(57)【要約】【課題】ブラシレスＤＣモ−タを略正弦波状のコイル電流で駆動するモ−タ駆動装置において、インバ−タ素子のスイッチング損失を低減して高効率なモ−タ駆動を実現すること。【解決手段】交流電源１と、アクティブコンバ−タ２と、インバ−タ３と、モ−タ４と、電圧印加手段５と、電流指令値出力手段６と、電圧指令値出力手段７とを備え、電圧指令値出力手段７は、電圧印加手段５から出力されるＰＷＭ信号の通流率の少なくとも１部分が１００％になるようにアクティブコンバ−タ２の直流電圧指令値を制御することにより、インバ−タ３におけるスイッチング素子のスイッチング回数を減少させる事でスイッチング損失が低減するため、高効率なモ−タ駆動が実現できる。【選択図】図１
2005210763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を任意の直流電圧に変換するアクティブコンバ−タと、前記アクティブコンバ−タにおける直流電圧値を検出し出力する直流電圧検出手段と、前記コンバ−タの出力端に接続されたインバ−タと、前記インバ−タに接続され、ロ−タと複数相のコイルが巻かれたステ−タから成るモ−タと、前記インバ−タのＰＷＭ信号を生成し出力して前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、前記コイルの電流指令値を略正弦波状に生成し出力する電流指令値出力手段と、前記電流指令値に基づいてコイルに印加するコイル電圧指令値と前記アクティブコンバ−タの直流電圧指令値を出力する電圧指令値出力手段を備え、前記電圧指令値出力手段は、前記コイル電圧指令値の１周期中に出力されるＰＷＭ信号の通流率の最大値が１００％になるようにアクティブコンバ−タの直流電圧指令値を変化させる事を特徴とするモ−タ駆動装置。
【請求項２】
モ−タの回転速度指令値を出力する回転速度指令値出力手段を備え、電流指令値出力手段は、前記回転速度指令値出力手段から出力された回転速度指令値に応じて電流指令値を出力する事を特徴とする請求項１に記載のモ−タ駆動装置。
【請求項３】
モ−タの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、電流指令値出力手段は前記回転速度検出手段により検出されたモ−タの実回転速度と、回転速度指令値から出力された回転速度指令値の差分に応じて電流指令値を補正する事を特徴とする請求項２に記載のモ−タ駆動装置。
【請求項４】
交流電源に流れる交流電流を検出する交流電流検出手段を備え、電圧指令値出力手段は前記交流電流検出手段により検出される交流電流値に応じて直流電圧を変化させる事を特徴とする請求項１乃至３に記載のモ−タ駆動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のモ−タ駆動装置を圧縮機の駆動装置として用いた空気調和機において、回転速度指令値出力手段は室内設定温度と室温との差に応じて速度指令値を演算し出力することを特徴とする空気調和機。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載のモ−タ駆動装置を圧縮機の駆動装置として用いた冷蔵庫において、回転速度指令値出力手段は庫内設定温度と庫内温度との差に応じて速度指令値を演算し出力することを特徴とする冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気調和機の圧縮機などに用いられるモ−タを、略正弦波状のコイル電流で駆動するモ−タ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気調和機における圧縮機などのモ−タを駆動する装置においては、ブラシレスＤＣモ−タのような効率の高いモ−タを任意の周波数で駆動するインバ−タなどが広く使用されている。また駆動する技術としては、矩形波状の電流により駆動を行なう矩形波駆動に対して、より効率が高く、高速性能も向上させる事が可能な正弦波駆動技術が注目されている。空気調和機における圧縮機のようなモ−タを駆動する場合、圧縮機の回転子の位置を検出する位置センサを取り付けることが困難であるため、回転子の位置を何らかの方法で推定しながら駆動を行なう位置センサレス正弦波駆動の技術が発明されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、特許文献１に記載された従来のＤＣブラシレスモ−タの駆動装置を示すものである。図１０に示すように、モ−タ４と、速度制御部１２と、電流制御部１３と、補償量作成部１４と、角度推定部１５と、駆動部１６から構成されており、電流制御部１３は速度制御部１２からの速度指令値に応じてモ−タ４のコイルに流す電流指令値を演算、作成し駆動部１６に出力する。駆動部１６は一般的にスイッチング素子を用いたインバ−タである。
【特許文献１】特開２０００−３５０４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、駆動部１６におけるインバ−タの通流率は直流電圧値と電流指令値により一義的に決定されるので、比較的軽い負荷でモ−タ４を駆動する場合には、前記インバ−タの通流率は必然的に縮小方向になるため、全通電角において１００％未満である場合が多く、インバ−タのキャリア周波数毎にスイッチング素子のオン動作とオフ動作が発生するために、スイッチング損失が大きくなるという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、モ−タ駆動装置の中でモ−タ制御とアクティブコンバ−タの直流電圧制御を両立させる事によりモ−タのコイルに流れる電流値に拘らず、インバ−タの通流率の少なくとも一部を常に１００％の状態に制御してスイッチング損失を低減する事で、効率的なモ−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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明のモ−タ駆動装置は、交流電源を任意の直流電圧に変換するアクティブコンバ−タと、前記アクティブコンバ−タにおける直流電圧値を検出し出力する直流電圧検出手段と、前記コンバ−タの出力端に接続されたインバ−タと、前記インバ−タに接続され、ロ−タと複数相のコイルが巻かれたステ−タから成るモ−タと、前記インバ−タのＰＷＭ信号を生成し出力して前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、前記コイルの電流指令値を略正弦波状に生成し出力する電流指令値出力手段と、前記電流指令値に基づいてコイルに印加するコイル電圧指令値と前記アクティブコンバ−タの直流電圧指令値を出力する電圧指令値出力手段を備え、前記電圧指令値出力手段は、前記コイル電圧指令値の１周期中に出力されるＰＷＭ信号の通流率の最大値が１００％になるようにアクティブコンバ−タの直流電圧指令値を変化させるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のモ−タ駆動装置は、アクティブコンバ−タの直流電圧を増減させる事でインバ−タの通流率の少なくとも一部を１００％の状態に制御し、スイッチング損失を低減する事で効率的なＤＣブラシレスモ−タの駆動を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は交流電源を任意の直流電圧に変換するアクティブコンバ−タと、前記アクティブコンバ−タにおける直流電圧値を検出し出力する直流電圧検出手段と、前記コンバ−タの出力端に接続されたインバ−タと、前記インバ−タに接続され、ロ−タと複数相のコイルが巻かれたステ−タから成るモ−タと、前記インバ−タのＰＷＭ信号を生成し出力して前記コイルに電圧を印加する電圧印加手段と、前記コイルの電流指令値を略正弦波状に生成し出力する電流指令値出力手段と、前記電流指令値に基づいてコイルに印加するコイル電圧指令値と前記アクティブコンバ−タの直流電圧指令値を出力する電圧指令値出力手段を備え、前記電圧指令値出力手段は、前記コイル電圧指令値の１周期中に出力されるＰＷＭ信号の通流率の最大値が１００％になるようにアクティブコンバ−タの直流電圧指令値を変化させて、インバ−タのスイッチング素子のスイッチングが発生しない期間を設けることによりスイッチング損失を低減し、高効率なモ−タ駆動を実現することができる。
【０００９】
第２の発明は、特に、第１の発明の電圧指令値出力手段は、コイル電圧指令値をモ−タの回転速度指令値に応じて変化させる事により、モ−タを回転速度指令値に近い速度で制御しながら高効率なモ−タ駆動を実現することができる。
【００１０】
第３の発明は、特に、第２の発明の電圧指令値出力手段は、コイル電圧指令値を、モ−タの回転速度指令値と、モ−タの回転速度検出手段により検出された実回転数の差分により補正する事で、モ−タを回転速度指令値とほぼ一致した速度に制御しながら高効率なモ−タ駆動を実現することができる。
【００１１】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、電圧指令値出力手段は、交流電源の電流値を検出する交流電流検出手段により検出された交流電流値が最小となるように直流電圧指令値を選択する事により、アクティブコンバ−タの効率も含めたシステム効率を最適化することができる。
【００１２】
第５の発明は、第２〜４のいずれか１つの発明におけるモ−タ駆動装置を空気調和機の圧縮機の駆動装置として用い、回転速度指令値出力手段は室内設定温度と室温との差に応じて回転速度指令値を演算出力する事により、室内温度を設定温度に保ちながら高効率な空気調和機の運転をすることができる。
【００１３】
第６の発明は、第２〜４のいずれか１つの発明におけるモ−タ駆動装置を冷蔵庫の圧縮機の駆動装置として用い、回転速度指令値出力手段は庫内設定温度と庫内温度との差に応じて回転速度指令値を演算出力する事により、庫内温度を設定温度に保ちながら高効率な空気調和機の運転をすることができる。
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるモ−タ駆動装置のブロック図を示すものである。
【００１６】
図１において、モータ駆動装置は、交流電源１を任意の直流電圧に変換するアクティブコンバ−タ２と、アクティブコンバ−タ２の出力端に接続されたインバ−タ３と、インバ−タ３に接続され、ロ−タと複数相のコイルが巻かれたステ−タから成るモ−タ４と、インバ−タ３のＰＷＭ信号を生成し出力してコイルに電圧を印加する電圧印加手段５と、コイルの電流指令値を略正弦波状に生成し出力する電流指令値出力手段６と、電流指令値に基づいてコイルに印加するコイル電圧指令値とアクティブコンバ−タ２の直流電圧指令値を出力する電圧指令値出力手段７を備えている。
【００１７】
電圧指令値出力手段７は電流指令値出力手段６から出力される電流指令値に基づいてコイル電圧指令値を生成、出力し、電圧印加手段５はモ−タ４のコイル電圧が電圧指令値出力手段７から出力されたコイル電圧指令値に等しくなるようにＰＷＭ信号を出力する。ここで電圧指令値出力手段７は電圧印加手段５から出力されるＰＷＭ信号を観測し、電圧指令値の１周期に出力されるＰＷＭ信号の最大値が１００％になるように、アクティブコンバ−タ２に対して直流電圧指令値を出力するものである。
【００１８】
インバ−タ３において通流率が１００％の状態ではスイッチング素子は常にオン状態であり、オン状態とオフ状態を切り換える際のスイッチング損失が発生しないため、効率的なモ−タ駆動が可能となる。
【００１９】
図２および図３において、ＰＷＭ信号の通流率の最大値が１００％の場合と、１００％未満の場合について波形を用いて説明する。
【００２０】
図２はモ−タ４のコイルの１相に対するＰＷＭ信号とコイルに流れる電流の波形において、ＰＷＭ信号の１部分以上が１００％の状態を示した図である。ＰＷＭ信号の通流率は、図に示したようにコイル電流のピ−ク付近では１００％であり、インバ−タ３のスイッチングが発生しない状態である。
【００２１】
図３は同じくコイルの１相に対するＰＷＭ信号とコイルに流れる電流の波形において、ＰＷＭ信号が常に１００％未満の状態を示した図である。ＰＷＭ信号の通流率は、図に示したように常時１００％未満であり、インバ−タ３のスイッチングが常に発生している状態である。
【００２２】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態のモ−タ駆動装置のブロック図である。図４において、電流指令値出力手段６は、回転速度指令値出力手段８から出力されるモ−タの回転速度指令値に応じて電流指令値を出力するものである。回転速度指令値とは、該モ−タ駆動装置が組み込まれたシステムから求められるモ−タの回転数などに該当するものであり、例えば空気調和機の圧縮機モ−タを制御するシステムにおいて、該システムから求められる圧縮機モ−タの回転速度などを示すものである。それ以降の動作は実施の形態１と同様である。図４に示した構成では、モ−タの回転速度を、回転速度指令値の近傍に維持しながら、かつ高効率なモ−タ駆動が可能となる。
【００２３】
（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態のモ−タ駆動装置のブロック図である。図５において、電流指令値出力手段６は、回転速度指令値出力手段８から出力されるモ−タの回転速度指令値と、回転速度検出手段９により検出されたモ−タの実回転速度との差分に応じて電流指令値を補正するものである。それ以降の動作は実施の形態１と同様である。図５に示した構成では、モ−タの実回転速度と回転速度指令値との差を補正しながらモ−タ駆動制御を行なうため、精度の高い回転数制御と高効率駆動を両立する事ができる。
【００２４】
（実施の形態４）
図６は、本発明の第４の実施の形態のモ−タ駆動装置のブロック図である。図６において、実施の形態３で示した構成に加え、電圧指令値出力手段７は、交流電流検出手段１０により検出された交流電流値に応じて直流電圧指令値を変化させるものであり、前記交流電流値が最小となる直流電圧指令値を選択するものである。上記以外の動作は実施の形態３と同様である。図６に示した構成では、該モ−タ駆動装置はシステム全体の効率を最適な状態に維持しながら、精度の高い回転数制御が可能となる。
【００２５】
上記の実施の形態の詳細について、図７を用いて説明する。図７は直流電圧の変化に対するモ−タ効率とインバ−タ効率とコンバ−タ効率の変化の一例を示した図である。
【００２６】
ここまでに説明した通り、インバ−タ効率に関しては、直流電圧が低下してＰＷＭ信号の通流率が１００％の期間が増加する事によりスイッチング損失が減少するため、一般的に直流電圧が低下するほどインバ−タ効率上昇する傾向にある。またモ−タ効率に関してもＤＣブラシレスモ−タは直流電圧が低下するほどモ−タの鉄損が減少しモ−タ効率は上昇する傾向である事は一般的に知られている。しかしながらコンバ−タに関しては、特に近年空気調和機等のコンバ−タ装置として多く採用されているワンパルス方式のアクティブコンバ−タの傾向として、直流電圧とコンバ−タ効率の関係は図７に示すように、必ずしも一次式的ではなく、コンバ−タ効率が最適となる直流電圧が存在し、それ以下もしくは以上の直流電圧では効率の低下を招く事が多い。また前記の最適点は負荷によっても異なる事は当然である。該モ−タ駆動装置全体の効率はコンバ−タ効率とインバ−タ効率とモ−タ効率の積であり、前記３通りの効率を全て検出する事は困難であるが、交流電流値を検出し、交流電流値が最小となるようにアクティブコンバ−タ２の直流電圧とインバ−タ３のＰＷＭ信号を制御する事でモ−タ駆動装置を最適効率点に極めて近い状態で制御する事ができる。
【００２７】
（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の形態５の空気調和機のブロック図である。図８において、回転速度指令値出力手段８は、空気調和機の室内機から出力される、室内設定温度と室温との差分に応じて速度指令値を演算し出力する。図８に示した構成では、室内温度を設定温度近傍に維持しながら空気調和機の圧縮機モ−タの駆動装置を高効率で駆動することが可能である。
【００２８】
（実施の形態６）
図９は、本発明の実施の形態６の冷蔵庫のブロック図である。図９において、回転速度指令値出力手段８は、庫内設定温度と庫内温度の差分に応じて速度指令値を演算し出力する。図８に示した構成では、庫内温度を庫内設定温度近傍に維持しながら冷蔵庫の圧縮機モ−タの駆動装置を高効率で駆動することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明にかかるモ−タ駆動装置は、高精度の回転数制御と高効率なモ−タ駆動が可能となるので、エレベ−タの上昇、下降用のモ−タ駆動等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモ−タ駆動装置を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるモ−タ駆動装置においてＰＷＭ信号の通流率の一部が１００％である場合のＰＷＭ信号とコイルに流れる電流を示す波形図
【図３】本発明の実施の形態１におけるモ−タ駆動装置においてＰＷＭ信号の通流率が常に１００％未満である場合のＰＷＭ信号とコイルに流れる電流を示す波形図
【図４】本発明の実施の形態２におけるモ−タ駆動装置を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態３におけるモ−タ駆動装置を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態４におけるモ−タ駆動装置を示すブロック図
【図７】アクティブコンバ−タを含むＤＣブラシレスモ−タの駆動装置における、直流電圧に対する、コンバ−タ効率とインバ−タ効率とモ−タ効率の一般的な関係を示す特性図
【図８】本発明の実施の形態５における空気調和機を示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態６における冷蔵庫を示すブロック図
【図１０】従来のＤＣブラシレスモ−タの駆動装置を示すブロック図
【符号の説明】
【００３１】
１  交流電源
２  アクティブコンバ−タ
３  インバ−タ
４  モ−タ
５  電圧印加手段
６  電流指令値出力手段
７  電圧指令値出力手段
８  回転速度指令値出力手段
９  回転速度検出手段
１０  交流電流検出手段
１１  圧縮機モ−タ
【図１】
2005210763.tif 000003
【図２】
2005210763.tif 000004
【図３】
2005210763.tif 000005
【図４】
2005210763.tif 000006
【図５】
2005210763.tif 000007
【図６】
2005210763.tif 000008
【図７】
2005210763.tif 000009
【図８】
2005210763.tif 000010
【図９】
2005210763.tif 000011
【図１０】
2005210763.tif 000012