JP2004282911A

JP2004282911A - Method and apparatus for driving brushless DC motor

Info

Publication number: JP2004282911A
Application number: JP2003071421A
Authority: JP
Inventors: Koji Hamaoka; 孝二浜岡; Hidenao Tanaka; 秀尚田中; Tomonori Ouchiyama; 智則大内山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: CN1754303A; CN100426650C; JP4341266B2; CN1762089A; CN100428619C

Abstract

【課題】ブラシレスＤＣモータ１０４の回転数を上げることのできる範囲が狭まってしまい、低回転数での効率を十分上げれないという課題があった。
【解決手段】低速では通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波またはそれに準じる波形を出力し、高速では通電角が１３０度以上１８０度未満の矩形波・正弦波またはそれに準じる波形を所定周波数で出力するとともに、デューティを一定として所定周波数のみを変化させるようにしたものであり、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る。
【選択図】図１An object of the present invention is to narrow the range in which the rotation speed of the brushless DC motor 104 can be increased, so that the efficiency at a low rotation speed cannot be sufficiently increased.
At a low speed, a rectangular wave having a conduction angle of 120 to 150 degrees or a waveform similar thereto is output, and at a high speed, a rectangular wave / sine wave having a conduction angle of 130 to less than 180 degrees or a waveform similar thereto is converted to a predetermined frequency. In addition to output at the same time, the duty is fixed and only the predetermined frequency is changed. At low speeds, high-efficiency and low-noise operation is realized, and stable high-speed operation is ensured and the current waveform is also sinusoidal. Since it approaches the wave, the peak current with respect to the effective current can be suppressed.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置に関し、更に詳細に言えば、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータを、三相巻線に電力を供給するインバータにより駆動するための方法及びその装置に関するものであり、特に冷蔵庫やエアコンなどの圧縮機を駆動するのに最適なブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の冷蔵庫は３５０Ｌ以上の大型機種が主力となり、それらの冷蔵庫は、高効率な圧縮機回転数可変のインバータ制御冷蔵庫が大半を占めている。これらの冷蔵庫用圧縮機では高効率化のために、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータを一般的には採用している。また、圧縮機の中という高温、高圧、冷媒雰囲気、オイル雰囲気という環境下にブラシレスＤＣモータを設置するため、ブラシレスＤＣモータで通常使われるようなホール素子などの位置検出センサは使用できない。そのために一般的にはモータの逆起電圧から回転子の回転位置を検出する方法がよく用いられている。
【０００３】
従来の技術は、例えば、特許文献１に示されている。その従来の技術を図面に従って説明する。図１０は従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。
【０００４】
図１０において、１０１は商用電源であり、日本の場合周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電源である。
【０００５】
１０２は商用電源１０１の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路である。整流回路１０２はブリッジ接続された整流用ダイオード１０２ａ〜１０２ｄと平滑用の電解コンデンサ１０２ｅ、１０２ｆとからなり、図１０に示す回路では倍電圧整流回路となり、商用電源１０１のＡＣ１００Ｖ入力から直流電圧２８０Ｖを得ることができる。
【０００６】
１０３はインバータ回路であり、６個のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを３相ブリッジ構成されている。また、各々のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆには各スイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆの逆方向に還流電流用のダイオードが入っているが本図では省略している。
【０００７】
１０４はブラシレスＤＣモータであり、永久磁石を有する回転子１０４ａと３相巻線を有した固定子１０４ｂとからなる。インバータ１０３により作られた３相交流電流が固定子１０４ｂの３相巻線に流れることにより、回転子１０４ａを回転させることができる。回転子１０４ａの回転運動はクランクシャフト（図示せず）により、往復運動に変更され、ピストン（図示せず）がシリンダ（図示せず）内を往復運動することにより、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。
【０００８】
１０５は逆起電圧検出回路であり、ブラシレスＤＣモータ１０４の永久磁石を有する回転子１０４ａが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子１０４ａの回転相対位置を検出する。
【０００９】
１０６は転流回路であり、逆起電圧検出回路１０５の出力信号によりロジカルな信号変換を行い、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを駆動する信号を作り出す。
【００１０】
１０７は同期駆動回路であり、インバータ１０３から強制的に所定周波数の出力を出し、ブラシレスＤＣモータ１０４を駆動するものであり、転流回路１０６で生成されるロジカルな信号と同等形状の信号を強制的に所定周波数で発生させるものである。
【００１１】
１０８は負荷状態判定回路であり、圧縮機１０４が運転されている負荷状態を判定するものである。１０９は切替回路であり、負荷状態判定回路１０８の出力により、圧縮機１０４のブラシレスＤＣモータを転流回路１０６で駆動するか、同期駆動回路１０７で駆動するかを切り替える。１１０はドライブ回路であり、切替回路１０９からの出力信号により、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを駆動する。
【００１２】
以上の構成において、次に動作の説明を行う。
【００１３】
負荷状態判定回路１０８で検出された負荷が、通常負荷の場合、転流回路１０６による駆動を行う。そして、逆起電圧検出回路１０５でブラシレスＤＣモータ１０４の回転子１０４ａの相対位置を検出する。次に転流回路１０６で回転子１０４ａの相対位置からインバータ１０３を駆動する転流パターンを作り出す。
【００１４】
この転流パターンは切替回路１０９を通して、ドライブ回路１１０に供給され、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを駆動する。この動作により、ブラシレスＤＣモータ１０４はその回転位置に合致した駆動を行うこととなる。
【００１５】
次に、負荷が増加してきたときの動作について説明する。
【００１６】
ブラシレスＤＣモータ１０４の負荷が増加し、ブラシレスＤＣモータ１０４の特性により回転数が低下してくる。この状態を負荷状態判定回路１０８で高負荷状態であることを判定し、切替回路１０９の出力を同期駆動回路１０７からの信号に切り替える。
【００１７】
このように駆動することにより高負荷時の回転数低下を抑えようとするものである。
【００１８】
【特許文献１】
特開平９−８８８３７号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、次のような課題があった。
【００２０】
高負荷での回転数アップを目指しているものではあるものの、逆起電圧検出回路１０５の信号をベースにしているため、逆起電圧検出回路１０５の限界位相（進角で３０度）を超える範囲では運転できない。また、通常の駆動波形である１２０°通電の矩形波駆動で動作させているので、ピーク電流が高くなり、過電流保護回路が働きやすくなる。以上のような理由により、ブラシレスＤＣモータ１０４の回転数を上げることのできる範囲が狭まってしまい、低回転数での効率を十分上げれないという課題があった。
【００２１】
本発明は、従来の課題を解決するものであり、ステータ巻線を大きく巻き込んでトルク（回転数）を落として、低速におけるモータ効率を大きく上げたまま、高速時のブラシレスＤＣモータの回転数は従来と同等を得られるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００２２】
本発明の他の目的は、低速におけるモータ効率を最大限に活かしながら、高速性が確保できるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置を提供することである。
【００２３】
本発明の他の目的は、高回転／高負荷時においてもモータがブレークダウンすることなく運転しつづけることができるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、低速では通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波またはそれに準じる波形を出力し、高速では通電角が１３０度以上１８０度未満の矩形波・正弦波またはそれに準じる波形を所定周波数で出力するとともに、デューティを一定として所定周波数のみを変化させるようにしたものであり、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る。
【００２５】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有したものであり、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクを使うことにより、低速時の効率アップは当然のこと、高速時の高速性もさらに得られることになる。
【００２６】
また請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において高効率・低騒音を実現できる極めて重要な用途のひとつである。
【００２７】
また請求項４に記載の発明は、通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波またはそれに準じる波形を出力する第１波形発生部と、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部と、通電角が１３０度以上１８０度未満の矩形波またはそれに準じる波形を前記周波数設定部で決められた所定周波数で出力する第２波形発生部と、低速では前記第１波形発生部の出力を、高速では前記第２波形発生部の出力をそれぞれ選択する切替判定部とを有することにより、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、高速においては安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る。
【００２８】
また請求項５に記載の発明は、回転子の回転位置を検出する位置検出部を有し、低速においては位置検出部の位置検出によりインバータを駆動することにより低速での効率をより上げることが出来る。
【００２９】
また請求項６に記載の発明は、前記所定周波数の上限周波数を設定しその上限周波数以上の周波数の出力を禁止する周波数制限部を有し、上限周波数を設けることによりより安定した高速運転が可能となる。
【００３０】
また請求項７に記載の発明は、上限周波数を前記第１波形発生部により出力する最大周波数により設定する上限周波数設定部を有し、運転状況に応じた最大周波数を設定することができ、より安定した最大限の高速運転をだすことができる。
【００３１】
また請求項８に記載の発明は、所定時間が経過した後前記周波数設定部からの駆動から前記第１波形発生部からの駆動に一時的に切り替えることにより上限周波数を設定しなおす上限周波数変更部を有することにより、時間が経過して負荷状態が変化してもより最適な最高回転数で運転をすることができる。
【００３２】
また請求項９に記載の発明は、インバータに供給される電圧を検出する電圧検出部と、前記上限周波数を前記電圧検出部により補正する上限周波数補正部とを有することにより、電源電圧が変動した場合にも安定した高速回転数を維持することが出来る。
【００３３】
また請求項１０に記載の発明は、インバータの出力電圧を検出する出力電圧検出部と、前記上限周波数を前記出力電圧検出部の所定タイミングで得られた電圧値により補正する上限周波数補正部とを有することにより、新たな回路を追加することなく電源電圧を検出することにより、電源電圧が変動した場合にも安定した高速回転数を維持することが出来る。
【００３４】
また請求項１１に記載の発明は、インバータの出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された出力電流の出力電圧に対する位相により前記周波数制限部の上限周波数を変更するようにした位相差検出部とを有することにより、常に負荷の状態を監視することができ、そのときの負荷にあわせた最適な高速運転を実現することができる。
【００３５】
また請求項１２に記載の発明は、位置検出部と、インバータの出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された出力電流の出力電圧に対する位相により前記周波数制限部の上限周波数を変更するようにした位相差検出部とを有することにより、低速における最高の効率を得るとともに、常に負荷の状態を監視することができ、そのときの負荷にあわせた最適な高速運転を実現することができる。
【００３６】
また請求項１３に記載の発明は、インバータの出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された出力電流の振幅により前記周波数制限部の上限周波数を変更するようにした振幅検出部とを有することにより、出力電流の振幅値を検出し最適な高速運転を行うことができる。
【００３７】
また請求項１４に記載の発明は、位置検出部と、インバータの出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された出力電流の振幅により前記周波数制限部の上限周波数を変更するようにした振幅検出部とを有することにより、低速における最高の効率を得るとともに、常に負荷の状態を監視することができ、そのときの負荷にあわせた最適な高速運転を実現することができる。
【００３８】
また請求項１５に記載の発明は、請求項４から請求項１４に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有したものであり、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクを使うことにより、低速時の効率アップは当然のこと、高速時の高速性もさらに得られることになる。
【００３９】
また請求項１６に記載の発明は、請求項４から請求項１５に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において高効率・低騒音を実現できる極めて重要な用途のひとつである。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による冷蔵庫の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。
【００４２】
図１において、１は商用電源であり、日本の場合周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電源である。
【００４３】
２は商用電源１の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路である。整流回路２はブリッジ接続された整流用ダイオード２ａ〜２ｄと平滑用の電解コンデンサ２ｅ、２ｆとからなり、図１に示す回路では倍電圧整流回路となり、商用電源１のＡＣ１００Ｖ入力から直流電圧２８０Ｖを得ることができる。ここでは倍電圧整流としたが、全波整流や直流電圧可変式のチョッパ回路や倍電圧整流／全波整流の切替方式でもよい。
【００４４】
３はインバータ回路であり、６個のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを３相ブリッジ構成されている。また、各々のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆには各スイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆの逆方向に還流電流用のダイオードが入っているが本図では省略している。
【００４５】
４はブラシレスＤＣモータであり、永久磁石を有する回転子４ａと３相巻線を有した固定子４ｂとからなる。インバータ３により作られた３相交流電流が固定子４ｂの３相巻線に流れることにより、回転子４ａを回転させることができる。回転子４ａの回転運動はクランクシャフト（図示せず）により、往復運動に変更され、ピストン（図示せず）がシリンダ（図示せず）内を往復運動することにより、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。
【００４６】
５は位置検知部であり、ブラシレスＤＣモータ４の回転子４ａが回転することにより、固定子４ｂの３相巻線に発生する誘起電圧を検出し、回転子４ａの相対的な回転位置を検出するものである。
【００４７】
６は第１波形発生部であり、位置検出部５の位置検出信号をもとにインバータ３のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は矩形波通電を基本として行っており、通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波を作り出している。また、ここでは矩形波以外でもそれに準じる波形として立ち上がり／立ち下がりに若干の傾斜を持たせた台形波であってもよい。
【００４８】
第１波形発生部６ではさらに回転数を一定に保つためにＰＷＭ制御のデューティの制御も行っている。回転位置に従って、最適なデューティで運転させることができるため最も効率的な運転が可能となる。
【００４９】
７は回転数検出部であり、位置検知部５の出力信号からブラシレスＤＣモータ４の回転数を検出する。この回転数の検出は位置検知部５の出力信号の一定時間カウントまたは周期測定などによって実現可能である。
【００５０】
８は周波数設定部であり、出力のデューティを一定にしたまま出力する周波数のみを変化させていく。９は周波数制限部であり、周波数設定部８からの周波数が上限周波数を超えることのないように制限している。
【００５１】
１０は第２波形発生部であり、周波数設定部９の出力信号をもとにインバータ３のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は通電角が１３０度以上１８０度未満のの矩形波を作り出している。また、ここでは矩形波以外でも正弦波や歪波などのそれに準じる波形であってもよい。またここでは最大デューティで運転しており、９０〜１００％の一定のデューティで運転している。
【００５２】
１１は切替判定部であり、回転数検出部７で検出された回転数により低速／高速を判断し、インバータ３を動作させる波形を第１波形発生部６か第２波形発生部１０かを切り替えるものである。具体的には回転数が低速の場合、第１波形発生部６からの信号を選択し、回転数が高速の場合、第２波形発生部１０からの信号を選択してインバータ３を動作させる。
【００５３】
ここで回転数が低速か高速かの判定は回転数検出部７からの実際の回転数としたが、設定回転数やデューティを判断してもよい。デューティは最大デューティ（一般的には１００％）で位置検知による回転数が最大となるため、この条件で信号を切り替えることも可能である。
【００５４】
１２はドライブ部であり、切替回路１１からの出力信号により、インバータ３のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを駆動する。この駆動によりインバータ３から最適な交流出力がブラシレスＤＣモータ４に印加することができるので回転子４ａを回転させることができる。
【００５５】
１３は上限周波数設定部であり、第１波形発生部６から駆動されているときの最大回転数（デューティ１００％の時）をもとに上限周波数を設定する。本実施例では上限回転数を最大回転数の１．５倍に設定するものとする。例えば最大回転数が５０ｒ／ｓであった場合、上限周波数は７５ｒ／ｓとする。この上限周波数設定部で設定された上限周波数は周波数制限部９の周波数の制限に利用する。
【００５６】
この上限周波数の設定は、次のように行う。周波数設定部８と第２波形発生部１０による駆動を行っているときはブラシレスＤＣモータ４は同期モータとして運転しており、通常の位置検知による状態よりも電流位相が進角し、いわゆる弱め磁束制御のような形で高速回転ができるものである。しかしこの進角が大きくなるとモータは同期を外れて脱調してしまう。この脱調をおこす回転数より上限周波数が低くなるように予め設定しておく。
【００５７】
１４は上限周波数変更部であり、切替判定部１１により第２波形発生部１０による駆動が所定時間（例えば３０分間）継続した場合、強制的に切替判定部を第１波形発生部６に切り替え、上限周波数設定部１３による上限周波数を再設定する。
【００５８】
１５は電圧検出部であり、整流回路２の出力電圧（直流電圧）を検出する。この電圧検出部１５の出力を受けて、上限周波数補正部１６にて上限周波数を補正するべく出力を送出し、上限周波数設定部１３の上限周波数を補正する。ここでは電圧が標準より高ければ上限周波数を上げ、標準より低ければ上限周波数を下げるように補正を行う。
【００５９】
１７は以上の機能を実現するための、マイクロコンピュータである。これらの機能はマイクロコンピュータのプログラムによって実現可能である。
【００６０】
次に図１における動作について、図１〜図６を用いて説明する。
【００６１】
まず、低速時の動作について説明する。図２は本発明の実施の形態１における低速時のインバータ駆動のタイミング図である。ブラシレスＤＣモータ４の回転数が低い場合、位置検知部５の出力により動作する第１波形発生部６からの信号により駆動され、図２に示すような動作となる。
【００６２】
図２において、Ｕはスイッチ素子３ａの駆動信号、Ｖはスイッチ素子３ｃの駆動信号、Ｗはスイッチ素子３ｅの駆動信号、Ｘはスイッチ素子３ｂの駆動信号、Ｙはスイッチ素子３ｄの駆動信号、Ｚはスイッチ素子３ｆの駆動信号であり、Ｉｕ・Ｉｖ・Ｉｗは固定子４ｂの各巻線のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を示す。
【００６３】
位置検知部５の信号に従って、１２０度づつの区間で順次転流を行っている。また上アームの駆動信号Ｕ、Ｖ、ＷにはＰＷＭ制御によるデューティ制御を行っている。このとき、電流波形は図２に示すようにのこぎり波の形状の波形となる。
【００６４】
この時は、位置検知部５の出力により最適なタイミングで転流を行っているので最も効率よくブラシレスＤＣモータが駆動できることとなる。
【００６５】
次に、最適な通電角について図３を用いて説明する。図３は本発明の実施の形態１における低速時の通電角＝効率特性図である。図３は、実線がモータ効率、破線が回路効率、一点鎖線が総合効率（モータ効率×回路効率）を示す。
【００６６】
図３に示すように、通電角を１２０度より大きくすると、モータ効率は向上する。これは通電角が広がることにより、モータ電流の実効値が下がり（即ち力率が上がり）、モータの銅損が減少しモータ効率が上がることによるものである。
【００６７】
しかしながら、回路ではスイッチング回数が増加し、スイッチングロスが増加することにより、回路効率は低下する。したがって、最も総合効率のよい点が現れる。本実施例においては、１３０度が最も効率の高くなるポイントであるということがいえる。
【００６８】
次に、高速時の動作について説明する。図４は本発明の実施の形態１における高速時のインバータ駆動のタイミング図である。ブラシレスＤＣモータ４の回転数が高い場合、周波数設定部８の出力により動作する第２波形発生部１０からの信号により駆動され、図４に示すような動作となる。
【００６９】
図４における記号は図２と同一であるため、符号の説明は省略する。各駆動信号は周波数設定部８の出力にしたがって、所定周波数を出力するように転流を行うが、このとき導電角は１３０度以上１８０度未満が望ましい。これは図４では導電角が１５０度で示しているが、導電角を上げることによって各相の電流波形は擬似的に正弦波に近いものとなる。
【００７０】
デューティを一定として周波数を上げていくことにより、従来に比べ大幅に回転数を上げることができる。この回転数が上がった状態ではブラシレスＤＣモータ４は同期モータとして運転しており、周波数があがるにしたがって電流はどんどん上がってくる。ここで、導電角を１３０度以上１８０度未満にすることにより、ピーク電流値が小さくすることができ、より高い電流まで過電流保護がかからずに動作させることができる。
【００７１】
次に、実際の切替動作について説明する。図５は本発明の実施の形態１における回転数＝デューティ特性図を示す。
【００７２】
図５において、回転数５０ｒ／ｓ以下の場合は第１波形発生部６により駆動される。デューティは回転数により自動的にフィードバック制御により最も効率のよくなるポイントに調整される。
【００７３】
５０ｒ／ｓにおいて、デューティ１００％となり、第１波形発生部６による駆動はそれ以上回転させることのできない限界に到達する。この状態において上限周波数設定部１３ではこの５０ｒ／ｓをベースにその１．５倍の７５ｒ／ｓを上限周波数として設定する。周波数設定部８からの出力信号が７５ｒ／ｓを超えると周波数制限部９がこの上限周波数７５ｒ／ｓにしたがって、これ以上の周波数を出すのを防止する。５０ｒ／ｓから７５ｒ／ｓの間においてはデューティはそのままで回転数のみを上げている。
【００７４】
次に上限周波数変更部１４の動作について説明する。冷蔵庫などの圧縮機に本装置を使用した場合、トルクを落とした高効率なモータを使うことができ、庫内温度が安定している低速回転数が必要なときは高効率の運転ができ、庫内温度が高く高速回転数が必要なときは簡単に回転数を上げることができるので本技術の応用としては最適である。このように冷蔵庫などの圧縮機に本装置を使用した場合、負荷トルクが急激に変化することは少なく比較的長い時間がかかって負荷トルクが変化する。このとき上限周波数を変える必要が生じる。
【００７５】
図６は本発明の実施の形態１における回転数とデューティのタイミング図を示す。
【００７６】
図６において、時刻ｔ０においてブラシレスＤＣモータ４は起動する。ここでは回転数指令が８０ｒ／ｓが指示されたものとする。ブラシレスＤＣモータ４にインバータ３が電力を供給し、デューティを上げていくと同時に、位置検知部５と第１波形発生部６によるフィードバックによる駆動で順次回転数もアップしていく。
【００７７】
時刻ｔ１においてデューティは最大の１００％となり、位置検知部５と第１波形発生部６によるフィードバックによる駆動ではこれ以上回転数を上げれなくなる。このときブラシレスＤＣモータ４の回転数は５０ｒ／ｓであり、この回転数をもとに上限周波数設定部１３で上限周波数を１．５倍の７５ｒ／ｓと設定する。
【００７８】
次に切替判定部１１にて、周波数設定部８と第２波形発生部１０による駆動に切り替える。その後デューティは１００％一定で、周波数設定部８により周波数を上げていくことにより、ブラシレスＤＣモータ４の回転数を上げていく。時刻ｔ２において、回転数指令は８０ｒ／ｓが指示されてはいるが、上限周波数設定部１３で決められた上限周波数は７５ｒ／ｓであるので、周波数制限部９により回転数は７５ｒ／ｓに制限される。
【００７９】
次に、時刻ｔ３（時間ｔ３−ｔ２は一例として３０分）においては、冷蔵庫などの圧縮機に使用した場合、負荷状態が変わっている可能性があるので最高回転数の確認を行う。これは上限周波数変更部１４が所定時間（本実施例の場合は３０分）たったことを検出して、切替判定部１１を第１波形発生回路６からの駆動に切り替える。すると回転数が下がり、通常の第１波形発生回路６から動作させれる最大の回転数が回転数検出部７から測定できることになる。
【００８０】
本実施の形態においては、時刻ｔ２における負荷状態に比べて、時刻ｔ３における負荷状態は軽くなっており、最大回転数が上昇して５５ｒ／ｓとなっている。この結果、上限周波数設定部１３で上限周波数は再設定されるが、１．５倍の８２．５ｒ／ｓが上限周波数として設定される。
【００８１】
その後、同様に切替判定部１１を周波数設定部８と第２波形発生部１０とからの駆動に切り替えることにより、回転数を再びアップさせる。このとき指令回転数８０ｒ／ｓに対して上限周波数は８２．５ｒ／ｓであるため所望とする８０ｒ／ｓで運転を継続することとなる。このようにして負荷の変動に対して、一定時間ごとに負荷状態を再度検出して上限周波数を補正を行うことにより、負荷状態に応じた最適な運転が実現できる。
【００８２】
次に、商用電源１が電圧変動した場合について説明する。一般的な家庭においては宅内の電源インピーダンスや他の機器のＯＮ／ＯＦＦ状態により、商用電源１のコンセント部の電源電圧が変化することがしばしばある。
【００８３】
商用電源１の電源電圧が変動するのに伴い、整流回路２の直流電圧出力も電源電圧の変動に比例して変化する。この直流電圧出力の変化を電圧検出部１５で検出する。この検出結果をもとに、上限周波数補正部１６で補正すべき値を決定し、上限周波数設定部１３で設定される上限周波数を補正する。
【００８４】
ブラシレスＤＣモータの最大回転数は、一般的にもよく知られている通り、整流回路２の直流電圧出力に比例して変化する。したがって直流電圧が１０％下がれば上限周波数も１０％下げ、逆に直流電圧が１０％上がれば上限周波数も１０％上げるように補正を行えば、入力電圧が電圧変動を起こしても脱調することなく回りつづけるブラシレスＤＣモータの駆動装置を提供することができる。
【００８５】
次に、ブラシレスＤＣモータ４の構造について説明を行う。図７は、本発明の実施の形態１によるブラシレスＤＣモータの回転子の構造図である。
【００８６】
２０は回転子コアであり、０．３５ｍｍから０．５ｍｍ程度の薄い珪素鋼板を打ち抜いたものを、積み重ねたものである。
【００８７】
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは４枚のマグネットであり、逆円弧状に回転子コア２０に埋め込まれている。このマグネットは通常フェライト系がよく用いられるが、ネオジなどの希土類の磁石が使われる場合は平板構造のものが使われることもある。
【００８８】
このような構造の回転子において、回転子中央からマグネットの中央に向かう軸をｄ軸、回転子中央からマグネットの間に向かう軸をｑ軸とすると、それぞれの軸方向のインダクタンスＬｄ、Ｌｑは逆突極性を有し、異なるものとなる。つまりこれは、モータとしては、マグネットの磁束によるトルク（マグネットトルク）以外に、逆突極性を利用したトルク（リラクタンストルク）を有効に使えることとなる。したがってモータとしてよりトルクが有効的に利用できることとなる。この結果、モータとしては高効率なモータとなる。
【００８９】
また、本実施の形態の制御を使用すると周波数設定部８と第２波形発生部１０による駆動を行っているとき、電流は進み位相で運転するので、このリラクタンストルクが大きく利用されるようになるので、逆突極性がないモータに比べてより高回転数まで運転することができる。
【００９０】
以上の様に本実施の形態１のブラシレスＤＣモータの駆動方法は、永久磁石を有する回転子４ａと三相巻線を有する固定子４ｂからなるブラシレスＤＣモータ４と、前記三相巻線に電力を供給するインバータ３と、低速では通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波またはそれに準じる波形を出力し、高速では通電角が１３０度以上１８０度未満の矩形波・正弦波またはそれに準じる波形を所定周波数で出力するとともに、デューティを一定として所定周波数のみを変化させるようにしたものであるので、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る。
【００９１】
低速においては、通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波またはそれに準じる波形（例えば台形波など）を出力することにより、実効電流が下がることによる銅損の低減や回路のオンロスの減少と、回路のスイッチングロスの増加とがつりあう最もロスの低い状態での運転が可能となり、最も効率的な運転が可能となる。一般的には正弦波による駆動がモータの効率がよいとの評価はあるものの通電角が１８０度となるため、回路のスイッチングロスが増加するため、回路を含んだ総合効率としては本実施例によるものが良くなる。
【００９２】
また、高速においては、通電角が１３０度以上１８０度未満の矩形波・正弦波またはそれに準じる波形（例えば台形波など）を出力すると、出力の電圧波形が矩形波であっても、電流波形は擬似的な正弦波電流となり、従来より電流ピーク値が小さくなるため、より安定した高速運転を得ることができる。
【００９３】
また、ブラシレスＤＣモータ４が、回転子４ａの鉄心に永久磁石２１ａ〜２１ｄを埋め込んでなる回転子４ａであり、かつ突極性を有する回転子４ａを有したものであり、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクを使うことにより、低速時の効率アップは当然のこと、高速時の高速性もさらに得られることになる。
【００９４】
永久磁石にネオジなどの希土類磁石を採用してマグネットトルクの割合を多くしたり、インダクタンスＬｄ、Ｌｑの差を大きくしてリラクタンストルクの割合を多くしたりすると、最適な通電角を変えることにより効率をベストにあわせることができる。
【００９５】
また、ブラシレスＤＣモータ４が圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において高効率・低騒音を実現できる極めて重要な用途のひとつである。特に巻線の巻込み量を増やしたトルクダウンした（即ち最高回転数を落とした）モータが利用できるので、低回転数時のデューティが従来の方法より大きくできるので、モータの騒音、特にキャリア音（ＰＷＭ制御の周波数に相当、例えば３ｋＨｚ）が低減できる。
【００９６】
通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波またはそれに準じる波形を出力する第１波形発生部６と、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部８と、通電角が１３０度以上１８０度未満の矩形波またはそれに準じる波形を前記周波数設定部８で決められた所定周波数で出力する第２波形発生部１０と、低速では前記第１波形発生部６の出力を、高速では前記第２波形発生部１０の出力をそれぞれ選択する切替判定部１１とを有することにより、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、高速においては安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る。
【００９７】
また、回転子の回転位置を検出する位置検出部５を有し、低速においては位置検出部５の位置検出によりインバータ３を駆動することにより、回転子４ａの回転位置タイミングが最適になり、低速での効率をより上げることが出来る。
【００９８】
また、前記所定周波数の上限周波数を設定しその上限周波数以上の周波数の出力を禁止する周波数制限部９を有し、上限周波数を設けることによりより安定した高速運転が可能となる。
【００９９】
このように、上限周波数を設けることにより、出せる能力以上の回転は行わないようにできるので、脱調などによって、冷蔵庫などの冷却システムの冷却が予期せず停止してしまい冷えなくなることを防止できる。
【０１００】
また、上限周波数を前記第１波形発生部６により出力する最大周波数により設定する上限周波数設定部１３を有し、運転状況に応じた最大周波数を設定することができ、より安定した最大限の高速運転をだすことができる。
【０１０１】
また、所定時間が経過した後前記周波数設定部８からの駆動から前記位置検知部５からの駆動に一時的に切り替えることにより上限周波数を設定しなおす上限周波数変更部を有することにより、時間が経過して負荷状態が変化してもより最適な最高回転数で運転をすることができる。
【０１０２】
圧縮機の制御などにおいては、負荷が瞬時的に変わることは少なく、冷却システムの状態によってゆっくり変化するので、この方法は非常に有効である。
【０１０３】
また、インバータ３に供給される電圧を検出する電圧検出部１５と、前記上限周波数を前記電圧検出部１５により補正する上限周波数補正部１６とを有することにより、電源電圧が変動した場合にも安定した高速回転数を維持することが出来る。つまり電源電圧が変化した場合でも、停止することなく運転を継続することができる。
【０１０４】
（実施の形態２）
次に本発明による実施の形態２について図８を用いて説明する。図８は本発明の実施の形態２によるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。
【０１０５】
図８において、図１で説明したものと同一構成のものは、同一符号を付与して詳しい説明は省略する。
【０１０６】
３０は出力電圧検出部であり、ブラシレスＤＣモータ４の固定子４ｂの巻線のＷ相につながれている。所定のタイミングで出力電圧を検出するものである。この検出された出力電圧は上限周波数補正部１６に送られる。
【０１０７】
以上のように構成されたブラシレスＤＣモータの駆動装置について、次にその動作について説明する。
【０１０８】
出力電圧検出部３０はＷ相の出力端子に接続されており、インバータ３のスイッチ素子３ｅがオンした時、このＷ相の電圧は整流回路２の出力電圧そのものが出てくる。実際には立ち上がり時にはチャタリングなどがあり、スイッチ素子３ｅがオンした所定時間（十分にチャタリングがなくなる時間）経過後に、出力電圧を検出すると、インバータ３の直流電圧値が検出できることとなる。
【０１０９】
この出力電圧検出部３０の出力を受けて、上限周波数補正部１６にて上限周波数を補正するべく出力を送出し、上限周波数設定部１３の上限周波数を補正する。ここでは電圧が標準より高ければ上限周波数を上げ、標準より低ければ上限周波数を下げるように補正を行う。
【０１１０】
これにより、入力電圧が変動した場合は、出力電圧を所定のタイミングで検出することによりその変動を検出できるので最適な補正を行うことができる。
【０１１１】
以上の様に本実施の形態２のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、インバータ３の出力電圧を検出する出力電圧検出部３０と、前記上限周波数を前記出力電圧検出部３０の所定タイミングで得られた電圧値により補正する上限周波数補正部１６とを有することにより、新たな回路を追加することなく電源電圧を検出することにより、電源電圧が変動した場合にも安定した高速回転数を維持することが出来る。
【０１１２】
また、位置検出部５の回路をそのまま利用できるので、新たな回路を設けることなく実現可能であり、小型・低コストの駆動装置を提供することができる。
【０１１３】
（実施の形態３）
次に本発明による実施の形態３について図９を用いて説明する。図９は本発明の実施の形態３によるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。
【０１１４】
図９において、図１で説明したものと同一構成のものは、同一符号を付与して詳しい説明は省略する。
【０１１５】
４０は整流回路２とインバータ３との間に設けられたシャント抵抗である。４１はシャント抵抗４０の両端電圧からシャント抵抗４０を流れる電流を検出する電流検出部である。
【０１１６】
４２は位相差検出部であり、電流検出部４１で検出された電流と出力電圧との位相差を検出し、位相差が予め設定された所定値（例えば５０°〜６０°）を超えるとその結果を周波数制限部９に送出し、出力周波数を制限する。
【０１１７】
４３は振幅検出部であり、電流検出部４１で検出された電流の振幅を検出して、振幅が所定値（例えば３Ａ）を超えるとその結果を周波数制限部９に送出し、出力周波数を制限する。
【０１１８】
以上のように構成されたブラシレスＤＣモータの駆動装置について、次にその動作について説明する。
【０１１９】
シャント抵抗４０を電流が流れることにより、シャント抵抗４０の両端には電圧が発生する。この電圧を電流検出部４１に入力して、電流を検出する。
【０１２０】
次に、電流検出部４１の電流と出力電圧の位相差を位相差検出部４２で検出する。低速において効率の高い運転をしているとき、磁石埋め込み型のモータではこの位相差は５°〜１５°程度となる。さらに高速においては、位置検知部５を用いて駆動する最大回転数から実際の回転数が離れてくるほどこの位相差は進むことになる。
【０１２１】
この位相差がどんどん進み６０°を超えると脱調する可能性が出てくる。したがって脱調する直前に回転数を上げるのを止めるために、５５°を超えると回転数をそれ以上上げないように、周波数制限部９で周波数を制限する。
【０１２２】
次に、電流検出部４１の電流の振幅を振幅検出部４３で検出する。トルクが一定の場合、位置検知部５で駆動しているときは、電流値はほぼ一定であるが、周波数設定部８による駆動に切り替わると回転数が上がるにつれて、電流値がどんどん増加していく。この電流が所定値を超えるとモータは保護回路（図示せず）により停止してしまうので、この停止する前に回転数の上昇を止める必要がある。そこで振幅検出部４３で検出した振幅値が所定値を超えると回転数をそれ以上上げないように、周波数制限部９で周波数を制限する。
【０１２３】
このように電流の位相差や振幅により、回転数に制限を設けることにより、そのときの負荷量にあった最適な高速運転が得ることができる。
【０１２４】
以上の様に本実施の形態３のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、インバータ３の出力電流を検出する電流検出部４１と、前記電流検出部４１で検出された出力電流の出力電圧に対する位相により前記周波数制限部９の上限周波数を変更するようにした位相差検出部４２とを有することにより、常に負荷の状態を監視することができ、そのときの負荷にあわせた最適な高速運転を実現することができる。
【０１２５】
また、位置検出部５と、インバータ３の出力電流を検出する電流検出部４１と、前記電流検出部４１で検出された出力電流の出力電圧に対する位相により前記周波数制限部９の上限周波数を変更するようにした位相差検出部４２とを有することにより、低速における最高の効率を得るとともに、常に負荷の状態を監視することができ、そのときの負荷にあわせた最適な高速運転を実現することができる。
【０１２６】
また、インバータ３の出力電流を検出する電流検出部４１と、前記電流検出部４１で検出された出力電流の振幅により前記周波数制限部９の上限周波数を変更するようにした振幅検出部４３とを有することにより、出力電流の振幅値を検出し最適な高速運転を行うことができる。
【０１２７】
また、位置検出部５と、インバータ３の出力電流を検出する電流検出部４１と、前記電流検出部４１で検出された出力電流の振幅により前記周波数制限部９の上限周波数を変更するようにした振幅検出部４３とを有することにより、低速における最高の効率を得るとともに、常に負荷の状態を監視することができ、そのときの負荷にあわせた最適な高速運転を実現することができる。
【０１２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に記載の発明は、低速では通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波またはそれに準じる波形を出力し、高速では通電角が１３０度以上１８０度未満の矩形波・正弦波またはそれに準じる波形を所定周波数で出力するとともに、デューティを一定として所定周波数のみを変化させるようにしたものであり、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る。
【０１２９】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有したものであり、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクを使うことにより、低速時の効率アップは当然のこと、高速時の高速性もさらに得られることになる。
【０１３０】
また請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において高効率・低騒音を実現できる極めて重要な用途のひとつである。
【０１３１】
また請求項４に記載の発明は、通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波またはそれに準じる波形を出力する第１波形発生部と、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部と、通電角が１３０度以上１８０度未満の矩形波またはそれに準じる波形を前記周波数設定部で決められた所定周波数で出力する第２波形発生部と、低速では前記第１波形発生部の出力を、高速では前記第２波形発生部の出力をそれぞれ選択する切替判定部とを有することにより、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、高速においては安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る。
【０１３２】
また請求項５に記載の発明は、回転子の回転位置を検出する位置検出部を有し、低速においては位置検出部の位置検出によりインバータを駆動することにより低速での効率をより上げることが出来る。
【０１３３】
また請求項６に記載の発明は、前記所定周波数の上限周波数を設定しその上限周波数以上の周波数の出力を禁止する周波数制限部を有し、上限周波数を設けることによりより安定した高速運転が可能となる。
【０１３４】
また請求項７に記載の発明は、上限周波数を前記第１波形発生部により出力する最大周波数により設定する上限周波数設定部を有し、運転状況に応じた最大周波数を設定することができ、より安定した最大限の高速運転をだすことができる。
【０１３５】
また請求項８に記載の発明は、所定時間が経過した後前記周波数設定部からの駆動から前記第１波形発生部からの駆動に一時的に切り替えることにより上限周波数を設定しなおす上限周波数変更部を有することにより、時間が経過して負荷状態が変化してもより最適な最高回転数で運転をすることができる。
【０１３６】
また請求項９に記載の発明は、インバータに供給される電圧を検出する電圧検出部と、前記上限周波数を前記電圧検出部により補正する上限周波数補正部とを有することにより、電源電圧が変動した場合にも安定した高速回転数を維持することが出来る。
【０１３７】
また請求項１０に記載の発明は、インバータの出力電圧を検出する出力電圧検出部と、前記上限周波数を前記出力電圧検出部の所定タイミングで得られた電圧値により補正する上限周波数補正部とを有することにより、新たな回路を追加することなく電源電圧を検出することにより、電源電圧が変動した場合にも安定した高速回転数を維持することが出来る。
【０１３８】
また請求項１１に記載の発明は、インバータの出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された出力電流の出力電圧に対する位相により前記周波数制限部の上限周波数を変更するようにした位相差検出部とを有することにより、常に負荷の状態を監視することができ、そのときの負荷にあわせた最適な高速運転を実現することができる。
【０１３９】
また請求項１２に記載の発明は、位置検出部と、インバータの出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された出力電流の出力電圧に対する位相により前記周波数制限部の上限周波数を変更するようにした位相差検出部とを有することにより、低速における最高の効率を得るとともに、常に負荷の状態を監視することができ、そのときの負荷にあわせた最適な高速運転を実現することができる。
【０１４０】
また請求項１３に記載の発明は、インバータの出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された出力電流の振幅により前記周波数制限部の上限周波数を変更するようにした振幅検出部とを有することにより、出力電流の振幅値を検出し最適な高速運転を行うことができる。
【０１４１】
また請求項１４に記載の発明は、位置検出部と、インバータの出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された出力電流の振幅により前記周波数制限部の上限周波数を変更するようにした振幅検出部とを有することにより、低速における最高の効率を得るとともに、常に負荷の状態を監視することができ、そのときの負荷にあわせた最適な高速運転を実現することができる。
【０１４２】
また請求項１５に記載の発明は、請求項４から請求項１４に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有したものであり、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクを使うことにより、低速時の効率アップは当然のこと、高速時の高速性もさらに得られることになる。
【０１４３】
また請求項１６に記載の発明は、請求項４から請求項１５に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において高効率・低騒音を実現できる極めて重要な用途のひとつである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における低速時のインバータ駆動のタイミング図
【図３】本発明の実施の形態１における低速時の通電角＝効率特性図
【図４】本発明の実施の形態１における高速時のインバータ駆動のタイミング図
【図５】本発明の実施の形態１における回転数＝デューティ特性図
【図６】本発明の実施の形態１における回転数とデューティのタイミング図
【図７】本発明の実施の形態１によるブラシレスＤＣモータの回転子の構造図
【図８】本発明の実施の形態２によるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図
【図９】本発明の実施の形態３によるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図
【図１０】従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図
【符号の説明】
１商用電源
２整流回路
３インバータ
４ブラシレスＤＣモータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for driving a brushless DC motor, and more particularly, to a brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, and supplying electric power to the three-phase winding. The present invention relates to a method and an apparatus for driving by a supplied inverter, and more particularly to a method and an apparatus for driving a brushless DC motor most suitable for driving a compressor such as a refrigerator or an air conditioner.
[0002]
[Prior art]
In recent years, large refrigerators of 350 L or more have become mainstays, and most of the refrigerators are inverter-controlled refrigerators with high efficiency and variable compressor rotation speed. In these refrigerator compressors, a brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding is generally employed for high efficiency. Further, since the brushless DC motor is installed in an environment such as high temperature, high pressure, a refrigerant atmosphere, and an oil atmosphere in a compressor, a position detection sensor such as a Hall element that is usually used in a brushless DC motor cannot be used. Therefore, generally, a method of detecting the rotational position of the rotor from the back electromotive voltage of the motor is often used.
[0003]
A conventional technique is disclosed in Patent Document 1, for example. The prior art will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a block diagram of a conventional brushless DC motor driving device.
[0004]
In FIG. 10, reference numeral 101 denotes a commercial power supply, which is an AC power supply having a frequency of 50 Hz or 60 Hz and a voltage of 100 V in Japan.
[0005]
Reference numeral 102 denotes a rectifier circuit that converts an AC voltage of the commercial power supply 101 into a DC voltage. The rectifier circuit 102 includes bridge-connected rectifier diodes 102a to 102d and smoothing electrolytic capacitors 102e and 102f. The circuit shown in FIG. 10 is a voltage doubler rectifier circuit. Obtainable.
[0006]
An inverter circuit 103 has a three-phase bridge configuration of six switch elements 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, and 103f. Also, each switch element 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, 103f contains a diode for a return current in the reverse direction of each switch element 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, 103f. Omitted.
[0007]
Reference numeral 104 denotes a brushless DC motor, which includes a rotor 104a having a permanent magnet and a stator 104b having a three-phase winding. The three-phase alternating current generated by the inverter 103 flows through the three-phase winding of the stator 104b, so that the rotor 104a can be rotated. Rotational movement of the rotor 104a is changed to reciprocating movement by a crankshaft (not shown), and a piston (not shown) reciprocates in a cylinder (not shown) to compress the refrigerant. Drive.
[0008]
Reference numeral 105 denotes a back electromotive voltage detection circuit, which detects the relative rotation position of the rotor 104a from the back electromotive voltage generated when the rotor 104a having the permanent magnet of the brushless DC motor 104 rotates.
[0009]
A commutation circuit 106 performs a logical signal conversion based on an output signal of the back electromotive voltage detection circuit 105 to generate a signal for driving the switch elements 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, and 103f of the inverter 103.
[0010]
Reference numeral 107 denotes a synchronous drive circuit which forcibly outputs an output of a predetermined frequency from the inverter 103 and drives the brushless DC motor 104, forcing a signal having the same shape as a logical signal generated by the commutation circuit 106. It is generated at a predetermined frequency.
[0011]
Reference numeral 108 denotes a load state determination circuit which determines a load state in which the compressor 104 is operating. A switching circuit 109 switches between driving the brushless DC motor of the compressor 104 by the commutation circuit 106 and driving by the synchronous drive circuit 107 based on the output of the load state determination circuit 108. Reference numeral 110 denotes a drive circuit, which drives the switch elements 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, and 103f of the inverter 103 by an output signal from the switching circuit 109.
[0012]
Next, the operation of the above configuration will be described.
[0013]
When the load detected by the load state determination circuit 108 is a normal load, the driving by the commutation circuit 106 is performed. Then, the relative position of the rotor 104a of the brushless DC motor 104 is detected by the back electromotive voltage detection circuit 105. Next, a commutation pattern for driving the inverter 103 is created by the commutation circuit 106 from the relative position of the rotor 104a.
[0014]
This commutation pattern is supplied to the drive circuit 110 through the switching circuit 109, and drives the switch elements 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, and 103f of the inverter 103. With this operation, the brushless DC motor 104 performs driving that matches the rotational position.
[0015]
Next, the operation when the load increases will be described.
[0016]
The load on the brushless DC motor 104 increases, and the number of revolutions decreases due to the characteristics of the brushless DC motor 104. This state is determined by the load state determination circuit 108 to be a high load state, and the output of the switching circuit 109 is switched to a signal from the synchronous drive circuit 107.
[0017]
By driving in this way, it is intended to suppress a decrease in the number of revolutions under a high load.
[0018]
[Patent Document 1]
JP-A-9-88837
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional configuration has the following problems.
[0020]
Although the aim is to increase the number of revolutions under a high load, since the signal of the back electromotive voltage detection circuit 105 is used as the base, the range exceeding the limit phase (30 degrees in advance) of the back electromotive voltage detection circuit 105 is used. Can not drive. In addition, since the operation is performed by the rectangular wave drive of 120 ° conduction, which is a normal drive waveform, the peak current is increased, and the overcurrent protection circuit is easily activated. For the above reasons, the range in which the rotation speed of the brushless DC motor 104 can be increased is narrowed, and there is a problem that the efficiency at a low rotation speed cannot be sufficiently increased.
[0021]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to solve the conventional problem. The rotation speed of a brushless DC motor at a high speed is increased while the torque (rotation speed) is reduced by greatly winding a stator winding and the motor efficiency at a low speed is greatly increased. It is an object of the present invention to provide a brushless DC motor driving method and device capable of obtaining the same as the conventional method.
[0022]
It is another object of the present invention to provide a brushless DC motor driving method and apparatus capable of securing high speed while maximizing motor efficiency at low speed.
[0023]
Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for driving a brushless DC motor in which the motor can continue to operate without breaking down even at high rotation / high load.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present invention outputs a rectangular wave having a conduction angle of 120 to 150 degrees or a waveform equivalent thereto at a low speed, and a rectangular wave / sine having a conduction angle of 130 to less than 180 degrees at a high speed. Waves or similar waveforms are output at a predetermined frequency, and the duty is kept constant to change only the predetermined frequency.At low speeds, high-efficiency, low-noise operation is achieved and stable high-speed operation is achieved. In addition, since the current waveform approaches a sine wave, the peak current with respect to the effective current can be suppressed.
[0025]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the brushless DC motor is a rotor having a permanent magnet embedded in a core of the rotor and has a rotor having saliency. By using the reluctance torque due to the saliency in addition to the magnet torque of the permanent magnet, not only efficiency at low speed can be improved but also high speed at high speed can be obtained.
[0026]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the brushless DC motor drives the compressor, and it is extremely important that the compressor achieves high efficiency and low noise. One of the uses.
[0027]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a first waveform generating unit that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and 150 degrees or less or a waveform similar thereto, and a frequency setting unit that changes only a predetermined frequency with a constant duty. A second waveform generator that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform equivalent thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, and at a low speed, outputs the first waveform generator. By having a switching determination unit for selecting the output of the second waveform generation unit at high speed, high efficiency and low noise operation can be realized at low speed, and stable high speed can be ensured at high speed, and Since the current waveform also approaches a sine wave, the peak current with respect to the effective current can be suppressed.
[0028]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a position detecting unit for detecting the rotational position of the rotor, and at low speed, the inverter can be driven by detecting the position of the position detecting unit to improve the efficiency at low speed. I can do it.
[0029]
Further, the invention according to claim 6 has a frequency limiting unit that sets an upper limit frequency of the predetermined frequency and prohibits output of a frequency higher than the upper limit frequency, and more stable high-speed operation is possible by providing the upper limit frequency. It becomes.
[0030]
Further, the invention according to claim 7 has an upper limit frequency setting unit that sets an upper limit frequency by a maximum frequency output by the first waveform generator, and can set a maximum frequency according to an operating condition. A stable maximum high-speed operation can be obtained.
[0031]
Further, the upper limit frequency changing unit resets the upper limit frequency by temporarily switching from driving from the frequency setting unit to driving from the first waveform generating unit after a predetermined time has elapsed. , It is possible to operate at a more optimal maximum rotation speed even if the load state changes over time.
[0032]
According to the ninth aspect of the present invention, the power supply voltage fluctuates by including a voltage detecting unit that detects a voltage supplied to the inverter and an upper limit frequency correcting unit that corrects the upper limit frequency by the voltage detecting unit. In this case, a stable high-speed rotation speed can be maintained.
[0033]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an output voltage detecting section for detecting an output voltage of an inverter, and an upper limit frequency correcting section for correcting the upper limit frequency by a voltage value obtained at a predetermined timing of the output voltage detecting section. With this configuration, by detecting the power supply voltage without adding a new circuit, a stable high-speed rotation can be maintained even when the power supply voltage fluctuates.
[0034]
The invention according to claim 11 is such that an upper limit frequency of the frequency limiter is changed by a current detector for detecting an output current of the inverter, and a phase of the output current detected by the current detector with respect to the output voltage. By having the phase difference detection unit described above, the state of the load can be constantly monitored, and optimal high-speed operation according to the load at that time can be realized.
[0035]
According to a twelfth aspect of the present invention, the upper limit frequency of the frequency limiter is determined by a position detector, a current detector that detects an output current of the inverter, and a phase of the output current detected by the current detector with respect to an output voltage. And the phase difference detection unit adapted to change the load, the maximum efficiency at low speeds can be obtained, and the state of the load can be constantly monitored, realizing optimum high-speed operation according to the load at that time. be able to.
[0036]
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a current detecting unit for detecting an output current of an inverter, and an amplitude detection unit for changing an upper limit frequency of the frequency limiting unit based on an amplitude of the output current detected by the current detecting unit. With this configuration, it is possible to detect the amplitude value of the output current and perform optimal high-speed operation.
[0037]
According to a fourteenth aspect of the present invention, a position detector, a current detector for detecting an output current of the inverter, and an upper limit frequency of the frequency limiter are changed according to an amplitude of the output current detected by the current detector. By having the above-described amplitude detection unit, the maximum efficiency at low speed can be obtained, and the state of the load can be constantly monitored, and the optimum high-speed operation according to the load at that time can be realized.
[0038]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the invention of the fourth to fourteenth aspects, the brushless DC motor is a rotor in which a permanent magnet is embedded in an iron core of the rotor, and the rotor has saliency. By using reluctance torque due to saliency in addition to the magnet torque of the permanent magnet, the efficiency at low speeds is increased, and the high speed at high speeds is further obtained.
[0039]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the fourth to fifteenth aspects, the brushless DC motor drives the compressor, and it is extremely important that the compressor achieves high efficiency and low noise. One of the uses.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a refrigerator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0041]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a drive device for a brushless DC motor according to Embodiment 1 of the present invention.
[0042]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a commercial power supply, which is an AC power supply having a frequency of 50 Hz or 60 Hz and a voltage of 100 V in Japan.
[0043]
A rectifier circuit 2 converts an AC voltage of the commercial power supply 1 into a DC voltage. The rectifier circuit 2 is composed of bridge-connected rectifier diodes 2a to 2d and smoothing electrolytic capacitors 2e and 2f. In the circuit shown in FIG. Obtainable. Although the voltage doubler rectification is used here, a full-wave rectification or a DC voltage variable chopper circuit or a switching method of voltage doubler rectification / full-wave rectification may be used.
[0044]
Reference numeral 3 denotes an inverter circuit, which comprises six switch elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f in a three-phase bridge configuration. Also, each switch element 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f contains a diode for a return current in the reverse direction of each switch element 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f. Omitted.
[0045]
Reference numeral 4 denotes a brushless DC motor, which includes a rotor 4a having a permanent magnet and a stator 4b having a three-phase winding. When the three-phase alternating current generated by the inverter 3 flows through the three-phase winding of the stator 4b, the rotor 4a can be rotated. Rotational motion of the rotor 4a is changed to reciprocating motion by a crankshaft (not shown), and a piston (not shown) reciprocates in a cylinder (not shown) to compress a refrigerant. Drive.
[0046]
Reference numeral 5 denotes a position detection unit that detects an induced voltage generated in a three-phase winding of the stator 4b when the rotor 4a of the brushless DC motor 4 rotates, and detects a relative rotation position of the rotor 4a. Is what you do.
[0047]
Reference numeral 6 denotes a first waveform generator, which generates a signal for driving the switch elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f of the inverter 3 based on the position detection signal of the position detector 5. This driving signal is based on rectangular wave conduction, and produces a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and 150 degrees or less. In addition, a trapezoidal wave having a slight rise and fall may be used as a waveform other than the rectangular wave.
[0048]
The first waveform generator 6 also controls the duty of the PWM control to keep the rotation speed constant. Since the operation can be performed with the optimum duty according to the rotation position, the most efficient operation can be performed.
[0049]
Reference numeral 7 denotes a rotation speed detection unit which detects the rotation speed of the brushless DC motor 4 from the output signal of the position detection unit 5. The detection of the number of rotations can be realized by counting the output signal of the position detection unit 5 for a predetermined time or measuring the period.
[0050]
Reference numeral 8 denotes a frequency setting unit that changes only the output frequency while keeping the output duty constant. Reference numeral 9 denotes a frequency limiting unit which limits the frequency from the frequency setting unit 8 so as not to exceed the upper limit frequency.
[0051]
Reference numeral 10 denotes a second waveform generator, which generates a signal for driving the switching elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f of the inverter 3 based on the output signal of the frequency setting unit 9. The driving signal produces a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees. Further, here, a waveform other than the rectangular wave may be a sine wave, a distorted wave, or the like. Further, here, the operation is performed at the maximum duty, and the operation is performed at a constant duty of 90 to 100%.
[0052]
Reference numeral 11 denotes a switching determination unit which determines low speed / high speed based on the rotation speed detected by the rotation speed detection unit 7 and switches the waveform for operating the inverter 3 between the first waveform generation unit 6 and the second waveform generation unit 10. Things. Specifically, when the rotation speed is low, the signal from the first waveform generator 6 is selected, and when the rotation speed is high, the signal from the second waveform generator 10 is selected to operate the inverter 3.
[0053]
Here, the determination of whether the rotation speed is low or high is made based on the actual rotation speed from the rotation speed detection unit 7, but the set rotation speed and duty may be determined. Since the duty is the maximum duty (generally 100%) and the number of rotations by position detection becomes the maximum, it is possible to switch the signal under this condition.
[0054]
Reference numeral 12 denotes a drive unit, which drives the switch elements 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, and 3f of the inverter 3 by an output signal from the switching circuit 11. By this driving, the optimum AC output from the inverter 3 can be applied to the brushless DC motor 4, so that the rotor 4a can be rotated.
[0055]
Reference numeral 13 denotes an upper limit frequency setting unit that sets the upper limit frequency based on the maximum number of revolutions (when the duty is 100%) when driven by the first waveform generator 6. In this embodiment, the upper limit rotation speed is set to 1.5 times the maximum rotation speed. For example, when the maximum rotation speed is 50 r / s, the upper limit frequency is set to 75 r / s. The upper limit frequency set by the upper limit frequency setting unit is used for limiting the frequency of the frequency limiting unit 9.
[0056]
The setting of the upper limit frequency is performed as follows. When the frequency setting unit 8 and the second waveform generation unit 10 are driving, the brushless DC motor 4 is operating as a synchronous motor, and the current phase is advanced compared to the state based on normal position detection, and the so-called weak magnetic flux High-speed rotation can be performed in the form of control. However, when the advance angle becomes large, the motor loses synchronization and loses synchronism. The upper limit frequency is set in advance so as to be lower than the rotational speed at which the step-out occurs.
[0057]
Reference numeral 14 denotes an upper limit frequency changing unit, which forcibly switches the switching determination unit to the first waveform generation unit 6 when the switching determination unit 11 continues driving by the second waveform generation unit 10 for a predetermined time (for example, 30 minutes). The upper limit frequency is reset by the upper limit frequency setting unit 13.
[0058]
Reference numeral 15 denotes a voltage detection unit that detects an output voltage (DC voltage) of the rectifier circuit 2. Upon receiving the output of the voltage detector 15, the upper limit frequency corrector 16 sends an output to correct the upper limit frequency, and corrects the upper limit frequency of the upper limit frequency setting unit 13. Here, the correction is performed so that the upper limit frequency is raised if the voltage is higher than the standard, and the upper limit frequency is lowered if the voltage is lower than the standard.
[0059]
Reference numeral 17 denotes a microcomputer for realizing the above functions. These functions can be realized by a microcomputer program.
[0060]
Next, the operation in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
[0061]
First, the operation at low speed will be described. FIG. 2 is a timing chart of inverter driving at the time of low speed according to the first embodiment of the present invention. When the number of rotations of the brushless DC motor 4 is low, the brushless DC motor 4 is driven by a signal from the first waveform generation unit 6 which operates according to the output of the position detection unit 5, and operates as shown in FIG.
[0062]
In FIG. 2, U is a drive signal of the switch element 3a, V is a drive signal of the switch element 3c, W is a drive signal of the switch element 3e, X is a drive signal of the switch element 3b, Y is a drive signal of the switch element 3d, Z Is a drive signal for the switch element 3f, and Iu, Iv, and Iw indicate U-phase, V-phase, and W-phase currents of each winding of the stator 4b.
[0063]
According to the signal of the position detection unit 5, commutation is sequentially performed in sections of 120 degrees. Further, duty control by PWM control is performed on the drive signals U, V, W of the upper arm. At this time, the current waveform becomes a sawtooth waveform as shown in FIG.
[0064]
At this time, since the commutation is performed at an optimum timing based on the output of the position detection unit 5, the brushless DC motor can be driven most efficiently.
[0065]
Next, the optimum energization angle will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an energization angle = efficiency characteristic diagram at low speed in the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, the solid line indicates the motor efficiency, the broken line indicates the circuit efficiency, and the dashed line indicates the total efficiency (motor efficiency × circuit efficiency).
[0066]
As shown in FIG. 3, when the conduction angle is larger than 120 degrees, the motor efficiency is improved. This is because the effective value of the motor current decreases (that is, the power factor increases) as the energization angle increases, and the copper loss of the motor decreases and the motor efficiency increases.
[0067]
However, in the circuit, the number of times of switching increases and the switching loss increases, so that the circuit efficiency decreases. Therefore, the point with the highest overall efficiency appears. In this embodiment, it can be said that 130 degrees is the point at which the efficiency is highest.
[0068]
Next, the operation at high speed will be described. FIG. 4 is a timing chart of inverter driving at high speed according to the first embodiment of the present invention. When the rotation speed of the brushless DC motor 4 is high, the brushless DC motor 4 is driven by a signal from the second waveform generation unit 10 which operates by the output of the frequency setting unit 8, and operates as shown in FIG.
[0069]
Since the symbols in FIG. 4 are the same as those in FIG. 2, the description of the symbols is omitted. Each drive signal performs commutation according to the output of the frequency setting unit 8 so as to output a predetermined frequency. At this time, the conduction angle is preferably 130 degrees or more and less than 180 degrees. This is shown in FIG. 4 with a conduction angle of 150 degrees, but by increasing the conduction angle, the current waveform of each phase becomes pseudo-sinusoidal.
[0070]
By increasing the frequency while keeping the duty constant, the number of revolutions can be significantly increased as compared with the conventional case. In the state where the number of rotations is increased, the brushless DC motor 4 operates as a synchronous motor, and the current increases steadily as the frequency increases. Here, by setting the conduction angle to 130 degrees or more and less than 180 degrees, the peak current value can be reduced, and a higher current can be operated without overcurrent protection.
[0071]
Next, the actual switching operation will be described. FIG. 5 shows a graph of rotation speed = duty characteristics according to Embodiment 1 of the present invention.
[0072]
In FIG. 5, when the rotation speed is 50 r / s or less, the rotation is driven by the first waveform generation unit 6. The duty is automatically adjusted to the point at which the efficiency is highest by feedback control according to the rotation speed.
[0073]
At 50 r / s, the duty becomes 100%, and the drive by the first waveform generator 6 reaches the limit where it cannot be rotated any more. In this state, the upper limit frequency setting unit 13 sets the upper limit frequency to 75 r / s which is 1.5 times the 50 r / s based on the 50 r / s. When the output signal from the frequency setting unit 8 exceeds 75 r / s, the frequency limiting unit 9 prevents the output of a higher frequency according to the upper limit frequency 75 r / s. Between 50 r / s and 75 r / s, only the rotation speed is increased without changing the duty.
[0074]
Next, the operation of the upper limit frequency changing unit 14 will be described. When this device is used for a compressor such as a refrigerator, a high-efficiency motor with reduced torque can be used, and high-efficiency operation can be performed when a low-speed rotation with a stable internal temperature is required. When the internal temperature is high and a high-speed rotation speed is required, the rotation speed can be easily increased. As described above, when the present device is used in a compressor such as a refrigerator, the load torque rarely changes abruptly and takes a relatively long time to change the load torque. At this time, it is necessary to change the upper limit frequency.
[0075]
FIG. 6 is a timing chart of the rotation speed and the duty in the first embodiment of the present invention.
[0076]
In FIG. 6, the brushless DC motor 4 starts at time t0. Here, it is assumed that the rotational speed command is instructed to be 80 r / s. The inverter 3 supplies power to the brushless DC motor 4 to increase the duty, and at the same time, the rotation speed is sequentially increased by the feedback drive by the position detection unit 5 and the first waveform generation unit 6.
[0077]
At the time t1, the duty becomes the maximum of 100%, and the rotational speed cannot be increased any more by the feedback drive by the position detection unit 5 and the first waveform generation unit 6. At this time, the rotation speed of the brushless DC motor 4 is 50 r / s, and based on this rotation speed, the upper limit frequency setting unit 13 sets the upper limit frequency to 1.5 r / s, 75 r / s.
[0078]
Next, the switching determination unit 11 switches to driving by the frequency setting unit 8 and the second waveform generation unit 10. After that, the duty is kept constant at 100%, and the frequency of the brushless DC motor 4 is increased by increasing the frequency by the frequency setting unit 8. At time t2, the rotation speed command is instructed to be 80 r / s, but since the upper limit frequency determined by the upper limit frequency setting unit 13 is 75 r / s, the rotation speed is reduced to 75 r / s by the frequency limiting unit 9. Limited.
[0079]
Next, at time t3 (time t3-t2 is 30 minutes as an example), when used in a compressor such as a refrigerator, the load state may have changed, so the maximum rotation number is checked. This means that the upper limit frequency changing unit 14 detects that a predetermined time (30 minutes in this embodiment) has elapsed, and switches the switching determination unit 11 to drive from the first waveform generation circuit 6. Then, the rotation speed decreases, and the maximum rotation speed operated by the normal first waveform generation circuit 6 can be measured from the rotation speed detection unit 7.
[0080]
In the present embodiment, the load state at time t3 is lighter than the load state at time t2, and the maximum rotation speed is increased to 55 r / s. As a result, the upper limit frequency is reset by the upper limit frequency setting unit 13, but 81.5 r / s, which is 1.5 times, is set as the upper limit frequency.
[0081]
Thereafter, the switching determination unit 11 is similarly switched to driving from the frequency setting unit 8 and the second waveform generation unit 10 to increase the rotation speed again. At this time, since the upper limit frequency is 82.5 r / s with respect to the command rotation speed of 80 r / s, the operation is continued at the desired 80 r / s. In this way, by detecting the load state again at regular time intervals and correcting the upper limit frequency with respect to the fluctuation of the load, optimal operation according to the load state can be realized.
[0082]
Next, a case where the voltage of the commercial power supply 1 fluctuates will be described. In a general home, the power supply voltage of the outlet of the commercial power supply 1 often changes depending on the power supply impedance in the home or the ON / OFF state of other devices.
[0083]
As the power supply voltage of the commercial power supply 1 changes, the DC voltage output of the rectifier circuit 2 also changes in proportion to the change in the power supply voltage. This change in the DC voltage output is detected by the voltage detection unit 15. Based on the detection result, a value to be corrected by the upper limit frequency corrector 16 is determined, and the upper limit frequency set by the upper limit frequency setter 13 is corrected.
[0084]
As is generally well known, the maximum rotation speed of the brushless DC motor changes in proportion to the DC voltage output of the rectifier circuit 2. Therefore, if the DC voltage is reduced by 10%, the upper limit frequency is also reduced by 10%, and if the DC voltage is increased by 10%, the upper limit frequency is also increased by 10%. It is possible to provide a drive device for a brushless DC motor that keeps turning.
[0085]
Next, the structure of the brushless DC motor 4 will be described. FIG. 7 is a structural diagram of a rotor of the brushless DC motor according to the first embodiment of the present invention.
[0086]
Reference numeral 20 denotes a rotor core, which is obtained by punching out thin silicon steel sheets of about 0.35 mm to about 0.5 mm and stacking them.
[0087]
Reference numerals 21a, 21b, 21c, and 21d denote four magnets, which are embedded in the rotor core 20 in an inverted arc shape. Usually, a ferrite-based magnet is often used, but when a rare-earth magnet such as neodymium is used, a flat-plate magnet may be used.
[0088]
In a rotor having such a structure, when the axis from the center of the rotor to the center of the magnet is the d-axis and the axis from the center of the rotor to the center of the magnet is the q-axis, the inductances Ld and Lq in the respective axial directions are opposite. They have saliency and are different. In other words, this means that the motor can effectively use the torque (reluctance torque) using the reverse saliency in addition to the torque due to the magnetic flux of the magnet (magnet torque). Therefore, torque can be more effectively used as a motor. As a result, a highly efficient motor is obtained.
[0089]
Further, when the control of the present embodiment is used, when the frequency setting unit 8 and the second waveform generating unit 10 are driving, the current is operated in the leading phase, so that the reluctance torque is largely used. Therefore, it is possible to operate up to a higher rotational speed than a motor having no reverse saliency.
[0090]
As described above, the driving method of the brushless DC motor according to the first embodiment includes the brushless DC motor 4 including the rotor 4a having the permanent magnet and the stator 4b having the three-phase winding, and the three-phase winding having the electric power. And a rectangular wave having a conduction angle of 120 ° or more and 150 ° or less at low speed or a rectangular wave / sine wave with a conduction angle of 130 ° or more and less than 180 ° at high speed or a waveform similar thereto Is output at a predetermined frequency, and only the predetermined frequency is changed with a constant duty, so that at low speeds, high-efficiency, low-noise operation can be realized, and stable high-speed operation can be ensured. Since the current waveform also approaches a sine wave, the peak current with respect to the effective current can be suppressed.
[0091]
At low speeds, by outputting a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and 150 degrees or less or a waveform equivalent thereto (for example, a trapezoidal wave), a reduction in the effective current reduces copper loss and a reduction in circuit on-loss, The operation in the state of the lowest loss that balances the increase in the switching loss of the circuit becomes possible, and the most efficient operation becomes possible. In general, although the drive by a sine wave is evaluated as having high motor efficiency, the conduction angle is 180 degrees, which increases the switching loss of the circuit. Things get better.
[0092]
In addition, at high speed, when a square wave or a sine wave having an energization angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform similar thereto (for example, a trapezoidal wave) is output, even if the output voltage waveform is a rectangular wave, the current waveform becomes Since the current becomes a pseudo sine wave current and the current peak value becomes smaller than before, a more stable high-speed operation can be obtained.
[0093]
The brushless DC motor 4 is a rotor 4a having permanent magnets 21a to 21d embedded in an iron core of the rotor 4a, and has a rotor 4a having saliency. In addition, by using the reluctance torque due to the saliency, the efficiency at a low speed is naturally increased, and the high speed at a high speed is further obtained.
[0094]
If a rare earth magnet such as neody is used for the permanent magnet to increase the ratio of the magnet torque, or if the difference between the inductances Ld and Lq is increased to increase the ratio of the reluctance torque, the efficiency can be improved by changing the optimum conduction angle. Can be adjusted to the best.
[0095]
Further, the brushless DC motor 4 drives the compressor, which is one of extremely important applications that can achieve high efficiency and low noise in the compressor. In particular, since a motor having a reduced torque (i.e., lowering the maximum number of revolutions) by increasing the winding amount of the windings can be used, the duty at a low number of revolutions can be larger than that of the conventional method. (Corresponding to the frequency of the PWM control, for example, 3 kHz) can be reduced.
[0096]
A first waveform generator 6 that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and 150 degrees or less or a waveform similar thereto, a frequency setting unit 8 that changes only a predetermined frequency with a constant duty, and a conduction angle of 130 degrees or more and 180 degrees A second waveform generator 10 for outputting a rectangular wave having a frequency of less than 10 degrees or a waveform equivalent thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit 8; an output of the first waveform generator 6 at a low speed; By having the switching determination unit 11 for selecting the output of the waveform generation unit 10, high-efficiency and low-noise operation can be realized at low speeds, stable high-speed operation can be ensured at high speeds, and the current waveform is also reduced. Since the waveform approaches a sine wave, the peak current with respect to the effective current can be suppressed.
[0097]
Further, it has a position detector 5 for detecting the rotational position of the rotor, and at low speed, the inverter 3 is driven by the position detection of the position detector 5 to optimize the rotational position timing of the rotor 4a, Efficiency can be improved.
[0098]
Further, a frequency limiter 9 is provided for setting an upper limit frequency of the predetermined frequency and prohibiting output of a frequency higher than the upper limit frequency. By providing the upper limit frequency, more stable high-speed operation can be performed.
[0099]
In this way, by providing the upper limit frequency, rotation beyond the output capability can be prevented from being performed, so that it is possible to prevent the cooling system such as a refrigerator from unexpectedly stopping due to step-out or the like, and preventing the cooling system from becoming uncooled. .
[0100]
Further, it has an upper limit frequency setting unit 13 for setting the upper limit frequency by the maximum frequency output from the first waveform generator 6, and can set the maximum frequency according to the driving situation, thereby achieving a more stable maximum speed. You can drive.
[0101]
In addition, after a predetermined time has passed, by temporarily switching from driving from the frequency setting unit 8 to driving from the position detecting unit 5, an upper limit frequency changing unit that resets the upper limit frequency is provided. Thus, even if the load condition changes, it is possible to operate at the more optimum maximum rotation speed.
[0102]
This method is very effective in controlling the compressor, for example, because the load rarely changes instantaneously and changes slowly depending on the state of the cooling system.
[0103]
Further, by having the voltage detecting section 15 for detecting the voltage supplied to the inverter 3 and the upper limit frequency correcting section 16 for correcting the upper limit frequency by the voltage detecting section 15, it is stable even when the power supply voltage fluctuates. The high-speed rotation speed can be maintained. That is, even when the power supply voltage changes, the operation can be continued without stopping.
[0104]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a block diagram of a drive device for a brushless DC motor according to Embodiment 2 of the present invention.
[0105]
8, the same components as those described with reference to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0106]
An output voltage detection unit 30 is connected to the W-phase of the winding of the stator 4b of the brushless DC motor 4. The output voltage is detected at a predetermined timing. The detected output voltage is sent to the upper limit frequency corrector 16.
[0107]
Next, the operation of the brushless DC motor driving device configured as described above will be described.
[0108]
The output voltage detector 30 is connected to a W-phase output terminal, and when the switch element 3e of the inverter 3 is turned on, the output voltage of the rectifier circuit 2 itself appears as the W-phase voltage. Actually, there is chattering or the like at the time of rising, and if the output voltage is detected after a predetermined time (time during which the chattering stops sufficiently) when the switch element 3e is turned on, the DC voltage value of the inverter 3 can be detected.
[0109]
In response to the output of the output voltage detector 30, the upper limit frequency corrector 16 sends an output to correct the upper limit frequency, and the upper limit frequency setter 13 corrects the upper limit frequency. Here, the correction is performed so that the upper limit frequency is raised if the voltage is higher than the standard, and the upper limit frequency is lowered if the voltage is lower than the standard.
[0110]
Thus, when the input voltage fluctuates, the fluctuation can be detected by detecting the output voltage at a predetermined timing, so that an optimum correction can be performed.
[0111]
As described above, in the brushless DC motor driving device according to the second embodiment, the output voltage detection unit 30 that detects the output voltage of the inverter 3 and the upper limit frequency are obtained at the predetermined timing of the output voltage detection unit 30. Since the power supply voltage is detected without adding a new circuit by having the upper limit frequency correction unit 16 that corrects based on the voltage value, it is possible to maintain a stable high speed even when the power supply voltage fluctuates. I can do it.
[0112]
Further, since the circuit of the position detection unit 5 can be used as it is, it can be realized without providing a new circuit, and a small-sized and low-cost driving device can be provided.
[0113]
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a block diagram of a drive device for a brushless DC motor according to Embodiment 3 of the present invention.
[0114]
In FIG. 9, the same components as those described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the detailed description is omitted.
[0115]
Reference numeral 40 denotes a shunt resistor provided between the rectifier circuit 2 and the inverter 3. Reference numeral 41 denotes a current detection unit that detects a current flowing through the shunt resistor 40 from a voltage across the shunt resistor 40.
[0116]
Reference numeral 42 denotes a phase difference detection unit that detects a phase difference between the current detected by the current detection unit 41 and the output voltage, and when the phase difference exceeds a predetermined value (for example, 50 ° to 60 °), the phase difference is detected. The result is sent to the frequency limiting unit 9 to limit the output frequency.
[0117]
Reference numeral 43 denotes an amplitude detection unit which detects the amplitude of the current detected by the current detection unit 41 and sends the result to the frequency limiting unit 9 when the amplitude exceeds a predetermined value (for example, 3 A) to limit the output frequency. I do.
[0118]
Next, the operation of the brushless DC motor driving device configured as described above will be described.
[0119]
When a current flows through the shunt resistor 40, a voltage is generated at both ends of the shunt resistor 40. This voltage is input to the current detector 41 to detect the current.
[0120]
Next, the phase difference between the current of the current detection unit 41 and the output voltage is detected by the phase difference detection unit 42. When a highly efficient operation is performed at a low speed, this phase difference is about 5 ° to 15 ° in the magnet embedded type motor. At higher speeds, the phase difference increases as the actual rotation speed becomes farther from the maximum rotation speed driven by using the position detection unit 5.
[0121]
If this phase difference advances more and more than 60 °, there is a possibility that a step-out occurs. Therefore, in order to stop the rotation speed from increasing immediately before step-out, the frequency is limited by the frequency limiting unit 9 so that the rotation speed is not increased any more than 55 °.
[0122]
Next, the amplitude of the current of the current detector 41 is detected by the amplitude detector 43. When the torque is constant, the current value is substantially constant when driving by the position detection unit 5, but when the driving is switched to the frequency setting unit 8, the current value increases steadily as the rotation speed increases. . If the current exceeds a predetermined value, the motor is stopped by a protection circuit (not shown). Therefore, it is necessary to stop the increase in the number of revolutions before stopping. Therefore, when the amplitude value detected by the amplitude detecting section 43 exceeds a predetermined value, the frequency is limited by the frequency limiting section 9 so that the rotation speed is not further increased.
[0123]
As described above, by setting a limit on the number of rotations based on the phase difference and the amplitude of the current, it is possible to obtain an optimum high-speed operation suited to the load at that time.
[0124]
As described above, the brushless DC motor driving device according to the third embodiment includes the current detection unit 41 that detects the output current of the inverter 3 and the phase of the output current detected by the current detection unit 41 with respect to the output voltage. By having the phase difference detecting unit 42 that changes the upper limit frequency of the frequency limiting unit 9, the state of the load can be constantly monitored, and optimal high-speed operation according to the load at that time can be realized. Can be.
[0125]
The upper limit frequency of the frequency limiter 9 is changed according to the position detector 5, the current detector 41 for detecting the output current of the inverter 3, and the phase of the output current detected by the current detector 41 with respect to the output voltage. By having the phase difference detection unit 42 as described above, it is possible to obtain the highest efficiency at a low speed and constantly monitor the load state, thereby realizing an optimum high-speed operation according to the load at that time. it can.
[0126]
Further, a current detecting unit 41 for detecting the output current of the inverter 3 and an amplitude detecting unit 43 for changing the upper limit frequency of the frequency limiting unit 9 according to the amplitude of the output current detected by the current detecting unit 41 are provided. With this configuration, it is possible to detect the amplitude value of the output current and perform optimal high-speed operation.
[0127]
Further, the position detecting unit 5, the current detecting unit 41 for detecting the output current of the inverter 3, and the upper limit frequency of the frequency limiting unit 9 are changed according to the amplitude of the output current detected by the current detecting unit 41. By having the amplitude detector 43, the highest efficiency at low speeds can be obtained, and the state of the load can be constantly monitored, and optimal high-speed operation according to the load at that time can be realized.
[0128]
【The invention's effect】
As described above, the invention according to claim 1 of the present invention outputs a rectangular wave having a conduction angle of 120 to 150 degrees or a waveform equivalent thereto at a low speed, and a conduction angle of 130 to less than 180 degrees at a high speed. A rectangular wave, a sine wave or a waveform similar thereto is output at a predetermined frequency, and the duty is kept constant to change only the predetermined frequency. Stable high-speed operation can be ensured, and the current waveform approaches a sine wave, so that the peak current with respect to the effective current can be suppressed.
[0129]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the brushless DC motor is a rotor having a permanent magnet embedded in a core of the rotor and has a rotor having saliency. By using the reluctance torque due to the saliency in addition to the magnet torque of the permanent magnet, not only efficiency at low speed can be improved but also high speed at high speed can be obtained.
[0130]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the brushless DC motor drives the compressor, and it is extremely important that the compressor achieves high efficiency and low noise. One of the uses.
[0131]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a first waveform generating unit that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and 150 degrees or less or a waveform similar thereto, and a frequency setting unit that changes only a predetermined frequency with a constant duty. A second waveform generator that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform equivalent thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, and at a low speed, outputs the first waveform generator. By having a switching determination unit for selecting the output of the second waveform generation unit at high speed, high efficiency and low noise operation can be realized at low speed, and stable high speed can be ensured at high speed, and Since the current waveform also approaches a sine wave, the peak current with respect to the effective current can be suppressed.
[0132]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a position detecting unit for detecting the rotational position of the rotor, and at low speed, the inverter can be driven by detecting the position of the position detecting unit to improve the efficiency at low speed. I can do it.
[0133]
Further, the invention according to claim 6 has a frequency limiting unit that sets an upper limit frequency of the predetermined frequency and prohibits output of a frequency higher than the upper limit frequency, and more stable high-speed operation is possible by providing the upper limit frequency. It becomes.
[0134]
Further, the invention according to claim 7 has an upper limit frequency setting unit that sets an upper limit frequency by a maximum frequency output by the first waveform generator, and can set a maximum frequency according to an operating condition. A stable maximum high-speed operation can be obtained.
[0135]
Further, the upper limit frequency changing unit resets the upper limit frequency by temporarily switching from driving from the frequency setting unit to driving from the first waveform generating unit after a predetermined time has elapsed. , It is possible to operate at a more optimal maximum rotation speed even if the load state changes over time.
[0136]
According to the ninth aspect of the present invention, the power supply voltage fluctuates by including a voltage detecting unit that detects a voltage supplied to the inverter and an upper limit frequency correcting unit that corrects the upper limit frequency by the voltage detecting unit. In this case, a stable high-speed rotation speed can be maintained.
[0137]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an output voltage detecting section for detecting an output voltage of an inverter, and an upper limit frequency correcting section for correcting the upper limit frequency by a voltage value obtained at a predetermined timing of the output voltage detecting section. With this configuration, by detecting the power supply voltage without adding a new circuit, a stable high-speed rotation can be maintained even when the power supply voltage fluctuates.
[0138]
The invention according to claim 11 is such that an upper limit frequency of the frequency limiter is changed by a current detector for detecting an output current of the inverter, and a phase of the output current detected by the current detector with respect to the output voltage. By having the phase difference detection unit described above, the state of the load can be constantly monitored, and optimal high-speed operation according to the load at that time can be realized.
[0139]
According to a twelfth aspect of the present invention, the upper limit frequency of the frequency limiter is determined by a position detector, a current detector that detects an output current of the inverter, and a phase of the output current detected by the current detector with respect to an output voltage. And the phase difference detection unit adapted to change the load, the maximum efficiency at low speeds can be obtained, and the state of the load can be constantly monitored, realizing optimum high-speed operation according to the load at that time. be able to.
[0140]
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a current detecting unit for detecting an output current of an inverter, and an amplitude detection unit for changing an upper limit frequency of the frequency limiting unit based on an amplitude of the output current detected by the current detecting unit. With this configuration, it is possible to detect the amplitude value of the output current and perform optimal high-speed operation.
[0141]
According to a fourteenth aspect of the present invention, a position detector, a current detector for detecting an output current of the inverter, and an upper limit frequency of the frequency limiter are changed according to an amplitude of the output current detected by the current detector. By having the above-described amplitude detection unit, the maximum efficiency at low speed can be obtained, and the state of the load can be constantly monitored, and the optimum high-speed operation according to the load at that time can be realized.
[0142]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the invention of the fourth to fourteenth aspects, the brushless DC motor is a rotor in which a permanent magnet is embedded in an iron core of the rotor, and the rotor has saliency. By using reluctance torque due to saliency in addition to the magnet torque of the permanent magnet, the efficiency at low speeds is increased, and the high speed at high speeds is further obtained.
[0143]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the fourth to fifteenth aspects, the brushless DC motor drives the compressor, and it is extremely important that the compressor achieves high efficiency and low noise. One of the uses.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a drive device for a brushless DC motor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart of inverter driving at low speed according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is an energization angle at low speed = efficiency characteristic diagram in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a timing chart of inverter driving at high speed according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a diagram showing a rotation speed = duty characteristic in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a timing chart of rotation speed and duty in the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a structural diagram of a rotor of the brushless DC motor according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a block diagram of a brushless DC motor driving device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a block diagram of a drive device for a brushless DC motor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram of a conventional brushless DC motor driving device.
[Explanation of symbols]
1 Commercial power supply
2 Rectifier circuit
3 Inverter
4 Brushless DC motor

Claims

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter for supplying power to the three-phase winding, and a square wave having a conduction angle of 120 degrees or more and 150 degrees or less at low speed or A brushless type that outputs a waveform corresponding to it and outputs a rectangular wave or sine wave with a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency at a high speed, and changes only the predetermined frequency with a constant duty. Driving method of DC motor.

2. The brushless DC motor driving method according to claim 1, wherein the brushless DC motor is a rotor having a permanent magnet embedded in a rotor core and has a rotor having saliency.

3. The method of driving a brushless DC motor according to claim 1, wherein the brushless DC motor drives a compressor.

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter for supplying power to the three-phase winding, and a square wave having a conduction angle of 120 to 150 degrees or similar. A first waveform generating unit that outputs a waveform, a frequency setting unit that changes only a predetermined frequency with a constant duty, and a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform similar thereto is determined by the frequency setting unit. A brushless DC motor having a second waveform generator for outputting at a predetermined frequency, and a switching determining unit for selecting an output of the first waveform generator at a low speed and an output of the second waveform generator at a high speed. apparatus.

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding; an inverter for supplying power to the three-phase winding; a position detecting unit for detecting a rotational position of the rotor; A first waveform generator for driving the inverter by outputting a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 150 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency based on the output of the position detection unit, A brushless DC having a frequency setting unit that changes only the frequency and a second waveform generation unit that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit Motor drive.

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter that supplies power to the three-phase winding, a position detection unit that detects a rotation position of the rotor, At a low speed, a first waveform generator for driving the inverter by outputting a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 150 degrees or a waveform equivalent thereto at a predetermined frequency by the output of the position detection unit at a low speed, and a constant duty at a high speed. A frequency setting unit that changes only a predetermined frequency, a second waveform generating unit that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, A drive device for a brushless DC motor, comprising: a frequency limiter that sets an upper limit frequency of a frequency and prohibits output of a frequency higher than the upper limit frequency.

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter that supplies power to the three-phase winding, a position detection unit that detects a rotation position of the rotor, At a low speed, a first waveform generator for driving the inverter by outputting a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 150 degrees or a waveform equivalent thereto at a predetermined frequency by the output of the position detection unit at a low speed, and a constant duty at a high speed. A frequency setting unit that changes only a predetermined frequency, a second waveform generating unit that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, A frequency limiter that sets an upper limit frequency of the frequency and prohibits output of a frequency higher than the upper limit frequency, and outputs the upper limit frequency by the first waveform generator. Brushless DC motor driving device having an upper limit frequency setting unit for setting the maximum frequency.

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter that supplies power to the three-phase winding, a position detection unit that detects a rotation position of the rotor, At a low speed, a first waveform generator for driving the inverter by outputting a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 150 degrees or a waveform equivalent thereto at a predetermined frequency by the output of the position detection unit at a low speed, and a constant duty at a high speed. A frequency setting unit that changes only a predetermined frequency, a second waveform generating unit that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, A frequency limiter that sets an upper limit frequency of the frequency and prohibits output of a frequency higher than the upper limit frequency, and outputs the upper limit frequency by the first waveform generator. An upper limit frequency setting unit that is set by a maximum frequency, and an upper limit frequency changing unit that resets the upper limit frequency by temporarily switching from driving from the frequency setting unit to driving from the commutation unit after a predetermined time has elapsed. And a brushless DC motor driving device.

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter that supplies power to the three-phase winding, a position detection unit that detects a rotation position of the rotor, At a low speed, a first waveform generating unit that drives the inverter by outputting a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 150 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency by the output of the position detection unit at a low speed, and a constant duty at a high speed. A frequency setting unit that changes only a predetermined frequency, a second waveform generating unit that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, A frequency limiter for setting an upper frequency limit and prohibiting output of a frequency higher than the upper limit frequency, and a voltage detector for detecting a voltage supplied to the inverter. Parts and brushless DC motor driving device having an upper limit frequency correction unit for correcting the upper limit frequency by the voltage detection unit.

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter that supplies power to the three-phase winding, a position detection unit that detects a rotation position of the rotor, At a low speed, a first waveform generator for driving the inverter by outputting a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 150 degrees or a waveform equivalent thereto at a predetermined frequency by the output of the position detection unit at a low speed, and a constant duty at a high speed. A frequency setting unit that changes only a predetermined frequency, a second waveform generating unit that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, A frequency limiting unit that sets an upper limit frequency of the frequency and prohibits output of a frequency higher than the upper limit frequency, and an output voltage detection unit that detects an output voltage of the inverter. When the brushless DC motor driving device having an upper limit frequency correction unit for correcting the voltage value obtained at a predetermined timing of the upper limit frequency and the output voltage detection unit.

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter for supplying power to the three-phase winding, and a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 150 degrees at low speed or A first waveform generator that outputs a waveform corresponding thereto at a predetermined frequency to drive the inverter, a frequency setting unit that changes only the predetermined frequency while keeping the duty constant at high speed, and a rectangle with a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees A second waveform generating unit that outputs a wave or a waveform equivalent thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, and a frequency limiting unit that sets an upper limit frequency of the predetermined frequency and prohibits output of a frequency equal to or higher than the upper limit frequency. A current detection unit for detecting an output current of the inverter, and a phase of the output current detected by the current detection unit with respect to an output voltage. Brushless DC motor driving apparatus comprising a phase difference detector which is adapted to change the upper frequency limiting unit.

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding; an inverter for supplying power to the three-phase winding; a position detecting unit for detecting a rotational position of the rotor; A first waveform generator for driving the inverter by outputting a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 150 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency based on the output of the position detection unit, A frequency setting unit that changes only the frequency, a second waveform generating unit that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, A frequency limiter that sets an upper limit frequency of the inverter and prohibits output of a frequency equal to or higher than the upper limit frequency, a current detector that detects an output current of the inverter, Brushless DC motor driving apparatus comprising a phase difference detector which is adapted to change the upper limit frequency of said frequency limiting unit by a phase for the output voltage of the detected output current serial current detector.

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter for supplying power to the three-phase winding, and a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 150 degrees at low speed or A first waveform generator that outputs a waveform corresponding thereto at a predetermined frequency to drive the inverter, a frequency setting unit that changes only the predetermined frequency while keeping the duty constant at high speed, and a rectangle with a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees A second waveform generating unit that outputs a wave or a waveform equivalent thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, a current detecting unit that detects an output current of the inverter, and an output current that is detected by the current detecting unit. A drive device for a brushless DC motor, comprising: an amplitude detector configured to change an upper limit frequency of the frequency limiter according to an amplitude.

A brushless DC motor including a rotor having a permanent magnet and a stator having a three-phase winding, an inverter that supplies power to the three-phase winding, a position detection unit that detects a rotation position of the rotor, At a low speed, a first waveform generator for driving the inverter by outputting a rectangular wave having a conduction angle of 120 degrees or more and less than 150 degrees or a waveform equivalent thereto at a predetermined frequency by the output of the position detection unit at a low speed, and a constant duty at a high speed. A frequency setting unit that changes only a predetermined frequency, a second waveform generating unit that outputs a rectangular wave having a conduction angle of 130 degrees or more and less than 180 degrees or a waveform similar thereto at a predetermined frequency determined by the frequency setting unit, A frequency limiter that sets an upper limit frequency of the frequency and prohibits output of a frequency equal to or higher than the upper limit frequency, and a current detector that detects an output current of the inverter. Brushless DC motor driving device consisting of an amplitude detector which is adapted to change the upper limit frequency of the frequency limiting section by an amplitude of the detected output current by the current detecting section.

The brushless DC motor according to any one of claims 4 to 14, wherein the brushless DC motor is a rotor having a permanent magnet embedded in a rotor core and has a rotor having saliency. Drive.

The brushless DC motor driving device according to any one of claims 4 to 15, wherein the brushless DC motor drives a compressor.