(57)【要約】  【課題】ブラシレスＤＣモータの駆動素子（ＭＯＳＦＥＴ等）のスイッチング速度は冷蔵庫の負荷にかかわらず一定であるため、冷蔵庫の高負荷運転時には駆動素子温度が高温になってしまうという課題があった。  【解決手段】冷蔵庫の運転状態情報からモータの負荷状態を検出する負荷検出回路５によりブラシレスＤＣモータ４の駆動素子（ＭＯＳＦＥＴ等）のスイッチング速度を変えるようにしたもので、負荷の重い運転状態では駆動素子９のスイッチング速度を速くすることによりスイッチング損失を抑え駆動素子９の温度低減を図ることができる。【選択図】図１
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【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、冷蔵庫の運転状態情報からモータの負荷状態を検出する負荷検出回路と、前記回転子の回転位置に応じて駆動波形を出力する波形発生部と、モータ駆動素子のスイッチング速度を可変する速度可変手段とを備え、負荷状態に応じてスイッチング速度を調整することを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項２】
冷蔵庫の運転状態情報としてモータの電流値を使用し所定値以上なら高負荷運転状態と判断することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項３】
冷蔵庫の運転状態情報として庫内温度を使用し所定値以上なら高負荷運転状態と判断することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項４】
冷蔵庫の運転状態情報として蒸発器の温度を使用し所定値以上なら高負荷運転状態と判断することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項５】
冷蔵庫の運転状態情報としてコンプレッサの吐出温度を使用し所定値以上なら高負荷運転状態と判断することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項６】
冷蔵庫の運転状態情報としてコンプレッサの高圧側圧力を使用し所定値以上なら高負荷運転状態と判断することを特徴とする請求項１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、ブラシレスＤＣモータの駆動装置に関し、更に詳細に言えば、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】
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インバータ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では高効率化のために、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モータを一般的には採用している。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、ブラシレスＤＣモータで通常使われるようなホール素子などの位置検出センサは使用できない。そのために一般的にはモータの逆起電圧から回転子の回転位置を検出する方法がよく用いられている。
【０００３】
従来の技術は、例えば、特許文献１に示されている。その従来の技術を図面に従って説明する。図９は従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。
【０００４】
図９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１００Ｖの交流電源である。
【０００５】
整流回路１０２は商用電源１０１の交流電圧を直流電圧に変換するものである。整流回路１０２はブリッジ接続された整流用ダイオード１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄと平滑用の電解コンデンサ１０２ｅ、１０２ｆとからなり、図９に示す回路では倍電圧整流回路となり、商用電源１０１のＡＣ１００Ｖ入力から直流電圧２８０Ｖを得ることができる。
【０００６】
インバータ回路１０３は、６個の駆動素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを３相ブリッジ構成されている。また、各々のスイッチ素子には各スイッチ素子の逆方向に還流電流用のダイオードが入っているが本図では省略している。
【０００７】
ブラシレスＤＣモータ１０４は、永久磁石を有する回転子１０４ａと３相巻線を有した固定子１０４ｂとからなる。インバータ１０３により作られた３相交流電流が固定子１０４ｂの３相巻線に流れることにより、回転子１０４ａを回転させることができる。回転子１０４ａ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、ピストン（図示せず）がシリンダ（図示せず）内を往復運動することにより、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。
【０００８】
逆起電圧検出回路１０５は、ブラシレスＤＣモータ１０４の永久磁石を有する回転子１０４ａが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子１０４ａの回転相対位置を検出する。
【０００９】
転流回路１０６は、逆起電圧検出回路１０５の出力信号によりロジカルな信号変換を行い、インバータ１０３の駆動素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを順次切り換えて駆動する信号を作り出す。
【００１０】
同期駆動回路１０７は、インバータ１０３から強制的に所定周波数の出力を出し、ブラシレスＤＣモータ１０４を駆動するものであり、転流回路１０６で生成されるロジカルな信号と同等形状の信号を強制的に所定周波数で発生させるものである。
【００１１】
負荷状態判定回路１０８は、圧縮機１０４ｃが運転されている負荷状態を判定するものである。
【００１２】
切替回路１０９は、負荷状態判定回路１０８の出力により、圧縮機１０４ｃのブラシレスＤＣモータ１０４を転流回路１０６で駆動するか、同期駆動回路１０７で駆動するかを切り替える。
【００１３】
ドライブ回路１１０は、切替回路１０９からの出力信号により、インバータ１０３の駆動素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを駆動する。
【００１４】
以上の構成において、次に動作の説明を行う。
【００１５】
負荷状態判定回路１０８で検出された負荷が、通常負荷の場合、転流回路１０６による駆動を行う。
【００１６】
逆起電圧検出回路１０５でブラシレスＤＣモータ１０４の回転子１０４ａの相対位置を検出する。次に転流回路１０６で回転子１０４ａの相対位置からインバータ１０３を駆動する転流パターンを作り出す。
【００１７】
この転流パターンは切替回路１０９を通して、ドライブ回路１１０に供給され、インバータ１０３の駆動素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを駆動する。
【００１８】
この動作により、ブラシレスＤＣモータ１０４はその回転位置に合致した駆動を行うこととなる。
【００１９】
次に、負荷が増加してきたときの動作について説明する。
【００２０】
ブラシレスＤＣモータの負荷が増加し、ブラシレスＤＣモータの特性により回転数が低下してくる。この状態を負荷状態判定回路１０８で高負荷状態であることを判定し、切替回路１０９の出力を同期駆動回路１０７からの信号に切り替える。
【００２１】
このように駆動することにより高負荷時の回転数低下を抑えようとするものである。
【特許文献１】特開平９−８８８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、従来の構成では、次のような課題があった。
【００２３】
ブラシレスＤＣモータの駆動素子（ＭＯＳＦＥＴ等）のスイッチング速度は冷蔵庫の負荷にかかわらず一定で、冷蔵庫の高負荷運転時には駆動素子温度が高温になってしまうという課題を有していた。
【００２４】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、冷蔵庫の高負荷運転時にはブラシレスＤＣモータの駆動素子（ＭＯＳＦＥＴ等）のスイッチング速度を速くすることによりスイッチング損失を抑え温度低減を図る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】
【００２５】
本発明の駆動装置は、冷蔵庫の運転状況を検出し、負荷状態によりブラシレスＤＣモータの駆動素子のスイッチング速度を変えるようにしたもので、負荷の重い運転状態では駆動素子のスイッチング速度を速くすることによりスイッチング損失を抑え駆動素子の温度低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の駆動装置は、冷蔵庫の高負荷運転状態での駆動素子の発熱を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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、冷蔵庫の運転状態情報からモータの負荷状態を検出する負荷検出回路と、前記回転子の回転位置に応じて駆動波形を出力する波形発生部と、モータ駆動素子のスイッチング速度を可変する速度可変手段とを備え、負荷状態に応じてスイッチング速度を調整するものであり、負荷の重い運転状態では駆動素子のスイッチング速度を速くすることによりスイッチング損失を抑え駆動素子の温度低減を図ることができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、冷蔵庫の運転状態情報としてモータの電流値を使用し所定値以上なら高負荷運転状態と判断するものであり、より確実にスイッチング損失を抑え駆動素子の温度低減を図ることができる。
【００２９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、冷蔵庫の運転状態情報として庫内温度を使用し所定値以上なら高負荷運転状態と判断するものであり、より確実にスイッチング損失を抑え駆動素子の温度低減を図ることができる。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、冷蔵庫の運転状態情報として蒸発器の温度を使用し所定値以上なら高負荷運転状態と判断するものであり、より確実にスイッチング損失を抑え駆動素子の温度低減を図ることができる。
【００３１】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、冷蔵庫の運転状態情報としてコンプレッサの吐出温度を使用し所定値以上なら高負荷運転状態と判断するものであり、より確実にスイッチング損失を抑え駆動素子の温度低減を図ることができる。
【００３２】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、冷蔵庫の運転状態情報としてコンプレッサの高圧側圧力を使用し所定値以上なら高負荷運転状態と判断するものであり、より確実にスイッチング損失を抑え駆動素子の温度低減を図ることができる。
【００３３】
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、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成について同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、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。
【００３４】
（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る。
【００３５】
図１において、商用電源１は、日本の場合周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電源である。
【００３６】
整流回路２は商用電源１の交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路２はブリッジ接続された整流用ダイオード２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと平滑用の電解コンデンサ２ｅ、２ｆと電圧調整回路２ｇからなり、図１に示す回路は倍電圧整流回路の場合、商用電源１のＡＣ１００Ｖ入力から直流電圧２８０Ｖを得ることができる。ここでは倍電圧整流としたが、電圧調整回路２ｇは直流電圧可変式のチョッパ回路や倍電圧整流／全波整流の切替方式回路に相当する。
【００３７】
インバータ回路３は、６個の駆動素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを３相ブリッジ構成されている。また、各々のスイッチ素子には各スイッチ素子の逆方向に還流電流用のダイオードが入っているが本図では省略している。
【００３８】
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とからなる。インバータ３により作られた３相交流電流が固定子４ｂの３相巻線に流れることにより、回転子４ａを回転させることができる。回転子４ａ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、ピストン（図示せず）がシリンダ（図示せず）内を往復運動することにより、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。
【００３９】
負荷検出回路５は、ブラシレスＤＣモータ４の永久磁石を有する回転子４ａが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子４ａの回転相対位置を検出できる。なお、回転相対位置の検出用途の他にも還流電流用ダイオードに電流が流れる時間の増減を検出することにより、モータ電流の乱れや負荷状態の変化を検出することも可能である。これらの検出によりモータ電流位相の進み度合いを知ることもできる。
【００４０】
なお、ここでは回転子４ａが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子４ａの回転相対位置を検出する構成としたが、回転子４ａの位置検出やモータ電流の状態検出を行う手段であれば電流検出などの手段を用いた構成でも良い。
【００４１】
波形発生部６は、位置検出回路５の位置検出信号をもとにロジカルな信号変換を行い、インバータ３の駆動素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ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行っており、通電角が１２０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。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や通電角の制御も行っている。回転位置に従って、ブラシレスＤＣモータ４の実回転数を検出し、目標回転数との比較を行いながら最適なデューティで運転させることができるため、最も効率的な運転が可能となる。この実回転数の検出は負荷検出回路５の出力信号の一定時間カウントまたは周期測定などによって実現可能である。
【００４２】
ドライブ部７は、波形発生部６からの出力信号により、インバータ３の駆動素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ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に印加することができるので回転子４ａを回転させることができる。
【００４３】
マイクロコンピュータ８は前述の機能を実現する。これらの機能はマイクロコンピュータのプログラムによって実現可能である。
【００４４】
図２は、本実施の形態１におけるドライブ部７内に装備された、１つのモータ駆動素子（この場合はＭＯＳ−ＦＥＴ）あたりのゲート駆動回路ブロック図である。９はモータを駆動する駆動素子で、そのゲートにはスイッチングＯＮ速度を調節する可変抵抗１０と、スイッチングＯＦＦ速度を調節する可変抵抗１１がつながっている。それぞれの抵抗値を小さくするとスイッチング速度が速くなる。図２における駆動素子９は図１における３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆに相当する。
【００４５】
図３は、本実施の形態１におけるスイッチンング時の駆動素子に流れる電流（ドレイン電流）と電圧（ドレイン⇔ソース間電圧）の変化を表した図で、ＯＮ時間とＯＦＦ時間を短くすることがスイッチング速度を早くすることである。
【００４６】
以上のように構成された冷蔵庫において、以下に動作説明を行う。負荷検出回路５で還流電流用ダイオードに電流が流れる時間が所定値以上であるとブラシレスＤＣモータ４の負荷が重いとマイクロコンピュータ８が判断し、ゲートにつながる可変抵抗１０と１１の抵抗値を下げ、スイッチング速度を上げる。
【００４７】
以上のように、本発明の形態においては、モータの負荷が重い時には駆動素子９のスイッチング速度を上げることによりスイッチング損失は低減され、駆動素子９の温度上昇は抑制される。
【００４８】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるブラシレスＤＣモータを使った圧縮機の駆動装置のブロック図である。１２はブラシレスＤＣモータ４に流れる電流を検出する電流検出手段である。
【００４９】
以上のように構成された冷蔵庫において、以下に動作説明を行う。電流検出手段１２でブラシレスＤＣモータ４に流れる電流値が所定値以上であると圧縮機４Ｃの負荷が重いとマイクロコンピュータ８が判断し、ゲートにつながる可変抵抗１０と１１の抵抗値を下げ、スイッチング速度を上げる。
【００５０】
以上のように、本発明の形態においては、モータの負荷が重い時には駆動素子９のスイッチング速度を上げることによりスイッチング損失は低減され、駆動素子９の温度上昇は抑制される。
【００５１】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３におけるブラシレスＤＣモータを使った圧縮機の駆動装置のブロック図である。１３は冷蔵庫の庫内温度を検出する庫内温度検出手段である。
【００５２】
以上のように構成された冷蔵庫において、以下に動作説明を行う。庫内温度検出手段１３で冷蔵庫の庫内の温度が所定値以上であると圧縮機４Ｃの負荷が重いとマイクロコンピュータ８が判断し、ゲートにつながる可変抵抗１０と１１の抵抗値を下げ、スイッチング速度を上げる。
【００５３】
以上のように、本発明の形態においては、モータの負荷が重い時には駆動素子９のスイッチング速度を上げることによりスイッチング損失は低減され、駆動素子９の温度上昇は抑制される。
【００５４】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４におけるブラシレスＤＣモータを使った圧縮機の駆動装置のブロック図である。１４は冷蔵庫の庫内を冷やすための熱交換器である蒸発器の温度を検出する蒸発器温度検出手段である。
【００５５】
以上のように構成された冷蔵庫において、以下に動作説明を行う。蒸発器温度検出手段１４で冷蔵庫の蒸発器の温度が所定値以上であると圧縮機４Ｃの負荷が重いとマイクロコンピュータ８が判断し、ゲートにつながる可変抵抗１０と１１の抵抗値を下げ、スイッチング速度を上げる。
【００５６】
以上のように、本発明の形態においては、モータの負荷が重い時には駆動素子９のスイッチング速度を上げることによりスイッチング損失は低減され、駆動素子９の温度上昇は抑制される。
【００５７】
（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５におけるブラシレスＤＣモータを使った圧縮機の駆動装置のブロック図である。１５は冷蔵庫の圧縮機４Ｃの吐出配管の温度を検出する圧縮機吐出温度検出手段である。
【００５８】
以上のように構成された冷蔵庫において、以下に動作説明を行う。圧縮機吐出温度検出手段１５で冷蔵庫の圧縮機４Ｃの吐出温度が所定値以上であると圧縮機４Ｃの負荷が重いとマイクロコンピュータ８が判断し、ゲートにつながる可変抵抗１０と１１の抵抗値を下げ、スイッチング速度を上げる。
【００５９】
以上のように、本発明の形態においては、モータの負荷が重い時には駆動素子９のスイッチング速度を上げることによりスイッチング損失は低減され、駆動素子９の温度上昇は抑制される。
【００６０】
（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６におけるブラシレスＤＣモータを使った圧縮機４Ｃの駆動装置のブロック図である。１６は冷蔵庫の圧縮機４Ｃの高圧側配管（吐出配管）内の圧力を検出する圧縮機高圧側圧力検出手段である。
【００６１】
以上のように構成された冷蔵庫において、以下に動作説明を行う。圧縮機高圧側圧力検出手段１６で冷蔵庫の圧縮機４Ｃの高圧側配管内の圧力が所定値以上であると圧縮機４Ｃの負荷が重いとマイクロコンピュータ８が判断し、ゲートにつながる可変抵抗１０と１１の抵抗値を下げ、スイッチング速度を上げる。
【００６２】
以上のように、本発明の形態においては、モータの負荷が重い時には駆動素子９のスイッチング速度を上げることによりスイッチング損失は低減され、駆動素子９の温度上昇は抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
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、駆動素子の温度上昇の低減などの効果を発揮することが可能となるので、家庭用・産業用を問わずブラシレスＤＣモータを搭載したさまざまな用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【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】本発明の実施の形態１におけるゲート駆動回路ブロック図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスイッチング時の電流と電圧の変化を示す特性図
【図４】本発明の実施の形態２における圧縮機の駆動装置のブロック図
【図５】本発明の実施の形態３における圧縮機の駆動装置のブロック図
【図６】本発明の実施の形態４における圧縮機の駆動装置のブロック図
【図７】本発明の実施の形態５における圧縮機の駆動装置のブロック図
【図８】本発明の実施の形態６における圧縮機の駆動装置のブロック図
【図９】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】
【００６５】
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ  駆動素子
４    ブラシレスＤＣモータ
４ｃ  圧縮機
５    負荷検出回路
６    波形発生部
７    ドライブ部
８    マイクロコンピュータ
９    駆動素子
１０  ターンＯＮ用可変抵抗
１１  ターンＯＦＦ用可変抵抗
１２  電流検出手段
１３  庫内温度検出手段
１４  蒸発器温度検出手段
１５  圧縮機吐出温度検出手段
１６  圧縮機高圧側圧力検出手段
【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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【図９】
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