JP6497307B2

JP6497307B2 - Air conditioner

Info

Publication number: JP6497307B2
Application number: JP2015239793A
Authority: JP
Inventors: 伸悟青木
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: JP2017108512A

Description

本発明は、空気調和機に係わり、より詳細には、インバータによる圧縮機のモータ起動のための構成に関する。 The present invention relates to an air conditioner, and more particularly to a configuration for starting a compressor motor by an inverter.

従来、冷蔵庫や空気調和機などに使用されるモータの駆動制御装置としては特許文献１に示す技術が開示されている。特許文献１では冷蔵庫に使用される圧縮機のモータをインバータで駆動しており、ＰＷＭ制御により生成されたスイッチング信号を用いてインバータを制御するようになっている。
また、特許文献１では、この圧縮機のモータの起動時において、スイッチング信号（ＰＷＭ信号）を生成するために用いられるキャリア信号の周波数を、モータの回転数が所定の閾値より低い時は低く、また、回転数が閾値以上になった時点で高くしている。これにより、モータの回転数が所定の閾値より低い時にキャリア信号の周波数を低下せることでスイッチング信号のオン時間を長くしてモータの巻線に発生する誘起電圧から生成されるモータの回転位置信号のパルス幅を広くして回転位置を検出することで、脱調を防止して確実にモータを起動するようになっている。 Conventionally, the technique shown in Patent Document 1 is disclosed as a drive control device for a motor used in a refrigerator, an air conditioner, or the like. In Patent Document 1, a motor of a compressor used in a refrigerator is driven by an inverter, and the inverter is controlled using a switching signal generated by PWM control.
Further, in Patent Document 1, when starting the motor of this compressor, the frequency of the carrier signal used for generating the switching signal (PWM signal) is low when the rotational speed of the motor is lower than a predetermined threshold, Further, it is increased when the rotation speed becomes equal to or higher than the threshold value. As a result, the rotational position signal of the motor generated from the induced voltage generated in the motor winding by increasing the on-time of the switching signal by lowering the frequency of the carrier signal when the rotational speed of the motor is lower than a predetermined threshold. By detecting the rotational position by widening the pulse width, the step-out is prevented and the motor is reliably started.

図５は特許文献１に示す技術を用いた空気調和機９０である。空気調和機９０は、互いに通信接続された室外機８０と室内機５０備えている。
室外機８０は、図示しない交流電源が接続される入力端１と入力端２に接続された整流器４と、整流器４の出力側に接続されたコンバータ５と、コンバータ５の出力端に接続されるインバータ６と、インバータ６の出力端に接続された圧縮機のモータ７と、室内機５０からの指示により室外機８０全体を制御する室外機制御部９と、インバータ６を駆動する駆動信号を出力する駆動回路８を備えている。また、モータ７は図示しないＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線を備えている。 FIG. 5 shows an air conditioner 90 using the technique disclosed in Patent Document 1. The air conditioner 90 includes an outdoor unit 80 and an indoor unit 50 that are communicatively connected to each other.
The outdoor unit 80 is connected to an input end 1 to which an AC power supply (not shown) is connected, a rectifier 4 connected to the input end 2, a converter 5 connected to the output side of the rectifier 4, and an output end of the converter 5. An inverter 6, a compressor motor 7 connected to the output terminal of the inverter 6, an outdoor unit controller 9 for controlling the entire outdoor unit 80 according to an instruction from the indoor unit 50, and a drive signal for driving the inverter 6 are output. The drive circuit 8 is provided. The motor 7 includes U-phase, V-phase, and W-phase windings (not shown).

さらに室外機制御部９は、モータ７の各巻線に発生する誘起電圧に基づいてモータ７の回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転位置検出部１１と、室外機制御部９から指示された回転数指令値に従ってモータ７を駆動するスイッチング信号をＰＷＭ制御により生成して駆動回路８へ出力して１２０度通電方式でモータ７を制御するインバータ制御部３と、モータ７の回転数に基づいてスイッチング信号を生成するための２種類のキャリア周波数を切り替える周波数切替信号を出力するキャリア周波数切替指示部７０と、入力された周波数切替信号によって２種類のキャリア周波数のうちいずれか一方の周波数でキャリア信号を発生させてインバータ制御部３へ出力するキャリア信号発生部１０を備えている。 Further, the outdoor unit controller 9 detects a rotational position of the motor 7 based on the induced voltage generated in each winding of the motor 7 and outputs a rotational position signal, and an instruction from the outdoor unit controller 9. A switching signal for driving the motor 7 in accordance with the rotation speed command value generated is generated by PWM control and output to the drive circuit 8 to control the motor 7 by the 120-degree energization method, and the rotation speed of the motor 7 is set. A carrier frequency switching instructing unit 70 for outputting a frequency switching signal for switching between two types of carrier frequencies for generating a switching signal based on one of the two types of carrier frequencies according to the input frequency switching signal. A carrier signal generation unit 10 that generates a carrier signal and outputs the carrier signal to the inverter control unit 3 is provided.

インバータ制御部３は、室外機制御部９から回転数指令値が入力され、この回転数指令値で指示された回転数でモータ７が回転するようなスイッチング信号を生成する。インバータ制御部３は、入力された回転位置信号に基づいてモータ７の各巻線の通電相を電気角の６０度毎に切り替えるように制御している。また、インバータ制御部３は、キャリア信号がキャリア信号発生部１０から入力されており、このキャリア信号を用いてモータ７の負荷に対応するトルクを発生させるようにスイッチング信号のデューティーを決定して出力する。つまり、インバータ制御部３は、モータ７の負荷が大きくて指示された回転数に達しない場合はスイッチング信号のオンデューティ時間（インバータ６内の図示しないスイッチング素子がオンとなる時間）を長く、モータ７の負荷が小さくて指示された回転数を超える場合はオンデューティ時間を短くする。このようにインバータ制御部３は、指示された回転数を維持できるようにスイッチング信号のデューティーを決定している。
そして、キャリア信号発生部１０は、キャリア周波数切替指示部７０が出力する周波数切替信号が入力され、この周波数切替信号がハイレベルの時に４ｋＨｚ、ローレベルの時に２ｋＨｚの周波数のキャリア信号を出力する。 The inverter control unit 3 receives the rotational speed command value from the outdoor unit control unit 9 and generates a switching signal that causes the motor 7 to rotate at the rotational speed specified by the rotational speed command value. The inverter control unit 3 performs control so that the energized phase of each winding of the motor 7 is switched every 60 degrees of electrical angle based on the input rotational position signal. Further, the inverter control unit 3 receives the carrier signal from the carrier signal generation unit 10, and determines and outputs the duty of the switching signal so as to generate a torque corresponding to the load of the motor 7 using this carrier signal. To do. In other words, the inverter control unit 3 increases the on-duty time of the switching signal (the time during which the switching element (not shown in the inverter 6 is turned on)) when the load of the motor 7 is large and does not reach the designated rotational speed, When the load of 7 is small and exceeds the instructed rotational speed, the on-duty time is shortened. In this way, the inverter control unit 3 determines the duty of the switching signal so that the instructed rotational speed can be maintained.
The carrier signal generation unit 10 receives a frequency switching signal output from the carrier frequency switching instruction unit 70, and outputs a carrier signal having a frequency of 4 kHz when the frequency switching signal is high level and 2 kHz when the frequency switching signal is low level.

一方、キャリア周波数切替指示部７０は内部に回転数検出部７１と、切替判断部７２を備えている。キャリア周波数切替指示部７０は、回転位置信号が入力されており、この回転位置信号は回転数検出部７１に入力されている。回転数検出部７１はモータ７が１回転する時間を計測し、１秒をこの計測した時間で除算することで１秒間の回転数（単位：ｒｐｓ）を算出する。 On the other hand, the carrier frequency switching instruction unit 70 includes a rotation speed detection unit 71 and a switching determination unit 72 therein. The carrier frequency switching instruction unit 70 receives a rotation position signal, and this rotation position signal is input to the rotation number detection unit 71. The rotation speed detection unit 71 measures the time for which the motor 7 rotates once, and calculates the rotation speed (unit: rps) for 1 second by dividing 1 second by this measured time.

この算出した１秒間の回転数は切替判定部７２に入力されており、切替判定部７２は、この入力された回転数と予め定められた回転数閾値（１０ｒｐｓ）を比較し、入力された回転数が回転数閾値以上になった時に周波数切替信号をハイレベルに、回転数閾値未満の時に周波数切替信号をローレベルにして出力する。このため、インバータ制御部３は、モータ７の回転数が１０ｒｐｓ未満の時に２ｋＨｚ、１０ｒｐｓ以上の時に４ｋＨｚのキャリア周波数のキャリア信号を用いてＰＷＭ制御を実行する。 The calculated number of rotations per second is input to the switching determination unit 72. The switching determination unit 72 compares the input rotation number with a predetermined rotation speed threshold (10 rps), and inputs the input rotation. When the number is equal to or greater than the rotation speed threshold, the frequency switching signal is set to a high level, and when the number is less than the rotation speed threshold, the frequency switching signal is set to a low level and output. For this reason, the inverter control unit 3 executes PWM control using a carrier signal having a carrier frequency of 4 kHz when the rotational speed of the motor 7 is less than 10 rps, and when it is 2 kHz or 10 rps or more.

このように、インバータ制御部３は、回転数が低いモータ７の起動時に低いキャリア周波数を用いてスイッチング信号のオンデュティーの時間を広くすることで、起動時のモータ７の巻線の誘起電圧波形のパルス幅を広くし、回転位置検出部１１で確実に回転位置を検出できるように制御している。一方、インバータ制御部３は、回転数が高いモータ７の通常運転時にキャリア周波数を高くして、通電相を切り替える転流タイミングの検出遅れを防止している。 As described above, the inverter control unit 3 widens the on-duty time of the switching signal by using a low carrier frequency when starting the motor 7 having a low rotation speed, so that the induced voltage of the winding of the motor 7 at the time of starting is increased. The pulse width of the waveform is widened so that the rotational position can be reliably detected by the rotational position detector 11. On the other hand, the inverter control unit 3 prevents the detection delay of the commutation timing for switching the energized phase by increasing the carrier frequency during normal operation of the motor 7 having a high rotational speed.

図６はモータ７の従来の回転制御を説明する説明図である。図６の横軸は時間を示しており、縦軸の図６（１）はスイッチング信号のオンデュティー時間（単位：μＳ（マイクロセカンド））を示しており、実線はモータ７の回転数上昇速度が速い（負荷が軽い）場合を、破線は回転数上昇速度が遅い（負荷が重い）場合をそれぞれ示している。また、図６（２）はモータ７の回転数（単位：ｒｐｓ）を示しており、実線はモータ７の回転数上昇速度が速い（負荷が軽い）場合を、破線は回転数上昇速度が遅い（負荷が重い）場合をそれぞれ示している。なお、ｔ０〜ｔ３は時刻である。 FIG. 6 is an explanatory view for explaining conventional rotation control of the motor 7. The horizontal axis of FIG. 6 indicates time, the vertical axis of FIG. 6 (1) indicates the on-duty time (unit: μS (microseconds)) of the switching signal, and the solid line indicates an increase in the rotational speed of the motor 7. The broken line indicates the case where the speed is high (the load is light), and the broken line indicates the case where the rotation speed increase speed is low (the load is heavy). FIG. 6B shows the rotation speed (unit: rps) of the motor 7. The solid line shows a case where the rotation speed of the motor 7 is high (load is light), and the broken line shows a low rotation speed increase speed. Each case (heavy load) is shown. Note that t0 to t3 are times.

図６において、室外機制御部９から回転数指令値が入力されるとインバータ制御部３は、モータ７が完全に停止しているｔ０からスイッチング信号のオンデューティ時間を１９μＳ固定として、オープンループ方式によりモータの回転速度を徐々に増加させ、例えばｔ１で回転位置信号によるモータ７の回転位置が検出可能になったら、オープンループ方式による制御から回転位置を用いたクローズドループ方式による制御に切り替える。ただし、その後、オンデューティ時間を増加させながら回転数を上昇させる。 In FIG. 6, when the rotational speed command value is input from the outdoor unit control unit 9, the inverter control unit 3 sets the on-duty time of the switching signal to 19 μS from t0 when the motor 7 is completely stopped, and the open loop method. As a result, the rotational speed of the motor is gradually increased. For example, when the rotational position of the motor 7 can be detected by the rotational position signal at t1, the control is switched from the open loop control to the closed loop control using the rotational position. However, after that, the number of revolutions is increased while increasing the on-duty time.

一方、キャリア周波数切替指示部７１は回転位置信号が入力されると、回転数検出部で現在の回転数を検出して、この回転数を切替判断部７２へ出力する。モータ７の回転数上昇速度が速い場合はｔ２以降で回転数が１０ｒｐｓ以上になる。切替判断部７２はこの回転数が回転数閾値（１０ｒｐｓ）以上になったｔ２で周波数切替信号をローレベルからハイレベルにする。キャリア信号発生部１０は、この周波数切替信号によりキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに変更したキャリア信号をインバータ制御部３へ出力する。この結果、インバータ制御部３から出力されるスイッチング信号は、オンデューティ時間が２４μＳから半分の１２μＳになる。 On the other hand, when the rotation position signal is input to the carrier frequency switching instruction unit 71, the rotation number detection unit detects the current rotation number and outputs the rotation number to the switching determination unit 72. When the rotational speed increase speed of the motor 7 is fast, the rotational speed becomes 10 rps or more after t2. The switching determination unit 72 changes the frequency switching signal from the low level to the high level at t2 when the rotational speed becomes equal to or higher than the rotational speed threshold (10 rps). The carrier signal generation unit 10 outputs a carrier signal whose carrier frequency is changed from 2 kHz to 4 kHz to the inverter control unit 3 by the frequency switching signal. As a result, the on-duty time of the switching signal output from the inverter control unit 3 is reduced from 24 μS to 12 μS.

また、モータ７の回転数上昇速度が遅い場合はｔ３以降で回転数が１０ｒｐｓ以上になる。切替判断部７２はこの回転数が回転数閾値（１０ｒｐｓ）以上になったｔ３で周波数切替信号をローレベルからハイレベルにする。キャリア信号発生部１０は、この周波数切替信号によりキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに変更したキャリア信号をインバータ制御部３へ出力する。この結果、インバータ制御部３から出力されるスイッチング信号は、オンデューティ時間が７０μＳから半分の３５μＳになる。 Further, when the rotational speed increase rate of the motor 7 is slow, the rotational speed becomes 10 rps or more after t3. The switching determination unit 72 changes the frequency switching signal from the low level to the high level at t3 when the rotational speed becomes equal to or higher than the rotational speed threshold (10 rps). The carrier signal generation unit 10 outputs a carrier signal whose carrier frequency is changed from 2 kHz to 4 kHz to the inverter control unit 3 by the frequency switching signal. As a result, the on-duty time of the switching signal output from the inverter control unit 3 is reduced from 70 μS to 35 μS.

このようにインバータ制御部３はモータ７の回転数が回転数閾値以上となって、この時に出力しているスイッチング信号のオンデューティ時間が長くなり、この結果、回転位置検出部１１で確実に回転位置が検出可能と思われる回転数になった時、キャリア信号の周波数を低い周波数から高い周波数に切り替えてモータ７を制御する。 In this way, the inverter control unit 3 has the rotation speed of the motor 7 equal to or greater than the rotation speed threshold, and the on-duty time of the switching signal output at this time is increased. As a result, the rotation position detection unit 11 reliably rotates. When the rotation speed is considered to be detectable, the motor 7 is controlled by switching the frequency of the carrier signal from a low frequency to a high frequency.

ところで、モータ７の内部ではモータ７の巻線に流れる電流の変化による騒音が発生しており、この騒音の大きさはスイッチング信号のキャリア周波数が高い場合に比較してキャリア周波数が低い場合に大きくなる傾向がある。
図７はキャリア周波数の違いによる騒音の違いを説明する説明図である。図７の横軸は時間である。縦軸において図７（１）はキャリア周波数が４ｋＨｚでデューティーが５０％の時のスイッチング信号を、図７（２）はキャリア周波数が２ｋＨｚでデューティーが５０％の時のスイッチング信号をそれぞれ示している。なお、図７において破線はモータ７の巻線に流れるリップル電流を示している。 Incidentally, noise is generated inside the motor 7 due to changes in the current flowing in the winding of the motor 7, and the magnitude of this noise is larger when the carrier frequency of the switching signal is lower than when the carrier frequency of the switching signal is high. Tend to be.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a difference in noise due to a difference in carrier frequency. The horizontal axis in FIG. 7 is time. On the vertical axis, FIG. 7 (1) shows a switching signal when the carrier frequency is 4 kHz and the duty is 50%, and FIG. 7 (2) shows a switching signal when the carrier frequency is 2 kHz and the duty is 50%. . In FIG. 7, a broken line indicates a ripple current flowing in the winding of the motor 7.

モータの巻線のインダクタンス値と巻線に印加する電圧が同じとした場合、キャリア周波数が低い方が、キャリア周波数が高い方に比較して巻線に流れるリップル電流の周期が長くなる。このため、図６（２）に示すように周期的に変化するモータ７の電流において、キャリア周波数が２ｋＨｚのリップル電流値のピークＩｐ２は、キャリア周波数が４ｋＨｚの電流値のピークＩｐ４よりも大きくなる。
モータ７の巻線に流れる電流の変化が大きいと、この電流変化による巻線の振動も大きくなり、この巻線の振動により騒音が発生する。
従って、このリップル電流の変化によるモータ７の巻線の振動（騒音）は、キャリア周波数が２ｋＨｚの時が４ｋＨｚの時の場合よりも大きい。つまり図６において回転数上昇速度が速い場合は、キャリア周波数が低い起動開始のｔ０からｔ２まではこの騒音が大きく、回転数上昇速度が遅い場合はキャリア周波数が低い起動開始のｔ０からｔ３までこの騒音が大きい。 When the inductance value of the motor winding and the voltage applied to the winding are the same, the period of the ripple current flowing through the winding becomes longer when the carrier frequency is lower than when the carrier frequency is higher. Therefore, in the current of the motor 7 that periodically changes as shown in FIG. 6B, the peak Ip2 of the ripple current value with the carrier frequency of 2 kHz is larger than the peak Ip4 of the current value with the carrier frequency of 4 kHz. .
If the change in the current flowing through the winding of the motor 7 is large, the vibration of the winding due to the change in current also increases, and noise is generated by the vibration of the winding.
Therefore, the vibration (noise) of the winding of the motor 7 due to the change in the ripple current is larger when the carrier frequency is 2 kHz than when it is 4 kHz. That is, in FIG. 6, when the rotational speed increase speed is fast, this noise is loud from t0 to t2 when the carrier frequency is low, and when the rotational speed is slow, the carrier frequency is low from start time t0 to t3. Noisy.

そして、キャリア周波数を切り替えるための回転数閾値は、モータ７の負荷やインバータ６の入力電圧などを考慮してキャリア周波数が４ｋＨｚであっても回転位置検出部１１で回転位置を検出可能な最小の値に予め決定されている。具体的にはモータ７の回転数上昇速度が速い場合に回転位置を検出可能なキャリア周波数が４ｋＨｚでオンデューティ時間が１２μＳとなる回転数値である１０ｒｐｓに予め決定されている。なお、回転数上昇速度が遅い時で回転数が１０ｒｐｓの場合、切り替えられたキャリア周波数におけるオンデューティ時間が３５μＳであり、回転位置を検出可能な最低限のオンデューティ時間である１２μＳより必要以上に大きくなっている。 The rotational speed threshold value for switching the carrier frequency is the minimum at which the rotational position detecting unit 11 can detect the rotational position even when the carrier frequency is 4 kHz in consideration of the load of the motor 7 and the input voltage of the inverter 6. The value is predetermined. Specifically, when the rotational speed increase speed of the motor 7 is fast, the carrier frequency at which the rotational position can be detected is 4 kHz, and is determined in advance to 10 rps, which is a rotational numerical value with an on-duty time of 12 μS. When the rotation speed is slow and the rotation speed is 10 rps, the on-duty time at the switched carrier frequency is 35 μS, which is more than necessary than the minimum on-duty time at which the rotation position can be detected, 12 μS. It is getting bigger.

そこで、キャリア周波数の切り替えタイミングを回転数で決定するのでなく、スイッチング信号のオンデューティ時間で決定する方法が考えられる。つまり、例えばキャリア周波数切替指示部７０が常にオンデューティ時間を監視し、このオンデューティ時間が４ｋＨｚのキャリア周波数の場合でも回転位置検出部１１で回転位置を検出可能な時間幅、例えば１２μＳになったらキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替える方法である。
しかしながら、インバータ制御部３が出力するスイッチング信号のオンデューティ時間と回転位置検出部１１で回転位置を検出可能な誘起電圧の時間幅とは単純な比例関係になく、検出可能な誘起電圧の時間幅はオンデューティ時間と共に回転数にも依存するため、前述したオンデューティ時間を監視する方法は採用できない。 Therefore, a method is conceivable in which the carrier frequency switching timing is not determined by the number of rotations but by the on-duty time of the switching signal. That is, for example, when the carrier frequency switching instruction unit 70 constantly monitors the on-duty time, and the on-duty time is a carrier frequency of 4 kHz, the rotation position detection unit 11 can detect the rotational position, for example, 12 μS. In this method, the carrier frequency is switched from 2 kHz to 4 kHz.
However, the on-duty time of the switching signal output from the inverter control unit 3 and the time width of the induced voltage at which the rotational position can be detected by the rotational position detecting unit 11 are not simply proportional, and the time width of the detectable induced voltage can be detected. Since it depends on the rotational speed as well as the on-duty time, the above-described method for monitoring the on-duty time cannot be adopted.

次に誘起電圧の時間幅とオンデューティ時間と回転数の関係について図４を用いて説明する。
図４（１）は回転位置検出部１１の内部回路を示すブロック図であり、図（２）はその動作を説明する説明図である。
回転位置検出部１１の内部には、モータ７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線に発生する誘起電圧の仮想中性点の電圧を検出する抵抗１１ａ〜１１ｄと、ノイズ除去用のコンデンサ１１ｈと、コンパレータ１１ｆと、基準電圧発生源１１ｅと、積分回路１１ｇが備えられている。
抵抗１１ａ〜１１ｃの一端はモータ７の巻線のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ接続され、抵抗１１ａ〜１１ｃの他端は抵抗１１ｄの一端と共に共通に接続され、抵抗１１ｄの他端はグランドに接続されている。また、抵抗１１ｄと並列にコンデンサ１１ｈが接続されている。 Next, the relationship between the time width of the induced voltage, the on-duty time, and the rotation speed will be described with reference to FIG.
FIG. 4A is a block diagram showing an internal circuit of the rotational position detector 11, and FIG. 2B is an explanatory diagram for explaining its operation.
Inside the rotational position detector 11, resistors 11a to 11d for detecting the voltage of a virtual neutral point of the induced voltage generated in each of the U-phase, V-phase, and W-phase windings of the motor 7, and a noise removing capacitor 11h, a comparator 11f, a reference voltage generation source 11e, and an integration circuit 11g.
One ends of the resistors 11a to 11c are connected to the U phase, V phase, and W phase of the winding of the motor 7, respectively, and the other ends of the resistors 11a to 11c are connected in common with one end of the resistor 11d, and the other end of the resistor 11d is Connected to ground. A capacitor 11h is connected in parallel with the resistor 11d.

一方、コンパレータ１１ｆの＋入力端には抵抗１１ｄの一端が、コンパレータ１１ｆの−入力端には基準電圧源１１ｅがそれぞれ接続され、コンパレータ１１ｆの出力端は積分回路１１ｇの入力端に接続されており、積分回路１１ｇの出力端からは回転位置信号が出力されるようになっている。なお、各抵抗が共通に接続されている仮想中性点に誘起電圧が現れる。 On the other hand, one end of the resistor 11d is connected to the + input end of the comparator 11f, the reference voltage source 11e is connected to the − input end of the comparator 11f, and the output end of the comparator 11f is connected to the input end of the integrating circuit 11g. The rotation position signal is output from the output terminal of the integrating circuit 11g. An induced voltage appears at a virtual neutral point where the resistors are connected in common.

図４（２）は回転位置検出部１１の動作を説明する説明図であり、横軸は時間を示しており、縦軸において図４（２）（Ａ）はスイッチング信号を、図４（２）（Ｂ）はモータ７の回転数が低い場合の仮想中性点の電圧を、図４（２）（Ｃ）は回転数が低い場合のコンパレータ１１ｆの出力信号を、図４（２）（Ｄ）はモータ７の回転数が高い場合の仮想中性点の電圧を、図４（２）（Ｅ）は回転数が高い場合のコンパレータ１１ｆの出力信号を、それぞれ示している。 FIG. 4 (2) is an explanatory diagram for explaining the operation of the rotational position detector 11. The horizontal axis indicates time, and in the vertical axis, FIGS. 4 (2) and (A) indicate switching signals, and FIG. ) (B) shows the voltage at the virtual neutral point when the rotational speed of the motor 7 is low, FIGS. 4 (2) and (C) show the output signal of the comparator 11f when the rotational speed is low, and FIG. D) shows the voltage at the virtual neutral point when the rotational speed of the motor 7 is high, and FIGS. 4 (2) and 4 (E) show the output signal of the comparator 11f when the rotational speed is high.

図４（２）（Ｂ）や図４（２）（Ｄ）に示すように、仮想中性点に現れる誘起電圧はパルス状の波形となるがコンデンサ１１ｈの影響により、その波形の立ち上がりはなだらかに傾斜している。このため、コンパレータ１１ｆの出力信号のパルス幅はスイッチング信号のオンデューティ時間のみならず、誘起電圧の大きさ、つまり回転数に依存する。図４（２）（Ａ）に示すように、スイッチング信号のオンデューティ時間が同じ場合であっても、図４（２）（Ｂ）や図４（２）（Ｄ）に示すように基準電圧発生源１１ｅから出力される基準電圧と比較される誘起電圧の大きさによって、コンパレータ１１ｆの出力信号のパルス幅は異なり、回転数が高い方が回転数が低い場合よりもコンパレータ１１ｆの出力信号のパルス幅は広くなる。つまり、スイッチング信号のオンデューティ時間が短い場合であっても、回転数が高い場合は誘起電圧が高くなり、コンパレータ１１ｆの出力信号は積分回路１１ｇを通過して回転位置信号を出力できる十分なパルス幅となる。 As shown in FIGS. 4 (2) (B) and 4 (2) (D), the induced voltage appearing at the virtual neutral point has a pulse waveform, but the rise of the waveform is gentle due to the influence of the capacitor 11h. It is inclined to. For this reason, the pulse width of the output signal of the comparator 11f depends not only on the on-duty time of the switching signal but also on the magnitude of the induced voltage, that is, the rotation speed. As shown in FIGS. 4 (2) and (A), even if the on-duty time of the switching signal is the same, as shown in FIGS. 4 (2) (B) and 4 (2) (D), the reference voltage The pulse width of the output signal of the comparator 11f differs depending on the magnitude of the induced voltage compared with the reference voltage output from the generation source 11e, and the output signal of the comparator 11f is higher at a higher rotational speed than at a lower rotational speed. The pulse width becomes wider. That is, even when the on-duty time of the switching signal is short, the induced voltage becomes high when the rotational speed is high, and the output signal of the comparator 11f is a sufficient pulse that can pass through the integrating circuit 11g and output the rotational position signal. It becomes width.

一方、回転数が低くて誘起電圧が低い場合であってもオンデューティ時間が長い時は積分回路１１ｇを通過できる幅の広い波形の出力信号をコンパレータ１１ｆが出力できるため、回転位置検出部１１は回転位置信号を出力できる。 On the other hand, even if the rotational speed is low and the induced voltage is low, the comparator 11f can output an output signal having a wide waveform that can pass through the integrating circuit 11g when the on-duty time is long. A rotational position signal can be output.

このように、コンパレータ１１ｆの出力信号のパルス幅は、スイッチング信号のオンデューティ時間のみと関係するのでなく、回転数にも対応する関係がある。このため、回転位置検出部１１で誘起電圧による回転位置信号を確実に検出するためには、オンデューティ時間と回転数の両方の条件を満足させる必要がある。 Thus, the pulse width of the output signal of the comparator 11f is not only related to the on-duty time of the switching signal, but also has a relationship corresponding to the number of rotations. For this reason, in order for the rotational position detector 11 to reliably detect the rotational position signal based on the induced voltage, it is necessary to satisfy both the on-duty time and the rotational speed conditions.

前述したようにインバータ制御部３は、同じ回転数であっても回転数上昇速度が遅い場合は回転数上昇速度が速い場合に比較してオンデューティ時間を長くしてスイッチング信号を出力する。逆に言うとインバータ制御部３は、オンデューティ時間が回転位置検出部１１で位置検出可能な長さであれば回転数が低い場合であってもキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替えても継続して位置検出が可能となる。このため、回転数の閾値だけでキャリア周波数を切り替える従来の方式よりも早くこの切り替えを行なうことができるため、結果的に騒音の発生時間を短縮することができる。 As described above, the inverter control unit 3 outputs a switching signal with a longer on-duty time when the rotational speed increase speed is slow even when the rotational speed is the same, compared to when the rotational speed increase speed is fast. In other words, the inverter control unit 3 continues even if the carrier frequency is switched from 2 kHz to 4 kHz even if the number of rotations is low as long as the on-duty time is such that the rotational position detection unit 11 can detect the position. Position detection. For this reason, since this switching can be performed earlier than the conventional method of switching the carrier frequency only by the rotation speed threshold value, the noise generation time can be shortened as a result.

しかしながら、このためには回転数とオンデューティ時間の両方を考慮して、回転位置検出部１１で誘起電圧による回転位置信号を確実に検出できるタイミングでキャリア周波数を切り替えねばならない問題があった。 However, for this purpose, there is a problem that the carrier frequency must be switched at a timing at which the rotational position signal by the induced voltage can be reliably detected by the rotational position detector 11 in consideration of both the rotational speed and the on-duty time.

特開平１１−３１８０９７号公報（第７−８頁、図１）Japanese Patent Laid-Open No. 11-318097 (page 7-8, FIG. 1)

本発明は以上述べた問題点を解決し、キャリア周波数を切り替えてＰＷＭ制御されるインバータにより駆動されるモータの起動時に、脱調を防止しつつ、低いキャリア周波数を用いた制御時に発生する騒音の発生期間をできるだけ短くすることを目的とする。 The present invention solves the above-described problems and prevents noise generated during control using a low carrier frequency while preventing a step-out when starting a motor driven by an inverter that is PWM controlled by switching the carrier frequency. The purpose is to make the occurrence period as short as possible.

本発明は上述の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源が接続される入力端と、前記入力端に接続される直流電源部と、同直流電源部の出力端に接続されたインバータと、同インバータの出力端に接続されたモータと、前記モータの回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転位置検出部と、指示された回転数指令値に従って前記インバータを駆動するスイッチング信号をＰＷＭ制御により生成して出力し、前記モータを１２０度通電方式で制御する制御手段と、前記スイッチング信号を生成するためのキャリア信号のキャリア周波数を前記モータの回転数に基づいて切り替える周波数切替信号を出力するキャリア周波数切替指示手段と、入力された前記周波数切替信号に応じたキャリア周波数の前記キャリア信号を発生させて前記制御手段へ出力するキャリア信号発生手段を備えた空気調和機であって、
前記キャリア周波数切替指示手段は、前記回転位置信号と前記スイッチング信号とが入力され、入力された前記回転位置信号から回転数を算出し、同回転数が予め定めた前記モータの回転数よりも大きく、かつ、入力された前記スイッチング信号から算出したオンデューティ時間が予め定めたオンデューティー時間閾値よりも大きくなった時、前記キャリア信号発生手段が出力する前記キャリア信号のキャリア周波数より高いキャリア周波数の前記キャリア信号を出力させる前記周波数切替信号を出力する。 In order to solve the above-described problems, the present invention according to claim 1 of the present invention includes an input terminal to which an AC power supply is connected, a DC power supply unit connected to the input terminal, and the DC power supply unit. An inverter connected to the output terminal, a motor connected to the output terminal of the inverter, a rotational position detection unit that detects the rotational position of the motor and outputs a rotational position signal, and an instructed rotational speed command value The control signal for generating and outputting the switching signal for driving the inverter by PWM control, and controlling the motor by a 120-degree energization method, and the carrier frequency of the carrier signal for generating the switching signal is the rotation speed of the motor. Carrier frequency switching instruction means for outputting a frequency switching signal to be switched based on the carrier, and the carrier having a carrier frequency corresponding to the input frequency switching signal An air conditioner having a carrier signal generating means for outputting to said control means to generate items,
The carrier frequency switching instruction means receives the rotational position signal and the switching signal, calculates a rotational speed from the input rotational position signal, and the rotational speed is greater than a predetermined rotational speed of the motor. And, when the on-duty time calculated from the input switching signal becomes larger than a predetermined on-duty time threshold, the carrier frequency higher than the carrier frequency of the carrier signal output by the carrier signal generating means The frequency switching signal for outputting a carrier signal is output.

また、本発明の請求項２に記載の発明は、予め定めた前記モータの回転数が低いほど前記オンデューティー時間閾値が大きい。 In the invention according to claim 2 of the present invention, the on-duty time threshold value is larger as the predetermined rotation speed of the motor is lower.

以上の手段を用いることにより、本発明による空気調和機によれば、キャリア周波数を切り替えてＰＷＭ制御されるインバータにより駆動されるモータの起動時に、脱調を防止しつつ、低いキャリア周波数を用いた制御時に発生する騒音の発生期間をできるだけ短くすることができる。 By using the above means, the air conditioner according to the present invention uses a low carrier frequency while preventing a step-out while starting a motor driven by an inverter that is PWM controlled by switching the carrier frequency. The generation period of noise generated during control can be shortened as much as possible.

本発明による空気調和機の実施例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the Example of the air conditioner by this invention. 本発明によるキャリア周波数切替指示部の内部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the inside of the carrier frequency switching instruction | indication part by this invention. 本発明によるモータの回転制御を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining rotation control of the motor by this invention. 回転位置検出部の動作を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining operation | movement of a rotation position detection part. 従来の空気調和機を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional air conditioner. 従来のモータの回転制御を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining rotation control of the conventional motor. キャリア周波数の違いによる騒音の違いを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the difference in the noise by the difference in a carrier frequency.

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお、本願に関係のない熱交換器や冷媒回路、ファンモータ等は図示と説明を省略する。また、背景技術で説明したブロックにおいて全く同じ機能を有するものに関しては同じ名称と番号を付与する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail as examples based on the attached drawings. In addition, illustration and description of a heat exchanger, a refrigerant circuit, a fan motor, etc. that are not related to the present application are omitted. The same name and number are assigned to blocks having the same function in the blocks described in the background art.

図１は本発明による技術を用いた空気調和機２０を示すブロック図である。空気調和機２０は、互いに通信接続された室外機４０と室内機５０を備えている。
室外機４０は、図示しない交流電源が接続される入力端１と入力端２に接続された整流器４と、整流器４の出力側に接続されたコンバータ５と、コンバータ５の出力端に接続されるインバータ６と、インバータ６の出力端に接続された圧縮機のモータ７と、室内機５０からの指示により室外機４０全体を制御する室外機制御部９と、インバータ６を駆動する駆動信号を出力する駆動回路８を備えている。なお、整流器４とコンバータ５で直流電源部１２を構成している。また、モータ７は図示しないＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線を備えている。 FIG. 1 is a block diagram showing an air conditioner 20 using a technique according to the present invention. The air conditioner 20 includes an outdoor unit 40 and an indoor unit 50 that are communicatively connected to each other.
The outdoor unit 40 is connected to an input end 1 to which an AC power supply (not shown) is connected, a rectifier 4 connected to the input end 2, a converter 5 connected to the output side of the rectifier 4, and an output end of the converter 5. An inverter 6, a compressor motor 7 connected to the output terminal of the inverter 6, an outdoor unit controller 9 that controls the entire outdoor unit 40 according to an instruction from the indoor unit 50, and a drive signal that drives the inverter 6 are output. The drive circuit 8 is provided. The rectifier 4 and the converter 5 constitute a DC power supply unit 12. The motor 7 includes U-phase, V-phase, and W-phase windings (not shown).

さらに室外機制御部９は、モータ７の各巻線に発生する誘起電圧に基づいてモータ７の回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転位置検出部１１と、室外機制御部９から指示された回転数指令値に従ってモータ７を駆動するスイッチング信号であるＰＷＭ信号を生成して駆動回路８へ出力し１２０度通電方式でモータ７を制御するインバータ制御部３と、モータ７の回転位置信号とスイッチング信号が入力され、２種類のキャリア周波数を切り替える周波数切替信号を出力するキャリア周波数切替指示部３０（キャリア周波数切替指示手段）と、入力された周波数切替信号に従って２種類のキャリア周波数のうちいずれか一方の周波数のキャリア信号を発生させてインバータ制御部３へ出力するキャリア信号発生部１０を備えている。 Further, the outdoor unit controller 9 detects a rotational position of the motor 7 based on the induced voltage generated in each winding of the motor 7 and outputs a rotational position signal, and an instruction from the outdoor unit controller 9. Inverter control unit 3 that generates a PWM signal that is a switching signal for driving motor 7 in accordance with the rotation speed command value that is generated and outputs the PWM signal to drive circuit 8 to control motor 7 by a 120-degree energization method, and a rotational position signal of motor 7 A switching signal is input, and a carrier frequency switching instruction unit 30 (carrier frequency switching instruction means) that outputs a frequency switching signal for switching between two types of carrier frequencies, and one of the two types of carrier frequencies according to the input frequency switching signal. A carrier signal generation unit 10 that generates a carrier signal having one frequency and outputs the carrier signal to the inverter control unit 3 is provided.

インバータ制御部３は、室外機制御部９から回転数指令値が入力され、この回転数指令値で指示された回転数でモータ７を回転させるようにスイッチング信号を生成する。インバータ制御部３は、入力された回転位置信号に基づいてモータ７の各巻線の通電相を電気角の６０度毎に切り替えるように制御している。また、インバータ制御部３は、キャリア信号がキャリア信号発生部１０から入力されており、このキャリア信号を用いてモータ７の回転数が指示された回転数を維持できるようにスイッチング信号のデューティーを決定して出力する。
そして、キャリア信号発生部１０は、キャリア周波数切替指示部３０が出力する周波数切替信号が入力され、この周波数切替信号がハイレベルの時に４ｋＨｚ、ローレベルの時に２ｋＨｚの周波数のキャリア信号を出力する。
なお、スイッチング信号のデューティーとは、スイッチング信号のハイレベル期間とローレベル期間の比を意味するものであり、スイッチング信号のオンデューティー時間とはスイッチング信号のハイレベル期間の時間を意味している。そして、このハイレベル期間にインバータ６内の図示しないスイッチング素子がオンとなる。 The inverter control unit 3 receives the rotational speed command value from the outdoor unit control unit 9 and generates a switching signal so as to rotate the motor 7 at the rotational speed specified by the rotational speed command value. The inverter control unit 3 performs control so that the energized phase of each winding of the motor 7 is switched every 60 degrees of electrical angle based on the input rotational position signal. Further, the inverter control unit 3 receives the carrier signal from the carrier signal generation unit 10 and determines the duty of the switching signal so that the rotation number of the motor 7 can be maintained using the carrier signal. And output.
The carrier signal generation unit 10 receives a frequency switching signal output from the carrier frequency switching instruction unit 30 and outputs a carrier signal having a frequency of 4 kHz when the frequency switching signal is high level and 2 kHz when the frequency switching signal is low level.
The duty of the switching signal means the ratio between the high level period and the low level period of the switching signal, and the on-duty time of the switching signal means the time of the high level period of the switching signal. Then, a switching element (not shown) in the inverter 6 is turned on during this high level period.

図２はキャリア周波数切替指示部３０の内部を示すブロック図である。
キャリア周波数切替指示部３０は、回転数検出部３１（回転数検出手段）と、オンデューティー時間閾値抽出部３２（オンデューティー時間閾値抽出手段）と、比較部３３（比較手段）と、オンデューティ時間算出部３４（オンデューティ時間算出手段）を備えている。キャリア周波数切替指示部３０は、回転位置信号が入力されており、この回転位置信号は回転数検出部３１に入力されている。回転数検出部３１はモータ７が１回転する時間を計測し、１秒をこの計測した時間で除算することで１秒間の回転数（単位：ｒｐｓ）を算出する。 FIG. 2 is a block diagram showing the inside of the carrier frequency switching instruction unit 30.
The carrier frequency switching instruction unit 30 includes a rotation number detection unit 31 (rotation number detection unit), an on-duty time threshold extraction unit 32 (on-duty time threshold extraction unit), a comparison unit 33 (comparison unit), and an on-duty time. A calculation unit 34 (on-duty time calculation means) is provided. The carrier frequency switching instruction unit 30 is input with a rotational position signal, and this rotational position signal is input to the rotational speed detection unit 31. The rotation speed detector 31 measures the time for which the motor 7 rotates once, and calculates the rotation speed (unit: rps) for 1 second by dividing 1 second by this measured time.

この算出した１秒間の回転数はオンデューティー時間閾値抽出部３２に入力されており、入力された回転数においてキャリア周波数を低い周波数から高い周波数に切り替えても回転数位置検出部１１で回転位置信号を出力可能な最短のオンデューティ時間であるオンデューティー時間閾値をオンデューティー時間閾値抽出部３２内に記憶されている閾値テーブルから抽出する。なお、この抽出されたオンデューティー時間閾値は比較部３３に入力されている。 The calculated number of rotations per second is input to the on-duty time threshold value extraction unit 32. Even if the carrier frequency is switched from a low frequency to a high frequency at the input rotation number, the rotation position signal is detected by the rotation position detection unit 11. Is extracted from the threshold table stored in the on-duty time threshold value extraction unit 32, which is the shortest on-duty time that can be output. Note that the extracted on-duty time threshold value is input to the comparison unit 33.

次に回転位置検出部１１で検出可能な誘起電圧を発生させる最小のオンデューティ時間であるオンデューティー時間閾値（単位：μＳ）を格納した閾値テーブルについて説明する。
この閾値テーブルの内容は例えば回転数（単位：ｒｐｓ）が４、５、６、７、８、９、１０、１１・・・に対応してオンデューティー時間閾値は、５２、４８、３９、３０、２８、２６、２４、２２・・・のように回転数が高いほどオンデューティー時間閾値が小さくなるように予め決定されている。 Next, a threshold table storing an on-duty time threshold (unit: μS) that is a minimum on-duty time for generating an induced voltage that can be detected by the rotational position detection unit 11 will be described.
The contents of this threshold table correspond to, for example, the number of revolutions (unit: rps) 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. .., 28, 26, 24, 22..., 28, 26, 24, 22..., 28, 26, 24, 22.

次にオンデューティー時間閾値抽出部３２で使用する閾値テーブルのオンデューティー時間閾値を予め実験で求める方法を説明する。
まず、最初に空調負荷が最も重い状態でモータ７の起動を開始し、モータ７の位置検出が可能になったらスイッチング信号のオンデューティ時間を１９μＳから徐々に増加する起動運転において、強制的にキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替えて、位置検出が可能で、かつ、正常に動作を継続できる最低のオンデューティ時間とその時の回転数を記録する。 Next, a method for obtaining in advance an on-duty time threshold value in the threshold table used by the on-duty time threshold value extraction unit 32 will be described.
First, start-up of the motor 7 is started with the heaviest air-conditioning load. When the position of the motor 7 can be detected, the carrier is forcibly set in the start-up operation in which the on-duty time of the switching signal is gradually increased from 19 μS. By switching the frequency from 2 kHz to 4 kHz, the minimum on-duty time during which the position can be detected and the operation can be continued normally and the number of rotations at that time are recorded.

次に空調負荷が最も軽い状態でモータ７の起動を開始し、モータ７の位置検出が可能になったらスイッチング信号のオンデューティ時間を１９μＳから徐々に増加する起動運転において、強制的にキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替えて、位置検出が可能で、かつ、正常に動作を継続できる最低のオンデューティ時間とその時の回転数を記録する。 Next, the start of the motor 7 is started in the state where the air conditioning load is lightest. When the position of the motor 7 can be detected, the carrier frequency is forcibly set in the start-up operation in which the on-duty time of the switching signal is gradually increased from 19 μS. By switching from 2 kHz to 4 kHz, the minimum on-duty time during which position detection is possible and operation can be continued normally and the number of rotations at that time are recorded.

そして空調負荷が最大と最低の中央の状態でモータ７の起動を開始し、モータ７の位置検出が可能になったらスイッチング信号のオンデューティ時間を１９μＳから徐々に増加する起動運転において、強制的にキャリア周波数を２ｋＨｚから４ｋＨｚに切り替えて、位置検出が可能で、かつ、正常に動作を継続できる最低のオンデューティ時間とその時の回転数を記録する。 Then, starting the motor 7 with the air conditioning load at the center between the maximum and minimum, and when the position of the motor 7 can be detected, the start-up operation forcibly increases the on-duty time of the switching signal from 19 μS. By switching the carrier frequency from 2 kHz to 4 kHz, the minimum on-duty time during which position detection is possible and operation can be continued normally and the number of rotations at that time are recorded.

このようにして、負荷の大きさ毎に記録した回転数とオンデューティ時間、つまり、記録した回転数とオンデューティー時間閾値をテーブル化する。さらに精度を向上させるために、負荷の大きさを細分化してオンデューティー時間閾値とその時の回転数を細かく求めてテーブルに反映させてもよい。 In this way, the recorded rotational speed and on-duty time for each load size, that is, the recorded rotational speed and on-duty time threshold are tabulated. In order to further improve accuracy, the magnitude of the load may be subdivided, and the on-duty time threshold value and the number of rotations at that time may be obtained in detail and reflected in the table.

前述したようにオンデューティー時間閾値抽出部３２は、回転数が高いほどオンデューティー時間閾値が小さくなる閾値テーブルを用いている。これは、回転数が高いほどモータ７の巻線の誘起電圧が高くなって、スイッチング信号のオンデューティ時間が短くても回転位置検出部１１で確実に回転位置を検出可能となるためである。逆に回転数が低いほどモータ７の巻線の誘起電圧が低くなって、回転位置検出部１１で回転位置を確実に検出することが困難になるため、検出を確実にするために長いオンデューティ時間が必要となることに対応している。 As described above, the on-duty time threshold value extraction unit 32 uses a threshold table in which the on-duty time threshold value decreases as the rotational speed increases. This is because the higher the number of revolutions, the higher the induced voltage of the winding of the motor 7, and the rotational position detection unit 11 can reliably detect the rotational position even when the on-duty time of the switching signal is short. Conversely, the lower the rotation speed, the lower the induced voltage of the winding of the motor 7, and it becomes difficult to reliably detect the rotation position by the rotation position detection unit 11. Therefore, a long on-duty is required to ensure the detection. Corresponds to the need for time.

一方、オンデューティ時間算出部３４は、インバータ６内のスイッチング素子をオンオフ制御するスイッチング信号のいずれか１つのスイッチング信号が入力されている。そしてオンデューティ時間算出部３４は、この入力されたスイッチング信号の立ち上がりから立ち下がりまでの時間を検出してオンデューティ時間として比較部３３へ出力する。 On the other hand, the on-duty time calculation unit 34 receives one of the switching signals for switching on / off the switching elements in the inverter 6. The on-duty time calculation unit 34 detects the time from the rising edge to the falling edge of the input switching signal and outputs the detected time to the comparison unit 33 as the on-duty time.

以上説明したようにオンデューティー時間閾値抽出部３２は刻々と入力される回転数に対応するオンデューティー時間閾値を常に抽出して比較部３３へ出力している。そして、比較部３３は、オンデューティ時間算出部３４が出力するオンデューティ時間と算出されたオンデューティー時間閾値が入力されており、常にオンデューティ時間とオンデューティー時間閾値を比較し、オンデューティ時間がオンデューティー時間閾値以上となった時、周波数切替信号をハイレベルにする。比較部３３はオンデューティ時間がオンデューティー時間閾値未満の時には周波数切替信号をローレベルにする。 As described above, the on-duty time threshold value extraction unit 32 always extracts the on-duty time threshold value corresponding to the rotational speed that is input every moment and outputs it to the comparison unit 33. The comparison unit 33 receives the on-duty time output from the on-duty time calculation unit 34 and the calculated on-duty time threshold, and always compares the on-duty time with the on-duty time threshold. When the on-duty time threshold is exceeded, the frequency switching signal is set to high level. The comparison unit 33 sets the frequency switching signal to a low level when the on-duty time is less than the on-duty time threshold.

ただし、オンデューティー時間閾値抽出部３２は、モータの起動開始から１回だけ周波数切替信号をハイレベルにするため、キャリア周波数を切り替えることによりオンデューティ時間が短くなってオンデューティー時間閾値未満となっても周波数切替信号をローレベルにすることはない。そして、オンデューティー時間閾値抽出部３２は次回のモータ７の起動時には周波数切替信号を最初にローレベルにしてから処理を開始する。 However, since the on-duty time threshold value extraction unit 32 sets the frequency switching signal to a high level only once from the start of the start of the motor, the on-duty time becomes shorter by switching the carrier frequency and becomes less than the on-duty time threshold value. However, the frequency switching signal is not set to a low level. Then, the on-duty time threshold value extraction unit 32 first sets the frequency switching signal to the low level when the motor 7 is started next time, and starts the processing.

このように、キャリア周波数切替指示部３０は、回転数とこれに対応するオンデューティー時間閾値の組み合わせを各回転数毎に複数備えており、このいずれか一つの組み合わせでオンデューティ時間がオンデューティー時間閾値以上となった場合、周波数切替信号をハイレベルにするようになっている。キャリア周波数切替指示部３０は、この回転数とこれに対応するオンデューティー時間閾値の複数の組み合わせを備えた方が最適な周波数切替を判断することができるが、簡易的には回転数とこれに対応するオンデューティー時間閾値の１つの組み合わせを備えていてもよい。 Thus, the carrier frequency switching instruction unit 30 includes a plurality of combinations of the rotation speed and the corresponding on-duty time threshold value for each rotation speed, and the on-duty time is set to the on-duty time by any one of these combinations. When the threshold value is exceeded, the frequency switching signal is set to a high level. The carrier frequency switching instructing unit 30 can determine the optimum frequency switching with a plurality of combinations of the rotational speed and the corresponding on-duty time threshold value. One combination of corresponding on-duty time thresholds may be provided.

このようにインバータ制御部３は、回転数が低くて４ｋＨｚのキャリア周波数では回転位置検出部１１で回転位置を確実に検出することが困難な期間は、２ｋＨｚのキャリア周波数を用いてＰＷＭ信号を生成し、回転数が高くて４ｋＨｚのキャリア周波数でも回転位置検出部１１で回転位置を確実に検出することが可能な期間となったら、周波数を切り替えて４ｋＨｚのキャリア周波数を用いてＰＷＭ信号を生成する。 In this way, the inverter control unit 3 generates a PWM signal using the carrier frequency of 2 kHz during a period when the rotational speed is low and it is difficult for the rotational position detection unit 11 to reliably detect the rotational position at the carrier frequency of 4 kHz. Then, when the period when the rotational position is high and the rotational position can be reliably detected by the rotational position detector 11 even at a carrier frequency of 4 kHz, the PWM signal is generated by switching the frequency and using the carrier frequency of 4 kHz. .

図３は本発明によるモータ７の起動開始の回転制御を説明する説明図である。
図３の横軸は時間を示しており、縦軸の図３（１）はスイッチング信号のオンデューティー時間（単位：μＳ）を、図３（２）はモータ７の回転数（単位：ｒｐｓ）を、図３（３）は周波数切替信号を、図３（４）はモータ７の回転を制御する方式の対象期間をそれぞれ示している。なお、ｔ１０〜ｔ１４は時刻である。そして、図３の実線はモータ７の回転数の上昇速度が速い（負荷が軽い）場合を示し、破線はモータ７の回転数の上昇速度が遅い（負荷が重い）場合を示している。なお点線は、閾値テーブルのオンデューティー時間閾値をグラフ化したものである。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the rotation control for starting the motor 7 according to the present invention.
The horizontal axis of FIG. 3 represents time, FIG. 3 (1) of the vertical axis represents the on-duty time (unit: μS) of the switching signal, and FIG. 3 (2) represents the number of rotations of the motor 7 (unit: rps). 3 (3) shows the frequency switching signal, and FIG. 3 (4) shows the target period of the method for controlling the rotation of the motor 7. Note that t10 to t14 are times. The solid line in FIG. 3 shows the case where the speed of increase of the rotational speed of the motor 7 is fast (the load is light), and the broken line shows the case where the speed of increase of the rotational speed of the motor 7 is slow (the load is heavy). The dotted line is a graph of the on-duty time threshold value in the threshold value table.

図３において、室外機制御部９から回転数指令値が入力されるとインバータ制御部３は、図３（１）に示すようにモータ７が完全に停止しているｔ１０からスイッチング信号のオンデューティ時間を１９μＳ固定として、図３（２）に示すようにオープンループ方式の制御によりモータの回転速度を徐々に増加させ、例えばｔ１１で回転位置信号によってモータ７の回転位置が検出可能になったら、オープンループ方式による制御から回転位置を用いたクローズドループ方式による制御に切り替える。ただし、インバータ制御部３はこの制御に切り替えた後、スイッチング信号のオンデューティ時間を増加させながら同時に回転数も上昇させる。 In FIG. 3, when the rotation speed command value is input from the outdoor unit control unit 9, the inverter control unit 3 turns on the duty of the switching signal from t10 when the motor 7 is completely stopped as shown in FIG. When the time is fixed at 19 μS and the rotational speed of the motor is gradually increased by the control of the open loop system as shown in FIG. 3 (2). For example, when the rotational position of the motor 7 can be detected by the rotational position signal at t11, Switch from open-loop control to closed-loop control using rotational position. However, after switching to this control, the inverter control unit 3 simultaneously increases the rotational speed while increasing the on-duty time of the switching signal.

インバータ制御部３は指示された回転数指令値が入力された時、できるだけ早くこの回転数に達するようにインバータ６を制御する。このため、インバータ制御部３はスイッチング信号のオンデューティ時間が短くても遅れ位相とならない（負荷が軽い）場合、モータ７の各巻線の通電相を切り替えるタイミングを徐々に早くするため回転数の上昇速度も早くなる。逆にインバータ制御部３は遅れ位相となる（負荷が重い）場合、スイッチング信号のオンデューティを長くし、また、モータ７の各巻線の通電相を切り替えるタイミングを遅くするため回転数の上昇速度が遅くなる。 When the instructed rotation speed command value is input, the inverter control unit 3 controls the inverter 6 to reach this rotation speed as soon as possible. For this reason, when the on-duty time of the switching signal is short, the inverter control unit 3 does not become a lagging phase (the load is light), so that the rotation speed is increased in order to gradually advance the timing of switching the energization phase of each winding of the motor 7. Speed will also be faster. On the contrary, when the inverter control unit 3 has a lagging phase (a heavy load), the on-duty of the switching signal is increased, and the speed of increase in the rotational speed is increased in order to delay the timing for switching the energized phase of each winding of the motor 7. Become slow.

図３（３）に示すように、モータ７の起動を開始したｔ１０の時点ではキャリア周波数切替指示部３０は周波数切替信号をローレベル（キャリア周波数は２ｋＨｚ）で出力している。そして、インバータ制御部３はｔ１１で回転位置を用いたクローズドループ方式による制御に切り替えると、スイッチング信号のオンデューティ時間を増加させながら回転数を上昇させる。 As shown in FIG. 3 (3), the carrier frequency switching instruction unit 30 outputs the frequency switching signal at a low level (the carrier frequency is 2 kHz) at the time t10 when the start of the motor 7 is started. When the inverter control unit 3 switches to the closed loop control using the rotation position at t11, the inverter control unit 3 increases the rotation speed while increasing the on-duty time of the switching signal.

そして、回転数の上昇速度が遅い場合、ｔ１２で回転数が５ｒｐｓの時、オンデューティ時間は４８μＳまで増加している。キャリア周波数切替指示部３０のオンデューティー時間閾値抽出部３２は回転数が５ｒｐｓであるため閾値テーブルを参照して４８μＳのオンデューティー時間閾値を抽出する。比較部３３はオンデューティ時間算出部３４から出力されるオンデューティ時間の４８μＳと、４８μＳのオンデューティー時間閾値を比較してオンデューティ時間がオンデューティー時間閾値以上であるため周波数切替信号をハイレベル、つまりキャリア周波数を４ｋＨｚに指示する。 When the speed of increase in the rotational speed is low, the on-duty time increases to 48 μS when the rotational speed is 5 rps at t12. The on-duty time threshold value extraction unit 32 of the carrier frequency switching instruction unit 30 extracts the 48 μS on-duty time threshold value with reference to the threshold value table because the rotation speed is 5 rps. The comparison unit 33 compares the on-duty time threshold value of 48 μS output from the on-duty time calculation unit 34 with the on-duty time threshold value of 48 μS, and the on-duty time is equal to or higher than the on-duty time threshold value. That is, the carrier frequency is instructed to 4 kHz.

このハイレベルの周波数切替信号はキャリア周波数切替指示部３０からキャリア信号発生部１０へ入力され、キャリア信号発生部１０は２ｋＨｚのキャリア信号から４ｋＨｚのキャリア信号へ切り替えてインバータ制御部３へ出力する。そして、インバータ制御部３は４ｋＨｚのキャリア信号が入力されたため、結果的にオンデューティ時間が４８μＳから半分の２４μＳとなったスイッチング信号を出力し、さらに回転数とオンデューティ時間を増加させる。 The high-level frequency switching signal is input from the carrier frequency switching instruction unit 30 to the carrier signal generation unit 10, and the carrier signal generation unit 10 switches from the 2 kHz carrier signal to the 4 kHz carrier signal and outputs it to the inverter control unit 3. Then, since the 4 kHz carrier signal is input, the inverter control unit 3 outputs a switching signal whose on-duty time is reduced from 48 μS to 24 μS, and further increases the rotation speed and the on-duty time.

一方、インバータ制御部３は、回転数の上昇速度が速い場合もｔ１１から回転数とスイッチング信号のオンデューティ時間を増加させる。回転数の上昇速度が速い場合、キャリア周波数切替指示部３０は、例えばｔ１３で回転数が７．５ｒｐｓの場合でもこの時のオンデューティー時間閾値である３６μＳよりもオンデューティ時間が小さいため、周波数切替信号をローレベル、つまりにキャリア周波数を２ｋＨｚに指示したままである。 On the other hand, the inverter control unit 3 increases the on-duty time of the rotational speed and the switching signal from t11 even when the speed of increase in the rotational speed is fast. When the speed of increase in the rotational speed is high, the carrier frequency switching instruction unit 30 switches the frequency because the on-duty time is smaller than 36 μS, which is the on-duty time threshold at this time, even when the rotational speed is 7.5 rps at t13, for example. The signal remains low, i.e. the carrier frequency remains at 2 kHz.

そしてキャリア周波数切替指示部３０はｔ１４で回転数が１０ｒｐｓの時、インバータ制御部３から出力されるオンデューティ時間の２４μＳと、オンデューティ時間算出部３４から出力される２４μＳのオンデューティー時間閾値を比較してオンデューティ時間がオンデューティー時間閾値以上であるため周波数切替信号をハイレベル、つまりキャリア周波数を４ｋＨｚに指示する。 The carrier frequency switching instructing unit 30 compares the on-duty time threshold value of 24 μS output from the inverter control unit 3 with the 24 μS on-duty time threshold value output from the on-duty time calculating unit 34 when the rotation speed is 10 rps at t14. Since the on-duty time is equal to or greater than the on-duty time threshold, the frequency switching signal is instructed to a high level, that is, the carrier frequency is set to 4 kHz.

このハイレベルの周波数切替信号はキャリア周波数切替指示部３０からキャリア信号発生部１０へ入力され、キャリア信号発生部１０は２ｋＨｚのキャリア信号から４ｋＨｚのキャリア信号へ切り替えてインバータ制御部３へ出力する。そして、インバータ制御部３は４ｋＨｚのキャリア信号が入力されたため、結果的にオンデューティ時間が２４μＳから半分の１２μＳとなったスイッチング信号を出力し、さらに回転数とオンデューティ時間を増加させる。 The high-level frequency switching signal is input from the carrier frequency switching instruction unit 30 to the carrier signal generation unit 10, and the carrier signal generation unit 10 switches from the 2 kHz carrier signal to the 4 kHz carrier signal and outputs it to the inverter control unit 3. Then, since the 4 kHz carrier signal is input, the inverter control unit 3 outputs a switching signal that results in the on-duty time being reduced from 24 μS to 12 μS, and further increases the rotational speed and the on-duty time.

以上説明したように、キャリア周波数切替指示部３０は、回転数が予め定めたモータ７の回転数よりも大きく、かつ、入力されたスイッチング信号から算出したオンデューティ時間が予め定めたオンデューティー時間閾値よりも大きい時、周波数切替信号を出力して２ｋＨｚと４ｋＨｚの２つのキャリア周波数のうち低い周波数のキャリア信号から高い周波数のキャリア信号に切り替える指示を出力するため、キャリア周波数を切り替えてＰＷＭ制御されるインバータ６により駆動されるモータ７の起動時に、脱調を防止しつつ、２ｋＨｚの低いキャリア周波数を用いたキャリア信号によりＰＷＭ制御した時に発生する騒音の発生期間をできるだけ短くすることができる。 As described above, the carrier frequency switching instruction unit 30 has a predetermined on-duty time threshold value whose rotational speed is larger than the predetermined rotational speed of the motor 7 and the on-duty time calculated from the input switching signal. When the frequency is larger than the output frequency, a frequency switching signal is output and an instruction to switch from a lower carrier signal to a higher frequency carrier signal out of two carrier frequencies of 2 kHz and 4 kHz is output. When the motor 7 driven by the inverter 6 is started, the generation period of noise generated when PWM control is performed by a carrier signal using a carrier frequency as low as 2 kHz can be made as short as possible while preventing step-out.

また、予め定めたモータの回転数が低いほどオンデューティー時間閾値が大きくなるように閾値テーブルを構成しているため、騒音の発生期間を短縮するために最適なタイミングで周波数切替信号を出力することができる。 In addition, since the threshold table is configured so that the on-duty time threshold value increases as the rotational speed of the predetermined motor decreases, the frequency switching signal can be output at an optimal timing to shorten the noise generation period. Can do.

なお、本実施例ではキャリア周波数切替指示部３０をハードウェアとして説明しているが、これに限るものでなく、ソフトウェアで実現してもよい。 In the present embodiment, the carrier frequency switching instruction unit 30 is described as hardware. However, the present invention is not limited to this, and may be realized by software.

１入力端
２入力端
３インバータ制御部
４整流器
５コンバータ
６インバータ
７インバータ
７モータ
８駆動回路
９室外機制御部
１０キャリア信号発生部
１１回転位置検出部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ抵抗
１１ｅ基準電圧源
１１ｆコンパレータ
１１ｇ積分回路
１２直流電源部
２０空気調和機
３０キャリア周波数切替指示部（キャリア周波数切替指示手段）
３１回転数検出部（回転数検出手段）
３２オンデューティー時間閾値抽出部（オンデューティー時間閾値抽出手段）
３３比較部（比較手段）
３４オンデューティ時間算出部（オンデューティ時間算出手段）
４０室外機
５０室内機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input end 2 Input end 3 Inverter control part 4 Rectifier 5 Converter 6 Inverter 7 Inverter 7 Motor 8 Drive circuit 9 Outdoor unit control part 10 Carrier signal generation part 11 Rotation position detection part 11a, 11b, 11c, 11d Resistance 11e Reference voltage source 11f Comparator 11g Integration circuit 12 DC power supply unit 20 Air conditioner 30 Carrier frequency switching instruction unit (carrier frequency switching instruction unit)
31 Rotational speed detection unit (rotational speed detection means)
32 On-duty time threshold extraction unit (on-duty time threshold extraction means)
33 Comparison part (comparison means)
34 On-duty time calculation unit (on-duty time calculation means)
40 outdoor unit 50 indoor unit

Claims

交流電源が接続される入力端と、前記入力端に接続される直流電源部と、同直流電源部の出力端に接続されたインバータと、同インバータの出力端に接続されたモータと、前記モータの回転位置を検出して回転位置信号を出力する回転位置検出部と、指示された回転数指令値に従って前記インバータを駆動するスイッチング信号をＰＷＭ制御により生成して出力し、前記モータを１２０度通電方式で制御する制御手段と、前記スイッチング信号を生成するためのキャリア信号のキャリア周波数を前記モータの回転数に基づいて切り替える周波数切替信号を出力するキャリア周波数切替指示手段と、入力された前記周波数切替信号に応じたキャリア周波数の前記キャリア信号を発生させて前記制御手段へ出力するキャリア信号発生手段を備えた空気調和機であって、
前記キャリア周波数切替指示手段は、前記回転位置信号と前記スイッチング信号とが入力され、入力された前記回転位置信号から回転数を算出し、同回転数が予め定めた前記モータの回転数よりも大きく、かつ、入力された前記スイッチング信号から算出したオンデューティ時間が予め定めたオンデューティー時間閾値よりも大きくなった時、前記キャリア信号発生手段が出力する前記キャリア信号のキャリア周波数より高いキャリア周波数の前記キャリア信号を出力させる前記周波数切替信号を出力することを特徴とする空気調和機。 An input terminal to which an AC power supply is connected, a DC power supply unit connected to the input terminal, an inverter connected to an output terminal of the DC power supply unit, a motor connected to the output terminal of the inverter, and the motor A rotational position detector that detects the rotational position of the motor and outputs a rotational position signal; and generates and outputs a switching signal for driving the inverter according to the instructed rotational speed command value by PWM control, and the motor is energized 120 degrees. Control means for controlling in a system, carrier frequency switching instruction means for outputting a frequency switching signal for switching the carrier frequency of the carrier signal for generating the switching signal based on the number of rotations of the motor, and the input frequency switching Carrier signal generating means for generating the carrier signal having a carrier frequency corresponding to the signal and outputting the carrier signal to the control means is provided. A gas-conditioner,
The carrier frequency switching instruction means receives the rotational position signal and the switching signal, calculates a rotational speed from the input rotational position signal, and the rotational speed is greater than a predetermined rotational speed of the motor. And, when the on-duty time calculated from the input switching signal becomes larger than a predetermined on-duty time threshold, the carrier frequency higher than the carrier frequency of the carrier signal output by the carrier signal generating means An air conditioner that outputs the frequency switching signal for outputting a carrier signal.

予め定めた前記モータの回転数が低いほど前記オンデューティー時間閾値が大きいことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。 2. The air conditioner according to claim 1, wherein the on-duty time threshold value is larger as the predetermined rotation speed of the motor is lower.