(57)【要約】  【課題】ブラシレスＤＣモータの駆動装置の小型低コスト化を図る。  【解決手段】インバータ１２と並列に接続するスナバコンデンサ１３を平滑コンデンサとしての機能持たせ、位置検出手段３３による位置の検出が不可能なときにその位置を推定してインバータ１２を動作させるようにすることを特徴としたものであり、これによって、位置検出が不可能なときにもその位置を推定して位置検出に応じた転流することができるので、安定した運転が出来るようになり、ブラシレスＤＣモータ１４の駆動装置の小型低コスト化が図れる。【選択図】図１
2006109624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源の入力を整流する第１整流回路と、前記第１整流回路に接続したインバータと、前記インバータと並列に接続したスナバコンデンサと、前記インバータにより駆動されるブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段から得た回転子の位置情報を基に、前記ブラシレスＤＣモータを駆動するために前記インバータを制御する制御手段を有し、前記スナバコンデンサは、前記第１整流回路の出力電圧を平滑する平滑用コンデンサとしても機能するように構成されたブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項２】
交流電源と、前記交流電源の入力を整流する第１整流回路および第２整流回路と、前記第１整流回路に接続したインバータと、前記インバータと並列に接続したスナバコンデンサと、前記インバータにより駆動されるブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出して前記インバータを動作させる位置検出手段と、前記位置検出手段から得た回転子の位置情報を基に、前記ブラシレスＤＣモータを駆動するために前記インバータを制御する制御手段と、前記第２整流回路により整流された電圧を平滑する平滑回路と、前記平滑回路と並列に接続され、前記平滑回路により平滑された直流高電圧を直流低電圧に変換する電源回路とを有し、前記電源回路は前記制御手段に電源を供給する様に構成されたブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項３】
前記位置検出手段による位置の検出が不可能なときに、その位置を推定して前記インバータを動作させるようにすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項４】
前記第１整流回路は実使用の出力範囲で出力の直流電圧のリプル含有率が９０％以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項５】
位置検出が可能であったときの検出時間を基にして所定時間を定め、位置の検出が不可能なときに所定時間ごとに位置が切り替わっていくものとして推定を行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項６】
前記第１整流回路の出力電圧があらかじめ定められた所定電圧以下であるとき、位置検出が出来ない状態にあると判断するようにした請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項７】
前記ブラシレスＤＣモータは、凝縮器、減圧器、蒸発器と共に冷凍空調システムを構成する圧縮機を駆動することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項８】
前記圧縮機は、レシプロ構成であることを特徴とする請求項７に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項９】
前記冷凍空調システムの冷媒はＲ６００Ａである請求項７または請求項８に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵庫やエアコンなどの冷凍空調システムの圧縮機などに搭載されるブラシレスＤＣモータの駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の冷凍空調システムにおける圧縮機などに搭載されるブラシレスＤＣモータの駆動装置は、一般的には十分大きな平滑用コンデンサを有した整流回路と、インバータとを備え、位置検出センサをなくし誘起電圧またはモータ電流から位置検出をすることより駆動されている。これは圧縮機などの高温雰囲気・冷媒雰囲気・オイル雰囲気などで位置センサを取り付けることが著しく困難であったためである。
【０００３】
また、近年この駆動装置を小型化するために、整流回路の平滑用コンデンサを大幅に小容量化する取組みもなされている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
図８は特許文献１に記載された、従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図を示すものである。
【０００５】
従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、単相交流電源１を電源とする。ダイオード全波整流回路２の入力側は単相交流電源１に接続されており、出力側は平滑コンデンサ３に接続されている。この平滑コンデンサ３は十分に小さい容量のもので従来の１／１００程度の容量のコンデンサである。
【０００６】
ＰＷＭ（パルス幅変調）インバータ４は、６個のスイッチング素子（逆向きのダイオードを含む）を３相ブリッジ接続している。その入力側は平滑コンデンサ３の両端に接続されている。
【０００７】
３相巻線が施されたモータ５は、ＰＷＭインバータ４の出力側に接続されており、これにより駆動されるものである。
【０００８】
制御回路６は、単相交流電源１の電圧ｖ、直流部電流ｉｄｃ、ＰＷＭインバータ４の出力電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃ、位置検出センサ７からの位置情報θなどの情報を入力として、最適な駆動ができるようにＰＷＭインバータ４のゲートを駆動している。
【特許文献１】特開２００２−５１５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の構成では、インバータのゲートを制御するための電源供給方法について全く考慮されておらず、例えば、平滑コンデンサ３両端から、ＰＷＭインバータ４と並列に電源回路を設け、ゲート制御用電源を供給する場合、平滑コンデンサ３には１μＦ／１Ｗ程度（１０Ｗ出力電源では、１０μＦ程度）の容量が必要となる。また、この平滑コンデンサ３両端には、ＡＣ１００Ｖ入力時で約１４０Ｖが印加される。
【００１０】
一般的に、平滑コンデンサ３には高容量、高耐圧で比較的低コストな電解コンデンサが用いられるが、電解コンデンサは、容量により許容リプル電流値が低下するため、圧縮機用等の大出力モータ駆動においては、リプル電流が許容値を超えるため使うことが出来ず、フィルムコンデンサ等の選定が必要となる。また、１０μＦ程度のフィルムコンデンサでは、コスト高となると共に、コンデンサの大型化が伴い機器の小型化が難しいという課題を有していた。
【００１１】
更に、上記従来の構成では、位置検出センサ７であるエンコーダやホール素子などがっいているものでは直流電圧が低下しても位置検出は可能ではあるが、圧縮機のように位置検出センサを取り付けることができない様な用途では使用できない。一般的に位置検出センサ７なしでブラシレスＤＣモータを駆動する方法として知られているのは、モータの誘起電圧を検出する方法と、モータ電流から回転位置を検出する方法などである。
【００１２】
しかし、この位置検出が可能状態は、平滑コンデンサ３が十分に大きくリプル電圧が小さい場合である。この時には誘起電圧やモータ電流は安定するので十分安定した位置検出ができるが、この従来例のように平滑コンデンサ３を大幅に小容量化すると、インバータ４の入力電圧のリプルが大幅に増加するので、特に電圧の低いとき誘起電圧が検出できなくなったり、電圧が低いため位置検出に必要なモータ電流を流したりすることができない。
【００１３】
その結果、直流電圧が低いときの位置検出が不可能となり、タイミングが大幅にずれた転流を行い、効率ダウンを引き起こすとともに、最悪の場合大きな電流が流れてしまい、モータが停止や装置の故障の原因となるという課題を有していた。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、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、位置検出センサなしで効率ダウンせずに電流も安定しモータの安定駆動が確保出来ると共に、ブラシレスＤＣモータの駆動装置を小型、低コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、インバータ回路のスナバコンデンサに第１整流回路による整流後の平滑コンデンサとしての機能を持たせると共に、第２整流回路を介して小容量の平滑コンデンサを設け、制御回路用電源に入力する構成としたものである。
【００１６】
これにより、平滑コンデンサにフィルムコンデンサ等の高価で大型な部品を使用する必要が無くなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、インバータのスナバコンデンサに、インバータ入力の平滑コンデンサの機能を設けたことで、装置の部品点数の削減と低コスト化が図れる。
【００１８】
また、制御回路の電源は、インバータ入力とは別の第２整流回路を介して小容量の平滑コンデンサを接続し、前記平滑コンデンサと並列に接続することで、平滑コンデンサには、モータ駆動時のコンデンサ充放電に伴う大きなリプル電流が発生しないため、リプル電流許容値の低いコンデンサを使用することが出来、装置の低コスト化が図れる。
【００１９】
また、位置検出手段による位置の検出が不可能なときにその位置を推定して前記インバータを動作させるようにしているため、位置検出が不可能なときにもその位置を推定して位置検出に応じた転流することができるので、安定した運転が可能となる。
【００２０】
また、ブラシレスＤＣモータ駆動時の、インバータヘの直流入力電圧リプル含有率を、９０％以上とするここで、非常に小容量で小型のコンデンサを使用できるので、駆動装置の大幅な小型化を実現できる。
【００２１】
また、位置の検出が不可能なときに所定時間ごとに位置が切り替わっていくものとして推定を行うことを特徴としたものであり、位置検出ができない状態において、モータはイナーシャ（慣性モーメント）で動作しているので、安定した運転を実現し、モータ停止を防止することができる。
【００２２】
また、第１整流回路の出力電圧があらかじめ定められた所定電圧以下であるとき、位置検出が不可能であると判断することを特徴とするもので、位置検出ができない部分を的確に判断することができるので、より安定した運転をおこなうことができる。
【００２３】
また、冷凍空調システムを構成する圧縮機を駆動するものであれば、位置検出センサがつけることのできない用途での小容量コンデンサ化を実現できるので、これまで考えることができなかったような大幅な小型化が実現できる。
【００２４】
さらに、レシプロ構成の圧縮機では、イナーシャが大きいため、リプル含有率が９０％以上の電圧をインバータに入力した場合でも、冷凍システムの停止等による冷却不良なく安定した冷却性能を得ることが出来る。
【００２５】
また、冷却システムに使用する冷媒が、冷凍能力が低いＲ６００Ａでは、圧縮機のピストンが大きくなる結果、モータイナーシャが大きくなるため、インバータ入力電圧のリプルによるモータ回転への影響がより受けにくく、速度安定性の高い運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、交流電源と、前記交流電源の入力を整流する第１整流回路と、前記第１整流回路に接続したインバータと、前記インバータと並列に接続したスナバコンデンサと、前記インバータにより駆動されるブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段から得た回転子の位置情報を基に、前記ブラシレスＤＣモータを駆動するために前記インバータを制御する制御手段を有し、前記スナバコンデンサを、前記第１整流回路の出力電圧を平滑する平滑用コンデンサとしても機能するように構成したことにより、装置の部品点数の削減と低コスト化が図れる。
【００２７】
請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、交流電源と、前記交流電源の入力を整流する第１整流回路および第２整流回路と、前記第１整流回路に接続したインバータと、前記インバータと並列に接続したスナバコンデンサと、前記インバータにより駆動されるブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出して前記インバータを動作させる位置検出手段と、前記位置検出手段から得た回転子の位置情報を基に、前記ブラシレスＤＣモータを駆動するために前記インバータを制御する制御手段と、前記第２整流回路により整流された電圧を平滑する平滑回路と、前記平滑回路と並列に接続され、前記平滑回路により平滑された直流高電圧を直流低電圧に変換する電源回路とを有し、前記電源回路を、前記制御手段に電源を供給する様に構成したものであり、制御回路の電源は、インバータヘの入力とは別の第２整流回路を介した平滑コンデンサから供給する。
【００２８】
平滑コンデンサには、モータ駆動時のコンデンサ充放電に伴う大きなリプル電流が発生せず、低価格な電解コンデンサ等、リプル電流許容値の低いコンデンサを使用することが出来るため、装置の小型化と低コスト化が図れる。また、ブラシレスＤＣモータが脱調等により急停止した場合、発生する回生エネルギーを、第２整流回路を介して接続した平滑回路により吸収できるため、スナバコンデンサに耐電圧以上の過電圧が印加されることなく、装置の故障を防ぐことができる。また、平滑回路の両端からインバータの制御手段に供給する電源回路が接続されているため、回生が発生した時、平滑回路で吸収した回生エネルギーは、電源回路で消費されるため、再度回生が発生したときも、安定して回生エネルギーを吸収できる。さらに、電源回路への入力電圧は、前記平滑回路から供給されるため、電源回路用として別途、整流回路及び、平滑回路を付加する必要が無く、大幅な低コスト化と装置の小型化が実現できる。
【００２９】
請求項３に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記位置検出手段による位置の検出が不可能なときに、その位置を推定して前記インバータを動作させるようにすることで、位置検出手段による位置の検出が不可能なときにその位置を推定してインバータを動作させるため、位置検出が不可能なとき、その位置を推定して位置検出に応じた転流することができるので、安定した運転が可能となる。
【００３０】
請求項４に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明における前記第１整流回路を、実使用の出力範囲で出力の直流電圧のリプル含有率が９０％以上とすることで、非常に小容量で小型のコンデンサを使用できるので、駆動装置の大幅な小型化を実現できる。
【００３１】
請求項５に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、位置検出が可能であったときの検出時間を基にして所定時間を定め、位置の検出が不可能なときに所定時間ごとに位置が切り替わっていくものとして推定を行うものであり、位置検出ができない状態において、モータはイナーシャ（慣性モーメント）で動作しているので、安定した運転を実現し、モータ停止を防止することができる。
【００３２】
請求項６に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記第１整流回路の出力電圧があらかじめ定められた所定電圧以下であるとき、位置検出が出来ない状態にあると判断するようにしたことで、位置検出ができない部分を的確に判断することが可能となり、より安定した運転をおこなうことができる。
【００３３】
請求項７に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明における前記ブラシレスＤＣモータが、凝縮器、減圧器、蒸発器と共に冷凍空調システムを構成する圧縮機を駆動するものであり、位置検出センサを付けることのできない用途での小容量コンデンサ化を実現できるので、これまで考えることができなかったような大幅な小型化が実現できる。
【００３４】
請求項８に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項７に記載の発明における前記圧縮機を、レシプロ構成とすることで、モータイナーシャが大きくなり、リプル含有率が９０％以上の電圧をインバータに入力した場合でも、冷凍システムの停止等による冷却不良なく安定した冷却性能を得ることが出来る。
【００３５】
請求項９に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、請求項７または請求項８に記載の発明における前記冷凍空調システムの冷媒を、Ｒ６００Ａとするものであり、冷凍空調システムの冷媒として、冷凍能力が低いＲ６００Ａを使用するとき、圧縮機のピストンが大きくなる結果、モータイナーシャが大きくなるため、インバータ入力電圧のリプルによるモータ回転への影響がより受けにくく、さらに速度安定性の高い運転が実現できる。
【００３６】
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、従来の技術又は先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。尚、この実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図であり、図２は本実施の形態１における圧縮機の断面図である。
【００３８】
図１において、交流電源１０は一般的な商用電源であり、日本の場合１００Ｖ６０Ｈｚまたは、６０Ｈｚである。第１整流回路１１は、４個のダイオードがブリッジ接続されており、交流電源１０からの入力を直流電圧に変換する。
【００３９】
インバータ１２はスイッチ素子と、スイッチ素子と逆向きに接続されたダイオードをセットにした６回路を３相ブリッジ接続している。尚、本実施の形態１においては、スイッチ素子にＩＧＢＴを使用しているが、トランジスタや、ＦＥＴ等のパワー素子でも構わない。尚、スイッチ素子にＦＥＴを使用した場合、スイッチ素子と逆向きに接続するダイオードは、ソース、ドレイン間の寄生ダイオードを利用することになる。
【００４０】
インバータ１２と並列に、スナバコンデンサ１３が挿入されており、一般的に０．０１μＦから１μＦの小容量のフィルムコンデンサが用いられる。このスナバコンデンサ１３の挿入位置は、インバータ１２との配線距離を極力近づける様に配置する。さらにインバータ１２と第１整流回路１１との配線距離とも極力近接して配線することで、スナバコンデンサ１３と第１整流回路１１との距離が近く事になり、スナバコンデンサ１３は平滑コンデンサとしての役割を持っようになる。
【００４１】
ブラシレスＤＣモータ１４は、インバータ１２からの３相出力により駆動される。ブラシレスＤＣモータ１４の固定子１５には３相スター結線された巻線が施されている。またこの巻き方は集中巻きでも、分布巻きでも構わない。尚、回転子１６には永久磁石が配置されており、その配置方法は表面磁石型（ＳＰＭ）でも、埋め込み型（ＩＰＭ）であっても構わず、永久磁石の素材は、希土類でもフェライトでも構わない。
【００４２】
図２において、密閉容器１７内にはオイル１８を貯溜するとともにＲ６００ａの冷媒１９が封入され、ブラシレスＤＣモータ１４及びこれによって駆動される圧縮要素２０がスプリング等により弾性的に支持されている。圧縮要素２０は回転子１６が固定された主軸部２１及び偏芯軸部２２から構成されたクランクシャフト２３と、クランクシャフト２３の主軸部２１を軸支すると共に圧縮室２４を有するシリンダ２５と、圧縮室２４内で往復運動するピストン２６と、偏芯軸部２２とピストン２６を連結する連結手段２７とを備え、レシプロ型の圧縮機機２８を構成している為、ロータリー構成や、スクロール構成の圧縮機と比較して、モータイナーシャが大きい圧縮機となっている。
【００４３】
さらに本実施の形態１において、冷媒にＲ６００Ａを使用しており、例えばＲ１３４Ａ等の冷媒と比較すると冷凍能力が低いため、同一の冷凍能力を確保するためには、圧縮機のシリンダ２５の容積と、ピストン２６が大きくなる結果、さらにモータイナーシャが大きくなる。
【００４４】
圧縮機２８で圧縮された吐出ガスは、凝縮器２９、減圧器３０、蒸発器３１を通って圧縮機２８の吸い込みに戻る冷凍空調システムを構成する。この時凝縮器２９では放熱、蒸発器３１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２９や蒸発器３１に送風機等を用いて、熱交換をさらに促進することもある。
【００４５】
制御手段３２は、位置検出手段３３，位置推定手段３４、電圧検出手段３５、切替手段３６、転流手段３７で構成されており、電源回路３８から供給される電源により動作している。
【００４６】
位置検出手段３３は、ブラシレスＤＣモータ１４の誘起電圧または、モータ電流からブラシレスＤＣモータ１４の回転子１６の相対的な回転位置を検出するものである。本実施の形態１では、誘起電圧から回転子１６の回転位置を検出する方法について説明する。インバータ１２は１２０度通電方式の矩形波駆動とし、この方式では、常時通電されていない相ができる。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ポイントを検出し、回転子の相対的な位置を検出する。
【００４７】
位置推定手段３４は、位置検出手段３３が正常に回転子位置を検出しているときは、その検出タイミングの時間測定を行っている。そしてこのタイミング時間をベースとして位置推定を行いモータの駆動出力を行う。
【００４８】
電圧検出手段３５は、第１整流回路１１の出力電圧、即ちインバータ１２の入力電圧を検出し、その電圧値があらかじめ設定された所定値との大小比較を行う。
【００４９】
切替手段３６は、電圧検出手段３５の出力から、位置検出手段３３か位置推定手段３４の一方を選択し、転流手段３７に出力する。転流手段３７は前記切替手段からの出力により、インバータ１２のＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦを制御するものである。
【００５０】
電源回路３８は、ダイオードで形成された第２整流回路３９と比較的小容量な平滑コンデンサを有した平滑回路４０とを直列接続した回路を、第１整流回路１１と並列に接続し、平滑回路４０の両端電圧を入力として、制御手段３２に供給する低圧電源（通常３Ｖから２４Ｖの範囲）を生成する。
【００５１】
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。
【００５２】
交流電源１０は第１整流回路１１により全波整流されるが、平滑コンデンサの役割を兼用するスナバコンデンサ１３の容量が非常に小容量であるため、インバータ１２に入力される電圧は大きなリプルを持っ波形となる。また、平滑回路４０は、第１整流回路１１の出力を平滑するが、第２整流回路３９を介しているため、平滑回路４０の平滑コンデンサ両端電圧が、第１整流回路１１の出力電圧より高くなったときや、ブラシレスＤＣモータ１４の負荷が大きくインバータ１２への入力電圧が大きくなった場合でも、第２整流回路３９を介して平滑回路４０を接続しているので、平滑コンデンサにチャージされた電荷の放出を阻止することが出来る。従って、平滑回路４０の両端にかかる電圧は、ほぽ平滑された一定の電圧となる結果、電源回路３８には安定したＤＣ電圧を供給することができる。
【００５３】
図３は、本実施の形態１のスナバコンデンサ１３と平滑回路４０両端の電圧値を示す特性図である。
【００５４】
今ここで、使用しているスナバコンデンサ１３と平滑回路４０の平滑コンデンサの耐電圧を４５０Ｖとする。ここで、ブラシレスＤＣモータ１４が脱調等で急停止したことで、回生が発生したとすると、スナバコンデンサ１３のみであれば、図３の電圧波形ａに示すように、スナバコンデンサ１３両端の電圧が急激に上昇して、耐電圧４５０Ｖを超え過電圧となり、装置が故障してしまう可能性がある。
【００５５】
一方、本実施の形態１では、インバータ１２と並列に、第２整流回路３９を介して、平滑回路４０を接続しているため、回生により発生したエネルギーを平滑回路４０の平滑コンデンサが吸収する。従って、図３の電圧波形ｂに示す様に、回生電力による電圧上昇がコンデンサの耐電圧以下に抑えることができる。
【００５６】
さらに平滑回路４０の両端には、制御手段３２に電源を供給する電源回路３８が接続されているため、回生によるエネルギーでチャージされた電荷は、電源回路３８および制御手段３２にて消費され、平滑回路４０の両端電圧は図３の電圧波形ｃに示すように、通常時（本実施の形態１では１４０Ｖ程度）のレベルまで回復する。従って再び回生が発生した場合でも、再度平滑回路４０により回生エネルギーを吸収出来るため、平滑コンデンサとスナバコンデンサ１３の耐電圧を超えることはない。
【００５７】
位置検出手段３３は、誘起電圧またはモータ電流からブラシレスＤＣモータ１４の回転子１６の相対的な回転位置を検出するものである為、第１整流回路１１の出力電圧が低いとき、所定の電圧または電流が充分に確保できず、回転子の位置を検出することが不可能となる。
【００５８】
一方位置推定手段３４は、位置検出手段３３の位置検出のタイミングを常時検出しており、位置検出信号が入力されなかった場合、前回の位置検出タイミングと同じタイミングで位置検出があると推定して、信号を出力する。
【００５９】
電圧検出手段３５で検出した第１整流回路１１出力電圧（即ちインバータ入力電圧）が、あらかじめ設定された所定の電圧値（本実施の形態１では５０Ｖとする）より高ければ切替手段３６は位置検出手段３３の信号を選択し、転流手段３７に出力する。
【００６０】
ここで図は省略しているが、第１整流回路１１の出力電圧（即ちインバータ１２の入力電圧）を電圧検出手段３５は常時検出し、出力のＰＷＭ制御デューティーにフィードフォワード制御を行い、インバータ１２の出力電圧または電流を一定にするように制御を行う。
【００６１】
即ち、速度制御で得られた基底ディーティーに対して、第１整流回路１１の出力電圧（即ちインバータ１２の入力電圧）が高い場合はデューティーを小さくし、低い場合は高くする事によって、出力の電圧または電流を調整するになり、ブラシレスＤＣモータ１４をスムーズに駆動する。
【００６２】
次に、インバータ１２の入力電圧波形について図１及び図４を用いて説明する。
【００６３】
図１において、第１整流回路１１の出力には平滑コンデンサを挿入していないため、インバータ１２の入力には、交流電源の全波整流電圧が入力されることになるが、スナバコンデンサ１３が平滑コンデンサの役割も兼用する結果、インバータ入力にはスナバコンデンサ１３により若干平滑された電圧が入力される。
【００６４】
図４は、本実施の形態１におけるインバータの入力電圧波形を示すタイミングチャートである。縦軸に電圧、横軸に時間を示している。尚、交流電源１０はＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚの交流電源としている。
【００６５】
ＡはブラシレスＤＣモータ１４が停止状態の時、即ち負荷電流が非常に小さいとき（殆ど電流が流れていないとき）の状態であり、スナバコンデンサ１３の充電電荷が殆ど使われず、電圧の低下は小さい。但し、ここで言う負荷電流とは、第１整流回路１１の出力電流であり、インバータ１２への入力電流及び、電源回路３８への入力電流を示す。この時の平均電圧は約１３２Ｖであり、リプル含有率は約２３％となる。なお、リプル電圧およびリプル含有率は、（数１）、（数２）の通り定義するものとする。
【００６６】
【数１】
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【００６７】
【数２】
2006109624.tif 000004
次にブラシレスＤＣモータ１４が低負荷状態で駆動し、インバータ１２に流れる負荷電流が発生すると、スナバコンデンサ１３の充電電荷が使われ、Ｂに示すように瞬時最低電圧が低下する。但し、電源電圧から決まる瞬時最高電圧は１４１Ｖで変わらない。Ｂに示す場合、瞬時最低電圧は４０Ｖであるため、平均電圧は約１１２Ｖとなり、リプル電圧は１０１Ｖ、リプル含有率は９０％となる。
【００６８】
更にブラシレスＤＣモータ１４の負荷を増大することで、インバータ１２に流れる負荷電流を大きくすると、スナバコンデンサ１３に殆ど充電電荷が蓄えられず、Ｃに示すように瞬時最低電圧が０Ｖまで低下する。ただし、電源電圧から決まる瞬時最高電圧は１４１Ｖ一定であるため平均電圧は１００Ｖ、リプル電圧は１４１Ｖ、リプル含有率は１４１％となり、負荷電流を増加するにつれて、インバータ１２入力電圧は、交流電圧を全波整流した波形に近づく。
【００６９】
次に負荷電流と瞬時最低電圧、リプル含有率との関係について、図５を用いてさらに詳しく説明する。図５は本実施の形態１における負荷電流と瞬時最低電圧、リプル含有率を示す特性図である。
【００７０】
図５において、横軸は負荷電流であり縦軸は瞬時最低電流とリプル含有率を示している。また、実線は瞬時最低電圧の特性、破線はリプル含有率の特性をそれぞれ示している。
【００７１】
図４において説明を行ったＡに示す電流波形の時は負荷電流０．０１Ａであり、瞬時最低電圧は１１１Ｖ、リプル含有率は約２３％である。また、Ｂに示す電流波形のときは、負荷電流（制御回路３８の入力電流と、インバータ１２の入力電流の合計）は約０．１８Ａであり、瞬時最低電圧は４０Ｖ、リプル含有率９０％である。またＣに示す電流波形の時は負荷電流０．３５Ａであり、瞬時最低電圧ＯＶ、リプル含有率１４１％である。負荷電流が０．３５Ａ以上の場合は、瞬時最低電圧、リプル含有率ともに変化しない。
【００７２】
本実施の形態１では、装置の実際の使用範囲において、ブラシレスＤＣモータ１４が安定して駆動している時は、リプル含有率が常に９０％以上となるようなスナバコンデンサ１３を選定している。
【００７３】
本実施の形態１においては、前述したように５０Ｖ以下において位置検出が不可能な状態にあり、その結果ブラシレスＤＣモータ１４が駆動中は、位置検出が不可能なタイミングが発生することになる。
【００７４】
次に図１における動作について更に詳しく図６と図１を用いて説明する。図６は、本実施の形態１における動作を示すフローチャートである。
【００７５】
まず、ＳＴＥＰ１において、電圧検出手段３５で直流電圧Ｖｄｃを検出する。ここで言う直流電圧Ｖｄｃとはインバータ１２の入力電圧である。次にＳＴＥＰ２において、位置検出が出来なくなる電圧の所定値５０Ｖと比較し、５０Ｖ未満であればＳＴＥＰ３に進む。
【００７６】
ＳＴＥＰ３では、切替手段３６は位置推定手段３４を選択し、切り替える。位置推定手段３４では、ＳＴＥＰ４に示すように、位置検出信号が前の変化から一定時問経過したかどうかを判断する。この一定時間は位置検出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。
【００７７】
一定時間が経過していなければ、そのまま通過し処理を完了する。一定時間が経過していれば、ＳＴＥＰ５に進み、位置検出を行ったものとしてインバータ１２のスイッチング素子を転流手段３７で切り替える動作（転流）を行う。
【００７８】
また、ＳＴＥＰ２において、位置検出が出来なくなる電圧の所定値５０Ｖと比較した結果が、５０Ｖ以上と判断した場合は、ＳＴＥＰ６に進む。ＳＴＥＰ６では、切替手段３６は位置検出手段３３を選択し、切り替える。位置検出手段３３では、ＳＴＥＰ７に示すように、位置検出信号が前の変化から状態が変化したかどうかを判断する。
【００７９】
ＳＴＥＰ７で状態が変化していなければ通過し、処理を完了する。また状態が変化していたときはＳＴＥＰ８に進み、位置検出を行ったものとしてインバータ１２のスイッチング素子を転流手段３７で切り替える動作（転流）を行う。
【００８０】
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３５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３３と位置推定手段３４との信号を切替手段３６で切り替えることが出来、直流電圧が低く位置検出が出来ない状態においても転流動作を行うことが出来、ブラシレスＤＣモータを継続して安定的に駆動する事ができる。
【００８１】
以上説明した動作を行った場合について、さらに図７と図１を用いて説明する。図７は本実施の形態１の各部の波形を示すタイミングチャートである。
【００８２】
図７において、（Ａ）は直流電圧であり、インバータ１２の入力電圧である。（Ｂ）は電圧検出であり、電圧検出手段３５の出力信号である。電圧検出手段３５では、（Ａ）の直流電圧を所定の電圧（本実施の形態１では５０Ｖ）と比較した結果を出力し、５０Ｖ以上であればＨｉｇｈレベルを、５０ｖ未満であればＬｏｗレベルの信号を出力する。図７においては時間Ｔ６、Ｔ７において直流電圧が５０Ｖ以下である場合を示す。
【００８３】
（Ｃ）は位置検出であり、位置検出手段３３の出力を示す。また（Ｄ）は位置推定であり、位置推定手段３４の出力を示す。直流電圧が５０Ｖ以上のときは位置検出が可能で図６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。
【００８４】
一方、図７の時間Ｔ６、Ｔ７では直流電圧が５０Ｖ未満であるため、位置検出手段３３からの位置検出信号が出てこない。また出た場合でもタイミングが全く合っておらず信頼性の無い信号が発生している可能性が高い。
【００８５】
そこで時間Ｔ６、Ｔ７においては転流に位置推定手段３４の信号を使用する。位置推定手段では前の転流タイミングＴ５からの時間を計測しており、あらかじめ決められた所定時間が経過すると時間Ｔ６からの所定時間経過後に転流を行う。また同様に時間Ｔ７でも時間Ｔ６から所定時間経過後に転流を行う。ここで言う所定時間は正常に位置検出が出来ている時間、例えば時間Ｔ４〜Ｔ５間の時間を測定し、所定時間としている。
【００８６】
以上のように時間Ｔ１〜Ｔ５及び時間Ｔ８〜Ｔ１２において切替手段３６は、位置検出手段３３の出力を選択し出力する。また時間Ｔ６、Ｔ７では、切替手段３６は位置推定手段３４の出力を選択し出力する。切替手段３６の出力は、転流手段３７に入力され、転流手段３７ではインバータ１２の６個のスイッチング素子を、図７の（Ｅ）〜（Ｊ）に示すようにＯＮ／ＯＦＦさせる。図７においてはＨｉｇｈレベルがＯＮ、ＬｏｗレベルがＯＦＦとする。
【００８７】
インバータ１２の出力波形の一例として図７（Ｋ）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、Ｕ相電圧の包絡線（破線で示す）は（Ａ）の直流電圧に一致する。
【００８８】
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７（Ｋ）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（例えば時問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。
【００８９】
本実施の形態１において、電圧レベルを直接検出する電圧検出手段３５としたが、ゼロクロスなどのタイミングを検出し、時間に応じて電圧レベルを推定するものなどでも構わない。
【００９０】
また、直流電圧により、位置検出手段３３と位置推定手段３４とを切り換えるようにしたが、位置検出信号が出ない時に自動的に位置推定手段３４に切り換える方法であっても構わない。
【００９１】
また、実施の形態１においては、位置検出手段３３はリアルタイムに位置を検出するものとしたが、全体的に平均した位置検出手段（例えば全体の位置検出と転流とのタイミング差を平均的に見る方法）などを使用してもよい。
【００９２】
また、実施の形態１においては、電源回路３８の電源供給先は、制御手段３２のみとしているが、凝縮器２９、蒸発器３１の熱交換を促進する為に設けた送風機等、他の付加に供給する構成としても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
以上の様に、本発明にかかるブラシレスＤＣモータの駆動装置は、部品点数削減と低コスト化が図れ、大幅な小型化が実現できる。さらに、安定した駆動が実現できるため、圧縮機の駆動装置はもとより、家庭用電化製品等のブラシレスＤＣモータを使用した機器全般にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図
【図２】同実施の形態におけるブラシレスＤＣモータを用いた圧縮機の断面図
【図３】同実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置のスナバコンデンサと平滑回路の両端の電圧値を示す特性図
【図４】同実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置のインバータの入力電圧波形を示すタイミングチャート
【図５】同実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置の負荷電流と瞬時最低電圧、リプル含有率を示す特性図
【図６】同実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置の動作を示すフローチャート
【図７】同実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置の各部の波形を示すタイミングチャート
【図８】従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図
【符号の説明】
【００９５】
１０  交流電源
１１  第１整流回路
１２  インバータ
１３  スナバコンデンサ
１４  ブラシレスＤＣモータ
１６  回転子
１９  冷媒Ｒ６００Ａ
２８  圧縮機
２９  凝縮器
３０  減圧器
３１  蒸発器
３２  制御手段
３３  位置検出手段
３４  位置推定手段
３６  切換手段
３８  電源回路
３９  第２整流回路
４０  平滑回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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