JP4957223B2 - モータの起動装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫やエアコン等の冷凍空調システム、その他掃除機等の制御機器に用いられるブラシレスＤＣモータの特に直流電源部を構成する平滑用コンデンサを小容量化した起動装置に関するものである。

従来、この種のブラシレス・センサレスＤＣモータは、永久磁石を組込んだ回転子と界磁巻線を組込んだ固定子を具備し、界磁巻線に誘起した電圧波形の比較や、検出した電流の演算処理等によって回転子磁極位置を検出している。そして、検出された回転子磁極位置により、固定子への通電位相の制御を行う。

前記ブラシレス・センサレスＤＣモータは、回転数が非常に低い起動時では界磁巻線に誘起した電圧波形が小さくなるため、誘起した電圧波形から回転子磁極位置の検出を行うことが困難である。

そこで、インバータ回路により強制的に転流タイミングを決めて前記固定子への通電位相を制御する同期運転を行い、前記回転子を回転させることで回転子の位置検出も可能な速度にまで加速させ、そして、回転子位置を検出して、通電位相を制御する位置検出回転に切換える起動方法が用いられている。

上記の同期運転を行う際には、前記回転子磁極位置検出が困難であるため、インバータ回路から出力される周波数と電圧は、対象の負荷に応じた適切な値になるように予め設定してある。

この場合は、慣性が大きい負荷を駆動する場合等、回転子磁極位置によっては同期運転が円滑に行えないことがあり、同期運転前に回転子の磁極位置を予め定めた位置まで移動させておく位置決め処理を行う（例えば、特許文献１参照）。

図１３は、上記特許文献１に記載された従来のモータ起動装置を示すものである。

図１３に示すように、モータ軌道装置は、交流電源１と、交流電圧から直流電圧に変換する整流回路２と、整流回路２の出力を平滑するためのコンデンサ３と、ブラシレス・センサレスＤＣモータ４と、複数個の半導体スイッチとダイオードをブリッジ結線し、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路５と、ロータの磁極位置を検出する位置検出手段６と、インバータ回路５を駆動する転流手段７と、ブラシレス・センサレスＤＣモータ４を起動する起動手段８と、位置検出手段６および起動手段８等の信号を基に交流電源１の通電制御、あるいはインバータ回路５への通電制御を行い、ブラシレス・センサレスＤＣモータ４の運転あるいは回転数を制御する制御手段９から構成されている。

以下、図１３を参照しながら起動動作について説明を行う。

ブラシレス・センサレスＤＣモータ４を起動させる際、ブラシレス・センサレスＤＣモータ４のＹ字結線された２相間に電流を通電後、さらに通電した２相間とは異なるＹ字結線された２相間に電流を通電してロータ磁極の位置決めを行い、その後転流手段７により、モータを駆動する。

また、かかる回路は、ブラシレス・センサレスＤＣモータ４のＹ字結線された２相間に通電後、モータ駆動を行い、モータ駆動直後において過電流で停止した場合に、再度ブラシレス・センサレスＤＣモータ４の通電した２相間とは異なる２相間に電流を通電してロータの位置決めを行い、ブラシレス・センサレスＤＣモータ４を駆動する転流手段７により、始動不良を低減させることができる。
特開２００４−３２８８５０号公報

しかしながら、上記従来の構成では、装置の小型化や低コスト化のために平滑用のコンデンサを小さくし、インバータの直流母線間の電圧に脈動があるような場合、インバータの直流母線間の電圧が低下した時に予め定められた電圧を印加することができなくなり、起動時に振動の発生や、最悪の場合は脱調して停止してしまうという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、平滑用のコンデンサの容量を極めて小さくして、インバータの直流母線間の電圧に大きな脈動が有る場合であっても、安定して起動することを可能としたモータの起動装置を提供することを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明のモータの起動装置は、直流母線間の電圧を検出し、起動するタイミングを決定しているので、起動のために予め定めた電圧を印加することとなり、その結果、安定してモータを起動することができる。

本発明のモータ起動装置は、平滑用コンデンサの容量が極めて小さく、直流母線間の電圧に大きな脈動が含まれる場合であっても、振動を抑え、脱調することの無い安定した起動を行うことができる。

請求項１に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源から入力された交流を直流に整流する整流回路と、前記整流回路より得られる直流を交流に変換するインバータと、前記インバータから得られる交流を入力とし、負荷を駆動するモータと、前記インバータの直流母線間に接続された小容量のコンデンサと、前記インバータの直流母線間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧によって前記モータを起動するためのタイミングを決定する起動タイミング決定手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧と前記起動タイミング決定手段により決定されたタイミングによって前記インバータから前記モータへ印加される電圧を制御する制御手段を備え、前記起動タイミング決定手段による前記モータを起動するためのタイミングを、前記インバータの直流母線間における電圧が予め設定した電圧値以上のときに決定するようにしたものである。

かかる構成とすることにより、前記モータは、予め定められ、かつ前記平滑用コンデンサの容量に見合った電圧が印加できるタイミングで起動されるため、平滑用のコンデンサの容量が小さく、直流母線間の電圧に大きな脈動が含まれる場合であっても、振動を抑え、脱調することの無い安定した起動を行うことができる。

また、前記モータを起動するタイミングは、必ず前記モータを起動するために予め設定された印加電圧を印加することとなり、その結果、前記電圧検出手段による電圧の検出間隔が長く、電圧の上昇・下降を検出できないような場合でも確実に安定した起動を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、前記起動タイミング決定手段による前記モータを起動するためのタイミングを、前記インバータの直流母線間における電圧を検出した最新の結果が前記予め設定した電圧値以上であり、かつ前記最新結果の一つ前の結果が前記予め設定した電圧値以下のときに決定するようにしたものである。

かかることにより、前記モータを起動するタイミングは、必ず予め設定された電圧を印加し、かつ印加できる時間を最長とすることができる。その結果、起動直後に極めて安定した回転を得ることができるものである。

請求項３に記載の発明は、前記モータへ所定の速度で回転するように電圧を印加する強制同期運転の開始タイミングを、前記起動タイミング決定手段で決定し、前記予め設定した電圧を、前記強制同期運転に最低限必要な電圧としたものである。

かかることにより、強制同期で前記モータを回転させるのに必要な電圧を、強制同期開始直後に確保することができ、確実に強制同期運転を開始することができる。

請求項４に記載の発明は、前記モータの位置を推定しながら運転を行うセンサレス運転の開始タイミングを、前記起動タイミング決定手段で決定し、前記予め設定した電圧を、前記センサレス運転でモータの位置を推定するために最低限必要な電圧としたものである。

かかることにより、センサレス運転を開始したときに前記モータの位置を推定することができ、確実にセンサレス運転を開始することができる。

請求項５に記載の発明は、前記モータの起動を、実使用の範囲で前記インバータの直流母線間の電圧低下率が０．７以上のときとしたものである。

かかることにより、前記電圧検出手段により検出された電圧がほぼ０［Ｖ］まで低下するような小さな容量のコンデンサにより駆動することができ、非常に小型のモータの起動装置を実現することができることとなる。

請求項６に記載の発明は、前記モータの負荷を、圧縮機の圧縮機構としたものである。

かかることにより、位置検出センサをつけることが困難あるいはできない用途においても、小容量のコンデンサによる圧縮機の起動が実現でき、その結果、起動装置の大幅な小型化を実現することができる。

請求項７に記載の発明は、前記圧縮機を、レシプロ型圧縮機としたものである。

かかることにより、レシプロ型圧縮機はイナーシャが大きいという特性を備えているため、起動の際に、加速中の印加電圧が不足する短時間の期間等が発生しても回転が大きく落ち込むことがなく、より安定した起動および加速を行うことができる。

請求項８に記載の発明は、前記圧縮機を、凝縮器、減圧器、蒸発器等を備え、冷凍空調システムを構成する冷凍サイクルに用いたものである。

かかる構成とすることにより、小容量コンデンサで実現する小型の起動装置が採用でき、これまで考えられていた以上の小型の冷凍空調システムが実現できる。このことは、冷蔵庫等の貯蔵装置に適用した場合、食品収納容積を大きく確保でき、また空気調和装置においてもユニットの小型化が図れるものである。

請求項９に記載の発明は、前記圧縮機が圧縮する冷媒ガスを、Ｒ６００ａとしたものである。

かかることにより、冷凍能力の低下を補うため、圧縮機の気筒容積が大きくでき、これに起因して圧縮機により大きなイナーシャを持たせることができ、より安定した起動および加速を行うことができるとともに、Ｒ６００ａを冷媒ガスとする環境負荷の小さい安価な圧縮機を提供することができる。

請求項１０に記載の発明は、前記モータの負荷を、電気洗濯機の洗濯機構としたものである。

かかることにより、前記モータの起動装置の小型化に起因して、従来の電気洗濯機と同じ外形寸法で洗濯兼脱水槽の大容量化が可能となるものである。

請求項１１に記載の発明は、前記モータの負荷を、衣類等を攪拌乾燥する電気乾燥機の攪拌機構としたものである。

かかることにより、前記モータの起動装置の小型化に伴って、従来の電気乾燥機と同じ外形寸法で乾燥物収容ドラムの大容量化が達成できる。

請求項１２に記載の発明は、前記モータの負荷を、送風装置の送風機構としたものである。

かかることにより、前記モータの起動装置の小型化に起因して、従来の送風装置機に比べて小型化および軽量化を達成することができ、可搬性の高い送風装置を提供することができる。

請求項１３に記載の発明は、前記モータの負荷を、電気掃除機の吸塵機構としたものである。

かかることにより、前記モータの起動装置の小型化に起因して掃除機の小型・軽量化が可能となり、一層可搬性が高くユーザにとってハンドリングが容易な電気掃除機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータの起動装置のブロック図である。

図１において、交流電源１０１は、日本の場合、電圧が１００［Ｖ］、周波数が５０［Ｈｚ］または６０［Ｈｚ］の一般的な商用の交流電源である。整流回路１０２は、交流電源１０１を直流電源に変換するもので、周知の如く４個のダイオードがブリッジ接続されたものである。小容量のコンデンサ１０３は、整流回路１０３の出力側である直流電圧母線Ｘ、Ｙの間に接続されており、ここでは１μＦの積層セラミックコンデンサを採用している。前記積層セラミックコンデンサは、近年高耐圧で大容量のコンデンサがチップで実現でき、本実施の形態１においては、かかるチップ型を採用している。

従来、かかる箇所に設けられるコンデンサは、整流回路１０３の出力電源（直流）波形の平滑化を目的に取付けられ、主には大容量（２００Ｗ出力の場合には数百μＦ）の電解コンデンサが使われていた。そのため、駆動装置の小型化が困難であったが、本実施の形態１においては、前述のチップ型の採用により、非常に小型の駆動装置が実現できることになる。

また、前述した平滑用のコンデンサの容量は、一般的にはインバータ１０４の出力容量（ＷまたはＶＡ）や駆動装置全体の入力容量（ＷまたはＶＡ）に対応し、直流電圧のリプル含有量やリプル電流による平滑用コンデンサの耐リプル電流の特性等から決定するものである。

これらの条件を加味して、一般的には２〜４μＦ／Ｗ程度の容量を確保している。例えば、２００Ｗの出力容量の場合は、４００〜８００μＦ程度の電解コンデンサを使用していた。

これに対し、本実施の形態１では、小容量のコンデンサ１０３に０．１μＦ／Ｗ以下の容量を持つコンデンサを使用している。即ち、２００Ｗの出力容量の場合は２０μＦ以下のコンデンサを使用する。

直流母線Ｘ、Ｙの電源を入力するインバータ１０４は、スイッチング素子ＩＧＢＴと逆向きに接続されたダイオードをセットにした回路を６回路備え、これを３相ブリッジ接続している。

インバータ１０４によって駆動されるモータ１０５は、本実施の形態１においてはブラシレスＤＣモータを使用しており、インバータ１０４の３相出力により駆動される。このモータ１０５の固定子には、３相スター結線された巻線が施されている。この巻き方は集中巻であっても、分布巻であっても構わない。また、回転子には、永久磁石を配置している。その配置方法は、表面磁石型（ＳＰＭ）でも磁石埋め込み型（ＩＰＭ）であっても構わず、また永久磁石はフェライトでも希土類でも構わない。

モータ１０５の回転子の軸に接続された圧縮要素１０６は、周知の構成からなり、冷媒ガスを吸入し、圧縮して、吐出する。モータ１０５と圧縮要素１０６を同一の密閉容器に収納し、圧縮機１０７を構成している。圧縮機１０７の圧縮方式（機構形態）はロータリーやスクロール等、どのような構成であっても構わないが、本実施の形態１においては、周知の構成からなるレシプロ型を採用している。このレシプロ型は、特にイナーシャが大きく、電圧低下時であっても回転数が低下しにくく、小容量のコンデンサでより滑らかに運転することができる特性を備えている。

また、前述の冷媒ガスは、Ｒ１３４ａ等、どのような種類（組成）のものであっても構わないが、本実施の形態１においては、Ｒ６００ａを採用している。Ｒ６００ａはＲ１３４ａと比べ冷凍能力が低く、圧縮要素１０６の気筒容積を大きくして冷凍能力の低下を補うことができる。その結果、圧縮機１０７は、イナーシャが大きくなり、電圧低下時であっても、イナーシャによってモータ１０５が回転するため、速度が低下しにくく、小容量のコンデンサ１０３で運転した場合であっても、安定した運転が可能となる。

圧縮機１０７は、圧縮した吐出ガスを、凝縮器１０８、減圧器１０９、蒸発器１１０を通って圧縮機１０７の吸い込みに戻るような冷凍空調システムを構成する。この時、凝縮器１０８では放熱を、蒸発器１１０では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。必要に応じて凝縮器１０８や蒸発器１１０に送風機等を使い、熱交換をさらに促進することもできる。

次に、モータ１０５を駆動するインバータ１０４の制御を行う制御回路について説明する。以下に説明する制御回路は、一例として周知の如くマイクロコンピュータを具備するＬＳＩ回路で構成されるものである。

位置検出手段１１１は、モータ１０５の誘起電圧またはモータ電流からモータ１０５における回転子の回転位置の検出を行う。本実施の形態１では、誘起電圧から回転子の回転位置を検出する方法について説明する。

即ち、インバータ１０４は、１２０度通電方式の矩形波駆動としているため、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相の内、常時通電されていない相が所定の順で発生する。位置検出手段１１は、この通電されていない相に発生する誘起電圧のゼロクロス点を検出し、前記回転子の回転位置を検出する。

同期運転手段１１２は、位置検出手段１１１が正常に位置検出しているときは、その検出タイミングで同期するように動作し、常にタイミング（動作済み）のイニシャライズを行っている。

また、周期測定手段１１３は、位置検出手段１１１が正常に位置検出しているときの周期の測定を行っているが、この測定する周期は、モータ１０５が少なくとも１回転以上している間の周期を測定する。位置信号が切替わる都度のタイミングでの周期測定の場合は、誤差が非常に多くあり、その測定周期は安定しないが、１回転以上で測定した場合は、その測定周期は非常に安定している。

そして、周期測定手段１１３の周期測定結果を基に同期運転手段１１２の出力する切換え周期、すなわち出力周波数を決定する。例えば、６極のモータの場合、１回転の測定周期が５０ｍｓ（２０ｒ／ｓの回転数）の場合は、切換え周期を５０／１８ｍｓに設定する。

位置決め手段１１４は、モータ１０５が起動する前に該モータ１０５の固定子の位置を期待する位置に移動させる位置決めを行う。この位置決めは、位置決め手段１１４に運転を開始する指示信号である運転信号が入力されたときに行う。

前記位置決めの方法として、３相のうち２相に通電後、１相に通電する等の方法があるが、固定子の位置を決定できる方法であればいずれの方法であっても構わない。

強制同期運転手段１１５は、予め設定された電圧を各相へ設定通りのパターンで出力し、モータ１０５を同期させ強制的に運転するものである。そして、後述の起動タイミング決定手段１１７より起動許可信号が入力された時に、前述のパターン出力を開始する。

電圧検出手段１１６は、直流母線間Ｘ、Ｙの電圧である小容量のコンデンサ１０３の両端電圧を検出する。

起動タイミング決定手段１１７は、電圧検出手段１１６の出力を入力とし、強制同期運転手段１１５と切換手段１１８へ起動許可信号を出力する。

切換手段１１８は、運転時においては電圧検出手段１１６の出力を入力とし、位置検出手段１１１または同期運転手段１１２のいずれの信号を取込むかを選択し、出力する。また、停止時から起動時には、位置決め手段１１４から決定されるモータ１０５への印加パターンであるか、強制同期運転手段１１５による起動であるかを、起動タイミング決定手段１１７の出力により決定する。そして、強制同期運転手段１１５から位置検出手段１１１または同期運転手段１１２への取込み信号の切換えは、周期測定手段１１３により検出された運転周波数により決定する。

制御手段１１９は、切換手段１１８の出力を入力とし、インバータ１０４の６個のＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦを制御するものである。

以上のように構成されたブラシレスＤＣモータの駆動装置について、その動作を説明する。

まず、位置決め手段１１４は、運転信号（運転開始信号）が入力されることにより位置決めパターンを出力する。この位置決めパターンが入力されることで、モータ１０５の回転子が期待する位置に移動する。

位置決め手段１１４は、モータ１０５の回転子の位置を実際には検出することなく、所定時間が経過したことによってモータ１０５の回転子が移動したと判断し、位置決め完了信号を出力する。

前記位置決め完了信号を受け取った起動タイミング決定手段１１７は、起動タイミングの判定を開始する。

この状態において、交流電源１０１は整流回路１０２で全波整流されるが、小容量のコンデンサ１０３が従来に比べて非常に小容量であるため、その出力電圧（小容量コンデンサ１０３の両端の電圧）は平滑されず、大きなリプルを持ったものとなる。

また、起動の際に必要な印加電圧は、モータ１０５とシステムの負荷特性によって予め決定されるから、直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧が低下した状態では必要な電圧が得られず、滑らかな起動を行うことができない。すなわち、かかる電圧状況下での起動は、振動の発生が伴い、最悪の場合では、脱調してしまうため、電圧検出手段１１６の電圧によって起動のタイミングを決定する必要がある。

前記起動のタイミング決定に際し、電圧検出手段１１６により検出された直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧が上昇中であるタイミングで起動許可信号を出力した場合は、必要な電圧に上昇した時点で回転が始まる。かかる制御の場合は、モータ１０５（回転子）の位置に対して電圧の位相が進んだ状態になるが、進み位相であるので大きな振動が伴うことなく起動することができる。また、電圧の上昇中であるので起動に必要な時間を長く確保することができる。

上述の如く、電圧検出手段１１６により検出された直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧が、起動に必要な予め定められた電圧である場合に起動許可信号を出力した場合は、強制同期運転の開始時に確実に回転することができる。

換言すると、電圧検出手段１１６により検出された最新（現時点）の直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧が、起動に必要な予め設定した電圧（設定電圧）以上であって、電圧検出手段１１６により検出された最新の一つ前の時点における直流母線間の電圧が設定電圧以下にある間が、前記起動に必要な電圧を確実に印加することができる最長期間となる。

したがって、本実施の形態１においては、起動タイミング決定手段１１７が、十分なサンプリング間隔であるとしてこの方式で起動タイミングを決定し、強制同期運転許可信号を出力する。

強制同期運転許可信号を受け取った強制同期運転手段１１５は、モータ１０５へ印加しようとする電圧パターンを出力し、切換手段１１８は位置決め手段１１４の信号から強制同期運転手段１１５の信号へと切換え、制御手段１１９へ出力する。

ここで、通常の整流回路から出力される直流母線間の電圧が大きな容量のコンデンサによって平滑された状態では、強制同期運転手段１１５によりモータ１０５を所定の回転数で所定の時間以上駆動することで、位置検出手段１１１によりモータ１０５の安定した位置情報と回転が得られる。

しかし、かかる場合において、位置検出手段１１１の位置情報を元にした運転への切換え直後に整流回路１０２から所定値以上の電圧が出力されない場合は、位置情報の要件である電圧あるいは電流値が判断できるレベルにないため、位置情報を正確に検出することが困難となる。

したがって、本実施の形態１においては、位置検出手段１１１の位置情報を基にした運転への切換え直後において、モータ１０５の位置を正確に検出するために、位置検出手段１１１の位置情報を基にした運転への切換えを、整流回路１０２から出力される直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧が正確に位置検出を行うための予め設定された電圧値以上であるときとしたものである。

これにより位置検出手段１１１の位置情報を基にした運転への切換え時でも安定して運転することが可能となるので、起動タイミング決定手段１１７は、位置検出手段１１１の位置情報を基にした運転許可信号を出力し、切換手段１１８は、強制同期運転手段１１５の信号に基づく同期運転から位置検出手段１１１の位置情報を基にした運転へと切換え、制御手段１１９へ出力する。

ここで、平滑用に用いた小容量のコンデンサ１０３で運転する方法として、本実施の形態１においては、直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧によって位置検出手段１１１による運転と同期運転手段１１２による運転を切換える運転制御としているが、小容量のコンデンサ１０３を運転する手段であればどのような運転方法でも構わない。

次に、小容量のコンデンサ１０３を用いた運転動作を説明する。

位置検出手段１１１は、誘起電圧またはモータ電流からモータ１０５の回転子の回転位置を検出するものであるから、整流回路１０２の出力電圧が低い時は、所望の電圧（電圧値）または電流（電流値）が十分に確保できないため、その位置検出は不可能となる。

一方同期運転手段１１２は、位置検出手段１１１の位置検出のタイミングと常に一致するようにしており、かつ周期測定手段１１３で測定した周期を基に切換え時間を設定しているために、位置検出信号と全く同一のタイミングで動作している。したがって、前述の位置検出信号が入力されなかった場合、切換手段１１８は同期運転手段１１２による運転に切換えるため、前のタイミングと同一のタイミングで運転するように駆動することができる。

電圧検出手段１１６で検出した小容量のコンデンサ１０３における両端の電圧が、予め設定された所定値（本実施の形態１では５０Ｖとする）より高ければ切換手段１１８が位置検出手段１１１の信号を選択・切換えし、制御手段１１９に出力する。逆に所定値より低ければ切換手段１１８は同期運転手段１１２の信号を選択・切換えし、制御手段１１９に出力する。

ここで、図示ならびに説明を省略しているが、本実施の形態１においては、小容量のコンデンサ１０３の両端電圧が変化するのを電圧検出手段１１６で検出し、出力のＰＷＭ制御のデューティにフィードフォワード制御を行い、インバータ１０４の出力の電圧または電流を一定にするように制御を行うようにしている。

すなわち、速度制御で得られた基底デューティに対し、小容量のコンデンサ１０３の両端電圧が高い場合はデューティを低くし、逆に低い場合はデューティを高くすることによって、出力の電圧または電流を調整し、ブラシレスＤＣモータを滑らかに駆動する制御を行っている。

次に、小容量のコンデンサ１０３における両端の電圧波形について、図２および図１を用いて説明する。図２は本実施の形態１における直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧波形を示すタイミング図で、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示す。また交流電源１０１は、１００［Ｖ］で５０［Ｈｚ］の交流電源の場合である。

波形Ａは、非常に負荷電流が小さい（ほとんど電流は流れていない）時の状態で、コンデンサ１０３の充電電荷がほとんど使われず、電圧の低下はほとんどない。ただし、ここでいう負荷電流は、整流回路１０２の出力電流、すなわちインバータ１０５への入力電流と定義する。

かかる場合は、整流後の電圧の最大値が１４１［Ｖ］、最小値も１４１［Ｖ］と電圧差はほぼ０である。ここで、電圧の低下の割合を表す概念として、単相交流電源１０１の半周期の電圧低下率を次式の通り定義するものとする。

電圧低下率％＝（瞬時最高電圧［Ｖ］−瞬時最低電圧［Ｖ］）÷瞬時最高電圧［Ｖ］ …（式１）
次に、負荷電流が徐々に大きくなると、コンデンサ１０３の充電電荷が使われ、波形Ｂに示すように瞬時に最低電圧が低下する。ただし、電源電圧から決まる瞬時最高電圧は１４１［Ｖ］で変わらない。この波形Ｂに示す場合、瞬時最低電圧は４０［Ｖ］であるので、電圧低下率は、上記（式１）からの計算式により
（１４１−４０）÷１４１≒０．７２
で、約７２％となる。

さらに負荷電流が大きくなると、小容量のコンデンサ１０３にはほとんど充電電荷が蓄えられず、波形Ｃに示すように瞬時最低電圧がほとんど０［Ｖ］まで低下する。ただし、この場合も電源電圧から決まる瞬時最高電圧は１４１［Ｖ］で変わらない。

したがって、波形Ｃに示す場合、瞬時最低電圧は０［Ｖ］であるので、電圧低下率は上記式１に基づいて計算し、１００％となる。

このように、小容量のコンデンサ１０３が小容量の場合、負荷電流を取り出すとほとんど平滑されずに入力の交流電源１０１を全波整流した波形となる。

次に、負荷電流と瞬時最低電圧、電圧低下率との関係について、図３を用いてさらに詳しく説明する。

図３は、本実施の形態１における負荷電流と瞬時最低電圧・電圧低下率を示す特性図で、横軸は負荷電流を、縦軸は瞬時最低電圧と電圧低下率をそれぞれ示す。また、実線は瞬時最低電圧の特性を、破線は電圧低下率の特性をそれぞれ示す。

同図に示す如く、図２において説明を行った波形Ａに示す電流波形の時は、負荷電流が０［Ａ］であり、瞬時最低電圧１４１［Ｖ］、電圧低下率０％である。また波形Ｂに示す電流波形の時は負荷電流０．２５［Ａ］であり、瞬時最低電圧４０［Ｖ］、電圧低下率７２％である。またＣに示す電流波形の時は負荷電流０．３５［Ａ］であり、瞬時最低電圧０［Ｖ］、電圧低下率１００％である。さらに、０．３５［Ａ］以上の電流においては、瞬時最低電圧、電圧低下率ともに変化はしない。

本実施の形態１におけるモータの駆動装置においては、実使用範囲を、負荷電流０．２５［Ａ］以上１．３［Ａ］以下の範囲であるものとする。したがって、実使用範囲においては、電圧低下率は７０％以上であるような小容量のコンデンサ１０３を選定している。

また、本実施の形態１においては、前述したように５０［Ｖ］を境に切換手段１１８が同期運転手段１１２による運転と、位置検出手段１１１による運転に切換わる動作を行う制御であるため、５０［Ｖ］以下において位置検出ができない状態であり、その結果、実使用範囲のいずれにおいても位置検出が不可能な部分が含まれることとなる。

次に、図１における動作を更に詳しく図４、図５、図６および図７を用いて説明する。図４は、本実施の形態１のモータの起動装置における位置決め手段の動作を示す流れ図である。図５は、本実施の形態１のモータの起動装置における起動タイミング決定手段の動きを示す流れ図である。図６は、本実施の形態１のモータの起動装置における位置決めから通常運転までの動きを示す流れ図である。図７は、本実施の形態１のモータの起動装置における通常運転時の動きを示す流れ図である。

まず、位置決め手段１１４動作について図４を用いて説明する。

図４のＳＴＥＰ１０１において、まずモータ１０５を動作させる必要があるかどうかを判断するために、位置決め手段１１４に運転指令が入力されたかどうかを判定する。運転する必要があればＳＴＥＰ１０２に移行し、なければ再びＳＴＥＰ１０１に戻る。

次に、ＳＴＥＰ１０２では、運転する必要があると判断されたことにより、モータ１０５の回転子の位置を期待する位置に移動させるため、予め決められた２相に対して電圧を印加するパターンＡの出力を行い、ＳＴＥＰ１０３に移行する。

そして、ＳＴＥＰ１０３においてパターンＡの出力を一定時間維持するために時間経過を待つ。時間が経過すればＳＴＥＰ１０４に遷移し、時間が経過していない間は再びＳＴＥＰ１０２に移行し、パターンＡの出力を継続する。パターンＡの出力を一定時間継続、維持することで、モータ１０５の回転子を期待する位置まで移動させる。

次に、ＳＴＥＰ１０４では、パターンＡの出力がＳＴＥＰ１０３で定めた所定の時間を経過し、モータ１０５の回転子を所定の位置まで移動させることができたので、次に予め決められた１相に対して電圧を印加するパターンＢの出力を行い、ＳＴＥＰ１０５に移行する。

そして、ＳＴＥＰ１０５においてパターンＢの出力を一定時間維持するために時間経過を待つ。時間が経過すればＳＴＥＰ１０６に移行し、時間が経過していない間は再びＳＴＥＰ１０４に戻り、パターンＢの出力を継続する。パターンＢの出力を一定時間継続、維持することで、モータ１０５の回転子を最終的に期待する位置にまで移動させることができる。

そして、最後に位置決めが完了したことを示すために、ＳＴＥＰ１０６で位置決め完了信号を出力し、フローを抜ける。

ここで、前記回転子の位置決めに際し、モータ１０５の回転子を２回（複数回）移動させる理由は、モータ１０５は、位置検出を行うセンサを具備しないセンサレスモータであり、モータ１０５の回転子の位置を直接検出していないためである。したがって、１回の移動ではモータ１０５の回転子が１８０度反転した状態になる可能性があり、複数回移動させることによって、前述した回転子の１８０度反転の可能性を低くするためである。

上述の位置決め動作により、モータ１０５を所定の位置に移動させる位置決めができ、強制同期運転で滑らかに起動することができる。

次に、位置決めが完了後の起動タイミング決定手段１１７の動作について図５を用いて説明する。

まず、ＳＴＥＰ２０１において、図４のＳＴＥＰ１０６で出力される位置決め完了信号が出力されているかどうかを判定する。位置決め完了信号が出力されていれば、ＳＴＥＰ２０２に移行する。また出力されていなければ、ＳＴＥＰ２０３に移行する。

次に、ＳＴＥＰ２０２ではモータ１０５を起動する可能性がある状態で、印加するべき電圧の印加できる時間を最長にするため、強制同期運転に必要な電圧が印加できるかどうかを調べる。具体的には、電圧検出手段１１６により検出された電圧が、予め強制同期運転に必要なトルクとモータ１０５の特性から算出しておいた強制同期必要電圧よりも大きいかどうかを比較する。

すなわち、強制同期必要電圧より今回検出した電圧の方が大きければＳＴＥＰ２０４に移行し、前回検出された電圧より今回検出された電圧のほうが小さければ、ＳＴＥＰ２０４へ移行できる条件を検出するまで繰り返し前記電圧の検出を行う。

そして、ＳＴＥＰ２０２で電圧が強制同期必要電圧以上であると判定されるとＳＴＥＰ２０４へ移行する。このＳＴＥＰ２０４では、電圧検出手段１１６で前回検出された電圧が、強制同期運転手段１１５が最初に印加しようとする電圧以下かどうかを判定する。

その結果、前回検出された電圧のほうが小さければ、強制同期運転手段１１５が最初に印加しようとする電圧を連続的に最長で印加することができるため、ＳＴＥＰ２０５に移行し、起動許可信号を出力し、ＳＴＥＰ２０６に移行する。

一方、前回検出された電圧のほうが大きければ、強制同期運転手段１１５が最初に印加しようとする電圧を連続的に最長で印加できないため、ＳＴＥＰ２０２へ戻り、繰り返し所定電圧の検出を行う。

そして、ＳＴＥＰ２０５からＳＴＥＰ２０６へ移行し、強制同期運転を行っている経過時間をカウントするタイマをクリアすると、ＳＴＥＰ２０７へ移行する。

ＳＴＥＰ２０７では位置決め完了信号をクリアし、再びＳＴＥＰ２０１に戻る。

上述の一連の制御処理によって、印加すべき起動時の電圧を、連続して最長となるように確保した時間にわたって印加することができ、モータ１０５の起動が可能となる。

ここで、モータ１０５の加速中に電圧が不足することがあっても、圧縮機１０７のイナーシャの影響により、速度はそれほど低下せず、安定した運転となる。また、多少の速度低下により、強制同期運転手段１１５の出力パターンよりモータ１０５が遅れたとしても、前記印加電圧は、モータ１０５の位相角に対して進んだ状態であるため、トルクを得ることができ、脱調等を生じて停止することはない。また、圧縮機１０７がレシプロ型であり、圧縮している冷媒がＲ６００ａであるため、特にイナーシャが大きく電圧低下時であっても特に速度が低下しにくく、安定した起動、加速が行える。

一方、ＳＴＥＰ２０１において、位置決め完了信号が確認できなかった場合は、ＳＴＥＰ２０３に移行する。また、前述のＳＴＥＰ２０７から戻ってきた場合も、ＳＴＥＰ２０７で位置決め完了信号がクリアされているため、このＳＴＥＰ２０３に移行する。

ＳＴＥＰ２０３では、強制同期運転許可信号があるかどうかの判定を行う。したがって、前述のＳＴＥＰ２０７を経てきた場合は、ＳＴＥＰ２０５で強制同期運転許可信号を出力しているため、ＳＴＥＰ２０８に移行する。また、強制同期運転許可信号がない場合は、ＳＴＥＰ２０１に移行する。

強制同期運転が許可された状態のＳＴＥＰ２０８では、強制同期運転の経過時間を測定するためのタイマをスタートさせ、ＳＴＥＰ２０９に移行する。

次の、ＳＴＥＰ２０９では、強制同期運転がスタートして十分な速度が得られる時間が経過したかをタイマの値で判定する。この時間は、モータ１０５がどのような負荷を駆動するかによって予め設定している。

前記強制同期運転経過タイマの値が所定の値以上であれば、すなわち所定時間が経過すればＳＴＥＰ２１０に移行し、所定時間が経過していなければ所定時間が経過するまでＳＴＥＰ２０９を繰り返す。

強制同期運転が所定時間以上経過すると、ＳＴＥＰ２１０へ移行し、ここで整流回路１０２から出力される直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧を電圧検出手段１１６で検出する。すなわち、電圧検出手段１１６が検出した値が、位置検出手段１１１によってモータ１０５の推定位置が検出可能な電圧値以上かどうかを判定する。

前記推定位置が検出可能な電圧値は、モータ１０５の特性に応じて予め設定されているもので、位置検出が可能な電圧以上であれば、ＳＴＥＰ２１１へ移行し、検出電圧値が設定値未満であればＳＴＥＰ２１０を繰り返す。

そして、ＳＴＥＰ２１０を経て位置検出手段１１１による位置検出が可能な状態となると、ＳＴＥＰ２１１でＳＴＥＰ２１０の条件を満たした電圧値の判定が行われる。

すなわち、電圧検出手段１１６によって検出された今回の整流回路１０２から出力された直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧が、前回検出した値、すなわち、位置検出手段１１１によってモータ１０５の推定位置が検出可能な電圧値以下であるかどうかを判定する。前回の検出電圧が、今回検出した位置検出可能な所定の電圧値以下であれば、ＳＴＥＰ２１２に移行し、前回の検出電圧が、今回検出した前記電圧値よりも高ければＳＴＥＰ２１０に再び移行する。

そして、ＳＴＥＰ２１１の条件を満足すると、ＳＴＥＰ２１２では、モータ１０５の位置を検出することが可能な電圧を、起動直後に連続して最長の時間印加することができる状態にあり、このとき位置検出信号による運転許可信号を出力し、ＳＴＥＰ２１３に移行する。

ＳＴＥＰ２１３では、強制同期運転許可信号をクリアし、フローを抜ける。

次に図６を参照しながら位置決めから強制同期運転、強制同期運転から通常運転を行う際の切換手段１１８における動作の流れについて説明する。

まず、ＳＴＥＰ３０１において、モータ１０５が駆動しているかどうかを判定するために、周期測定手段１１３によって測定された運転周波数が０であるかどうかを判定する。運転周波数が０であればＳＴＥＰ３０２へ移行し、そうでなければＳＴＥＰ３０５に移行する。

かかる場合において、通常始めはモータ１０５が停止している状態であるので、ＳＴＥＰ３０２に移行する。

そして、ＳＴＥＰ３０２では起動タイミング決定手段１１７から出力される起動許可信号があるかどうかを判定する。前記起動許可信号が無いということは、位置決めを継続しなければならないということになり、ＳＴＥＰ３０３の位置決めパターンを出力に移行する。

一方、ＳＴＥＰ３０２で起動許可信号が出力された場合は、強制同期運転手段１１５による出力パターンで運転することとなるので、ＳＴＥＰ３０４の強制同期運転パターン出力に移行することとなる。

上述の如くＳＴＥＰ３０２の判定結果に基づき、ＳＴＥＰ３０３またはＳＴＥＰ３０４へ移行し、移行したいずれかのＳＴＥＰに設定されたパターンを制御手段１１９に出力し、フローを抜ける。

ここで、ＳＴＥＰ３０４において強制同期運転パターンが出力されると、正確では無いものの運転周波数が０でなくなるため、処理が再びＳＴＥＰ３０１へ戻ると、次のＳＴＥＰ３０１ではＳＴＥＰ３０５に移行することとなる。

ＳＴＥＰ３０５では、モータ１０５が回転中である状態で、強制同期運転を継続するか通常運転処理を行うかの判定を行う。このとき、強制同期運転がまだ十分に行われていない、もしくは位置検出が可能な電圧が得られていない状態のときである位置検出による運転許可信号がない場合は、ＳＴＥＰ３０６に移行し、強制同期運転を継続する。

また、ＳＴＥＰ３０７において、位置検出信号による運転許可信号がある場合は、ＳＴＥＰ３０７へ移行し、通常運転に切換える処理を行う。

このように、ＳＴＥＰ３０５の判定結果に基づき、ＳＴＥＰ３０６またはＳＴＥＰ３０７へ移行し、移行したＳＴＥＰに設定された強制同期運転パターン出力または通常運転処理の呼び出しを行ってフローを抜ける。

図６のフローは、定期的に繰り返し実行され、図５のフローとは並列に処理されるものである。これにより、ＳＴＥＰ３０４に移行したときは、強制同期運転に必要な電圧が確保された状態となり、位置決め後に初めてＳＴＥＰ３０７の通常運転処理に移行したときは、位置検出を行うのに必要な電圧が確保された状態となる。

次に、図７を用いて、通常運転時の位置検出手段１１１による運転と、同期運転手段１１２による運転の切換えについて説明する。ここで、位置検出ができなくなる電圧の所定値を説明の便宜上５０［Ｖ］とする。

まずＳＴＥＰ４０１において、電圧検出手段１１６で直流電圧Ｖｄｃを検出する。ここでいう直流電圧Ｖｄｃは直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧である。

次にＳＴＥＰ４０２において、位置検出ができなくなる電圧の所定値５０［Ｖ］と比較し、５０［Ｖ］未満であれば、ＳＴＥＰ４０３に進む。

ＳＴＥＰ４０３においては、切換手段１１８が同期運転手段１１２を選択し、切換え動作を行う。

同期運転手段１１２による運転が選択されると、ＳＴＥＰ４０４に示すように、位置検出信号が前の変化から一定時間経過したかどうかを判断する。この一定時間は、周期測定手段１１３によりあらかじめ決められた時間であり、回転数によりその時間は変化するものである。

ＳＴＥＰ４０４において、一定時間が経過していなければ、そのまま通過・完了し、一定時間が通過していれば、ＳＴＥＰ４０５に進み、転流すなわち、位置検出を行ったものとしてインバータ１０４のスイッチング素子を制御手段１１９で切換える動作を行う。

また、ＳＴＥＰ４０２において、位置検出ができなくなる電圧の所定値５０［Ｖ］と比較し、５０［Ｖ］以上であれば、ＳＴＥＰ４０６に進む。

ＳＴＥＰ４０６において、切換手段１１８は位置検出手段１１４を選択し、切換え動作を行う。

位置検出手段１１４が選択されると、ＳＴＥＰ４０７に示すように、位置検出信号が前の状態から変化したかどうかを判断する。

ＳＴＥＰ４０７で状態が変化していなければ、そのまま通過・完了し、状態が変化していれば、ＳＴＥＰ４０８に進み、転流すなわち位置検出を行ったものとしてインバータ１０４のスイッチング素子を制御手段１１９で切換える動作を行うと同時に、ＳＴＥＰ４０９で同期運転手段１１２のタイミングをイニシャライズして合わせる。これにより少しの誤差が蓄積されて大きな誤差になることを防ぎ、安定した運転を実現することができる。

これらの動作を一定時間内に繰り返すことにより、常に電圧検出手段１１６で直流電圧の状態を検出し、その状態によって位置検出手段１１４と同期運転手段１１２との信号を切換手段１１８で切換えることができる。その結果、直流電圧の低い位置検出ができない状態においても転流動作を行うことができ、運転を継続することができる。

以上説明した動作を行った場合の電圧、電流それぞれの波形について、さらに図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態１のモータの起動装置における各部の波形を示すタイミング図である。

図８において、（Ａ）は直流電圧であり、直流母線Ｘ、Ｙ間に接続された小容量のコンデンサ１０３における両端の電圧である。（Ｂ）は電圧検出であり、電圧検出手段１１６の出力である。電圧検出手段１１６では、（Ａ）の直流電圧を所定電圧（本実施の形態１では５０［Ｖ］）と比較した結果を出力し、５０［Ｖ］以上であればＨｉｇｈレベルを、５０［Ｖ］未満であればＬｏｗレベルの信号を出力する。ここで、図８の時間Ｔ６と時間Ｔ７の間は、直流電圧が５０［Ｖ］以下である場合を示す。（Ｃ）は位置検出であり、位置検出手段１１４の出力を示す。直流電圧が５０［Ｖ］以上の時は位置検出が可能で、図８の時間Ｔ１〜Ｔ５、Ｔ８〜Ｔ１２の区間では位置検出を正常な状態で行うことができることを示している。

一方、図８の時間Ｔ６と時間Ｔ７の間では、直流電圧が５０［Ｖ］未満であるので、位置検出手段１１４からの位置検出信号が正常に出力されず、図示したようにタイミングのずれた位置検出信号が得られる。この信号のまま転流を行うと誤動作を引き起こし、過電流が流れてシステムが停止する可能性が高い状態にある。

また、（Ｄ）は位置推定信号（同期信号）であり、同期運転手段１１２の出力を示す。同期信号における周期は、周期測定手段１１３で測定されたものであり、かつ位置検出手段１１４の転流タイミングで同期させているのでほぼ位置検出信号と同等の信号となり、かつ直流電圧の影響を受けない信号となる。

そこで時間Ｔ６と時間Ｔ７の間においては、切換手段１１８で同期運転手段１１２の信号に切換えることにより安定した運転信号が得られることとなる。

また、（Ｅ）は切換出力であり、切換手段１１８の出力の信号を示すものであるが、図示したように位置推定信号と略同期状態にある安定した信号が得られる。

以上のように、切換手段１１８は、時間Ｔ１〜Ｔ５および時間Ｔ８〜Ｔ１２においては位置検出手段１１４の出力を選択して出力し、また時間Ｔ６と時間Ｔ７の間においては同期運転手段１１２の出力を選択して出力する。

そして、切換手段１１８の出力は、制御手段１１９に入力され、制御手段１１９ではインバータ１０４の６個のスイッチング素子を、図８の（Ｆ）〜（Ｋ）に示すようにＯＮ／ＯＦＦさせる。図８においてはＨｉｇｈレベルがＯＮ、ＬｏｗレベルがＯＦＦ状態を示している。

インバータ１０４の出力電圧波形の一例として、図８（Ｌ）にＵ相電圧を示す。出力の最大電圧は直流電圧により規制され、破線で示すＵ相電圧の包絡線は、同図（Ａ）の直流電圧の波形に一致する。残るＶ相、Ｗ相についても同様の波形が所定の位相で形成されるものである。

前述した通り、直流電圧の電圧レベルにより、ＰＷＭ制御のデューティを変更しているので、図８（Ｋ）の転流Ｗに示すとおり、電圧の低いところ（例えば時間Ｔ５〜Ｔ６間）ではデューティを高くし、電圧の高いところ（例えば時間Ｔ１１〜Ｔ１２間）ではデューティを低くしている。これにより電圧変動による電流の不安定を未然に防止することができる。

以上のように、本実施の形態１においては、交流電源１０１と、交流電源１０１から出力される交流を直流に整流する整流回路１０２と、整流回路１０２より得られる直流を交流に変換するインバータ１０４と、インバータ１０４から得られる交流を入力とするモータ１０５と、インバータ１０４の直流母線Ｘ、Ｙ間に接続される小容量のコンデンサ１０３と、直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧を検出する電圧検出手段１１６と、電圧検出手段１１６により検出された直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧によってモータ１０５を起動するタイミングを決定する起動タイミング決定手段１１７と、電圧検出手段１１６により検出されたインバータ１０４の直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧と起動タイミング決定手段１１７で決定されたタイミングにより、インバータ１０４からモータ１０５へ印加される電圧を制御する制御手段１１９を備えたことにより、予め定められた起動のための電圧を、所定のタイミングで印加し、モータ１０５を起動するものである。その結果、平滑用のコンデンサ１０３の容量が極めて小さく、直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧に大きな脈動が有る場合であっても、振動を抑え、脱調することを抑止し、安定した起動を行うことができる。

また、本実施の形態１では、起動タイミング決定手段１１７が、直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧が上昇中であるときにモータ１０５を起動するタイミングとするため、予め決められた起動のための印加電圧を印加する時間が長く得られることとなり、より安定した起動を行うことができる。

また、本実施の形態１では、起動タイミング決定手段１１７により、モータ１０５を起動するタイミングを、インバータ１０４の直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧があらかじめ設定された電圧値以上であるときとしたことにより、モータ１０５を起動するタイミングは、必ずモータ１０５を起動するために予め決められた印加電圧を印加することとなり、その結果、電圧検出段１１６による電圧の検出間隔が長く、電圧の上昇下降を検出できないような場合でも、確実に安定した起動を行うことができる。

また、本実施の形態１は、モータ１０５を起動するためのタイミングを、インバータ１０４の直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧を検出した最新の結果が前記予め設定した電圧以上であり、また、その最新結果の一つ前の結果が予め設定した電圧以下の場合とすることにより、モータ１０５を起動するタイミングは、必ず予め設定された電圧が印加され、また電圧が印加できる時間が最長状態にある環境となり、起動直後に極めて安定した回転が得られる。

さらに、本実施の形態１は、モータ１０５に所定の速度で回転するよう電圧を印加する強制同期運転手段１１５による運転を開始するタイミングを、予め設定した電圧が強制同期運転に最低限必要な電圧以上としたことにより、強制同期運転でモータ１０５を回転させるのに必要な電圧を、強制同期開始直後に確保することができ、確実に強制同期運転を開始することができる。

また、本実施の形態１は、モータ１０５のセンサレス運転（位置を位置検出手段１１１で推定しながら行う運転）を開始するタイミングを、位置検出手段１１１でモータ１０５の位置を推定するために最低限必要な電圧が得られる範囲としたことにより、センサレス運転を開始したときに、モータ１０５の位置を推定することができ、確実にセンサレス運転を開始することができる。

さらに、本実施の形態１は、電圧検出手段１１６が検出する直流母線Ｘ、Ｙ間の電圧が実使用の範囲で電圧低下率を０．７以上としたことにより、電圧検出手段１１６により検出された電圧がほぼ０Ｖまで低下するような小容量のコンデンサ１０３により駆動することができ、その結果、非常に小型のモータの起動装置を実現することができる。

また、本実施の形態１では、モータ１０５を、圧縮機１０７の駆動用としたことにより、位置検出センサを取付けることが困難な用途でのモータ駆動が実現でき、大幅な起動装置の小型化を実現することができる。

さらに、本実施の形態１では、圧縮機１０７をレシプロ型圧縮機としたもので、レシプロ型圧縮機は、イナーシャが大きく、起動し加速中の印加電圧が不足する事態が生じても回転が大きく落ち込まないため、より安定した起動および加速を行うことができる。

また、本実施の形態１では、圧縮機１０７が凝縮器１０８、減圧器１０９、蒸発器１１０等とともに冷凍空調システムを構成するもので、前記小容量コンデンサで実現することで小型のモータの起動装置を提供することができる。したがって、これまで考えられていた以上の小型のシステムが実現でき、例えば、冷蔵庫に適用した場合、食品収納容積を大きく確保できる冷蔵庫が得られる。

また、本実施の形態１では、圧縮機１０７が圧縮する冷媒ガスをＲ６００ａとしたこにより、冷凍能力の低下を補うことができ、これに起因して圧縮機１０７の気筒容積を大きくすることとなり、より大きなイナーシャを持つ圧縮機が構成される。その結果、より安定した起動および加速を行うことができ、Ｒ６００ａを冷媒ガスとする安価な圧縮機を提供することができる。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２におけるモータの起動装置を備えた電気洗濯機の電気回路構成を示すブロック図である。ここで、モータの駆動装置については、先の実施の形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図９において、電気洗濯機２０１は、洗濯機外枠２０２を有し、この洗濯機外枠２０２内には外槽２０３が吊り棒２０４により吊り下げられている。外槽２０３内には、回転自在に洗濯兼脱水槽２０５が配設されている。

洗濯兼脱水槽２０５の底部には、攪拌翼２０６が回転自在に取付けられている。洗濯兼脱水槽２０５および攪拌翼２０６は、洗濯機構を構成する主要素である。

洗濯機外枠２０２内の外槽２０３下側のスペースには、洗濯兼脱水槽２０５及び攪拌翼２０６を回転させるモータ１０５が配置されている。また、洗濯機外枠２０２には、単相交流電源１０１、整流回路１０２、インバータ１０４、先の実施の形態１で説明した小容量のコンデンサ１０３、位置検出手段１１１、同期運転手段１１２、周期測定手段１１３、位置決め手段１１４、強制同期運転手段１１５、電圧検出手段１１６、起動タイミング決定手段１１７、切換手段１１８、制御手段１１９が、先の実施の形態１と同様の機能を果たすべく、接続構成されている。

上記電気洗濯機２０１において、位置決め手段１１４には、電気洗濯機２０１の動作を制御するマイクロコンピュータ（図示せず）から、ユーザの操作（選択設定された洗濯モード）に応じた指令回転数を示す指令信号が入力される。

次に、実施の形態２の電気洗濯機２０１における動作について説明する。ここで、前記各回路、各手段の動作内容は、先の実施の形態１と同様であるため、電気洗濯機としての動作内容を中心に説明する。

上記電気洗濯機２０１において、ユーザが所定の操作を行うと、前記マイクロコンピュータから位置決め手段１１４に前述の指令信号（運転信号）が入力され、電圧検出手段１１６で検出された電圧により、起動タイミング決定手段１１７がモータ１０５の起動タイミングを決定し、モータ１０５が起動する。

これにより、モータ１０５が駆動されて、攪拌翼２０６あるいは洗濯兼脱水槽２０５が回転し、洗濯兼脱水槽２０５内にある衣服等の洗濯や脱水が行われる。

したがって、電気洗濯機２０１では、前記ユーザの操作に応じた内容で動作し、洗濯物の量や汚れに応じた適切な動作が実行される。

以上のように、本実施の形態２では、モータ１０５が電気洗濯機２０１を起動する構成において、小型化したモータの起動装置を搭載できるため、従来の電気洗濯機と同じ外形寸法で洗濯兼脱水槽の大容量化が達成できる。

（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３におけるモータの起動装置を備えた電気乾燥機の電気回路構成を示すブロック図である。ここで、モータの駆動装置については、先の実施の形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１０において、電気乾燥機３０１は、乾燥機外枠３０２を有し、この乾燥機外枠３０２内には、ドラム３０３が回転可能に設けられており、このドラム３０３の回転により、内部に収容された被乾燥物を攪拌乾燥する。ドラム３０３は、電気乾燥機の攪拌機構を構成する主要部であり、このドラム３０３にはモータ１０５の回転軸が連結されており、モータ１０５によって回転駆動される。

そして、乾燥機外枠３０２の内部には、モータ１０５を起動、駆動するための、整流回路１０２、インバータ１０４、先の実施の形態１で説明した小容量のコンデンサ１０３、位置検出手段１１１、同期運転手段１１２、周期測定手段１１３、位置決め手段１１４、強制同期運転手段１１５、電圧検出手段１１６、起動タイミング決定手段１１７、切換手段１１８、制御手段１１９と、乾燥機外枠３０２の外部に単相交流電源１０１が、実施の形態１と同様の機能を果たすべく、接続構成されている。

ここで、位置決め手段１１４には、電気乾燥機３０１の動作を制御するマイクロコンピュータ（図示せず）から、ユーザの操作（選択設定された乾燥モード）に応じた指令回転数を示す指令信号が入力される。

次に、実施の形態３の電気乾燥機３０１における動作について説明する。ここで、前記各回路、各手段の動作内容は、先の実施の形態１、２と同様であるため、電気乾燥機としての動作内容を中心に説明する。

上記電気乾燥機３０１において、ユーザが所定の操作を行うと、マイクロコンピュータから位置決め手段１１４に運転信号が入力され、電圧検出手段１１６で検出された電圧により、起動タイミング決定手段１１７がモータ１０５の起動タイミングを決定し、モータ１０５が起動する。

その結果、乾燥用ヒータ（図示せず）に通電され、モータ１０５が駆動される。その結果、ドラム３０３が回転して、ドラム３０３内の衣服等が乾燥される。

したがって、本実施の形態３の電気乾燥機３０１においては、前記ユーザの操作に応じた内容で動作し、乾燥物の量や汚れに応じた適切な乾燥動作が実行される。

以上のように、本実施の形態３では、モータ１０５が電機乾燥機３０１を起動する構成において、小型化したモータの起動装置を搭載できるため、従来の電気乾燥機と同じ外形寸法でドラムの大容量化が達成できる。

（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４におけるモータの起動装置を備えた送風機の電気回路構成を示すブロック図である。ここで、モータの駆動装置については、先の実施の形態１あるいは２、３と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１１において、送風機４０１は、送風機構を構成するファン４０２と、このファン４０２を回転駆動するモータ１０５と、このモータ１０５を起動および駆動するための、整流回路１０２、インバータ１０４、先の実施の形態１で説明した小容量のコンデンサ１０３、位置検出手段１１１、同期運転手段１１２、周期測定手段１１３、位置決め手段１１４、強制同期運転手段１１５、電圧検出手段１１６、起動タイミング決定手段１１７、切換手段１１８、制御手段１１９を具備した構成となっている。そして、送風機４０１は、単相交流電源１０１と接続され、単相交流電圧が印加されるよう構成されている。

ここで、送風機４０１の内部に配置されているモータ１０５、整流回路１０２、インバータ１０４、小容量のコンデンサ１０３、位置検出手段１１１、同期運転手段１１２、周期測定手段１１３、位置決め手段１１４、強制同期運転手段１１５、電圧検出手段１１６、起動タイミング決定手段１１７、切換手段１１８、制御手段１１９、そして単相交流電源１０１は、先の実施の形態１と同様の機能、構成を有するものである。

そして、上記送風機４０１において、位置決め手段１１４には、送風機４０１の動作を制御するマイクロコンピュータ（図示せず）からユーザの操作（選択設定された送風モード）に応じた指令回転数を示す運転信号が入力される。

次に、実施の形態４の送風機４０１における動作について説明する。ここで、前記各回路、各手段の動作内容は、先の実施の形態１と同様であるため、送風機としての動作内容を中心に説明する。

上記送風機４０１において、ユーザが所定の操作を行うと、マイクロコンピュータから位置決め手段１１４に運転信号が入力され、電圧検出手段１１６により検出された電圧により、起動タイミング決定手段１１７がモータ１０５の起動タイミングを決定し、モータ１０５が起動する。

これにより、モータ１０５が駆動されて、ファン４０２が回転し、送風が行われる。その結果、送風機４０１では、所定の送風量と風の強さでの送風が行われる。もちろん、モータ１０５の回転数を調整することにより、風量の調整を行うことができるものである。

以上のように、本実施の形態４においても、小型化したモータの起動装置を搭載できるため、従来の送風機に比べて小型化および軽量化を達成することができ、可搬性の高い送風機を提供することができる。

（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５におけるモータの起動装置を備えた電気掃除機の電気回路構成を示すブロック図である。ここで、モータの駆動装置については、先の実施の形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１２において、電気掃除機５０１は、掃除機本体５０２と、底面に吸引口（図示せず）が形成された床用吸込具５０３と、一端が床用吸込具５０３に、他端が掃除機本体５０２に接続された吸塵ホース５０４を有している。

また、掃除機本体５０２は、吸塵ホース５０４の掃除機本体側端部が接続された集塵室５０５と、この集塵室５０５の吹き出し側に配置された電動送風機５０６を備えている。

電動送風機５０６は、吸塵機構を構成するもので、集塵室５０５の吹き出し側に対向するよう配置されたファン５０７と、このファン５０７を回転させるモータ１０５を具備している。

モータ１０５には、このモータ１０５を起動および駆動するための整流回路１０２、インバータ１０４、先の実施の形態１で説明した小容量のコンデンサ１０３、位置検出手段１１１、同期運転手段１１２、周期測定手段１１３、電圧検出手段１１６、位置決め手段１１４、強制同期運転手段１１５、起動タイミング決定手段１１７、切換手段１１８、制御手段１１９と単相交流電源１０１が実施の形態１と同様の機能動作を行うように接続構成されている。

したがって、ファン５０７は、その回転により、床用吸込具５０３の底面にある吸引口（図示せず）から吸塵ホース５０４と集塵室５０５を介して空気を吸引する。

上記電気掃除機５０１において、位置検出手段１１１には、ファン５０７の動作を制御するマイクロコンピュータ（図示せず）からユーザの操作（選択設定された吸塵モード）に応じた指令回転数を示す運転信号が入力される。

次に、実施の形態５の電気掃除機５０１における動作について説明する。ここで、前記各回路、各手段の動作内容は、先の実施の形態１と同様であるため、電気掃除機としての動作内容を中心に説明する。

上記電気掃除機５０１において、ユーザが所定の操作を行うことにより、マイクロコンピュータから位置決め手段１１４に運転信号が入力される。

その結果、位置決め手段１１４に運転信号が入力されると、電圧検出手段１１６により検出された電圧により、起動タイミング決定手段１１７がモータ１０５の起動タイミングを決定し、モータ１０５が起動する。

その結果、ファン５０７が回転し、掃除機本体５０２内に吸引力が発生する。掃除機本体５０２で発生した吸引力は、吸塵ホース５０４を介して接続された床用吸込具５０３の底面に設けた吸引口から空気を吸引する。これにより、床用吸込具５０３の吸引口から被掃除面の塵埃が空気とともに吸引され、掃除機本体５０２の集塵室５０５に集塵される。

本実施の形態５の電気掃除機５０１においては、モータ１０５の回転数が制御されて、吸引力の強さの調整が行われる。

以上のように、本実施の形態５においても、小型化したモータの起動装置を搭載できるため、可搬性が高く、ユーザにとってハンドリングが容易な電気掃除機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかるモータの起動装置は、平滑コンデンサを大幅に小容量化した大きなリプル電圧がある場合でも、位置検出センサを用いることなく、効率を維持しつつ安定した電流供給が可能となり、しかもモータが停止することなく安定して駆動されるもので、位置検出センサの付属が困難である環境にあるポンプ等の小型機器、さらには小型のモータ起動装置を必要とするＡＶ機器等に広く用いることができる。

本発明の実施の形態１におけるモータの起動装置の電気回路構成を示すブロック図 同実施の形態のモータの起動装置における直流母線間の電圧波形を示すタイミング図 同実施の形態のモータの起動装置における負荷電流と瞬時最低電圧・電圧低下率の関係を示す特性図 同実施の形態のモータの起動装置における位置決め手段の動作を示す流れ図 同実施の形態のモータの起動装置における起動タイミング決定手段の動きを示す流れ図 同実施の形態のモータの起動装置における位置決めから通常運転までの動きを示す流れ図 同実施の形態のモータの起動装置における通常運転時の動きを示す流れ図 同実施の形態のモータの起動装置における主要各部の波形を示すタイミング図 本発明の実施の形態２におけるモータの起動装置を備えた電気洗濯機の電気回路構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３におけるモータの起動装置を備えた電気乾燥機の電気回路構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４におけるモータの起動装置を備えた送風機の電気回路構成を示すブロック図 本発明の実施の形態５におけるモータの起動装置を備えた電気掃除機の電気回路構成を示すブロック図 従来のモータ起動装置の電気回路構成を示すブロック図

符号の説明

１０１ 交流電源
１０２ 整流回路
１０３ 小容量のコンデンサ
１０４ インバータ
１０５ モータ
１０６ 圧縮要素
１０７ 圧縮機
１０８ 凝縮器
１０９ 減圧器
１１０ 蒸発器
１１１ 位置検出手段
１１２ 同期運転手段
１１３ 周期測定手段
１１４ 位置決め手段
１１５ 強制同期運転手段
１１６ 電圧検出手段
１１７ 起動タイミング決定手段
１１８ 切換手段
１１９ 制御手段
２０１ 電気洗濯機
２０５ 洗濯兼脱水槽
２０６ 攪拌翼
３０１ 電気乾燥機
３０３ ドラム
４０１ 送風機
４０２ ファン
５０１ 電気掃除機
５０７ ファン

Claims (13)

1. 交流電源と、前記交流電源から入力された交流を直流に整流する整流回路と、前記整流回路より得られる直流を交流に変換するインバータと、前記インバータから得られる交流を入力とし、負荷を駆動するモータと、前記インバータの直流母線間に接続された小容量のコンデンサと、前記インバータの直流母線間の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧によって前記モータを起動するためのタイミングを決定する起動タイミング決定手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧と前記起動タイミング決定手段により決定されたタイミングによって前記インバータから前記モータへ印加される電圧を制御する制御手段を備え、前記起動タイミング決定手段による前記モータを起動するためのタイミングを、前記インバータの直流母線間における電圧が予め設定した電圧値以上のときに決定するようにしたモータの起動装置。
2. 前記起動タイミング決定手段による前記モータを起動するためのタイミングを、前記インバータの直流母線間における電圧を検出した最新の結果が前記予め設定した電圧値以上であり、かつ前記最新結果の一つ前の結果が前記予め設定した電圧値以下のときに決定するようにした請求項１に記載のモータの起動装置。
3. 前記モータへ所定の速度で回転するように電圧を印加する強制同期運転の開始タイミングを、前記起動タイミング決定手段で決定し、前記予め設定した電圧を、前記強制同期運転に最低限必要な電圧とした請求項１または２に記載のモータの起動装置。
4. 前記モータの位置を推定しながら運転を行うセンサレス運転の開始タイミングを、前記起動タイミング決定手段で決定し、前記予め設定した電圧を、前記センサレス運転でモータの位置を推定するために最低限必要な電圧とした請求項１から３のいずれか一項に記載のモータの起動装置。
5. 前記モータの起動を、実使用の範囲で前記インバータの直流母線間の電圧低下率が０．７以上のときとした請求項１から４のいずれか一項に記載のモータの起動装置。
6. 前記モータの負荷を、圧縮機の圧縮機構とした請求項１から５のいずれか一項に記載の
   モータの起動装置。
7. 前記圧縮機を、レシプロ型圧縮機とした請求項６に記載のモータの起動装置。
8. 前記圧縮機を、凝縮器、減圧器、蒸発器等を備え、冷凍空調システムを構成する冷凍サイクルに用いた請求項６または７に記載のモータの起動装置。
9. 前記圧縮機が圧縮する冷媒ガスを、Ｒ６００ａとした請求項６から８のいずれか一項に記載のモータの起動装置。
10. 前記モータの負荷を、電気洗濯機の洗濯機構とした請求項１から５のいずれか一項に記載のモータの起動装置。
11. 前記モータの負荷を、衣類等を攪拌乾燥する電気乾燥機の攪拌機構とした請求項１から５のいずれか一項に記載のモータの起動装置。
12. 前記モータの負荷を、送風装置の送風機構とした請求項１から５のいずれか一項に記載のモータの起動装置。
13. 前記モータの負荷を、電気掃除機の吸塵機構とした請求項１から５のいずれか一項に記載のモータの起動装置。

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