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JP7573152B2 - Motor drive device and refrigerator using the same - Google Patents
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JP7573152B2 - Motor drive device and refrigerator using the same - Google Patents

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JP7573152B2 JP2021558178A JP2021558178A JP7573152B2 JP 7573152 B2 JP7573152 B2 JP 7573152B2 JP 2021558178 A JP2021558178 A JP 2021558178A JP 2021558178 A JP2021558178 A JP 2021558178A JP 7573152 B2 JP7573152 B2 JP 7573152B2
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Description

本開示は、圧縮機のブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動装置及びこれを用いた冷蔵庫に関する。 The present disclosure relates to a motor drive device that drives a brushless DC motor of a compressor and a refrigerator using the same.

特許文献1は、従来の圧縮機のブラシレスDCモータを駆動する冷蔵庫用のモータ駆動装置を開示する。このモータ駆動装置で駆動する圧縮機を搭載した冷蔵庫等の冷凍装置は、冷却運転の停止時、冷凍サイクルを高圧側と低圧側とにサイクル上分離して、冷媒の流れ込みを防ぐことにより、省エネルギ化を図る。しかし、そのように構成した場合、圧縮機の内部において、吸入圧力と吐出圧力とに大きな差が残る、すなわち吸入部と吐出部とに大きな圧力差が生じる。したがって、圧縮機の起動時、圧縮工程を乗り越える、すなわち圧縮工程を達成するために、大きなエネルギが必要となる。 Patent Document 1 discloses a motor drive device for a refrigerator that drives a brushless DC motor of a conventional compressor. A refrigeration device such as a refrigerator equipped with a compressor driven by this motor drive device aims to save energy by separating the refrigeration cycle into a high-pressure side and a low-pressure side when the cooling operation is stopped, and preventing the flow of refrigerant. However, when configured in this way, a large difference remains between the suction pressure and the discharge pressure inside the compressor, that is, a large pressure difference occurs between the suction section and the discharge section. Therefore, when the compressor is started, a large amount of energy is required to overcome the compression process, that is, to complete the compression process.

そこで、従来の圧縮機駆動用のモータ駆動装置では、起動前の圧縮機のピストンの位置を、上死点および下死点の間における上死点隣まで移動させる。ピストンを上死点隣まで移動させた後、圧縮機を起動させることにより、大きな加速が行われ、エネルギが蓄えられる。これにより、圧縮工程を乗り越える、すなわち圧縮工程が達成され、圧縮機が起動する。Therefore, in a conventional motor drive device for driving a compressor, the position of the piston of the compressor before starting is moved to a position close to the top dead center between the top dead center and the bottom dead center. After the piston is moved to a position close to the top dead center, the compressor is started, which causes a large acceleration and stores energy. This overcomes the compression stroke, i.e., the compression stroke is achieved, and the compressor starts.

図6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。このモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータ201およびブラシレスDCモータ201のロータに連結されたピストン202を有する圧縮機203と、モータを下死点に移動させる初期整列段階、吸入工程内の上死点隣に起動位置を移動させる強制整列段階およびブラシレスDCモータ201の回転子を加速させる加速段階を含む制御部204と、制御部204での駆動信号からモータに電力を供給するインバータ205とから構成されている。 Figure 6 shows a conventional motor drive device described in Patent Document 1. This motor drive device is composed of a brushless DC motor 201, a compressor 203 having a piston 202 connected to the rotor of the brushless DC motor 201, a control unit 204 including an initial alignment stage that moves the motor to the bottom dead center, a forced alignment stage that moves the starting position to adjacent to the top dead center in the intake stroke, and an acceleration stage that accelerates the rotor of the brushless DC motor 201, and an inverter 205 that supplies power to the motor from a drive signal from the control unit 204.

上記のように構成されたモータ駆動装置は、圧縮機203の停止時に、ピストン202が圧縮工程の手前で停止する確率が高く、ピストン202が下死点付近に停止しやすい。したがって、制御部204は、初期整列段階において、ピストン202が下死点の位相となる信号をインバータ205に送る。その後、インバータ205が電流をブラシレスDCモータ201のステータに流すことにより、ブラシレスDCモータ201のロータが回転し、ピストン202は下死点に移動する。In the motor drive device configured as described above, when the compressor 203 stops, the piston 202 is likely to stop before the compression stroke, and the piston 202 is likely to stop near the bottom dead center. Therefore, in the initial alignment stage, the control unit 204 sends a signal to the inverter 205 that puts the piston 202 in the bottom dead center phase. After that, the inverter 205 passes a current through the stator of the brushless DC motor 201, causing the rotor of the brushless DC motor 201 to rotate, and the piston 202 to move to the bottom dead center.

次に、制御部204は、強制整列段階において、ピストン202が下死点の位相から逆転方向に順次切替わる信号をインバータ205に送る。これにより、ピストン202の位置は、吸入工程における上死点隣まで移動させる。Next, the control unit 204 sends a signal to the inverter 205 to sequentially switch the piston 202 from the bottom dead center phase to the reverse direction in the forced alignment stage. This moves the position of the piston 202 to next to the top dead center in the intake stroke.

そして、制御部204は、加速段階において、ブラシレスDCモータ201を起動し加速させる信号をインバータ205に送る。これにより、ブラシレスDCモータ201は回転する。ピストン202は、上死点近傍から加速しているため、圧縮工程における速度が大きくなり、圧縮工程を乗り越える、すなわち圧縮工程が達成され、起動が可能となる。Then, in the acceleration stage, the control unit 204 sends a signal to the inverter 205 to start and accelerate the brushless DC motor 201. This causes the brushless DC motor 201 to rotate. Because the piston 202 has been accelerating since the vicinity of the top dead center, the speed in the compression stroke increases, and the compression stroke is overcome, i.e., the compression stroke is achieved, and starting is possible.

特開2007-107523号公報JP 2007-107523 A

本開示は、圧縮機の吸入圧力と吐出圧力とに差があるような負荷トルク変動が大きな状態であっても、安価であり、振動を抑制しかつ安定して起動できるモータ駆動装置を提供する。 The present disclosure provides a motor drive device that is inexpensive, suppresses vibration, and can start stably, even under conditions of large load torque fluctuations such as a difference between the suction pressure and discharge pressure of the compressor.

本開示におけるモータ駆動装置は、レシプロ型の圧縮機が有するピストンを駆動するブラシレスDCモータと、前記圧縮機の駆動停止中に前記ピストンを上死点からずらすよう前記ブラシレスDCモータを回転させるピストン位置変更部とを備える。The motor drive device of the present disclosure includes a brushless DC motor that drives a piston of a reciprocating compressor, and a piston position change unit that rotates the brushless DC motor to shift the piston from top dead center while the compressor is stopped.

本開示のモータ駆動装置は、圧縮機の駆動停止中に前記ピストンを上死点からずらすので、トルク不足を解消できる。したがって、高トルク駆動時および高負荷駆動時の駆動性能が向上する。このため、負荷トルク変動が大きな状態であっても、安定して起動できる。The motor drive device of the present disclosure displaces the piston from the top dead center while the compressor is stopped, eliminating torque shortages. This improves drive performance during high torque drive and high load drive. This allows stable start-up even when the load torque fluctuates greatly.

実施の形態1におけるモータ駆動装置のブロック図Block diagram of a motor drive device according to a first embodiment. 実施の形態1における圧縮機を構成する部品の模式図FIG. 1 is a schematic diagram of components constituting a compressor according to a first embodiment; 実施の形態1における圧縮機のピストンにかかる圧力と回転子の回転角度との関係を示す波形図FIG. 1 is a waveform diagram showing the relationship between the pressure applied to the piston of the compressor and the rotation angle of the rotor in the first embodiment. 実施の形態1におけるブラシレスDCモータが正転方向での運転中に必要なトルクと回転子の回転角度との関係を示す波形図FIG. 1 is a waveform diagram showing the relationship between the torque required when the brushless DC motor in the first embodiment is operating in the forward direction and the rotation angle of the rotor. 実施の形態1におけるブラシレスDCモータが逆転方向での運転中に必要なトルクと回転子の回転角度との関係を示す波形図FIG. 1 is a waveform diagram showing the relationship between the torque required when the brushless DC motor in the first embodiment is operating in the reverse direction and the rotation angle of the rotor. 従来の構成における上死点から起動させるために必要なトルクを表した波形図Waveform diagram showing the torque required to start from top dead center in a conventional configuration 従来の構成における上死点からピストンを移動させるために出力するトルクを表した波形図A waveform diagram showing the torque output to move the piston from the top dead center in a conventional configuration. 従来の構成における上死点から起動したときの回転子の速度を表した波形図Waveform diagram showing rotor speed when starting from top dead center in a conventional configuration 実施の形態1における上死点から起動させるために必要なトルクを表した波形図FIG. 11 is a waveform diagram showing the torque required for starting from the top dead center in the first embodiment. 実施の形態1における上死点からピストンを移動させるために出力するトルクを表した波形図FIG. 11 is a waveform diagram showing the torque output for moving the piston from the top dead center in the first embodiment. 実施の形態1における上死点から起動したときの回転子の速度を表した波形図FIG. 11 is a waveform diagram showing the rotor speed when starting from the top dead center in the first embodiment. 従来のモータ駆動装置のブロック図Block diagram of a conventional motor drive device

(本開示の基礎となった知見等)
発明者らが本開示に想到するに至った当時、特許文献1に記載されたモータ駆動装置が提供されていた。従来のモータ駆動装置は、圧縮機の吸入圧力と吐出圧力とに差があるため、負荷トルク変動が大きく、振動を抑制しつつ安定して起動することが困難であった。
(The knowledge and other information that formed the basis of this disclosure)
At the time when the inventors came up with the idea of the present disclosure, a motor drive device was provided as described in Patent Document 1. In the conventional motor drive device, there was a difference between the suction pressure and the discharge pressure of the compressor, so that the load torque fluctuation was large, and it was difficult to stably start the motor drive device while suppressing vibration.

特許文献1の構成では、ピストンが下死点付近に停止していることが想定されている。したがって、クランクシャフトの連結部およびピストンとシリンダ等との間において、冷媒に含まれるオイルが周囲に押しのけられることにより金属接触となる。このため、摩擦力が大きくなる上死点付近にピストンが停止した場合、ピストンを上死点から動かすために必要なトルクは、運転中よりも大きくなる。そのため、トルクが不足し、ピストンを正しい位置に移動させることができない。したがって、モータ駆動装置の起動不良などが発生するという課題を有している。 In the configuration of Patent Document 1, it is assumed that the piston is stopped near bottom dead center. Therefore, at the connecting part of the crankshaft and between the piston and the cylinder, etc., the oil contained in the refrigerant is pushed aside to the surroundings, resulting in metal contact. For this reason, when the piston stops near top dead center where frictional force is large, the torque required to move the piston from top dead center is greater than when the piston is in operation. As a result, there is insufficient torque and the piston cannot be moved to the correct position. This poses the problem of startup failure of the motor drive device.

また、ピストンが上死点に停止した際に、ピストンを動かすために必要なトルクを印加すると、ピストンが動き出した際にオイルが回り、摩擦力が低下する。これにより、急激な加速が発生し、振動となって表れるという課題を有している。つまり、差圧起動を行う際に上死点付近にピストンが停止すると、モータ駆動装置の起動不良または振動が発生するという課題を有している。発明者らはこのような課題を見出し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。 In addition, when the piston stops at top dead center and the torque required to move the piston is applied, the oil circulates as the piston starts to move, reducing friction. This causes a sudden acceleration, which manifests itself as vibration. In other words, when the piston stops near top dead center during differential pressure startup, the motor drive unit will fail to start or will vibrate. The inventors discovered this problem and came to create the subject matter of the present disclosure in order to solve it.

本開示は、圧縮機の吸入圧力と吐出圧力とに差があるような負荷トルク変動が大きな状態であっても、安価に振動を抑制しつつ安定して起動するモータ駆動装置を提供する。 The present disclosure provides a motor drive device that can inexpensively suppress vibrations and start stably, even under conditions of large load torque fluctuations such as a difference between the suction pressure and discharge pressure of the compressor.

以下、図面を参照しながら、実施の形態、すなわち冷蔵庫に搭載した圧縮機のモータ駆動装置を例にして説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Below, an embodiment, i.e., a motor drive device for a compressor mounted in a refrigerator, will be described as an example with reference to the drawings. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of matters that are already well known or duplicate explanations of substantially identical configurations may be omitted. This is to avoid making the following explanation unnecessarily redundant and to make it easier for those skilled in the art to understand.

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。It should be noted that the accompanying drawings and the following description are provided to enable those skilled in the art to fully understand the present disclosure and are not intended to limit the subject matter described in the claims.

(実施の形態1)
以下、図1~図5Cを用いて、実施の形態1を説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5C.

[1-1.構成]
図1は、本開示の実施の形態1におけるモータ駆動装置のブロック図である。図2は同実施の形態1における圧縮機17を構成する部品の模式図である。
[1-1. Configuration]
Fig. 1 is a block diagram of a motor drive device according to a first embodiment of the present disclosure. Fig. 2 is a schematic diagram of components constituting a compressor 17 according to the first embodiment.

図1に示すように、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。図2に示すように、ブラシレスDCモータ5の回転子5a、クランクシャフト17a、ピストン17bおよびシリンダ17cにより、レシプロ型の圧縮機17が構成されている。圧縮機17は、冷蔵庫22に搭載され、冷凍サイクルの一部を構成する。As shown in Fig. 1, the motor drive device 30 is connected to an AC power source 1 and drives a brushless DC motor 5. As shown in Fig. 2, the rotor 5a, crankshaft 17a, piston 17b and cylinder 17c of the brushless DC motor 5 form a reciprocating compressor 17. The compressor 17 is mounted in a refrigerator 22 and forms part of a refrigeration cycle.

交流電源1は、一般的な商用電源である。交流電源1は、例えば、実効値100Vの50Hzまたは60Hzの電源である。The AC power source 1 is a general commercial power source. For example, the AC power source 1 is a 50 Hz or 60 Hz power source with an effective value of 100 V.

以下、モータ駆動装置30の構成について説明する。 The configuration of the motor drive device 30 is described below.

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。整流回路2は、ブリッジ接続された4個の整流ダイオード2a~2dにより構成される。The rectifier circuit 2 receives the AC power from the AC power source 1 and rectifies the AC power into DC power. The rectifier circuit 2 is composed of four rectifier diodes 2a to 2d connected in a bridge configuration.

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。平滑部3は、平滑コンデンサ3eと、リアクタ3fとを有する。平滑部3からの出力は、インバータ4に入力される。The smoothing unit 3 is connected to the output side of the rectifier circuit 2 and smoothes the output of the rectifier circuit 2. The smoothing unit 3 has a smoothing capacitor 3e and a reactor 3f. The output from the smoothing unit 3 is input to the inverter 4.

リアクタ3fは、交流電源1と平滑コンデンサ3eとの間に挿入される。リアクタ3fは、整流ダイオード2a~2dの前後いずれに設けられてもよい。リアクタ3fは、高周波除去部を構成するコモンモードフィルタが回路に設けられた場合、高周波除去部のリアクタンス成分との合成成分が考慮されて構成される。 The reactor 3f is inserted between the AC power source 1 and the smoothing capacitor 3e. The reactor 3f may be provided either before or after the rectifier diodes 2a to 2d. When a common mode filter constituting the high frequency rejection section is provided in the circuit, the reactor 3f is configured taking into consideration the combined component with the reactance component of the high frequency rejection section.

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倍周期の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が3相ブリッジ接続されて構成される。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 inverter 4 converts the DC power, which contains a large ripple component with twice the power supply period of the AC power supply 1 in the voltage from the smoothing section 3, into AC power. The inverter 4 is composed of six switching elements 4a to 4f connected in a three-phase bridge. In addition, six freewheeling current diodes 4g to 4l are connected in the reverse direction to each of the switching elements 4a to 4f.

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とを有する。インバータ4により生成される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が回転する。The brushless DC motor 5 has a rotor 5a with a permanent magnet and a stator 5b with a three-phase winding. The rotor 5a rotates when a three-phase AC current generated by the inverter 4 flows through the three-phase winding of the stator 5b.

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、ならびに、固定子5bの3相巻線に流れる電流および印加電圧などに基づいて、固定子5bの磁極位置を検出する。The position detection unit 6 detects the magnetic pole position of the stator 5b based on the induced voltage generated in the three-phase winding of the stator 5b, as well as the current flowing through the three-phase winding of the stator 5b and the applied voltage.

本実施の形態において、位置検出部6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。また、位置検出部6は、誘起電圧および基準となる電圧を比較し、ゼロクロスを検出する。なお、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が作られた際の電圧であってもよく、直流母線電圧が取得された際の電圧であってもよい。本実施の形態では、誘起電圧のゼロクロスの基準となる電圧は、仮想中点の電圧である。In this embodiment, the position detection unit 6 acquires the terminal voltage of the brushless DC motor 5 and detects the relative magnetic pole position of the rotor 5a of the brushless DC motor 5. Specifically, the position detection unit 6 detects the relative rotational position of the rotor 5a based on the induced voltage generated in the three-phase winding of the stator 5b. The position detection unit 6 also compares the induced voltage with a reference voltage to detect zero crossing. The reference voltage for the zero crossing of the induced voltage may be the voltage when a virtual midpoint is created from the terminal voltages of the three phases, or may be the voltage when the DC bus voltage is acquired. In this embodiment, the reference voltage for the zero crossing of the induced voltage is the voltage of the virtual midpoint.

本実施の形態において、位置検出部6は、誘起電圧を検出する方式である。しかし、位置検出部6は、ブラシレスDCモータ5に流れる電流から位置を検出しても良い。位置検出部6は、インバータ4の直流母線に流れる電流をシャント電圧により検出し、通電状態および電流値から各相に流れる電流を検出する方式であってもよい。また、位置検出部6は、3相それぞれに流れる電流をセンサーおよびシャント抵抗などを用いて堅守する方式であってもよい。In this embodiment, the position detection unit 6 is a type that detects an induced voltage. However, the position detection unit 6 may also detect the position from the current flowing through the brushless DC motor 5. The position detection unit 6 may also be a type that detects the current flowing through the DC bus of the inverter 4 using a shunt voltage, and detects the current flowing through each phase from the energization state and current value. The position detection unit 6 may also be a type that monitors the current flowing through each of the three phases using a sensor and a shunt resistor, etc.

電流を検出する手段として比較した場合、直流母線の電流値から検出する方式は安価な構成となるが、各相の電流を分離するために波形にひずみが生じる場合がある。電流から位置を推定する場合および誘起電圧の場合において、誘起電圧から行う方式は、電流から位置を推定する場合よりも相対的に計算量が少なく、簡単な構成かつ安価に実現することができる。 When compared as a means of detecting current, the method of detection from the current value of the DC bus is inexpensive, but there is a possibility that distortion of the waveform will occur due to the need to separate the current of each phase. When estimating position from current and in the case of induced voltage, the method based on induced voltage requires relatively less calculations than estimating position from current, and can be implemented with a simple configuration and low cost.

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、速度検出部7は、誘起電圧のゼロクロス検出からの時間を測定し、測定した時間から現在の速度として計算する。The speed detection unit 7 calculates the current drive speed of the brushless DC motor 5 from the position information detected by the position detection unit 6. In this embodiment, the speed detection unit 7 measures the time from the zero cross detection of the induced voltage, and calculates the current speed from the measured time.

電圧検出部8は、インバータ4の直流母線間の電圧を検出する。一般的には、抵抗において分圧し、電圧をマイコンで扱える範囲に減圧、すなわち140V程度から5V以下に減圧した後、マイコンで逆算することにより、元の電圧を算出する。本実施の形態では、電圧を100分の1に分圧した値が用いられる。The voltage detection unit 8 detects the voltage between the DC busbars of the inverter 4. In general, the voltage is divided by resistors and reduced to a range that can be handled by a microcomputer, i.e., from about 140 V to 5 V or less, and then the original voltage is calculated by back calculation using a microcomputer. In this embodiment, the value obtained by dividing the voltage by 1/100 is used.

ピストン位置変更部11は、外部から入力される目標速度が0から0と異なる値に変化した時に、ブラシレスDCモータ5を駆動させ、圧縮機17のピストン17bの位置を動かす。The piston position change unit 11 drives the brushless DC motor 5 to move the position of the piston 17b of the compressor 17 when the target speed input from the outside changes from 0 to a value other than 0.

一般的に、圧縮機17が停止した際のピストン17bの停止位置は管理されていない。したがって、ピストン17bは、ランダムな場所に停止する。その際、圧縮機17のピストン17bが上死点付近に停止した際は、ピストン17bに大きな摩擦力が働く。そのため、ピストン17bが通常動作するよりも大きなトルクが必要となり、ピストン17bを動かすことが困難な状態となる。したがって、圧縮機17の起動には、上死点付近からピストン17bを動かす特別な動作が必要となる。Generally, the stopping position of piston 17b when compressor 17 stops is not managed. Therefore, piston 17b stops at a random location. In this case, when piston 17b of compressor 17 stops near the top dead center, a large frictional force acts on piston 17b. Therefore, a larger torque is required than when piston 17b normally operates, making it difficult to move piston 17b. Therefore, to start compressor 17, a special operation is required to move piston 17b from near the top dead center.

ピストン位置変更部11は、上死点付近からピストン17bを動かす特別な動作として、上死点から回転子5aを15度逆転した位相を中心に出力位相を変化させる。出力が変化する周期において、出力した位相に対し、回転子5aは完全には追従しない。ピストン位置変更部11による出力位相の変化は、あらかじめ決定された所定時間が経過することにより終了する。なお、あらかじめ決定された所定時間は、回転子5aを実際に動作させ、最大負荷にて移動できる期間より長く設定されてもよい。また、あらかじめ決定された所定期間は、圧力、各部位の摩擦係数およびイナーシャなどから計算によって求めても良い。 The piston position change unit 11 changes the output phase around a phase where the rotor 5a is reversed 15 degrees from the top dead center as a special operation to move the piston 17b from near the top dead center. In the cycle in which the output changes, the rotor 5a does not completely follow the output phase. The change in output phase by the piston position change unit 11 ends when a predetermined specified time has elapsed. The predetermined specified time may be set to be longer than the period during which the rotor 5a can actually be operated and moved under maximum load. The predetermined specified time may also be calculated from the pressure, the friction coefficient and inertia of each part, etc.

トルク決定部12は、外部から入力される目標速度が0から0と異なる値に変化した際に、ピストン位置変更部11によりピストン17bの位置を上死点付近から移動させる動作に必要なトルクを出力する。トルク決定部12は、ピストン位置変更部11からの出力がある期間において、徐々にトルクを増加させる。トルク決定部12は、ピストン位置変更部11が動作していない時、速度検出部7から入力されるブラシレスDCモータ5の現在の速度と目標速度との差に基づいて必要なトルクを決定し、出力する。目標速度に対して、現在の速度が不足している場合には、トルク決定部12は、トルクを上昇させる。目標速度に対して、現在の速度が上回っている場合には、トルク決定部12は、トルクを減少させることにより、回転子5aの速度を目標速度に到達させる。When the target speed input from the outside changes from 0 to a value different from 0, the torque determination unit 12 outputs the torque required for the piston position change unit 11 to move the position of the piston 17b from near the top dead center. The torque determination unit 12 gradually increases the torque during a period when there is an output from the piston position change unit 11. When the piston position change unit 11 is not operating, the torque determination unit 12 determines and outputs the required torque based on the difference between the current speed of the brushless DC motor 5 input from the speed detection unit 7 and the target speed. If the current speed is insufficient compared to the target speed, the torque determination unit 12 increases the torque. If the current speed is higher than the target speed, the torque determination unit 12 reduces the torque to make the speed of the rotor 5a reach the target speed.

出力決定部10は、トルク決定部12により決定されたトルクに基づくブラシレスDCモータ5のトルク定数、誘起電圧定数および抵抗値等から印加電圧を決定する。出力決定部10は、決定した印加電圧と電圧検出部8で検出された直流母線間の電圧とに基づき、PWMデューティ幅を計算する。The output determination unit 10 determines the applied voltage from the torque constant, induced voltage constant, resistance value, etc. of the brushless DC motor 5 based on the torque determined by the torque determination unit 12. The output determination unit 10 calculates the PWM duty width based on the determined applied voltage and the voltage between the DC buses detected by the voltage detection unit 8.

また、出力決定部10は、位置検出部6および速度検出部7から受け取った情報、または、ピストン位置変更部11の出力を基に、出力、すなわちどの相に通電するかを決定する。ピストン位置変更部11からの入力信号がある場合、出力決定部10は、ピストン位置変更部11からの入力信号に基づき、出力する信号を決定する。ピストン位置変更部11からの入力信号がない場合、出力決定部10は、位置検出部6の位置情報と速度検出部7の速度情報とに基づき、出力する信号を決定する。In addition, the output determination unit 10 determines the output, i.e., which phase to apply current to, based on the information received from the position detection unit 6 and the speed detection unit 7, or the output of the piston position change unit 11. When there is an input signal from the piston position change unit 11, the output determination unit 10 determines the signal to be output based on the input signal from the piston position change unit 11. When there is no input signal from the piston position change unit 11, the output determination unit 10 determines the signal to be output based on the position information from the position detection unit 6 and the speed information from the speed detection unit 7.

通常、駆動波形には、矩形波および正弦波などがある。しかし、本実施の形態において、駆動波形は特に限定されない。例えば、矩形波の場合、矩形波は単純な構成かつ計算が簡易であるため、安価なマイコンで対応でき、低コストで実現が可能である。また、複雑な計算および電流検出などが必要となるが、より細かくモータの位置を検出することが可能となる。本実施の形態においては、より低コストで実現可能な矩形波駆動を採用している。 Typically, drive waveforms include square waves and sine waves. However, in this embodiment, the drive waveform is not particularly limited. For example, in the case of a square wave, since the square wave has a simple configuration and is easy to calculate, it can be handled by an inexpensive microcomputer and can be realized at low cost. In addition, although complex calculations and current detection are required, it is possible to detect the motor position more precisely. In this embodiment, a square wave drive is adopted, which can be realized at a lower cost.

本実施の形態では、モータ駆動装置30の駆動は、120度矩形波で行われる。したがって、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。下側アームのスイッチング素子4b,4d,4fも同様に、120度ずつずらして通電している。スイッチング素子4aと4b、4cと4d、および、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。In this embodiment, the motor drive device 30 is driven by a 120-degree rectangular wave. Therefore, the switching elements 4a, 4c, and 4e of the upper arm are energized with a 120-degree offset between them. Similarly, the switching elements 4b, 4d, and 4f of the lower arm are energized with a 120-degree offset between them. There is an off period of 60 degrees between the energization periods of the switching elements 4a and 4b, 4c and 4d, and 4e and 4f.

ドライブ部9は、出力決定部10で決定されるオン比率と、ブラシレスDCモータ5の電力供給タイミングと、あらかじめ決定されているPWM周期とに基づき、ドライブ信号を出力する。The drive unit 9 outputs a drive signal based on the on ratio determined by the output determination unit 10, the power supply timing of the brushless DC motor 5, and a predetermined PWM period.

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をオンまたはオフに切り換える。これにより、固定子5bには最適な交流電力が印加される。したがって、回転子5aが回転し、ブラシレスDCモータ5が駆動する。Specifically, the drive signal switches the switching elements 4a to 4f of the inverter 4 on or off. This causes the optimal AC power to be applied to the stator 5b. This causes the rotor 5a to rotate, driving the brushless DC motor 5.

次に、本実施の形態におけるモータ駆動装置30を用いた冷蔵庫について説明する。以下の説明では、冷蔵庫を例にして説明するが、冷凍装置でも同じである。Next, we will explain a refrigerator using the motor drive device 30 in this embodiment. In the following explanation, we will use a refrigerator as an example, but the same applies to a refrigeration device.

冷蔵庫22には、圧縮機17が搭載されている。圧縮機17は、例えば、レシプロ型である。圧縮機17は、ブラシレスDCモータ5、クランクシャフト17a、ピストン17bおよびシリンダ17cを有する圧縮機構により構成される。The refrigerator 22 is equipped with a compressor 17. The compressor 17 is, for example, a reciprocating type. The compressor 17 is composed of a compression mechanism having a brushless DC motor 5, a crankshaft 17a, a piston 17b, and a cylinder 17c.

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17aにより、往復運動に変換される。クランクシャフト17aに接続されたピストン17bは、シリンダ17c内を往復運動することにより、シリンダ17c内に冷媒を吸い込み、吸い込んだ冷媒を圧縮する。レシプロ型の圧縮機17は、吸入および圧縮の工程における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。The rotational motion of the rotor 5a of the brushless DC motor 5 is converted to reciprocating motion by the crankshaft 17a. The piston 17b connected to the crankshaft 17a reciprocates within the cylinder 17c, sucking the refrigerant into the cylinder 17c and compressing the refrigerant. The reciprocating type compressor 17 has large torque fluctuations during the suction and compression processes, and the speed and current value fluctuate greatly.

圧縮機17により圧縮された冷媒は、凝縮器19、二方弁18、減圧器20および蒸発器21を順に通り、再び圧縮機17に戻る冷凍サイクルを流れる。このとき、凝縮器19では放熱され、蒸発器21では吸熱される。したがって、冷凍サイクルでは、冷却および加熱が行われる。冷蔵庫22は、このような冷凍サイクルを搭載する。The refrigerant compressed by the compressor 17 flows through the refrigeration cycle, passing through the condenser 19, the two-way valve 18, the pressure reducer 20, and the evaporator 21 in that order, before returning to the compressor 17. During this process, heat is released in the condenser 19, and heat is absorbed in the evaporator 21. Thus, cooling and heating occur in the refrigeration cycle. The refrigerator 22 is equipped with such a refrigeration cycle.

二方弁18は、例えば、通電によって開閉動作が可能な電磁弁などである。二方弁18は、圧縮機17の運転中は開状態であり、凝縮器19と減圧器20とを連通させ、冷媒を流す。一方、圧縮機17の停止中は、二方弁18は閉状態であり、凝縮器19と減圧器20の間を閉塞し、冷媒の流れを抑制する。The two-way valve 18 is, for example, a solenoid valve that can be opened and closed by energizing it. The two-way valve 18 is in an open state while the compressor 17 is operating, connecting the condenser 19 and the pressure reducer 20 and allowing the refrigerant to flow. On the other hand, while the compressor 17 is stopped, the two-way valve 18 is in a closed state, blocking the space between the condenser 19 and the pressure reducer 20 and suppressing the flow of the refrigerant.

[1-2.動作]
以上のように構成された冷蔵庫22に搭載されたモータ駆動装置30について、図3A~図5Cを用いて説明する。
[1-2. Operation]
The motor drive device 30 mounted on the refrigerator 22 configured as above will be described with reference to Figs. 3A to 5C.

図3Aは、ピストン17bにかかる圧力と、回転子5aの回転角度との関係を示す図である。縦軸は圧力を示し、横軸は上死点を0度とした回転子5aの回転角度を示す。 Figure 3A shows the relationship between the pressure applied to the piston 17b and the rotation angle of the rotor 5a. The vertical axis shows the pressure, and the horizontal axis shows the rotation angle of the rotor 5a with the top dead center at 0 degrees.

図3Bは、ブラシレスDCモータ5が正転方向での運転中に必要なトルクと、回転子5aの回転角度との関係を示す図である。縦軸はトルクを示し、横軸は上死点を0度とした回転子5aの回転角度を示す。 Figure 3B shows the relationship between the torque required when the brushless DC motor 5 is operating in the forward direction and the rotation angle of the rotor 5a. The vertical axis shows the torque, and the horizontal axis shows the rotation angle of the rotor 5a with the top dead center set to 0 degrees.

図3Cは、ブラシレスDCモータ5が逆転方向での運転中に必要なトルクと、回転子5aの回転角度との関係を示す図である。縦軸はトルクを示し、横軸は上死点を0度とした回転子5aの回転角度を示す。 Figure 3C shows the relationship between the torque required when the brushless DC motor 5 is operating in the reverse direction and the rotation angle of the rotor 5a. The vertical axis shows the torque, and the horizontal axis shows the rotation angle of the rotor 5a with the top dead center at 0 degrees.

図4A~図4Cは、従来の構成における上死点からのピストン17bを移動させるための波形を示す。 Figures 4A to 4C show waveforms for moving piston 17b from top dead center in a conventional configuration.

図5A~図5Cは、本実施の形態における上死点からのピストン17bを移動させるための波形を示す。 Figures 5A to 5C show waveforms for moving piston 17b from top dead center in this embodiment.

図4Aと図5Aとは、それぞれ上死点から起動させるために必要なトルクを示しており、縦軸は上方向に正転方向のトルクおよび下方向に逆転方向のトルクを示し、横軸は時間を示す。 Figures 4A and 5A each show the torque required to start from top dead center, with the vertical axis showing forward torque upward and reverse torque downward, and the horizontal axis showing time.

図4Bと図5Bとは、ピストン17bを移動させるために出力するトルクを示しており、縦軸は上方向に正転方向のトルクおよび下方向に逆転方向のトルクを示し、横軸は時間を示す。 Figures 4B and 5B show the torque output to move piston 17b, with the vertical axis indicating forward torque in the upward direction and reverse torque in the downward direction, and the horizontal axis indicating time.

図4Cと図5Cとは、回転子5aの速度を示しており、縦軸は正転方向を正とした速度を示し、横軸は時間を表している。 Figures 4C and 5C show the speed of rotor 5a, with the vertical axis representing speed with the forward rotation direction being positive, and the horizontal axis representing time.

圧縮機17の停止中において、ピストン17bとシリンダ17c、クランクシャフト17aとシリンダ17c、および、クランクシャフト17aと回転子5aの間の接触部分は、運転中の冷媒に含まれたオイルが潤滑油として表面を覆った状態とは異なり、金属接触となる。金属接触は、オイルと比較すると摩擦係数が10倍程度に大きくなる。圧縮機17の停止中の接触部分の摩擦力は、ピストン17bの圧力に比例する。When the compressor 17 is stopped, the contact areas between the piston 17b and cylinder 17c, the crankshaft 17a and cylinder 17c, and the crankshaft 17a and rotor 5a are in metal contact, unlike the state in which the oil contained in the refrigerant during operation covers the surfaces as a lubricant. The coefficient of friction of metal contact is about 10 times larger than that of oil. The frictional force of the contact areas when the compressor 17 is stopped is proportional to the pressure of the piston 17b.

ピストン17bの圧力は、図3Aに示すように、角度(A)で示される下死点から、角度(C)で示される上死点の間で大きくなる。角度(A)より角度が小さい領域においては、ピストン17bにはほとんど圧力がかかっていない状態となる。特に、ピストン17bからの吐出が始まる角度(B)から角度(C)の間において、ピストン17bの圧力は最大となる。ピストン17bの下死点である角度(A)と上死点である角度(C)とにおいて、ピストン17bの圧力はほとんど変わらない。しかし、ピストン17bからの吐出が始まる角度は一定とはならず、圧縮機17の吸入と吐出の圧力および冷媒の温度等の条件によって変化する。ここで、一般的な冷蔵庫の運転条件において、ピストン17bの吐出が始まる角度は、300度前後となる。このため、停止中の摩擦力は、上死点手前において、非常に大きくなる。As shown in FIG. 3A, the pressure of piston 17b increases between the bottom dead center indicated by angle (A) and the top dead center indicated by angle (C). In the region where the angle is smaller than angle (A), the piston 17b is in a state where almost no pressure is applied. In particular, the pressure of piston 17b is maximum between angle (B) and angle (C) where the discharge from piston 17b begins. The pressure of piston 17b is almost the same between angle (A) which is the bottom dead center of piston 17b and angle (C) which is the top dead center. However, the angle at which the discharge from piston 17b begins is not constant, and varies depending on conditions such as the suction and discharge pressures of compressor 17 and the temperature of the refrigerant. Here, under the operating conditions of a general refrigerator, the angle at which the discharge of piston 17b begins is around 300 degrees. For this reason, the frictional force during a stop becomes very large before the top dead center.

また、通常の正転方向への回転において、ブラシレスDCモータ5が出力する必要のあるトルクは、図3Bのようになる。上死点付近では、回転子5aの1度あたりの回転に対して、ピストン17bの移動量は小さくなる。このため、回転子5aにかかるトルクは小さくなる。そのため、角度(B)付近において、ピストン17bの停止状態から回転子5aを正転方向へ回転させようとした場合、静止摩擦力と回転に必要なトルクとを合成した結果、ピストン17bを動かすためには、非常に大きなトルクが必要となる。 Furthermore, the torque that the brushless DC motor 5 needs to output during normal rotation in the forward direction is as shown in Figure 3B. Near top dead center, the amount of movement of the piston 17b is small per degree of rotation of the rotor 5a. This reduces the torque applied to the rotor 5a. Therefore, when attempting to rotate the rotor 5a in the forward direction from a stopped state of the piston 17b near angle (B), a very large torque is required to move the piston 17b as a result of combining the static friction force and the torque required for rotation.

一方、逆転方向への回転において、ブラシレスDCモータ5が出力する必要のあるトルクは、図3Cのようになる。上死点付近から、逆転方向へ動かした場合、ピストン17bは圧縮ではなく吸入の動作をする。そのため、角度(B)付近でも非常に小さなトルクにより、逆転方向にて下死点まで回転させることができる。その結果、ピストン17bの停止中から回転子5aを逆転方向へ回転させようとした場合、摩擦力を少し上回る程度のトルクを出力することにより、ピストン17bを移動させることができる。 On the other hand, the torque that the brushless DC motor 5 needs to output when rotating in the reverse direction is as shown in Figure 3C. When moved in the reverse direction from near top dead center, the piston 17b performs an intake action rather than a compression action. Therefore, even near angle (B), it is possible to rotate it in the reverse direction to bottom dead center with a very small torque. As a result, when attempting to rotate the rotor 5a in the reverse direction while the piston 17b is stopped, it is possible to move the piston 17b by outputting a torque that is slightly greater than the frictional force.

一般的には、図4Bのように、徐々に出力トルクを大きくし、図4Aに示す必要トルクを出力トルクが上回るタイミング(D)にてピストン17bが動き始める。Generally, as shown in Figure 4B, the output torque is gradually increased, and piston 17b begins to move at timing (D) when the output torque exceeds the required torque shown in Figure 4A.

しかしながら、一旦、ピストン17bが動き出すと、金属接触が解消される。したがって、摩擦係数は10分の1となる。このため、図4Aのタイミング(D)に示すように、摩擦力は急減し、出力したトルクは必要なトルクに対して非常に大きな値となる。その結果、図4Cのタイミング(D)以降に示すように、回転子5aは急激に加速する。したがって、回転子5aは、電流を印加した初期の位置決めの位相に到達したときの速度が大きいため、位置決め位置に停止する際の速度変化は大きくなる。そのため、圧縮機は大きく揺れる。However, once the piston 17b starts to move, the metal contact is eliminated. Therefore, the friction coefficient becomes one tenth of its original value. For this reason, as shown at timing (D) in FIG. 4A, the friction force decreases rapidly, and the output torque becomes very large relative to the required torque. As a result, as shown at timing (D) in FIG. 4C and after, the rotor 5a accelerates rapidly. Therefore, because the rotor 5a has a large speed when it reaches the initial positioning phase when current is applied, the speed change when it stops at the positioning position is large. This causes the compressor to shake significantly.

そこで、本実施の形態では、通電位相を上死点から正転方向に330度の角度を中心とした±30度の範囲において回転子5aを振動させ、かつ、出力を徐々に上昇させる。330度に印加される、すなわち330度に対して出力しているトルクとしてみると、図5Bに示すように、正転方向と逆転方向とは周期的に変化する。これにより、出力トルクが逆転方向のトルクを上回るタイミング(E)から、回転子5aは逆転方向に回転する。この時点で、金属接触が解消され、必要なトルクが減少する。しかし、一般的な方法とは異なり、逆転方向のトルクは徐々に減少し、0に近づいた後、正転方向のトルクが徐々に上昇し、0に向かって減少する。Therefore, in this embodiment, the rotor 5a is vibrated in a range of ±30 degrees from the top dead center in the forward direction of the energized phase, centered on an angle of 330 degrees, and the output is gradually increased. When viewed as the torque applied at 330 degrees, i.e., the torque output at 330 degrees, the forward direction and the reverse direction change periodically, as shown in FIG. 5B. As a result, the rotor 5a rotates in the reverse direction from the timing (E) when the output torque exceeds the torque in the reverse direction. At this point, the metal contact is eliminated and the required torque is reduced. However, unlike the general method, the torque in the reverse direction gradually decreases and approaches 0, and then the torque in the forward direction gradually increases and decreases toward 0.

これにより、逆転方向にトルクが印加されている間、逆転方向に速度が上昇する。正転方向にトルクが上昇し、必要なトルクを上回っている間、正転方向に速度が上昇する。その結果、ピストン17bがタイミング(E)で動き始め、必要なトルクが急激に減少しても、ピストン17bの速度はあまり上昇しない。As a result, while torque is being applied in the reverse direction, the speed increases in the reverse direction. As the torque increases in the forward direction and exceeds the required torque, the speed increases in the forward direction. As a result, even if piston 17b starts to move at timing (E) and the required torque suddenly decreases, the speed of piston 17b does not increase significantly.

このような周期的な変化を伴うトルクが印加され、金属接触が解消された状態において、初期の起動位置まで、逆転方向に回転子5aを回転させる。これにより、大きなトルクを印加することなく、回転子5aを初期位置まで移動させることができる。したがって、ピストン17bを初期位置まで移動した際の速度上昇による振動が抑制される。When such a periodically varying torque is applied and the metal contact is released, the rotor 5a is rotated in the reverse direction to the initial starting position. This allows the rotor 5a to move to the initial position without applying a large torque. Therefore, vibration caused by the increase in speed when the piston 17b moves to the initial position is suppressed.

また、ピストン17bの停止位置が上死点付近以外、例えば下死点付近に停止した場合であっても、図5Bに示すようなトルクを出力することにより、ピストン17bは、中心となる位相に緩やかに移動する。したがって、ピストン17bは、大きな振動となるような速度まで加速することはない。さらに、その後の初期位置への移動においても、通常の下死点付近での停止からの位置決めと同様に、振動は問題とならない。 Even if the piston 17b stops at a position other than the top dead center, for example, near the bottom dead center, the torque shown in FIG. 5B is output, so that the piston 17b moves gently to the central phase. Therefore, the piston 17b does not accelerate to a speed that would cause large vibrations. Furthermore, when the piston 17b moves to the initial position thereafter, vibrations are not an issue, just like when the piston 17b is positioned from a normal stop near the bottom dead center.

初期の起動位置は、図3Bの角度(B)に示す、必要なトルクのピークが表れやすい300度±30付近でない場合であれば、圧縮機17の吸入と吐出との間に圧力差がある差圧条件であっても、回転子5aを加速させ、上死点を乗り越えて、圧縮機17を起動することは可能である。 If the initial starting position is not near 300 degrees ±30 degrees as shown by angle (B) in Figure 3B, where the required torque peak is likely to occur, it is possible to accelerate the rotor 5a, overcome top dead center, and start the compressor 17 even under differential pressure conditions where there is a pressure difference between the suction and discharge of the compressor 17.

本実施の形態のブラシレスDCモータ5は4極である。上死点および下死点に移動するブラシレスDCモータ5への通電は同じパターンとなる。したがって、上死点および下死点の中間となる270度に相当する通電パターンを出力し、その後、210度に相当する通電パターンを出力することにより、300度±30度の位相を回避することができる。The brushless DC motor 5 in this embodiment has four poles. The same pattern of current flows to the brushless DC motor 5 as it moves to the top dead center and bottom dead center. Therefore, a current pattern corresponding to 270 degrees, which is halfway between the top dead center and bottom dead center, is output, and then a current pattern corresponding to 210 degrees is output, thereby avoiding a phase of 300 degrees ±30 degrees.

同じ通電パターンにおいて、ピストン17bが下死点付近にあった場合には270度に相当する通電を行うと、ピストン17bは、270度もしくは90度へと移動する。その後、210度に相当する通電を行うと、ピストン17bは、30度もしくは210度へと移動する。このように、どのような場合であっても、ピストン17bは、300度±30度から起動することはない。そのため、差圧条件でも圧縮機17を運転させることができる。 In the same current pattern, when piston 17b is near bottom dead center, if current is applied equivalent to 270 degrees, piston 17b moves to 270 degrees or 90 degrees. After that, if current is applied equivalent to 210 degrees, piston 17b moves to 30 degrees or 210 degrees. In this way, under any circumstances, piston 17b will not start from 300 degrees ±30 degrees. Therefore, compressor 17 can be operated even under differential pressure conditions.

また、ブラシレスDCモータの極数を6極とした場合、下死点と300度とは同一の通電パターンとなる。このため、300度相当の通電を行った後、さらに260度相当の通電を行うことにより、初期位置の位置決めを300度±30度を回避、すなわち300度±30度の範囲からずらすことができる。例えば上死点付近に停止していた場合、ピストン17bは、300度へ移動し、その後260度へと移動する。一方、ピストン17bが下死点付近に停止していた場合、ピストン17bは、まず300度の通電と同じ位相である下死点へと移動し、その後、下死点から40度逆転方向へ回転した140度へと移動する。ピストン17bが60度付近に停止していた場合は、ピストン17bは、300度と同じ通電位相である60度へと移動し、40度逆回転した20度へと移動する。 In addition, if the brushless DC motor has six poles, the bottom dead center and 300 degrees have the same current conduction pattern. Therefore, by conducting current equivalent to 300 degrees and then conducting current equivalent to 260 degrees, the initial position can be avoided from 300 degrees ± 30 degrees, that is, it can be shifted from the range of 300 degrees ± 30 degrees. For example, if the piston 17b is stopped near the top dead center, it moves to 300 degrees and then to 260 degrees. On the other hand, if the piston 17b is stopped near the bottom dead center, it first moves to the bottom dead center, which is in the same phase as the current conduction of 300 degrees, and then moves to 140 degrees, which is rotated 40 degrees in the reverse direction from the bottom dead center. If the piston 17b is stopped near 60 degrees, it moves to 60 degrees, which is the same current conduction phase as 300 degrees, and then moves to 20 degrees, which is rotated 40 degrees in the reverse direction.

このように、冷蔵庫で一般的に使用されている4極または6極のいずれであっても、上死点付近のピストン17bを、上死点を含み周期的に変化するトルクを出力することにより、圧縮機17を安定して起動させ、かつ、ピストン17bが初期位置へ移動する位置決めにおける振動を抑制することができる。In this way, whether the compressor is a 4-pole or 6-pole type commonly used in refrigerators, by outputting a torque that varies periodically, including the top dead center, to the piston 17b near the top dead center, the compressor 17 can be started stably and vibrations during positioning when the piston 17b moves to the initial position can be suppressed.

次に、本実施の形態のモータ駆動装置30が圧縮機17に用いられ、冷蔵庫22に搭載された場合について説明する。Next, we will explain the case where the motor drive device 30 of this embodiment is used in a compressor 17 and installed in a refrigerator 22.

圧縮機17の起動と同時に、二方弁18を開の状態とし、減圧器20と凝縮器19とを連通させる。本実施の形態において、二方弁18は、圧縮機17の起動と同時に開の状態にするとしたが、同時には限定されず、時間的に多少前後してもよい。圧縮機17の駆動が継続されると、凝縮器19は高圧となり、減圧器20において減圧され、蒸発器21は低圧となる。At the same time as the compressor 17 starts, the two-way valve 18 is opened to connect the pressure reducer 20 and the condenser 19. In this embodiment, the two-way valve 18 is opened at the same time as the compressor 17 starts, but this is not limited to the same time and may occur slightly earlier or later in time. When the compressor 17 continues to operate, the condenser 19 becomes high pressure, the pressure is reduced in the pressure reducer 20, and the evaporator 21 becomes low pressure.

このとき、圧縮機17において凝縮器19につながる吐出側は高圧となり、蒸発器21につながる吸入側は低圧となる。ここで、冷蔵庫22の庫内温度が低下し、圧縮機17を停止させたとする。この場合、二方弁18が開の状態のままでは、凝縮器19と蒸発器21との圧力が徐々にバランス、すなわち近い値となるよう変化する。圧縮機17の吸入側と吐出側との間の圧力差が0.05MPa以下の状態、すなわちバランスしたといえる状態になるまで、冷蔵庫22のシステム構成にもよるが、通常、10分程度かかる。At this time, the discharge side of compressor 17 connected to condenser 19 is at high pressure, and the suction side connected to evaporator 21 is at low pressure. Now, assume that the temperature inside refrigerator 22 drops and compressor 17 is stopped. In this case, if two-way valve 18 remains open, the pressures of condenser 19 and evaporator 21 gradually change to balance, that is, to close values. Although it depends on the system configuration of refrigerator 22, it usually takes about 10 minutes until the pressure difference between the suction side and discharge side of compressor 17 reaches a state of 0.05 MPa or less, that is, a state that can be said to be balanced.

圧縮機17の停止と同時に二方弁18を開状態から閉状態に移行させると、凝縮器19と蒸発器21との圧力差はほぼ維持される。このとき、圧縮機17の吸入側と吐出側とに圧力差が残る。冷蔵庫22の庫内温度が上昇した後圧縮機17を起動させる際に、圧縮機17の停止中に二方弁18を閉状態とし圧力差が保持された状態、および、圧力がバランスした状態とを比較すると、二方弁18を閉状態とし圧力差が保持された状態の方が、凝縮器19と蒸発器21と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、省エネルギ化を実現できる。When the two-way valve 18 is switched from an open state to a closed state at the same time as the compressor 17 is stopped, the pressure difference between the condenser 19 and the evaporator 21 is almost maintained. At this time, a pressure difference remains between the suction side and the discharge side of the compressor 17. When the compressor 17 is started after the temperature inside the refrigerator 22 has risen, comparing a state in which the two-way valve 18 is closed while the compressor 17 is stopped and the pressure difference is maintained with a state in which the pressures are balanced, the state in which the two-way valve 18 is closed and the pressure difference is maintained requires less power to re-establish a pressure difference between the condenser 19 and the evaporator 21, thereby realizing energy savings.

また、圧縮機17の停止中においても二方弁18を開状態のままにする場合、および、二方弁18が設けられない場合であっても、圧縮機17の停止から圧力がバランスするまでの10分程度が経過する前に庫内温度が上昇した場合においては、10分経過することを待つ必要がある。従来、圧縮機17の吸入側と吐出側との圧力差が0.05MPa以下の場合に限り、モータ駆動装置30を起動させることができるためである。In addition, if the two-way valve 18 is left open even when the compressor 17 is stopped, or if the two-way valve 18 is not provided, if the temperature inside the cabinet rises before the approximately 10 minutes required for the pressure to balance after the compressor 17 is stopped, it is necessary to wait for the 10 minutes to pass. This is because, conventionally, the motor drive device 30 could only be started when the pressure difference between the suction side and discharge side of the compressor 17 was 0.05 MPa or less.

これに対し、本実施の形態では、0.05MPaより大きな差圧でも起動させることが可能である。したがって、庫内温度が上昇した場合であっても、圧縮機17の運転が必要なタイミングでモータ駆動装置30を起動させることが可能となる。したがって、圧縮機17の吸入側と吐出側との圧力がバランスした状態で起動させる場合に比べ、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。よって、省エネルギ化が可能となる。In contrast, in this embodiment, it is possible to start up even with a pressure difference greater than 0.05 MPa. Therefore, even if the temperature inside the cabinet rises, it is possible to start up the motor drive unit 30 at a timing when operation of the compressor 17 is required. Therefore, compared to starting up with the pressures on the suction side and discharge side of the compressor 17 balanced, the power required to create a pressure difference between the condenser 19 and the evaporator 21 is reduced. This makes it possible to save energy.

なお、二方弁18は、三方弁または四方弁に比べ、冷蔵庫等のシステムを単純に構成することができる。したがって、圧縮機17の吸入側と吐出側との圧力差を単純な構成にて維持することができる。In addition, the two-way valve 18 allows the system of a refrigerator or the like to be configured more simply than a three-way or four-way valve. Therefore, the pressure difference between the suction side and the discharge side of the compressor 17 can be maintained with a simple configuration.

また、圧縮機17を冷蔵庫22の上部に設けた場合、冷蔵庫22において、使用者の手が届きにくいデッドスペースが小さくなり、使いやすい、すなわち利便性が向上する。一方、冷蔵庫22においては、床を支点として過震源である圧縮機17が最も遠い位置となる。このため、てこの原理により、圧縮機17の振動が冷蔵庫22に伝わりやすい。しかし、本実施の形態において、圧縮機17の起動前の初期位置への移動による圧縮機17の振動は抑制される。したがって、冷蔵庫22から発生する振動および騒音などは小さくなる。 Furthermore, if the compressor 17 is provided at the top of the refrigerator 22, the dead space in the refrigerator 22 that is difficult for the user to reach is reduced, making it easier to use, i.e., more convenient. On the other hand, in the refrigerator 22, the compressor 17, which is the source of the seismic vibration, is located at the farthest position with the floor as the fulcrum. Therefore, due to the principle of leverage, the vibration of the compressor 17 is easily transmitted to the refrigerator 22. However, in this embodiment, the vibration of the compressor 17 caused by the movement of the compressor 17 to its initial position before startup is suppressed. Therefore, the vibration and noise generated by the refrigerator 22 are reduced.

[1-3.効果等]
以上述べたように、本実施の形態のモータ駆動装置30は、レシプロ型の圧縮機17が有するピストン17bを駆動するブラシレスDCモータ5と、圧縮機17の駆動停止中に前記ピストン17bを上死点からずらすようブラシレスDCモータ5を回転させるピストン位置変更部11とを備える。
[1-3. Effects, etc.]
As described above, the motor drive device 30 of this embodiment includes the brushless DC motor 5 that drives the piston 17b of the reciprocating compressor 17, and the piston position changing unit 11 that rotates the brushless DC motor 5 so as to shift the piston 17b from the top dead center while the compressor 17 is stopped.

このような構成により、モータ駆動装置30は、ピストン17bが上死点付近で停止した際に、ピストン17bがピストン17bを覆うシリンダ17cなどと金属接触となり静止摩擦力が運転中よりも大きな状態であっても、最も起動しにくい上死点付近からピストン17bを移動させることができる。したがって、差圧のかかっていない時と同程度のトルクにより、ブラシレスDCモータの起動処理が行われる。With this configuration, when the piston 17b stops near the top dead center, the motor drive device 30 can move the piston 17b from the top dead center, where it is most difficult to start, even if the piston 17b comes into metal contact with the cylinder 17c that covers the piston 17b and the static friction force is greater than during operation. Therefore, the brushless DC motor is started up with a torque similar to that when no pressure difference is applied.

また、本発明の実施の形態のモータ駆動装置30は、ピストン位置変更部11がブラシレスDCモータ5を回転させる際、ブラシレスDCモータ5に通電する。ピストン位置変更部11がブラシレスDCモータ5に通電する位相は、上死点を含み、出力を周期的に変更するように設定される。In addition, the motor drive device 30 according to the embodiment of the present invention energizes the brushless DC motor 5 when the piston position change unit 11 rotates the brushless DC motor 5. The phase in which the piston position change unit 11 energizes the brushless DC motor 5 includes the top dead center, and is set so as to periodically change the output.

このような構成により、モータ駆動装置は、上死点から動き出したとしても、逆方向の位相に通電される。したがって、ピストン17bの速度は大きく上昇せず、かつ、オイルが圧縮機を構成するピストンなどに回り摩擦力が減少する。したがって、ピストン17bによる振動を抑制しながら、上死点からの圧縮機17の起動処理が可能となる。 With this configuration, even if the motor drive unit starts moving from the top dead center, the current is applied in the reverse phase. Therefore, the speed of the piston 17b does not increase significantly, and the oil flows around the pistons that make up the compressor, reducing friction. Therefore, it is possible to start up the compressor 17 from the top dead center while suppressing vibrations caused by the piston 17b.

また、本開示の実施の形態の冷蔵庫は、圧縮機17を筐体上部に備える。 In addition, the refrigerator of the embodiment of the present disclosure has a compressor 17 located at the top of the housing.

このような構成により、冷蔵庫22は、上部に設置された圧縮機17において、てこの原理により振動の影響が大きくなった圧縮機17の運転開始時であっても、筐体の振動が抑制される。したがって、静粛性の高い冷蔵庫を提供することができる。また、上部のデッドスペースとなりやすい部分に圧縮機17が設置されているため、使用者が実際に使用できる庫内収納容積を広げられ、利便性の高い冷蔵庫22を提供することができる。 With this configuration, the refrigerator 22 suppresses vibrations in the housing even when the compressor 17 installed at the top starts operating, when the effect of vibrations becomes greater due to the principle of leverage. This makes it possible to provide a very quiet refrigerator. In addition, because the compressor 17 is installed in an area at the top that is likely to become dead space, the internal storage volume that can actually be used by the user is expanded, making it possible to provide a very convenient refrigerator 22.

以上、本開示の技術を前記実施の形態を用いて説明したが、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 The technology of the present disclosure has been explained above using the above-mentioned embodiments, but since the above-mentioned embodiments are intended to illustrate the technology in the present disclosure, various modifications, substitutions, additions, omissions, etc. may be made within the scope of the claims or their equivalents.

本開示は、負荷トルク変動が大きな圧縮機を起動するためのモータ駆動装置に使用でき、圧縮機を用いた冷蔵庫、冷凍庫、ショーケース、その他の各種冷凍装置に好適に適用できる。 The present disclosure can be used in a motor drive device for starting a compressor that has large load torque fluctuations, and can be suitably applied to refrigerators, freezers, showcases, and various other refrigeration devices that use compressors.

1 交流電源(電源)
2 整流回路
2a,2b,2c,2d 整流ダイオード
3 平滑部
3e 平滑コンデンサ
3f リアクタ
4 インバータ
4a,4b,4c,4d,4e,4f スイッチング素子
4g,4h,4i,4j,4k,4l 還流電流用ダイオード
5 ブラシレスDCモータ
5a 回転子
5b 固定子
6 位置検出部
7 速度検出部
8 電圧検出部
9 ドライブ部
10 出力決定部
11 ピストン位置変更部
12 トルク決定部
17 圧縮機
17a クランクシャフト
17b ピストン
17c シリンダ
18 二方弁
19 凝縮器
20 減圧器
21 蒸発器
22 冷蔵庫
30 モータ駆動装置
201 ブラシレスDCモータ
202 ピストン
203 圧縮機
204 制御部
205 インバータ
1 AC power supply (power supply)
2 Rectifier circuit 2a, 2b, 2c, 2d Rectifier diode 3 Smoothing section 3e Smoothing capacitor 3f Reactor 4 Inverter 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f Switching elements 4g, 4h, 4i, 4j, 4k, 4l Diode for return current 5 Brushless DC motor 5a Rotor 5b Stator 6 Position detection section 7 Speed detection section 8 Voltage detection section 9 Drive section 10 Output determination section 11 Piston position change section 12 Torque determination section 17 Compressor 17a Crankshaft 17b Piston 17c Cylinder 18 Two-way valve 19 Condenser 20 Pressure reducer 21 Evaporator 22 Refrigerator 30 Motor drive device 201 Brushless DC motor 202 Piston 203 Compressor 204 Control section 205 Inverter

Claims (2)

レシプロ型の圧縮機が有するピストンを駆動するブラシレスDCモータと、
前記圧縮機の駆動停止中に前記ピストンを上死点からずらすよう前記ブラシレスDCモータを回転させるピストン位置変更部と、を備え
前記ピストン位置変更部は、前記ブラシレスDCモータを回転させる際、前記ブラシレスDCモータに通電し、
前記ピストン位置変更部が前記ブラシレスDCモータに通電する位相は、上死点を含み、出力が周期的に変更するように設定される、
モータ駆動装置。
A brushless DC motor that drives a piston of a reciprocating compressor;
a piston position changing unit that rotates the brushless DC motor so as to shift the piston from a top dead center while the compressor is stopped ,
the piston position changing unit energizes the brushless DC motor when rotating the brushless DC motor,
The phase in which the piston position change unit energizes the brushless DC motor includes a top dead center, and is set so that the output is changed periodically.
Motor drive device.
請求項1に記載のモータ駆動装置が駆動する前記圧縮機を筐体上部に備える、
冷蔵庫。
The compressor driven by the motor drive device according to claim 1 is provided in an upper part of a housing.
refrigerator.
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