JP2008099483A - モータ駆動装置およびこれを具備する冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ入力電源回路を構成する整流回路を、大幅に小型化し、低コスト化したモータ駆動装置の信頼性を高める。
【解決手段】交流電源１を入力とする整流回路２と、脈動の大きい整流回路２の出力電圧を入力とするインバータ５と、インバータ５により駆動されるブラシレスモータ６と、インバータ５を制御するインバータ制御部２１２と、インバータ５の入力電圧を監視する入力電圧監視手段２６を有し、入力電圧監視手段２６でインバータ５の入力電圧を監視することにより、交流電源１の電圧状態を間接的に監視し、インバータ５への入力電圧が所定の電圧より低くなったとき、インバータ５の出力を停止し、ブラシレスモータ６の駆動を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシ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及びその駆動装置を具備する冷蔵庫に関するものである。

従来、この種のモータ駆動装置は、交流電圧が瞬時的に低電圧となった場合を高速で検出し、モータを停止する保護回路を設け、インバータを駆動するインバータ制御部の電圧不足によるインバータの破壊を防ぐように構成している（例えば、特許文献１参照）。

図６は、上記特許文献１に記載されている従来のモータ駆動装置を示すものである。以下の説明において、図６に示した従来のモータ制御装置を、第１の従来技術とし、説明する。

図６において、制御装置は、交流電源１０１と、交流電源１０１に接続し交流を直流に変換する整流部１０２と、整流部１０２の出力電圧を安定した直流電圧に平滑する平滑コンデンサ１０３と、平滑コンデンサ１０３の出力を入力として直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１０４と、インバータ回路１０４により駆動されるモータ１０５と、インバータ回路１０４を制御する制御回路１０６を備えた構成である。

そして、制御回路１０６は、整流部１０２の直流電力を制御用の低電圧に変換する電源回路１０７と、インバータ回路１０４を制御してモータ１０５の回転を制御する回転制御回路１０８と、インバータ回路１０４の入力電圧を検出する電圧検知手段１０９と、電圧検知手段１０９の出力によって電圧低下異常を検出する電圧低下検知手段１１０と、電圧低下検知手段１１０の出力信号により、インバータ回路１０４の出力を停止する出力禁止手段１１１を具備した構成である。

電圧低下検知手段１１０は、電圧検知手段１０９により検出した電圧低下の変化率が所定値以上になると出力禁止手段１１１に信号を出力し、インバータ回路１０４の出力を停止させるように構成することで、インバータ回路１０４の入力電圧の瞬時電圧低下を高速に検知し、パワースイッチング半導体の駆動を停止して電圧低下によるインバータ回路１０４の破壊を防止している。

一方、モータ駆動装置の小型・低コスト化を図るために、交流電源を整流した電圧をインバータに入力し、脈動の大きな入力電圧においても、ブラシレスモータへの電圧印加を停止することなく安定してブラシレスモータを駆動出来るモータ駆動装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図７は、上記特許文献２に示される内容のブロック図で、以下、図７に基づき第２の従来技術を説明する。

図７において、交流電源２０１は、整流ダイオード２０３により脈動を持った直流電力に変換され、インバータ２０６に入力される。インバータ２０６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２０７に所望の電圧を印加する。

インバータ制御部２１２は、ｄｑ変換部２１３、ｄ軸ＰＩ制御器２１４、ｑ軸ＰＩ制御器２１５、ＰＷＭ生成部２１６を有している。

また、ｄ軸ＰＩ制御器２１４およびｑ軸ＰＩ制御器２１５は、外部からの回転数指令やトルク指令等に基づき算出されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を入力とし、ブラシレスモータ２０７の３相電流をｄｑ変換部２１３により変換したｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑの誤差をＰＩ変換して得たｄ軸およびｑ軸指令電圧Ｖｄ、Ｖｑを出力する。

そして、ＰＷＭ生成部２１６では、インバータ２０６への入力電圧Ｖｐｎを入力するとともに、指令電圧Ｖｄ、Ｖｑに基づき、前記インバータを駆動するＰＷＭ信号を生成し、前記インバータに出力する。

かかる制御において、インバータ２０６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２０７への印加電圧の電圧位相を保持して、インバータ２０６を制御する。

これにより、インバータ２０６の直流側電圧が低いときでも、ブラシレスモータ２０７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、大きく脈動した電圧がインバータ２０６に入力された場合でも、安定した駆動を実現することで、モータ駆動装置の小型化を図っている。
特開２０００−３５８３７７号公報 特開２００５−２０９８６号公報

しかしながら、上記第１の従来技術は、交流電源１０１を整流し、さらにコンデンサ１０３で平滑した安定した直流電圧をインバータ１０４に入力し、モータ１０５を駆動する場合に有効な技術であるが、第２の従来技術に示すように、交流電源２０１を整流した脈動を含む電圧を、インバータ２０６に入力し、モータ２０７を駆動するモータ駆動装置では、常に電圧低下を検出してしまうため、モータ２０７を駆動することができないという課題を有していた。

また上記第２の従来技術では、交流電源２０１の低下を検出することができず、ブラシレスモータ２０７が、所定のトルクおよび所定の回転数で回転している状態において、交流電源２０１の電圧が低下した時、トルクおよび回転数を保持するためにモータ電流が増大する。かかることより、上記第２の従来技術においては、電流増大によるインバータ２０６の発熱や、ブラシレスモータ２０７における回転子の永久磁石の減磁等に対応する信頼性の確保が課題であった。

さらに、交流電源２０１電圧低下により、モータが脱調停止した時、交流電源の正常復帰の検出ができず、再起動のタイミングが確定できないという課題を有していた。

本発明の目的は、上記従来の課題を解決するものであり、大きく脈動する整流回路の出力電圧をインバータに入力してモータを駆動するモータ駆動装置において、交流電圧の低下が発生した場合、安全にモータを停止し、再度交流電源が正常な電圧に戻ったときに再度モータを駆動するようにし、第２の従来技術に示すモータ駆動装置の信頼性および実用性をより高めるものである。

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、交流電源を入力とする整流回路の出力である大きな脈動を含む電圧をインバータに入力して、ブラシレスモータを安定して駆動させるインバータ制御部と、前記インバータの入力電圧を監視する入力電圧監視手段を有し、前記入力電圧監視手段により前記インバータへの入力電圧が所定電圧以下であることを検出したとき、前記インバータの出力を停止することで、前記ブラシレスモータを停止するようにしたものである。

これにより、脈動の大きい電圧を入力としたモータ駆動装置であっても、インバータ入力電圧から交流電源が低下したことを間接的に検出することができ、交流電源低下時にブラシレスモータを速やかに停止することができる。

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た場合でも、安定したブラシレスモータの駆動を実現することで、小型・低コスト化を可能とすると共に、信頼性の高いモータ駆動装置が提供できる。

また本発明のモータ駆動装置を具備した冷蔵庫においては、前記モータ駆動装置を、冷凍システムを構成する圧縮機の駆動装置とすることができ、モータ駆動装置の小型化に伴い、食品貯蔵室の容積を大きくすることが可能となる。さらに前記モータ駆動装置の信頼性向上にともない、圧縮機停止による冷蔵庫内温度上昇に起因した収納食品の腐敗といった無駄を省くことができる。

請求項１に記載の発明は、交流電源を入力とする整流回路と、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、前記インバータに入力される電圧を監視する入力電圧監視手段を具備し、前記入力電圧監視手段により、前記インバータへ入力される電圧が、所定電圧以下で所定時間以上継続することを検出した時に、前記ブラシレスモータの運転を停止するものである。

かかる構成とすることにより、交流電源の電圧の低下を、インバータの入力電圧の状態から間接的に検出でき、しかも、前記整流回路の出力電圧の低下が、脈動等による一過性のものかインバータにとって危険な状態であるかが判定でき、所定時間継続する場合は、前記インバータの出力を速やかに停止するので、前記インバータおよび前記ブラシレスモータの保護がはかれ、モータ駆動装置の信頼性が向上できるものである。

請求項２に記載の発明は、前記インバータへの入力電圧の低下を検出し、前記ブラシレスモータの運転を停止した状態において、前記所定時間が経過し、前記インバータの入力電圧が、再起動可能電圧となったときに、前記ブラシレスモータを運転可能な状態とするものである。

かかる構成とすることにより、交流電源電圧が前記ブラシレスモータ再起動可能電圧に復旧したことを、間接的に検出することができ、その結果、ブラシレスモータの運転を速やかに再開することができ、小型・低コストを実現しつつ、装置の実用化を向上している。

請求項３に記載の発明は、電源周波数を検出する電源周波数検出手段を有し、前記インバータへの入力電圧状態を検出する時間を、前記電源周波数により決定するものである。

かかる構成とすることにより、交流電源電圧状態の検出において、電源周波数の相違による影響を受けることがなく、時間計測が正確であり、交流電源異常時のモータ停止および電源回復時の再起動を速やかに行うことができるので、より実用性・信頼性の高いモータ駆動装置を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、前記電源周波数を、前記インバータの入力電圧から検出するもので、かかることにより、新たに電源周波数検出回路を付加する必要が無く、モータ駆動装置の小型化、低コスト化を実現することができる。

請求項５に記載の発明は、前記ブラシレスモータを、冷凍システムを構成する圧縮機の駆動用としたものである。

かかることにより、前記整流回路のコンデンサが小容量とした場合であっても、インバータの入力電圧の変動、あるいは入力電圧の脈動変動に伴う前記ブラシレスモータの回転斑に対しての影響を受け難くすることができる。

請求項６に記載の発明は、前記圧縮機を、レシプロ構成を具備する構成としたもので、かかることにより、慣性モーメントの大きいレシプロ構成であっても、前記交流電源電圧の低下に伴うブラシレスモータの停止と、交流電源電圧復帰時の再起動を高い確実性で行うことができ、また、インバータ入力電圧の変動等に起因して前記ブラシレスモータに回転斑が生じている状態であっても、その回転斑に起因する振動や騒音の圧縮機外部への伝播を抑制し、騒音および振動の増大を抑えることができるものである。

請求項７に記載の発明は、前記冷凍システムの冷媒を、Ｒ６００ａとしたものである。

したがって、冷凍能力の関係からＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒と比較して圧縮機のピストンを大型化する必要があるが、これに起因してモータの慣性モーメントが増大し、前記インバータ入力電圧の変動による前記ブラスレスモータの回転斑が生じても、これによる振動増大や騒音増大等の影響を受けることがほとんど無い。

その結果、大容量の平滑コンデンサを整流回路に使用したモータ駆動装置と遜色の無い振動・騒音レベルでありながら小型・低コストの冷凍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、前記所定時間を、前記圧縮機の運転が停止した時点から圧縮機の吸入側と吐出側の圧力差が所定範囲となる時間としたものである。

かかることにより、これにより冷凍サイクルの圧縮機が停止した直後は再起動を行わず、圧縮機の吸入側と吐出側の圧力が平衡する等、圧力差が所定範囲にある状態で再起動を行うため、再起動時における大電流の印加が防止でき、過電流によるインバータの故障や永久磁石の減磁等の弊害発生が回避でき、信頼性の高い冷却サイクルを提供することができる。

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したモータ駆動装置を具備する冷蔵庫としたものである。

これにより、交流電源電圧の低下とそれに伴うインバータ入力電圧低下によるインバータの故障が回避でき、インバータ故障に伴う庫内温度上昇による食品の腐敗等を回避し、冷蔵庫の信頼性を高めることができる。

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、上記従来技術と同一の構成要素については、同一の符号を付し、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、日本国内では周知の如く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、４個のダイオード３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ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コンデンサ４に入力する。

なお本実施の形態１において、コンデンサ４は、静電容量１μＦの積層セラミックコンデンサを採用している。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、この平滑用コンデンサには、主に大容量（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、装置そのものは大型となるものであったが、積層セラミックコンデンサの採用により、非常に小型の駆動装置が実現できることになる。

さらに、前述の如く平滑用に電解コンデンサを用いた場合は、使用周囲温度の影響や経年劣化等に起因した容量抜け等による寿命を考慮する必要があるが、本実施の形態１では、電解コンデンサを使用しないことで、装置の信頼性を向上することができる。

また、従来このコンデンサにおける静電容量の決定は、一般的にインバータ５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等を考慮して行われていた。

かかることから、一般的には２〜４μＦ／Ｗ程度の容量を確保することが慣例となっており、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、コンデンサ４に０．２μＦ／Ｗ以下の静電容量を持つコンデンサを使用している。すなわち２００Ｗの出力容量の場合は、４０μＦ以下のコンデンサを使用することになる。

インバータ５は、６個のスイッチング素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆと逆向きに接続されたダイオード５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌをセットにした回路を、６回路３相ブリッジ接続している。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でもバイポーラトランジスタでも構わない。

ブラシレスモータ６は、インバータ５の３相出力により駆動される。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。また回転子は、希土類系の永久磁石を採用しており、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。また永久磁石は、フェライト系磁石でも構わない。

尚、永久磁石に希土類系磁石を用いた場合は、マグネット使用重量をフェライト系磁石と同重量使用した場合、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のモータ性能とする場合は、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。

モータ６は、後述する圧縮機９を構成しており、該圧縮機９を構成する圧縮要素７の駆動源である。

圧縮要素７は、ブラシレスモータ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。このブラシレスモータ６と圧縮要素７を、同一の密閉容器に収納し、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では放熱を行い、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（図示せず）を付加し、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、冷凍空調システムを利用して冷蔵庫の庫内１３を蒸発器１２により冷却する構成としている。

また、電源周波数検出手段２５は、整流回路２の出力電圧、すなわちインバータ５の入力電圧から交流電源１の電源周波数を検出するものである。前記交流電源周波数の検出方法としては、例えば、インバータ５の入力電圧が最小または最大となる間隔（周期）から検出する方法や、所定の電圧より高いあるいは低い期間が継続する時間から検出する方法等、さまざまな方法が考えられるが、いずれの方法でも特に構わない。

尚、本実施の形態１では、電源周期を、インバータ５の入力電圧から検出しているが、交流電源１のゼロクロス検出回路等を付加して直接交流電源１から検出する方法としても構わない。本実施の形態１においては、ＰＷＭ生成部を、インバータ入力電圧を取り込む構成としているため、前記インバータ入力電圧から交流電源１の電源周期を求めることについては、新たな回路等を付加することなく、プログラムソフトウェアの演算処理で容易に求めることができる。したがってインバータ入力電圧から交流電源周期を検出している本実施の形態１では、モータ駆動装置の小型・低コスト化を図ることができる。

入力電圧監視手段２６は、インバータ５の入力電圧を監視するものである。

駆動回転数決定手段２７は、ブラシレスモータ６を実際に駆動する回転数を決定するものであり、入力電圧監視手段２６により判定したインバータ入力電圧状態（すなわち交流電源１の電圧状態）が正常な状態では、回転数設定手段２８により設定された回転数信号を受けて、ブラシレスモータ６を設定された回転数で駆動するようにインバータ制御部２１２へ指示する。

また、インバータ５の入力電圧（すなわち交流電源１の電圧状態）が異常と判定した場合は、駆動回転数決定手段２７がブラシレスモータ６を停止するようにインバータ制御部２１２へ指示し、その結果、インバータ５の出力を停止し、ブラシレスモータ６を停止するとともに、タイマ２９のカウントを開始する。

尚、回転数設定手段２８は、冷蔵庫の場合であれば、庫内温度の制御において、外気温度等の負荷状態によって圧縮機９の回転速度を決定するものである。またタイマ２９は、前記インバータ入力（交流電源）電圧が異常となり、ブラシレスモータ６を停止した際、カウントを開始するタイマであり、このタイマ２９がカウントを開始したとき、所定の時間が経過するまでは、インバータ入力（交流電源）電圧が正常な状態に復帰した場合でも、駆動回転数決定手段２７は、回転数設定手段２８が指示する回転数が何れであろうと、ブラシレスモータ６を停止するようにインバータ制御部２１２へ指示し、この信号を受けてインバータ制御部２１２は、ブラシレスモータ６の停止状態を維持する。

尚、インバータ制御部２１２は、ｄｑ変換部２１３、ｄ軸ＰＩ制御器２１４、ｑ軸ＰＩ制御器２１５、ＰＷＭ生成部２１６を有し、大きな脈動を含む電圧をインバータ５に入力しても、ブラシレスモータ６の安定した駆動を実現するものであり、第２の従来技術と全く同じ構成、同じ動作であることから、詳細な説明は省略する。

次に、前記ブラシレスモータを具備した圧縮機９の構成について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態１における圧縮機の断面図を示している。

図２において、圧縮機９を構成する密封容器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、また固定子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前述の圧縮要素７が、スプリング等により弾性的に支持されており、この構成によってブラシレスモータ６の回転による振動が圧縮機外部に伝播され難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外部に漏れにくくなっている。

尚本実施の形態１では、ＨＦＣ系冷媒のＲ１３４ａと比較して冷凍能力の低いＨＣ系冷媒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、ピストンが大型化する。したがって、かかる場合は、モータイナーシャが増大するため、図１に示す整流回路２の平滑コンデンサ４を非常に小さい容量とし、インバータ入力電圧に大きな脈動を含んだ場合であっても、振動および騒音の影響がさらに受けにくくなり、安定した直流電圧をインバータに入力したモータ駆動装置と比較して、振動および騒音は遜色の無いレベルを実現している。

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

まず、図３を参照しながら入力電圧監視手段２６の動作について説明する。図３は、本実施の形態１における入力電圧監視手段によるインバータ入力電圧状態の判定動作フローチャートである。

本実施の形態１では、まず、モータ駆動装置に電源が投入されたときのみ、ｓｔｅｐ００１において周波数検出手段２５により検出した交流電源の電源周波数により、電源異常を判定する判定時間Ｔ１および電源正常復帰を判定するための判定時間Ｔ２を設定するようにしている。無論、毎回電源周波数の確認と、判定時間Ｔ１およびＴ２を設定しても問題ない。

以降、ｓｔｅｐ００２において入力電圧を取り込み、ｓｔｅｐ００３で現在の電源状態を判断する。

ｓｔｅｐ００３で電源状態が正常と判断した場合は、ｓｔｅｐ００４に進み検出電圧が異常判定電圧レベルＶ１（以下、停止電圧と称す）より高いか低いかを判断し、検出電圧がＶ１以上の場合はｓｔｅｐ００５で交流電源が正常状態であると判定し、ｓｔｅｐ００２に戻る。

またｓｔｅｐ００４で検出した電圧が停止電圧Ｖ１より低い場合は、ｓｔｅｐ００６に進み、停止電圧Ｖ１より低い状態が判定時間Ｔ１以上継続したかどうかを確認し、判定時間Ｔ１未満であればｓｔｅｐ００２に戻り、判定時間Ｔ１以上継続している場合は、ｓｔｅｐ００７で交流異常状態にあると判断し、ｓｔｅｐ００２に戻る。

さらに、ｓｔｅｐ００３で現在の電源状態が異常と判断している場合は、ｓｔｅｐ００８で検出電圧が正常復帰判定電圧レベルＶ２（以下、復帰電圧と称す）より高いか低いかを判断し、検出電圧が復帰電圧Ｖ２より低い場合は、ｓｔｅｐ００９で電源電圧異常状態が継続していると判定し、ｓｔｅｐ００２にもどる。

また、ｓｔｅｐ００８で前記検出電圧が復帰電圧Ｖ２より高いと判断した場合は、ｓｔｅｐ０１０に進み、復帰電圧Ｖ２より高い状態が判定時間Ｔ２以上継続したかどうかを確認し、判定時間Ｔ２以上継続した場合は、ｓｔｅｐ０１１に進み、交流電源電圧が正常復帰したと認識し、ｓｔｅｐ００２にもどり、また、ｓｔｅｐ０１０で経過時間が判定時間Ｔ２未満の場合はｓｔｅｐ００２に戻る。

このようにして、入力電圧監視手段２６は、電源周波数検出手段２５により検出した電源周波数によって電源電圧状態を判定する時間（Ｔ１およびＴ２）を設定したうえで、インバータ入力電圧状態を監視する。これにより、インバータ入力電圧の状態から交流電源１の状態を間接的に確実に監視することができる。

次に、モータ駆動装置の動作について説明する。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であり、図５は本実施の形態１におけるモータ駆動装置の動作タイミングチャートである。

本発明の実施の形態１において、平滑コンデンサ４の静電容量は１μＦと非常に小容量に設定しているため、交流電源１の電圧が安定した通常状態では、図５のＡ点までの区間に示すように、インバータ入力電圧が交流電源の全波整流波形に近い波形となっている。

Ａ点までの区間において、インバータ入力電圧は、交流電圧の位相タイミングにより、所定の電圧レベルより高くなる区間および低くなる区間が存在するように値を設定する。本実施の形態１においては、前記所定の電圧レベルを停止電圧Ｖ１とし、説明の便宜上、停止電圧Ｖ１＝復帰電圧Ｖ２と設定し、停止電圧Ｖ１＝復帰電圧Ｖ２＝７０Ｖとしている。

そして、交流電源１が、電圧低下もなく正常状態にある場合において、タイマＬ（図示せず）により、前記インバータ入力電圧が停止電圧Ｖ１以下にある区間をカウントし、そのカウントが、判定時間Ｔ１以上となった場合、交流電源１の異常と判断し、また、交流電源が正常な状態では、判定時間Ｔ１に到達するまでにクリアされる。

一方、同様に交流電源１が、電圧低下もなく正常状態にある場合において、タイマＨ（図示せず）により、インバータ入力電圧が復帰電圧Ｖ２（本実施の形態１では復帰電圧Ｖ２＝停止電圧Ｖ１＝７０Ｖ）より高い区間をカウントし、そのカウントが、判定時間Ｔ２以上まで上昇した場合、交流電源１は正常状態にあると判定している。

このときの動作を図４のフローチャートで説明する。

ｓｔｅｐ１０１で回転数設定手段２８において設定された指令回転数を取得し、ｓｔｅｐ１０２でインバータ入力電圧（交流電源１の電圧）状態の判断結果を確認する。

図５のＡ点までは交流電源状態は正常であるため、ｓｔｅｐ１０３で入力電圧は正常と判断し、ｓｔｅｐ１０４に進む。

ｓｔｅｐ１０４ではタイマ２９が動作しているかどうかを確認する。タイマ２９は、インバータ５の入力電圧異常を検出し、ブラシレスモータ６を停止したときに動作を開始するものであるため、このときのタイマ２９は停止している。

しがたがって、ｓｔｅｐ１０５に進み、タイマ２９を停止および０にクリアし、ｓｔｅｐ１０６に進む。

ｓｔｅｐ１０６において、駆動回転数決定手段２７は、回転数設定手段２８により設定されたブラシレスモータ６の指示回転数を、実際に駆動する回転数として決定し、ｓｔｅｐ１０７でインバータ制御部２１２に駆動回転数を引き渡す。

上記一連の処理により、ブラシレスモータ６は、インバータ５によって駆動され、以降この動作を繰り返す。

次に、図５のＡ点からＤ点で示すように、Ａ点のタイミングで交流電源１の電圧が突然低下した時について説明する。

かかる状態においては、インバータ入力電圧が停止電圧Ｖ１より低下するため、タイマＬがカウントを開始し、Ｂ点においてカウント値がＴ１に達する。

このとき、インバータ入力電圧が所定の電圧（停止電圧Ｖ１）以下の状態で継続していることから、図４においては、ｓｔｅｐ１０３でインバータ入力電圧（交流電源１）の電圧状態が異常であると判断して、ｓｔｅｐ１０８でタイマ２９のカウントを開始し、ｓｔｅｐ１０９でブラシレスモータ６の駆動回転数を０回転（停止）と決定し、ｓｔｅｐ１０７でインバータ制御部２１２にブラシレスモータ６を停止するように指示する。

その結果、インバータ制御部２１２は、インバータ出力が停止する信号を出力し、ブラシモータ６を停止する。

以降インバータ入力電圧（交流電圧）が正常と判断される時点（図５のＣ点）まで、本動作を繰り返す。

ここで、本実施の形態１において、ブラシレスモータ６は、冷蔵庫の圧縮機を駆動するものであるため、ブラシレスモータ６が停止した直後では、圧縮機９の吸入圧力と吐出圧力との圧力差が発生している。

この様に、圧縮機９の吸入側と吐出側の圧力差が大きい状態で、ブラシレスモータ６の起動を試みた場合、ブラシレスモータ６への負荷が大きく、モータ巻線に大電流が発生する可能性がある。この大電流は、インバータ５のスイッチング素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆの破壊や、モータ回転子１７の永久磁石の減磁等、モータ駆動装置の故障の原因となる。

したがって、本実施の形態１では、装置の信頼性を向上するため、交流電源異常（即ちインバータ入力電圧低下時）で、ブラシレスモータ６を停止したとき、たとえ交流電源１の電圧が正常な状態に復旧した場合（図５におけるＤ点以降の状態）であっても、所定の時間が経過するまで、ブラシレスモータの再起動を行わないようにしている。

即ち、図４におけるｓｔｅｐ１０３でインバータ入力電圧が正常状態に戻ったと判断したとき、ｓｔｅｐ１０４に進み、タイマの動作状態を確認する。

この時、ブラシレスモータ６は、交流電源１の電圧低下、即ちインバータ入力電圧低下により停止された状態にあるので、タイマ２９は動作中であり、ｓｔｅｐ１１０に進む。

ｓｔｅｐ１１０ではブラシレスモータ６の停止から時間Ｔｓが経過したかを確認する。このとき経過時間がＴｓより短い場合（図５におけるＣ点からＥ点間）は、圧縮機９の吸入側と吐出側に圧力差を有している可能性があるため、ｓｔｅｐ１１１に進み、ブラシレスモータ６の停止継続を決定し、ｓｔｅｐ１０７でブラシレスモータ６を継続停止状態とする。

さらに、ｓｔｅｐ１１０でブラシレスモータ６が停止してから、時間Ｔｓ以上経過した場合（図５におけるＥ点以降）は、交流電源１の電圧が回復し、圧縮機９の吸入側と吐出側の圧力差が小さくなったタイミングであり、ｓｔｅｐ１１２でタイマ２９のカウントを停止し、０にクリアした後、ｓｔｅｐ１１３でブラシレスモータ６の駆動回転数を回転数設定手段２８で指示された値に決定し、ｓｔｅｐ１０７でブラシレスモータ６を前述の如く決定された回転数で駆動する。

なお、前述の圧縮機停止から再起動までの遅延時間Ｔｓは、冷凍サイクルの吸入側と吐出側の圧力が平衡するまでの時間であり、冷凍システムにより任意に設定するものである。例えば、家庭用冷蔵庫、ルームエアコン等であれば通常３分程度であるが、これに限るものではない。

このように交流電源１の電圧が低下したことを、インバータ５の入力電圧で間接的に検出してブラシレスモータ６を停止し、交流電源１が正常な状態に復帰した場合でも、一定時間経過するまでは、ブラシレスモータ６の起動を遅延することで、ブラシレスモータ６の永久磁石の減磁回避や、インバータ５の過電流による機能停止を回避し、モータ駆動装置の信頼性を向上することができる。

以上の様に、本実施の形態１においては、インバータ入力電圧を監視することで、交流電源１の電圧状態を間接的に監視し、交流電源１の低下時は、ブラシレスモータ６を停止させ、交流電源１の電圧復旧時は、ブラシレスモータ６を再起動できるようにし、モータ駆動装置の小型化・低コスト化を図るとともに、モータ駆動装置の信頼性および実用性を向上することができるものである。

さらに、インバータ５への入力電圧状態を検出する時間を、電源周波数検出手段２５による検出周波数によって決定するため、交流電源１の状態判断を、交流電源周波数の相違による影響を受けずに確実に検出することができ、その結果、交流電源１の異常時のモータ停止、および電源回復時の復帰を確実に行うことができるので、より実用性・信頼性の高いモータ駆動装置を提供することができる。

また、交流電源１の電源周波数の検出を、インバータ５の入力電圧から検出することで、新たに電源周波数検出回路を付加する必要が無く、モータ駆動装置の小型化、低コスト化を実現することができる。

さらに、モータ駆動装置によって冷凍サイクルの圧縮機を駆動する構成としているため、インバータ５の入力電圧が大きく変動する場合、あるいは大きな脈動を含む電圧の場合であっても、冷凍サイクルに与える影響は少なく、したがって、冷凍サイクルは、本モータ駆動装置における最適な用途の一つである。

また、本モータ駆動装置により冷凍システムの圧縮機を駆動する場合、交流電源１の電圧の低下を検出してブラシレスモータ６を停止した後、一定時間経過後までブラシレスモータ６の駆動を遅延するため、前述の停止とする一定時間の長さを、冷凍システムの吸入側と吐出側圧力が平衡する時間を考慮して設定することにより、冷凍サイクルの圧力が平衡してからブラシレスモータ６を再起動することができ、その結果、ブラシレスモータ６に流れる過電流を防止し、永久磁石の減磁やインバータ５の過電流による機能停止、あるいは素子の破壊等を回避し、信頼性を向上することができる。

また、冷凍サイクルの圧縮機９が、レシプロ構成の場合は、脈動が伴う入力電圧によって回転斑が発生しても、それに起因する騒音や振動の影響を受け難く、振動および騒音の増大が抑制できる。

さらに、冷凍サイクルの冷媒にＲ１３４ａと比較して冷凍能力の低いＲ６００ａを使用すれば、圧縮機ピストンの大型化により、慣性モーメントが増大するものの、Ｒ１３４ａ冷媒を使用した冷凍サイクルの圧縮機と比較して、遜色の無い振動・騒音レベルを確保することができ、また、装置の小型・低コスト化を図ることができるものである。

また、本モータ駆動装置を冷蔵庫に採用した場合、交流電源１の電圧低下とそれに伴うインバータ５の入力電圧低下によるインバータ５の故障が回避でき、インバータ５の故障による庫内温度上昇、およびこれに起因する庫内食品の腐敗等が回避できることに加えて、モータ駆動装置の小型化を活かして食品貯蔵容量を大きくすることができるとともに、低コストで構成できる冷凍サイクルの提供も可能となる。

以上のように、本発明のモータ駆動装置は、平滑コンデンサを大幅に小容量化したにもかかわらず、交流電源電圧の低下を検出することでインバータ入力電圧の低下を検出し、これにより、交流電源の電圧低下に伴うインバータ回路の機能停止あるいは破壊を回避することができ、しかも小型、低コスト化が図れ、且つ高い信頼性を確保することができるもので、ＡＶ機器（特に小型機器）等の如く、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や回路を非常に小型化したい場合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 同実施の形態１における圧縮機の断面図 同実施の形態１における入力電圧監視手段によるインバータ入力電圧状態の判定動作フローチャート 同実施の形態１におけるモータ駆動装置の動作フローチャート 同実施の形態１におけるモータ駆動装置の動作タイミングチャート 第１の従来技術におけるモータ駆動装置のブロック図 第２の従来技術における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
５ インバータ
６ ブラシレスモータ
９ 圧縮機
１５ 冷媒
２５ 電源周波数検出手段
２６ 入力電圧監視手段
２７ 駆動回転数決定手段
２１２ インバータ制御部

Claims (9)

1. 交流電源を入力とする整流回路と、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、前記インバータに入力される電圧を監視する入力電圧監視手段を具備し、前記入力電圧監視手段により、前記インバータへ入力される電圧が、所定電圧以下で所定時間以上継続することを検出した時に、前記ブラシレスモータの運転を停止するモータ駆動装置。
2. 前記インバータへの入力電圧の低下を検出し、前記ブラシレスモータの運転を停止した状態において、前記所定時間が経過し、前記インバータの入力電圧が、再起動可能電圧となったときに、前記ブラシレスモータを運転可能な状態とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 電源周波数を検出する電源周波数検出手段を有し、前記インバータへの入力電圧状態を検出する時間を、前記電源周波数により決定する請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記電源周波数を、前記インバータの入力電圧から検出する請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記ブラシレスモータを、冷凍システムを構成する圧縮機の駆動用とした請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
6. 前記圧縮機を、レシプロ構成を具備する構成としたである請求項５に記載のモータ駆動装置。
7. 前記冷凍システムの冷媒を、Ｒ６００ａとした請求項５または請求項６に記載のモータ駆動装置。
8. 前記所定時間を、前記圧縮機の運転が停止した時点から圧縮機の吸入側と吐出側の圧力差が所定範囲となる時間とした請求項５から請求項７のいずれか一項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する冷蔵庫。

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