を備えた冷凍装置である。これにより圧縮機停止時に高温の冷媒の凝縮器側流入による凝縮器温度の上昇を防ぐことができる。これにより圧縮機再起動時の冷凍サイクルの損失を低減することができる。
第4の発明は、第3の発明において、前記圧縮機が停止状態から起動する際は、前記圧縮機の吸入側圧力と、吐出側圧力とが所定以上の圧力差が付加されているものである。これにより、圧縮機が再起動する際も、圧縮機駆動中とほぼ同じ圧力状態から起動することが出来るので、起動後すぐに圧縮機の吸入と吐出圧力が圧縮機運転中の安定圧力状態に戻ることが出来る。従って、圧縮機起動後に安定した圧力状態に戻るまでの冷凍サイクルの損失を大幅に低減できる。
第5の発明は、第1から第4のいずれかのモータ駆動装置、または圧縮機の駆動装置、または冷凍装置を使用した冷蔵庫である。これにより、冷蔵庫の庫内温度調節のために圧縮機のオン・オフ制御が伴っても、圧縮機停止中は凝縮器内の高温冷媒の蒸発器内流入による熱負荷の増加の防止と、圧縮機の起動時の圧力状態が圧縮機運転時の安定圧力に戻るまでの冷凍サイクルの損失を抑制できるので、消費電力の低い冷蔵庫を提供することが出来る。
以下、本発明の実施の意形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるモータ駆動装置のブロック図を示すものである。
図1は本発明の実施の形態1におけるモータ駆動装置のブロック図を示すものである。
図1において電源1は一般的な商用電源であり、日本の場合は実効値100Vの50Hzまたは60Hzの交流電源である。整流平滑回路2は整流部2aおよび平滑部2bで構
成され、前記交流電源1を入力として、交流電圧を直流電圧に変換する。本実施の形態1における整流平滑回路は倍電圧整流としているが、全波整流構成でも、全波整流と倍電圧整流を切り替える構成、あるいは力率改善回路(PFC)等でも構わない。
成され、前記交流電源1を入力として、交流電圧を直流電圧に変換する。本実施の形態1における整流平滑回路は倍電圧整流としているが、全波整流構成でも、全波整流と倍電圧整流を切り替える構成、あるいは力率改善回路(PFC)等でも構わない。
インバータ3は6個のスイッチング素子(3a〜3f)を3相フルブリッジ構成で接続し、前記整流平滑回路2からの直流入力を交流電力に変換し、ブラシレスDCモータ4に任意の電圧および周波数の交流出力を供給する。各スイッチング素子(3a〜3f)には逆方向に並列にダイオード(3g〜3l)が接続されている。なお、図1ではスイッチング素子をIGBTとしているがMOSFETやバイポーラトランジスタ、SiCデバイス、GaNデバイス等でも構わない。
位置検出手段6はブラシレスDCモータ4の回転子の磁極位置を検出するもので、電流が流れていない固定子巻線が接続された端子に現れる誘起電圧から、そのゼロクロスポイントを位置信号として検出する。
速度検出手段7は位置検出手段6の出力信号間隔から、ブラシレスDCモータの駆動速度を検出する。誤差検出手段8は速度検出手段7で得た駆動速度と指令速度との差を検出する。
PWM制御手段9は誤差検出手段8から得た、指令速度と実際の駆動速度との差からインバータ3がブラシレスDCモータに供給する電圧を調整する。具体的にはインバータ3のスイッチング素子をPWM(パルス幅変調)により任意の周波数でオン・オフを行い、オン・オフ1サイクルあたりのオン時間(デューティ)を調整する。デューティは、ブラシレスDCモータの実際の駆動速度と目標とする指令速度とを一致させるようにフィードバック制御により調整し決定する。
通電相設定手段10は位置検出手段で得た位置信号とその検出タイミングから次に通電する巻線の通電パターンと通電タイミングを設定するとともに、転流により電圧印加を遮断したモータ巻線のエネルギを回生として電源側(すなわち平滑部)に戻すパターンを付加した上で駆動波形生成手段11に出力する。
なお、通電相設定手段10により設定する巻線への通電パターンは、120度以上150度以下の矩形波またはそれに準じる波形を所定の周波数の波形となる様に設定する。
駆動波形生成手段11は通電相設定手段10によるブラシレスDCモータの3相巻線の通電パターンと通電タイミングを、PWM制御手段9で設定したPWM周波数とオン時間とを合成することで、インバータ3の各スイッチング素子をオン・オフする駆動波形を生成し、ドライブ手段12に出力する。
ドライブ手段12は駆動波形生成手段11で生成した駆動波形を基にインバータ3の各スイッチング素子をオンまたはオフする。
図2は本発明の実施の形態1のモータ駆動装置による駆動時の各部の波形を示したものである。図2において波形A1はモータ巻線に流れる電流波形を示し、波形B1はモータ端子電圧であり、ともにU相の波形を示している。波形C〜Hはドライブ手段12によるインバータ3の各スイッチング素子の駆動波形を示している。
「ア」から「カ」に示すタイミングは、通電するモータ巻線を切換える転流タイミングである。この転流タイミングにおいて駆動波形生成手段11は、ブラシレスDCモータの3相巻線の通電パターンに準じて通電相設定手段10が設定した出力と、フィードバック
制御に基づくPWM制御手段による出力波形、さらに巻線に蓄えら獲れたエネルギを回生として電源側(電解コンデンサ)に戻すためのパターンを合成してドライブ回路に出力する。
制御に基づくPWM制御手段による出力波形、さらに巻線に蓄えら獲れたエネルギを回生として電源側(電解コンデンサ)に戻すためのパターンを合成してドライブ回路に出力する。
通電相設定手段10により生成する転流時の巻線エネルギを電源側に戻すパターンについて、図1と図2および図3を用いて具体的に説明する。
図2において「ウ」の転流タイミング直前ではスイッチング素子3aと3fがオン状態にあり、図3(a)に示すように、モータ電流はスイッチング素子3a→U相巻線→W相巻線→スイッチング素子3fを通って電源側に戻る力行状態にある。
次に、「ウ」のタイミングでの転流によりスイッチング素子3aがターンオフ、スイッチング素子3bがターンした時、通常は図3(b)に示すように、U相巻線に蓄えられたエネルギはダイオード3jを導通状態にしてU相巻線、W相巻線、スイッチング素子3fで構成される閉回路のなかで還流し消費される。
しかし本発明の実施の形態では、図3(c)に示すように、転流タイミングと同時にW相下側スイッチング素子3fを任意の期間オフする。この時、U相巻線の蓄積エネルギはダイオード3kおよびダイオード3iを導通状態とさせ、回生として電源(平滑コンデンサの充電電流)に戻る。
その後、図3(d)に示すように、スイッチング素子3fを再度して、モータ電流はスイッチング素子3b→V相巻線→W相巻線→スイッチング素子3fを通って電源側に戻る力行状態に戻る。
このように転流時の巻線エネルギを回生として戻すパターンとは、転流直前まで通電されている巻線の内、転流後も通電を継続する巻線の相のスイッチング素子を一時的にオフすることである。上記転流タイミング「ウ」で説明したように、転流直前まで通電していた巻線、即ちU相巻線とW相巻線の内、転流後も通電を継続する巻線の相、即ちW相のスイッチング素子、即ち3fを一時的にオフすることである。
巻線に蓄積されたエネルギが放出されたとき巻線電流はゼロとなるが、その電流がゼロとなるまでの時間は、回路と巻線インピーダンスで消費する還流モードと比較して、回生モードによる平滑回路のコンデンサへの充電時の方が非常に短い。
このため、巻線エネルギを回生として放出する本発明の実施の形態1では、転流による当該巻線の電流は短時間で切れるため、高トルク駆動による大電流での駆動時においても、誘起電圧のゼロクロスポイントが発生するタイミングまでに巻線電流はゼロとなり、ゼロクロスをスパイク電圧に覆い被されることなく確実に検出できるため正確な回転子の磁極位置の検出が可能となる。これにより起動時等の高トルク駆動性能が実現し、ブラシレスDCモータの起動性を含めた高負荷時の駆動性能を向上することができる。
なお、本発明の実施の形態1の説明にあたり図2を用いて、巻線エネルギを回生として電源側に戻すパターンとして、一定期間スイッチング素子の通電を停止する方法で説明したが、当該のスイッチング素子を高周波でオン・オフする構成や、PWMスイッチングに同期して所定のパルス数オン・オフを行う等の構成でも構わない。
(実施の形態2)
図1は本発明の実施の形態2におけるモータ駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫のブロック図である。
図1は本発明の実施の形態2におけるモータ駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫のブロック図である。
図1において圧縮要素14は、ブラシレスDCモータ4の回転子4aの軸に接続され、冷媒ガスを吸入し、圧縮して吐出する。このブラシレスDCモータ4と圧縮要素14とを同一の密閉容器に収納し、圧縮機15を構成する。圧縮機15で圧縮された吐出ガスは、凝縮器16、減圧器17、蒸発器18を通って圧縮機15の吸い込みに戻るような冷凍空調システムを構成し、凝縮器16では放熱、蒸発器18では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。尚、必要に応じて凝縮器16や蒸発器18に送風機などを使い、熱交換をさらに促進することもある。また本実施の形態2では、冷凍空調システムは冷蔵庫19の冷凍サイクルとして用いている。
冷蔵庫の冷凍サイクルでは減圧器に毛細管を使用していることが多く、その管の内径は非常に小さいため、圧縮機停止時に圧縮機の吸入と吐出の圧力がバランスするまでに時間を要する。従って圧縮機駆動時に瞬時停電等で圧縮機が停止したとき、圧縮機の吸入と吐出の圧力差が大きい状態から速やかに再起動する必要がある。
圧縮機の圧力バランスが取れていない状態での起動には、大きな起動トルクが必要となり起動が困難となるが、本発明のモータ駆動装置を圧縮機の駆動に用いることで、吸入と吐出の圧力差が大きい状態での圧縮機の起動も、安定して行うことができる。
従って、瞬時停電等が発生して一旦圧縮機が停止した場合でも、停電復帰時に圧縮機の圧力バランスが平衡するまで起動を待つ必要なく、速やかに圧縮機を再起動できるため、冷蔵庫の庫内温度の上昇を抑制することが出来る。
冷媒流量調整手段21は、冷凍サイクルの凝縮器16と蒸発器18の冷媒流路を開放または遮断するものである。本実施の形態2において、冷媒流量調整手段21は凝縮器16と減圧器17の間に設置しているが、減圧器17と蒸発器18の間に設置しても構わない。
ここで、冷媒流量調整手段21の動作について説明する。冷媒流量調整手段21は圧縮機15の運転または停止に連動して動作させ、圧縮機15が運転中は、冷媒流路を開放し、圧縮機停止中は冷媒流路を閉塞する様にしている。即ち、ブラシレスDCモータ4の駆動指示がある(すなわち指令速度がゼロ以外)時、庫内冷却のため圧縮機の運転により、冷凍サイクル内を冷媒が循環できる様に冷媒流量調整手段21を開放し、圧縮機停止時(すなわちブラシレスDCモータが停止指示)は、冷媒流量調整手段21を閉塞し凝縮器16と蒸発器18間の冷媒の流れを遮断する様にしている。
冷凍サイクルにおいて、凝縮器は圧縮機の吐出(高圧)側、凝縮器は吸入(低圧)側に接続されているため、圧縮機運転中は凝縮器と蒸発器には圧力差が生じており、圧縮機停止に伴いこの両者の圧力をバランスするために凝縮器16の高温高圧のガス冷媒が減圧器17を通って蒸発器18に流入し蒸発器18内部で凝縮し液化する。
従って、冷却状態にある冷蔵庫内に設置した蒸発器へ、温度の高いガス冷媒が流入し、そこで熱交換(熱エネルギを放出)することになる。結局これは、冷蔵庫の熱負荷となるため、冷蔵庫の消費電力の増加要因となる。
従って、本発明の実施の形態2では圧縮機停止時に冷媒流量調整手段21を閉塞して、凝縮器側からの高温高圧ガスが蒸発器に流入しないようにすることで、圧縮機を用いた冷凍サイクルおよび、冷蔵庫の省エネ性を向上している。
また、圧縮機の吸入圧力と、吐出圧力がバランスした状態から圧縮機を起動する場合、
起動後は、凝縮器側の圧力を所定の圧力まで低下し、吐出側の圧力を所定の圧力まで上昇させ、圧縮機運転時の安定圧力状態に戻るまでの間は、冷凍サイクルのロスとなる。
起動後は、凝縮器側の圧力を所定の圧力まで低下し、吐出側の圧力を所定の圧力まで上昇させ、圧縮機運転時の安定圧力状態に戻るまでの間は、冷凍サイクルのロスとなる。
本発明の実施の形態2では、圧縮機停止時に冷媒流量調整手段21を閉塞して、圧縮機の高圧側(吐出側)と吸入側(低圧側)を分断するため、圧縮機停止中も運転中と同等の吐出側と吸入側の圧力差を有した状態となる。そして圧縮機の吸入圧力と吐出圧力が圧縮機の運転状態と同等の状態のままで再起動を行うようにしている。
圧縮機の吸入と吐出圧力に圧力差が生じている状態での起動は、圧力がバランスした状態からの起動と比較して非常に大きな起動トルクが必要となる。しかし、本発明のモータ駆動装置を圧縮機の駆動に用いることで、大きな起動トルクを発生することが出来るので、圧縮機の吸入側と吐出側に大きな圧力差が生じている状態での起動でも、圧縮機を安定かつスムーズに起動できる。従って、起動後短時間で、圧縮機の運転時の安定圧力状態に戻すことができる、起動時における冷凍サイクルの損失低減が図れ、冷蔵庫の消費電力量を削減することができる。
本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータに大電流が流れるような、高トルク駆動時や高負荷駆動時の駆動性能を向上したものである。これによりブラシレスDCモータの起動性能の向上および、冷凍サイクルの損失を低減できるため、エアコン、ヒートポンプ式洗濯乾燥機、給湯器などブラシレスDCモータを用いる様々な用途にも適用できる。
2 整流平滑回路
2a 整流部
2b 平滑部
3 インバータ
4 ブラシレスDCモータ
6 位置検出手段
7 速度検出手段
8 誤差検出手段
9 PWM制御手段
10 通電相設定手段
11 駆動波形生成手段
15 圧縮機
16 凝縮器
17 減圧器
18 蒸発器
19 冷蔵庫
21 冷媒流量調整手段
2a 整流部
2b 平滑部
3 インバータ
4 ブラシレスDCモータ
6 位置検出手段
7 速度検出手段
8 誤差検出手段
9 PWM制御手段
10 通電相設定手段
11 駆動波形生成手段
15 圧縮機
16 凝縮器
17 減圧器
18 蒸発器
19 冷蔵庫
21 冷媒流量調整手段
Claims (5)
- 交流電圧を整流する整流部と、前記整流部の出力電圧を安定した直流電圧に変換するコンデンサにより構成される平滑部とから成る整流平滑部と、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスDCモータと、6個のスイッチング素子を3相ブリッジ構成で接続し、前記整流部の出力を入力として前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記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の信号から前記ブラシレスDCモータの速度を検出する速度検出手段と、検出した前記回転子の回転位置と、駆動速度から固定子巻線の通電相を決定する通電相決定手段と、前記インバータの駆動波形を生成する駆動波形生成手段を有し、前記ブラシレスDCモータの通電巻線が切り替えられた時、電力供給を遮断した巻線から前記平滑部のコンデンサを充電する電流が流れる様に、インバータの駆動波形を生成するモータ駆動装置。
- 請求項1に記載のモータ駆動装置により駆動される圧縮機の駆動装置。
- 圧縮機により圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器により液化された液冷媒の圧力を低下する減圧器と、前記減圧器により圧力を低下した液冷媒を蒸発させる蒸発器と前記凝縮器と前記蒸発器間の冷媒の流路を遮断する冷媒流路遮断手段を有し、圧縮機が停止中は前記冷媒流路遮断手段により、前記凝縮器と前記蒸発器間の冷媒流路を遮断する請求項2に記載の圧縮機の駆動装置を備えた冷凍装置。
- 前記圧縮機が停止状態から起動する際は、前記圧縮機の吸入側圧力と、吐出側圧力とが所定以上の圧力差が付加されている請求項3に記載の冷凍装置。
- 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または圧縮機の駆動装置または冷凍装置を有する冷蔵庫。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2022109701A1 (en) | 2020-11-25 | 2022-06-02 | Embraco Indústria De Compressores E Soluções Em Refrigeração Ltda. | Method of accelerated extinguishing of residual current and method of duration control of the method of accelerated extinguishing of residual current |
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JPH09117188A (ja) * | 1995-10-16 | 1997-05-02 | Matsushita Refrig Co Ltd | 冷凍サイクル装置 |
JPH10127088A (ja) * | 1996-10-18 | 1998-05-15 | Daikin Ind Ltd | ブラシレスdcモータの起動方法およびその装置 |
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US20150188461A1 (en) * | 2013-12-30 | 2015-07-02 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Motor driving control apparatus and method, and motor driving system using the same |
-
2015
- 2015-08-28 JP JP2015168580A patent/JP6450939B2/ja active Active
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