(57)【要約】【課題】ブラシレスＤＣモータの低速での高効率駆動を実現するとともに、高負荷時の高速駆動が可能な信頼性の高いモータ駆動装置を提供する。【解決手段】低速ではブラシレスＤＣモータ４の位置信号を位置検出部５で取得しての第１波形発生部７でのセンサレス駆動で高効率化を図り、高速では第２波形発生部９からの波形で周波数固定の同期駆動を行い、第２波形発生部９での高負荷高速駆動状態から第１波形発生部での低速高効率駆動へ移行する時、波形補正部１２で第２波形発生部で発生した波形をブラシレスＤＣモータの位置信号取得が可能な波形に補正することで、第１波形発生部への移行直後から位置信号を基にした転流が可能となるので、安定した移行が可能となる。【選択図】図１
2010252480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動するドライブ部と、前記ブラシレスＤＣモータの前記固定子の三相巻線に発生する誘起電圧を基に前記回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いはそれらに準じる波形を出力する第１波形発生部と、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部と、矩形波または正弦波あるいはそれらに準じる波形を前記周波数設定部で決められた所定周波数で出力する第２波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータが所定  回転数以下の低速で回転している時は前記第１波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させ、前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数を超える高速で回転している時は前記第２波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させる切替判定部と、所定のタイミングで第２波形発生部で発生した波形の一部あるいは全部を間欠するように波形を補正する波形補正部を有し、第２波形発生部による駆動から第１波形発生部での駆動に移行する際、波形補正部は第２波形発生部で出力した波形を補正してドライブ部に出力しインバータを駆動することで、前記ブラシレスＤＣモータの回転子相対位置を検出し、検出した前記ブラシレスＤＣモータの回転子相対位置をもとに転流タイミングを決定して前記第１波形発生部での駆動に移行するモータ駆動装置。
【請求項２】
前記第２波形発生部での駆動から前記第１波形発生部での駆動へ切り替える前後における前記インバータの通電角は等しく、かつ１５０度以下である請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記波形補正部は前記第２波形発生部で発生する波形の少なくとも１相の通電角を１５０度以下とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記ブラシレスＤＣモータの回転子の相対位置と、前記第２波形発生部により発生する波形との位相差を検出する位相差検出部を有し、前記位相差検出部によって検出した位相差が所定の差となったとき、第２波形発生部での駆動から第１波形発生部での駆動に移行する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記ブラシレスモータは圧縮機を駆動する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記圧縮機はレシプロ構成である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のモータ駆動装置を圧縮機の駆動に用いた冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータを、三相巻線に電力を供給するインバータにより駆動するための装置に関するものであり、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モータの駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種のモータ駆動装置は駆動負荷の状態によって、波形発生方法を切り替えることで、負荷に応じた最適な駆動を実現している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図７において交流電源１は一般的な商用電源で日本国内の場合はＡＣ１００Ｖ、５０または６０Ｈｚである。整流平滑回路２は４個のダイオードをブリッジ接続した整流回路と２個の平滑電解コンデンサによって構成され、交流１００Ｖ電圧を入力し直流２８０Ｖを出力する倍電圧整流回路としている。
【０００４】
インバータ３は６個のスイッチング素子を３相ブリッジ接続しており、整流平滑回路２の出力を入力として３相交流電力に変換してブラシレスＤＣモータ４に供給する。
【０００５】
ブラシレスＤＣモータ４は永久磁石を有する回転子４ａと、３相巻線を有した固定子４ｂとで構成され、インバータ３により作られた３相交流電流が固定子の３相巻線に流れることにより、回転子を回転することができる。
【０００６】
位置検出部５はブラシレスＤＣモータ４の回転子が回転することにより、固定子に促された３相巻線に発生する誘起電圧を検出することで回転子の相対的な回転位置を検出するものである。
【０００７】
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インバータ３のスイッチ素子を駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は矩形波通電を基本としており、通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波を作り出している。また、ここでは矩形波以外でもそれに準じる波形として立ち上がり／立ち下がりに若干の傾斜を持たせた台形波であってもよい。第１波形発生部６ではさらに回転数を一定に保つためにＰＷＭ  制御のデューティの制御も行い、回転位置に従って最適なデューティで運転させるので最も効率的な運転が可能となる。
【０００８】
回転数検出部７は、位置検出部５の出力信号からブラシレスＤＣモータ４の回転数を検出する。この回転数の検出は位置検出部５の出力信号を一定時間カウントすることや周期を測定することなどによって実現可能である。
【０００９】
周波数設定部８は、出力のデューティを一定にしたまま出力周波数のみを変化させる。
【００１０】
第２波形発生部９は、周波数設定部８の出力信号をもとにインバータ３のスイッチ素子を駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は通電角が１３０度以上１８０度未満の矩形波を作り出している。またここでは矩形波以外でも正弦波や歪波などのそれに準じる波形であってもよい。またここでは最大デューティで運転しており、９０〜１００％の一定のデューティで運転している。
【００１１】
切替判定部１０は、回転数検出部７で検出された回転数により低速／高速を判断し、イ
ンバータ３を動作させる波形を第１波形発生部６か第２波形発生部９かを切り替えるものである。具体的には回転数が低速の場合、第１波形発生部６からの信号を選択し、回転数が高速の場合、第２波形発生部９からの信号を選択してインバータ３を動作させる。
【００１２】
ここで回転数が低速か高速かの判定は回転数検出部７からの実際の回転数としたが、設定回転数やデューティを判断してもよい。デューティは最大デューティ（一般的には１０
０％）で位置検出でのＰＷＭデューティ制御による回転数が最大となるため、この条件で信号を切り替えることも可能である。
【００１３】
ドライブ部１１は、切替回路１０からの出力信号により、インバータ３のスイッチ素子を駆動する。この駆動によりインバータ３から最適な交流出力がブラシレスＤＣモータ４に印加されるので回転子を回転させることができる。
【００１４】
以上に様に構成されたモータ駆動装置について以下その動作を説明する。
【００１５】
まず比較的低負荷低速時においては位置検出部５の出力タイミングをもとに動作する第１波形発生部６によってインバータ３の各スイッチング素子は駆動される。このとき位置検出部５の出力信号からブラシレスＤＣモータ４の回転速度を検出し、駆動速度が目標速度に近づくように第１波形発生部６はＰＷＭデューティ制御を行う、誘起電圧検出による一般的なセンサレスＰＷＭ制御で、ブラシレスＤＣモータ４を効率よく駆動している。
【００１６】
また第１波形発生部６での駆動においてＰＷＭデューティが最大（例えば１００％）となったにもかかわらず、ブラシレスＤＣモータ４の駆動速度が目標速度に到達しない負荷状態では、切り替え判定部１０は周波数設定部８によって動作する第２波形発生部９を選択しインバータ３を駆動する。インバータ３の各相の駆動信号は周波数設定部８の出力にしたがって、所定周波数を出力するように転流を行う。このときデューティを一定として回転子位置と関係なく同期駆動で転流周波数を段階的に上げていくことで、ブラシレスＤＣモータ４の誘起電圧位相に対し電流位相が進んだ状態、いわゆる「弱め磁束制御」と同様の状態となり、第１波形発生部６での駆動より大幅な高速駆動が可能となる。
以上の様な構成とすることで従来のモータ駆動装置は、第１波形発生部６での誘起電圧検出による一般的なＰＷＭフィードバック制御よりもブラシレスＤＣモータの高負荷高速性能を向上できる。また固定子巻線を大きく巻き込んでトルク（回転数）を落としたモータを使用する場合は、低速では第１波形発生部６で高効率駆動を行うとともに、高速駆動性能は第２波形発生部９での駆動によって確保することができる。
【特許文献１】特開２００４−２８２９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら上記従来の構成は、駆動速度の減速時など第２波形発生部９での駆動から第１波形発生部６への駆動へ移行する際、回転子位置を基にした転流が必要となるが、同期駆動を行っている時の位置検出部５からの出力信号は、ブラシレスＤＣモータ４の誘起電圧ゼロクロス信号とはズレが発生している場合があり、検出した位置信号が正確なタイミングであるかどうか判断できず、この様な状態のもとで第２波形発生部９から第１波形発生部６へ波形発生部を切り換えた場合、過電流の発生による保護停止や、脱調により停止してしまう可能性があるという課題を有している。
【００１８】
また従来の構成では、過電流の発生や脱調停止といった課題を回避するためには、第２波形発生部９から第１波形発生部６に切り替える際は一旦ブラシレスＤＣモータ４を停止し、再起動によって第１波形発生部６で駆動するなどの対処が必要で、高速から低速に減速する場合一旦停止しなければならないといった実用面における課題を有していた。
【００１９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、波形発生部の切り替えを安定かつスムーズに実現することで、高効率かつ高速駆動を実現できる従来のモータ駆動装置の信頼性と実用性をより向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、ブラシレスＤＣモータが回転子位置に関係なく第２波形発生部による同期駆動で所定の速度より速い速度で駆動をしている状態から、第１波形発生部により回転子位置を検出しながら所定の速度以下での駆動に移行する際は、波形補正部で所定のタイミングで第２波形発生部で発生した波形の一部あるいは全部を間欠させた波形でドライブ部を介しインバータを駆動することで、同期駆動中の位置検出を可能として、第１波形発生部での駆動への移行直後もブラシレスＤＣモータの位置情報を基に転流を可能としたものである。
【００２１】
これによって得た回転子の位置信号によって、第１波形発生部へ切り替えた際の転流は回転子位置情報を基にした適切なタイミングで行えるので、波形発生部切り替えの際の位置ズレに伴う転流位相ズレを防止できるため、切り替え時における過電流の発生や脱調等による停止等の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のモータ駆動装置は、高効率と高速駆動性能を確保しつつ、過電流の発生や脱調による停止等を防ぐことで信頼性を向上し、実用性を高めることができる。
【００２３】
また本発明のモータ駆動装置を用いた冷蔵庫は、庫内負荷状態に合わせて圧縮機を最適な状態で駆動することが出来るとともに、駆動状態の切り替えを圧縮機を停止することなく切り替えることができるため、冷蔵庫の消費電力と庫内食品の劣化を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
請求項１に記載の発明は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動するドライブ部と、前記ブラシレスＤＣモータの前記固定子の三相巻線に発生する誘起電圧を基に前記回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形を出力する第１波形発生部と、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部と、矩形波または正弦波あるいはそれらに準じる波形を前記周波数設定部で決められた所定周波数で出力する第２波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数以下の低速で回転している時は前記第１波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させ、前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数を超える高速で回転している時は、前記第２波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させるように波形発生部を切り替える切替判定部と、所定のタイミングで前記第２波形発生部において発生した波形の一部あるいは全部を間欠するように波形を補正する波形補正部とを有し、前記第２波形発生部による駆動から前記第１波形発生部での駆動に移行する際、前記波形補正部は前記第２波形発生部で出力した波形を補正して前記ドライブ部に出力し前記インバータを駆動することで、前記ブラシレスＤＣモータの回転子相対位置を検出し、その検出した前記ブラシレスＤＣモータの回転子位置をもとに転流タイミングを決定することで、前記第１波形発生部へ切り替えた際の転流は回転子位置情報を基にした適切なタイミングで行え、波形発生部切り替えの際の位置ズレに伴う転流位相ズレを防止できるようになり、切り替え時における過電流の発生や脱調等による停止等の発生を無くすことができ、モータ駆動装置の信頼性向上によって実用性を
上げることができる。
【００２５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明のモータ駆動装置において、前記第２波形発生部での駆動から前記第１波形発生部での駆動へ切り替える前後における前記インバータの通電角を等しく、かつ１５０度以下とすることで、前記第１波形発生部での駆動へ移行したあとの誘起電圧検出による位置検出が確実に出来るため、前記第１波形発生部への移行後の安定駆動を確保できることから、さらにモータ駆動装置の信頼性をあげることができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、請求項１および請求項２に記載の発明において、前記波形補正部は前記第２波形発生部で発生する波形の少なくとも１相の通電角を１５０度以下とすることで、前記第２波形発生部での駆動において誘起電圧検出での位置検出が確実に出来る様になるため、前記第１波形発生部への移行をより確実かつ安定しておこなえるため、モータ駆動装置の信頼性をより高め実用性を向上することができる。
【００２７】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３に記載の発明において、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の相対位置と、前記第２波形発生部により発生する波形との位相差を検出する位相差検出部を有し、前記位相差検出部によって検出した位相差が所定の差となったとき、前記第２波形発生部での駆動から前記第１波形発生部での駆動に移行することで、前記第１波形発生部での駆動で可能な負荷状態となったとき前記第１波形発生部での駆動に移行するので、前記第１波形発生部での駆動が不可能な負荷状態での移行による脱調等を防止でき安定した駆動を実現できるので、モータ駆動装置の信頼性および実用性を上げることができる。
【００２８】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４に記載の発明のモータ駆動装置は圧縮機を駆動するとしたものである。圧縮機はその構成上イナーシャが比較的大きい負荷であるため、誘起電圧を検出するためにモータ印加電圧の一部あるいは全部を間欠したパターンでブラシレスＤＣモータを駆動した場合でも、駆動速度変動に対する影響は殆どないので、本発明のモータ駆動装置にとって非常に適した用途のひとつである。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、請求項７に記載の発明の圧縮機はレシプロ構成としたものである。レシプロ圧縮機はその構成上圧縮機内部で前記ブラシレスＤＣモータ４をバネ等で懸架されていることから、前記ブラシレスＤＣモータ４の駆動による振動や騒音が外部に漏れにくい構成となっている。従って本発明のモータ駆動装置ではモータ印加電圧の一部あるいは全部を間欠することで前記ブラシレスＤＣモータ４の駆動速度に若干の速度変動が発生しても、それに伴う振動や騒音を前記圧縮機４の内部で吸収できるため、振動および騒音が大きく増加することなく、従来同等の騒音および振動のレベルを保持することができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載のモータ駆動装置を、冷蔵庫の圧縮機の駆動に用いたものであり、冷蔵庫の庫内温度が比較的高く急速に庫内を冷却する必要があるなどの高負荷状態では高負荷高効率駆動を行い、その後庫内が安定した冷却状態となり負荷が低くなったときは低速での高効率駆動へ、圧縮機を停止することなく駆動状態を切り替えることができるので、庫内負荷状態に合わせた最適な駆動状態に連続して切り替えることができ、庫内温度の変動抑制による食品保鮮性能が向上できると共に、圧縮機起動回数減による起動時の電力ロス低減で、冷蔵庫の省エネ化が図れる。
【００３１】
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が、従来と同一構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３２】
尚、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。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図を示すものである。
【００３４】
図１において波形補正部１２は第２波形発生部９によって発生した波形を切替判定部１０に出力するが、所定のタイミングでは波形の一部ないし全部を一定の期間だけ間欠した波形を出力する。位置信号判定部１３は、第２波形発生部９による駆動時において位置検出部５から入力される信号が位置検出信号として信憑性あるものか否かを判断し、正確なブラシレスＤＣモータ４の位置情報が含まれる信号のみを取り出すものである。
【００３５】
位相差検出部１４は、第２波形発生部９によって生成した波形の位相とブラシレスＤＣモータ４の誘起電圧位相との位相差を検出するものである。具体的には位置信号判定部１３の出力である位置信号と、第２波形発生部９で生成した波形の出力タイミングの時間差から検出することができる。
【００３６】
圧縮要素１５は、ブラシレスＤＣモータ４の回転子４ａの軸に接続され、冷媒ガスを吸入し、圧縮して吐出する。このブラシレスＤＣモータ４と圧縮要素１５とを同一の密閉容器に収納し、圧縮機１６を構成する。圧縮機１６で圧縮された吐出ガスは、凝縮器１７、減圧器１８、蒸発器１９を通って圧縮機１６の吸い込みに戻るような冷凍空調システムを構成し、凝縮器１７では放熱、蒸発器１９では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。尚、必要に応じて凝縮器１７や蒸発器１９に送風機などを使い、熱交換をさらに促進することもある。また本実施の形態では、冷凍システムは冷蔵庫２０の庫内２１を蒸発器１９により冷却する構成としている。
【００３７】
図２は、本実施の形態１の圧縮機１６の断面図を示している。図２において圧縮機１６の密封容器２２内にはオイル２３を貯溜すると共にＲ６００ａの冷媒２４が封入され、固定子４ｂと回転子４ａからなるブラシレスＤＣモータ４およびこれによって駆動される圧縮要素１５がスプリング等により弾性的に支持されており、ブラシレスＤＣモータ４の回転による振動が圧縮機外部に漏れにくい構成となっている。
【００３８】
圧縮要素１５は回転子４ａが固定された主軸部２５および偏芯軸部２６から構成されたクランクシャフト２７の主軸部２５を軸支するとともに圧縮室２８を有するシリンダ２９と、圧縮室２８内で往復運動するピストン３０と、偏芯軸部２６とピストン３０を連結する連結手段３１を備え、レシプロ型の圧縮機構を構成している。従って、本実施の形態において第２波形発生部９での駆動の際、一定の期間波形の一部または全部を間欠した波形でブラシレスＤＣモータ４を駆動した場合でも、イナーシャが大きい圧縮機１６では回転速度に及ぼす影響（例えば速度変化）は殆ど無いことに加え、レシプロ型圧縮機の特徴と密封構造から、速度変動による振動や騒音が発生しにくく、かつ騒音が圧縮機１６の外部に漏れにくい構成となっている。
【００３９】
図３は本実施の形態１における低速時の駆動状態を示すタイミングチャートであり、ドライブ部１１の信号とインバータ３の出力端子電圧状態を示している。なお本タイミングチャートは通電角１５０度の矩形波であり１５度の進角で駆動している。
【００４０】
図３に示すようにこの状態においてはＵＶＷ各相の上下両方のスイッチがオフ状態のとき出力端子電圧に誘電電圧が現れる。たとえば同図に示すように、Ｕ相に関しては出力パターンが１１および５のときＵ相の上下スイッチは共にオフとなり端子電圧に誘起電圧が現れている。位置検出部５はこの端子電圧から誘起電圧のゼロクロスポイントを位置信号として検出するために、端子電圧とインバータ入力電圧の１／２との大小関係が反転する
ポイント（即ち誘起電圧のゼロクロスポイント）をモニタする。そして検出したゼロクロスポイントをブラシレスＤＣモータ回転子の相対回転位置として基準に置き、この基準位置により次回の転流タイミングを決定する。本実施の形態１においては１５０度通電進角１５度としているため、次回の転流は位置検出からゼロ秒後（即ち同時）であり、位置検出と同時に転流（出力パターンを１１から０あるいは、５から６に切換え）を行っている。尚、図３図ではＵ相端子電圧とＵ相による位置検出タイミングを示しているが、電気角１周期当たり各相２回の位置検出が行われるため、結局電気角１周期中に６回の位置検出信号が発生し、この位置信号の検出の度に出力パターンを順次切り替えることで任意の周波数の交流電圧を生成してブラシレスＤＣモータ４に印加して駆動している。
【００４１】
また位置検出の信号を基にブラシレスＤＣモータ４の速度を検出するが、検出速度が目標速度より遅い場合、第１波形発生部６はブラシレスＤＣモータ４への印加電圧を上げるようにし、目標速度より速い場合はブラシレスＤＣモータ４への印加電圧を下げるようにＰＷＭデューティ幅を制御して目標速度での速度安定性を確保している。
【００４２】
ここでブラシレスＤＣモータ４の負荷が大きく、ＰＷＭデューティが１００％となっても、駆動速度が目標速度に到達しない状態では、これ以上電圧を印加することは出来ないため、さらなる高速駆動は不可能である。したがってこの時、切替判定部１０は第２波形発生部９によりブラシレスＤＣモータ４を駆動するように切り替える。
【００４３】
第２波形発生部９での駆動は、最大デューティ（即ち１００％）で通電角１３０度以上１８０度未満とした波形を、周波数設定部８により設定した周波数で同期駆動を行う。
【００４４】
図４は本発明の実施の形態１における高速時の駆動状態を示すタイミングチャートであり、ドライブ部１１の信号およびＵ相端子電圧の状態を示している。図４のタイミングチャートも図３のタイミングチャートと同様、通電角１５０度の矩形波である。
【００４５】
第２波形発生部９による駆動では、ブラシレスＤＣモータ４の回転子相対位置とは関係なく周波数設定部８によって設定した任意の周波数で同期駆動しており、転流に対し回転子が遅れてついて行く状態、即ち誘起電圧に対して端子電圧が進む状態となることから、ブラシレスＤＣモータ４の電流位相が進み、いわゆる弱め磁束での駆動状態となる。この時の端子電圧および電流の進み位相角は、印加電圧に対する負荷より適切な状態で平衡状態となることで高速・高負荷駆動が可能となる。
【００４６】
図４での通電角は１５０度であるため、誘起電圧のゼロクロス検出と転流のタイミングが一致する（即ちゼロクロス検出直後に転流を行う）ときの進角が１５度となるが、本図では誘起電圧のゼロクロス検出より先に転流しており、１５度以上の進角で駆動していることが判る。なお図４において、Ｕ相の上下両スイッチ素子がオフのとき、端子電圧にブラシレスＤＣモータ４の誘起電圧が発生するが、誘起電圧のゼロクロスタイミングより前に転流するため、ゼロクロス付近のインバータ端子電圧は入力電位に張り付いた状態（上側スイッチング素子がオンのとき）となる。従ってこの様な駆動状態では、誘起電圧のゼロクロスを正確に検出することは難しく、位置検出部５の出力信号を基にした第１波形発生部６での駆動では、適切なタイミングで転流を行うことが難しく、安定した駆動が困難である。
【００４７】
次に第１波形発生部６での駆動と第２波形発生部９での駆動との切り替えについて説明する。第１波形発生部６での駆動は誘起電圧ゼロクロス信号を検出してのフィードバック制御であるため確実な位置検出が必要である。従って波形発生部の切り替え前後の通電角は１５０度以下として、第１波形発生部６での駆動では確実に位置検出が出来る様にしている。さらに第１波形発生部６への移行前での第２波形発生部９での駆動において、１５
０度以上の通電角である場合は、１５０度以下の通電角まで通電角を減少させる。
【００４８】
第１波形発生部６での駆動から第２波形発生部９での駆動への切り替えは、切り替え前後の転流周期を同じにして、以降は位置信号と関係なく所定の周期で転流を繰り返すことで、過電流等の電流の乱れや速度変動といった不具合を発生することなく容易に実現できる。
【００４９】
しかし第２波形発生部９での駆動から第１波形発生部６での駆動への移行では、第１波形発生部６での駆動には回転子の位置を検出して転流タイミングを決定する必要があるが、移行直前の位置検出部５の出力信号を位置検知信号として転流を行った場合は、前述のように第２波形発生部９による同期駆動中の位置検出部の出力信号は位置信号としての信憑性が無いため、誤ったタイミングでの転流を行う可能性があり、過電流発生や、脱調停止の要因となる。
【００５０】
従って第１波形発生部６での駆動へスムーズに移行を果たすためには、ブラシレスＤＣモータ４の回転子相対位置を正確に検出する必要がある。
【００５１】
図５は本発明の実施の形態１における同期駆動時の位置検出を示すタイミングチャートであり、ドライブ部１１の信号とインバータ３の出力端子電圧状態を示している。図５は１５０度通電での同期駆動を行っている状態でありＶ相およびＷ相の端子電圧状態を見ると誘起電圧のゼロクロスポイントより前に転流が行われていることから１５度以上の進角状態であることが分かる。また誘起電圧ゼロクロスポイントは当該のスイッチ素子の通電によりインバータ３の入力電圧あるいはＧＮＤレベルに埋もれてしまい検出不可能な状態となっている。
【００５２】
しかし本実施の形態１では、波形補正手段１２によってＵ相上側の通電区間において誘起電圧のゼロクロスポイントの発生が期待される一定期間中は、当該のスイッチ素子を強制的にオフするよう第２波形発生部９の波形を補正する。
【００５３】
補正時の通電角は１５０度以下として誘起電圧のゼロクロスを確実に検出できるようにしている（本実施の形態１では出力パターン０ではＵ相上側のスイッチ素子をオンさせるタイミングであるが、強制的にオフ状態として、１５０度通電を１２０度としている）。これにより図５のＵ相端子電圧波形に示す様に、Ｕ相上側が転流する前（即ち出力パターン１に切り替わる前）に、誘起電圧ゼロクロスが現れ検出が可能となる。従って、第２波形発生部による同期駆動でも正確にブラシレスＤＣモータ４の回転子相対位置検出が可能となり、第１波形発生部６での駆動に切り替える際、正確な位置検出により正しいタイミングでの転流が可能となる。
【００５４】
ここで位置信号判定手段１２の動作について説明する。本実施の形態１においてブラシレスＤＣモータ４の回転子相対位置はインバータ入力電圧の１／２とインバータ出力端子電圧との大小比較により、その大小関係が反転するタイミングを位置情報として検出するが、図５のＶ相およびＷ相端子電圧において、インバータ端子電圧とインバータ入力電圧の１／２との大小関係の反転するポイントは明らかに誘起電圧ゼロクロスポイントからズレている（Ｕ相端子電圧においてインバータ端子電圧がインバータ入力電圧１／２より小さくなるポイントも同様）。従ってブラシレスＤＣモータ４の回転子相対位置を確実に検出するためには、位置検出部の出力信号を回転子の位置情報を含む信号のみを取り出す必要がある。
【００５５】
そこで本実施の形態１において位置信号判定手段１３は、位置検出部５の出力信号を取捨選択しブラシレスＤＣモータ４の位置情報を含む信号のみを取り出すようにしている。
具体的には誘起電圧を取得するために強制的にスイッチング素子を停止させた期間（本実施の形態では出力パターン０のとき）に得た信号のみを取り出し、位置信号として認識することで実現している。
【００５６】
しかしながら、第２波形発生部９による同期駆動時は、速度と負荷に応じた進角状態で安定状態にある。従って速度と負荷の関係によっては第１波形発生部６では実現できない大きな進角状態で駆動している場合がある。
【００５７】
図６は本発明の実施の形態１における負荷状態による位置検出タイミングの変化を示すタイミングチャートである。図６において（Ａ）と（Ｂ）は同一速度で駆動している場合の低負荷時（Ａ）と、高負荷時（Ｂ）を示している。尚本チャートは図５のチャートと同様通電角は１５０度としており、出力パターン０において波形補正部１２によって、第２波形発生部９での波形のＵ相上側スイッチ素子を強制的にＯＦＦするように補正している。
【００５８】
図６（Ａ）の低負荷状態での位置検出は出力パターンが１１から０に切り替わる（即ち転流タイミング）と同時に位置検出タイミングが発生している。即ちこの状態は１５０度通電の進角１５度の状態であるため、第１波形発生部での駆動が可能な負荷状態である。従ってこの様な負荷状態では検出した位置信号をもとに転流転流タイミングを決め第１波形発生手段６による駆動へスムーズな移行が可能となる。
【００５９】
また同図６（Ｂ）における高負荷状態では大きな進角状態で駆動が安定するため、位置検出タイミングは出力パターン１１から０に切り替わるタイミング（即ち転流タイミング）より遅れて発生している。１５０度通電で進角１５度のときは位置検出（即ち誘起電圧ゼロクロスタイミング）と同時に転流が行われるため、１５度以上の進角で駆動していることが判る。また誘起電圧ゼロクロスポイントを位置信号とする場合で１５０度通電での最大進角は１５度であるため、図６（Ｂ）に示す状態では第１波形発生部６での駆動は不可能である。従ってこの様な負荷状態において第２波形発生部９での同期駆動から第１波形発生部による駆動に移行したとき、適切なタイミングでの転流が出来ず、過電流の発生や脱調発生の原因となる。
【００６０】
次に位相差検出手段１４の動作について説明する。前述のように第２波形発生部９での駆動から第１波形発生部６での駆動への移行において、第１波形発生部６では駆動ができない負荷状態（高負荷）では、過電流や脱調等の不具合を回避するため、第１波形発生部６による駆動への移行を制限する必要がある。
【００６１】
同期駆動では速度と負荷の状態によって進角が変化（負荷が大きいほど進角が増加）することから、印加電圧と誘起電圧の位相関係も負荷状態によって変化（負荷が大きいほど誘起電圧に対し印加電圧の位相が進む）するため、印加電圧位相と誘起電圧位相との位相関係から、駆動速度における負荷の状態を知ることが出来る。
【００６２】
位相差検出手段１４は印加電圧位相と誘起電圧位相との位相差を検出するものであり、転流タイミングと位置検出タイミングとのタイミング差を検出し、検出したタイミング差が所定の差より大きい時は負荷が大きく、第１波形発生部での駆動は不可能として、切替判定部１０に出力し切替判定部１０は第２波形発生部での駆動を選択するようにしている。
【００６３】
本実施の形態では、図６（Ｂ）に示すように位置検出タイミングが転流タイミングより遅れて入る場合は負荷が大きく、第１波形発生部６での駆動は無理として第２波形発生部９での同期駆動を継続するようにしている。また、同図（Ａ）に示すように転流タイミン
グに対し位置検出タイミングが一致または早い場合は、第１波形発生部６での駆動が可能な程度に負荷が軽い状態であるため、第２波形発生部９での駆動から第１波形発生部６での駆動へ移行し、位置検出を基にしたＰＷＭフィードバック制御を行う。
【００６４】
以上の様に本発明の実施の形態においては、永久磁石を有するブラシレスＤＣモータ４と、ブラシレスＤＣモータ４に電力を供給するインバータ３と、インバータ３を駆動するドライブ部１１と、ブラシレスＤＣモータ４の巻線に発生する誘起電圧から回転子の相対的な回転位置を検出する位置検出部５と、位置検出部５からの出力信号を基にＰＷＭデューティ制御を行いながら波形を出力する第１波形発生部６と、ブラシレスＤＣモータ４へ矩形波または正弦波、或いはそれらに準じる波形を出力する第２波形発生部９と、ブラシレスＤＣモータ４が所定の回転数以下の低速で回転している時は第１波形発生部６の出力でドライブ部１１を介してインバータ３を駆動させ、所定の回転数を超える高速で回転している時は第２波形発生部９の出力でドライブ部１１を介してインバータ３を駆動させる切替判定部１０と、所定のタイミングで第２波形発生部９において発生した波形の一部あるいは全部を間欠するように波形を補正する波形補正部１２とを有し、第２波形発生部９による駆動から第１波形発生部６での駆動に移行する際、波形補正部１２は第２波形発生部９で出力した波形を補正してドライブ部１１に出力し、インバータ３を駆動することでブラシレスＤＣモータ４の回転子相対位置の検出を可能とし、検出した回転子位置情報をもとに転流タイミングを決定して第１波形発生部６での駆動に移行する。これにより第２波形発生部９による同期駆動においてブラシレスＤＣモータ４の回転子位置を確実に検出できる様になり、第１波形発生部６での駆動に移行する際の転流を、回転子位置を基に適切なタイミングに決定できるため、波形発生部切り替え時の転流位相ズレを防止し、過電流や脱調等の発生を無くすことができるようになり、モータ駆動装置の信頼性向上による実用性を上げることができる。
【００６５】
また第２波形発生部９での駆動から前記第１波形発生部６での駆動へ切り替える前後におけるインバータ３の通電角を等しく、かつ１５０度以下とすることで、第１波形発生部６での駆動へ移行したあとの誘起電圧検出による位置検出が確実に出来るようになり、モータ駆動装置の信頼性をさらにあげることができる。
【００６６】
また波形補正部１２は、第２波形発生部９で発生した波形の少なくとも１相の通電角を１５０度以下に補正することで、第２波形発生部９での同期駆動でも誘起電圧のゼロクロスポイント検出を確実に出来るようにしたことで、同期駆動時の位置検出が可能となり、第１波形発生部６への移行をより確実かつ安定に行えることから、モータ駆動装置の信頼性をより高め実用性を向上することができる。
【００６７】
また位相差検出部１４は、ブラシレスＤＣモータ４の回転子の相対位置と、第２波形発生部９により発生する波形との位相差を検出して、検出した位相差が所定の差となったとき、第２波形発生部９での駆動から第１波形発生部６での駆動に移行するようにしたことで、第１波形発生部６での駆動で可能な負荷状態となったとき第１波形発生部６での駆動に移行するので、第１波形発生部６での駆動が不可能な負荷状態での移行による脱調等を防止でき安定した駆動を実現できるので、モータ駆動装置の信頼性および実用性を上げることができる。
【００６８】
またブラシレスＤＣモータ４がイナーシャの大きい圧縮機１６を駆動することで、印加電圧の一部あるいは全部を間欠したパターンでブラシレスＤＣモータ４を駆動した場合でも、駆動速度変化に対する影響は殆ど無く、本発明のモータ駆動装置にとって非常に適した負荷の一つである。
【００６９】
また圧縮機１６がレシプロ構成であれば、圧縮機内部でブラシレスＤＣモータ４はバネ
等で懸架された構成であることからブラシレスＤＣモータ４の駆動に伴う振動や騒音が外部に漏れにくいという特徴がある。従ってブラシレスＤＣモータへの印加電圧の一部あるいは全部を間欠することで、駆動速度に若干の速度変動が発生した場合でも、速度変動に伴う振動や騒音は圧縮機１６内部で吸収されるため、振動および騒音が大きく増加することなく、従来同等の低騒音・低振動を実現できる。
【００７０】
また本発明のモータ駆動装置を搭載した圧縮機１６を冷蔵庫に用いたとき、冷蔵庫の庫内温度が比較的高く急速に庫内を冷却する必要がある高負荷の状態などでは高負荷高速駆動を行い、その後庫内が安定した冷却状態となり負荷が低くなったときは低速での高効率駆動へ、圧縮機を停止することなくの駆動状態を切り替えることができるので、庫内負荷状態に合わせた最適な駆動状態に連続して切り替えを可能とすると共に、圧縮機起動回数の低減による起動時の電力ロスを低減することができ、庫内温度ムラ抑制による食品保存性の向上および、冷蔵庫の消費電力を低減することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のブラシレスＤＣ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、高速においては負荷に応じた電流進角による弱め磁束制御で高負荷高速駆動も可能となるので、特に冷蔵庫やエアコンなどの圧縮機を駆動する用途や、速度範囲や負荷範囲が広い扇風機等のファンや掃除機に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図
【図２】本実施の形態１の圧縮機の断面図
【図３】本実施の形態１における低速時の駆動状態を示すタイミングチャート
【図４】本実施の形態１における高速時の駆動状態を示すタイミングチャート
【図５】本実施の形態１における同期駆動時の位置検出を示すタイミングチャート
【図６】本実施の形態１における負荷状態による位置検出タイミングの変化を示すタイミングチャート
【図７】従来のモータ駆動装置のブロック図
【符号の説明】
【００７３】
３  インバータ
４  ブラシレスＤＣモータ
５  位置検出部
７  第１波形発生部
８  周波数設定部
９  第２波形発生部
１０  切替判定部
１１  ドライブ部
１２  波形補正部
１４  位相差検出部
１６  圧縮機
２０  冷蔵庫
【図１】
2010252480.tif 000003
【図３】
2010252480.tif 000004
【図４】
2010252480.tif 000005
【図５】
2010252480.tif 000006
【図６】
2010252480.tif 000007
【図７】
2010252480.tif 000008
【図２】
2010252480.tif 000009