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JP7696781B2 - MOTOR DRIVE DEVICE AND REFRIGERATOR - Google Patents
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特許法第30条第2項適用 学会発表論文:コンプレッサ駆動用モータの停止時振動低減法論文 公開日:令和2年12月11日 公開者名:塩井 太介、熊谷 崇宏、伊東 淳一Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applied. Academic paper: A paper on a method for reducing vibration during stopping of a compressor drive motor. Publication date: December 11, 2020. Publisher: Taisuke Shioi, Takahiro Kumagai, Junichi Ito

本開示は、ブラシレスDCモータを駆動するモータ駆動装置、および、これを用いた冷蔵庫に関する。 This disclosure relates to a motor drive device that drives a brushless DC motor and a refrigerator that uses the same.

特許文献1は、停止時の逆トルク印加を速度によってタイミングを決定することにより、圧縮機運転停止時の振動を低減する冷蔵庫を開示する。この冷蔵庫はレシプロ型圧縮機と圧縮機の回転周期を検知する位置検知手段を備え、位置検知手段が運転停止後のピストンの回転周期が所定値以下となるタイミングでモータの磁極位置によって通電を切り替えながら逆トルクとなる電圧印加を開始し圧縮機のピストン位置を上死点手前もしくは停止位置を管理せず停止させる。
特許文献2は、圧縮機停止時の電動機への通電停止後のブレーキにより停止時の振動を低減する電動機のトルク制御装置を開示する。この電動機のトルク制御装置は、負荷要素を駆動する電動機と、電動機に交流電力を供給するインバータを備え、インバータが圧縮機の通電停止開始位置を管理しインバータは電動機への通電停止後はブレーキをかけ停止させる。
Patent Literature 1 discloses a refrigerator that reduces vibrations when the compressor is stopped by determining the timing of applying a reverse torque when the compressor is stopped depending on the speed. This refrigerator includes a reciprocating compressor and a position detection means that detects the rotation period of the compressor, and when the position detection means detects the rotation period of the piston after the operation is stopped and the rotation period of the piston becomes equal to or smaller than a predetermined value, the position detection means starts applying a voltage that generates a reverse torque while switching the energization depending on the magnetic pole position of the motor, and stops the piston position of the compressor just before the top dead center or without managing the stop position.
Patent Document 2 discloses a torque control device for a motor that reduces vibrations when the compressor is stopped by braking after de-energizing the motor when the compressor is stopped. This torque control device for a motor includes a motor that drives a load element and an inverter that supplies AC power to the motor, and the inverter manages the position at which de-energization of the compressor starts, and the inverter brakes the motor to stop it after de-energizing the motor.

特開2012-167849号公報JP 2012-167849 A 特開2001-037281号公報JP 2001-037281 A

本開示は、レシプロ型の圧縮機停止時のピストンの反転を抑制し、圧縮機に発生する振動を低減するモータ駆動装置を提供する。 This disclosure provides a motor drive device that suppresses piston reversal when a reciprocating compressor is stopped, reducing vibrations generated in the compressor.

本開示におけるモータ駆動装置は、ガスを圧縮するためのシリンダとピストンから構成されるレシプロ型の圧縮機を駆動するためのモータ駆動装置であって、前記圧縮機が圧縮動作を行うためのブラシレスDCモータと、外部から供給される電源から電力を変換し前記ブラシレスDCモータに供給するための波形生成部と、前記ブラシレスDCモータの端子電圧値を検出する端子電圧検出部と、前記端子電圧検出部が検出した前記ブラシレスDCモータの端子電圧値から前記ブラシレスDCモータの回転速度を推定する速度推定部と、前記圧縮機のピストンの位置を把握する圧縮機状態把握部と、を備え、前記波形生成部は、前記速度推定部が推定する前記ブラシレスDCモータの回転速度が速度閾値以下になった後に、前記ブラシレスDCモータを停止させる際に、前記圧縮機内の冷媒の圧力と前記シリンダ内の圧力差がなく、圧力差によるピストンを動かす力が働かない状態となる前記圧縮機のピストンが上死点から下死点に正転する間で前記圧縮機の回転が停止するよう前記ブラシレスDCモータへの出力を短絡させ、前記波形生成部は、前記圧縮機状態把握部が把握した圧縮機のピストンが所定位置になったとき、前記ブラシレスDCモータにブレーキをかけ始める短絡を開始し、前記圧縮機状態把握部は、前記端子電圧検出部が検出した前記ブラシレスDCモータの端子電圧から前記圧縮機のピストン位置を把握する。
A motor drive device in the present disclosure is a motor drive device for driving a reciprocating compressor composed of a cylinder and a piston for compressing gas, and includes a brushless DC motor for causing the compressor to perform a compression operation, a waveform generation unit for converting power from an externally supplied power source and supplying the power to the brushless DC motor, a terminal voltage detection unit for detecting a terminal voltage value of the brushless DC motor, a speed estimation unit for estimating a rotation speed of the brushless DC motor from the terminal voltage value of the brushless DC motor detected by the terminal voltage detection unit, and a compressor state grasping unit for grasping a position of the piston of the compressor, and the waveform generation unit is configured to detect the rotation speed of the brushless DC motor from the terminal voltage value of the brushless DC motor estimated by the speed estimation unit. and when the brushless DC motor is stopped after the rotation speed of the brushless DC motor falls below a speed threshold value, the output to the brushless DC motor is short-circuited so that rotation of the compressor stops while the piston of the compressor rotates forward from top dead center to bottom dead center, a state in which there is no difference between the pressure of the refrigerant in the compressor and the pressure in the cylinder and no force due to the pressure difference acts to move the piston, and the waveform generation unit initiates a short circuit to begin applying the brakes to the brushless DC motor when the piston of the compressor recognized by the compressor state recognition unit reaches a predetermined position, and the compressor state recognition unit recognizes the piston position of the compressor from the terminal voltage of the brushless DC motor detected by the terminal voltage detection unit.

本開示におけるモータ駆動装置は、(作用)圧縮機の吸入、圧縮、吐出、膨張の工程のうち、吸入または膨張の工程で停止させることができる。そのため、(効果)ブラシレスDCモータの速度が0となる際の圧縮機のシリンダ内外の圧力がほぼ等しくなり、ピストンが反転せず振動を低減することができる。 The motor drive device of the present disclosure (action) can stop the compressor during the intake or expansion process among the intake, compression, discharge, and expansion processes. Therefore, (effect) when the speed of the brushless DC motor becomes zero, the pressure inside and outside the compressor cylinder becomes almost equal, so the piston does not reverse and vibration can be reduced.

実施の形態1におけるモータ駆動装置と冷蔵庫の制御構成を示すブロック図A block diagram showing a control configuration of a motor drive device and a refrigerator according to a first embodiment. 実施の形態1における波形生成部の構成を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a waveform generating unit according to a first embodiment. 実施の形態1における波形生成部の短絡の判定動作を説明するためのフローチャートA flowchart for explaining the operation of determining whether a waveform generating unit is short-circuited in the first embodiment. 図4(a)は、実施の形態1におけるブラシレスDCモータの短絡時に流れる電流のタイミングチャート、図4(b)は、実施の形態1におけるブラシレスDCモータの短絡指令出力のタイミングチャートFIG. 4A is a timing chart of a current flowing when the brushless DC motor in the first embodiment is short-circuited, and FIG. 4B is a timing chart of a short-circuit command output for the brushless DC motor in the first embodiment. 図5(a)は、実施の形態1における固定子への通電停止におけるU相巻き線の端子電圧のタイミングチャート、図5(b)は、実施の形態1における固定子への通電停止におけるV相巻き線の端子電圧のタイミングチャート、図5(c)は、実施の形態1における固定子への通電停止におけるW相巻き線の端子電圧のタイミングチャート、図5(d)は、実施の形態1における固定子への通電停止における端子電圧の平均値のタイミングチャートFIG. 5(a) is a timing chart of the terminal voltage of the U-phase winding when current is stopped to the stator in the first embodiment. FIG. 5(b) is a timing chart of the terminal voltage of the V-phase winding when current is stopped to the stator in the first embodiment. FIG. 5(c) is a timing chart of the terminal voltage of the W-phase winding when current is stopped to the stator in the first embodiment. FIG. 5(d) is a timing chart of the average value of the terminal voltage when current is stopped to the stator in the first embodiment. 実施の形態1におけるブラシレスDCモータの運転停止時の速度のタイミングチャートTiming chart of the speed when the brushless DC motor in the first embodiment is stopped

(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、圧縮機の運転停止後のピストンの回転周期が所定値以下となるタイミングでモータの磁極位置によって通電を切り替えながら逆トルクとなる電圧印加を開始し、ピストン位置を上死点手前もしくは停止位置を管理せず圧縮機を停止させる技術があった。
また、圧縮機のモータを駆動するインバータが圧縮機の通電停止開始位置を管理し、通電停止後にブレーキをかけることで圧縮機の回転を停止させる技術があった。
(The knowledge and other information that formed the basis of this disclosure)
At the time the inventors came up with the idea of the present disclosure, there was a technology in existence that started applying a voltage that generates a reverse torque while switching the energization depending on the magnetic pole position of the motor when the rotation period of the piston after the compressor stops falling below a predetermined value, thereby stopping the compressor without managing the piston position just before top dead center or the stop position.
There is also a technique in which an inverter that drives a compressor motor manages the position at which power supply to the compressor is stopped, and the rotation of the compressor is stopped by applying a brake after power supply is stopped.

しかしながら、レシプロ型の圧縮機では、ピストンが圧縮から吐出の間でモータの速度が0となる可能性がある。そのため、ピストンの内外で圧力差が生まれピストンが反転し、停止時の振動が十分に低減されないという課題を発明者らは発見し、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。
そこで、本開示は、ブラシレスDCモータの速度が0となる際の圧縮機のシリンダ内外の圧力がほぼ等しくなり、ピストンが反転せず停止時の振動を低減するモータ駆動装置を提供する。
However, in a reciprocating compressor, there is a possibility that the motor speed becomes 0 when the piston is moving from compression to discharge. As a result, a pressure difference occurs between the inside and outside of the piston, causing the piston to reverse, and the inventors discovered a problem in that vibrations during stopping cannot be sufficiently reduced. In order to solve this problem, the inventors have come to constitute the subject of the present disclosure.
Therefore, the present disclosure provides a motor drive device in which the pressure inside and outside the cylinder of the compressor is approximately equal when the speed of the brushless DC motor becomes zero, preventing the piston from reversing and reducing vibration when the motor is stopped.

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。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。
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。
Hereinafter, the embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed explanation of already well-known matters or duplicate explanation of substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following explanation becoming more redundant than necessary and to facilitate understanding by those skilled in the art.
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6を用いて、実施の形態1を説明する。
[1-1.構成]
[1-1-1.モータ駆動装置を用いた冷蔵庫の構成]
図1は、実施の形態1におけるモータ駆動装置と冷蔵庫の制御構成を示すブロック図である。
図1に示すように、冷蔵庫300は、モータ駆動装置100と、圧縮機200と、整流平滑部2とを備えている。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[1-1. Configuration]
[1-1-1. Configuration of a refrigerator using a motor drive device]
FIG. 1 is a block diagram showing a control configuration of a motor drive device and a refrigerator in the first embodiment.
As shown in FIG. 1 , a refrigerator 300 includes a motor drive device 100, a compressor 200, and a rectifying and smoothing unit 2.

モータ駆動装置100は、電源1からの入力を整流平滑部2で直流平滑化された電源でブラシレスDCモータ210を駆動する。ブラシレスDCモータ210は、圧縮機200の内部に格納される。
ブラシレスDCモータ210は、永久磁石を2極対有する4極の回転子211と3相巻き線を有する固定子212とから構成されている。
固定子212は、モータ駆動装置100の波形生成部120によって生成された波形で通電し、発生する磁界によって、回転子211を回転させる。
回転子211はレシプロ型の圧縮機200のクランク201と連結し、回転子211の回転運動をピストン202の直線往復運動に変換する。
Motor driving device 100 drives brushless DC motor 210 with a power supply in which an input from power supply 1 is DC-smoothed by rectifying and smoothing unit 2. Brushless DC motor 210 is housed inside compressor 200.
The brushless DC motor 210 is composed of a four-pole rotor 211 having two pole pairs of permanent magnets, and a stator 212 having three-phase windings.
The stator 212 is energized with a waveform generated by the waveform generating unit 120 of the motor driving device 100, and the generated magnetic field causes the rotor 211 to rotate.
The rotor 211 is connected to a crank 201 of a reciprocating compressor 200 , and the rotational motion of the rotor 211 is converted into a linear reciprocating motion of a piston 202 .

回転子211の回転の中心、クランク201と回転子211との連結部、クランク201とピストン202との連結部の順に直線で並ぶとき、ピストン202が最も回転子211から遠のく。この状態が上死点となりシリンダ203の中の冷媒が最も圧縮された状態となる。
また、クランク201と回転子211との連結部、回転子211の中心、クランク201とピストン202との連結部の順に直線で並ぶとき、ピストンが最も近づく。この状態が下死点となり、シリンダ203の中の冷媒の体積がもっと大きく、圧力は吸入した冷媒の圧力と等しい状態となる。
When the center of rotation of rotor 211, the connection between crank 201 and rotor 211, and the connection between crank 201 and piston 202 are aligned in a straight line in that order, piston 202 is furthest from rotor 211. This state is the top dead center, and the refrigerant in cylinder 203 is most compressed.
Also, the pistons are closest when they are lined up in a straight line in the order of the connecting part of the crank 201 and the rotor 211, the center of the rotor 211, and the connecting part of the crank 201 and the piston 202. This state is the bottom dead center, where the volume of the refrigerant in the cylinder 203 is larger and the pressure is equal to the pressure of the sucked refrigerant.

ピストン202は、往復運動により、圧縮機200の中に充満した冷媒をシリンダ203内に吸入し、圧縮する。
シリンダ203は、ピストン202によって、吸入時より高い圧力となった冷媒を吐出する。シリンダ203から吐出された冷媒は、配管で接続された凝縮器301、減圧器302、蒸発器303の順に流れ圧縮機200に戻される。この時、凝縮器301では、放熱が行われ、蒸発器303では、吸熱が行われるので、冷却および過熱を行うことができる。冷蔵庫300はこのような冷凍サイクルを搭載して構成する。
The piston 202, by reciprocating motion, draws the refrigerant filling the compressor 200 into the cylinder 203 and compresses it.
Cylinder 203 discharges the refrigerant, which has been made higher in pressure by piston 202 than when it was suctioned. The refrigerant discharged from cylinder 203 flows through condenser 301, pressure reducer 302, and evaporator 303, which are connected by piping, in that order, and is returned to compressor 200. At this time, heat is released in condenser 301, and heat is absorbed in evaporator 303, so that cooling and superheating can be performed. Refrigerator 300 is configured with such a refrigeration cycle.

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50Hzまたは60Hzの交流電源である。
整流平滑部2は、電源1を入力として整流部2aが交流電力を直流電力に整流し、平滑部2bが整流部2aの出力側に接続され、整流部2aの出力を平滑する。整流部2aはブリッジ接続された4個の整流ダイオードで構成される。平滑部2bは、コンデンサで構成される。十分に平滑化するためには容量の大きなコンデンサが必要となる。そのため、本実施の形態では、容量に対してコストが安価な電解コンデンサが用いられる。
The power source 1 is a typical commercial power source, which in Japan is an AC power source of 50 Hz or 60 Hz with an effective value of 100 V.
In the rectifying and smoothing unit 2, the power source 1 is input, and the rectifying unit 2a rectifies AC power to DC power, and the smoothing unit 2b is connected to the output side of the rectifying unit 2a and smoothes the output of the rectifying unit 2a. The rectifying unit 2a is composed of four rectifying diodes connected in a bridge connection. The smoothing unit 2b is composed of a capacitor. A capacitor with a large capacity is required to achieve sufficient smoothing. Therefore, in this embodiment, an electrolytic capacitor, which is inexpensive for its capacity, is used.

本実施の形態では、電源1として交流電源が用いられるため、整流平滑部2で交流を直流に平滑しモータ駆動装置100に入力している。
なお、電源1が直流電源の場合は、直接、モータ駆動装置100に接続するようにしてもよい。その際、整流平滑部2は不要である。
モータ駆動装置100は、波形生成部120が整流平滑部2からの直流入力を交流に変換しブラシレスDCモータ210へと出力する。
In this embodiment, an AC power supply is used as the power supply 1 , so the AC is smoothed into DC by the rectifying and smoothing unit 2 and input to the motor drive device 100 .
When the power supply 1 is a DC power supply, it may be directly connected to the motor drive device 100. In this case, the rectifying and smoothing unit 2 is not necessary.
In the motor drive device 100 , the waveform generating section 120 converts the DC input from the rectifying and smoothing section 2 into AC and outputs it to the brushless DC motor 210 .

モータ駆動装置100は、波形生成部120と、端子電圧検出部102と、位相推定部103と、速度推定部104と、圧縮機状態把握部105と、電流検出部108と、を備えている。
端子電圧検出部102は、ブラシレスDCモータ210の波形生成部120と接続している端子の電圧を検出する。そして、端子電圧検出部102は、位相推定部103と速度推定部104にそれぞれ端子電圧の値を送る。
位相推定部103は端子電圧検出部102が検出したブラシレスDCモータ210の端子電圧からブラシレスDCモータ210の回転子211の位相を検出する。そして、位相推定部103は推定した回転子211の位相を波形生成部120へと入力する。
The motor drive device 100 includes a waveform generating unit 120, a terminal voltage detecting unit 102, a phase estimating unit 103, a speed estimating unit 104, a compressor state grasping unit 105, and a current detecting unit 108.
Terminal voltage detection section 102 detects the voltage of a terminal connected to waveform generation section 120 of brushless DC motor 210. Then, terminal voltage detection section 102 sends the value of the terminal voltage to phase estimation section 103 and speed estimation section 104, respectively.
The phase estimation unit 103 detects the phase of the rotor 211 of the brushless DC motor 210 from the terminal voltage of the brushless DC motor 210 detected by the terminal voltage detection unit 102. Then, the phase estimation unit 103 inputs the estimated phase of the rotor 211 to the waveform generation unit 120.

速度推定部104は、端子電圧検出部102が検出した電圧値から速度を推定する。そして、速度推定部104は、推定した速度を波形生成部120へと送る。運転中の回転子211の回転速度はブラシレスDCモータ210から発生する誘起電圧のゼロクロスの発生周期などから速度を推定する。ブラシレスDCモータ210の停止時など通電を行っていない際の回転子211の回転速度は、端子電圧検出部102の検出したブラシレスDCモータ210の他相の電圧とクロスする点と端子電圧の平均値との交点が現れる頻度から検出する。 The speed estimation unit 104 estimates the speed from the voltage value detected by the terminal voltage detection unit 102. The speed estimation unit 104 then sends the estimated speed to the waveform generation unit 120. The rotation speed of the rotor 211 during operation is estimated from the occurrence period of zero crossings of the induced voltage generated by the brushless DC motor 210. The rotation speed of the rotor 211 when no current is being applied, such as when the brushless DC motor 210 is stopped, is detected from the frequency at which the points at which the voltage of the other phase of the brushless DC motor 210 detected by the terminal voltage detection unit 102 crosses the average value of the terminal voltage appear.

圧縮機状態把握部105は、ブラシレスDCモータ210への通電が停止しているが、回転子211が回転しているときに圧縮機200の圧縮状態を検出する。圧縮機状態把握部105は、ブラシレスDCモータ210の停止時など通電を行っていない際に、端子電圧検出部102の検出したブラシレスDCモータ210の他相の電圧との交点および端子電圧の平均値との交点を検出するたびに圧縮工程が進んだと判断する。 The compressor state grasping unit 105 detects the compression state of the compressor 200 when the supply of current to the brushless DC motor 210 is stopped but the rotor 211 is rotating. When the brushless DC motor 210 is not being energized, such as when it is stopped, the compressor state grasping unit 105 determines that the compression process has progressed each time it detects an intersection with the voltage of another phase of the brushless DC motor 210 detected by the terminal voltage detection unit 102 and an intersection with the average value of the terminal voltage.

ピストン202は、下死点から上死点へ移動する際に冷媒を圧縮し吐出する。この冷媒を圧縮し吐出する際に、回転子211の速度は大きく低下する。そこで、圧縮機状態把握部105は、交点を検出する間隔の変化率が所定変化率より大きい状態から小さい状態へと変化したときに圧縮機200が吐出から吸入に切り替わる上死点と判断する。そして、圧縮機状態把握部105は、上死点を基準として固定子212の端子電圧と比較電圧の交点の検出の回数で圧縮機200の状態を把握する。 When the piston 202 moves from the bottom dead center to the top dead center, it compresses and discharges the refrigerant. When the refrigerant is compressed and discharged, the speed of the rotor 211 drops significantly. Therefore, the compressor state grasping unit 105 determines that the compressor 200 is at the top dead center, where the compressor 200 switches from discharge to suction, when the rate of change of the interval at which the intersection is detected changes from a state greater than a predetermined rate of change to a state smaller than the predetermined rate of change. The compressor state grasping unit 105 then grasps the state of the compressor 200 from the number of times the intersection of the terminal voltage of the stator 212 and the comparison voltage is detected, based on the top dead center.

速度指令部107は、冷蔵庫300の庫内の温度の状態などによって、波形生成部120にブラシレスDCモータ210の回転子211を回転させる速度の指令を送る。
電流検出部108は、ブラシレスDCモータ210に流れる電流を検出する。ブラシレスDCモータ210の3相それぞれに流れる電流を検出する。
波形生成部120は、位相推定部103が推定したブラシレスDCモータ210の位相に応じた適切な通電によってブラシレスDCモータ210の回転子211を回転させる。
波形生成部120では、速度指令部107から受け取った速度指令と、端子電圧検出部102で検出したブラシレスDCモータ210の端子電圧から速度推定部104が推定した回転子211の回転速度の差によって、固定子212に印加する電圧の大きさを変更する。
The speed command unit 107 sends a command to the waveform generating unit 120 for the speed at which to rotate the rotor 211 of the brushless DC motor 210 depending on the temperature state inside the refrigerator 300 and the like.
The current detection unit 108 detects the current flowing through the brushless DC motor 210. The current flowing through each of the three phases of the brushless DC motor 210 is detected.
The waveform generating unit 120 rotates the rotor 211 of the brushless DC motor 210 by applying an appropriate current according to the phase of the brushless DC motor 210 estimated by the phase estimating unit 103 .
The waveform generating unit 120 changes the magnitude of the voltage applied to the stator 212 based on the difference between the speed command received from the speed command unit 107 and the rotational speed of the rotor 211 estimated by the speed estimation unit 104 from the terminal voltage of the brushless DC motor 210 detected by the terminal voltage detection unit 102.

また、波形生成部120は、速度指令部107の指令速度が0となったとき、ブラシレスDCモータ210への通電を停止した後、ブラシレスDCモータ210の端子をすべて波形生成部120の内部で短絡させる。
短絡を行った際、ブラシレスDCモータ210が発電機となり電流が流れる。短絡している間は通常の運転時よりも大きな電流が流れる。そこで、波形生成部120は、電流検出部108が検出した固定子212に流れる電流をもとに、電流があらかじめ決めた電流閾値を中心に短絡と出力停止を繰り返す。これにより強制的にブラシレスDCモータ210を停止させることができる。
Furthermore, when the command speed of speed command section 107 becomes 0, waveform generating section 120 stops the supply of current to brushless DC motor 210 and then shorts all the terminals of brushless DC motor 210 inside waveform generating section 120 .
When a short circuit occurs, brushless DC motor 210 becomes a generator and current flows. While the motor is short circuited, a current larger than that during normal operation flows. Therefore, based on the current flowing through stator 212 detected by current detection unit 108, waveform generation unit 120 repeats short circuiting and output stop when the current is centered around a predetermined current threshold. This makes it possible to forcibly stop brushless DC motor 210.

固定子212に流れる電流と電流閾値との比較は、周期的に行われる。
そのため、電流閾値は、電流の増加率と電流検出周期の関係から電流閾値を超える最大の電流が、ブラシレスDCモータ210の減磁を起こさず、固定子212の温度が使用可能温度以下で収まり、波形生成部120で流すことが可能な電流であるように決定される。
短絡時の電流は、ブラシレスDCモータ210と波形生成部120との間で流れ、回転子211の回転速度に応じた電流値まで上昇する。出力停止時の電流は、ブラシレスDCモータ210から波形生成部120を通り、整流平滑部2の平滑部2bに流れ、電流が減少する。
The current flowing through the stator 212 is compared with the current threshold value periodically.
Therefore, the current threshold is determined based on the relationship between the current increase rate and the current detection period so that the maximum current exceeding the current threshold does not cause demagnetization of brushless DC motor 210, keeps the temperature of stator 212 below the usable temperature, and is a current that can be passed by waveform generating unit 120.
When a short circuit occurs, the current flows between brushless DC motor 210 and waveform generating unit 120, and increases to a current value according to the rotation speed of rotor 211. When the output is stopped, the current flows from brushless DC motor 210 through waveform generating unit 120 to smoothing unit 2b of rectifying smoothing unit 2, and the current decreases.

短絡させる処理は、ブラシレスDCモータ210の回転子211が正転している状態で行う。正転は回転子211とクランク201が連結されている側から見て、回転子211が反時計回りに回転する方向とする。また、短絡させる処理は、圧縮機200のピストン202が上死点から下死点に移動する間に停止するように開始させる。 The short-circuiting process is performed when the rotor 211 of the brushless DC motor 210 is rotating in the forward direction. Forward rotation is defined as the direction in which the rotor 211 rotates counterclockwise when viewed from the side where the rotor 211 and the crank 201 are connected. The short-circuiting process is started so that the piston 202 of the compressor 200 stops while moving from top dead center to bottom dead center.

本実施の形態では、圧縮機200のピストン202が上死点から下死点に移動する間に停止させるために、波形生成部120は、速度推定部104の推定する速度が、速度閾値以下になった際に短絡を開始する。
速度閾値は、圧縮機200が冷媒に対する工程(ピストン202の位置)によってそれぞれ決定する。ピストン202が下死点から上死点へと移動する間は、圧縮工程で停止してしまう可能性があるため、上死点から下死点へと移動する途中よりも高い速度閾値となる。
In this embodiment, in order to stop the piston 202 of the compressor 200 while it is moving from top dead center to bottom dead center, the waveform generating unit 120 starts short-circuiting when the speed estimated by the speed estimating unit 104 becomes equal to or lower than the speed threshold value.
The speed threshold is determined by the stroke (position of piston 202) of compressor 200 relative to the refrigerant. When piston 202 moves from bottom dead center to top dead center, there is a possibility that it may stop during the compression stroke, so the speed threshold is higher than when piston 202 moves from top dead center to bottom dead center.

また、短絡の開始は、圧縮機200の圧力を冷蔵庫の冷凍サイクルの調整などにより所定の圧力条件にした後に、通電停止を行い、通電停止後の時間や圧縮した回数などから短絡開始のタイミングを決定してもよい。この方法では、短絡開始のタイミングに複雑な計算が必要なく処理を簡略化できる。 Also, the short circuit can be started by bringing the pressure of the compressor 200 to a predetermined pressure condition by adjusting the refrigerator's refrigeration cycle, etc., and then stopping the power supply, and determining the timing of the short circuit start from the time after the power supply is stopped and the number of compressions. With this method, the timing of the short circuit start does not require complex calculations, and the process can be simplified.

上死点は、圧縮機状態把握部105で、端子電圧検出部102で検出したブラシレスDCモータ210の端子電圧から安価かつ容易に検出することができる。
通常の冷蔵庫300の運転であれば、圧縮機200の吸入圧力と吐出圧力は所定値に収まっているため、あらかじめ定めた速度閾値で確実に上死点から下死点の間で停止させることができる。
The top dead center can be inexpensively and easily detected by compressor state grasping unit 105 from the terminal voltage of brushless DC motor 210 detected by terminal voltage detection unit 102 .
During normal operation of refrigerator 300, the suction pressure and discharge pressure of compressor 200 are within predetermined values, so that refrigerator 300 can be reliably stopped between top dead center and bottom dead center at a predetermined speed threshold.

しかしながら、冷蔵庫300の異常が起こる場合、圧縮機200の吸入圧力と吐出圧力が通常の運転状態より大きくなる。この場合、短絡を開始するあらかじめ定めた速度閾値より高い速度であっても、圧縮工程の途中で停止する可能性がある。そこで、波形生成部120は、短絡を開始するために速度閾値以下になるよう、一度速度を減速させる。減速させる方法は短絡とすることで、新たな手法を導入せずコストを抑えることができる。 However, if an abnormality occurs in the refrigerator 300, the suction pressure and discharge pressure of the compressor 200 become higher than in normal operating conditions. In this case, even if the speed is higher than the predetermined speed threshold for starting the short circuit, there is a possibility that the compression process will stop midway. Therefore, the waveform generating unit 120 once decelerates the speed so that it becomes equal to or lower than the speed threshold for starting the short circuit. By using a short circuit as the method for decelerating, costs can be reduced without introducing a new method.

回転子211停止のための短絡を始める前に減速させるかどうかは、回転子211が1回転したときの減速率から出力決定部121が決定する。
停止のために波形生成部120が出力を停止させ、短絡を始めるまでの間は、ブラシレスDCモータ210はフリーランとなる。ブラシレスDCモータ210がフリーランの間は、圧縮機200の吐出圧力と吸入圧力はほとんど変化しない。そのため、回転速度と1回転分の減速率が求まれば、圧縮機200の負荷トルクが求まるため、速度がどのように減速するか、何回転後に停止するかを予測することができる。
Whether or not to decelerate before starting the short circuit to stop the rotor 211 is determined by the output determination unit 121 from the deceleration rate when the rotor 211 makes one rotation.
Brushless DC motor 210 is in a free-running state until waveform generating unit 120 stops output to stop the motor and starts short-circuiting. While brushless DC motor 210 is free-running, the discharge pressure and suction pressure of compressor 200 hardly change. Therefore, if the rotation speed and the deceleration rate per rotation are obtained, the load torque of compressor 200 can be obtained, and it is possible to predict how the speed will decelerate and how many rotations it will take to stop the motor.

波形生成部120は、出力停止直後の減速率を求め、圧縮機200が速度閾値に収まることなく停止することが予測される場合、停止する一つ前の上死点で回転子211の速度が速度閾値以下に収まるよう、短絡し減速させる。それにより、圧縮機200の圧力が異常状態であっても、ピストン202が上死点から下死点に移動する間で停止させることができる。 The waveform generating unit 120 calculates the deceleration rate immediately after the output is stopped, and if it is predicted that the compressor 200 will stop without reaching the speed threshold, it shorts and decelerates the rotor 211 so that the speed of the rotor 211 falls below the speed threshold at the top dead center just before the compressor stops. This makes it possible to stop the piston 202 as it moves from the top dead center to the bottom dead center, even if the pressure of the compressor 200 is abnormal.

ピストン202が上死点から下死点に移動する間は、シリンダ203は冷媒を吸入する。そのため、圧縮機200内の冷媒の圧力とシリンダ203内の圧力差がなく、圧力差によるピストン202を動かす力が働かない。つまり、ピストン202が上死点から下死点へ移動する間に回転子211を停止させるので、回転子211の速度が0となった後に、反転することがなく、圧縮機200の停止に伴う振動を低減できる。 While piston 202 moves from top dead center to bottom dead center, cylinder 203 draws in refrigerant. Therefore, there is no difference between the pressure of the refrigerant in compressor 200 and the pressure in cylinder 203, and no force is exerted to move piston 202 due to the pressure difference. In other words, rotor 211 is stopped while piston 202 moves from top dead center to bottom dead center, so there is no reversal of rotation after the speed of rotor 211 becomes 0, and vibrations caused by stopping compressor 200 can be reduced.

[1-1-2.波形生成部の構成]
次に、図2を用いて波形生成部120の内部構造を説明する。
図2は、実施の形態1における波形生成部の構成を示すブロック図である。
図2に示すように、波形生成部120は、出力決定部121と、ドライブ部122と、インバータ123とから構成される。出力決定部121は、位相推定部103、速度推定部104、圧縮機状態把握部105、電流検出部108、速度指令部107からの出力を入力する。
インバータ123は、整流平滑部2からの直流電力を、交流電力に変換する。インバータ123は、6個のスイッチング素子123a~123f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123g~123lは、各スイッチング素子123a~123fに逆方向に接続される。
[1-1-2. Configuration of Waveform Generation Unit]
Next, the internal structure of the waveform generating section 120 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the waveform generating unit according to the first embodiment.
2, the waveform generating unit 120 is composed of an output determining unit 121, a drive unit 122, and an inverter 123. The output determining unit 121 receives outputs from the phase estimating unit 103, the speed estimating unit 104, the compressor state grasping unit 105, the current detecting unit 108, and the speed command unit 107.
The inverter 123 converts the DC power from the rectifying and smoothing unit 2 into AC power. The inverter 123 is configured by connecting six switching elements 123a to 123f in a three-phase bridge configuration. In addition, six freewheeling current diodes 123g to 123l are connected in the reverse direction to the switching elements 123a to 123f.

出力決定部121は、通電率、短絡指令、通電停止指令のいずれかを決定し、出力する。出力決定部121は、速度指令部107の指令速度が0より大きい場合は、通電率を出力する。通電率は、速度推定部104が推定する回転子211の回転速度と速度指令部107の指令速度の差から決定される。決定した通電率は、ドライブ部122に出力される。具体的には、波形生成部120では、速度指令の方が高い場合は電圧を高くし、速度指令の方が低い場合は電圧を低くし固定子212に出力する。 The output determination unit 121 determines and outputs either the conduction rate, the short circuit command, or the current stop command. When the command speed of the speed command unit 107 is greater than 0, the output determination unit 121 outputs the conduction rate. The conduction rate is determined from the difference between the rotation speed of the rotor 211 estimated by the speed estimation unit 104 and the command speed of the speed command unit 107. The determined conduction rate is output to the drive unit 122. Specifically, the waveform generation unit 120 increases the voltage when the speed command is higher, and decreases the voltage when the speed command is lower, and outputs the voltage to the stator 212.

また、出力決定部121は、速度指令部107の指令速度が0である場合に、短絡指令もしくはすべてのスイッチング素子123a~123fがオフする通電停止指令を出力する。出力決定部121は、速度指令部107の速度指令が0となった直後は通電停止指令を出力する。
短絡指令の開始は、速度推定部104と圧縮機状態把握部105の情報をもとに、出力決定部121が決定し、出力を短絡指令に切り替える。さらに、異常な負荷状態であっても確実に停止するための短絡前の減速も、速度推定部104の推定速度の変化から出力決定部121が決定する。
Furthermore, when the command speed of the speed command unit 107 is 0, the output determination unit 121 outputs a short circuit command or a current stop command for turning off all the switching elements 123a to 123f. The output determination unit 121 outputs a current stop command immediately after the speed command of the speed command unit 107 becomes 0.
The start of the short circuit command is determined by the output determination unit 121 based on information from the speed estimation unit 104 and the compressor state grasping unit 105, and the output is switched to the short circuit command. Furthermore, the output determination unit 121 also determines the deceleration before the short circuit to ensure a stop even in an abnormal load state, based on the change in the estimated speed by the speed estimation unit 104.

また、短絡時に固定子212に流れる電流による短絡指令と通電停止指令との切り替えも、出力決定部121が行っている。
ドライブ部122は、位相推定部103で検出されるブラシレスDCモータ210の回転子211の位置情報に基づき、インバータ123がブラシレスDCモータ210の固定子212の3相巻線に供給する電力の供給タイミングを決定し、PWM制御するドライブ信号を出力する。
In addition, the output determination unit 121 also switches between a short circuit command and a current stop command based on the current flowing through the stator 212 when a short circuit occurs.
Based on the position information of the rotor 211 of the brushless DC motor 210 detected by the phase estimation unit 103, the drive unit 122 determines the timing of the power supply that the inverter 123 supplies to the three-phase windings of the stator 212 of the brushless DC motor 210, and outputs a drive signal for PWM control.

具体的には、ドライブ信号は、インバータ123のスイッチング素子123a~123fをオンまたはオフする。これにより、固定子212に最適な交流電力が印加され、回転子211が回転し、ブラシレスDCモータ210が駆動される。駆動波形は、矩形波および正弦波などがあるが、特にこだわらない。また、ドライブ部122では、出力決定部121が決定した通電率をもとに、PWMデューティ幅を計算し、出力する。 Specifically, the drive signal turns on or off the switching elements 123a to 123f of the inverter 123. This applies optimal AC power to the stator 212, causing the rotor 211 to rotate and driving the brushless DC motor 210. The drive waveform can be a square wave or a sine wave, but there is no particular preference. In addition, the drive unit 122 calculates and outputs the PWM duty width based on the conduction rate determined by the output determination unit 121.

ドライブ部122は、短絡指令がある場合、インバータ123のスイッチング素子123a、123c、123eの組合せもしくは、スイッチング素子123b、123d、123fの組合せをオンさせ導通させる。各スイッチング素子123a~123fと逆方向にダイオード123g~123lが接続されているため、ドライブ部122は固定子212の端子を短絡することとなる。 When a short circuit command is received, the drive unit 122 turns on the combination of switching elements 123a, 123c, and 123e of the inverter 123, or the combination of switching elements 123b, 123d, and 123f, to make them conductive. Since diodes 123g to 123l are connected in the opposite direction to each of the switching elements 123a to 123f, the drive unit 122 shorts the terminals of the stator 212.

一般的に、制御側のスイッチング素子123a、123c、123eを駆動するためには、平滑部2bと異なる電位基準の電源の充電が必要である。そのため、長時間短絡させるためには充電するための部品(コンデンサ等)が大きくなる。一方で、負極側のスイッチング素子123b、123d、123fは、平滑部2bと共通の電位基準の電源でよいため、駆動には電源の充電が不要である。本実施の形態では、短絡時のスイッチング素子を駆動する電源の充電が必要ないため負極側のスイッチング素子123b、123d、123fを短絡する。これにより回路の大型化やコストアップを抑制することができる。 In general, to drive the control side switching elements 123a, 123c, and 123e, it is necessary to charge a power source with a different potential reference from the smoothing unit 2b. Therefore, in order to short-circuit for a long time, the components to be charged (capacitors, etc.) become large. On the other hand, the negative side switching elements 123b, 123d, and 123f can be driven by a power source with a common potential reference to the smoothing unit 2b, so no power source charging is required to drive them. In this embodiment, since there is no need to charge the power source that drives the switching elements when short-circuited, the negative side switching elements 123b, 123d, and 123f are short-circuited. This makes it possible to prevent the circuit from becoming larger and the costs from increasing.

ドライブ部122が固定子212を短絡させた場合、ブラシレスDCモータ210は発電機として働くので、固定子212に電流が流れる。固定子212に流れる電流は、オンさせたスイッチング素子123b、123d、123fまたはダイオード123h、123j、123lのいずれかを通り再び固定子212に流れる。 When the drive unit 122 shorts the stator 212, the brushless DC motor 210 functions as a generator, and current flows through the stator 212. The current flowing through the stator 212 passes through one of the switching elements 123b, 123d, and 123f that are turned on or the diodes 123h, 123j, and 123l, and then flows back to the stator 212.

また、ドライブ部122は、通電停止指令がある場合、スイッチング素子123a~123fをすべてオフさせる。固定子212に流れていた電流は流れ続けるため、ダイオード123h、123j、123lに流れていた電流はそのまま流れる。一方で、スイッチング素子123b、123d、123fに流れていた電流は、導通が遮断されるため、それぞれダイオード123g,123i,123kを流れる。その結果、固定子212の電流が平滑部2bに流れ、充電される。そして固定子の212に流れる電流は急速に減少する。 Furthermore, when a stop current command is received, the drive unit 122 turns off all switching elements 123a to 123f. The current that was flowing through the stator 212 continues to flow, so the current that was flowing through diodes 123h, 123j, and 123l continues to flow. On the other hand, the current that was flowing through switching elements 123b, 123d, and 123f is cut off, so it flows through diodes 123g, 123i, and 123k, respectively. As a result, the current in the stator 212 flows to the smoothing unit 2b, which charges it. Then, the current flowing through the stator 212 rapidly decreases.

[1-2.動作]
以上のように構成されたモータ駆動装置100について、その動作を以下説明する。
[1-2-1.短絡判定動作]
図3に基づいて、出力決定部121の短絡判定動作を説明する。
図3は、実施の形態1における波形生成部の短絡の判定動作を説明するためのフローチャートである。
まず、速度指令部107からの指令速度が0となるまでは、ブラシレスDCモータ210を停止させるための短絡判定は行わない(S101:No)。そして指令速度が0となると(S101:Yes)、出力決定部121は、通電停止指令を出力する(S102)。通電を停止し、回転子211がフリーランの間は、圧縮機状態把握部105が把握した圧縮機200の圧縮工程の状態に応じた指令速度をあらかじめ計算し作成したテーブルから速度閾値を決定する(S103)。
[1-2. Operation]
The operation of motor drive device 100 configured as above will now be described.
[1-2-1. Short circuit determination operation]
The short circuit determination operation of the output determining unit 121 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of determining whether or not a short circuit has occurred in the waveform generating unit according to the first embodiment.
First, a short circuit determination for stopping brushless DC motor 210 is not performed until the command speed from speed command unit 107 becomes 0 (S101: No). Then, when the command speed becomes 0 (S101: Yes), output determination unit 121 outputs a power supply stop command (S102). After power supply is stopped and rotor 211 is free running, a speed threshold value is determined from a table created by calculating in advance a command speed according to the state of the compression process of compressor 200 grasped by compressor state grasping unit 105 (S103).

そして、速度推定部104が推定する回転子211の回転速度が、速度閾値より大きい間は(S104:No)、速度閾値を更新(S103)し続ける。回転子211はフリーランの状態で徐々に回転速度が低下していく。そして、回転速度が速度閾値以下になった時(S104:Yes)、電流検出部108が検出した固定子212に流れる電流があらかじめ定めた電流閾値未満かどうかを判定する(S105)。 Then, while the rotation speed of the rotor 211 estimated by the speed estimation unit 104 is greater than the speed threshold (S104: No), the speed threshold is continuously updated (S103). The rotation speed of the rotor 211 gradually decreases in a free-running state. Then, when the rotation speed becomes equal to or less than the speed threshold (S104: Yes), it is determined whether the current flowing through the stator 212 detected by the current detection unit 108 is less than a predetermined current threshold (S105).

判定した結果、固定子212に流れる電流が電流閾値未満ならば(S105:Yes)、出力決定部121は短絡指令を出力する(S106)。短絡を開始するまでは電流が流れていないため、まずは短絡が開始される。回転子211の実際の回転速度0となるまで(S108:No)、電流値が電流閾値未満かの判定(S105)を繰り返す。判定を繰り返しはPWMの周期に同期させるなど、周期的に実施することで、処理時間を削減できる。 If it is determined that the current flowing through the stator 212 is less than the current threshold (S105: Yes), the output determination unit 121 outputs a short circuit command (S106). Since no current flows until the short circuit is started, the short circuit is started first. The determination of whether the current value is less than the current threshold (S105) is repeated until the actual rotation speed of the rotor 211 becomes 0 (S108: No). By repeating the determination periodically, for example by synchronizing it with the PWM period, the processing time can be reduced.

短絡中は、回転子211の回転速度が一定であれば、固定子212に流れる電流は、回転数に応じた電流値まで徐々に増加する。短絡を開始して固定子212に流れる電流が増加した結果、電流値が電流閾値以上となると(S105:No)、出力決定部121は通電停止指令を出力する(S107)。通電停止によって電流は減少する。
回転速度が0となるまでは(S108:No)、電流値を電流閾値と比較することで(S105)、短絡指令の出力(S106)による電流の増加と通電停止指令の出力による電流の減少によって電流が一定値以下に抑制されながら、フリーランでの減速よりもすみやかに、回転速度が低下していく。回転速度の低下とともに電流値は小さくなり、回転速度が0に近づくと電流値は電流閾値を超えることがなくなり(S105:Yes)、短絡指令が継続される。
During the short circuit, if the rotation speed of the rotor 211 is constant, the current flowing through the stator 212 gradually increases to a current value corresponding to the rotation speed. When the short circuit starts and the current flowing through the stator 212 increases, and the current value becomes equal to or greater than the current threshold (S105: No), the output determination unit 121 outputs a current stop command (S107). The current decreases as a result of the current being stopped.
Until the rotation speed becomes 0 (S108: No), the current value is compared with the current threshold value (S105), and the current is suppressed to a certain value or less by the current increase due to the output of the short circuit command (S106) and the current decrease due to the output of the de-energization command, so that the rotation speed decreases more quickly than in the deceleration during free run. As the rotation speed decreases, the current value becomes smaller, and when the rotation speed approaches 0, the current value does not exceed the current threshold value (S105: Yes), and the short circuit command is continued.

電流値が小さくなることで、回転子211の回転を低下させる力が小さくなり滑らかな速度変化によって停止し、停止時の振動を抑制することができる。
さらに、上死点から下死点までの間で停止するよう速度閾値を定めているため、圧縮機200のピストン202がシリンダ203の内外圧力差によって押し戻されることがなく、回転子211の反転による振動も発生しない。回転速度が0になった場合(S108:Yes)、出力決定部121は短絡制御を終了し通電停止指令を出力する(S109)。
By reducing the current value, the force slowing down the rotation of rotor 211 becomes smaller, and the rotor stops with a smooth speed change, making it possible to suppress vibrations when the rotor stops.
Furthermore, since the speed threshold is set so that the compressor stops between the top dead center and the bottom dead center, the piston 202 of the compressor 200 is not pushed back by the pressure difference between the inside and outside of the cylinder 203, and no vibration occurs due to the reverse rotation of the rotor 211. When the rotation speed becomes 0 (S108: Yes), the output determination unit 121 ends the short circuit control and outputs a power supply stop command (S109).

なお、短絡制御の終了は回転速度が0となった場合としたが、電流検出部108が検出する固定子212に流れる電流が0となった場合でもよい。また、回転速度が完全な0ではなく0.1r/sなど0に近い値としてもよく、回転のエネルギーが小さいため、停止時の振動を抑制できる。同様に電流値も0.1Aなど0に近い値を終了の条件としても同様に停止時の振動を抑制できる。 Note that, although the short circuit control ends when the rotation speed becomes 0, it may also end when the current flowing through the stator 212 detected by the current detection unit 108 becomes 0. Also, the rotation speed may not be completely 0, but may be a value close to 0, such as 0.1 r/s, and since the rotational energy is small, vibrations during stopping can be suppressed. Similarly, vibrations during stopping can also be suppressed by setting the current value close to 0, such as 0.1 A, as the end condition.

このときの動作を、図4(a)と図4(b)を用いて、より詳細に説明する。図4(a)は短絡を行った際(図6におけるT106とT107の間の時間)の固定子212に流れる電流値の変化を示す。図4(b)は電流検出部108が検出した固定子212の電流値に応じて出力決定部121が短絡指令と通電停止指を出力するタイミングを示す。短絡を開始すると(図4(b)におけるT106)、電流が増加を始める(図4(a)におけるT106からT201の間)。周期的に電流値が電流閾値を超えているかどうかを判断する。短絡を開始した直後の電流値が0の状態から始まる。 The operation at this time will be explained in more detail using Figures 4(a) and 4(b). Figure 4(a) shows the change in the value of the current flowing through the stator 212 when a short circuit is performed (the time between T106 and T107 in Figure 6). Figure 4(b) shows the timing at which the output decision unit 121 outputs a short circuit command and a current stop instruction in response to the current value of the stator 212 detected by the current detection unit 108. When the short circuit is started (T106 in Figure 4(b)), the current starts to increase (between T106 and T201 in Figure 4(a)). It is periodically determined whether the current value exceeds the current threshold. It starts from a state where the current value is 0 immediately after the short circuit is started.

短絡開始後、最初の判定周期(図4(a)におけるT201)と次の判定周期(図4(a)におけるT202)では電流値が電流閾値未満のため、短絡指令が継続される(図4(b)におけるT201からT203の前まで)。その次の判定周期(図4(a)におけるT203)では電流値が電流閾値以上となっているため、通電停止指令が選択され、出力される(図4(b)におけるT203)。通電停止指令により固定子212に流れる電流が減少する。 After the short circuit starts, the current value is less than the current threshold in the first judgment cycle (T201 in FIG. 4(a)) and the next judgment cycle (T202 in FIG. 4(a)), so the short circuit command continues (from T201 to before T203 in FIG. 4(b)). In the next judgment cycle (T203 in FIG. 4(a)), the current value is greater than or equal to the current threshold, so the current stop command is selected and output (T203 in FIG. 4(b)). The current flowing through the stator 212 decreases due to the current stop command.

そして、次の判定周期(図4(a)におけるT204)では再び電流値が電流閾値を下回っているため、短絡指令が選択され出力される(図4(b)におけるT204)。そして、次の周期(図4(a)におけるT205)で電流値が閾値以上となり通電停止指令(図4(b)におけるT205)、およびその次の周期(図4(a)におけるT206)で電流値が電流閾値を下回り短絡指令がそれぞれ選択され出力される(図4(b)におけるT206)。ブラシレスDCモータ210に電流を流すことにより回転子211の回転速度が低下する。 Then, in the next judgment cycle (T204 in FIG. 4(a)), the current value is again below the current threshold, so a short circuit command is selected and output (T204 in FIG. 4(b)). Then, in the next cycle (T205 in FIG. 4(a)), the current value exceeds the threshold, so a de-energization command is selected and output (T205 in FIG. 4(b)), and in the cycle after that (T206 in FIG. 4(a)), the current value falls below the current threshold, so a short circuit command is selected and output (T206 in FIG. 4(b)). By passing a current through brushless DC motor 210, the rotational speed of rotor 211 decreases.

そのため、固定子212に発生する誘起電圧が低下し、短絡時の固定子212に流れる電流が減少する。その結果、次の周期(図4(b)におけるT207)では、短絡指令が継続しても電流が電流閾値を超えない(図4(a)におけるT207)。そして、その後も周期的(図4(a)および(b)におけるT208~T211)に判定を行っても、回転子211が停止するまで固定子212に流れる電流が減少しながら短絡指令が継続される。 Therefore, the induced voltage generated in the stator 212 decreases, and the current flowing through the stator 212 during the short circuit decreases. As a result, in the next cycle (T207 in FIG. 4(b)), even if the short circuit command continues, the current does not exceed the current threshold (T207 in FIG. 4(a)). Even if the determination is made periodically thereafter (T208 to T211 in FIGS. 4(a) and (b)), the short circuit command continues while the current flowing through the stator 212 decreases until the rotor 211 stops.

そして、回転子211が停止したと判断が行われる周期(図4(a)および(b)におけるT107)では、短絡による回転子211の停止処理が終了したとして、通電停止指令を出力する。これによりインバータ123と固定子212が熱破壊から守られる。また、固定子212によって作られる磁界の強さが一定値以下になるため、回転子211の減磁を防ぐ。さらに電流をインバータ123と固定子212と回転子211を保護する可能な限り大きな電流で回転子211を停止させることができる。 Then, in the cycle where it is determined that the rotor 211 has stopped (T107 in Figures 4(a) and (b)), the process of stopping the rotor 211 due to the short circuit is completed, and a command to stop the current is output. This protects the inverter 123 and the stator 212 from thermal destruction. In addition, the strength of the magnetic field created by the stator 212 is kept below a certain value, preventing demagnetization of the rotor 211. Furthermore, the rotor 211 can be stopped with the largest possible current that protects the inverter 123, the stator 212, and the rotor 211.

[1-2-2.圧縮機停止時の速度推定動作]
次に指令速度が0となり回転子211が回転している状態から、インバータ123が通電停止した際の速度推定部104の動作を、図5(a)~図5(d)を用いてより詳細に説明する。固定子212はスター結線とする。スター結線は、固定子212の3相の各巻き線の一端をすべて結線する。固定子212の各巻き線同士で結線していない側の端子はインバータ123のスイッチング素子123aと123b、スイッチング素子123cと123d、スイッチング素子123eと123fの接続部にそれぞれ結線している。スイッチング素子123aと接続する固定子212の巻き線をU相、スイッチング素子123cと接続する固定子212の巻き線をV相、スイッチング素子123eと接続する固定子212の巻き線をW相とする。
[1-2-2. Speed estimation operation when compressor is stopped]
Next, the operation of the speed estimation unit 104 when the inverter 123 stops supplying current from a state in which the command speed is 0 and the rotor 211 is rotating will be described in more detail with reference to Fig. 5(a) to Fig. 5(d). The stator 212 is star-connected. In the star connection, one end of each of the three-phase windings of the stator 212 is all connected. The terminals of the windings of the stator 212 that are not connected to each other are connected to the connections of the switching elements 123a and 123b, the switching elements 123c and 123d, and the switching elements 123e and 123f of the inverter 123, respectively. The winding of the stator 212 connected to the switching element 123a is the U-phase, the winding of the stator 212 connected to the switching element 123c is the V-phase, and the winding of the stator 212 connected to the switching element 123e is the W-phase.

図5(a)は回転子211が回転している状態から通電停止した際の固定子212のU相の端子電圧の波形である。図5(b)は回転子211が回転している状態から通電停止した際の固定子212のV相の端子電圧の波形である。図5(c)は回転子211が回転している状態から通電停止した際の固定子212のW相の端子電圧の波形である。図5(d)は固定子212の端子電圧の平均電圧の波形である。図5(a)~図5(d)の電圧の基準は平滑部2bの負極側とする。 Figure 5(a) shows the waveform of the U-phase terminal voltage of the stator 212 when the rotor 211 is stopped from rotating while the current is being applied. Figure 5(b) shows the waveform of the V-phase terminal voltage of the stator 212 when the rotor 211 is stopped from rotating while the current is being applied. Figure 5(c) shows the waveform of the W-phase terminal voltage of the stator 212 when the rotor 211 is stopped from rotating while the current is being applied. Figure 5(d) shows the average voltage waveform of the terminal voltage of the stator 212. The reference voltage for Figures 5(a) to 5(d) is the negative side of the smoothing section 2b.

まず運転状態からスイッチング素子123a~123fがオフとなり固定子212への通電が停止される(T300)。通電が停止されると回転子211の誘起電圧をU相、V相、Wすべての相で観察でき。3相の端子電圧のうち最も低い相は、平滑部2bと電位がほぼ等しくなる。ここで停止開始時の端子電圧をW相>U相>V相とする。回転子211が回転することで、固定子212の自足が変化するため、各相の誘起電圧が変化する。ここで、V相の電圧は、最も低い状態が継続し変化しない(図5(b)おけるT300~T301の間)。 First, switching elements 123a to 123f are turned off from the operating state, and the current to stator 212 is stopped (T300). When the current is stopped, the induced voltage of rotor 211 can be observed in all phases, U phase, V phase, and W phase. The phase with the lowest terminal voltage of the three phases has a potential almost equal to that of smoothing section 2b. Here, the terminal voltage at the start of stopping is W phase > U phase > V phase. As rotor 211 rotates, the self-sufficiency of stator 212 changes, and the induced voltage of each phase changes. Here, the voltage of V phase remains the lowest and does not change (between T300 and T301 in Figure 5 (b)).

しかし、U相の電圧は、徐々に増加し(図5(a)におけるT300~T301の間)、W相の電圧は、徐々に減少する(図5(c)におけるT300~T301の間)。そして、U相とW相の端子電圧が一致する(図5(a)と図5(c)におけるT301)。その後、端子電圧の大きさは、U相>W相>V相となる(図5(a)~図5(c)におけるT301~T303の間)。この間、W相の端子電圧が徐々に低下し、W相とV相が一致する(図5(b)と図5(c)におけるT303)。 However, the U-phase voltage gradually increases (between T300 and T301 in Figure 5(a)), and the W-phase voltage gradually decreases (between T300 and T301 in Figure 5(c)). Then, the U-phase and W-phase terminal voltages match (T301 in Figures 5(a) and 5(c)). After that, the magnitude of the terminal voltages becomes U-phase > W-phase > V-phase (between T301 and T303 in Figures 5(a) to 5(c)). During this time, the W-phase terminal voltage gradually decreases, and the W-phase and V-phase match (T303 in Figures 5(b) and 5(c)).

そして回転子211が回転することで、端子電圧の状態は、U相>V相>W相(図5(a)~図5(c)におけるT303~T305の間)、V相=U相>W相(図5(a)と図5(b)におけるT305)、V相>U相>W相(図5(a)~図5(c)におけるT305~T307の間)、V相>U相=W相(図5(a)と図5(c)におけるT307)、V相>W相>U相(図5(a)~図5(c)におけるT307~T309の間)、V相=W相>U相(図5(b)と図5(c)におけるT309)、W相>V相>U相(図5(a)~図5(c)におけるT309~T311の間)、W相>V相=U相(図5(a)と図5(b)におけるT311)。 As the rotor 211 rotates, the terminal voltage state changes as follows: U phase > V phase > W phase (between T303 and T305 in Figures 5(a) to 5(c)), V phase = U phase > W phase (T305 in Figures 5(a) and 5(b)), V phase > U phase > W phase (between T305 and T307 in Figures 5(a) to 5(c)), V phase > U phase = W phase (between T305 and T307 in Figures 5(a) and 5(c)), 5(c)), V phase > W phase > U phase (between T307 and T309 in Figures 5(a) to 5(c)), V phase = W phase > U phase (T309 in Figures 5(b) and 5(c)), W phase > V phase > U phase (between T309 and T311 in Figures 5(a) to 5(c)), W phase > V phase = U phase (T311 in Figures 5(a) and 5(b)).

そして、W相>U相>V相(図5(a)~図5(c)におけるT311~T312の間)となり、再び通電停止と同じ状態となりブラシレスDCモータ210は電気角で1回転となる。一方で本実施の形態では、回転子211が4極としたので、電気角2周期分で、機械角1周期分となる。つまり、電気角2周期で、回転子211が1回転し、ピストン202が1往復する。3相の端子電圧うち、2相が一致する状態は電気角で60度ごとに発生するので電気角1周期で6回、機械角1周期で12回発生する。速度推定部104は、この3相の端子電圧それぞれの大小関係が変化するタイミングを検出し、その発生周期の12倍の逆数が回転子211の回転速度となる。 Then, W phase>U phase>V phase (between T311 and T312 in FIG. 5(a) to FIG. 5(c)), the state is the same as when the current is stopped again, and the brushless DC motor 210 makes one rotation in electrical angle. On the other hand, in this embodiment, the rotor 211 has four poles, so two electrical cycles equal one mechanical cycle. In other words, the rotor 211 makes one rotation and the piston 202 reciprocates once in two electrical cycles. The state in which two of the three-phase terminal voltages coincide occurs every 60 degrees in electrical angle, so it occurs six times in one electrical cycle and 12 times in one mechanical cycle. The speed estimation unit 104 detects the timing at which the magnitude relationship between the terminal voltages of the three phases changes, and the reciprocal of 12 times the occurrence cycle is the rotation speed of the rotor 211.

また3相の端子電圧値の平均と各相の端子電圧が一致するタイミングを検出してもよい。各相の端子電圧と3相の端子電圧の平均との一致点は、2相の端子電圧の一致する電気角の中間で現れる(図5(a)~図5(d)におけるT302、T304、T306、T308、T310、T312)。つまり、電気角1周期の中で、6回発生し、本実施の形態では機械角1周期の中で12回発生する。各相の端子電圧と3相の端子電圧の平均の一致の発生周期の12倍の逆数を回転子211の回転速度とする。 The timing at which the average of the three-phase terminal voltage values matches the terminal voltage of each phase may also be detected. The points of match between the terminal voltage of each phase and the average of the three-phase terminal voltages appear in the middle of the electrical angle at which the terminal voltages of two phases match (T302, T304, T306, T308, T310, and T312 in Figures 5(a) to 5(d)). In other words, this occurs six times in one electrical angle cycle, and in this embodiment, it occurs twelve times in one mechanical angle cycle. The rotation speed of rotor 211 is determined as the reciprocal of 12 times the cycle at which the terminal voltage of each phase matches the average of the three-phase terminal voltages.

各相の端子電圧と3相の端子電圧の平均の一致するタイミングと、端子電圧3相のうち2相が一致するタイミングは、機械角で15度ごとに合計で24回発生する。各相の端子電圧と3相の端子電圧の平均の一致するタイミングと、端子電圧3相のうち2相が一致するタイミングを組み合わせて検出することで、固定子212への通電停止時の速度推定を、個別で行うより精度よく行うことができる。 The timing when the terminal voltage of each phase matches the average of the terminal voltages of the three phases, and the timing when two of the three terminal voltage phases match occur a total of 24 times every 15 degrees of mechanical angle. By detecting the timing when the terminal voltage of each phase matches the average of the terminal voltages of the three phases, and the timing when two of the three terminal voltage phases match in combination, it is possible to estimate the speed when current is stopped from passing through the stator 212 more accurately than if it were done individually.

[1-2-1.圧縮機の状態把握動作]
圧縮機状態把握部105は、指令速度が0となり回転子211が回転している状態から、インバータ123が通電停止した際の速度推定部104と同様に、3相の端子電圧それぞれの大小関係が変化を検出する。この変化があるたびに、回転子211が一定の角度だけ回転し、ピストン202が移動し工程が変化する。また、端子電圧の大小関係が変化する周期は、ピストン202が下死点から上死点へと移動する冷媒を圧縮し吐出する際に大きくなる。
[1-2-1. Compressor status detection operation]
The compressor state grasping unit 105 detects a change in the magnitude relationship of each of the three-phase terminal voltages from a state in which the command speed is 0 and the rotor 211 is rotating, in the same manner as the speed estimating unit 104 when the inverter 123 is deenergized. Each time such a change occurs, the rotor 211 rotates by a certain angle, the piston 202 moves, and the process changes. The period in which the magnitude relationship of the terminal voltages changes becomes large when the piston 202 compresses and discharges the refrigerant moving from the bottom dead center to the top dead center.

また端子電圧の大小関係が変化する周期は、上死点から下死点へと移動し冷媒を吸入する際には小さくなる。この変化する周期をあらかじめ定めておいた変化周期閾値と比較し、変化する周期が変化周期閾値より大きい状態から小さい状態へと変わるところを上死点として検出する。圧縮機状態把握部105は、この上死点を基準に、端子電圧の大小関係が変化する回数で圧縮機200の状態を把握する。本実施の形態では、3相4極のブラシレスDCモータ210であるので、例えば上死点から大小関係が変化する回数が6回で下死点となる。上死点から大小関係が変化する回数が12回で上死点となる。
また、速度推定部104と同様に、各相の端子電圧と3相の端子電圧の平均の一致するタイミングも利用することで、細かく圧縮機200の状態を把握することができる。
The period in which the magnitude relationship of the terminal voltages changes becomes smaller when the motor moves from top dead center to bottom dead center and sucks in the refrigerant. This period of change is compared with a predetermined change period threshold, and the point at which the period of change changes from a state in which it is greater than the change period threshold to a state in which it is smaller than the change period threshold is detected as the top dead center. The compressor state grasping unit 105 grasps the state of the compressor 200 from the number of times the magnitude relationship of the terminal voltages changes, based on this top dead center. In this embodiment, since the motor is a three-phase, four-pole brushless DC motor 210, for example, the bottom dead center is reached when the number of times the magnitude relationship changes from the top dead center is six. The top dead center is reached when the number of times the magnitude relationship changes from the top dead center is twelve.
Furthermore, similarly to the speed estimation unit 104, by utilizing the timing at which the terminal voltage of each phase coincides with the average of the terminal voltages of the three phases, the state of the compressor 200 can be grasped in detail.

[1-3.圧縮機停止時の速度変化]
次に圧縮機200の回転子211の速度変化について図6を用いて説明する。図6は指令速度が0となり回転子211が回転している状態から、インバータ123が通電停止した際の回転子211の回転速度の変化を示す。速度指令部107からの指令速度が0となることで、波形生成部120が固定子212への通電を停止すると(T101)、回転子211はフリーランとなる。
[1-3. Speed change when compressor is stopped]
Next, the speed change of rotor 211 of compressor 200 will be described with reference to Fig. 6. Fig. 6 shows the change in the rotation speed of rotor 211 when inverter 123 stops supplying current to stator 212 from a state in which rotor 211 is rotating due to the command speed being 0. When waveform generating unit 120 stops supplying current to stator 212 (T101) due to the command speed from speed command unit 107 becoming 0, rotor 211 becomes free-running.

ここでは、通電が停止された時のピストン202の位置が下死点だったとする。下死点から上死点へとピストン202が移動していくことで、冷媒を圧縮し吐出が行われる(T101からT102の間)。この間、回転子211の速度が大きく低下する。ピストン202が上死点に到達すると(T102)、下死点まで移動する間(T102からT103の間)は速度の変化がほとんどなくなる。 Here, it is assumed that the position of the piston 202 was at bottom dead center when the current was stopped. As the piston 202 moves from bottom dead center to top dead center, the refrigerant is compressed and discharged (between T101 and T102). During this time, the speed of the rotor 211 drops significantly. When the piston 202 reaches top dead center (T102), there is almost no change in speed while it moves to bottom dead center (between T102 and T103).

このように、回転子211の速度は、ピストン202が下死点から上死点へと移動する際の速度の低下(T101からT102の間、T103からT104の間、T105からT106の間)と上死点から下死点へと移動する際の速度のわずかな速度低下(T102からT103の間、T104からT105の間、T106からT107の間)とを繰り返しながら、徐々に回転子211の速度が低下する。 In this way, the speed of the rotor 211 gradually decreases as the piston 202 moves from bottom dead center to top dead center (between T101 and T102, between T103 and T104, and between T105 and T106) and then slightly decreases when moving from top dead center to bottom dead center (between T102 and T103, between T104 and T105, and between T106 and T107).

そして、回転子211の速度が速度閾値を上回っている間(T101からT106の間)は、波形生成部120は出力を停止している。
そして、回転子211の速度が速度閾値以下になったことで(T106)、波形生成部120により短絡が開始される。短絡されている間は(T106からT107の間)、ピストン202が上死点から下死点に移動する吸入工程であっても、速度を減速させられる。回転子211の回転速度が速度閾値以下になった時に、固定子212の短絡を開始させることで、ピストン202が上死点から下死点へと移動する間に停止する。この状態では、シリンダ203の内外の圧力差がなく、ピストン202が跳ね返ることがないため、波形生成部120が通電を停止しても、回転子211の速度は0のまま維持される。
While the speed of rotor 211 is above the speed threshold (between T101 and T106), waveform generating section 120 stops outputting.
Then, when the speed of the rotor 211 becomes equal to or lower than the speed threshold (T106), the waveform generating unit 120 starts short-circuiting. While the short-circuiting is in progress (between T106 and T107), the speed can be decelerated even during the intake stroke in which the piston 202 moves from the top dead center to the bottom dead center. When the rotation speed of the rotor 211 becomes equal to or lower than the speed threshold, the short-circuiting of the stator 212 is started, so that the piston 202 stops while moving from the top dead center to the bottom dead center. In this state, there is no pressure difference between the inside and outside of the cylinder 203, and the piston 202 does not bounce, so even if the waveform generating unit 120 stops the energization, the speed of the rotor 211 remains at 0.

回転子211の速度は上死点手前で大きく減速し速度閾値をまたぐ可能性が高い。また、速度閾値が上昇するのは下死点でのみとなるため、速度が変わらない場合、速度が速度閾値を下回るのは、下死点のみとなる。つまり、回転子211の回転速度が速度閾値より低いかどうかの判定は、上死点と下死点でのみ行い、速度閾値は下死点と上死点で2種類用意し、下死点での速度閾値の方が上死点での速度閾値より高く設定するようにしてもよい。
さらに、波形生成部120が短絡を開始する位置を上死点と固定することで制御が容易となる。ピストン202が上死点から下死点へと遷移する間に停止させるため、短絡開始から下死点までの間のどこで止まってもよい。さらに短絡開始から下死点までの時間が最も長く確保できることとなり、閾値を高く設定することができ、速度の制御が容易となる。
The speed of the rotor 211 is likely to significantly decelerate before the top dead center and cross the speed threshold. In addition, since the speed threshold increases only at the bottom dead center, if the speed does not change, the speed will only fall below the speed threshold at the bottom dead center. In other words, the determination of whether the rotation speed of the rotor 211 is lower than the speed threshold is performed only at the top dead center and the bottom dead center, and two speed thresholds may be prepared, one for the bottom dead center and the other for the top dead center, with the speed threshold at the bottom dead center set higher than the speed threshold at the top dead center.
Furthermore, control becomes easier by fixing the position where the waveform generating unit 120 starts the short circuit to the top dead center. Since the piston 202 is stopped while it is transitioning from the top dead center to the bottom dead center, it may stop anywhere between the start of the short circuit and the bottom dead center. Furthermore, the time from the start of the short circuit to the bottom dead center can be secured as long as possible, so the threshold value can be set high, and speed control becomes easier.

[1-4.効果等]
以上のように、本実施の形態においては、モータ駆動装置100は、ガスを圧縮するためのシリンダ203とピストン202から構成されるレシプロ型の圧縮機200を駆動するためのモータ駆動装置100であって、圧縮機200が圧縮動作を行うためのブラシレスDCモータ210と、外部から供給される電源1から電力を変換しブラシレスDCモータ210に供給するための波形生成部120を備える。波形生成部120は、ブラシレスDCモータ210を停止させる際に、圧縮機200のピストン202が上死点から下死点に正転する間で圧縮機200の回転が停止するようブラシレスDCモータ210への出力を短絡させる。
これにより、ブラシレスDCモータ210の速度が0となる際の圧縮機200のシリンダ203内外の圧力をほぼ等しくすることができる。そのため、シリンダ203内のガスがピストン202を押しのける力を低減することにより、ピストン202の反転を抑制し、停止時の振動を低減することができる。
[1-4. Effects, etc.]
As described above, in this embodiment, motor drive device 100 is a motor drive device for driving reciprocating compressor 200 composed of cylinder 203 and piston 202 for compressing gas, and includes brushless DC motor 210 for compressor 200 performing a compression operation, and waveform generating unit 120 for converting power from power supply 1 supplied from an external source and supplying the power to brushless DC motor 210. When stopping brushless DC motor 210, waveform generating unit 120 shorts the output to brushless DC motor 210 so that the rotation of compressor 200 stops while piston 202 of compressor 200 rotates forward from top dead center to bottom dead center.
This makes it possible to make the pressure inside and outside cylinder 203 of compressor 200 approximately equal when the speed of brushless DC motor 210 becomes 0. Therefore, by reducing the force with which the gas in cylinder 203 pushes away piston 202, it is possible to suppress reverse rotation of piston 202 and reduce vibration when stopped.

また、本実施の形態においては、ブラシレスDCモータ210に流れる電流を検出する電流検出部108を備えるようにしてもよい。波形生成部120は、電流検出部108の検出したブラシレスDCモータ210の電流値が電流閾値を超えたときに電流を減少させる。
これにより、波形生成部120やブラシレスDCモータ210の機能が低下するほど大きな電流が流れることを回避できる。そのため、ブラシレスDCモータ210は安全に振動抑制しながら、停止できる。
Furthermore, this embodiment may include a current detection unit 108 that detects a current flowing through brushless DC motor 210. Waveform generation unit 120 reduces the current when the current value of brushless DC motor 210 detected by current detection unit 108 exceeds a current threshold value.
This makes it possible to prevent a current so large that it would degrade the functions of the waveform generating section 120 and the brushless DC motor 210. Therefore, the brushless DC motor 210 can be stopped while vibrations are safely suppressed.

また、本実施の形態においては、波形生成部120が電流値が電流閾値を超えないよう減少させる電流は、ブラシレスDCモータ210の電流である平滑部2bに流す電流である。
これにより、ブラシレスDCモータ210に流れる電流がすみやかに減少することになる。そのため、電流が閾値を超えている時間を短くすることができる。
In this embodiment, the current that waveform generating section 120 reduces so that the current value does not exceed the current threshold is the current that flows through smoothing section 2 b, which is the current of brushless DC motor 210 .
This causes a swift reduction in the current flowing through brushless DC motor 210. Therefore, the time during which the current exceeds the threshold value can be shortened.

また、本実施の形態においては、ブラシレスDCモータ210の端子電圧値を検出する端子電圧検出部102と、端子電圧検出部102が検出したブラシレスDCモータ210の端子電圧値からブラシレスDCモータ210の回転速度を推定する速度推定部104を備える。波形生成部120は速度推定部104が推定するブラシレスDCモータ210の回転速度が速度閾値以下になった後に短絡を開始する。
これにより、短絡による停止において、ピストン202が上死点から下死点へと移動する間に、簡単な判断のみでブラシレスDCモータ210の回転子211の回転を停止させられる。そのため、圧縮機200の運転停止時の振動を低コストのマイコンなどで抑制できる。
This embodiment also includes a terminal voltage detection unit 102 that detects a terminal voltage value of brushless DC motor 210, and a speed estimation unit 104 that estimates the rotation speed of brushless DC motor 210 from the terminal voltage value of brushless DC motor 210 detected by terminal voltage detection unit 102. Waveform generation unit 120 starts short-circuiting after the rotation speed of brushless DC motor 210 estimated by speed estimation unit 104 becomes equal to or lower than a speed threshold value.
As a result, when the compressor 200 is stopped due to a short circuit, the rotation of the rotor 211 of the brushless DC motor 210 can be stopped by a simple decision while the piston 202 moves from the top dead center to the bottom dead center. Therefore, the vibration of the compressor 200 when the compressor 200 is stopped can be suppressed by a low-cost microcomputer or the like.

また、本実施の形態においては、圧縮機200のピストン202の位置を把握する圧縮機状態把握部105を備えている。波形生成部120は圧縮機状態把握部105が把握した圧縮機200のピストン202が所定位置になったとき、ブラシレスDCモータ210にブレーキをかけ始める。
これにより、圧縮機200を停止させる速度閾値を複数持つための記憶装置の簡略化や、速度閾値を求めるための複雑な計算が不要となる。そのため、波形生成部120を実現するためのマイコンなどのコストを低減することができる。
Furthermore, this embodiment includes a compressor state grasping unit 105 that grasps the position of piston 202 of compressor 200. When piston 202 of compressor 200 grasped by compressor state grasping unit 105 reaches a predetermined position, waveform generating unit 120 starts applying the brakes to brushless DC motor 210.
This eliminates the need to simplify the storage device for storing multiple speed thresholds for stopping the compressor 200, and eliminates the need for complex calculations for determining the speed thresholds, thereby reducing the cost of a microcomputer and the like for implementing the waveform generating unit 120.

また、本実施の形態においては、圧縮機状態把握部105は端子電圧検出部102が検出したブラシレスDCモータ210の端子電圧から圧縮機200のピストン202の位置を把握する。
これにより、圧縮機状態把握部105は、速度推定部104と端子電圧検出部102を共用することがでる。そのため、部品の追加を抑えつつ圧縮機200の状態を把握することができ、コストを抑制することが可能となる。
In this embodiment, compressor state determining unit 105 determines the position of piston 202 of compressor 200 from the terminal voltage of brushless DC motor 210 detected by terminal voltage detection unit 102 .
This allows the compressor state grasping unit 105 to share the speed estimation unit 104 and the terminal voltage detection unit 102. Therefore, it is possible to grasp the state of the compressor 200 while suppressing the addition of parts, and it is possible to suppress costs.

また、本実施の形態においては、圧縮機200のピストン202が所定位置から停止を開始する際の速度推定部104の推定するブラシレスDCモータ210の速度が速度閾値より高い速度の場合、波形生成部120は、ブラシレスDCモータ210の停止開始前に、速度閾値以下かつ0より大きい値になるようにブラシレスDCモータ210の速度を減速させる。
これにより、状態異常のような圧力が想定する範囲から外れる場合であってもピストン202が上死点から下死点へと移動する間に回転子211の回転を止めることができる。そのため、圧縮機200の正常な状態と異常な状態どちらでも、圧縮機200の停止時の振動を抑制することができる。
Furthermore, in this embodiment, if the speed of brushless DC motor 210 estimated by speed estimation unit 104 when piston 202 of compressor 200 starts to stop from a predetermined position is higher than the speed threshold value, waveform generation unit 120 decelerates the speed of brushless DC motor 210 to a value equal to or lower than the speed threshold value and greater than zero before brushless DC motor 210 starts to stop.
As a result, even if the pressure is outside the expected range, such as in an abnormal state, the rotation of the rotor 211 can be stopped while the piston 202 moves from the top dead center to the bottom dead center. Therefore, in both the normal state and the abnormal state of the compressor 200, the vibration when the compressor 200 is stopped can be suppressed.

また、本実施の形態においては、冷蔵庫300は、モータ駆動装置100と圧縮機200を備える。
これにより、冷蔵庫300の庫内が十分に冷えモータ駆動装置100が圧縮機200を小さな振動で停止させることができる。そのため、冷蔵庫300は室内に設置され騒音が気になることが多いが静粛な冷蔵庫300を提供することができる。
In the present embodiment, the refrigerator 300 includes the motor drive device 100 and the compressor 200.
As a result, the interior of refrigerator 300 becomes sufficiently cold and motor drive device 100 can stop compressor 200 with small vibration. Therefore, refrigerator 300 is installed indoors and noise is often a concern, but a quiet refrigerator 300 can be provided.

また、本実施の形態においては、圧縮機200を冷蔵庫300の筐体上部に備えている。
これにより、圧縮機200による振動発生の力点が筐体上部で支点が筐体と、接置床で離れている状態でも停止時の振動による騒音を抑制することができる。そのため、冷蔵庫300の庫内の最も手が届きにくく使いにくい筐体上部を狭め、使いやすい庫内下部を広げた、使いやすさと静音を両立した冷蔵庫300を提供することができる。
In the present embodiment, the compressor 200 is provided at the upper part of the housing of the refrigerator 300.
This makes it possible to suppress noise caused by vibrations when compressor 200 is stopped, even when the force point of vibration generation by compressor 200 is at the top of the housing and the fulcrum is separated from the housing by the floor on which the compressor is placed. Therefore, it is possible to provide refrigerator 300 that is both easy to use and quiet, by narrowing the top of the housing, which is the hardest to reach and use, inside refrigerator 300, and widening the lower part of the interior, which is easier to use.

(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態1で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
Other Embodiments
As described above, the first embodiment has been described as an example of the technology disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can be applied to embodiments in which modifications, substitutions, additions, omissions, etc. are made. In addition, it is also possible to combine the components described in the first embodiment to create a new embodiment.

以上のように、本発明に係るモータ駆動装置は、ブラシレスDCモータが停止する際の振動を低減することのできるモータ駆動装置として好適に利用可能である。 As described above, the motor drive device according to the present invention can be suitably used as a motor drive device that can reduce vibrations when a brushless DC motor stops.

1 電源
2 整流平滑部
2a 整流部
2b 平滑部
100 モータ駆動装置
102 端子電圧検出部
103 位相推定部
104 速度推定部
105 圧縮機状態把握部
107 速度指令部
108 電流検出部
120 波形生成部
121 出力決定部
122 ドライブ部
123 インバータ
123a~123f スイッチング素子
123g~123l ダイオード
200 圧縮機
201 クランク
202 ピストン
203 シリンダ
210 ブラシレスDCモータ
211 回転子
212 固定子
300 冷蔵庫
301 凝縮器
302 減圧器
303 蒸発器
REFERENCE SIGNS LIST 1 power supply 2 rectification smoothing section 2a rectification section 2b smoothing section 100 motor drive device 102 terminal voltage detection section 103 phase estimation section 104 speed estimation section 105 compressor state grasping section 107 speed command section 108 current detection section 120 waveform generation section 121 output determination section 122 drive section 123 inverter 123a to 123f switching elements 123g to 123l diodes 200 compressor 201 crank 202 piston 203 cylinder 210 brushless DC motor 211 rotor 212 stator 300 refrigerator 301 condenser 302 pressure reducer 303 evaporator

Claims (6)

ガスを圧縮するためのシリンダとピストンから構成されるレシプロ型の圧縮機を駆動するためのモータ駆動装置であって、
前記圧縮機が圧縮動作を行うためのブラシレスDCモータと、
外部から供給される電源から電力を変換し前記ブラシレスDCモータに供給するための波形生成部と、
前記ブラシレスDCモータの端子電圧値を検出する端子電圧検出部と、
前記端子電圧検出部が検出した前記ブラシレスDCモータの端子電圧値から前記ブラシレスDCモータの回転速度を推定する速度推定部と、
前記圧縮機のピストンの位置を把握する圧縮機状態把握部と、を備え、
前記波形生成部は、前記速度推定部が推定する前記ブラシレスDCモータの回転速度が速度閾値以下になった後に、前記ブラシレスDCモータを停止させる際に、前記圧縮機内の冷媒の圧力と前記シリンダ内の圧力差がなく、圧力差によるピストンを動かす力が働かない状態となる前記圧縮機のピストンが上死点から下死点に正転する間で前記圧縮機の回転が停止するよう前記ブラシレスDCモータへの出力を短絡させ、
前記波形生成部は、前記圧縮機状態把握部が把握した圧縮機のピストンが所定位置になったとき、前記ブラシレスDCモータにブレーキをかけ始める短絡を開始し、
前記圧縮機状態把握部は、前記端子電圧検出部が検出した前記ブラシレスDCモータの端子電圧から前記圧縮機のピストン位置を把握することを特徴とするモータ駆動装置。
A motor drive device for driving a reciprocating compressor composed of a cylinder and a piston for compressing gas,
A brushless DC motor for causing the compressor to perform a compression operation;
a waveform generating unit for converting electric power from an external power source and supplying the converted electric power to the brushless DC motor;
a terminal voltage detection unit for detecting a terminal voltage value of the brushless DC motor;
a speed estimation unit that estimates a rotation speed of the brushless DC motor from a terminal voltage value of the brushless DC motor detected by the terminal voltage detection unit;
a compressor state grasping unit that grasps a position of a piston of the compressor ,
when stopping the brushless DC motor after the rotation speed of the brushless DC motor estimated by the speed estimation unit becomes equal to or lower than a speed threshold value, the waveform generation unit shorts an output to the brushless DC motor so that the rotation of the compressor stops while the piston of the compressor rotates forward from top dead center to bottom dead center, a state in which there is no difference between the pressure of the refrigerant in the compressor and the pressure in the cylinder and no force acting to move the piston due to the pressure difference is applied;
the waveform generating unit initiates a short circuit to start braking the brushless DC motor when the piston of the compressor recognized by the compressor state recognition unit reaches a predetermined position,
The motor drive device according to claim 1, wherein the compressor state determining unit determines a piston position of the compressor from a terminal voltage of the brushless DC motor detected by the terminal voltage detecting unit .
前記ブラシレスDCモータに流れる電流を検出する電流検出部を備え、
前記波形生成部は、前記電流検出部の検出した前記ブラシレスDCモータの電流値が電流閾値を超えないよう電流を減少させることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
a current detection unit that detects a current flowing through the brushless DC motor,
2. The motor drive device according to claim 1, wherein the waveform generating section reduces the current so that the current value of the brushless DC motor detected by the current detecting section does not exceed a current threshold value.
前記波形生成部が電流値が電流閾値を超えないよう減少させる電流は、前記ブラシレスDCモータの電流を前記電源に流す電流であることを特徴とする請求項2に記載のモータ駆動装置。 The motor drive device according to claim 2, characterized in that the current that the waveform generating unit reduces so that the current value does not exceed the current threshold is a current that causes the brushless DC motor current to flow to the power supply. 前記圧縮機のピストンが所定位置から停止を開始する際の前記速度推定部の推定する前記ブラシレスDCモータの速度が速度閾値より高い速度の場合、前記波形生成部は、前記ブラシレスDCモータの停止開始前に、速度閾値以下かつ0より大きい値になるように前記ブラシレスDCモータの速度を減速させることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 2. The motor drive device according to claim 1, wherein, when the speed of the brushless DC motor estimated by the speed estimator when the piston of the compressor starts to stop from a predetermined position is higher than a speed threshold, the waveform generating unit decelerates the speed of the brushless DC motor to a value equal to or lower than the speed threshold and higher than 0 before the brushless DC motor starts to stop. 請求項1から請求項4のいずれかに記載のモータ駆動装置と前記圧縮機を備えたことを特徴とする冷蔵庫。A refrigerator comprising the motor drive device according to any one of claims 1 to 4 and the compressor. 前記圧縮機を筐体上部に備えたことを特徴とする請求項5に記載の冷蔵庫。6. The refrigerator according to claim 5, wherein the compressor is provided in an upper portion of the housing.
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