JP3584602B2 - 冷凍冷蔵庫の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍冷蔵庫の制御装置のセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２２は例えば特開平３−２３０７９１号公報に示された従来のセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。図において、４１、４２、４３は三相モータの通電相を構成する固定子巻線、３１は各固定子巻線４１、４２、４３に通電した際に発生する逆起電力を検出し、各相の逆起電力のゼロクロス点のタイミングを一つのパルス列にして出力する逆起電力検出手段である。
【０００３】
３２は逆起電力検出手段３１から出力されたゼロクロス点のタイミングを基準に、パルス列を各通電相に通電を行うタイミングに遅延させた遅延パルス信号に変換して出力するパルス遅延手段、３３はこの遅延パルス信号に基づくタイミングで回転子位置信号を発生する論理パルス発生手段、３４はこの回転子位置信号に基づいて各固定子巻線４１、４２、４３に電力供給を行う固定子巻線電力供給手段である。
【０００４】
次に動作について説明する。逆起電力検出手段３１は三相の逆起電力のゼロクロス点を検出して、一つのパルス列に変換し出力する。即ちこのパルス列は三相の逆起電力のゼロクロス点を示す。逆起電力検出手段３１から出力されたパルス列は遅延手段３２へ入力される。遅延手段３２は、先ず入力されたパルス列からそのパルス周期を計算する。次に計算したパルス周期の１／２の時間だけ入力したパルスを遅延させ、この遅延したパルス列を固定子巻線への新たな通電制御タイミングとして出力する。
【０００５】
そして論理パルス発生手段３３は遅延手段３２の出力するパルスを分周して固定子巻線４１、４２、４３に誘起される逆起電力と同じ周波数の６相パルスを出力する。論理パルス発生手段３３で発生した６相のパルス信号は回転子位置信号となり、固定子巻線電力供給手段３４に入力される。そして固定子巻線電力供給手段３４は論理パルス発生手段３３からの回転子位置信号に応じて、各固定子巻線４１、４２、４３に順次駆動電流を両方向に適宜供給する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置は以上のように構成されていたので、通電相の切換タイミング発生のための遅延時間の決定方法が一様であり、１回転中の負荷トルク変動の大きな負荷に対しては、通電切換タイミングのズレにより、モータ効率の低下、速度変動による振動等の発生を招くという問題点があった。
また、回転中の急激な負荷変動等による脱調及び発振の発生時の保護手段や、すばやい初期起動のための手段が考慮されていないという問題点があった。
【０００７】
この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、ロータの１回転中の負荷トルク変動が大きな負荷に対し安定な回転が得られ、急激な負荷変動等による脱調および発振等にも対応でき、すばやい初期起動特性を持つセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を得ることを目的とする。
また、運転効率のよいセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、冷媒を使用して冷却する冷凍冷蔵庫において、その冷媒を圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段を駆動するモータと、を一体的に配置し、かつ同一のケーシングに収納した密閉型圧縮機と、その圧縮機のモータに磁界を発生する複数の通電相を固定子側に備えると共に、前記通電相に対応する磁石をロータ側に備え、前記各通電相への通電を切り換えることにより前記ロータが回転制御されるセンサレスＤＣブラシレスモータと、通電相に対するロータの相対位置を検出するロータ位置検出手段と、このロータ位置検出手段に接続され先のロータ回転周期における基準回転位置から前記通電相の適正通電制御タイミングまでの時間を今回のロータ回転周期における前記基準回転位置からの通電制御タイミングとするタイミング信号を出力するタイミング信号発生手段と、このタイミング信号に基づいて各通電相の通電制御信号を発生する通電制御信号発生手段と、この通電制御信号に基づいて各通電相に電力供給を行う通電相電力供給手段と、を備え、前記ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に１回目の通電を行って回転及びその方向を判断し、正転であれば正転加速させる２回目の通電を行い、正転でなければ逆転方向に加速させる２回目の通電を行ってその時のロータ位置に対応した正転方向に加速し、回転しない場合には回転したと判定されるまで他の相に相を変えて通電させるようにしたものである。
【０００９】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、冷媒を使用して冷却する冷凍冷蔵庫において、その冷媒を圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段を駆動するモータと、を一体的に配置し、かつ同一のケーシングに収納した密閉型圧縮機と、その圧縮機のモータに磁界を発生する複数の通電相を固定子側に備えると共に、前記通電相に対応する磁石をロータ側に備え、前記各通電相への通電を切り換えることにより前記ロータが回転制御されるセンサレスＤＣブラシレスモータと、各通電相の逆起電圧を検出するロータ位置検出手段と、ロータ回転周期における前記各通電相のゼロクロス点により時系列的なモードに区切り、先のロータ回転周期における前記モードの起点となるゼロクロス点からそのモード内で通電制御される通電相の適正通電制御タイミングである電気角までの時間をそのモードの遅延時間とし、この遅延時間を今回のロータ回転周期の同一のモードの起点となるゼロクロス点からの通電制御タイミングとするタイミング信号を出力するタイミング信号発生手段と、このタイミング信号に基づいて各通電相の通電制御信号を発生する通電制御信号発生手段と、この通電制御信号に基づいて各通電相に電力供給を行う通電相電力供給手段と、を備え、前記ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に１回目の通電を行って回転及びその方向を判断し、正転であれば正転加速させる２回目の通電を行い、正転でなければ逆転方向に加速させる２回目の通電を行ってその時のロータ位置に対応した正転方向に加速し、回転しない場合には回転したと判定されるまで他の相に相を変えて通電させるようにしたものである。
【００１０】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、前記通電制御信号発生手段はロータ停止時にこのロータを任意の回転位置に停止させると共にこの停止位置を起点にして次回起動時 の通電制御を行うようにしたものである。
【００１１】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、ロータ停止時にこのロータの停止位置を記憶するロータ位置記憶手段を備え、前記通電制御信号発生手段はこの停止位置情報に基づいて次回起動時の通電制御を行うようにしたものである。
【００１２】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、各通電相の電流を検出する電流検出手段を備え、前記通電相を流れる所定値以上の電流が所定時間内に所定回数を越えて前記電流検出手段にて検出された場合、前記通電制御信号発生手段は通電相への通電を停止するよう制御するようにしたものである。
【００１３】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、前記通電相の電流を検出する電流検出手段を備え、前記通電制御信号発生手段は前記電流検出手段にて前記通電相への通電開始時に所定値以上の電流を検出した場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するようにしたものである。
【００１４】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、前記通電制御信号発生手段は前記ロータ位置検出手段の検出結果に基づくロータ回転数が所定限界値を越えた場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するものである。
【００１５】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、前記通電制御信号発生手段は前記ロータ位置検出手段の検出結果に基づくロータ回転数の変化率が所定限界値を越えた場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するようにしたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。図１は本実施の形態におけるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図であり、本実施の形態では三相モータの場合を示している。図において、１は各通電相を構成する固定子巻線Ｌｕ８、Ｌｖ９、Ｌｗ１０に発生する逆起電圧ｕ、ｖ、ｗを検出し、そのゼロクロス点のタイミングで立ち上がり過程にある場合はＬｏからＨｉに、立ち下がり過程にある場合にはＨｉからＬｏに出力値を反転させて、それぞれの通電相毎にパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを発生するロータ位置検出手段である。
【００１７】
２はロータ位置検出手段１の出力を受け、各通電相毎のゼロクロス点の周期から、それぞれ所定の電気角（ここでは１５°）に対応する時間だけ遅れたタイミングを算出し、これを各相の通電制御タイミング信号として遅延パルス列ＤＺｘを発生するタイミング信号発生手段としてのパルス遅延手段である。３はロータ位置検出手段１及びパルス遅延手段２の出力を受け、ロータ位置検出手段１からのパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗのパターンに、パルス遅延手段２からの遅延パルス列を対応させて通電制御信号の発生タイミングを得、出力する通電制御信号発生手段である。
【００１８】
４は通電制御信号発生手段３から受ける通電制御信号に基づいて、各通電相を形成する固定子巻線Ｌｕ８、Ｌｖ９、Ｌｗ１０に通電及び通電停止を行う固定子巻線電力供給手段である。尚、パルス遅延手段２及び通電制御信号発生手段３は１チップマイコン５により構成されている。
また、本実施の形態では発明の特徴を説明するために、三相モータの負荷トルクが異なるものとなっている。
【００１９】
図２は図１のように構成されたセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置におけるタイミングチャートを示している。上段のロータ回転周期ｎにおけるパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗは各固定子巻線Ｌｕ８、Ｌｖ９、Ｌｗ１０に発生する逆起電圧を基にロータ位置検出手段１がそれぞれのゼロクロス点で反転するパルス信号に変換したものである。図２によれば、各通電相における負荷トルクが異なっているため、固定子巻線Ｌｕ８、Ｌｖ９、Ｌｗ１０の位相差が１２０°ではなくばらつきがあることが分かる。
【００２０】
Ｚｘは各パルス列のゼロクロス点を時系列的に組み合わせたタイミングを示している。このパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗのゼロクロス点の組み合わせに対応して区切られた各区間をそれぞれモードｉ＝１、２、３、４、５、６と名付け、任意の周期ｎにおける各モードの時間幅をＴｉ，ｎとする。本実施の形態の場合、位相差のばらつきにより各モードの時間幅Ｔｉ，ｎはそれぞれ固有の長さになる。
【００２１】
図３はパルス遅延手段２の一実施の形態を示す構成図である。図において１１〜１６はモード毎に設けられたパルス遅延手段であり、各パルス遅延手段はそれぞれが互いに独立してロータ一位置検出手段１及び通電制御手段３に接続され、独自に遅延タイミングの演算を行っている。
【００２２】
図４は固定子巻線電力供給手段４の詳細を示す構成図である。図において、２９は商用ＡＣ電源、２８は商用ＡＣ電源２８を整流するダイオードブリッジ、２７は平滑コンデンサであり、これらダイオードブリッジ２８と平滑コンデンサ２７とで商用ＡＣ電源２８からの交流を直流に変換する。２１〜２６はトランジスタであり、図１の通電制御信号発生手段３からこれらトランジスタ２１〜２６を適宜ＯＮ／ＯＦＦ制御して、任意の固定子巻線への印加電圧パターンを切り換えることにより、所望の電力が各固定子巻線８〜１０に印加される。
【００２３】
次に動作について説明する。ロータ回転時にロータ一位置検出手段１から出力される任意の回転周期ｎにおけるパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに基づいて、パルス遅延手段２は次の回転周期ｎ＋１周期における通電制御タイミングを算出する。即ち、図２に示すようにロータ回転周期ｎ時のゼロクロス点のタイミングから、Ｚｘ，ｎに示すようにモード１〜６を区分けし、この各モード１〜６毎にそれぞれのモードの時間幅Ｔ1 ，ｎ〜Ｔ6 ，ｎの１
／４の時間ｔ1 ，ｎ＋１〜ｔ6 ，ｎ＋１を遅延時間として算出する
【００２４】
そして、図２の下段に示すように次のロータ回転周期ｎ＋１時にそのパルス列を入力すると、そのゼロクロス点のタイミングから、Ｚｘ，ｎ＋１に示すようにモード１〜６を区分けし、この各モード１〜６においてそれぞれのモードの起点となるゼロクロス点から先述の遅延時間ｔ1 ，ｎ＋１〜ｔ6 ，ｎ＋１だけ遅延したタイミングを通電制御タイミング
とするパルス列ＤＺｘを出力する。
【００２５】
ＵH 、ＶH 、ＷH はロータ回転周期ｎ＋１時の各トランジスタ２１、２３、２５の駆動
信号、ＵL 、ＶL 、ＷL は同２２、２４、２６の駆動信号である。パルス遅延手段２から
の通電制御タイミング信号ＤＺｘとロータ位置検出手段１からの各通電相の位相情報に基いて、通電制御信号発生手段３が固定子巻線電力供給手段４に適宜駆動信号ＵH 、ＶH 、ＷH 、ＵL 、ＶL 、ＷL を出力し、これを受けた固定子巻線電力供給手段４は各トランジ
スタ２１〜２６に通電を行う。
【００２６】
このような一連の動作により、それぞれの通電相における逆起電圧のゼロクロス点のタイミングに対して前回の回転周期から導き出された適正な通電制御タイミングまでの遅延時間ｔ1 ，ｎ＋１〜ｔ6 ，ｎ＋１だけ遅延することによって、固定子巻線への通電パターンを先の回転周期と回転位相角が合致するモード毎に適正なタイミングで切り換えることができる。即ち、ロータの回転に応じて位置のモードは図２に示すように位置モード１〜６を順次繰り返す。そして、通電モード１〜６は今回の位置モードに対して、前回の同一モードにおける遅延時間を持って順次繰り返す。
【００２７】
図５はロータ位置検出手段１の入力であり、各固定子巻線Ｌｕ８、Ｌｖ９、Ｌｗ１０に誘起される逆起電圧ｕ、ｖ、ｗ及びロータ位置検出手段１の出力であり、各相位置信号であるパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗのタイミングチャートである。本実施の形態のロータ位置検出手段１は各相の逆起電圧のゼロクロス点をとらえ、電圧が正の時はＨｉ、負の時はＬｏに対応したディジタル信号を発生する。この信号によりロータが特定位置を通過したことを検出する。これは従来よりよく用いられてきた手段である。
【００２８】
図６は図３中の例えばモード１のパルス遅延手段１１の実現手段である１チップマイコン中のソフトウェアのフローチャートである。処理の手順としては、先ずステップ１でロータ位置検出手段１から入力されるパルス列を基に、位置モードが６から１へと変化するタイミングをとらえ、ステップ２で前回同モード周期Ｔ1 ，ｎを読み込み、ステップ３で
モード周期Ｔ1 ，ｎの１／４の時間即ち電気角で約１５°に対応を求め、それを遅延時間
ｔ1 ，ｎ＋１とする。
【００２９】
ステップ４でその値を用いてタイマーを動作させ、ステップ５でロータ位置が位置モード６から１に切り換わったタイミングから電気角で１５°の遅延タイミングを得て、ステップ６で通電制御信号発生手段３に通電モード切換トリガとして通電タイミング信号を出力する。ステップ７でロータ位置検出手段１から位置モードが１から２に変わるタイミングをとらえ、ステップ８で今回の位置モード１の周期を計測し記録し、次回の同モードの遅延時間決定のための参考値を得て一連の動作が終了し、以後各周期ｎ、ｎ＋１、…で上記フローを繰り返す。尚、他のモード２〜６のパルス遅延手段１２〜１６も同様の動作を行う。
【００３０】
このように、通電手段を各モード毎に独立して持つので、図２に示すように回転角に応じトルクが変動し、これにより回転速度が回転角に依存するような場合でも、回転角による速度のばらつきに対応した適正ポイントで通電パターンの切り換えができ、通電ポイントのずれによる効率低下が防止できる。そして、それぞれのモード毎に真に適正な遅延時間を求め、タイミング信号を発することができる。
【００３１】
従って、回転角に応じて負荷トルクが変動するコンプレッサ等を駆動するモータの効率改善に極めて有効である。また、ロータの着磁位置の製造上のばらつきにより発生する回転角に依存したトルク変動による効率低下に対しても有効である。更に、回転中の急激な負荷変動に対しても素早く対応できる。
尚、上記実施の形態ではパルス遅延手段２を１チップマイコン内で構成したが、ロジック回路で構成してもよい。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態１の場合、図３に示すようにパルス遅延手段２を６つのモードについて１１〜１６としてすべて独立して設けたが、必要に応じて遅延手段は少なくしてもよい。
即ち、コンプレッサ等に用いられるモータの場合、負荷トルクの変動は回転角に応じて周期的に生じる。このような場合、負荷トルクが同一で、モードの時間幅が同一となることが予め分かっているモード同士については、そのモードについてパルス遅延手段を共通化することができる。
【００３３】
同様にして、特定のモードについて負荷トルクが他と異なり、時間幅が異なるような場合には、その特定モードについてのみパルス遅延手段を独立して設けてもよい。
これにより制御装置の構成が簡略化され、コストも低減できる。
【００３４】
実施の形態３．
実施の形態１の場合、図３に示すようにパルス遅延手段２を６つのモードについて１１〜１６としてすべて独立して設けたが、コンプレッサ等に用いられるモータの場合、負荷トルクの変動は回転角に応じて周期的に生じる。従って、特定の位置モードにおける負荷トルクに対し、各モードの負荷トルクは一定の比率で常に変動することになる。
【００３５】
このような場合、図１のパルス遅延手段２の構成を、任意の位置モードにおける遅延時間をロータ位置検出手段１からのパルス列に基づいて算出した後、他の各モードについては、この遅延時間をそれぞれのモードの時間幅に対応して予め設定された所定の比率を乗じて各モード毎の遅延時間として算出し、各モードのゼロクロス点から、それぞれ算出した遅延時間だけ遅延させた通電タイミング信号を出力する構成とすれば、実施の形態１の場合と同様、各モードの負荷トルクの変動に応じた通電制御が可能になる。
【００３６】
上記構成によれば、パルス遅延手段は任意のモードについてのみロータ位置検出手段からのパルス列に基づいて最適通電制御タイミングの算出を行えばよく、構成が簡単になり、コストも低減できる。さらに、他のモードの遅延時間は上記任意のモードの適正通電制御タイミングの算出を行ったゼロクロス点を基準として算出し、遅延させれば、通電相の逆起電力の検出は、この任意のモードに関わる通電相についてのみ行えばよく、相数の多いモータの場合、構成が簡単にできる。
【００３７】
実施の形態４．
次に他の実施の形態について説明する。全体構成図及び固定子巻線電力供給手段４については図１及び図４と同様であり、同図を用いて説明を行う。
図４において、固定子巻線電力供給手段４は、２９の交流電圧からダイオードブリッジ２８及び平滑コンデンサ２７を用いて直流定電圧を生成し、図１の通電制御信号発生手段３からの通電制御信号に基づいて、各スイッチングトランジスタ２１〜２６を適宜ＯＮ／ＯＦＦする。
【００３８】
その際、任意のＯＮ／ＯＦＦ時間比のパルス列を加えることにより、巻線に任意の電圧を印加できる。従って、通電制御信号発生手段３によりこのＯＮ／ＯＦＦ時間比を可変制御すれば、各固定子巻線に供給される電力を可変させることができる。
【００３９】
次に動作について説明する。図７は本実施の形態の通電制御信号発生手段３の一出力ＵH のタイミングチャートである。図において上段は固定子巻線への最大電力供給時、中段
は中間電力供給時、下段は最小電力供給時の通電制御信号を示している。このように通電時のＯＮ／ＯＦＦ時間比を制御することにより、各固定子巻線への印加電圧を変化させ、最終的には供給電力を変化させる。ＯＮ幅は広いほど供給される電力は大きく、狭いほど小さくなる。
【００４０】
ＯＮ／ＯＦＦ時間比の変化は本実施の形態では離散的であるとするが、連続的に変化してもよい。これは一般的にＰＷＭ制御とよばれ、従来電力制御に一般的に用いられてきた制御方法である。
【００４１】
図８は本実施の形態の全体的な動作を示すタイミング図であり、図９は通電制御信号発生手段３の実現手段である１チップマイコン中のソフトウェアのフローチャートである。実施の形態１で図２に示したように、回転角に連動した負荷トルクの変動がある場合、ロータ位置検出手段１からの位置信号から得られるゼロクロス点周期は、位置モード毎にばらついた値となる。このばらつきは即ち回転角に依存したロータの回転速度変動に対応している。
【００４２】
位置モード１に着目した場合、位置モード周期Ｔ1 ，ｎが短いときは回転速度が速く、
長いときは回転速度が遅いことを意味する。通電制御信号発生手段３では、このような周期の短いとき、即ち回転速度が速いときは、次回通電モード１において固定子巻線に与える電力をＰＷＭ制御により通常値より小さくする。これによりモータに発生するトルクが小さくなり、位置モード１の周期Ｔ1 ，ｎ＋１は長くなり、回転速度は遅くなる。
【００４３】
このようにロータ位置検出手段１の検出結果に基づいて、各位置モード目標速度に対し、速いときはその位置モードに対応して通電モード時の固定子巻線への供給電力を抑え、遅いときは供給電力を増やす。このような制御を繰り返すことにより各モード間の速度変動を抑えることが可能になる。これにより速度変動により負荷に発生する騒音振動が低減できる。
【００４４】
図１０は本発明のセンサレスＤＣブラシレスモータを搭載した冷凍冷蔵庫の構造図である。図中５０はセンサレスＤＣブラシレスモータを使用した圧縮機、５１は圧縮機により圧縮された冷媒を蒸発させ低温にする冷却器。５２は冷却器により冷却された空気（以下冷気）を冷蔵庫の各部屋へ送風するためのファン５３を回転させるファンモータである。また５４はセンサレスＤＣブラシレスモータを使用した圧縮機を駆動する駆動装置を搭載した冷蔵庫の制御基板である。冷凍冷蔵庫は室内に設置されるため、圧縮機が運転する際には素早く既定回転数まで到達する必要がある（これは配管等の共振点を通過する際通過速度が遅いと騒音発生の原因となる）。また使用年数が一般家電品としては非常に長寿命を要求される。
図１９は圧縮機の一例であるロータリー圧縮機の断面図である。圧縮機中に圧縮部６０、圧縮部６０を回転させるモータ（ロータ６１とステータ６２）、が図１９に示す様に配置され、且つ一体のケーシング（シェル６３）に入れられていることにより冷媒回路はすべて閉回路となりガス漏れなどがなくなる。
図２０は圧縮機のローリングピストン６８の一回転中の負荷トルクを示す図であり、図２１は圧縮機の圧縮部の構造図である。図１９、図２０において、ベーン６７は常にローリングピストン６８へバネ６９で押しつけられており、ローリングピストン６８とシリンダ７１の接触点がベーン６７から回転方向に９０°の位置（ベーン６７が押し込まれた状態）になった時に回転しやすい位置となり、その後、一回転分のパルスが終了するとベーン圧により回転方向へ加速する力が加わり回転する。
【００４５】
本発明はこの冷凍冷蔵庫のような素早い起動と長寿命を要求されかつ消費電力を低く押さえなければならない製品で効果を発揮する。また、圧縮機のような一回転中の負荷が一定でないような製品にも一回転中のなかで回転トルクをコントロールできる点が低騒音にも効果がある。
【００４６】
本実施の形態では通電制御信号発生手段３が各モードの時間幅から通電電圧を可変制御する構成としたが、実施の形態３に対応させ、遅延時間を算出する任意のモードの時間幅に対する他の各モードの時間幅に対応した所定の比率の通電電圧を各モードに通電するようにすれば、この任意のモードの通電電圧を基準にして各モードの通電電圧が可変する構成とすることができる。
【００４７】
実施の形態５．
図１１は本実施の形態におけるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図であり、図において実施の形態１のものと同様或は相当する構成については、同一符号を付してその説明を省略する。６は各固定子巻線を流れる電流を検出する電流検出手段であり、その出力はパルス遅延手段２に接続されている。パルス遅延手段２は電流検出手段６で検出された各固定子巻線の電流値に基づいて、パルス遅延手段２内で通電切り換え時の電流値の時間変化率を求め、変化率に応じて遅延時間に補正をかけて通電制御タイミング信号を出力する。
【００４８】
実施の形態１では固定子巻線の逆起電圧をゼロクロスポイントから通電切り換えタイミングを得たが、各固定子巻線に流れ込む電流の時間変化から遅延時間を得て通電パターンの切り換えを行っても同様の効果が得られる。本実施の形態はこれらを組み合わせることによって、通電ポイントのずれによる効率低下を防止する。
【００４９】
図１２は固定子巻線８の相電流の時間波形を示している。上段が適正な通電タイミングで通電パターンを切り換えた場合、下段が通電切り換えタイミングが最適なポイントから遅れた場合を示す。通電タイミングが遅れた場合は、固定子巻線に印加される電圧が小さくなり、切り換え直後の電流の時間変化率が適正な場合に比べて小さくなる。また、最適な切り換えポイントから進んだ場合は、電流の時間変化率は適正な時間変化率に対し大きくなる。適正時間変化率はモータの構造で決まる。
【００５０】
このような性質を利用して、図１３に示すようなアルゴリズムをマイコン中で実現すれば、通電パターン切り換え直後の相電流の時間変化から最適な通電切り換えタイミングを得ることができる。
【００５１】
実施の形態６．
図１４は本実施の形態におけるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図であり、図において実施の形態５のものと同様或は相当する構成については、同一符号を付してその説明を省略する。実施の形態５との構成上の相違は、電流検出手段６の出力がパルス遅延手段２ではなく、通電制御信号発生手段３に接続されていることである。
【００５２】
電流検出手段６により検出された固定子巻線の電流値を、通電制御信号発生手段３にて監視し、所定値以上の電流を一定時間中に所定の回数を越えた場合、固定子巻線への電力供給を停止するよう制御する。
例えば、所定時間を通電パターン切り換え回数１０回分の時間、所定回数を８以上とすれば、通電パターン１０回分の時間以内に発振を検知して通電を停止させ、発振状態から脱出することができる。
【００５３】
これらの所定時間の計測はマイコンのタイマで、回数の計測はＲＡＭを用いたカウンタで簡単に実現できる。
周波数の低い発振時は、素子の耐量の電流よりは小さいが、通常より大きな電流が発生する場合がある。しかしこの値はその他の異常電流と違い、通電切り換えタイミングで連続的に発生する。このような発振検知には本実施の形態に示したような発明が有効且つ安価に実現できる方法となる。
【００５４】
実施の形態７．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態における全体構成図は図１と同様である。通電制御信号発生手段３はロータ位置検出手段１からの各相のゼロクロス点に対応したパルス信号より各モードの時間幅を計測する。その時間幅をモータの最高回転数に対応する時間幅Ｔｍｉｎと比較する。Ｔｍｉｎと比較した結果実測データが短い場合、固定子巻線への電力供給を打ち切るような通電制御信号を出力する。
【００５５】
図１０に示すような冷凍冷蔵庫では、例えばモータの最高回転数は約４２００ｒｐｍとなっているので、Ｔｍｉｎを約２．４ｍｓとすればよい。これらの周期計測はマイコンのタイマで、比較値はＲＯＭデータに記憶し、比較はＣＰＵで簡単に実現できる。
【００５６】
周波数の高い発振においては、固定子巻線より逆起電圧のゼロクロス点の通過周期が、モータの上限回転数に対応したゼロクロス点の通過周期より短い。もしこの場合に異常を検知せず、検知出力Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに対応して通電し続けた場合、素子の破壊、モータの異常発熱等の事態も発生する。
周波数の高い発振については、本実施の形態に示すような発明を用いれば簡単にかつ正確に検知することが可能になる。
本発明は後述の実施の形態１１と組み合わせると更に検出周波数範囲が広がる。
【００５７】
本実施の形態及び上述の実施の形態６は、双方とも所定の条件から外れた場合に固定子巻線への電力供給を打ち切るよう通電制御するものであった。そこで、本実施の形態と実施の形態６とを組み合わせることにより低周波、高周波いずれの発振に対しても簡単にかつ正確に検知することができるようになる。
【００５８】
実施の形態８．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態の全体構成図は図６に示すものと同様である。電流検出手段６により検出された固定子巻線電流を通電制御信号発生手段３中で監視し、通電相切り換え時に所定値以上の電流値を検出した場合、固定子巻線への電力供給を打ち切るような通電制御信号を出力する。
【００５９】
図１５は例えば固定子巻線８における正常時と異常時との逆起電圧及び相電流の波形を示す比較図であり、上段が正常な通電切換タイミングで通電パターンの切り換えを行った場合、下段がタイミングが異常の場合である。異常通電切換時には、相電流の時間変化が著しく大きい。起動時はロータ位置が不明のため、特に前記に示すような異常が多く発生する。本実施の形態によれば、切り換え直後すぐに異常通電を行ったことが検知でき、素早く停止し、次の動作に移ることが可能である。
【００６０】
本発明によれば通電異常に対する保護はもちろん起動時の時間短縮が図れるという効果がある。
本発明は冷凍冷蔵庫のような短時間起動を要求される負荷に対し特に効果がある。
また、本発明は後述する実施の形態１６と組み合わせると更に効果がある。
【００６１】
実施の形態９．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態の全体構成図は図１に示すものと同様である。通電制御信号発生手段３中でロータ位置検出手段１からの各相ゼロクロス点に対応したパルス信号より各モードの時間幅を各モード毎に計測する。さらにこのモード毎の時間幅の差を計測監視し、モータの最高加速に対応する時間幅の時間変化率と比較する。比較した結果、実測データの方が小さい場合、固定子巻線への電力供給を打ち切るような通電制御信号を出力する。
【００６２】
このような構成とすれば、通常起こり得ないような急激な負荷変動による急激な速度変化が発生した場合、即時に通電を打ち切るので、異物が負荷とぶつかることによる急激な速度低下や軸受け焼きつき等によるロック等の異常を検知し、異常通電による素子破壊、モータの異常温度上昇の保護に効果がある。
本発明はジェットタオル等、異物が羽根に当たる可能性がある負荷に対し極めて有効である。
【００６３】
実施の形態１０．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態の全体構成図は図１に示すものと同様である。本実施の形態においてはパルス遅延手段２が遅延時間を最大トルクが得られる遅延時間よりわずかに短い遅延時間となるよう通電制御タイミング信号を出力し、固定子巻線の通電相切換タイミングを最大トルクが得られるポイントより早くする。
【００６４】
ブラシレスモータでは、通常回転数に対応した周波数域においても発振を起こし安定する点が存在する。本発明によれば、発振をしていた場合、発振が不安定となり発振周波数が急激に上昇するので、この安定する点が不安定になり、発振周波数が高い方に移行する。そして、明らかに異常と判別できる状態に素早く移行する。これにより従来のセンサレスモータでは発振していても検知できないような周波数の発振も検知可能な周波数とすることが可能となる。
【００６５】
このようにして異常を判別したのち、先述した実施の形態７や実施の形態８による構成と方法で、発振状態から脱出することができる。
【００６６】
実施の形態１１．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態の全体構成図は図１に示すものと同様である。通電制御信号発生手段３はロータ位置検出手段１からの各相のゼロクロス点に対応したパルス信号よりモータの回転数を監視し、停止時のモータの回転数が所定数以下になったら特定の相に一定時間通電するような通電制御信号を固定子巻線電力供給手段４に与え、毎回の停止時にロータを所定の位置に停止させる。
【００６７】
起動時にはロータ停止位置が定位置でわかっているので、最も起動トルクの出る通電相に短時間通電する。このように通電後正回転方向に検出可能なレベルの逆起電圧が得られる回転数が即時に得られ、通常運転状態に瞬時に移行できる。
【００６８】
通常センサレスＤＣブラシレスモータでは、停止時は固定子巻線に起電力発生しないため、ロータ位置を判別することは不可能であり、起動時は回転磁界を発生させ、ロータをそれに引き込んでゆくやり方が一般的であるが、この方式では最初の回転磁界の回転数を遅いところからゆっくり回転速度を上げていかなければならないので、起動に時間がかかり、冷凍冷蔵庫のように短時間起動が要求される負荷には向いていなかった。
【００６９】
本実施の形態によれば、一回の起動パルスで短時間にモータを起動できる。この特性は冷凍冷蔵庫のような短時間起動を要求される負荷に対し有効である。
【００７０】
またこのタイプの応用としては、一回転分の起動パルスを与えても同様の効果がある。
【００７１】
実施の形態１２．
図１６は本実施の形態に係るセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置の構成図であり、図において、実施の形態１と同様或は相当する構成については同一符号を付してその説明を省略する。７はロータ停止時のロータ位置を記憶する不揮発性外部記憶装置であり、通電制御信号発生手段３に接続されている。
【００７２】
次に動作について説明する。通電制御信号発生手段３で、ロータ位置検出手段１からの各相のゼロクロス点に対応したパルス信号より最新のロータ位置を常時不揮発性外部記憶手段７に書き込む。モータ起動時には不揮発性外部記憶手段７に記憶された前回最後のロータ位置情報により予めロータの停止位置が分かっているので、これを基に通電制御信号発生手段３は最も起動トルクの出る通電相に短時間通電するよう固定子巻線電力供給手段４を制御する。
【００７３】
通電後、正回転方向に検出可能なレベルの逆起電圧が得られる回転数が即時に得られ、通常運転状態に瞬時に移行できる。
通常、センサレスＤＣブラシレスモータでは、停止時は固定子巻線に起電力が発生しないため、ロータ位置を判別することが不可能であり、起動時には回転磁界を発生させ、ロータをそれに引き込んでいくやり方が一般的であるが、この方式では最初の回転磁界の回転数を遅いところからゆっくり回転速度を上げていかなければならず、起動に時間がかかり、冷凍冷蔵庫のような短時間起動が要求される負荷には向いていなかった。
【００７４】
本実施の形態によれば、一回の起動パルスで短時間にモータを起動できる。また一回転分の起動パルスで短時間にモータを起動できる。この特性は冷凍冷蔵庫のような短時間起動を要求される負荷に対し有効である。
上記実施の形態では不揮発性記憶手段を１チップマイコンの外部に設けたが、不揮発性メモリ内蔵１チップマイコン内で実現してもよい。
【００７５】
実施の形態１３．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態の全体構成図は図１に示すものと同様である。図１７は本実施の形態の動作を示すフローチャートである。起動シーケンスは通電制御信号発生手段３中にソフトウェアを用いて行う。図１７で、先ずＳｔｅｐ１１にてロータ停止状態における所定の相に通電するような通電制御信号を発生し、ついでＳｔｅｐ１２にてロータ位置検出手段１からの出力を用い、ロータの回転の有無を判定する。
【００７６】
回転しなかった場合は、Ｓｔｅｐ１６で別相に通電を行い、Ｓｔｅｐ１２にて再び回転の有無を判定する。以後、回転したことが判定されるまで相を変え、同様の工程を繰り返す。また、回転した場合は、Ｓｔｅｐ１３にて正転か逆転かを判定し、正転であればＳｔｅｐ１４にて正転加速し、正転でなければＳｔｅｐ１７にて逆転方向に加速し、その時のロータの位置に対応した正転方向に加速する方向に通電する。
【００７７】
そして、Ｓｔｅｐ１５にてロータの正逆転を判定し、正転なら起動処理を完了し、定常回転動作に入る。また、逆転若しくは停止状態の場合は、Ｓｔｅｐ１に戻り、再度起動動作を繰り返す。
【００７８】
具体的な例としては、Ｓｔｅｐ１１で最初の通電相をＵ相とし、Ｓｔｅｐ１２でＵ相が回転しなければ、Ｓｔｅｐ１６でＶ相に通電する。またＳｔｅｐ１２でＵ相が回転した場合には、Ｓｔｅｐ１３及び１４にて固定子巻線の誘起電圧からロータ位置検出手段１によりロータの回転方向及びロータ位置を検出し、回転方向、位置に対応した通電パターンで通電を行う。その後、Ｓｔｅｐ１５で再度正転か否かを判定し、正転なら通常通電に移行し、正転でなければ最初から上記動作をやり直す。
【００７９】
図１８に本実施の形態の起動のタイミングチャートを示す。上段がＵ相の通電電圧であり、下段がＵ相の誘起電圧である。図１７で説明したように、１回目の通電である程度誘起電圧が発生し、回転及びその方向を判別し、さらに２回目の通電で加速し、その後の誘起電圧により方向を判定し、通常の通電に移行する。
【００８０】
通常センサレスＤＣブラシレスモータでは、停止時は固定子巻線に起電力が発生しないため、ロータ位置を判別することが不可能であり、起動時は回転磁界を発生させ、ロータをそれに引き込んでいくやり方が一般的であったが、この従来の方式では最初の回転磁界の回転数を遅いところからゆっくり回転速度を上げていかなければならないので、起動に時間がかかり、冷凍冷蔵庫のように短時間起動が要求される負荷には向いていなかった。
【００８１】
本実施の形態によれば、２回の通電パルスで起動できる。この特性は冷凍冷蔵庫のような短時間起動を要求される負荷に対し有効である。
本実施の形態では、回転方向が一方向に指定されている負荷についてのみ言及したが、正逆両方向に回転させる負荷についてもこの発明は利用できる。
また、本実施の形態では２回の通電パルスで起動したが、通電パルスの回数は負荷に応じて複数でもよい。これにより前例に対し起動確率が向上する。
【００８２】
さらに、起動パルス回数を回転数に応じ可変とすることも可能である。例えば冷凍冷蔵庫では回転数が１５００ｒｐｍとなるまで起動パルスを送り続ける。これによりさらに前例に対し起動確率が向上する。
さらにまた、起動パルス時間を回転数に応じ可変としてもよい。これによりさらに前例に対し起動確率が向上する。
【００８３】
上記各実施の形態は３相センサレスＤＣブラシレスモータについて説明したが、本発明は他の相数のセンサレスＤＣブラシレスモータについても実施可能である。
【００８４】
以上の各実施の形態の例で説明したごとく、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置の作用は、この発明においては、タイミング信号発生手段により、先のロータ回転周期における基準となるロータの回転位置から通電相の適正な通電制御タイミングまでの時間を求め、今回のロータ回転周期において先のロータ回転周期と同一のロータ回転位置から先に求めた時間経過した時点を今回の通電相への通電制御タイミングとするべくタイミング信号を出力し、通電制御信号発生手段はこのタイミング信号より得たタイミングに基づいて、通電相電力供給手段に対し通電相への適宜の通電制御を行う。
【００８５】
また、タイミング発生手段により、先のロータの回転周期における各通電相のゼロクロス点によって区切られたモードについて、このモードの起点となるゼロクロス点からそのモード内で通電制御される通電相の適正な通電制御タイミングまでの電気角に相当する時間をそのモードにおける遅延時間として求め、今回のロータ回転周期において先のロータ回転周期と同一のモードの起点となるゼロクロス点から先に求めた遅延時間経過した時点を今回の通電相への通電制御タイミングとする。
【００８６】
また、タイミング信号発生手段はロータ位置検出手段の検出結果に基づいて先のロータ回転周期から求めた任意の通電相に対する適正通電制御タイミングを、今回のロータ回転周期における当該任意の通電相の通電制御タイミングとする一方、他の通電相の通電制御タイミングについては、この任意の通電相の適正通電制御タイミングと他の通電相の適正通電制御タイミングとの位相差に応じて、当該任意の通電相の通電制御タイミングから決定する。
【００８７】
また、通電制御信号発生手段は各通電相の通電制御タイミングの間隔に基づいて、各通電制御タイミング間のロータの回転速度が等しくなるよう通電電圧を可変制御する。
【００８８】
また、タイミング信号発生手段は、電流検出手段により検出した相電流の変化に基づいて、最適な通電切換タイミングになるよう通電制御タイミング信号を補正して出力する。
【００８９】
また、通電制御信号発生手段は、電流検出手段により所定値以上の相電流が所定時間内に所定回数を越えて検出された場合に、通電相への通電を停止するよう制御する。
【００９０】
また、通電制御信号発生手段は、ロータの回転数が所定限界値を上回った場合に通電相への通電を停止するよう制御する。
【００９１】
また、通電制御信号発生手段は、固定子巻線への通電開始時に所定値以上の電流が流れた場合に通電相への通電を停止するよう制御する。
【００９２】
また、通電制御信号発生手段は、通電相の通電開始時おける通電相の電流値が所定値以上になった場合、通電相への通電を停止するよう制御する。
【００９３】
また、通電制御信号発生手段は、ロータ回転数の変化率が所定限界値を上回った場合又は下回った場合に通電相への通電を停止するよう制御する。
【００９４】
また、タイミング信号発生手段は、通電相に最大トルクが発生する通電制御タイミングより若干早くなるような通電制御タイミング信号を出力する。
【００９５】
また、通電制御信号発生手段はロータ停止時にこのロータを任意の回転位置に停止させるよう通電制御してロータを停止させ、次回モータ起動時にはこの停止位置を起点として起動時の通電制御を行う。
【００９６】
また、ロータ位置記憶手段は、ロータ停止時のロータの停止位置を記憶し、通電制御信号発生手段は、次回モータ起動時にはこの停止位置情報に基づいて起動時の通電制御を行う。
【００９７】
また、起動手段は、ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に通電を行うよう通電制御し、ロータが回転をしたら正転加速通電を行い、回転しない場合には他の通電相に同様の処理を行い、起動を行う。
【００９８】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置によれば、冷媒を使用して冷却する冷凍冷蔵庫において、その冷媒を圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段を駆動するモータと、を一体的に配置し、かつ同一のケーシングに収納した密閉型圧縮機と、その圧縮機のモータに磁界を発生する複数の通電相を固定子側に備えると共に、前記通電相に対応する磁石をロータ側に備え、前記各通電相への通電を切り換えることにより前記ロータが回転制御されるセンサレスＤＣブラシレスモータと、通電相に対するロータの相対位置を検出するロータ位置検出手段と、このロータ位置検出手段に接続され先のロータ回転周期における基準回転位置から前記通電相の適正通電制御タイミングまでの時間を今回のロータ回転周期における前記基準回転位置からの通電制御タイミングとするタイミング信号を出力するタイミング信号発生手段と、このタイミング信号に基づいて各通電相の通電制御信号を発生する通電制御信号発生手段と、この通電制御信号に基づいて各通電相に電力供給を行う通電相電力供給手段と、を備え、前記ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に１回目の通電を行って回転及びその方向を判断し、正転であれば正転加速させる２回目の通電を行い、正転でなければ逆転方向に加速させる２回目の通電を行ってその時のロータ位置に対応した正転方向に加速し、回転しない場合には回転したと判定されるまで他の相に相を変えて通電させるようにしたので、回転角に対し負荷トルクが違い、回転速度が変動する場合でも、最適な通電切換タイミングが得られ、モータの効率が向上し、消費電力の低い圧縮機が得られる。それとともに、特に冷蔵庫等の圧縮機のような冷媒を圧縮するものについては冷媒が安定するまで負荷が一定でないが、この方法を使用することにより安定した回転が得られる。また、短時間で起動することができるという効果が得られる。また、起動を素早くすることで、配管等の共振をおさえ振動、騒音が下がる。
【００９９】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、冷媒を使用して冷却する冷凍冷蔵庫において、その冷媒を圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段を駆動するモータと、を一体的に配置し、かつ同一のケーシングに収納した密閉型圧縮機と、その圧縮機のモータに磁界を発生する複数の通電相を固定子側に備えると共に、前記通電相に対応する磁石をロータ側に備え、前記各通電相への通電を切り換えることにより前記ロータが回転制御されるセンサレスＤＣブラシレスモータと、各通電相の逆起電圧を検出するロータ位置検出手段と、ロータ回転周期における前記各通電相のゼロクロス点により時系列的なモードに区切り、先のロータ回転周期における前記モードの起点となるゼロクロス点からそのモード内で通電制御される通電相の適正通電制御タイミングである電気角までの時間をそのモードの遅延時間とし、この遅延時間を今回のロータ回転周期の同一のモードの起点となるゼロクロス点からの通電制御タイミングとするタイミング信号を出力するタイミング信号発生手段と、このタイミング信号に基づいて各通電相の通電制御信号を発生する通電制御信号発生手段と、この通電制御信号に基づいて各通電相に電力供給を行う通電相電力供給手段と、を備え、前記ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に１回目の通電を行って回転及びその方向を判断し、正転であれば正転加速させる２回目の通電を行い、正転でなければ逆転方向に加速させる２回目の通電を行ってその時のロータ位置に対応した正転方向に加速し、回転しない場合には回転したと判定されるまで他の相に相を変えて通電させるようにしたので、回転角に対し負荷トルクが違い、回転速度が変動する場合でも、モード毎に最適な通電切換タイミングが得られ、モータの効率が向上し、消費電力の低い圧縮機が得られる。それとともに、特に冷蔵庫等の圧縮機のような冷媒を圧縮するものについては冷媒が安定するまで負荷が一定でないが、この方法を使用することにより安定した回転が得られる。また、短時間で起動することができるという効果が得られる。また、起動を素早くすることで、配管等の共振をおさえ振動、騒音が下がる。
【０１００】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、前記通電制御信号発生手段はロータ停止時にこのロータを任意の回転位置に停止させると共にこの停止位置を起点にして次回起動時の通電制御を行うので、次回起動時のロータ位置が決まっているから、起動しやすくなると共に、起動時間の短縮が図れるという効果が得られる。また、起動を素早くすることで、配管等の共振をおさえ振動、騒音が下がる。
【０１０１】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、ロータ停止時にこのロータの停止位置を記憶するロータ位置記憶手段を備え、前記通電制御信号発生手段はこの停止位置情報に基づいて次回起動時の通電制御を行うので、次回起動時のロータ位置が分かっているから、起動しやすくなると共に、起動時間の短縮が図れるという効果が得られる。また、起動を素早くすることで、配管等の共振をおさえ振動、騒音が下がる。
【０１０２】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、各通電相の電流を検出する電流検出手段を備え、前記通電相を流れる所定値以上の電流が所定時間内に所定回数を越えて前記電流検出手段にて検出された場合、前記通電制御信号発生手段は通電相への通電を停止するよう制御するので、誤検知なく確実にモータの異常回転、異常通電状態から脱出でき、寿命を長くできるという効果が得られる。
【０１０３】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、前記通電相の電流を検出する電流検出手段を備え、前記通電制御信号発生手段は前記電流検出手段にて前記通電相への通電開始時に所定値以上の電流を検出した場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するので、異常時に素早くモータ及び電力回路を保護できると共に、起動時の通電ミスに対し素早く次の処理動作に移ることができ、起動時間の短縮が図れるという効果が得られる。また、起動を素早くすることで、配管等の共振をおさえ振動、騒音が下がる。
【０１０４】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、前記通電制御信号発生手段は前記ロータ位置検出手段の検出結果に基づくロータ回転数が所定限界値を越えた場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するので、モータの異常回転、異常通電状態から脱出できる、寿命を長くできるという効果が得られる。
【０１０５】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、前記通電制御信号発生手段は前記ロータ位置検出手段の検出結果に基づくロータ回転数の変化率が所定限界値を越えた場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するので、発振による異常回転及び通電異常状態から脱出でき、寿命を長くできるという効果が得られる。
【０１０６】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、ロータの回転起動時に、モータの回転方向に一回転分のパルスを通電し、その際圧縮機の構造上決定する回転しやすい位置で、一回転分のパルスが終了する様にしたので、冷蔵庫の圧縮機停止直後でも起動しやすいので、起動を失敗することが無く冷蔵庫の圧縮機が停止しないので、庫内温度を常に安定させる冷蔵庫ができ、食品保存性が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１、４、７、９、１０、１１及び１３によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置におけるタイミングチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１によるパルス遅延手段を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による固定子巻線電力供給手段を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるロータ位置検出手段の入出力信号のタイミングチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１によるパルス遅延手段の動作を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態４による通電制御信号の概念図である。
【図８】この発明の実施の形態４によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置におけるタイミングチャートである。
【図９】この発明の実施の形態４による通電制御信号発生手段の動作を示すフローチャートである。
【図１０】この発明によるセンサレスＤＣブラシレスモータ及びその制御装置が搭載された冷凍冷蔵庫を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態５によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態５による電流検出手段によって検出された相電流の時間波形を示す波形図である。
【図１３】この発明の実施の形態５によるパルス遅延手段の動作を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態６によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態８における正常時と異常時との起電圧及び相電流の波形を示す比較図である。
【図１６】この発明の実施の形態１２によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態１３による起動手段の動作を示すフローチャートである。
【図１８】この発明の実施の形態１３による起動手段の起動タイミングチャートである。
【図１９】図１０の冷凍冷蔵庫のロータリー圧縮機の断面図である。
【図２０】図１０の冷凍冷蔵庫の圧縮機のローリングピストンの一回転中の負荷トルクを示す図である。
【図２１】図１０の冷凍冷蔵庫の圧縮機の圧縮部の構造図である。
【図２２】従来のセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ ロータ検出手段、２ パルス遅延手段、３ 通電制御信号発生手段、４ 固定子巻線電力供給手段、５ チップマイクロコンピュータ、６ 電流検出手段、７ 不揮発性外部記憶手段、８、９、１０ 固定子巻線、５０ センサレスＤＣブラシレスモータを使用した圧縮機、５１ 冷却器、５２ ファンモータ、５３ ファン、５４ 冷蔵庫の制御基盤、６０ 圧縮部、６１ ロータ、６２ ステータ、６３ シェル、６４ 吐出管、６５ 吸入管、６６ 防振バネ、６７ ベーン、６８ ローリングピストン、６９ バネ、７０ クランクシャフト、７１ シリンダ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍冷蔵庫の制御装置のセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２２は例えば特開平３−２３０７９１号公報に示された従来のセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。図において、４１、４２、４３は三相モータの通電相を構成する固定子巻線、３１は各固定子巻線４１、４２、４３に通電した際に発生する逆起電力を検出し、各相の逆起電力のゼロクロス点のタイミングを一つのパルス列にして出力する逆起電力検出手段である。
【０００３】
３２は逆起電力検出手段３１から出力されたゼロクロス点のタイミングを基準に、パルス列を各通電相に通電を行うタイミングに遅延させた遅延パルス信号に変換して出力するパルス遅延手段、３３はこの遅延パルス信号に基づくタイミングで回転子位置信号を発生する論理パルス発生手段、３４はこの回転子位置信号に基づいて各固定子巻線４１、４２、４３に電力供給を行う固定子巻線電力供給手段である。
【０００４】
次に動作について説明する。逆起電力検出手段３１は三相の逆起電力のゼロクロス点を検出して、一つのパルス列に変換し出力する。即ちこのパルス列は三相の逆起電力のゼロクロス点を示す。逆起電力検出手段３１から出力されたパルス列は遅延手段３２へ入力される。遅延手段３２は、先ず入力されたパルス列からそのパルス周期を計算する。次に計算したパルス周期の１／２の時間だけ入力したパルスを遅延させ、この遅延したパルス列を固定子巻線への新たな通電制御タイミングとして出力する。
【０００５】
そして論理パルス発生手段３３は遅延手段３２の出力するパルスを分周して固定子巻線４１、４２、４３に誘起される逆起電力と同じ周波数の６相パルスを出力する。論理パルス発生手段３３で発生した６相のパルス信号は回転子位置信号となり、固定子巻線電力供給手段３４に入力される。そして固定子巻線電力供給手段３４は論理パルス発生手段３３からの回転子位置信号に応じて、各固定子巻線４１、４２、４３に順次駆動電流を両方向に適宜供給する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置は以上のように構成されていたので、通電相の切換タイミング発生のための遅延時間の決定方法が一様であり、１回転中の負荷トルク変動の大きな負荷に対しては、通電切換タイミングのズレにより、モータ効率の低下、速度変動による振動等の発生を招くという問題点があった。
また、回転中の急激な負荷変動等による脱調及び発振の発生時の保護手段や、すばやい初期起動のための手段が考慮されていないという問題点があった。
【０００７】
この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、ロータの１回転中の負荷トルク変動が大きな負荷に対し安定な回転が得られ、急激な負荷変動等による脱調および発振等にも対応でき、すばやい初期起動特性を持つセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を得ることを目的とする。
また、運転効率のよいセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、冷媒を使用して冷却する冷凍冷蔵庫において、その冷媒を圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段を駆動するモータと、を一体的に配置し、かつ同一のケーシングに収納した密閉型圧縮機と、その圧縮機のモータに磁界を発生する複数の通電相を固定子側に備えると共に、前記通電相に対応する磁石をロータ側に備え、前記各通電相への通電を切り換えることにより前記ロータが回転制御されるセンサレスＤＣブラシレスモータと、通電相に対するロータの相対位置を検出するロータ位置検出手段と、このロータ位置検出手段に接続され先のロータ回転周期における基準回転位置から前記通電相の適正通電制御タイミングまでの時間を今回のロータ回転周期における前記基準回転位置からの通電制御タイミングとするタイミング信号を出力するタイミング信号発生手段と、このタイミング信号に基づいて各通電相の通電制御信号を発生する通電制御信号発生手段と、この通電制御信号に基づいて各通電相に電力供給を行う通電相電力供給手段と、を備え、前記ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に１回目の通電を行って回転及びその方向を判断し、正転であれば正転加速させる２回目の通電を行い、正転でなければ逆転方向に加速させる２回目の通電を行ってその時のロータ位置に対応した正転方向に加速し、回転しない場合には回転したと判定されるまで他の相に相を変えて通電させるようにしたものである。
【０００９】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、冷媒を使用して冷却する冷凍冷蔵庫において、その冷媒を圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段を駆動するモータと、を一体的に配置し、かつ同一のケーシングに収納した密閉型圧縮機と、その圧縮機のモータに磁界を発生する複数の通電相を固定子側に備えると共に、前記通電相に対応する磁石をロータ側に備え、前記各通電相への通電を切り換えることにより前記ロータが回転制御されるセンサレスＤＣブラシレスモータと、各通電相の逆起電圧を検出するロータ位置検出手段と、ロータ回転周期における前記各通電相のゼロクロス点により時系列的なモードに区切り、先のロータ回転周期における前記モードの起点となるゼロクロス点からそのモード内で通電制御される通電相の適正通電制御タイミングである電気角までの時間をそのモードの遅延時間とし、この遅延時間を今回のロータ回転周期の同一のモードの起点となるゼロクロス点からの通電制御タイミングとするタイミング信号を出力するタイミング信号発生手段と、このタイミング信号に基づいて各通電相の通電制御信号を発生する通電制御信号発生手段と、この通電制御信号に基づいて各通電相に電力供給を行う通電相電力供給手段と、を備え、前記ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に１回目の通電を行って回転及びその方向を判断し、正転であれば正転加速させる２回目の通電を行い、正転でなければ逆転方向に加速させる２回目の通電を行ってその時のロータ位置に対応した正転方向に加速し、回転しない場合には回転したと判定されるまで他の相に相を変えて通電させるようにしたものである。
【００１０】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、前記通電制御信号発生手段はロータ停止時にこのロータを任意の回転位置に停止させると共にこの停止位置を起点にして次回起動時 の通電制御を行うようにしたものである。
【００１１】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、ロータ停止時にこのロータの停止位置を記憶するロータ位置記憶手段を備え、前記通電制御信号発生手段はこの停止位置情報に基づいて次回起動時の通電制御を行うようにしたものである。
【００１２】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、各通電相の電流を検出する電流検出手段を備え、前記通電相を流れる所定値以上の電流が所定時間内に所定回数を越えて前記電流検出手段にて検出された場合、前記通電制御信号発生手段は通電相への通電を停止するよう制御するようにしたものである。
【００１３】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、前記通電相の電流を検出する電流検出手段を備え、前記通電制御信号発生手段は前記電流検出手段にて前記通電相への通電開始時に所定値以上の電流を検出した場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するようにしたものである。
【００１４】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、前記通電制御信号発生手段は前記ロータ位置検出手段の検出結果に基づくロータ回転数が所定限界値を越えた場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するものである。
【００１５】
この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置は、前記通電制御信号発生手段は前記ロータ位置検出手段の検出結果に基づくロータ回転数の変化率が所定限界値を越えた場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するようにしたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。図１は本実施の形態におけるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図であり、本実施の形態では三相モータの場合を示している。図において、１は各通電相を構成する固定子巻線Ｌｕ８、Ｌｖ９、Ｌｗ１０に発生する逆起電圧ｕ、ｖ、ｗを検出し、そのゼロクロス点のタイミングで立ち上がり過程にある場合はＬｏからＨｉに、立ち下がり過程にある場合にはＨｉからＬｏに出力値を反転させて、それぞれの通電相毎にパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗを発生するロータ位置検出手段である。
【００１７】
２はロータ位置検出手段１の出力を受け、各通電相毎のゼロクロス点の周期から、それぞれ所定の電気角（ここでは１５°）に対応する時間だけ遅れたタイミングを算出し、これを各相の通電制御タイミング信号として遅延パルス列ＤＺｘを発生するタイミング信号発生手段としてのパルス遅延手段である。３はロータ位置検出手段１及びパルス遅延手段２の出力を受け、ロータ位置検出手段１からのパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗのパターンに、パルス遅延手段２からの遅延パルス列を対応させて通電制御信号の発生タイミングを得、出力する通電制御信号発生手段である。
【００１８】
４は通電制御信号発生手段３から受ける通電制御信号に基づいて、各通電相を形成する固定子巻線Ｌｕ８、Ｌｖ９、Ｌｗ１０に通電及び通電停止を行う固定子巻線電力供給手段である。尚、パルス遅延手段２及び通電制御信号発生手段３は１チップマイコン５により構成されている。
また、本実施の形態では発明の特徴を説明するために、三相モータの負荷トルクが異なるものとなっている。
【００１９】
図２は図１のように構成されたセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置におけるタイミングチャートを示している。上段のロータ回転周期ｎにおけるパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗは各固定子巻線Ｌｕ８、Ｌｖ９、Ｌｗ１０に発生する逆起電圧を基にロータ位置検出手段１がそれぞれのゼロクロス点で反転するパルス信号に変換したものである。図２によれば、各通電相における負荷トルクが異なっているため、固定子巻線Ｌｕ８、Ｌｖ９、Ｌｗ１０の位相差が１２０°ではなくばらつきがあることが分かる。
【００２０】
Ｚｘは各パルス列のゼロクロス点を時系列的に組み合わせたタイミングを示している。このパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗのゼロクロス点の組み合わせに対応して区切られた各区間をそれぞれモードｉ＝１、２、３、４、５、６と名付け、任意の周期ｎにおける各モードの時間幅をＴｉ，ｎとする。本実施の形態の場合、位相差のばらつきにより各モードの時間幅Ｔｉ，ｎはそれぞれ固有の長さになる。
【００２１】
図３はパルス遅延手段２の一実施の形態を示す構成図である。図において１１〜１６はモード毎に設けられたパルス遅延手段であり、各パルス遅延手段はそれぞれが互いに独立してロータ一位置検出手段１及び通電制御手段３に接続され、独自に遅延タイミングの演算を行っている。
【００２２】
図４は固定子巻線電力供給手段４の詳細を示す構成図である。図において、２９は商用ＡＣ電源、２８は商用ＡＣ電源２８を整流するダイオードブリッジ、２７は平滑コンデンサであり、これらダイオードブリッジ２８と平滑コンデンサ２７とで商用ＡＣ電源２８からの交流を直流に変換する。２１〜２６はトランジスタであり、図１の通電制御信号発生手段３からこれらトランジスタ２１〜２６を適宜ＯＮ／ＯＦＦ制御して、任意の固定子巻線への印加電圧パターンを切り換えることにより、所望の電力が各固定子巻線８〜１０に印加される。
【００２３】
次に動作について説明する。ロータ回転時にロータ一位置検出手段１から出力される任意の回転周期ｎにおけるパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに基づいて、パルス遅延手段２は次の回転周期ｎ＋１周期における通電制御タイミングを算出する。即ち、図２に示すようにロータ回転周期ｎ時のゼロクロス点のタイミングから、Ｚｘ，ｎに示すようにモード１〜６を区分けし、この各モード１〜６毎にそれぞれのモードの時間幅Ｔ1 ，ｎ〜Ｔ6 ，ｎの１
／４の時間ｔ1 ，ｎ＋１〜ｔ6 ，ｎ＋１を遅延時間として算出する
【００２４】
そして、図２の下段に示すように次のロータ回転周期ｎ＋１時にそのパルス列を入力すると、そのゼロクロス点のタイミングから、Ｚｘ，ｎ＋１に示すようにモード１〜６を区分けし、この各モード１〜６においてそれぞれのモードの起点となるゼロクロス点から先述の遅延時間ｔ1 ，ｎ＋１〜ｔ6 ，ｎ＋１だけ遅延したタイミングを通電制御タイミング
とするパルス列ＤＺｘを出力する。
【００２５】
ＵH 、ＶH 、ＷH はロータ回転周期ｎ＋１時の各トランジスタ２１、２３、２５の駆動
信号、ＵL 、ＶL 、ＷL は同２２、２４、２６の駆動信号である。パルス遅延手段２から
の通電制御タイミング信号ＤＺｘとロータ位置検出手段１からの各通電相の位相情報に基いて、通電制御信号発生手段３が固定子巻線電力供給手段４に適宜駆動信号ＵH 、ＶH 、ＷH 、ＵL 、ＶL 、ＷL を出力し、これを受けた固定子巻線電力供給手段４は各トランジ
スタ２１〜２６に通電を行う。
【００２６】
このような一連の動作により、それぞれの通電相における逆起電圧のゼロクロス点のタイミングに対して前回の回転周期から導き出された適正な通電制御タイミングまでの遅延時間ｔ1 ，ｎ＋１〜ｔ6 ，ｎ＋１だけ遅延することによって、固定子巻線への通電パターンを先の回転周期と回転位相角が合致するモード毎に適正なタイミングで切り換えることができる。即ち、ロータの回転に応じて位置のモードは図２に示すように位置モード１〜６を順次繰り返す。そして、通電モード１〜６は今回の位置モードに対して、前回の同一モードにおける遅延時間を持って順次繰り返す。
【００２７】
図５はロータ位置検出手段１の入力であり、各固定子巻線Ｌｕ８、Ｌｖ９、Ｌｗ１０に誘起される逆起電圧ｕ、ｖ、ｗ及びロータ位置検出手段１の出力であり、各相位置信号であるパルス列Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗのタイミングチャートである。本実施の形態のロータ位置検出手段１は各相の逆起電圧のゼロクロス点をとらえ、電圧が正の時はＨｉ、負の時はＬｏに対応したディジタル信号を発生する。この信号によりロータが特定位置を通過したことを検出する。これは従来よりよく用いられてきた手段である。
【００２８】
図６は図３中の例えばモード１のパルス遅延手段１１の実現手段である１チップマイコン中のソフトウェアのフローチャートである。処理の手順としては、先ずステップ１でロータ位置検出手段１から入力されるパルス列を基に、位置モードが６から１へと変化するタイミングをとらえ、ステップ２で前回同モード周期Ｔ1 ，ｎを読み込み、ステップ３で
モード周期Ｔ1 ，ｎの１／４の時間即ち電気角で約１５°に対応を求め、それを遅延時間
ｔ1 ，ｎ＋１とする。
【００２９】
ステップ４でその値を用いてタイマーを動作させ、ステップ５でロータ位置が位置モード６から１に切り換わったタイミングから電気角で１５°の遅延タイミングを得て、ステップ６で通電制御信号発生手段３に通電モード切換トリガとして通電タイミング信号を出力する。ステップ７でロータ位置検出手段１から位置モードが１から２に変わるタイミングをとらえ、ステップ８で今回の位置モード１の周期を計測し記録し、次回の同モードの遅延時間決定のための参考値を得て一連の動作が終了し、以後各周期ｎ、ｎ＋１、…で上記フローを繰り返す。尚、他のモード２〜６のパルス遅延手段１２〜１６も同様の動作を行う。
【００３０】
このように、通電手段を各モード毎に独立して持つので、図２に示すように回転角に応じトルクが変動し、これにより回転速度が回転角に依存するような場合でも、回転角による速度のばらつきに対応した適正ポイントで通電パターンの切り換えができ、通電ポイントのずれによる効率低下が防止できる。そして、それぞれのモード毎に真に適正な遅延時間を求め、タイミング信号を発することができる。
【００３１】
従って、回転角に応じて負荷トルクが変動するコンプレッサ等を駆動するモータの効率改善に極めて有効である。また、ロータの着磁位置の製造上のばらつきにより発生する回転角に依存したトルク変動による効率低下に対しても有効である。更に、回転中の急激な負荷変動に対しても素早く対応できる。
尚、上記実施の形態ではパルス遅延手段２を１チップマイコン内で構成したが、ロジック回路で構成してもよい。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態１の場合、図３に示すようにパルス遅延手段２を６つのモードについて１１〜１６としてすべて独立して設けたが、必要に応じて遅延手段は少なくしてもよい。
即ち、コンプレッサ等に用いられるモータの場合、負荷トルクの変動は回転角に応じて周期的に生じる。このような場合、負荷トルクが同一で、モードの時間幅が同一となることが予め分かっているモード同士については、そのモードについてパルス遅延手段を共通化することができる。
【００３３】
同様にして、特定のモードについて負荷トルクが他と異なり、時間幅が異なるような場合には、その特定モードについてのみパルス遅延手段を独立して設けてもよい。
これにより制御装置の構成が簡略化され、コストも低減できる。
【００３４】
実施の形態３．
実施の形態１の場合、図３に示すようにパルス遅延手段２を６つのモードについて１１〜１６としてすべて独立して設けたが、コンプレッサ等に用いられるモータの場合、負荷トルクの変動は回転角に応じて周期的に生じる。従って、特定の位置モードにおける負荷トルクに対し、各モードの負荷トルクは一定の比率で常に変動することになる。
【００３５】
このような場合、図１のパルス遅延手段２の構成を、任意の位置モードにおける遅延時間をロータ位置検出手段１からのパルス列に基づいて算出した後、他の各モードについては、この遅延時間をそれぞれのモードの時間幅に対応して予め設定された所定の比率を乗じて各モード毎の遅延時間として算出し、各モードのゼロクロス点から、それぞれ算出した遅延時間だけ遅延させた通電タイミング信号を出力する構成とすれば、実施の形態１の場合と同様、各モードの負荷トルクの変動に応じた通電制御が可能になる。
【００３６】
上記構成によれば、パルス遅延手段は任意のモードについてのみロータ位置検出手段からのパルス列に基づいて最適通電制御タイミングの算出を行えばよく、構成が簡単になり、コストも低減できる。さらに、他のモードの遅延時間は上記任意のモードの適正通電制御タイミングの算出を行ったゼロクロス点を基準として算出し、遅延させれば、通電相の逆起電力の検出は、この任意のモードに関わる通電相についてのみ行えばよく、相数の多いモータの場合、構成が簡単にできる。
【００３７】
実施の形態４．
次に他の実施の形態について説明する。全体構成図及び固定子巻線電力供給手段４については図１及び図４と同様であり、同図を用いて説明を行う。
図４において、固定子巻線電力供給手段４は、２９の交流電圧からダイオードブリッジ２８及び平滑コンデンサ２７を用いて直流定電圧を生成し、図１の通電制御信号発生手段３からの通電制御信号に基づいて、各スイッチングトランジスタ２１〜２６を適宜ＯＮ／ＯＦＦする。
【００３８】
その際、任意のＯＮ／ＯＦＦ時間比のパルス列を加えることにより、巻線に任意の電圧を印加できる。従って、通電制御信号発生手段３によりこのＯＮ／ＯＦＦ時間比を可変制御すれば、各固定子巻線に供給される電力を可変させることができる。
【００３９】
次に動作について説明する。図７は本実施の形態の通電制御信号発生手段３の一出力ＵH のタイミングチャートである。図において上段は固定子巻線への最大電力供給時、中段
は中間電力供給時、下段は最小電力供給時の通電制御信号を示している。このように通電時のＯＮ／ＯＦＦ時間比を制御することにより、各固定子巻線への印加電圧を変化させ、最終的には供給電力を変化させる。ＯＮ幅は広いほど供給される電力は大きく、狭いほど小さくなる。
【００４０】
ＯＮ／ＯＦＦ時間比の変化は本実施の形態では離散的であるとするが、連続的に変化してもよい。これは一般的にＰＷＭ制御とよばれ、従来電力制御に一般的に用いられてきた制御方法である。
【００４１】
図８は本実施の形態の全体的な動作を示すタイミング図であり、図９は通電制御信号発生手段３の実現手段である１チップマイコン中のソフトウェアのフローチャートである。実施の形態１で図２に示したように、回転角に連動した負荷トルクの変動がある場合、ロータ位置検出手段１からの位置信号から得られるゼロクロス点周期は、位置モード毎にばらついた値となる。このばらつきは即ち回転角に依存したロータの回転速度変動に対応している。
【００４２】
位置モード１に着目した場合、位置モード周期Ｔ1 ，ｎが短いときは回転速度が速く、
長いときは回転速度が遅いことを意味する。通電制御信号発生手段３では、このような周期の短いとき、即ち回転速度が速いときは、次回通電モード１において固定子巻線に与える電力をＰＷＭ制御により通常値より小さくする。これによりモータに発生するトルクが小さくなり、位置モード１の周期Ｔ1 ，ｎ＋１は長くなり、回転速度は遅くなる。
【００４３】
このようにロータ位置検出手段１の検出結果に基づいて、各位置モード目標速度に対し、速いときはその位置モードに対応して通電モード時の固定子巻線への供給電力を抑え、遅いときは供給電力を増やす。このような制御を繰り返すことにより各モード間の速度変動を抑えることが可能になる。これにより速度変動により負荷に発生する騒音振動が低減できる。
【００４４】
図１０は本発明のセンサレスＤＣブラシレスモータを搭載した冷凍冷蔵庫の構造図である。図中５０はセンサレスＤＣブラシレスモータを使用した圧縮機、５１は圧縮機により圧縮された冷媒を蒸発させ低温にする冷却器。５２は冷却器により冷却された空気（以下冷気）を冷蔵庫の各部屋へ送風するためのファン５３を回転させるファンモータである。また５４はセンサレスＤＣブラシレスモータを使用した圧縮機を駆動する駆動装置を搭載した冷蔵庫の制御基板である。冷凍冷蔵庫は室内に設置されるため、圧縮機が運転する際には素早く既定回転数まで到達する必要がある（これは配管等の共振点を通過する際通過速度が遅いと騒音発生の原因となる）。また使用年数が一般家電品としては非常に長寿命を要求される。
図１９は圧縮機の一例であるロータリー圧縮機の断面図である。圧縮機中に圧縮部６０、圧縮部６０を回転させるモータ（ロータ６１とステータ６２）、が図１９に示す様に配置され、且つ一体のケーシング（シェル６３）に入れられていることにより冷媒回路はすべて閉回路となりガス漏れなどがなくなる。
図２０は圧縮機のローリングピストン６８の一回転中の負荷トルクを示す図であり、図２１は圧縮機の圧縮部の構造図である。図１９、図２０において、ベーン６７は常にローリングピストン６８へバネ６９で押しつけられており、ローリングピストン６８とシリンダ７１の接触点がベーン６７から回転方向に９０°の位置（ベーン６７が押し込まれた状態）になった時に回転しやすい位置となり、その後、一回転分のパルスが終了するとベーン圧により回転方向へ加速する力が加わり回転する。
【００４５】
本発明はこの冷凍冷蔵庫のような素早い起動と長寿命を要求されかつ消費電力を低く押さえなければならない製品で効果を発揮する。また、圧縮機のような一回転中の負荷が一定でないような製品にも一回転中のなかで回転トルクをコントロールできる点が低騒音にも効果がある。
【００４６】
本実施の形態では通電制御信号発生手段３が各モードの時間幅から通電電圧を可変制御する構成としたが、実施の形態３に対応させ、遅延時間を算出する任意のモードの時間幅に対する他の各モードの時間幅に対応した所定の比率の通電電圧を各モードに通電するようにすれば、この任意のモードの通電電圧を基準にして各モードの通電電圧が可変する構成とすることができる。
【００４７】
実施の形態５．
図１１は本実施の形態におけるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図であり、図において実施の形態１のものと同様或は相当する構成については、同一符号を付してその説明を省略する。６は各固定子巻線を流れる電流を検出する電流検出手段であり、その出力はパルス遅延手段２に接続されている。パルス遅延手段２は電流検出手段６で検出された各固定子巻線の電流値に基づいて、パルス遅延手段２内で通電切り換え時の電流値の時間変化率を求め、変化率に応じて遅延時間に補正をかけて通電制御タイミング信号を出力する。
【００４８】
実施の形態１では固定子巻線の逆起電圧をゼロクロスポイントから通電切り換えタイミングを得たが、各固定子巻線に流れ込む電流の時間変化から遅延時間を得て通電パターンの切り換えを行っても同様の効果が得られる。本実施の形態はこれらを組み合わせることによって、通電ポイントのずれによる効率低下を防止する。
【００４９】
図１２は固定子巻線８の相電流の時間波形を示している。上段が適正な通電タイミングで通電パターンを切り換えた場合、下段が通電切り換えタイミングが最適なポイントから遅れた場合を示す。通電タイミングが遅れた場合は、固定子巻線に印加される電圧が小さくなり、切り換え直後の電流の時間変化率が適正な場合に比べて小さくなる。また、最適な切り換えポイントから進んだ場合は、電流の時間変化率は適正な時間変化率に対し大きくなる。適正時間変化率はモータの構造で決まる。
【００５０】
このような性質を利用して、図１３に示すようなアルゴリズムをマイコン中で実現すれば、通電パターン切り換え直後の相電流の時間変化から最適な通電切り換えタイミングを得ることができる。
【００５１】
実施の形態６．
図１４は本実施の形態におけるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図であり、図において実施の形態５のものと同様或は相当する構成については、同一符号を付してその説明を省略する。実施の形態５との構成上の相違は、電流検出手段６の出力がパルス遅延手段２ではなく、通電制御信号発生手段３に接続されていることである。
【００５２】
電流検出手段６により検出された固定子巻線の電流値を、通電制御信号発生手段３にて監視し、所定値以上の電流を一定時間中に所定の回数を越えた場合、固定子巻線への電力供給を停止するよう制御する。
例えば、所定時間を通電パターン切り換え回数１０回分の時間、所定回数を８以上とすれば、通電パターン１０回分の時間以内に発振を検知して通電を停止させ、発振状態から脱出することができる。
【００５３】
これらの所定時間の計測はマイコンのタイマで、回数の計測はＲＡＭを用いたカウンタで簡単に実現できる。
周波数の低い発振時は、素子の耐量の電流よりは小さいが、通常より大きな電流が発生する場合がある。しかしこの値はその他の異常電流と違い、通電切り換えタイミングで連続的に発生する。このような発振検知には本実施の形態に示したような発明が有効且つ安価に実現できる方法となる。
【００５４】
実施の形態７．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態における全体構成図は図１と同様である。通電制御信号発生手段３はロータ位置検出手段１からの各相のゼロクロス点に対応したパルス信号より各モードの時間幅を計測する。その時間幅をモータの最高回転数に対応する時間幅Ｔｍｉｎと比較する。Ｔｍｉｎと比較した結果実測データが短い場合、固定子巻線への電力供給を打ち切るような通電制御信号を出力する。
【００５５】
図１０に示すような冷凍冷蔵庫では、例えばモータの最高回転数は約４２００ｒｐｍとなっているので、Ｔｍｉｎを約２．４ｍｓとすればよい。これらの周期計測はマイコンのタイマで、比較値はＲＯＭデータに記憶し、比較はＣＰＵで簡単に実現できる。
【００５６】
周波数の高い発振においては、固定子巻線より逆起電圧のゼロクロス点の通過周期が、モータの上限回転数に対応したゼロクロス点の通過周期より短い。もしこの場合に異常を検知せず、検知出力Ｐｕ、Ｐｖ、Ｐｗに対応して通電し続けた場合、素子の破壊、モータの異常発熱等の事態も発生する。
周波数の高い発振については、本実施の形態に示すような発明を用いれば簡単にかつ正確に検知することが可能になる。
本発明は後述の実施の形態１１と組み合わせると更に検出周波数範囲が広がる。
【００５７】
本実施の形態及び上述の実施の形態６は、双方とも所定の条件から外れた場合に固定子巻線への電力供給を打ち切るよう通電制御するものであった。そこで、本実施の形態と実施の形態６とを組み合わせることにより低周波、高周波いずれの発振に対しても簡単にかつ正確に検知することができるようになる。
【００５８】
実施の形態８．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態の全体構成図は図６に示すものと同様である。電流検出手段６により検出された固定子巻線電流を通電制御信号発生手段３中で監視し、通電相切り換え時に所定値以上の電流値を検出した場合、固定子巻線への電力供給を打ち切るような通電制御信号を出力する。
【００５９】
図１５は例えば固定子巻線８における正常時と異常時との逆起電圧及び相電流の波形を示す比較図であり、上段が正常な通電切換タイミングで通電パターンの切り換えを行った場合、下段がタイミングが異常の場合である。異常通電切換時には、相電流の時間変化が著しく大きい。起動時はロータ位置が不明のため、特に前記に示すような異常が多く発生する。本実施の形態によれば、切り換え直後すぐに異常通電を行ったことが検知でき、素早く停止し、次の動作に移ることが可能である。
【００６０】
本発明によれば通電異常に対する保護はもちろん起動時の時間短縮が図れるという効果がある。
本発明は冷凍冷蔵庫のような短時間起動を要求される負荷に対し特に効果がある。
また、本発明は後述する実施の形態１６と組み合わせると更に効果がある。
【００６１】
実施の形態９．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態の全体構成図は図１に示すものと同様である。通電制御信号発生手段３中でロータ位置検出手段１からの各相ゼロクロス点に対応したパルス信号より各モードの時間幅を各モード毎に計測する。さらにこのモード毎の時間幅の差を計測監視し、モータの最高加速に対応する時間幅の時間変化率と比較する。比較した結果、実測データの方が小さい場合、固定子巻線への電力供給を打ち切るような通電制御信号を出力する。
【００６２】
このような構成とすれば、通常起こり得ないような急激な負荷変動による急激な速度変化が発生した場合、即時に通電を打ち切るので、異物が負荷とぶつかることによる急激な速度低下や軸受け焼きつき等によるロック等の異常を検知し、異常通電による素子破壊、モータの異常温度上昇の保護に効果がある。
本発明はジェットタオル等、異物が羽根に当たる可能性がある負荷に対し極めて有効である。
【００６３】
実施の形態１０．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態の全体構成図は図１に示すものと同様である。本実施の形態においてはパルス遅延手段２が遅延時間を最大トルクが得られる遅延時間よりわずかに短い遅延時間となるよう通電制御タイミング信号を出力し、固定子巻線の通電相切換タイミングを最大トルクが得られるポイントより早くする。
【００６４】
ブラシレスモータでは、通常回転数に対応した周波数域においても発振を起こし安定する点が存在する。本発明によれば、発振をしていた場合、発振が不安定となり発振周波数が急激に上昇するので、この安定する点が不安定になり、発振周波数が高い方に移行する。そして、明らかに異常と判別できる状態に素早く移行する。これにより従来のセンサレスモータでは発振していても検知できないような周波数の発振も検知可能な周波数とすることが可能となる。
【００６５】
このようにして異常を判別したのち、先述した実施の形態７や実施の形態８による構成と方法で、発振状態から脱出することができる。
【００６６】
実施の形態１１．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態の全体構成図は図１に示すものと同様である。通電制御信号発生手段３はロータ位置検出手段１からの各相のゼロクロス点に対応したパルス信号よりモータの回転数を監視し、停止時のモータの回転数が所定数以下になったら特定の相に一定時間通電するような通電制御信号を固定子巻線電力供給手段４に与え、毎回の停止時にロータを所定の位置に停止させる。
【００６７】
起動時にはロータ停止位置が定位置でわかっているので、最も起動トルクの出る通電相に短時間通電する。このように通電後正回転方向に検出可能なレベルの逆起電圧が得られる回転数が即時に得られ、通常運転状態に瞬時に移行できる。
【００６８】
通常センサレスＤＣブラシレスモータでは、停止時は固定子巻線に起電力発生しないため、ロータ位置を判別することは不可能であり、起動時は回転磁界を発生させ、ロータをそれに引き込んでゆくやり方が一般的であるが、この方式では最初の回転磁界の回転数を遅いところからゆっくり回転速度を上げていかなければならないので、起動に時間がかかり、冷凍冷蔵庫のように短時間起動が要求される負荷には向いていなかった。
【００６９】
本実施の形態によれば、一回の起動パルスで短時間にモータを起動できる。この特性は冷凍冷蔵庫のような短時間起動を要求される負荷に対し有効である。
【００７０】
またこのタイプの応用としては、一回転分の起動パルスを与えても同様の効果がある。
【００７１】
実施の形態１２．
図１６は本実施の形態に係るセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置の構成図であり、図において、実施の形態１と同様或は相当する構成については同一符号を付してその説明を省略する。７はロータ停止時のロータ位置を記憶する不揮発性外部記憶装置であり、通電制御信号発生手段３に接続されている。
【００７２】
次に動作について説明する。通電制御信号発生手段３で、ロータ位置検出手段１からの各相のゼロクロス点に対応したパルス信号より最新のロータ位置を常時不揮発性外部記憶手段７に書き込む。モータ起動時には不揮発性外部記憶手段７に記憶された前回最後のロータ位置情報により予めロータの停止位置が分かっているので、これを基に通電制御信号発生手段３は最も起動トルクの出る通電相に短時間通電するよう固定子巻線電力供給手段４を制御する。
【００７３】
通電後、正回転方向に検出可能なレベルの逆起電圧が得られる回転数が即時に得られ、通常運転状態に瞬時に移行できる。
通常、センサレスＤＣブラシレスモータでは、停止時は固定子巻線に起電力が発生しないため、ロータ位置を判別することが不可能であり、起動時には回転磁界を発生させ、ロータをそれに引き込んでいくやり方が一般的であるが、この方式では最初の回転磁界の回転数を遅いところからゆっくり回転速度を上げていかなければならず、起動に時間がかかり、冷凍冷蔵庫のような短時間起動が要求される負荷には向いていなかった。
【００７４】
本実施の形態によれば、一回の起動パルスで短時間にモータを起動できる。また一回転分の起動パルスで短時間にモータを起動できる。この特性は冷凍冷蔵庫のような短時間起動を要求される負荷に対し有効である。
上記実施の形態では不揮発性記憶手段を１チップマイコンの外部に設けたが、不揮発性メモリ内蔵１チップマイコン内で実現してもよい。
【００７５】
実施の形態１３．
次に他の実施の形態について説明する。本実施の形態の全体構成図は図１に示すものと同様である。図１７は本実施の形態の動作を示すフローチャートである。起動シーケンスは通電制御信号発生手段３中にソフトウェアを用いて行う。図１７で、先ずＳｔｅｐ１１にてロータ停止状態における所定の相に通電するような通電制御信号を発生し、ついでＳｔｅｐ１２にてロータ位置検出手段１からの出力を用い、ロータの回転の有無を判定する。
【００７６】
回転しなかった場合は、Ｓｔｅｐ１６で別相に通電を行い、Ｓｔｅｐ１２にて再び回転の有無を判定する。以後、回転したことが判定されるまで相を変え、同様の工程を繰り返す。また、回転した場合は、Ｓｔｅｐ１３にて正転か逆転かを判定し、正転であればＳｔｅｐ１４にて正転加速し、正転でなければＳｔｅｐ１７にて逆転方向に加速し、その時のロータの位置に対応した正転方向に加速する方向に通電する。
【００７７】
そして、Ｓｔｅｐ１５にてロータの正逆転を判定し、正転なら起動処理を完了し、定常回転動作に入る。また、逆転若しくは停止状態の場合は、Ｓｔｅｐ１に戻り、再度起動動作を繰り返す。
【００７８】
具体的な例としては、Ｓｔｅｐ１１で最初の通電相をＵ相とし、Ｓｔｅｐ１２でＵ相が回転しなければ、Ｓｔｅｐ１６でＶ相に通電する。またＳｔｅｐ１２でＵ相が回転した場合には、Ｓｔｅｐ１３及び１４にて固定子巻線の誘起電圧からロータ位置検出手段１によりロータの回転方向及びロータ位置を検出し、回転方向、位置に対応した通電パターンで通電を行う。その後、Ｓｔｅｐ１５で再度正転か否かを判定し、正転なら通常通電に移行し、正転でなければ最初から上記動作をやり直す。
【００７９】
図１８に本実施の形態の起動のタイミングチャートを示す。上段がＵ相の通電電圧であり、下段がＵ相の誘起電圧である。図１７で説明したように、１回目の通電である程度誘起電圧が発生し、回転及びその方向を判別し、さらに２回目の通電で加速し、その後の誘起電圧により方向を判定し、通常の通電に移行する。
【００８０】
通常センサレスＤＣブラシレスモータでは、停止時は固定子巻線に起電力が発生しないため、ロータ位置を判別することが不可能であり、起動時は回転磁界を発生させ、ロータをそれに引き込んでいくやり方が一般的であったが、この従来の方式では最初の回転磁界の回転数を遅いところからゆっくり回転速度を上げていかなければならないので、起動に時間がかかり、冷凍冷蔵庫のように短時間起動が要求される負荷には向いていなかった。
【００８１】
本実施の形態によれば、２回の通電パルスで起動できる。この特性は冷凍冷蔵庫のような短時間起動を要求される負荷に対し有効である。
本実施の形態では、回転方向が一方向に指定されている負荷についてのみ言及したが、正逆両方向に回転させる負荷についてもこの発明は利用できる。
また、本実施の形態では２回の通電パルスで起動したが、通電パルスの回数は負荷に応じて複数でもよい。これにより前例に対し起動確率が向上する。
【００８２】
さらに、起動パルス回数を回転数に応じ可変とすることも可能である。例えば冷凍冷蔵庫では回転数が１５００ｒｐｍとなるまで起動パルスを送り続ける。これによりさらに前例に対し起動確率が向上する。
さらにまた、起動パルス時間を回転数に応じ可変としてもよい。これによりさらに前例に対し起動確率が向上する。
【００８３】
上記各実施の形態は３相センサレスＤＣブラシレスモータについて説明したが、本発明は他の相数のセンサレスＤＣブラシレスモータについても実施可能である。
【００８４】
以上の各実施の形態の例で説明したごとく、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置の作用は、この発明においては、タイミング信号発生手段により、先のロータ回転周期における基準となるロータの回転位置から通電相の適正な通電制御タイミングまでの時間を求め、今回のロータ回転周期において先のロータ回転周期と同一のロータ回転位置から先に求めた時間経過した時点を今回の通電相への通電制御タイミングとするべくタイミング信号を出力し、通電制御信号発生手段はこのタイミング信号より得たタイミングに基づいて、通電相電力供給手段に対し通電相への適宜の通電制御を行う。
【００８５】
また、タイミング発生手段により、先のロータの回転周期における各通電相のゼロクロス点によって区切られたモードについて、このモードの起点となるゼロクロス点からそのモード内で通電制御される通電相の適正な通電制御タイミングまでの電気角に相当する時間をそのモードにおける遅延時間として求め、今回のロータ回転周期において先のロータ回転周期と同一のモードの起点となるゼロクロス点から先に求めた遅延時間経過した時点を今回の通電相への通電制御タイミングとする。
【００８６】
また、タイミング信号発生手段はロータ位置検出手段の検出結果に基づいて先のロータ回転周期から求めた任意の通電相に対する適正通電制御タイミングを、今回のロータ回転周期における当該任意の通電相の通電制御タイミングとする一方、他の通電相の通電制御タイミングについては、この任意の通電相の適正通電制御タイミングと他の通電相の適正通電制御タイミングとの位相差に応じて、当該任意の通電相の通電制御タイミングから決定する。
【００８７】
また、通電制御信号発生手段は各通電相の通電制御タイミングの間隔に基づいて、各通電制御タイミング間のロータの回転速度が等しくなるよう通電電圧を可変制御する。
【００８８】
また、タイミング信号発生手段は、電流検出手段により検出した相電流の変化に基づいて、最適な通電切換タイミングになるよう通電制御タイミング信号を補正して出力する。
【００８９】
また、通電制御信号発生手段は、電流検出手段により所定値以上の相電流が所定時間内に所定回数を越えて検出された場合に、通電相への通電を停止するよう制御する。
【００９０】
また、通電制御信号発生手段は、ロータの回転数が所定限界値を上回った場合に通電相への通電を停止するよう制御する。
【００９１】
また、通電制御信号発生手段は、固定子巻線への通電開始時に所定値以上の電流が流れた場合に通電相への通電を停止するよう制御する。
【００９２】
また、通電制御信号発生手段は、通電相の通電開始時おける通電相の電流値が所定値以上になった場合、通電相への通電を停止するよう制御する。
【００９３】
また、通電制御信号発生手段は、ロータ回転数の変化率が所定限界値を上回った場合又は下回った場合に通電相への通電を停止するよう制御する。
【００９４】
また、タイミング信号発生手段は、通電相に最大トルクが発生する通電制御タイミングより若干早くなるような通電制御タイミング信号を出力する。
【００９５】
また、通電制御信号発生手段はロータ停止時にこのロータを任意の回転位置に停止させるよう通電制御してロータを停止させ、次回モータ起動時にはこの停止位置を起点として起動時の通電制御を行う。
【００９６】
また、ロータ位置記憶手段は、ロータ停止時のロータの停止位置を記憶し、通電制御信号発生手段は、次回モータ起動時にはこの停止位置情報に基づいて起動時の通電制御を行う。
【００９７】
また、起動手段は、ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に通電を行うよう通電制御し、ロータが回転をしたら正転加速通電を行い、回転しない場合には他の通電相に同様の処理を行い、起動を行う。
【００９８】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置によれば、冷媒を使用して冷却する冷凍冷蔵庫において、その冷媒を圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段を駆動するモータと、を一体的に配置し、かつ同一のケーシングに収納した密閉型圧縮機と、その圧縮機のモータに磁界を発生する複数の通電相を固定子側に備えると共に、前記通電相に対応する磁石をロータ側に備え、前記各通電相への通電を切り換えることにより前記ロータが回転制御されるセンサレスＤＣブラシレスモータと、通電相に対するロータの相対位置を検出するロータ位置検出手段と、このロータ位置検出手段に接続され先のロータ回転周期における基準回転位置から前記通電相の適正通電制御タイミングまでの時間を今回のロータ回転周期における前記基準回転位置からの通電制御タイミングとするタイミング信号を出力するタイミング信号発生手段と、このタイミング信号に基づいて各通電相の通電制御信号を発生する通電制御信号発生手段と、この通電制御信号に基づいて各通電相に電力供給を行う通電相電力供給手段と、を備え、前記ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に１回目の通電を行って回転及びその方向を判断し、正転であれば正転加速させる２回目の通電を行い、正転でなければ逆転方向に加速させる２回目の通電を行ってその時のロータ位置に対応した正転方向に加速し、回転しない場合には回転したと判定されるまで他の相に相を変えて通電させるようにしたので、回転角に対し負荷トルクが違い、回転速度が変動する場合でも、最適な通電切換タイミングが得られ、モータの効率が向上し、消費電力の低い圧縮機が得られる。それとともに、特に冷蔵庫等の圧縮機のような冷媒を圧縮するものについては冷媒が安定するまで負荷が一定でないが、この方法を使用することにより安定した回転が得られる。また、短時間で起動することができるという効果が得られる。また、起動を素早くすることで、配管等の共振をおさえ振動、騒音が下がる。
【００９９】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、冷媒を使用して冷却する冷凍冷蔵庫において、その冷媒を圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段を駆動するモータと、を一体的に配置し、かつ同一のケーシングに収納した密閉型圧縮機と、その圧縮機のモータに磁界を発生する複数の通電相を固定子側に備えると共に、前記通電相に対応する磁石をロータ側に備え、前記各通電相への通電を切り換えることにより前記ロータが回転制御されるセンサレスＤＣブラシレスモータと、各通電相の逆起電圧を検出するロータ位置検出手段と、ロータ回転周期における前記各通電相のゼロクロス点により時系列的なモードに区切り、先のロータ回転周期における前記モードの起点となるゼロクロス点からそのモード内で通電制御される通電相の適正通電制御タイミングである電気角までの時間をそのモードの遅延時間とし、この遅延時間を今回のロータ回転周期の同一のモードの起点となるゼロクロス点からの通電制御タイミングとするタイミング信号を出力するタイミング信号発生手段と、このタイミング信号に基づいて各通電相の通電制御信号を発生する通電制御信号発生手段と、この通電制御信号に基づいて各通電相に電力供給を行う通電相電力供給手段と、を備え、前記ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に１回目の通電を行って回転及びその方向を判断し、正転であれば正転加速させる２回目の通電を行い、正転でなければ逆転方向に加速させる２回目の通電を行ってその時のロータ位置に対応した正転方向に加速し、回転しない場合には回転したと判定されるまで他の相に相を変えて通電させるようにしたので、回転角に対し負荷トルクが違い、回転速度が変動する場合でも、モード毎に最適な通電切換タイミングが得られ、モータの効率が向上し、消費電力の低い圧縮機が得られる。それとともに、特に冷蔵庫等の圧縮機のような冷媒を圧縮するものについては冷媒が安定するまで負荷が一定でないが、この方法を使用することにより安定した回転が得られる。また、短時間で起動することができるという効果が得られる。また、起動を素早くすることで、配管等の共振をおさえ振動、騒音が下がる。
【０１００】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、前記通電制御信号発生手段はロータ停止時にこのロータを任意の回転位置に停止させると共にこの停止位置を起点にして次回起動時の通電制御を行うので、次回起動時のロータ位置が決まっているから、起動しやすくなると共に、起動時間の短縮が図れるという効果が得られる。また、起動を素早くすることで、配管等の共振をおさえ振動、騒音が下がる。
【０１０１】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、ロータ停止時にこのロータの停止位置を記憶するロータ位置記憶手段を備え、前記通電制御信号発生手段はこの停止位置情報に基づいて次回起動時の通電制御を行うので、次回起動時のロータ位置が分かっているから、起動しやすくなると共に、起動時間の短縮が図れるという効果が得られる。また、起動を素早くすることで、配管等の共振をおさえ振動、騒音が下がる。
【０１０２】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、各通電相の電流を検出する電流検出手段を備え、前記通電相を流れる所定値以上の電流が所定時間内に所定回数を越えて前記電流検出手段にて検出された場合、前記通電制御信号発生手段は通電相への通電を停止するよう制御するので、誤検知なく確実にモータの異常回転、異常通電状態から脱出でき、寿命を長くできるという効果が得られる。
【０１０３】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、前記通電相の電流を検出する電流検出手段を備え、前記通電制御信号発生手段は前記電流検出手段にて前記通電相への通電開始時に所定値以上の電流を検出した場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するので、異常時に素早くモータ及び電力回路を保護できると共に、起動時の通電ミスに対し素早く次の処理動作に移ることができ、起動時間の短縮が図れるという効果が得られる。また、起動を素早くすることで、配管等の共振をおさえ振動、騒音が下がる。
【０１０４】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、前記通電制御信号発生手段は前記ロータ位置検出手段の検出結果に基づくロータ回転数が所定限界値を越えた場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するので、モータの異常回転、異常通電状態から脱出できる、寿命を長くできるという効果が得られる。
【０１０５】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、前記通電制御信号発生手段は前記ロータ位置検出手段の検出結果に基づくロータ回転数の変化率が所定限界値を越えた場合、前記通電相への通電を停止するよう制御するので、発振による異常回転及び通電異常状態から脱出でき、寿命を長くできるという効果が得られる。
【０１０６】
また、この発明に係わる冷凍冷蔵庫の制御装置では、ロータの回転起動時に、モータの回転方向に一回転分のパルスを通電し、その際圧縮機の構造上決定する回転しやすい位置で、一回転分のパルスが終了する様にしたので、冷蔵庫の圧縮機停止直後でも起動しやすいので、起動を失敗することが無く冷蔵庫の圧縮機が停止しないので、庫内温度を常に安定させる冷蔵庫ができ、食品保存性が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１、４、７、９、１０、１１及び１３によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置におけるタイミングチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１によるパルス遅延手段を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による固定子巻線電力供給手段を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるロータ位置検出手段の入出力信号のタイミングチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１によるパルス遅延手段の動作を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態４による通電制御信号の概念図である。
【図８】この発明の実施の形態４によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置におけるタイミングチャートである。
【図９】この発明の実施の形態４による通電制御信号発生手段の動作を示すフローチャートである。
【図１０】この発明によるセンサレスＤＣブラシレスモータ及びその制御装置が搭載された冷凍冷蔵庫を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態５によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態５による電流検出手段によって検出された相電流の時間波形を示す波形図である。
【図１３】この発明の実施の形態５によるパルス遅延手段の動作を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態６によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態８における正常時と異常時との起電圧及び相電流の波形を示す比較図である。
【図１６】この発明の実施の形態１２によるセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。
【図１７】この発明の実施の形態１３による起動手段の動作を示すフローチャートである。
【図１８】この発明の実施の形態１３による起動手段の起動タイミングチャートである。
【図１９】図１０の冷凍冷蔵庫のロータリー圧縮機の断面図である。
【図２０】図１０の冷凍冷蔵庫の圧縮機のローリングピストンの一回転中の負荷トルクを示す図である。
【図２１】図１０の冷凍冷蔵庫の圧縮機の圧縮部の構造図である。
【図２２】従来のセンサレスＤＣブラシレスモータの制御装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ ロータ検出手段、２ パルス遅延手段、３ 通電制御信号発生手段、４ 固定子巻線電力供給手段、５ チップマイクロコンピュータ、６ 電流検出手段、７ 不揮発性外部記憶手段、８、９、１０ 固定子巻線、５０ センサレスＤＣブラシレスモータを使用した圧縮機、５１ 冷却器、５２ ファンモータ、５３ ファン、５４ 冷蔵庫の制御基盤、６０ 圧縮部、６１ ロータ、６２ ステータ、６３ シェル、６４ 吐出管、６５ 吸入管、６６ 防振バネ、６７ ベーン、６８ ローリングピストン、６９ バネ、７０ クランクシャフト、７１ シリンダ。
Claims (9)
- 冷媒を使用して冷却する冷凍冷蔵庫において、その冷媒を圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段を駆動するモータと、を一体的に配置し、かつ同一のケーシングに収納した密閉型圧縮機と、その圧縮機のモータに磁界を発生する複数の通電相を固定子側に備えると共に、前記通電相に対応する磁石をロータ側に備え、前記各通電相への通電を切り換えることにより前記ロータが回転制御されるセンサレスＤＣブラシレスモータと、通電相に対するロータの相対位置を検出するロータ位置検出手段と、このロータ位置検出手段に接続され先のロータ回転周期における基準回転位置から前記通電相の適正通電制御タイミングまでの時間を今回のロータ回転周期における前記基準回転位置からの通電制御タイミングとするタイミング信号を出力するタイミング信号発生手段と、このタイミング信号に基づいて各通電相の通電制御信号を発生する通電制御信号発生手段と、この通電制御信号に基づいて各通電相に電力供給を行う通電相電力供給手段と、を備え、前記ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に１回目の通電を行って回転及びその方向を判断し、正転であれば正転加速させる２回目の通電を行い、正転でなければ逆転方向に加速させる２回目の通電を行ってその時のロータ位置に対応した正転方向に加速し、回転しない場合には回転したと判定されるまで他の相に相を変えて通電させるようにしたことを特徴とする冷凍冷蔵庫の制御装置。
- 冷媒を使用して冷却する冷凍冷蔵庫において、その冷媒を圧縮する圧縮手段と、その圧縮手段を駆動するモータと、を一体的に配置し、かつ同一のケーシングに収納した密閉型圧縮機と、その圧縮機のモータに磁界を発生する複数の通電相を固定子側に備えると共に、前記通電相に対応する磁石をロータ側に備え、前記各通電相への通電を切り換えることにより前記ロータが回転制御されるセンサレスＤＣブラシレスモータと、各通電相の逆起電圧を検出するロータ位置検出手段と、ロータ回転周期における前記各通電相のゼロクロス点により時系列的なモードに区切り、先のロータ回転周期における前記モードの起点となるゼロクロス点からそのモード内で通電制御される通電相の適正通電制御タイミングである電気角までの時間をそのモードの遅延時間とし、この遅延時間を今回のロータ回転周期の同一のモードの起点となるゼロクロス点からの通電制御タイミングとするタイミング信号を出力するタイミング信号発生手段と、このタイミング信号に基づいて各通電相の通電制御信号を発生する通電制御信号発生手段と、この通電制御信号に基づいて各通電相に電力供給を行う通電相電力供給手段と、を備え、前記ロータの回転起動時に、所定時間所定の通電相に１回目の通電を行って回転及びその方向を判断し、正転であれば正転加速させる２回目の通電を行い、正転でなければ逆転方向に加速させる２回目の通電を行ってその時のロータ位置に対応した正転方向に加速し、回転しない場合には回転したと判定されるまで他の相に相を変えて通電させるようにしたことを特徴とする冷凍冷蔵庫の制御装置。
- 前記通電制御信号発生手段はロータ停止時にこのロータを任意の回転位置に停止させると共にこの停止位置を起点にして次回起動時の通電制御を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷凍冷蔵庫の制御装置。
- ロータ停止時にこのロータの停止位置を記憶するロータ位置記憶手段を備え、前記通電制御信号発生手段はこの停止位置情報に基づいて次回起動時の通電制御を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫の制御装置。
- 各通電相の電流を検出する電流検出手段を備え、前記通電相を流れる所定値以上の電流が所定時間内に所定回数を越えて前記電流検出手段にて検出された場合、前記通電制御信号発生手段は通電相への通電を停止するよう制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫の制御装置。
- 前記通電相の電流を検出する電流検出手段を備え、前記通電制御信号発生手段は前記電流検出手段にて前記通電相への通電開始時に所定値以上の電流を検出した場合、前記通電相への通電を停止するよう制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫の制御装置。
- 前記通電制御信号発生手段は前記ロータ位置検出手段の検出結果に基づくロータ回転数が所定限界値を越えた場合、前記通電相への通電を停止するよう制御することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫の制御装置。
- 前記通電制御信号発生手段は前記ロータ位置検出手段の検出結果に基づくロータ回転数の変化率が所定限界値を越えた場合、前記通電相への通電を停止するよう制御することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫の制御装置。
- ロータの回転起動時に、モータの回転方向に一回転分のパルスを通電し、その際圧縮機の構造上決定する回転しやすい位置で、一回転分のパルスが終了する様にしたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の冷凍冷蔵庫の制御装置。
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