JP2003143890A - 直流ブラシレスモータ駆動装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高効率かつ高調波電流を抑え、また入力する商
用電源電圧を１００Ｖ／２００Ｖ共用できる直流ブラシ
レスモータの回転速度制御が可能な直流ブラシレスモー
タ駆動装置およびその制御方法を提供する。 【解決手段】直流ブラシレスモータ駆動装置において、
昇降圧が可能なアクティブフィルタ形コンバータ回路を
備えることで、高効率でモータを可変速駆動できるとと
もに、高調波電流も抑えることができ、また、商用電源
電圧が１００Ｖ／２００Ｖで共用できる直流ブラシレス
モータ駆動装置を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流を整流し所望
の直流電圧を出力するコンバータ回路と、直流ブラシレ
スモータを回転制御するインバータ回路から構成される
直流ブラシレスモータの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、交流を整流して直流に変換する整
流回路であって、電源電流の高調波の抑制や直流電圧の
制御を行う電源回路と直流ブラシレスモータの駆動回路
とを組み合わせ、直流ブラシレスモータの回転速度制御
を行う制御装置として、特開2000-146392(文献1)記載の
ものがある。

【０００３】この文献1には、交流電源を直流に変換す
る整流回路及び平滑回路と、スイッチング動作とリアク
タ(インダクタンス)によるエネルギー蓄積効果を利用し
て直流電圧の制御を行うチョッパ回路を有するコンバー
タ回路と、コンバータ回路の直流側に接続されたインバ
ータ回路および直流ブラシレスモータを備えた電動機駆
動装置と、前記チョッパ回路のスイッチング動作を制御
するコンバータ制御回路と、インバータ回路のスイッチ
ング動作を制御することで、電動機の回転数制御を行う
インバータ制御回路と、電動機のロータの位置を検出す
る位置検出器と、この位置検出器の出力から電動機の回
転速度を演算する速度演算器と、演算速度値と速度指令
値を入力しインバータ制御回路を介して電動機の回転速
度制御を行う速度制御回路と、速度指令値を入力しコン
バータの運転モードを選択する選択回路を介して直流電
圧を制御するコンバータ動作判定器と、前記コンバータ
回路の出力の直流電圧値を検出する直流電圧検出回路の
出力と前記速度演算器の出力と前記選択回路の出力を入
力して、前記コンバータの出力電圧指令値を生成するコ
ンバータＰＡＭ電圧指令発生器と、前記コンバータ動作
判定器の出力と前記コンバータＰＡＭ電圧指令発生器の
出力を入力して、前記コンバータが出力する直流電圧を
所定の電圧に調整するコンバータ制御回路とを備えた冷
蔵庫用電動機制御回路が記載されている。

【０００４】インバータ制御回路は、位置検出器からの
位置信号および速度演算器からの通流率信号に基づい
て、インバータ回路のスイッチング素子を順次駆動し、
圧縮機用電動機を駆動する。電動機の誘起電圧を位置検
出器に入力し、この誘起電圧から磁石位置を演算して、
この位置信号に基づいて速度演算器によって電動機の回
転速度が出力される。この検出された速度は、外部で算
出された速度指令と比較器で比較され速度偏差がインバ
ータＰＷＭデューティー指令発生器に入力され、この速
度偏差に基づいて比例積分演算されて速度偏差が零とな
るようにパルス幅が決められパルス列が出力される。ま
た、位置検出器の出力信号は転流出力器にも入力され、
各相のスイッチング素子の１２０度通流の転流タイミン
グであるパルス列が各スイッチング素子毎に出力され
る。各相の下アームを構成するスイッチング素子はこの
転流タイミングの期間中オンとなり上アームを構成する
スイッチング素子には転流タイミングを表すパルス列と
先のＰＷＭ信号を表すパルス列とのアンドがアンド回路
にてとられ、ドライバを介してオンオフ制御される。コ
ンバータ制御回路は、コンバータＰＡＭ電圧指令発生器
と直流電圧検出回路からの信号に従ってチョッパ回路の
スイッチング素子を駆動する。本従来例の直流ステージ
電圧は、高電圧、中電圧、低電圧の３段階に制御され、
高電圧および中電圧では昇圧チョッパをオンオフ制御す
ることでその電圧を実現している。低電圧では昇圧チョ
ッパをオフしてインバータの出力パルス幅を広くするこ
とによって省エネルギー化を図っている。

【０００５】速度演算器にて演算された圧縮機用電動機
の実回転速度および速度指令発生器にて演算された速度
指令は、コンバータＰＡＭ電圧指令発生器およびコンバ
ータ動作判定器に入力される。コンバータＰＡＭ電圧指
令発生器では、入力された実回転数速度および速度指令
に基づいて高電圧もしくは中電圧の指令を発生する。こ
の電圧指令値と直流電圧検出回路によって検出されたコ
ンデンサ両端の電圧である直流電圧とを比較し比例積分
回路を介して、コンデンサの両端の電圧が選択された高
電圧もしくは中電圧になるような電流波高値の指令が出
力される。また、コンバータ動作判定器では、入力され
た実回転速度および速度指令に基づいて直流ステージ電
圧を低電圧にしなければならないと判断した場合、昇圧
チョッパをオフする信号であるチョッパオフ信号を出力
する。

【０００６】コンバータＰＡＭ電圧指令器からの電流波
高値指令は、電圧検出器にて検出されたダイオードによ
って全波整流された電圧(脈流)と、乗算器によって乗算
されて瞬時電流指令となる。この瞬時電流指令と電流検
出抵抗によって検出された実瞬時電流とが比較器１にて
比較されその偏差が比較器２に入力され、発振器にて生
成された鋸波状波(三角波)と比較されてパルス幅変調信
号を得る。この信号がドライブ回路に入力され増幅され
て昇圧チョッパのゲート信号となる。このように瞬時電
流指令と瞬時電流とを比較して偏差がなくなる方向に制
御することで、入力電圧と入力電流との位相がほぼ等し
くなり力率が１に近くなる。このように電流を正弦波状
にすることで高調波電流を抑制することができる。尚、
低電圧が要求されている場合、前述のコンバータ動作判
定器の出力であるチョッパオフ信号はドライブ回路に入
力され、ゲート信号をブロックして昇圧チョッパのスイ
ッチング動作を停止させる。

【０００７】また、文献１記載のものと同一な回路構成
にて、コンバータ回路の出力する直流電圧を、高、中、
低のステップ状にせず、かつ、低位の直流電圧を出力す
る際も昇圧率を最小とした昇圧チョッパを行い、コンバ
ータ回路の出力する直流電圧が最小の場合にのみインバ
ータ回路のＰＷＭ制御を併用し、最小の出力電圧時にお
いて、インバータのＰＷＭが最大になった場合にコンバ
ータの出力電圧を直流ブラシレスモータが所定の回転速
度を得られるように調整する手法もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】コンバータ回路出力の
直流電圧を制御する手段として、リアクタのエネルギー
蓄積効果を利用した昇圧チョッパ制御を用いているた
め、電動機を効率良く駆動する制御であるがコンバータ
回路において損失を発生する。また、この従来技術は、
直流ステージ電圧を高電圧、中電圧、低電圧の３段階と
しているため、高電圧および中電圧を選択している場合
は、高周波スイッチングが必要な直流電圧制御を行うコ
ンバータの昇圧チョッパ制御と、電動機の回転速度制御
を行うインバータのＰＷＭ制御を同時に行っているた
め、高周波ノイズを発生しやすい構成であり、この高周
波ノイズを抑制するための追加部品も多数必要になると
考えられる。さらに、コンバータ回路に使用しているリ
アクタは、低電圧を選択時は昇圧チョッパ制御を行わず
にインダクタンス成分のみで力率を改善するため、大き
なインダクタンスが必要になり、また、高電圧、中電圧
選択時は高周波のスイッチングによるエネルギー蓄積効
果も利用するため周波数特性や飽和特性の優れた材質が
必要となり、これらを両立するために高価なものとなっ
てしまう。

【０００９】また、直流ブラシレスモータの運転中は常
時昇圧チョッパ制御を行う制御手法については、コンバ
ータ回路が出力可能な最小の直流電圧に限界があり、直
流ブラシレスモータを所望の回転速度で運転する際、イ
ンバータ回路のＰＷＭ制御も併用するため、昇圧チョッ
パ制御とＰＷＭ制御の両方の損失を発生することにな
る。また直流ブラシレスモータは、所定の回転速度で運
転する場合、印加される直流電圧がより低位であるほう
が直流ブラシレスモータのモータ効率には有利であるた
め、コンバータ回路が出力可能な最小の直流電圧に限界
がある本方式はモータ効率に不利となる。

【００１０】また、国内においても商用電源を交流２０
０Ｖ化する動きのあるなか、上記二つの手法は、基本的
に昇圧チョッパ制御で交流を全波整流した直流電圧を上
昇する方式であるため、例えば入力電圧が交流１００Ｖ
であれば１００Ｖ専用となり、交流２００Ｖには対応出
来ないか、対応した場合にも効率の悪い省エネルギー化
に不利なシステムとなってしまう。

【００１１】本発明は、上記問題を解決し、省エネルギ
ーかつ低コストで入力電圧１００Ｖ／２００Ｖ共用化が
可能な直流ブラシレスモータ駆動装置及びその方法を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、インバータ回路に直流電圧を出力するコン
バータ回路に昇圧チョッパ回路およびもしくは降圧チョ
ッパ回路とを備え、入力する商用電源電圧に関わらず、
直流ブラシレスモータが所望の回転速度となるように、
ＰＷＭ制御のパルス幅が最大の状態を含む設定状態で前
記コンバータ回路の出力電圧を増加減する。また、前記
コンバータ回路は、全波整流の電流波形が全波清流の電
圧波形の相似形になるように直流電圧の昇降圧用半導体
スイッチを制御する。

【００１３】本発明はこれら手段を用いて、入力する商
用電源電圧が１００Ｖ／２００Ｖで共用化できる省エネ
ルギーかつ高力率な直流ブラシレスモータ駆動装置を得
る。

【００１４】本発明は、具体的には直流ブラシレスモー
タを回転制御するインバータ回路と、交流を入力しこの
インバータに可変の直流を供給する、リアクタと降圧制
御用の第一の半導体スイッチ素子と第一のダイオードと
昇圧制御用の第二の半導体スイッチ素子と第二のダイオ
ードとを備えたコンバータ回路と、この直流電圧が任意
に可変電圧を出力するように制御すると共に前記直流ブ
ラシレスモータを回転制御する制御手段を備えた直流ブ
ラシレスモータ駆動装置において、前記制御手段は、検
出された前記直流ブラシレスモータの回転速度と任意の
指令回転速度との偏差を演算し、この偏差に応じて前記
コンバータ回路が出力する直流電圧を前記第一の半導体
スイッチ素子およびもしくは第二の半導体スイッチ素子
を制御して、前記直流ブラシレスモータを所望の回転速
度で運転制御する直流ブラシレスモータ駆動装置を提供
する。

【００１５】本発明は、更に直流ブラシレスモータを回
転制御するインバータ回路と、交流を入力しこのインバ
ータに可変の直流を供給する、リアクタと降圧制御用の
第一の半導体スイッチ素子と第一のダイオードと昇圧制
御用の第二の半導体スイッチ素子と第二のダイオードと
を備えたコンバータ回路と、この直流電圧が任意に可変
電圧を出力するように制御すると共に前記直流ブラシレ
スモータを回転制御する制御手段を備えた直流ブラシレ
スモータ駆動装置において、前記制御手段は、検出され
た前記直流ブラシレスモータの回転速度と任意の指令回
転速度との偏差を演算し、偏差に応じて前記コンバータ
回路が出力する直流電圧を前記第一の半導体スイッチ素
子および第二の半導体スイッチ素子を制御し、インバー
タのＰＷＭ制御のパルス幅が最大幅を含む設定幅になっ
たときに、偏差に応じた回転速度制御を前記コンバータ
回路が出力する直流電圧で行って前記直流ブラシレスモ
ータを所望の回転速度で運転制御する直流ブラシレスモ
ータ駆動装置を提供する。

【００１６】本発明は、更に直流ブラシレスモータを回
転制御するインバータ回路と、交流を入力しこのインバ
ータに可変の直流を供給する、リアクタと降圧制御用の
第一の半導体スイッチ素子と第一のダイオードと昇圧制
御用の第二の半導体スイッチ素子と第二のダイオードと
を備えたコンバータ回路と、この直流電圧が任意に可変
電圧を出力するように制御すると共に前記直流ブラシレ
スモータを回転制御する制御手段を備えた直流ブラシレ
スモータ駆動装置において、前記制御手段は、検出され
た前記直流ブラシレスモータの回転速度と任意の指令回
転速度との偏差を演算し、前記コンバータ回路が出力す
る直流電圧を前記第一の半導体スイッチ素子および第二
の半導体スイッチ素子を２００Ｖに制御し、前記直流ブ
ラシレスモータを所望の回転速度で運転制御する直流ブ
ラシレスモータ駆動装置を提供する。

【００１７】本発明は、更に直流ブラシレスモータを回
転制御するインバータ回路と、交流を入力しこのインバ
ータに可変の直流を供給する、リアクタと降圧制御用の
第一の半導体スイッチ素子と第一のダイオードと昇圧制
御用の第二の半導体スイッチ素子と第二のダイオードと
を備えたコンバータ回路と、この直流電圧が任意に可変
電圧を出力するように制御すると共に前記直流ブラシレ
スモータを回転制御する制御手段を備えた直流ブラシレ
スモータ駆動装置の制御方法において、検出された前記
直流ブラシレスモータの回転速度と任意の指令回転速度
との偏差を演算し、商用電源に１００Ｖの交流を使用
し、前記コンバータ回路が出力する直流電圧を前記第一
の半導体スイッチ素子および第二の半導体スイッチ素子
を２００Ｖに制御し、前記直流ブラシレスモータを所望
の回転速度で運転制御する直流ブラシレスモータ駆動方
法を提供する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
冷蔵庫に本ブラシレスモータ駆動装置を用いた場合の一
実施例を図面を用いて説明する。

【００１９】まず、図１に示した記号を説明する。図１
は本発明における直流ブラシレスモータ駆動装置の一実
施例であり、インバータ冷蔵庫に応用した例を示す。１
は商用電源、２はコモンモードフィルタ回路、３はノー
マルモードフィルタ回路、４は整流用ダイオードブリッ
ジ、５はコンバータ回路、６，７は全波整流電圧検出用
分圧抵抗、８は降圧チョッパ用半導体スイッチ素子、９
は第一のダイオード、１０は全波整流電流検出用抵抗、
１１はリアクタ、１２は昇圧チョッパ用半導体スイッチ
素子、１３は第二のダイオード、１４は平滑コンデン
サ、１５，１６は直流電圧検出用分圧抵抗、１７は直流
電流検出用抵抗、１８はインバータ回路、１９，２０，
２１はインバータ回路の上アーム半導体スイッチ素子、
２２，２３，２４はインバータ回路の下アーム半導体ス
イッチ素子、２５〜３０はインバータブリッジを構成す
る還流ダイオード、３１は圧縮機を駆動する直流ブラシ
レスモータ、３２は直流ブラシレスモータ３１を内蔵す
る圧縮機、３３〜３８は直流ブラシレスモータのモータ
端子電圧検出用抵抗、３９は直流ブラシレスモータのロ
ータの磁極位置検出信号作成用の比較器、４０はインバ
ータ回路の半導体スイッチ素子をスイッチングするドラ
イバ、４１はコンバータ回路５の降圧チョッパ用半導体
スイッチ素子８をスイッチングするドライバ、４２はコ
ンバータ回路５の昇圧チョッパ用半導体スイッチ素子１
２をスイッチングするドライバ、４３はインバータ回路
およびコンバータ回路を制御する制御回路(第一のマイ
クロコンピュータ)、４４は基板、４５は絶縁素子、４
６は外部半導体記憶素子、４７〜４９は冷蔵庫内に冷気
を循環するファンモータおよび圧縮機や放熱器を冷却す
るファンモータ、５０はファンモータを駆動するドライ
バ、５１〜５４は図示しない冷蔵庫の各部の温度を検出
するセンサ、５５は冷蔵庫通風路の開度を調節するダン
パを駆動するドライバ、５７は図示しない冷蔵庫内の通
風路に設置されるダンパ、５６は自動製氷機の製氷皿を
回転するモータ及び製氷皿に水を供給するポンプのモー
タを駆動するドライバ、５８は自動製氷器、６０は図示
しない冷蔵庫各部に設置されるヒータに通電するドライ
バ、６１〜６４は図示しない冷蔵庫各部に設置されるヒ
ータ、５９は冷蔵庫特有の制御を行う第二のマイクロコ
ンピュータ、６５は制御用直流電源回路を示している。

【００２０】次に回路の具体的な動作について説明す
る。第二のマイクロコンピュータは、各センサ５１〜５
４より検出した温度情報に基づき、ファンモータ４７〜
４９の各々の駆動仕様、ダンパ５７の開度仕様、自動製
氷器５８の動作仕様、各ヒータ６１〜６４の通電仕様，
および圧縮機３２に内蔵された直流ブラシレスモータの
回転速度を演算する。この演算結果に基づいて第二のマ
イクロコンピュータ５９は、ファンモータ４７〜４９を
所定の仕様で駆動するための信号をファンモータドライ
バ５０に出力してファンモータ４７〜４９を駆動、ダン
パ５７を所定の開度に駆動するための信号をダンパ開度
調節用ドライバ５５に出力してダンパ５７を調節、また
自動製氷機５８の製氷皿や製氷皿に給水するためのポン
プを駆動するドライバ５６に先に決定した自動製氷機の
動作仕様を行う制御指令信号を出力し自動製氷機を動作
させ、またヒータ６１〜６４を所定の通電仕様で運転す
る信号をヒータ用のドライバ６０に出力してヒータ６１
〜６４を運転する。また、第二のマイクロコンピュータ
５９は、先の演算で決定した圧縮機用直流ブラシレスモ
ータ３１の回転速度を回転速度指令信号に変換し、絶縁
素子４５を介して第一のマイクロコンピュータ４３に出
力する。圧縮機用直流ブラシレスモータ３１の回転速度
指令信号を入力した第一のマイクロコンピュータ４３
は、直流ブラシレスモータ３１のモータ端子電圧検出抵
抗３３〜３８を介して入力した信号から直流ブラシレス
モータ３１のロータ位置検出信号作成用比較器３９で作
成されたロータ位置信号を入力し、このロータ位置情報
を基に直流ブラシレスモータ３１の実回転速度を演算し
て、ここで得た直流ブラシレスモータ３１の実回転速度
と回転速度指令の偏差が零になるように、ロータ位置情
報に見合ったインバータ用半導体スイッチング素子を駆
動する信号をインバータ回路１８用ドライバ４０に出力
して半導体スイッチング素子１９〜２４を順次駆動する
とともに、直流ブラシレスモータ３１が回転速度指令の
速度になるように(実回転速度と回転速度指令の偏差が
零になるように)もしくは回転速度指令に応じた直流電
圧をコンバータ５がインバータ回路１８に出力するよう
に、コンバータ回路５の降圧チョッパ用半導体スイッチ
素子８もしくは昇圧用半導体スイッチ素子１２をスイッ
チング制御する。

【００２１】次に直流ブラシレスモータ３１の駆動方法
について詳細に説明する。まず直流ブラシレスモータ３
１の起動時は、第一のマイクロコンピュータ４３におい
てコンバータ回路５の出力する直流電圧が所定の電圧値
になるようにコンバータ回路５の降圧チョッパ用半導体
スイッチ素子８もしくは昇圧チョッパ用半導体スイッチ
素子１２を高周波スイッチング制御をおこない、リアク
タの電流蓄積効果とダイオード９,１３及び平滑コンデ
ンサ１４の整流効果で所定の直流電圧を得る。この際、
例えば２００Ｖにする場合は、降圧用半導体スイッチ素
子８をまず連続的に導通し、直流電圧検出用抵抗１５，
１６より検出した信号が２００Ｖ以上に相当する信号で
あれば、降圧チョッパ用半導体スイッチ素子８を連続オ
ンの状態から高周波スイッチング制御に切り替え、徐々
にオン時間を短くして直流電圧検出信号値が２００Ｖ相
当になるように制御する。

【００２２】また、直流電圧検出信号が２００Ｖ以下に
相当する信号であれば、降圧チョッパ用半導体スイッチ
素子８は連続オンの状態のまま、昇圧チョッパ用半導体
スイッチ１２を高周波スイッチング制御し、このオン時
間を徐々に長くして直流電圧検出信号値が２００Ｖ相当
になるように制御する。

【００２３】ここで、初めに降圧チョッパ用半導体スイ
ッチ素子８を連続的にオンする場合、オン時間を徐々に
長くするソフトスタートを行うことで、平滑コンデンサ
１４への突入電流を抑えることができる。

【００２４】コンバータ回路５の出力電圧が所定の電圧
値になった後、第一のマイクロコンピュータ４３は直流
ブラシレスモータ３１を駆動するための転流信号をドラ
イバ４０に出力し、インバータ回路１８の半導体スイッ
チ素子１９〜２４を順次スイッチング制御を行う。この
時には、第一のマイクロコンピュータ４３はモータの転
流信号にＰＷＭ信号を重畳し、所望の回転速度となるよ
うにＰＷＭ制御のパルス幅を調整する。

【００２５】ここで、直流ブラシレスモータ３１の回転
速度が所望の回転速度に達する前にＰＷＭ信号のパルス
幅が最大となった場合は、その時点で回転速度制御をコ
ンバータ回路５の出力電圧で行うように、コンバータ回
路の出力電圧を増加し、直流ブラシレスモータ３１が所
望の回転速度になるように制御する。この時、コンバー
タ回路５が起動時の所定の電圧を得るために、降圧チョ
ッパ制御を行っている場合は降圧チョッパ用半導体スイ
ッチ素子８のオン時間を、昇圧チョッパ制御を行ってい
る場合は昇圧チョッパ用半導体スイッチ素子１２のオン
時間を増加する。

【００２６】また、起動時のＰＷＭ制御中で直流ブラシ
レスモータ３１が所望の回転速度に達した場合は、降圧
チョッパ制御中であれば降圧チョッパ用半導体スイッチ
素子８のオン時間を徐々に小さくしてコンバータ回路５
の出力電圧を低下させ、ＰＷＭ制御のパルス幅が最大で
直流ブラシレスモータ３１の回転速度が所望の回転速度
となるようにし、その後の回転速度制御はコンバータ回
路５の出力電圧によって行う。一方、起動時のＰＷＭ制
御中で直流ブラシレスモータ３１が所望の回転速度に達
した場合に昇圧チョッパ制御中であれば、昇圧チョッパ
用半導体スイッチ素子１２のオン時間を徐々に小さくし
上記降圧制御時の場合と同様に直流ブラシレスモータ３
１の回転速度制御を行う。ただし、昇圧チョッパ用半導
体スイッチ１２のオン時間を最小にしても所望の回転速
度に達しない場合は降圧チョッパモードに切り替え、所
望の回転速度を得る。

【００２７】上記起動時の制御は、例えば直流電圧を２
００Ｖととして、入力の商用電源電圧が１００Ｖ時には
昇圧チョッパモード、２００Ｖ時には降圧チョッパモー
ドの例として説明したが、起動時の直流電圧を例えば１
００Ｖにすれば入力の商用電源電圧にかかわらず降圧チ
ョッパモードからの起動になり、起動時の直流電圧を２
００Ｖにすれば昇圧チョッパモードからの起動になっ
て、よりシンプルな起動手段を得ることができることは
いうまでもない。これは対象とする直流ブラシレスモー
タのモータ定数によって設定すればよい。

【００２８】次に通常時の直流ブラシレスモータの回転
速度制御について説明する。まず、降圧チョッパモード
で回転速度を増加する場合、降圧チョッパ用半導体スイ
ッチ素子８のオン時間を大きくしコンバータ回路５が出
力する直流電圧を大きくし回転速度を上げる。(図２中
領域Ａ) そこで、降圧チョッパ用半導体スイッチ素子８
のスイッチングオン時間が、全波整流電流検出抵抗１０
で検出した電流波形を、全波整流電圧検出抵抗６，７で
検出した電圧波形の相似形に維持できる(力率改善制御
できる)最大のオン時間としても、直流ブラシレスモータ
３１の回転速度が所望する回転速度に到達しない場合
は、降圧チョッパ用半導体スイッチ８のオンｄｕｔｙを
更に大きくしつつ、昇圧チョッパ用半導体スイッチ１２
の高周波スイッチング制御を開始し直流電圧を大きくし
て回転速度を所望の回転速度まであげる。(図２中領域
Ｂ) この時、降圧チョッパ用半導体スイッチ素子８は最
大オンｄｕｔｙ高周波スイッチング動作から連続オンに
切り替え、力率改善制御は昇圧チョッパ制御で行う。(図
２中領域Ｃ)

【００２９】降圧チョッパモードで直流ブラシレスモー
タ３１の回転速度を低下する場合は、降圧チョッパ用半
導体スイッチ素子８のオンｄｕｔｙを、所望する回転速
度と実回転速度の偏差に応じた割合で小さくし、コンバ
ータ回路５の出力する直流電圧を低下し所望の回転速度
を得る。この際、昇圧チョッパ用半導体スイッチ素子１
２は連続的にオフ状態とする。(図２中領域Ａ)

【００３０】昇圧チョッパモードで直流ブラシレスモー
タ３１の回転速度を上昇する場合は、昇圧チョッパ用半
導体スイッチ素子１２のオンｄｕｔｙを、所望する回転
速度と実回転速度の偏差に応じた割合で大きくし、コン
バータ回路５の出力する直流電圧を増加し所望の回転速
度を得る。この際、降圧チョッパ用半導体スイッチ素子
８は連続的にオン状態とする。(図２中領域Ｃ)

【００３１】昇圧チョッパモードで直流ブラシレスモー
タ３１の回転速度を低下する場合は、昇圧チョッパ用半
導体スイッチ素子１２のオンｄｕｔｙを所望の回転速度
と実回転速度の偏差に応じて小さくし、コンバータ回路
５の出力電圧を低下し回転速度を下げる。(図２中領域
Ｃ) そこで、昇圧チョッパ用半導体スイッチ素子１２の
スイッチングオン時間が、全波整流電流検出抵抗１０で
検出した電流波形を、全波整流電圧検出抵抗６，７で検
出した電圧波形の相似形に維持できる(力率改善制御で
きる)最小のオン時間としても、直流ブラシレスモータ３
１の回転速度が所望する回転速度に到達しない場合は、
昇圧チョッパ用半導体スイッチ素子１２を最小オンｄｕ
ｔｙで制御した状態で、降圧チョッパ用半導体スイッチ
８を連続オン状態から徐々にオンｄｕｔｙを小さくする
方向でスイッチングを開始し直流電圧を小さくして回転
速度を所望の回転速度まで下げる。(図２中領域Ｂ) こ
の時、徐々に昇圧チョッパ用半導体スイッチ素子のオン
ｄｕｔｙも小さくし、最小オンｄｕｔｙ高周波スイッチ
ング動作から連続オフに切り替え、力率改善制御は降圧
チョッパ制御で行う。(図２中領域Ｂ)

【００３２】従って、例えば３相直流ブラシレスモータ
駆動を１２０度通電で行う場合はＰＷＭの通流率が１０
０％、つまり直流ブラシレスモータ３１に印加する電圧
を高速にスイッチング制御することなく、インバータ回
路１８が入力する電圧を調整する事で所定の直流ブラシ
レスモータの回転速度を得ることができ、これにより、
インバータ回路１８の各半導体スイッチング素子１９〜
２４は高速スイッチングを行わないのでスイッチング損
失を低減できるとともに、モータに流れる電流も脈流成
分を含まなくなることによりモータの鉄損を低減できる
効率の良いモータ駆動を得ることができる。また、直流
ブラシレスモータを１８０度通電形の正弦波駆動を行う
場合においても、インバータのＰＷＭオンｄｕｔｙを最
大の状態で、コンバータ回路の出力電圧を制御し直流ブ
ラシレスモータの回転速度を制御できるため、モータ電
流の脈流成分が小さい低鉄損の効率の良いモータ駆動を
得ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の直流ブラシ
レスモータ駆動装置によれば、直流ブラシレスモータを
広範囲の回転速度域で駆動する際、インバータ回路の半
導体スイッチ素子のＰＷＭオンｄｕｔｙを１００％もし
くは最大の状態で駆動できるため、モータの鉄損を低減
したモータ効率の良いモータ駆動を得ることができる。
また、ＰＷＭのオンｄｕｔｙを１００％で駆動する場合
は回路効率の向上も図れる。また同時に入力電流波形を
入力電圧波形の相似形にする力率改善制御を行うため、
高調波電流を抑制することができる。

【００３４】一方、本方式のモータ駆動装置では、コン
バータ回路の出力電圧を増加減するため、コンバータ回
路が入力する交流の商用電源電圧によらず同一の制御を
行うことができる。従って、交流１００Ｖ／２００Ｖの
商用電源に対して、同一回路で共用化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による直流ブラシレスモータ駆
動装置を冷蔵庫に応用した一実施例を示す回路ブロック
図。

【図２】本発明の実施例による直流ブラシレスモータの
回転速度上昇時の降圧チョッパｄｕｔｙおよび昇圧チョ
ッパｄｕｔｙの変化を示した一例図。

【符号の説明】

１…商用電源、 ２…コモンモードフィルタ回路、 ３…ノーマルモードフィルタ回路、 ４…整流用ダイオードブリッジ、 ５…コンバータ回路、 ６，７…全波整流電圧検出用分圧抵抗、 ８…降圧チョッパ用半導体スイッチ素子、 ９…第一のダイオード、 １０…全波整流電流検出用抵抗、 １１…リアクタ、 １２…昇圧チョッパ用半導体スイッチ素子、 １３…第二のダイオード、 １４…平滑コンデンサ、 １５，１６…直流電圧検出用分圧抵抗、 １７…直流電流検出用抵抗、 １８…インバータ回路、 １９，２０，２１…インバータ回路の上アーム半導体ス
イッチ素子、 ２２，２３，２４…インバータ回路の下アーム半導体ス
イッチ素子、 ２５〜３０…インバータブリッジを構成する還流ダイオ
ード、 ３１…圧縮機を駆動する直流ブラシレスモータ、 ３２…直流ブラシレスモータ３１を内蔵する圧縮機、 ３３〜３８…直流ブラシレスモータのモータ端子電圧検
出用抵抗、 ３９…直流ブラシレスモータのロータの磁極位置検出信
号作成用の比較器、 ４０…インバータ回路の半導体スイッチ素子をスイッチ
ングするドライバ、 ４１…コンバータ回路５の降圧チョッパ用半導体スイッ
チ素子８をスイッチングするドライバ、 ４２…コンバータ回路５の昇圧チョッパ用半導体スイッ
チ素子１２をスイッチングするドライバ、 ４３…インバータ回路およびコンバータ回路を制御する
制御回路(第一のマイクロコンピュータ)、 ４４…基板、 ４５…絶縁素子、 ４６…外部半導体記憶素子、 ４７〜４９…冷蔵庫内に冷気を循環するファンモータお
よび圧縮機や放熱器を冷却するファンモータ、 ５０…ファンモータを駆動するドライバ、 ５１〜５４…図示しない冷蔵庫の各部の温度を検出する
センサ、 ５５…冷蔵庫通風路の開度を調節するダンパを駆動する
ドライバ、 ５７…図示しない冷蔵庫内の通風路に設置されるダン
パ、 ５６…自動製氷機の製氷皿を回転するモータ及び製氷皿
に水を供給するポンプの モータを駆動するドライバ、 ５８…自動製氷器、 ６０…図示しない冷蔵庫各部に設置されるヒータに通電
するドライバ、 ６１〜６４…図示しない冷蔵庫各部に設置されるヒー
タ、 ５９…冷蔵庫特有の制御を行う第二のマイクロコンピュ
ータ、 ６５…制御用直流電源回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村山 孝治 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 矢島 幸一 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 Ｆターム(参考） 5H006 AA02 BB05 CA01 CA07 CA12 CA13 CC02 DA02 DA04 DB02 DB05 DC02 DC04 DC05 DC07 5H560 BB04 DA13 DA19 DB20 DC12 EB01 GG04 SS04 UA02 XA04 XA12

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流ブラシレスモータを回転制御するイン
   バータ回路と、交流を入力しこのインバータに可変の直
   流を供給する、リアクタと降圧制御用の第一の半導体ス
   イッチ素子と第一のダイオードと昇圧制御用の第二の半
   導体スイッチ素子と第二のダイオードとを備えたコンバ
   ータ回路と、この直流電圧が任意に可変電圧を出力する
   ように制御すると共に前記直流ブラシレスモータを回転
   制御する制御手段を備えた直流ブラシレスモータ駆動装
   置において、前記制御手段は、検出された前記直流ブラ
   シレスモータの回転速度と任意の指令回転速度との偏差
   を演算し、この偏差に応じて前記コンバータ回路が出力
   する直流電圧を前記第一の半導体スイッチ素子およびも
   しくは第二の半導体スイッチ素子を制御して、前記直流
   ブラシレスモータを所望の回転速度で運転制御すること
   を特徴とする直流ブラシレスモータ駆動装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の直流ブラシレスモータ駆
   動装置において、前記コンバータ回路は、入力の交流電
   圧を全波整流した電圧波形を検出する全波整流電圧検出
   手段と、入力の交流電流を全波整流した電流波形を検出
   する全波整流電流検出手段を備え、前記制御手段は、前
   記直流ブラシレスモータの回転速度制御を行うための前
   記コンバータ回路の出力の直流電圧を任意に制御すると
   共に、前記全波整流電流検出手段より検出した電流波形
   を前記全波整流電圧検出手段で検出した電圧波形の相似
   形になるように、前記コンバータ回路が備える第一の半
   導体スイッチ素子およびもしくは第二の半導体スイッチ
   素子を制御することを特徴とする直流ブラシレスモータ
   駆動装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の直流ブラシレスモータ駆
   動装置において、前記直流ブラシレスモータの起動時
   は、前記コンバータ回路が入力する交流電圧に関わらず
   前記制御手段によって前記コンバータ回路の出力電圧を
   任意の直流電圧とし、前記制御手段はＰＷＭ制御を併用
   して前記直流ブラシレスモータを起動することを特徴と
   する直流ブラシレスモータ駆動装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の直流ブラシレスモータ駆
   動装置において、制御手段が前記直流ブラシレスモータ
   の起動時に前記コンバータ回路の出力電圧を任意の電圧
   とする際、前記制御手段は前記コンバータの出力電圧
   が、第一の半導体スイッチ素子オフの状態からオンの状
   態にする時、徐々に任意の直流電圧になるように前記第
   一の半導体スイッチ素子を制御することを特徴とする直
   流ブラシレスモータ駆動装置。
5. 【請求項５】直流ブラシレスモータを回転制御するイン
   バータ回路と、交流を入力しこのインバータに可変の直
   流を供給する、リアクタと降圧制御用の第一の半導体ス
   イッチ素子と第一のダイオードと昇圧制御用の第二の半
   導体スイッチ素子と第二のダイオードとを備えたコンバ
   ータ回路と、この直流電圧が任意に可変電圧を出力する
   ように制御すると共に前記直流ブラシレスモータを回転
   制御する制御手段を備えた直流ブラシレスモータ駆動装
   置において、前記制御手段は、検出された前記直流ブラ
   シレスモータの回転速度と任意の指令回転速度との偏差
   を演算し、偏差に応じて前記コンバータ回路が出力する
   直流電圧を前記第一の半導体スイッチ素子および第二の
   半導体スイッチ素子を制御し、インバータのＰＷＭ制御
   のパルス幅が最大幅を含む設定幅になったときに、偏差
   に応じた回転速度制御を前記コンバータ回路が出力する
   直流電圧で行って前記直流ブラシレスモータを所望の回
   転速度で運転制御することを特徴とする直流ブラシレス
   モータ駆動装置。
6. 【請求項６】直流ブラシレスモータを回転制御するイン
   バータ回路と、交流を入力しこのインバータに可変の直
   流を供給する、リアクタと降圧制御用の第一の半導体ス
   イッチ素子と第一のダイオードと昇圧制御用の第二の半
   導体スイッチ素子と第二のダイオードとを備えたコンバ
   ータ回路と、この直流電圧が任意に可変電圧を出力する
   ように制御すると共に前記直流ブラシレスモータを回転
   制御する制御手段を備えた直流ブラシレスモータ駆動装
   置において、前記制御手段は、検出された前記直流ブラ
   シレスモータの回転速度と任意の指令回転速度との偏差
   を演算し、前記コンバータ回路が出力する直流電圧を前
   記第一の半導体スイッチ素子および第二の半導体スイッ
   チ素子を２００Ｖに制御し、前記直流ブラシレスモータ
   を所望の回転速度で運転制御することを特徴とする直流
   ブラシレスモータ駆動装置。
7. 【請求項７】請求項１に記載の直流ブラシレスモータ駆
   動装置において、回転速度が所望の回転速度に達したと
   きに、一方の半導体素子スイッチを最大オンｄｕｔｙ高
   周波スイッチング動作から連続ＯＮにし、他方の半導体
   素子スイッチでチョッパ制御を行うことを特徴とする直
   流ブラシレスモータ駆動装置。
8. 【請求項８】直流ブラシレスモータを回転制御するイン
   バータ回路と、交流を入力しこのインバータに可変の直
   流を供給する、リアクタと降圧制御用の第一の半導体ス
   イッチ素子と第一のダイオードと昇圧制御用の第二の半
   導体スイッチ素子と第二のダイオードとを備えたコンバ
   ータ回路と、この直流電圧が任意に可変電圧を出力する
   ように制御すると共に前記直流ブラシレスモータを回転
   制御する制御手段を備えた直流ブラシレスモータ駆動装
   置の制御方法において、検出された前記直流ブラシレス
   モータの回転速度と任意の指令回転速度との偏差を演算
   し、商用電源に１００Ｖの交流を使用し、前記コンバー
   タ回路が出力する直流電圧を前記第一の半導体スイッチ
   素子および第二の半導体スイッチ素子を２００Ｖに制御
   し、前記直流ブラシレスモータを所望の回転速度で運転
   制御することを特徴とする直流ブラシレスモータ駆動方
   法。