(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置（１ｂ）から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータ（２）を駆動する方法であって、所定次数の高調波成分を含む駆動電流に対して異なる次数の高調波電流を注入することを特徴とするブラシレスＤＣモータ駆動方法。
【請求項２】
前記注入する高調波電流の次数は少なくとも１つの次数である請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ駆動方法。
【請求項３】
電源装置（１ｂ）から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータ（２）を駆動する方法であって、駆動電流に対して基本波の７次の高調波電流を注入することを特徴とするブラシレスＤＣモータ駆動方法。
【請求項４】
注入される７次の高調波電流の量を基本波の０．０５〜０．２０倍に設定する請求項３に記載のブラシレスＤＣモータ駆動方法。
【請求項５】
モータ中性点信号からブラシレスＤＣモータ（２）の回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置（１ｂ）からブラシレスＤＣモータ（２）に駆動電流を供給する請求項１から請求項４の何れかに記載のブラシレスＤＣモータ駆動方法。
【請求項６】
ブラシレスＤＣモータ（２）の固定子印加電圧、モータ電流、およびブラシレスＤＣモータ（２）の機器定数からブラシレスＤＣモータ（２）の回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置（１ｂ）からブラシレスＤＣモータ（２）に駆動電流を供給する請求項１から請求項４の何れかに記載のブラシレスＤＣモータ駆動方法。
【請求項７】
電源装置（１ｂ）から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータ（２）を駆動する装置であって、所定次数の高調波成分を含む駆動電流に対して異なる次数の高調波電流を注入する高調波電流注入手段（５）を含むことを特徴とするブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【請求項８】
前記注入する高調波電流の次数は少なくとも１つの次数である請求項７に記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【請求項９】
電源装置（１ｂ）から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータ（２）を駆動する装置であって、駆動電流に対して基本波の７次の高調波電流を注入する７次高調波電流注入手段（５）を含むことを特徴とするブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【請求項１０】
前記７次高調波電流注入手段（５）は、注入される７次の高調波電流の量を基本波の０．０５〜０．２０倍に設定するものである請求項９に記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【請求項１１】
前記ブラシレスＤＣモータ（２）は、内部に永久磁石を埋め込んでなる回転子を有するものである請求項７から請求項１０の何れかに記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【請求項１２】
前記ブラシレスＤＣモータ（２）は、歯部に直接巻線を巻き回してなる集中巻型の固定子を有するものである請求項７または請求項８の何れかに記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【請求項１３】
前記ブラシレスＤＣモータ（２）は、３×Ｎ（Ｎは偶数）スロットの固定子および２×Ｎ極の回転子を有するものであり、高調波成分電流注入手段（５）、高調波電流注入手段（５）に代えて、Ｎ×Ｋ（Ｋは１以上の整数）次の高調波騒音を低減すべくＮ×Ｋ±１次以外の次数の高調波電流を含む電流を注入する電流注入手段（５）を採用する請求項１２に記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【請求項１４】
前記ブラシレスＤＣモータ（２）は、６スロットの固定子および４極の回転子を有するものであり、前記電流注入手段（５）は、２Ｋ（Ｋは１以上の整数）次の高調波騒音を低減すべく２Ｋ±１次以外の次数の高調波電流を含む電流を注入するものを採用するものである請求項１３に記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【請求項１５】
モータ中性点信号からブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置からブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給すべく電源装置（１ｂ）を制御する電源制御手段（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）（６）をさらに含む請求項７から請求項１４の何れかに記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【請求項１６】
ブラシレスＤＣモータ（２）の固定子印加電圧、モータ電流、およびブラシレスＤＣモータ（２）の機器定数からブラシレスＤＣモータ（２）の回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置（１ｂ）からブラシレスＤＣモータ（２）に駆動電流を供給すべく電源装置（１ｂ）を制御する電源制御手段（３３）（３４）（３５）（３６）をさらに含む請求項７から請求項１４の何れかに記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【請求項１７】
前記ブラシレスＤＣモータ（２）は、冷凍装置用圧縮機もしくは空気調和機用圧縮機を駆動するものである請求項７から請求項１６の何れかに記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源装置から駆動電流を供給することによってブラシレスＤＣモータを駆動する方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、高効率であることに着目して、種々の分野において回転駆動源としてブラシレスＤＣモータを採用することが提案され、実用化されつつある。
【０００３】
そして、ブラシレスＤＣモータの騒音の発生原因として、
（１）トルク変動に起因する振動・騒音（固定子内周における接線電磁力）、および
（２）トルクに寄与しない固定子に発生する法線電磁力による振動・騒音が知られている。
【０００４】
特に、前記（２）に起因する騒音に関しては、接線電磁力に対して数倍の電磁力が発生し、大きな騒音を発生することになり、かつ、トルクとして利用することができない。したがって、法線電磁力を低減して振動・騒音を低減することが望まれている。
【０００５】
また、法線方向の電磁力の高調波成分の周波数が固定子共振モードおよび周波数に一致すると、固定子が共振を起こしてさらに大きな騒音を発生することになる。
【０００６】
これらを考慮して、電磁力の高調波成分を低減するためのモータ駆動方式が以下のように提案されている。
（ａ）固定子の円環振動の原因となる電磁力の変動情報を電磁力変動記憶装置に記憶させ、この電磁力変動情報を位置情報にしたがって読み出して補正係数発生回路に供給し、固定子の円環振動の主因たる電磁力高調波成分を打ち消すような補正係数を生成して駆動電流波形を補正する回転電機の制御装置（特開平１１−３４１８６４号公報参照）、
（ｂ）ＢＬモータ、リラクタンスモータを運転するインバータ装置であって、通電角度を１４４°±３°にすることで、第５次の時間高調波成分を最小にし、低振動、低騒音を可能にするインバータ装置（特開２０００−３０８３８３号公報参照）、
（ｃ）直流電圧をインバータ回路のスイッチング素子でスイッチングしてモータに印加し、このモータの非通電相に発生する誘起電圧により位置検出信号を位置検出回路で得、この位置検出信号により回転子の位置を制御回路で検出してモータの通電を切り替え、かつ、スイッチング素子をＰＷＭ制御してモータを駆動するに当たって、予め誘起電圧に含まれている高調波成分を正トルクとするような電圧成分をモータの印加電圧に重畳してモータを運転し、この運転の最も効率のよいときの印加電圧に相当する波形パターン｛電圧（ＰＷＭ）パターン｝を求めてＲＯＭに記憶し、制御回路により、そのＲＯＭの波形パターンを用いてスイッチング素子をＰＷＭ制御し、モータを駆動するようにしたモータの制御方法（特開２０００−４５７８３号公報）、および
（ｄ）通電駆動区間のほぼ１２０°から１８０°の間のタイミングを検出するタイミング回路と、鋸歯状波を発生する波形発生回路と、波形発生回路の電圧波形によりソフトＰＷＭ回路のオン・デューティーを変化させて通電する通電指令発生回路と、上下トランジスタ群と、パワートランジスタ群とを儲け、上記通電駆動区間のほぼ１２０°から１８０°の間、ソフトＰＷＭ回路のオン・デューティーを徐々に変えた信号を三相モータコイル群の各相に加えて、通電末期のオン・デューティーを徐々に下げて通電するようにしたブラシレスＤＣモータの駆動回路（特開平１０−６６３７５号公報）。
【０００７】
上記従来の方式（ａ）〜（ｄ）は、騒音・振動の原因になっている電磁力振動成分、またはトルクリプルの周波数成分を直接、電流高調波成分を重畳させて除去する手法｛ｎ（ｎは正の整数）次の騒音・振動成分を低減すべく、ｎ次、ｎ±１次の高調波電流を重畳する手法｝と、電磁力振動成分、またはトルクリプルの原因となっている電流高調波成分を最小にする手法とに大別される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
騒音・振動の原因になっている電磁力振動成分、またはトルクリプルの周波数成分を直接、電流高調波成分を重畳させて除去する手法を採用した場合には、注入する電流位相や回転位置のタイミングにおいて電磁力振動成分、またはトルクリプルが増大するおそれがあり、この結果、低減したい騒音・振動成分が増大することになる可能性がある。
【０００９】
電磁力振動成分、またはトルクリプルの原因となっている電流高調波成分を最小にする手法を採用した場合には、該当する電流高調波成分のみを最小にすることは殆ど不可能であり、他の電流高調波成分にも影響を及ぼすことになるので、騒音・振動成分を十分に低減できる保証がない。また、電流高調波成分を重畳する場合と比較して処理が複雑化してしまう。
【００１０】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電磁力振動および騒音を確実に、かつ十分に低減することができるブラシレスＤＣモータ駆動方法およびその装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１のブラシレスＤＣモータ駆動方法は、電源装置から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータを駆動するに当たって、所定次数の高調波成分を含む駆動電流に対して異なる次数の高調波電流を注入する方法である。
【００１３】
請求項２のブラシレスＤＣモータ駆動方法は、前記注入する高調波電流の次数を少なくとも１つの次数に設定する方法である。
【００１４】
請求項３のブラシレスＤＣモータ駆動方法は、電源装置から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータを駆動するに当たって、駆動電流に対して基本波の７次の高調波電流を注入する方法である。
【００１５】
請求項４のブラシレスＤＣモータ駆動方法は、注入される７次の高調波電流の量を基本波の０．０５〜０．２０倍に設定する方法である。
【００１６】
請求項５のブラシレスＤＣモータ駆動方法は、モータ中性点信号からブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置からブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給する方法である。
【００１７】
請求項６のブラシレスＤＣモータ駆動方法は、ブラシレスＤＣモータの固定子印加電圧、モータ電流、およびブラシレスＤＣモータの機器定数からブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置からブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給する方法である。
【００１９】
請求項７のブラシレスＤＣモータ駆動装置は、電源装置から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータを駆動するものであって、所定次数の高調波成分を含む駆動電流に対して異なる次数の高調波電流を注入する高調波電流注入手段を含むものである。
【００２０】
請求項８のブラシレスＤＣモータ駆動装置は、前記注入する高調波電流の次数を少なくとも１つの次数に設定するものである。
【００２１】
請求項９のブラシレスＤＣモータ駆動装置は、電源装置から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータを駆動するものであって、駆動電流に対して基本波の７次の高調波電流を注入する７次高調波電流注入手段を含むものである。
【００２２】
請求項１０のブラシレスＤＣモータ駆動装置は、前記７次高調波電流注入手段として、注入される７次の高調波電流の量を基本波の０．０５〜０．２０倍に設定するものを採用するものである。
【００２３】
請求項１１のブラシレスＤＣモータ駆動装置は、前記ブラシレスＤＣモータとして、内部に永久磁石を埋め込んでなる回転子を有するものを採用するものである。
【００２４】
請求項１２のブラシレスＤＣモータ駆動装置は、前記ブラシレスＤＣモータとして、歯部に直接巻線を巻き回してなる集中巻型の固定子を有するものを採用するものである。
【００２５】
請求項１３のブラシレスＤＣモータ駆動装置は、前記ブラシレスＤＣモータとして、３×Ｎ（Ｎは偶数）スロットの固定子および２×Ｎ極の回転子を有するものを採用し、高調波成分電流注入手段、高調波電流注入手段に代えて、Ｎ×Ｋ（Ｋは１以上の整数）次の高調波騒音を低減すべくＮ×Ｋ±１次以外の次数の高調波電流を含む電流を注入する電流注入手段を採用するものである。
【００２６】
請求項１４のブラシレスＤＣモータ駆動装置は、前記ブラシレスＤＣモータとして、６スロットの固定子および４極の回転子を有するものを採用し、前記電流注入手段として、２Ｋ（Ｋは１以上の整数）次の高調波騒音を低減すべく２Ｋ±１次以外の次数の高調波電流を含む電流を注入するものを採用するものである。
【００２７】
請求項１５のブラシレスＤＣモータ駆動装置は、モータ中性点信号からブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置からブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給すべく電源装置を制御する電源制御手段をさらに含むものである。
【００２８】
請求項１６のブラシレスＤＣモータ駆動装置は、ブラシレスＤＣモータの固定子印加電圧、モータ電流、およびブラシレスＤＣモータの機器定数からブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置からブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給すべく電源装置を制御する電源制御手段をさらに含むものである。
【００２９】
請求項１７のブラシレスＤＣモータ駆動装置は、前記ブラシレスＤＣモータとして、冷凍装置用圧縮機もしくは空気調和機用圧縮機を駆動するものを採用するものである。
【００３１】
【作用】
請求項１のブラシレスＤＣモータ駆動方法であれば、電源装置から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータを駆動するに当たって、所定次数の高調波成分を含む駆動電流に対して異なる次数の高調波電流を注入するのであるから、電磁力振動および騒音の低減効果を高めることができる。
【００３２】
請求項２のブラシレスＤＣモータ駆動方法であれば、前記注入する高調波電流の次数を少なくとも１つの次数に設定するのであるから、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００３３】
請求項３のブラシレスＤＣモータ駆動方法であれば、電源装置から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータを駆動するに当たって、駆動電流に対して基本波の７次の高調波電流を注入するのであるから、１４次の騒音成分を大幅に低減することができる。
【００３４】
請求項４のブラシレスＤＣモータ駆動方法であれば、注入される７次の高調波電流の量を基本波の０．０５〜０．２０倍に設定するのであるから、請求項３と同様の作用を達成することができる。
【００３５】
請求項５のブラシレスＤＣモータ駆動方法であれば、モータ中性点信号からブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置からブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給するのであるから、位置検出用センサを装着することが困難な用途に適用することができるほか、請求項１から請求項４の何れかと同様の作用を達成することができる。
【００３６】
請求項６のブラシレスＤＣモータ駆動方法であれば、ブラシレスＤＣモータの固定子印加電圧、モータ電流、およびブラシレスＤＣモータの機器定数からブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置からブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給するのであるから、位置検出用センサを装着することが困難な用途に適用することができるほか、請求項１から請求項４の何れかと同様の作用を達成することができる。
【００３８】
請求項７のブラシレスＤＣモータ駆動装置であれば、電源装置から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータを駆動するに当たって、高調波電流注入手段によって、所定次数の高調波成分を含む駆動電流に対して異なる次数の高調波電流を注入するのであるから、電磁力振動および騒音の低減効果を高めることができる。
【００３９】
請求項８のブラシレスＤＣモータ駆動装置であれば、前記注入する高調波電流の次数を少なくとも１つの次数に設定するのであるから、請求項７と同様の作用を達成することができる。
【００４０】
請求項９のブラシレスＤＣモータ駆動装置であれば、電源装置から駆動電流を供給することによりブラシレスＤＣモータを駆動するに当たって、７次高調波電流注入手段によって、駆動電流に対して基本波の７次の高調波電流を注入するのであるから、１４次の騒音成分を大幅に低減することができる。
【００４１】
請求項１０のブラシレスＤＣモータ駆動装置であれば、前記７次高調波電流注入手段として、注入される７次の高調波電流の量を基本波の０．０５〜０．２０倍に設定するものを採用するのであるから、請求項９と同様の作用を達成することができる。
【００４２】
請求項１１のブラシレスＤＣモータ駆動装置であれば、前記ブラシレスＤＣモータとして、内部に永久磁石を埋め込んでなる回転子を有するものを採用するのであるから、低振動・低騒音化および高トルク化を達成することができるほか、請求項７から請求項１０の何れかと同様の作用を達成することができる。
【００４３】
請求項１２のブラシレスＤＣモータ駆動装置であれば、前記ブラシレスＤＣモータとして、歯部に直接巻線を巻き回してなる集中巻型の固定子を有するものを採用するのであるから、低振動・低騒音化および高トルク化を達成することができるほか、請求項７または請求項８と同様の作用を達成することができる。
【００４４】
請求項１３のブラシレスＤＣモータ駆動装置であれば、前記ブラシレスＤＣモータとして、３×Ｎ（Ｎは偶数）スロットの固定子および２×Ｎ極の回転子を有するものを採用し、高調波成分電流注入手段、高調波電流注入手段に代えて、Ｎ×Ｋ（Ｋは１以上の整数）次の高調波騒音を低減すべくＮ×Ｋ±１次以外の次数の高調波電流を含む電流を注入する電流注入手段を採用するのであるから、３×Ｎスロットの固定子および２×Ｎ極の回転子を有するブラシレスＤＣモータに適用することにより、請求項１２と同様の作用を達成することができる。
【００４５】
請求項１４のブラシレスＤＣモータ駆動装置であれば、前記ブラシレスＤＣモータとして、６スロットの固定子および４極の回転子を有するものを採用し、前記電流注入手段として、２Ｋ（Ｋは１以上の整数）次の高調波騒音を低減すべく２Ｋ±１次以外の次数の高調波電流を含む電流を注入するものを採用するのであるから、６スロットの固定子および４極の回転子を有するブラシレスＤＣモータに適用することにより、請求項１３と同様の作用を達成することができる。
【００４６】
請求項１５のブラシレスＤＣモータ駆動装置であれば、モータ中性点信号からブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置からブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給すべく電源装置を制御する電源制御手段をさらに含むのであるから、位置検出用センサを装着することが困難な用途に適用することができるほか、請求項７から請求項１４の何れかと同様の作用を達成することができる。
【００４７】
請求項１６のブラシレスＤＣモータ駆動装置であれば、ブラシレスＤＣモータの固定子印加電圧、モータ電流、およびブラシレスＤＣモータの機器定数からブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出し、検出された回転位置に基づいて電源装置からブラシレスＤＣモータに駆動電流を供給すべく電源装置を制御する電源制御手段をさらに含むのであるから、位置検出用センサを装着することが困難な用途に適用することができるほか、請求項７から請求項１４の何れかと同様の作用を達成することができる。
【００４８】
請求項１７のブラシレスＤＣモータ駆動装置であれば、前記ブラシレスＤＣモータとして、冷凍装置用圧縮機もしくは空気調和機用圧縮機を駆動するものを採用するのであるから、ブラシレスＤＣモータの電磁力に起因して圧縮機から発生する騒音を大幅に低減することができるほか、請求項７から請求項１６の何れかと同様の作用を達成することができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明のブラシレスＤＣモータ駆動方法およびその装置の実施の態様を詳細に説明する。
【００５０】
図１はこの発明のブラシレスＤＣモータ駆動装置の一実施態様を示す概略図である。
【００５１】
このブラシレスＤＣモータ駆動装置は、直流電源１ａと三相インバータ回路１ｂとを含む電源装置１と、三相インバータ回路１ｂから駆動電流が供給されるブラシレスＤＣモータ２と、２相分の駆動電流を入力としてブラシレスＤＣモータ２の回転子の回転位置を検出するセンサレス位置検出回路３と、センサレス位置検出回路３から出力される位置検出信号を入力としてＰＷＭ制御演算を行い、三相インバータ回路１ｂをＰＷＭ動作させるべくＰＷＭ制御信号を出力するＰＷＭ発生回路４と、センサレス位置検出回路３から出力される位置検出信号を入力として高調波成分電流を注入する高調波注入回路５とを有している。
【００５２】
なお、前記センサレス位置検出回路３に代えて、ロータリーエンコーダなどのセンサを用いて回転位置を検出するもの、ブラシレスＤＣモータ２の誘起電圧を検出し、検出電圧から回転位置を検出するもの、ブラシレスＤＣモータ２の駆動電流、電圧を用いた演算を行って回転位置を検出するものなどを採用することが可能である。
【００５３】
前記三相インバータ回路１ｂは、直流電圧をスイッチング素子でスイッチングしてブラシレスＤＣモータ２に印加し、位置検出信号により回転子の回転位置を検出してブラシレスＤＣモータ２の通電を切り替える一方、スイッチング素子をＰＷＭ制御してブラシレスＤＣモータ２を駆動するものである。
【００５４】
前記ＰＷＭ発生回路４は、位置検出信号を入力として、位置検出信号を基準として三相インバータ回路１ｂをＰＷＭ動作させるべくＰＷＭ制御信号を出力し、三相インバータ回路１ｂのスイッチング素子に供給するものである。
【００５５】
前記高調波注入回路５は、低減したい次数の高調波騒音成分に対して、必ずしも該当する次数の高調波成分、および該当する次数±１次の高調波成分を含まない単一、もしくは複数の次数の高調波成分のモータ電流を注入するものである。ここで、１次の成分とは、ブラシレスＤＣモータを駆動する基本波周波数成分である。したがって、前記高調波注入回路５においては、低減したい高調波振動成分の次数が設定されたことに応答して、上記の次数の高調波成分のモータ電流を注入することができる。
【００５６】
上記の構成のブラシレスＤＣモータ駆動装置の作用は次のとおりである。
【００５７】
ブラシレスＤＣモータ２の回転子の回転位置をセンサレス位置検出回路３により検出し、センサレス位置検出回路３からの位置検出信号を入力とするＰＷＭ発生回路４によりＰＷＭ制御信号を発生して三相インバータ回路１ｂに供給し、ブラシレスＤＣモータ２に供給する駆動電流を制御するに当たって、高調波注入回路５から、低減しようとする高調波騒音成分と直接には関係しない次数の高調波電流成分を注入するための信号をＰＷＭ発生回路４に供給することができ、注入した高調波電流成分によってブラシレスＤＣモータ２の騒音・振動を確実に、かつ十分に低減することができる。
【００５８】
さらに説明する。
【００５９】
ブラシレスＤＣモータの電磁力と騒音との関係に関しては、ブラシレスＤＣモータ２の電磁力の周波数成分は極数に依存せず、駆動電流（または駆動電圧）の周波数に依存して、２×ｎ倍の高調波成分が発生し（図２参照、なお、ｆは駆動周波数の基本周波数である）、これにモータ形状に依存した高調波成分が重畳される。例えば、固定子のスロットが１局あたり１２個ある場合は、１２×Ｋ次の高調波成分が重畳される。ここで、ｎ、Ｋは正の整数である。
【００６０】
そして、これらの高調波成分が振動・騒音となり、ブラシレスＤＣモータから放射される。
【００６１】
そして、例えば、正弦波ＰＷＭ波形を用いて、基本波１次の成分に対して、５次高調波成分の電流を注入することにより、図３中（ａ）に示すように、１０次の高調波騒音成分を低減することができる。ここで、５次の高調波電流成分を増加させていくと１０次の高調波騒音成分を２．５ｄＢＡ低下させることができる。
【００６２】
なお、従来は１０次の高調波騒音成分を低減するためには、１０次±１次の高調波電流成分を注入すればよいと思われていた。しかし、１１次の高調波電流成分のみを注入した場合には、図３中（ｂ）に示すように、１０次の高調波騒音成分が増加することが分かった。これは、１１次±１次のモータ電磁力が直接に騒音に寄与し、この結果、１０次の高調波騒音成分が増加するからであると思われる。
【００６３】
また、正弦波ＰＷＭ波形を用いて、基本波１次の成分に対して、５次、７次高調波成分の電流を注入することにより、図４中（ａ）に示すように、８次の高調波騒音成分を低減することができる。ここで、５次、７次の高調波電流成分を増加させていくと８次の高調波騒音成分を５ｄＢＡ低下させることができる。
【００６４】
なお、５次、または７次の高調波電流成分のみを注入した場合には、図４中（ｂ）（ｃ）に示すように、８次の高調波騒音成分は低下しないか、もしくは増加することが分かる。これは、５次の高調波電流成分が直接８次の高調波騒音成分に寄与せず、この結果、８次の高調波騒音成分は低下しないからであるとともに、７次±１次のモータ電磁力が直接に騒音に寄与し、この結果、８次の高調波騒音成分が増加するからであると思われる。
【００６５】
換言すれば、低減したい次数の高調波騒音成分に対して、モータ電磁力が直接に騒音に寄与する次数の高調波電流成分を注入することは騒音を増加させることになりやすい。
【００６６】
なお、図３、図４における横軸は高調波電流比率（＝各高調波電流成分／基本波電流成分）であり、縦軸はそれぞれ１０ｆ音（１０次の高調波騒音成分）、８ｆ音（８次の高調波騒音成分）である。
【００６７】
さらに、高調波注入回路５によって７次の高調波電流成分を注入すれば、１４次の高調波騒音成分を大幅に（最大で１５ｄＢＡ）低減することができる。ここで、１４次の高調波騒音成分は、図５に示すように、７次の高調波電流比率に応じて変化するので、７次の高調波電流比率を０．０５〜０．２０に設定すればよく、０．１０〜０．１５に設定することがより好ましい。
【００６８】
このように１４次の高調波騒音成分を低減するのは、圧縮機運転時の騒音スペクトルを計測した結果、１４次の高調波騒音成分が特に大きいことから、１４次の高調波騒音成分を低減することによって、圧縮機全体としての騒音を低減できるからである。
【００６９】
前記ブラシレスＤＣモータ２は、回転子の表面に永久磁石を装着してなるもの（図７参照）と、回転子の内部に永久磁石を埋め込んでなるもの（図８参照）とに大別される。これらのうち、後者の構成のブラシレスＤＣモータを採用した場合には、電磁力が回転子表面の一部に集中し易くなるため、ブラシレスＤＣモータの振動・騒音が大きくなる。そのため、単一、もしくは複数の次数の高調波成分のモータ電流を注入することにより、高調波加振力成分を低減する効果がさらに大きくなる。
【００７０】
また、後者の構成のブラシレスＤＣモータを採用した場合には、永久磁石による磁石トルクのみならず、回転子表面の鉄芯に流れる磁束を利用したリラクタンストルクも併用できる。
【００７１】
したがって、低振動・低騒音、かつ高トルクでブラシレスＤＣモータ２を駆動することができる。換言すれば、低振動・低騒音で高負荷を駆動することができる。
【００７２】
また、前記ブラシレスＤＣモータ２は、固定子の歯部に巻線を分布巻してなるもの（図９参照）と、集中巻してなるもの（図１０参照）とに大別される。これらのうち、後者の構成のブラシレスＤＣモータを採用した場合には、直接歯部に巻線を巻きまわすので、分布巻を施す固定子に比べ、巻線抵抗が小さくなり、銅損が低減し高効率になる。しかし、１つの固定子歯部に巻線が集中するため電磁力も集中し、騒音・振動が増加することになる。そのため、単一、もしくは複数の次数の高調波成分のモータ電流を注入することにより、高調波加振力成分を低減する効果がさらに大きくなる。
【００７３】
したがって、後者の構成のブラシレスＤＣモータを採用した場合には、高効率、かつ低騒音でブラシレスＤＣモータを駆動することができる。
【００７４】
なお、上記の集中巻のブラシレスＤＣモータにおいて、固定子のスロット数を３×Ｎ（Ｎは偶数）、回転子の極数を２×Ｎに設定することが可能であり、この場合には、Ｎ×Ｋ（Ｋは１以上の整数）次の高調波騒音を低減すべく、Ｎ×Ｋ±１次以外の高調波電流成分が含まれる電流を注入することによって、高効率、かつ低騒音でブラシレスＤＣモータを駆動することができる。
【００７５】
具体的には、固定子のスロット数を６、回転子の極数を４に設定し、２×Ｋ次の高調波騒音を低減すべく、２×Ｋ±１次以外の高調波電流成分が含まれる電流を注入することによって、高効率、かつ低騒音でブラシレスＤＣモータを駆動することができる。
【００７６】
図１１はセンサレス位置検出回路３の構成の一例を示す電気回路図である。
【００７７】
このセンサレス位置検出回路３は、Ｙ結線された固定子巻線２ａと並列にＹ結線された抵抗２ｂを接続し、固定子巻線２ａの中性点電圧ＶNと抵抗２ｂの中性点電圧ＶMとを入力とする差分増幅器３ａと、差分増幅器３ａからの出力信号を入力とする積分器３ｂと、積分器３ｂからの出力信号を入力とするゼロクロスコンパレータ３ｃとを有している（特開平７−３３７０７９号公報参照）。なお、ゼロクロスコンパレータ３ｃからの出力信号が位置検出信号である。
【００７８】
図１１において、マイコン６は、ＰＷＭ発生回路４、および高調波注入回路５の作用を達成するほか、従来公知の他の作用を達成することができるものである。また、ベース駆動回路７は、マイコン６から出力されるスイッチング信号を入力として、実際にスイッチング素子をスイッチングできる信号を出力するものである。
【００７９】
上記の構成のセンサレス位置検出回路３を採用した場合には、モータ中性点の電位変動に基づいて位置検出を行うので、ブラシレスＤＣモータに印加する通電期間には影響を受けず、原理的には１８０°区間全ての位置検出が可能となり、ひいては１８０°全ての位相を制御することができる。
【００８０】
また、ブラシレスＤＣモータを高温高圧環境などで使用する場合に、センサが不要であるから、安価に、かつ高信頼性のモータ位置検出を行って何ら不都合なくブラシレスＤＣモータを駆動することができる。
【００８１】
さらに、ブラシレスＤＣモータに供給する電流の通電期間を制限しなくてもよくなるため、正弦波通電が可能となり、ブラシレスＤＣモータの高効率化に寄与することができる。
【００８２】
さらにまた、電流位相を自由に進める制御が可能となるので、磁石トルクとリラクタンストルクとの併用が可能となり、さらに高効率なモータ駆動が可能となり、かつ弱め磁束制御も行えるので、ブラシレスＤＣモータの運転範囲の拡大を達成することができる。
【００８３】
図１２はセンサレス位置検出回路３の構成の他の例を示すブロック図である。なお、図１２には、三相インバータ回路２を制御するための部分も示している。
【００８４】
このセンサレス位置検出回路３は、モータ電流を検出する電流検出部３１と、モータ電圧を検出する電圧検出部３２と、モータ電流およびモータ電圧を入力とし、内部に有するモータの数式モデルを用いて回転子の回転位置および回転子の回転速度を出力する位置・速度検出部３３と、外部から与えられる速度指令および出力された回転速度を入力として速度制御演算を行い、電流指令を出力する速度制御部３４と、外部から与えられる位相指令および電流指令を入力として位相制御演算を行う位相制御部３５と、位相制御部３５からの出力信号、モータ電流、回転子の回転位置を入力として電流制御演算を行い、電圧指令を出力して三相インバータ回路１ｂに供給する電流制御部３６とを有している。
【００８５】
なお、図１２においては、交流電源１ａ１、整流回路１ａ２および平滑コンデンサ１ａ３により直流電源１ａを構成している。
【００８６】
上記の構成のセンサレス位置検出回路３を採用した場合には、モータの数式モデルを用い、推定位置と推定速度起電力とに基づいて演算された推定電流と実際に流れているモータ電流とにより回転子の回転位置および回転子の回転速度を同定することができる（「電流推定誤差に基づくセンサレスブラシレスＤＣモータ制御」、竹下他、Ｔ．ＩＥＥ  Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１５−Ｄ，Ｎｏ．４，’９５参照）。
【００８７】
また、突極性を持つブラシレスＤＣモータの場合には、巻線インダクタンスが回転子の回転位置により変化するため、位置推定が困難になるが、モータの数式モデルを突極型モータへ拡張することで位置推定が可能となる（「速度起電力推定に基づくセンサレス突極形ブラシレスＤＣモータ制御」、竹下他、Ｔ．ＩＥＥＪａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１７−Ｄ，Ｎｏ．１，’９７参照）。
【００８８】
このセンサレス位置検出回路は、ブラシレスＤＣモータに印加する通電期間には影響を受けず、原理的には１８０°区間全ての位置検出が可能となり、ひいては１８０°全ての位相を制御することができる。
【００８９】
また、ブラシレスＤＣモータを高温高圧環境などで使用する場合に、センサが不要であるから、安価に、かつ高信頼性のモータ位置検出を行って何ら不都合なくブラシレスＤＣモータを駆動することができる。
【００９０】
さらに、ブラシレスＤＣモータに供給する電流の通電期間を正弦しなくてもよくなるため、正弦波通電が可能となり、ブラシレスＤＣモータの高効率化に寄与することができる。
【００９１】
さらにまた、電流位相を自由に進める制御が可能となるので、磁石トルクとリラクタンストルクとの併用が可能となり、さらに高効率なモータ駆動が可能となり、かつ弱め磁束制御も行えるので、ブラシレスＤＣモータの運転範囲の拡大を達成することができる。
【００９２】
さらに、原理的にモータ運転中の瞬時の位置推定が可能であるから、正確な高調波電流を注入することができ、さらに低振動化、低騒音化を達成することができる。
【００９３】
上記のようにして駆動されるブラシレスＤＣモータによって冷凍機用の圧縮機、または空調機用の圧縮機を駆動する場合を考える。
【００９４】
冷凍機用の圧縮機、または空調機用の圧縮機は各種の部材からなっており、それらの部材の固有振動数がブラシレスＤＣモータの電磁力の高調波成分と共振を起こすことで大きな騒音（突出音）を発生する。しかし、上記の実施態様を用いてブラシレスＤＣモータを駆動することによって、ブラシレスＤＣモータの電磁力に起因して圧縮機から発生する騒音を大幅に低減することができる。
【００９５】
具体的には、図１３に示すように１４次の高調波騒音成分が発生している圧縮機を駆動するに当たって、７次の高調波電流成分を注入してブラシレスＤＣモータを駆動することによって、図１４に示すように１４次の高調波騒音成分を大幅に低減することができる。
【００９７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、電磁力振動および騒音の低減効果を高めることができるという特有の効果を奏する。
【００９８】
請求項２の発明は、請求項１と同様の効果を奏する。
【００９９】
請求項３の発明は、１４次の騒音成分を大幅に低減することができるという特有の効果を奏する。
【０１００】
請求項４の発明は、請求項３と同様の効果を奏する。
【０１０１】
請求項５の発明は、位置検出用センサを装着することが困難な用途に適用することができるほか、請求項１から請求項４の何れかと同様の効果を奏する。
【０１０２】
請求項６の発明は、位置検出用センサを装着することが困難な用途に適用することができるほか、請求項１から請求項４の何れかと同様の効果を奏する。
【０１０４】
請求項７の発明は、電磁力振動および騒音の低減効果を高めることができるという特有の効果を奏する。
【０１０５】
請求項８の発明は、請求項７と同様の効果を奏する。
【０１０６】
請求項９の発明は、１４次の騒音成分を大幅に低減することができるという特有の効果を奏する。
【０１０７】
請求項１０の発明は、請求項９と同様の効果を奏する。
【０１０８】
請求項１１の発明は、低振動・低騒音化および高トルク化を達成することができるほか、請求項７から請求項１０の何れかと同様の効果を奏する。
【０１０９】
請求項１２の発明は、低振動・低騒音化および高トルク化を達成することができるほか、請求項７または請求項８と同様の効果を奏する。
【０１１０】
請求項１３の発明は、３×Ｎスロットの固定子および２×Ｎ極の回転子を有するブラシレスＤＣモータに適用することにより、請求項１２と同様の効果を奏する。
【０１１１】
請求項１４の発明は、６スロットの固定子および４極の回転子を有するブラシレスＤＣモータに適用することにより、請求項１３と同様の効果を奏する。
【０１１２】
請求項１５の発明は、位置検出用センサを装着することが困難な用途に適用することができるほか、請求項７から請求項１４の何れかと同様の効果を奏する。
【０１１３】
請求項１６の発明は、位置検出用センサを装着することが困難な用途に適用することができるほか、請求項７から請求項１４の何れかと同様の効果を奏する。
【０１１４】
請求項１９の発明は、ブラシレスＤＣモータの電磁力に起因して圧縮機から発生する騒音を大幅に低減することができるほか、請求項７から請求項１６の何れかと同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のブラシレスＤＣモータ駆動装置の一実施態様を示す概略図である。
【図２】ブラシレスＤＣモータに発生する電磁力の高調波成分を説明する図である。
【図３】５次、１１次高調波電流の高調波電流比率に対する１０次高調波振動成分の変化を示す図である。
【図４】５次、７次高調波電流、５次および７次高調波電流の高調波電流比率に対する８次高調波振動成分の変化を示す図である。
【図５】７次高調波電流の高調波電流比率に対する１４次高調波振動成分の変化を示す図である。
【図６】圧縮機運転時の騒音スペクトルの一例を示す図である。
【図７】表面磁石構造のブラシレスＤＣモータの構成および電磁力ベクトルを示す図である。
【図８】埋め込み磁石構造のブラシレスＤＣモータの構成および電磁力ベクトルを示す図である。
【図９】分布巻ブラシレスＤＣモータの電磁力ベクトル分布を示す図である。
【図１０】集中巻ブラシレスＤＣモータの電磁力ベクトル分布を示す図である。
【図１１】モータ中性点信号を用いるセンサレス位置検出回路を示す電気回路図である。
【図１２】モータの数式モデルを用いるセンサレス位置検出回路を示すブロック図である。
【図１３】７次高調波電流を注入しない場合における圧縮機の騒音スペクトルを示す図である。
【図１４】７次高調波電流を注入した場合における圧縮機の騒音スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１ｂ  三相インバータ回路    ２  ブラシレスＤＣモータ
３ａ 差分増幅器  ３ｂ 積分器
３ｃ ゼロクロスコンパレータ  ６ マイコン
５  高調波注入回路  ３３ 位置・速度検出部
３４ 速度制御部  ３５ 位置制御部
３６ 電源制御部
【図１】
0003690341.tif 000002
【図２】
0003690341.tif 000003
【図３】
0003690341.tif 000004
【図４】
0003690341.tif 000005
【図５】
0003690341.tif 000006
【図６】
0003690341.tif 000007
【図７】
0003690341.tif 000008
【図８】
0003690341.tif 000009
【図９】
0003690341.tif 000010
【図１０】
0003690341.tif 000011
【図１１】
0003690341.tif 000012
【図１２】
0003690341.tif 000013
【図１３】
0003690341.tif 000014
【図１４】
0003690341.tif 000015