JPH0988837A - 圧縮機電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高効率化のために特性改善（出力ダウン）を
行ったモータにおいてもその運転範囲を広げることがで
き、負荷の最大点で所望の回転数（冷凍能力）を得るこ
とを目的とする。 【構成】 ブラシレスモータの負荷の状態を判定する負
荷状態判定回路２０と、負荷状態判定回路２０によりイ
ンバータ１３から出力する波形を転流回路１６もしくは
同期駆動回路１７のいずれかに切り換える切換回路１８
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷蔵庫やエアコンなどの
冷凍システムに用いられる圧縮機用電動機（特にブラシ
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】ブラシレスモータは効率が高く、回転数
制御も電圧制御で可能であるという点から広く利用され
ている。特に近年ブラシレスモータの回転位置を検出す
る位置検出素子を不要にする技術としてモータの巻線電
圧に発生する逆起電圧から回転位置を検出する方法が提
案されてから、特に冷凍システムに用いられる圧縮機な
ど高温であり、しかも内部に冷媒、オイルなどがある非
常に使用環境が悪いところでも多く使用されるようにな
ってきた。

【０００３】例えば特開平３−５５４７８号公報などに
冷蔵庫に応用した場合について記載されている。以下従
来の圧縮機電動機制御装置について図面を参照しながら
説明する。

【０００４】図１０は従来の圧縮機電動機制御装置のブ
ロック図である。図１０において、１０１はブラシレス
モータで、シャフトを介して圧縮機構１０２を動作させ
ている。

【０００５】１０３は商用電源であり、例えば一般家庭
における１００Ｖ６０Ｈｚの交流電源である。１０４は
商用電源１０３を整流する整流回路であり、ここでは倍
電圧整流方式を採用しており、ＡＣ１００Ｖを入力と
し、ＤＣ２５０Ｖを出力としている。

【０００６】１０５はインバータであり、スイッチング
素子を３相ブリッジ接続した構成であり、整流回路１０
３の直流出力を３相の任意電圧、任意周波数の出力に変
換し、ブラシレスモータ１０１に電力を供給する。

【０００７】１０６は逆起電圧検出回路でブラシレスモ
ータ１０１のステータ巻線の逆起電圧からロータの回転
の相対位置を検出する。１０７はインバータ１０５のス
イッチング素子をオン／オフさせるドライブ回路であ
る。

【０００８】１０８は転流回路であり、ブラシレスモー
タ１０１が定常運転しているときに逆起電圧検出回路１
０６の出力によりインバータ１０５のどの素子をオンさ
せるか決定する。

【０００９】１０９はＰＷＭ制御回路であり、インバー
タ１０５のスイッチング素子の上側アームまたは下側ア
ームのスイッチング素子のみをチョッピングし、ＰＷＭ
（パルス幅変調）制御を行う。パルス幅のデューティ
（パルス周期中のオン周期の割合）を上／下させること
で出力電圧を上昇／下降させることができる。

【００１０】以上のように構成された圧縮機電動機制御
装置について次に動作について説明する。

【００１１】ブラシレスモータ１０１が停止状態から起
動をさせるときには逆起電圧が発生していないため、位
置検出は不可能である。従ってインバータ１０５から強
制的に低周波数、低デューティの出力を出し、強制的に
回転をスタートさせる（一般的に低周波同期起動と呼ば
れる）。

【００１２】ある程度回転が上昇してくると、ブラシレ
スモータ１０１のステータ巻線に逆起電圧が発生し、逆
起電圧検出回路１０６からの位置検出信号を転流回路１
０８で加工し、ドライブ回路１０７に与えることにより
通常のＤＣモータとしての運転（位置信号による閉ルー
プ制御）を行うこととなる。

【００１３】ＤＣモータにおいては電圧を変化させるこ
とで回転数制御が可能であり、ＰＷＭ制御回路１０９か
らのデューティを大きくすると回転数が上昇し、逆にデ
ューティを小さくすると回転数が下降することとなる。

【００１４】また逆起電圧検出回路１０６の位置検出信
号の出力はロータの回転と完全に同期しているので、こ
の信号より回転数を検知しデューティを調整することに
より、モータの回転数制御ができることになる。

【００１５】ＤＣモータとして動作しているときの特性
を次に説明する。図１１はＤＣモータのトルク特性図で
ある。横軸がトルク、縦軸が回転数及びモータを流れる
電流を示している。

【００１６】Ｒ１はデューティ１００％（最大電圧）の
時のトルク＝回転数特性である。トルクが大きくなると
回転数が低下する。またＩ１はその時のモータを流れる
電流であり、トルクにほぼ比例して大きくなる。

【００１７】Ｌｍは冷凍システムにおける負荷の最大点
であり、最大トルクＴｍ、最大回転数Ｒｍの点である。
この点は冷凍性能確保のため、回転数はＲｍを確保する
必要がある。

【００１８】そこでモータを設計する場合、この最大負
荷点が運転できるように設計を行う。即ち回転数特性Ｒ
１が最大負荷点Ｌｍより上側に来るように設計を行う
（この場合、入力電圧低下などの影響を考慮してマージ
ンを設定する必要がある）。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の構
成では、次のような課題があった。

【００２０】図１１における最大負荷点Ｌｍを出せるよ
うにするには、モータをＲ１の様に設計するが、出力の
高いモータであるため必然的にモータ電流自体が全体的
に高くなる。従って通常運転するトルクＴｎにおいても
モータ電流が大きくなり、インバータの効率が悪くなる
という課題を有していた。

【００２１】この課題を解決するためには、例えばモー
タの出力を低下させ、図１１における回転数特性Ｒ２、
電流特性Ｉ２なるモータを設計すると電流が下がり高効
率になるが、この時最大負荷点Ｌｍはクリアできず、回
転数が下がってしまうこととなる。

【００２２】本発明は従来の課題を解決するもので、回
転数特性を改善したモータでも最大負荷点で所望の回転
数が得られるように運転範囲が拡大でき、なおかつ高効
率な圧縮機電動機制御装置を提供することを目的とす
る。

【００２３】本発明の他の目的は、負荷の検知し、運転
方法を最適に切り換え、回転数がダウンせず、冷凍能力
も確保できる圧縮機電動機制御装置を提供することを目
的とする。

【００２４】本発明の他の目的は、運転方法が切り替わ
る近辺でも動作が安定させることができる圧縮機電動機
制御装置を提供することを目的とする。

【００２５】本発明の他の目的は、高負荷に対応した運
転の時、負荷を検出することによって、軽負荷になった
ときに速やかにもとの運転状態に戻ることのできる圧縮
機電動機制御装置を提供することを目的とする。

【００２６】本発明の他の目的は、高負荷に対応した運
転の時、負荷を検出することによって、更に負荷が大き
くなりモータが停止にまで至る前に回転数を下げること
によってモータの停止という最悪の状態を避けることの
できる圧縮機電動機制御装置を提供することを目的とす
る。

【００２７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の圧縮機電動機制御装置は、逆起電圧検出回路
の信号からインバータを駆動させる波形を作る転流回路
と、ブラシレスモータを同期モータとして動作させるた
めの波形を作る同期駆動回路と、前記ブラシレスモータ
の負荷の状態を判定する負荷状態判定回路と、前記負荷
状態判定回路により前記インバータから出力する波形を
前記転流回路もしくは前記同期駆動回路のいずれかに切
り換える切換回路とから構成されている。

【００２８】また、デューティが最大になったことを判
定しインバータから出力する波形を同期駆動回路からの
出力にするデューティ判定回路とから構成されている。

【００２９】また、デューティが最大になったことを判
定しインバータから出力する波形を同期駆動回路からの
出力にするデューティ判定回路と、同期駆動回路に切り
換えたときにカウントを開始し一定時間経過後転流回路
からの出力にする第１タイマ回路とから構成されてい
る。

【００３０】また、デューティが最大になったことを判
定しインバータから出力する波形を同期駆動回路からの
出力にするデューティ判定回路と、逆起電圧検出回路の
信号と同期駆動回路の信号との位相差を検出し位相差が
なくなったときに転流回路からの出力に切り換える位相
判定回路とから構成されている。

【００３１】また、逆起電圧検出回路の信号と同期駆動
回路の信号との位相差を検出し位相差が所定値より小さ
くなったときに同期駆動回路からの出力周波数を下げる
周波数調整回路とから構成されている。

【００３２】

【作用】本発明の圧縮機電動機制御装置は、ブラシレス
モータの負荷状態を負荷状態判定回路で検出し、高負荷
の状態であるときには、同期モータとして運転すべく切
り換えを行い、回転数特性を改善したモータでも最大負
荷点で所望の回転数が得られるように運転範囲が拡大で
き、なおかつ通常負荷においては高効率な運転が可能と
なる。

【００３３】また、デューティが最大になるとＤＣモー
タとしてはそれ以上能力を出せない限界であるといえる
ので、このデューティから負荷の検知し、デューティが
最大になった時には運転方法を同期モータとしての運転
に切り換え、回転数がダウンせず、冷凍能力も確保でき
ることとなる。

【００３４】また、一度同期モータとしての運転に切り
替わったとき、第１タイマ回路を動作させ一定時間運転
を継続させることによって、運転方法が切り替わる近辺
でも動作が安定させることができる。

【００３５】また、同期モータとしての運転を行ってい
るとき、その負荷を逆起電圧検出回路の信号と同期駆動
回路の信号との位相差を検出することにより予測し、位
相差がなくなったときに通常のＤＣモータの運転に戻す
ことにより、軽負荷になったときに速やかにもとの運転
状態に戻ることができる。

【００３６】また、同期モータとしての運転を行ってい
るとき、位相差が所定値より小さくなれば、同期駆動回
路からの出力周波数を低下させることにより脱調トルク
を向上させることができ、更に負荷が大きくなりモータ
が停止にまで至る前に回転数を下げることによってモー
タの停止という最悪の状態を避けることができる。

【００３７】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

【００３８】図１は本発明の実施例における圧縮機電動
機制御装置のブロック図である。図１において、１は圧
縮機である。２は圧縮機１のシェルである。

【００３９】３はブラシレスモータで、３ａのロータと
３ｂのステータとからなる。３ａのロータは周囲に永久
磁石を配置してある（例えば４極の場合９０度毎にＮＳ
ＮＳの極を配置）。

【００４０】４はシャフトであり、ロータ３ａに固定さ
れ、ロータ３ａの回転時にはベアリング５の中を回転す
る。またシャフト４の下部には偏心部４ａが設けてあ
る。さらにその下部には給油ポンプ６が設けてある。

【００４１】７はピストンであり、シャフト４の回転運
動が偏心部４ａによって往復運動に変えられピストン７
がシリンダ８内を往復することにより、冷媒を圧縮す
る。圧縮された冷媒は吐出管９から出ていき、冷却シス
テム（凝縮器、膨張器、蒸発器など、図示せず）を通っ
て吸込管１０より圧縮機１のシェル２内部に放出され
る。

【００４２】１１は商用電源であり、例えば一般家庭に
おける１００Ｖ６０Ｈｚの交流電源である。１２は商用
電源１１を整流する整流回路であり、ここでは倍電圧整
流方式を採用しており、ＡＣ１００Ｖを入力とし、ＤＣ
２５０Ｖを出力としている。

【００４３】１３はインバータであり、スイッチング素
子を３相ブリッジ接続した構成であり、整流回路１２の
直流出力を３相の任意電圧、任意周波数の出力に変換
し、ブラシレスモータ３に電力を供給する。

【００４４】１４は逆起電圧検出回路でブラシレスモー
タ３のステータ３ｂの巻線の逆起電圧からロータ３ａの
回転の相対位置を検出する。１５はインバータ１３のス
イッチング素子をオン／オフさせるドライブ回路であ
る。

【００４５】１６は転流回路であり、ブラシレスモータ
３が定常運転しているときに逆起電圧検出回路１４の出
力によりインバータ１３のどの素子をオンさせるか決定
する。

【００４６】１７は同期駆動回路であり、ブラシレスモ
ータ３を同期モータとして運転させる際に、所定周波
数、所定電圧（所定デューティ）の出力をだす。

【００４７】１８は切換回路であり、ドライブ回路に送
出する信号を、転流回路１６の信号か同期駆動回路１７
の信号かを切り換える。

【００４８】１９はＰＷＭ制御回路であり、インバータ
１３のスイッチング素子の上側アームまたは下側アーム
のスイッチング素子のみをチョッピングし、ＰＷＭ（パ
ルス幅変調）制御を行う。パルス幅のデューティ（パル
ス周期中のオン周期の割合）を上／下させることで出力
電圧を上昇／下降させることができる。

【００４９】２０は負荷状態判定回路で、ブラシレスモ
ータ３の負荷状態を判定し、切換回路１８による運転モ
ードの切り換えを決定する。

【００５０】２１は第１タイマ回路で、同期駆動回路１
７による運転に切り替わったときにタイマをスタート
し、一定時間ｔ１経過するとタイマ終了する。

【００５１】２２はデューティ判定回路であり、デュー
ティが最大（１００％）になったとき、最大負荷である
ことを検出する。

【００５２】２３は位相判定回路であり、逆起電圧検出
回路１４の信号と同期駆動回路１７の信号との位相差を
検出し、現在の負荷状態を知ることができる。

【００５３】２４は周波数調整回路であり、逆起電圧検
出回路１４の信号と同期駆動回路１７の信号との位相差
を検出し、その位相差が所定値より小さくなったとき
に、同期駆動回路１７からの出力周波数を下げる。

【００５４】以上のように構成された圧縮機電動機制御
装置について、以下その動作を図１を用いて説明する。

【００５５】ブラシレスモータ３が停止状態から起動を
させるときには逆起電圧が発生していないため、位置検
出は不可能である。従ってインバータ１３から強制的に
低周波数、低デューティの出力を出し、強制的に回転を
スタートさせる（一般的に低周波同期起動と呼ばれ
る）。

【００５６】その後、加速を行いある程度回転が上昇
（１０ｒ／ｓｅｃ程度）してくると、ブラシレスモータ
３のステータ巻線に逆起電圧が発生し、逆起電圧検出回
路１４による位置検出が可能となる。

【００５７】逆起電圧検出回路１４からの位置検出信号
を転流回路１６で加工し、切換回路１８を介してドライ
ブ回路１５に与えることにより通常のＤＣモータとして
の運転（位置信号による閉ループ制御）を行うこととな
る。

【００５８】ＤＣモータとしての運転においては電圧を
変化させることで回転数制御が可能であり、ＰＷＭ制御
回路１９からのデューティを大きくすると回転数が上昇
し、逆にデューティを小さくすると回転数が下降するこ
ととなる。

【００５９】ＰＷＭ制御はパルス幅変調と呼ばれ、電圧
の調整をデューティにより調整するものであり、デュー
ティとはＯＮ周期／キャリア周期であり０〜１００％の
値をとる。

【００６０】キャリア周期はキャリア周波数で決まって
おり、一般的には数ｋＨｚから数十ｋＨｚである。また
デューティの値が大きければ電圧は高くなる。

【００６１】同期駆動回路１７ではブラシレスモータを
同期モータとして運転する際に出力を出すもので所定周
波数、所定デューティの出力を出すことができる。この
時には同期モータとしての特性となる。

【００６２】負荷状態判定回路２０でブラシレスモータ
３の負荷状態を判定する。負荷状態を判定して高負荷で
あると判断したときには同期駆動回路１７での運転に切
り換える。

【００６３】また逆起電圧検出回路１４の位置検出信号
の出力はロータの回転と完全に同期しているので、この
信号より回転数を検知し、ＰＷＭ制御回路１９のデュー
ティを調整することにより、モータの回転数制御ができ
ることになる。

【００６４】以上のような動作を行うことにより、得ら
れる特性について、図２を用いて説明する。図２は本実
施例におけるブラシレスモータの運転範囲を示す特性図
である。横軸がトルク、縦軸が回転数を示している。

【００６５】Ｒ２は従来例でも説明したように高効率化
を行うために出力を低下させた設計を行ったモータのデ
ューティ１００％（最大電圧）の時のトルク＝回転数特
性である。

【００６６】ブラシレスモータをＤＣモータとしてのみ
の運転を行う場合、回転数制御が可能な領域は図２に示
す領域Ａであり、最高回転数、最大トルクが特性Ｒ２の
ために制限が加えられているのがわかる。

【００６７】そこでブラシレスモータを同期モータとし
ての運転も行うことによって領域Ｂにおける運転も可能
となる。領域Ｂで高回転数、高トルクで領域が欠けてい
るのは、同期モータの脱調トルクがこの部分にあること
を示す。

【００６８】次に本実施例の動作について、図３、図１
を用いて更に詳しく説明する。図３は本実施例における
圧縮機電動機制御装置の流れ図である。

【００６９】図３において、ＳＴＥＰ１ではブラシレス
モータをＤＣモータとして運転している。即ちインバー
タ１３からの出力は、切換回路１８によって転流回路１
６からの出力が選択されている。

【００７０】次に、ＳＴＥＰ２でデューティ判定回路２
２でＰＷＭ制御回路１９の出力しているデューティが１
００％（最大）であるか否かを判定する。デューティが
１００％未満であればまだ性能的に余裕があると判断
し、ＳＴＥＰ１即ちＤＣモータとしての運転を継続す
る。デューティが１００％であればＳＴＥＰ３に進む。

【００７１】次に、ＳＴＥＰ３で現在の実際の回転数が
目標回転数に比べて低下しているかどうか判定する。低
下していなければデューティは１００％で最大状態では
あるがまだぎりぎり性能が出せるところにあると判断
し、ＳＴＥＰ１即ちＤＣモータとしての運転を継続す
る。

【００７２】また、回転数が低下していれば負荷的にＤ
Ｃモータとしての運転範囲をもはや越えているものと判
断し、ＳＴＥＰ４に進む。

【００７３】次に、ＳＴＥＰ４では、切換回路１８で同
期駆動回路１７での運転に切り換える。この時同期駆動
回路１７から出力する信号の周波数は目標回転数相当
（例えば、７０ｒ／ｓｅｃが目標で４極モータであれば
１４０Ｈｚの周波数）であり、デューティは１００％と
する。

【００７４】次に、ＳＴＥＰ５では同期モータとしての
運転に入ってからの時間をカウントし、一定時間ｔ１が
経過しなければＳＴＥＰ４の同期モータとしての運転を
繰り返し継続する。

【００７５】一定時間ｔ１が経過するとＳＴＥＰ１に戻
り、ＤＣモータとしての運転を再度実行し、ＳＴＥＰ１
から繰り返す。この時まだ負荷が高い状態であれば同じ
手順で同期モータとしての運転に再度入り、負荷が軽く
なっていればＤＣモータとしての運転に戻ることとな
る。

【００７６】次に、図３に示すような運転を行った場合
の特性について、図４を用いて説明する。図４は本実施
例における動作を示すモータ特性図である。

【００７７】図４において、横軸がトルク、縦軸が回転
数を示している。Ｒ２は従来例でも説明したように高効
率化を行うために出力を低下させた設計を行ったモータ
のデューティ１００％（最大電圧）の時のトルク＝回転
数特性である。

【００７８】トルクがＴ１からＴ２の範囲においては、
ＤＣモータとしての運転で回転数制御が十分に可能な範
囲である。トルクがＴ２においてはデューティ１００％
での運転となっているが回転数はまだ最大回転数Ｒｍ
（目標回転数）が維持できている。

【００７９】更にトルクが大きくなりＴ３になると、も
はやＤＣモータとしての運転の限界を越えているので、
回転数がモータの特性Ｒ２に沿って低下してくる。ここ
で同期モータとしての運転に切り換える。すると回転数
が再び最大回転数Ｒｍとなり回転数が維持できることと
なる。

【００８０】更に負荷が増加しても同期モータとして動
作しているので最大負荷点ＬｍすなわちトルクＴｍにお
いても、最大回転数Ｒｍを維持できる。

【００８１】しかしながら、同期モータとして運転して
いる場合でもトルクの限界はあり、本説明ではトルクＴ
４（脱調トルク）までトルクが上がるとモータが脱調を
起こし、停止する。

【００８２】次に、この動作について更に時間要素も含
め、図５を用いて詳しく説明する。図５は本実施例によ
る動作のタイミング図である。横軸は時間を示してい
る。（ａ）は回転数、（ｂ）は負荷トルク、（ｃ）はデ
ューティを示す。

【００８３】時刻ｔ２においては負荷トルクも低く、Ｄ
Ｃモータとしての運転で十分に回転数制御ができてい
る。その後負荷トルクが上がってくるに従って回転数を
維持させるためにもデューティを上げていく。

【００８４】更に負荷トルクが上がり、時刻ｔ３におい
てデューティ１００％の運転となる。更に負荷が上がる
と、時刻ｔ４で回転数が下がってくる。そこで同期モー
タとしての運転に切り換えると共に、第１タイマ回路２
１のカウントをスタートする。

【００８５】第１タイマ回路２１が時間ｔ１をカウント
中（時刻ｔ４〜ｔ５）同期モータとして運転しているの
で負荷トルクが上がっても回転数は維持される。第１タ
イマ回路２１がカウントを終了した時刻ｔ５では一旦Ｄ
Ｃモータとしての運転に戻る。

【００８６】しかしまだ負荷トルクが高く、デューティ
１００％を維持しているにも関わらず、回転数が落ちて
しまうのですぐに同期モータとしての運転に切り替わ
り、再度第１タイマ回路が動作をし始める。

【００８７】第１タイマ回路２１が時間ｔ１をカウント
中（時刻ｔ５〜ｔ６）同期モータとして運転しているの
で負荷トルクが上がっても回転数は維持される。第１タ
イマ回路２１がカウントを終了した時刻ｔ６では、再度
ＤＣモータとしての運転に戻る。

【００８８】ここでは負荷トルクが低くなっており、切
り換えた瞬間に回転数が上昇し、回転数制御によってデ
ューティを下げて、回転数が目標回転数になるよう調整
を行う。従って時刻ｔ６以降は通常のＤＣモータによる
運転を行うこととなる。

【００８９】次に第２の実施例の動作について、図６、
図１を用いて説明する。図６は第２の実施例における圧
縮機電動機制御装置の流れ図である。

【００９０】図６において、ＳＴＥＰ１１ではブラシレ
スモータをＤＣモータとして運転している。即ちインバ
ータ１３からの出力は、切換回路１８によって転流回路
１６からの出力が選択されている。

【００９１】次に、ＳＴＥＰ１２でデューティ判定回路
２２でＰＷＭ制御回路１９の出力しているデューティが
１００％（最大）であるか否かを判定する。デューティ
が１００％未満であればまだ性能的に余裕があると判断
し、ＳＴＥＰ１１即ちＤＣモータとしての運転を継続す
る。デューティが１００％であればＳＴＥＰ３に進む。

【００９２】次に、ＳＴＥＰ１３で現在の実際の回転数
が目標回転数に比べて低下しているかどうか判定する。
低下していなければデューティは１００％で最大状態で
はあるがまだぎりぎり性能が出せるところにあると判断
し、ＳＴＥＰ１１即ちＤＣモータとしての運転を継続す
る。

【００９３】また、回転数が低下していれば負荷的にＤ
Ｃモータとしての運転範囲をもはや越えているものと判
断し、ＳＴＥＰ１４に進む。

【００９４】次に、ＳＴＥＰ１４では、切換回路１８で
同期駆動回路１７での運転に切り換える。この時同期駆
動回路１７から出力する信号の周波数は目標回転数相当
（例えば、７０ｒ／ｓｅｃが目標で４極モータであれば
１４０Ｈｚの周波数）であり、デューティは１００％と
する。

【００９５】次に、ＳＴＥＰ１５で位相判定回路２３に
よって、逆起電圧検出回路１４の信号と同期駆動回路１
７の信号との位相差を検出する。ここで位相差とは同期
駆動回路１７の信号に対する逆起電圧検出回路１４の信
号の位相差を示し、正の値の時は進み、負の値の時は遅
れを意味する。

【００９６】ここでＳＴＥＰ１５での判定で位相差が０
以上であれば同期モータとしての運転を終了し、ＳＴＥ
Ｐ１１に戻り、ＤＣモータとしての運転を再度実行し、
ＳＴＥＰ１１から繰り返す。ＳＴＥＰ１５での判定で位
相差が０未満であればＳＴＥＰ１６に進む。

【００９７】ＳＴＥＰ１６では更に位相差を判定し、−
φｍ以上であればＳＴＥＰ１４から繰り返し、−φｍ未
満であればＳＴＥＰ１７に進む。

【００９８】ＳＴＥＰ１７では周波数調整回路２４で同
期周波数を調整し、同期駆動回路１７からの出力周波数
を下げることにより、インバータ１３からの出力周波数
を下げる。

【００９９】つぎに、この位相差について図７を用いて
更に詳しく説明する。図７は第２の実施例における信号
のタイミング図である。

【０１００】図７において（ａ）から（ｆ）はインバー
タ１３の各パワー素子のオン／オフを決定する同期駆動
回路１７の出力である。（ｇ）から（ｉ）は逆起電圧検
出回路１４の位置検出信号である。

【０１０１】Ｕ相上アーム信号の立ち上がりと位置検出
信号Ｘの立ち上がりとは位相差φ１の遅れが生じてい
る。またＵ相下アーム信号の立ち上がりと位置検出信号
Ｘの立ち下がりとは位相差φ２の遅れが生じている。

【０１０２】同様にＶ相上アーム信号の立ち上がりと位
置検出信号Ｙの立ち上がりとは位相差φ３の遅れが生じ
ている。またＶ相下アーム信号の立ち上がりと位置検出
信号Ｙの立ち下がりとは位相差φ４の遅れが生じてい
る。

【０１０３】また、Ｗ相上アーム信号の立ち上がりと位
置検出信号Ｚの立ち上がりとは位相差φ５の遅れが生じ
ている。またＷ相下アーム信号の立ち上がりと位置検出
信号Ｚの立ち下がりとは位相差φ６の遅れが生じてい
る。

【０１０４】同期モータとしての運転を行っているとき
は、高負荷においてはロータがステータからの回転磁界
に対して、遅れて回転しているのでこのように遅れ位相
が発生することになる。

【０１０５】反対に軽負荷においてはロータがステータ
からの回転磁界に対して、逆に進んで回転するので、進
み位相となる。

【０１０６】なお、ＤＣモータとして運転しているとき
は、位置検出信号Ｘ、Ｙ、Ｚに従ってドライブする信号
を発生しているのでφ１からφ６は全て０になる。この
ように同期モータとして運転しているときに、位相差を
検出することで負荷の状態を知ることができる。

【０１０７】次に、図７に示すような運転を行った場合
の特性について、図８を用いて説明する。図８は第２の
実施例における動作を示す特性図である。

【０１０８】図８において、横軸がトルク、縦軸が回転
数を示している。Ｒ２は従来例でも説明したように高効
率化を行うために出力を低下させた設計を行ったモータ
のデューティ１００％（最大電圧）の時のトルク＝回転
数特性である。

【０１０９】トルクがＴ１からＴ２の範囲においては、
ＤＣモータとしての運転で回転数制御が十分に可能な範
囲である。トルクがＴ２においてはデューティ１００％
での運転となっているが回転数はまだ最大回転数Ｒｍ
（目標回転数）が維持できている。

【０１１０】更にトルクが大きくなりＴ３になると、も
はやＤＣモータとしての運転の限界を越えているので、
回転数がモータの特性Ｒ２に沿って低下してくる。ここ
で同期モータとしての運転に切り換える。すると回転数
が再び最大回転数Ｒｍとなり回転数が維持できることと
なる。

【０１１１】更に負荷が増加しても同期モータとして動
作しているので最大負荷点ＬｍすなわちトルクＴｍにお
いても、最大回転数Ｒｍを維持できる。

【０１１２】しかしながら、同期モータとして運転して
いる場合でもトルクの限界はあり、本説明ではトルクＴ
４（脱調トルク）までトルクが上がるとモータが脱調を
起こし、停止する。

【０１１３】その脱調を防止するためにトルクＴ５（Ｔ
５＜Ｔ４）において同期モータとしての運転周波数を下
げ、回転数を低下させる。回転数が下がった場合、同期
モータの特性からも明らかなように脱調トルクは大きく
なる。

【０１１４】従ってトルクＴ６（Ｔ６＞Ｔ４）になって
もモータは脱調する事なく、継続して運転することがで
きる。この負荷の状態を知るために位相差を判定して運
転状態を適切に決定している。

【０１１５】また、負荷状態が容易にわかるので位相が
０になり、ＤＣモータとしての運転に復帰させることも
容易にできる。

【０１１６】次に、この動作について更に時間要素も含
め、図９を用いて詳しく説明する。図９は第２の実施例
による動作のタイミング図である。横軸は時間を示して
いる。（ａ）は回転数、（ｂ）は負荷トルク、（ｃ）は
デューティ、（ｄ）は位相差を示す。

【０１１７】時刻ｔ７においては負荷トルクも低く、Ｄ
Ｃモータとしての運転で十分に回転数制御ができてい
る。その後負荷トルクが上がってくるに従って回転数を
維持させるためにもデューティを上げていく。

【０１１８】更に負荷トルクが上がり、時刻ｔ８におい
てデューティ１００％の運転となる。更に負荷が上がる
と、時刻ｔ９で回転数が下がってくる。そこで同期モー
タとしての運転に切り換え、回転数を維持させる。この
時、負荷的には若干負荷が高いので位相差は若干遅れる
ことになる。

【０１１９】更に負荷が大きくなってくると、位相差は
遅れが大きくなってくる。時刻ｔ１０においては位相差
は−φｍより大きくなろうとするので、同期駆動回路１
７からの出力周波数を下げることにより、回転数は低下
する。負荷が大きい場合はこの回転数を維持する。

【０１２０】時刻ｔ１１においては負荷が軽くなり位相
差も−φｍより小さくなるのでもとの同期周波数での運
転に戻る。更に負荷が軽くなり、位相差が０になれば、
ＤＣモータとしての運転に復帰する。

【０１２１】以上のように本実施例における圧縮機電動
機制御装置は、ブラシレスモータの負荷の状態を判定す
る負荷状態判定回路２０と、負荷状態判定回路２０によ
りインバータ１３から出力する波形を転流回路１６もし
くは同期駆動回路１７のいずれかに切り換える切換回路
１８を設けることにより、ブラシレスモータの負荷状態
を負荷状態判定回路２０で検出し、高負荷の状態である
ときには、同期モータとして運転すべく切り換えを行
い、回転数特性を改善したモータでも最大負荷点で所望
の回転数が得られるように運転範囲が拡大でき、なおか
つ通常負荷においては高効率な運転が可能となる。

【０１２２】また、デューティが最大になったことを判
定しインバータから出力する波形を同期駆動回路からの
出力にするデューティ判定回路２２を設けることによ
り、デューティが最大になるとＤＣモータとしてはそれ
以上能力を出せない限界であるといえるので、このデュ
ーティから負荷の状態を検知し、デューティが最大にな
った時には運転方法を同期モータとしての運転に切り換
え、回転数がダウンせず、冷凍能力も確保できることと
なる。

【０１２３】また、デューティが最大になったことを判
定しインバータから出力する波形を同期駆動回路１７か
らの出力にするデューティ判定回路２２と、同期駆動回
路１７に切り換えたときにカウントを開始し一定時間経
過後転流回路１６からの出力にする第１タイマ回路２１
とを設けることにより、一度同期モータとしての運転に
切り替わったとき、第１タイマ回路２１を動作させ一定
時間運転を継続させることによって、運転方法が切り替
わる近辺でも頻繁に切り替わることなく動作が安定させ
ることができる。

【０１２４】また、デューティが最大になったことを判
定しインバータ１３から出力する波形を同期駆動回路１
７からの出力にするデューティ判定回路２２と、逆起電
圧検出回路１４の信号と同期駆動回路１７の信号との位
相差を検出し位相差がなくなったときに転流回路１６か
らの出力に切り換える位相判定回路２３とを設けること
により、同期モータとしての運転を行っているとき、そ
の負荷を逆起電圧検出回路１４の信号と同期駆動回路１
７の信号との位相差を検出することにより予測し、位相
差がなくなったときに通常のＤＣモータの運転に戻すこ
とにより、軽負荷になったときに速やかにもとの運転状
態に戻ることができる。

【０１２５】また、逆起電圧検出回路１４の信号と同期
駆動回路１７の信号との位相差を検出し、位相差が所定
値より小さくなったときに同期駆動回路１７からの出力
周波数を下げる周波数調整回路２４とを設けることによ
り、同期モータとしての運転を行っているとき、位相差
が所定値より小さくなれば、同期駆動回路１７からの出
力周波数を低下させることにより脱調トルクを向上させ
ることができ、更に負荷が大きくなりモータが停止にま
で至る前に回転数を下げることによってモータの停止と
いう最悪の状態を避けることができる。

【０１２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の圧縮機電動
機制御装置はブラシレスモータの負荷の状態を判定する
負荷状態判定回路と、負荷状態判定回路によりインバー
タから出力する波形を転流回路もしくは同期駆動回路の
いずれかに切り換える切換回路を設けることにより、ブ
ラシレスモータの負荷状態を負荷状態判定回路で検出
し、高負荷の状態であるときには、同期モータとして運
転すべく切り換えを行い、回転数特性を改善したモータ
でも最大負荷点で所望の回転数が得られるように運転範
囲が拡大でき、なおかつ通常負荷においては高効率な運
転が可能となる。

【０１２７】また、デューティが最大になったことを判
定しインバータから出力する波形を同期駆動回路からの
出力にするデューティ判定回路を設けることにより、デ
ューティが最大になるとＤＣモータとしてはそれ以上能
力を出せない限界であるといえるので、このデューティ
から負荷の状態を検知し、デューティが最大になった時
には運転方法を同期モータとしての運転に切り換え、回
転数がダウンせず、冷凍能力も確保できることとなる。

【０１２８】また、デューティが最大になったことを判
定しインバータから出力する波形を同期駆動回路からの
出力にするデューティ判定回路と、同期駆動回路に切り
換えたときにカウントを開始し一定時間経過後転流回路
からの出力にする第１タイマ回路とを設けることによ
り、一度同期モータとしての運転に切り替わったとき、
第１タイマ回路を動作させ一定時間運転を継続させるこ
とによって、運転方法が切り替わる近辺でも頻繁に切り
替わることなく動作が安定させることができる。

【０１２９】また、デューティが最大になったことを判
定しインバータから出力する波形を同期駆動回路からの
出力にするデューティ判定回路と、逆起電圧検出回路の
信号と同期駆動回路の信号との位相差を検出し位相差が
なくなったときに転流回路からの出力に切り換える位相
判定回路とを設けることにより、同期モータとしての運
転を行っているとき、その負荷を逆起電圧検出回路の信
号と同期駆動回路の信号との位相差を検出することによ
り予測し、位相差がなくなったときに通常のＤＣモータ
の運転に戻すことにより、軽負荷になったときに速やか
にもとの運転状態に戻ることができる。

【０１３０】また、逆起電圧検出回路の信号と同期駆動
回路の信号との位相差を検出し、位相差が所定値より小
さくなったときに同期駆動回路からの出力周波数を下げ
る周波数調整回路とを設けることにより、同期モータと
しての運転を行っているとき、位相差が所定値より小さ
くなれば、同期駆動回路からの出力周波数を低下させる
ことにより脱調トルクを向上させることができ、更に負
荷が大きくなりモータが停止にまで至る前に回転数を下
げることによってモータの停止という最悪の状態を避け
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における圧縮機電動機制御装置のブロッ
ク図

【図２】実施例におけるブラシレスモータの運転範囲を
示す特性図

【図３】実施例における圧縮機電動機制御装置の流れ図

【図４】実施例における動作を示すモータ特性図

【図５】実施例による動作のタイミング図

【図６】第２の実施例における圧縮機電動機制御装置の
流れ図

【図７】第２の実施例における信号のタイミング図

【図８】第２の実施例における動作を示すモータ特性図

【図９】第２の実施例による動作のタイミング図

【図１０】従来の圧縮機電動機制御装置のブロック図

【図１１】ＤＣモータのトルク特性図

【符号の説明】

３ ブラシレスモータ １３ インバータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電圧を交流電圧に変換するインバー
   タと、前記インバータにより駆動されるブラシレスモー
   タと、前記ブラシレスモータの逆起電圧からロータの回
   転位置を検出する逆起電圧検出回路と、前記逆起電圧検
   出回路の信号から前記インバータを駆動させる波形を作
   る転流回路と、前記ブラシレスモータを同期モータとし
   て動作させるための波形を作る同期駆動回路と、前記ブ
   ラシレスモータの負荷の状態を判定する負荷状態判定回
   路と、前記負荷状態判定回路により前記インバータから
   出力する波形を前記転流回路もしくは前記同期駆動回路
   のいずれかに切り換える切換回路とを有する圧縮機電動
   機制御装置。
2. 【請求項２】 直流電圧を交流電圧に変換するインバー
   タと、前記インバータにより駆動されるブラシレスモー
   タと、前記ブラシレスモータの逆起電圧からロータの回
   転位置を検出する逆起電圧検出回路と、前記逆起電圧検
   出回路の信号から前記インバータを駆動させる波形を作
   る転流回路と、前記ブラシレスモータを同期モータとし
   て動作させるための波形を作る同期駆動回路と、前記ブ
   ラシレスモータの負荷の状態を判定する負荷状態判定回
   路と、前記負荷状態判定回路により前記インバータから
   出力する波形を前記転流回路もしくは前記同期駆動回路
   のいずれかに切り換える切換回路と、デューティが最大
   になったことを判定し前記インバータから出力する波形
   を同期駆動回路からの出力にするデューティ判定回路と
   を有する圧縮機電動機制御装置。
3. 【請求項３】 直流電圧を交流電圧に変換するインバー
   タと、前記インバータにより駆動されるブラシレスモー
   タと、前記ブラシレスモータの逆起電圧からロータの回
   転位置を検出する逆起電圧検出回路と、前記逆起電圧検
   出回路の信号から前記インバータを駆動させる波形を作
   る転流回路と、前記ブラシレスモータを同期モータとし
   て動作させるための波形を作る同期駆動回路と、前記ブ
   ラシレスモータの負荷の状態を判定する負荷状態判定回
   路と、前記負荷状態判定回路により前記インバータから
   出力する波形を前記転流回路もしくは前記同期駆動回路
   のいずれかに切り換える切換回路と、デューティが最大
   になったことを判定し前記インバータから出力する波形
   を同期駆動回路からの出力にするデューティ判定回路
   と、前記同期駆動回路に切り換えたときにカウントを開
   始し一定時間経過後前記転流回路からの出力にする第１
   タイマ回路を有する圧縮機電動機制御装置。
4. 【請求項４】 直流電圧を交流電圧に変換するインバー
   タと、前記インバータにより駆動されるブラシレスモー
   タと、前記ブラシレスモータの逆起電圧からロータの回
   転位置を検出する逆起電圧検出回路と、前記逆起電圧検
   出回路の信号から前記インバータを駆動させる波形を作
   る転流回路と、前記ブラシレスモータを同期モータとし
   て動作させるための波形を作る同期駆動回路と、前記ブ
   ラシレスモータの負荷の状態を判定する負荷状態判定回
   路と、前記負荷状態判定回路により前記インバータから
   出力する波形を前記転流回路もしくは前記同期駆動回路
   のいずれかに切り換える切換回路と、デューティが最大
   になったことを判定し前記インバータから出力する波形
   を同期駆動回路からの出力にするデューティ判定回路
   と、前記逆起電圧検出回路の信号と前記同期駆動回路の
   信号との位相差を検出し位相差がなくなったときに前記
   転流回路からの出力に切り換える位相判定回路とを有す
   る圧縮機電動機制御装置。
5. 【請求項５】 直流電圧を交流電圧に変換するインバー
   タと、前記インバータにより駆動されるブラシレスモー
   タと、前記ブラシレスモータの逆起電圧からロータの回
   転位置を検出する逆起電圧検出回路と、前記逆起電圧検
   出回路の信号から前記インバータを駆動させる波形を作
   る転流回路と、前記ブラシレスモータを同期モータとし
   て動作させるための波形を作る同期駆動回路と、前記ブ
   ラシレスモータの負荷の状態を判定する負荷状態判定回
   路と、前記負荷状態判定回路により前記インバータから
   出力する波形を前記転流回路もしくは前記同期駆動回路
   のいずれかに切り換える切換回路と、デューティが最大
   になったことを判定し前記インバータから出力する波形
   を同期駆動回路からの出力にするデューティ判定回路
   と、前記逆起電圧検出回路の信号と前記同期駆動回路の
   信号との位相差を検出し位相差が所定値より小さくなっ
   たときに前記同期駆動回路からの出力周波数を下げる周
   波数調整回路とを有する圧縮機電動機制御装置。