JP2007288938A - モータ駆動装置およびそのモータ駆動装置を具備した貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ起動時に生じる過電流を抑制させることを可能としたモータ駆動装置およびそのモータ駆動装置を具備した貯蔵装置を提供する。
【解決手段】交流電源１を整流した電圧をインバータ５の入力とし、インバータ制御部２９はセンサレス駆動部３１と強制同期駆動部３２とそれらを選択する選択手段３３を有し、ブラシレスモータ６の起動時は選択手段３３により強制同期駆動部３１を選択し、ｄ軸ＰＩ制御器１０９から入力されたＶｄおよびｑ軸ＰＩ制御器１１０から入力されたＶｑの値に依存されない予め設定しておいた回転数やトルクなどに基づき算出された任意のＶｄ＊、Ｖｑ＊および入力電圧検出値Ｖｐｎから１８０度通電で前記ブラシレスモータを強制同期駆動するＰＷＭ出力デューティ値Ｄｕ’、Ｄｖ’、Ｄｗ’を生成することで、ブラシレスモータ６の起動時に発生する過電流を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラスレスモータをインバータにより駆動制御するモータ駆動装置およびそのモータ駆動装置を具備した冷蔵庫等の貯蔵装置に関するものである。

従来、この種のブラスレスモータをインバータにより駆動制御するモータ駆動装置は開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、モータ駆動装置においては、配線のワイヤレス化とコストの低減化の観点から、位置センサを使用しない装置が要望されている。モータ電流と、その時にブラシレスモータに印加した電圧値と、ブラシレスモータの抵抗値とインダクタンス等のモータ定数を用い、電圧方程式に基づく位相推定計算式により、モータのロータ位置を推定していた（例えば、非特許文献１参照）。

また、モータ駆動装置を小型化すると共に、位置センサを用いた構成および位置センサレスの構成、いずれの構成でも対応することが可能であり、さらにインバータの入力電圧が大きく脈動するものであっても、ブラシレスモータへの電圧の印加を停止させることなく位置センサレスで安定して駆動することができるモータ駆動装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図９はブラシレスＤＣモータを駆動する従来のモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。

図９において、交流電源１０１、整流ダイオード１０２、インバータ１０３、ブラシレスモータ１０４、電流検出手段１０５、インバータ制御部１０６により構成されている。

交流電源１０１が、整流ダイオード１０２により脈動を持った直流電力に変換され、インバータ１０３に入力される構成である。インバータ１０３は、整流された直流電力を交流電力に変換し、ブラシレスモータ１０４に所望の電圧を印加する。

インバータ制御部１０６は、電流検出手段１０５により検出された瞬時電流Ｉｉｎの情報をもとに前記ブラシレスモータに流入する相瞬時電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを演算により求める相電流演算部１０７、相瞬時電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの３相交流座標系からｄ軸電流検出値Ｉｄとｑ軸電流検出値Ｉｑの２相回転直行座標系に変換するｄｑ変換部１０８、外部からの回転数指令やトルク指令などに基づき算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄｑ変換部１０８により出力されたＩｄとの誤差がＰＩ制御されてｄ軸電圧指令値Ｖｄを生成するｄ軸ＰＩ制御器１０９、外部からの回転数指令やトルク指令などに基づき算出されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｄｑ変換部１０８により出力されたＩｑとの誤差がＰＩ制御されてｑ軸電圧指令値Ｖｑを生成するｑ軸ＰＩ制御器１１０、ｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑおよび入力電圧検出値Ｖｐｎから１８０度通電で前記ブラシレスモータを駆動するＰＷＭ出力デューティ値Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを生成するＰＷＭ生成部１１１を有している。ここで、先の電流指令値に付した「＊」は、駆動用の電流Ｉｄ、Ｉｑと識別するためのもので、具体的な電流値も異なるものである。

上記従来のインバータの構成は、モータを１８０度通電で駆動させるため、前記１つの電流検出手段１０５により検出される瞬時電流と、インバータ１０３への入力電圧検出値をもとに、インバータ１０３への入力電圧値が印加すべき電圧値よりも小さいときにブラシレスモータ１０４への印加電圧の電圧位相を保持して、インバータ１０３を制御することで、インバータ１０３の直流側電圧が低いときでもブラシレスモータ１０４への電圧印加を停止させることなく連続的に電圧を印加し、また、大きく脈動した電圧がインバータ１０３に入力された場合でも安定した駆動を実現し、モータ駆動装置の小型化を図っている。
特開２００２−９５２６３号公報 特開２００５−２０９８６号公報 竹下、市川、李、松井、「速度起電力推定に基づくセンサレス突極形ブラシレスＤＣモータ制御」、電気学会論文誌Ｄ、平成９年、第１１７巻、第１号、ｐ．９８−１０４

しかしながら、上記従来の構成はモータ駆動を安定させて行う場合は問題無いが、モータを起動させる場合には、インバータへの入力電圧値が大きなリプルを含み、かつ印加すべき電圧値よりも小さいときにもブラシレスモータの電圧位相を保持するためブラシレスモータへ連続的に電圧を印加することから過電流が発生し、インバータおよび周辺回路を構成する各周辺装置の故障、またはブラシレスモータの回転子に使用している永久磁石を性能劣化させるといった事態を引き起こす恐れが生じるという問題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、モータ起動時に生じる過電流を抑制させることを可能としたモータ駆動装置およびそのモータ駆動装置を具備した貯蔵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、本発明のモータ駆動装置は、交流電源を入力として全波整流する整流回路と、脈動の大きい前記整流回路の出力電圧を入力とするインバータと、前記インバータにより駆動されるブラシレスモータと、前記インバータを制御するインバータ制御部と、前記インバータ制御部に接続された瞬時電流を検出する１つの電流検出手段と、前記インバータから出力されるＰＷＭ信号の１キャリア周期中に前記電流検出手段により少なくとも２回の瞬時電流を検出し前記ブラシレスモータを駆動させるセンサレス駆動手段と、前記電流検出手段に瞬時電流を検出することなく駆動させる強制同期駆動手段と、前記センサレス駆動手段と前記強制同期駆動手段のいずれか１つの駆動方式を選択する選択手段を備え、前記ブラシレスモータを起動する場合には前記選択手段により前記強制同期駆動手段を選択することを特徴としたモータ駆動装置である。

これにより、ブラシレスモータの起動時においては、センサレス駆動で安定させる場合に必要な検出した電流値にもとづく印加電圧よりも、強制駆動により低い任意の印加電圧で起動させることが可能となるため、起動時に発生する過電流を抑制することができる。

本発明のモータ駆動装置は、脈動を含む整流回路からの出力電圧をインバータの入力としても、安定したブラシレスモータの駆動を実現すると共に、ブラシレスモータ起動時に発生する過電流での各周辺装置の故障を回避することができ、小型・低コストで信頼性の高いモータ駆動装置を提供できる。

また、かかるモータ駆動装置を用いた貯蔵庫は、前記モータ駆動装置を圧縮機の駆動装置とすることができ、その結果、前述の如くモータ駆動装置の小型化に伴って貯蔵庫内の容積を大きくすることが可能となり、また前記モータ駆動装置の信頼性に伴い、起動による回路故障に起因した庫内温度上昇を防止することができ、貯蔵庫の信頼性を高めることができる。

請求項１に記載の発明は、交流電源を入力として全波整流する整流回路と、脈動の大きい前記整流回路の出力電圧を入力とするインバータと、前記インバータにより駆動されるブラシレスモータと、前記インバータに接続された瞬時電流を検出する１つの電流検出手段と、前記電流検出手段によりＰＷＭ信号の１キャリア周期中に少なくとも２回の瞬時電流を検出し前記ブラシレスモータを１８０度通電で駆動させるセンサレス駆動手段と、予め設定しておいた回転数指令やトルク指令などに基づき１８０度通電で駆動させる強制同期駆動手段と、前記センサレス駆動手段と前記強制同期駆動手段のいずれか１つの駆動方式を選択する選択手段と、前記センサレス駆動手段と前記強制同期駆動手段と前記選択手段を有するインバータ制御部とを備え、前記ブラシレスモータを起動する場合には前記選択手段により前記強制同期駆動手段を選択することを特徴とするモータ駆動装置である。

かかる構成とすることにより、ブラシレスモータの起動時においては、安定駆動させる場合に必要な検出した電流値にもとづく印加電圧以下の任意の印加電圧で起動させることが可能となるため、起動時に発生する過電流を抑制することができる。

したがって、ブラシレスモータ起動時に発生する過電流での各周辺装置の故障を回避することができ、小型・低コストで信頼性の高いモータ駆動装置を提供できる。

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、前記選択手段により前記強制同期駆動手段を選択した場合、ＰＷＭ信号出力時のスイッチングにより発生するノイズの影響で前記電流検出手段が瞬時電流を誤検出することを避けるために設けられた第一ＰＷＭ信号ＯＮ区間を適用させないことを特徴とするモータ駆動装置である。

かかる構成とすることにより、ブラシレスモータの起動時においては、前記ＰＷＭ信号のスイッチング時に発生すノイズにより瞬時電流を誤検出することを避けるために設けられた最低ＰＷＭ信号ＯＮ区間にもとづく最低印加電圧以下の任意の印加電圧で起動させることが可能となるため、起動時に発生する過電流を一層抑制することができる。その結果、起動時の過電流による装置破壊からの保護に対し一層有効であり、高い信頼性が確保できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記選択手段により前記強制同期駆動手段を選択した場合、前記電流検出手段がＰＷＭ信号のキャリア周期内に検出させるために設けられた第二ＰＷＭ信号ＯＮ区間を適用させないことを特徴とするモータ駆動装置である。

かかる構成とすることにより、ブラシレスモータの起動時においては、前記ＰＷＭ信号のキャリア周期内に検出させるために設けられた最低ＰＷＭ信号ＯＮ区間にもとづく最低印加電圧以下の任意の印加電圧で起動させることが可能となるため、起動時に発生する過電流を一層抑制することができる。その結果、起動時の過電流による装置破壊からの保護に対し一層有効であり、高い信頼性が確保できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記選択手段により前記強制同期駆動手段を選択した場合、前記電流検出手段がキャリア周期内に少なくとも２回検出したそれぞれの瞬時電流の値を前記インバータ制御部が処理する時間を確保するために設けられた第三ＰＷＭ信号ＯＮ区間を適用させないことを特徴とするモータ駆動装置である。

かかる構成とすることにより、ブラシレスモータの起動時においては、前記電流検出手段が少なくとも半キャリア周期内に２回の瞬時電流検出する際に検出したそれぞれの瞬時電流の値を前記インバータ制御部が処理する時間を確保するために設けられた最低ＰＷＭ信号ＯＮ区間にもとづく最低印加電圧以下の任意の印加電圧で起動させることが可能となるため、起動時に発生する過電流を一層抑制することができる。その結果、起動時の過電流による装置破壊からの保護に対し一層有効であり、高い信頼性が確保できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第一ＰＷＭ信号ＯＮ区間、前記第二ＰＷＭ信号ＯＮ区間、第三ＰＷＭ信号ＯＮ区間のいずれか２つ、または全てのＰＷＭ信号ＯＮ区間を適用させないことを特徴とするモータ駆動装置である。その結果、起動時の過電流による装置破壊からの保護に対し一層有効であり、高い信頼性が確保できる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記ブラシレスモータの回転子の永久磁石に、希土類系磁石を使用したモータ駆動装置である。

かかる構成とすることにより、ブラシレスモータの誘起電圧定数が大きくなることから発生する過電流もより抑制される。その結果、起動時の過電流による装置破壊からの保護に対し一層有効であり、高い信頼性が確保できる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記ブラシレスモータを、冷凍空調システムを構成する圧縮機の駆動用とし、前記圧縮機をレシプロ型の構成としたモータ駆動装置である。

かかる構成とすることにより、前記圧縮機が慣性モーメント（イナーシャ）の大きいレシプロ型の構成である場合、インバータの入力電圧が大きく変動する場合（大きな脈動を含む電圧の場合）でも、モータの回転斑による振動増大や騒音増大等の影響を受けることが殆ど無い。その結果、小型・低コストの圧縮機駆動システムを提供することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記冷凍空調システムの冷媒にＲ６００ａを用いたモータ駆動装置である。

かかる構成とすることにより、Ｒ１３４ａを冷媒に使用した圧縮機と比較して、ピストンが大きくなることからモータの慣性モーメント（イナーシャ）大きくなり、その結果、入力電圧の変動による影響をさらに受けにくくなる。したがって、非常に安定した低騒音・低振動の圧縮機の駆動が実現できる。

請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の発明において、モータ駆動装置を、貯蔵装置の駆動装置としたものである。

かかる構成とすることにより、起動時の過電流による装置の故障を回避した貯蔵庫が得られ、その結果、回路故障による庫内の不冷等に起因した食品の腐敗等のロスを省く信頼性の高い貯蔵装置が得られる。また回路の小型化により同一外観で食品を収納する庫内の容積を大きくすることができる。

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の符号を付して、その詳細な説明は省略する。尚、この実施の形態により、本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におけるモータ駆動装置のブロック図である。

図１において、交流電源１は商用電源で、日本国内ではＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、整流回路２に接続している。整流回路２は、符号３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄで示す４個のダイオードをブリッジ接続した整流ダイオード３と、静電容量の小さい平滑用のコンデンサ４で構成され、整流ダイオード３で全波整流した電圧を平滑コンデンサ４に入力する。

インバータ５は、スイッチング素子５ａと逆向きに接続されたダイオード５ｇをセットにした回路を６組用い、これらを３相ブリッジ接続した構成となっている。ここで、各スイッチング素子を５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆの符号で示し、ダイオードを５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌの符号で示している。なお本実施の形態１では、インバータ５にＦＥＴを使用しているが、ＩＧＢＴあるいはバイポーラトランジスタを用いた構成であっても構わない。

ブラスレスモータ６は、インバータ５の３相出力により駆動される。ブラシレスモータ６の固定子には、３相スター結線された巻線が施され、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。またブラシレスモータ６の回転子は、希土類永久磁石を有しており、その配置方法は表面磁石型（ＳＰＭ）でも磁石埋め込み型（ＩＰＭ）であっても構わない。前記また永久磁石は、フェライト系磁石でも希土類系磁石でも構わない。

尚、前述の永久磁石に、マグネット使用重量をフェライト系磁石と同量使用する場合、希土類系磁石を用いる方がモータ効率を向上することができ、またフェライト系磁石を用いたモータと同等性能のモータとする場合は、マグネット重量を低減することができるため、モータ重量を軽量化する事ができる。

圧縮要素７は、モータ６の回転子の軸に接続され、冷媒ガスを吸入し、圧縮して吐出する周知の構成からなるものである。このブラシレスモータ６と圧縮要素７とを同一の密閉容器８に収納し、圧縮機９を構成する。

圧縮機９で圧縮された吐出ガスは、凝縮器１０、減圧器１１、蒸発器１２を通って圧縮機９の吸い込みに戻るような冷凍空調システムを構成し、凝縮器１０では放熱が行われ、蒸発器１２では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。

尚、必要に応じて凝縮器１０や蒸発器１２に送風機等を使い、熱交換をさらに促進することもある。また本実施の形態１では、前記冷凍空調システムを、貯蔵装置の一例である冷蔵庫１３に使用した場合で説明しており、冷蔵庫１３の庫内１３ａを蒸発器１２により冷却する構成としている。

また、電流検出回路２５は、インバータの直流部を流れる電流を検出する回路である。なお本実施の形態１では、電流検出回路２５にシャント抵抗２６を用いて、流れる電流値を電圧値として検出しオペアンプ２７で増幅させる構成としているが、カレントトランスを用いた構成であっても構わない。

回転数設定手段２８は、外気温度やスイッチ入力等による入力情報から、回転数指令やトルク指令などに基づき算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を設定することでブラシレスモータ６の運転すべき回転速度を設定するものである。ここで、先の電流指令値に付した「＊」は、駆動用の電流Ｉｄ、Ｉｑと識別するためのもので、具体的な電流値も異なるものである。

インバータ制御部２９は、回転数設定手段２８により設定された目標回転数でブラシレスモータ６を駆動するようにインバータの出力を制御する。

尚、インバータ制御部２９の構成において、相電流演算部１０７、ｄｑ変換部１０８、ｄ軸ＰＩ制御器１０９、ｑ軸ＰＩ制御器１１０については、従来技術と全く同じ構成であり詳細な説明は省略する。ＰＷＭ生成部３０はセンサレス駆動部３１と強制同期駆動部３２とそれらを選択する選択手段３３を有し、選択手段３３によりセンサレス駆動部３１を選択時はｄ軸ＰＩ制御器１０９から入力されたＶｄ、およびｑ軸ＰＩ制御器１１０から入力されたＶｑ、および入力電圧検出値Ｖｐｎから１８０度通電で前記ブラシレスモータを駆動するＰＷＭ出力デューティ値Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを生成する従来技術と同じ動作をすることで、インバータ５に変動の大きな電圧が入力される場合でもブラシレスモータ６の安定駆動を実現している。また、選択手段３３により強制同期駆動部３２を選択時はＶｄ、Ｖｑの値に依存されない予め設定しておいた回転数やトルクなどに基づき算出された任意のＶｄ＊、Ｖｑ＊、および入力電圧検出値Ｖｐｎから１８０度通電で前記ブラシレスモータを強制同期駆動するＰＷＭ出力デューティ値Ｄｕ’、Ｄｖ’、Ｄｗ’を生成する。ここで、先の電圧指令値に付した「＊」は、センサレス駆動用のＶｄ、Ｖｑと識別するためのもので、具体的な電圧値も異なるものである。

次に、図２により本実施の形態１における圧縮機９について説明する。図２は、圧縮機の断面図を示している。

図２において圧縮機９の密封容器８内には、オイル１４を貯溜すると共にＲ６００ａの冷媒１５が封入され、固定子１６と回転子１７からなるブラシレスモータ６およびこれによって駆動される圧縮要素７がスプリング等により弾性的に支持されており、ブラシレスモータ６の回転による振動が圧縮機９の外部に漏れにくい構成となっている。

圧縮要素７は、回転子１７が固定された主軸部１８および偏芯軸部１９から構成されたクランクシャフト２０の主軸部１８を軸支するとともに、圧縮室２１を有するシリンダ２２と、圧縮室２１内で往復運動するピストン２３と、偏芯軸部１９とピストン２３を連結する連結手段２４を備え、レシプロ型の圧縮機構を構成している。

したがって、本実施の形態１においては、インバータ５の入力電圧に大きな脈動を含む場合でも、イナーシャが大きいレシプロ型圧縮機の特徴と構造から、脈動による振動および振動に伴う騒音が圧縮機９の外部に漏れにくくなっている。

尚、本実施の形態１では、Ｒ１３４ａ冷媒と比較して冷凍能力の低いＲ６００ａを用いているので、同等の冷却性能を確保するためにはＲ１３４ａ用圧縮機より圧縮室容積を大きくする必要があり、ピストン２３が大型化する。したがって、モータイナーシャが増大するため、大きな脈動を含んだインバータ入力電圧の印加に対して振動および騒音の影響をさらに受け難くすることができる。

以上の構成において、図１、図３、図４、図５、図６、図７および図８を用いて、以下その動作を説明する。

図３は同実施の形態１におけるモータ駆動装置のモータ動作およびモータの相電流におけるタイミングチャート、図４は本実施の形態１におけるモータ駆動装置の動作フローチャート、図５は本実施の形態１におけるＰＷＭ信号動作を示すタイミングチャート、図６は本実施の形態１における２相変調方式でのＰＷＭ信号出力の全パターンおよびその時の直流電流Ｉｎから得られる相電流情報をあらわす図、図７は本実施の形態１における強制同期駆動時の相印加電圧をあらわす図、図８は本実施の形態１におけるセンサレス駆動時の相印加電圧をあらわす図である。

尚、ここでは、電流検出回路２５で検出した電流に任意に設定されたＩ１、Ｉ２、Ｉ３とを設けており、Ｉ１にある場合はブラシレスモータ６の強制同期駆動時に発生する電流値、Ｉ２にある場合はブラシレスモータ６の安定時に発生する電流値、Ｉ３にある場合はブラシレスモータ６の起動時に発生する電流値とし、ブラシレスモータ６の回転数は、起動から２７ｒ／ｓに到達した時点の回転数で維持される制御として説明する。

また、図５においては、図６に示す２相変調方式１キャリア内でのインバータＰＷＭ信号動作出力パターンのうちインバータ出力パターン１およびインバータ出力パターン２を用いてＵ上相ＯＦＦ、Ｕ下相ＯＦＦ、Ｖ上相ＯＦＦまたはＯＮ、Ｖ下相ＯＮまたはＯＦＦ、Ｗ上相ＯＦＦまたはＯＮ、Ｗ下相ＯＮまたはＯＦＦのパターンを挙げているが他のパターンについても同様とする。

図３において、区間１はブラシレスモータ６が停止している場合である。このとき駆動状態は停止、目標回転数およびモータ回転数は０ｒ／ｓ、電流検出回路２５で検出した電流値は０Ａである。

この状態を図４のフローチャートで示すと、モータ起動していないためＳＴＥＰ１０１からＳＴＥＰ１０１へ帰還し回転数設定手段２８から回転数指令が出されるまで待機する。

図３に示す区間２では、回転数設定手段２８により、指令回転数が出された状態でありブラシレスモータ６を起動させる。このとき駆動状態は強制同期駆動、目標回転数およびモータ回転数は３ｒ／ｓ、電流検出回路２５で検出した電流値は最高Ｉ３Ａである。本実施の形態１においては図３に示す区間２の強制同期駆動中における目標回転数およびモータ回転数を３ｒ／ｓに設定しているが、用途に応じて任意に選択するものである。この状態を電流検出回路２５で検出した電流値がＩ１Ａまで減少するに十分な時間Ｔだけ継続させる。尚、本実施の形態１においては図３に示す区間２を時間Ｔで制限しているが、ブラシレスモータの回転回数（例えば１回転終了まで）で設定しても構わない。

この状態を図４のフローチャートで示すと、ＳＴＥＰ１０１からＳＴＥＰ１０２へ進む。

ＳＴＥＰ１０２ではブラシレスモータ６が強制同期駆動中の起動から時間Ｔ未満のためＳＴＥＰ１０３へ進む。

ＳＴＥＰ１０３では起動時の初回であればＳＴＥＰ１０４へ進み、強制同期駆動のための回転数指令やトルク指令などに基づき算出された初回キャリア設定時に使用する任意のＶｄ＊、Ｖｑ＊を設定しＳＴＥＰ１０５へ進み、初回でなければ即ＳＴＥＰ１０５へ進む。

ＳＴＥＰ１０５では、選択手段３３により強制同期駆動部３２を選択しＳＴＥＰ１０６へ進む。

ＳＴＥＰ１０６では、電流検出回路２５検出する電流値において、インバータ５のスイッチングから生じるノイズによる電流値誤検出を回避するために設けてある第一デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ１）をキャンセルさせＳＴＥＰ１０７へ進む。

ＳＴＥＰ１０７では、キャリア周期内で電流検出回路２５が半キャリア周期内に少なくとも２回の瞬時電流を検出するために必要な第二デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ２）をキャンセルさせＳＴＥＰ１０８へ進む。

ＳＴＥＰ１０８では、電流検出回路２５が瞬時電流を検出しインバータ制御部２９内で処理するために必要な第三デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ３）をキャンセルさせＳＴＥＰ１０９へ進む。

ＳＴＥＰ１０９では、強制同期駆動部３２からＶｄ＊、Ｖｑ＊、入力電圧検出値ＶｐｎおよびＳＴＥＰ１０６からＳＴＥＰ１０８の第一デューティ区間、第二デューティ区間および第三デューティ区間のデューティ補正内容を反映させた１８０度通電でブラシレスモータ６を強制同期駆動させるＰＷＭ出力用デューティ値Ｄｕ’、Ｄｖ’、Ｄｗ’を出力させＳＴＥＰ１１０へ進む（図５のタイミングチャートにおけるＤｖ’、Ｄｗ’）。ここで、第一デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ１）で印加される電圧をＶｔ１、第二デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ２）で印加される電圧をＶｔ２、第三デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ３）で印加される電圧をＶｔ３とすると、図７に示すようにＳＴＥＰ１０９で強制同期駆動させたＰＷＭ出力での印加電圧はＶｔ１、Ｖｔ２、Ｖｔ３のいずれにも依存されず任意の２相変調電圧を印加できていることがわかる。

ＳＴＥＰ１１０では、次回のキャリア処理で必要な強制同期駆動のための回転数指令やトルク指令などに基づき算出された初回キャリアの任意のＶｄ＊、Ｖｑ＊を設定しＳＴＥＰ１０２へ戻り、起動から時間Ｔ以上経過後までＳＴＥＰ１０３からＳＴＥＰ１１０の処理を継続する。

図３に示す区間３では、電流検出回路２５で検出した電流値がＩ１Ａまで減少するに十分な時間Ｔだけ経過したため、強制同期駆動からセンサレス駆動へ移行させる。このとき駆動状態はセンサレス駆動、目標回転数は３ｒ／ｓおよびモータ回転数は３ｒ／ｓであり、電流検出回路２５で検出した電流値は最高Ｉ１Ａである。

この状態を図４のフローチャートで示すと、ＳＴＥＰ１０２でブラシレスモータ６が強制同期駆動中の起動から時間Ｔ経過しているためＳＴＥＰ１１１へ進む。

ＳＴＥＰ１１１では、選択手段３３によりセンサレス駆動部３１を選択しＳＴＥＰ１１２へ進む。

ＳＴＥＰ１１２では、電流検出回路２５検出する電流値において、インバータ５のスイッチングから生じるノイズによる電流値誤検出を回避するために設けてある第一デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ１）をセットしＳＴＥＰ１１３へ進む。

ＳＴＥＰ１１３では、キャリア周期内で電流検出回路２５が半キャリア周期内に少なくとも２回の瞬時電流を検出するために必要な第二デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ２）をセットしＳＴＥＰ１１４へ進む。

ＳＴＥＰ１１４では、電流検出回路２５が瞬時電流を検出しインバータ制御部２９内で処理するために必要な第三デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ３）をセットしＳＴＥＰ１１５へ進む。

ＳＴＥＰ１１５では、ｄ軸ＰＩ制御器１０９から入力されたＶｄ、およびｑ軸ＰＩ制御器１１０から入力されたＶｑ、および入力電圧検出値Ｖｐｎから１８０度通電で前記ブラシレスモータを駆動するＰＷＭ出力デューティ値Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを出力することで強制同期駆動からセンサレス駆動に移行しＳＴＥＰ１０１へ戻る。ここで、第一デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ１）で印加される電圧をＶｔ１、第二デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ２）で印加される電圧をＶｔ２、第三デューティ区間（図５のタイミングチャートにおけるｔ３）で印加される電圧をＶｔ３とすると、図８に示すようにＳＴＥＰ１１５でセンサレス駆動させたＰＷＭ出力での印加電圧はＶｔ１＋Ｖｔ２＋Ｖｔ３の値以下には印加されていないことがわかる。

図３に示す区間４では、ブラシレスモータ６の駆動状態が強制同期駆動からセンサレス駆動へ移行が完了しているため、回転数設定手段２８で設定された目標回転数（本実施の形態１においては２７ｒ／ｓ）に到達すべく加速させる。このとき電流検出回路２５で検出した電流値はＩ１Ａから増加していく。

図３に示す区間５では、ブラシレスモータ６が回転数設定手段２８で設定された目標回転数（本実施の形態１においては２７ｒ／ｓ）に到達し安定駆動している状態である。尚、図３に示す区間４および区間５については従来技術と同じである。

以上のように本実施の形態１においては、ブラシレスモータ６の起動時において、安定駆動させる場合に必要な検出した電流値にもとづく印加電圧以下の任意の印加電圧で起動させることが可能となるため、起動時に発生する過電流を抑制することができ、さらに、前記ＰＷＭ信号のスイッチング時に発生すノイズにより瞬時電流を誤検出することを避けるために設けられた最低ＰＷＭ信号ＯＮ区間にもとづく最低印加電圧以下の任意の印加電圧で起動させることが可能となり、また、前記ＰＷＭ信号のキャリア周期内に検出させるために設けられた最低ＰＷＭ信号ＯＮ区間にもとづく最低印加電圧以下の任意の印加電圧で起動させることも可能となり、さらに、前記電流検出手段が少なくとも２回の瞬時電流検出する際に検出したそれぞれの瞬時電流の値をインバータ制御部２９が処理する時間を確保するために設けられた最低ＰＷＭ信号ＯＮ区間にもとづく最低印加電圧以下の任意の印加電圧で起動させることも可能となるため、起動時に発生する一層の過電流を抑制することができる。

したがって、ブラシレスモータ６起動時に発生する過電流での各周辺装置の故障を回避することができ、小型・低コストで信頼性の高いモータ駆動装置を提供できる。

また、ブラシレスモータ６の回転子に希土類系磁石を用いることにより、ブラシレスモータの誘起電圧定数が大きくなることから発生する過電流も一層抑制される。その結果、起動時の過電流による装置破壊からの保護に対し一層有効であり、高い信頼性が期待できるものである。

また、ブラシレスモータ６を具備した圧縮機は、慣性モーメント（イナーシャ）が大きいレシプロ型であり、Ｒ６００ａの冷媒を使用しており、さらに整流回路２のコンデンサ４が小容量であるが故に、インバータの入力電圧が大きく変動する場合でも、ブラシレスモータ６の回転斑による振動の増大や騒音の増大等の影響を受けにくく、大容量の平滑コンデンサを整流回路２に使用したモータ駆動装置と同等の振動・騒音で有りながら小型・低コストの圧縮機駆動システムを提供することができる。

また、上述のモータ駆動装置を冷蔵庫に適用することで、回生による装置の故障を回避でき、これに起因する庫内の不冷、および食品の腐敗等の無駄を省くことができ、さらに、回路の小型化により同一外観でも庫内の食品収納部容積を大きくすることができ、庫内容積効率の高い冷蔵庫が提供できる。

以上のように本発明のモータ駆動装置は、モータ起動時に１８０度通電での強制同期駆動とセンサレス駆動を選択する手段を備えたことで大きなリプルを含む電圧をインバータに入力した場合でも、ブラシレスモータの起動時における過電流を抑制し、装置の故障を防止でき、しかも小型化、低コスト化が図れ、且つ高い信頼性を確保できる。したがって、ＡＶ機器（特に小型機器）等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機器あるいは回路を非常に小型化したい機器等の用途に広く適用できる。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図 本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の圧縮機断面図 本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のモータ動作およびモータの相電流におけるタイミングチャート 本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態１におけるＰＷＭ信号動作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２相変調方式でのＰＷＭ信号出力の全パターンおよびその時の直流電流Ｉｎから得られる相電流情報をあらわす図 本発明の実施の形態１における強制同期駆動時の２相変調方式での一つの相印加電圧をあらわす図 本発明の実施の形態１におけるセンサレス駆動時の２相変調方式での一つの相印加電圧をあらわす図 従来技術を示すモータ駆動装置のブロック図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流回路
３ 整流ダイオード
５ インバータ
６ ブラシレスモータ
１３ 冷蔵庫
１５ 冷媒
１７ 回転子
２５ 電流検出回路
２９ インバータ制御部
３０ ＰＷＭ生成部
３１ センサレス駆動部
３２ 強制同期駆動部
３３ 選択手段

Claims (9)

1. 交流電源を入力として全波整流する整流回路と、脈動の大きい前記整流回路の出力電圧を入力とするインバータと、前記インバータにより駆動されるブラシレスモータと、前記インバータに接続された瞬時電流を検出する１つの電流検出手段と、前記電流検出手段によりＰＷＭ信号の１キャリア周期中に少なくとも２回の瞬時電流を検出し前記ブラシレスモータを１８０度通電で駆動させるセンサレス駆動手段と、予め設定しておいた回転数やトルクなどに基づき１８０度通電で駆動させる強制同期駆動手段と、前記センサレス駆動手段と前記強制同期駆動手段のいずれか１つの駆動方式を選択する選択手段と、前記センサレス駆動手段と前記強制同期駆動手段と前記選択手段を有するインバータ制御部とを備え、前記ブラシレスモータを起動する場合には前記選択手段により前記強制同期駆動手段を選択することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記選択手段により前記強制同期駆動手段を選択した場合、ＰＷＭ信号出力時のスイッチングにより発生するノイズの影響で前記電流検出手段が瞬時電流を誤検出することを避けるために設けられた第一ＰＷＭ信号ＯＮ区間を適用させないことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記選択手段により前記強制同期駆動手段を選択した場合、前記電流検出手段がＰＷＭ信号のキャリア周期内に検出させるために設けられた第二ＰＷＭ信号ＯＮ区間を適用させないことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
4. 前記選択手段により前記強制同期駆動手段を選択した場合、前記電流検出手段がキャリア周期内に少なくとも２回検出したそれぞれの瞬時電流の値を前記インバータ制御部が処理する時間を確保するために設けられた第三ＰＷＭ信号ＯＮ区間を適用させないことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
5. 前記選択手段により前記強制同期駆動手段を選択した場合、前記第一ＰＷＭ信号ＯＮ区間、前記第二ＰＷＭ信号ＯＮ区間、第三ＰＷＭ信号ＯＮ区間のいずれか２つ、または全てのＰＷＭ信号ＯＮ区間を適用させないことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
6. 前記ブラシレスモータの回転子の永久磁石に、希土類系磁石を使用した請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記ブラシレスモータを、冷凍空調システムを構成する圧縮機の駆動用とし、前記圧縮機を、レシプロ型の構成とした請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記冷凍空調システムの冷媒にＲ６００ａを用いた請求項７に記載のモータ駆動装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載したモータ駆動装置を具備した貯蔵装置。

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