JP2008154311A - 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凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率駆動を可能とする駆動手段を選択中に高回転駆動への加速が必要となった場合、高回転駆動を可能とする駆動手段に強制的に切り替えることによりブラシレスＤＣモータのもつ高トルク性能を事前に引き出すことで、安定した加速度を得ることができるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置を提供することを目的とする。
【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、ブラシレスＤＣモータ４を加速運転させる場合、加速判定部１７により第１波形発生部１３にて運転中であるかを判定し、第１波形発生部１３にて運転中であれば第２波形発生部１４での出力信号に切り替えた後に加速させることにより、第１波形発生部１３で加速させた場合における駆動限界トルクよりも大きな駆動限界トルクで余裕を持たせて加速させることができるので、ブラシレスＤＣモータ４の加速中の駆動トルク不足回避となる。
【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冷凍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）。

従来の技術は、例えば、特許文献１に示されている。その従来の技術を図面に従って説明する。図８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８において、商用電源１０１は、日本の場合周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電源である。

整流回路１０２は商用電源１０１の交流電圧を直流電圧に変換するである。整流回路１０２はブリッジ接続された整流用ダイオード１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄと平滑用の電解コンデンサ１０２ｅ、１０２ｆとからなり、図８に示す回路では倍電圧整流回路となり、商用電源１０１のＡＣ１００Ｖ入力から直流電圧２８０Ｖを得ることができる。

インバータ回路１０３は、６個のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを３相ブリッジ構成されている。また、各々のスイッチ素子には各スイッチ素子の逆方向に還流電流用のダイオードが入っているが本図では省略している。

ブラシレスＤＣモータ１０４は、永久磁石を有する回転子１０４ａと３相巻線を有した固定子１０４ｂとからなる。インバータ１０３により作られた３相交流電流が固定子１０４ｂの３相巻線に流れることにより、回転子１０４ａを回転させることができる。回転子１０４ａの回転運動はクランクシャフト（図示せず）により、往復運動に変更され、ピストン（図示せず）がシリンダ（図示せず）内を往復運動することにより、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。

逆起電圧検出回路１０５は、ブラシレスＤＣモータ１０４の永久磁石を有する回転子１０４ａが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子１０４ａの回転相対位置を検出する。

転流回路１０６は、逆起電圧検出回路１０５の出力信号によりロジカルな信号変換を行い、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを順次切り換えて駆動する信号を作り出す。

同期駆動回路１０７は、インバータ１０３から強制的に所定周波数の出力を出し、ブラシレスＤＣモータ１０４を駆動するものであり、転流回路１０６で生成されるロジカルな信号と同等形状の信号を強制的に所定周波数で発生させるものである。

負荷状態判定回路１０８は、圧縮機１０４が運転されている負荷状態を判定するものである。

切替回路１０９は、負荷状態判定回路１０８の出力により、圧縮機１０４のブラシレスＤＣモータを転流回路１０６で駆動するか、同期駆動回路１０７で駆動するかを切り替える。

ドライブ回路１１０は、切替回路１０９からの出力信号により、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを駆動する。

以上の構成において、次に動作の説明を行う。

負荷状態判定回路１０８で検出された負荷が、通常負荷の場合、転流回路１０６による駆動を行う。

逆起電圧検出回路１０５でブラシレスＤＣモータ１０４の回転子１０４ａの相対位置を検出する。次に転流回路１０６で回転子１０４ａの相対位置からインバータ１０３を駆動する転流パターンを作り出す。

この転流パターンは切替回路１０９を通して、ドライブ回路１１０に供給され、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを駆動する。この動作により、ブラシレスＤＣモータ１０４はその回転位置に合致した駆動を行うこととなる。

次に、負荷が増加してきたときの動作について説明する。

ブラシレスＤＣモータの負荷が増加し、ブラシレスＤＣモータの特性により回転数が低下してくる。この状態を負荷状態判定回路１０８で高負荷状態であることを判定し、切替回路１０９の出力を同期駆動回路１０７からの信号に切り替える。

このように駆動することにより高負荷時の回転数低下を抑えようとするものである。
特開平９−８８８３７号公報

しかしながら、従来の構成では、次のような課題があった。

負荷状態判定回路１０８の出力信号に応じて、低負荷時には切替回路１０９が転流回路１０６に切り替えることで高効率な駆動を、高負荷時には切替回路１０９が同期駆動回路１０７に切り替えることで高回転な駆動を可能とするものの、転流回路１０６で駆動中に高回転の目標回転数に切替える必要が生じた場合、前記目標回転数への加速中にトルク不足に陥ると、加速中でもブラシレスＤＣモータ１０４の高トルク性能を満たそうとし、切替回路１０９が同期駆動回路１０７に切り替えるために、切り替えの処理時間を要し、圧縮機１０４の共振周波数に起因する信頼性を十分に満足させる加速度を満たすことが出来なかった。

また、目標回転数への加速中にトルク不足に陥ると、ブラシレスＤＣモータ１０４の高速・高トルク性能を十分に満たすため目標回転数到達後も転流回路１０６で駆動可能なトルクであっても切替回路１０９が同期駆動回路１０７を維持したままであり、高効率な駆動となっていなかった。

また、同期駆動回路１０７で駆動中に低回転の目標回転数に切替える必要が生じた場合、負荷状態判定回路１０８で検出された負荷が、転流回路１０６による駆動を行うに十分な負荷状態であると判定すると、減速中でもブラシレスＤＣモータ１０４の高効率性能を満たそうとし、切替回路１０９が転流回路１０６に切り替えるために、切り替えの処理時間を要し、同様圧縮機１０４の共振周波数に起因する信頼性を十分に満足させる減速度を満たすことが出来なかった。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、高効率駆動を可能とする駆動手段を選択中に高回転駆動への加速が必要となった場合、高回転駆動を可能とする駆動手段に強制的に切り替えることによりブラシレスＤＣモータのもつ高トルク性能を事前に引き出すことで、安定した加速度を得ることができるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、高回転駆動においても高効率駆動を可能とする駆動手段に再度切り替えることで、ブラシレスＤＣモータのもつ高効率性能を更に引き出すことのできるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、高回転駆動を可能とする駆動手段を選択中に低回転駆動への減速が必要となった場合、高回転駆動を可能とする駆動手段を強制的に維持することによりブラシレスＤＣモータのもつ高トルク性能を安定駆動まで維持することで、安定した減速度を得ることができるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその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駆動装置は、ブラシレスＤＣモータを回転子の回転位置に応じて通電角１５０度以下の波形を出力する第１波形発生部にて低速で駆動中に任意の目標高速回転数に変更するために加速させる際、強制的に所定周波数を変化させながらその周波数に同期させて通電角１８０度未満の波形を出力する第２波形発生部へ切り替えた後に加速させるものである。

これにより、ブラシレスＤＣモータのもつ高トルク性能を事前に引き出すことで、安定した加速度を得ることができ、加速時における安定したモータ駆動を可能にすることができる。

また、本発明の駆動装置は、ブラシレスＤＣモータを第２波形発生部にて高速で駆動中に任意の目標低速回転数に変更するために減速させる際、任意の目標低速回転数に到達するまで第２波形発生部での駆動を維持させるものである。

これにより、安定した減速度を得ることができ、低負荷・高電圧の環境下におけるモータ減速時の減速度低下を解消することができる。

本発明の駆動装置は、加速時における安定したモータ駆動を可能にしたものであり、高負荷・低電圧の環境下におけるモータ加速時のトルク不足、加速度低下を解消し、騒音・振動の低減に対し効果を発揮できる。

また、本発明の駆動装置は、減速時における安定したモータ駆動を可能にしたものであり、低負荷・高電圧の環境下におけるモータ減速時の減速度低下を解消し、騒音・振動の低減に対し効果を発揮できる。

請求項１に記載の発明は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、モータの運転状態情報からモータの負荷状態を検出する負荷検出回路と、前記回転子の回転位置に応じて通電角１５０度以下の波形を出力する第１波形発生部と、所定周波数を変化させながらその周波数に同期させて通電角１８０度未満の波形を出力する第２波形発生部と、前記第１波形発生部と前記第２波形発生部とをモータの運転状態によって切り替える切替判定部とを備え、前記ブラシレスＤＣモータを前記第１波形発生部にて低速で駆動中に任意の目標高速回転数に変更するために加速させる際、強制的に前記第２波形発生部へ切り替えた後に加速させることにより、ブラシレスＤＣモータのもつ高トルク性能を事前に引き出すことで、安定した加速度を得ることができるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置となり、加速時における安定したモータ駆動を可能にしたものであり、高負荷・低電圧の環境下におけるモータ加速時のトルク不足、加速度低下を解消し、騒音・振動の低減に対し効果を発揮できる。

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、前記ブラシレスＤＣモータを前記第１波形発生部にて低速で駆動中に任意の目標高速回転数に変更するために加速させる際、強制的に前記第２波形発生部へ切り替えた後に加速させ、前記ブラシレスＤＣモータが任意の目標高速回転数に到達後に前記第１波形発生部に再び切替えることにより、高回転駆動においても高効率駆動を可能とする駆動手段に再度切り替えることで、ブラシレスＤＣモータのもつ高効率性能を更に引き出すことのできるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置となり、比較的効率の良いモータ駆動が可能としたことで、第２波形発生部で駆動している最中の無効電力を低減する効果を発揮できる。

請求項３に記載の発明は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、モータの運転状態情報からモータの負荷状態を検出する負荷検出回路と、前記回転子の回転位置に応じて通電角１５０度以下の波形を出力する第１波形発生部と、所定周波数を変化させながらその周波数に同期させて通電角１８０度未満の波形を出力する第２波形発生部と、前記第１波形発生部と前記第２波形発生部とをモータの運転状態によって切り替える切替判定部とを備え、前記ブラシレスＤＣモータを前記第２波形発生部にて高速で駆動中に任意の目標低速回転数に変更するために減速させる際、任意の目標低速回転数に到達するまで前記第２波形発生部での駆動を維持させることで、安定した減速度を得ることができるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置となり、低負荷・高電圧の環境下におけるモータ減速時の減速度低下を解消し、騒音・振動の低減に対し効果を発揮できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３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、冷却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ことで、振動・騒音の影響を受けにくく、低騒音・低振動の駆動システムを提供することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載したモータ駆動装置を有する冷凍装置とすることで、低騒音・低振動の冷凍装置を提供することができる。

以下、本発明による冷蔵庫の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。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における第１波形発生部または第２波形発生部による駆動時、および両波形発生部の切替時に関するブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。

図１において、商用電源１は、日本の場合周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電源である。

整流回路２は商用電源１の交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路２はブリッジ接続された整流用ダイオード２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと平滑用の電解コンデンサ２ｅ、２ｆと電圧調整回路２ｇからなり、図１に示す回路は倍電圧整流回路の場合、商用電源１のＡＣ１００Ｖ入力から直流電圧２８０Ｖを得ることができる。ここでは倍電圧整流としたが、電圧調整回路２ｇは直流電圧可変式のチョッパ回路や倍電圧整流／全波整流の切替方式回路に相当する。

インバータ回路３は、６個のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを３相ブリッジ構成されている。また、各々のスイッチ素子には各スイッチ素子の逆方向に還流電流用のダイオードが入っているが本図では省略している。

ブラシレスＤＣモータ４は、永久磁石を有する回転子４ａと３相巻線を有した固定子４ｂとからなる。インバータ３により作られた３相交流電流が固定子４ｂの３相巻線に流れることにより、回転子４ａを回転させることができる。

圧縮要素５は、ブラシレスＤＣモータ４の回転子４ａ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ＤＣモータ４と圧縮要素５とを同一の密閉容器６に収納し、圧縮機７を構成する。

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５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８では放熱が行われ、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。

尚、必要に応じて凝縮器８や蒸発器１０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１１とした場合で説明しており、冷蔵庫１１内の蒸発器１０により冷却する構成としている。

負荷検出回路１２は、ブラシレスＤＣモータ４の永久磁石を有する回転子４ａが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子４ａの回転相対位置を検出できる。なお、回転相対位置の検出用途の他にも還流電流用ダイオードに電流が流れる時間の増減を検出することにより、モータ電流の乱れや負荷状態の変化を検出することも可能である。これらの検出によりモータ電流位相の進み度合いを知ることもできる。

なお、ここでは回転子４ａが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子４ａの回転相対位置を検出する構成としたが、回転子４ａの位置検出やモータ電流の状態検出を行う手段であれば電流検出などの手段を用いた構成でも良い。

第１波形発生部１３は、位置検出回路５の位置検出信号をもとにロジカルな信号変換を行い、インバータ３のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は矩形波通電を基本として行っており、通電角が１２０度以上１８０度未満の矩形波を作り出している。また、ここでは矩形波以外でもそれに準じる波形として立ち上がり／立ち下がりに若干の傾斜を持たせた台形波であってもよい。さらに回転数を一定に保つためにＰＷＭ制御のデューティの制御や通電角の制御も行っている。回転位置に従って、ブラシレスＤＣモータ４の実回転数を検出し、目標回転数との比較を行いながら最適なデューティで運転させることができるため、最も効率的な運転が可能となる。この実回転数の検出は負荷検出回路１２の出力信号の一定時間カウントまたは周期測定などによって実現可能である。高効率、低振動が求められる低回転運転領域に適した波形発生手段である。

第２波形発生部１４は、デューティを一定にしたまま出力する周波数と通電角を変化させインバータ３のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は通電角が１８０度未満の矩形波を作り出している。また、ここでは矩形波以外でも正弦波や歪波などのそれに準じる波形であってもよい。高トルクが求められる高回転運転領域に適した波形発生手段である。

切替判定部１５は、第１波形発生部１３が算出した回転数、その回転数をもとに制御しているデューティや、第２波形発生部１４が制御している周波数や、負荷検出回路１２が検出する回転子４ａの磁極位置情報、モータ電流の位相情報や、冷蔵庫等の用途におけるシステムの温度状態といった要素に基づいてブラシレスＤＣモータ４の運転状態を判断し、インバータ３を動作させる波形を第１波形発生部１３か第２波形発生部１４かを選択し切り替えるものである。たとえば、回転数が低速の場合、第１波形発生部１３からの信号を選択し、回転数が高速の場合、第２波形発生部１４からの信号を選択してインバータ３を動作させる。

ドライブ部１６は、切替判定部１５からの出力信号により、インバータ３のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを駆動する。この駆動によりインバータ３から最適な交流出力がブラシレスＤＣモータ４に印加することができるので回転子４ａを回転させることができる。

加速判定部１７は、冷蔵庫１１内の蒸発器１０を冷却するためブラシレスＤＣモータ４をさらに高回転での運転が必要となり、必要目標高回転へ加速させる際に、加速前の状態が第１波形発生部１３にてインバータ３を動作であれば、切替判定部１５にて強制的に第２波形発生部１４に切り替えさせ、必要目標高回転数到達後は切替判定部１５にて検出した負荷状態に応じて第１波形発生部１３へ戻させる判定手段である。

マイクロコンピュータ１８は前述の機能を実現する。これらの機能はマイクロコンピュータのプログラムによって実現可能である。

次に、図２により本実施の形態１における圧縮機７について説明する。図２は、本実施の形態の圧縮機の断面図を示している。

図２において圧縮機７の密封容器１９内には、オイル２０を貯溜すると共にＲ６００ａの冷媒２１が封入され、固定子４ｂと回転子４ａからなるブラシレスＤＣモータ４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ＤＣモータ４の回転による振動が圧縮機７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４ａが固定された主軸部２２および偏芯軸部２３から構成されたクランクシャフト２４の主軸部２２を軸支するとともに、圧縮室２５を有するシリンダ２６と、圧縮室２５内で往復運動するピストン２７と、偏芯軸部２３とピストン２７を連結する連結手段２８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７の外部に漏れにくくなっている。

以上の構成において、図１、図３および図４を用いて、以下その動作を説明する。ここでは、ブラシレスＤＣモータ４の任意に設定された現在の運転速度ｒ１［ｒｐｍ］、目標の高速運転速度ｒ２［ｒｐｍ］（ｒ１＜ｒ２）を設けており、ｒ１［ｒｐｍ］からｒ２［ｒｐｍ］への加速途中のｒ１−２［ｒｐｍ］（ｒ１＜ｒ１−２＜ｒ２）付近では、ブラシレスＤＣモータ４を第１波形発生部１３で駆動させた場合にはトルク不足に陥るが第２波形発生部１４では十分なトルクとなる負荷状態であり、ｒ２［ｒｐｍ］到達後は第１波形発生部１３でブラシレスＤＣモータ４を運転するに十分な負荷状態となる冷蔵庫１１の運転における制御として説明する。

図３は、本実施の形態１におけるブラシレスＤＣモータの加速動作を示したフローチャートである。

図４は、本実施の形態１におけるブラシレスＤＣモータの加速動作を示した特性図である。

まず、ＳＴＥＰ１０において、ブラシレスＤＣモータ４を任意に設定された運転速度ｒ１［ｒｐｍ］で運転中に、冷蔵庫１１内の蒸発器１０を冷却するためブラシレスＤＣモータ４をさらに高回転での運転が必要となり、ブラシレスＤＣモータ４を目標の高速運転速度ｒ２［ｒｐｍ］へ加速させる必要がある場合はＳＴＥＰ１１へ進み、ブラシレスＤＣモータ４を加速させる必要のない場合はＳＴＥＰ１０へ戻り再度ブラシレスＤＣモータ４の加速の必要が生じるまで待機する。

ＳＴＥＰ１１において、加速判定部１７によりブラシレスＤＣモータ４を第１波形発生部１３にて運転中であるかを判定し、第１波形発生部１３にて運転中であればＳＴＥＰ１２へ進み、第２波形発生部１４で運転中であればＳＴＥＰ１３へ進む。

ＳＴＥＰ１２において、加速判定部１７により切替判定部１５へ強制的に第１波形発生部１３から第２波形発生部１４へ切り替えさせ、第２波形発生部１４での出力信号によりドライブ部１６を駆動させＳＴＥＰ１３へ進む。このときブラシレスＤＣモータ４を加速させる直前のｔ１の時点であり、ブラシレスＤＣモータ４の駆動トルクはＡ［Ｎｍ］で運転中であるが、駆動限界トルクはａ［Ｎｍ］からａ‘［Ｎｍ］へ引き上げられる。

ＳＴＥＰ１３において、ブラシレスＤＣモータ４を目標の高速運転速度ｒ２［ｒｐｍ］への加速を開始させる。このときブラシレスＤＣモータ４を加速開始させるｔ２の時点である。

ＳＴＥＰ１４において、ブラシレスＤＣモータ４が目標の高速運転速度ｒ２［ｒｐｍ］へ到達すればＳＴＥＰ１５へ進む。このときブラシレスＤＣモータ４を加速終了させるｔ４の時点である。ブラシレスＤＣモータ４が目標の高速運転速度ｒ２［ｒｐｍ］に到達していなければＳＴＥＰ１４へ戻り、到達するまで待機するが、このとき、ブラシレスＤＣモータ４の駆動トルクＡ［Ｎｍ］からＢ［Ｎｍ］へ下降していくとともにｔ１の時点で引き上げた駆動限界トルクはａ‘［Ｎｍ］からｂ’［Ｎｍ］へ下降していく。また、ブラシレスＤＣモータ４の運転速度は加速途中のｒ１−２［ｒｐｍ］となるｔ３付近を通過したとき、第１波形発生部１３で加速させた場合における駆動限界トルクａ［Ｎｍ］からｂ［Ｎｍ］への下降であれば、ブラシレスＤＣモータ４の駆動トルクＡ［Ｎｍ］からＢ［Ｎｍ］への下降よりも下回るため第１波形発生部１３では駆動不可能となるため、従来の構成であれば第２波形発生部１４への切り替えが必要となる。

ＳＴＥＰ１５において、切替判定部１５により負荷検出回路１２が検出する回転子４ａの磁極位置情報、モータ電流の位相情報や、冷蔵庫等の用途におけるシステムの温度状態といった要素に基づいてブラシレスＤＣモータ４の運転状態を判断し、負荷状態が第１波形発生部１３で駆動する十分な状態であると判断した場合ＳＴＥＰ１６へ進み、負荷状態が第２波形発生部１４で駆動する必要があると判断した場合はＳＴＥＰ１０へ戻り再度ブラシレスＤＣモータ４の加速の必要が生じるまで待機する。

ＳＴＥＰ１６において、切替判定部１５により強制的に第２波形発生部１４から第１波形発生部１３へ切り替えさせ、第１波形発生部１３での出力信号によりドライブ部１６を駆動させＳＴＥＰ１０へ戻り再度ブラシレスＤＣモータ４の加速の必要が生じるまで待機する。

以上のように本実施の形態１においては、ブラシレスＤＣモータ４を加速運転させる場合、加速判定部１７により第１波形発生部１３にて運転中であるかを判定し、第１波形発生部１３にて運転中であれば第２波形発生部１４での出力信号に切り替えた後に加速させることにより、ブラシレスＤＣモータ４の運転速度は加速途中のｒ１−２［ｒｐｍ］となるｔ３付近を通過したときも、第１波形発生部１３で加速させた場合における駆動限界トルクａ［Ｎｍ］からｂ［Ｎｍ］への下降よりも大きな駆動限界トルク余裕度で加速させることができるので、ブラシレスＤＣモータ４の加速中の駆動トルク不足回避となる。

したがって、加速時における安定したモータ駆動を可能にしたものであり、高負荷・低電圧の環境下におけるモータ加速時のトルク不足、加速度低下を解消し、騒音・振動の低減に対し効果を発揮できる信頼性の高いモータ駆動装置を提供できる。

また、本実施の形態１においては、目標の高速運転速度に到達後は負荷状態により第１波形発生部１３に戻すことができるので、加速運転後は比較的効率の良いモータ駆動での運転が可能となり、第２波形発生部で駆動している最中の無効電力を低減する効果を発揮できる。

したがって、高効率のモータ駆動装置を提供でき、また、上述のモータ駆動装置を貯蔵装置である冷蔵庫に適用することで、前述の如く低騒音・低振動で高効率な冷蔵庫を提供することができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における第１波形発生部または第２波形発生部による駆動時、および両波形発生部の切替時に関するブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。なお、図５中の構成部品において図１と同じものについては、既に説明しているので省略する。

減速判定部２９は、冷蔵庫１１内の蒸発器１０を冷却が十分であるためブラシレスＤＣモータ４をさらに低回転での運転へ減速させる際に、減速前の状態が第２波形発生部１４にてインバータ３を動作であれば、切替判定部１５にて目標回転数に到達するまでの減速中は強制的に第２波形発生部１４に固定させ、必要目標高回転数到達後は切替判定部１５にて検出した負荷状態に応じて第１波形発生部１３へ戻させる判定手段である。

以上の構成において、図５、図６および図７を用いて、以下その動作を説明する。ここでは、ブラシレスＤＣモータ４の任意に設定された現在の運転速度ｒ４［ｒｐｍ］、目標の低速運転速度ｒ３［ｒｐｍ］（ｒ３＜ｒ４）を設けており、ｒ４［ｒｐｍ］にてブラシレスＤＣモータ４を運転する場合には第２波形発生部１４での駆動が必要な負荷状態であり、ｒ４［ｒｐｍ］からｒ３［ｒｐｍ］への減速途中のｒ４−３［ｒｐｍ］（ｒ３＜ｒ４−３＜ｒ４）付近では、ブラシレスＤＣモータ４を第１波形発生部１３で駆動させるのに十分なトルクとなる負荷状態、減速後のｒ３［ｒｐｍ］到達後は第１波形発生部１３でブラシレスＤＣモータ４を運転するのに十分なトルクとなる負荷状態となる冷蔵庫１１の運転における制御として説明する。

図６は、本実施の形態２におけるブラシレスＤＣモータの減速動作を示したフローチャートである。

図７は、本実施の形態２におけるブラシレスＤＣモータの減速動作を示した特性図である。

まず、ＳＴＥＰ２０において、ブラシレスＤＣモータ４を任意に設定された運転速度ｒ４［ｒｐｍ］で運転中に、冷蔵庫１１内の蒸発器１０が十分に冷却されておりブラシレスＤＣモータ４をさらに低回転での運転が必要となり、ブラシレスＤＣモータ４を目標の低速運転速度ｒ３［ｒｐｍ］へ減速させる必要がある場合はＳＴＥＰ２１へ進み、ブラシレスＤＣモータ４を減速させる必要のない場合はＳＴＥＰ２０へ戻り再度ブラシレスＤＣモータ４の減速の必要が生じるまで待機する。

ＳＴＥＰ２１において、減速判定部２９によりブラシレスＤＣモータ４を第２波形発生部１４にて運転中であるかを判定し、第２波形発生部１４にて運転中であればＳＴＥＰ２２へ進み、第１波形発生部１３で運転中であればＳＴＥＰ２３へ進む。

ＳＴＥＰ２２において、減速判定部２９により切替判定部１５へ強制的に第２波形発生部１４での運転で固定させ、第２波形発生部１４での出力信号によりドライブ部１６を駆動させＳＴＥＰ２３へ進む。このときブラシレスＤＣモータ４を減速させる直前のｔ６の時点であり、ブラシレスＤＣモータ４の駆動トルクはＣ［Ｎｍ］で運転中であり、駆動限界トルクはｃ‘［Ｎｍ］である。また、第１波形発生部１３で駆動させた場合の駆動限界トルクはｃ［Ｎｍ］であるためｃ［Ｎｍ］＜Ｃ［Ｎｍ］からｔ６時点で第１波形発生部１３での駆動は不可能となる。

ＳＴＥＰ２３において、ブラシレスＤＣモータ４を目標の低速運転速度ｒ３［ｒｐｍ］への減速を開始させる。このときブラシレスＤＣモータ４を減速開始させるｔ７の時点である。

ＳＴＥＰ２４において、ブラシレスＤＣモータ４が目標の低速運転速度ｒ３［ｒｐｍ］へ到達すればＳＴＥＰ２５へ進む。このときブラシレスＤＣモータ４を減速終了させるｔ８の時点である。ブラシレスＤＣモータ４が目標の低速運転速度ｒ３［ｒｐｍ］に到達していなければＳＴＥＰ２４へ戻り、到達するまで待機するが、このとき、ブラシレスＤＣモータ４の駆動トルクＣ［Ｎｍ］からＤ［Ｎｍ］へ上昇していくとともにｔ６の時点で固定された駆動限界トルクはｃ‘［Ｎｍ］からｄ’［Ｎｍ］へ上昇していく。また、ブラシレスＤＣモータ４の運転速度は減速途中のｒ４−３［ｒｐｍ］となるｔ８付近を通過したとき、第１波形発生部１３で減速させた場合における駆動限界トルクｃ［Ｎｍ］からｄ［Ｎｍ］への上昇であれば、ブラシレスＤＣモータ４の駆動トルクＣ［Ｎｍ］からＤ［Ｎｍ］への上昇よりも上回るため第１波形発生部１３で駆動可能なため、従来の構成であれば第１波形発生部１３へ切り替えとなる。

ＳＴＥＰ２５において、切替判定部１５により負荷検出回路１２が検出する回転子４ａの磁極位置情報、モータ電流の位相情報や、冷蔵庫等の用途におけるシステムの温度状態といった要素に基づいてブラシレスＤＣモータ４の運転状態を判断し、負荷状態が第１波形発生部１３で駆動する十分な状態であると判断した場合ＳＴＥＰ２６へ進み、負荷状態が第２波形発生部１４で駆動する必要があると判断した場合はＳＴＥＰ２０へ戻り再度ブラシレスＤＣモータ４の減速の必要が生じるまで待機する。

ＳＴＥＰ２６において、切替判定部１５により強制的に第２波形発生部１４から第１波形発生部１３へ切り替えさせ、第１波形発生部１３での出力信号によりドライブ部１６を駆動させＳＴＥＰ２０へ戻り再度ブラシレスＤＣモータ４の加速の必要が生じるまで待機する。

以上のように本実施の形態２においては、ブラシレスＤＣモータ４を減速運転させる場合、減速判定部２９により第２波形発生部１４にて運転中であるかを判定し、第２波形発生部１４にて運転中であれば切替判定部１５にて目標回転数に到達するまでの減速中は強制的に第２波形発生部１４に固定させ、ブラシレスＤＣモータ４の運転速度は減速途中のｒ４−３［ｒｐｍ］となるｔ８付近を通過したときも、減速途中で第１波形発生部１３へ切り替えることなく減速させることができるので、安定した減速度を得ることができるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置となり、低負荷・高電圧の環境下におけるモータ減速時の減速度低下を解消し、騒音・振動の低減に対し効果を発揮できる。

また、上述のモータ駆動装置を貯蔵装置である冷蔵庫に適用することで、前述の如く低騒音・低振動な冷蔵庫を提供することができる。

以上のように本発明のモータ駆動装置は、加速時および減速時における安定したモータ駆動を可能にしたものであり、高負荷・低電圧の環境下におけるモータ加速時のトルク不足、加速度低下を解消し、さらに、安定した減速度を得ることができるので、騒音・振動の低減に対し効果を発揮できる信頼性の高いモータ駆動装置を提供できる。したがって、家庭用・産業用を問わずブラシレスＤＣモータを搭載したさまざまな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ＤＣモータの加速動作を示したフローチャート 本発明の実施の形態１におけるブラシレスＤＣモータの加速動作を示した特性図 本発明の実施の形態２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２におけるブラシレスＤＣモータの減速動作を示したフローチャート 本発明の実施の形態２におけるブラシレスＤＣモータの減速動作を示した特性図 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

３ インバータ回路
４ ブラシレスＤＣモータ
７ 圧縮機
１１ 冷蔵庫
１２ 負荷検出回路
１３ 第１波形発生部
１４ 第２波形発生部
１５ 切替判定部
１７ 加速判定部
２９ 減速判定部

Claims (5)

1. 永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、モータの運転状態情報からモータの負荷状態を検出する負荷検出回路と、前記回転子の回転位置に応じて通電角１５０度以下の波形を出力する第１波形発生部と、所定周波数を変化させながらその周波数に同期させて通電角１８０度未満の波形を出力する第２波形発生部と、前記第１波形発生部と前記第２波形発生部とをモータの運転状態によって切り替える切替判定部とを備え、前記ブラシレスＤＣモータを前記第１波形発生部にて低速で駆動中に任意の目標高速回転数に変更するために加速させる際、強制的に前記第２波形発生部へ切り替えた後に加速させることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
2. 前記ブラシレスＤＣモータを前記第１波形発生部にて低速で駆動中に任意の目標高速回転数に変更するために加速させる際、強制的に前記第２波形発生部へ切り替えた後に加速させ、前記ブラシレスＤＣモータが任意の目標高速回転数に到達後に前記第１波形発生部に再び切替え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. 永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、モータの運転状態情報からモータの負荷状態を検出する負荷検出回路と、前記回転子の回転位置に応じて通電角１５０度以下の波形を出力する第１波形発生部と、所定周波数を変化させながらその周波数に同期させて通電角１８０度未満の波形を出力する第２波形発生部と、前記第１波形発生部と前記第２波形発生部とをモータの運転状態によって切り替える切替判定部とを備え、前記ブラシレスＤＣモータを前記第２波形発生部にて高速で駆動中に任意の目標低速回転数に変更するために減速させる際、任意の目標低速回転数に到達するまで前記第２波形発生部での駆動を維持させることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
4. 前記ブラシレスモータを、冷却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ことを特徴とする請求項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. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載したモータ駆動装置を具備した冷凍装置。

Images