JP5621443B2 - MOTOR DRIVE DEVICE AND ELECTRIC DEVICE USING THE SAME - Google Patents
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Description
本発明は、ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動装置およびこれを用いた電気機器に関する。 The present invention relates to a motor driving device that drives a brushless DC motor and an electric device using the same.
従来のモータ駆動装置は、例えば特許文献1に開示されたように、ブラシレスDCモータに付加されたセンサもしくはブラシレスDCモータに最適化された1次遅れ回路を設けた位置検出回路によってブラシレスDCモータの位置を検出し、検出した位置情報を基にブラシレスDCモータに通電する相を120°毎に切り換えながら駆動している。図5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。 For example, as disclosed in Patent Document 1, a conventional motor driving device includes a sensor added to a brushless DC motor or a position detection circuit provided with a first-order lag circuit optimized for a brushless DC motor. The position is detected, and driving is performed while switching the phase to be supplied to the brushless DC motor every 120 ° based on the detected position information. FIG. 5 shows a conventional motor driving device described in Patent Document 1. In FIG.
図5において、インバータを直流電源201と、電解コンデンサ2e、2fと、スイッチング素子3a〜3hで形成されるインバータ3と、制御回路202から構成し、制御回路202によりスイッチング素子3a〜3dそれぞれを120°導通形のスイッチングパターンでオン・オフさせ、ブラシレスDCモータ4には電解コンデンサ2e,2fの接続点と、スイッチング素子3a,3cの接続点と、スイッチング素子3b,3dの接続点とから給電する。また、モータのそれぞれの相の0°の位置と一致したとき出力を反転する位置センサ203を備えており、信号が切換わって30°後に転流を行うなどして120°の通電パターンを切り換えながらブラシレスDCモータ4を駆動している。その他の駆動方法として、位置センサ203ではなく、スイッチング素子3a〜3dとつながっているブラシレスDCモータの相の誘起電圧に1次遅れフィルタを通過させた信号を基にブラシレスDCモータ4の通電パターンを切り換えることで駆動行っている。
In FIG. 5, the inverter is composed of a
上記従来のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータを駆動するインバータの図5において、3相のブラシレスDCモータ4のうち一相を電解コンデンサ2e、2fの接続点から給電したことによりインバータ3に使用するスイッチング素子の使用個数を減らすこととなり、小型化と低コスト化が可能となる。
The conventional motor driving device is used for the
しかしながら上記従来の構成は、圧縮機など高温かつ密閉された空間内では位置センサを用いることができないという課題を有している。また、位置センサは高価であるため、従来センサを用いず実現しているシステムに対しては十分な低コスト化を行うことができないという課題を有している。また、1次遅れフィルタを用いる場合では、モータの速度などによって、個別に最適な値を設定する必要があるため開発工数が大きくなり、多機種で展開を行う際にコストが増加するという課題を有している。 However, the conventional configuration has a problem that the position sensor cannot be used in a high-temperature and sealed space such as a compressor. Further, since the position sensor is expensive, there is a problem that it is not possible to sufficiently reduce the cost for a system that is realized without using a conventional sensor. In addition, when using a first-order lag filter, it is necessary to set an optimum value individually depending on the speed of the motor, etc., which increases the number of man-hours for development and increases the cost when deploying multiple models. Have.
本発明は上記従来の課題を解決するもので、センサを必要とせず、ブラシレスDCモータのモータ定数や速度による調整を必要としない様々な機種に容易に展開が可能なブラシレスDCモータの駆動装置を提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a brushless DC motor drive device that does not require a sensor and can be easily deployed in various models that do not require adjustment by the motor constant or speed of the brushless DC motor. provide.
本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動装置である。さらに本発明は、交流電源を入力としてブリッジ接続された4個の整流ダイオードと平滑コンデンサにより倍電圧整流回路を構成する平滑整流回路と、前記平滑整流回路で平滑された電圧を入力とし4組のスイッチング素子によって2相ブリッジを構成するインバータと、前記インバータからの出力と前記平滑整流回路の直列に接続された平滑コンデンサの接続部からの出力を入力とするブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータの誘起電圧から前記インバータと接続された前記ブラシレスDCモータの相のモータ位相を検出する位置検出部と、前記位置検出部によって検出された検出タイミングから前記平滑整流回路の直列に接続された平滑コンデンサの接続部と接続している前記ブラシレスDCモータの相のモータ位相を推定する位置推定部と、前記位置検出部と前記位置推定部を入力として通電相を決定し前記インバータに出力するドライブ部とを有する。 The motor drive device of the present invention is a motor drive device that drives a brushless DC motor. Furthermore, the present invention provides a smoothing rectifier circuit that forms a voltage doubler rectifier circuit by four rectifier diodes bridged with an AC power supply as an input and a smoothing capacitor, and four sets of voltages smoothed by the smoothing rectifier circuit as inputs. An inverter that forms a two-phase bridge with a switching element, a brushless DC motor that receives an output from the inverter and an output from a connecting portion of a smoothing capacitor connected in series with the smoothing rectifier circuit; and A position detection unit for detecting a motor phase of the brushless DC motor phase connected to the inverter from an induced voltage, and a smoothing capacitor connected in series to the smoothing rectifier circuit from a detection timing detected by the position detection unit. Estimating the phase of the brushless DC motor connected to the connection That has a position estimation unit, and a drive unit for outputting the determined the inverter conducting phases as inputs the position estimating portion and the position detection unit.
かかる構成によれば、ブラシレスDCモータの速度などによらず同一の制御方式でモータの位置情報を取得し安定した駆動が行われる。 According to such a configuration, the motor position information is acquired by the same control method regardless of the speed of the brushless DC motor, and stable driving is performed.
本発明のモータ駆動装置は、モータの速度などによらず同一の制御方式でモータの位置情報を取得し安定した駆動が実現可能となる。これによりブラシレスDCモータやシステムによって個別の調整が不要で、容易に様々な機種に展開が可能なブラシレスDCモータを駆動することができる。 The motor driving device of the present invention can obtain stable position driving by acquiring motor position information by the same control method regardless of the motor speed. This eliminates the need for individual adjustments depending on the brushless DC motor or system, and can drive a brushless DC motor that can be easily deployed in various models.
第1の発明は、交流電源を入力としてブリッジ接続された4個の整流ダイオードと平滑コンデンサにより倍電圧整流回路を構成する平滑整流回路、前記平滑整流回路で平滑された電圧を入力とし4組のスイッチング素子によって2相ブリッジを構成するインバータと、前記インバータからの出力と前記平滑整流回路の直列に接続された平滑コンデンサの接続部からの出力を入力とするブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータの誘起電圧から前記インバータと接続された前記ブラシレスDCモータの相のモータ位相を検出する位置検出部と、前記平滑整流回路の直列に接続された平滑コンデンサの接続部と接続する相のモータ位相を前記位置検出部によって検出された検出タイミングから推定する位置推定部と、前記位置検出部と前記位置推定部を入力として通電相を決定し前記インバータに出力するドライブ部とを有したことにより、モータの種類や速度などによらず同一の制御システムで安定した駆動が可能となるため、様々な機種に容易に展開することができ、複数機種への搭載の際に開発工数を削減することが可能となる。
The first invention is a smoothing rectifier circuit comprising a voltage doubler rectifier circuit comprising four rectifier diodes bridged with an AC power supply as an input and a smoothing capacitor, and four sets of voltages smoothed by the smoothing rectifier circuit as inputs. An inverter that forms a two-phase bridge with a switching element, a brushless DC motor that receives an output from the inverter and an output from a connecting portion of a smoothing capacitor connected in series with the smoothing rectifier circuit; and The position detection unit for detecting the phase of the brushless DC motor phase connected to the inverter from the induced voltage, and the phase of the motor phase connected to the connection portion of the smoothing capacitor connected in series of the smoothing rectifier circuit A position estimation unit that estimates from a detection timing detected by the position detection unit, and the position detection unit, Since it has a drive unit that determines the energized phase using the position estimation unit as an input and outputs it to the inverter, stable driving is possible with the same control system regardless of the type and speed of the motor. It can be easily deployed to various models, and the number of development man-hours can be reduced when installing to multiple models.
第2の発明は、特に、第1の発明の前記位置推定部を前記位置検出部の出力間隔の平均を算出し、その平均から位置を推定するとしたことにより、計算方法が単純で演算負荷が小さくなるため、より低速のクロックで動作するマイコンなどで実現が可能となり、消費電力の低減やコストの低減が可能となる。 In the second invention, in particular, the position estimation unit according to the first invention calculates the average of the output intervals of the position detection unit, and estimates the position from the average. Since it becomes smaller, it can be realized by a microcomputer or the like that operates with a slower clock, so that power consumption and cost can be reduced.
第3の発明は、特に、第1の発明の前記位置推定部は前記ブラシレスDCモータ一回転を極数と相数の積の数に分割したそれぞれの区間で現れる位置検出のタイミングを記録するタイミング記録部を有し、位置検出が発生しない区間では前記タイミング記録部で記録された前後の区間の位置検出のタイミングの中間を推定位置検出タイミングとするとした
ことにより、速度の周期的な変動に対して強くなり、速度脈動などを伴う機器をより安定させ駆動することができる。
According to a third aspect of the invention, in particular, the position estimation unit of the first aspect of the invention records a position detection timing that appears in each section obtained by dividing the rotation of the brushless DC motor into the product of the number of poles and the number of phases. By having an estimated position detection timing in the middle of the position detection timing of the previous and subsequent sections recorded by the timing recording section in the section where the position detection does not occur with the recording section, It becomes stronger and can drive devices with speed pulsation more stably.
第4の発明は、特に、第3の発明の前記タイミング記録部は各区間の位置検出のタイミングを平均し記録するとしたことにより、外乱を緩和することができ、ノイズなどに対してより強く安定した駆動を行うことができる。 In the fourth aspect of the invention, in particular, the timing recording unit of the third aspect of the invention can average and record the position detection timing of each section, so that disturbance can be mitigated and more stable against noise and the like. Driving can be performed.
第5の発明は、特に、第1〜4の発明の前記ブラシレスDCモータの駆動負荷として圧縮機を用いたものである。前記圧縮機の駆動制御では工業用サーボモータ制御等の様に、高精度な回転数制御や加速制御などは必要無い。さらに前記圧縮機はイナーシャが比較的大きい負荷であり、短い時間での速度の変動は非常に少ない負荷といえる。従って、2相の分の位置検出間隔から残りの1相の位置検出タイミングを推定することが容易に行える。 In the fifth aspect of the invention, in particular, a compressor is used as the driving load of the brushless DC motor of the first to fourth aspects of the invention. In the drive control of the compressor, high-precision rotation speed control, acceleration control, and the like are not required unlike industrial servomotor control. Further, the compressor has a load with a relatively large inertia, and it can be said that the fluctuation of the speed in a short time is a very small load. Therefore, it is possible to easily estimate the position detection timing of the remaining one phase from the position detection interval for two phases.
第6の発明は、特に、第5の発明の前記圧縮機はレシプロ圧縮機である。これにより、往復運動を行うレシプロタイプは、構造上回転子には、金属性で重量の大きいクランクシャフトやピストンが接続されているため、イナーシャが非常に大きく、よりイナーシャが大きく、推定のずれが極めて小さくなるため、より安定した駆動が可能となる。 In the sixth invention, in particular, the compressor of the fifth invention is a reciprocating compressor. As a result, the reciprocating type that performs reciprocating motion is structurally connected to the rotor, which is metallic and heavy, with a heavy crankshaft and piston. Since it becomes extremely small, more stable driving is possible.
第7の発明は、特に、第1〜6のいずれかの発明のモータ駆動装置を用いた電気機器である。これにより、電気機器として冷蔵庫に用いた場合は、負荷変動は急ではないため、より安定した駆動が可能となる。また、冷蔵庫のように様々な容量があり負荷条件がことなるものであっても、個別に調整する必要がないため、開発効率向上が顕著に現れる。 The seventh aspect of the invention is particularly an electric device using the motor driving device of any one of the first to sixth aspects of the invention. Thereby, when it uses for a refrigerator as an electric equipment, since load fluctuation | variation is not sudden, the more stable drive is attained. In addition, even if there are various capacities such as a refrigerator and the load conditions are different, there is no need to individually adjust the load conditions.
(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である。図1において、交流電源1は一般的な商用電源で、日本においては実効値100Vの50または60Hzの電源である。モータ駆動装置22は、交流電源1に接続され、ブラシレスDCモータ4を駆動する。以下、モータ駆動装置22について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a motor drive device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, an AC power source 1 is a general commercial power source, and in Japan, a power source of 50 or 60 Hz with an effective value of 100V. The
平滑整流回路2は、交流電源1を入力として交流電力を直流電力に整流平滑するものであり、ブリッジ接続された4個の整流ダイオード2a〜2dと、平滑コンデンサ2e、2fとから倍電圧整流回路により構成されている。
The
インバータ3は、平滑整流回路2からの直流電力を交流電力に変換する。インバータ3は、4個のスイッチング素子3a〜3dを2相ブリッジ接続して構成される。また、4個の還流電流用ダイオード3e〜3hは、各スイッチング素子3a〜3dに、逆方向に接続される。
The
ブラシレスDCモータ4は、永久磁石を有する回転子4aと、3相巻線を有する固定子4bとから構成される。ブラシレスDCモータ4は、インバータ3により作られた交流電流が固定子4bの3相巻線のうち2相に流れる。残りの1相は平滑コンデンサ2eの負極側と平滑コンデンサ2fの正極の接続線と接続することにより、3相交流電流をつくり回転子4aを回転させる。本実施の形態では回転子の極数を4とする。
The
位置検出部5は、本実施の形態においてはブラシレスDCモータ4の端子電圧を取得する。つまり、ブラシレスDCモータ4の回転子4aの磁極相対位置を検出する。また、端子電圧から中点電位を作っている。具体的には、位置検出部5は、この中点電位と端子電圧を比較することで、回転子4aの相対的な回転位置を検出している。
The
位置推定部6はタイミング記録部7を有している。タイミング記録部7はブラシレスDCモータ4の極数4と相数3の積である12にモータの一回転を分割し、各区間での位置検出タイミングを記録していく。タイミングの記録の際に同一区間で8回分の位置検出タイミングの履歴を保存し、8回の平均を算出して各区間の位置検出タイミングとしている。位置推定部6は位置検出のタイミングが記録されていない区間では前後の区間の位置検出のタイミングの中間を算出し、この算出結果を位置検出のタイミングとして推定し波形発生部8に出力する。タイミング記録部7がどの区間にタイミングを記録するかは波形発生部8の通電パターンが変化するタイミングで順次変更していく。
The
またタイミング記録部7の初期化は波形発生部8でブラシレスDCモータを位置検出タイミングによらず強制的に通電パターンを切換えながら過去8回分を格納するため、8回転以上転流させ、位置検出の有無を判定しタイミングを記録することで行う。
The
速度検出部9では位置検出部5によって検出された位置検出のタイミングを平均化し、極数と相数の積(本実施の形態では12)と乗算することでブラシレスDCモータ一回転の周期をもとめ、速度を算出する。この算出結果を波形発生部8へと出力する。
The
波形発生部8は、インバータ3のスイッチング素子3a〜3dを駆動するための波形信号を生成する。波形信号は、通電角が120度以上150度以下の矩形波の信号である。3相巻線を有するブラシレスDCモータ4を滑らかに駆動させるためには、通電角は120度以上が必要である。一方、位置検出部5が、誘起電圧に基づいて位置を検出するためには、スイッチング素子のオン/オフの間隔として30度以上の間隔が必要である。このため、通電角は、180度から30度を減じた150度を上限とする。なお、波形信号は、矩形波以外であっても、矩形波に準じる波形が挙げられる。例えば、波形の立ち上り/立ち下りに傾斜を持たせた台形波である。
The
波形発生部8は、位置検出部5と位置推定部6の位置情報を基に波形信号を生成する。波形発生部8はさらに、速度検出部9によって検出された速度を基に回転数を一定に保つため、パルス幅変調(PWM)デューティ制御を行っている。これにより、回転位置に基づいた最適なデューティで、効率良く、ブラシレスDCモータ4が駆動される。そして決定された出力波形信号をドライブ部10へ出力する。
The
ドライブ部10は、波形発生部8から出力された波形信号に基づき、インバータ3がブラシレスDCモータ4の3相巻線に供給する電力の供給タイミングを指示するドライブ信号を出力する。具体的にはドライブ信号は、インバータ3のスイッチング素子3a〜3dをオンまたはオフ(以下、オン/オフと記す)する。これにより、固定子4bに最適な交流電力が印加され、回転子4aが回転し、ブラシレスDCモータ4が駆動される。
Based on the waveform signal output from the
次に、本実施の形態におけるモータ駆動装置22を用いた電気機器について説明する。電気機器の一例として、冷蔵庫21について説明する。
Next, an electric device using the
冷蔵庫21には圧縮機17が搭載されているが、ブラシレスDCモータ4の回転子4aの回転運動は、クランクシャフト(図示せず)により、往復運動に変換される。クランクシャフトに接続されたピストン(図示せず)は、シリンダ(図示せず)内を往復運動することにより、シリンダ内の冷媒を圧縮する。つまり、ブラシレスDCモータ4と、クランクシャフト、ピストン、シリンダにより、圧縮機17が構成される。
Although the
圧縮機17の圧縮方式(機構方式)は、ロータリー型やスクロール型など、任意の方式が用いられる。本実施の形態においては、レシプロ型の場合について説明する。レシプロ型の圧縮機17はイナーシャが大きい。このため、圧縮機17のブラシレスDCモータ4
を同期駆動する場合は、圧縮機17の駆動が安定する。
As a compression method (mechanism method) of the
Are driven synchronously, the drive of the
圧縮機17で圧縮された冷媒は、凝縮器18、減圧器19、蒸発器20を順に通って、再び圧縮機17に戻るような冷凍サイクルを構成する。この時、凝縮器18では放熱を、蒸発器20では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。この冷凍サイクルを搭載して冷蔵庫21が構成される。冷蔵庫21にモータ駆動装置を組み込む際はスペースが必要となるが本発明のモータ駆動装置は小型化が可能であり、庫内容積率を向上させることができる。また、冷蔵庫は様々な容量のものがあるが、それぞれに対して駆動システム(1次遅れフィルタ等)を最適化する必要がなく開発効率を向上させることができる。また、別な電気機器の例としては、凝縮器や蒸発器に送風機を備えた空気調和機がある。
The refrigerant compressed by the
以上のように構成されたモータ駆動装置22について、その動作を説明する。
The operation of the
まず、波形発生部8から出力される信号によって駆動するブラシレスDCモータ4の動作について説明する。図2は、本実施の形態におけるモータ駆動装置22のタイミング図である。インバータ3を駆動させる信号とは、インバータ3のスイッチング素子3a〜3dをオン/オフするために、ドライブ部10から出力されるドライブ信号である。この場合、このドライブ信号は、波形信号に基づいて得られる。波形信号は、位置検出部5の出力に基づき、波形発生部8から出力される。
First, the operation of the
図2において、信号V、W、Y、Zはそれぞれ、スイッチング素子3a、3c、3b、3dをオン/オフするためのドライブ信号である。波形Iu、Iv、Iwはそれぞれ、固定子4bの巻線のU相、V相、W相の電流の波形である。波形Vu、Vv,VwはU相、V相、W相の端子電圧の波形で、縦軸のメモリのVpは平滑コンデンサ2e、2fを直列につないだ出力の電圧値である。波形VmはU相、V相、W相の端子電圧の中点電位の波形である。タイミングPdは位置検出部5による位置検出のタイミングを表し、タイミングPgは位置推定部6で推定した位置検出タイミングである。
In FIG. 2, signals V, W, Y, and Z are drive signals for turning on / off the
信号V、W、Y、Zが同時にオンしない区間においてはオンしていない相の誘起電圧が端子電圧に現れるため位置検出部5で位置を検出することができる。具体的にはZのみオンしている区間AではV相の位置を検出することが可能で、電圧VmとVvを比較し電圧値が一致するタイミングaを位置検出タイミングとして位置検出部5は判定を行い出力する。信号Vのみオンしている区間Cにおいても同様で、信号がオンしていない相であるW相の位置を検出することが可能で、電圧VmとVwが一致するタイミングcを位置検出タイミングとして判定を行い出力する。これらの位置検出タイミングから30°相当の時間の後に波形発生部8は通電パターンを変更し出力する。角度と時間の換算は速度検出部9からの入力によって簡単に算出することができる。そして、波形の通電パターンの情報に基づきドライブ部10ではインバータのスイッチング素子3a〜3dのオン/オフを切換える。位置検出タイミングから30°ではなく、0〜30°未満の間で転流を行うことで、突極モータにおいてはリラクタンストルクを利用することができるため、より大きなトルクを得ることができる。
In the section where the signals V, W, Y, and Z are not turned on simultaneously, the induced voltage of the phase that is not turned on appears in the terminal voltage, so that the position can be detected by the
一方で、信号が2つ同時にオンしている区間では3相すべての端子電圧に誘起電圧が表れず位置検出を行うことができない。具体的には信号VとZがオンしている区間Bにおいて、端子電圧Vuは常に電圧値Vpの半分で固定されるため、電圧Vmは常に端子電圧Vuと一致するため位置検出部5は位置信号を取得することができない。 On the other hand, in the interval in which two signals are simultaneously turned on, no induced voltage appears in the terminal voltages of all three phases, and position detection cannot be performed. Specifically, in the section B in which the signals V and Z are on, the terminal voltage Vu is always fixed at half of the voltage value Vp, so that the voltage Vm always matches the terminal voltage Vu. The signal cannot be obtained.
このとき、位置推定部6によって推定された位置検出タイミングbを位置情報として波形発生部8は取得し、この情報を位置検出部5の情報と同様に扱い通電パターンを変更することで、ブラシレスDCモータ4を駆動することができる。
At this time, the
次に、位置推定部6の動作について、図3のフローチャートを用いて説明する。図3において、位置検出間隔タイマは常時動作しているものとする。
Next, operation | movement of the
まず、ステップ101で波形発生部8から出力される信号が1つの相のみオンしているか判定を行う。1つの相のみであった場合(ステップ101のYes)は位置検出が可能となるので、ステップ102に進む。
First, in step 101, it is determined whether only one phase of the signal output from the
ステップ102では、位置検出が可能な区間であるので位置検出が行われたかどうか判定を行う。位置検出が行われない場合(ステップ102のNo)は再びステップ102を繰り返す。位置検出が行われた場合(ステップ102のYes)は、位置検出のタイミングを取得してステップ103に進む。 In step 102, since it is a section in which position detection is possible, it is determined whether position detection has been performed. If position detection is not performed (No in step 102), step 102 is repeated again. If position detection has been performed (Yes in step 102), the position detection timing is acquired and the process proceeds to step 103.
ステップ103ではタイミング記録部7が今回の位置検出のタイミングと今回の通電パターンの区間での位置検出間隔のタイミングの過去7回の計8回の位置検出タイミングから平均を算出し、結果を格納する。次にステップ104に進む。
In Step 103, the
ステップ104では、過去7回の検出タイミングの最も古いものを今回検出したタイミングで置き換えることで過去7回の検出タイミングを常に保存しておく。過去8回の平均を格納することでよりノイズに強くなるが、ノイズの影響を受けにくいシステムの場合今回検出したタイミングを直接格納することで演算負荷を減らすことも可能でステップ104は省略することができる。次にステップ105に進む。 In step 104, the oldest detection timing of the past seven times is replaced with the current detection timing, so that the past seven detection timings are always stored. By storing the average of the past 8 times, it becomes more resistant to noise. However, in the case of a system that is not easily affected by noise, it is possible to reduce the computation load by directly storing the timing detected this time, and step 104 is omitted. Can do. Next, the process proceeds to step 105.
ステップ105では次の通電パターンが2相オンである信号WまたはZがオンかどうかを判定する。信号WまたはZがオンだった場合(ステップ105のYes)はステップ106に進み、推定位置検出のタイミングを設定する。オンしている信号がVまたはYだった場合(ステップ105のNo)は、推定位置の検出タイミングを設定する必要は無いので、ステップ107に進む。 In step 105, it is determined whether the signal W or Z in which the next energization pattern is two-phase on is on. If the signal W or Z is on (Yes in step 105), the process proceeds to step 106, and the estimated position detection timing is set. If the ON signal is V or Y (No in step 105), it is not necessary to set the detection timing of the estimated position, and the process proceeds to step 107.
ステップ106では、2つ先の区間の位置検出間隔を取得しその半分を推定位置検出タイミングとして位置推定部6から出力する。2つ先の区間とは現在オンしている信号がWであればYのみがオンする区間であり、信号Zがオンしている場合はVがオンする区間のこととなる。次にステップ107に進み、ステップ107で位置検出間隔を測定しているタイマをクリアしたのち再度スタートさせフローを抜ける。
In step 106, the position detection interval of the second ahead section is acquired, and half of the interval is output from the
一方、ステップ101において、2つの相がオン中であった場合(ステップ101のNo)はステップ108に進む。 On the other hand, if the two phases are ON in step 101 (No in step 101), the process proceeds to step 108.
ステップ108では前回の位置検出のタイミングからステップ106で設定した推定位置検出のタイミング分の時間が経過したか判定を行う。時間が経過していない場合(ステップ108のNo)は再びステップ108へと進み、時間が経過している場合(ステップ108のYes)はステップ109へと進む。前回の位置検出とは信号VとZがオンしている場合、Zのみがオンしている区間での位置検出であり、信号WとYがオンしている場合はWのみがオンしている区間の位置検出となる。 In step 108, it is determined whether the time corresponding to the estimated position detection timing set in step 106 has elapsed from the previous position detection timing. If the time has not elapsed (No in Step 108), the process proceeds again to Step 108, and if the time has elapsed (Yes in Step 108), the process proceeds to Step 109. The previous position detection is position detection in a section where only Z is on when the signals V and Z are on, and only W is on when the signals W and Y are on. The position of the section is detected.
ステップ109では推定位置検出のタイミングであるので、位置推定部6からは信号を位置検出と同様の信号を出力する。そしてこのフローを抜ける。
Since it is the timing of the estimated position detection in step 109, the
以上のステップを波形発生部8から出力される信号のパターンが変更されるたびに呼び出すことで位置推定部6から図2示す信号Pdを出力することができ、モータの速度やモ
ータ定数などとは関係なくブラシレスDCモータ4を駆動することができる。
The
以上説明したように本発明は、交流電源1を入力としてブリッジ接続された4個の整流ダイオード2a〜2dと、平滑コンデンサ2e、2fによって倍電圧整流回路を構成している平滑整流回路2と、平滑整流回路で平滑された電圧を入力とし4組のスイッチング素子3a〜3dと逆方向に接続された還流電流用ダイオード3e〜3hによって2相ブリッジで構成されるインバータ3と、インバータ3の出力と平滑整流回路2の直列に接続された平滑コンデンサの接続部からの出力を入力とするブラシレスDCモータ4と、ブラシレスDCモータ4の誘起電圧からインバータ3と接続されたブラシレスDCモータの相のモータ位相を検出する位置検出部5と、位置検出部5によって検出された検出タイミングから平滑整流回路2の直列に接続された平滑コンデンサ2e、2fの接続部と接続するブラシレスDCモータ4の相のモータ位相を推定する位置推定部6と、位置検出部5と位置推定部6を入力として通電相を決定しインバータ3に出力するドライブ部10とを有したことにより、モータの種類や速度などによらず同一の制御システムで安定した駆動が可能となるため、様々な機種に容易に展開することができ、複数機種への搭載の際に開発工数を削減することが可能となる。
As described above, the present invention includes a smoothing
また、本発明は、位置推定部6はブラシレスDCモータ4の一回転を極数と相数の積の数に分割したそれぞれの区間で現れる位置検出のタイミングを記録するタイミング記録部7を有し、位置検出が発生しない区間ではタイミング記録部7で記録された前後の区間の位置検出のタイミングの中間を推定位置検出タイミングとするとしたことにより、速度の周期的な変動に対して強くなり、速度脈動などを伴う機器をより安定し駆動することができる。
Further, according to the present invention, the
また、本発明は、タイミング記録部7は各区間の位置検出のタイミングを平均し記録するとしたことにより、外乱を緩和することができ、ノイズなどに対してより強く安定した駆動を行うことができる。
Further, according to the present invention, since the
また、位置検出の間隔の平均を算出し、その結果を1.5で割ることによりブラシレスDCモータの電気角1周期分の60°相当となるため、位置検出ができない区間の前の位置検出タイミングからの経過時間がこの60°相当の時間と一致するタイミングを位置推定部6の推定する位置検出タイミングとすることでもより簡便に駆動させることができる。このように、位相推定部11を位置検出部5の出力間隔の平均を算出し、その平均から位置を推定するとしたことにより、計算方法が単純で演算負荷が小さくなるため、より低速のクロックで動作するマイコンなどで実現が可能となり、消費電力の低減やコストの低減が可能となる。
Further, since the average of the position detection intervals is calculated, and the result is divided by 1.5, it corresponds to 60 ° for one electrical angle cycle of the brushless DC motor, so the position detection timing before the section where position detection is not possible It is possible to drive more simply by setting the timing at which the elapsed time from the time coincides with the time corresponding to 60 ° as the position detection timing estimated by the
また、本発明は、ブラシレスDCモータ4の駆動負荷として圧縮機17を用いたものである。圧縮機17の駆動制御では工業用サーボモータ制御等の様に、高精度な回転数制御や加速制御などは必要無い。さらに圧縮機17はイナーシャが比較的大きい負荷であり、短い時間での速度の変動は非常に少ない負荷といえる。従って、2相の分の位置検出間隔から残りの1相の位置検出タイミングを推定することが容易に行える。
In the present invention, the
また、圧縮機17はレシプロ圧縮機である。これにより、往復運動を行うレシプロタイプは、構造上回転子には、金属性で重量の大きいクランクシャフトやピストンが接続されているため、イナーシャが非常に大きく、よりイナーシャが大きく、推定のずれが極めて小さくなるため、より安定した駆動が可能となる。
The
また、本発明はモータ駆動装置を用いた電気機器である。電気機器として冷蔵庫に用いた場合は、負荷変動は急ではないため、安定して駆動できる小型のモータ駆動装置を提供
でき、庫内容積率を高めることができる。また、冷蔵庫は様々な容量のものが存在するがそれぞれの容量に対して個別に調整を行う必要がないため、開発効率を向上させることができる
In addition, the present invention is an electric device using a motor driving device. When used in a refrigerator as an electric device, the load fluctuation is not steep, so a small motor driving device that can be driven stably can be provided, and the volume ratio in the warehouse can be increased. In addition, although there are refrigerators with various capacities, it is not necessary to individually adjust each capacity, so that development efficiency can be improved.
本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータを駆動する機器に小型のモータ駆動装置を容易に展開できるものである。これにより、冷蔵庫や空気調和機のみならず、自動販売機やショーケース、ヒートポンプ給湯器における小型化や容積率のアップができる。その他、洗濯機や掃除機、ポンプなどブラシレスDCモータを用いる電気機器の小型化にも適用できる。 The motor drive device of the present invention can easily deploy a small motor drive device to a device that drives a brushless DC motor. Thereby, not only a refrigerator and an air conditioner but also a vending machine, a showcase, and a heat pump water heater can be miniaturized and the volume ratio can be increased. In addition, the present invention can be applied to miniaturization of electric devices using brushless DC motors such as washing machines, vacuum cleaners, and pumps.
1 交流電源
2 平滑整流回路
3 インバータ
4 ブラシレスDCモータ
4a 回転子
4b 固定子
5 位置検出部
6 位置推定部
7 タイミング記録部
8 波形発生部
10 ドライブ部
17 圧縮機
21 冷蔵庫(電気機器)
22 モータ駆動装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
22 Motor drive device
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