JP2008118759A - 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】ブラシレスモータをインバータ駆動するモータ駆動装置の小型化および低コスト化をはかり、さらに高信頼性を実現するものである。
【解決手段】交流電源１を入力とする整流平滑回路２と、脈動の大きい整流平滑回路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と並列に接続され、第２整流部２６と第２平滑部２７の直列回路からなる第２整流平滑回路２５と、第２平滑部２７の電圧を検出する電圧検出手段２８と、ブラシレスモータ６の運転回転数を決定する駆動回転数決定手段３１とを有し、ブラシレスモータ６からの回生エネルギにより、第２平滑部２７の電圧が所定のレベルまで上昇したときに、ブラシレスモータ６の回転速度を制限し、回生による装置への影響を緩和する。
【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およびそのモータ駆動装置を用いた冷蔵庫に関するものである。

図５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。以下の説明において、図５に示したモータ駆動装置を第１の従来技術とする。

図５において、第１の従来技術は、交流電源１０１と、インダクタ１０２、整流ダイオード１０３、平滑用コンデンサ１０４より構成された整流回路１０５と、インバータ１０６、ブラシレスモータ１０７、位置センサ１０８、駆動回路１０９および制御回路１１０により構成されている。

インバータ１０６に直流電力を入力するために、交流電源１０１からの交流電圧を、整流ダイオード１０３と平滑用コンデンサ１０４を使用して直流電圧に変換した場合、交流電源１０１からの電流は、平滑用コンデンサ１０４の電圧が入力交流電圧よりも小さい時にのみ流れる。このため、交流電源１０１からの電流は、高調波成分を伴う電流となる。

したがって、第１の従来技術においては、高調波成分を小さくして力率を改善するために、インダクタ１０２を交流電源１０１と整流ダイオード１０３との間に設けている。

このように、第１の従来技術では、整流回路１０５に整流ダイオード１０３のほかにインダクタ１０２と平滑用コンデンサ１０４が用いられている。また、ブラシレスモータ１０７をインバータ駆動する場合には、ロータの回転角度情報が必要である。このため、第１の従来技術においては、位置センサ１０８を使用して回転角度を検出していた（例えば、特許文献１参照）。

上記第１の従来技術において使用される整流回路１０５のインダクタ１０２や平滑用コンデンサ１０４は、インダクタンスあるいは静電容量の大きな大型の部品であることが多いため、従来のモータ駆動装置は、大型で高価格のものが多かった。

一方、モータ駆動装置の分野においては、装置の小型化や低コスト化の観点から、インダクタンスの小さいインダクタあるいは静電容量の小さなコンデンサといった、小型の部品を使用するか、あるいは、これらの部品を使用しない整流回路が望まれていた。

そこで、第２の従来技術として図６に示すような、インダクタおよび平滑用コンデンサを使用しないモータ駆動装置が提案されている。なお、第１の従来技術と同じ構成要件については同一の符号を用いて説明する。

第２の従来技術においては、平滑用コンデンサを用いていないため、インバータ１０６への入力は一定の電圧を保った直流電圧ではなく、脈動を持った電圧波形となる。このような脈動を持った電圧がインバータ１０６に入力されると、インバータ１０６への入力電圧が低いとき、ブラシレスモータ１０７に印加したい所望の電圧がインバータ１０６において形成できない場合があった。

第２の従来技術において、そのような所望の電圧が得られない場合には、ブラシレスモータ１０７に印加する電圧の位相を進ませるように構成されている。

このようにブラシレスモータ１０７に対する印加電圧の位相を進ませることによって、いわゆる弱め界磁状態にすることができるため、ブラシレスモータ１０７に必要な印加電圧を小さくすることが可能となる。したがって、第２の従来技術は、インバータ１０６への入力電圧が低いときでもブラシレスモータ１０７を駆動し続けることが可能な技術である。

しかし、第２の従来技術は、インバータ１０６への入力電圧があらかじめ決められた値以下となった場合には、インバータ１０６のスイッチング動作を停止する構成であった。これは、弱め界磁状態でのモータ駆動にも限界があるためである。

このように第２の従来技術は、インバータ１０６への入力電圧があらかじめ決められた電圧値以下となった場合には、ブラシレスモータ１０７へ電圧を印加しないよう構成した技術であった（例えば、特許文献２参照）。

また、モータ駆動装置においては、一般に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。

そこで、第３の従来技術としてモータ電流を検出してブラシレスモータのロータ位置を推定する方法が提案されている。第３の従来技術は、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とから、電圧方程式に基づいて導出される位相を推定する計算式を用いて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として、第４の従来技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

図７は、第４の従来技術を示すブロック図である。

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。さらに回生による装置の破壊を回避するために、整流ダイオード２０３とインバータ２０６の間に小容量のコンデンサ２１１を挿入している。

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る。

その結果、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２０６への印加電圧の電圧位相を保持して、前記インバータを制御することにより、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２０７に入力された場合でも安定した駆動を実現することができ、モータ駆動装置の小型化を図っている。
特開平９−７４７９０号公報（第１図） 特開平１０−１５０７９５号公報（第３−５頁、第１図） 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、第１の従来技術は、位置センサ１０８を使用してブラシレスモータ１０７のロータ位置を検出し、インダクタ１０２や平滑用コンデンサ１０４を使用してインバータ１０６への入力電圧を直流電圧とするものである。

したがって、インダクタ１０２や平滑用コンデンサ１０４は、インダクタンスあるいは静電容量の大きな大型部品であるため、これらの部品を用いたモータ駆動装置を小型化することは困難であった。

また、第２の従来技術は、位置センサ１０８を使用してブラシレスモータ１０７のロータ位置を検出するモータ駆動装置であり、インダクタや平滑用コンデンサ等の大型部品を使用しない構成である。

したがって、第２の従来技術は、小型化や低コスト化の観点からは有効な技術であるが、圧縮機の様に密封された高温の冷媒雰囲気にさらされたモータに、位置センサを配置することは構造上およびセンサの信頼性を考慮すると実用化は困難であった。

したがって、インダクタや平滑用コンデンサを使用しない構成の第２の従来技術と、位置センサレスでモータを駆動するよう構成した第３の従来技術とを組み合わせて、小型化と低コスト化を図った位置センサレスのモータ駆動装置を構築しようとした場合には、次のような問題がある。

すなわち、このような構成のモータ駆動装置は、ブラシレスモータへの電圧印加を停止する期間においてはロータ位置を推定することができないため、位置センサレスでブラシレスモータを駆動することはできなかった。

換言すると、単なる第２の従来技術と第３の従来技術との組み合わせでは、インバータへの入力電圧が脈動するモータ駆動装置を位置センサレスで構築することは量産化を考慮した場合、不可能に近い構成となるものであった。

また、第４の従来技術では、これらの課題を解決し、インバータ入力電圧に大きな脈動があっても安定した駆動を実現し、装置の小型・低コスト化を可能にしている。また整流ダイオード２０３とインバータ２０６の間に静電容量の小さいコンデンサ２１１を挿入することで、モータ停止時の回生による装置の破壊を防止している。

しかしながら本構成では、回生エネルギによる装置の故障を回避するために、回生エネルギを確実に吸収できる静電容量のコンデンサを選択する必要があり、最高回転数および誘起電圧定数が高いモータほどコンデンサの静電容量を大きくする必要がある。したがって、汎用性が低く、実施範囲も限られるものであった。さらにコンデンサの大容量化による充電電流の増加で交流電源の電流に高調波成分が増加し、高調波抑制用インダクタンスが必要となる等、モータ駆動装置の大型化とコストアップが伴う要因が残るものであった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、回生エネルギを吸収するコンデンサ容量小さくすることで、第４の従来技術のモータ駆動装置をより小型化、より低コスト化し、さらに信頼性を高め、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平滑回路の出力である大きい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と、前記ブラシレスモータの回生エネルギを吸収する第２平滑部の電圧を検出する電圧検出手段を有し、前記電圧検出部で検出した前記第２平滑部の電圧が所定の電圧値より高い時に、前記ブラシレスモータの回転速度を低下するようにしたものである。

これにより、回生エネルギによるインバータ入力電圧を抑制した上で、第２平滑部の電圧上昇も抑制し、回生エネルギによる第２平滑部の故障を防止することができる。

本発明のモータ駆動装置は、脈動を含む整流平滑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、信頼性および実用性の高いモータ駆動装置を提供することができる。

また本モータ駆動装置を用い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に用い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が原因となる収納食品の腐敗といった無駄を省くことができ、信頼性を高めることができるものである。

請求項１に記載の発明は、交流電源を入力とする整流平滑回路と、前記整流平滑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、前記インバータと並列に接続され、前記整流平滑回路の出力を入力とする第２整流部と第２平滑部を直列に接続した第２整流平滑回路と、前記第２平滑部の電圧を検出する電圧検出手段と、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、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、第１の所定電圧より高い場合に、前記ブラシレスモータの回転速度を制限するようにしたものである。

かかる構成とすることにより、前記電圧検出手段により検出した前記第２平滑部の電圧が第１の所定電圧の値より大きい場合に、前記ブラシレスモータの回転速度を低下することで、前記ブラシレスモータの回生電圧を前記第２平滑部で吸収することができ、さらに前記第２平滑部の電圧上昇を抑制することができるため、装置の小型化、低コスト化とともに信頼性を向上することができる。

請求項２に記載の発明は、前記ブラシレスモータに流れる電流が所定の電流値より低いときに、前記ブラシレスモータの回転速度の制限を解除する電流監視手段を設けたものである。

かかる構成とすることにより、前記ブラシレスモータに流れる電流が所定の電流値より低いときに、ブラシレスモータの加速を可能とする、即ち回転速度制限を解除することで、前記ブラシレスモータの回転数制限状態からの復帰タイミングが計れ、ブラシレスモータの回転数抑制による性能低下期間を最小限に抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、前記電流監視手段による制限解除を、前記ブラシレスモータの回転毎における任意の電流値と制限解除電流値を比較して、前記ブラシレスモータの加速の可否を判断するようにしたものである。

かかる構成とすることにより、速度制限解除のタイミングを的確に判断することができるため、何れの速度でも回転数抑制による性能低下期間を最小限に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、前記第１の所定電圧より高く設定した第２の所定電圧以上に到達した場合に、前記ブラシレスモータの駆動を停止するものである。

かかることにより、第２平滑部の電圧上昇による装置の故障を防止することができるため、装置の信頼性と安全性を確保することができる。

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、前記整流平滑回路のコンデンサが小容量であるが故に、前記インバータの入力電圧が、大きな脈動を含む状態、あるいは大きく変動することに起因して、前記ブラシレスモータの回転に斑がある場合でも、冷凍システムへの影響は少なく、冷凍サイクルの小型・低価格化を実現し、信頼性の向上もはかることができる。

請求項６に記載の発明は、前記圧縮機を、レシプロ型としたものである。

かかることにより、前記整流平滑回路のコンデンサが小容量であるが故に、前記インバータの入力電圧が、大きな脈動を含む状態、あるいは大きく変動することに起因して、前記圧縮機の回転に斑がある場合でも、前記回転斑による振動や騒音が圧縮機外部に漏れにくく、騒音および振動の増大を抑えることができる。その結果、小型・低価格でありながら信頼性の高い冷凍サイクルを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としたものである。

かかることにより、Ｒ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒を用いる場合と比較して冷凍能力を低くすることができる。

しかも、ＨＣ系冷媒のＲ６００ａを用いたこの場合、所定の冷凍能力を確保するために、圧縮機のピストンを大型化し、モータの慣性モーメントがさらに大きくなり易い構成であるが、上述の如く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による振動増大や騒音増大等の影響を受け難いため、大容量の平滑コンデンサを整流平滑回路に使用したモータ駆動装置と遜色のない振動・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、より信頼性を向上して提供することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を冷蔵庫に用いたものである。

これにより、前記ブラシレスモータの回生による装置の故障を回避でき、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が回避でき、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。ここで、従来例で説明した同一の構成要件については、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を冷蔵庫に用いた場合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、整流平滑回路２に接続している。

整流平滑回路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部３と、静電容量の小さいコンデンサ４で構成され、整流部３で全波整流した電圧をコンデンサ４に入力する。ここで、本実施の形態１においては、コンデンサ４に、静電容量１μＦのセラミックコンデンサを用いた場合として説明する。

近年、積層セラミックコンデンサは、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が、従来は、このコンデンサに、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。そのため、従来は、回路の大型化が余儀なくされていたが、前述のチップ化により、非常に小型の駆動装置が実現できることになる。さらに電解コンデンサを用いた場合、設計に使用周囲温度や経年劣化等に起因する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、設計の容易化と、装置の信頼性を向上することができる。

また、このコンデンサの容量決定に際しては、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）あるいは、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からコンデンサの静電容量を決定する。

これらの条件を加味して、一般的には２〜４μＦ／Ｗ程度の容量が確保される。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、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する。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。

また、インバータ５は、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相ブリッジ接続した構成となっている。なお本実施の形態１では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。さらに、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、永久磁石に希土類系磁石を用い、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ことで、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ことができる。

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。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８に収納することにより、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の吸込みに戻るように冷凍空調システムを構成することにより、凝縮器１０では放熱を、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、庫内１３を蒸発器１２により冷却する冷蔵庫に用いた場合として説明する。

さらに、第２整流平滑回路２５は、第２整流部（ダイオード）２６と第２平滑部（コンデンサ）２７の直列回路によって構成され、整流平滑回路２の出力側でインバータ５と並列となるように接続している。

電圧検出手段２８は、第２平滑部２７の両端の電圧を検出し、動作するものである。

電流監視手段２９は、ブラシレスモータ６に流れる電流を検出するものである。前記電流の検出は、ブラシレスモータ６の相電流から検出する構成の他に、インバータ５の下側スイッチング素子に流れる各相の電流から検出する構成、あるいはインバータ５の母線電流から検出する構成等、電流検出部位は何れでも構わない。またシャント抵抗の電圧から電流を検出する方法や電流センサ等による検出等、何れの検出方法でも構わない。

回転数設定手段３０は、ブラシレスモータ６の回転数を設定するものであり、本実施の形態１に示すモータ駆動装置が、冷蔵庫の圧縮機を駆動する場合は、冷蔵庫の庫内温度の状態等により任意に設定される。

駆動回転数決定手段３１は、電圧検出手段２８による第２平滑部２７の電圧検出結果と電流監視手段２９によるモータ電流検出結果、および回転数設定手段３０によるブラシレスモータ６の設定回転数から、実際にブラシレスモータ６を駆動する回転数を決定するものである。

次に、圧縮機９について説明する。図２は、本実施の形態１における冷蔵庫に搭載した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、また固定子１６と回転子１７からなるモータ（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いる。前記弾性的な支持構成により、モータ６の回転による圧縮要素７等の振動が圧縮機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を軸支し、さらに圧縮室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特有の構造から、脈動による振動および振動に伴う騒音が圧縮機９の外部へ一層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。そのため、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が大型化している。このピストン２３の大型化に伴い、モータイナーシャが増大するため、整流平滑回路の平滑コンデンサを非常に小さい容量としても、インバータ入力電圧に大きな脈動を含んだ電圧が印加された場合であっても、振動および騒音の影響が受け難く、さらに整流平滑回路の平滑コンデンサを非常に小さい容量としても、前記モータイナーシャの増大により、前記インバータ入力電圧に脈動が伴う電圧が印加される場合であっても前述の如く振動あるいは騒音の影響を受け難い構成とすることができる。

次に、駆動回転数決定手段３１によるブラシレスモータ６の駆動回転数の決定方法について説明する。

図３は、本実施の形態１におけるブラシレスモータの駆動回転数決定を示すフローチャートである。以降、図１および図３を用いて説明する。

図３において、まずｓｔｅｐ１０１で回転数設定手段３０における設定回転数を取得し、ｓｔｅｐ１０２で電圧検出手段２８により検出した第２平滑部の電圧を取得する。この取得順は、逆であってもよい。

次に、ｓｔｅｐ１０３において、前記検出した第２平滑部２７の電圧と所定の電圧Ｖ２との大小関係を比較し、第２平滑部２７の電圧が前記所定の電圧Ｖ２より高い場合は、ｓｔｅｐ１０４へ移行してブラシレスモータ６の駆動を停止する。

ここで、第２平滑部２７の電圧は、交流電源電圧が１００Ｖの場合、約１４０Ｖの電圧となるが、モータの回生が発生した場合１４０Ｖより高い電圧となる場合がある。したがって、第２平滑部２７は、ブラシレスモータ６の回生エネルギによって使用している部品の耐圧を超えてしまう可能性がある。

本実施の形態１では、前述の如く電圧検出手段２８により、第２平滑部２７の電圧が、使用している部品の耐圧を超えないように常に（断続も含む）第２平滑部２７の電圧を監視し、使用部品の耐圧（例えば２５０Ｖ）より低く設定した所定の電圧Ｖ２（例えば２４０Ｖ）以上になったときにブラシレスモータ６を停止することで、モータ駆動装置の信頼性を確保している。

また本実施の形態１におけるブラシレスモータ６は、圧縮機９を駆動するもので、この圧縮機９がレシプロ構成では、モータ１回転あたりのトルク変動が通常時でも大きく、さらに圧縮機９を冷蔵庫の冷凍サイクルに搭載した場合は、その冷蔵庫の設置環境温度および庫内温度が高いこと等に起因して吐出圧力および吸入圧力が高い状態となると、１回転あたりのトルク変動がさらに大きくなる。

かかる状況において、特にインバータ制御部２１２の制御周期が長い場合、ブラシレスモータ６の実際の位相とインバータ制御部２１２で計算し、認識する位相とにズレが発生し易くなる。その結果、ブラシレスモータ６が発電機として動作する場合があり、この発電区間が発生すると、回生としてインバータ入力電圧、即ち交流電源１の整流平滑電圧より高い電圧が現れる。

このとき、第２平滑部２７が電圧上昇し、その電圧が所定の電圧Ｖ２以上に上昇した場合は、ブラシレスモータ６を停止することで、第２平滑部２７の電圧がより上昇することを抑え、装置の故障を防ぐ。

かかる制御を行うことにより、モータ駆動装置、あるいはそのモータ駆動装置を搭載した冷蔵庫の信頼性を向上することができる。

また、前述のｓｔｅｐ１０３において、第２平滑部２７の電圧が、前記所定の電圧Ｖ２以下の場合はｓｔｅｐ１０５に進み、前記所定の電圧Ｖ２より低く設定した下限電圧Ｖ１（例えば２２５Ｖ）との大小関係を確認する。

このｓｔｅｐ１０５において、第２平滑部２７の電圧が下限電圧Ｖ１より高い場合、すなわち、Ｖ１＜第２平滑部電圧＜Ｖ２の関係にあるとき、ｓｔｅｐ１０６に進み、現在駆動しているブラシレスモータ６の回転速度を制限するようにする。

この回転数の制限とは、例えば現時点で駆動しているモータ６の速度から任意の速度分だけ遅く駆動する制御を意味し、具体的には、駆動回転数決定手段３１が、実際駆動するモータ６の速度を決定する。例えば現在１００ｒ／ｓで駆動されていれば、その速度を９５ｒ／ｓで駆動するように変更する。

このように、第２平滑部２７の電圧を、所定の電圧Ｖ１より低くなるように、高負荷時の高速駆動ではブラシレスモータの速度を最大限可能な回転数までに制限することで、回生による部品耐圧オーバーを回避し、装置の信頼性を向上している。かかる変更制御は、連続して常に行うことが好ましいが、ｓｔｅｐ１０３の電圧検出に連動しての制御であるため、前記電圧検出が所定の間隔で行われる断続的な場合であれば、その間隔に応じたタイミングで変更制御が行われる。

さらに本実施の形態１においては、モータ駆動装置を、冷蔵庫に搭載した冷凍空調システムの圧縮機９の駆動制御用としており、上述の如くモータ６の回転数を低下しつつも圧縮機の運転、すなわち冷媒の循環を止めないため、庫内の温度上昇を抑制することができる。

また、ｓｔｅｐ１０５において、検出電圧が下限電圧Ｖ１より小さい場合は、ｓｔｅｐ１０７へ移行し、ここで現在が回転数制限中か否かを確認する。

そして、回転数制限が行われていない時は、ｓｔｅｐ１０８へ移行し、ここで、駆動回転数決定手段３１が、回転数設定手段３０で設定された回転数でブラシレスモータ６を駆動するように指示する。したがって、インバータ制御手段２１２は、支持された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５を制御する。

また、前述のｓｔｅｐ１０７において、回転数制限制御中と判断した場合は、ｓｔｅｐ１０９へ移行し、ここで回転数制限の解除処理を行う。

次に、上記ｓｔｅｐ１０９で行われる回転数制限の解除制御について説明する。

図４は、上記図３のｓｔｅｐ１０９における回転数制限制御の解除処理を示すフローチャートである。ここでは、回転数制限制御の解除の可否および実際の解除処理を行う。

図４において、まずインバータ制御部２１２において認識しているブラシレスモータ６の実際に駆動している速度を取得する。具体的には、ｓｔｅｐ１１１でブラシレスモータ６の現在の回転数を取得する。

次にｓｔｅｐ１１２において、ｓｔｅｐ１１で取得した実際の回転数に対する回転数制限解除電流レベルを、テーブルデータから参照する。前記テーブルデータには、モータ速度に対応した解除電流レベルを複数設けている。

ｓｔｅｐ１１３では、現在ブラシレスモータ６に流れている電流を、インバータ制御部２１２より確認し、ｓｔｅｐ１１４へ移行する。

ｓｔｅｐ１１４では、ブラシレスモータ６に流れている電流と、前記テーブルデータから参照した回転数制限制御の解除電流を比較し、ブラシレスモータ６に流れる電流が参照電流レベルより低い場合は、ｓｔｅｐ１１５で回転数制限制御を解除し、またそうでない場合は本処理を終了する。

このように回転数制限制御中において、ブラシレスモータ６が実際に駆動している速度毎に設定した回転数制限解除電流レベルと実際の電流を比較確認することで、モータ駆動装置自らが回転数制限制御を解除するタイミングを計ることができ、ブラシレスモータ６の回転数抑制による性能低下期間（時間）を最小限に抑えることができる。

さらに本実施の形態１に示すように、モータ駆動装置が冷蔵庫の圧縮機９を駆動する場合は、圧縮機９の回転を制限し、冷却能力を抑制した状態から、必要な回転数（冷却能力）で圧縮機９を運転できるようになり、回転数制限制御による庫内の鈍冷や温度上昇を最小限に抑えることができる。

以上の様に本実施の形態１は、前記整流平滑回路の出力電圧（大きな脈動状態の場合もある）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６を制御するインバータ制御部２１２と、前記整流平滑回路の出力を入力とする第２整流部２６と第２平滑部２７を直列に接続してインバータ５と並列に接続した第２整流平滑回路２５と、第２平滑部２７の電圧を検出する電圧検出手段２８と、インバータ５によりブラシレスモータ６の運転する回転数を決定する駆動回転数決定手段３１とを有し、電圧検出手段２８により検出した第２平滑部２７の電圧が、下限電圧Ｖ１の値より大きい場合、ブラシレスモータ６の回転速度を低下することで、ブラシレスモータ６の回生電圧を第２平滑部２７で吸収できるとともに、第２平滑部２７の電圧上昇を抑制できるので、装置の小型化、低コスト化とともに信頼性を向上することができる。

また、ブラシレスモータ６に流れる電流を監視する電流監視手段２９を有し、電流監視手段２９は、ブラシレスモータ６に流れる電流が、所定の電流値より低いとき、ブラシレスモータ６の回転数抑制制御を解除して加速を可能とすることで、ブラシレスモータ６の回転数抑制状態からの復帰タイミングを計ることができるため、ブラシレスモータ６の回転数抑制による性能低下期間を最小限に抑えることができる。

また、電流監視手段２９は、ブラシレスモータ６における回転毎の任意の値と比較してブラシレスモータ６の回転速度制限解除の可否を判断するので、回転速度抑制解除を的確に判断でき、何れの速度でも回転数抑制による性能低下期間を最小限に抑えることができる。

さらに、第２平滑部２７の電圧が、下限電圧Ｖ１より高く設定した所定の電圧Ｖ２以上に到達した場合、ブラシレスモータ６の駆動を停止することで、第２平滑部２７の電圧上昇による使用部品の故障を防止することができるため、装置の信頼性と安全性を確保することができる。

また、ブラシレスモータ６を、冷凍システムを構成する圧縮機９の駆動用とすることで、整流平滑回路のコンデンサが小容量であるが故に、インバータ５の入力電圧が、大きな脈動を含む状態、あるいは大きく変動することに起因して、ブラシレスモータ６の回転に斑がある場合でも、冷凍システムへの影響は少ないため、冷凍サイクルの小型・低価格化を実現し、信頼性の向上もはかることができる。

さらに、圧縮機９をレシプロ型としているため、前記整流平滑回路のコンデンサが小容量であるが故に、前述の如くインバータ５の入力電圧の変動に起因して圧縮機９に回転斑が生じる場合であっても、回転斑による振動や騒音が、圧縮機９の外部に漏れにくく、騒音および振動増大を抑えることができる。

また冷凍システムの冷媒に、Ｒ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒より冷凍能力の低いＨＣ系冷媒の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２３を大型化し、ブラシレスモータ６の慣性モーメントがさらに大きくなり易い構成であるが、上述の如くインバータ入力電圧の変動によるブラスレスモータ６の回転斑による振動増大や騒音増大等の影響を受け難いため、大容量の平滑コンデンサを整流平滑回路に使用したモータ駆動装置と遜色のない振動・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、より信頼性を向上して提供することができる。

さらに、上記モータ駆動装置を冷蔵庫に用いたことにより、モータ駆動装置の小型・低コスト化に起因して、従来と同一外形寸法で物品収納容積を大きくした冷蔵庫を低価格で提供することができる。また、ブラシレスモータ６の回生による装置の故障が回避でき、さらに回転数抑制による冷却能力低下を最小限に抑えることも可能となり、安全性と信頼性も向上した冷蔵庫を提供することができる。

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、モータの回生電圧を吸収する第２平滑部の電圧上昇を抑制することで、より装置の小型化と低コスト化を可能にしつつ信頼性を確保することができる。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におけるモータ駆動装置を冷蔵庫に用いた場合のブロック図 同冷蔵庫に搭載した圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータの駆動回転数決定を示すフローチャート 同モータ駆動装置における回転数制限制御の解除処理を示すフローチャート 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 第４の従来技術を示すブロック図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流平滑回路
５ インバータ
６ ブラシレスモータ
９ 圧縮機
１５ 冷媒
２５ 第２整流平滑回路
２６ 第２整流部
２７ 第２平滑部
２８ 電圧検出手段
２９ 電流監視手段
３０ 回転数設定手段
３１ 駆動回転数決定手段
２１２ インバータ制御部

Claims (8)

1. 交流電源を入力とする整流平滑回路と、前記整流平滑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、前記インバータと並列に接続され、前記整流平滑回路の出力を入力とする第２整流部と第２平滑部を直列に接続した第２整流平滑回路と、前記第２平滑部の電圧を検出する電圧検出手段と、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、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、第１の所定電圧より高い場合に、前記ブラシレスモータの回転速度を制限するようにしたモータ駆動装置。
2. 前記ブラシレスモータに流れる電流が所定の電流値より低いときに、前記ブラシレスモータの回転速度の制限を解除する電流監視手段を設けた請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記電流監視手段による制限解除を、前記ブラシレスモータの回転毎における任意の電流値と制限解除電流値を比較して、前記ブラシレスモータの加速の可否を判断する請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記第２平滑部の電圧が、前記第１の所定電圧より高く設定した第２の所定電圧以上に到達した場合に、前記ブラシレスモータの駆動を停止する請求項１から３のいずれか一項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、レシプロ型とした請求項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６に記載のモータ駆動装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を具備する冷蔵庫。

Images