JP2008099484A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流を直流に変換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に接続された整流回路２の出力を入力とする第２整流部２６と第２平滑部２７の直列回路を第２整流回路２５とし、この第２整流回路２５を、インバータ５と並列に接続し、さらに第２平滑部２７の電圧を検出する電圧検出手段２８を設け、第２平滑部２７の電圧が、所定の電圧より低くなったとき、ブラシレスモータ６を停止することで、交流電源１が瞬時的に低下した場合も、インバータ制御部２１２の電圧が低下するまでに、インバータ５の出力を確実に停止する。
【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制御するモータ駆動装置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様に構成している（例えば、特許文献１参照）。

図５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５に示した従来のモータ制御装置を第１の従来技術とする。

図５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回路１０２と、整流回路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と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６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６について第２の従来技術として説明する。

図６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、インバータ２０６への入力電圧と、ブラシレスモータ２０７に流れるモータ電流と、ブラシレスモータ２０７に流れるべき値を示すモータ電流指令値が入力され、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するようにし、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を駆動する場合は有効な技術ではあるが、第２の従来技術に示す様に交流電源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を駆動することが出来ないと言う課題を有していた。

また第２の従来技術では、交流電源２０１が瞬時的に低電圧となった場合、インバータ２０６を制御する電源電圧が不足し、インバータ制御部２１２の動作が停止してしまい、インバータ入力が不定状態に陥り、最悪の場合インバータが機能しなくなる可能性を有していた。

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、交流電圧の瞬時低下が発生した場合でも、モータ駆動装置の機能停止を防ぐものであり、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、第２整流部と第２平滑部を直列接続した回路であり、前記インバータと並列に接続した第２整流回路と、前記第２平滑部の電圧を検出する電圧検出手段と、ブラシレスモータの運転回転数を決定する駆動回転数決定手段を有し、前記電圧検出手段で検出した前記第２平滑部の電圧が、所定の電圧より低くなったとき、前記ブラシレスモータを停止するものである。

したがって、交流電源が瞬時的に低下した場合も、インバータ制御部の電圧が低下するまでに、インバータの出力を確実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、第２平滑部と並列に負荷回路を接続することで、確実に電源電圧の低下およびインバータ入力の低下を検出することができる。

また前記負荷回路として、インバータ制御部を駆動するための電源回路を接続することで、さらに小型・低コスト化が図れると共に、消費電力の増大を抑えることができる。

また前記第２平滑部電圧の低下から交流電源の低下、即ちインバータ入力の低下を検出してブラシレスモータを停止した状態から、前記第２平滑部電圧がブラシレスモータを停止したときの電圧Ｖ１より所定値（微増値ΔＶに限らない）上昇したとき、前記ブラシレスモータの運転を再開することで、交流電源電圧すなわち、インバータ入力電圧が正常状態に復旧したとき、ブラシレスモータの運転を確実に再開することができる。

また前記第２平滑部の電圧が所定電圧Ｖ１まで低下し、ブラシレスモータの駆動を一旦停止したとき、前記第２平滑部の電圧が前記所定電圧Ｖ１より所定値（ΔＶ）高い電圧まで上昇した場合でも、一定時間が経過するまで、ブラシレスモータの駆動を再開しない様にすることで、より信頼性の高いモータ駆動装置を提供することができる。

またモータ駆動装置を、冷凍空調システムを構成する圧縮機の駆動用とすることにより、特に前記圧縮機が慣性モーメントの大きいレシプロ型構成である場合、レシプロ型圧縮機を用いた冷凍サイクルを、高い信頼性を確保しつつ小型・低価格で提供することができる。

さらに、レシプロ型圧縮機の冷凍サイクルの冷媒としてＲ６００ａを用いた場合、高い信頼性を得ることができる。

また冷凍システムが冷蔵庫に適用される場合、インバータの故障による庫内温度の上昇に起因する庫内食品の腐敗等を回避することができる。

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、前記第２平滑部の電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータにより前記ブラシレスモータの運転回転数を決定する駆動回転数決定手段を具備したモータ駆動装置に、前記インバータと並列に接続された第２整流回路を設け、前記第２整流回路を、整流回路の出力を入力とする第２整流部と第２平滑部を具備した直列回路とし、さらに前記電圧検出手段により検出した前記第２平滑部の電圧が、所定の電圧以下となったとき、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、安定したブラシレスモータの駆動を実現すると共に、交流電源の電圧の低下とそれに伴うインバータ入力電圧が低下したとき、前記インバータの出力を停止するので、小型・低コストで信頼性の高いモータ駆動装置を提供することができる。しかも、その電圧を、比較的外乱要因の影響を受け難い前記第２平滑部の電圧としているため、電圧低下の検出に信頼性があり、確実性が向上するものである。

請求項２に記載の発明は、前記第２平滑部と並列に負荷回路を設け、前記負荷回路の入力を、前記第２平滑部の出力としたものである。

かかる構成とすることにより、第２平滑部のエネルギを前記負荷回路の入力として消費できるので、交流電源が低下した時、前記第２平滑部の両端電圧も低下することになり、電源電圧の低下検出の確実性が増し、交流電源電圧の低下とそれによるインバータ入力電圧の低下時、確実にインバータ出力を停止できるので、さらに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３に記載の発明は、前記負荷回路を、前記インバータ制御部の電源回路としたものである。

かかる構成とすることにより、前記前記第２平滑部（平滑コンデンサ）に蓄積されたエネルギを消費する負荷回路を別途設ける必要が無く、小型・低コスト化が図れると共に、別途設けた負荷回路による電力消費が無く、消費電力の増大を抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、前記第２平滑部の電圧が所定の電圧Ｖ１より低い常態にあってモータを停止している状態から、所定の電圧より高い電圧にまで上昇したとき、前記ブラシレスモータを再起動するものである。

かかる構成とすることにより、前記交流電源電圧が正常状態に復旧したとき、ブラシレスモータの運転を高い確実性で再開することができる。

請求項５に記載の発明は、前記電圧検出手段により検出した第２平滑部の電圧が所定の電圧以下となって前記ブラシレスモータを停止した時点からの時間を計るタイマを設け、前記第２平滑部の電圧が所定の電圧より高い電圧値まで上昇した場合において、前記タイマにより計測した所定の時間が経過するまで、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、回生による第２平滑部の電圧上昇を検出して、交流電源電圧が低い（即ちインバータ入力が低い）にも関わらず誤ってモータを再起動することが抑制され、その結果、誤動作起動に伴うインバータの機能停止が回避でき、より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６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、前記圧縮機を、レシプロ機構を具備する構成としたものである。

かかる構成とすることにより、特に前記圧縮機が慣性モーメントの大きいレシプロ構成である場合、モータ停止時の回生による平滑コンデンサの電圧上昇が大きいものとなるが、かかる場合であっても交流電源の電圧低下時（インバータ入力低下時）のブラシレスモータ停止と、交流電源電圧復旧時（インバータ電圧復旧時）の圧縮機再起動を高い確実性で行うことができ、レシプロ型圧縮機を用いた冷凍サイクルを高い信頼性を確保しつつ、小型・低価格で提供することができる。

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、一般にＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒と比較して冷凍能力の低いＲ６００ａを用いた場合は、所定の冷凍能力を確保するためには、圧縮機のピストンを大型化する必要があると知られており、これは、慣性モーメントがさらに大きくなるものである。

そのため、モータ停止時の回生による平滑コンデンサの電圧上昇がさらに大きくなるが、前述の如く交流電源の電圧低下時のブラシレスモータ停止と、交流電源電圧復旧時の圧縮機再起動を確実に行えることで、冷凍サイクルを小型・低コスト、高信頼性で提供することができる。

請求項８に記載の発明は、前記冷凍システムによる冷却作用にて貯蔵庫の貯蔵室内を冷却するようにしたもので、かかる如く冷凍サイクルを冷蔵庫等の貯蔵庫に適用した場合、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、インバータ故障による庫内温度上昇に起因した貯蔵物の腐敗等を回避することができる。

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、従来例で説明した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。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２は、モータ駆動装置によって駆動される圧縮機の断面図である。

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、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、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には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ＤＣモータ（以下、モータと称す）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希土類系磁石でも構わない。

尚、前記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ことができる。

モータ６は、後述する圧縮機９を構成しており、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、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。このモータ６と圧縮要素７とを周知の如く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、第２整流回路２５は、ダイオードを具備した第２整流部２６とコンデンサを具備した第２平滑部２７の直列回路によって構成され、整流回路２の出力側においてインバータ５と並列に接続している。

電圧検出手段２８は、第２平滑部２７の電圧を検出するものであり、その検出した電圧を駆動回転数決定手段２９に入力する。

駆動回転数決定手段２９は、モータ６の駆動回転数を決定するものであり、通常時は、回転数設定手段３０により設定された回転数を受けて、モータ６が回転数設定手段３０で設定された回転数で駆動するようにインバータ制御部へ指示する。駆動回転数決定手段２９には、駆動回転数決定手段２９の動作によって制御されるタイマ３１が接続されており、前述の通常時においては、タイマ３１のタイマカウント機能は停止状態にある。

タイマ３１は、電圧検出手段２８により検出した第２平滑部２７の電圧が所定の電圧Ｖ１より低い場合、駆動回転数決定手段２９の信号を受けてカウントを開始するものである。

そして、タイマ３１のカウント動作と並行して駆動回転数決定手段２９は、モータ６を停止する信号（駆動回転数０回転信号）をインバータ制御部２１２へ出力する。

その結果、インバータ制御部２１２は、インバータ５にモータ６を停止する信号を送り、モータ６を停止する。

このようにタイマ３１は、第２平滑部２７の電圧低下を電圧検出手段２８によって検出し、駆動回転数決定手段２９によってモータ６を停止したときに動作を始め、所定の時間を計測する。そして、第２平滑部２７の電圧が通常状態に復旧した場合であっても、駆動回転数決定手段２９は、タイマ３１による所定時間が経過するまでモータ６を停止状態とする。

負荷回路３２は、第２整流回路２５を構成する第２平滑部２７の両端に接続されている。本実施の形態１において、負荷回路３２は、インバータ制御部２１２と、インバータ制御部２１２に電源を供給する電源回路３３によって構成されている。

このように、第２整流回路２５に負荷回路３２を接続することにより、交流電源１の電圧が低下したとき、負荷回路３２は、第２平滑部２７に蓄積されたエネルギを消費するため、第２平滑部２７の両端電圧は低下することになる。

ここで、負荷回路３２が第２整流回路２５に接続されていない場合は、交流電源１の電圧が低下したとき、第２平滑部２７に蓄積されたエネルギの放出は、自然放電のみとなり、その結果、第２平滑部２７の電圧低下は非常に緩やかになり、交流電源１の電圧低下時の検出レスポンスが遅れることになる。

したがって、第２平滑部２７に負荷回路３２を接続することで、交流電源１の電圧低下時においては、第２平滑部２７に蓄積されたエネルギの消費が促進され、交流電源１の電圧低下をレスポンスよく検出することが可能となる。

また本発明の実施の形態１では、インバータ制御部２１２とそれに電源を供給する電源回路が第２平滑部２７の負荷であるため、前述のレスポンスを向上させるための負荷回路等を別途接続する必要が無く、モータ駆動装置の小型・低コスト化を図ると共に、別途接続する負荷回路による消費電力の増大を回避することができる。

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、モータ６の安定した駆動を実現するものであり、かかる内容については、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、モータ６を具備した圧縮機９について説明する。図２は、本実施の形態１における圧縮機の断面図である。

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、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の平滑用のコンデンサ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る。

以上の構成において、図１、図３および図４を用いてモータ駆動装置の動作を説明する。

図３は、本発明の実施の形態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４は、同実施の形態１における第２平滑部の電圧推移を示すグラフである。

図１、図３および図４において、交流電源１の電圧が安定した通常時は、図４のＡ点までの区間に示すように、第２平滑部２７の電圧も安定した電位Ｖ０（本実施の形態１では約ＤＣ１４０Ｖ）を保っている。このとき、図３において、ｓｔｅｐ１０１で回転数設定手段３０によって設定されたブラシレスモータ回転数指示を取得する。

次にｓｔｅｐ１０２において第２平滑部２７の電圧を電圧検出手段２８で検出し、ｓｔｅｐ１０３で検出した電圧が所定の電圧Ｖ１より高いか低いかを判断する。

このとき、交流電源１の電圧は、前述の如く安定した正常なレベルにあり、その結果、検出電圧はＶ１より高く、ｓｔｅｐ１０４に進む。

ｓｔｅｐ１０４では、タイマ３１が動作しているかどうかを確認する。このタイマ３１は、前述の如く交流電圧１の電圧レベルが低下したことを検出し、これによってブラシレスモータ６を停止したときに動作を行うため、タイマ３１は停止中である。したがって、ｓｔｅｐ１０５に進みタイマ３１を停止および０にクリアし、ｓｔｅｐ１０６に進む。

ステップ１０６において、駆動回転数決定手段２９は、回転数設定手段３０により設定されたモータ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し、インバータ５によってモータ６を駆動し、以降、交流電源１の電圧が安定している状態ではこの動作を繰り返す。

次に、交流電源１の電圧が安定しており、ブラシレスモータ６が駆動している状態において、図４におけるＡ点のタイミングで交流電源１の電圧が突然低下し、Ｂ点に至る動作について説明する。

交流電源１の電圧低下に伴い、第２平滑部２７の電圧が低下し、図３のｓｔｅｐ１０３において電圧検出手段２８で検出した電圧が所定値Ｖ１より低くなると（図３におけるＢ点に到達すると）、ｓｔｅｐ１０８でタイマ３１の動作を開始し、ｓｔｅｐ１０９で駆動回転数決定手段２９がモータ６の駆動回転数を０回転（即ち停止）と決定する。

その結果、ｓｔｅｐ１０７で、駆動回転数決定手段２９がインバータ制御部２１２にモータ６の停止を指示し、これを受けてインバータ制御部２１２は、インバータ５の出力が停止する信号を出力し、モータ６が停止する。

以降、電圧検出手段２８での検出電圧が所定値Ｖ１に上昇するまでこの動作を繰り返す。

なお、所定値Ｖ１は、電源回路３３が正常動作するための最低電圧（例えばＤＣ５０Ｖ）より高い値（例えばＤＣ８０Ｖ）に設定しているため、第２平滑回路２７の電圧が所定値Ｖ１まで低下する間は電源回路３３が動作しており、その結果、交流電源１の瞬時的な電圧降下時、あるいは長時間の停電が発生した場合であっても、第２平滑回路２７の電圧が所定値Ｖ１まで低下する間はインバータ制御部２１２に電源が供給されるため、インバータ制御部２１２は、その時間内でインバータ５の出力を遮断することができる。

ここで、モータ６が停止すると、回生エネルギが発生する。第１の従来技術のように、整流回路１０２の平滑コンデンサ容量が十分大きい構成であると、ブラシレスモータが停止したときの回生エネルギを、平滑コンデンサで吸収することができるため、インバータの母線（入力）電圧変動は殆どない。

しかし第２の従来技術のように、整流回路のコンデンサが無い場合や、静電容量が非常に小さい構成の場合では、モータ停止にともなう回生エネルギで母線電圧が上昇する。

本実施の形態１では、整流回路２のコンデンサ４に非常に小容量のものを使用しているため、前述の如く回生エネルギの影響を受ける条件にあるが、インバータ５と並列に第２整流回路２５が接続されているため、回生エネルギは、第２整流部２６を介して第２平滑部２７で吸収される。その結果、母線電圧の上昇は殆どないものの、第２平滑部２７の電圧は上昇する（図４のＢ点からＣ点までの区間）。

しかし、第２平滑部２７に蓄えられたエネルギは、前述の如く負荷回路３２により消費される構成であるため、交流電源１の電圧が上昇するまで第２平滑部２７の電圧は再度低下する（図４のＣ点からＥ点までの区間）。

したがって、ブラシレスモータ６の停止直後においては、第２平滑部２７の電圧レベルだけで駆動再開の可否を判断すると、交流電源１およびインバータ入力電圧の状態を誤認識し、交流電源１の電圧が低い状態（即ちインバータ入力電圧が低い状態）で再起動を試みる可能性がある。

かかることから、本発明の実施の形態１では、モータ６の再起動の可否を、前述の如く第２平滑部２７の電圧検出と、タイマ３１によるモータ６の停止からの経過時間で判断することで、駆動再開タイミングを図っている。

即ち、図３のｓｔｅｐ１０３で第２平滑部２７の電圧と所定値Ｖ１とを比較し、第２平滑部２７の電圧が所定値Ｖ１より高くなった時は、ｓｔｅｐ１０４に進み、タイマ３１の動作状態を確認する。このとき、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３１は動作中であり、ｓｔｅｐ１１０に進む。

ｓｔｅｐ１１０では、検出電圧が第２平滑部２７の電圧が所定電圧（所定値Ｖ１＋微増値ΔＶ）まで上昇したかどうかを判断し、所定電圧（Ｖ１＋ΔＶ）より低いときは、駆動回転数設定手段２９がｓｔｅｐ１１１でモータ６の停止を決定し、ｓｔｅｐ１０７に進む。

またｓｔｅｐ１１０で電圧検出手段２８によって検出した電圧が所定電圧（Ｖ１＋ΔＶ）より高くなったときは、ｓｔｅｐ１１２で前記モータの停止から所定時間Ｔが経過したかを確認する。このとき、経過時間が所定時間Ｔより短い場合は、第２平滑部２７の電圧上昇が、回生エネルギによる上昇である可能性が高いため、ｓｔｅｐ１１３に進み、モータ６の停止を決定し、ｓｔｅｐ１０７でモータ６を停止状態とする。

さらに、ｓｔｅｐ１１２でブラシレスモータ６が停止してから所定時間Ｔ以上経過した以降（図４のＤ点以降）において、交流電源１の電圧が回復し、第２平滑部２７の電圧が所定電圧に上昇した場合（図４のＦ点）、図３のｓｔｅｐ１４でタイマ３１の動作を停止およびクリアした後、ブラシレスモータ６を駆動する回転数を、回転数設定手段３０で指示された値に決定し、ｓｔｅｐ１０７で決定された回転数によりブラシレスモータ６を駆動する。

このように、本実施の形態１においては、交流電源１の電圧が異常に低下あるいは停止した場合、ブラシレスモータ６を停止し、そして、モータ６の再起動時に、第２平滑部２７の電圧上昇が回生エネルギによるものであるか、交流電源１の電圧が回復した場合であるかを判断することにより、不安定な再起動を行わないようにしている。

上述の如く、モータ６がレシプロ型の圧縮機９のようにイナーシャの大きい負荷を駆動するもので、さらに冷凍システムの冷媒にＨＦＣ系冷媒より冷凍能力が低いＲ６００ａを採用した場合であれば、圧縮機９のイナーシャがさらに大きくなり、モータ停止時の回生エネルギがより大きくなり、交流電源１の電圧（即ちインバータ入力電圧）の状態誤認識による誤った再起動を行う可能性がより高くなる。

しかしながら、かかる場合においても、本実施の形態１の如く、モータ６の停止後から一定期間ブラシレスモータ６の駆動を停止する制御を行うことは、冷凍システムの信頼性確保に非常に有効な方法である。

さらに圧縮機９を冷凍サイクルに採用した場合、圧縮機９の停止直後は吐出側と吸入側とで大きな圧力差が生じており、一旦圧縮機９を停止した後において、所定の時間が経過しない状態で交流電源１の電圧が正常な状態に復帰したこと等により、圧縮機９の再起動を試みると、モータ６にかかる負荷が非常に大きく、モータ６に過電流が発生してしまい、ブラシレスモータの永久磁石の減磁による故障や、インバータ５の機能停止（破壊等）も危惧される。

したがって、図３のｓｔｅｐ１１２のタイマ３１による所定時間（ブラシレスモータ停止から起動再開までの時間）を、圧縮機９の吸入側と吐出側の圧力がバランスするまでの十分な時間（例えば３分）とすることにより、ブラシレスモータ６の減磁回避や、インバータ５の機能停止（過電流破壊等）を回避することも可能となり、冷凍システムの信頼性を向上することもできる。

以上の様に本実施の形態１は、第２整流部２６と第２平滑部２７を直列に接続した第２整流回路２５を、インバータ５と並列に接続した簡単な構成でインバータ入力電圧の低下が検出でき、しかも、インバータ５の出力を速やかに停止できるので、小型・低コストで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、第２平滑部２７と並列に負荷回路３２を接続することで、第２平滑部２７のエネルギを消費でき、その結果、交流電源１の電圧が低下した時（インバータ入力電圧低下時）、第２平滑部２７の両端電圧も低下することになり、速やかに交流電源１の電圧低下を検出することができる。

さらに、負荷回路３２を、インバータ制御部２１２に供給する電源回路３３とすることで、第２平滑部２７に蓄積されたエネルギを消費する負荷回路を別途設ける必要が無く、小型・低コスト化が図れ、また別途設けた負荷回路による電力消費が無く、消費電力の増大を抑えることができる。

また第２平滑部２７の電圧が、所定の電圧Ｖ１より低く、ブラシレスモータ６の駆動を停止している状態から、所定の電圧Ｖ１よりΔＶ高い電圧まで上昇したときを監視し、ブラシレスモータ６の運転を再開することで、交流電源１の電圧が正常状態に復旧（インバータ入力電圧が正常な状態に復旧）したとき、ブラシレスモータ６の運転を速やかに再開することが出来る。

さらに、モータ６の再起動開始を、タイマ３１によって規制しているため、単なる電圧復帰検出と比較して、回生による電圧上昇等で直ちに再起動を行う誤判断が防止でき、誤ってブラシレスモータ６を再起動することに伴うインバータ５の機能停止が回避でき、より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、ブラシレスモータ６を、冷凍サイクルの圧縮機駆動用とすることにより、圧縮機が、慣性モーメントが大きく、回生による平滑コンデンサの電圧上昇が大きいレシプロ構成の圧縮機であっても、交流電源電圧復旧時の圧縮機再起動を速やかに行うことができ、レシプロ型圧縮機を用いた冷凍サイクルの信頼性を高めることができる。

また冷凍システムの冷媒にＲ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒と比較して冷凍能力の低いＲ６００ａを用いているため、所定の冷凍能力を確保するために、圧縮機９のピストンを大型化した場合、慣性モーメントの増大に伴うモータ停止時の回生エネルギがさらに大きくなるが、交流電源１の電圧低下時におけるブラシレスモータ６の停止と、交流電源１の電圧復旧時における圧縮機再起動を速やかに行うことができ、冷凍サイクルを、小型・低コスト、高信頼性で提供することができる。

さらに、本実施の形態１では、冷蔵庫に適用した場合交流電源電圧の低下によるインバータの故障が回避でき、インバータ５の故障による庫内温度上昇に起因した庫内食品の腐敗等を回避することができる。

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電圧低下に伴うインバータ回路の機能停止を回避することから、小型、低コスト化が図れ、また、高い信頼性が確保できることから、ＡＶ機器（特に小型機器）等のように、モータが非常に小さくてセンサを付帯させ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における第２平滑部の電圧推移を示すグラフ 第１の従来技術を示すモータ駆動装置のブロック図 第２の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
５ インバータ
６ モータ（ブラシレスＤＣモータ）
９ 圧縮機
１５ 冷媒
２５ 第２整流回路
２６ 第２整流部
２７ 第２平滑部
２８ 電圧検出手段
２９ 駆動回転数決定手段
３２ 負荷回路
３３ 電源回路
２１２ インバータ制御部

Claims (8)

1. 交流電源を入力とする整流回路と、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、前記第２平滑部の電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータにより前記ブラシレスモータの運転回転数を決定する駆動回転数決定手段を具備したモータ駆動装置に、前記インバータと並列に接続された第２整流回路を設け、前記第２整流回路を、整流回路の出力を入力とする第２整流部と第２平滑部を具備した直列回路とし、さらに前記電圧検出手段により検出した前記第２平滑部の電圧が、所定の電圧以下となったとき、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. 前記第２平滑部と並列に負荷回路を設け、前記負荷回路の入力を、前記第２平滑部の出力とした請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記負荷回路を、前記インバータ制御部の電源回路とした請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記第２平滑部の電圧が、所定の電圧より低い状態にあってモータを停止している状態から、所定の電圧より高い電圧にまで上昇したとき、前記ブラシレスモータを再起動する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記電圧検出手段により検出した第２平滑部の電圧が所定の電圧以下となって前記ブラシレスモータを停止した時点からの時間を計るタイマを設け、前記第２平滑部の電圧が所定の電圧より高い電圧値まで上昇した場合において、前記タイマにより計測した所定の時間が経過するまで、前記ブラシレスモータの運転を停止する請求項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、前記圧縮機を、レシプロ機構を具備する構成とした請求項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. 前記冷凍システムの冷媒を、Ｒ６００ａとした請求項６に記載のモータ駆動装置。
8. 前記冷凍システムによる冷却作用にて貯蔵庫の貯蔵室内を冷却するようにした請求項６または請求項７に記載のモータ駆動装置。

Images