JP2006034001A - ブラシレスｄｃモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスＤＣモータの回転位置情報を得るためのセンサをつけることが困難で、母線電圧に大きな脈動が現れても、安定した運転を行うことのできるとしたブラシレスＤＣモータの駆動装置を提供する。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータ５の運転状態を運転状態把握手段１４により把握し、運転状態によって第１の運転手段１１による運転と第２の運転手段１２による運転とを切り替えるタイミングを決定することにより、運転状態によって適切な運転をおこなうので、平滑用のコンデンサが小容量のコンデンサ３で、母線電圧に大きな脈動が含まれていても安定した運転を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータの駆動方法およびその装置に関するものであり、特に小型化のために整流回路における平滑用コンデンサを大幅に小容量化したものにおける安定した駆動方法に関するものである。

従来の冷凍空調システムにおける圧縮機などに搭載されるブラシレスＤＣモータの駆動装置は、一般的には十分大きな平滑用コンデンサを有した整流回路と、インバータと、位置検出センサをなくし誘起電圧またはモータ電流から位置検出をすることより駆動されていた。これは圧縮機などの高温雰囲気・冷媒雰囲気・オイル雰囲気などで位置センサを取り付けることが著しく困難であったためである。

また、近年この駆動装置を小型化するために、整流回路の平滑用コンデンサを大幅に小容量化する取組みもなされている（例えば特許文献１参照）。この従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置について図面を参照しながら説明する。

図９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９において、単相交流電源１はダイオード全波整流回路２の入力に接続されており、さらにその出力は平滑用の小容量のコンデンサ１６が接続されている。この小容量のコンデンサ１６は従来の１／１００程度の容量のコンデンサである。

ＰＷＭ（パルス幅変調）インバータ４は、６個のスイッチング素子（逆向きのダイオードを含む）を３相ブリッジ接続している。その入力は小容量のコンデンサ１６の両端に接続されている。

３相巻線が施されたブラシレスＤＣモータ５は、ＰＷＭインバータ４の出力に接続されており、これにより駆動されるものである。

制御回路１７は、単相交流電源１の電圧ｖ、直流部電流ｉｄｃ、ＰＷＭインバータ４の出力電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃ、位置検出センサ１８からの位置情報θなどの情報を入力として、最適な駆動ができるようにＰＷＭインバータ４のゲートを駆動している。
特開２００２−５１５８９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、圧縮機などセンサをつけることが困難なものに対しては、適用することが難しいという課題を有していた。

また、センサを用いず誘起電圧やモータの電流を検出してインバータを駆動する方法も一般的に知られているが、小容量のコンデンサを用いた場合、母線電圧が脈動し低下すると、誘起電圧による位置検出が行えないなど、電流が減少し正確に位置を検出することが出来なくなり、位置がずれることで大きな電流がながれ、最悪の場合停止してしまうという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ブラシレスＤＣモータの回転位置情報を得るためのセンサをつけることが困難で、母線電圧に大きな脈動が現れても、安定した運転を行うことのできるとしたブラシレスＤＣモータの駆動装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、ブラシレスＤＣモータの運転状態を運転状態把握手段により把握し、把握した運転状態によって、ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出してインバータを動作させる第１の運転手段と、第１の運転手段と異なる方法でインバータを動作させる第２の運転手段を切替え手段が切り替えるタイミングを決定する。

これによって、位置検出を行えるときに位置検出を行い、位置検出を行えないときは位置検出せず運転するので、平滑用のコンデンサが小容量で母線電圧に大きな脈動が含まれていても安定した運転を行うことができる。

本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、平滑用のコンデンサが小容量で母線電圧に大きな脈動が含まれていても安定した運転を行うことができる。

請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、単相交流電源と、前記単相交流電源を入力として小容量のコンデンサをもつ整流回路と、前記整流回路に接続したインバータと、前記インバータにより駆動されるブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出して前記インバータを動作させる第１の運転手段と、前記第１の運転手段と異なる前記インバータを動作させる第２の運転手段と、前記第１の運転手段と第２の運転手段を切り替える切替え手段と、前記ブラシレスＤＣモータの運転状態を把握する運転状態把握手段とを有し、前記第１の運転手段による運転と前記第２の運転手段による運転とを前記切替え手段が切替え、前記ブラシレスＤＣモータの運転状態を前記運転状態把握手段により把握し、把握した運転状態によって前記切替え手段が切り替えるタイミングを決定するものであり、位置検出を行えるときに位置検出を行い、位置検出を行えないときは位置検出せず運転するので、平滑用のコンデンサが小容量で母線電圧に大きな脈動が含まれていて位置検出がおこなえない状態でも安定した運転を行うことができる。

請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１に記載の発明における前記整流回路が、実使用の出力範囲で出力の直流電圧のリプル含有率が９０％以上であるものであり、大きなリプル電圧であってもブラシレスＤＣモータを効率よく安定して駆動できるので、ほぼ０Ｖまで降下するような小さな容量のコンデンサにより駆動できるので、非常に小型で低コストのブラシレスＤＣモータの駆動装置を実現できる。

請求項３に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１または２に記載の発明に加えて、母線電圧の値を検出し、検出した値を前記切替え手段に入力する電圧検出手段を有し、前記切替え手段が入力された母線電圧の値を用いて切り替えタイミングを決め、運転を切り替えるものであり、切替え手段は電圧検出手段検出手段によって検出された母線電圧の値を入力とし、入力された母線電圧の値を用いて切替えタイミングかどうかを決め、運転を切り替えることにより、位置検出を行うことができない電圧に低下したことを判断することになるので、電圧低下に反応の早い安定した運転を行うことができる。

請求項４に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明における前記第２の運転手段が、現在の回転数と同期した信号を出力し前記インバータを動作させるものであり、位置検出が行えない状態であっても、モータの位置とほぼ一致した転流を行うことができることとなり、モータ回転子位置と転流のズレにより生じる過電流による停止を未然に防ぐことのできるより安定した運転を行うことができる。

請求項５に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、前記運転状態把握手段が把握する運転状態を、前記ブラシレスＤＣモータの負荷の大きさとするものであり、負荷が重く不安定な運転のときには第１の運転手段による運転時間を減らし、負荷が軽い安定した運転のときには第１の運転手段による運転時間を増大させることで、負荷の変動に強い安定した運転を行うことができる。

請求項６に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、前記運転状態把握手段が把握する運転状態を、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度の変化とするものであり、加減速のような速度変化が激しくより正確に位置検出を行わなければならないときには第１の運転手段による運転時間を増大させ、目標の回転数で運転されているときには第１の運転手段による運転時間を減少させることで、速度変化に対して柔軟かつ安定した運転を行うことができる。

請求項７に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明における前記ブラシレスＤＣモータが、圧縮機を駆動するものであり、位置検出センサをつけることのできない用途での小容量のコンデンサを実現できるので、大幅な小型化を実現することができる。

請求項８に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項７に記載の発明における圧縮機が、レシプロ型圧縮機であるものであり、レシプロ型圧縮機はイナーシャが大きく回転が大きく落ち込まないため、位置検出を行わない第２の運転手段で安定した運転を行うことができる。また、構造上モータの振動が外部に伝わりにくいため、電圧リプルによる振動影響が小さい安定した低振動の圧縮機を駆動するきわめて小型のシステムを提供することができる。

請求項９に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項７または８に記載の発明における圧縮機が、凝縮器、減圧器、蒸発器と冷凍空調システムを構成するものであり、小容量コンデンサで実現することで小型のブラシレスＤＣモータ駆動装置を提供することができるので、これまで考えられていた以上の小型のシステムが実現でき、冷蔵庫に適用した場合、食品収納容積を大きく確保できる。

請求項１０に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項７から９のいずれか一項に記載の発明における圧縮機が、圧縮する冷媒ガスがＲ６００ａであるものであり、冷凍の力の低下を補うため、圧縮機の気筒容積が大きくなり、より大きなイナーシャを持つために、第２の運転手段でより安定した運転を行うことができ、Ｒ６００ａを冷媒ガスとする安価な圧縮機を提供することができる。

請求項１１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明における前記ブラシレスＤＣモータが、風を送る送風機を駆動するものであり、特に送風機のようにイナーシャの大きな用途では、小容量のコンデンサによる大きな脈動にその回転数は大きな影響を受けることなく回転させることができるので、大幅な小型化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。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、単相交流電源１は、日本の場合、１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの一般的な商用の交流電源である。整流回路２は、４個のダイオードがブリッジ接続している。小容量のコンデンサ３は、ここでは１μＦの積層セラミックコンデンサであるとする。積層セラミックコンデンサは近年高耐圧で大容量のコンデンサがチップで実現できるようになってきている。

従来この小容量のコンデンサ３には主には大容量(２００Ｗ出力の場合には数百μＦ)の電解コンデンサが使われていたため、これにより非常に小型の駆動装置が実現できることになる。

従来の整流回路２と並列に接続されているコンデンサは一般的にはインバータ４の出力容量（ＷまたはＶＡ）や駆動装置全体の入力容量（ＷまたはＶＡ）から、直流電圧のリプル含有量やリプル電流による平滑用コンデンサの耐リプル電流の特性などからコンデンサの容量を決定する。

これらの条件を加味して、一般的には２〜４μＦ／Ｗ程度の容量を確保する。すなわち２００Ｗの出力容量の場合は４００〜８００μＦ程度の電解コンデンサを使用していた。

これに対し、本実施の形態１では、小容量のコンデンサ３には０．１μＦ／Ｗ以下の容量を持つコンデンサを使用する。すなわち２００Ｗの出力容量の場合は２０μＦ以下のコンデンサを使用することとする。

インバータ４は、スイッチング素子ＩＧＢＴと逆向きに接続されたダイオードをセットにした回路を６回路で３相ブリッジ接続している。

ブラシレスＤＣモータ５は、インバータ４の３相出力により駆動される。ブラシレスＤＣモータ５の固定子には３相スター結線された巻線が施されている。この巻き方は集中巻であっても、分布巻であっても構わない。また、回転子には永久磁石を配置している。その配置方法は表面磁石型（ＳＰＭ）でも磁石埋め込み型（ＩＰＭ）であっても構わず、また永久磁石はフェライトでも希土類でも構わない。

ブラシレスＤＣモータ５の回転子の軸に接続された圧縮要素６は、冷媒ガスを吸入し、圧縮して、吐出する。このブラシレスＤＣモータ５と圧縮要素６とを同一の密閉容器に収納し、圧縮機７を構成する。また、圧縮機７はレシプロ型とし、圧縮するガスをR６００ａとする。

圧縮機７で圧縮された吐出ガスは、凝縮器８、減圧器９、蒸発器１０を通って圧縮機７の吸い込みに戻るような冷凍空調システムを構成する。この時、凝縮器８では放熱、蒸発器１０では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。必要に応じて凝縮器８や蒸発器１０に送風機などを使い、熱交換をさらに促進することもある。

第１の運転手段１１は、ブラシレスＤＣモータ５の誘起電圧またはモータ電流からブラシレスＤＣモータ５の回転子の回転位置の検出を行う。本実施の形態１では、誘起電圧から回転子の回転位置を検出する方法について説明する。説明を簡単にするために母線電圧が平滑された状態で説明する。

図２に示すように、インバータ４は１２０度通電方式の矩形波駆動とし、常時通電されていない相ができる。この通電されていない相の端子電圧には誘起電圧が現れる。この通電されていない相の端子電圧と母線電圧の中点が一致する点をゼロクロス点として検出し、回転位置を検出する。

第２の運転手段１２は、位置検出を用いない方法であれば良いが、ここでは第１の運転手段１１が正常に位置検出しているときは、その検出タイミングで同期するように常にタイミングのイニシャライズを行っているものとし、第１の運転手段１１によって１回転以上している間の周期を測定し、測定した周期で運転を行うものとする。以下、図３を用いてより、詳しく説明する。

まず、ＳＴＥＰ１において、第１の運転手段１１は正しく位置検出を行えているか調べる。正しければ、ＳＴＥＰ２へ進む。そうでなければ、フローから抜ける。

次に、ＳＴＥＰ２において、第２の運転手段１２の転流タイミングと、第１の運転手段１１を一致させ、ＳＴＥＰ３へ進む。

次に、ＳＴＥＰ３において、第１の運転手段１１がブラシレスＤＣモータ５の1回転分以上の正しく位置検出を行えている信号を出力しているか調べる。1回転分以上の信号を出力していればＳＴＥＰ４へ進み、そうでなければ、フローを抜ける。

最後にＳＴＥＰ4において、第１の運転手段１１の転流間隔を測定し、第２の運転手段１２の転流間隔として設定しフローを抜ける。

以上のようなフローを、第１の運転手段１１の位置検出信号が出力されたときや、一定間隔ごとなどに呼び出すことで、第２の運転手段１２が位置検出手段を用いずブラシレスＤＣモータ５を運転することが可能となる。

切替え手段１３は、運転状態把握手段１４によって把握された運転状態を基に、切替えるタイミングを決定し、第１の運転手段１１と第２の運転手段１２のいずれかの運転手段を選択し切替えている。ここでは切替えタイミングは母線電圧の高低とする。また、運転状態把握手段１４が把握する運転状態はブラシレスＤＣモータ５の負荷の大きさとし、ここではデューティの幅を負荷とする。

電圧検出手段１５は母線電圧を検出し、検出した値を切替え手段１３に入力している。

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、以下その動作、作用を説明する。

まず、単相交流電源１からの入力は整流回路２で整流される。通常、整流後に平滑用のコンデンサで平滑されるが、本実施の形態では平滑用のコンデンサが小容量のコンデンサ３であるため、ブラシレスＤＣモータ５が運転するだけで母線電圧には大きな脈動が現れる。電圧の脈動の低電圧部では、第１の運転手段１１による駆動では、誘起電圧をもとに位置を検出し運転しているため、位置検出が不可能となる。

一方で、第２の運転手段１２は第１の運転手段１１の位置検出ごとに同期を取りながら、第１の運転手段１１と同じ周期で運転するよう信号を出力しているので、第１の運転手段１１で位置検出が行えなくなる前に切替え手段１３によって第２の運転手段１２に切り替えることでブラシレスＤＣモータを運転することができる。

切替えはタイマによって切替える方法などがあるが、ここでは電圧検出手段１５を設け、電圧を検出し、母線電圧の値によって切り替える。切り替える母線電圧の値は運転状態把握手段１４によって把握された運転状態から閾値として決定する。閾値以上の電圧であれば、第１の運転手段１１で運転し、閾値以下であれば第２の運転手段１２で運転する。

閾値の大きさは負荷の大きさによって決定し、負荷が大きいほど不安定になり位置検出が行えなくなる電圧が高くなる。ここで、負荷とはデューティをしている。

位置検出可能な電圧とデューティの関係を図４を用いて説明する。図４において、横軸には負荷を示し、左縦軸には電圧を示し、右縦軸にはデューティ割合を示す。

デューティは負荷が大きくなるに従い、割合が増加する。一方、負荷が大きくなるに従い、位置検出を正確に行えない電圧も高くなる。デューティと負荷が比例し、位置検出を正確に行えない電圧と負荷も比例しているため、デューティと位置検出を正確に行えない電圧が比例することとなる。

よって、デューティと運転を切替える閾値を比例させることで、位置検出を正確に行うことができない電圧の時には運転を切替えることができるように、閾値を設定することができる。

閾値はデューティが１００％のときに電圧ピークの８０％、デューティが０％のときに電圧のピークの５％となるようにする。単相交流電源１は交流１００Vであるので、ピークが１４１Vとなりデューティ１００％のときの閾値は約１１３Vとなる。

次に、小容量のコンデンサ３の両端の電圧波形について図５および図１を用いて説明する。図５は本実施の形態１における小容量のコンデンサ３の電圧波形を示すタイミングチャートである。

図５において、縦軸には電圧を示し、横軸は時間を示す。また単相交流電源１は、１００Ｖで５０Ｈｚの交流電源とした。

Ａは非常に負荷電流が小さい（ほとんど電流は流れていない）時の状態で小容量のコンデンサ３の充電電荷がほとんど使われず電圧の低下はほとんどない。ただし、ここでいう負荷電流は整流回路の出力電流、すなわちインバータ４への入力電流であるものとする。平均電圧は１４１Ｖであり、リプル電圧は０Ｖ、リプル含有率は０％である。なお、リプル電圧およびリプル含有率は、（数１）、（数２）の通り定義するものとする。

次に負荷電流を大きくしていくと小容量のコンデンサ３の充電電荷が使われ、Ｂに示すように瞬時最低電圧が低下してくる。ただし、電源電圧から決まる瞬時最高電圧は１４１Ｖで変わらない。Ｂに示す場合、瞬時最低電圧は４０Ｖであるので、平均電圧が約１１２Ｖであり、リプル電圧は１０１Ｖ、リプル含有率は９０％となる。

更に負荷電流を大きくしていくと小容量のコンデンサ３にはほとんど充電電荷が蓄えられず、Ｃに示すように瞬時最低電圧がほとんど０Ｖまで低下してくる。ただし、電源電圧から決まる瞬時最高電圧は１４１Ｖで変わらない。Ｃに示す場合、瞬時最低電圧は０Ｖであるので、平均電圧が約１００Ｖであり、リプル電圧は１４１Ｖ、リプル含有率は１４１％となる。

このように小容量のコンデンサ３である場合、負荷電流を取り出すとほとんど平滑されず入力の単相交流電源１を全波整流した波形となる。

次に、負荷電流と瞬時最低電圧、リプル含有率との関係について、図６を用いてさらに詳しく説明する。図６は本実施の形態１における負荷電流と瞬時最低電圧・リプル含有率を示す特性図である。

図６において、横軸は負荷電流であり、縦軸は瞬時最低電圧とリプル含有率を示す。また、実線は瞬時最低電圧の特性を、破線はリプル含有率の特性をそれぞれ示す。

図５中のＡに示す電流波形の時は負荷電流０Ａであり、瞬時最低電圧１４１Ｖ、リプル含有率０％である。またＢに示す電流波形の時は負荷電流０．２５Ａであり、瞬時最低電圧４０Ｖ、リプル含有率９０％である。またＣに示す電流波形の時は負荷電流０．３５Ａであり、瞬時最低電圧０Ｖ、リプル含有率１４１％である。０．３５Ａ以上の電流においては瞬時最低電圧、リプル含有率ともに変化はしない。

本実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置においては、実使用範囲は負荷電流０．２５Ａ以上１．３Ａ以下であるものとする。実使用範囲においては、リプル含有率は常に９０％以上であるような小容量のコンデンサ３を選定している。

次に、図１における動作を更に詳しく図７と図１とを用いて説明する。図７は、本実施の形態１における動作の流れを示すフローチャートである。

まずＳＴＥＰ５において、運転状態把握手段１４が運転状態を把握し、切替え手段１３に情報を入力する。運転状態を負荷とした場合、デューティの幅が現在何％であるかという情報となる。今回はデューティ幅が５０％という運転状態を把握し、切替え手段１３に入力したとする。

次にＳＴＥＰ６において、電圧検出手段１５が母線電圧を検出し、切替え手段１３に情報を入力する。今回は電圧検出手段１５が６０Ｖという電圧を検出し、切替え手段１３に入力したとする。

そしてＳＴＥＰ７で、切替え手段１３が、運転状態把握手段１４が把握した運転状態の情報を基に、運転を切り替えるべき電圧を決定する。

本実施の形態では運転状態を負荷とし、電圧によって運転を切り替えるとしているので、負荷と閾値となる電圧値を比例させ、デューティが１００％のときにピーク電圧の８０％、デューティ０％のときピーク電圧の５％を閾値としている。今回の情報として入力されたデューティ幅が５０％であるので、閾値となる電圧は４５Ｖとなる。

次に、ＳＴＥＰ８で、切替え手段１３が、ＳＴＥＰ７で決定した閾値となる電圧と、電圧検出手段１５によって検出された母線電圧の値を比較し、第１の運転手段１１と第２の運転手段１２のどちらで運転すべきかを決定する。

今回入力された母線電圧は６０Ｖであり、ＳＴＥＰ７で決定した閾値が４５Ｖであるので、母線電圧のほうが電圧値が高く、第１の運転手段１１で運転すべきと判定する。

次にＳＴＥＰ９では、第１の運転手段１１で運転しているので、位置検出処理をおこなっており、ブラシレスＤＣモータ５の位置検出信号の状態が前回と比べて変化していたらＳＴＥＰ１０に移行し、そうでなければこのフローを抜ける。

最後にＳＴＥＰ１０で転流が必要であると判断された場合に到達する処理であるので、このＳＴＥＰ１０で転流を行い、フローを抜ける。

また、ＳＴＥＰ５においてデューティが８５％であるという入力が切替え手段１３に入力され、ＳＴＥＰ６では今回も６０Ｖという電圧を検出し切替え手段１３に入力されたとする。

すると、ＳＴＥＰ７で計算を行い閾値が６３．７５Ｖとなり、ＳＴＥＰ８では閾値６３．７５Ｖと検出した母線電圧６０Ｖを比較し、母線電圧が閾値より低いので、第２の運転手段１２で運転すべきと判断し、ＳＴＥＰ１１に移行する。

ＳＴＥＰ１１では、本実施の形態では第２の運転手段１２が第１の運転手段１１によって１回転以上している間の周期を測定し、測定した周期で運転を行うものとしているので、前回転流したときから、測定した周期分時間が経過しているかどうかを判定し、経過していれば、ＳＴＥＰ１０に移行しＳＴＥＰ１０で転流氏、経過していなければフローを抜ける。

これらの動作を一定時間内に繰り返すことにより、常に運転状態把握手段１４で運転状態の把握と電圧検出手段１５で母線電圧の電圧値を検出し、その状態によって第１の運転手段１１と第２の運転手段１２との信号を切替え手段１３で切り替えることができ、位置検出ができない状態においても転流動作を行うことができ、運転を継続することができる。

以上のように、単相交流電源１と、単相交流電源１を入力として小容量のコンデンサ３をもつ整流回路２と、整流回路２に接続したインバータ４と、インバータ４により駆動されるブラシレスＤＣモータ５と、ブラシレスＤＣモータ５の誘起電圧またはモータ電流からブラシレスＤＣモータ５の回転子の回転位置を検出してインバータ４を動作させる第１の運転手段１１と、第１の運転手段１１と異なるインバータ４を動作させる第２の運転手段１２の２種類の運転手段と、第１の運転手段１１と第２の運転手段１２を切り替える切替え手段１３と、ブラシレスＤＣモータ５の運転状態を把握する運転状態把握手段１４とを有し、第１の運転手段１１による運転と第２の運転手段１２による運転とを切り替え、ブラシレスＤＣモータ５の運転状態を運転状態把握手段１４により把握し、切替え手段１３が把握した運転状態によって切り替えるタイミングを決定することにより、位置検出を行えるときに位置検出を行い、位置検出を行えないときは位置検出せず運転するので、平滑用のコンデンサが小容量で母線電圧に大きな脈動が含まれて位置検出がおこなえない状態でも安定した運転を行うことができる
また、整流回路２と小容量のコンデンサ３は実使用の出力範囲で出力の直流電圧のリプル含有率が９０％以上であることを特徴としたものであり、大きなリプル電圧であってもブラシレスＤＣモータを効率よく安定して駆動できるので、ほぼ０Ｖまで降下するような小さな容量のコンデンサにより駆動できるので、非常に小型のインバータを実現できることになる。

また、本実施の形態のブラシレスＤＣモータ５が圧縮機７を駆動するものであることとしたので、位置検出センサがつけることのできない用途での小容量コンデンサ化を実現できるので、圧縮機を駆動するシステムの大幅な小型化を実現することができる。

また、本実施の形態の圧縮機７がレシプロ型圧縮機としたことで、レシプロ型圧縮機はイナーシャが大きく回転が大きく落ち込まないため、位置検出を行わない第２の運転手段１２で安定した運転を行うことができる。さらに、構造上モータの振動が外部に伝わりにくく電圧リプルによる振動影響が小さいため、安定した低振動の圧縮機を駆動するきわめて小型のシステムを提供することができる。

また、本実施の形態のブラシレスＤＣモータ５によって駆動する圧縮機７が凝縮器８、減圧器９、蒸発器１０などと冷凍空調システムを構成するとしたので、小容量コンデンサで実現することにより小型のブラシレスＤＣモータ駆動装置を提供することができ、これまで考えられていた以上の小型の冷凍空調システムや冷凍空調システム内の空間を大きく確保することができる。

また、本実施の形態の圧縮機７が圧縮して吐出する冷媒ガスをＲ６００ａとしたことにより、Ｒ６００ａは冷凍能力が低いため圧縮機７の気筒容積が大きくなり、イナーシャが大きくなり、第２の運転手段１２で安定した運転を行うことができ、Ｒ６００ａを冷媒ガスとする安価な圧縮機を提供することができる。

本実施の形態では、電圧レベルを直接検出する電圧検出手段１５としたが、ゼロクロスなどのタイミングを検出し、時間に応じて電圧レベルを推定するものなどでも構わない。

また、本実施の形態では、平滑用のコンデンサとして小容量のコンデンサ３を接続しているが、インバータ４のＰＮ間に接続されるスナバコンデンサを平滑用のコンデンサとし、小容量のコンデンサ３は接続しなくて構わない。

また、本実施の形態では運転状態としての負荷をデューティ幅としたが、ブラシレスＤＣモータ５に流れる電流としても構わない。

また、本実施の形態の運転状態把握手段１４が把握する運転状態をブラシレスＤＣモータ５の回転速度とすることにより、特に速度が速いときはブラシレスＤＣモータ５のイナーシャが大きく一定速で安定して回転し電圧の落ち込みも大きいので第１の運転手段１１による運転時間を増大させ、回転数が低いときはイナーシャが小さく回転が不安定で電圧の落ち込みが小さいため第１の運転手段１１による運転時間を減少することで、各速度で適切な安定した運転を行うことができる。

また、風を送る送風機を駆動することにより、特に送風機のように慣性モーメント（イナーシャ）の大きな用途では、小容量のコンデンサによる大きな脈動にその回転数は大きな影響を与えられることなく回転させることができるので、大幅な小型化を実現することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１で示した発明の運転状態把握手段１４が把握する運転状態をブラシレスＤＣモータ５の回転速度の変化としたものである。

図８はブラシレスＤＣモータ５の速度変化と位置検出可能電圧の関係を示した特性図である。以下、図８を用いて詳しく説明する。

図８に示すように、速度の変化が大きくなるに従って、位置検出を正確に行うことができる電圧が上昇する。つまり、第１の運転手段１１で運転することができる時間が減少する。入力電圧は単相交流１００Ｖで運転している。

具体的に説明すると、閾値の設定として、速度変化が２０ｒ／ｓ² のときに、電圧ピークの８０％とし、単相交流電源１は交流１００Vであるので、実際には１１３Ｖとなり、速度変化が０ｒ／ｓ² のときに、電圧ピークの５％の７Ｖとする。今、図８中のαの速度変化が５ｒ／ｓ² で母線電圧が５０Ｖだとすと、速度変化が５ｒ／ｓ² なので閾値電圧は２６．５Ｖとなり、母線電圧が５０Ｖであることから、閾値電圧の２６．５Ｖを超えているので、第１の運転手段１１で運転する。

次に、図８中のβの速度変化が１５ｒ／ｓ² で母線電圧が５０Ｖだとすると、閾値電圧は７８．５Ｖとなり、母線電圧の５０Ｖは閾値電圧の７８．５Ｖを下回っているので、第２の運転手段１２で運転する。

以上のように、運転状態把握手段１４が把握する運転状態をブラシレスＤＣモータ５の回転速度の変化とすることにより、加速や減速など正確な位置情報がほしいときは第１の運転手段１１による運転時間を増大させ、速度が安定し一定速で運転しているときは、第１の運転手段１１による運転時間を減少させるように切り替えるタイミングを決定することで、速度変化に対して柔軟かつ安定した運転を行うことができる。

以上のように、本発明にかかるブラシレスＤＣモータの駆動装置は、平滑用のコンデンサが小容量で母線電圧に大きな脈動が含まれていても安定した運転を行うことが可能となるので、圧縮機や送風機以外にも、ＡＶ機器（特に小型機器）などのモータが非常に小さくてセンサをつけることが困難な場合や回路を非常に小型化したい場合等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１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における位置検出の方法を示すタイミングチャート 本発明の実施の形態１における第２の運転手段の転流タイミングの決定を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における負荷と位置検出可能電圧とデューティの関係を示す特性図 本発明の実施の形態１における小容量のコンデンサの電圧波形を示すタイミングチャート 本発明の実施の形態1における負荷電流と瞬時最低電圧・リプル含有率を示す特性図 本発明の実施の形態１における動作の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態２におけるブラシレスＤＣモータの回転速度の変化と位置検出可能電圧の関係を示す特性図 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

１ 単相交流電源
２ 整流回路
３ 小容量のコンデンサ
４ インバータ
５ ブラシレスＤＣモータ
６ 圧縮要素
７ 圧縮機
８ 凝縮器
９ 減圧器
１０ 蒸発器
１１ 第１の運転手段
１２ 第２の運転手段
１３ 切替え手段
１４ 運転状態把握手段
１５ 電圧検出手段

Claims (11)

1. 単相交流電源と、前記単相交流電源を入力として小容量のコンデンサをもつ整流回路と、前記整流回路に接続したインバータと、前記インバータにより駆動されるブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出して前記インバータを動作させる第１の運転手段と、前記第１の運転手段と異なる前記インバータを動作させる第２の運転手段と、前記第１の運転手段と第２の運転手段を切り替える切替え手段と、前記ブラシレスＤＣモータの運転状態を把握する運転状態把握手段とを有し、前記第１の運転手段による運転と前記第２の運転手段による運転とを前記切替え手段が切替え、前記ブラシレスＤＣモータの運転状態を前記運転状態把握手段により把握し、把握した運転状態によって前記切替え手段が切り替えるタイミングを決定することを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
2. 前記整流回路は、実使用の出力範囲で出力の直流電圧のリプル含有率が９０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
3. 母線電圧の値を検出し、検出した値を前記切替え手段に入力する電圧検出手段を有し、前記切替え手段が入力された母線電圧の値を用いて切り替えタイミングを決め、運転を切り替えることを特徴とした請求項１または２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
4. 前記第２の運転手段は、現在の回転数と同期した信号を出力し前記インバータを動作させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
5. 前記運転状態把握手段が把握する運転状態を、前記ブラシレスＤＣモータの負荷の大きさとすることを特徴とした請求項１から４のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
6. 前記運転状態把握手段が把握する運転状態を、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度の変化とすることを特徴とした請求項１から４のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣの駆動装置。
7. 前記ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
8. 圧縮機がレシプロ型圧縮機である請求項７に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
9. 圧縮機が凝縮器、減圧器、蒸発器と冷凍空調システムを構成することを特徴とする請求項７または８に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
10. 圧縮機が圧縮する冷媒ガスがＲ６００ａであることを特徴とした請求項７から９のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
11. 前記ブラシレスＤＣモータは、風を送る送風機を駆動することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。

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