(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１回転中で変動する負荷を駆動するブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータに電圧を印加し駆動するドライブ部と、前記ブラシレスＤＣモータの起動から１回転以内の速度が次の１回転の速度変化率が所定値以下に収まるように加速させるよう前記ドライブ部が印加する電圧を決定する速度加速部を備えるモータ駆動装置。
【請求項２】
前記速度加速部は、前記ブラシレスＤＣモータの起動から１回転以内の速度が次の１回転の速度変化率が１回転中の負荷の変化が最大となる条件で所定値以下に収まるよう加速させる請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記ブラシレスＤＣモータの磁極位置を検出する位置検出部を備え、前記ドライブ部が起動前に前記ブラシレスＤＣモータの特定の相に電流を流す位置決めを行い、所定時間経過後に位置決め位相より９０度以上進んだ相に電流を流した状態で前記位置検出部の位置情報を取得し駆動を開始する請求項１または２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置を用いた圧縮機の駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の圧縮機の駆動装置を備え、前記圧縮機の吸入側と吐出側の圧力差が残る状態で起動する冷蔵庫。
【請求項６】
前記圧縮機の吸入側と吐出側の圧力差が少なくとも０．０５ＭＰａより大きい請求項５に記載の冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣモータを駆動するモータ駆動装置およびこれを用いた圧縮機の駆動装置、および冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータ駆動装置を用いて冷却する冷蔵庫において、冷凍サイクル内に四方弁を設け、圧縮機運転時は通常の冷凍サイクルを構成し、圧縮機停止時は高低圧がサイクル上分離し、かつドライヤから圧縮機に高圧冷媒がパスされ、圧縮機吸入／吐出の圧力差を小さくなるよう四方弁を切り換えている。これにより、圧縮機停止時には、高圧側の冷媒が蒸発器に流れ込むことなく、蒸発器の温度は低いまま保持され庫内温度を上昇させないことで冷蔵庫の省エネを図っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、一般的に起動に際して、予め定められたモータへの印加電圧パターンを予め定められた周期で順に切り換えて起動を行い、設定回転速度に達した際にモータへの印加電圧パターンをモータの磁極位置を検出するなどの位置検出をベースにした制御へと切り換えて駆動する（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
図９は、特許文献１に記載された従来のモータ駆動装置を用いた冷蔵庫を示すものである。図９に示すように、低圧シェル圧縮機１０１、コンデンサ（凝縮器）１０２、ドライヤ１０３、毛細管１０４、蒸発器１０５の順番で冷凍サイクルが形成され、冷媒は冷凍サイクル内を圧縮機１０１から凝縮器１０５に向けて流れている。四方弁１０６は入り口Ａをドライヤ１０３に、出口Ｂを毛細管１０４に、入り口Ｃを蒸発器１０５に、出口Ｄを圧縮機１０１に接続する。圧縮機１０１運転中は、四方弁１０６の入り口Ａと出口Ｂ、入り口Ｃと出口Ｄを連通させている。また停止中は四方弁１０６の入り口Ａと出口Ｄ、入り口Ｃと出口Ｂを連通させる。これにより、圧縮機停止中は圧縮機１０１、コンデンサ１０２、ドライヤ１０３を設けた高圧域の閉回路と、毛細管１０４、蒸発器１０５を設けた低圧域の閉回路を構成するようにしている。冷凍サイクル動作中は正規の冷凍サイクルが形成され、通常の冷却運転を行うことができる。また、冷凍サイクル停止時は高低圧がサイクル上分離され、かつドライヤから圧縮機に高圧冷媒がパスされ、圧縮機吸入／吐出の圧力差を小さくし、負荷トルク変動が小さい状態で起動することができる。これらの構成により、冷凍サイクル停止中は、高圧側の冷媒が蒸発器１０５に流れることがなく蒸発器１０５の温度も上昇せず、冷凍サイクルのロスを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０２８３９５号公報
【特許文献２】特開２００８−１０４３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記従来の構成は、モータ駆動装置が起動時の大きな負荷トルク変動に対応できず振動が増加し圧縮機の信頼性が低下するため、圧縮機１０１を安定して起動させるには、圧縮機１０１の停止時は四方弁１０６を用いて、圧縮機１０１の吸入と吐出の圧力をバランスさせる必要がある。そのため、システムが複雑になりコストも増加するという課題があった。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、負荷トルク変動が大きな状態でも安定して
起動するモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前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、１回転中で変動する負荷を駆動するブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータに電圧を印加し駆動するドライブ部と、前記ブラシレスＤＣモータの起動から１回転後の速度が次の１回転の速度変化率が所定値以下に収まるように加速させるよう前記ドライブ部が印加する電圧を決定する速度加速部を備えるものである。
【０００９】
これによって、負荷変動による前記ブラシレスＤＣモータの速度変化が小さくなり、振動の発生を抑制し起動することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のモータ駆動装置は、負荷トルク変動が大きな状態でも安定して起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】（Ａ）圧縮機の吐出圧力と吸入圧力がバランスしているときの負荷トルク１回転分の遷移図、（Ｂ）圧縮機の吐出圧力と吸入圧力がバランスしているときの従来の起動方法での１回転分の速度の遷移図
【図３】（Ａ）圧縮機の吐出圧力と吸入圧力に差圧がついているときの負荷トルク１回転分の遷移図、（Ｂ）圧縮機の吐出圧力と吸入圧力に差圧がついているときの従来の起動方法での１回転分の速度の遷移図
【図４】（Ａ）圧縮機の吐出圧力と吸入圧力に差圧がついているときの負荷トルク１回転分の遷移図、（Ｂ）圧縮機の吐出圧力と吸入圧力に差圧がついているときの本実施の形態１における起動方法での目標速度を初期速度とした１回転分の速度の遷移図
【図５】負荷に対して速度変化率が一定となる速度の関係を示すグラフ
【図６】本実施の形態１における起動方法を示したフローチャート
【図７】従来の冷蔵庫の冷凍サイクル図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、１回転中で変動する負荷を駆動するブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータに電圧を印加し駆動するドライブ部と、前記ブラシレスＤＣモータの起動から１回転後の速度が次の１回転の速度変化率が所定値以下に収まるように加速させるよう前記ドライブ部が印加する電圧を決定する速度加速部を備えることにより、負荷に対して速度は２乗の効果があるため負荷の増加に対して小さな速度上昇で前記ブラシレスＤＣモータでの速度変化を抑制でき、前記ブラシレスＤＣモータの振動を低減することとなる。これによって、負荷トルク変動が大きな状態でも、安定して起動することができる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、前記速度加速部は、前記ブラシレスＤＣモータの起動から１回転以内の速度を次の１回転の速度変化率が１回転中の最大変化から計算される負荷で所定値以下に収まるよう加速させることにより、前記ブラシレスＤＣモータが駆動する負荷の最も起動が困難な条件で起動が可能となり、要求される全ての条件で安定して起動することができる。
【００１４】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記ブラシレスＤＣモータの磁極位置を検出する位置検出部を備え、前記ドライブ部が起動前に前記ブラシレスＤＣモータの特定の相に電流を流す位置決めを行い、所定時間経過後に位置決め位相より９０度以上進んだ相に電流を流した状態で前記位置検出部の位置情報を取得し駆動を開始することにより
、前記ブラシレスＤＣモータの磁極位置に応じた駆動を行うこととなるため、１回転の中に負荷変動があって速度が大きく変化する場合でも安定した駆動を行うことができる。
【００１５】
第４の発明は、第１から第３の発明のいずれかのモータ駆動装置を用いた圧縮機であり、安定して起動することができる圧縮機を提供することができる。
【００１６】
第５の発明は、第４の発明の圧縮機を備え、前記圧縮機の吸入側と吐出側の圧力差が残る状態で起動する冷蔵庫であり、前記圧縮機の吸入と吐出に圧力差がついた状態であっても起動できることとなり、単純なシステム構成で安価に前記蒸発器の温度を上昇させず、冷凍サイクルのロスを低減する冷蔵庫を提供することができる。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明において、前記圧縮機がの吸入側と吐出側の圧力差が少なくとも０．０５ＭＰａより大きいものであり、振動の増加による劣化の促進を軽減し、前記圧縮機の信頼性を維持しつつ、冷凍サイクルのロスを低減できる冷蔵庫を提供することができる。
【００１８】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（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である。図１において、交流電源１は一般的な商用電源で、日本においては実効値１００Ｖの５０または６０Ｈｚの電源である。モータ駆動装置３０は、交流電源１に接続され、ブラシレスＤＣモータ５を駆動する。以下、モータ駆動装置３０について説明する。
【００２０】
整流回路２は、交流電源１を入力として交流電力を直流電力に整流するものであり、ブリッジ接続された４個の整流ダイオード２ａ〜２ｄで構成される。
【００２１】
平滑部３は整流回路２の出力側に接続され、整流回路２の出力を平滑する。平滑コンデンサ３ｅと、リアクタ３ｆとから構成される。平滑部３からの出力はインバータ４に入力される。
【００２２】
インバータ４は、平滑部３からの電圧に交流電源１の電源周期の２倍周期で大きなリプル成分を含んだ直流電力を交流電力に変換する。インバータ４は、６個のスイッチング素子４ａ〜４ｆを３相ブリッジ接続して構成される。また、６個の還流電流用ダイオード４ｇ〜４ｌは、各スイッチング素子４ａ〜４ｆに、逆方向に接続される。
【００２３】
ブラシレスＤＣモータ５は、永久磁石を有する回転子５ａと、３相巻線を有する固定子５ｂとから構成される。ブラシレスＤＣモータ５は、インバータ４により作られた３相交流電流が固定子５ｂの３相巻線に流れることにより、回転子５ａを回転させる。
【００２４】
位置検出部６は、固定子５ｂの３相巻線に発生する誘起電圧や、固定子５ｂの３相巻線に流れる電流と印加電圧などから固定子５ａの磁極位置を検出する。本実施の形態においてはブラシレスＤＣモータ５の端子電圧を取得し、ブラシレスＤＣモータ５の回転子５ａの磁極相対位置を検出する。具体的には、位置検出部６は、固定子５ｂの３相巻線に発生する誘起電圧に基づいて、回転子５ａの相対的な回転位置を検出している。具体的には誘起電圧と基準となる電圧を比較し、ゼロクロスを検出する。誘起電圧のゼロクロスの基準となる電圧は３相分の端子電圧から仮想中点を作っても良いし、直流母線電圧を取得しその電圧としても良い。本実施の形態では仮想中点とする。誘起電圧から検出する方式は構成が簡単でより安価に構成することが可能となる。
【００２５】
速度検出部７は、位置検出部６が検出する位置情報からブラシレスＤＣモータ５の現在の駆動速度を計算する。本実施の形態では、誘起電圧のゼロクロス検出からの時間を測定し、この時間から現在の速度として計算を行う。
【００２６】
速度加速部８は、速度検出部７で検出された現在の速度を元にブラシレスＤＣモータ５に印加すべき電圧を計算する。速度加速部８で印加すべき電圧の計算は、時間経過と共に上昇していく目標速度と現在の差に応じて印加電圧の大きさを変えるような比例制御でも良いし、負荷変化が最大の最も加速しにくい条件で目標の速度に到達できるよう予め決定しておいた電圧変化率で印加電圧を決定しても良い。比例制御で行う場合は目標速度を加速度合いから決定する。例えば、一番最初の目標速度と電圧印加は固定にしておき、電圧を印加した結果、速度検出部７が検出する速度情報の大きさによって目標速度を決定する。目標速度は速度検出部７の結果が大きいほど小さくし、速度検出部７の結果が小さいほど目標速度を大きくする。これによって、負荷が大きな条件ほど、１回転後の平均速度が高くなり、次の１回転の速度変化を振動が問題とならないレベルに抑制し、振動を抑制することができるようになる。速度変化が問題とならないレベルとは圧縮機の吸入と吐出の圧力差がバランスしているとして扱える最大のときの速度変化率と同じになるものとする。また、速度変化率とはある時点から１回転した際の最低速度を１回転の最初の速度で割ったものとして定義する。例えば、ある時点での速度が３ｒ／ｓで、ここから１回転をした際の最低速度が２．７ｒ／ｓだとすると、速度変化率は２．７を３で除算した結果の０．９となる。
【００２７】
本実施の形態では、電圧変化率は予め電圧変化率を決定し印加電圧を決定する方式とする。この方式は、非常に単純な構成で可能となるため、より安価にシステムを構築することができる。
【００２８】
また、速度加速部８は外部から入力される速度指令を受けて、起動のための印加電圧指令を出力し始める。
【００２９】
ドライブ部９は位置検出部６で検出されるブラシレスＤＣモータの回転子５ａの位置に基づき、インバータ４がブラシレスＤＣモータ５の３相巻線に供給する電力の供給タイミングとＰＷＭ制御するドライブ信号を出力する。具体的にはドライブ信号は、インバータ４のスイッチング素子４ａ〜４ｆをオンまたはオフ（以下、オン／オフと記す）する。これにより、固定子５ｂに最適な交流電力が印加され、回転子５ａが回転し、ブラシレスＤＣモータ５が駆動される。駆動波形は矩形波や正弦波などがあるが、特にこだわらない。
【００３０】
また、ドライブ部９では速度加速部８で設定した印加電圧を元にＰＷＭデューティ幅を計算し、出力する。
【００３１】
また、どの相に通電するかの決定を位置検出部６からの情報を基に、ドライブ部９で行っており、本実施の形態では１２０度矩形波で行っているため、上側アームのスイッチング素子４ａ、４ｃ、４ｅをそれぞれ１２０度ずつずらして通電している。下側アームも同様に１２０度ずつずらして、スイッチング素子４ｂ、４ｄ、４ｆを通電している。スイッチング素子４ａと４ｂ、４ｃと４ｄ、４ｅと４ｆはそれぞれお互いの通電期間の間に６０度ずつのオフ期間が存在する。
【００３２】
また、ドライブ部９では、起動時にブラシレスＤＣモータ５の任意の少なくとも２相に、例えば１秒間、通電を行い回転子５ａの位置が特定の磁極位置に来るようにし、その後、通電していた位相から９０〜１５０ｄｅｇ進んだ位相に通電を行い、位置検出部６がブラシレスＤＣモータ５の回転子の位置を検出するのを待つ。そして、位置検出部６が位置
を検出し、ドライブ部９に位置検出信号が入力されると次の位相へと通電位相を切り換える通常の駆動状態へと移行する。最初の少なくとも２相に通電する期間は通電している位相に対して、ブラシレスＤＣモータ５を起動後に通常駆動する状態よりも９０ｄｅｇ位相が遅れた状態となるまで通電を行う。これにより確実に起動時の位相を固定でき、更に次に通電する位相を９０〜１５０ｄｅｇ進めた状態とすることで、通常駆動する状態と同じ通電位相状態となるため、ブラシレスＤＣモータ５の出力トルクを大きく取ることができ、更に位相遅れによる起動の振動を低減することができる。
【００３３】
次に、本実施の形態におけるモータ駆動装置３０を用いた冷凍装置および冷蔵庫について説明する。
【００３４】
冷蔵庫２２には圧縮機１７が搭載されているが、ブラシレスＤＣモータ５の回転子５ａの回転運動は、クランクシャフト（図示せず）により、往復運動に変換される。クランクシャフトに接続されたピストン（図示せず）は、シリンダ（図示せず）内を往復運動することにより、シリンダ内の冷媒を圧縮する。つまり、ブラシレスＤＣモータ５と、クランクシャフト、ピストン、シリンダにより、圧縮機１７が構成される。
【００３５】
圧縮機１７の圧縮方式（機構方式）は、ロータリー型やスクロール型など、任意の方式が用いられる。本実施の形態においては、レシプロ型の場合について説明する。レシプロ型の圧縮機１７は吸入と圧縮の工程でのトルク変動が大きく、速度および電流値が大きく変動する。
【００３６】
圧縮機１７で圧縮された冷媒は、二方弁１８、凝縮器１９、減圧器２０、蒸発器２１を順に通って、再び圧縮機１７に戻るような冷凍サイクルを構成する。この時、凝縮器１９では放熱を、蒸発器２１では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。この冷凍サイクルを搭載して冷蔵庫２２が構成される。
【００３７】
二方弁１８は、通電によって開閉動作が可能な電磁弁などがあり、本実施の形態では弁を用いる。二方弁１８は、圧縮機１７が運転中は開状態とし、圧縮機１７と凝縮器１９を連通させ、冷媒が流れる。一方で圧縮機１７が停止中は二方弁１８は閉状態とし、圧縮機１７と凝縮器１９との間を閉塞させ、冷媒が流れないようにする。
【００３８】
以上のように構成されたモータ駆動装置３０について、その動作を図２から図４を用いて説明する。
【００３９】
図２から図４において、横軸はブラシレスＤＣモータ５の回転子５ａの磁極位置の位相を示し、図２から図４のＡの縦軸は、ブラシレスＤＣモータ５が駆動する負荷トルクを示し、図２から図４のＢの縦軸は、ブラシレスＤＣモータ５の駆動速度を示している。
【００４０】
また、図２から図４に示すように、負荷トルクとブラシレスＤＣモータ５の速度は大きく変化するが、負荷トルクの増加とブラシレスＤＣモータ５の速度が最小となるタイミングは一致せず、負荷トルクに対してブラシレスＤＣモータ５の速度には応答遅れが存在する。
【００４１】
まず図２を用いて、従来の圧縮機の起動条件での速度変化に関して説明する。
【００４２】
図２のＡは、圧縮機１７の吸入と吐出の圧力差が０．５ＭＰａのときのブラシレスＤＣモータ５にかかる負荷トルクの１回転での変化を示している。０．５ＭＰａは従来の吸入と吐出の圧力差でバランスしているとみなせる最大の圧力差であり、許容できる最大の圧力差である。つまり速度変化率が最も大きくなる起動時に許される最大の圧力差での速度
変化率が、許容される最大の速変化率となる。このバランスしているとみなせる最大の圧力差のときのブラシレスＤＣモータの速度の変化が図２のＢに示されている。初期速度は従来の同期運転の速度である３ｒ／ｓを表しており、この初期速度で１回転した場合の速度変化を表している。つまり圧縮機１７では図２のＢに示す速度変化率しか許容されていないこととなる。
【００４３】
次に図３を用いて、従来の起動方法で負荷トルク変動が大きい場合での起動の速度変化に関して説明する。
【００４４】
図３のＡは、圧縮機１７の吸入と吐出の圧力差が２．５ＭＰａでブラシレスＤＣモータ５にかかる負荷が図２のＡに比べて５倍程度増加した条件での１回転の負荷トルク変化を示している。この２．５ＭＰａの圧力差は本システムでの最大の圧力差で、ブラシレスＤＣモータ５が駆動する負荷が１回転する中で最大の負荷変化となっている。このときの、ブラシレスＤＣモータの１回転分の速度の変化が図３のＢに示されている。初期速度は図２のＢと同様に、従来の同期運転速度である３ｒ／ｓとしており、このときの速度変化は図２のＢと比べると大きくなっており、速度変化率が大きくなり振動が大幅に増加する。
【００４５】
次に図４を用いて、本実施の形態での負荷トルク変動が大きい場合での起動の速度変化に関して説明する。
【００４６】
図４のＡは図３のＡと同様に、圧縮機１７の吸入と吐出の圧力差が２．５ＭＰａの時のブラシレスＤＣモータ５にかかる負荷トルクを示している。図４のＢは、本実施の形態における起動方法で、１回転以内に到達する目標速度を初期速度とした場合の速度変化である。図４のＡの負荷トルクの条件で、初期速度を従来の起動速度の５の平方根を乗算した速度の約６．７１ｒ／ｓとしたときの速度変化を示しており、目標速度は６．７１ｒ／ｓとしている。図４のＢの速度変化率は従来と同じになっている。
【００４７】
速度変化率は負荷に対して速度の２乗で比例するため、負荷が５倍となった場合は、速度を５の平方根倍することで、図２で示す負荷条件と駆動速度での速度変化率と同じにすることができる。
【００４８】
図５は、回転速度を３ｒ／ｓとし、圧縮機１７の吸入と吐出の圧力差がバランスしている最大の圧力差である０．５ＭＰａのときの負荷を１としたときに、負荷が変化した際にどれだけ速度が必要かをあらわしている。これを見ると例えば負荷が４倍になれば、速度は３ｒ／ｓを４の平方根倍である２倍した６ｒ／ｓとすれば良い事が分かる。
【００４９】
つまり、圧縮機１７の吸入と吐出の圧力がバランスした状態として扱う最大の負荷変化に対する、起動時にシステムに必要とされる圧縮機１７の吸入と吐出の最大圧力差での負荷変化の倍率を平方根倍した速度に１回転以内に到達することで圧縮機の振動を抑えることができる。
【００５０】
起動から、１回転以内に発生する速度変化に関しては、速度変化の影響を受ける圧縮機１７などの信頼性が問題になる対象が、振動していない状態に対して力を加えることとなるため、圧縮機１７など影響を受ける物質の慣性力によりほとんど影響を受けず、問題とならない。速度変化が継続することで、大きな影響を与えることとなる。
【００５１】
詳細な制御方法に関して、図６を用いて説明する。図６は圧縮機１７の停止中に呼び出され起動が完了することで終了する。
【００５２】
まず、ＳＴＥＰ２０１において、圧縮機１７を駆動する速度を指令する速度指令の有無
を速度加速部８が判断する。速度指令が有る場合は再びＳＴＥＰ２０１へ移行し、速度指令が有る場合はＳＴＥＰ２０２へと移行する。ここでは、速度指令がまだないものとして、ＳＴＥＰ２０１へ移行する。
【００５３】
再び、ＳＴＥＰ２０１へ移行した場合は、再度速度指令があるかどうかを判断する。つまり、速度指令が外部から入力されるまではＳＴＥＰ２０１で待機することとなる。ここでは、外部から速度指令が入力されたものとしてＳＴＥＰ２０２へと移行する。
【００５４】
ＳＴＥＰ２０２では、ドライブ部９が起動の準備のために、ブラシレスＤＣモータ５の任意の２相に通電を行い、電流を流し始め、タイマＡをリセットしスタートさせる。この際、印加される電圧は電流が、ブラシレスＤＣモータの回転子５ａの永久磁石が減磁する電流未満かつインバータ４が破壊しない電流未満となるよう速度加速部８が調整する。そしてＳＴＥＰ２０３へ移行する。
【００５５】
ＳＴＥＰ２０３では、ドライブ部９がタイマＡが所定時間Ａ以上かどうかを判定する。所定時間Ａ以上であればＳＴＥＰ２０４へ移行し、所定時間Ａ未満であれば、ＳＴＥＰ２０３へ移行する。ここでは、所定時間Ａが経過していないとし、再びＳＴＥＰ２０３へ移行する。
【００５６】
再度、ＳＴＥＰ２０３ではタイマＡと所定時間Ａの値が比較され、判断される。つまり、ブラシレスＤＣモータ５へ通電を開始し所定時間Ａだけ経過するまではＳＴＥＰ２０３で待機し、ブラシレスＤＣモータ５の２相に電流が流れ続け、位相が固定されることとなる。所定時間Ａは十分位相が固定される時間であれば良く、本実施の形態では１秒である。ここでは、タイマＡの値が所定時間Ａ以上となったとし、ＳＴＥＰ２０４へ移行する。
【００５７】
ＳＴＥＰ２０４では、ドライブ部９がＳＴＥＰ２０２で通電を開始した任意の２相から決定される位相から１２０ｄｅｇ進んだ位相に通電を開始した後、タイマＢとタイマＣをリセットし、スタートさせる。ＳＴＥＰ２０２の通電がスイッチング素子４ａとスイッチング素子４ｄだとすると、ＳＴＥＰ２０４ではスイッチング素子４ｃとスイッチング素子４ｆへの通電となる。そして、ＳＴＥＰ２０５へと移行する。
【００５８】
ＳＴＥＰ２０５では、ドライブ部９がタイマＢが所定時間Ｂ以上かどうかを判断する。所定時間Ｂ以上ならばＳＴＥＰ２０８へ移行し、所定時間Ｂ未満ならＳＴＥＰ２０６へと移行する。ここでは、ＳＴＥＰ２０４での通電を開始したばかりなので所定時間Ｂ未満としてＳＴＥＰ２０６へと移行する。
【００５９】
ＳＴＥＰ２０６では、位置検出部６がブラシレスＤＣモータ５の位置を検出できたかどうかを判断する。位置を検出できた場合、ＳＴＥＰ２１０へ移行し、位置を検出できなかった場合、ＳＴＥＰ２０７へと移行する。ここではＳＴＥＰ２０４での通電を開始したばかりで、位置検出をできていないとしＳＴＥＰ２０７へ移行する。
【００６０】
ＳＴＥＰ２０７では速度検出部７が検出する速度が次の１回転で速度変化率が所定値以下になるために必要な速度に到達しているかどうかを判断する。目標速度に到達している場合は、処理を終了し、到達していない場合は再びＳＴＥＰ２０５へと移行する。目標速度はバランスしているとみなす最大の負荷で従来速度で起動した場合から求める。従来速度を３ｒ／ｓとし、負荷が５倍に増えたとすると目標速度は約６．７１ｒ／ｓとなる。ここではまだ、一件視検出もされていないため、ＳＴＥＰ２０５へ再び移行する。
【００６１】
ＳＴＥＰ２０５へ再度移行したとして、タイマＢが所定時間Ｂ以上かどうかを判断する。ここでは一連の処理が行われ所定時間Ｂだけ経過したとしてＳＴＥＰ２０８へと移行す
る。
【００６２】
ＳＴＥＰ２０８では、ドライブ部９からブラシレスＤＣモータ５へ印加する電圧を上昇し加速させるために印加電圧指令値を現在のものに一定値加算する。ここで、加算する値は、本実施の形態での最大負荷条件で１回転以内に目標の駆動速度に到達することが可能な値を実験的もしくはシミュレーションにより予め決定している。そして、ＳＴＥＰ２０９へと移行する。
【００６３】
ＳＴＥＰ２０９では次の印加電圧を増加させるタイミングを図るためにタイマＢをリセットし再度スタートさせ、ＳＴＥＰ２０６へと移行する。
【００６４】
ＳＴＥＰ２０６でＳＴＥＰ２０４での通電開始からある程度時間たつと位置検出が発生し、ＳＴＥＰ２１０へと移行する。
【００６５】
ＳＴＥＰ２１０では、タイマＣの値を取得し、リセット後に再度スタートさせる。タイマＣは現在の印加電圧パターンが継続した時間となる。そして、ＳＴＥＰ２１１へと移行する。
【００６６】
ＳＴＥＰ２１１ではタイマＣの取得結果の逆数をとることにより速度を計算し、ＳＴＥＰ２１２へと移行する。
【００６７】
ＳＴＥＰ２１２では現在の通電位相よりも６０ｄｅｇ位相を進めた通電パターンを印加し、ＳＴＥＰ２０７へと移行する。
【００６８】
ＳＴＥＰ２０５からＳＴＥＰ２０７へ到達する経路を繰り返すことでブラシレスＤＣモータ５は加速し、目標速度に到達する。そしてＳＴＥＰ２０７で目標速度に到達した結果、処理を終了する。
【００６９】
以上のフローを停止中に呼び出し起動が完了するまで処理を行うことで圧縮機１７の吸入と吐出に０．０５ＭＰａより大きい負荷条件でも大きな振動なく起動することができる。
【００７０】
圧縮機１７において、吸入と吐出の間の差圧が０．０５ＭＰａより大きい状態で、印加電圧を１回転の中で速度に応じて変化させず、加速のために単調に増加させた場合、差圧により負荷トルクの変動が大きく速度変動が大きくなるため、振動が大きくなり、圧縮機１７の部品の磨耗による故障の可能性の増加などがあったが、本実施の形態では、従来の印加方式に比べ信頼性を大きく向上できる。
【００７１】
次に、本実施の形態のモータ駆動装置３０を圧縮機１７に適用し、冷蔵庫２２に搭載した場合について説明する。
【００７２】
圧縮機１７を起動と同時に、二方弁１８を開の状態とし、圧縮機１７の吐出と凝縮器１９を連通させる。二方弁１８は圧縮機１７の起動と同時に開にするとしたが、時間的に多少前後しても問題とはならない。圧縮機１７の駆動を継続すると凝縮器１９は高圧となり、減圧器２０で減圧され蒸発器２１は低圧となる。このとき、圧縮機１７の凝縮器１９につながる吐出は高圧に、蒸発器２１につながる吸入は低圧となる。ここで、冷蔵庫２２の庫内温度が低下し、圧縮機１７を停止したとする。二方弁１８が開のままの状態では徐々に凝縮器１９と蒸発器２１の圧力がバランスしていく。圧縮機１７の吸入と吐出の間の圧力差が０．０５ＭＰａ以下のバランスしたといえる状態になるまで、冷蔵庫のシステムにもよるが１０分程度かかる。圧縮機１７の停止と同時に二方弁１８を開から閉状態に移行
させると凝縮器１９と蒸発器２１の圧力差はほぼ維持され、圧縮機１７の吐出と吸入に圧力差が残る。冷蔵庫２２の庫内温度が上昇し、再び圧縮機１７を起動する際に、圧縮機１７の停止中に二方弁１８を閉め圧力差を保持した状態と、圧力がバランスした状態から起動する場合と比較した場合、二方弁１８を閉め圧力差を保持したほうが、凝縮器１９と蒸発器２１の間に再び圧力差を設けるための電力が小さくすむため、省エネとなる。また、圧縮機１７の停止中も二方弁１８を開のままにする場合や、二方弁１８を設けない場合であっても、停止から圧力がバランスする１０分経過前に庫内温度が上昇した場合も従来であれば圧力差が０．０５ＭＰａ以下でしか起動できなかったため、１０分経過することを待っていた。一方、本実施の形態では、０．０５ＭＰａより大きな差圧でも起動を可能にしているため、庫内温度が上昇し、圧縮機１７の運転が必要なタイミングで起動が可能となり、バランスした状態に比べ凝縮器１９と蒸発器２１との間に圧力差を設けるための電力が減少することとなるため、省エネが可能となる。
【００７３】
二方弁１８は三方弁や四方弁に比べシステムを単純に構成することができ、圧縮機１７の吸入と吐出の圧力差を維持することができる。
【００７４】
以上ように、本実施の形態においては、１回転中で変動する負荷を駆動するブラシレスＤＣモータ５と、ブラシレスＤＣモータ５に電圧を印加し駆動するドライブ部９と、ブラシレスＤＣモータ５の起動から１回転以内の速度が次の１回転の速度変化率が所定値以下に収まるように加速させるようドライブ部９が印加する電圧を決定する速度加速部８を備えることにより、負荷に対して速度は２乗の効果があるため負荷の増加に対して小さな速度上昇でブラシレスＤＣモータ５での速度変化を抑制でき、ブラシレスＤＣモータ５の振動を低減することとなり、負荷トルク変動が大きな状態でも、安定して起動することができる。
【００７５】
また、本実施の形態では速度加速部８は、ブラシレスＤＣモータ５の起動から１回転以内の速度を次の１回転の速度変化率が１回転中の最大変化から計算される負荷で所定値以下に収まるよう加速させることにより、ブラシレスＤＣモータ５が駆動する負荷の最も起動が困難な条件で起動が可能となり、要求される全ての条件で安定して起動することができる。
【００７６】
また、本実施の形態では、ブラシレスＤＣモータ５の磁極位置を検出する位置検出部６を備え、ドライブ部９が起動前にブラシレスＤＣモータ５の特定の相に電流を流す位置決めを行い、所定時間経過後に位置決め位相より９０度以上進んだ相に電流を流した状態で位置検出部６の位置情報を取得し駆動を開始するとしたことにより、ブラシレスＤＣモータ５の磁極位置に応じた駆動を行うこととなるため、１回転の中に負荷変動があってまた、速度が大きく変化する場合でも安定した駆動を行うことができる。
【００７７】
また、モータ駆動装置３０が圧縮機１７、凝縮器１９、減圧器２０、蒸発器２１、圧縮機１７の順に接続された冷凍サイクルの圧縮機１７を駆動し、圧縮機１７の吸入側と吐出側の圧力差が残る状態で起動するとした冷蔵庫２２としたことにより、圧縮機１７の吸入と吐出に圧力差がついた状態であっても起動できることとなり、単純なシステム構成で安価に蒸発器２１の温度を上昇させず、冷凍サイクルのロスを低減することができる
また、圧縮機１７の圧力差が少なくとも０．０５ＭＰａより大きいとしたことにより、通常振動が増加する圧力差であっても振動の増加による劣化の促進を軽減し、圧縮機１７の信頼性を維持しつつ、冷凍サイクルのロスを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明のモータ駆動装置は、起動時に負荷トルクが変動する状態であっても起動が可能となる。これにより、冷蔵庫のみならず、エアコン、自動販売機やショーケース、ヒート
ポンプ給湯器における圧縮機に適用できる。
【符号の説明】
【００７９】
５    ブラシレスＤＣモータ
８    速度加速部
９    ドライブ部
１７    圧縮機
１９    凝縮器
２０    減圧器
２１    蒸発器
２２    冷蔵庫
３０    モータ駆動装置
【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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