WO2004084400A1

WO2004084400A1 - ブラシレスｄｃモータの駆動方法及びその装置

Info

Publication number: WO2004084400A1
Application number: PCT/JP2004/002958
Authority: WO
Inventors: Koji Hamaoka; Hidehisa Tanaka; Tomonori Ouchiyama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2004-09-30
Also published as: US8226372B2; WO2004084401A1; TW200507435A; KR20050114636A; US7102306B2; TWI323974B; EP1505718A1; KR20050008684A; US20060039807A1; US20060082339A1; KR100702913B1; KR100644810B1; EP1505718B1; EP1505718A4

Abstract

低速では通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波またはそれに準じる波形を出力し、高速では通電角が１３０度以上１８０度未満の矩形波・正弦波またはそれに準じる波形をＰＷＭのデューティを一定として周波数のみを変化させて出力するようにしたものであり、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る。

Description

明細書

ブラシレス DCモー夕の駆動方法及びその装置技術分野

本発明は、ブラシレス DCモータの駆動方法及びその装置に関し、特に冷蔵庫やエアコンなどの圧縮機を駆動するのに最適なブラシレス DCモ一夕の駆動方法及びその装置に関する。背景技術

近年の冷蔵庫は 350L以上の大型機種が主力となり、それらの冷蔵庫は、高効率な圧縮機回転数可変のィンバ一夕制御冷蔵庫が大半を占めている。これらの冷蔵庫用圧縮機の多くは高効率化のために、永久磁石を有する回転子を有するブラシレス DCモ一夕を採用している。また、圧縮機の中という高温高圧、冷媒雰囲気、オイル雰囲気という環境下にブラシレス DCモータを設置するため、ホ —ル素子は使用できない。そのために固定子に誘起する電圧から回転子位置を検出する方法がよく用いられる。

図 21は、日本特許出願特開平 9一 88837号公報の、従来のブラシレス D Cモータの駆動装置のブロック図である。図において、商用電源 101は、日本の場合周波数 50Hzまたは 60Hz、電圧 100 Vの交流電源である。整流回路 102は、ブリッジ接続された整流用ダイオード 102 aから 102 dと平滑用の電解コンデンサ 102 e、 102 f とからなる。図の回路は倍電圧整流回路で、 AC 100V入力から直流電圧 280 Vを得る。インバー夕回路 103は、 6個のスィッチ素子 103 a、 103 b、 103 c、 103 d、 103 e、 10 3 f を 3相ブリッジ構成している。各々のスィッチ素子は還流電流用の逆方向並列ダイオードを有するが本図では省略している。ブラシレス DCモー夕 104は、永久磁石を有する回転子 104 aと 3相巻線を有する固定子 104bとからなる。インバー夕 1 0 3により作られた 3相交流電流が固定子 1 0 4 bの 3相卷線に流れることにより、回転子 1 0 4 aを回転させることができる。回転子 1 0 4 aの回転運動はクランクシャフト（図示せず）により往復運動に変更され、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。

逆起電圧検出回路 1 0 5は、回転子 1 0 4 aの回転により固定子 1 0 4 bに誘起する電圧から、回転子位置を検出する。転流回路 1 0 6は、逆起電圧検出回路 1 0 5の出力信号にロジカルな信号変換を行い、ィンバー夕 1 0 3のスィツチ素子を駆動する信号を作り出す。

同期駆動回路 1 0 7は、ブラシレス D Cモ一夕 1 0 4を同期駆動するために、転流回路 1 0 6で生成される信号と同形状の信号を所定周波数で発生する。負荷状態判定回路 1 0 8は、ブラシレス D Cモータ 1 0 4が運転されている負荷状態を判定する。切替回路 1 0 9は、負荷状態判定回路 1 0 8の出力により、ブラシレス D Cモー夕 1 0 4を転流回路 1 0 6で駆動するか、同期駆動回路 1 0 7で駆動するかを選択する。ドライブ回路 1 1 0は、切替回路 1 0 9からの信号により、ィンバー夕 1 0 3のスィツチ素子を駆動する。

負荷状態判定回路 1 0 8で検出された負荷が通常負荷の場合、転流回路 1 0 6 による駆動を行う。その場合、逆起電圧検出回路 1 0 5で回転子位置を検出し、転流回路 1 0 6で回転子位置を基にィンバ一夕 1 0 3を駆動する転流パターンを作り出す。この転流パターンは切替回路 1 0 9を通してドライブ回路 1 1 0に供給され、ィンバ一夕 1 0 3のスィツチ素子を駆動する。これにより、ブラシレス D Cモータ 1 0 4は回転子位置に対応して駆動される。すなわち、ブラシレス D Cモー夕 1 0 4は通常のブラシレス D Cモータとして駆動される。

負荷が増加すると、ブラシレス D Cモ一夕 1 0 4はその特性により回転数が低下する。この状態を負荷状態判定回路 1 0 8は高負荷状態であると判定し、切替回路 1 0 9の出力を同期駆動回路 1 0 7からの信号に切り替える。すなわち、ブラシレス D Cモータ 1 0 4は同期モータとして駆動され、高負荷時の回転数低下を防止する。発明の開示

本発明は、低速時のモータ効率を高くしながら、高速回転も可能なブラシレス D Cモータの駆動装置を提供することを目的とする。

本発明のブラシレス D Cモ一夕の駆動装置は、固定子と永久磁石を有する回転子とを有するブラシレス D Cモー夕と、

前記ブラシレス D Cモータに電力を供給するィンバー夕と、

前記インパー夕を駆動するドライブ部と、

前記ブラシレス D Cモ一夕の固定子に誘起する電圧を基に回転子位置信号を出力する位置検出部と、

前記回転子位置信号を基にした駆動信号を PWMのデューティ制御を行いながら出力する第 1波形発生部と、

前記ブラシレス D Cモータを同期モータとして駆動する駆動信号を PWMのデュ一ティを一定にして出力する第 2波形発生部と..

前記ブラシレス D Cモー夕の低速時は前記第 1波形発生部が出力する駆動信号で前記ドライブ部を介して前記ィンバ一夕を駆動し、前記ブラシレス D Cモータの回転数が高速時は前記第 2波形発生部が出力する駆動信号で前記ドライブ部を介して前記ィンパ一夕を駆動する切替判定部とを備える。

これにより、低速時には高効率で低騒音な運転を実現するとともに、高速時には安定した高速性を確保でき、かつ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることができる。図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1実施例のブラシレス D Cモータの駆動装置のプロック図図 2は本発明の第 1実施例における低速時のィンバー夕駆動のタイミング図図 3は本努明の第 1実施例における低速時の通電角 =効率特性図

図 4は本発明の第 1実施例における高速時のィンバータ駆動のタイミング図図 5は本発明の第 1実施例における回転数 =デューティ特性図

図 6は本発明の第 1実施例における回転数とデューティのタイミシグ図図 7は本発明の第 1実施例のブラシレス D Cモータの回転子の構造図図 8は本発明の第 2実施例のブラシレス D Cモータの駆動装置のブロック図図 9は本発明の第 3実施例のブラシレス D Cモータの駆動装置のプロック図図 1 0は本発明の第 4実施例のブラシレス D Cモータの駆動装置のプロック図図 1 1は本発明の第 4実施例における、第 1波形発生部から第 2波形発生部への切替動作を示すフローチャート

図 1 2は本発明の第 4実施例における、第 2波形発生部から第 1波形発生部への切替動作を示すフローチヤ一ト

図 1 3は本発、明の第 5実施例のブラシレス D Cモータの駆動装置のブロック図図 1 4は本発明の第 5実施例における、第 1波形発生部から第 2波形発生部への切替動作を示すフローチャート

図 1 5は本発明の第 5実施例における、第 2波形発生部から第 1波形発生部への切替動作を示すフローチヤ一ト

図 1 6は本発明の第 6実施例のブラシレス D Cモータの駆動装置のプロック図図 1 7は第 1波形発生部による駆動波形

図 1 8は第 2波形発生部による駆動波形

図 1 9は第 2波形発生部による駆動時での、モータ回転異常時の波形図 2 0は本発明の第 7実施例のブラシレス D Cモータの駆動装置のプロック図図 2 1は従来のブラシレス D Cモータの駆動装置のブロック図発明を実施するための最良の形態

以下、本発明による冷蔵庫の実施例について、図面を参照しながら説明する。 (第 1実施例）

図 2 1は、本発明の第 1実施例のブラシレス D Cモータの駆動装置のブロック図である。

図において、商用電源 1は、日本の場合周波数 5 0 H zまたは 6 0 H z、電圧 1 0 0 Vの交流電源である。整流回路 2はプリッジ接続された整流用ダイォード 2 a〜 2 dと平滑用の電解コンデンサ 2 e、 2 f とからなる。図の回路は倍電圧整流回路で、商用電源 1の A C 1 0 0 V入力から直流電圧 2 8 0 Vを得る。整流回路 2は、全波整流や直流電圧可変式のチヨッパ回路や倍電圧整流 Z全波整流の切替方式など他の整流回路でもよい。

インバ一タ回路 3は、 6個のスィツチ素子 3 a、 3 b、 3 c、 3 d、 3 e、 3 f を 3相プリッジ構成している。各々のスィ Vチ素子は還流電流用の逆方向並列ダイォ一ドを有するが本図では省略している。

ブラシレス D Cモータ 4は、永久磁石を有する回転子 4 aと 3相卷線を有する固定子 4 bとからなる。インバ一タ 3で作られる P WM (パルス幅変調) 波形の 3相交流電流が固定子 4 bの 3相巻線に流れることにより、回転子 4 aを回転させることができる。回転子 4 aの回転運動はクランクシャフト (図示せず) により往復運動に変更され、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。

位置検知部 5は、回転子 4 aが回転することにより固定子 4 bに誘起する電圧から、回転子位置を検出する。

第 1波形発生部 6は、位置検出部 5の位置検出信号をもとにィンバ一夕 3のスイッチ素子 3 a、 3 b、 3 c 、 3 d、 3 e、 3 f を駆動する信号を作る。この駆動信号は通電角が 1 2 0度以上 1 5 0度以下の矩形波を作る。矩形波に替えて台形波や正弦波などでもよい。

第 1波形発生部 6はさらに、回転数を一定に保っために駆動信号の PWMのデユーティの制御も行っている。回転位置に従って、最適なデューティで運転することにより効率的な運転が可能となる。回転数検出部 7は、位置検知部 5の出力信号の一定時間力ゥントまたは周期測定などで、ブラシレス D Cモータ 4の回転数を検出する。

周波数設定部 8は、 P WMのデューティを一定に保ったまま出力周波数を変化させる。周波数制限部 9は、周波数設定部 8からの周波数が上限周波数を超えないように制限する。

第 2波形発生部 1 0は、周波数設定部 8の出力信号をもとに、インバー夕 3のスィッチ素子 3 a、 3 b、 3 c、 3 d、 3 e、 3 f を駆動する信号を作る。この駆動信号は通電角が 1 3 0度以上 1 8 0度未満の矩形波を作る。矩形波に替えて台形波や正弦波などでもよい。駆動信号の P WMのデューティは最大値で一定に保たれている。

切替判定部 1 1は、. 回転数検出部 7で検出された回転数をもとに、インバ一夕 3を第 1波形発生部 6で駆動するか、第 2波形発生部 1 0で駆動するかを選択する。回転数が低い場合は第 1波形発生部 6を選択し、回転数が高い場合は第 2波形発生部 1 0を選択する。

なお、回転数が低速か高速かの判定は、設定回転数や P WMデュ一ティから判断することも可能である。

ドライブ部 1 2は、切替回路 1 1からの出力信号により、インバータ 3のスィツチ素子を駆動する。ィンバータ 3から最適な交流出力がブラシレス D Cモ一夕 4に印加され、回転子 4 aを回転させる。

上限周波数設定部 1 3は、第 1波形発生部 6から駆動されているときの最大回転数（デューティ 1 0 0 %の時）をもとに上限周波数を設定する。本実施例では上限回転数を最大回転数の 1 . 5倍に設定する。例えば最大回転数が 5 0 r Z s の場合、上限周波数は 7 5 r / sとする。周波数制限部 9は、設定された上限周波数を周波数制限に利用する。

第 2波形発生部 1 0による駆動を行っているときはブラシレス D Cモータ 4は同期モータとして運転されている。駆動周波数が高すぎるとモータは同期を外れて脱調する。したがって上限周波数は、脱調をおこす周波数より低く設定する。上限周波数変更部 1 4は、第 2波形発生部 1 0による駆動を所定時間（例えば 3 0分間）継続した場合、強制的に切替判定部を第 1波形発生部 6に切り替え、上限周波数設定部 1 3による上限周波数を再設定する。上限周波数を再設定の詳細は後記する。

電圧検出部 1 5は整流回路 2の出力電圧（直流電圧）を検出する。この電圧検出部 1 5の出力を受けて、上限周波数補正部 1 6は上限周波数を補正する。通常、電圧が標準より高ければ上限周波数を上げ、標準より低ければ上限周波数を下げる。これらの機能はマイクロコンピュータ 1 7のプログラムによって実現される。次に装置の動作を、図 1〜図 6を用いて説明する。

まず、低速駆動時の動作を説明する。ブラシレス D Cモータ 4は、回転数が低い場合、第 1波形発生部 6からの信号により図 2に示すように駆動される。

図 2において、 U, V, W_s X, Υ, Zはそれぞれスィッチ素子 3 a、 3 c , 3 e、 3 b、 3 d、 3 f の駆動信号を、 I u · I v - I wはそれぞれ U、 V、 W 相の電流を示す。

位置検知部 5の信号に従つて、 1 2 0度通電角で順次転流を行っている。また上アームの駆動信号 U、 V、 Wは P WMによるデューティ制御を行っている。電流波形は図に示すようにのこぎり歯波形である。この場合は、位置検知部 5の出力により最適なタイミングで転流を行つているので最も効率よくブラシレス D C モー夕が駆動されている。

図 3は低速駆動時の効率を示す。図に示すように、 1 2 0度より大きい通電角でモータ効率は向上する。これは通電角が広がることによりモータ電流が減少し、モータの銅損が減少するためである。しかし、スイッチング回数が増加し、スィツチングロスが増加するので、回路効率は低下する。その結果、図 3に示すように 1 3 0度通電角で総合効率が最も高い。したがって、通電角は 1 2 0度以上 1 5 0度以下が望ましい。次に、高速駆動時の動作を説明する。ブラシレス D Cモータ 4は、回転数が高ぃ塲合、第 2波形発生部 1 0からの信号により図 4に示すように駆動される。図 4の符号は図 2と同じである。各駆動信号は周波数設定部 8,の出力にしたがつて、所定周波数で転流を行う。導電角は 1 3 0度以上 1 8 0度未満が望ましい。図 4 では導電角が 1 5 0度であるが、導電角を広げることによって電流波形は正弦波に近くなる。高速駆動時ではブラシレス D Cモー夕 4は同期モータとして駆動されており、周波数が上がるにしたがって電流も上がる。しかし導電角を 1 3 0度以上 1 8 0度未満にすることにより電流波形は正弦波に近づきピーク電流が小さい波形に改善されるので、より高い電流でも過電流保護がかからずに流すことができる。

次に、第 1波形発生部 6と第 2波形発生部 1 0の切替を説明する。図 5は本実施例のブラシレス D Cモータの回転数 =デューティ特性を示す。図 5において、回転数 5 0 r / s以下では第 1波形発生部 6による低速駆動が行われる。 P WM デューティは、フィードバック制御により、回転数に対応して最も効率が良い値に自動的に調整される。 5 0 r / sにおいて、 PWMデュ一ティは 1 0 0 %となり、第 1波形発生部 6による駆動はそれ以上回転を上げることができない限界に到達する。したがって、駆動は第 2波形発生部 1 0による駆動に切替えられる。この状態において上限周波数設定部 1 3は、上限周波数を 7 5 r / s ( 5 0 τ / sの 1 . 5倍) と設定する。周波数設定部 8からの出力信号が 7 5 r Z sを超えると周波数制限部 9は、これ以上の周波数を出すのを禁止する。 5 0 r Z sから 7 5 r Z sの間は、 PWMデューティは 1 0 0 %のままで、周波数設定部 8の出力周波数を上げていくことにより、ブラシレス D Cモ一夕 4の回転数を上げる。次に、上限周波数変更部 1 4の動作を説明する。冷蔵庫などの圧縮機に本装置を使用した場合、比較的長い時間がかかって負荷状態が変化するので、これにともなつて上限周波数を変更する必要が生じる。図 6は上限周波数の変更を説明する。時刻 t 0において、ブラシレス DCモータ 4は回転数指令 80 r/sを受けて、第 1波形発生部 6に駆動されて起動し順次回転数を上げて行く。同時に、 PWM のデューティも上がって行く。

時刻 t 1において、回転数は 50 r/s、 PWMデュ一ティは 100%となり、第 1波形発生部 6による駆動ではこれ以上回転数を上げることができない。したがって、駆動は第 2波形発生部 10による駆動に切り替えられる。この状態で、上限周波数設定部 13は上限周波数を 75 r Z s ( 50 r Z sの 1. 5倍）に設定する。その後 PWMデューティは 100%のままで、周波数設定部 8の出力周波数を上げていくことにより回転数を上げる。

時刻 t 2において、回転数は上限の 75 r/sに達し、 80 r/sが指令されてはいるが、その後は 75 r/sで運転を続ける。

時刻 t 3 (時刻 t 2から 30分後）において、上限周波数変更部 14は駆動を第 1波形発生回路 6からの駆動に切り替える。すると回転数は、第 1波形発生回路 6が駆動できる最大回転数（55 r/s) まで下がる。時刻 t 2における負荷状態に比べて、時刻 t 3における負荷状態は軽くなつているので、最大回転数は時刻 t 2での 50 r/sより高い 55 rZsとなっている。この結果、上限周波数設定部 13は、上限周波数を 82. 5 r/s ( 551ゾ sの 1. 5倍) に再設定 9る。

その後、駆動を第 2波形発生部 10からの駆動に切り替えて回転数を上げる。上限周波数は 82. 5 rZsであるので当初の回転数指令である 80 r/sで運転することができる。このようにして負荷の変動に対して、一定時間ごとに負荷状態を再度検出して上限周波数を補正を行うことにより、負荷状態に応じた最適な運転が実現できる。

次に、商用電源 1の電圧が変動した場合を説明する。この場合、整流回路 2の直流電圧出力も同時に変化する。この直流電圧出力の変化を電圧検出部 15で検出する。この検出結果をもとに、上限周波数補正部 16で補正すべき値を決定し、上限周波数設定部 1 3で設定される上限周波数を補正する。ブラシレス D Cモー夕の最大回転数は、整流回路 2の直流電圧出力に比例して変化する。したがって直流電圧が 1 0 %下がれば上限周波数も 1 0 %下げ、逆に直流電圧が 1 0 %上がれば上限周波数も 1 0 %上げるように補正を行えば、入力電圧が電圧変動を起こしても脱調することなく回りつづけるブラシレス D Cモー夕の駆動装置を提供することができる。

次に、ブラシレス D Cモータ 4の構造を説明する。図 7は、ブラシレス D Cモ —夕の回転子の構造図である。回転子コア 2 0は、 0 . 3 5 mmから 0 . 5 mm 程度の薄い珪素鋼板を打ち抜いたものを、積み重ねたものである。 2 1 a、 2 1 b、 2 1 c、 2 1 dは磁石であり、逆円弧状に回転子コア 2 0に埋め込まれている。磁石は平板状でも良い。フェライト磁石や希土類磁石がよく用いられる。このような構造の回転子において、磁石中央の d軸と磁石端部の q軸の、それぞれの軸方向のリラクタンスは異なる。したがって、磁石の磁束によるトルク（マグネットトルク) 以外に、リラクタンストルクが利用できる。この結果、高効率なモータが可能である。また、第 2波形発生部 1 0による駆動では電流は進み位相で運転するので、大きなリラクタンストルクが期待できる。

(第 2実施例）

図 8は本発明の第 2実施例のブラシレス D Cモータの駆動装置のプロック図である。図 8において、先行実施例ですでに説明した部分は、同一符号を付与して詳しい説明は省略する。

出力電圧検出部 3 0は、インバー夕 3のスィッチ素子 3 eがオンした時、固定子巻線の W相の端子を介して整流回路 2の出力電圧を検出する。上限周波数補正部 1 6は、出力電圧検出部 3 0の出力を受けて、上限周波数設定部 1 3の上限周波数を補正する出力を送出する。電圧が標準より高ければ上限周波数は上方に補正され、標準より低ければ上限周波数は下方に補正される。これにより、電源電圧が変動した場合にも安定した高速回転を維持することができる。

(第 3実施例）

図 9は本発明の第 3実施例のブラシレス D Cモー夕の駆動装置のブロック図である。図 9において、先行実施例ですでに説明した部分は、同一符号を付与して詳しい説明は省略する。

シャント抵抗 4 0が、整流回路 2とインバ一タ 3との間に設けられる。電流検出部 4 1は、シャント抵抗 4 0を流れる電流を検出する。位相差検出部 4 2は、電流検出部 4 1が検出した電流と出力電圧の位相差を検出する。ブラシレス D C モー夕 4が第 1波形発生部に駆動されて低速である場合、この位相差は 5 ° 〜1 5 ° である。しかし、ブラシレス D Cモータ 4が第 2波形発生部に同期モータとして駆動されて高速になると、この位相差は拡大する。位相差が 6 0 ° を超えるとモ一夕は脱調する可能性がある。周波数制限部 9は、位相差が 5 5 ° を超えると、回転数がそれ以上に上がらないように周波数を制限して脱調を防止する。振幅検出部 4 3は、電流検出部 4 1が検出した電流の振幅を検出する。ブラシレス D Cモ一夕 4が第 1波形発生部に駆動されて一定トルクである場合、電流値はほぼ一定である。しかし、ブラシレス D Cモータ 4が第 2波形発生部に同期モ一夕として駆動される場合、回転数が上がるにつれて、電流値がどんどん増加していく。電流の振幅が所定値を超えると保護回路（図示せず）が動作してモ一タは停止してしまうので、保護回路が動作する以前に回転数の上昇を止める必要がある。周波数制限部 9は、電流の振幅が所定値を超えると、回転数がそれ以上に上がらないように周波数を制限して、モー夕が停止するのを防止する。

(第 4実施例）

図 1 0は本発明の第 4実施例のブラシレス D Cモータの駆動装置のブロック図である。図 1 0において、先行実施例ですでに説明した部分は、同一符号を付与して詳しい説明は省略する。

本実施例は、切替判定部が第 1波形発生部によるモータ駆動と第 2波形発生部によるモー夕駆動とを切替える際に、転流のタイミングゃモ一タ回転数を一致させることにより、モー夕電流の乱れを抑制するブラシレス D Cモータの駆動方法および装置を提供する。

(1) まず第 1波形発生部から第 2波形発生部へ切替える場合を、図 10のプロック図と図 1 1のフローチャートを用いて説明する。

まず、 S T E P 21において、切替判定部 1 1が第 1波形発生部 6を選択しているかどうかを判定する。第 1波形発生部 6を選択しているなら STEP 22に移行する。

STEP 22において、回転数検出部 7の検出結果を周波数指令部 22に入力し、 STEP 23に移行する。

STEP 23において切替判定部 1 1はモータ回転数、 PWMデューティなどのデータから、第 2波形発生部 8への切替えが必要かどうかを判定する。切替える必要があると判定した場合は S T EP 24に移行する。

STEP 24において、周波数指令部 22は、 STEP 22においてに入力された検出結果を、周波数設定部 8に入力する。

最後に、 STEP 25において、切替判定部 1 1は、第 1波形発生部 6を第 2 波形発生部 10に切り替える。

以上のように周波数指令部 22を設けることにより、第 1波形発生部 6から第 2波形発生部 10への切替えの前後において、転流のタイミングゃモ一夕の運転周波数を等しくすることが可能となり、切替時の電流の乱れを抑制できる。

(2) 次に第 2波形発生部から第 1波形発生部へ切替える場合を、図 10のプロック図と図 12のフローチャートを用いて説明する。

まず、 S T E P 41において、切替判定部' 1 1が第 2波形発生部 10を選択しているかどうかを判定する。第 2波形発生部 10を選択しているなら STEP 4 2に進む。

STEP42において、切替判定部 11は、第 1波形発生部 6への切替えが必要かどうかを判定する。切替える必要があると判定した場合は STEP 43に移行する。

STEP43において、一致判定部 60は、回転数検出部 7が検出した周波数が周波数設定部 8が設定している周波数と一致しているかどうかを判定する。一致している場合は STEP 44に移行する。

STEP44において、一致判定部 60は、周波数設定部 8が設定している周波数を波形の出力タイミングとして第 1波形発生部 6に指令する。

最後に、 S T E P 45において、切替判定部 11は、第 2波形発生部 10を第 1波形発生部 6に切替える。

以上のように一致判定部 60を設けることにより、第 2波形発生部 10から第 1波形発生部 6への切替えの前後において転流のタイミングゃモー夕の運転周波数を等しくすることが可能となり、切替時の電流の乱れを抑制できる。

(第 5実施例）

図 13は、本発明の第 5実施例のブラシレス D Cモ一夕の駆動装置のプロック図である。図 13において、先行実施例ですでに説明した部分は、同一符号を付与して詳しい説明は省略する。

本実施例は、切替判定部が第 1波形発生部によるモー夕駆動と第 2波形発生部によるモー夕駆動とを切替える際に、転流のタイミングやモータ回転数に差を持たせることにより、モータ電流の乱れを抑制するブラシレス DCモー夕の駆動方法および装置を提供する。

(1) まず第 1波形発生部から第 2波形発生部へ切替える場合を、図 13のプロック図と図 14のフローチャートを用いて説明する。

まず、 S T E P 61において、切替判定部 11が第 1波形発生部 6を選択しているかどうかを判定する。第 1波形発生部 6を選択しているなら STEP 62に移行する。

STEP 62において、回転数検出部 7の検出結果を周波数補正部 50に入力し、 STEP 63に移行する。

STEP 63において、切替判定部 1 1は、モータ回転数、 PWMデュ一ティなどのデータから、第 2波形発生部 8への切替えが必要かどうかを判定する。切替える必要があると判定した場合は STEP 64に移行する。

STEP 64において、周波数補正部 50は、 STEP 62においてに入力された回転数検出部 7の検出結果を適切な値に補正した後、周波数設定部 8に入力する。

最後に、 STEP 65において-. 切替判定部 1 1は、第 1波形発生部 6を第 2 波形発生部 10に切り替える。

以上のように周波数補正部 50を設けることにより., 第 1波形発生部 6から第 2波形発生部 10への切替えの前後において、転流のタイミングやモータの運転周波数に差を持たせることが可能となり、切替時の電流の乱れを抑制できる。

(2) 次に第 2波形発生部から第 1波形発生部へ切替える場合を、図 13のプロック図と図 15のフローチャートを用いて説明する。

まず、 STEP 81において、切替判定部 1 1が第 2波形発生部 10を選択しているかどうかを判定する。第 2波形発生部 10を選択しているなら STEP 8 2に進む。

STEP 82において、切替判定部 1 1は、第 1波形発生部 6への切替えが必要かどうかを判定する。切替える必要があると判定した場合は STEP 83に移行する。

STEP 83において、偏差判定部 70は、回転数検出部 7が検出した周波数と周波数設定部 8が設定している周波数との偏差が許容範囲内にあるかどうかを判定する。偏差が許容範囲内にある場合は 3 TEP 84に移行する。 STEP 84において、偏差判定部 70は、回転数検出部 1が検出した周波数を波形の出力タイミングとして第 1波形発生部 6に指令する。

最後に、 S T E P 85において、切替判定部 1 1は、第 2波形発生部 10を第 1波形発生部 6に切替える。

以上のように偏差判定部 70を設けることにより、第 2波形発生部 10から第 1波形発生部 6への切替えの前後において、転流のタイミングゃモータの回転周波数に差を持たせることが可能となり、切替時の電流の乱れを抑制できる。

(第 6実施例）

図 16は、本発明の第 6実施例のブラシレス DCモー夕の駆動装置のブロック図である。図 16において、先行実施例ですでに説明した部分は、同一符号を付与して詳しい説明は省略する。

本実施例は、位置検知部 5の位置検知タイミングからブラシレス D Cモータの回転の異常を検知し、適切な処置を行うブラシレス D Cモー夕の駆動装置を提供する。

図 17、 18はそれぞれ第 1波形発生部 6、第 2波形発生部 10による駆動の波形を示す。 U, V, W, X， Υ, Zはそれぞれスィッチ素子 3 a , 3 c, 3 e， 3 b, 3 d, 3 f の駆動信号、 Vu, Vv, Vwはそれぞれィンバータ回路 3の U相， V相， W相の出力電圧、 Pu, P V, Pwはそれぞれ位置検知部 5の出力信号、 P Dは位置検知部 5の位置検知タイミングである。ブラシレス DCモータ 4の回転が正常である場合、位置検知タイミング P Dはスイツチ素子のォンとほぼ一致する。

図 19はブラシレス DCモータ 4の異常停止時の波形である。位置検知タイミング P Dはスィッチ素子のォフタイミングと同時、すなわちスイツチ素子のオンタイミングの前後 30° の位置で発生する。

このようにブラシレス D Cモータ 4が第 2波形発生部 10の駆動信号で同期モ一夕として駆動される場合、正常に回転している場合と、回転に何か異常がある場合とで、位置検知部 5の位置検知タイミングが異なる。異常検出部 2 7は、ブラシレス D Cモー夕の回転の異常を位置検知タイミングから検出する。回転が異常である場合、位置検知タイミングは、たとえばスィッチ素子のオンから 1 5 ° 以上 4 5 ° 以下の範囲にある。回転が正常である場合、位置検知タイミングはその範囲外にある。

ここで言うモータの回転の異常は、モー夕が停止している状態の他に、モ一夕に加えられた過剰な電源電圧または過剰な負荷などで、ブラシレス D Cモ一夕が電流が不安定で脱調しゃすくなっている状態を含む。

回転が正常である場合は第 2波形発生部 1 0による駆動は継続されるが、回転の異常が検出された場合は、切替判定部 1 1はブラシレス D Cモ一夕 4の駆動を第 1波形発生部 6による駆動に戻し、位置検知部 5の信号に従って転流を行う。この時，ブラシレス D Cモー夕が停止状態にある場合は、位置検知信号が入力されない、或いは P WM周波数に同期した高い回転数となる、或いは速度に対して PWMデューティが極端に低いなどの、正常駆動では起こり得ない状態が発生する。この状態を停止検出部 2 5はモ一夕が停止中であると検出し、保護停止部 2 6はドライブ部 1 2に指示して、インバー夕回路 3を停止させる。

また、第 1波形発生部による駆動に戻ったとき、ブラシレス D Cモータが正常に回転するなら、切替判定部 1 1は再度第 2波形発生部 1 0を選択し、 D Cブラシレスモータ 4を第 2波形発生部 1 0による同期運転で駆動する。この時、第 1 波形発生部 6での駆動による最高速度を基に、上限周波数設定部 1 3で上限周波数を再設定する。

このように位置検知タイミングが異常な範囲に入ったとき、一旦第 1波形発生部 6による駆動に戻してから再度第 2波形発生部 1 0による駆動とすることで、第 1波形発生部 6による駆動から第 2波形発生部 1 0による駆動に切替わる速度の補正と、第 2波形発生部 1 0による駆動時の上限周波数の再設定が出来るので、負荷に応じた最適な運転が可能となる。

また、位置検知タイミングが異常な範囲に入ったとき、一旦インバー夕 3を停止させ、その後再起動を行う構成としても良い。 (第 7実施例）

図 2 0は、本発明の第 7実施例のブラシレス D Cモータの駆動装置のブロック図である。図 2 0において、先行実施例ですでに説明した部分は、同一符号を付与して詳しい説明は省略する。

本実施例は、シャント抵抗 4 0を流れる電流からブラシレス D Cモータの回転の異常を検知し、適切な処置を行うブラシレス D Cモー夕の駆動装置を提供する。電流検出部 4 1は、シャント抵抗 4 0の両端の電圧から、シャント抵抗 4 0を流れる電流を検出する。

異常判定部 2 3はシャント抵抗 4 0の電流が例えば規定値の 2 A以下であれば、ブラシレス D Cモータ 4が正常に回転していると判断し、切替判定部 1 1が現在選択している波形発生部（第 1波形発生部または第 2波形発生部）で駆動をける。

しかし、電流が 3 A以上の場合はブラシレス D Cモータ 4がロック等による異常で停止状態にあると判断し、保護停止部 2 6からインバ一タ回路 3を停止する信号をドライブ部 1 2に送りブラシレス D Cモ一夕 4を停止させる。

さらに、第 2波形発生部による駆動時に、電流が 2 Aを越え 3 A未満である場合、または電流が不安定である場合は、モータに加えられた過剰な電源電圧または過剰な負荷などでブラシレス D Cモータが脱調しやすい状態になっていると判断し、一旦第 1波形発生部 6による駆動に切り替える。

その後、再び第 2波形発生部 1 0による駆動に戻る時、上限周波数設定部 1 3 にて、上限周波数を第 1波形発生部 6が出力する最大周波数をもとに決定し、さらに周波数制限部 9により上限周波数以上の周波数の出力を禁止することで、安定した最大限の高速運転が可能となる。

また、電流検出部 4 1の電流検出または、異常判定部 2 3の判定動作を、ブラシレス D Cモ一夕 4の起動後から例えば 1分後に開始する構成とするならば、起動時の過渡現象を異常であると検出する誤検出は防止出来る。産業上の利用可能性

本発明のブラシレス D Cモータの駆動装置は、低速においては高効率 ·低騒音な運転を実現するとともに、高速においては安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来るので、特に冷蔵庫やエアコンなどの圧縮機を駆動する用途に適している。

Claims

請求の範囲

1 . 固定子と永久磁石を有する回転子とを有するブラシレス D Cモータと、前記ブラシレス D Cモータに電力を供給するィンバ一夕と、

前記ィンバ一夕を駆動するドライブ部と、

前記ブラシレス D Cモータの固定子に誘起する電圧を基に回転子位置信号を出力する位置検出部と、

前記回転子位置信号を基にした駆動信号を P WMのデューティ制御を行いながら出力する第 1波形発生部と、

前記ブラシレス D Cモータを同期モータとして駆動する駆動信号を PWMのデュ —ティを一定にして出力する第 2波形発生部と、

前記第 1波形発生部の駆動信号と前記第 2波形発生部の駆動信号のいずれかを選択して前記ドライブ部を介して前記ィンバー夕を駆動する切替判定部とを備え、ここに、前記切替判定部は、前記ブラシレス D Cモータの低速時には前記第 1波形発生部の駆動信号を選択し、前記ブラシレス D Cモー夕の高速時には前記第 2 波形発生部の駆動信号を選択する、ブラシレス D Cモータの駆動方法。

2 . 前記第 1の波形発生部は通電角が 1 2 0度以上 1 5 0度以下の矩形波またはそれに類似する波形の駆動信号を出力し、前記第 2の波形発生部は通電角が 1 3 0度以上 1 8 0度未満の矩形波またはそれに類似する波形の駆動信号を出力する、請求項 1記載のブラシレス D Cモータの駆動方法。

3 . 前記切替判定部が前記第 1波形発生部の駆動信号と前記第 2波形発生部の駆動信号の選択を切替える際に、駆動信号波形を出力するタイミングを切替えの前後で等しくなるようにする、請求項 1記載のブラシレス D Cモ一夕の駆動方法。

4. 前記切替判定部が前記第 1波形発生部の駆動信号と前記第 2波形発生部の駆動信号の選択を切替える際に、駆動信号波形を出力するタイミングを切替えの前後で差があるようにする、請求項 1記載のブラシレス D Cモータの駆動方法。

5 . 前記切替判定部が前記第 1波形発生部の駆動信号と前記第 2波形発生部の駆動信号の選択を切替える際に、前記ブラシレス D Cモータに流れる電流の増加を抑制する働きを有する、請求項 1記載のブラシレス D Cモータの駆動方法。

6 . 前記ブラシレス D Cモー夕が、回転子鉄心に永久磁石を埋め込んだ構成の突極性を有する回転子を有する、請求項 1記載のブラシレス D Cモータの駆動方法。

7 . 前記ブラシレス D Cモータが圧縮機を駆動するものである、請求項 1記載のブラシレス D Cモータの駆動方法。

8 . 固定子と永久磁石を有する回転子とを有するブラシレス D Cモ一夕と、前記ブラシレス D Cモータに電力を供給するィンバ一夕と、

前記インバ一タを駆動するドライブ部と、

前記ブラシレス D Cモー夕の固定子に誘起する電圧を基に回転子位置信号を出力する位置検出部と、

前記回転子位置信号から前記ブラシレス D Cモ一夕の回転数を検出する回転数検出部と、

前記ブラシレス D Cモー夕を同期モータとして駆動する駆動信号を P WMのデュ —ティを一定にして出力する第 2波形発生部と、

前記ブラシレス D Cモータの回転数が所定回転数以下の低速である時は前記第 1 波形発生部が出力する駆動信号で前記ドライブ部を介して前記ィンバ一夕を駆動し、前記ブラシレス D Cモータの回転数が所定回転数を超える高速である時は前記第 2波形発生部が出力する駆動信号で前記ドライブ部を介して前記ィンバ一夕を駆動する切替判定部とを備えたブラシレス D Cモータの駆動装置。

9 . 前記第 2波形発生部の出力波形の周波数を設定する周波数設定部と、前記前記第 2波形発生部の出力波形の周波数が上限周波数を超えないように前記周波数設定部で設定された周波数に制限を加える周波数制限部を更に備えた、請求項 8記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

1 0 . 前記上限周波数を前記第 1波形発生部の出力波形の最大周波数に基づいて設定する上限周波数設定部を有する請求項 9記載のブラシレス D Cモ一夕の駆 1 1 . 前記第 1の波形発生部は通電角が 1 2 0度以上 1 5 0度以下の矩形波またはそれに類似する波形の駆動信号を出力し、

前記第 2の波形発生部は通電角が 1 3 0度以上 1 8 0度未満の矩形波またはそれに類似する波形の駆動信号を前記周波数設定部が定める周波数で出力する、請求項 9記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

1 2 . 前記ブラシレス D Cモータが第 2波形発生部が出力する駆動信号で所定時間運転された後上限周波数を設定しなおす上限周波数変更部を更に備えた、請求項 1 0記載のブラシレス D Cモ一夕の駆動装置。

1 3 . 前記インバー夕に供給される電圧を検出する電圧検出部と前記電圧検出部が検出した電圧の値を基に上限周波数を補正する上限周波数補正部とを更に備えた、請求項 9記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

1 4. 前記ィンバ一夕の出力電流を検出する電流検出部と-. 前記電流検出部が検出した出力電流の出力電圧に対する位相を基に上限周波数を変更する位相差検出部とを更に備えた、請求項 9記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

1 5 . 前記インバ一夕の出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部が検出した出力電流の振幅を基に上限周波数を変更する振幅検出部とを更に備えた、請求項 9記載のブラシレス D Cモー夕の駆動装置。

1 6 . 前記第 2波形発生部が出力する駆動信号の周波数を定める周波数設定部と、

前記回転数検出部が検出した回転数の周波数を前記周波数設定部に指令する周波数指令部とを更に備えた、請求項 8記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

1 7 . 前記第 2波形発生部が出力する駆動信号の周波数を定める周波数設定部と、

前記回転数検出部の検出するタイミングと前記第 2波形発生部の出力するタイミングがー致しているがどうかを判定し、一致していれば前記周波数設定部が設定した周波数を前記第 1波形発生部に出力周波数として指令する一致判定部とを更に備えた、請求項 8記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

1 8 . 前記回転数検出部が検出した回転数の周波数を補正し前記周波数設定部に出力周波数として指令する周波数補正部を備えた、請求項 8記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

1 9 . 前記位置検出回路の検出するタイミングが前記第 2波形発生部の出力するタイミングに対して許容範囲内の偏差にあるかどうかを比較し、許容範囲内であれば前記周波数設定部が設定した周波数を前記第 1波形発生部に出力周波数として指令する偏差比較部を備えた、請求項 8記載のブラシレス D Cモー夕の駆動

2 0 . 前記位置検出部からの出力信号を基に前記ブラシレス D Cモータが異常により停止しているか否かを検出する停止検出部と-. 前記停止検出部が異常停止を検出した場合に前記ドライブ部による前記ィンバ一夕の駆動を停止させる保護停止部とを更に備えた、請求項 8記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

2 1 . 前記保護停止部が前記ドライブ部による前記インバー夕の駆動を停止させた後、再起動を行うように構成した、請求項 2 0記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

2 2 . 前記位置検知部の位置検知タイミングを基に前記ブラシレス D Cモータの回転の異常を検出する異常検出部を更に備えた、請求項 8記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

2 3 . 前記位置検知部の位置検知タイミングが、前記インバ一夕のスィッチング素子のオンタイミング前後で規定の範囲外となった場合、前記異常検出部は、前記ブラシレス D Cモータの回転に異常があると検出する、請求項 2 2記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

2 4. 前記切替判定部は、前記第 2波形発生部により前記インバー夕を駆動させている時に、前記異常検出部が前記ブラシレス D Cモータの回転の異常を検出すると、前記第 2波形発生部による駆動を前記第 1波形発生部による駆動に切り替える、請求項 2 2記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

2 5 . 前記切替判定部は、前記異常検出部が前記ブラシレス D Cモータの駆動の異常を検出して前記第 2波形発生部による駆動から前記第 1波形発生部による駆動に切り替えた後、前記異常検出部が前記ブラシレス D Cモータの回転の異常を検出しなければ、前記第 1波形発生部による駆動から前記第 2波形発生部による駆動に切り替える、請求項 2 4記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。

2 6 . 前記インバ一夕の出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流を基にモー夕回転の状態を判定する異常判定部と、前記異常判定部が異常と判定した場合に前記ドライブ部による前記ィンバ一夕の駆動を停止させる保護停止部とを更に備えた、請求項 8記載のブラシレス D Cモー夕の駆動装置。

2 7 . 前記ブラシレス D Cモー夕が、回転子鉄心に永久磁石を埋め込んだ構成の突極性を有する回転子を有する、請求項 8記載のブラシレス D Cモータの駆動

2 8 . 前記ブラシレス D Cモー夕が圧縮機を駆動するものである、請求項 8記載のブラシレス D Cモータの駆動装置。