JP4154133B2 - 駆動回路を用いたモータを備えた空調機並びに冷蔵庫 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は駆動回路を用いたモータを備えた空調機並びに冷蔵庫に係り、特に空調機（エアコン）のファンモータや冷蔵庫の圧縮機（コンプレッサ）などのモータを低騒音で駆動するものに好適な駆動回路を用いたモータを備えた空調機並びに冷蔵庫に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアコンや冷蔵庫などの家電分野では、低騒音化の要望が大きく、ファンモータや圧縮機モータなどから発する騒音や振動の低減が求められている。
【０００３】
近年、商用電源を整流した整流電圧またはそれに相当する直流電圧を直接インバータ駆動しブラシレスモータを駆動する方法が広まっている。ブラシレスモータを駆動するには、安価なインバータ装置の提供が望まれているので、従来技術では、回路構成が簡単で比較的モータ効率が高い、安価な１２０度通電方式を用いている。
【０００４】
１２０度通電方式によるモータ駆動回路では、モータの回転子磁極位置検出器で磁極位置を検出し、回転子と固定子の磁極が一致するようなタイミングで、インバータ装置の各スイッチング素子をオンオフ制御してモータを駆動する。回転子の磁極位置検出は、一般的にホール効果を応用したホール素子、あるいはホール素子に増幅器を内蔵したホールＩＣを用いる。この検出信号を電気角でいう
１８０度分のうち１２０度分を論理的にオンさせて電流を通流し、残りの６０度分はインバータ出力をオフにする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このため、モータ電流ｉのオンオフ直後は極めて高い変化量(ｄｉ／ｄｔ)を持つ電流波形となる。このｄｉ／ｄｔで、固定子に発生する電磁力が変化するのでモータ巻線が振動し、電磁音が外部に放出される。また、電磁音の周波数は、モータ回転数とモータ極数に比例し、モータ実使用回転域では数Ｈｚから数１００Ｈｚの可聴周波数範囲内であるため、騒音になる。
【０００６】
また、モータ電流波形が高調波成分を多く含むので、モータトルクに脈動が発生しやすい。モータトルクは、基本的にモータ固有の誘起電圧とモータ電流の積からなるため、モータ電流波形に依存する割合が大きい。このトルク脈動で、モータ自体が振動し、モータを取り付ける架台を振動させ、騒音になる。
【０００７】
低騒音化するための方法として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御によりモータ駆動電流を正弦波状にする方法がある。具体的には、モータの固定子磁極の磁束をホール素子で検出し、正弦波状の信号を得る。この正弦波状の信号と搬送波発生器の出力信号である搬送波信号とを比較器９で比較し、ＰＷＭ信号を得る。ＰＷＭ信号でインバータ装置をオンオフ制御し、モータ電流を正弦波状に制御する。しかしこの従来技術では、ＰＷＭ周期に対応した高速な演算処理ができるマイコンなどが必要なため、１２０度通電方式より、複雑かつ高価になる。
【０００８】
本発明の目的は、比較的簡単な回路で低騒音のモータ駆動回路を実現し、このモータ駆動回路を用いた低価格で高効率な空調機並びに冷蔵庫を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の駆動回路を用いたモータを備えた空調機は、熱交換器と、該熱交換器で発生した熱を外部に排出する環流ファンと、該環流ファンを回転させるモータと、該モータを固定するモータ支持台とを備え、前記モータは、回転子及び固定子と、該回転子及び固定子を収納する筐体と、前記回転子の磁極の位置を検出するための磁極位置検出器と、モータ駆動回路とを有し、前記モータ駆動回路が、パルス幅変調制御した駆動電力を前記モータに供給する電力変換装置と、前記モータの回転速度と速度指令値との偏差に基づいて演算した電流指令信号を出力する速度制御演算手段と、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、該反転電流指令信号と前記電流指令信号との中間のレベルの１つ或いは複数の中間レベル指令信号と、前記モータの磁極位置信号とを入力し、前記モータの磁極位置に基づいて、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、中間レベル指令信号とのうちのいずれかを選択し、選択信号として出力する信号選択手段と、該選択信号と搬送波とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、該パルス幅変調信号に基づいて前記電力変換装置をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の駆動回路を用いたモータを備えた冷蔵庫は、機械室内に圧縮機を備えていると共に、該圧縮機に内蔵されたモータに配線を介して電力を供給し、かつ前記圧縮機で圧縮した冷媒を配管を介して熱交換器で熱交換し、さらに配管を介して庫内冷却ファンで冷気を庫内に送風する冷蔵庫において、前記モータは、回転子及び固定子と、該回転子及び固定子を収納する筐体と、前記回転子の磁極の位置を検出するための磁極位置検出器と、モータ駆動回路とを有し、前記モータ駆動回路が、パルス幅変調制御した駆動電力を前記モータに供給する電力変換装置と、前記モータの回転速度と速度指令値との偏差に基づいて演算した電流指令信号を出力する速度制御演算手段と、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、該反転電流指令信号と前記電流指令信号との中間のレベルの１つ或いは複数の中間レベル指令信号と、前記モータの磁極位置信号とを入力し、前記モータの磁極位置に基づいて、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、中間レベル指令信号とのうちのいずれかを選択し、選択信号として出力する信号選択手段と、該選択信号と搬送波とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、該パルス幅変調信号に基づいて前記電力変換装置をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
（実施例１）
本実施例のモータ駆動回路と、本回路とモータを含むモータ駆動システムを図１に示す。図１において、モータ４は３相ブラシレスモータである。本モータは、回転子に永久磁石を有するモータであって、永久磁石の発生する磁束を検出して回転子磁極位置を検出する磁極位置検出器５を備える。磁極位置検出器には、ホール素子の出力する検出信号を論理信号（ｈｕ，ｈｖ，ｈｗ）に変換するゼロクロス回路を内蔵したホールＩＣを用いる。磁極位置検出器５は、１相毎に設けられ、各相の電気角の位相差が１２０度になるように設置している。
【００１６】
一方、モータ入力端子、即ちモータの固定子巻線は、インバータ装置３に接続される。インバータ装置３は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ，絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチング素子を６個組み合わせた回路を有する。インバータ装置３の電源となる直流電源は、交流の商用電源１を整流器２で整流して得る。インバータ装置３の各スイッチング素子のオンオフを、インバータ駆動装置８で制御する。
【００１７】
なお、本実施例で、破線で囲まれた枠内における駆動回路は、モノリシック半導体集積回路装置（駆動回路ＩＣ）６内に形成されている。また、一点鎖線で囲まれた枠内の駆動回路ＩＣ６と磁極位置検出器５とは、モータ４に内蔵され、駆動回路内蔵ブラシレスモータとして一体化されている。なお、半導体集積化する部分は、破線で囲んだ枠内に限るものではなく、インバータ装置３を別の部品で構成し、インバータ装置３以外の破線で囲まれた枠内を半導体集積回路装置としてもよい。
【００１８】
以下、図１におけるインバータ装置３によるモータの駆動方法を、図２の動作波形図を用いて説明する。図１のモータ４が定常回転中には、磁極の位置検出信号群ｈ（ｈｕ，ｈｖ，ｈｗ）は、図２における位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗのように電気角１２０度の位相差を保った論理信号である。
【００１９】
一方、位置検出信号群ｈはモータの速度に関する情報（例えばパルス信号の周期など）を有するので、位置検出信号ｈｗを周波数−電圧変換器（Ｆ／Ｖ）１５で電圧に変換して、実速度に対応した直流電圧成分を得る。なお、本実施例では、速度検出に位置検出信号ｈｗを用いたが、ｈｕまたはｈｖ、あるいはｈｕ，
ｈｖ，ｈｗの内の複数の信号を用いても良い。
【００２０】
速度制御演算処理手段１３（例えばマイクロコンピュータなどの演算処理装置）は、周波数−電圧変換器１５の出力である直流電圧成分すなわち速度信号と速度制御演算処理手段１３内に設定されている速度指令とを比較し、それらの偏差を出力する。このようにして速度制御演算処理手段１３が出力する出力信号が、直流電圧信号であるモータの電流指令信号ａである。反転増幅器１２は、電流指令信号ａを入力し、電流指令信号ａの反転信号を生成し、直流電圧信号である電流指令信号ｂとして出力する。また、中点発生手段２０は、電流指令信号ａとｂの電位の中間の大きさの電位を有する中点信号を出力する。図２と図３とに示すように、本実施例では中点信号の電位はグランドレベル（０レベル）である。電流指令信号ａ，ｂと中点信号が信号選択手段１１に入力される。
【００２１】
信号選択手段１１は、アナログ信号である電流指令信号ａ，ｂと、グランドレベルの中点信号と論理信号である位置検出信号群ｈを入力し、位置検出信号群ｈに応じて電流指令信号ａ，ｂと中点信号の内の何れかを選択して、ＰＷＭ制御の変調波となる選択信号群ｓ（ｓｕ，ｓｖ，ｓｗ）を生成し出力する。選択信号群ｓのパルスのエッジは、位置検出信号群ｈのパルスのエッジに同期している。例えば、図２において、選択信号ｓｕの正方向のパルス（電流指令信号ａが選択されている場合）の立上りと立下りの各エッジは、夫々、位置検出信号ｈｕの立下りのエッジと位置検出信号ｈｖの立下りのエッジに同期している。さらに選択信号ｓｕの負方向のパルス（電流指令信号ｂが選択されている場合）の立上り（グランドレベルから負になる場合）と立下り（負からグランドレベルに戻る場合）の各エッジは、夫々、位置検出信号ｈｕの立上りのエッジと位置検出信号ｈｖの立上りのエッジに同期している。同様に、選択信号ｓｕのエッジは位置検出信号ｈｖとｈｗのエッジに同期し、ｓｖのエッジはｈｗとｈｕのエッジに同期している。また、選択信号群ｓのハイレベルの電圧は電流指令信号ａの電圧レベルに一致し、ローレベルは電流指令信号ｂの電圧レベルに一致する。なお、選択信号群ｓの電圧レベルは電流指令信号ａ，ｂの電圧レベルに比例した大きさとしても良い。
【００２２】
選択信号群ｓは、フィルタ回路１０に入力され、各選択信号の波形が滑らかになるように波形加工が施される。波形が滑らかにされた信号が、選択信号ｆｕ，ｆｖ，ｆｗとしてフィルタ回路１０から出力される。選択信号ｆｕ，ｆｖ，ｆｗを、搬送波発生器１４の出力である搬送波信号（例えば３角波）と比較器９で、各々比較し、ＰＷＭ信号を生成する。このＰＷＭ信号をインバータ駆動装置８に入力し、インバータ装置３の各スイッチング素子をオンオフ制御する。
【００２３】
以上の構成で、速度制御演算処理手段１３の速度指令に一致するように、モータの回転速度を制御する。即ち、モータ回転速度が速度指令値より小さいと、電流指令信号ａの大きさを上昇させる。これで、選択信号群ｓの振幅が増大し、ＰＷＭ信号におけるオンデューティ比が増加し、インバータ装置３の出力電流が増大してモータのトルクが増加し、モータが加速し回転速度が速度指令値に一致する。モータ回転速度が速度指令値よりも大きい場合は、電流指令信号ａの大きさを減少させて、上述と逆の動作でモータを減速し回転速度を速度指令値に一致させる。
【００２４】
本実施例では、位置検出信号で直流電圧であるモータ電流指令信号を適宜選択して矩形波状の変調波を作成しＰＷＭ制御を行うという、比較的簡単なＰＷＭ制御によりブラシレスモータを駆動できる。従って、駆動回路が簡単になり、ブラシレスモータの駆動装置を小型化できる。また、回路が簡単になるので、従来は速度制御演算処理手段（マイクロコンピュータなど）で行っていたＰＷＭ信号の発生を、インバータ装置３が形成されているモノリシック半導体集積回路に一体形成した制御回路で行える。すなわち、ＰＷＭ制御回路，インバータ駆動装置（スイッチング素子のドライバ回路），インバータ主回路をモノリシックＩＣ化できる。これにより、モータ駆動システムの各種の制御あるいは状態監視などを行うマイクロコンピュータなどの演算処理装置の負荷が軽減される。従って、小型あるいは安価な演算処理装置を適用できる。また、駆動回路ＩＣ６内に速度指令値設定回路と上述した電流指令信号ａを作成する機能を有する回路を内蔵すれば、速度制御演算処理手段１３が不要になる。
【００２５】
本実施例では、選択信号群ｓの波形をフィルタ回路１０を用いて平滑したが、フィルタ回路１０を用いずに、選択信号群ｓを直接変調波に用いても、従来技術の１２０度通電方式よりモータ電流波形が滑らかになる。これは、本実施例では、１２０度通電方式における電気角６０度分のインバータ出力オフ期間では、インバータ出力がオフでなく、デューティ比５０％のＰＷＭ制御行っているので、この期間モータに電流が流れ、電流波形が滑らかになるためである。なお、フィルタ回路は、電流波形をさらに滑らかにする効果があるので、モータの騒音がより低減する。
【００２６】
図３を用いて、電流指令信号の選択方法を具体的に説明する。図３において、論理信号である位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗを、信号分配回路３１で分配し、アナログスイッチ３２の駆動信号ｕｔ，ｕｍ，ｕｂ，ｖｔ，ｖｍ，ｖｂ，ｗｔ，ｗｍ，ｗｂとして出力する。分配信号を図４に示す。図２における選択信号ｓｕのハイレベル，中点（グランド）レベル，ローレベルに対応して、夫々ｕｔ，ｕｍ，ｕｂがハイレベルとなる。ｕｔ，ｕｍ，ｕｂがハイレベルのとき、夫々、電流指令信号ａ，中点（グランド）電位，電流指令ｂに接続されたスイッチがオンする。その結果、図２に示した波形の選択信号ｓｕが作成される。他の選択信号ｓｖ，ｓｗも同様である。このように、信号分配回路３１の出力信号で、アナログスイッチ３２を駆動する。アナログスイッチの動作で、モータ電流指令信号を選択し、増幅器３３に入力して選択信号を生成する。増幅器３３の出力信号をフィルタ回路１０を介して、比較器９に入力する。比較器９は、搬送波信号（本実施例では三角波）と比較し、ＰＷＭ信号を作成する。
【００２７】
（実施例２）
図５を用いて本実施例を説明する。図示は省略するが、本実施例の駆動システムの構成は実施例１と同様であり、選択する電流指令信号のレベルを実施例１の３レベル（ａ，グランド，ｂ）から４レベル（ａ，ｃ，ｄ，ｂ）に増やした点が異なる。
【００２８】
実施例１では、１相当たりの選択信号が、６０度＋１２０度の切り替え信号で、選択信号が形成されるのに対し、本実施例では、６０度毎に選択信号を細分化する。まず、モータ電流指令ａを４つの直流レベルａ，ｂ，ｃ，ｄに変換して得られる４レベルの電流指令信号と位置検出信号群ｈにより、選択信号群ｓを生成する。図６に、具体的に選択信号を生成する回路構成を示す。電流指令信号ａ，ｂ，ｃ，ｄは（数１）式から（数３）式のように生成する。
【００２９】
ｂ＝−ａ …（数１）
ｄ＝ａ／ｚ …（数２）
ｃ＝−ｄ …（数３）
ここで、ｚは増幅率を示す。増幅率ｚは、モータの誘起電圧波形レベルに相当するように調整する。例えば図５の選択信号を正弦波を比較する。レベルｃは、レベルａを１とすると、sin 波の３０度の位置が平均的な位置にある。従って、増幅率ｚは、sin３０°＝０.５と求められる。なお、０.５ という値に限らず、選択信号の波形を平滑にするために、０.５から０.３程度に調整することも可能である。
【００３０】
図６の信号分配回路３１は、図７に示す論理構成を有する。論理構成は、実施例１の図４と大略同様である。図５の選択信号ｓｕが最も高いレベルから順次低くなる４レベルに対応して、信号分配出力ｕｔ，ｕｈ，ｕｌ，ｕｂが夫々ハイレベルとなる。ｕｔ，ｕｈ，ｕｌ，ｕｂのハイレベルに応じて、夫々電流指令信号ａ，ｃ，ｄ，ｂに接続したスイッチが導通し、図５のｓｕが作成される。他の選択信号ｓｖ，ｓｗについても同様である。このようにして、分配回路の出力信号をアナログスイッチ群３２に与え、直流信号ａ，ｂ，ｃ，ｄを選択する。選択した信号を増幅器３３に入力し、増幅器３３の出力信号をフィルタ回路１０へ入力する。
【００３１】
本実施例では、選択信号の分解能が向上するので、低騒音の低下が大きい。なお、本実施例で、フィルタ回路を用いずに選択信号群ｓを搬送波と直接比較しても、モータ電流は滑らかになるので、フィルタ回路を無くして、フィルタ回路の時定数の影響が無くし、回転数の広い範囲で騒音にすることもできる。
【００３２】
図７の論理構成は、位置検出信号から自動的に生成できるが、位置検出信号と選択信号の位相関係を論理的手段で、ずらすこともできる。本実施例では６０度刻みであるが、極端に回転数が異なる２点の動作点間において、位置検出の位相差が著しく異なるような場合には、信号分配回路の論理構成を変更することが容易にできる。
【００３３】
なお、前記図３に示すフィルタ回路１０は、単純に抵抗とコンデンサを基本とした一次遅れ回路を構成しているが、これを複雑なフィルタ回路構成、例えば多段ＣＲフィルタにしてもよい。
【００３４】
（実施例３）
図８に、モータ駆動回路を有するモノリシック半導体集積回路を内蔵するモータの実施例を示す。インバータ装置をモノリシック化して駆動回路ＩＣ６とする利点は次の通りである。
（１）インバータ装置が小型になるので、モータに内蔵できる。
（２）インバータ装置がモータ内蔵にできるので、位置検出信号をモータの外に引き出す必要がなくなり、引き出し配線が省略できる。
（３）位置検出回路とインバータ装置の距離が短く、また、位置検出信号が論理信号であるため、インバータ装置の出力電圧のｄｖ／ｄｔノイズに対してノイズ耐量を高めることができる。
（４）インバータ装置のモノリシック化で、モータ電流指令を反転する反転器等の増幅率の精度が向上する。
（５）モータ負荷の増大で、モータ電流位相が遅れ位相となりモータの効率が低下し、インバータ出力電流の増加でインバータ装置７が加熱するそこで、フィルタ回路の抵抗器の温度特性を負特性とするか、コンデンサの温度特性を負特性にして、温度上昇に伴いフィルタ時定数が小さくなるように設定するし、インバータ装置の過熱で電流位相が進相するように働き、モータ効率を低下させないように温度補償できる。
（６）モータの電流指令が１つの直流電圧信号で制御できるため、モータの引き出し配線を簡略化できる。
（７）モータの回転数が上がると、モータ効率が最大となる電流位相より位相が進む傾向にあるので、回転数が高くなればフィルタ回路で電流位相が遅れる特性を持たせてモータ効率低下を補償できる。
【００３５】
図８で、モータの筐体５１にモータ巻線からなる固定子５２をはめ込み、固定子５２には固定子側入力端子５８を設置する。永久磁石回転子５３を、固定子５２に触れないよう適切なギャップを設けて、固定子内部に設置する。回転子５３の上部に、本発明のインバータ装置内蔵のモノリシック半導体集積回路（駆動回路ＩＣ６）と回転子の磁極位置検出器５（ホールＩＣ）と、周辺回路とを回路基板５４上に設置する。なお、図８では、位置検出器５を便宜上上向きに示したが、実際は基板の裏側に設置し、回転子の磁極を検出しやすい様にする。ここで、固定子側の固定子側入力端子５８と回路基板側インバータ出力端子５７を絶縁された配線５６で接続する。また、回路基板５４からインバータ駆動用の配線５９が引き出される。モータの駆動に最低限必要な配線数は、モータ駆動用の高圧電源＋側，−側（グランド），モノリシック集積回路用制御電源＋側，モータ電流制御用入力信号，モータ回転出力信号の計５つである。従って、モータ駆動回路をモータ筐体の外部に設ける場合に配線数が大幅に減る。
【００３６】
フィルタ回路１０は固定された時定数に応じた周波数で、階段状信号を滑らかにするので、特定のモータ回転数のモータ電流が滑らかになる。さらに、回転数に応じてフィルタ回路１０の時定数を変化させれば、使用回転数が広いモータでも、騒音が低下しても、モータ効率が低下しない。
【００３７】
図９は、本発明のモータ駆動回路が形成されるモノリシック半導体集積回路の断面を示す。本集積回路は、誘電体分離基板に形成される。誘電体（絶縁体）であるシリコン酸化膜(ＳｉＯ2）４２で覆われた単結晶島４４の中に、図１においてインバータ装置３を構成する半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）や高速ダイオード，インバータ駆動装置８やＰＷＭ信号を発生するための他の回路などを構成する電気素子が形成される。素子間はアルミニウム配線４３で結線される。各単結晶島４４は、シリコン酸化膜４２で電気的に絶縁分離されるとともに、単結晶島４４とシリコン酸化膜４２の外側を覆う多結晶シリコンにより支持される。
【００３８】
図１０は、図９のモノリシック半導体集積回路の平面パターンを示す。６個の高速ダイオード４６が隣接して設けられる領域と、６個のＩＧＢＴ４７が隣接して設けられる領域があり、これらの半導体素子によりインバータ装置が構成される。ＩＧＢＴが設けられる領域に隣接して、これらのＩＧＢＴをオンオフ制御するためのインバータ駆動装置やＰＷＭ信号を発生するＩＧＢＴ駆動回路領域と論理回路領域４８に形成される。上記の実施例は、この領域４８の回路に適用される。このため、領域４８は、インバータ駆動装置とＰＷＭ信号を発生する回路を含むにもかかわらず、比較的簡単な回路構成になるために領域４８の面積を低減できる。従って、小さなチップサイズで、インバータ装置，インバータ駆動装置とＰＷＭ信号を発生するための回路をモノリシック化できる。
【００３９】
（実施例４）
図１１に、本実施例のエアコン室内機の概略構造を示す。エアコン室内機は、熱交換機７２と、熱交換機７２で発生した熱（または冷熱）を外部に排出する環流ファン７７と、環流ファン７７により発生した風向きを制御する風向板７８と、環流ファン７７を回転させるファンモータ７６と、ファンモータ７６を固定するモータ支持台７５と、ファンモータ７６を駆動するための電源回路とモータ駆動回路７４を備えた電気品ボックス７３とを有し、これらが化粧パネル７１で覆われる。なお化粧パネル７１は、室内機の全面を覆っているが、図１１では内部構造がわかるように、便宜上、一部の化粧パネル７１を省略してある。
【００４０】
ファンモータ７６は、図８に示した駆動回路内蔵モータであって、電気品ボックス７３から供給される配線が、モータ駆動電源のプラス側とマイナス側の電源配線と、モータ回転数を制御する信号線、回転数をモニタする回転数信号線、とモータ内蔵の駆動回路を駆動する電源線からなる。
【００４１】
これらで、モータ磁極位置信号線が不用であるため、配線コストが低減されると共にノイズに対する信頼性が向上する。
【００４２】
本実施例ではファンモータ７６を、モータ支持台７５に直接固定した。従来技術ではモータからの振動を緩和するために、ゴム製の振動防止装置を取り付けていたが本実施例ではこれを必要としない。本実施例空調機の室内機はモータの駆動回路の工夫でモータ振動が低減したので、振動防止装置が不要となった。このためエアコンの製造コストが削減できる。なお、ファンモータは、駆動回路外付けでもよい。
【００４３】
図１２に、本実施例のエアコン室外機の概略構造を示す。エアコン室外機は、熱交換機７２と、熱交換機７２で発生した熱（または冷熱）を排出する室外ファン７９と、室外ファン７９を回転させるファンモータ７６と、ファンモータ７６を固定するモータ支持台７５と、ファンモータ７６を駆動するための電源回路とモータ駆動回路８４を備えた電気品ボックス７３とを有し、これらが化粧パネル７１で覆われる。なお化粧パネル７１は、室内機の全面を覆っているが、図１２では内部構造がわかるように、便宜上、一部化粧パネル７１を省略してある。
【００４４】
本実施例ではファンモータ７６が、図８に示した駆動回路を内蔵しており、電気品ボックス７３に内蔵されたプリント基板８３上に搭載した駆動回路８４から、モータ配線８５で電力供給される。該モータ配線は、モータ駆動電源のプラス側とマイナス側の電源配線と、モータ回転数を制御する信号線、回転数をモニタする回転数信号線、とモータ内蔵の駆動回路を駆動する電源線からなる。このように、電気品ボックスからモータに接続されるモータ磁極位置信号線が不用になるので、配線コストが低減されると共にノイズに対する信頼性が向上する。
【００４５】
図１３に、エアコン室外機のファン７９とファンモータ７６と、ファンモータ７６とモータ支持台７５とを固定する概略構造を示す。ファンモータ７６を、モータ支持台７５にあけたモータ取付孔８２（図１２参照）に、ネジ８６，ナット８７，ワッシャ８８、などで固定する。ファン７９は、モータのシャフト８９にワッシャ８８を介してナット８７で固定される。ファンモータ７６は、モータ支持台７５に直接固定してある。従来技術ではモータの振動を緩和するために、ゴム製の振動防止装置を取り付けていたが本実施例ではこれを必要としない。なお、ファンモータは、駆動回路を外付けしたものでもよい。
【００４６】
（実施例５）
図１４に、本発明の冷蔵庫の構造の概略を示す。本実施例の冷蔵庫は、機械室１００内に、圧縮機支持台９８で固定された圧縮機９９を備え、電気ボックス９５内に収めたモータ駆動回路９６で、モータ配線９７を介して圧縮機９９に内蔵されたモータに電力を供給し、圧縮機９９で圧縮した冷媒を冷媒配管９４を介して熱交換機９１で熱交換し、さらに冷媒配管９４を介し、庫内冷却ファン９３で冷気を庫内に送風する。
【００４７】
圧縮機９９は、圧縮支持台９８に直接固定してある。従来技術ではモータの振動を緩和するために、ゴム製の振動防止装置を取り付けていたが本実施例ではこれを必要としない。本実施例の冷蔵庫ではモータの駆動回路の工夫でモータ振動を低減したので、振動防止装置が不要となった。なお、圧縮機のモータは、駆動回路を内蔵していても外付けであってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的簡単な回路で低騒音のモータ駆動回路を用いた低価格で高効率な空調機並びに冷蔵庫を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のモータ駆動回路およびモータ駆動システムの説明図である。
【図２】実施例１のモータ駆動回路の動作波形の説明図である。
【図３】実施例１の電流指令信号の選択方法を示す説明図である。
【図４】実施例１の分配信号の説明図である。
【図５】実施例２のモータ駆動回路の動作波形の説明図である。
【図６】実施例２の電流指令信号の選択方法を示す説明図である。
【図７】実施例２の分配信号の説明図である。
【図８】実施例３のモータ駆動回路ＩＣを内蔵したモータの説明図である。
【図９】実施例３のモータ駆動回路ＩＣの誘電体分離基板の断面である。
【図１０】実施例３のモータ駆動回路ＩＣの平面パターンの説明図である。
【図１１】実施例４のエアコン室内機の内部構造を表わす模式図である。
【図１２】実施例４のエアコン室外機の内部構造を表わす模式図である。
【図１３】実施例４のエアコン室外機のファンとファンモータの取り付け構造の説明図である。
【図１４】実施例５の冷蔵庫の内部構造の説明図である。
【符号の説明】
１…商用電源、２…整流器、３…インバータ装置、４…モータ、５…磁極位置検出器、６…モノリシック半導体集積回路（駆動回路ＩＣ）、７…インバータ装置とモータ磁極位置検出器内蔵モータ、８…インバータ駆動装置、９…比較器、１０…フィルタ回路、１１…信号選択手段、１２…反転増幅器、１３…速度制御演算処理手段（マイクロコンピュータ）、１４…搬送波発生器、１５…周波数−電圧変換器（Ｆ／Ｖ）、１６…ゼロクロス回路、１７…直流電圧源、２０…中点発生手段、２５…ホール素子（アナログ出力）、３１…信号分配回路、３２…アナログスイッチ、３３…増幅器（バッファ）、４１…多結晶シリコン基板、４２…シリコン酸化膜(ＳｉＯ2）、４３…アルミニウム配線、４４…単結晶島、４５…モノリシック集積回路チップ、４６…高速ダイオード、４７…インバータ出力ＩＧＢＴ領域、４８…ＩＧＢＴ駆動回路と論理回路領域、５１…モータ筐体、５２…固定子、５３…回転子、５４…回路基板、５５…モータ筐体、５６…配線、５７…回路基板側インバータ出力端子、５８…固定子側入力端子、５９…インバータ駆動用配線、７１…化粧パネル、７２…熱交換機、７３…電気品ボックス、７４…モータ駆動回路、７５…モータ支持台、７６…ファンモータ、７７…環流ファン、７８…風向板、７９…室外ファン、８０…圧縮機、８２…モータ取付孔、８３…プリント基板、８４…駆動回路、８５…モータ用配線、８６…ネジ、８７…ナット、８８…ワッシャ、８９…シャフト、９０…冷蔵庫筐体、９１…熱交換器、９２…冷蔵庫内、９３…庫内冷却ファン、９４…冷媒配管、９５…電気品ボックス、９６…モータ駆動回路、９７…モータ配線、９８…圧縮機支持台、９９…圧縮機、１００…機械室。
【発明の属する技術分野】
本発明は駆動回路を用いたモータを備えた空調機並びに冷蔵庫に係り、特に空調機（エアコン）のファンモータや冷蔵庫の圧縮機（コンプレッサ）などのモータを低騒音で駆動するものに好適な駆動回路を用いたモータを備えた空調機並びに冷蔵庫に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアコンや冷蔵庫などの家電分野では、低騒音化の要望が大きく、ファンモータや圧縮機モータなどから発する騒音や振動の低減が求められている。
【０００３】
近年、商用電源を整流した整流電圧またはそれに相当する直流電圧を直接インバータ駆動しブラシレスモータを駆動する方法が広まっている。ブラシレスモータを駆動するには、安価なインバータ装置の提供が望まれているので、従来技術では、回路構成が簡単で比較的モータ効率が高い、安価な１２０度通電方式を用いている。
【０００４】
１２０度通電方式によるモータ駆動回路では、モータの回転子磁極位置検出器で磁極位置を検出し、回転子と固定子の磁極が一致するようなタイミングで、インバータ装置の各スイッチング素子をオンオフ制御してモータを駆動する。回転子の磁極位置検出は、一般的にホール効果を応用したホール素子、あるいはホール素子に増幅器を内蔵したホールＩＣを用いる。この検出信号を電気角でいう
１８０度分のうち１２０度分を論理的にオンさせて電流を通流し、残りの６０度分はインバータ出力をオフにする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このため、モータ電流ｉのオンオフ直後は極めて高い変化量(ｄｉ／ｄｔ)を持つ電流波形となる。このｄｉ／ｄｔで、固定子に発生する電磁力が変化するのでモータ巻線が振動し、電磁音が外部に放出される。また、電磁音の周波数は、モータ回転数とモータ極数に比例し、モータ実使用回転域では数Ｈｚから数１００Ｈｚの可聴周波数範囲内であるため、騒音になる。
【０００６】
また、モータ電流波形が高調波成分を多く含むので、モータトルクに脈動が発生しやすい。モータトルクは、基本的にモータ固有の誘起電圧とモータ電流の積からなるため、モータ電流波形に依存する割合が大きい。このトルク脈動で、モータ自体が振動し、モータを取り付ける架台を振動させ、騒音になる。
【０００７】
低騒音化するための方法として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御によりモータ駆動電流を正弦波状にする方法がある。具体的には、モータの固定子磁極の磁束をホール素子で検出し、正弦波状の信号を得る。この正弦波状の信号と搬送波発生器の出力信号である搬送波信号とを比較器９で比較し、ＰＷＭ信号を得る。ＰＷＭ信号でインバータ装置をオンオフ制御し、モータ電流を正弦波状に制御する。しかしこの従来技術では、ＰＷＭ周期に対応した高速な演算処理ができるマイコンなどが必要なため、１２０度通電方式より、複雑かつ高価になる。
【０００８】
本発明の目的は、比較的簡単な回路で低騒音のモータ駆動回路を実現し、このモータ駆動回路を用いた低価格で高効率な空調機並びに冷蔵庫を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の駆動回路を用いたモータを備えた空調機は、熱交換器と、該熱交換器で発生した熱を外部に排出する環流ファンと、該環流ファンを回転させるモータと、該モータを固定するモータ支持台とを備え、前記モータは、回転子及び固定子と、該回転子及び固定子を収納する筐体と、前記回転子の磁極の位置を検出するための磁極位置検出器と、モータ駆動回路とを有し、前記モータ駆動回路が、パルス幅変調制御した駆動電力を前記モータに供給する電力変換装置と、前記モータの回転速度と速度指令値との偏差に基づいて演算した電流指令信号を出力する速度制御演算手段と、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、該反転電流指令信号と前記電流指令信号との中間のレベルの１つ或いは複数の中間レベル指令信号と、前記モータの磁極位置信号とを入力し、前記モータの磁極位置に基づいて、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、中間レベル指令信号とのうちのいずれかを選択し、選択信号として出力する信号選択手段と、該選択信号と搬送波とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、該パルス幅変調信号に基づいて前記電力変換装置をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の駆動回路を用いたモータを備えた冷蔵庫は、機械室内に圧縮機を備えていると共に、該圧縮機に内蔵されたモータに配線を介して電力を供給し、かつ前記圧縮機で圧縮した冷媒を配管を介して熱交換器で熱交換し、さらに配管を介して庫内冷却ファンで冷気を庫内に送風する冷蔵庫において、前記モータは、回転子及び固定子と、該回転子及び固定子を収納する筐体と、前記回転子の磁極の位置を検出するための磁極位置検出器と、モータ駆動回路とを有し、前記モータ駆動回路が、パルス幅変調制御した駆動電力を前記モータに供給する電力変換装置と、前記モータの回転速度と速度指令値との偏差に基づいて演算した電流指令信号を出力する速度制御演算手段と、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、該反転電流指令信号と前記電流指令信号との中間のレベルの１つ或いは複数の中間レベル指令信号と、前記モータの磁極位置信号とを入力し、前記モータの磁極位置に基づいて、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、中間レベル指令信号とのうちのいずれかを選択し、選択信号として出力する信号選択手段と、該選択信号と搬送波とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、該パルス幅変調信号に基づいて前記電力変換装置をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
（実施例１）
本実施例のモータ駆動回路と、本回路とモータを含むモータ駆動システムを図１に示す。図１において、モータ４は３相ブラシレスモータである。本モータは、回転子に永久磁石を有するモータであって、永久磁石の発生する磁束を検出して回転子磁極位置を検出する磁極位置検出器５を備える。磁極位置検出器には、ホール素子の出力する検出信号を論理信号（ｈｕ，ｈｖ，ｈｗ）に変換するゼロクロス回路を内蔵したホールＩＣを用いる。磁極位置検出器５は、１相毎に設けられ、各相の電気角の位相差が１２０度になるように設置している。
【００１６】
一方、モータ入力端子、即ちモータの固定子巻線は、インバータ装置３に接続される。インバータ装置３は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ，絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチング素子を６個組み合わせた回路を有する。インバータ装置３の電源となる直流電源は、交流の商用電源１を整流器２で整流して得る。インバータ装置３の各スイッチング素子のオンオフを、インバータ駆動装置８で制御する。
【００１７】
なお、本実施例で、破線で囲まれた枠内における駆動回路は、モノリシック半導体集積回路装置（駆動回路ＩＣ）６内に形成されている。また、一点鎖線で囲まれた枠内の駆動回路ＩＣ６と磁極位置検出器５とは、モータ４に内蔵され、駆動回路内蔵ブラシレスモータとして一体化されている。なお、半導体集積化する部分は、破線で囲んだ枠内に限るものではなく、インバータ装置３を別の部品で構成し、インバータ装置３以外の破線で囲まれた枠内を半導体集積回路装置としてもよい。
【００１８】
以下、図１におけるインバータ装置３によるモータの駆動方法を、図２の動作波形図を用いて説明する。図１のモータ４が定常回転中には、磁極の位置検出信号群ｈ（ｈｕ，ｈｖ，ｈｗ）は、図２における位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗのように電気角１２０度の位相差を保った論理信号である。
【００１９】
一方、位置検出信号群ｈはモータの速度に関する情報（例えばパルス信号の周期など）を有するので、位置検出信号ｈｗを周波数−電圧変換器（Ｆ／Ｖ）１５で電圧に変換して、実速度に対応した直流電圧成分を得る。なお、本実施例では、速度検出に位置検出信号ｈｗを用いたが、ｈｕまたはｈｖ、あるいはｈｕ，
ｈｖ，ｈｗの内の複数の信号を用いても良い。
【００２０】
速度制御演算処理手段１３（例えばマイクロコンピュータなどの演算処理装置）は、周波数−電圧変換器１５の出力である直流電圧成分すなわち速度信号と速度制御演算処理手段１３内に設定されている速度指令とを比較し、それらの偏差を出力する。このようにして速度制御演算処理手段１３が出力する出力信号が、直流電圧信号であるモータの電流指令信号ａである。反転増幅器１２は、電流指令信号ａを入力し、電流指令信号ａの反転信号を生成し、直流電圧信号である電流指令信号ｂとして出力する。また、中点発生手段２０は、電流指令信号ａとｂの電位の中間の大きさの電位を有する中点信号を出力する。図２と図３とに示すように、本実施例では中点信号の電位はグランドレベル（０レベル）である。電流指令信号ａ，ｂと中点信号が信号選択手段１１に入力される。
【００２１】
信号選択手段１１は、アナログ信号である電流指令信号ａ，ｂと、グランドレベルの中点信号と論理信号である位置検出信号群ｈを入力し、位置検出信号群ｈに応じて電流指令信号ａ，ｂと中点信号の内の何れかを選択して、ＰＷＭ制御の変調波となる選択信号群ｓ（ｓｕ，ｓｖ，ｓｗ）を生成し出力する。選択信号群ｓのパルスのエッジは、位置検出信号群ｈのパルスのエッジに同期している。例えば、図２において、選択信号ｓｕの正方向のパルス（電流指令信号ａが選択されている場合）の立上りと立下りの各エッジは、夫々、位置検出信号ｈｕの立下りのエッジと位置検出信号ｈｖの立下りのエッジに同期している。さらに選択信号ｓｕの負方向のパルス（電流指令信号ｂが選択されている場合）の立上り（グランドレベルから負になる場合）と立下り（負からグランドレベルに戻る場合）の各エッジは、夫々、位置検出信号ｈｕの立上りのエッジと位置検出信号ｈｖの立上りのエッジに同期している。同様に、選択信号ｓｕのエッジは位置検出信号ｈｖとｈｗのエッジに同期し、ｓｖのエッジはｈｗとｈｕのエッジに同期している。また、選択信号群ｓのハイレベルの電圧は電流指令信号ａの電圧レベルに一致し、ローレベルは電流指令信号ｂの電圧レベルに一致する。なお、選択信号群ｓの電圧レベルは電流指令信号ａ，ｂの電圧レベルに比例した大きさとしても良い。
【００２２】
選択信号群ｓは、フィルタ回路１０に入力され、各選択信号の波形が滑らかになるように波形加工が施される。波形が滑らかにされた信号が、選択信号ｆｕ，ｆｖ，ｆｗとしてフィルタ回路１０から出力される。選択信号ｆｕ，ｆｖ，ｆｗを、搬送波発生器１４の出力である搬送波信号（例えば３角波）と比較器９で、各々比較し、ＰＷＭ信号を生成する。このＰＷＭ信号をインバータ駆動装置８に入力し、インバータ装置３の各スイッチング素子をオンオフ制御する。
【００２３】
以上の構成で、速度制御演算処理手段１３の速度指令に一致するように、モータの回転速度を制御する。即ち、モータ回転速度が速度指令値より小さいと、電流指令信号ａの大きさを上昇させる。これで、選択信号群ｓの振幅が増大し、ＰＷＭ信号におけるオンデューティ比が増加し、インバータ装置３の出力電流が増大してモータのトルクが増加し、モータが加速し回転速度が速度指令値に一致する。モータ回転速度が速度指令値よりも大きい場合は、電流指令信号ａの大きさを減少させて、上述と逆の動作でモータを減速し回転速度を速度指令値に一致させる。
【００２４】
本実施例では、位置検出信号で直流電圧であるモータ電流指令信号を適宜選択して矩形波状の変調波を作成しＰＷＭ制御を行うという、比較的簡単なＰＷＭ制御によりブラシレスモータを駆動できる。従って、駆動回路が簡単になり、ブラシレスモータの駆動装置を小型化できる。また、回路が簡単になるので、従来は速度制御演算処理手段（マイクロコンピュータなど）で行っていたＰＷＭ信号の発生を、インバータ装置３が形成されているモノリシック半導体集積回路に一体形成した制御回路で行える。すなわち、ＰＷＭ制御回路，インバータ駆動装置（スイッチング素子のドライバ回路），インバータ主回路をモノリシックＩＣ化できる。これにより、モータ駆動システムの各種の制御あるいは状態監視などを行うマイクロコンピュータなどの演算処理装置の負荷が軽減される。従って、小型あるいは安価な演算処理装置を適用できる。また、駆動回路ＩＣ６内に速度指令値設定回路と上述した電流指令信号ａを作成する機能を有する回路を内蔵すれば、速度制御演算処理手段１３が不要になる。
【００２５】
本実施例では、選択信号群ｓの波形をフィルタ回路１０を用いて平滑したが、フィルタ回路１０を用いずに、選択信号群ｓを直接変調波に用いても、従来技術の１２０度通電方式よりモータ電流波形が滑らかになる。これは、本実施例では、１２０度通電方式における電気角６０度分のインバータ出力オフ期間では、インバータ出力がオフでなく、デューティ比５０％のＰＷＭ制御行っているので、この期間モータに電流が流れ、電流波形が滑らかになるためである。なお、フィルタ回路は、電流波形をさらに滑らかにする効果があるので、モータの騒音がより低減する。
【００２６】
図３を用いて、電流指令信号の選択方法を具体的に説明する。図３において、論理信号である位置検出信号ｈｕ，ｈｖ，ｈｗを、信号分配回路３１で分配し、アナログスイッチ３２の駆動信号ｕｔ，ｕｍ，ｕｂ，ｖｔ，ｖｍ，ｖｂ，ｗｔ，ｗｍ，ｗｂとして出力する。分配信号を図４に示す。図２における選択信号ｓｕのハイレベル，中点（グランド）レベル，ローレベルに対応して、夫々ｕｔ，ｕｍ，ｕｂがハイレベルとなる。ｕｔ，ｕｍ，ｕｂがハイレベルのとき、夫々、電流指令信号ａ，中点（グランド）電位，電流指令ｂに接続されたスイッチがオンする。その結果、図２に示した波形の選択信号ｓｕが作成される。他の選択信号ｓｖ，ｓｗも同様である。このように、信号分配回路３１の出力信号で、アナログスイッチ３２を駆動する。アナログスイッチの動作で、モータ電流指令信号を選択し、増幅器３３に入力して選択信号を生成する。増幅器３３の出力信号をフィルタ回路１０を介して、比較器９に入力する。比較器９は、搬送波信号（本実施例では三角波）と比較し、ＰＷＭ信号を作成する。
【００２７】
（実施例２）
図５を用いて本実施例を説明する。図示は省略するが、本実施例の駆動システムの構成は実施例１と同様であり、選択する電流指令信号のレベルを実施例１の３レベル（ａ，グランド，ｂ）から４レベル（ａ，ｃ，ｄ，ｂ）に増やした点が異なる。
【００２８】
実施例１では、１相当たりの選択信号が、６０度＋１２０度の切り替え信号で、選択信号が形成されるのに対し、本実施例では、６０度毎に選択信号を細分化する。まず、モータ電流指令ａを４つの直流レベルａ，ｂ，ｃ，ｄに変換して得られる４レベルの電流指令信号と位置検出信号群ｈにより、選択信号群ｓを生成する。図６に、具体的に選択信号を生成する回路構成を示す。電流指令信号ａ，ｂ，ｃ，ｄは（数１）式から（数３）式のように生成する。
【００２９】
ｂ＝−ａ …（数１）
ｄ＝ａ／ｚ …（数２）
ｃ＝−ｄ …（数３）
ここで、ｚは増幅率を示す。増幅率ｚは、モータの誘起電圧波形レベルに相当するように調整する。例えば図５の選択信号を正弦波を比較する。レベルｃは、レベルａを１とすると、sin 波の３０度の位置が平均的な位置にある。従って、増幅率ｚは、sin３０°＝０.５と求められる。なお、０.５ という値に限らず、選択信号の波形を平滑にするために、０.５から０.３程度に調整することも可能である。
【００３０】
図６の信号分配回路３１は、図７に示す論理構成を有する。論理構成は、実施例１の図４と大略同様である。図５の選択信号ｓｕが最も高いレベルから順次低くなる４レベルに対応して、信号分配出力ｕｔ，ｕｈ，ｕｌ，ｕｂが夫々ハイレベルとなる。ｕｔ，ｕｈ，ｕｌ，ｕｂのハイレベルに応じて、夫々電流指令信号ａ，ｃ，ｄ，ｂに接続したスイッチが導通し、図５のｓｕが作成される。他の選択信号ｓｖ，ｓｗについても同様である。このようにして、分配回路の出力信号をアナログスイッチ群３２に与え、直流信号ａ，ｂ，ｃ，ｄを選択する。選択した信号を増幅器３３に入力し、増幅器３３の出力信号をフィルタ回路１０へ入力する。
【００３１】
本実施例では、選択信号の分解能が向上するので、低騒音の低下が大きい。なお、本実施例で、フィルタ回路を用いずに選択信号群ｓを搬送波と直接比較しても、モータ電流は滑らかになるので、フィルタ回路を無くして、フィルタ回路の時定数の影響が無くし、回転数の広い範囲で騒音にすることもできる。
【００３２】
図７の論理構成は、位置検出信号から自動的に生成できるが、位置検出信号と選択信号の位相関係を論理的手段で、ずらすこともできる。本実施例では６０度刻みであるが、極端に回転数が異なる２点の動作点間において、位置検出の位相差が著しく異なるような場合には、信号分配回路の論理構成を変更することが容易にできる。
【００３３】
なお、前記図３に示すフィルタ回路１０は、単純に抵抗とコンデンサを基本とした一次遅れ回路を構成しているが、これを複雑なフィルタ回路構成、例えば多段ＣＲフィルタにしてもよい。
【００３４】
（実施例３）
図８に、モータ駆動回路を有するモノリシック半導体集積回路を内蔵するモータの実施例を示す。インバータ装置をモノリシック化して駆動回路ＩＣ６とする利点は次の通りである。
（１）インバータ装置が小型になるので、モータに内蔵できる。
（２）インバータ装置がモータ内蔵にできるので、位置検出信号をモータの外に引き出す必要がなくなり、引き出し配線が省略できる。
（３）位置検出回路とインバータ装置の距離が短く、また、位置検出信号が論理信号であるため、インバータ装置の出力電圧のｄｖ／ｄｔノイズに対してノイズ耐量を高めることができる。
（４）インバータ装置のモノリシック化で、モータ電流指令を反転する反転器等の増幅率の精度が向上する。
（５）モータ負荷の増大で、モータ電流位相が遅れ位相となりモータの効率が低下し、インバータ出力電流の増加でインバータ装置７が加熱するそこで、フィルタ回路の抵抗器の温度特性を負特性とするか、コンデンサの温度特性を負特性にして、温度上昇に伴いフィルタ時定数が小さくなるように設定するし、インバータ装置の過熱で電流位相が進相するように働き、モータ効率を低下させないように温度補償できる。
（６）モータの電流指令が１つの直流電圧信号で制御できるため、モータの引き出し配線を簡略化できる。
（７）モータの回転数が上がると、モータ効率が最大となる電流位相より位相が進む傾向にあるので、回転数が高くなればフィルタ回路で電流位相が遅れる特性を持たせてモータ効率低下を補償できる。
【００３５】
図８で、モータの筐体５１にモータ巻線からなる固定子５２をはめ込み、固定子５２には固定子側入力端子５８を設置する。永久磁石回転子５３を、固定子５２に触れないよう適切なギャップを設けて、固定子内部に設置する。回転子５３の上部に、本発明のインバータ装置内蔵のモノリシック半導体集積回路（駆動回路ＩＣ６）と回転子の磁極位置検出器５（ホールＩＣ）と、周辺回路とを回路基板５４上に設置する。なお、図８では、位置検出器５を便宜上上向きに示したが、実際は基板の裏側に設置し、回転子の磁極を検出しやすい様にする。ここで、固定子側の固定子側入力端子５８と回路基板側インバータ出力端子５７を絶縁された配線５６で接続する。また、回路基板５４からインバータ駆動用の配線５９が引き出される。モータの駆動に最低限必要な配線数は、モータ駆動用の高圧電源＋側，−側（グランド），モノリシック集積回路用制御電源＋側，モータ電流制御用入力信号，モータ回転出力信号の計５つである。従って、モータ駆動回路をモータ筐体の外部に設ける場合に配線数が大幅に減る。
【００３６】
フィルタ回路１０は固定された時定数に応じた周波数で、階段状信号を滑らかにするので、特定のモータ回転数のモータ電流が滑らかになる。さらに、回転数に応じてフィルタ回路１０の時定数を変化させれば、使用回転数が広いモータでも、騒音が低下しても、モータ効率が低下しない。
【００３７】
図９は、本発明のモータ駆動回路が形成されるモノリシック半導体集積回路の断面を示す。本集積回路は、誘電体分離基板に形成される。誘電体（絶縁体）であるシリコン酸化膜(ＳｉＯ2）４２で覆われた単結晶島４４の中に、図１においてインバータ装置３を構成する半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）や高速ダイオード，インバータ駆動装置８やＰＷＭ信号を発生するための他の回路などを構成する電気素子が形成される。素子間はアルミニウム配線４３で結線される。各単結晶島４４は、シリコン酸化膜４２で電気的に絶縁分離されるとともに、単結晶島４４とシリコン酸化膜４２の外側を覆う多結晶シリコンにより支持される。
【００３８】
図１０は、図９のモノリシック半導体集積回路の平面パターンを示す。６個の高速ダイオード４６が隣接して設けられる領域と、６個のＩＧＢＴ４７が隣接して設けられる領域があり、これらの半導体素子によりインバータ装置が構成される。ＩＧＢＴが設けられる領域に隣接して、これらのＩＧＢＴをオンオフ制御するためのインバータ駆動装置やＰＷＭ信号を発生するＩＧＢＴ駆動回路領域と論理回路領域４８に形成される。上記の実施例は、この領域４８の回路に適用される。このため、領域４８は、インバータ駆動装置とＰＷＭ信号を発生する回路を含むにもかかわらず、比較的簡単な回路構成になるために領域４８の面積を低減できる。従って、小さなチップサイズで、インバータ装置，インバータ駆動装置とＰＷＭ信号を発生するための回路をモノリシック化できる。
【００３９】
（実施例４）
図１１に、本実施例のエアコン室内機の概略構造を示す。エアコン室内機は、熱交換機７２と、熱交換機７２で発生した熱（または冷熱）を外部に排出する環流ファン７７と、環流ファン７７により発生した風向きを制御する風向板７８と、環流ファン７７を回転させるファンモータ７６と、ファンモータ７６を固定するモータ支持台７５と、ファンモータ７６を駆動するための電源回路とモータ駆動回路７４を備えた電気品ボックス７３とを有し、これらが化粧パネル７１で覆われる。なお化粧パネル７１は、室内機の全面を覆っているが、図１１では内部構造がわかるように、便宜上、一部の化粧パネル７１を省略してある。
【００４０】
ファンモータ７６は、図８に示した駆動回路内蔵モータであって、電気品ボックス７３から供給される配線が、モータ駆動電源のプラス側とマイナス側の電源配線と、モータ回転数を制御する信号線、回転数をモニタする回転数信号線、とモータ内蔵の駆動回路を駆動する電源線からなる。
【００４１】
これらで、モータ磁極位置信号線が不用であるため、配線コストが低減されると共にノイズに対する信頼性が向上する。
【００４２】
本実施例ではファンモータ７６を、モータ支持台７５に直接固定した。従来技術ではモータからの振動を緩和するために、ゴム製の振動防止装置を取り付けていたが本実施例ではこれを必要としない。本実施例空調機の室内機はモータの駆動回路の工夫でモータ振動が低減したので、振動防止装置が不要となった。このためエアコンの製造コストが削減できる。なお、ファンモータは、駆動回路外付けでもよい。
【００４３】
図１２に、本実施例のエアコン室外機の概略構造を示す。エアコン室外機は、熱交換機７２と、熱交換機７２で発生した熱（または冷熱）を排出する室外ファン７９と、室外ファン７９を回転させるファンモータ７６と、ファンモータ７６を固定するモータ支持台７５と、ファンモータ７６を駆動するための電源回路とモータ駆動回路８４を備えた電気品ボックス７３とを有し、これらが化粧パネル７１で覆われる。なお化粧パネル７１は、室内機の全面を覆っているが、図１２では内部構造がわかるように、便宜上、一部化粧パネル７１を省略してある。
【００４４】
本実施例ではファンモータ７６が、図８に示した駆動回路を内蔵しており、電気品ボックス７３に内蔵されたプリント基板８３上に搭載した駆動回路８４から、モータ配線８５で電力供給される。該モータ配線は、モータ駆動電源のプラス側とマイナス側の電源配線と、モータ回転数を制御する信号線、回転数をモニタする回転数信号線、とモータ内蔵の駆動回路を駆動する電源線からなる。このように、電気品ボックスからモータに接続されるモータ磁極位置信号線が不用になるので、配線コストが低減されると共にノイズに対する信頼性が向上する。
【００４５】
図１３に、エアコン室外機のファン７９とファンモータ７６と、ファンモータ７６とモータ支持台７５とを固定する概略構造を示す。ファンモータ７６を、モータ支持台７５にあけたモータ取付孔８２（図１２参照）に、ネジ８６，ナット８７，ワッシャ８８、などで固定する。ファン７９は、モータのシャフト８９にワッシャ８８を介してナット８７で固定される。ファンモータ７６は、モータ支持台７５に直接固定してある。従来技術ではモータの振動を緩和するために、ゴム製の振動防止装置を取り付けていたが本実施例ではこれを必要としない。なお、ファンモータは、駆動回路を外付けしたものでもよい。
【００４６】
（実施例５）
図１４に、本発明の冷蔵庫の構造の概略を示す。本実施例の冷蔵庫は、機械室１００内に、圧縮機支持台９８で固定された圧縮機９９を備え、電気ボックス９５内に収めたモータ駆動回路９６で、モータ配線９７を介して圧縮機９９に内蔵されたモータに電力を供給し、圧縮機９９で圧縮した冷媒を冷媒配管９４を介して熱交換機９１で熱交換し、さらに冷媒配管９４を介し、庫内冷却ファン９３で冷気を庫内に送風する。
【００４７】
圧縮機９９は、圧縮支持台９８に直接固定してある。従来技術ではモータの振動を緩和するために、ゴム製の振動防止装置を取り付けていたが本実施例ではこれを必要としない。本実施例の冷蔵庫ではモータの駆動回路の工夫でモータ振動を低減したので、振動防止装置が不要となった。なお、圧縮機のモータは、駆動回路を内蔵していても外付けであってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的簡単な回路で低騒音のモータ駆動回路を用いた低価格で高効率な空調機並びに冷蔵庫を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のモータ駆動回路およびモータ駆動システムの説明図である。
【図２】実施例１のモータ駆動回路の動作波形の説明図である。
【図３】実施例１の電流指令信号の選択方法を示す説明図である。
【図４】実施例１の分配信号の説明図である。
【図５】実施例２のモータ駆動回路の動作波形の説明図である。
【図６】実施例２の電流指令信号の選択方法を示す説明図である。
【図７】実施例２の分配信号の説明図である。
【図８】実施例３のモータ駆動回路ＩＣを内蔵したモータの説明図である。
【図９】実施例３のモータ駆動回路ＩＣの誘電体分離基板の断面である。
【図１０】実施例３のモータ駆動回路ＩＣの平面パターンの説明図である。
【図１１】実施例４のエアコン室内機の内部構造を表わす模式図である。
【図１２】実施例４のエアコン室外機の内部構造を表わす模式図である。
【図１３】実施例４のエアコン室外機のファンとファンモータの取り付け構造の説明図である。
【図１４】実施例５の冷蔵庫の内部構造の説明図である。
【符号の説明】
１…商用電源、２…整流器、３…インバータ装置、４…モータ、５…磁極位置検出器、６…モノリシック半導体集積回路（駆動回路ＩＣ）、７…インバータ装置とモータ磁極位置検出器内蔵モータ、８…インバータ駆動装置、９…比較器、１０…フィルタ回路、１１…信号選択手段、１２…反転増幅器、１３…速度制御演算処理手段（マイクロコンピュータ）、１４…搬送波発生器、１５…周波数−電圧変換器（Ｆ／Ｖ）、１６…ゼロクロス回路、１７…直流電圧源、２０…中点発生手段、２５…ホール素子（アナログ出力）、３１…信号分配回路、３２…アナログスイッチ、３３…増幅器（バッファ）、４１…多結晶シリコン基板、４２…シリコン酸化膜(ＳｉＯ2）、４３…アルミニウム配線、４４…単結晶島、４５…モノリシック集積回路チップ、４６…高速ダイオード、４７…インバータ出力ＩＧＢＴ領域、４８…ＩＧＢＴ駆動回路と論理回路領域、５１…モータ筐体、５２…固定子、５３…回転子、５４…回路基板、５５…モータ筐体、５６…配線、５７…回路基板側インバータ出力端子、５８…固定子側入力端子、５９…インバータ駆動用配線、７１…化粧パネル、７２…熱交換機、７３…電気品ボックス、７４…モータ駆動回路、７５…モータ支持台、７６…ファンモータ、７７…環流ファン、７８…風向板、７９…室外ファン、８０…圧縮機、８２…モータ取付孔、８３…プリント基板、８４…駆動回路、８５…モータ用配線、８６…ネジ、８７…ナット、８８…ワッシャ、８９…シャフト、９０…冷蔵庫筐体、９１…熱交換器、９２…冷蔵庫内、９３…庫内冷却ファン、９４…冷媒配管、９５…電気品ボックス、９６…モータ駆動回路、９７…モータ配線、９８…圧縮機支持台、９９…圧縮機、１００…機械室。
Claims (5)
- 熱交換器と、該熱交換器で発生した熱を外部に排出する環流ファンと、該環流ファンを回転させるモータと、該モータを固定するモータ支持台とを備え、
前記モータは、回転子及び固定子と、該回転子及び固定子を収納する筐体と、前記回転子の磁極の位置を検出するための磁極位置検出器と、モータ駆動回路とを有し、前記モータ駆動回路が、パルス幅変調制御した駆動電力を前記モータに供給する電力変換装置と、前記モータの回転速度と速度指令値との偏差に基づいて演算した電流指令信号を出力する速度制御演算手段と、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、該反転電流指令信号と前記電流指令信号との中間のレベルの１つ或いは複数の中間レベル指令信号と、前記モータの磁極位置信号とを入力し、前記モータの磁極位置に基づいて、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、中間レベル指令信号とのうちのいずれかを選択し、選択信号として出力する信号選択手段と、該選択信号と搬送波とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、該パルス幅変調信号に基づいて前記電力変換装置をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御手段とを備えていることを特徴とする駆動回路を用いたモータを備えた空調機。 - 熱交換器と、該熱交換器で発生した熱を排出する室外ファンと、該室外ファンを回転させるモータと、該モータを固定するモータ支持台とを備え、
前記モータは、回転子及び固定子と、該回転子及び固定子を収納する筐体と、前記回転子の磁極の位置を検出するための磁極位置検出器と、モータ駆動回路とを有し、前記モータ駆動回路が、パルス幅変調制御した駆動電力を前記モータに供給する電力変換装置と、前記モータの回転速度と速度指令値との偏差に基づいて演算した電流指令信号を出力する速度制御演算手段と、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、該反転電流指令信号と前記電流指令信号との中間のレベルの１つ或いは複数の中間レベル指令信号と、前記モータの磁極位置信号とを入力し、前記モータの磁極位置に基づいて、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、中間レベル指令信号とのうちのいずれかを選択し、選択信号として出力する信号選択手段と、該選択信号と搬送波とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、該パルス幅変調信号に基づいて前記電力変換装置をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御手段とを備えていることを特徴とする駆動回路を用いたモータを備えた空調機。 - 請求項１又は２に記載の駆動回路を用いたモータを備えた空調機において、
前記モータ駆動回路が半導体集積回路装置を備え、該半導体集積回路装置が、半導体チップに形成されると共に、パルス幅変調制御によりオン、オフされ、かつモータに電力を供給する複数個の半導体スイッチング素子と、前記モータの回転速度と速度指令値との偏差に基づいて演算した電流指令信号を入力し、反転電流指令信号と、該反転電流指令信号と電流指令信号との中間のレベルの１つ或いは複数の中間レベル指令信号を生成する手段と、前記モータの磁極位置検出信号に基づいて、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、中間レベル指令信号とのうちのいずれかを選択し、選択信号として出力する信号選択手段と、該選択信号と搬送波とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、該パルス幅変調信号に基づいて前記半導体スイッチング素子を該選択信号と搬送波とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、該パルス幅変調信号に基づいて前記電力変換装置をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御手段とを備えていることを特徴とする駆動回路を用いたモータを備えた空調機。 - 機械室内に圧縮機を備えていると共に、該圧縮機に内蔵されたモータに配線を介して電力を供給し、かつ前記圧縮機で圧縮した冷媒を配管を介して熱交換器で熱交換し、さらに配管を介して庫内冷却ファンで冷気を庫内に送風する冷蔵庫において、
前記モータは、回転子及び固定子と、該回転子及び固定子を収納する筐体と、前記回転 子の磁極の位置を検出するための磁極位置検出器と、モータ駆動回路とを有し、前記モータ駆動回路が、パルス幅変調制御した駆動電力を前記モータに供給する電力変換装置と、前記モータの回転速度と速度指令値との偏差に基づいて演算した電流指令信号を出力する速度制御演算手段と、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、該反転電流指令信号と前記電流指令信号との中間のレベルの１つ或いは複数の中間レベル指令信号と、前記モータの磁極位置信号とを入力し、前記モータの磁極位置に基づいて、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、中間レベル指令信号とのうちのいずれかを選択し、選択信号として出力する信号選択手段と、該選択信号と搬送波とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、該パルス幅変調信号に基づいて前記電力変換装置をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御手段とを備えていることを特徴とする駆動回路を用いたモータを備えた冷蔵庫。 - 請求項４に記載の駆動回路を用いたモータを備えた冷蔵庫において、
前記モータ駆動回路が半導体集積回路装置を備え、該半導体集積回路装置が、半導体チップに形成されると共に、パルス幅変調制御によりオン、オフされ、かつモータに電力を供給する複数個の半導体スイッチング素子と、前記モータの回転速度と速度指令値との偏差に基づいて演算した電流指令信号を入力し、反転電流指令信号と、該反転電流指令信号と電流指令信号との中間のレベルの１つ或いは複数の中間レベル指令信号を生成する手段と、前記モータの磁極位置検出信号に基づいて、前記電流指令信号と、反転電流指令信号と、中間レベル指令信号とのうちのいずれかを選択し、選択信号として出力する信号選択手段と、該選択信号と搬送波とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、該パルス幅変調信号に基づいて前記半導体スイッチング素子を該選択信号と搬送波とからパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成手段と、該パルス幅変調信号に基づいて前記電力変換装置をパルス幅変調制御するパルス幅変調制御手段とを備えていることを特徴とする駆動回路を用いたモータを備えた空調機。
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