(57)【要約】【課題】インバータへの供給電圧や負荷の状態によって、高回転／小Ｄｕｔｙ比の運転状態になった時でも、騒音や振動を十分に抑制する。【解決手段】永久磁石を有する回転子４ａと三相巻線を有する固定子４ｂからなるブラシレスＤＣモータ４と、三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子３ａ〜３ｆにより電力を供給するインバータ３と、スイッチング素子群３ａ〜３ｆの切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部９と、キャリア周波数生成部９によって決定されるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部８と、回転子４ａの位置を検出する回転子位置検出部５と、回転子位置検出部５により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部６と、スイッチング素子群３ａ〜３ｆを順次切り換えるスイッチング素子切換部１０とを備え、インバータ３から出力される波形の状態によってキャリア周波数を２種類以上切り替える。【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、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記キャリア周波数生成部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部とを備えたブラシレスＤＣモータの駆動装置におけるブラシレスＤＣモータの駆動方法であって、前記インバータから出力される波形の状態によって前記キャリア周波数を２種類以上切り替えることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動方法。
【請求項２】
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、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記キャリア周波数生成部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部と、前記インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された電圧に応じて前記キャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有するブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項３】
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、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記キャリア周波数生成部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部と、前記インバータに供給される電源電圧を調整する電圧調整部と、前記電圧調整部に出力される電圧調整信号を制御する電圧制御部と、前記電圧調整部に出力される電圧調整信号に応じて前記キャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有するブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項４】
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、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記キャリア周波数生成部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部と、前記回転数制御部によって調整されたＤｕｔｙ比に応じて前記キャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有するブラシレスＤＣモータの駆動装置。
【請求項５】
ブラシレスＤＣモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有した請求項２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】
ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動するものである請求項２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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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方法及びその装置に関するものである。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モータの駆動方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記従来の技術を図面に従って説明する。図８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。
【０００５】
図８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。
【０００６】
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〜１０２ｄと平滑用の電解コンデンサ１０２ｅ、１０２ｆとからなり、図８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。
【０００７】
インバータ回路１０３は、６個のスイッチ素子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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
ロータ回転数演算部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のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを順次切り換えるタイミングを演算する。
【００１２】
電圧検出部１０７は、整流回路２の出力電圧（直流電圧）を検出する。回転数制御部１０８は、ロータ回転数演算部１０６、及び、電圧検出部１０７の出力を受けて、所望の目標回転数となるようにＤｕｔｙ比を調整する。ここで、Ｄｕｔｙ比とはオン時間とキャリア周期の比を示し、Ｄｕｔｙ比が大きいほど出力される電圧は高くなる。
【００１３】
ＰＷＭキャリア周波数制御部１０９は、ロータ回転数演算部１０６で演算された回転数が所定の回転数を超えた場合に、キヤリア周波数を切り替えるものである。ここでＰＷＭとはパルス幅変調のことを意味し、モータの駆動周波数に対して十分大きな周波数であるキャリア周波数を選定する。一般的に、キャリア周波数は２ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ程度が使用される。
【００１４】
スイッチ素子切換部１１０は、ロータ回転数演算部１０６によって決定された周期と回転数制御部１０８で調整されたＤｕｔｙ比をもとに、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを駆動するための信号を出力する。
【００１５】
ドライブ回路１１１は、スイッチ素子切換部１１０からの出力信号により、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆを駆動する。
【００１６】
以上の構成において、次に動作の説明を行う。
【００１７】
電圧検出部１０７で検出されたインバータへの供給電圧に応じて、回転数制御部１０８によりＤｕｔｙ比を変更する。
【００１８】
ロータ回転数演算部１０６で演算された回転数が所定の回転数を超えた時に、ＰＷＭキャリア周波数制御部１０９により、キヤリア周波数を高くする。また、ロータ回転数演算部１０６で演算された回転数が所定の回転数と等しいか、或いは下回った時に、ＰＷＭキャリア周波数制御部１０９により、キヤリア周波数を低くする。
【００１９】
このように駆動することにより、インバータへの供給電圧が変動しても、モ−タの起動をスム−ズにし、回転数が安定に制御される。さらには、回転数が所定の回転数を超えた時でも、安定した起動と静かな運転の両立を実現するものである。
【００２０】
【特許文献１】
特開平１１−３５６０８１号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、次のような課題があった。
【００２２】
高回転時にキャリア周波数を高くすることにより静かな運転を実現しているものの、回転数演算部１０６の演算結果である実回転数をベースにしているため、インバータへの供給電圧が高くなる場合やモータの負荷トルクが小さくなる場合に、回転数制御部１０８によって回転数を一定に保持しようとしてＤｕｔｙ比は小さくなり、騒音や振動を十分に低減できないという課題があった。
【００２３】
本発明は、従来の課題を解決するものであり、インバータへの供給電圧や負荷の状態によって、高回転／小Ｄｕｔｙ比の運転状態になった時でも、騒音や振動を十分に抑制できるブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動方法の発明は、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、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記キャリア周波数生成部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部とを備えたブラシレスＤＣモータの駆動装置におけるブラシレスＤＣモータの駆動方法であって、前記インバータから出力される波形の状態によって前記キャリア周波数を２種類以上切り替えるものであり、入力電圧（商用電源の電圧）やインバータへの供給電圧（直流電圧）、負荷状態（Ｄｕｔｙ比）に応じてキャリア周波数を切り替えることで騒音や振動を抑えることが出来る。
【００２５】
また請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、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、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記キャリア周波数生成部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部と、前記インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された電圧に応じて前記キャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有するものであり、インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部によって検出された電圧に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、瞬時電圧低下・停電や急峻な電源電圧の上昇が生じたり、異なる商用電源電圧環境下での使用などインバータへの供給電圧が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに回避することが出来る。
【００２６】
また請求項３に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、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、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記キャリア周波数生成部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部と、前記インバータに供給される電源電圧を調整する電圧調整部と、前記電圧調整部に出力される電圧調整信号を制御する電圧制御部と、前記電圧調整部に出力される電圧調整信号に応じて前記キャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有するものであり、インバータに供給される電源電圧を調整する電圧調整部と、電圧調整部に出力される電圧調整信号を制御する電圧制御部と、電圧調整信号に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、モータの回転数などに応じて最適な電源電圧をインバータに供給できるとともに、電源電圧の変化による騒音や振動の発生を速やかに回避することが出来る。また、電圧調整信号の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、インバータへの供給電圧の変化により切り替える手段よりも、より速やかに騒音や振動を回避できる。
【００２７】
また請求項４に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置の発明は、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、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子により電力を供給するインバータと、前記スイッチング素子群の切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部と、前記回転子の位置を検出する回転子位置検出部と、前記回転子位置検出部により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部と、前記キャリア周波数生成部によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、前記スイッチング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切換部と、前記回転数制御部によって調整されたＤｕｔｙ比に応じて前記キャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有するものであり、Ｄｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、回転数制御部によって調整されたＤｕｔｙ比に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、負荷状態が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに回避することが出来る。また、Ｄｕｔｙ比の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、負荷変動が生じた場合のような、入力電圧（商用電源の電圧）やインバータの供給電圧（直流電圧）、電圧調整信号に変化が生じないような場合も、騒音や振動を回避できる。
【００２８】
また請求項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２から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有したものであり、このような回転子においては、突極性を有しており、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクが作用し、磁石表面配置形回転子と比べてトルクリップルが増大するので、騒音や振動が発生しやすい特性を有しているため、さらに効果が現れることになる。
【００２９】
また請求項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２から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において低騒音を実現できる極めて重要な用途のひとつである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による冷蔵庫の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。
【００３２】
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。
【００３３】
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〜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。
【００３４】
インバータ回路３は、６個のスイッチ素子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。
【００３５】
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。
【００３６】
逆起電圧検出回路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する。
【００３７】
ロータ回転数演算部６は、逆起電圧検出回路５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３のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを順次切り換えるタイミングを演算する。
【００３８】
なお、ここではロータ回転数演算部６への出力信号を逆起電圧検出回路５が出力する構成としたが、ロータの位置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。
【００３９】
電圧検出部７は、整流回路２の出力電圧（直流電圧）を検出する。回転数制御部８は、ロータ回転数演算部６、及び、電圧検出部７の出力を受けて、所望の目標回転数となるようにＤｕｔｙ比を調整する。ここで、Ｄｕｔｙ比とはオン時間とキャリア周期の比を示し、Ｄｕｔｙ比が大きいほど出力される電圧は高くなる。
【００４０】
ＰＷＭキャリア周波数制御部９は、ＰＷＭ制御におけるＰＷＭキャリア周波数を生成する機能と、電圧検出部７の出力信号や電圧調整部１３の電圧調整信号および回転数制御部８が決定するＤｕｔｙ比などからモータ４に出力される波形の状態を判断しキヤリア周波数を切り替える機能とを備えるものである。ここでＰＷＭとはパルス幅変調のことを意味し、モータの駆動周波数に対して十分大きな周波数であるキャリア周波数を選定する。一般的に、キャリア周波数は２ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ程度が使用される。
【００４１】
スイッチ素子切換部１０は、ロータ回転数演算部６によって決定された周期と回転数制御部８で調整されたＤｕｔｙ比をもとに、インバータ３のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを駆動するための信号を出力する。
【００４２】
ドライブ回路１１は、スイッチ素子切換部１０から出力される駆動信号により、インバータ３のスイッチ素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆを駆動する。
【００４３】
マイクロコンピュータ１２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】
電圧制御部１３は、電圧調整回路２ｇに電圧調整信号を出力し、インバータ３に供給する電圧を制御する機能を実現する。
【００４５】
次に図１における動作について、図１〜図６を用いて説明する。
【００４６】
図２は本実施の形態を表すキャリア周波数の制御パターンの一例を表す特性図である。図において、横軸は電圧検出部７が検出する供給電圧、縦軸はキャリア周波数を表す。図より、低電圧領域ではキャリア周波数を小さくし、電圧が大きくなるに従ってキャリア周波数を大きく設定している。この例の場合、電圧に応じて３種類のキャリア周波数を切り替えた例を示している。
【００４７】
従って、比較的高電圧な領域でキャリア周波数を大きくしているので、１周期中の通電ＯＦＦ時間が短くなり電流の落ち込みも低減でき、電流リップルによる振動、騒音を低減できる。
【００４８】
電流の落ち込みの低減について図３，図４を用いて説明する。
【００４９】
図３は、１２０度矩形波通電におけるスイッチングパターンと各相の電流波形を示したタイミングチャートである。図において横軸は電気角である。電気角は回転子４ａが２極の場合３６０度で１回転し、４極の場合は７２０度で１回転し、６極の場合は１０８０度で１回転することを表す。縦軸はスイッチ素子切換部１０がドライバ部１２に出力しているインバータ３の各スイッチ素子駆動用の信号と固定子４ｂにおける３相巻線のそれぞれに流れる電流波形を示している。
【００５０】
記号は上から順に、スイッチ素子３ａの駆動信号Ｕ、スイッチ素子３ｂの駆動信号Ｘ、スイッチ素子３ｃの駆動信号Ｖ、スイッチ素子３ｄの駆動信号Ｙ、スイッチ素子３ｅの駆動信号Ｗ、スイッチ素子３ｆの駆動信号Ｚ、固定子４ｂにおけるＵ相の巻線電流Ｉｕ、固定子４ｂにおけるＶ相の巻線電流Ｉｖ、固定子４ｂにおけるＷ相の巻線電流Ｉｗである。
【００５１】
図３の動作について概略を説明する。逆起電圧検出回路５の信号に従って、１２０度ずつの区間で順次、インバータ３を構成しているスイッチ素子の切換（転流）を行っている。また上アームの駆動信号Ｕ、Ｖ、ＷではＰＷＭ制御によるデューティ制御を行っている。なお、この図においてはＰＷＭキャリア周波数が３ｋＨｚの場合について例示している。
【００５２】
図４はキャリア周波数を図３に対して２倍にした場合の１２０度矩形波通電におけるスイッチングパターンと各相の電流波形を示したタイミングチャートである。図４における記号、動作については図３と同一であるため、説明は省略する。
【００５３】
図３と図４の巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを比較しても明確なように、キャリア周波数を２倍にすることにより通電ＯＦＦによるの電流の落ち込みを小さくすることができ、ＰＷＭキャリアのＯＮ／ＯＦＦに伴う電流リップルを大幅に低減できるのが分かる。
【００５４】
この電流リップルの低減は、Ｄｕｔｙ比の小さい領域、即ちインバータ３への供給電圧の大きい領域ほど有効に作用する。逆に、供給電圧が小さい領域では、ＰＷＭ制御により平均電圧を大きくする必要があるため、Ｄｕｔｙ比を大きくしてキャリアのＯＮ時間に対してＯＦＦ時間が短かくなり、必然的に電流リップルも抑制することができる。
【００５５】
図８に示すような従来の駆動装置では、電圧が変化した際に回転数を一定に保持しようとする機能があるため、電圧が大きくなっても回転数演算部６が出力する回転数データは変化せず、キャリア周波数が切り替えられない。
【００５６】
また、電圧が変化した時、モータ４に与えられる電力が増加し、回転速度が速くなり、回転数制御部８が所望の回転数となるようにＤｕｔｙ比を小さくするが、モータ４は一般的に、慣性力（モータの回転速度を保持するように働く力）を有するために、電圧が上昇してから回転速度が速くなるまでに時間がかかる。
【００５７】
そこで、回転数制御部８が調整するＤｕｔｙ比に応じてキャリア周波数を切り替えるのではなく、電圧検出部７が検出した供給電圧に応じてキャリア周波数を切り替える方法にすると、Ｄｕｔｙ比が小さくなる前にキャリア周波数を切り替えることが可能となり、リプル電流が大きくなる前にキャリア周波数を切り替えることができる。
【００５８】
その結果、Ｄｕｔｙ比の変化によりモータ４に出力される波形の状態を検出する手段よりも供給電圧の変化によりモータ４に出力される波形の状態を検出する手段の方が騒音・振動の低減効果は大きなものとなる。
【００５９】
図５は本実施の形態を表すキャリア周波数の制御パターンの一例を表すタイミングチャートである。図において、横軸は時間を表す。縦軸は上から順に、ＰＷＭキャリア周波数制御部９が切り替えるキャリア周波数、インバータ３への供給電圧（直流電圧）、そして、電圧制御部１３が電圧調整回路２ｇに出力される電圧調整信号である。
【００６０】
なお、図中の電圧調整信号内に描かれている１から３の数字は電圧調整信号の内容を示しており、数字が大きいほど電圧調整回路２ｇにインバータ３に供給する電圧を大きいことを示している。
【００６１】
図より、電圧制御部１３が、比較的低電圧になるような電圧調整信号を出力している時にはキャリア周波数を小さくし、より高電圧になるような電圧調整信号を出力している時ほどキャリア周波数を大きく設定している。この例の場合、電圧調整信号に応じて３種類のキャリア周波数を切り替えた例を示している。
【００６２】
従って、比較的高電圧な領域でキャリア周波数を大きくしているので、１周期中の通電ＯＦＦ時間が短くなり電流の落ち込みも低減でき、電流リップルによる振動、騒音を低減できる。電流の落ち込みの低減について図３，図４を用いて既に説明しているので、ここでは説明を省略する。
【００６３】
図８に示すような従来の駆動装置では、電圧が変化した際に回転数を一定に保持しようとする機能があるため、電圧が大きくなっても回転数演算部６が出力する回転数データは変化せず、キャリア周波数が切り替えられない。
【００６４】
また、電圧制御部１３によって電圧を変化させた時、平滑用の電解コンデンサ２ｅ、２ｆにより時定数遅れが発生し、電圧制御部１３がより大きな電圧をインバータ３に供給するための電圧調整信号を出力してから、電圧検出部７が検出した電圧の値が実際に上昇するまでに時間がかかる。
【００６５】
一般的に電圧検出部７には、ノイズ低減用のコンデンサが含まれるので更に遅れが発生することも推測される。そこで、電圧検出部７が検出する供給電圧に応じてキャリア周波数を切り替えるのではなく、電圧制御部１３が出力した供給電圧調整信号の変化毎にキャリア周波数を切り替える方法にすると、インバータ３に供給される電圧が昇圧される前にキャリア周波数を切り替えることが可能となり、リプル電流増大に対してより速やかにキャリア周波数を切り替えることができる。
【００６６】
その結果、供給電圧の変化によりモータ４に出力される波形の状態を検出する手段よりも電圧調整信号の変化によりモータ４に出力される波形の状態を検出する手段の方が騒音・振動の低減効果は大きなものとなる。
【００６７】
図６は本実施の形態を表すキャリア周波数の制御パターンの一例を表す特性図である。図において、横軸は回転数制御部８が調整するＤｕｔｙ比、縦軸はキャリア周波数を表す。
【００６８】
図より、小さなＤｕｔｙ比の領域ではキャリア周波数を大きくし、Ｄｕｔｙ比が大きくなるに従ってキャリア周波数を小さく設定している。この例の場合、Ｄｕｔｙ比に応じて３種類のキャリア周波数を切り替えた例を示している。
【００６９】
従って、比較的低いＤｕｔｙ比の領域でキャリア周波数を大きくしているので、１周期中の通電ＯＦＦ時間が短くなり電流の落ち込みも低減でき、電流リップルによる振動、騒音を低減できる。電流の落ち込みの低減について図３，図４を用いて既に説明しているので、ここでは説明を省略する。
【００７０】
図８に示すような従来の駆動装置では、負荷状態が変化した際に回転数を一定に保持しようとする機能があるため、負荷トルクが小さくなっても回転数演算部６が出力する回転数データは変化せず、キャリア周波数が切り替えられない。
【００７１】
また、負荷トルクが小さくなった場合には、電圧検出部７が検出する供給電圧においても、電圧制御部１３から出力される電圧調整信号においても、変化点が存在しないので、図５、図６のような駆動方法を用いてもキャリア周波数を切り替えることができない。
【００７２】
そこで、回転数制御部８が調整するＤｕｔｙ比に応じてキャリア周波数を切り替える方法にすると、負荷トルクが小さくなり回転数制御部８が調整するＤｕｔｙ比が小さくなった場合にキャリア周波数を切り替えることが可能となり、リプル電流増大に対して速やかにキャリア周波数を切り替えることができる。
【００７３】
その結果、モータ４に出力される波形の状態を検出するための他の手段よりもＤｕｔｙ比の変化によりモータ４に出力される波形の状態を検出する手段の方が騒音・振動の低減効果は大きなものとなる。
【００７４】
次に、ブラシレスＤＣモータ４の構造について説明を行う。図７は、本発明の実施の形態１によるブラシレスＤＣモータの回転子の横断面図である。
【００７５】
回転子コア２０は、０．３５ｍｍから０．５ｍｍ程度の薄い珪素鋼板を打ち抜いたものを、積み重ねたものである。
【００７６】
４枚のマグネット２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、駆動軸２２に対して逆円弧状に回転子コア２０に埋め込まれている。このマグネットは通常フェライト系がよく用いられるが、ネオジなどの希土類の磁石が使われる場合は平板構造のものが使われることもある。
【００７７】
図７に示したような構造の回転子において、回転子中央からマグネットの中央に向かう軸をｄ軸、回転子中央からマグネットの間に向かう軸をｑ軸とすると、それぞれの軸方向のインダクタンスＬｄ、Ｌｑは逆突極性を有し、異なるものとなる。
【００７８】
電機子巻線に流れる電流の作る磁束と、永久磁石の発する磁束の作用によって発生するフレミングの左手の法則に従うトルク（マグネットトルク）の他に、電機子巻線に流れる電流の作る磁束と、埋め込むことによって磁石の埋め込まれた部分と埋め込まれていない部分の鉄部の形状が変化すること（逆突極性）による回転子表面の鉄部が引きつけ合う力（リラクタンストルク）が作用し、磁石表面配置形回転子と比べてトルクリップルが増大するので、本実施例の制御を用いて、低負荷、高電圧領域においてトルクリップルに伴う回転子軸共振を大幅に低減することができ、騒音も抑制することができる。
【００７９】
以上の様に本実施の形態１のブラシレスＤＣモータの駆動方法は、永久磁石を有する回転子４ａと三相巻線を有する固定子４ｂからなるブラシレスＤＣモータ４と、前記三相巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子３ａ〜３ｆにより電力を供給するインバータ３と、前記スイッチング素子群３ａ〜３ｆの切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成部９と、前記キャリア周波数生成部９によって決定されるキャリア周期内におけるオン時間の割合であるＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部８と、前記回転子４ａの位置を検出する回転子位置検出部５と、前記回転子位置検出部５により検出された位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算部６と、前記スイッチング素子群３ａ〜３ｆを順次切り換えるスイッチング素子切換部１０とを備え、前記インバータ３から出力される波形の状態によってキャリア周波数を２種類以上切り替えることを可能にしたものであるので、入力電圧（商用電源の電圧）やインバータへの供給電圧（直流電圧）、負荷状態（Ｄｕｔｙ比）に応じてキャリア周波数を切り替えることで騒音や振動を抑えることが出来る。
【００８０】
またロータの回転数によってキャリア周波数を切り替えるのではなく、インバータの出力波形の状態によってキャリア周波数を切り替えることで、回転数が変化しない場合でも電流リプルの低減を行うことができ、騒音や振動の抑制効果としては本実施の形態によるものが良くなる。
【００８１】
またインバータ３に供給される電源電圧を検出する電圧検出部７と、前記電圧検出部７によって検出された電圧に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部９とを有することにより、瞬時電圧低下・停電や急峻な電源電圧の上昇が生じたり、異なる商用電源電圧環境下での使用などインバータへの供給電圧が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに回避することが出来る。
【００８２】
またロータの回転数によってキャリア周波数を切り替えるのではなく、インバータへの供給電圧によってキャリア周波数を切り替えることで、入力電圧が変動した場合のように回転数が変化しない場合でも電流リプルの低減を行うことができ、騒音や振動の抑制効果としては本実施の形態によるものが良くなる。
【００８３】
またインバータ３に供給される電源電圧を調整する電圧調整部２ｇと、前記電圧調整部２ｇに出力される電圧調整信号を制御する電圧制御部１３と、電圧調整信号に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部９とを有することにより、モータの回転数などに応じて最適な電源電圧をインバータに供給できるとともに、電源電圧の変化による騒音や振動の発生を速やかに回避することが出来る。また、電圧調整信号の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、インバータへの供給電圧の変化により切り替える手段よりも、より速やかに騒音や振動を回避できるという効果もある。
【００８４】
またロータの回転数などに応じて、インバータへ供給する電圧を最適になるように制御する機能を有する装置においては、一般的に、供給電圧が変化しても回転数を一定に保つような機能を伴う場合が多い。そのため、回転数によってキャリア周波数を変更する場合は、電流リプルを低減できない。よって、ロータの回転数によってキャリア周波数を切り替えるのではなく、インバータへの供給電圧を制御するための信号によってキャリア周波数を切り替えることで、回転数が変化しない場合でも電流リプルの低減を行うことができる本実施例によるものの方が、騒音や振動の抑制効果としては良くなる。
【００８５】
またＤｕｔｙ比を調整する回転数制御部８と、回転数制御部によって調整されたＤｕｔｙ比に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部９とを有することにより、負荷状態が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに回避することが出来る。また、Ｄｕｔｙ比の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、負荷変動が生じた場合のような、入力電圧（商用電源の電圧）やインバータの供給電圧（直流電圧）、電圧調整信号に変化が生じないような場合も、騒音や振動を回避できるという効果もある。
【００８６】
またロータの回転数によってキャリア周波数を切り替えるのではなく、Ｄｕｔｙ比によってキャリア周波数を切り替えることで、負荷変動が生じたときのような回転数が変化しない場合でも電流リプルの低減を行うことができ、騒音や振動の抑制効果としては本実施の形態によるものが良くなる。
【００８７】
また、ブラシレスＤＣモータ４が、回転子４ａの鉄心に永久磁石２１ａ〜２１ｄを埋め込んでなる回転子４ａであり、かつ突極性を有する回転子４ａを有したものであり、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクが作用し、磁石表面配置形回転子と比べてトルクリップルが増大するので、騒音や振動が発生しやすい特性を有しているため、さらに効果が現れることになる。
【００８８】
また、ブラシレスＤＣモータ４が圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において低騒音を実現できる極めて重要な用途のひとつである。特に、圧縮機を用いた製品の一つである冷蔵庫においては、様々な国々で利用されており、言い換えれば様々な入力電圧の環境下で使用されるということになる。インバータへ供給される電圧によってキャリア周波数を切り替えるので、電流リプルが大きくなりやすい入力電圧が高い環境下において、本実施例によるものがさらに効果を現すことになる。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に記載の発明は、モータに出力される波形の状態によってキャリア周波数を２種類以上切り替えることを可能にしたものであり、入力電圧（商用電源の電圧）やインバータへの供給電圧（直流電圧）、負荷状態（Ｄｕｔｙ比）に応じてキャリア周波数を切り替えることで騒音や振動を抑えることが出来る。
【００９０】
また請求項２に記載の発明は、インバータに供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部によって検出された電圧に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、瞬時電圧低下・停電や急峻な電源電圧の上昇が生じたり、異なる商用電源電圧環境下での使用などインバータへの供給電圧が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに回避することが出来る。
【００９１】
また請求項３に記載の発明は、インバータに供給される電源電圧を調整する電圧調整部と、電圧調整部に出力される電圧調整信号を制御する電圧制御部と、電圧調整信号に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、モータの回転数などに応じて最適な電源電圧をインバータに供給できるとともに、電源電圧の変化による騒音や振動の発生を速やかに回避することが出来る。また、電圧調整信号の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、インバータへの供給電圧の変化により切り替える手段よりも、より速やかに騒音や振動を回避できるという効果もある。
【００９２】
また請求項４に記載の発明は、Ｄｕｔｙ比を調整する回転数制御部と、回転数制御部によって調整されたＤｕｔｙ比に応じてキャリア周波数を切り替えるキャリア周波数切替部とを有することにより、負荷状態が変化した場合に発生する騒音や振動を速やかに回避することが出来る。また、Ｄｕｔｙ比の変化によりキャリア周波数を切り替えるため、負荷変動が生じた場合のような、入力電圧（商用電源の電圧）やインバータの供給電圧（直流電圧）、電圧調整信号に変化が生じないような場合も、騒音や振動を回避できるという効果もある。
【００９３】
また請求項５に記載の発明は、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有したものであり、このような回転子においては、突極性を有しており、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクが作用し、磁石表面配置形回転子と比べてトルクリップルが増大するので、騒音や振動が発生しやすい特性を有しているため、さらに効果が現れることになる。
【００９４】
また請求項６に記載の発明は、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において低騒音を実現できる極めて重要な用途のひとつである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図
【図２】同実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置における横軸に供給電圧をとった場合のキャリア周波数の制御パターンの一例を表す特性図
【図３】同実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置における１２０度矩形波通電におけるキャリア周波数３ｋＨｚスイッチングパターンと各相の電流波形を示したタイミングチャート
【図４】同実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置における１２０度矩形波通電におけるキャリア周波数６ｋＨｚのスイッチングパターンと各相の電流波形を示したタイミングチャート
【図５】同実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置におけるキャリア周波数の制御パターンの一例を表すタイミングチャート
【図６】同実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置における横軸にＤｕｔｙ比をとった場合のキャリア周波数の制御パターンの一例を表す特性図
【図７】同実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置におけるブラシレスＤＣモータの回転子の横断面図
【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】
１    商用電源
２    整流回路
３    インバータ
３ａ〜３ｆ  スイッチング素子
４    ブラシレスＤＣモータ
５    位置検出部
６    回転数演算部
８    回転数制御部
９    キャリア周波数生成部
１０  スイッチング素子切換部
【図１】
2004328912.tif 000003
【図２】
2004328912.tif 000004
【図３】
2004328912.tif 000005
【図４】
2004328912.tif 000006
【図５】
2004328912.tif 000007
【図６】
2004328912.tif 000008
【図７】
2004328912.tif 000009
【図８】
2004328912.tif 000010