JP2000253639A

JP2000253639A - 振動型電動機及びその駆動制御装置

Info

Publication number: JP2000253639A
Application number: JP11047631A
Authority: JP
Inventors: Takehito Chinomi; 岳人知野見; Sugimatsu Hasegawa; 杉松長谷川; Teruyuki Akazawa; 輝行赤澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: JP3674364B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で高効率な振動型電動機およびその駆動
装置を提供する。【解決手段】電動機巻線１への励磁電流に通電期間と
非通電期間を設けることによって、振動子の位置や状態
を検出して機械振動に同期して駆動制御を行うものであ
る。したがって、高効率で信頼性の高い振動型電動機の
駆動制御を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータエアコ
ンや冷蔵庫、除湿機など電動機を利用して運転する機器
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、振動型電動機の駆動は、振動子の
位置、速度、加速度の少なくともいずれか一つを検知す
るセンサを有し、そのセンサの出力に基づいて通電のタ
イミングや期間を決定し駆動する方法が一般的であっ
た。たとえば、特開平９−２９１８８９号公報等があ
る。

【０００３】また、センサを使用しない方法では、巻線
への印可電圧や巻線電流を計測し、マイコンなどの演算
・制御手段によって演算を行い、振動子の位置を推定し
て駆動する方法が一般的であった。たとえば、特開平９
−１１２４３８号公報や、同じく特開平９−１２６１４
５号公報等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法ではセンサを固定子に設ける必要があり、特に冷凍
サイクルの運転に使用する用途では、その高温高圧下で
動作可能なセンサの種類が非常に限定されるといった課
題や、その信頼性に大きな課題があった。

【０００５】また振動センサなどにより、振動子と固定
子が衝突した際の機械的な振動を検出して振動型電動機
の駆動制御を行う方式が既に提案されているが、当該方
式では、衝突時に発生する音が課題となっていた。

【０００６】また、センサを使用しない方法では、振動
子の位置や速度、加速度を推定するために、リアルタイ
ムで電圧や電流を計測する電流・電圧検出手段と、高速
の演算・制御手段、そして位置や速度、加速度を推定す
るための複雑なアルゴリズムが必要であり、コスト面や
制御の速度、精度の点で課題があった。

【０００７】また、検出精度や制御速度によっては電動
機の負荷変動等の運転条件の急変に対応できず、振動子
が固定子と衝突するといった課題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、固定子もしくは振動子に巻線を有し、前記
巻線に通電することによって発生した磁界と振動子もし
くは固定子が発生する磁界との相互作用によって推力を
発生する振動型電動機の駆動制御方法であって、前記巻
線への励磁電流の通電方法において通電期間と非通電期
間を設けるものである。

【０００９】また、固定子もしくは振動子に巻線を有
し、前記巻線に通電することによって発生した磁界と振
動子もしくは固定子が発生する磁界との相互作用によっ
て推力を発生する振動型電動機の駆動装置であって、前
記巻線への励磁電流の通電制御手段を有し、前記通電制
御手段によって前記励磁電流の通電期間と非通電期間を
設けるものである。

【００１０】また、前記非通電期間中に前記巻線に発生
する誘起電圧の変化に応じて、通電制御を行うものであ
る。

【００１１】また、前記非通電期間中に前記巻線に発生
する誘起電圧の変化を検出する誘起電圧検出手段を有
し、前記誘起電圧検出手段の出力に応じて、通電制御を
行うものである。

【００１２】また、前記非通電期間中に前記巻線の任意
の2点間に発生する誘起電圧の電位を比較する誘起電圧
比較手段を有し、前記誘起電圧比較手段の出力が反転し
た時点もしくは、反転した時点から所定の時間経過後に
通電を再開するものである。

【００１３】また、前記振動子に永久磁石、前記固定子
に巻線を有するものである。

【００１４】また、縦列接続されたスイッチング素子の
複数対を有し、前記スイッチング素子間の各々の接続点
に前記巻線の両端を接続したものである。

【００１５】また、前記巻線へ印可される巻線電圧もし
くは通電する励磁電流の通電比率を制御する通電比率制
御手段を有し、前記通電比率制御手段により前記巻線電
圧もしくは前記励磁電流の通電比率を制御することによ
って、電動機出力を制御するものである。

【００１６】また、前記巻線電圧もしくは前記励磁電流
の通電期間を制御する通電期間制御手段を有し、前記通
電期間制御手段により前記巻線電圧もしくは前記励磁電
流の通電期間を制御することによって、電動機出力を制
御するものである。

【００１７】また、前記スイッチング素子群への印可電
圧を制御する印可電圧制御手段を有し、前記印可電圧制
御手段により前記印可電圧を制御することによって、電
動機出力を制御するものである。

【００１８】また、前記通電比率制御手段及び前記通電
期間制御手段及び前記印可電圧制御手段のいずれか２手
段、もしくは全てを有し、通電比率または通電期間また
は印可電圧のいずれか一方、もしくはいずれか二方、も
しくは全てを同時に制御することにより、電動機出力を
制御するものである。

【００１９】また、前記スイッチング素子群に通電する
母線電流を制御する母線電流制御手段を有し、前記母線
電流制御手段により前記母線電流を制御することによっ
て、電動機出力を制御するものである。

【００２０】また、前記通電比率制御手段及び前記通電
期間制御手段及び前記印可電圧制御手段のいずれか一手
段、もしくはいずれか二手段、もしくは全てを有し、前
記振動子の運動方向に応じて前記通電比率及び前記通電
期間及び前記印可電圧のいずれか一方、もしくはいずれ
か二方、もしくは全てを変化させることによって、電動
機出力を制御するものである。

【００２１】また、前記振動子の運動方向に応じて、前
記母線電流制御手段により前記母線電流を制御すること
によって、電動機出力を制御するものである。

【００２２】また、前記振動型電動機及びその駆動装置
を用いて駆動される圧縮機である。

【００２３】また、前記圧縮機を用いた空気調和機であ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】請求項１から６に記載の発明は、
固定子もしくは振動子に巻線を有し、前記巻線に励磁電
流を通電することによって発生した磁界と振動子もしく
は固定子が発生する磁界との相互作用によって推力を発
生する振動型電動機の駆動制御方法であって、前記巻線
への励磁電流の通電方法において通電期間と非通電期間
を設けたものであり、また非通電期間中に巻線に発生す
る誘起電圧を観測することにより、励磁電流の通電制御
を行うものである。さらに非通電期間中に巻線の任意の
2点間に発生する誘起電圧の電位を比較する誘起電圧比
較手段を有し、誘起電圧比較手段の出力信号が反転した
時点もしくは、反転した時点から所定の時間経過後に励
磁電流の通電を再開するもので、特別なセンサ等を使用
することなしに振動子の位置や状態を検出し適切なタイ
ミングで巻線に励磁電流の制御を行うことができる。

【００２５】また、請求項７に記載の発明は、縦列接続
された複数個のスイッチング素子を複数対有し、各々の
スイッチング素子間の接続点に振動型電動機の巻線の両
端を接続し、スイッチング素子のオン・オフによって巻
線電圧もしくは励磁電流の制御を可能にするものであ
り、これによりマイコン等に代表される演算・制御手段
から出力される振幅の小さな駆動制御信号により、直接
巻線電圧もしくは励磁電流の制御を行うことが可能にな
る。

【００２６】また、請求項８に記載の発明は、巻線電圧
もしくは励磁電流の通電比率を制御する、すなわちＰＷ
Ｍ制御を行うことによって出力制御を行うものであり、
これにより部品の追加を伴うことなく、演算・制御手段
の制御プログラムの追加・変更のみで電動機出力の制御
が可能になる。

【００２７】また、請求項９に記載の発明は、巻線電圧
もしくは励磁電流の通電期間を制御する、すなわちパル
ス幅制御を行うことによって出力制御を行うものであ
り、これにより部品の追加を伴うことなく、演算・制御
手段の制御プログラムの追加・変更のみで電動機出力の
制御が可能になる。

【００２８】また、請求項１０に記載の発明は、スイッ
チング素子群への印可電圧を制御する、すなわちＰＡＭ
制御を行うことによって出力制御を行うものであり、直
流電圧の増減のみで制御が可能であるため、演算・制御
手段にマイコン等の高価なデバイスが使用できない場合
でも、電動機出力の制御が可能になる。

【００２９】また、請求項１１に記載の発明は、ＰＷＭ
制御及びパルス幅制御及びＰＡＭ制御のいずれか一つ、
またはいずれか二つ、または全てを同時に行うことによ
って、電動機出力の制御を行うものであり、負荷条件や
電源電圧等の動作条件に応じて、つねに最適の状態で電
動機の駆動制御及び出力制御が可能になる。特に、空気
調和機等の用途に用いた場合、電動機の騒音や振動が課
題になる場合があるが、そのような場合には印可電圧や
通電比率、通電期間、さらには遅延期間を調整して騒音
や振動を最小にするような駆動制御を行うことが可能で
ある。

【００３０】また、請求項１２に記載の発明は、スイッ
チング素子群への母線電流を制御する手段を有し、母線
電流を制御することによって、出力制御を行うものであ
り、電流源を用いることによりスイッチング素子群が万
一デッドショートしても母線電流が設定された値を超え
ないため、システムの安全性を高めることができるとい
う効果がある。

【００３１】また、請求項１３及び１４に記載の発明
は、振動子の運動方向によって印可電圧や通電比率、通
電期間等を個別に、または同時に変化させて電動機の高
効率運転を行うものである。振動型電動機の負荷は一般
に不均一で振動子の運動方向によって仕事量が異なる場
合が多い。たとえば圧縮機に応用した場合、一方向に運
動するときにはガスを圧縮するなど大きな仕事が発生
し、他の一方向に運動するときには逆に残留ガスの膨張
等の影響でほとんど仕事が発生しないか非常に小さい。
このような場合に運動方向によらず同じ巻線電圧を印可
もしくは励磁電流を通電すると、電動機の駆動効率の低
下をまねくため、本実施例に示す方法により、振動子の
運動方向に応じて巻線電圧もしくは励磁電流をかえるこ
とにより、高効率な駆動制御が実現できる。

【００３２】また、請求項１５及び１６に記載の発明
は、請求項１から１４に記載の振動型電動機及びその駆
動制御方法もしくは駆動制御装置を、振動型電動機の圧
縮機や空気調和機への展開を可能にするものである。

【００３３】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

【００３４】（実施例１）図１は本発明の振動型電動機
の一構成例である。

【００３５】振動型電動機は、巻線１と永久磁石である
振動子２と巻線に励磁電流を通電することにより発生す
る磁界を透過しやすい材質で構成された固定子３とから
なる。振動子２は、図１に示すように機械バネ４で固定
子に接続されている。

【００３６】巻線１はＵ及びＶの端子を有し、例えばこ
の図のようにＵ端子側から見て時計回り方向に巻かれ、
然るべき巻数ののち、反対方向、この場合は反時計回り
方向に然るべき巻数を有するように構成される。また、
振動子２はこの場合Ｕ端子側に永久磁石のＮ極、Ｖ端子
側にＳ極がくるように配置する。

【００３７】この状態で、Ｕ→Ｖ方向へ励磁電流を通電
すると、その電流により（ａ）のように固定子の両端に
Ｎ極、巻線の巻き返し部分すなわち固定子の中心付近に
Ｓ極の磁界が発生する。振動子は、この磁界からＶ端子
方向への反発力と吸引力を受け、その方向へ移動する。

【００３８】また、Ｖ→Ｕ方向へ励磁電流を通電する
と、その電流により（ｂ）のように固定子の両端にＳ
極、巻線の巻き返し部分すなわち固定子の中心付近にＮ
極の磁界が発生する。振動子は、この磁界からＵ端子方
向への反発力と吸引力を受け、その方向へ移動する。

【００３９】上記のような励磁電流の方向を変える動作
（以下転流という）を適当なタイミングで繰り返すこと
により、振動型電動機の駆動制御を行うものである。振
動型圧縮機は、その構成上機械バネ４やガスバネ等振動
型電動機特有の機構的構成要素のパラメータによって決
定される機械共振点で駆動される場合が最も効率が高
く、振動型電動機を高効率に駆動するには、機械共振に
同期して転流制御を行うことが不可欠である。本発明で
は以下に述べるような制御によりそのような高効率駆動
を実現するものである。

【００４０】図２を用いて基本的な駆動制御方法の考え
方を説明する。

【００４１】振動子２を何らかの手段で自由振動させた
時、機械バネ４の作用により正弦波振動を発生し、振動
子２の変位ｘは図２（ａ）及び式で表される。

【００４２】ｘ＝α・sin(ωｔ＋θ) …
α：振動子の最大振幅 ω：振動子の角速度その時の振動子２の変位速度ｖは図２（ｂ）及び式で
表される。

【００４３】ｖ＝dx／dt＝β・cos(ωｔ＋θ) …
β：振動子の最大速度この時、巻線１に発生する誘起電圧は変位速度ｖに比例
するため、その波形は（ｃ）で表される。この図から振
動子２が最大振幅の点、すなわち死点にある時ＵＶ端子
間の電位差が０になることがわかる。したがって、コン
パレータ等の電圧比較手段を用いてＵＶの端子間の電位
を比較し、両者の電位が反転したときに電圧比較手段の
出力信号が反転するようにしておけばたとえば図２
（ｄ）に示す信号が得られ、この信号に基づいて転流を
行えば機械共振に同期した駆動制御を実現でき高効率駆
動が可能となる。

【００４４】図３は本発明の一実施例の基本回路ブロッ
ク図を表す。

【００４５】図３に示す実施例は、巻線１、スイッチン
グ素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｘ，ＱｙおよびダイオードＤｕ，
Ｄｖ，Ｄｘ，Ｄｙからなるインバータ部５、電源６、電
圧比較手段７および演算・制御手段８から構成される。
演算・制御手段８はさらに、誘起電圧比較手段７の出力
信号を受けて、Ｕ→ＶあるいはＶ→Ｕの切り替わりを検
出する相検出手段、及び相切り替えから通電再開までの
遅延時間を設定する遅延時間設定手段、通電再開から次
の通電停止までの期間すなわち通電期間を設定する通電
期間制御手段、相検出手段の出力に基づき通電パターン
を決定する通電パターン決定手段から構成される。

【００４６】図４は本実施例の基本動作波形を示した図
で、（１）は巻線電圧と誘起電圧の合成波形として得ら
れる電動機端子電圧波形を誘起電圧比較手段７によって
処理した結果得られる位置検出信号、（２−１）〜（２
−４）はスイッチング素子Ｑｕ〜Ｑｙのゲート（Ｇｕ〜
Ｇｙ）駆動信号波形、（３）は電動機端子電圧波形、
（４）は励磁電流波形である。

【００４７】スイッチング素子Ｑｕ〜Ｑｙは、通電の方
向によってすなわちＵ→ＶもしくはＶ→Ｕに対応して、Ｕ→ＶＱｕ，Ｑｙ：オンＱｖ，Ｑｘ：オフ
（期間Ａという）Ｖ→ＵＱｖ，Ｑｘ：オンＱｕ，Ｑｙ：オフ
（期間Ｂという）と制御される。さらに上記以外に、Ｑｕ〜Ｑｙ：全てオ
フ（期間Ｃという）という状態を設定する。これらの状
態はそれぞれ、図４の期間Ａ，Ｂ，Ｃに相当する。期間
Ｃは更に、期間Ａ終了後の状態であるＣ１と期間Ｂ終了
後の状態であるＣ２に分けられる。期間Ｃ１およびＣ２
は、電圧比較手段４の出力が転じた瞬間から期間Ａまた
は期間Ｂまでの遅延期間Ｄ１および遅延時間Ｄ２を含
む。遅延時間Ｄ１及びＤ２は遅延時間設定手段によって
設定される。

【００４８】期間Ａでは、ＱｕとＱｙがオン、ＱｖとＱ
ｘがオフしているため、図４（３−１）に示すとおり巻
線のＵ相電位（以下Ｕ相電位という）はほぼ電源の高電
位側に等しく、Ｖ相電位はほぼ低電位側に等しくなって
いる。この状態から、演算・制御手段８は、通電期間制
御手段によって設定された通電期間設定値に基づきＱｕ
とＱｙをオフし、期間Ｃ１に移行する。オフした直後
は、Ｕ→Ｖへの回生電流が発生するため、ＤｘとＤｖが
オンし、Ｕ相電位はほぼ低電位側と等しく、Ｖ相電位は
ほぼ高電位側と等しくなる。回生電流が消滅したあとＵ
相には振動子の移動に伴う右下がり、すなわち時間とと
もに減少方向にある誘起電圧が発生する。一方Ｖ相には
Ｕ相と逆相の誘起電圧が発生する。

【００４９】誘起電圧比較手段７は両者の電位を比較
し、電位が逆転したところで出力信号を反転させる。す
なわち、期間Ｃ１では正（以下ハイという）から０（以
下ローという）に反転する。

【００５０】演算・制御手段８は上記信号に基づき出力
すべき通電パターン、すなわちこの場合はＶ→Ｕを選択
し、誘起電圧比較手段７の出力信号がハイからローに転
じた瞬間から予め設定された遅延期間Ｄ１経過後、Ｑｖ
とＱｘをオンし、期間Ｂに移行する。この状態を設定さ
れた通電期間中維持する。

【００５１】通電期間が終了すると演算・制御手段８は
再び、Ｑｕ〜Ｑｙを全てオフし期間Ｃ２に移行する。オ
フした直後は、Ｖ→Ｕへの回生電流が発生するため、Ｄ
ｕとＤｙがオンし、Ｖ相電位はほぼ低電位側と等しく、
Ｕ相電位はほぼ高電位側と等しくなる。回生電流が消滅
したあとＶ相には振動子の移動に伴う右下がり、すなわ
ち減少方向にある誘起電圧が発生する。一方Ｕ相にはＶ
相と逆相の誘起電圧が発生する。

【００５２】電圧比較手段４は両者の電位を比較し、電
位が逆転したところで出力を反転させる。すなわち、期
間Ｃ２ではその出力信号をローからハイに反転する。

【００５３】演算・制御手段８は上記信号に基づき出力
すべき通電パターン、すなわちこの場合はＵ→Vを選択
し、予め設定された遅延期間Ｄ２経過後、ＱｕとＱｙを
オンし、期間Ａに移行する。これ以降Ａ→Ｃ１→Ｂ→Ｃ２→Ａ→Ｃ１→ … を繰り返すことにより、振動型電動機の駆動制御を行う
ことができる。

【００５４】遅延時間Ｄ１およびＤ２は０から半周期ま
での任意の値を選択することができるが、振動型電動機
の負荷や効率、騒音等に対して最適な値を求めて設定す
ることが可能である。また、負荷の特性によっては、さ
らに最適な運転条件を実現するためにＤ１，Ｄ２にそれ
ぞれ異なった値を設定することも可能である。

【００５５】本実施例では、２個の縦列接続されたスイ
ッチング素子の２対の組み合わせを用いたが、実際はこ
れの限りではない。

【００５６】以上が本発明請求項１〜７記載の振動型電
動機及びその駆動装置の実施例である。

【００５７】そしてこの実施例によれば、たとえば負荷
変動等によって機械共振点がかわっても、つねに共振点
に追従した振動型電動機の駆動制御が可能になり、その
結果高効率な駆動が実現される。

【００５８】（実施例２）図５は、本発明の別の実施例
の基本回路ブロック図とその駆動波形を示す。

【００５９】（ａ）の基本回路ブロック図について、実
施例１と同一のものは、同一の番号を付して説明は省略
する。演算・制御手段８'には、実施例１の演算・制御
手段８に加え、外部からの出力指令値を受け取って内部
的な数値に変換する出力指令値変換手段と、その数値を
もとに通電比率を決定する通電比率制御手段と、通電比
率と通電パターンの論理積をとって駆動信号を生成する
合成手段が追加されている。インバータ部のスイッチン
グ素子群は通電パターンと通電比率から合成された駆動
信号により、いわゆるＰＷＭ制御される。

【００６０】外部からの出力指令値とは、例えば空気調
和機の電動機の出力を何ｋＷにせよというような数値で
あり、その形態は直流電圧値や交流信号の周波数、ディ
ジタル的な信号などが考えられる。また、内部的な数値
とは、外部からの出力指令に対応した、例えば請求項８
記載の通電比率すなわちＰＷＭのデューティ等に相当す
るものである。

【００６１】（ｂ）は本構成での駆動電圧波形を表して
いる。（１）は通電パターン決定手段のスイッチング素
子Ｑｕへの出力波形であり、（２）は通電比率制御手段
の出力波形であり、（３）は前記両者の論理積をとった
ものでスイッチング素子Ｑｕを実際に駆動するゲート信
号波形である。（４）はスイッチング素子ＱｕとＱｘの
間の端子電圧波形であり、Ｑｕが前記ゲート信号に追従
してオンオフしている様子を表す。

【００６２】また、本実施例のように巻線電圧もしくは
励磁電流の通電比率を制御する場合には、一ないし複数
の通電期間を通して一定の比率を維持する等幅パルス幅
変調方式（以下等幅ＰＷＭ）と、一通電期間中に連続的
にパルス幅を変える不等幅パルス変調方式（不等幅ＰＷ
Ｍ）がある。

【００６３】等幅ＰＷＭ方式は制御が簡単なため、マイ
コン等を使わない単純な構成で駆動制御できるという特
徴があり、また不等幅ＰＷＭ方式は巻線を流れる励磁電
流を、例えば正弦波状の滑らかな波形にして、駆動効率
の向上や騒音の低減が可能という特徴があり、それぞれ
用途や条件に応じて制御方法を選択できる。

【００６４】また、巻線電圧もしくは励磁電流の通電比
率を制御する場合には、縦列接続されたスイッチング素
子の高電位側をスイッチングする上アームＰＷＭ方式
と、低電位側をスイッチングする下アームＰＷＭ、およ
び上下を同時または交互にスイッチングする上下アーム
ＰＷＭ方式がある。

【００６５】上アームもしくは下アームのみのＰＷＭ
は、制御が簡単なためマイコン等を使わない単純な構成
で駆動制御できるという特徴があり、また上下アームＰ
ＷＭは通電期間の終了直前に、例えば上アームから下ア
ームＰＷＭに切り替えることにより通電終了時に発生す
る回生電流を抑制し、位置検出を行いやすくするという
効果や、上記不等幅ＰＷＭと組み合わせることにより、
励磁電流を正弦波状の滑らかな波形にして駆動効率の向
上や騒音の低減を図れるという効果がある。

【００６６】以上が本発明請求項８記載の振動型電動機
及びその駆動装置の実施例である。

【００６７】また、図５において通電期間制御手段の設
定値を外部からの出力設定値に基づき変更することによ
って、すなわちパルス幅制御によって振動型電動機の出
力制御を行うことができる。

【００６８】そして、この実施例によれば、部品の追加
等を行うことなく、振動型電動機の出力制御が可能とな
る。

【００６９】以上が本発明請求項９記載の振動型電動機
及びその駆動装置の実施例である。

【００７０】（実施例３）図６は、本発明のさらに別の
実施例の基本回路ブロック図とその駆動波形を示す。実
施例１と同一のものは、同一の番号を付して、説明は省
略する。電源３は可変出力電源９に置き換えられてい
る。

【００７１】外部からの出力指令値によって可変出力電
圧源９を制御することにより振動型電動機のいわゆるＰ
ＡＭ制御が可能である。

【００７２】また、演算・制御手段８の中に出力指令値
を電圧指令値に変換する変換要素を持つことにより、外
部からの出力指令値を演算・制御手段で受けて、可変出
力電圧源９を制御して出力制御を行うことも可能であ
る。

【００７３】また、上記実施例２と３を組み合わせるこ
とにより、より広い範囲での最適な出力制御が可能とな
る。

【００７４】以上が本発明請求項１０及び１１記載の振
動型電動機及びその駆動制御装置の実施例である。

【００７５】（実施例４）図７は、本発明のさらに別の
実施例の基本回路ブロック図とその駆動波形を示す。実
施例１と同一のものは、同一の番号を付して、説明を省
略する。電源３は可変出力電流源１０に置き換えられて
いる。

【００７６】出力指令値によって可変出力電流源１０を
直接制御することにより振動型電動機の出力制御が可能
である。電流源に出力制御を行うことによって、アーム
短絡等が発生しても設定値以上の電流を流さないため、
特別な保護装置なしで異常時の信頼性を向上できるとい
う効果を奏する。

【００７７】また、演算・制御手段８の中に出力指令値
を電流指令値に変換する変換要素を持つことにより、外
部からの出力指令値を演算・制御手段で受けて、可変出
力電流源１０を制御して出力制御を行うことも可能であ
る。

【００７８】以上が本発明請求項１２記載の振動型電動
機及びその駆動制御装置の実施例である。

【００７９】（実施例５）図８は、本発明のさらに別の
実施例の駆動波形を示す。（１）は誘起電圧比較手段７
の出力信号、（２−１）、（２−２）はスイッチング素
子Ｑｕ及びＱｖのゲートに入力されるゲート駆動信号、
（３）はＵからＶ方向を正とした場合の励磁電流であ
る。期間Ｅ及びＦは電動機の制御周期の半周期にあた
り、それぞれ期間Ｅは電動機の負荷が大きい期間、期間
Ｆは負荷が小さい期間に相当する。

【００８０】基本回路ブロック図については実施例２か
ら４に共通であるため省略する。

【００８１】一般に振動型電動機を圧縮機に応用した場
合、振動子の運動方向がガスを圧縮する圧縮行程に相当
するのか、ガスを吸気する吸気行程に相当するのかで、
必要なエネルギーに大きな差がある。すなわち圧縮行程
ではガスを圧縮する仕事に相当するエネルギーが必要な
のに対して、吸気行程では圧縮行程ほどのエネルギーを
必要としない。振動子の両側に圧縮室がある構造の場合
はその限りではないが、コストや構成の容易さなどから
振動子の片側のみに圧縮室を設ける場合が多く、この場
合は上記のように振動子の方向によって必要なエネルギ
ーが異なるため、振動子の運動方向に応じて、実施例２
から４に示す通電比率や印可電圧を変更する手段を用い
て励磁電流を増減させることにより、さらに高効率な振
動型電動機の駆動制御が実現する。

【００８２】具体的には、予め実施例１から４に示す電
圧比較手段４の出力のハイもしくはローのどちらが高負
荷の期間に相当するのかを決めておき、例えば、図８の
ようにハイの期間が高負荷の期間Ｅに相当する場合に
は、その期間に大きな通電比率を設定して励磁電流が流
れるようにしておき、ローの期間Ｆには期間Ｅの数％か
ら数１０％程度の励磁電流が流れるように小さな通電比
率を設定しておくことで実現が可能である。

【００８３】本実施例では、通電比率による制御方法で
説明したが、印可電圧や通電期間による制御でも同様の
効果を得ることができる。

【００８４】以上が本発明請求項１３及び１４記載の振
動型電動機及びその駆動装置の実施例である。

【００８５】また、これまで述べたような特徴を持つ振
動型電動機とその駆動制御装置の搭載により、より高性
能で安価な圧縮機あるいは空気調和機の提供が可能にな
る。以上が本発明請求項１５及び１６記載の振動型電動
機及びその駆動装置の実施例である。

【００８６】

【発明の効果】上記実施例から明らかなように、請求項
１から７に記載の発明は、巻線への励磁電流に非通電期
間を設け、非通電期間中に巻線に発生する誘起電圧を観
測することにより、通電制御を行うもので、非通電期間
中に巻線の任意の2点間に発生する誘起電圧の電位を比
較し、電位が反転した時点もしくは、反転した時点から
所定の時間経過後に通電を再開する制御方式を提供する
もので、振動子の位置、速度や加速度等を検知するセン
サや、高速の演算・制御手段、位置・速度・加速度推定
のためのアルゴリズム等を使わずに、振動型電動機の駆
動制御が実現できる。

【００８７】また、誘起電圧による位置検出信号に基づ
き、励磁電流の転流を行うため、常に機械バネやガスバ
ネ等のパラメータによって変動する機械共振点での駆動
が実現され、高効率な電動機駆動制御が可能となる。

【００８８】特に、振動型電動機を応用した圧縮機や空
気調和機では、負荷条件の変動や運転モード、設定温度
の変更などにより圧力条件が変動し、機械共振点が変動
する場合があるが、本発明が提供する駆動制御方式によ
れば、そのような場合にでも常に機械共振点に追従した
駆動がなされるため、常に高効率な運転が実現される。

【００８９】また、振動型電動機固有の課題として、振
動子と固定子の衝突という問題があるが、本発明が提供
する駆動制御方式によれば、位置検出を行いながら制御
を行うため、そのような事態が発生する可能性が従来方
式に比べて非常に低くなるという効果もある。

【００９０】請求項８から１２に記載の発明は、印可電
圧や電流の大きさ、一周期中の通電のオン・オフ比率や
一周期中の通電時間の長さを制御することによって、振
動型電動機の出力制御を実現するもので、これによりス
イッチング素子の速度や可変出力電源の有無といった周
辺機器の状況や、用途、システムの規模に応じて最適な
出力制御を実現するという効果を奏する。また、印可電
圧や電流の大きさ、一周期中の通電のオン・オフ比率や
一周期中の通電時間の長さを最適化することによって、
単一の駆動制御装置で高効率な駆動や低騒音な駆動を実
現できる。

【００９１】請求項１３及び１４に記載の発明は、請求
項８から１２に記載の発明において、特に振動子の運動
方向によって必要なエネルギーに差がある場合に、より
高効率な駆動制御方法を提供するものである。

【００９２】請求項１５および１６に記載の発明は、請
求項１から１４記載の振動型電動機及びその駆動装置
の、空調用の圧縮機やそれを用いた空気調和機への応用
に関するものである。

【００９３】空気調和機や冷蔵庫など冷凍サイクルを用
いた機器は、近年オゾン層破壊防止や地球温暖化防止等
環境保護の観点から、それに用いる冷媒の種類が非常に
限定される傾向にある。このように限られた種類の冷媒
の中には、圧縮機の圧縮機構の潤滑に不可欠な潤滑油を
分解するといった特性を持つものがあり、従来の回転型
の圧縮機構を有する圧縮機では、冷媒と潤滑油の組み合
わせがさらに限定されるという課題があった。

【００９４】しかしながら、本発明がその駆動制御方式
を提供する振動型圧縮機は、潤滑油が不要もしくは従来
に比べて極めて少量で圧縮機構の動作が可能という特徴
を有している。

【００９５】したがって、本発明によって安価で高効率
な振動型圧縮機の駆動制御が実現されることにより、上
記のような機器に用いられる冷媒、あるいは潤滑油等に
ついてより高効率な特性を持つものの選択が可能になる
といった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図

【図２】本発明の一実施例を示す波形図

【図３】本発明の一実施例を示す基本回路ブロック図

【図４】同一実施例の駆動電圧・電流波形図

【図５】本発明の別の実施例を示す基本回路ブロック図
と駆動電圧波形図

【図６】本発明のさらに別の実施例を示す基本回路ブロ
ック図と駆動電圧波形図

【図７】本発明のさらに別の実施例を示す基本回路ブロ
ック図と駆動電圧波形図

【図８】本発明のさらに別の実施例を示す駆動電圧波形
図

【符号の説明】

１電動機巻線２振動子３固定子４機械バネ５インバータ部６電源７誘起電圧比較手段８演算・制御手段９可変出力電圧源１０可変出力電流源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者赤澤輝行大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H540 AA10 BA03 BB04 BB09 EE02 EE08 FA06 FB05 FC02 GG02 5H633 BB03 GG02 GG18 HH03 HH06 JA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子もしくは振動子に巻線を有し、前記
巻線に通電することによって発生した磁界と振動子もし
くは固定子が発生する磁界との相互作用によって推力を
発生する振動型電動機の駆動制御方法であって、前記巻
線への励磁電流の通電方法において通電期間と非通電期
間を設けたことを特徴とする振動型電動機の駆動制御方
法。
【請求項２】固定子もしくは振動子に巻線を有し、前記
巻線に通電することによって発生した磁界と振動子もし
くは固定子が発生する磁界との相互作用によって推力を
発生する振動型電動機の駆動装置であって、前記巻線へ
の励磁電流の通電制御手段を有し、前記通電制御手段に
よって前記励磁電流の通電期間と非通電期間を設けたこ
とを特徴とする振動型電動機及びその駆動制御装置。
【請求項３】前記非通電期間中に前記巻線に発生する誘
起電圧の変化に応じて、通電制御を行うことを特徴とす
る請求項１記載の振動型電動機の駆動制御方法。
【請求項４】前記非通電期間中に前記巻線に発生する誘
起電圧の変化を検出する誘起電圧検出手段を有し、前記
誘起電圧検出手段の出力に応じて通電制御を行うことを
特徴とする請求項２記載の振動型電動機の駆動制御装
置。
【請求項５】前記非通電期間中に前記巻線の任意の2点
間に発生する誘起電圧の電位を比較する誘起電圧比較手
段を有し、前記誘起電圧比較手段の出力信号が反転した
時点もしくは、反転した時点から所定の時間経過後に通
電を再開することを特徴とする請求項２または４いずれ
か一項記載の振動型電動機の駆動制御装置。
【請求項６】前記振動子に永久磁石、前記固定子に巻線
を有することを特徴とする請求項２または４または５い
ずれか一項記載の振動型電動機及びその駆動装置。
【請求項７】縦列接続されたスイッチング素子の複数対
を有し、前記スイッチング素子間の各々の接続点に前記
巻線の両端を接続したことを特徴とする請求項２または
４から６記載いずれか一項記載の振動型電動機の駆動装
置。
【請求項８】前記巻線へ印可される巻線電圧もしくは通
電する励磁電流の通電比率を制御する通電比率制御手段
を有し、前記通電比率制御手段により前記巻線電圧もし
くは前記励磁電流の通電比率を制御することによって、
電動機出力を制御することを特徴とする請求項２または
４から７いずれか一項記載の振動型電動機の駆動制御装
置。
【請求項９】前記巻線電圧もしくは前記励磁電流の通電
期間を制御する通電期間制御手段を有し、前記通電期間
制御手段により前記巻線電圧もしくは前記励磁電流の通
電期間を制御することによって、電動機出力を制御する
ことを特徴とする請求項２または４から７いずれか一項
記載の振動型電動機の駆動制御装置。
【請求項１０】前記スイッチング素子群への印可電圧を
制御する印可電圧制御手段を有し、前記印可電圧制御手
段により前記印可電圧を制御することによって、電動機
出力を制御することを特徴とする請求項２または４から
７いずれか一項記載の振動型電動機の駆動装置。
【請求項１１】前記通電比率制御手段及び前記通電期間
制御手段及び前記印可電圧制御手段のいずれか２手段、
もしくは全てを有し、通電比率または通電期間または印
可電圧のいずれか一方、もしくはいずれか二方、もしく
は全てを同時に制御することにより、電動機出力を制御
することを特徴とする請求項２または４から７いずれか
一項記載の振動型電動機の駆動装置。
【請求項１２】前記スイッチング素子群に通電する母線
電流を制御する母線電流制御手段を有し、前記母線電流
制御手段により前記母線電流を制御することによって、
電動機出力を制御することを特徴とする請求項２または
４から７いずれか一項記載の振動型電動機の駆動装置。
【請求項１３】前記通電比率制御手段及び前記通電期間
制御手段及び前記印可電圧制御手段のいずれか一手段、
もしくはいずれか二手段、もしくは全てを有し、前記振
動子の運動方向に応じて、前記通電比率及び前記通電期
間及び前記印可電圧のいずれか一方、もしくはいずれか
二方、もしくは全てを変化させることを特徴とする請求
項８から１１いずれか一項記載の振動型電動機の駆動装
置。
【請求項１４】前記振動子の運動方向に応じて前記母線
電流制御手段により前記母線電流を制御することによっ
て、電動機出力を制御することを特徴とする請求項１２
記載の振動型電動機の駆動装置。
【請求項１５】請求項１から１４いずれか一項記載の振
動型電動機及びその駆動装置を用いた圧縮機。
【請求項１６】請求項１５記載の圧縮機を用いた空気調
和機。