JP6450938B2 - Motor drive device, compressor drive device using the same, and refrigerator - Google Patents
Motor drive device, compressor drive device using the same, and refrigerator Download PDFInfo
- Publication number
- JP6450938B2 JP6450938B2 JP2015168579A JP2015168579A JP6450938B2 JP 6450938 B2 JP6450938 B2 JP 6450938B2 JP 2015168579 A JP2015168579 A JP 2015168579A JP 2015168579 A JP2015168579 A JP 2015168579A JP 6450938 B2 JP6450938 B2 JP 6450938B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- motor
- speed
- compressor
- brushless
- rotation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
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圧縮機の駆動装置、および冷蔵庫に関する。 The present invention relates to a motor driving device for driving a brushless DC motor, a driving device for a compressor using the same, and a refrigerator.
従来のモータ駆動装置を用いて冷却する冷蔵庫において、冷凍サイクル内に四方弁を設け、圧縮機運転時は通常の冷凍サイクルを構成し、圧縮機停止時は高低圧がサイクル上分離し、かつドライヤから圧縮機に高圧冷媒がパスされ、圧縮機吸入/吐出の圧力差を小さくなるよう四方弁を切り換えている。これにより、圧縮機停止時には、高圧側の冷媒が蒸発器に流れ込むことなく、蒸発器の温度は低いまま保持され庫内温度を上昇させないことで冷蔵庫の省エネを図っている(例えば、特許文献1参照)。 In a refrigerator that is cooled using a conventional motor drive device, a four-way valve is provided in the refrigeration cycle, and a normal refrigeration cycle is configured when the compressor is operating, and high and low pressures are separated on the cycle when the compressor is stopped. The high-pressure refrigerant is passed from the compressor to the compressor, and the four-way valve is switched so as to reduce the pressure difference between the compressor suction and discharge. Thereby, when the compressor is stopped, the refrigerant on the high-pressure side does not flow into the evaporator, the temperature of the evaporator is kept low, and the internal temperature is not increased, so that energy saving of the refrigerator is achieved (for example, Patent Document 1). reference).
また、一般的に起動に際して、予め定められたモータへの印加電圧パターンを予め定められた周期で順に切り換えて起動を行い、設定回転速度に達した際にモータへの印加電圧パターンをモータの磁極位置を検出するなどの位置検出をベースにした制御へと切り換えて駆動する(例えば、特許文献2参照)。 In general, at the time of starting, a predetermined voltage pattern applied to the motor is switched in order at a predetermined cycle to start up, and when the set rotational speed is reached, the applied voltage pattern to the motor is changed to the magnetic pole of the motor. Driving is switched to control based on position detection such as position detection (see, for example, Patent Document 2).
図9は、特許文献1に記載された従来のモータ駆動装置を用いた冷蔵庫を示すものである。図9に示すように、低圧シェル圧縮機101、コンデンサ(凝縮器)102、ドライヤ103、毛細管104、蒸発器105の順番で冷凍サイクルが形成され、冷媒は冷凍サイクル内を圧縮機101から凝縮器105に向けて流れている。四方弁106は入り口Aをドライヤ103に、出口Bを毛細管104に、入り口Cを蒸発器105に、出口Dを圧縮機101に接続する。圧縮機101運転中は、四方弁106の入り口Aと出口B、入り口Cと出口Dを連通させている。また停止中は四方弁106の入り口Aと出口D、入り口Cと出口Bを連通させる。これにより、圧縮機停止中は圧縮機101、コンデンサ102、ドライヤ103を設けた高圧域の閉回路と、毛細管104、蒸発器105を設けた低圧域の閉回路を構成するようにしている。冷凍サイクル動作中は正規の冷凍サイクルが形成され、通常の冷却運転を行うことができる。また、冷凍サイクル停止時は高低圧がサイクル上分離され、かつドライヤから圧縮機に高圧冷媒がパスされ、圧縮機吸入/吐出の圧力差を小さくし、負荷トルク変動が小さい状態で起動することができる。これらの構成により、冷凍サイクル停止中は、高圧側の冷媒が蒸発器105に流れることがなく蒸発器105の温度も上昇せず、冷凍サイクルのロスを低減することができる。
FIG. 9 shows a refrigerator using a conventional motor driving device described in
しかしながら上記従来の構成は、モータ駆動装置が起動時の大きな負荷トルク変動に対応できず振動が増加し圧縮機の信頼性が低下するため、圧縮機101を安定して起動させるには、圧縮機101の停止時は四方弁106を用いて、圧縮機101の吸入と吐出の圧力をバランスさせる必要がある。そのため、システムが複雑になりコストも増加するという課題があった。
However, the above-described conventional configuration cannot cope with a large load torque fluctuation at the time of starting the motor and the vibration increases and the reliability of the compressor decreases. Therefore, in order to start the compressor 101 stably, the compressor When stopping 101, it is necessary to balance the suction and discharge pressures of the compressor 101 by using the four-
本発明は上記従来の課題を解決するもので、負荷トルク変動が大きな状態でも安定して
起動するモータ駆動装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a motor drive device that can be stably started even when a load torque fluctuation is large.
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、1回転中で変動する負荷を駆動するブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータに電圧を印加し駆動するドライブ部と、前記ブラシレスDCモータの起動から1回転後の速度が次の1回転の速度変化率が所定値以下に収まるように加速させるよう前記ドライブ部が印加する電圧を決定する速度加速部を備えるものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a motor driving device according to the present invention includes a brushless DC motor that drives a load that fluctuates during one rotation, a drive unit that applies voltage to the brushless DC motor and drives the brushless DC motor, and the brushless A speed accelerating unit is provided that determines a voltage applied by the drive unit so that the speed after one rotation from the start of the DC motor is accelerated so that the speed change rate of the next one rotation is within a predetermined value.
これによって、負荷変動による前記ブラシレスDCモータの速度変化が小さくなり、振動の発生を抑制し起動することができる。 As a result, the speed change of the brushless DC motor due to the load fluctuation is reduced, and the vibration can be suppressed and started up.
本発明のモータ駆動装置は、負荷トルク変動が大きな状態でも安定して起動することができる。 The motor drive device of the present invention can be stably started even when the load torque fluctuation is large.
第1の発明は、1回転中で変動する負荷を駆動するブラシレスDCモータと、前記ブラシレスDCモータに電圧を印加し駆動するドライブ部と、前記ブラシレスDCモータの起動から1回転後の速度が次の1回転の速度変化率が所定値以下に収まるように加速させるよう前記ドライブ部が印加する電圧を決定する速度加速部を備えることにより、負荷に対して速度は2乗の効果があるため負荷の増加に対して小さな速度上昇で前記ブラシレスDCモータでの速度変化を抑制でき、前記ブラシレスDCモータの振動を低減することとなる。これによって、負荷トルク変動が大きな状態でも、安定して起動することができる。 According to a first aspect of the present invention, a brushless DC motor that drives a load that fluctuates during one rotation, a drive unit that applies a voltage to the brushless DC motor to drive, and a speed after one rotation from the start of the brushless DC motor are as follows: By providing a speed accelerating unit that determines the voltage applied by the drive unit so that the speed change rate of one rotation of the rotation is kept below a predetermined value, the speed has a square effect on the load. The speed change in the brushless DC motor can be suppressed with a small increase in speed with respect to the increase in frequency, and the vibration of the brushless DC motor is reduced. As a result, even when the load torque fluctuation is large, it is possible to start up stably.
第2の発明は、第1の発明において、前記速度加速部は、前記ブラシレスDCモータの起動から1回転以内の速度を次の1回転の速度変化率が1回転中の最大変化から計算される負荷で所定値以下に収まるよう加速させることにより、前記ブラシレスDCモータが駆動する負荷の最も起動が困難な条件で起動が可能となり、要求される全ての条件で安定して起動することができる。 In a second aspect based on the first aspect, the speed accelerating unit calculates a speed within one revolution from the start of the brushless DC motor, and a speed change rate of the next one revolution is calculated from a maximum change during one revolution. By accelerating the load so that it falls below a predetermined value, the load driven by the brushless DC motor can be started under the most difficult conditions and can be stably started under all required conditions.
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記ブラシレスDCモータの磁極位置を検出する位置検出部を備え、前記ドライブ部が起動前に前記ブラシレスDCモータの特定の相に電流を流す位置決めを行い、所定時間経過後に位置決め位相より90度以上進んだ相に電流を流した状態で前記位置検出部の位置情報を取得し駆動を開始することにより
、前記ブラシレスDCモータの磁極位置に応じた駆動を行うこととなるため、1回転の中に負荷変動があって速度が大きく変化する場合でも安定した駆動を行うことができる。
According to a third invention, in the first or second invention, a position detection unit that detects a magnetic pole position of the brushless DC motor is provided, and the drive unit supplies a current to a specific phase of the brushless DC motor before starting. Positioning is performed, and after the predetermined time has passed, the position information of the position detection unit is acquired and the drive is started in a state in which a current is passed through a phase advanced by 90 degrees or more from the positioning phase, so as to respond to the magnetic pole position of the brushless DC motor. Therefore, stable driving can be performed even when the load varies during one rotation and the speed changes greatly.
第4の発明は、第1から第3の発明のいずれかのモータ駆動装置を用いた圧縮機であり、安定して起動することができる圧縮機を提供することができる。 4th invention is a compressor using the motor drive device in any one of 1st to 3rd invention, and can provide the compressor which can be started stably.
第5の発明は、第4の発明の圧縮機を備え、前記圧縮機の吸入側と吐出側の圧力差が残る状態で起動する冷蔵庫であり、前記圧縮機の吸入と吐出に圧力差がついた状態であっても起動できることとなり、単純なシステム構成で安価に前記蒸発器の温度を上昇させず、冷凍サイクルのロスを低減する冷蔵庫を提供することができる。 A fifth invention is a refrigerator including the compressor of the fourth invention and started up with a pressure difference between the suction side and the discharge side of the compressor remaining, and there is a pressure difference between suction and discharge of the compressor. Therefore, it is possible to provide a refrigerator that can reduce the loss of the refrigeration cycle without increasing the temperature of the evaporator at a low cost with a simple system configuration.
第6の発明は、第5の発明において、前記圧縮機がの吸入側と吐出側の圧力差が少なくとも0.05MPaより大きいものであり、振動の増加による劣化の促進を軽減し、前記圧縮機の信頼性を維持しつつ、冷凍サイクルのロスを低減できる冷蔵庫を提供することができる。 According to a sixth invention, in the fifth invention, the pressure difference between the suction side and the discharge side of the compressor is at least larger than 0.05 MPa, the acceleration of deterioration due to an increase in vibration is reduced, and the compressor Thus, it is possible to provide a refrigerator capable of reducing the loss of the refrigeration cycle while maintaining the reliability.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるモータ駆動装置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30は、交流電源1に接続され、ブラシレスDCモータ5を駆動する。以下、モータ駆動装置30について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a motor drive device according to
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で構成される。
The
平滑部3は整流回路2の出力側に接続され、整流回路2の出力を平滑する。平滑コンデンサ3eと、リアクタ3fとから構成される。平滑部3からの出力はインバータ4に入力される。
The
インバータ4は、平滑部3からの電圧に交流電源1の電源周期の2倍周期で大きなリプル成分を含んだ直流電力を交流電力に変換する。インバータ4は、6個のスイッチング素子4a〜4fを3相ブリッジ接続して構成される。また、6個の還流電流用ダイオード4g〜4lは、各スイッチング素子4a〜4fに、逆方向に接続される。
The
ブラシレスDCモータ5は、永久磁石を有する回転子5aと、3相巻線を有する固定子5bとから構成される。ブラシレスDCモータ5は、インバータ4により作られた3相交流電流が固定子5bの3相巻線に流れることにより、回転子5aを回転させる。
The
位置検出部6は、固定子5bの3相巻線に発生する誘起電圧や、固定子5bの3相巻線に流れる電流と印加電圧などから固定子5aの磁極位置を検出する。本実施の形態においてはブラシレスDCモータ5の端子電圧を取得し、ブラシレスDCモータ5の回転子5aの磁極相対位置を検出する。具体的には、位置検出部6は、固定子5bの3相巻線に発生する誘起電圧に基づいて、回転子5aの相対的な回転位置を検出している。具体的には誘起電圧と基準となる電圧を比較し、ゼロクロスを検出する。誘起電圧のゼロクロスの基準となる電圧は3相分の端子電圧から仮想中点を作っても良いし、直流母線電圧を取得しその電圧としても良い。本実施の形態では仮想中点とする。誘起電圧から検出する方式は構成が簡単でより安価に構成することが可能となる。
The
速度検出部7は、位置検出部6が検出する位置情報からブラシレスDCモータ5の現在の駆動速度を計算する。本実施の形態では、誘起電圧のゼロクロス検出からの時間を測定し、この時間から現在の速度として計算を行う。
The
速度加速部8は、速度検出部7で検出された現在の速度を元にブラシレスDCモータ5に印加すべき電圧を計算する。速度加速部8で印加すべき電圧の計算は、時間経過と共に上昇していく目標速度と現在の差に応じて印加電圧の大きさを変えるような比例制御でも良いし、負荷変化が最大の最も加速しにくい条件で目標の速度に到達できるよう予め決定しておいた電圧変化率で印加電圧を決定しても良い。比例制御で行う場合は目標速度を加速度合いから決定する。例えば、一番最初の目標速度と電圧印加は固定にしておき、電圧を印加した結果、速度検出部7が検出する速度情報の大きさによって目標速度を決定する。目標速度は速度検出部7の結果が大きいほど小さくし、速度検出部7の結果が小さいほど目標速度を大きくする。これによって、負荷が大きな条件ほど、1回転後の平均速度が高くなり、次の1回転の速度変化を振動が問題とならないレベルに抑制し、振動を抑制することができるようになる。速度変化が問題とならないレベルとは圧縮機の吸入と吐出の圧力差がバランスしているとして扱える最大のときの速度変化率と同じになるものとする。また、速度変化率とはある時点から1回転した際の最低速度を1回転の最初の速度で割ったものとして定義する。例えば、ある時点での速度が3r/sで、ここから1回転をした際の最低速度が2.7r/sだとすると、速度変化率は2.7を3で除算した結果の0.9となる。
The
本実施の形態では、電圧変化率は予め電圧変化率を決定し印加電圧を決定する方式とする。この方式は、非常に単純な構成で可能となるため、より安価にシステムを構築することができる。 In this embodiment, the voltage change rate is determined in advance by determining the voltage change rate and determining the applied voltage. Since this method is possible with a very simple configuration, a system can be constructed at a lower cost.
また、速度加速部8は外部から入力される速度指令を受けて、起動のための印加電圧指令を出力し始める。
Further, the
ドライブ部9は位置検出部6で検出されるブラシレスDCモータの回転子5aの位置に基づき、インバータ4がブラシレスDCモータ5の3相巻線に供給する電力の供給タイミングとPWM制御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4のスイッチング素子4a〜4f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5bに最適な交流電力が印加され、回転子5aが回転し、ブラシレスDCモータ5が駆動される。駆動波形は矩形波や正弦波などがあるが、特にこだわらない。
Based on the position of the brushless
また、ドライブ部9では速度加速部8で設定した印加電圧を元にPWMデューティ幅を計算し、出力する。
The
また、どの相に通電するかの決定を位置検出部6からの情報を基に、ドライブ部9で行っており、本実施の形態では120度矩形波で行っているため、上側アームのスイッチング素子4a、4c、4eをそれぞれ120度ずつずらして通電している。下側アームも同様に120度ずつずらして、スイッチング素子4b、4d、4fを通電している。スイッチング素子4aと4b、4cと4d、4eと4fはそれぞれお互いの通電期間の間に60度ずつのオフ期間が存在する。
Further, which phase is energized is determined by the
また、ドライブ部9では、起動時にブラシレスDCモータ5の任意の少なくとも2相に、例えば1秒間、通電を行い回転子5aの位置が特定の磁極位置に来るようにし、その後、通電していた位相から90〜150deg進んだ位相に通電を行い、位置検出部6がブラシレスDCモータ5の回転子の位置を検出するのを待つ。そして、位置検出部6が位置
を検出し、ドライブ部9に位置検出信号が入力されると次の位相へと通電位相を切り換える通常の駆動状態へと移行する。最初の少なくとも2相に通電する期間は通電している位相に対して、ブラシレスDCモータ5を起動後に通常駆動する状態よりも90deg位相が遅れた状態となるまで通電を行う。これにより確実に起動時の位相を固定でき、更に次に通電する位相を90〜150deg進めた状態とすることで、通常駆動する状態と同じ通電位相状態となるため、ブラシレスDCモータ5の出力トルクを大きく取ることができ、更に位相遅れによる起動の振動を低減することができる。
In addition, the
次に、本実施の形態におけるモータ駆動装置30を用いた冷凍装置および冷蔵庫について説明する。
Next, a refrigeration apparatus and a refrigerator using the
冷蔵庫22には圧縮機17が搭載されているが、ブラシレスDCモータ5の回転子5a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5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は吸入と圧縮の工程でのトルク変動が大きく、速度および電流値が大きく変動する。
As a compression method (mechanism method) of the
圧縮機17で圧縮された冷媒は、二方弁18、凝縮器19、減圧器20、蒸発器21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19では放熱を、蒸発器21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22が構成される。
The refrigerant compressed by the
二方弁18は、通電によって開閉動作が可能な電磁弁などがあり、本実施の形態では弁を用いる。二方弁18は、圧縮機17が運転中は開状態とし、圧縮機17と凝縮器19を連通させ、冷媒が流れる。一方で圧縮機17が停止中は二方弁18は閉状態とし、圧縮機17と凝縮器19との間を閉塞させ、冷媒が流れないようにする。
The two-
以上のように構成されたモータ駆動装置30について、その動作を図2から図4を用いて説明する。
The operation of the
図2から図4において、横軸はブラシレスDCモータ5の回転子5aの磁極位置の位相を示し、図2から図4のAの縦軸は、ブラシレスDCモータ5が駆動する負荷トルクを示し、図2から図4のBの縦軸は、ブラシレスDCモータ5の駆動速度を示している。
2 to 4, the horizontal axis represents the phase of the magnetic pole position of the
また、図2から図4に示すように、負荷トルクとブラシレスDCモータ5の速度は大きく変化するが、負荷トルクの増加とブラシレスDCモータ5の速度が最小となるタイミングは一致せず、負荷トルクに対してブラシレスDCモータ5の速度には応答遅れが存在する。
Further, as shown in FIGS. 2 to 4, the load torque and the speed of the
まず図2を用いて、従来の圧縮機の起動条件での速度変化に関して説明する。 First, the speed change under the starting condition of the conventional compressor will be described with reference to FIG.
図2のAは、圧縮機17の吸入と吐出の圧力差が0.5MPaのときのブラシレスDCモータ5にかかる負荷トルクの1回転での変化を示している。0.5MPaは従来の吸入と吐出の圧力差でバランスしているとみなせる最大の圧力差であり、許容できる最大の圧力差である。つまり速度変化率が最も大きくなる起動時に許される最大の圧力差での速度
変化率が、許容される最大の速変化率となる。このバランスしているとみなせる最大の圧力差のときのブラシレスDCモータの速度の変化が図2のBに示されている。初期速度は従来の同期運転の速度である3r/sを表しており、この初期速度で1回転した場合の速度変化を表している。つまり圧縮機17では図2のBに示す速度変化率しか許容されていないこととなる。
FIG. 2A shows a change in load torque applied to the
次に図3を用いて、従来の起動方法で負荷トルク変動が大きい場合での起動の速度変化に関して説明する。 Next, with reference to FIG. 3, a description will be given of a change in the starting speed when the load torque fluctuation is large in the conventional starting method.
図3のAは、圧縮機17の吸入と吐出の圧力差が2.5MPaでブラシレスDCモータ5にかかる負荷が図2のAに比べて5倍程度増加した条件での1回転の負荷トルク変化を示している。この2.5MPaの圧力差は本システムでの最大の圧力差で、ブラシレスDCモータ5が駆動する負荷が1回転する中で最大の負荷変化となっている。このときの、ブラシレスDCモータの1回転分の速度の変化が図3のBに示されている。初期速度は図2のBと同様に、従来の同期運転速度である3r/sとしており、このときの速度変化は図2のBと比べると大きくなっており、速度変化率が大きくなり振動が大幅に増加する。
FIG. 3A shows a change in load torque of one rotation under the condition that the pressure difference between the suction and discharge of the
次に図4を用いて、本実施の形態での負荷トルク変動が大きい場合での起動の速度変化に関して説明する。 Next, with reference to FIG. 4, a description will be given of a change in the starting speed when the load torque fluctuation is large in the present embodiment.
図4のAは図3のAと同様に、圧縮機17の吸入と吐出の圧力差が2.5MPaの時のブラシレスDCモータ5にかかる負荷トルクを示している。図4のBは、本実施の形態における起動方法で、1回転以内に到達する目標速度を初期速度とした場合の速度変化である。図4のAの負荷トルクの条件で、初期速度を従来の起動速度の5の平方根を乗算した速度の約6.71r/sとしたときの速度変化を示しており、目標速度は6.71r/sとしている。図4のBの速度変化率は従来と同じになっている。
4A shows the load torque applied to the
速度変化率は負荷に対して速度の2乗で比例するため、負荷が5倍となった場合は、速度を5の平方根倍することで、図2で示す負荷条件と駆動速度での速度変化率と同じにすることができる。 The speed change rate is proportional to the square of the speed with respect to the load. Therefore, when the load becomes five times, the speed change under the load condition and driving speed shown in FIG. Can be the same as the rate.
図5は、回転速度を3r/sとし、圧縮機17の吸入と吐出の圧力差がバランスしている最大の圧力差である0.5MPaのときの負荷を1としたときに、負荷が変化した際にどれだけ速度が必要かをあらわしている。これを見ると例えば負荷が4倍になれば、速度は3r/sを4の平方根倍である2倍した6r/sとすれば良い事が分かる。
FIG. 5 shows that the load changes when the rotational speed is 3 r / s and the load at 0.5 MPa, which is the maximum pressure difference between the suction and discharge pressures of the
つまり、圧縮機17の吸入と吐出の圧力がバランスした状態として扱う最大の負荷変化に対する、起動時にシステムに必要とされる圧縮機17の吸入と吐出の最大圧力差での負荷変化の倍率を平方根倍した速度に1回転以内に到達することで圧縮機の振動を抑えることができる。
That is, the square root of the ratio of the load change at the maximum pressure difference between the suction and discharge of the
起動から、1回転以内に発生する速度変化に関しては、速度変化の影響を受ける圧縮機17などの信頼性が問題になる対象が、振動していない状態に対して力を加えることとなるため、圧縮機17など影響を受ける物質の慣性力によりほとんど影響を受けず、問題とならない。速度変化が継続することで、大きな影響を与えることとなる。
As for the speed change that occurs within one rotation from the start, the subject whose reliability is a problem, such as the
詳細な制御方法に関して、図6を用いて説明する。図6は圧縮機17の停止中に呼び出され起動が完了することで終了する。
A detailed control method will be described with reference to FIG. FIG. 6 is called when the
まず、STEP201において、圧縮機17を駆動する速度を指令する速度指令の有無
を速度加速部8が判断する。速度指令が有る場合は再びSTEP201へ移行し、速度指令が有る場合はSTEP202へと移行する。ここでは、速度指令がまだないものとして、STEP201へ移行する。
First, in STEP 201, the
再び、STEP201へ移行した場合は、再度速度指令があるかどうかを判断する。つまり、速度指令が外部から入力されるまではSTEP201で待機することとなる。ここでは、外部から速度指令が入力されたものとしてSTEP202へと移行する。 When the process proceeds to STEP 201 again, it is determined again whether there is a speed command. That is, it waits in STEP201 until a speed command is input from the outside. Here, the process proceeds to STEP 202 on the assumption that a speed command has been input from the outside.
STEP202では、ドライブ部9が起動の準備のために、ブラシレスDCモータ5の任意の2相に通電を行い、電流を流し始め、タイマAをリセットしスタートさせる。この際、印加される電圧は電流が、ブラシレスDCモータの回転子5aの永久磁石が減磁する電流未満かつインバータ4が破壊しない電流未満となるよう速度加速部8が調整する。そしてSTEP203へ移行する。
In STEP 202, the
STEP203では、ドライブ部9がタイマAが所定時間A以上かどうかを判定する。所定時間A以上であればSTEP204へ移行し、所定時間A未満であれば、STEP203へ移行する。ここでは、所定時間Aが経過していないとし、再びSTEP203へ移行する。
In STEP 203, the
再度、STEP203ではタイマAと所定時間Aの値が比較され、判断される。つまり、ブラシレスDCモータ5へ通電を開始し所定時間Aだけ経過するまではSTEP203で待機し、ブラシレスDCモータ5の2相に電流が流れ続け、位相が固定されることとなる。所定時間Aは十分位相が固定される時間であれば良く、本実施の形態では1秒である。ここでは、タイマAの値が所定時間A以上となったとし、STEP204へ移行する。
Again, in STEP 203, the value of the timer A and the predetermined time A are compared and determined. That is, until energization of the
STEP204では、ドライブ部9がSTEP202で通電を開始した任意の2相から決定される位相から120deg進んだ位相に通電を開始した後、タイマBとタイマCをリセットし、スタートさせる。STEP202の通電がスイッチング素子4aとスイッチング素子4dだとすると、STEP204ではスイッチング素子4cとスイッチング素子4fへの通電となる。そして、STEP205へと移行する。
In STEP 204, after the
STEP205では、ドライブ部9がタイマBが所定時間B以上かどうかを判断する。所定時間B以上ならばSTEP208へ移行し、所定時間B未満ならSTEP206へと移行する。ここでは、STEP204での通電を開始したばかりなので所定時間B未満としてSTEP206へと移行する。
In STEP 205, the
STEP206では、位置検出部6がブラシレスDCモータ5の位置を検出できたかどうかを判断する。位置を検出できた場合、STEP210へ移行し、位置を検出できなかった場合、STEP207へと移行する。ここではSTEP204での通電を開始したばかりで、位置検出をできていないとしSTEP207へ移行する。
In STEP 206, it is determined whether or not the
STEP207では速度検出部7が検出する速度が次の1回転で速度変化率が所定値以下になるために必要な速度に到達しているかどうかを判断する。目標速度に到達している場合は、処理を終了し、到達していない場合は再びSTEP205へと移行する。目標速度はバランスしているとみなす最大の負荷で従来速度で起動した場合から求める。従来速度を3r/sとし、負荷が5倍に増えたとすると目標速度は約6.71r/sとなる。ここではまだ、一件視検出もされていないため、STEP205へ再び移行する。
In STEP 207, it is determined whether or not the speed detected by the
STEP205へ再度移行したとして、タイマBが所定時間B以上かどうかを判断する。ここでは一連の処理が行われ所定時間Bだけ経過したとしてSTEP208へと移行す
る。
Assuming the transition to STEP 205 again, it is determined whether or not the timer B is equal to or longer than the predetermined time B. Here, a series of processing is performed, and it proceeds to STEP 208 assuming that a predetermined time B has elapsed.
STEP208では、ドライブ部9からブラシレスDCモータ5へ印加する電圧を上昇し加速させるために印加電圧指令値を現在のものに一定値加算する。ここで、加算する値は、本実施の形態での最大負荷条件で1回転以内に目標の駆動速度に到達することが可能な値を実験的もしくはシミュレーションにより予め決定している。そして、STEP209へと移行する。
In STEP 208, in order to increase and accelerate the voltage applied from the
STEP209では次の印加電圧を増加させるタイミングを図るためにタイマBをリセットし再度スタートさせ、STEP206へと移行する。 In STEP 209, the timer B is reset and restarted in order to increase the next applied voltage, and the process proceeds to STEP 206.
STEP206でSTEP204での通電開始からある程度時間たつと位置検出が発生し、STEP210へと移行する。 In STEP 206, position detection occurs after a certain period of time from the start of energization in STEP 204, and the process proceeds to STEP 210.
STEP210では、タイマCの値を取得し、リセット後に再度スタートさせる。タイマCは現在の印加電圧パターンが継続した時間となる。そして、STEP211へと移行する。 In STEP 210, the value of timer C is acquired and restarted after resetting. Timer C is the time that the current applied voltage pattern continues. Then, the process proceeds to STEP 211.
STEP211ではタイマCの取得結果の逆数をとることにより速度を計算し、STEP212へと移行する。 In STEP 211, the speed is calculated by taking the reciprocal of the acquisition result of the timer C, and the process proceeds to STEP 212.
STEP212では現在の通電位相よりも60deg位相を進めた通電パターンを印加し、STEP207へと移行する。 In STEP 212, an energization pattern that is advanced by 60 deg from the current energization phase is applied, and the process proceeds to STEP 207.
STEP205からSTEP207へ到達する経路を繰り返すことでブラシレスDCモータ5は加速し、目標速度に到達する。そしてSTEP207で目標速度に到達した結果、処理を終了する。
By repeating the path from STEP 205 to STEP 207, the
以上のフローを停止中に呼び出し起動が完了するまで処理を行うことで圧縮機17の吸入と吐出に0.05MPaより大きい負荷条件でも大きな振動なく起動することができる。
By performing the process until the call activation is completed while the above flow is stopped, the
圧縮機17において、吸入と吐出の間の差圧が0.05MPaより大きい状態で、印加電圧を1回転の中で速度に応じて変化させず、加速のために単調に増加させた場合、差圧により負荷トルクの変動が大きく速度変動が大きくなるため、振動が大きくなり、圧縮機17の部品の磨耗による故障の可能性の増加などがあったが、本実施の形態では、従来の印加方式に比べ信頼性を大きく向上できる。
In the
次に、本実施の形態のモータ駆動装置30を圧縮機17に適用し、冷蔵庫22に搭載した場合について説明する。
Next, the case where the
圧縮機17を起動と同時に、二方弁18を開の状態とし、圧縮機17の吐出と凝縮器19を連通させる。二方弁18は圧縮機17の起動と同時に開にするとしたが、時間的に多少前後しても問題とはならない。圧縮機17の駆動を継続すると凝縮器19は高圧となり、減圧器20で減圧され蒸発器21は低圧となる。このとき、圧縮機17の凝縮器19につながる吐出は高圧に、蒸発器21につながる吸入は低圧となる。ここで、冷蔵庫22の庫内温度が低下し、圧縮機17を停止したとする。二方弁18が開のままの状態では徐々に凝縮器19と蒸発器21の圧力がバランスしていく。圧縮機17の吸入と吐出の間の圧力差が0.05MPa以下のバランスしたといえる状態になるまで、冷蔵庫のシステムにもよるが10分程度かかる。圧縮機17の停止と同時に二方弁18を開から閉状態に移行
させると凝縮器19と蒸発器21の圧力差はほぼ維持され、圧縮機17の吐出と吸入に圧力差が残る。冷蔵庫22の庫内温度が上昇し、再び圧縮機17を起動する際に、圧縮機17の停止中に二方弁18を閉め圧力差を保持した状態と、圧力がバランスした状態から起動する場合と比較した場合、二方弁18を閉め圧力差を保持したほうが、凝縮器19と蒸発器21の間に再び圧力差を設けるための電力が小さくすむため、省エネとなる。また、圧縮機17の停止中も二方弁18を開のままにする場合や、二方弁18を設けない場合であっても、停止から圧力がバランスする10分経過前に庫内温度が上昇した場合も従来であれば圧力差が0.05MPa以下でしか起動できなかったため、10分経過することを待っていた。一方、本実施の形態では、0.05MPaより大きな差圧でも起動を可能にしているため、庫内温度が上昇し、圧縮機17の運転が必要なタイミングで起動が可能となり、バランスした状態に比べ凝縮器19と蒸発器21との間に圧力差を設けるための電力が減少することとなるため、省エネが可能となる。
Simultaneously with the start of the
二方弁18は三方弁や四方弁に比べシステムを単純に構成することができ、圧縮機17の吸入と吐出の圧力差を維持することができる。
The two-
以上ように、本実施の形態においては、1回転中で変動する負荷を駆動するブラシレスDCモータ5と、ブラシレスDCモータ5に電圧を印加し駆動するドライブ部9と、ブラシレスDCモータ5の起動から1回転以内の速度が次の1回転の速度変化率が所定値以下に収まるように加速させるようドライブ部9が印加する電圧を決定する速度加速部8を備えることにより、負荷に対して速度は2乗の効果があるため負荷の増加に対して小さな速度上昇でブラシレスDCモータ5での速度変化を抑制でき、ブラシレスDCモータ5の振動を低減することとなり、負荷トルク変動が大きな状態でも、安定して起動することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、本実施の形態では速度加速部8は、ブラシレスDCモータ5の起動から1回転以内の速度を次の1回転の速度変化率が1回転中の最大変化から計算される負荷で所定値以下に収まるよう加速させることにより、ブラシレスDCモータ5が駆動する負荷の最も起動が困難な条件で起動が可能となり、要求される全ての条件で安定して起動することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、ブラシレスDCモータ5の磁極位置を検出する位置検出部6を備え、ドライブ部9が起動前にブラシレスDCモータ5の特定の相に電流を流す位置決めを行い、所定時間経過後に位置決め位相より90度以上進んだ相に電流を流した状態で位置検出部6の位置情報を取得し駆動を開始するとしたことにより、ブラシレスDCモータ5の磁極位置に応じた駆動を行うこととなるため、1回転の中に負荷変動があってまた、速度が大きく変化する場合でも安定した駆動を行うことができる。
Further, in the present embodiment, the
また、モータ駆動装置30が圧縮機17、凝縮器19、減圧器20、蒸発器21、圧縮機17の順に接続された冷凍サイクルの圧縮機17を駆動し、圧縮機17の吸入側と吐出側の圧力差が残る状態で起動するとした冷蔵庫22としたことにより、圧縮機17の吸入と吐出に圧力差がついた状態であっても起動できることとなり、単純なシステム構成で安価に蒸発器21の温度を上昇させず、冷凍サイクルのロスを低減することができる
また、圧縮機17の圧力差が少なくとも0.05MPaより大きいとしたことにより、通常振動が増加する圧力差であっても振動の増加による劣化の促進を軽減し、圧縮機17の信頼性を維持しつつ、冷凍サイクルのロスを低減できる。
Further, the
本発明のモータ駆動装置は、起動時に負荷トルクが変動する状態であっても起動が可能となる。これにより、冷蔵庫のみならず、エアコン、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圧縮機に適用できる。
The motor drive device of the present invention can be started even when the load torque fluctuates during startup. Thereby, it can apply not only to a refrigerator but to the compressor in an air-conditioner, a vending machine, a showcase, and a heat pump water heater.
5 ブラシレスDCモータ
8 速度加速部
9 ドライブ部
17 圧縮機
19 凝縮器
20 減圧器
21 蒸発器
22 冷蔵庫
30 モータ駆動装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015168579A JP6450938B2 (en) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | Motor drive device, compressor drive device using the same, and refrigerator |
| BR112018003257-3A BR112018003257B1 (en) | 2015-08-28 | 2016-08-10 | REFRIGERATOR |
| CN201680046997.1A CN107960145B (en) | 2015-08-28 | 2016-08-10 | Motor drive device, and drive device for compressor and refrigerator using same |
| EP16841065.2A EP3343751B1 (en) | 2015-08-28 | 2016-08-10 | Refrigerator |
| PCT/JP2016/003696 WO2017038024A1 (en) | 2015-08-28 | 2016-08-10 | Motor driving device, as well as refrigerator and device for operating compressor in which said motor driving device is used |
| SG11201800798TA SG11201800798TA (en) | 2015-08-28 | 2016-08-10 | Motor driving device, as well as refrigerator and device for operating compressor in which said motor driving device is used |
| US15/897,587 US10637377B2 (en) | 2015-08-28 | 2018-02-15 | Motor driving device, as well as refrigerator and device for operating compressor in which said motor driving device is used |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015168579A JP6450938B2 (en) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | Motor drive device, compressor drive device using the same, and refrigerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017046511A JP2017046511A (en) | 2017-03-02 |
| JP6450938B2 true JP6450938B2 (en) | 2019-01-16 |
Family
ID=58212318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015168579A Active JP6450938B2 (en) | 2015-08-28 | 2015-08-28 | Motor drive device, compressor drive device using the same, and refrigerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6450938B2 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09117188A (en) * | 1995-10-16 | 1997-05-02 | Matsushita Refrig Co Ltd | Refrigerating cycle device |
| JP3550910B2 (en) * | 1996-10-18 | 2004-08-04 | ダイキン工業株式会社 | Method and apparatus for starting brushless DC motor |
| JP4075338B2 (en) * | 2001-07-18 | 2008-04-16 | 株式会社豊田自動織機 | Control method of electric compressor |
| 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 JP2015168579A patent/JP6450938B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017046511A (en) | 2017-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10637377B2 (en) | Motor driving device, as well as refrigerator and device for operating compressor in which said motor driving device is used | |
| JP6134905B2 (en) | MOTOR DRIVE DEVICE AND ELECTRIC DEVICE USING THE SAME | |
| KR20140116728A (en) | Apparatus and method for initially driving a sensorless bldc motor | |
| US20150155806A1 (en) | Motor Control Device | |
| US20170257044A1 (en) | Method for stopping a compressor and compressor of a refrigeration appliance | |
| JP5375260B2 (en) | Motor drive device and refrigerator using the same | |
| JP2012186876A (en) | Compressor drive unit and refrigerator using the same | |
| JP6450938B2 (en) | Motor drive device, compressor drive device using the same, and refrigerator | |
| JP2010252406A (en) | Motor drive device and refrigerator using the same | |
| JP4453308B2 (en) | Compressor control device | |
| JP2004104997A (en) | Brushless electric motor control equipment | |
| WO2007116730A1 (en) | Apparatus and method for controlling reciprocal compressor | |
| EP3288176B1 (en) | Motor drive device and refrigerator employing same | |
| JP2017046514A (en) | Motor drive device, compressor drive device using the same, and refrigerator | |
| JP2010252480A (en) | Motor drive device and refrigerator using the same | |
| JP7542173B2 (en) | Motor drive device and refrigerator using the same | |
| JP6450939B2 (en) | Motor drive device, compressor drive device using the same, refrigeration device, and refrigerator | |
| JP7573152B2 (en) | Motor drive device and refrigerator using the same | |
| JP7108812B2 (en) | Motor drive device and refrigerator using the same | |
| JP2019092353A (en) | Motor drive device and refrigerator using the same | |
| JP2014155268A (en) | Driving device for reciprocal compressor | |
| CN112242801A (en) | Electric motor drive device and refrigerator and refrigeration cycle device using the same | |
| JP2010246333A (en) | Motor drive device and refrigerator using the same | |
| JP2006002732A (en) | Reciprocating compressor controller | |
| WO2019225486A1 (en) | Motor driving device and refrigerator using same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180213 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181030 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181112 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6450938 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |