JP2011188550A - インバーター駆動装置、並びに、これを搭載した空気調和機及びハンドドライヤー - Google Patents

Abstract

【課題】直流母線電圧の電圧リプルの影響が少なく、基準電圧に加減算するシフト量の各端子電圧への影響を低減させつつ、誘導電圧位相に対する印加電圧位相の進み角を大きくとることが可能な矩形波通電方式を搭載したインバーター駆動装置、並びに、これを搭載した空気調和機及びハンドドライヤーを得る。
【解決手段】整合シフト手段１２ａは、Ｍ点の電圧レベルＶｍに対し、所定量の電圧シフト量Δｘを減算してレベルシフトを実施し、基準電圧Ｖｍ１（＝Ｖｍ−Δｘ）として出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、インバーターによって制御されるインバーター駆動装置、並びに、これを搭載した空気調和機及びハンドドライヤーに関する。

近年、空気調和機及びハンドドライヤー等に搭載されるＤＣブラシレスモーターを駆動するために、可変電圧・可変周波数インバーターが実用化されてきている。

例えば、電動機等の駆動に用いられる駆動回路には、三相電圧形インバーター等が用いられるが、この三相電圧形インバーターは、サイリスタ、トランジスタ、ＩＧＢＴ、又はＭＯＳＦＥＴ等の電力用半導体スイッチング素子を用いた三相のブリッジ回路等で構成される。本回路において、各相のスイッチング素子は、正極端子及び負極端子を直流電圧源の正極端子及び負極端子にそれぞれ直接接続することで実現できる。

近年、三相電圧形インバーターを駆動するための中央演算処理装置の高速化・高性能化によって、汎用マイコン等を用いて電動機電流を正弦波状に制御する正弦波駆動方式が一般に用いられるようになってきている。しかしながら、コスト要求の厳しい製品においては、現在においても電動機電流の電気角において１２０度区間のみ通電する矩形波通電方式が用いられており、この矩形波通電方式についても駆動性能の改善が一層求められている。

この三相電圧形インバーターによってＤＣブラシレスモーターを効率良くかつ高回転まで駆動するためには、インバーターの印加電圧位相をＤＣブラシレスモーターの誘起電圧位相より進めた位置に通電することが必要である。しかしながら、位置検出信号は各々の相に通電がなされていない通電休止期間においてのみ検出可能であり、この通電休止期間は所定位相からこの信号検出タイミング、即ち位置検出信号の極性変化点（ゼロクロス点）までの期間が最低限必要となることから、インバーターの印加電圧位相の進み角は所定の値を超えて進めることはできない。そこで、高効率運転又は高回転運転を実現するために、誘起電圧位相に対する印加電圧位相の進み角をより大きくとるための種々の方法が提案されている。

例えば、各相端子電圧と基準電圧（直流電圧の１／２レベル）を比較することによってゼロクロス点を検出する方式において、通常運転においては、各相端子電圧と、直流電圧の１／２レベルを基準電圧として比較器で比較することによって、ゼロクロス点を検出するが、印加電圧位相を進ませる場合に限り、検出タイミングを誘起電圧の立上り、又は立下りのタイミングのいずれか一方に絞り、立上りのタイミングを用いる場合は、基準電圧を下げる側にシフトさせて設定し、一方、立下りのタイミングを用いる場合は、基準電圧を上げる側にシフトさせて設定することによって実現しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、通常運転においては、各相端子電圧と、直流電圧の１／２レベルを基準電圧として比較器で比較することによって、ゼロクロス点を検出するが、立上り及び立下り双方におけるゼロクロス点の検出に対応するために、基準電圧に対して、方形波を重畳することによって、立上りタイミング時に基準電圧を下がる側にシフトさせ、一方、立下りタイミング時に基準電圧を上げる側にシフトさせることによって実現しているものもある（例えば、特許文献２参照）。

特許第３５１５０４７号公報（第３頁、第３−４図） 特許第３６５００１２号公報（第８頁、第３図）

上記のような従来の装置は、ゼロクロス点の検出のための基準電圧を、直流母線電圧の１／２レベルとして設定するため、直流母線電圧の電圧リプルの影響を受け易く、ゼロクロス点検出について誤差が生じ易いといった問題があった。

また、上記のような従来の装置、例えば、特許文献２に係る装置においては、各相端子電圧の平均値を基準電圧とする方式であり、誘起電圧位相より進めた位相に通電するため、基準電圧に加減算するシフト量が各端子電圧に影響するため、基準電圧操作が単純に実施できないといった問題があった。

また、誘起電圧のゼロクロス点のエッジ検出方向（立上がり又は立下がり）を両方向とする場合には、制御系が複雑となる問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、直流母線電圧の電圧リプルの影響が少なく、基準電圧に加減算するシフト量の各端子電圧への影響を低減させつつ、誘導電圧位相に対する印加電圧位相の進み角を大きくとることが可能な矩形波通電方式を搭載したインバーター駆動装置、並びに、これを搭載した空気調和機及びハンドドライヤーを提供することを目的とする。

本発明に係るインバーター駆動装置は、制御信号に基づいてＤＣブラシレスモーター内の各相に通電を実施するインバーターと、前記ＤＣブラシレスモーターの各相の端子電圧を検出し、該端子電圧を合成して、それらの平均値をもとめて基準電圧とする電圧検出・合成手段と、該分圧・電圧合成手段によって出力された前記基準電圧に対してインピーダンス整合を実施するインピーダンス整合手段と、該インピーダンス整合手段によってインピーダンス整合を実施された前記基準電圧に対して電圧レベルをシフトする電圧レベルシフト手段と、該電圧レベルシフト手段から出力された前記基準電圧と、前記電圧検出・合成手段によって検出された前記端子電圧とを比較し、その比較結果に基づいて前記ＤＣブラシレスモーターの回転位置を示す位置検出信号を出力する比較・位置検出手段と、該比較・位置検出手段によって出力された前記位置検出信号に基づいて、前記制御信号を生成して前記インバーターをＰＷＭ制御するインバーター制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、直流母線電圧の１／２レベルを誘導電圧のゼロクロス点の検出のための基準電圧として用いずに、各相の端子電圧の平均値を基準電圧として用いることによって、直流母線電圧の電圧リプルの影響を低減し、シフト量による各相の端子電圧への影響を少なくしつつ、ゼロクロス点の検出位相を進め、誘導電圧位相に対する印加電圧位相の進み角を大きくとることができる。

本発明の実施の形態１に係るインバーター駆動装置の構成図である。 本発明の実施の形態１に係るインバーター駆動装置における位置検出手段７の構成図の例である。 ＤＣブラシレスモーター３のＵ相の誘起電圧と相電流との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るインバーター駆動装置における通電位相、ＰＷＭ駆動信号による通電相、及び位相検出信号の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るインバーター駆動装置における端子電圧と基準電圧との関係、及び、位置検出手段７によって出力される位置検出信号を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るインバーター駆動装置における整合シフト手段１２ａの回路構成の例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るインバーター駆動装置における整合シフト手段１２ａ及び１２ｂの回路構成の別の例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るインバーター駆動装置における運転領域と基準電圧のレベルシフト動作との関係の例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係るインバーター駆動装置における端子電圧と基準電圧との関係、及び、位置検出手段７によって出力される位置検出信号を示す図である。

実施の形態１．
（インバーター駆動装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係るインバーター駆動装置の構成図である。
図１で示されるように、本実施の形態に係るインバーター駆動装置は、直流電源１、制御信号に基づいて動作する複数のスイッチング素子（後述）を有し、直流電源１からの直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバーター２、複数の巻線を有する固定子及び永久磁石を有する回転子によって構成され、インバーター２から供給される交流電圧によって駆動するＤＣブラシレスモーター３、インバーター２に対してインバーター２の駆動を制御する制御信号を出力するインバーター制御手段６、及び、ＤＣブラシレスモーター３から各相の端子電圧Ｖｕｎ、Ｖｖｎ及びＶｗｎを入力して基準電圧と比較し、ＤＣブラシレスモーター３の回転子の位置を検出する位置検出手段７を備えている。

インバーター２は、上アームスイッチング素子４ａ〜４ｃ、及び、下アームスイッチング素子４ｄ〜４ｆによって構成されている。また、上記の各スイッチング素子には、それぞれ、還流ダイオード５ａ〜５ｆに逆並列接続されている。

インバーター制御手段６は、制御信号の出力のほか、位置検出手段７に対して、後述する通電モード情報Ｓｔｇ及び端子接続切替信号ＳＷ＿ＳＩＧを出力する。

図２は、本発明の実施の形態１に係るインバーター駆動装置における位置検出手段７の構成図の例である。
図２で示されるように、位置検出手段７は、少なくとも、ＤＣブラシレスモーター３の各相の端子電圧、及び、誘起電圧におけるゼロクロス点を検出するための基準電圧を得るための分圧・電圧合成手段１６、２６及び３６、この分圧・電圧合成手段１６、２６及び３６の出力段の各相の端子電圧を平均した電圧レベルＶｍについてインピーダンス整合を実施し、さらに基準電圧レベルのシフトを実施する整合シフト手段１２ａ及び１２ｂ、及び、この整合シフト手段１２ａ及び１２ｂによってそれぞれレベルシフトされた基準電圧Ｖｍ１及びＶｍ２と、各相の端子電圧Ｖｕｎ、Ｖｖｎ及びＶｗｎのレベルシフト値（以下、これらをそれぞれ単に「端子電圧Ｖａ、Ｖｂ及びＶｃ」という）とを比較する比較器１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ及び３１ｂ、及び、この各比較器の論理出力Ｃｏ１〜Ｃｏ６、及び、インバーター制御手段６から出力される通電モード情報Ｓｔｇに基づいて、インバーター制御手段６への最終的な出力である出力信号Ｓｏ１〜Ｓｏ３を生成する位置検出信号出力手段１５、２５及び３５によって構成されている。

ここで、誘起電圧とは、ＤＣブラシレスモーター３の回転子が回転し、巻線における磁束が変化することによって発生する誘導起電力に起因する電圧のことである。また、端子電圧とは、図１で示されるように、ＤＣブラシレスモーター３の各相の巻線の電圧のことであり、前述の誘導起電力による電圧、及び、直流電源１から供給される直流電圧等を含むものである。

なお、分圧・電圧合成手段１６、２６及び３６は、本発明の「電圧検出・合成手段」に相当し、比較器１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ及び３１ｂ、並びに、位置検出信号出力手段１５、２５及び３５は、本発明の「比較・位置検出手段」に相当する。

分圧・電圧合成手段１６は、少なくとも、Ｕ相の端子電圧Ｖｕｎの電圧レベルをシフトするための抵抗Ｒ１６ｃ及びＲ１６ｄ、そのレベルシフトされた電圧レベルから端子電圧Ｖａを得るための抵抗Ｒ１６ａ、そのレベルシフトされた電圧レベル及び後述する分圧・電圧合成手段２６及び３６から出力される電圧レベルを平均して前述の電圧レベルＶｍを得るための抵抗Ｒ１６ｂ、並びに、抵抗Ｒ１６ａ及びＲ１６ｂの出力側を接続するコンデンサーＣ１６によって構成されている。

分圧・電圧合成手段２６も、分圧・電圧合成手段１６と同様の構成を備えており、少なくとも、抵抗Ｒ２６ａ〜Ｒ２６ｄ、及び、コンデンサーＣ２６によって構成されている。そして、分圧・電圧合成手段３６も、同様に、少なくとも、抵抗Ｒ３６ａ〜Ｒ３６ｄ、及び、コンデンサーＣ３６によって構成されている。

（インバーター駆動装置の動作）
次に、本実施の形態に係るインバーター駆動装置の動作について説明する。本実施の形態のインバーター駆動装置におけるインバーター制御手段６は、パルス幅変調を実施し、インバーター２に対する制御信号としてＰＷＭ駆動信号を出力する。

図３は、ＤＣブラシレスモーター３のＵ相の誘起電圧と相電流との関係を示す図である。以下、図３で示されるように、Ｕ相の誘起電圧の立上りのゼロクロスを通電位相０度とする。

図４は、本発明の実施の形態１に係るインバーター駆動装置における通電位相、ＰＷＭ駆動信号による通電相、及び位相検出信号の関係を示す図であり、図５は、同インバーター駆動装置における端子電圧と基準電圧との関係、及び、位置検出手段７によって出力される位置検出信号を示す図であり、そして、図６は、同インバーター駆動装置における整合シフト手段１２ａの回路構成の例を示す図である。
本実施の形態におけるＤＣブラシレスモーター３においては、上アームスイッチング素子４ａ〜４ｃのいずれかがオンすると共に、下アームスイッチング素子４ｄ〜４ｆのうち、オンした上アームスイッチング素子とは異なる相の１つがオンする。そして、上アームスイッチング素子４ａ〜４ｃ及び下アームスイッチング素子４ｄ〜４ｆの各スイッチング素子が１２０度区間でオンし、次の２４０度区間でオフするといった周期でスイッチング動作を実施する。これによって、ＤＣブラシレスモーター３の各相巻線が互いに１２０度区間の位相差をもって、順次繰り返し通電され、図５で示されるように、各相の端子電圧（各相電圧−母線Ｎ側間電圧）が現れる。すなわち、通電位相における１周期３６０度内に６０度毎に異なった６つの通電モード（以下、本文において、通電位相及び通電相の各組み合わせに対応する通電モード番号を図４で示される通りに定義する。）があることになる。

ここで、ＤＣブラシレスモーター３を効率良く、かつ、高回転まで駆動させるためには、インバーター２の印加電圧位相をＤＣブラシレスモーター３の誘起電圧位相より進めた位置に通電する方が適している場合がある。実現手段として、直流母線電圧の１／２レベルに対し、ここからシフト電圧を重畳して、基準電圧とし、ゼロクロス点をシフトする方法が知られている。しかしながら、上記方法では、直流母線電圧の１／２レベルをゼロクロス点を検出するための基準とすることに限定しており、適用範囲が限られる。また、各相の端子電圧の合成値（平均値、図２におけるＭ点の電圧）を誘起電圧におけるゼロクロス点を検出するための基準電圧とする方法もある。しかしながら、この方法については、上記と同様にシフト電圧を重畳すると、各相の端子電圧の検出値にも影響するため、単純にこの方法を用いることができない場合がある。そこで、本実施の形態においては、このような方法においても、以下に説明するように汎用性高く、比較的簡易に対応できる方法を採用した。

図２で示されるように、誘起電圧のゼロクロス点の検出位相を調整するため、Ｍ点に所望の電圧を加減算した場合、各相の端子電圧に対しても抵抗Ｒ１６ｂ、Ｒ２６ｂ及びＲ３６ｂを介して影響を及ぼすことになる。したがって、運転条件によっては誘起電圧のゼロクロス点の検出タイミングの誤差が増加する。また、誘起電圧の立上がり、及び立下がりに対しては汎用性高く電圧レベルをシフトすることができない。そこで、図２で示されるように、Ｍ点の出力段に、各相の端子電圧を平均した電圧レベルＶｍについてインピーダンス整合、及びその電圧レベルをシフト動作する整合シフト手段１２ａ及び１２ｂを設けている。具体的には、例えば、整合シフト手段１２ａについては、図６で示されるような回路構成によって、インピーダンス整合、及び電圧レベルのシフト動作を実現する。

図６で示されるように、整合シフト手段１２ａは、インピーダンス整合を実施するインピーダンス整合回路１３ａ及び１４ａ、このインピーダンス整合回路１３ａ及び１４ａの出力側にそれぞれ接続された抵抗Ｒ１ａ及びＲ２ａ、電圧レベルをシフトするための補助電源Ｖ２１、この補助電源Ｖ２１の電圧を分圧するために直列に接続された分圧抵抗Ｒ３ａ及びＲ４ａ、インピーダンス整合回路１３ａ及び１４ａの入力側、並びに、分圧抵抗Ｒ３ａとＲ４ａとの接続点（この点での電圧を電圧レベルＶ３１とする）にそれぞれ接続されたシフト動作切替用スイッチＳＷ１ａによって構成されている。シフト動作切替用スイッチＳＷ１ａは、３つの端子を有しており、共通端子Ｚ、及び、インバーター制御手段６から出力される端子接続切替信号ＳＷ＿ＳＩＧによって共通端子Ｚとの接続が切り替えられる切替端子Ｘ及びＹを有する。切替端子Ｘは、インピーダンス整合回路１３ａの入力側に接続され、切替端子Ｙは、分圧抵抗Ｒ３ａとＲ３ｂとの接続点に接続され、そして、共通端子Ｚは、インピーダンス整合回路１４ａの入力側に接続されている。

なお、インピーダンス整合回路１３ａ及び１４ａは、本発明の「インピーダンス整合手段」に相当する。また、補助電源Ｖ２１の電圧を分圧抵抗Ｒ３ａ及びＲ４ａによって分圧し、シフト動作切替用スイッチＳＷ１ａによって電圧レベルＶｍに対してシフト動作を実施して基準電圧Ｖｍ１を得る構成は、本発明の「電圧レベルシフト手段」に相当する。

まず、基準電圧のレベルシフトが必要は場合について説明する。インピーダンス整合回路１３ａは、Ｍ点における電圧レベルＶｍに対して、影響少なくシフト電圧の加減算を可能とするために設けられている。このとき、このインピーダンス整合回路１３ａを安価かつ簡易的に実現するためには、少なくとも、１段の増幅器（倍率１倍）によって実現してもよい。基準電圧のレベルシフトが必要な際は、インバーター制御手段６が、シフト動作切替用スイッチＳＷ１ａに対して、端子接続切替信号ＳＷ＿ＳＩＧを出力し、共通端子Ｚとの接続が切替端子Ｙに切り替えられる。このとき、例えば、簡単のために抵抗Ｒ１ａ及びＲ２ａの抵抗値が同一であるとした場合、整合シフト手段１２ａの出力電圧である基準電圧Ｖｍ１は、（Ｖｍ＋Ｖ３１）／２によって算出され、電圧レベルＶｍについて基準電圧Ｖｍ１へのレベルシフトが可能となる。

また、誘起電圧は、非通電相の端子電圧において観測される。例えば、図５（ａ）において、Ｕ相においては非通電相となる通電モード「３」及び「６」において誘起電圧が観測される。また、図５（ａ）で示されるように、各相の誘起電圧のゼロクロス点の検出は、立上り及び立下りの両方向が存在する。ここで、ＤＣブラシレスモーター３を高回転で回転させる場合等、ゼロクロス点の検出位相を進め、その後通電位相を調整したい場合、誘起電圧の立上り方向のゼロクロス点の検出に関しては、基準電圧の電圧レベルを所定レベル下げることが必要となり、一方、誘起電圧の立下り方向のゼロクロス点の検出に関しては、基準電圧の電圧レベルを所定レベル上げることが必要となる。

ここで、整合シフト手段１２ａは、Ｍ点の電圧レベルＶｍに対し、所定量の電圧シフト量Δｘを減算してレベルシフトを実施し、基準電圧Ｖｍ１（＝Ｖｍ−Δｘ）として出力する。図６の回路構成の例においては、電圧レベルＶ３１に相当する電圧を電圧レベルＶｍより小さく設定することによって実現することができる。

一方、整合シフト手段１２ｂも、図６で示される整合シフト手段１２ａと同様の回路構成を有し、Ｍ点の電圧レベルＶｍに対し、所定量の電圧シフト量Δｘを加算してレベルシフトを実施し、基準電圧Ｖｍ２（＝Ｖｍ＋Δｘ）として出力する。図６の回路構成の例においては、電圧レベルＶ３１に相当する電圧を電圧レベルＶｍより大きく設定することによって実現することができる。

なお、図６は、整合シフト手段１２ａ及び１２ｂについて、補助電源電圧から電圧シフト量を加減算して基準電圧を得る一例を示しているが、これに限定されるものではなく、インピーダンス整合後に、電圧シフト量を加減算する手段であれば、どのような構成であってもよい。
また、図６で示される整合シフト手段１２ａ及び１２ｂは、基準電圧の電圧レベルをシフトするシフト量として、１つの電圧シフト量Δｘのみを有するものとしているが、これに限定されるものではなく、複数の電圧シフト量を有し、それぞれの電圧シフト量によって基準電圧の電圧レベルをシフトできる構成としてもよく、または、その基準電圧に対する電圧シフト量を連続的に変化させることができる構成としてもよい。
さらに、上記のように整合シフト手段１２ａ及び１２ｂは、それぞれ別個に設置されている構成としているが、これに限定されるものではなく、１つの整合シフト手段として構成されているものとしてもよい。この場合、この１つの整合シフト手段は、基準電圧を電圧シフト量Δｘだけ高くシフトさせる機能と、電圧シフト量Δｘだけ低くシフトさせる機能を備えるものとすればよい。

次に、比較器１１ａは、「Ｕ相の端子電圧Ｖａが、基準電圧Ｖｍ１以上となる」あるいは「Ｕ相の端子電圧Ｖａが、基準電圧Ｖｍ１より大きくなる」ことによって、Ｕ相における誘電電圧の立上りのゼロクロス点を検出したものと判定し、論理出力Ｃｏ１を出力する。一方、比較器１１ｂは、「Ｕ相の端子電圧Ｖａが、基準電圧Ｖｍ２以下となる」あるいは「Ｕ相の端子電圧Ｖａが、基準電圧Ｖｍ２より小さくなる」ことによって、Ｕ相における誘電電圧の立下りのゼロクロス点を検出したものと判定し、論理出力Ｃｏ２を出力する。

同様に、比較器２１ａは、「Ｖ相の端子電圧Ｖｂが、基準電圧Ｖｍ１以上となる」あるいは「Ｖ相の端子電圧Ｖｂが、基準電圧Ｖｍ１より大きくなる」ことによって、Ｖ相における誘電電圧の立上りのゼロクロス点を検出したものと判定し、論理出力Ｃｏ３を出力する。一方、比較器２１ｂは、「Ｖ相の端子電圧Ｖｂが、基準電圧Ｖｍ２以下となる」あるいは「Ｖ相の端子電圧Ｖｂが、基準電圧Ｖｍ２より小さくなる」ことによって、Ｖ相における誘電電圧の立下りのゼロクロス点を検出したものと判定し、論理出力Ｃｏ４を出力する。

同様に、比較器３１ａは、「Ｗ相の端子電圧Ｖｃが、基準電圧Ｖｍ１以上となる」あるいは「Ｗ相の端子電圧Ｖｃが、基準電圧Ｖｍ１より大きくなる」ことによって、Ｗ相における誘電電圧の立上りのゼロクロス点を検出したものと判定し、論理出力Ｃｏ５を出力する。一方、比較器３１ｂは、「Ｗ相の端子電圧Ｖｃが、基準電圧Ｖｍ２以下となる」あるいは「Ｗ相の端子電圧Ｖｃが、基準電圧Ｖｍ２より小さくなる」ことによって、Ｗ相における誘電電圧の立下りのゼロクロス点を検出したものと判定し、論理出力Ｃｏ６を出力する。

なお、上記のように比較器１１ａ及び１１ｂがそれぞれ別個に設置されている構成としているが、これに限定されるものではなく、１つの比較器として構成されているものとしてもよい。これについては、比較器２１ａ及び２１ｂ、並びに、比較器３１ａ及び３１ｂについても同様である。

その後、位置検出信号出力手段１５は、インバーター制御手段６から受信した通電モード情報Ｓｔｇに基づいて、Ｕ相における対応する区間での出力を決定して論理出力を一意に定める。具体的には、比較器１１ａの論理出力Ｃｏ１、及び、比較器１１ｂの論理出力Ｃｏ２のうち、通電モードが「３」の場合（Ｕ相の誘導電圧の立下りにおけるゼロクロス点の検出）は論理出力Ｃｏ２を選択し、一方、通電モードが「６」の場合（Ｕ相の誘導電圧の立上りにおけるゼロクロス点の検出）は論理出力Ｃｏ１を選択して、位置検出信号として出力信号Ｓｏ１を出力する。

同様に、位置検出信号出力手段２５は、インバーター制御手段６から受信した通電モード情報Ｓｔｇに基づいて、Ｖ相における対応する区間での出力を決定して論理出力を一意に定める。具体的には、比較器２１ａの論理出力Ｃｏ３、及び、比較器２１ｂの論理出力Ｃｏ４のうち、通電モードが「５」の場合（Ｖ相の誘導電圧の立下りにおけるゼロクロス点の検出）は論理出力Ｃｏ４を選択し、一方、通電モードが「２」の場合（Ｖ相の誘導電圧の立上りにおけるゼロクロス点の検出）は論理出力Ｃｏ３を選択して、位置検出信号として出力信号Ｓｏ２を出力する。

同様に、位置検出信号出力手段３５は、インバーター制御手段６から受信した通電モード情報Ｓｔｇに基づいて、Ｗ相における対応する区間での出力を決定して論理出力を一意に定める。具体的には、比較器３１ａの論理出力Ｃｏ５、及び、比較器３１ｂの論理出力Ｃｏ６のうち、通電モードが「１」の場合（Ｗ相の誘導電圧の立下りにおけるゼロクロス点の検出）は論理出力Ｃｏ６を選択し、一方、通電モードが「４」の場合（Ｗ相の誘導電圧の立上りにおけるゼロクロス点の検出）は論理出力Ｃｏ５を選択して、位置検出信号として出力信号Ｓｏ３を出力する。

なお、Ｕ相〜Ｗ相それぞれに独立に位置検出信号出力手段１５、２５及び３５を設置した構成としているが、これに限定されるものではなく、共通の位置検出信号出力手段とし、インバーター制御手段６から受信した通電モード情報Ｓｔｇに基づいて、各通電モードに対応した比較器の論理出力を選択するものとしてもよい。
また、上記のように、比較器１１ａ、１１ｂ及び位置検出信号出力手段１５がそれぞれ独立に設置された構成となっているが、これに限定されるものではなく、１つの装置として構成するものとしてもよい。この場合、例えば、論理出力Ｃｏ１及びＣｏ２の選択処理は、その装置の内部で処理するものとすればよい。これについては、比較器２１ａ、２１ｂ及び位置検出信号出力手段２５、並びに、比較器３１ａ、３１ｂ及び位置検出信号出力手段３５についても同様である。
さらに、比較器１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ及び３１ｂ、並びに、位置検出信号出力手段１５、２５及び３５が、１つの装置として構成されているものとしてもよい。この場合、インバーター制御手段６から出力される通電モード情報に基づいて、論理出力Ｃｏ１〜Ｃｏ６の選択処理等を、その装置の内部で処理するものとすればよい。

ここで、図５（ｃ）は、上記の動作に基づき、電圧レベルがシフトされた基準電圧に基づいて、各相の誘導電圧におけるゼロクロス点の検出タイミングを示す位置検出信号出力手段１５、２５及び３５の出力信号の波形を示している。この図５（ｃ）において、便宜上、出力信号Ｓｏ１〜Ｓｏ３を合成して示しており、矢印は各相の誘導電圧のゼロクロス点の検出について、立上りの場合の検出か立下りの場合の検出かを示している。また、図５（ａ）において、点線によって、電圧レベルがシフトされた基準電圧Ｖｍ１（＝ＶｍーΔｘ）及びＶｍ２（＝Ｖｍ＋Δｘ）が示されている。

以上の動作が、基準電圧に対してレベルシフトが必要な場合の各相の誘導電圧のゼロクロス点の検出動作であるが、次に、レベルシフトが不要な場合の各相の誘導電圧のゼロクロス点の検出動作について説明する。まず、インバーター制御手段６は、整合シフト手段１２ａ及び１２ｂのシフト動作切替用スイッチＳＷ１ａに対して、端子接続切替信号ＳＷ＿ＳＩＧを出力し、共通端子Ｚとの接続を切替端子Ｘに切り替える。この場合、Ｖｍ１＝Ｖｍとなるので、従来と同様のレベルシフトがない場合の動作が実施可能となる。なお、シフト動作切替用スイッチＳＷ１ａによるスイッチを用いた切り替えの一例を示したが、これに限定されるものではなく、基準電圧の選択又は切り替えができる手段であればよい。

上記の動作によって、各比較器は、電圧レベルについてレベルシフトされていない共通の基準電圧Ｖｍ１（＝Ｖｍ２）によって、各相の誘導電圧のゼロクロス点の検出を実施する。

ここで、図５（ｂ）は、上記の動作に基づき、電圧レベルのシフトがない基準電圧に基づいて、各相の誘導電圧におけるゼロクロス点の検出タイミングを示す位置検出信号出力手段１５、２５及び３５の出力信号の波形を示している。この図５（ｂ）において、便宜上、出力信号Ｓｏ１〜Ｓｏ３を合成して示しており、矢印は各相の誘導電圧のゼロクロス点の検出について、立上りの場合の検出か立下りの場合の検出かを示している。また、図５（ａ）において、一点鎖線によって、電圧レベルがシフトされていない基準電圧Ｖｍ１（＝Ｖｍ２）が示されている。

以上のように、図５（ｂ）で示されるような基準電圧をレベルシフトさせない場合に比べて、図５（ｃ）で示されるような基準電圧をレベルシフトさせて各相の誘導電圧のゼロクロス点を検出する場合の方が、その検出位相を進めることができ、誘起電圧位相に対する印加電圧位相の進み角を大きくとることが可能となる。

図７は、本発明の実施の形態１に係るインバーター駆動装置における整合シフト手段１２ａ及び１２ｂの回路構成の別の例を示す図である。
図６で示される整合シフト手段１２ａの回路構成、及び、これと同様の構成を有する整合シフト手段１２ｂの回路構成のように、補助電源を分けて、レベルシフトした基準電圧を得るものとしてよいが、電源作成においてコストを低減するために、図７で示されるように補助電源Ｖ２１を共通化してもよい。

図７で示されるように、整合シフト手段１２ａにおけるインピーダンス整合回路１３ａ及び１４ａ、抵抗Ｒ１ａ及びＲ２ａ、並びにシフト動作切替用スイッチＳＷ１ａの構成は、整合シフト手段１２ｂにおいても同様であり、それぞれ、インピーダンス整合回路１３ｂ及び１４ｂ、抵抗Ｒ１ｂ及びＲ２ｂ、並びにシフト動作切替用スイッチＳＷ１ｂに対応する。補助電源Ｖ２１から、この補助電源Ｖ２１の電圧を分圧するために補助電源Ｖ２１側から直列に分圧抵抗Ｒ３ａ、Ｒ４ａ及びＲ５ａが接続されている。そして、シフト動作切替用スイッチＳＷ１ｂの切替端子Ｙは、分圧抵抗Ｒ４ａとＲ５ａとの接続点（この点での電圧を電圧レベルＶ３１とする）に接続されており、一方、シフト動作切替用スイッチＳＷ１ａの切替端子Ｙは、分圧抵抗Ｒ３ａとＲ４ａとの接続点（この点での電圧を電圧レベルＶ４１とする）に接続されている。

このとき、図７の回路構成の例においては、電圧レベルＶ３１に相当する電圧を電圧レベルＶｍよりも小さく設定し、電圧レベルＶ４１に相当する電圧を電圧レベルＶｍよりも大きく設定することによって、上記で説明したような図５で示される各相の誘導電圧のゼロクロス点の検出動作と同様の動作を実現できる。

この図７で示される回路構成とすることによって、基準電圧をレベルシフトさせる動作を実現する回路の作成のコストを低減することができる。

なお、補助電源Ｖ２１の電圧を分圧抵抗Ｒ３ａ、Ｒ４ａ及びＲ５ａによって分圧し、シフト動作切替用スイッチＳＷ１ａ及びＳＷ１ｂによって電圧レベルＶｍに対してシフト動作を実施して基準電圧Ｖｍ１及びＶｍ２を得る構成は、本発明の「電圧レベルシフト手段」に相当する。

（実施の形態１の効果）
以上の構成及び動作によって、直流母線電圧の１／２レベルを誘導電圧のゼロクロス点の検出のための基準電圧として用いずに、各相の端子電圧の平均値を基準電圧として用いることによって、直流母線電圧の電圧リプルの影響を低減し、シフト量による各相の端子電圧への影響を少なくしつつ、ゼロクロス点の検出位相を進め、誘導電圧位相に対する印加電圧位相の進み角を大きくとることができる。
また、本実施の形態のように、各相の端子電圧の平均値を基準電圧として用いる方式において、電圧シフト量Δｘ分だけ基準電圧をシフトすることが可能となり、このシフト量分だけ転流タイミングを早めることができる。その結果、巻線に流れる電流位相が進み、さらに磁束の進み成分が回転子の永久磁石の磁束を弱めるように作用し、固定子巻線に誘起される誘起電圧が減少する。そして、誘起電圧が減少した分だけトルクを発生するために用いられる電圧が増加し、回転子速度が加速することとなり、高効率運転及び高回転運転を実現することができる。
また、本実施の形態に係るインバーター駆動装置は、空気調和機における圧縮機のモーター等、又は、ハンドドライヤーのモーターの駆動に適用してもよく、これによって、上記の効果を有する空気調和機及びハンドドライヤーを得ることができる。

実施の形態２．
本実施の形態に係るインバーター駆動装置は、実施の形態１に係るインバーター駆動装置と同様の構成であり、その動作において相違する点を中心に説明する。

（インバーター駆動装置の動作）
図８は、本発明の実施の形態２に係るインバーター駆動装置における運転領域と基準電圧のレベルシフト動作との関係の例を示す図である。
インバーター駆動装置が設置されるシステム又はその使用環境によっては、基準電圧についてレベルシフトさせるか否かを運転領域によって分ける必要がある場合がある。図８で示されるように、本実施の形態に係るインバーター駆動装置において、運転開始からの経過時間Ｔｘにおいてインバーター２がＤＣブラシレスモーター３に対して出力する高周波電圧の周波数が運転周波数ｆｘに到達した時点で、インバーター制御手段６は、端子接続切替信号ＳＷ＿ＳＩＧによって、整合シフト手段１２ａにおけるシフト動作切替用スイッチＳＷ１ａの共通端子Ｚに接続されている切替端子をＸ側からＹ側に切り替える。以上の動作によって、ＤＣブラシレスモーター３の低速域においては基準電圧についてレベルシフトさせない状態で運転し、高速域においては基準電圧をレベルシフトさせる状態で運転する。

（実施の形態２の効果）
以上の動作によって、実施の形態１に係るインバーター駆動装置が備える効果を有するのは言うまでもなく、運転周波数に応じた最適運転の実施が可能となる。

なお、図８においては、運転周波数に応じて切り替える方式を示したが、これに限定されるものではなく、用途又は製品によっては、その負荷状態に応じて切り替える方式としてもよい。

実施の形態３．
本実施の形態に係るインバーター駆動装置は、実施の形態１に係るインバーター駆動装置と同様の構成であり、その動作において相違する点を中心に説明する。

（インバーター駆動装置の動作）
図９は、本発明の実施の形態３に係るインバーター駆動装置における端子電圧と基準電圧との関係、及び、位置検出手段７によって出力される位置検出信号を示す図である。
インバーター駆動装置が設置されるシステム又はその使用環境によっては、ノイズ耐力又は動作安定性を考慮して、各相の誘起電圧のゼロクロス点の検出動作を、立上り時のみ、又は立下り時のみ実施し、もう片側のゼロクロス点のタイミングに伴う転流処理は、インバーター制御手段６の時間カウントによって自動的に実施する構成とするのが望ましい場合がある。図９は、各相の誘導電圧の立上り時のみ、又は立下り時のみゼロクロス点を検出する場合の位置検出手段７の位置検出信号を示している。

このうち、図９（ｂ）は、レベルシフトがない基準電圧によって、各相の誘導電圧の立上り時のみゼロクロス点を検出する場合の位置検出信号を示しており、図９（ｃ）は、レベルシフトさせた基準電圧によって、各相の誘導電圧の立上り時のみゼロクロス点を検出する場合の位置検出信号を示している。また、図９（ｄ）は、レベルシフトがない基準電圧によって、各相の誘導電圧の立下り時のみゼロクロス点を検出する場合の位置検出信号を示しており、図９（ｅ）は、レベルシフトさせた基準電圧によって、各相の誘導電圧の立下り時のみゼロクロス点を検出する場合の位置検出信号を示している。

このとき、例えば、各相の誘導電圧の立上り時のみゼロクロス点を検出する場合、インバーター制御手段６から出力される通電モード情報Ｓｔｇに基づいて、位置検出信号出力手段１５、２５及び３５は、下記のように出力信号を出力する。

Ｕ相の場合、位置検出信号出力手段１５は、通電モードが「６」の場合のみ、論理出力Ｃｏ１を選択して、位置検出信号として出力信号Ｓｏ１を出力する。また、Ｖ相の場合、位置検出信号出力手段２５は、通電モードが「２」の場合のみ、論理出力Ｃｏ３を選択して、位置検出信号として出力信号Ｓｏ２を出力する。そして、Ｗ相の場合、位置検出信号出力手段３５は、通電モードが「４」の場合のみ、論理出力Ｃｏ５を選択して、位置検出信号として出力信号Ｓｏ３を出力する。

一方、各相の誘導電圧の立下り時のみゼロクロス点を検出する場合も、上記と同様の方法で実施できる。

（実施の形態３の効果）
以上の動作によって、実施の形態１に係るインバーター駆動装置が備える効果を有するのは言うまでもなく、インバーター駆動装置が設置されるシステム又はその使用環境に対して、比較的簡易に各相の誘導電圧のゼロクロス点の検出の対応が可能となる。

１ 直流電源、２ インバーター、３ ＤＣブラシレスモーター、４ａ〜４ｃ 上アームスイッチング素子、４ｄ〜４ｆ 下アームスイッチング素子、５ａ〜５ｆ 還流ダイオード、６ インバーター制御手段、７ 位置検出手段、１１ａ、１１ｂ 比較器、１２ａ、１２ｂ 整合シフト手段、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ インピーダンス整合回路、１５ 位置検出信号出力手段、１６ 分圧・電圧合成手段、２１ａ、２１ｂ 比較器、２５ 位置検出信号出力手段、２６ 分圧・電圧合成手段、３１ａ、３１ｂ 比較器、３５ 位置検出信号出力手段、３６ 分圧・電圧合成手段、Ｃ１６、Ｃ２６ コンデンサー、Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ 抵抗、Ｒ３ａ、Ｒ４ａ、Ｒ５ａ 分圧抵抗、Ｒ１６ａ〜Ｒ１６ｄ、Ｒ２６ａ〜Ｒ２６ｄ、Ｒ３６ａ〜Ｒ３６ｄ 抵抗、ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ シフト動作切替用スイッチ、Ｖ２１ 補助電源。

Claims (13)

1. 制御信号に基づいてＤＣブラシレスモーター内の各相に通電を実施するインバーターと、
   前記ＤＣブラシレスモーターの各相の端子電圧を検出し、該端子電圧を合成して、それらの平均値をもとめて基準電圧とする電圧検出・合成手段と、
   該電圧検出・合成手段によって出力された前記基準電圧に対してインピーダンス整合を実施するインピーダンス整合手段と、
   該インピーダンス整合手段によってインピーダンス整合を実施された前記基準電圧に対して電圧レベルをシフトする電圧レベルシフト手段と、
   該電圧レベルシフト手段から出力された前記基準電圧と、前記電圧検出・合成手段によって検出された前記端子電圧とを比較し、その比較結果に基づいて前記ＤＣブラシレスモーターの回転位置を示す位置検出信号を出力する比較・位置検出手段と、
   該比較・位置検出手段によって出力された前記位置検出信号に基づいて、前記制御信号を生成して前記インバーターをＰＷＭ制御するインバーター制御手段と、
   を備えた
   ことを特徴とするインバーター駆動装置。
2. 前記電圧レベルシフト手段は、電圧レベルを電圧シフト量によってシフトさせた前記基準電圧と、電圧レベルをシフトさせない前記基準電圧とを切り替えて出力する
   ことを特徴とする請求項１記載のインバーター駆動装置。
3. 前記電圧レベルシフト手段は、前記基準電圧の電圧レベルをシフトさせる電圧シフト量を１つ以上有する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のインバーター駆動装置。
4. 前記電圧レベルシフト手段は、前記基準電圧の電圧レベルをシフトさせる電圧シフト量を連続的に変化させる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のインバーター駆動装置。
5. 前記電圧レベルシフト手段は、前記インバーターの出力周波数、又は負荷状態に応じて、電圧レベルを前記電圧シフト量によってシフトさせた前記基準電圧と、電圧レベルをシフトさせない前記基準電圧とを切り替えて出力する
   ことを特徴とする請求項２記載のインバーター駆動装置。
6. 前記電圧レベルシフト手段は、前記インバーターの出力周波数、又は負荷状態に応じて、前記電圧シフト量を切り替え、該電圧シフト量によって電圧レベルをシフトした前記基準電圧を出力する
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４記載のインバーター駆動装置。
7. 前記電圧レベルシフト手段は、前記ＤＣブラシレスモーターの各相の誘導電圧に基づく前記端子電圧の立上りのゼロクロス点を検出する場合は、前記基準電圧を前記電圧シフト量によって低くなるようにシフトさせ、前記誘導電圧に基づく前記端子電圧の立下りのゼロクロス点を検出する場合は、前記基準電圧を前記電圧シフト量によって高くなるようにシフトさせる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のインバーター駆動装置。
8. 前記比較・位置検出手段は、前記基準電圧に基づいて、前記ＤＣブラシレスモーターの各相の誘導電圧に基づく前記端子電圧の立上り及び立下りの双方のゼロクロス点を検出して、前記位置検出信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のインバーター駆動装置。
9. 前記比較・位置検出手段は、前記基準電圧に基づいて、前記ＤＣブラシレスモーターの各相に誘導電圧に基づく前記端子電圧の立上り又は立下りのいずれかのゼロクロス点を検出して、前記位置検出信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のインバーター駆動装置。
10. 前記インピーダンス整合手段は、少なくとも１つの増幅器を有する
    ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載のインバーター駆動装置。
11. 前記電圧レベルシフト手段は、少なくとも１つの補助電源、及び、少なくとも該補助電源の電圧を分圧する１つの分圧抵抗を有する
    ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のインバーター駆動装置。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のインバーター駆動装置を搭載した
    ことを特徴とする空気調和機。
13. 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のインバーター駆動装置を搭載した
    ことを特徴とするハンドドライヤー。

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