JP2005094971A - ブラシレスｄｃモータの駆動方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスＤＣモータの低速時の波形出力手段から高速時の波形出力手段に切り替える際、もしくは、その逆に切り替える際のモータ挙動の変動防止を図る。
【解決手段】通電角が１２０度以上１８０度未満の矩形波またはそれに準じる波形を出力する波形発生手段と、通電角が１２０度を超え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な波形発生手段とを、運転状態によって切り替える際のモータ挙動の変動を抑えることが可能となり、騒音発生・脱調の抑制、さらには、瞬間的なピーク電流を低減することで、冷蔵庫の不冷・鈍冷やモータの寿命信頼性に及ぼす影響を取り除くことができる。
【選択図】図１

Description

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。

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。（例えば、特許文献１参照）
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。

図１０において、商用電源１０１は、日本の場合周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電源である。

整流回路１０２は商用電源１０１の交流電圧を直流電圧に変換するである。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。

インバータ回路１０３は、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には各スイッチ素子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。

ブラシレスＤＣモータ１０４は、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。

逆起電圧検出回路１０５は、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。

転流回路１０６は、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を順次切り換えて駆動する信号を作り出す。

同期駆動回路１０７は、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。

負荷状態判定回路１０８は、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。

切替回路１０９は、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。

ドライブ回路１１０は、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。

以上の構成において、次に動作の説明を行う。

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。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。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。

次に、負荷が増加してきたときの動作について説明する。

ブラシレスＤＣモータの負荷が増加し、ブラシレスＤＣモータ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。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。
特開平９−８８８３７号公報

しかしながら、従来の構成では、次のような課題があった。

負荷状態判定回路１０８の出力信号に応じて、低負荷時には切替回路１０９が転流回路１０６に切り替えることで高効率な駆動を、高負荷時には切替回路１０９が同期駆動回路１０７に切り替えることで高回転な駆動を可能とするものの、その切替前後における転流タイミングを一致させたり、逆に円滑な切替を実現するために意図的に変化させたりすることができないため、切替直後において固定子１０４ｂに流れる電流が乱れる可能性が高くなる。また、電流が乱れて、大きなピーク電流を生み出すことにより、回転子１０４ａが有する永久磁石の寿命を縮めてしまう。更には、電流の乱れが騒音や振動となって現れたり、ブラシレスＤＣモータ１０４が脱調停止してしまう事態をも引き起こす可能性もある。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、駆動方式を切り替える前後で転流のタイミングを一致させることにより固定子に流れる電流の乱れを抑制できるブラシレスDCモータの駆動方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、駆動方式を切り替える前後で転流のタイミングを意図的に変化させることにより固定子に流れる電流の乱れを抑制できるブラシレスDCモータの駆動方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明のブラシレスDCモータの駆動装置は、モータの回転位置に応じて波形を発生する第Ｉ波形発生部と所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期させた波形を発生する第ＩＩ波形発生部とをモータの運転状態によって切替判定部が切り替える前後において、波形を出力するタイミングを等しくすることを可能にしたものである。

これによって、安定した運転を持続することが可能となり、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、更には瞬時的なピーク電流発生を抑制することが出来る。

また、位置検出回路が検出するタイミングから波形の出力周波数を計算する周波数算出部と、第ＩＩ波形発生部の所定周波数を決定する所定周波数設定部と、周波数算出部が算出した周波数と等しい周波数を所定周波数として所定周波数設定部に指令する周波数指令部とを有するものである。

これによって、第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部に切り替える前後において波形を出力するタイミングを等しく保つことが可能となる。

また、位置検出回路の検出するタイミングと第ＩＩ波形発生部の出力しているタイミングとが一致しているかどうかを判定し、一致していれば所定周波数を第Ｉ波形発生部に出力する一致判定部とを有するものである。

これによって、第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部に切り替える前後において波形を出力するタイミングを等しく保つことが可能となる。

また、モータの回転位置に応じて波形を発生する第Ｉ波形発生部と所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期させた波形を発生する第ＩＩ波形発生部とをモータの運転状態によって切替判定部が切り替える前後において、波形を出力するタイミングに差が生じるようにすることを可能にしたものである。

これによって、不安定な運転を検出した場合それ以上不安定な運転になることを防止するとともに、より安定した運転状態へと改善することが可能となる。

また、位置検出回路が検出するタイミングから波形の出力周波数を計算する周波数算出部と、第ＩＩ波形発生部の所定周波数を決定する所定周波数設定部と、周波数算出部が算出した周波数を補正した周波数を所定周波数として所定周波数設定部に指令する周波数補正部とを有するものである。

これによって、第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部に切り替える前後において波形を出力するタイミングに差を生じさせることが可能となる。

また、位置検出回路の検出するタイミングが第ＩＩ波形発生部の出力するタイミングに対して許容する範囲内の偏差であるかがどうかを比較し、許容範囲内であれば所定周波数を第Ｉ波形発生部に出力する偏差比較部とを有するものである。

これによって、第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部に切り替える前後において波形を出力するタイミングに差を生じさせることが可能となる。

本発明のブラシレスDCモータの駆動装置は、モータの回転位置に応じて波形を発生する第Ｉ波形発生部と所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期させた波形を発生する第ＩＩ波形発生部とをモータの運転状態によって切替判定部が切り替える前後において、波形を出力するタイミングを等しくすることを可能にしたことにより、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、更には瞬時的なピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することが出来る。これにより、圧縮機の脱調停止を防止することで冷蔵庫における不冷、鈍冷現象の発生を防止することや、ピーク電流を抑制することでモータの寿命低下の回避、ひいては冷蔵庫自体の寿命を確保することができる。

請求項１に記載の発明は、モータの回転位置に応じて波形を発生する第Ｉ波形発生部と所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期させた波形を発生する第ＩＩ波形発生部とをモータの運転状態によって切替判定部が切り替える前後において、波形を出力するタイミングを等しくすることを可能にしたものであり、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、更には瞬時的なピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することが出来る。

請求項２に記載の発明は、位置検出回路が検出するタイミングから波形の出力周波数を計算する周波数算出部と、第ＩＩ波形発生部の所定周波数を決定する所定周波数設定部と、周波数算出部が算出した周波数と等しい周波数を所定周波数として所定周波数設定部に指令する周波数指令部とを有することにより、第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部に切り替える際に、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することができる。

請求項３に記載の発明は、位置検出回路の検出するタイミングが第ＩＩ波形発生部の出力しているタイミングと一致しているかどうかを判定し、一致していれば所定周波数を第Ｉ波形発生部に出力する一致判定部とを有することにより、第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部に切り替える際に、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することができる。

請求項４に記載の発明は、モータの回転位置に応じて波形を発生する第Ｉ波形発生部と所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期させた波形を発生する第ＩＩ波形発生部とをモータの運転状態によって切替判定部が切り替える前後において、波形を出力するタイミングに差が生じるようにすることを可能にしたものであり、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、更には瞬時的なピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することが出来る。

請求項５に記載の発明は、位置検出回路が検出するタイミングから波形の出力周波数を計算する周波数算出部と、第ＩＩ波形発生部の所定周波数を決定する所定周波数設定部と、周波数算出部が算出した周波数を補正した周波数を所定周波数として所定周波数設定部に指令する周波数補正部とを有することにより、第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部に切り替える際に、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することができる。

請求項６に記載の発明は、位置検出回路の検出するタイミングが第ＩＩ波形発生部の出力するタイミングに対して許容する範囲内の偏差にとどまっているかがどうかを判定し、許容範囲内であれば所定周波数を第Ｉ波形発生部に出力する偏差比較部とを有することにより、第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部に切り替える際に、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項２、請求項３、請求項５、または請求項６のいずれか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、冷蔵庫やエアコンなど静音ニーズのある製品の圧縮機において騒音・振動の低減効果を発揮することは極めて重要である。

請求項８に記載の発明は、請求項７のいずれかに記載の発明において、圧縮機が冷蔵庫を運転するものであり、圧縮機の脱調停止を防止することで冷蔵庫における不冷、鈍冷現象の発生を防止することや、ピーク電流を抑制することでモータの寿命低下の回避、ひいては冷蔵庫自体の寿命を確保することは極めて重要である。

請求項９に記載の発明は、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モータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記回転子の回転位置に応じて波形を出力する第Ｉ波形発生部と、所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期させて波形を出力する第ＩＩ波形発生部と、前記第Ｉ波形発生部と前記第ＩＩ波形発生部とをモータの運転状態によって切り替える切替判定部とを備え、前記切替判定部が２つの波形発生部を切り替える際に、前記ブラシレスモータに流れる電流の増加を抑制する働きを有するものであり、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、更には瞬時的なピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することが出来る。

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。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部切替時におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。

図１において、商用電源１は、日本の場合周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電源である。

整流回路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と電圧調整回路２ｇからなり、図１に示す回路は倍電圧整流回路の場合、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、電圧調整回路２ｇは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回路に相当する。

インバータ回路３は、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には各スイッチ素子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。

ブラシレスＤＣモータ４は、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。

位置検出回路５は、ブラシレスＤＣモータ４の永久磁石を有する回転子４ａが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子４ａの回転相対位置を検出できる。なお、回転相対位置の検出用途の他にも還流電流用ダイオードに電流が流れる時間の増減を検出することにより、モータ電流の乱れや負荷状態の変化を検出することも可能である。

なお、ここでは回転子４ａが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子４ａの回転相対位置を検出する構成としたが、ロータの位置検出を行う手段であれば電流検出などの手段を用いた構成でも良い。

周波数算出部６は、位置検出回路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回路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。

第Ｉ波形発生部７は、位置検出回路５の位置検出信号をもとにロジカルな信号変換を行い、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１８０度未満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。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。

第ＩＩ波形発生部８は、所定周波数設定部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１２０度を超え１８０度未満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。さらに、ここでは一定デューティで運転している。

所定周波数設定部９は、第ＩＩ波形発生部８が出力する波形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。

周波数指令部１０は、第Ｉ波形発生部７から第ＩＩ波形発生部８に出力波形の発生手段を切り替える際に、所定周波数設定部９に周波数算出部６が計算した周波数を所定周波数として指令する。また、切替判定部１１が第Ｉ波形発生部７を選択している間は、周波数算出部６に検出された周波数が周波数指令部１０に出力される。

切替判定部１１は、周波数算出部６で検出された回転数や、第Ｉ波形発生部７が制御しているデューティ、冷蔵庫等の用途における温度データなどの要素に基づいてブラシレスＤＣモータ４の運転状態を判断し、インバータ３を動作させる波形を第Ｉ波形発生部７か第ＩＩ波形発生部８かを切り替えるものである。たとえば、回転数が低速の場合、第Ｉ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ＩＩ波形発生部８からの信号を選択してインバータ３を動作させる。

ドライブ部１２は、切替判定部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。

マイクロコンピュータ１３は前述の機能を実現する。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。

次に図１における動作について、図１、図２を用いて説明する。

図２は、本実施の形態１における第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部切替時における動作を示したフローチャートである。

まず、ＳＴＥＰ２１において、切替判定部１１の選択している波形発生手段が第Ｉ波形発生部７かどうかを判定する。その判定の結果、第Ｉ波形発生部７を選択中であればＳＴＥＰ２２に移行する。

次に、ＳＴＥＰ２２において、周波数指令部１０に周波数算出部６の算出結果を出力しＳＴＥＰ２３に移行する。

また、ＳＴＥＰ２３において、波形発生手段を第ＩＩ波形発生部８に切り替える必要があるかどうかを判定する。この判定は、切替判定部１１がブラシレスDCモータ４の運転状態に応じて判断する。ここで、運転状態の判断は、回転数、デューティなどのデータによって行う。その切替が必要かどうかの判定の結果、第ＩＩ波形発生部８に切り替える必要があると判断した場合はＳＴＥＰ２４に移行する。

また、ＳＴＥＰ２４において、ＳＴＥＰ２２において周波数指令部１０に出力された算出結果を、所定周波数設定部９に出力する。

最後に、ＳＴＥＰ２５において、周波数判定部１１が第Ｉ波形発生部７から第ＩＩ波形発生部８に波形発生手段を切り替える。

以上のように、本実施の形態においては周波数指令部１０を有することにより、第Ｉ波形発生部７から第ＩＩ波形発生部８に切り替える前後において、波形を発生するタイミング（転流のタイミングやブラシレスＤＣモータ４の運転周波数）を等しく保つことが可能となり、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することができる。

図１０に示すような従来の駆動装置では、切替回路１０９が転流回路１０６から同期駆動回路１０７に波形発生手段を切り替える際に、転流回路１０６における転流のタイミングを同期駆動回路１０７に伝達する手段がなかったため、切り替える前後において転流のタイミングを等しく保つことができなかった。そこで、周波数指令部１０を有することにより、第Ｉ波形発生部７から第ＩＩ波形発生部８に切り替える前後において、転流のタイミングやブラシレスＤＣモータ４の運転周波数を等しく保つことが可能となり、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果をもたらす。

図３は、本発明の実施の形態１による第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部切替時におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。なお、図３中の構成部品において図１と同じものについては、既に説明しているので割愛する。

一致判定部３０は、第ＩＩ波形発生部８から第Ｉ波形発生部７に出力波形の発生手段を切り替える際に、周波数算出部６の算出した周波数が所定周波数設定部９の決定した所定周波数と一致した場合に、第Ｉ波形発生部７に所定周波数設定部９が決定した周波数を波形の出力タイミングとして指令する。

次に図３における動作について、図３、図４を用いて説明する。

図４は、本実施の形態１における第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部切替時における動作を示したフローチャートである。

まず、ＳＴＥＰ４１において、切替判定部１１の選択している波形発生手段が第ＩＩ波形発生部８かどうかを判定する。その判定の結果、第ＩＩ波形発生部８を選択中であればＳＴＥＰ４２に進む。

次に、ＳＴＥＰ４２において、波形発生手段を第Ｉ波形発生部７に切り替える必要があるかどうかを判定する。この判定は、切替判定部１１がブラシレスDCモータ４の運転状態に応じて判断する。ここで、運転状態の判断は、回転数、デューティなどのデータによって行う。その切替が必要かどうかの判定の結果、第Ｉ波形発生部７に切り替える必要があると判断した場合はＳＴＥＰ４３に移行する。

また、ＳＴＥＰ４３において、周波数算出部６の算出した周波数が所定周波数設定部９の決定した所定周波数と一致しているかどうかを判定する。この判定は、一致判定部３０が行う。その判定の結果、一致していた場合はＳＴＥＰ４４に移行する。

また、ＳＴＥＰ４４において、所定周波数設定部９の決定した所定周波数を波形の出力タイミングとして、一致判定部３０が第Ｉ波形発生部７に指令する。

最後に、ＳＴＥＰ４５において、周波数判定部１１が第ＩＩ波形発生部８から第Ｉ波形発生部７に波形発生手段を切り替える。

以上のように、本実施の形態においては一致判定部３０を有することにより、第ＩＩ波形発生部８から第Ｉ波形発生部７に切り替える前後において、波形を発生するタイミング（転流のタイミングやブラシレスＤＣモータ４の運転周波数）を等しく保つことが可能となり、安定したモータの制御状態を持続し、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することができる。

図１０に示すような従来の駆動装置では、切替回路１０９が同期駆動回路１０７から転流回路１０６に波形発生手段を切り替える際に、同期駆動回路１０７における転流のタイミングを転流回路１０６に伝達する手段がなかったため、切り替える前後において転流のタイミングを等しく保つことができなかった。そこで、一致判定部３０を有することにより、第ＩＩ波形発生部８から第Ｉ波形発生部７に切り替える前後において、転流のタイミングやブラシレスＤＣモータ４の運転周波数を等しく保つことが可能となり、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果をもたらす。

また、冷蔵庫やエアコンなど静音ニーズのある製品の圧縮機において騒音・振動の低減効果を発揮することは極めて重要であり、波形発生手段の前後で転流タイミングや運転周波数を等しく保つことによりこのニーズに対応したモータ制御が可能となる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２による第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部切替時におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。なお、図５中の構成部品において図１と同じものについては、既に説明しているので割愛する。

周波数補正部５０は、第Ｉ波形発生部７から第ＩＩ波形発生部８に出力波形の発生手段を切り替える際に、周波数算出部６が計算した周波数に基づいて適切な補正を施した周波数を、所定周波数設定部９に所定周波数として指令する。この補正は、例えば切替判定部１１が波形発生手段を切り替える時点で加速中であるとき、加速後には遅れ制御になることが分かっている場合、予め位相が進むようなタイミングへの補正等である。無論、逆に進み制御を予測して予め位相が遅れるようにする補正も具体的な例の一つである。また、切替判定部１１が第Ｉ波形発生部７を選択している間は、周波数算出部６に検出された周波数が周波数補正部５０に出力される。

次に図５における動作について、図５、図６を用いて説明する。

図６は、本実施の形態２における第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部切替時における動作を示したフローチャートである。

まず、ＳＴＥＰ６１において、切替判定部１１の選択している波形発生手段が第Ｉ波形発生部７かどうかを判定する。その判定の結果、第Ｉ波形発生部７を選択中であればＳＴＥＰ６２に移行する。

次に、ＳＴＥＰ６２において、周波数補正部５０に周波数算出部６の算出結果を出力しＳＴＥＰ６３に移行する。

また、ＳＴＥＰ６３において、波形発生手段を第ＩＩ波形発生部８に切り替える必要があるかどうかを判定する。この判定は、切替判定部１１がブラシレスDCモータ４の運転状態に応じて判断する。ここで、運転状態の判断は、回転数、デューティなどのデータによって行う。その切替が必要かどうかの判定の結果、第ＩＩ波形発生部８に切り替える必要があると判断した場合はＳＴＥＰ６４に移行する。

また、ＳＴＥＰ６４において、ＳＴＥＰ６２において周波数補正部５０に出力された算出結果を適切な値に補正した後、所定周波数として所定周波数設定部９に出力する。

最後に、ＳＴＥＰ６５において、周波数判定部１１が第Ｉ波形発生部７から第ＩＩ波形発生部８に波形発生手段を切り替える。

以上のように、本実施の形態においては周波数補正部５０を有することにより、第Ｉ波形発生部７から第ＩＩ波形発生部８に切り替える前後において、波形を発生するタイミング（転流のタイミングやブラシレスＤＣモータ４の運転周波数）に差を生じさせることが可能となり、モータ制御の不安定な状態の悪化を予防し、更には安定な制御状態に改善することで、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することができる。

図１０に示すような従来の駆動装置では、切替回路１０９が転流回路１０６から同期駆動回路１０７に波形発生手段を切り替える際に、転流回路１０６における転流のタイミングを同期駆動回路１０７に伝達する手段がなかったため、切り替える前後において転流のタイミングに差を生じさせることができなかった。そこで、周波数補正部５０を有することにより、第Ｉ波形発生部７から第ＩＩ波形発生部８に切り替える前後において、転流のタイミングやブラシレスＤＣモータ４の運転周波数に差を生じさせることが可能となり、モータ制御の不安定な状態の悪化を予防し、更には安定な制御状態に改善することで、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果をもたらす。

図７は、本発明の実施の形態２による第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部切替時におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。なお、図７中の構成部品において図１と同じものについては、既に説明しているので割愛する。

偏差比較部７０は、第ＩＩ波形発生部８から第Ｉ波形発生部７に出力波形の発生手段を切り替える際に、周波数算出部６の算出した周波数と所定周波数設定部９の決定した所定周波数との偏差が予め決められた任意の許容範囲内である場合に、周波数算出部６の算出した周波数を波形の出力タイミングとして第Ｉ波形発生部７に指令する。

次に図７における動作について、図７、図８を用いて説明する。

図８は、本実施の形態２における第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部切替時における動作を示したフローチャートである。

まず、ＳＴＥＰ８１において、切替判定部１１が選択している波形発生手段が第ＩＩ波形発生部８かどうかを判定する。その判定の結果、第ＩＩ波形発生部８を選択中であればＳＴＥＰ８２に進む。

次に、ＳＴＥＰ８２において、波形発生手段を第Ｉ波形発生部７に切り替える必要があるかどうかを判定する。この判定は、切替判定部１１がブラシレスDCモータ４の運転状態に応じて判断する。ここで、運転状態の判断は、回転数、デューティなどのデータによって行う。その切替が必要かどうかの判定の結果、第Ｉ波形発生部７に切り替える必要があると判断した場合はＳＴＥＰ８３に移行する。

また、ＳＴＥＰ８３において、周波数算出部６の算出した周波数と所定周波数設定部９の決定した所定周波数との偏差が予め決められた任意の許容範囲内であるかどうかを判定する。この判定は、偏差比較部７０が行う。その判定の結果、偏差が許容範囲内であった場合はＳＴＥＰ８４に移行する。

また、ＳＴＥＰ８４において、周波数算出部６の算出した周波数を波形の出力タイミングとして、偏差比較部７０が第Ｉ波形発生部７に指令する。

最後に、ＳＴＥＰ８５において、周波数判定部１１が第ＩＩ波形発生部８から第Ｉ波形発生部７に波形発生手段を切り替える。

以上のように、本実施の形態においては偏差比較部７０を有することにより、第ＩＩ波形発生部８から第Ｉ波形発生部７に切り替える前後において、波形を発生するタイミング（転流のタイミングやブラシレスＤＣモータ４の運転周波数）に差を生じさせることが可能となり、モータ制御の不安定な状態の悪化を予防し、更には安定な制御状態に改善することで、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することができる。

図１０に示すような従来の駆動装置では、切替回路１０９が同期駆動回路１０７から転流回路１０６に波形発生手段を切り替える際に、同期駆動回路１０７における転流のタイミングを転流回路１０６に伝達する手段がなかったため、切り替える前後において転流のタイミングに差を生じさせることができなかった。そこで、偏差比較部７０を有することにより、第ＩＩ波形発生部８から第Ｉ波形発生部７に切り替える前後において、転流のタイミングやブラシレスＤＣモータ４の運転周波数に差を生じさせることが可能となり、モータ制御の不安定な状態の悪化を予防し、更には安定な制御状態に改善することで、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果をもたらす。

また、冷蔵庫やエアコンなど静音ニーズのある製品の圧縮機において騒音・振動の低減効果を発揮することは極めて重要であり、波形発生手段の前後で転流タイミングや運転周波数に差を生じさせ、制御状態悪化の進行を抑制したり制御悪化状態を改善することにより、このニーズに対応したモータ制御が実現できる。

図９は、本実施の形態２における冷蔵庫の負荷状態と適切な周波数の関係を示した特性図の一例である。図において、横軸は冷蔵庫の負荷状態、縦軸は適切な周波数を表す。図より、高負荷領域では最適な周波数は低くなり、低負荷領域では適切な周波数は高くなることが分かる。また、デューティが低くなるに従って同等負荷条件下の適切な周波数も低くなることも分かる。

次に冷蔵庫の運転について図７から図９を用いて説明する。冷蔵庫のように、外界と十分に断熱された限られた空間内の冷却に圧縮機を用いる場合、圧縮機の運転周波数が高回転なままで長時間運転させていると、初期状態よりも空間の温度が低くなりブラシレスＤＣモータ４を同じ周波数で運転させるための必要トルクは低下する、即ち負荷の低い状態へと変化していく。図のように、負荷状態Ａといった高負荷状態のもと、切替判定部１１が適切な周波数ａを所定周波数としながら第ＩＩ波形発生部８に時点を初期状態とする。一定の所定周波数のまま第ＩＩ波形発生部８は圧縮機の運転を継続し時間が経過するにつれて負荷状態はＢまで低くなる。この時デューティはβ％（α＞β）あれば十分であるが、第ＩＩ波形発生部で転流中にはデューティ制御を行わずα％（α＞β）のまま圧縮機を運転しているとすると、圧縮機にとっては周波数ｂで運転するのが適切であるのに、ｂより低い周波数ａで強制的に運転されることになる。言いかえれば、｜ｂ−ａ｜分だけ減速（ブレーキング）している、つまり遅れた制御状態にあると言える。

この様な負荷状態Ｂにおいて周波数ａで運転中に、モータの運転状態が変化して切替判定部１１が第Ｉ波形発生部７に切り替える際に、遅れ制御状態であるので周波数算出部６の算出結果ｃ（ａ＜ｃ≦ｂ）と所定周波数ａとの間には偏差ｃ−ａがあると言える。予め決められた許容偏差がｂ−ａであるとき偏差ｃ−ａは許容偏差ｂ−ａの範囲内にあり、ＳＴＥＰ８４に移行して補正判定部７０は第Ｉ波形発生部７に出力する周波数をａからｃに進ませるように補正し、ＳＴＥＰ８５において切替判定部１１が波形発生手段を第Ｉ波形発生部８に切り替える。

以上のように、本実施の形態においては偏差比較部７０を有することにより、第ＩＩ波形発生部８から第Ｉ波形発生部７に切り替える前後において、波形を発生するタイミング（転流のタイミングやブラシレスＤＣモータ４の運転周波数）に差を生じさせることが可能となり、モータ制御の不安定な状態の悪化を予防し、更には安定な制御状態に改善することで、冷蔵雇用圧縮機停止の防止、ひいては冷蔵庫の不冷・鈍冷を低減することができる。

図１０に示すような従来の駆動装置では、切替回路１０９が同期駆動回路１０７から転流回路１０６に波形発生手段を切り替える際に、同期駆動回路１０７における転流のタイミングを転流回路１０６に伝達する手段がなかったため、切り替える前後において転流のタイミングに差を生じさせることができなかった。そこで、偏差比較部７０を有することにより、第ＩＩ波形発生部８から第Ｉ波形発生部７に切り替える前後において、転流のタイミングやブラシレスＤＣモータ４の運転周波数に差を生じさせることが可能となり、モータ制御の不安定な状態の悪化を予防し、更には安定な制御状態に改善することで、冷蔵庫制御状態の安定化効果をもたらす。

以上の様に本発明にかかるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置は、騒音・振動の低減、脱調停止の防止、ピーク電流発生の抑制などの効果を発揮することが可能となるので、家庭用・産業用を問わずブラシレスＤＣモータを搭載したさまざまな用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１による第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部切替時におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図 本発明の実施の形態１における第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部切替時における動作を示したフローチャート 本発明の実施の形態１による第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部切替時におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図 本発明の実施の形態１における第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部切替時における動作を示したフローチャート 本発明の実施の形態２による第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部切替時におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図 本発明の実施の形態２における第Ｉ波形発生部から第ＩＩ波形発生部切替時における動作を示したフローチャート 本発明の実施の形態２による第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部切替時におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図 本発明の実施の形態２における第ＩＩ波形発生部から第Ｉ波形発生部切替時における動作を示したフローチャート 本発明の実施の形態２における冷蔵庫の負荷状態と適切な周波数の関係を示した特性図 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

３ インバータ
４ ブラシレスＤＣモータ
４ａ 回転子
４ｂ 固定子
５ 位置検出部
６ 周波数算出部
７ 第Ｉ波形発生部
８ 第ＩＩ波形発生部
９ 所定周波数設定部
１０ 周波数指令部
１１ 切替判定部
３０ 一致判定部
５０ 周波数補正部
７０ 偏差比較部

Claims (9)

1. 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モータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記回転子の回転位置に応じて波形を出力する第Ｉ波形発生部と、所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期させて波形を出力する第ＩＩ波形発生部と、前記第Ｉ波形発生部と前記第ＩＩ波形発生部とをモータの運転状態によって切り替える切替判定部とを備え、前記第Ｉ波形発生部と前記第ＩＩ波形発生部とを切り替える際に、波形を出力するタイミングを切り替える前後で等しくなるようにしたブラシレスＤＣモータの駆動方法。
2. 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モータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記回転子の回転位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路が検出するタイミングに合わせて波形を出力する第Ｉ波形発生部と、所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期して波形を出力する第ＩＩ波形発生部と、前記第ＩＩ波形発生部の所定周波数を決定する所定周波数設定部と、前記第Ｉ波形発生部の出力と前記第ＩＩ波形発生部の出力とをそれぞれ選択する切替判定部と、前記位置検出回路が検出するタイミングから波形の出力周波数を計算する周波数算出部と、前記周波数算出部が算出した周波数と等しい周波数を所定周波数として前記所定周波数設定部に指令する周波数指令部とを有するブラシレスＤＣモータの駆動装置。
3. 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モータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記回転子の回転位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路が検出するタイミングに合わせて波形を出力する第Ｉ波形発生部と、所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期して波形を出力する第ＩＩ波形発生部と、前記第ＩＩ波形発生部の所定周波数を決定する所定周波数設定部と、前記第Ｉ波形発生部の出力と前記第ＩＩ波形発生部の出力とをそれぞれ選択する切替判定部と、前記位置検出回路の検出するタイミングが前記第ＩＩ波形発生部の出力するタイミングに一致しているがどうかを判定し、一致していれば前記所定周波数設定部が決定した所定周波数を前記第Ｉ波形発生部に出力周波数として指令する一致判定部とを有するブラシレスＤＣモータの駆動装置。
4. 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モータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記回転子の回転位置に応じて波形を出力する第Ｉ波形発生部と、所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期させて波形を出力する第ＩＩ波形発生部と、前記第Ｉ波形発生部と前記第ＩＩ波形発生部とをモータの運転状態によって切り替える切替判定部とを備え、前記第Ｉ波形発生部と前記第ＩＩ波形発生部とを切り替える際に、波形を出力するタイミングを切り替える前後で差が生じるようにしたブラシレスＤＣモータの駆動方法。
5. 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モータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記回転子の回転位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路が検出するタイミングに合わせて波形を出力する第Ｉ波形発生部と、所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期して波形を出力する第ＩＩ波形発生部と、前記第ＩＩ波形発生部の所定周波数を決定する所定周波数設定部と、前記第Ｉ波形発生部の出力と前記第ＩＩ波形発生部の出力とをそれぞれ選択する切替判定部と、前記位置検出回路が検出するタイミングから波形の出力周波数を計算する周波数算出部と、前記周波数算出部が算出した周波数を補正し前記所定周波数設定部に所定周波数として出力する周波数補正部とを有するブラシレスＤＣモータの駆動装置。
6. 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モータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記回転子の回転位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路が検出するタイミングに合わせて波形を出力する第Ｉ波形発生部と、所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期して波形を出力する第ＩＩ波形発生部と、前記第ＩＩ波形発生部の所定周波数を決定する所定周波数設定部と、前記第Ｉ波形発生部の出力と前記第ＩＩ波形発生部の出力とをそれぞれ選択する切替判定部と、前記位置検出回路の検出するタイミングが前記第ＩＩ波形発生部の出力するタイミングに対して許容する範囲内の偏差にとどまっているかがどうかを比較し、許容範囲内であれば前記所定周波数設定部が決定した所定周波数を前記第Ｉ波形発生部に出力周波数として指令する偏差比較部とを有するブラシレスＤＣモータの駆動装置。
7. ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動するものである前記請求項２、請求項３、請求項５、または請求項６のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
8. 圧縮機が冷蔵庫を運転するものである前記請求項７に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
9. 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モータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記回転子の回転位置に応じて波形を出力する第Ｉ波形発生部と、所定周波数のみを変化させながらその周波数に同期させて波形を出力する第ＩＩ波形発生部と、前記第Ｉ波形発生部と前記第ＩＩ波形発生部とをモータの運転状態によって切り替える切替判定部とを備え、前記切替判定部が２つの波形発生部を切り替える際に、前記ブラシレスモータに流れる電流の増加を抑制する働きを有したブラシレスＤＣモータの駆動方法。

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