(57)【要約】  【課題】整流回路を大幅に小型化し、低コスト化したモータ駆動装置の実用性、信頼性を高め、冷蔵庫等への適用を可能にする。  【解決手段】交流電源１を整流した電圧をインバータ５の入力とし、安定してブラシレスモータ６を駆動するインバータ制御部１１２と、整流回路２とインバータ５の間に設置し、第２整流部２６と回生吸収部２７とを直列に接続した回生処理回路２５と、回生吸収部２７の電圧を検出する電圧検出手段３０と、ブラシレスモータ６の目標回転数を決定する回転数設定手段３１とを有し、目標回転数が、現在のブラシレスモータ６の回転数より低い回転数での駆動を指示する場合、電圧検出手段３０で検出した回生吸収部２７の電圧が所定の電圧以下を保持するように、ブラシレスモータ６の回転を低下することで、ブラシレスモータ６の減速時に発生する回生を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を入力として全波整流する整流回路と、脈動の大きい前記整流回路の出力電圧を入力とするインバータと、前記インバータにより駆動されるブラシレスモータと、前記インバータを制御するインバータ制御部と、前記ブラシレスモータの回生エネルギを吸収し蓄積する回生吸収部と、前記回生吸収部の入力側に直列接続した第２整流部と、前記回生吸収部の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記ブラシレスモータの回転速度を現在の回転速度より低い速度で駆動する場合、前記電圧検出手段で検出した回生吸収部の電圧が、所定の電圧レベル以下を保持するように前記ブラシレスモータの回転速度を低下させるモータ駆動装置。
【請求項２】
前記回生吸収部を、コンデンサを備えた構成とし、前記電圧検出手段で検出した回生吸収部の電圧が、予め設定した最高電圧以上に上昇した場合に、前記回生吸収部の電圧が所定の電圧レベルに低下するまで、前記ブラシレスモータの現在の回転速度を保持する請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記回生エネルギを消費する回生エネルギ消費回路を、前記回生吸収部と並列に設けた請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記回生エネルギ消費回路を、前記インバータ制御部へ電源を供給する電源回路とした請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記整流回路を、整流ダイオードと平滑コンデンサを備えた構成とし、前記平滑コンデンサの静電容量を、前記インバータの最大出力１Ｗあたり０．２μＦ以下の静電容量とした請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記回生吸収部を構成するコンデンサの静電容量を、前記整流回路を構成する平滑コンデンサの静電容量よりも大きく設定した請求項５に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記ブラシレスモータの回転子の永久磁石に、希土類系磁石を使用した請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
前記ブラシレスモータを、冷凍空調システムを構成する圧縮機の駆動用とし、前記圧縮機を、レシプロ型の構成とした請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
【請求項９】
前記冷凍空調システムの冷媒にＲ６００ａを用いた請求項８に記載のモータ駆動装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載したモータ駆動装置を具備した貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラスレスモータをインバータにより駆動制御するモータ駆動装置およびそのモータ駆動装置を具備した冷蔵庫等の貯蔵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５はブラシレスＤＣモータを駆動する従来のモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。以下の説明において、図５に示した従来のモータ駆動装置を第１の従来技術とする。
【０００３】
図５において、第１の従来技術は、交流電源１０１、インダクタ１０２、整流ダイオード１０３、平滑用コンデンサ１０４、インバータ１０６、ブラシレスモータ１０７、位置センサ１０８、駆動回路１０９および制御回路１１０により構成されている。
【０００４】
インバータ１０６に直流電力を入力するために、交流電源１０１からの交流電圧を、整流ダイオード１０３と平滑用コンデンサ１０４とを使用して直流電圧に変換した場合、交流電源１０１からの電流は、平滑用コンデンサ１０４の電圧が入力交流電圧よりも小さい時にのみ流れる。このため、交流電源１０１からの電流は、高調波成分を伴う電流となる。
【０００５】
したがって、第１の従来技術においては、高調波成分を小さくして力率を改善するために、インダクタ１０２を、交流電源１０１と整流ダイオード１０３との間に設けている。
【０００６】
このように、第１の従来技術では、整流回路１０５に整流ダイオード１０３のほかにインダクタ１０２と平滑用コンデンサ１０４が用いられている。
【０００７】
また、ブラシレスモータ１０７をインバータ駆動する場合には、ロータの回転角度情報が必要である。
【０００８】
このため、第１の従来技術においては位置センサ１０８を使用して前記ロータの回転角度を検出していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
上記第１の従来技術において使用される整流回路１０５のインダクタ１０２や平滑用コンデンサ１０４は、インダクタンスあるいは静電容量の大きな大型の部品であることが多い。そのため、従来のモータ駆動装置は、大型で高価格のものが多かった。
【００１０】
かかる観点から、モータ駆動装置の分野においては、装置の小型化や低コスト化が望まれ、インダクタンスの小さいインダクタあるいは静電容量の小さなコンデンサ等の小型の部品を使用するか、あるいは、これらの部品を使用しない整流回路の構築が検討されていた。
【００１１】
そこで、図６に示すようなインダクタおよび平滑用コンデンサを使用しないモータ駆動装置が提案されている。以下、図６に示す構成を第２の従来技術として説明する。
【００１２】
第２の従来技術においては、平滑用コンデンサを用いていないため、インバータ１０６への入力は一定の電圧を保った直流電圧ではなく、脈動を持った電圧波形となる。
【００１３】
このような脈動を持った電圧がインバータ１０６に入力されると、インバータ１０６への入力電圧が低いとき、ブラシレスモータ１０７に印加したい所望の電圧をインバータ１０６において形成できない場合があった。
【００１４】
第２の従来技術において、そのような所望の電圧が得られない場合には、ブラシレスモータ１０７に印加する電圧の位相を進ませるよう構成されている。このようにブラシレスモータ１０７に対する印加電圧の位相を進ませることによって、いわゆる弱め界磁状態にすることができるため、ブラシレスモータ１０７に必要な印加電圧を小さくすることが可能となる。
【００１５】
したがって、第２の従来技術は、インバータ１０６への入力電圧が低いときでもブラシレスモータ１０７を駆動し続けることが可能な技術である。
【００１６】
しかし、第２の従来技術において、インバータ１０６への入力電圧があらかじめ決められた値以下となった場合には、インバータ１０６のスイッチング動作を停止する構成であった。これは、弱め界磁状態でのモータ駆動にも限界があるためである。
【００１７】
このように第２の従来技術は、インバータ１０６への入力電圧があらかじめ決められた電圧値以下となった場合にはブラシレスモータ１０７へ電圧を印加しないように構成した技術であった（例えば、特許文献２参照）。
【００１８】
また、モータ駆動装置においては、配線のワイヤレス化とコストの低減化の観点から、位置センサを使用しない装置が要望されている。
【００１９】
そこで、モータ電流を検出してブラシレスモータのロータ位置を推定する方法が提案されている。以下、かかる技術を第３の従来技術として説明する。
【００２０】
第３の従来技術は、モータ電流と、その時にブラシレスモータに印加した電圧値と、ブラシレスモータの抵抗値とインダクタンス等のモータ定数を用い、電圧方程式に基づく位相推定計算式により、モータのロータ位置を推定していた（例えば、非特許文献１参照）。
【００２１】
また、モータ駆動装置を小型化すると共に、位置センサを用いた構成および位置センサレスの構成、いずれの構成でも対応することが可能であり、さらにインバータの入力電圧が大きく脈動するものであっても、ブラシレスモータへの電圧の印加を停止させることなく位置センサレスで安定して駆動することができるモータ駆動装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。以下、かかる技術を第４の従来技術として説明する。
【００２２】
図７は第４の従来技術を示すブロック図である。
【００２３】
第４の従来技術は、交流電源１０１が、整流ダイオード１０３により脈動を持った直流電力に変換され、インバータ１０６に入力される構成である。インバータ１０６は、整流された直流電力を交流電力に変換し、ブラシレスモータ１０７に所望の電圧を印加する。さらに回生による装置の破壊を回避するために、整流ダイオード１０３とインバータ１０６の間に小容量のコンデンサ１１１を挿入している。
【００２４】
インバータ制御部１１２は、ｄｑ変換部１１３、ｄ軸ＰＩ制御器１１４、ｑ軸ＰＩ制御器１１５、ＰＷＭ生成部１１６を有し、インバータ１０６への入力電圧と、ブラシレスモータ１０７に流れるモータ電流Ｉｄ、Ｉｑと、ブラシレスモータ１０７に流れるべき値を示すモータ電流指令値Ｉｄ＊、Ｉｑ＊が入力される。ここで、先の電流指令値に付した「＊」は、駆動用の電流Ｉｄ、Ｉｑと識別するためのもので、具体的な電流値も異なるものである。
【００２５】
そして、インバータ１０６への入力電圧値が印加すべき電圧値よりも小さいときにブラシレスモータ１０７への印加電圧の電圧位相を保持して、インバータ１０６を制御することで、インバータ１０６の直流側電圧が低いときでもブラシレスモータ１０７への電圧印加を停止させることなく連続的に電圧を印加する。
【００２６】
また、大きく脈動した電圧がインバータ１０６に入力された場合でも安定した駆動を実現し、モータ駆動装置の小型化を図っている。
【特許文献１】特開平９−７４７９０号公報（第１図）
【特許文献２】特開平１０−１５０７９５号公報（第３−５頁、第１図）
【特許文献３】特開２００５−２０９８６号公報
【非特許文献１】竹下、市川、李、松井、「速度起電力推定に基づくセンサレス突極形ブラシレスＤＣモータ制御」、電気学会論文誌Ｄ、平成９年、第１１７巻、第１号、ｐ．９８−１０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、第１の従来技術は、位置センサを使用してブラシレスモータ１０７のロータ位置を検出し、インダクタや平滑用コンデンサ１０４を使用してインバータ１０６への入力電圧を直流電圧とするものである。したがって、インダクタ１０２や平滑用コンデンサ１０４はインダクタンスあるいは静電容量の大きな大型部品であるため、これらの部品を用いたモータ駆動装置を小型化することは困難であった。
【００２８】
また、第２の従来技術は、位置センサを使用してブラシレスモータ１０７のロータ位置を検出するモータ駆動装置であり、インダクタや平滑用コンデンサなどの大型部品を使用しない構成である。
【００２９】
したがって、第２の従来技術は、小型化や低コスト化の観点からは有効な技術である。しかし、第２の従来技術においては、インバータ１０６への入力電圧が脈動するため、この入力電圧が所定値以下ときには、ブラシレスモータ１０７への電圧の印加を停止させてしまうという問題があった。
【００３０】
したがって、インダクタや平滑用コンデンサを使用しない構成の第２の従来技術と、位置センサレスでモータを駆動するよう構成した第３の従来技術とを組み合わせて、小型化と低コスト化を図った位置センサレスのモータ駆動装置を構築しようとした場合には、次のような問題がある。
【００３１】
このような構成のモータ駆動装置では、ブラシレスモータ１０７への電圧印加を停止する期間においてはロータ位置を推定することができないため、位置センサレスでブラシレスモータ１０７を駆動することはできなかった。すなわち、単なる第２の従来技術と第３の従来技術との組み合わせでは、インバータ１０６への入力電圧が脈動するモータ駆動装置を位置センサレスで構築することは不可能であった。
【００３２】
また、第４の従来技術では、これらの課題を解決し、インバータ入力電圧に大きな脈動があっても安定した駆動を実現し、装置の小型・低コスト化を可能にしている。また整流ダイオード１０３とインバータ１０６の間に静電容量の小さいコンデンサ１１１を挿入することで、モータ停止時の回生による装置の破壊を防止している。
【００３３】
しかしながら本構成では、ブラシレスモータ１０７の運転を減速する場合や、停止状態にする場合に発生する回生エネルギを確実に吸収できる静電容量のコンデンサを選択する必要があるが、かかる場合は、モータの最高回転数および誘起電圧定数が高いほどコンデンサの静電容量を大きくする必要がある。
【００３４】
したがって、第４の従来技術は、誘起電圧常数が大きいモータ程、また駆動する回転数が高い用途程、大きな静電容量を有するコンデンサが必要となり、さらにコンデンサの静電容量が大きい程交流電源からの電流に含まれる高調波成分が大きくなることに起因して高調波抑制用インダクタが必要となる等、モータ駆動装置の大型化とコスト高が伴う課題を有するものである。
【００３５】
本発明の目的は、上記従来の課題を解決するものであり、電源高調波電流を抑制しつつ、ブラシレスモータを停止するとき、あるいは減速するときに発生する回生による装置の故障を回避することで、第４の従来技術の実用性をより高めるものである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上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、交流電源を整流した脈動を含む電圧をインバータの入力とし、前記インバータにより前記電圧を所望の電圧に変換してブラシレスモータへ出力し、安定して前記ブラシレスモータを駆動するインバータ制御部と、整流ダイオードで構成された整流回路と並列に接続し、第２整流部と前記ブラシレスモータの回生を吸収し蓄積する回生吸収部とを直列に接続し、前記回生吸収路の電圧を検出する電圧検出手段と、前記ブラシレスモータの回転数を決定する回転数設定手段とを有し、前記回転数設定手段が、現在のブラシレスモータの回転数より低い回転数での駆動を指示する場合、前記電圧検出手段で検出した回生吸収部の電圧が所定の電圧以下を保持するように、ブラシレスモータの回転を徐々に低下する様にしたものである。
【００３７】
これにより、ブラシレスモータの減速時に発生する回生を抑制し、発生した回生エネルギを効果的に吸収することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明のモータ駆動装置は、脈動を含む整流回路からの出力電圧をインバータの入力としても、安定したブラシレスモータの駆動を実現すると共に、ブラシレスモータ減速時に発生する回生での装置破壊を回避することができ、小型・低コストで信頼性の高いモータ駆動装置を提供できる。
【００３９】
また、かかるモータ駆動装置を用いた貯蔵庫は、前記モータ駆動装置を圧縮機の駆動装置とすることができ、その結果、前述の如くモータ駆動装置の小型化に伴って貯蔵庫内の容積を大きくすることが可能となり、また前記モータ駆動装置の信頼性に伴い、回生による回路故障に起因した庫内温度上昇を防止することができ、貯蔵庫の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
請求項１に記載の発明は、交流電源を入力として全波整流する整流回路と、脈動の大きい前記整流回路の出力電圧を入力とするインバータと、前記インバータにより駆動されるブラシレスモータと、前記インバータを制御するインバータ制御部と、前記ブラシレスモータの回生エネルギを吸収し蓄積する回生吸収部と、前記回生吸収部の入力側に直列接続した第２整流部と、前記回生吸収部の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記ブラシレスモータの回転速度を現在の回転速度より低い速度で駆動する場合、前記電圧検出手段で検出した回生吸収部の電圧が、所定の電圧レベル以下を保持するように前記ブラシレスモータの回転速度を低下させるものである。
【００４１】
かかる構成とすることにより、ブラシレスモータの回転速度を減速する際に発生する回生を抑制することができる。
【００４２】
したがって、前記ブラシレスモータを停止させる時や減速させる場合において、回生エネルギの異常レベル発生を生じさせることなく、効率的に吸収し、回生エネルギに起因する装置の故障を回避する信頼性の高いモータ駆動装置を提供できる。
【００４３】
請求項２に記載の発明は、前記回生吸収部を、コンデンサを備えた構成とし、前記電圧検出手段で検出した回生吸収部の電圧が、予め設定した最高電圧以上に上昇した場合に、前記回生吸収部の電圧が所定の電圧レベルに低下するまで、前記ブラシレスモータの現在の回転速度を保持するものである。
【００４４】
したがって、ブラシレスモータの減速に伴って発生する回生吸収部の電圧が所定値に低下することを待ってさらに減速を行うため、回生による回路破壊に対する信頼性を更に向上することができる。また、前記回生吸収部の設定電圧に応じて前記コンデンサ仕様を決定すればよいため、前記回生吸収部のコンデンサ静電容量を小さくすることができ、その結果、回路の小型化・低コスト化が図れる。
【００４５】
請求項３に記載の発明は、前記回生エネルギを消費する回生エネルギ消費回路を、前記回生吸収部と並列に設けたものである。
【００４６】
かかる構成とすることにより、前記ブラシレスモータを減速しながら回生エネルギを消費することができる。その結果、前記ブラシレスモータの減速に伴う回生吸収部の電圧上昇が抑制でき、しかも、前記回生吸収部の電圧が設定された最高電圧まで上昇する時間が長くなる。したがって、その間に前記ブラシレスモータを減速するため、減速時間が長く確保でき、結果的に、目標回転数まで減速する時間が短縮できる。
【００４７】
請求項４に記載の発明は、前記回生エネルギ消費回路を、前記インバータ制御部へ電源を供給する電源回路としたものである。
【００４８】
かかる構成とすることにより、回路を構成する上での部品点数が削減でき、一層の小型化・低コスト化が図れるものである。
【００４９】
請求項５に記載の発明は、前記整流回路を、整流ダイオードと平滑コンデンサを備えた構成とし、前記平滑コンデンサの静電容量を、前記インバータの最大出力１Ｗあたり０．２μＦ以下の静電容量としたものである。
【００５０】
かかる構成とすることにより、ＥＭＣ性能が向上でき、その結果、誤動作あるいは周辺機器への影響を排除するために設けるノイズフィルタの簡素化が可能となり、さらなる小型化・低コスト化が可能となる。
【００５１】
請求項６に記載の発明は、前記回生吸収部を構成するコンデンサの静電容量を、前記整流回路を構成する平滑コンデンサの静電容量よりも大きく設定したものである。
【００５２】
かかる構成とすることにより、前記平滑コンデンサの小型化と相俟って前記回生吸収部のコンデンサの大きさ（容量）が選択でき、結果として、許容できる回生吸収電圧の範囲も拡大し、機器に応じた設定が可能となり、信頼性を高めることができる。
【００５３】
請求項７に記載の発明は、前記ブラシレスモータの回転子の永久磁石に、希土類系磁石を使用したものである。
【００５４】
かかる構成とすることにより、ブラシレスモータの誘起電圧定数が大きくなることから発生する回生エネルギも大きくなる。その結果、かかる構成は、回生による装置破壊からの保護に対し非常に有効であり、高い信頼性が確保できる。
【００５５】
請求項８に記載の発明は、前記ブラシレスモータを、冷凍空調システムを構成する圧縮機の駆動用とし、前記圧縮機を、レシプロ型の構成としたものである。
【００５６】
かかる構成とすることにより、前記圧縮機が慣性モーメント（イナーシャ）の大きいレシプロ型の構成である場合、整流回路のコンデンサが小容量であるが故にインバータの入力電圧が大きく変動する場合（大きな脈動を含む電圧の場合）でも、モータの回転斑による振動増大や騒音増大等の影響を受けることがほとんど無い。その結果、大容量の平滑コンデンサを整流回路に使用したモータ駆動装置と同等の振動・騒音で有りながら小型・低コストの圧縮機駆動システムを提供することができる。
【００５７】
請求項９に記載の発明は、前記冷凍空調システムの冷媒にＲ６００ａを用いたものである。
【００５８】
かかることにより、Ｒ１３４ａを冷媒に使用した圧縮機と比較して、ピストンが大きくなることからモータの慣性モーメント（イナーシャ）大きくなり、その結果、入力電圧の変動による影響をさらに受けにくくなる。したがって、小容量コンデンサ駆動において非常に安定した低騒音・低振動の圧縮機の駆動が実現できる。
【００５９】
請求項１０に記載の発明は、上記モータ駆動装置を、貯蔵装置の駆動装置としたものである。
【００６０】
かかることにより、回生による装置の故障を回避した貯蔵庫が得られ、その結果、回路故障による庫内の不冷等に起因したで食品の腐敗等のロスを省く信頼性の高い貯蔵装置が得られる。また回路の小型化により同一外観で食品を収納する庫内の容積を大きくすることができる。
【００６１】
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は同一の符号を付して、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。
【００６２】
（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。
【００６３】
図１において、交流電源１は商用電源で、日本国内ではＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、整流回路２に接続している。整流回路２は、符号３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄで示す４個のダイオードをブリッジ接続した整流ダイオード３と、静電容量の小さい平滑用のコンデンサ４で構成され、整流ダイオード３で全波整流した電圧を平滑コンデンサ４に入力する。なお本実施の形態１において平滑コンデンサ４は、静電容量１μＦの積層セラミックコンデンサを用いた例で説明する。前記積層セラミックコンデンサは、近年では高耐圧で大容量のコンデンサがチップで実現できるようになっており、本実施の形態１においては、その一例として前述の積層セラミックコンデンサを用いている。
【００６４】
従来この平滑コンデンサには、主に大容量（２００Ｗ出力の場合には数百μＦ）の電解コンデンサが使われていたため、小型化が困難であったが、本実施の形態１においては、前述のチップ型を用いることにより、非常に小型の駆動装置が実現できることになる。
【００６５】
さらに前記電解コンデンサは、使用周囲温度や経年劣化等による容量抜け等による寿命を考慮する必要があるが、本実施の形態１では電解コンデンサを使用しないことで、装置の信頼性を向上することができる。
【００６６】
また従来、この平滑コンデンサの静電容量は、一般的にはインバータ５の出力容量（ＷまたはＶＡ）や駆動装置全体の入力容量（ＷまたはＶＡ）および、直流電圧のリプル含有量やリプル電流による平滑用コンデンサの耐リプル電流の特性等を考慮して決定している。これらの条件を加味して、一般的には２〜４μＦ／Ｗ程度の容量のものを用いている。
【００６７】
すなわち２００Ｗの出力容量の場合は、４００〜８００μＦ程度の電解コンデンサを使用していた。これに対し、本実施の形態１では、コンデンサ４には０．２μＦ／Ｗ以下の静電容量を持つコンデンサを使用する。すなわち２００Ｗの出力容量の場合は４０μＦ以下のコンデンサを使用することになる。
【００６８】
インバータ５は、スイッチング素子５ａと逆向きに接続されたダイオード５ｇをセットにした回路を６組用い、これらを３相ブリッジ接続した構成となっている。ここで、各スイッチング素子を５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆの符号で示し、ダイオードを５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌの符号で示している。なお本実施の形態１では、インバータ５にＦＥＴを使用しているが、ＩＧＢＴあるいはバイポーラトランジスタを用いた構成であっても構わない。
【００６９】
ブラスレスモータ６は、インバータ５の３相出力により駆動される。ブラシレスモータ６の固定子には、３相スター結線された巻線が施され、この巻き方は集中巻であっても、分布巻であっても構わない。またブラシレスモータ６の回転子は、希土類永久磁石を有しており、その配置方法は表面磁石型（ＳＰＭ）でも磁石埋め込み型（ＩＰＭ）であっても構わない。また永久磁石は、フェライト系磁石でも希土類系磁石でも構わない。
【００７０】
尚、前述の永久磁石に、マグネット使用重量をフェライト系磁石と同量使用する場合、希土類系磁石を用いる方がモータ効率を向上することができ、またフェライト系磁石を用いたモータと同等性能のモータとする場合は、マグネット重量を低減することができるため、モータ重量を軽量化する事ができる。
【００７１】
圧縮要素７は、モータ６の回転子の軸に接続され、冷媒ガスを吸入し、圧縮して吐出する周知の構成からなるものである。このブラシレスモータ６と圧縮要素７とを同一の密閉容器８に収納し、圧縮機９を構成する。
【００７２】
圧縮機９で圧縮された吐出ガスは、凝縮器１０、減圧器１１、蒸発器１２を通って圧縮機９の吸い込みに戻るような冷凍空調システムを構成し、凝縮器１０では放熱が行われ、蒸発器１２では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。
【００７３】
尚、必要に応じて凝縮器１０や蒸発器１２に送風機等を使い、熱交換をさらに促進することもある。また本実施の形態１では、前記冷凍空調システムを、貯蔵装置の一例である冷蔵庫１３に使用した場合で説明しており、冷蔵庫１３の庫内１３ａを蒸発器１２により冷却する構成としている。
【００７４】
また、回生処理回路２５は、第２整流回路２６と回生吸収部２７とを直列接続した構成であり、整流回路２と並列に接続されている。これによりブラシレスモータ６の回転速度を減速する際に発生する回生エネルギを、第２整流回路２６を介して回生吸収部２７で吸収することができる。その結果、ブラシレスモータ６の回生による装置破壊を防止し、装置の信頼性を向上することができる。
【００７５】
尚、第２整流回路２６はダイオードを具備し、回生吸収部２７はコンデンサを具備する構成とすることで非常に簡素な回路となり、且安価に構成できる。必要に応じて、第２整流回路２６あるいは回生吸収部２７に保護抵抗等を設けた構成としてもよい。
【００７６】
ここで、ブラシレスモータ６の固定子に希土類系永久磁石を使用する場合、フェライト系永久磁石を用いたブラシレスモータより誘起電圧定数が大きいため、発生する回生も大きくなる。
【００７７】
このことから、希土類系永久磁石を用いた固定子のブラシレスモータを駆動する場合、静電容量の小さいコンデンサを平滑コンデンサに使用すると、回生による回路破壊の可能性が高くなる。
【００７８】
しかし、本実施の形態１では、前述の如く回生処理回路２５を付加することで、回生エネルギを確実に吸収できるため、平滑コンデンサ４を小静電容量化し、小型・低コスト化を実現したモータ駆動装置において、希土類系永久磁石を用いたブラシレスモータの駆動装置の信頼性を向上することができる。
【００７９】
電源回路２８は、インバータ制御部１１２に供給する電源であり、回生処理回路２５における回生吸収部２７のコンデンサ両端電圧を入力としている。回生吸収部２７の両端電圧は、整流回路２の出力を回生処理回路２５の第２整流回路２６を介して電荷をチャージし平滑したもので、本実施の形態１では通常約１４０Ｖの電圧を保ち、電源回路２８に供給する。
【００８０】
この様に本実施の形態１では、回生処理回路２５を電源回路２８の整流平滑回路と兼用し、回路の小型化、簡素化、低コスト化を図っている。
【００８１】
また、回生発生時は、回生吸収部２７のコンデンサに回生エネルギを蓄積し、そのエネルギを電源回路２８と該電源回路２８を介してインバータ制御部１１２が消費することから、電源回路２８とインバータ制御部１１２は、回生エネルギ消費回路２９としての役割を果たし、回生により回生吸収部２７の電圧レベルが上昇したとき、通常の電圧レベル（本実施の形態では約１４０Ｖ）まで低下する時間短縮に寄与している。
【００８２】
電圧検出手段３０は、回生処理回路２５の回生吸収部２７の電圧を監視するもので、回転数設定手段３１は、外気温度やスイッチ入力等による入力情報から、ブラシレスモータ６の運転すべき回転速度を設定するものである。
【００８３】
インバータ制御部１１２は、回転数設定手段３１により設定された目標回転数でブラシレスモータ６を駆動するようにインバータの出力を制御するが、現在のブラシレスモータ６の駆動回転数が目標回転数より低い場合、電圧検出手段３０で検出した回生吸収部２７の電圧が所定のレベル以上にならないように監視しながら、ブラシレスモータの回転速度を徐々に低下させ、最終的に目標回転数で駆動する様にブラシレスモータ６の速度を制御する。また、ブラシレスモータ６の速度を減速中に、電圧検出手段３０の検出レベルが所定の値以上になった場合は、ブラシレスモータ６の減速指令を停止し、電圧検出手段３０の検出レベルが低下するまで、そのときの回転速度を保持するようにブラシレスモータ６の速度を制御する。
【００８４】
尚、インバータ制御部１１２は、電流検出器１１３ａからの信号を入力とするｄｑ変換部１１３、ｄ軸ＰＩ制御器１１４、ｑ軸ＰＩ制御器１１５、ＰＷＭ生成部１１６を有し、第４の従来技術と全く同じ構成であり、同じ動作をすることで、インバータ５に変動の大きな電圧が入力される場合でも、ブラシレスモータ６の安定駆動を実現しているため、詳細な説明は省略する。
【００８５】
次に、図２により本実施の形態１における圧縮機９について説明する。図２は、圧縮機の断面図を示している。
【００８６】
図２において圧縮機９の密封容器８内には、オイル１４を貯溜すると共にＲ６００ａの冷媒１５が封入され、固定子１６と回転子１７からなるブラシレスモータ６およびこれによって駆動される圧縮要素７がスプリング等により弾性的に支持されており、ブラシレスモータ６の回転による振動が圧縮機９の外部に漏れにくい構成となっている。
【００８７】
圧縮要素７は、回転子１７が固定された主軸部１８および偏芯軸部１９から構成されたクランクシャフト２０の主軸部１８を軸支するとともに、圧縮室２１を有するシリンダ２２と、圧縮室２１内で往復運動するピストン２３と、偏芯軸部１９とピストン２３を連結する連結手段２４を備え、レシプロ型の圧縮機構を構成している。
【００８８】
したがって、本実施の形態１においては、インバータ５の入力電圧に大きな脈動を含む場合でも、イナーシャが大きいレシプロ型圧縮機の特徴と構造から、脈動による振動および振動に伴う騒音が圧縮機９の外部に漏れにくくなっている。
【００８９】
尚、本実施の形態１では、Ｒ１３４ａ冷媒と比較して冷凍能力の低いＲ６００ａを用いているので、同等の冷却性能を確保するためにはＲ１３４ａ用圧縮機より圧縮室容積を大きくする必要があり、ピストン２３が大型化する。したがって、モータイナーシャが増大するため、整流回路２の平滑コンデンサ４を非常に小さい容量としても、大きな脈動を含んだインバータ入力電圧の印加に対して振動および騒音の影響をさらに受けにくくすることができる。
【００９０】
以上の構成において、図１、図３および図４を用いて、以下その動作を説明する。ここでは、回生吸収部２７の電圧に任意に設定された上限値Ｖ１と中間値Ｖ２を設けており、回生吸収部２７の電圧値が前記中間値と上限値の間にある場合は、ブラシレスモータ６の減速動作が保留され、ブラシレスモータ６の回転数は、前記上限値Ｖ１に達した時点の回転数で維持される制御として説明する。
【００９１】
図３は、本実施の形態１におけるモータ駆動装置の動作フローチャートであり、図４は、同実施の形態におけるモータ駆動装置の動作タイミングチャートである。
【００９２】
図３において、区間１はモータ（ブラシレスモータ）６の駆動回転数と、指令回転数が一致している場合であり、回生吸収部２７の電圧は、交流電源を整流平滑した安定した基準電圧（本実施の形態１では約１４０Ｖ）を保持し、ブラシレスモータ６の回転数は指令回転数（本実施の形態１では８０ｒ／ｓ）で安定して駆動している状態である。
【００９３】
この状態を図４のフローチャートで示すと、現在の駆動回転速度と指令速度とが一致していることとなり、ＳＴＥＰ１０１からＳＴＥＰ３０１に進み、速度保持フラグを「０」にクリアして現在のブラシレスモータ６の回転速度を保持し、運転を続ける（ＳＴＥＰ３０２）。
【００９４】
図３に示す区間２では、回転数設定手段３１により、ブラシレスモータ６の指令回転数が変更された場合であり、本実施の形態では０ｒ／ｓ、即ち停止指令が出力された状態である。
【００９５】
この状態は、図４ではＳＴＥＰ１０１で指令速度が現在の回転速度（本実施の形態１では８０ｒ／ｓ）より低いと判断しており、ＳＴＥＰ１０２に進むが、この区間２では図３に示す如く速度保持フラグが「０」であるため、ＳＴＥＰ１０３に進む。そして、ＳＴＥＰ１０３で電圧検出手段３０により回生吸収部２７の電圧を確認する。
【００９６】
次にＳＴＥＰ１０４では、ＳＴＥＰ１０３で検出した電圧が上限値（本実施の形態１では１８０Ｖ）Ｖ１より低いかどうかを確認し、上限値Ｖ１より低い場合は、ＳＴＥＰ１０５で速度保持フラグを「０」にクリアし、その後ＳＴＥＰ１０６でインバータ制御部１１２によりブラシレスモータ６を減速する。以下、ＳＴＥＰ１０１に戻りその動作を繰り返す。
【００９７】
このとき図３において、ブラシレスモータ６は、減速制御により回転数が低下し、回生吸収部２７の電圧は、前述の減速に伴って発生する回生エネルギが蓄積され、徐々に電圧が上昇していく。
【００９８】
回生吸収部２７の電圧上昇に伴い、回生吸収部２７の電圧が上限値Ｖ１に達したとき、図４に示すＳＴＥＰ１０４で、ＳＴＥＰ１１０に進むように判断する。
【００９９】
ＳＴＥＰ１１０では、前記速度保持フラグを「１」にセットし、次に、ＳＴＥＰ１１１で現在のブラシレスモータ６の回転速度を保持するように処理される。具体的には、図３に示すインバータ制御部１１２がブラシレスモータ６の速度制御を行う。ＳＴＥＰ１１１の処理後はＳＴＥＰ１０１にもどる。
【０１００】
上述の動作後、ＳＴＥＰ１０１では、未だ指令速度、即ち「停止」に達してないので、ＳＴＥＰ１０２に進む。ここでは、図３に示す区間３が、速度保持フラグが「１」にセットされている状態であるため、ＳＴＥＰ２０１に進み、回生吸収部２７の電圧を検出し、中間値（本実施の形態１では１６０Ｖ）Ｖ２以下となったかを判断する。
【０１０１】
ここで、前記中間値Ｖ２まで到達していない場合は、ＳＴＥＰ２１０へ移行して速度保持フラグを再度「１」にセットし、インバータ制御部１１２によって現在のブラシレスモータ６の駆動回転速度が保持される。この時、図３に示す区間３では、ブラシレスモータ６の速度を一定に保つ動作が行われているため、回生吸収部２７に蓄えられた回生エネルギは電源回路２８とインバータ制御部１１２により消費され、これに起因して回生吸収部２７の電圧は徐々に低下している。
【０１０２】
さらに時間の経過に伴い、図４に示すＳＴＥＰ２０２において、回生吸収部２７の電圧が、中間値Ｖ２以下まで低下したことを検出したとき、ＳＴＥＰ２０３に進み、速度保持フラグを「０」にクリアし、ＳＴＥＰ２０４でブラシレスモータ６の回転速度を減速するように指令が出力される。
【０１０３】
この指令により、図３に示す区間４の動作が開始される。すなわち、インバータ制御部１１２は、ブラシレスモータ６を減速制御し、図４では再びＳＴＥＰ１０１に戻り、ブラシレスモータ６の減速により回生吸収部２７の電圧が上限値Ｖ１に達するまで、区間２と同様の処理が行なわれる。
【０１０４】
時間の経過に伴い、再度回生吸収部２７の電圧が上限値Ｖ１に達したとき、図３の区間４から区間５に移り、駆動装置は、前述の区間３と同じ制御により回生吸収部２７の電圧が中間値Ｖ２に低下するまでブラシレスモータ６の回転速度を保持する。
【０１０５】
上記制御により、回生吸収部２７の電圧が中間値Ｖ１に下がると、再びブラシレスモータ６の回転数を下げる動作が開始される。すなわち、図３に示す区間６の動作に移行する。
【０１０６】
区間６では、前述の区間２と同様の制御でブラシレスモータ６を減速し、最後に指令回転数（本実施の形態では０ｒ／ｓ、即ち「停止」）に達した場合を示している。
【０１０７】
このとき、図４に示すＳＴＥＰ１０１では、ブラシレスモータ６の減速が不要であるため、ＳＴＥＰ３０１で速度保持フラグを「０」にクリアし、ＳＴＥＰ３０２で指令回転数（０ｒ／ｓ）でモータを駆動する。
【０１０８】
したがって、図３のタイミング図ではブラシレスモータ６が減速しているときは、回生吸収部２７の電圧は上昇するが、指令回転数（０ｒ／ｓ）に達した後は、電源回路２８および、電源回路２８を介してインバータ制御部１１２により回生吸収部２７に蓄積された回生エネルギは消費され、交流電源を整流・平滑した電圧（１４０Ｖ）まで低下し、安定する。
【０１０９】
このように、ブラシレスモータ６の減速により、回生が発生したとき、回生吸収部２７により回生エネルギを吸収するため、回生によるインバータの破壊が防止でき、また回生吸収部２７の電圧が上限値Ｖ１以上となったときは、ブラシレスモータ６の減速を止め、回生吸収部２７で吸収した回生エネルギの消費を促す。したがって、回生吸収部２７に必要以上に静電容量の大きなコンデンサを使用する必要が無くなり、設計の自由度も増すものである。
【０１１０】
尚、本実施の形態１においては、回転数の指令を行う回転数設定手段３１によるブラシレスモータ６の指令回転数が０ｒ／ｓ、即ち停止指令に変更された場合について説明しているが、０ｒ／ｓ（停止）より高い回転数、即ち所定の低速回転数まで速度を低下させる場合も同様の制御にて行えるものである。
【０１１１】
また、前述の上限値Ｖ１および中間値Ｖ２は、インバータ５、回生吸収部２７、ブラシレスモータ６等の定格に合わせて設定する値であり、特に、中間値Ｖ２は、ブラシレスモータ６あるいはモータ駆動装置の特性に合わせて設定することもできる。つまり、短時間で大幅な減速が可能な特性であれば、前記上限値Ｖ１と中間値Ｖ２の差を小さく設定することも可能であり、逆に減速が鈍い特性であれば、前記上限値Ｖ１と中間値Ｖ２の値を適度に確保すればよい。
【０１１２】
以上のように本実施の形態１においては、ブラシレスモータ６の回転速度を減速する際に発生する回生を抑制し、これに起因する装置の故障を回避してモータ駆動装置の信頼性を高めることのみならず、回生吸収部２７と並列に接続され、回生エネルギを消費する回生エネルギ消費回路を、インバータ制御部１１２へ電源を供給する電源回路２８を含む構成とすることで、回生吸収部２７に蓄積されるエネルギを低く抑えることができ、しかも回生エネルギ消費回路として、新たな回路を付加する必要がなくなり、部品点数を大幅に削減でき、一層の小型化・低コスト化がはかれるものである。
【０１１３】
さらに、整流回路２を構成する平滑コンデンサは、インバータの最大出力で１Ｗあたり０．２μＦ以下の静電容量のチップタイプでもよく、回路の小型化と相俟ってノイズフィルタの簡素化が可能となり、インバータのスイッチングによるノイズの流出抑制および、電源コンセントから侵入するノイズの抑制に加えて、ＥＭＣ性能が向上できる。
【０１１４】
また、ブラシレスモータ６の回転子に希土類系磁石を用いることにより、ブラシレスモータの誘起電圧定数を大きくし、発生する回生エネルギも大きくでき、回生による装置破壊からの保護に対し非常に高い効果が期待できるものである。
【０１１５】
また、ブラシレスモータ６を具備した圧縮機は、慣性モーメント（イナーシャ）が大きいレシプロ型であり、Ｒ６００ａの冷媒を使用しており、さらに整流回路２のコンデンサ４が小容量であるが故に、インバータの入力電圧が大きく変動する場合でも、ブラシレスモータ６の回転斑による振動の増大や騒音の増大等の影響を受けにくく、大容量の平滑コンデンサを整流回路２に使用したモータ駆動装置と同等の振動・騒音で有りながら小型・低コストの圧縮機駆動システムを提供することができる。
【０１１６】
また、上述のモータ駆動装置を冷蔵庫に適用することで、回生による装置の故障を回避でき、これに起因する庫内の不冷、および食品の腐敗等の無駄を省くことができ、さらに、回路の小型化により同一外観でも庫内の食品収納部容積を大きくすることができ、庫内容積効率の高い冷蔵庫が提供できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
以上のように本発明のモータ駆動装置は、平滑コンデンサを大幅に小容量化したことで大きなリプルを含む電圧をインバータに入力した場合でも、位置検出センサ無しでブラシレスモータは停止することなく安定した駆動ができる上に、ブラシレスモータの減速による回生を素早く吸収し、装置の故障を防止でき、しかも小型化、低コスト化が図れ、且つ高い信頼性を確保できる。したがって、ＡＶ機器（特に小型機器）等のモータが非常に小さくてセンサを付けることが困難な機器あるいは回路を非常に小型化したい機器等の用途に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【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】本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の圧縮機断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の動作フローチャート
【図４】本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の動作タイミングチャート
【図５】第１の従来技術を示すモータ駆動装置のブロック図
【図６】第２の従来技術を示すモータ駆動装置のブロック図
【図７】第４の従来技術を示すモータ駆動装置のブロック図
【符号の説明】
【０１１９】
１    交流電源
２    整流回路
３    整流ダイオード
４    平滑コンデンサ
５    インバータ
６    ブラシレスモータ
９    圧縮機
１３  冷蔵庫
１５  冷媒
２５  回生処理回路
２６  第２整流回路（第２整流部）
２７  回生吸収部
２８  電源回路
２９  回生エネルギ消費回路
３０  電圧検出手段
３１  回転数設定手段
１１２  インバータ制御部
【図１】
2007181336.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007181336.tif 000006
【図５】
2007181336.tif 000007
【図６】
2007181336.tif 000008
【図７】
2007181336.tif 000009