JP3335231B2 - インバータ装置およびそのインバータ装置により制御されるエアコンディショナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレスモータのよ
うな、複数の巻線を有するモータの各巻線をロータの所
定の回転位置に対応する転流タイミングで順次通電する
ためのスイッチング回路を有するインバータ装置および
そのインバータ装置により制御されるエアコンディショ
ナに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エアコンディショナや冷蔵庫にお
いて、コンプレッサの能力可変や電力消費量の節約のた
めに、直流モータの一種であるブラシレスモータを採用
し、これをインバータ装置によって駆動することが行わ
れている。ブラシレスモータの場合、通常、巻線の通電
相を決定するためにロータの回転位置信号を必要とする
が、エアコンディショナや冷蔵庫のコンプレッサのよう
にモータが冷媒に晒される等、モータの使用環境によっ
ては位置検出センサーを配置することが困難な場合があ
る。このため、本願発明者等は、モータの巻線の誘起電
圧を検出しこれを電気的に処理することにより回転位置
信号を得る技術を開発し、これを特願昭６２ー１６２６
５４号として出願した。

【０００３】以下、その出願の発明がパルス幅変調（以
下、単にＰＷＭと称する）方式で実施される場合を例に
し、これを従来技術として図２１〜図２３を参照しなが
ら説明する。

【０００４】図２１に示されたインバータ装置におい
て、交流電源１に接続される直流電源回路２は、全波整
流回路３、リアクトル４ａおよび平滑用コンデンサ４ｂ
からなり、この直流電源回路２の正側直流電源線５と負
側直流電源線６との間にはスイッチング回路としてスイ
ッチング素子例えばスイッチング用トランジスタ７〜１
２からなる三相ブリッジ回路１３が接続され、その出力
端子１４ｕ，１４ｖ，１４ｗにブラシレスモータ１５の
各巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの端子が接続される。

【０００５】上記三相ブリッジ回路１３において、正側
直流電源線５と出力端子１４ｕ，１４ｖ，１４ｗとの間
に接続された３個のトランジスタ７，９，１１は正側ス
イッチング素子に対応し、負側直流電源線６と出力端子
１４ｕ，１４ｖ，１４ｗとの間に接続された３個のトラ
ンジスタ８，１０，１２は負側スイッチング素子に対応
している。これら各トランジスタ７〜１２が所定の順序
でオンオフ制御されると、ブラシレスモータ１５はその
各巻線１５ｕ〜１５ｗが１２０度（電気角、以下同様）
の位相差をもって順次繰り返し通電されることにより回
転駆動される。この場合、一つのトランジスタは１２０
度オン、２４０度オフのオンオフ周期で制御され且つオ
ン期間では、図２２に示すＰＷＭ信号Ｐ1 によってデュ
ーティの制御がなされるので、ブラシレスモータ１５の
各巻線１５ｕ〜１５ｗの端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは図
２２に示す波形になる。

【０００６】図２３はＰＷＭ制御を伴わない場合の巻線
１５ｕの端子電圧Ｖｕおよび電流Ｉｕの波形を示す。こ
の波形において、約６０度（期間Ｔa ）の区間に渡る傾
斜部分は巻線１５ｕの誘起電圧、細長い正負パルスは三
相ブリッジ回路１３の各トランジスタ７〜１２と並列に
接続されたダイオードＤ1 〜Ｄ6 によるパルス電圧、ま
た、Ｖ0 は直流電源線５、６間に接続された抵抗分圧回
路１６によって形成された基準電圧である。ここで、基
準電圧Ｖ0 は三相ブリッジ回路１３の直流電源回路２の
電圧の２分の１に設定されている。この図２３から、転
流タイミングは誘起電圧と基準電圧Ｖ0 とがクロスする
時点（以下、単にゼロクロス時点と称する）から約３０
度遅れていることが理解される。

【０００７】前記端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗは位置検出
手段としての位置信号回路１７に設けられたコンパレー
タ１８〜２０によって前記基準電圧Ｖ0 と比較されるこ
とにより、ブラシレスモータ１５が有するロータの位置
情報として図２２に示すような端子電圧Ｖｕ〜Ｖｗの１
８０度区間認識用の基本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ´，Ｖｗ´
に変換される。更にこれら基本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ´，
Ｖｗ´が通電信号形成手段としての波形合成回路２１に
与えられ、ここでＰＷＭ信号Ｐ1 との照合により正パル
ス成分のみの時間幅１８０度の連続方形波からなり且つ
互に１２０度の位相差を有する認識波形信号Ｕａ，Ｖ
ａ，Ｗａに変換される。この認識波形信号Ｕａ，Ｖａ，
Ｗａの開始点（立上り時点）および終了点（立下り時
点）はゼロクロス時点に一致している。

【０００８】更にこの波形合成回路２１内では、これに
保有された第１および第２のタイマー機能のうち、第１
のタイマー機能によって前記３つの認識波形信号Ｕａ，
Ｖａ，Ｗａから時間幅Ｔｂが各々６０度をもつ６個の第
１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 を形成し、更に第２の
タイマー機能によって第１の各位相区分パターンＸ1〜
Ｘ6 の終点を起点とする時間幅が各々３０度をもつ６個
の第２の位相区分パターンＹ1 〜Ｙ6 を形成する。そし
て、波形合成回路２１は、最終的に上記のような第２の
位相区分Ｙ1 〜Ｙ6 信号から図２２に示す通電信号Ｕ
ｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎを合成する。

【０００９】ここで、通電信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖ
ｎ，Ｗｐ，Ｗｎの開始点は、第２の位相区分パターンＹ
1 〜Ｙ6 の終点に一致しているので、ゼロクロス時点か
ら３０度遅れた時点となり、従って、これら通電信号Ｕ
ｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎの位相パターンは、
三相ブリッジ回路１３のトランジスタ７〜１２に要求さ
れた転流タイミングパターンに一致することとなる。

【００１０】一方、速度検出手段としての速度判定回路
２２は、波形合成回路２１からブラシレスモータ１５の
回転速度検出信号として与えられた通電信号Ｗｎと速度
指令信号Ｓｃとから速度偏差を判定し、その速度偏差に
対応したデューティ信号Ｓｄを出力してこれをパルス幅
変調回路２３に与える。このパルス幅変調回路２３はＰ
ＷＭ信号Ｐ1 のデューティをデューティ信号Ｓｄの大き
さに応じるように制御する。このようにデューティが制
御されたＰＷＭ信号Ｐ1 は駆動手段を構成するゲート回
路２４の各ゲート部２５，２７，２９によって前記通電
信号Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐ，と合成例えば論理積をとられな
がら三相ブリッジ回路１３の正側トランジスタ７，９，
１１のベースにベース制御信号として供給されてこれら
がＰＷＭ信号Ｐ1 のオンオフモードでオンオフ制御され
る。また、負側トランジスタ８，１０，１２のベースに
は前記通電信号Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎのみがゲート部２６，
２８，３０を介して供給されてＰＷＭモードを伴わない
オンオフ制御がなされる。この結果、トランジスタ７〜
１２が通電信号Ｕｐ〜Ｗｎにより図２２に示すパターン
でオンオフ制御されることによってブラシレスモータ１
５が駆動を継続すると共に図２２に示されるＰＷＭ信号
Ｐ1 によるデューティ制御によってその速度制御がなさ
れる。

【００１１】ここで、ＰＷＭ信号Ｐ1 のオンモードとは
そのパルス信号のハイレベルおよびロウレベルのうち、
トランジスタをオンさせるレベル（図２２ではハイレベ
ルに設定）のモードをいい、オフモードとはトランジス
タをオフさせるレベル（同ロウレベルに設定）のモード
をいう。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のようなインバー
タ装置によって制御されるブラシレスモータを例えば冷
蔵庫やエアコンディショナ等のロータリーコンプレッサ
の駆動用モータとして使用した場合、圧縮作用に伴い負
荷トルクがロータの１回転周期で図２４に示すように変
動する。すると、ロータの回転速度が負荷トルクの増加
に伴って減少し、逆に負荷トルクの減少に伴って増加す
るというように変動し、この速度変動によりコンプレッ
サが振動して騒音を発したり、機械部品の劣化や損傷の
原因となったりする。

【００１３】また、上述のようなコンプレッサの振動
は、特に慣性による速度変動吸収作用を期待できない低
速回転時に生じ易いため、騒音を嫌う家庭用の冷蔵庫や
エアコンディショナの場合には、このような低速回転域
を避けて能力可変を行わねばならず、能力可変範囲が狭
くなる。

【００１４】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、モータの負荷トルクの変動を検出する
ことができ、負荷トルク変動が大きい場合（ロータの速
度変動が大きい場合）には、運転を停止させる等、負荷
トルク変動に容易に対処でき、また負荷トルクの変動が
ある場合には、その変動に対応してモータの巻線への印
加電圧を変化させることにより、回転速度変動を生じな
いようにすることができるインバータ装置を提供するに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のインバータ装置
は、モータが有する複数相の巻線に順次通電するため
の、並列にダイオードを有する複数のスイッチング素子
からなるスイッチング回路と、前記モータが有するロー
タの位置情報を得る位置検出手段と、前記位置情報に基
づいて所定の転流タイミングに対応した通電信号を得る
通電信号形成手段と、前記通電信号に基づいて前記スイ
ッチング素子を駆動する駆動手段とを具備したものにお
いて、前記スイッチング素子の転流時に、前記巻線の蓄
積エネルギーの放出による前記ダイオードの通電時間を
検出し、この検出時間をスイッチング素子の転流時間と
する転流時間検出手段と、この転流時間検出手段により
検出された転流時間から負荷トルク変動情報を得るトル
ク変動検出手段とを設けたことを特徴とするものであ
る。

【００１６】また、本発明のインバータ装置は、モータ
が有する複数相の巻線に順次通電するために、正側直流
電源線と巻線の端子との間に接続された並列にダイオー
ドを有する複数の正側スイッチング素子および負側直流
電源線と巻線の端子との間に接続された並列にダイオー
ドを有する複数の負側スイッチング素子からなるスイッ
チング回路と、パルス幅変調信号を得るパルス幅変調回
路と、前記モータが有するロータの位置情報を得る位置
検出手段と、前記通電信号およびパルス幅変調信号に基
づいて前記スイッチング素子を駆動する駆動手段とを具
備したものにおいて、前記正側スイッチング素子および
負側スイッチング素子のうち、前記パルス幅変調信号に
よってオンオフ制御する側のスイッチング素子を選択す
るために前記通電信号の切り替わり毎に変化する選択信
号を得る選択信号形成手段と、前記スイッチング素子の
転流時に、前記巻線の蓄積エネルギーの放出による前記
ダイオードの通電状態を該巻線の端子電圧と基準電圧と
の比較により検出し、この通電検出時間をスイッチング
素子の転流時間とする転流時間検出手段と、この転流時
間検出手段により検出された転流時間から負荷トルク変
動情報を得るトルク変動検出手段とを設け、前記駆動手
段は前記選択信号に基づき前記正側スイッチング素子間
で転流が行われたときには前記負側スイッチング素子を
パルス幅変調信号のオンオフモードに従いオンオフ制御
すると共に、負側スイッチング素子間で転流が行われた
ときには正側スイッチング素子をパルス幅変調信号のオ
ンオフモードに従いオンオフ制御するように構成されて
いることを特徴とするものである。

【００１７】上記のインバータ装置において、周期的に
変化する負荷トルクの１周期に対応するロータの回転位
置範囲を、少なくとも１回の転流タイミングを含んだ複
数の電圧パターン区に区分し、トルク変動検出手段が得
た負荷トルク変動情報に基づいて各電圧パターン区にお
ける巻線への印加電圧を制御する電圧制御手段を設ける
ことができる。

【００１８】また、本発明のエアコンディショナは、コ
ンプレッサ、室外側熱交換器、減圧装置、室内側熱交換
器を冷媒通路により接続したヒートポンプを備え、前記
コンプレッサのモータを上述のようなインバータ装置に
よって制御することを特徴とするものである。

【００１９】

【作用】ロータが一定の速度で回転しているとき、モー
タの負荷トルクが大きくなると、巻線電流が増大し、該
巻線の蓄積エネルギーが増加する。このため、スイッチ
ング素子の転流時において、巻線に蓄積されたエネルギ
ーの放出に要する時間が長くなる。このとき、巻線の蓄
積エネルギーの放出により流れる電流はダイオードを通
って巻線に還流するので、ダイオードの通電時間と負荷
トルクとは一定の関係を有することとなる。

【００２０】従って、本発明のインバータ装置によれ
ば、転流時のダイオードの通電時間すなわち転流時間を
検出し、この転流時間から負荷トルクの変動を検出する
ので、負荷トルクの変動が大きい場合にはモータの運転
を停止する等、負荷トルク変動に適切に対処することが
できる。

【００２１】また、本発明のインバータ装置によれば、
スイッチング素子をパルス幅変調信号によりオンオフ制
御する場合、そのパルス幅変調信号によりオンオフ制御
されるスイッチング素子が場合場合に応じて正側スイッ
チング素子と負側スイッチング素子との間で切り替えら
れるため、ダイオードの通電状態を巻線の端子電圧と基
準電圧との比較により検出する構成としても、巻線の端
子電圧の変化がダイオードの通電終了時点と同期して現
れるようになるので、その通電時間を正確に検出でき
る。

【００２２】そして、本発明のインバータ装置によれ
ば、負荷トルクの変動に応じて巻線に印加する電圧を変
えることができるので、負荷トルクが変動してもロータ
の回転速度に変動を生ずることがない。

【００２３】従って、上述のようなインバータ装置によ
りコンプレッサのモータが制御される本発明のエアコン
ディショナでは、コンプレッサの圧縮作用により、モー
タの負荷トルクが周期的に変動しても、コンプレッサの
振動を小さく抑えることができ、低騒音運転を行うこと
ができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明をエアコンディショナに適用し
た一実施例につき図１〜図１６を参照しながら説明する
が、図２１と同一部分に同一符号を付して異なる部分に
ついてのみ説明する。

【００２５】図３には、コンプレッサのモータとしてブ
ラシレスモータを採用したエアコンディショナが示され
ている。同図において、ヒートポンプ３１のコンプレッ
サ３２は、圧縮部３３とブラシレスモータ１５を同一の
鉄製密閉容器３４内に収容して構成され、ブラシレスモ
ータ１５のロータシャフトが圧縮部３３に連結されてい
る。コンプレッサ３２、四方弁３５、室内側熱交換器３
６、減圧装置３７、室外側熱交換器３８は冷媒通路たる
パイプにより閉ループとなるように接続されている。な
お、この実施例では、ブラシレスモータ１５のロータが
有する界磁用永久磁石は４極のものとする。

【００２６】暖房時には、四方弁３５は実線で示す状態
にあり、コンプレッサ３２の圧縮部３３で圧縮された高
温冷媒は、四方弁３５から室内側熱交換器３６に供給さ
れて凝縮し、その後、減圧装置３７で減圧され、低温と
なって室外側熱交換器３８に流れ、ここで蒸発してコン
プレッサ３２へと戻る。

【００２７】冷房時には、四方弁３５は破線で示す状態
に切り替えられる。このため、コンプレッサ３２の圧縮
部３３で圧縮された高温冷媒は、四方弁３５から室外側
熱交換器３８に供給されて凝縮し、その後、減圧装置３
７で減圧され、低温となって室内側熱交換器３６に流
れ、ここで蒸発してコンプレッサ３２へと戻る。

【００２８】そして、室内側、室外側の各熱交換器３
６，３８にはそれぞれファン３９，４０から風が送られ
るようになっていて、その送風により各熱交換器３９，
４０と室内空気、室外空気の熱交換が効率良く行われる
ように構成されている。

【００２９】このようなエアコンディショナのブラシレ
スモータ１５は図１に示すインバータ装置により制御さ
れる。このインバータ装置のマイクロコンピュータ４１
は通電手段形成手段として機能し、図２１に示された従
来のインバータ装置の波形合成回路２１と同等の通電信
号形成機能を有する他、選択信号形成手段としても機能
し、図２に示すように、通電信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖｐ，Ｖ
ｎ，Ｗｐ，Ｗｎの切替わり時に変化、すなわちハイ
（Ｈ）・ロウ（Ｌ）のレベル関係が反転する選択信号Ｓ
ｐを形成するようになっている。

【００３０】選択信号Ｓｐは正側トランジスタ７，９，
１１間で転流が生じた場合には、そのときにオン期間に
ある負側トランジスタをＰＷＭ信号Ｐ1 のオンオフモー
ドに従いオンオフ制御すると共に、負側トランジスタ
８，１０，１２間で転流が生じた場合には、そのときに
オン期間にある正側トランジスタをＰＷＭ信号Ｐ1 のオ
ンオフモードに従いオンオフ制御するためのもので、正
側トランジスタ７，９，１１間で転流が生ずる場合に
は、ロウレベルからハイレベルに反転し、負側トランジ
スタ８，１０，１２間で転流が生ずる場合には、ハイレ
ベルからロウレベルに反転する。

【００３１】そして、選択信号Ｓｐは、図１に示すよう
に、正側トランジスタ７，９，１１に対応するオア回路
４２に与えられると共に、ノット回路４３により反転さ
れて負側トランジスタ８，１０，１２に対応するオア回
路４４に与えられ、それら両オア回路４２，４４により
ＰＷＭ信号Ｐ1 と論理和をとられながら各ゲート部２５
〜３０に与えられる。また、通電信号Ｕｐ，Ｕｎ，Ｖ
ｐ，Ｖｎ，Ｗｐ，Ｗｎは各ゲート部２５〜３０に与えら
れ、ここでオア回路４２，４４の出力信号と論理積をと
られながら三相ブリッジ回路１３の各トランジスタ７〜
１２のベースにベース制御信号として与えられる。

【００３２】ここで、選択信号Ｓｐがロウレベルにある
ときには、オア回路４２はＰＷＭ信号Ｐ1 と同一モード
でハイレベルおよびロウレベルの両信号を繰り返し出力
し、オア回路４４は常時ハイレベル信号を出力するか
ら、正側トランジスタ７，９，１１はＰＷＭ信号Ｐ1 お
よび通電信号Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐによりオンオフ制御さ
れ、負側トランジスタ８，１０，１２は通電信号Ｕｎ，
Ｖｎ，Ｗｎによりオンオフ制御されることとなる。

【００３３】選択信号Ｓｐがハイレベルにあるときに
は、オア回路４２，４４は上述とは逆の出力状態となる
から、正側トランジスタ７，９，１１は通電信号Ｕｐ，
Ｖｐ，Ｗｐによりオンオフ制御され、負側トランジスタ
８，１０，１２はＰＷＭ信号Ｐ1 および通電信号Ｕｎ，
Ｖｎ，Ｗｎによりオンオフ制御されることとなる。この
ようにして正側トランジスタ７，９，１１および負側ト
ランジスタ８，１０，１２が交互にＰＷＭ信号Ｐ1 のオ
ンオフモードによってオンオフ制御される結果、端子電
圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ、および基本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ
´，Ｖｗ´は図２に示す波形となる。

【００３４】また、前記マイクロコンピュータ４１はス
イッチング用トランジスタ７〜１２の転流時にその転流
時間を検出し、その転流時間からブラシレスモータ１５
の負荷トルクの変動情報を得るように構成されている。
この実施例では、その転流時間をスイッチング用トラン
ジスタ７〜１２と並列接続されているダイオードＤ1〜
Ｄ6 の通電時間を計測することにより検出するように構
成されている。このように、ダイオードＤ1 〜Ｄ6 の通
電時間を計測することにより転流時間を検出でき、その
転流時間の変化から負荷トルクの変動を検出できる理由
は次の通りである。

【００３５】すなわち、ブラシレスモータ１５が一定速
度で回転しているとき、負荷トルクが変動してロータの
回転速度が変化すると、巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗに
流れる電流が変化し、その蓄積エネルギーが変化する。
このため、スイッチング用トランジスタ７〜１２の転流
時において、巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗに蓄積された
エネルギーの放出に要する時間（転流時間）が変化す
る。このとき、巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの蓄積エネ
ルギーの放出により流れる電流はダイオードＤ1〜Ｄ6
を通って巻線に還流するので、ダイオードＤ1 〜Ｄ6 の
通電時間を検出することによりスイッチング用トランジ
スタ７〜１２の転流時間を検出することができると共
に、その転流時間と負荷トルクとは一定の関係を有する
こととなるので、転流時間の変化により負荷トルクの変
動を検出できるものである。

【００３６】ちなみに、図４〜図７にブラシレスモータ
１５の回転速度、巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗへの印加
電圧、ダイオードＤ1 〜Ｄ6 の通電時間（転流時間）、
負荷トルクの関係を実験により求めた結果を示す。な
お、印加電圧は直流電源回路２の出力電圧とＰＷＭ信号
Ｐ1 のデューティとの積である。この図４〜図７から
も、転流時間と負荷トルクとは一定の関係を有すること
が理解される。また、図４〜図７から、負荷トルクの増
減に応じて巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗへの印加電圧を
増減すれば、ブラシレスモータ１５の回転速度を一定に
維持できることも理解される。

【００３７】この実施例では、ダイオードＤ1 〜Ｄ6 が
通電中にあることの認識は巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ
の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと基準電圧Ｖ0 との比較に
より行うようにしている。ここで、ダイオードＤ1 〜Ｄ
6 が通電中にあることを、巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ
の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと基準電圧Ｖ0 との比較結
果である基本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ´，Ｖｗ´によって認
識できる理由を説明する。

【００３８】ダイオードＤ1 〜Ｄ6 が通電中にある場合
の基本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ´，Ｖｗ´のレベルは、転流
するトランジスタによって異なる。図１１〜図１３は負
側トランジスタ８，１０，１２のいずれかがオン期間に
あるとき、正側トランジスタ７，９，１１のうち２つの
トランジスタ間で転流が行われる場合（図２の第２の位
相区分パターンＹ1 ，Ｙ3 ，Ｙ5 の終了時点）の一例と
して、第２の位相区分パターンＹ3 の終了時点での転
流、すなわち負側トランジスタ１２がオン期間にあると
き、正側トランジスタ７のオン期間が終了（オフ期間が
開始）し、正側トランジスタ９のオン期間が開始される
場合を例に取って示しており、図１１は転流前、図１２
は転流中、図１３は転流後を示す。

【００３９】図１１の転流前（トランジスタ７がＰＷＭ
信号Ｐ1 によりオンオフ制御され、トランジスタ１２は
オン状態のまま）、ＰＷＭ信号Ｐ1 によるトランジスタ
７のオン時には、矢印Ａ1 で示すように、正側直流電源
線５→トランジスタ７→巻線１５ｕ→巻線１５ｗ→トラ
ンジスタ１２→負側直流電源線６の経路で電流が流れ
る。ＰＷＭ信号Ｐ1 によるトランジスタ７のオフ時に
は、矢印Ａ2 で示すように、巻線１５ｕ，１５ｗの蓄積
エネルギーの放出による電流が巻線１５ｕ→巻線１５ｗ
→トランジスタ１２→負側直流電源線６→ダイオードＤ
2 →巻線１５ｕの経路で流れる。

【００４０】トランジスタ７がオフ期間に入り、トラン
ジスタ９がオン期間に入ることにより転流が開始される
と（トランジスタ１２がＰＷＭ信号Ｐ1 によりオンオフ
制御され、トランジスタ９はオン状態のまま）、ＰＷＭ
信号Ｐ1 によるトランジスタ１２のオン時には、直流電
源回路２の電圧印加により、図１２（ａ）に矢印Ａ3で
示すように、正側直流電源線５→トランジスタ９→巻線
１５ｖ→巻線１５ｗ→トランジスタ１２→負側直流電源
線６の経路で新たな電流が流れ始めると共に、巻線１５
ｕの蓄積エネルギーの放出による電流が図１１の矢印Ａ
2 で示す経路と同じ経路で流れる。ＰＷＭ信号Ｐ1 によ
るトランジスタ１２のオフ時には、図１２（ｂ）に矢印
Ａ4 で示すように、巻線１５ｖ，１５ｗの蓄積エネルギ
ーの放出による電流が巻線１５ｖ→巻線１５ｗ→ダイオ
ードＤ5 →正側直流電源線５→トランジスタ９→巻線１
５ｖの経路で流れると共に、矢印Ａ5 で示すように、巻
線１５ｕの蓄積エネルギーの放出による電流が巻線１５
ｕ→巻線１５ｗ→ダイオードＤ5 →正側直流電源線５→
平滑用コンデンサ４ｂ→ダイオードＤ2 →巻線１５ｕの
経路で流れる。そして、矢印Ａ5 で示す経路を流れる電
流は巻線１５ｕの蓄積エネルギーの放出により次第に減
少し、その電流がゼロとなったところで転流が終了す
る。

【００４１】転流後は、ＰＷＭ信号Ｐ1 によるトランジ
スタ１２のオン時には、図１２（ａ）に矢印Ａ3 で示す
経路と同じ経路で電流が流れ、ＰＷＭ信号Ｐ1 によるト
ランジスタ１２のオフ時には、図１２（ｂ）に矢印Ａ4
で示す経路と同じ経路で電流が流れる。

【００４２】このような転流時期におけるＰＷＭ信号Ｐ
1 、端子電圧Ｖｕおよび基本波信号Ｖｕ´を図１４に示
す。なお、図１４において、ｔｓは転流開始時、ｔｅは
転流終了時を示し、同図（ａ）はＰＷＭ信号Ｐ1 がハイ
レベル状態（トランジスタ１２のオン）にあるときに転
流が終了した場合、（ｂ）はＰＷＭ信号Ｐ1 がロウレベ
ル状態（トランジスタ１２のオフ）にあるときに転流が
終了した場合を示す。ｔｓからｔｅまでの転流中、巻線
１５ｕの端子電圧Ｖｕは、ダイオード１２のオン・オフ
いずれの状態でもダイオードＤ2 が導通している（図１
２の矢印Ａ2 、Ａ5 参照）ことにより負側直流電源線６
の電位のまま維持される。そして、トランジスタ９がオ
ンのままにあることにより、ＰＷＭ信号Ｐ1 がハイレベ
ル状態にあるとき転流が終了すると、端子電圧Ｖｕには
誘起電圧が現れ、ＰＷＭ信号Ｐ1がロウレベル状態にあ
るとき転流が終了すると、端子電圧Ｖｕには正側直流電
源線５の電圧が現れる。

【００４３】しかし、転流に要する時間は短く、転流は
誘起電圧が基準電圧Ｖ0 を越えている間に終了するか
ら、端子電圧Ｖｕと基準電圧Ｖ0 との比較結果である基
本波信号Ｖｕ´は、ＰＷＭ信号Ｐ1 のレベルとは関係な
く、転流が終了するとハイレベルに変化する。従って、
転流開始時ｔｓ（通電信号Ｕｐ，Ｖｐの切り替え時点）
から基本波信号Ｖｕ´がロウレベルにある間を転流中の
期間と認識でき、その期間の時間を計測することによ
り、転流時間を検出することができるものである。以上
は第２の位相区分パターンＹ3 の終了時点での転流につ
き説明したが、第２の位相区分パターンＹ1 およびＹ5
の終了時点での転流中にあることの認識は同様にして転
流開始時点から基本波信号Ｖｗ´およびＶｖ´がロウレ
ベルにある間を転流期間と認識でき、その期間の時間計
測により転流時間を検出できるものである。

【００４４】一方、図１５および図１６は正側トランジ
スタ７，９，１１のいずれかがオン期間にあるとき、負
側トランジスタ８，１０，１２のうち２つのトランジス
タ間で転流が行われる場合（図２の第２の位相区分パタ
ーンＹ2 ，Ｙ4 ，Ｙ6 ）の一例として、第２の位相区分
パターンＹ4 の終了時点での転流、すなわち正側トラン
ジスタ９がオン期間にあるとき、負側トランジスタ１２
のオン期間が終了（オフ期間が開始）し負側トランジス
タ８のオン期間が開始される場合を例に取って示してお
り、転流前の状態は図１３と同一の状態であるから図示
を省略し、図１５に転流中、図１６に転流後の状態を示
す。

【００４５】転流前は図１３に示すように、ＰＷＭ信号
Ｐ1 によるトランジスタ１２のオン時には、矢印Ａ3 の
経路で電流が流れ、ＰＷＭ信号Ｐ1 によるトランジスタ
１２のオフ時には、矢印Ａ4 の経路で電流が流れる。

【００４６】トランジスタ１２がオフ期間に入り、トラ
ンジスタ８がオン期間に入ることにより転流が開始され
ると（トランジスタ９がＰＷＭ信号Ｐ1 によりオンオフ
制御され、トランジスタ８はオン状態のまま）、ＰＷＭ
信号Ｐ1 によるトランジスタ９のオン時には、直流電源
回路２の電圧印加により、図１５（ａ）に矢印Ａ6 で示
すように、正側直流電源線５→トランジスタ９→巻線１
５ｖ→巻線１５ｕ→トランジスタ８→負側直流電源線６
の経路で新たな電流が流れ始めると共に、巻線１５ｗの
蓄積エネルギーの放出による電流が図１３の矢印Ａ4 で
示す経路と同じ経路で流れる。

【００４７】ＰＷＭ信号Ｐ1 によるトランジスタ９のオ
フ時には、図１５（ｂ）に矢印Ａ7で示すように、巻線
１５ｖ，１５ｕの蓄積エネルギーの放出による電流が巻
線１５ｖ→巻線１５ｕ→トランジスタ８→負側直流電源
線６→ダイオードＤ4 →巻線１５ｖの経路で流れると共
に、矢印Ａ8 で示すように、巻線１５ｗの蓄積エネルギ
ーの放出による電流が巻線１５ｗ→ダイオードＤ5 →正
側直流電源線５→平滑用コンデンサ４ｂ→負側直流電源
線６→ダイオードＤ4 →巻線１５ｖ→巻線１５ｗの経路
で流れる。そして、矢印Ａ8 で示す経路を流れる電流は
巻線１５ｗの蓄積エネルギーの放出により次第に減少
し、その電流がゼロとなったところで転流が終了する。
転流後は、ＰＷＭ信号Ｐ1 によるトランジスタ９のオン
時には、図１５（ａ）に矢印Ａ6 で示す経路と同じ経路
で電流が流れ、ＰＷＭ信号Ｐ1 によるトランジスタ９の
オフ時には、図１５（ｂ）に矢印Ａ7 で示す経路と同じ
経路で電流が流れる。

【００４８】このような転流時期において、転流中、巻
線１５ｗの端子電圧Ｖｕは、トランジスタ９のオン・オ
フいずれの状態でもダイオードＤ5 が導通している（図
１５の矢印Ａ4 、Ａ8 参照）ことにより、トランジスタ
９のオンオフ状態に関係なく正側直流電源線５の電位の
まま維持される。そして、トランジスタ８がオンのまま
にあることにより、ＰＷＭ信号Ｐ1 がハイレベル状態に
あるとき転流が終了すると、端子電圧Ｖｕには誘起電圧
が現れ、ＰＷＭ信号Ｐ1 がロウレベル状態にあるとき転
流が終了すると、端子電圧Ｖｕには負側直流電源線６の
電圧が現れることとなる。

【００４９】しかし、転流に要する時間は短く、転流は
誘起電圧が基準電圧Ｖ0 を下回っている間に終了するか
ら、端子電圧Ｖｕと基準電圧Ｖ0 との比較結果である基
本波信号Ｖｕ´は転流中ハイレベルを維持し、転流が終
了するとロウレベルに変化する。従って、転流開始時
（通電信号Ｕｐ，Ｖｐの切り替え時点）から基本波信号
Ｖｕ´がハイレベルにある間が転流中の期間であると認
識でき、その期間の時間を計測することにより、転流時
間を検出することができるものである。以上は第２の位
相区分パターンＹ4 の終了時点での転流につき説明した
が、第２の位相区分パターンＹ2 およびＹ6 の終了時点
での転流中にあることの認識は同様にして転流開始時点
から基本波信号Ｖｖ´およびＶｕ´がハイレベルにある
間を転流期間と認識でき、その期間の時間計測により転
流時間を検出できるものである。

【００５０】以上のことから、第２の位相区分パターン
Ｙ1 〜Ｙ6 の終了時点の転流中における基本波信号Ｖｕ
´，Ｖｖ´，Ｖｗ´のハイ（Ｈ）、ロウ（Ｌ）のレベル
は次の表１のようになる。

【００５１】

【表１】

【００５２】そして、各第２の位相区分パターンＹ1 〜
Ｙ6 での転流を終了した時点では、各基本波信号Ｖｕ
´，Ｖｖ´，Ｖｗ´は表１の状態から反転するので、各
第１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 内で転流を終了した
時点での各基本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ´，Ｖｗ´のハイ、
ロウのレベル関係は次の表２のようになる。

【００５３】

【表２】

【００５４】さて、マイクロコンピュータ４１は、ブラ
シレスモータ１５の各巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの誘
起電圧を含む端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと基準電圧Ｖ0
とがクロスする時点（ゼロクロス時点）を検出し、その
時点から３０度遅れた時点を転流タイミングする。そし
て、ゼロクロス時点を検出するとき、転流時にダイオー
ドＤ1 〜Ｄ6 に電流が流れることによるパルス電圧が基
準電圧Ｖ0 とクロスする時点をゼロクロス時点と誤認識
することを防止するために、マイクロコンピュータ４１
は転流終了検出手段として機能し、上記表２の各信号の
レベル関係によって転流が終了したと検出した時点から
各第１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 の開始時点までを
特定期間Ｔｉと認識し、この特定期間Ｔｉ内においてコ
ンパレータ１８〜２０からの基本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ
´，Ｖｗ´をゼロクロス時点の検出ために入力する。

【００５５】マイクロコンピュータ４１によるゼロクロ
ス時点の認識は、基本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ´，Ｖｗ´お
よびＰＷＭ信号Ｐ1 と位置検出用比較データとの比較に
より行われる。位置検出用比較データは、次の表３に示
すように、第１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 毎に、基
本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ´，Ｖｗ´およびＰＷＭ信号Ｐ1
のハイ（Ｈ）、ロウ（Ｌ）のレベルモードとして構成さ
れている。

【００５６】

【表３】

【００５７】なお、表３のレベル関係は前記表２のレベ
ル関係と共に各第１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 と関
連付けてマイクロコンピュータ４１が有するメモリに記
憶されている。

【００５８】また、マイクロコンピュータ４１は、上述
のようにして計測される転流時間から負荷トルクの変動
情報を得るトルク変動検出手段としても機能する。この
実施例では、マイクロコンピュータ４１はブラシレスモ
ータ１５の回転位置に関連付けたトルク変動情報を得
る。具体的には、前記コンプレッサ３２はブラシレスモ
ータ１５の１回転当たり１回の圧縮作用を呈するので、
ブラシレスモータ１５の負荷トルクは１回転を１周期と
して周期的に変動する。一方、本実施例のブラシレスモ
ータ１５は３相４極のモータであるので、その１回転は
第１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 の２周期分に相当す
る。そこで、ブラシレスモータ１５の１回転を各第１の
位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 に一致する１２区に区分
し、各区に存する転流時の転流時間をそのままトルク変
動情報とするようにしている。

【００５９】この場合、マイクロコンピュータ４１は上
記１２区すなわち２周期分の各第１の位相区分パターン
Ｘ1 〜Ｘ6 について過去４回転の転流時間Ｔａ〜Ｔｄを
テーブル化してメモリに記憶するようにしている。そし
て、２周期分の各第１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 毎
に４回転分の転流時間ｔａ〜ｔｄの平均時間Ｔ1 〜Ｔ1
2、および平均転流時間Ｔ1 〜Ｔ12の平均である総平均
転流時間Ｔave を求め、それらも転流時間テーブルに記
憶するようにしている。この転流時間テーブルを概念的
に表すと次の表４のようになる。

【００６０】

【表４】

【００６１】更に、マイクロコンピュータ４１は、その
負荷トルクの変動にもかかわらずブラシレスモータ１５
の回転速度が変動しないようにするために、ＰＷＭ回路
２３と協働して、各区において巻線１５ｕ，１５ｖ，１
５ｗに印加する電圧（ＰＷＭ信号Ｐ1 のデューティ）を
大小変えるように機能、すなわち電圧制御手段として機
能するようになっている。具体的には、マイクロコンピ
ュータ４１は、周期的に変動するブラシレスモータ１５
の負荷トルクの１周期分すなわちロータの１回転を２周
期分の各第１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 に一致する
１２の電圧パターン区Ｖｐ1 〜Ｖｐ12に区分し、各電圧
パターン区Ｖｐ1 〜Ｖｐ12毎に巻線１５ｕ，１５ｖ，１
５ｗに印加する電圧を転流時間テーブルに基づいて決定
する。そして、決定した電圧を電圧テーブルとしてメモ
リに記憶し、各電圧パターン区Ｖｐ1 〜Ｖｐ12毎に記憶
した電圧に応じたデューティ信号Ｓd をＰＷＭ回路２３
に与え、各電圧パターン区Ｖｐ1 〜Ｖｐ12毎に負荷トル
クの大きさに応じた電圧が巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ
に印加されるようにしている。なお、上記電圧テーブル
を概念的に表すと、次の表５のようになる。

【００６２】

【表５】

【００６３】そして、このような電圧制御機能をブラシ
レスモータ１５が所定の低速回転状態で且つその回転速
度が所定の変動範囲内にあるときにのみ果たすようにす
るために、マイクロコンピュータ４１は、ブラシレスモ
ータ１５のロータの回転速度を判定する機能、およびロ
ータの回転速度が所定の変動範囲内にあることを検出す
る安定状態検出手段としての機能を有している。すなわ
ち、マイクロコンピュータ４１は、第１のタイマー機能
（第１のタイマー手段）により計測した第１の位相区分
パターンＸ1 〜Ｘ6 の所要時間を過去１２パターン分
（ロータの１回転分）記憶しており、その１２パターン
の合計時間から単位時間当たりの回転数Ｎ（回転速度）
を判定する。そして、マイクロコンピュータ４１は、外
部から与えられる速度指令信号Ｓｃから指令回転数Ｎｃ
を求め、指令回転数Ｎｃと実際の回転数Ｎとの差（Ｎｃ
−Ｎ）が所定値以内のとき、安定状態にあると判定する
ようになっている。

【００６４】次に上記構成の作用を図８および図９に示
すフローチャートに従って説明する。図８に示すルーチ
ンにおいて、今、第１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 の
うち、或る区数の第１の位相区分パターンの特定期間Ｔ
ｉに入ったとすると、マイクロコンピュータ４１は、ス
テップＳ１で、現在進行中の区数の第１の位相区分パタ
ーンの位置検出用比較データ（表３参照）をロードし、
特定期間Ｔｉにおいて入力される基本波信号Ｖｕ´，Ｖ
ｖ´，Ｖｗ´およびＰＷＭ信号Ｐ1 のハイ・ロウの状態
を比較データと比較する（ステップＳ２）。そして、誘
起電圧と基準電圧Ｖ0 とがクロスすると、基本波信号Ｖ
ｕ´，Ｖｖ´，Ｖｗ´およびＰＷＭ信号Ｐ1 のハイ・ロ
ウのレベル状態が比較データと一致するので（ステップ
Ｓ２で「ＹＥＳ」）、次の区数の第１の位相区分パター
ンの開始となり、終了した第１の位相区分パターンの所
要時間Ｔｂ（第１のタイマー機能の計測時間）をロード
すると共に、開始された第１の位相区分パターンの所要
時間を計測するために第１のタイマー機能を再スタート
させる（ステップＳ３）。

【００６５】ここで明らかなように、第１のタイマー機
能は各区数の第１の位相区分パターンの開始と共にタイ
ムカウントを開始し、その第１の位相区分パターンの終
了（次の区数の第１の位相区分パターンの開始）と共に
タイムカウントを終了することを繰り返す。従って、第
１のタイマー機能はゼロクロス時点から次のゼロクロス
時点までの時間（６０度相当時間）をカウントすること
となる。

【００６６】そして、次のステップＳ４で、第２の位相
区分パターンの時間（第２のタイマー機能が計測すべき
時間Ｙ1 〜Ｙ6 ）をＴｂ／２の式により演算し（演算手
段）、第２のタイマー機能（第２のタイマー手段）をス
タートさせる。これによって、転流タイミングがゼロク
ロス時点から３０度遅れた時点に設定されたこととな
る。

【００６７】次に、マイクロコンピュータ４１は、図示
しないメモリに記憶した第１の位相区分パターンの区数
をインクリメントし（ステップＳ５）、新たに開始され
た第１の位相区分パターンの区数に設定すると共に、図
示しないメモリに記憶された電圧パターン区をインクリ
メントし（ステップＳ６）、新たに開始された電圧パタ
ーン区の区数に設定する。そして、次に電圧テーブルか
ら新たに設定された電圧パターン区の電圧データを読み
込み、その電圧データに応じたデューティ信号Ｓｄをパ
ルス幅変調回路２３に与える（ステップＳ７）。

【００６８】そして、第２のタイマー機能が（Ｔｂ／
２）のカウントを終了すると（ステップＳ８で「ＹＥ
Ｓ」）、この終了時点が転流タイミングとなるから、次
のステップＳ９で通電信号を切替える。次いで、マイク
ロコンピュータ４１は、転流時間を計測するために、第
３のタイマー機能をスタートさせると共に（ステップＳ
１０）、転流終了時点を検出するために現在の第１の位
相区分パターン内の転流終了検出用比較データ（表２参
照）をロードし（ステップＳ１１）、基本波信号Ｖｕ
´，Ｖｖ´，Ｖｗ´のハイ・ロウのレベル状態を比較デ
ータと比較する（ステップＳ１２）。

【００６９】転流が終了すると、基本波信号Ｖｕ´，Ｖ
ｖ´，Ｖｗ´およびＰＷＭ信号Ｐ1のハイ・ロウのレベ
ル状態が比較データと一致するので（ステップＳ１２で
「ＹＥＳ」）、マイクロコンピュータ４１はこの時点で
転流終了を検出し、第３のタイマー機能が計測した時
間、すなわち転流時間ｔｘ（ｘは現在の第１の位相区分
パターンの区数）をロードすると共に（ステップＳ１
３）、その転流時間ｔｘを転流時間テーブルに書き込
む。そして、転流終了の検出により特定期間Ｔｉに入っ
たことを認識するから、ステップＳ５でインクリメント
された現在区数の第１の位相区分パターンの位置検出用
データをロードするステップＳ１に戻り、以後上述した
動作を繰り返す。

【００７０】さて、図９は前記ステップＳ７でデューテ
ィ信号Ｓｄの作成のために用いる電圧データの作成ルー
チンを示す。このルーチンは図８に示すルーチンに対し
て割り込みルーチンとされ、例えばブラシレスモータ１
５のロータの１回転毎に１回実行される。同ルーチンが
実行されると、マイクロコンピュータ４１は、まずステ
ップＳＡで速度指令信号Ｓｃを読み込んで指令回転数Ｎ
ｃを求めると共に（ステップＳＡ）、ロータの回転数Ｎ
を検出する（ステップＳＢ）。次に、マイクロコンピュ
ータ４１は、次の（１）式により巻線１５ｕ，１５ｖ，
１５ｗへの印加電圧の平均値Ｖave を求める（ステップ
ＳＣ）。 Ｖave ＝Ｖ´ave ＋Ａ（Ｎｃ−Ｎ）……（１） ただし、Ａは定数である。また、Ｖ´ave は過去１回転
の平均電圧である。この後、マイクロコンピュータ４１
は、（Ｎｃ−Ｎ）が所定の範囲内にあるか否か、すなわ
ちブラシレスモータ１５のロータの回転速度変動が少な
く安定回転状態にあるか否かを判断し（ステップＳ
Ｄ）、このステップＳＤで「ＹＥＳ（安定状態）」と判
断したならば、所定の回転速度以下かを判断し（ステッ
プＳＥ）、更にこのステップＳＥで「ＹＥＳ（所定の回
転速度以下）」と判断したならば、次に転流時間テーブ
ルが作成済みか否かを判断する（ステップＳＦ）。

【００７１】そして、上記ステップＳＦで「ＹＥＳ（転
流時間テーブル作成済み）」ならば、その転流時間テー
ブルから各第１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 ，Ｘ1 〜
Ｘ6の平均転流時間Ｔｘ（ｘ＝１，２，…，１２）を読
み込み、各電圧パタン区Ｖｐ1 〜Ｖｐ12の電圧Ｖｘ（ｘ
＝１，２…１２）を次の（２）式により求めて電圧テー
ブルに書き込み、リターンとなる。 Ｖｘ＝Ｖave ×（Ｂ×Ｔｘ／Ｔave ）……（２） ただし、Ｂは定数である。

【００７２】一方、前記ステップＳＤ〜ステップＳＦで
「ＮＯ」と判断したならば、ステップＳＨに移行し、こ
こで各電圧パタン区Ｖｐ1 〜Ｖｐ12の電圧ＶｘをＶave
に定めて電圧テーブルに書き込み、リターンとなる。

【００７３】このようにして電圧テーブルが作成される
と、図８のステップＳ７で電圧テーブルから読み込んだ
電圧Ｖｘに基づいて前述のようにしてデューティ信号Ｓ
ｄが形成される。

【００７４】ここで、ステップＳＤおよびステップＳＥ
で「ＮＯ」と判断した場合、各電圧パタン区Ｖｐ1 〜Ｖ
ｐ12の電圧ＶｘをＶave に定める理由は、ブラシレスモ
ータ１５のロータの回転速度が大きく変動する加減速状
態にあるときには、負荷トルクの変動パターンを正確に
検出できず、またブラシレスモータ１５が高速回転して
いるときには、負荷トルクが変動しても、慣性により負
荷トルク変動を吸収できるから、回転速度の変動も少な
く、このような場合には、回転速度変動をなくすための
電圧制御をする必要性が特にないからである。

【００７５】図１０は以上説明した作用を示す図であ
り、負荷トルクが大きい回転位置では、転流時間が長い
ため、電圧テーブルには高い電圧が書き込まれるように
なり、逆に負荷トルクが小さい回転位置では、転流時間
が短いため、電圧テーブルには低い電圧が書き込まれる
ようになる。従って、巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗに
は、負荷トルクの大小に応じた電圧が印加されることと
なり、負荷トルクに変動があっても、ロータは一定の速
度で回転する。なお、図１０では、２周期分の第１の位
相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 の最初の第１の位相区分パタ
ーンＸ1 の開始点がコンプレッサ３２の圧縮行程の開始
点に一致するものとして示した。

【００７６】このように本実施例によれば、２周期分の
各第１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 内で生ずる転流時
の転流時間ｔｘを検出し、その転流時間ｔｘにより得た
負荷トルク変動情報に基づいて、すなわち各第１の位相
区分パターンＸ1 〜Ｘ6 毎に負荷トルクの大小に応じた
電圧を巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗに印加する構成であ
るので、負荷トルクに変動があっても、ロータの回転速
度に変動を生じないようにすることができ、エアコンデ
ィショナを低騒音で運転できる。

【００７７】また、本実施例では、転流時間Ｔｘを、ダ
イオードＤ1 〜Ｄ6 の通電時間を計測することにより検
出する構成とし、ダイオードＤ1 〜Ｄ6 が通電状態にあ
ることを、巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの端子電圧Ｖ
ｕ，Ｖｖ，Ｖｗと基準電圧Ｖ0との比較により検出する
ようにしたので、転流時間ｔｘを計測するための構成が
簡単となる。

【００７８】そして、このようにダイオードＤ1 〜Ｄ6
が通電状態にあることを、巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ
の端子電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと基準電圧Ｖ0 との比較に
より検出する場合、本実施例では、選択信号Ｓｐにより
正側のトランジスタ７，９，１１間で転流が行われると
きには負側のトランジスタ８，１０，１２をＰＷＭ信号
Ｐ1 のオンオフモードに従いオンオフ制御すると共に、
負側のトランジスタ８，１０，１２間で転流が行われる
ときには正側のトランジスタ７，９，１１をＰＷＭ信号
Ｐ1 のオンオフモードに従いオンオフ制御するように構
成したので、ＰＷＭ制御により巻線１５ｕ，１５ｖ，１
５ｗの電圧制御を行っても、基本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ
´，Ｖｗ´のレベル変化が実際の転流終了時点と同期し
て現れるようになり、この結果、ダイオードＤ1 〜Ｄ6
の通電終了時点を正確に検出でき、転流時間Ｔｘを正確
に計測できる。

【００７９】しかしながら、図２１に示す従来のインバ
ータ装置のように常に正側のトランジスタ７，９，１０
がＰＷＭ信号Ｐ1 によりオンオフ制御される構成のもの
では、負側トランジスタ８，１０，１２のいずれかが通
電期間にあるとき、正側トランジスタ７，９，１１のう
ち２つのトランジスタ間で転流が行われる場合（図２１
の第２の位相区分パターンＹ1 ，Ｙ3 ，Ｙ5 の終点）、
基本波信号Ｖｕ´，Ｖｖ´，Ｖｗ´のレベル変化が実際
の転流終了時点と一致せず、転流終了時点の検出、ひい
ては転流時間を正確に計測できない場合が生ずる。

【００８０】このことを図１８〜図２０により説明す
る。すなわち、図１８および図１９は負側トランジスタ
８，１０，１２のいずれかが通電期間にあるとき、正側
トランジスタ７，９，１１のうち２つのトランジスタ間
で転流が行われる場合（図２１の第２の位相区分パター
ンＹ1 ，Ｙ3 ，Ｙ5 の終点）の一例として、第２の位相
区分パターンＹ3 の終点での転流（図１１〜図１３の場
合と同じ）を例にとって転流中および転流後の電流経路
を示す。なお、転流前の電流経路は図１１と同一である
ので省略した。

【００８１】転流中、ＰＷＭ信号Ｐ1 によるトランジス
タ９のオン時には、図１８（ａ）に矢印Ｂ1 で示すよう
に、正側直流電源線５→トランジスタ９→巻線１５ｖ→
巻線１５ｗ→トランジスタ１２→負側直流電源線６の経
路で新たな電流が流れ始めると共に、巻線１５ｕの蓄積
エネルギーの放出による電流が矢印Ｂ2 で示すように、
巻線１５ｕ→巻線１５ｗ→トランジスタ１２→負側直流
電源線６→ダイオードＤ2 →巻線１５ｕの経路で流れる
（図１２（ａ）と同じ）。ＰＷＭ信号Ｐ1 によるトラン
ジスタ１２のオフ時には、（ｂ）に矢印Ｂ3 で示すよう
に、巻線１５ｖ，１５ｗの蓄積エネルギーの放出による
電流が巻線１５ｖ→巻線１５ｗ→トランジスタ１２→負
側直流電源線６→ダイオードＤ4 →巻線１５ｖの経路で
流れると共に、巻線１５ｕの蓄積エネルギーの放出によ
る電流が上記矢印Ｂ2 と同一の経路で流れる。そして、
矢印Ｂ2 で示す経路を流れる電流は巻線１５ｕの蓄積エ
ネルギーの放出により次第に減少し、その電流がゼロと
なったところで転流が終了する。

【００８２】転流後は、図１９に示すように、ＰＷＭ信
号Ｐ1 によるトランジスタ１２のオン時には、上記矢印
Ｂ1 で示す経路と同じ経路で電流が流れ、ＰＷＭ信号Ｐ
1 によるトランジスタ１２のオフ時には、上記矢印Ｂ3
で示す経路と同じ経路で電流が流れる。

【００８３】このような転流時期におけるＰＷＭ信号Ｐ
1 、端子電圧Ｖｕおよび基本波信号Ｖｕ´を図２０に示
す。同図において、（ａ）はＰＷＭ信号Ｐ1 のハイレベ
ル中に転流が終了した場合、（ｂ）はＰＷＭ信号Ｐ1 の
ロウレベル中に転流が終了した場合であり、また図中、
ｔｓは転流タイミング（転流開始時点）、ｔｅは実際の
転流終了時点を示す。上記図１８からも明らかなよう
に、転流中はＰＷＭ信号Ｐ1 によるトランジスタ９のオ
ンオフとは関係なく常にダイオードＤ2 が導通状態にあ
るから、端子電圧Ｖｕは負側直流電源線６の電位とな
り、基本波信号Ｖｕ´はロウレベル状態を維持する。

【００８４】そして、ＰＷＭ信号Ｐ1 のハイレベル期間
（トランジスタ９オン）に転流が終了すると（図２０
（ａ）の場合）、図１９に矢印Ｂ1 で示す電流が流れて
いるから、転流終了と同時に端子電圧Ｖｕは巻線１５ｕ
の誘起電圧となって基準電圧Ｖ0 以上に立ち上がるの
で、基本波信号Ｖｕ´はロウレベルからハイレベルに転
ずる。従って、計測された転流時間Ｔｃは実際の転流時
間と一致する。しかし、ＰＷＭ信号Ｐ1 のロウレベル期
間（トランジスタ９オフ）に転流が終了すると（図２０
の（ｂ）の場合）、図１９に矢印Ｂ3 で示す電流が流れ
ダイオードＤ4 が導通状態にあるので、転流が終了して
も端子電圧Ｖｕは負側直流電源線６の電位のままとな
り、ＰＷＭ信号Ｐ1 がハイレベルに転じて初めて基準電
圧Ｖ0 以上に立ち上がることとなる。このため、計測さ
れた転流時間Ｔｃは実際の転流時間との間に差を生ずる
こととなる。このようなことは第２の位相区分パターン
Ｙ1 ，Ｙ5 でも同様に生ずる。

【００８５】しかるに、本実施例によれば、転流された
正側トランジスタ９はオン状態のままに維持され、負側
トランジスタ１２がＰＷＭ信号Ｐ1 によりオンオフ制御
されるので、図１４に示したように、転流終了時点で端
子電圧Ｖｕは常にロウレベルからハイレベルに立ち上が
るようになり、転流終了時点を正確に検出でき、ひいて
は転流時間ｔｘを正確に計測できるものである。

【００８６】また、本実施例では、各第１の位相区分パ
ターンＸ1 〜Ｘ6 の所要時間Ｔｂを第１のタイマー機能
により計測し、この計測時間に基づいてゼロクロス時点
から転流タイミングまでの時間を演算し、そしてこの演
算された時間を第２のタイマー機能により計測した時点
を転流タイミングと決定する構成としたので、ゼロクロ
ス時点から転流タイミングまでの時間がロータの回転速
度によって異なるという事情があっても、転流タイミン
グの決定をコンピュータプログラムにより簡単に行うこ
とができる。

【００８７】図１７は巻線１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの印
加電圧決定方式の他の実施例を示す。すなわち、マイク
ロコンピュータ４１のメモリには、図１７に示すような
複数の電圧パターンが記憶されている。そして、マイク
ロコンピュータ４１は転流時間テーブルから電圧パター
ン区Ｖｐ1 〜Ｖｐ12の平均転流時間Ｔ1 〜Ｔ12の最長時
間と最短時間との差を求め、メモリに記憶した複数の電
圧パターンからその時間差に応じた１パターンを選択
し、平均転流時間の最長の電圧パターン区を電圧パター
ンの最大電圧部分に一致させるようにして電圧テーブル
を作成する。このように構成しても上記一実施例と同様
の効果を得ることができる。

【００８８】なお、上記実施例では、転流時間により巻
線に印加する電圧を決定して回転変動が生じないように
制御する構成としたが、これは転流時間の最長時間と最
短時間との差が所定範囲を越えた場合、異常が生じたと
してブラシレスモータの運転を停止する構成としても良
い。

【００８９】また、上記実施例では、ブラシレスモータ
１５の１回転を１２の電圧パターン区に区分したが、１
台のブラシレスモータ１５により２台の圧縮部３３を駆
動する場合には、負荷トルクの変動はロータの半回転を
１周期として周期的に生ずるから、電圧パターン区は第
１の位相区分パターンＸ1 〜Ｘ6 を１周期として設定す
れば良い。

【００９０】その他、本発明は上記し且つ図面に示す実
施例に限定されるものではなく、例えばエアコンディシ
ョナのコンプレッサのモータを制御するインバータ装置
に限られるものではなく、モータ制御用のインバータ装
置に広く適用できる等、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更して実施できるものである。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のインバータ
装置によれば、スイッチング素子の転流時間からモータ
の負荷トルクの変動情報を得ることができるので、例え
ば負荷トルクの変動が大き過ぎる場合、異常として運転
を停止させる等、負荷トルク変動に適切に対処すること
ができる。

【００９２】また、本発明のインバータ装置では、ダイ
オードが通電状態にあることを巻線の端子電圧と基準電
圧との比較により検出する場合、正側スイッチング素子
間で転流が行われるときには負側スイッチング素子をパ
ルス幅変調信号のオンオフモードに従いオンオフ制御す
ると共に、負側スイッチング素子間で転流が行われると
きには正側スイッチング素子をパルス幅変調信号のオン
オフモードに従いオンオフ制御する構成としたことによ
り、ダイオードの通電終了（転流終了）を正確に検出で
き、この結果、転流時間を正確に検出できる。

【００９３】更に本発明のインバータ装置では、ロータ
の回転位置に関連付けられた負荷トルク変動情報によ
り、負荷トルクに応じた大きさの電圧を巻線に印加する
構成であるので、負荷トルク変動があってもモータの回
転速度に変動を生じないようにすることができ、低振動
低騒音運転が可能となる。

【００９４】また、本発明のエアコンディショナでは、
上述のようなインバータ装置によりコンプレッサのモー
タを制御するので、コンプレッサの圧縮作用により、モ
ータの負荷トルクが変動しても、コンプレッサの振動を
小さく抑えることができ、低騒音運転を行うことが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図

【図２】各部の波形図

【図３】エアコンディショナのヒートポンプの概略構成
図

【図４】回転数一定の場合の負荷トルクと転流時間との
関係を示す特性図

【図５】回転数一定の場合の負荷トルクと巻線印加電圧
との関係を示す特性図

【図６】巻線印加電圧一定の場合の負荷トルクと転流時
間との関係を示す特性図

【図７】巻線印加電圧一定の場合の負荷トルクと回転数
との関係を示す特性図

【図８】制御内容を示すフローチャート

【図９】巻線印加電圧を決定するためのフローチャート

【図１０】作用説明図

【図１１】転流開始前の電流経路を示す回路図

【図１２】転流中の電流経路を示す回路図

【図１３】転流終了後の電流経路を示す回路図

【図１４】転流時の基本波信号を巻線電圧とＰＷＭ信号
との関係で示す波形図

【図１５】図１１とは異なる状態での転流中の電流経路
を示す回路図

【図１６】図１３相当図

【図１７】本発明の他の実施例を示す電圧パターン図

【図１８】本発明と比較するための図１２相当図

【図１９】図１３相当図

【図２０】図１４相当図

【図２１】従来のインバータ装置を示す図１相当図

【図２２】図２相当図

【図２３】ブラシレスモータの一つの巻線の端子電圧と
電流の波形図

【図２４】コンプレッサを駆動する場合の負荷トルクの
変動パターン図

【符号の説明】

５は正側直流電源線、６は負側直流電源線、７，９，１
１は正側スイッチング用トランジスタ（正側スイッチン
グ素子）８，１０，１２は負側スイッチング用トランジ
スタ（負側スイッチング素子）、１３は三相ブリッジ回
路（スイッチング回路）、１５はブラシレスモータ、１
５ｕ，１５ｖ，１５ｗは巻線、１７は位置信号回路（位
置検出手段）、２３はパルス幅変調回路（電圧制御手
段）、２４はゲート回路（駆動手段）、３１はヒートポ
ンプ、３２はコンプレッサ、３６は室内側熱交換器、３
７は減圧装置、３８は室外側熱交換器、４１はマイクロ
コンピュータ（通電信号形成手段、選択信号形成手段、
転流時間検出手段、トルク変動検出手段、電圧制御手
段、演算手段、安定状態検出手段）である。

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータが有する複数相の巻線に順次通電
   するための、並列にダイオードを有する複数のスイッチ
   ング素子からなるスイッチング回路と、 前記モータが有するロータの位置情報を得る位置検出手
   段と、 前記位置情報に基づいて所定の転流タイミングに対応し
   た通電信号を得る通電信号形成手段と、 前記通電信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動す
   る駆動手段とを具備したインバータ装置において、 前記スイッチング素子の転流時に、前記巻線の蓄積エネ
   ルギーの放出による前記ダイオードの通電時間を検出
   し、この検出時間をスイッチング素子の転流時間とする
   転流時間検出手段と、 この転流時間検出手段により検出された転流時間から負
   荷トルク変動情報を得るトルク変動検出手段とを設けた
   ことを特徴とするインバータ装置。
2. 【請求項２】 転流時間検出手段は、ダイオードの通電
   状態を、巻線の端子電圧と基準電圧との比較により検出
   する構成であることを特徴とする請求項１記載のインバ
   ータ装置。
3. 【請求項３】 モータが有する複数相の巻線に順次通電
   するために、正側直流電源線と巻線の端子との間に接続
   された並列にダイオードを有する複数の正側スイッチン
   グ素子および負側直流電源線と巻線の端子との間に接続
   された並列にダイオードを有する複数の負側スイッチン
   グ素子からなるスイッチング回路と、 パルス幅変調信号を得るパルス幅変調回路と、 前記モータが有するロータの位置情報を得る位置検出手
   段と、 前記通電信号およびパルス幅変調信号に基づいて前記ス
   イッチング素子を駆動する駆動手段とを具備したインバ
   ータ装置において、 前記正側スイッチング素子および負側スイッチング素子
   のうち、前記パルス幅変調信号によってオンオフ制御す
   る側のスイッチング素子を選択するために前記通電信号
   の切り替わり毎に変化する選択信号を得る選択信号形成
   手段と、 前記スイッチング素子の転流時に、前記巻線の蓄積エネ
   ルギーの放出による前記ダイオードの通電状態を該巻線
   の端子電圧と基準電圧との比較により検出し、この通電
   検出時間をスイッチング素子の転流時間とする転流時間
   検出手段と、 この転流時間検出手段により検出された転流時間から負
   荷トルク変動情報を得るトルク変動検出手段とを設け、 前記駆動手段は前記選択信号に基づき前記正側スイッチ
   ング素子間で転流が行われたときには前記負側スイッチ
   ング素子をパルス幅変調信号のオンオフモードに従いオ
   ンオフ制御すると共に、負側スイッチング素子間で転流
   が行われたときには正側スイッチング素子をパルス幅変
   調信号のオンオフモードに従いオンオフ制御するように
   構成されていることを特徴とするインバータ装置。
4. 【請求項４】 トルク変動検出手段は、転流時間検出手
   段により検出された転流時間と位置情報とからロータの
   回転位置に関連付けた負荷トルク変動情報を得ることを
   特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインバ
   ータ装置。
5. 【請求項５】 周期的に変化する負荷トルクの１周期に
   対応するロータの回転位置範囲を、少なくとも１回の転
   流タイミングを含んだ複数の電圧パターン区に区分し、
   トルク変動検出手段が得た負荷トルク変動情報に基づい
   て各電圧パターン区における巻線への印加電圧を制御す
   る電圧制御手段を備えたことを特徴とする請求項４記載
   のインバータ装置。
6. 【請求項６】 電圧制御手段は、周期的に変化する負荷
   トルクの少なくとも１周期中の転流時間の平均値に対す
   る各電圧パターン区の転流時間の割合に基づいて、各電
   圧パターン区における巻線への印加電圧を決定すること
   を特徴とする請求項５記載のインバータ装置。
7. 【請求項７】 電圧制御手段は、転流時間の最長値と最
   短値とに基づいて、予め記憶された複数の電圧変化パタ
   ーンからいずれかの電圧変化パターンを選択し、その選
   択した電圧変化パターンにより各電圧パターン区の電圧
   を決定することを特徴とする請求項５記載のインバータ
   装置。
8. 【請求項８】 電圧制御手段は、モータが所定の回転速
   度以下のときのみ、トルク変動情報に基づいて各電圧パ
   ターン区における巻線への印加電圧を制御することを特
   徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のインバー
   タ装置。
9. 【請求項９】 モータの回転速度が所定の変動範囲にあ
   ることを検出する安定状態検出手段を有し、 電圧制御手段は前記安定状態検出手段によりモータの回
   転速度が所定の変動範囲内にあることが検出されたとき
   のみ、トルク変動情報に基づいて各電圧パターン区にお
   ける巻線への印加電圧を制御することを特徴とする請求
   項５ないし８のいずれかに記載のインバータ装置。
10. 【請求項１０】 位置検出手段は、巻線の端子電圧が基
    準電圧とクロスする時点を位置情報として通電信号形成
    手段に与え、 通電信号形成手段は、巻線の端子電圧が基準電圧とクロ
    スする時点から次のクロス時点までの時間の長さをカウ
    ントする第１のタイマー手段と、この第１のタイマー手
    段のカウント時間に基づいて巻線の端子電圧が基準電圧
    とクロスした時点から転流タイミングまでの時間を演算
    する演算手段と、巻線の端子電圧が基準電圧とクロスし
    た時点からタイムカウントを開始する第２のタイマー手
    段とを備え、第２のタイマー手段が演算手段により演算
    された時間のカウントを終了した時点を転流タイミング
    とする構成であることを特徴とする請求項１ないし９の
    いずれかに記載のインバータ装置。
11. 【請求項１１】 ダイオードの通電終了時点を検出する
    転流終了検出手段を有し、通信信号形成手段は転流終了
    検出手段によりダイオードの通電終了が検出された時点
    以後に位置検出手段から位置情報を得る構成であること
    を特徴とする請求項１０に記載のインバータ装置。
12. 【請求項１２】 コンプレッサ、室外側熱交換器、減圧
    装置、室内側熱交換器を冷媒通路により接続したヒート
    ポンプを備え、 前記コンプレッサのモータを請求項１ないし１１のいず
    れかに記載のインバータ装置によって制御することを特
    徴とするエアコンディショナ。