JP2017046513A - モータ駆動装置、およびこれを用いた圧縮機の駆動装置、冷凍装置および冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動装置の高トルク下での駆動性能を向上する
【解決手段】ブラシレスＤＣモータの回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段からの信号から前記ブラシレスＤＣモータの速度を検出する速度検出手段と、検出したブラシレスＤＣモータの回転位置と駆動速度から、ブラシレスＤＣモータ巻線の通電相を決定する通電相決定手段と、インバータの駆動波形を生成する駆動波形生成手段を有し、波形生成手段はブラシレスＤＣモータの通電巻線が切り替えられた時、電力供給を遮断した巻線から、交流電圧を直流電圧に変換する平滑部のコンデンサに充電する電流が流れる様に、ＰＷＭ制御によるチョッピングを行うスイッチング素子を選定することで、転流時に通電を遮断した巻線に蓄積されたエネルギを電源側に戻すことで巻線の電流を短時間でゼロにすることができ、誘起電圧ゼロクロスから位置信号を確実に検出できる。
【選択図】図１

Description

本発明はインバータ制御によりブラシレスＤＣモータを使用した圧縮機を駆動するモータ駆動装置ならびに、これを用いた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およびこれを用いた冷蔵庫は、ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出し、その回転位置を基にして、通電する固定子巻き線を切り替えるようにしている。圧縮機等の特殊な環境下でのブラシレスＤＣモータの駆動では、回転子位置の検出は、エンコーダやホール素子などの検出器を用いず、インバータ出力電圧とインバータ入力電圧の１／２を比較して、その大小関係が変化するポイントを、検出するデジタルセンサレス方式が一般的である。（たとえば非特許文献１）
図４は非特許文献１のモータ駆動装置のブロック図を示すものである。

図４において、商用電源１を入力として整流平滑回路２により交流電圧を直流電圧に変換しインバータ３に入力する。インバータ３は６個のスイッチング素子（３ａから３ｆ）を３相フルブリッジで接続するとともに、各スイッチング素子にはダイオード（３ｇから３ｌ）が逆方向に並列接続され、直流入力を３相交流電力に変換し、ブラシレスＤＣモータ４に電力を供給する。位置検出回路３００はブラシレスＤＣモータ４の端子電圧から回転子の相対位置を検出する。

図５は非特許文献１のモータ駆動装置の位置検出回路３００の回路図である。図５において、非特許文献１における位置検出回路３００は、コンパレータにより実現する比較部３０１であり、非反転入力にはブラシレスＤＣモータの端子電圧が入力され、反転入力には基準電圧としてインバータ入力電圧の１／２を入力する。位置信号は、固定子巻き線のうち非通電相のインバータ出力端子に現れる誘起電圧が基準電圧との大小関係が変化するタイミング（すなわち誘起電圧のゼロクロスポイント）を検出する。

図６は非特許文献１によるセンサレス駆動時の電流波形Ａ、端子電圧波形Ｂを示しており、端子電圧波形Ｂを基準電圧（インバータ入力の１／２電圧）の大小関係を比較した比較結果がＣであり、位置検出部の出力波形Ｄは、波形ＣからＰＷＭ制御によるスイッチングの影響と、転流により電圧供給が遮断された巻線のエネルギを還流電流として放出する際に発生するスパイク電圧ＸおよびＹの影響を波形処理により除去したものである。この波形Ｄの信号状態が変化するタイミング（立ち上がりエッジまたは、立下りエッジ）を位置検出として検出し、この位置信号を基にした転流を繰り返すことでブラシレスＤＣモータ４を安定的に駆動することが出来る。

図７は特許文献１に記載された従来のモータ駆動装置を示すものである。図７に示すように、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４と、前記三相巻線に電力を供給するインバータ３と、前記インバータを駆動するドライブ部１１１と、前記ブラシレスＤＣモータ４の固定子巻線に発生する誘起電圧を基に回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部２０５と、前記位置検出部２０５からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形を出力する第１波形発生部２０７と、前記ブラシレスＤＣモータ４へ矩形波または正弦波、或いはそれらに準じる波形を出力する第２波形発生部２０９と、前記ブラシレスＤＣモータ４が所定回転数以下の低速で回転している時は前記第１波形発生部２０７の出力でインバータ３を駆動させ、前記ブラシレスＤＣモータ４が所定回転数を
超える高速で回転している時は第２波形発生部２０９の出力でインバータ３を駆動させる切替判定部２１０とを有し、第２波形発生部２０９による駆動の際、所定のタイミングでブラシレスＤＣモータ４の誘起電圧を検出するためのパターンを出力する様に構成することで、低速ではブラシレスＤＣモータ４を位置検出部２０５の信号に基づいて第１波形発生部２０７によってセンサレス駆動による高効率駆動を行い、高速では第２波形発生部２０９による周波数固定の同期駆動を行いつつ、定期的に位置検出部２０５によりブラシレスＤＣモータ４の誘起電圧ゼロクロス検出から回転子位置情報を得て転流タイミングを決定するので、同期駆動による高負荷高速駆動時も安定した駆動性能を得るようにしている。

長竹和夫編著「家電用モータ・インバータ技術」日刊工業新聞社出版、２０００年４月２８日、Ｐ．８８−９１

特開２０１０−２５２４０６号公報

しかしながら、非特許文献１および特許文献１に示す前記従来の構成では、センサレス駆動時における起動時等の低速高トルクが必要な条件ではモータ巻線に流れる電流が大きく、転流によりモータ巻線を切換えた際、電力を遮断した巻線のエネルギが還流電流として消費されるまでに時間要することになる。

図６において、区間Ｋ２から区間Ｋ３へ転流するタイミングを考える。区間Ｋ２から区間Ｋ３への移行時、電力が供給されていたＵ相巻線への通電が遮断されたとき、Ｕ相巻線に蓄積されたエネルギは、図４に示すスイッチング素子３ｆおよびダイオード３ｊを介してブラシレスＤＣモータ内を還流して消費される。したがってダイオード３ｊが導通状態となることで、インバータ入力電圧の負側に接続されるため、還流電流発生時の端子電圧波形にはスパイク電圧Ｙが発生する。

同様に区間Ｋ４から区間Ｋ１に移行する際は、スイッチング素子３ｃおよびダイオード３ｇを介して還流電流として巻線エネルギが消費され、ダイオード３ｇがインバータ入力電圧の正側に接続されスパイク電圧Ｘが生じる。

図８はセンサレス駆動におけるモータ電流が大きい状態で駆動している時の波形であり、電流波形Ａ０、端子電圧波形Ｂ０を示す。ブラスレスＤＣモータに流れる電流が高いため、Ｕ相巻線への電力供給が遮断されて巻線に蓄えられたエネルギは大きく、その放出時間、すなわちスパイク電圧Ｘ０およびＹ０の発生期間が長くなる。

従って図８の端子電圧波形Ｂ０に示すように、スパイク電圧Ｘ２およびＹ２は、誘起電圧のゼロクロスポイントを覆い隠してしまい、位置信号を検出できない状態となっている。

この結果ヒット居文献１に示すモータ駆動装置では、センサレス駆動におけるモータ電流が大きい状態での駆動では、ブラシレスＤＣモータの正確に位置検出をすることが出来ないため、駆動トルクの低下や、トルク低下による起動性能の低下、モータ駆動効率の低下、速度安定度の低下、速度変動による振動・騒音の増大といった課題を有している。

また、特許文献１に示す構成では、同期駆動中にインバータ駆動の特別パターンの信号を出力することで、ブラシレスＤＣモータの位置信号を取得出来る様にして、高速・高負荷時の駆動安定性を確保しているが、センサレス駆動中にモータ電流が大きくスパイク電圧がゼロクロス信号を覆い隠す様な駆動状態での安定性向上には対応することが出来ない。従って、特許文献１に示す従来のモータ駆動装置では、モータ電流が高いセンサレス駆動時は、前述した非特許文献１と同様の課題を有している。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、起動時等で高トルク駆動が必要で、大きなモータ電流が流れる駆動状態においても、ブラシレスＤＣモータの位置信号を確実に検出できることで、ブラシレスＤＣモータの起動性を含めた高トルク駆動性能を向上することを目的とする。

前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、流電圧を整流する整流部と前記整流部の出力電圧を安定した直流電圧に変換するコンデンサにより構成される平滑部とから成る整流平滑回路と、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、６個のスイッチング素子を３相ブリッジ構成で接続し、前記整流平滑回路の出力を入力として前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記回転子の回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段からの信号から前記ブラシレスＤＣモータの速度を検出する速度検出手段と、検出した前記回転子の回転位置と、駆動速度から前記固定し巻線の通電相を決定する通電相決定手段と、前記速度検出手段で検出した速度と目標速度との誤差を検出する誤差検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータの速度が目標速度となる様に、前記インバータの出力電圧を前記インバータの任意のスイッチング素子をオン・オフチョッピングによるＰＷＭ制御で調整するＰＷＭ手段と、前記インバータの駆動波形を生成する駆動波形生成手段を有し、前記ブラシレスＤＣモータの通電巻線の切り替え時、電力供給を遮断した巻線から前記平滑部のコンデンサを充電する電流が流れる様に、ＰＷＭ制御によるチョッピングを行うスイッチング素子を選定するのである。

これによって、ブラシレスＤＣモータの巻線が切り替えられたとき、通電を遮断された巻線に蓄積されたエネルギが回生として電源側に戻ることで、電力供給を遮断した巻線電流を短時間でゼロに出来るため、ブラシレスＤＣモータの端子から位置情報としての誘起電圧のゼロクロス位置（すなわちブラシレスＤＣモータの位置信号）を確実に検出することができる。

本発明のモータ駆動装置は、起動時等のモータに流れる電流が大きい高負荷トルクでの駆動性能を向上し、ブラシレスＤＣモータの起動性能を含めた高トルク駆動性能を向上することができる。

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 本発明の実施の形態１におけるモータ駆動時の各部の波形を示す図 スイッチング素子状態による電流の流れる経路を示す図 従来のモータ駆動装置のブロック図 従来のモータ駆動装置の位置検出回路を示す図 従来のモータ駆動装置のセンサレス駆動時の各部の波形を示す図 従来のモータ駆動装置のブロック図 従来のモータ駆動装置のセンサレス駆動での大電流発生時の各部の波形を示す図

第１の発明は、流電圧を整流する整流部と前記整流部の出力電圧を安定した直流電圧に変換するコンデンサにより構成される平滑部とから成る整流平滑回路と、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、６個のスイッチング素子を３相ブリッジ構成で接続し、前記整流平滑回路の出力を入力として前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記回転子の回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段からの信号から前記ブラシレスＤＣモータの速度を検出する速度検出手段と、検出した前記回転子の回転位置と、駆動速度から前記固定し巻線の通電相を決定する通電相決定手段と、前記速度検出手段で検出した速度と目標速度との誤差を検出する誤差検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータの速度が目標速度となる様に、前記インバータの出力電圧を前記インバータの任意のスイッチング素子をオン・オフチョッピングによるＰＷＭ制御で調整するＰＷＭ手段と、前記インバータの駆動波形を生成する駆動波形生成手段を有し、前記ブラシレスＤＣモータの通電巻線の切り替え時、電力供給を遮断した巻線から前記平滑部のコンデンサを充電する電流が流れる様に、ＰＷＭ制御によるチョッピングを行うスイッチング素子を選定するものである。これによりブラシレスＤＣモータ巻線の通電相が切り替えられた際、電源供給が遮断された巻線に蓄積されたエネルギは回生エネルギとして電源側に戻るため、通電を遮断したモータ巻線の電流を短時間でゼロにすることが出来るので、モータ端子電圧に現れるモータ誘起電圧のゼロクロスポイントからモータ回転子の磁極位置を確実に検出できるため、ブラシレスＤＣモータの起動性能を向上することができる。

第２の発明は、第１の発明のモータ駆動装置により駆動される圧縮機の駆動装置である。これにより、停電等により圧縮機が停止したとき、圧縮機の吸入側と吐出側の圧力差のため、大きな起動トルクが必要な状態でも速やかに再起動を行うことができるため、圧縮機の停止期間を短くすることができる。

第３の発明は、圧縮機により圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器により液化された液冷媒の圧力を低下する減圧器と、前記減圧器により圧力を低下した液冷媒を蒸発させる蒸発器と前記凝縮器と前記蒸発器間の冷媒の流路を遮断する冷媒流路遮断手段を有し、圧縮機が停止中は前記冷媒流路遮断手段により、前記凝縮器と前記蒸発器間の冷媒流路を遮断する第２の発明に記載の圧縮機の駆動装置を備えた冷凍装置である。これにより圧縮機停止時に高温の冷媒の凝縮器側流入による凝縮器温度の上昇を防ぐことができる。これにより圧縮機再起動時の冷凍サイクルの損失を低減することができる。

第４の発明は、第３の発明において、前記圧縮機が停止状態から起動する際は、前記圧縮機の吸入側圧力と、吐出側圧力とが所定以上の圧力差が付加されているものである。これにより、圧縮機が再起動する際も、圧縮機駆動中とほぼ同じ圧力状態から起動することが出来るので、起動後すぐに圧縮機の吸入と吐出圧力が圧縮機運転中の安定圧力状態に戻ることが出来る。従って、圧縮機起動後に安定した圧力状態に戻るまでの冷凍サイクルの損失を大幅に低減できる。

第５の発明は、第１から第４のいずれかのモータ駆動装置、または圧縮機の駆動装置、または冷凍装置を使用した冷蔵庫である。これにより、冷蔵庫の庫内温度調節のために圧縮機のオン・オフ制御が伴っても、圧縮機停止中は凝縮器内の高温冷媒の蒸発器内流入による熱負荷の増加の防止と、圧縮機の起動時の圧力状態が圧縮機運転時の安定圧力に戻るまでの冷凍サイクルの損失を抑制できるので、消費電力の低い冷蔵庫を提供することが出来る。 以下、本発明の実施の意形態について、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を示すものである。

電源１は一般的な商用電源であり、日本の場合は実効値１００Ｖの５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電源である。整流平滑回路２は整流部２ａおよび平滑部２ｂで構成され、前記交流電源１を入力として、交流電圧を直流電圧に変換する。本実施の形態１における整流平滑回路は倍電圧整流としているが、全波整流構成でも、全波整流と倍電圧整流を切り替える構成、あるいは力率改善回路（ＰＦＣ）等でも構わない。

インバータ３は６個のスイッチング素子（３ａ〜３ｆ）を３相フルブリッジ構成で接続し、前記整流平滑回路２からの直流入力を交流電力に変換し、ブラシレスＤＣモータ４に任意の電圧および周波数の交流出力を供給する。各スイッチング素子（３ａ〜３ｆ）には逆方向に並列にダイオード（３ｇ〜３ｌ）が接続されている。なお、図１ではスイッチング素子をＩＧＢＴとしているがＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタ、ＳｉＣデバイス、ＧａＮデバイス等でも構わない。

位置検出手段６はブラシレスＤＣモータ４の回転子の磁極位置を検出するもので、電流が流れていない固定子巻線が接続された端子に現れる誘起電圧から、そのゼロクロスポイントを位置信号として検出する。

速度検出手段７は位置検出手段６の出力信号間隔から、ブラシレスＤＣモータの駆動速度を検出する。誤差検出手段８は速度検出手段７で得た駆動速度と指令速度との差を検出する。

ＰＷＭ制御手段９は誤差検出手段８から得た、指令速度と実際の駆動速度との差からインバータ３がブラシレスＤＣモータに供給する電圧を調整する。具体的にはインバータ３のスイッチング素子をＰＷＭ（パルス幅変調）により任意の周波数でオン・オフを行い、オン・オフ１サイクルあたりのオン時間（デューティ）を調整する。デューティは、ブラシレスＤＣモータの実際の駆動速度と目標とする指令速度とを一致させるようにフィードバック制御により調整し決定する。

通電相設定手段１０は、位置検出手段で得た位置信号とその検出タイミングから次に通電する巻線の通電パターンと通電タイミングを設定し駆動波形生成手段１１とＰＷＭ相設定手段１３に出力する。

なお、通電相設定手段１０により設定する巻線への通電パターンは、１２０度以上１５０度以下の矩形波またはそれに準じる波形を所定の周波数の波形となる様に設定する。

ＰＷＭ相設定手段１３は、インバータ３のスイッチング素子のうち、どの素子をＰＷＭ制御に伴うオン・オフ制御をするか設定するものであり、転流により電力供給を遮断された巻線のエネルギを回生として電源（コンデンサ）側に戻すようにＰＷＭ制御する相（スイッチング素子）を選定する。

駆動波形生成手段１１は、通電相設定手段１０により設定したブラシレスＤＣモータの通電相パターン、ＰＷＭ制御手段９により設定したＰＷＭ制御に伴うスイッチング周波数と１サイクルあたりのオン時間、ＰＷＭ相設定手段１３により設定したＰＷＭ制御によるオン・オフ制御を行う相（スイッチング素子）を合成して、インバータ３の各素子の駆動波形を生成し、ドライブ手段１２は駆動波形生成手段１１で生成した駆動波形を基にインバータ３の各スイッチング素子をオンまたはオフしてインバータ３を駆動する。

ここでＰＷＭ相設定手段１３の動作について図１および図２を用いて説明する。

図２は本発明の実施の形態１のモータ駆動装置による駆動時の各部の波形を示したものである。図２において波形Ａ２はブラシレスＤＣモータのＵ相巻線電流。波形Ｂ２はブラシレスＤＣモータのＵ相端子電圧、波形Ｃ２〜Ｈ２はドライブ手段１２によるインバータ３の駆動波形である。図２の「ア」から「オ」はブラシレスＤＣモータの通電巻線を切換える転流タイミングを示している。

ＰＷＭ相設定手段１３の動作を説明するにあたり、転流タイミング「ウ」について説明する。転流タイミング「イ」と転流タイミング「ウ」の間の区間（以降、区間イウと記す）は、スイッチング素子３ａがＰＷＭ制御に伴うチョッピング動作を行い、３ｆが連続通電状態で、モータ電流は、スイッチング素子３ａ→Ｕ相巻線→Ｗ相巻線→スイッチング素子３ｆの経路で流れていく。転流タイミング「ウ」ではスイッチング素子３ａがオフされ３ｂがオンされる。これと同時にＰＷＭ相設定手段１３は、区間イウ間では連続通電としていたスイッチング素子３ｆ（すなわちＷ相低圧側接続素子）を、ＰＷＭチョッピングを行う相として選定する。したがって転流後の区間ウエではスイッチング素子３ｂを連続通電、スイッチング素子３ｆをＰＷＭに伴うチョッピング動作を行うようにして、モータ電流は、スイッチング素子３ｂ→Ｖ相巻線→Ｗ相巻線→スイッチング素子３ｆの経路で流れる。

次に、転流タイミングにおける電流の流れを図１、図２および図３を用いて説明する。

図３は、スイッチング素子状態による電流の流れる経路を示す図である。図２における区間イウでは図３（ａ）に示すようにスイッチング素子３ａおよび３ｆがオン状態にあり矢印の方向に電流が流れブラシレスＤＣモータは力行状態にある。転流「ウ」によりスイッチング素子３ａのターンオフと同時期に３ｆがＰＷＭ制御に伴うチョッピング制御されることになる。スイッチング素子３ａがオフされることでＵ相巻線のエネルギが放出されることになるが、その経路はスイッチング素子３ｆがＰＷＭ制御によるチョッピングでオン状態にある時は図３（ｂ）に示す還流ルートで徐々に放出されていき、３ｆがオフした時は図３（ｃ）に示す回生モードで電源側のコンデンサに戻る。巻線エネルギの放出時間は、還流モードによるエネルギ消費よりも、回生によるコンデンサへの充電による放出の方が早い。このため、本発明の実施の形態１において、巻線エネルギの放出は、還流モードでの放出とともに回生モードによる放出行えるため、転流による当該巻線の電流は短時間で切れることになる。

このようにＰＷＭ相選定手段が選定するスイッチング素子は、転流直前まで通電されている巻線の内、転流後も通電を継続する巻線の相のスイッチング素子をＰＷＭ制御する相（素子）に選定する。上記転流タイミング「ウ」で説明したように、転流直前まで通電していた巻線、即ちＵ相巻線とＷ相巻線の内、転流後も通電を継続する巻線の相、即ちＷ相（低圧側）のスイッチング素子、即ち３ｆをＰＷＭ制御によるオン・オフ動作をすることで、転流により通電が遮断された巻線に蓄えられたエネルギを回生として電源側に返すようにしている。

上記の様にＰＷＭ制御によるスイッチング素子を選定することで、起動時等の高トルク駆動による大電流での駆動時においても、通電を遮断した巻線電流は速やかにゼロとなるため、誘起電圧のゼロクロスポイントはスパイク電圧に覆い被されることなく確実に検出でき、正確な回転子の磁極位置の検出が可能となる。これにより起動時の駆動トルクアップが実現し、ブラシレスＤＣモータの起動性能を向上することができる。

また、転流時の巻線エネルギを放出するために特別なインバータのスイッチング素子の出力パターンを付加する必要もないので、非常に簡単な方法で駆動トルクアップと起動性能の向上を図ることができる。

（実施の形態２）
図１は本発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫のブロック図である。

図１において圧縮要素１４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。このブラシレスＤＣモータ４と圧縮要素１４とを同一の密閉容器に収納し、圧縮機１５を構成する。圧縮機１５で圧縮された吐出ガスは、凝縮器１６、減圧器１７、蒸発器１８を通って圧縮機１５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１６では放熱、蒸発器１８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１６や蒸発器１８に送風機などを使い、熱交換をさらに促進することもある。また本実施の形態２では、冷凍空調システムは冷蔵庫１９の冷凍サイクルとして用いている。

冷蔵庫の冷凍サイクルでは減圧器に毛細管を使用していることが多く、その管の内径は非常に小さいため、圧縮機停止時に圧縮機の吸入と吐出の圧力がバランスするまでに時間を要する。従って圧縮機駆動時に瞬時停電等で圧縮機が停止したとき、圧縮機の吸入と吐出の圧力差が大きい状態から速やかに再起動する必要がある。

圧縮機の圧力バランスが取れていない状態での起動には、大きな起動トルクが必要となり起動が困難となるが、本発明のモータ駆動装置を圧縮機の駆動に用いることで、吸入と吐出の圧力差が大きい状態での圧縮機の起動も、安定して行うことができる。

従って、瞬時停電等が発生して一旦圧縮機が停止した場合でも、停電復帰時に圧縮機の圧力バランスが平衡するまで起動を待つ必要なく、速やかに圧縮機を再起動できるため、冷蔵庫の庫内温度の上昇を抑制することが出来る。

冷媒流量調整手段２１は、冷凍サイクルの凝縮器１６と蒸発器１８の冷媒流路を開放または遮断するものである。本実施の形態２において、冷媒流量調整手段２１は凝縮器１６と減圧器１７の間に設置しているが、減圧器１７と蒸発器１８の間に設置しても構わない。

ここで、冷媒流量調整手段２１の動作について説明する。冷媒流量調整手段２１は圧縮機１５の運転または停止に連動して動作させ、圧縮機１５が運転中は、冷媒流路を開放し、圧縮機停止中は冷媒流路を閉塞する様にしている。即ち、ブラシレスＤＣモータ４の駆動指示がある（すなわち指令速度がゼロ以外）時、庫内冷却のため圧縮機の運転により、冷凍サイクル内を冷媒が循環できる様に冷媒流量調整手段２１を開放し、圧縮機停止時（すなわちブラシレスＤＣモータが停止指示）は、冷媒流量調整手段２１を閉塞し凝縮器１６と蒸発器１８間の冷媒の流れを遮断する様にしている。

冷凍サイクルにおいて、凝縮器は圧縮機の吐出（高圧）側、凝縮器は吸入（低圧）側に接続されているため、圧縮機運転中は凝縮器と蒸発器には圧力差が生じており、圧縮機停止に伴いこの両者の圧力をバランスするために凝縮器１６の高温高圧のガス冷媒が減圧器１７を通って蒸発器１８に流入し蒸発器１８内部で凝縮し液化する。

従って、冷却状態にある冷蔵庫内に設置した蒸発器へ、温度の高いガス冷媒が流入し、そこで熱交換（熱エネルギを放出）することになる。結局これは、冷蔵庫の熱負荷となる
ため、冷蔵庫の消費電力の増加要因となる。

従って、本発明の実施の形態２では圧縮機停止時に冷媒流量調整手段２１を閉塞して、凝縮器側からの高温高圧ガスが蒸発器に流入しないようにすることで、圧縮機を用いた冷凍サイクルおよび、冷蔵庫の省エネ性を向上している。

また、圧縮機の吸入圧力と、吐出圧力がバランスした状態から圧縮機を起動する場合、起動後は、凝縮器側の圧力を所定の圧力まで低下し、吐出側の圧力を所定の圧力まで上昇させ、圧縮機運転時の安定圧力状態に戻るまでの間は、冷凍サイクルのロスとなる。

本発明の実施の形態２では、圧縮機停止時に冷媒流量調整手段２１を閉塞して、圧縮機の高圧側（吐出側）と吸入側（低圧側）を分断するため、圧縮機停止中も運転中と同等の吐出側と吸入側の圧力差を有した状態となる。そして圧縮機の吸入圧力と吐出圧力が圧縮機の運転状態と同等の状態のままで再起動を行うようにしている。

圧縮機の吸入と吐出圧力に圧力差が生じている状態での起動は、圧力がバランスした状態からの起動と比較して非常に大きな起動トルクが必要となる。しかし、本発明のモータ駆動装置を圧縮機の駆動に用いることで、大きな起動トルクを発生することが出来るので、圧縮機の吸入側と吐出側に大きな圧力差が生じている状態での起動でも、圧縮機を安定かつスムーズに起動できる。従って、起動後短時間で、圧縮機の運転時の安定圧力状態に戻すことができる、起動時における冷凍サイクルの損失低減が図れ、冷蔵庫の消費電力量を削減することができる。

本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスＤＣモータに大電流が流れるような、高トルク駆動時や高負荷駆動時の駆動性能を向上したものである。これによりブラシレスＤＣモータの起動性能の向上および、冷凍サイクルの損失を低減できるため、エアコン、ヒートポンプ式洗濯乾燥機、給湯器などブラシレスＤＣモータを用いる様々な用途にも適用できる。

２ 整流平滑回路
２ａ 整流部
２ｂ 平滑部
３ インバータ
４ ブラシレスＤＣモータ
６ 位置検出手段
７ 速度検出手段
８ 誤差検出手段
９ ＰＷＭ制御手段
１０ 通電相設定手段
１１ 駆動波形生成手段
１５ 圧縮機
１６ 凝縮器
１７ 減圧器
１８ 蒸発器
１９ 冷蔵庫
２１ 冷媒流量調整手段

Claims (5)

1. 交流電圧を整流する整流部と前記整流部の出力電圧を安定した直流電圧に変換するコンデンサにより構成される平滑部とから成る整流平滑回路と、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、６個のスイッチング素子を３相ブリッジ構成で接続し、前記整流平滑回路の出力を入力として前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記回転子の回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段からの信号から前記ブラシレスＤＣモータの速度を検出する速度検出手段と、検出した前記回転子の回転位置と、駆動速度から前記固定し巻線の通電相を決定する通電相決定手段と、前記速度検出手段で検出した速度と目標速度との誤差を検出する誤差検出手段と、前記ブラシレスＤＣモータの速度が目標速度となる様に、前記インバータの出力電圧を前記インバータの任意のスイッチング素子をオン・オフチョッピングによるＰＷＭ制御で調整するＰＷＭ手段と、前記インバータの駆動波形を生成する駆動波形生成手段を有し、前記ブラシレスＤＣモータの通電巻線の切り替え時、電力供給を遮断した巻線から前記平滑部のコンデンサを充電する電流が流れる様に、ＰＷＭ制御によるチョッピングを行うスイッチング素子を選定するモータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置により駆動される圧縮機の駆動装置。
3. 圧縮機により圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器により液化された液冷媒の圧力を低下する減圧器と、前記減圧器により圧力を低下した液冷媒を蒸発させる蒸発器と前記凝縮器と前記蒸発器間の冷媒の流路を遮断する冷媒流路遮断手段を有し、圧縮機が停止中は前記冷媒流路遮断手段により、前記凝縮器と前記蒸発器間の冷媒流路を遮断する請求項２に記載の圧縮機の駆動装置を備えた冷凍装置。
4. 前記圧縮機が停止状態から起動する際は、前記圧縮機の吸入側圧力と、吐出側圧力とが所定以上の圧力差が付加されている請求項３に記載の冷凍装置。
5. 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または圧縮機の駆動装置または冷凍装置を有する冷蔵庫。

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