(57)【要約】【課題】圧縮機の低速駆動時の駆動振動を抑制すること。【解決手段】圧縮機１０５と、圧縮機を駆動するブラシレスＤＣモータ１０３と、ブラシレスＤＣモータの駆動速度を可変するインバータ１０２と、ブラシレスＤＣモータの回転子の位置を検出する位置検出手段１１１と、位置検出手段に従い通電相を切換える転流手段１１２と、インバータの通電相を一定の時間で切換える同期信号発生手段１１５と、位置検出手段による出力か同期信号発生手段による出力かを選択し切換る選択切換手段２０３と、を有し、位置検出手段による位置信号が予め定めた時間内に発生しないときは、同期信号発生手段による出力で、インバータの通電相を切換える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１回転中にトルクが変動する圧縮要素を有する圧縮機と、前記圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有するブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの駆動速度を可変することで前記圧縮機の冷凍能力を可変するインバータと、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段に従って前記インバータの通電相を切換える転流手段と、前記インバータの通電相を一定の時間で切換える同期信号発生手段と、前記インバータの通電相の切換えを、前記転流手段を用いるか、前記同期信号発生手段を用いるかを選択して切換える選択切換手段を有し、前記位置検出手段による位置信号が予め定めた時間内に発生しないとき前記選択切換手段は前記同期信号発生手段を選択し、位置検出信号が予め定めた時間内に発生した場合は前記転流手段を選択するようにした圧縮機の駆動装置。
【請求項２】
前記同期信号発生手段によりインバータの通電相の切換えを行う区間では、前記ブラシレスＤＣモータに流れる交流電流と、前記ブラシレスＤＣモータの回転により発生する誘起電圧との位相差は、所定の位相差範囲にあるとする請求項１に記載の圧縮機の駆動装置。
【請求項３】
前記同期信号発生手段によりインバータの通電相を切換えるときの前記インバータの出力電圧は、前記転流手段に従ってインバータの通電相を切換えるときの出力電圧以上である請求項１または請求項２に記載の圧縮機の駆動装置。
【請求項４】
前記同期信号発生手段によりインバータの通電相を切換えるときの前記ブラシレスＤＣモータの交流電流の位相が、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧との位相差と所定の範囲内になるように、前記同期信号発生手段でインバータの通電相を切換える区間におけるインバータ出力電圧もしくは電流を、増減するようにした請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮機の駆動装置。
【請求項５】
前記圧縮機は往復動式圧縮要素を有するレシプロ式圧縮機である請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮機の駆動装置。
【請求項６】
前記圧縮機は回転式圧縮要素を持つロータリー式圧縮機である請求項１から４のいずれか１項に記載の圧縮機の駆動装置。
【請求項７】
圧縮機は、凝縮器、減圧器、蒸発器などを接続して冷媒を循環させることにより、冷却又は加熱をするための冷凍空調システムを駆動するためのものである請求項１から６のいずれか１項に記載の圧縮機の駆動装置。
【請求項８】
請求項１から７に記載の少なくともいずれか１項に記載の圧縮機の駆動装置を有する冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に冷凍冷蔵庫やエアコンに用いられるインバータ駆動の圧縮機に関するものであり、特に１回転中に負荷トルクが変動する圧縮要素を有する圧縮機（例えば、レシプロ式や、１ピストン型ロータリー式など）の駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この主の圧縮機の駆動装置は、効率の高いブラシレスＤＣモータを圧縮機要素の駆動に用い、モータ印加電圧のパルス幅変調制御（以下、ＰＷＭ制御と呼ぶ）による可変で、モータの回転数を変化させ、圧縮機の冷凍能力を可変するようにしている。これにより冷凍冷蔵庫（以下、冷蔵庫と呼ぶ）やエアコンにおいて、温度が安定しているときは、圧縮機を低速で駆動することで、冷凍システム全体の効率を高め、省エネルギーを実現している。
【０００３】
冷蔵庫によく使用されるレシプロ圧縮機は、１回転のうち半回転が負荷トルクの小さい冷媒の吸入工程であり、あとの半回転が負荷トルクが大きい圧縮・吐出工程であるため、１回転中における負荷トルクが大きく変動する負荷であることが知られている。
【０００４】
ブラシレスＤＣモータのモータトルクは１回転中ほぼ一定のトルクを発生しているため、負荷トルクとの関係から１回転中において角速度に変動が生じる。この角速度の変動が圧縮機の駆動振動の要因となり、特に圧縮機の回転系（ロータ、シャフト、ピストンなど）の慣性モーメントによるエネルギーが小さい低速駆動領域では振動が増大し、ある一定レベル以下での低速駆動は振動が大きく、実用上の課題を有していた。
【０００５】
またエアコンによく使用されているロータリー式圧縮機も同様であり、レシプロ式圧縮機ほどではないにしても、１回転中の吸入工程、圧縮・吐出工程の関係から同様の負荷トルク脈動があり、先述した同様の原理により、低速駆動において大きな振動が生じる。
【０００６】
これらの現象に対して、従来から、低速回転において、一定時間でインバータの通電パターンを切換える同期駆動を行うことで、角速度に応じて電流および電圧の位相が変わるようにすることで負荷変動に伴う角速度の変動を抑制し、振動を低減する取り組みがなされている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
図７は、特許文献１に記載された従来の圧縮機の駆動装置を示すものである。図７に示すように、商用電源１００は、日本国内の場合実効値１００Ｖの５０または６０Ｈｚの交流電源であり、整流回路１０１は、ブリッジ接続された４個のダイオードと平滑コンデンサから構成した整流平滑回路であり、商用電源１００の交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ１０２は３相ブリッジ接続された６個のスイッチング素子（図示ではＩＧＢＴで示す）とスイッチング素子に並列逆方向接続された６個のダイオードから構成され、スイッチング素子を制御することにより、整流回路１０１の直流出力を３相交流出力に変換する。
【０００８】
ブラシレスＤＣモータ１０３は、３相巻線を有する固定子（図示せず）と、永久磁石を持つ回転子（図示せず）から構成され、インバータ１０２により駆動される。
【０００９】
ブラシレスＤＣモータ１０３で駆動される圧縮要素１０４は、レシプロ式やロータリー式などで、１回転中に負荷トルクが変動する。特にレシプロ式の場合は、ピストンの往復運動によって気体を圧縮するため、１回転中の半分は負荷トルクが小さい吸入工程、あと
の半分は負荷トルクが大きい圧縮・吐出工程であり、１回転中に大きな負荷トルクの変動が発生する。またロータリー式も１回転中に吸入工程と圧縮・吐出工程があるため、レシプロ式ほどではないが、１回転中に大きな負荷トルクの変動がある。
【００１０】
圧縮機１０５はブラシレスＤＣモータ１０３と圧縮要素１０４を密閉容器に収納しており、圧縮した冷媒を吐出する吐出パイプと、冷媒を吸入する吸入パイプとを有し、吐出パイプには、凝縮器１０６、減圧器１０７、蒸発器１０８などを直列に接続し、再び圧縮機の吸入パイプに冷媒ガスが還ってくるように冷凍空調システムを構成している。これにより、凝縮器１０６側では放熱作用が、蒸発器１０８側では吸熱作用が起こることにより、加熱または冷却ができる様になる。
【００１１】
インバータ１０２を駆動するための駆動装置１０９の出力はドライブ手段１１０を介して、インバータ１０２の６個のスイッチング素子を駆動する。
【００１２】
一般的に永久磁石を回転子にもつブラシレスＤＣモータ１０３を駆動する時には、その回転子の回転位置を検出しながら、インバータ１０２のスイッチング素子を適切な位置で転流することで、最適な駆動を実現する。
【００１３】
次に、この制御装置１０９の構成について詳しく説明する。
【００１４】
位置検出手段１１１はブラシレスＤＣモータ１０３の回転子の回転位置を検出する。回転子の回転位置の検出方法として、ブラシレスＤＣモータ１０３の、永久磁石を持つ回転子が回転することで、固定子巻線に発生する誘起電圧を検出する方法や、モータ電流や直流部の電流から回転位置を推定する方法が一般的に用いられている。もちろんホール素子などの磁気センサを用いて直接位置を検知する方法もあるが、圧縮機にはこのようなセンサを取り付けるのは困難であるため、前者の方法（位置センサレス方式）が一般的である。
【００１５】
転流手段１１２は、位置検出手段１１１の出力によりインバータ１０２の６個のスイッチング素子の通電するタイミングを決定する。一般的には誘起電圧と位相が一致するようにタイミングを決定するが、磁石埋め込み型モータ（一般的にはＩＰＭモータとも呼ばれる）などの場合は、リラクタンストルクなども考慮し、若干、モータ電流の位相を誘起電圧の位相より進めて運転する場合もある。モータの種類（特にリラクタンス成分の利用量）によりこの位相進みは変化するが、一般的には０度から１０度程度の進角を持たせるのが普通である。
【００１６】
位置検出手段１１１の出力はブラシレスＤＣモータ１０３の回転子の回転位置を検出するものであるから、速度検出手段１１３は、この位置検出手段１１１の信号を分析することにより、ブラシレスＤＣモータ１０３の駆動速度（もしくは回転周期、回転数、角速度なども含む）が検出できる。
【００１７】
冷凍空調システムの状態により、その冷凍空調システム制御装置（図示せず）から目標速度が指示されている。この目標速度と速度検出手段１１３で検出された実際の駆動速度とが一致するように、ＰＷＭ電圧設定手段１１４でＰＷＭ制御のデューティ（所定周期、キャリア周期と呼ばれる、中のＯＮ幅の割合をさす）を調整する。
【００１８】
このＰＷＭ電圧設定手段１１４の出力と、転流手段１１２の出力とにより、ドライブ手段１１０を介して、インバータ１０２の６個のスイッチング素子を駆動することにより、ブラシレスＤＣモータ１０３を駆動し、最適なモータ電流位相で高効率な運転を実現している。
【００１９】
また、同期信号発生手段１１５は、速度検出手段１１３から検出された駆動速度と同期する信号を発生する。例えば、速度検出手段１１３で検出された駆動速度が２０ｒ／ｓの場合は、駆動信号は駆動速度とブラシレスＤＣモータの極対数（たとえばブラシレスＤＣモータの極対数が３対の場合は駆動速度の３倍である６０Ｈｚ）の同期信号が同期信号発生手段１１５から出力される。
【００２０】
また、選択手段１１６は、速度検出手段１１３で検出された駆動速度があらかじめ定められた速度より低い場合は、ドライブ手段１１０に送る信号として同期信号発生手段１１５からの信号を選択する。また、速度検出手段１１３で検出された駆動速度があらかじめ定められた駆動速度数より高い場合は、ドライブ手段１１０に送る信号として転流手段１１２からの信号を選択する。
【００２１】
以上の様に構成された圧縮機の駆動装置は、圧縮機が所定の速度より低速で安定した駆動状態にあるとき、位置検出手段１１１により検出したブラシレスＤＣモータの位置情報とは関係なく、一定の時間で転流（即ち同期駆動）を行なうことで、圧縮機の１回転あたりに発生するトルク変動に応じてモータ電流の位相が変化する。これにより、負荷トルクの小さい吸入工程では遅れ位相になり、回転子の速度は低下し、負荷トルクの大きい圧縮・吐出工程では進み位相となり回転子の速度が上昇するので、１回転中の速度変動が低減される結果、圧縮機の駆動時の振動が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００５−８６９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、前記従来の構成では、低速駆動中はブラシレスＤＣモータを常に同期駆動で駆動するため、瞬時停電などの外乱発生に対して不安定な状態に陥りやすいという課題を有していた。また、負荷トルクが小さい吸入工程では遅れ位相の電流で駆動するため、モータトルクの急激な低下が伴い、脱調停止が発生しやすいといった課題も有していた。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
１回転中にトルクが変動する圧縮要素を有する圧縮機と、前記圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有するブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの駆動速度を可変することで前記圧縮機の冷凍能力を可変するインバータと、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段に従って前記インバータの通電相を切換える転流手段と、前記インバータの通電相を一定の時間で切換える同期信号発生手段と、前記インバータの通電相の切換えを、前記転流手段を用いるか、前記同期信号発生手段を用いるかを選択して切換える選択切換手段を有し、前記位置検出手段による位置信号が予め定めた時間内に発生しないとき前記選択切換手段は前記同期信号発生手段を選択し、位置検出信号が予め定めた時間内に発生した場合は前記転流手段を選択するようにしたものである。
【００２５】
これにより負荷の低い吸入工程では、ブラシレスＤＣモータの位置に応じた転流を行い、電流位相は適切な進角が付加され安定した駆動が行われ、負荷の大きい圧縮工程では電流位相は、角速度の低下状態に応じた進角が付加され、弱め磁束が大きくなることで角速度の低下が抑制される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の圧縮機駆動装置は、特に圧縮機を低速で駆動する際において、圧縮工程におけるブラシレスＤＣモータの角速度の低下を抑制することで、圧縮機の駆動振動を抑制すると共に、低速時の駆動の安定性を向上することができる。
【００２７】
さらに本発明の圧縮機駆動装置を冷蔵庫の冷凍サイクルに用いることで、実用可能な圧縮機の低速駆動領域を拡張出来るため、冷凍サイクルのシステム全体の効率向上に伴い、冷蔵庫の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１における圧縮機の駆動装置を示すブロック図
【図２】（Ａ）本発明の実施の形態１における動作を示すフローチャート（Ｂ）本発明の実施の形態１における動作を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１における制御のタイミングチャート
【図４】本発明の実施の形態１における転流手段による駆動時の制御原理説明図
【図５】本発明の実施の形態１における同期信号発生手段による駆動時の原理説明図
【図６】本発明の実施の形態１における進角と回転数、モータ電流の特性図
【図７】従来の圧縮機の駆動装置を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
第１の発明は、１回転中にトルクが変動する圧縮要素を有する圧縮機と、前記圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有するブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの駆動速度を可変することで前記圧縮機の冷凍能力を可変するインバータと、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段に従って前記インバータの通電相を切換える転流手段と、前記インバータの通電相を一定の時間で切換える同期信号発生手段と、前記インバータの通電相の切換えを、前記転流手段を用いるか、前記同期信号発生手段を用いるかを選択して切換える選択切換手段を有し、前記位置検出手段による位置信号が予め定めた時間内に発生しないとき前記選択切換手段は前記同期信号発生手段を選択し、位置検出信号が予め定めた時間内に発生した場合は前記転流手段を選択することで、負荷の低い吸入工程では、ブラシレスＤＣモータの位置に応じた転流を行い、電流位相は適切な進角が付加され安定した駆動が行われ、負荷の大きい圧縮工程では電流位相は、角速度の低下状態に応じた進角が付加され、弱め磁束が大きくなることで角速度の低下が抑制される。
【００３０】
これにより圧縮工程におけるブラシレスＤＣモータの角速度の低下を抑制することで、圧縮機の駆動振動を抑制すると共に、低速時の駆動の安定性を向上することができる。
【００３１】
第２の発明は、第１の発明の圧縮機駆動装置を、前記同期信号発生手段によりインバータの通電相の切換えを行う区間では、前記ブラシレスＤＣモータに流れる交流電流と、前記ブラシレスＤＣモータの回転により発生する誘起電圧との位相差は、所定の位相差範囲とすることで、必要以上の進角による電流の増加を抑制し、低速駆動時も高効率で駆動するこができる。
【００３２】
第３の発明は、第１および第２の発明の圧縮機駆動装置を、前記同期信号発生手段によりインバータの通電相を切換えるときの前記インバータの出力電圧は、前記転流手段に従ってインバータの通電相を切換えるときの出力電圧以上にすることで、負荷トルクの高い区間ではブラシレスＤＣモータに高い電圧を印加することで、高負荷領域での角速度の低下抑制で、圧縮機の振動を抑制できる。
【００３３】
第４の発明は第１から第３のいずれか１つの発明の圧縮機駆動装置を、前記同期信号発
生手段によりインバータの通電相を切換えるときの前記ブラシレスＤＣモータの交流電流の位相が、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧との位相差と所定の位相差範囲になるように、前記同期信号発生手段にでインバータの通電相を切換える区間のインバータ出力電圧もしくは電流を増減するようにすることで、負荷トルクが大きく同期信号発生手段により通電相を切換える区間でも、ブラシレスＤＣモータに流れる電流を極力低く抑えることが出来、低速駆動時の低振動・低騒音化と共に、低損失化を図ることが出来る。
【００３４】
第５の発明は第１から第４のいずれか１つの発明の圧縮機の駆動装置の圧縮機を、往復動式圧縮要素を有するレシプロ式圧縮機としたものである。これにより、１回転の半分に負荷トルクが集中し１回転中の角速度の変動が大きいレシプロ式圧縮機でも、角速度の変動を抑制できるため低振動、低騒音なレシプロ式圧縮機の駆動装置を提供できる。
【００３５】
第６の発明は、第１から第４のいずれか１つの発明の圧縮機駆動装置の圧縮機を、回転式圧縮要素を持つロータリー式圧縮機としたものである。これにより、１回転中での負荷トルク変動は全域に亘っているものの、構造上負荷トルクの変動の影響が大きいロータリー式圧縮機の角速度の変動を抑制できるため、低振動、低騒音なロータリー式圧縮機の駆動装置を提供できる。
【００３６】
第７の発明は第１から第６のいずれか１つの発明の圧縮機の駆動装置の圧縮機に、凝縮器、減圧器、蒸発器などを接続し、冷媒を循環させることで、冷却又は加熱を行なう冷凍空調システム構成したものである。これにより負荷トルク変動が大きい圧縮機の低速駆動時においても角速度の変動を抑制できるため、低速駆動時も低振動・低騒音を実現した冷却システムを提供することが出来る。
【００３７】
第８の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の圧縮機の駆動装置を搭載した冷蔵庫である。これにより実用可能な冷蔵庫の低速駆動時領域を拡張することが出来、冷凍サイクルトータルでの効率向上が可能となるため、冷蔵庫の省エネ化が図れる。
【００３８】
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。尚、従来と同一構成については同一符号を付し、その詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。また、本実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００３９】
（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圧縮機の駆動装置を示すブロック図である。
【００４０】
図１において、商用電源１００は交流電源であり、整流回路１０１に入力して直流電圧に変換する。インバータ１０２は、６個のスイッチング素子をもち、これらを制御することで整流回路１０１の直流出力を３相交流出力に変換する。
【００４１】
ブラシレスＤＣモータ１０３は、３相巻線を有する固定子（図示せず）と、永久磁石を持つ回転子（図示せず）から成り、インバータ１０２により駆動される。
【００４２】
ブラシレスＤＣモータ１０３とこれにより駆動される圧縮要素１０４を同一の密封容器に収納して、圧縮機１０５を構成している。
【００４３】
さらに圧縮機１０５で圧縮された冷媒を、吐出パイプから送り出し、凝縮器１０６、減圧器１０７、蒸発器１０８を介して、圧縮機１０５の吸入パイプに戻るように直列接続することで、冷凍空調システムを構成している。
【００４４】
インバータ１０２を駆動するためのインバータ駆動装置２００の出力はドライブ手段１
１０を介して、インバータ１０２の６個のスイッチング素子を駆動する。
【００４５】
ここでインバータ駆動装置２００の詳細について説明する。位置検出手段１１１はブラシレスＤＣモータ１０３の回転子の回転位置を検出する。本実施の形態では、ブラシレスＤＣモータの回転子の回転により発生する誘起電圧のゼロクロスポイントを検出する。
【００４６】
転流手段１１２は位置検出手段１１１で検出したブラシレスＤＣモータの回転位置に基づき、インバータ１０２の６個のスイッチング素子の通電タイミングを決定する。例えば、通電角１２０度でブラシレスＤＣモータの誘起電圧と電流位相を同じにする場合、位置検出手段１１１で検出した誘起電圧のゼロクロスポイントから、電気角で３０度経過したタイミングで転流を行えば良い。
【００４７】
速度検出手段１１３は、位置検出手段１１１の出力からブラシレスＤＣモータの駆動速度を検出する。
【００４８】
冷凍空調システムの状態により、回転数設定手段２０１から目標速度が指示され、この目標速度と速度検出手段１１３で検出された実際の駆動速度とが一致するように、ＰＷＭ電圧設定手段１１４でＰＷＭ制御を行ない、ＰＷＭデューティと転流手段１１２の出力をドライブ手段１１０に入力して、インバータのスイッチング素子を通電して、ブラシレスＤＣモータ１０３を駆動する。
【００４９】
同期信号発生手段１１５は、速度検出手段１１３から検出された駆動速度と同期する信号を発生する。
【００５０】
タイマ手段２０２は、所定のタイミングからカウントを開始し、位置検出手段１１１による位置検出信号の発生タイミングを計測する。本実施の形態においては、タイマカウントの開始は転流タイミングと同期するようにし、転流から位置検出信号の発生タイミングまでの時間を計測する。尚、位置検出信号の計測しても構わない。
【００５１】
選択切換手段２０３は、前記タイマ手段２０２によって計測した位置検出信号の発生タイミング（即ち、本実施の形態では、転流後から位置検出信号が発生するまでの時間）を基に、ドライブ手段１１０へ出力する信号を、転流手段によるものか、同期信号発生手段によるものかを選択し切換える。具体的には、タイマ手段によってカウントした時間、即ち転流から位置検出信号発生までの時間が、所定の時間以内である場合、転流手段１１２からの信号を選択し、所定の時間より長い場合は、同期信号発生手段１１５による信号を選択する。例えば、通電角１２０度で、ブラシレスＤＣモータの誘起電圧に対して電流進角を０度として安定した駆動にあるとき、位置検出信号は電気角で、転流後３０度近辺で発生する。従って、選択切換手段による切換タイミングは、電気角で３０度より少し長い時間として、例えば３２度程度の時間に設定すれば良い。当然この時間は、システムや圧縮機の特性等に応じて、必要な時間を任意に考慮すべきである。
【００５２】
同期ＰＷＭ設定手段２０４は、前記選択切換手段２０３が同期信号発生手段１１５による信号を選択したときのＰＷＭデューティを設定するものである。従って、同期ＰＷＭ設定手段は、同期信号発生手段による信号による駆動時は、ＰＷＭ電圧設定手段１１４で設定したＰＷＭデューティをキャンセルして、自身が設定したＰＷＭデューティをドライブ手段へ出力する。一方、転流手段による駆動時は、ＰＷＭ電圧設定手段１１４で設定したＰＷＭデューティをそのまま出力する。
【００５３】
以上の様に構成された圧縮機の駆動装置の動作について図１および図２を用いて説明する。
【００５４】
図２は本発明の実施の形態１における動作を示すフローチャートで、図２（Ａ）は位置検出手段１１１において、位置検出したときの動作を表すもので、図２（Ｂ）は選択切換手段２０３によって転流方式を決定する動作を示している。
【００５５】
図２（Ａ）においてＳＴＥＰ１で位置検出手段１１１によりブラシレスＤＣモータの回転位置が検出され、ＳＴＥＰ２において、位置検出手段１１１の出力を基に、速度検出手段１１３は、駆動速度を検出する。尚、駆動速度と同義と見なせる角速度や回転数、回転周期などでも構わない。
【００５６】
ＳＴＥＰ３では、転流手段１１２により位置検出手段を基にした転流を行なうタイミングを演算する。この転流タイミングの決定方法は、一般的なブラシレスＤＣモータのセンサレス駆動による転流であり、例えば１２０度通電の場合は、位置検出信号（誘起電圧ゼロクロスポイント）取得後、電気角で３０度経過後に転流を行なう場合、誘起電圧とブラシレスＤＣモータに流れる電流との位相を一致することができる。
【００５７】
ＳＴＥＰ４では、選択切換手段において、転流方法（即ち、同期信号発生手段による転流を行なうか、転流手段による転流を行なうか）を選択するための基準時間を演算する。この基準時間は、転流から位置検出信号が発生するまでの時間を規定するものであり、この時間が規定時間より長いか短いかにより転流方式を決定する（後述）。また基準時間の演算方法は、速度検出手段１１３により検出した駆動速度を基にして、電気角で所定の角度相当の時間とする。具体的にはブラスレスＤＣモータを１２０度通電、進角（誘起電圧に対する電流位相の進み角）０度で安定した駆動状態にある場合、位置検出信号（誘起電圧のゼロクロスポイント）は電気角で転流後、３０度近辺で発生することが期待できる。従って、本実施の形態では、基準時間は電気角３０度より若干大きい３２度程度の時間に設定する。
【００５８】
次に図２（Ｂ）により転流方式の決定動作について説明する。
【００５９】
まずＳＴＥＰ１０で転流タイミングまで待機し、転流タイミングとなったときＳＴＥＰ１１で転流を行なうと同時にＳＴＥＰ１２で転流から位置検出信号が発生するまでの時間を計測するタイマをスタートする。
【００６０】
ＳＴＥＰ１３ではタイマカウントがＳＴＥＰ４で設定した基準時間内に位置検出信号が発生したか否かを監視し、基準時間以内に位置検出信号が発生した場合、ＳＴＥＰ１１４で選択切換手段は転流手段１１２による信号をドライブ手段１１０に送るように選択し、ＳＴＥＰ１５で転流手段１１２による位置検出信号に基づいた転流制御（一般的なセンサレス制御）を行なう。
【００６１】
一方、ＳＴＥＰ１３において位置検出信号が基準時間を経過しても発生しなかった場合は、ＳＴＥＰ１６で、同期信号発生手段１１５の出力による駆動を選択しＳＴＥＰ１７に進む。ＳＴＥＰ１７では位置検出信号とは関係のないタイミングで、駆動速度に応じた一定の時間で転流（通電相の切換）を行なう。
【００６２】
次にＳＴＥＰ１８では、位置検出手段１１１で検出したブラシレスＤＣモータの誘起電圧位相と同期信号発生手段１１５で発生した同期転流信号との位相差を調整する。具体的には、誘起電圧位相と同期転流信号との位相差が所定の範囲内となるように同期ＰＷＭ発生手段はＰＷＭデューティを増減する。位相差の調整は、位置検出手段の出力信号位相に対する同期信号発生手段の進角（進み位相）が所定範囲より大きい（進み）場合は、ＰＷＭデューティを増加し、所定範囲より進み位相が小さい場合は、ＰＷＭデューティを減少
させるようにする。例えば本実施の形態では通電角１２０度として、所定の位相範囲は、転流手段１１２による駆動の際に付加した進角（例えば１０度）以上、３０度未満とし、進角が１０度未満の場合はＰＷＭデューティを減少し、３０度以上の場合は増加するようにしている。
【００６３】
これにより、同期信号発生手段による転流では、転流手段１１２によるセンサレス駆動時の進角より大きな進角を付加することで弱め磁束によりブラシレスＤＣモータの速度低下の抑制を促し、さらに３０度未満とすることで位置検出手段１１１によりブラシレスＤＣモータの誘起電圧位相（本実施の形態ではゼロクロスポイント）を簡単かつ、確実に検出可能な様にしている。尚、最大の進角を３０度としたのは、本実施の形態のように１２０度通電を行う場合、３０度以上の進角では位置信号（つまりゼロクロスポイント）が転流により検出できなくなるためである。従って１２０度を超える通電角で駆動する場合は、通電角に対しゼロクロスポイントが確実に検出できる最大進角に設定することが望ましい。
【００６４】
さらに同期信号による駆動時のＰＷＭデューティ調整を行うことで、負荷トルクが大きい圧縮工程でのデューティ（つまりインバータの出力電圧）が転流手段による駆動時より大きくなり、圧縮工程でのモータ電流の増加が抑制され、インバータ１０２の低損失化も実現できている。
【００６５】
次に図３を用いて更に実際の動作について説明する。図３は本発明の実施の形態１における制御のタイミングチャートである。
【００６６】
図３において、横軸はブラシレスＤＣモータ１０３の１回転中の動きを示している。横軸に記載した破線は位置検出手段１１１により検出された機械的な回転状態を示している。本実施の形態では、６極のブラシレスＤＣモータとして、ひとつの区切りは１８分の１回転を示し、更に電気角１周期あたりの機械的な回転状態（３分の１回転および３分の２回転）については一点鎖線を用いて示している。
【００６７】
トルクについては、負荷トルクとモータトルクを示しており、負荷トルクは圧縮機１０５がレシプロ式圧縮機であるので、機械的な回転状態の２分の１回転以降において圧縮・吐出工程に入るので負荷トルクは図示するように急激に増加する。一方、モータトルクは１回転あたりほぼ一定のトルクを発生する。厳密には負荷トルクに変化に応じて、特に慣性モーメントが小さい低速駆動ではモータトルクも変動するが、説明の簡単のため一定トルクとする。
【００６８】
図３に示す様に、角速度は１回転中で変動しており、「モータトルク＞負荷トルク」の範囲では上昇、「モータトルク＜負荷トルク」の時は減速する。この１回転中における角速度の変化が、低速駆動における圧縮機の駆動振動の要因である。
【００６９】
位置信号Ｘ，Ｙ，Ｚは、ブラシレスＤＣモータのＵ，Ｖ，Ｗ相のそれぞれの巻線に発生する誘起電圧の正負の状態に合致して発生するようにしている。即ち誘起電圧が正の場合位置信号はＨが出力され負の場合、Ｌが出力される。したがって位置信号がＨからＬあるいは、ＬからＨに変化するポイントが、誘起電圧のゼロクロスポイントであり、このポイントを位置信号として検出する。尚、本実施の形態における６極モータでは１回転中に１８回（即ち機械角２０度毎）の位置信号が発生する。
【００７０】
また位置信号は、機械角２０度毎に発生するが、角速度が変動すると発生周期は変動することになる。
【００７１】
通常、位置信号を基にした転流手段による駆動（センサレス駆動）では、この位置信号を基準として、通電パターンを切換えるタイミングを決定し、１８分の１回転毎（すなわち機械角２０度）に変化する位置信号パターンに従って、予め定めた論理式で駆動信号Ｕ（上アームおよび下アーム）、Ｖ（上アームおよび下アーム）、Ｗ（上アームおよび下アーム）を発生する。
【００７２】
しかし本実施の形態では、図３に示す『同期転流』の区間（図３において、位置信号周期が転流方式切換レベルより長い区間）では、位置信号Ｘ，Ｙ，Ｚの出力タイミングと関係なく同期信号発生手段で設定した一定の時間ｔ１で通電相の切換を行なう。
【００７３】
このように１回転中に、同期転流を行なうことで、角速度の変動が抑制できるメカニズムについてさらに詳しく説明を行う。
【００７４】
図４は本発明の実施の形態１における転流手段１１２による駆動時の制御原理説明図、図５は同実施の形態における同期信号発生手段１１５による駆動制御の原理説明図である。図４および図５に示す波形は、インバータ１０２から供給される駆動電圧と、ブラシレスＤＣモータ１０３に発生する誘起電圧を所定の相（例えばＵ相）について示している。
【００７５】
図４に示す位置検出を基にした転流手段１１２による駆動では、位置検出信号（即ち誘起電圧のゼロクロス信号）を基にして、通電相の切換を行なうため、誘起電圧の位相にたいしブラシレスＤＣモータに印加する電圧および電流は一定の位相関係が保持される。一定の位相関係とはブラシレスＤＣモータを最適に駆動出来る値を選定し、回転子に永久磁石が埋め込まれた埋め込み磁石モータでは、若干の進角を付加することでリラクタンストルクを有効に利用することで、最高効率での駆動が可能となる。当然、この最適角度はブラシレスＤＣモータの特性により異なる。
【００７６】
ブラシレスＤＣモータが安定した速度で駆動している場合は、位置信号は一定の周期で発生し、一定の周期で転流を行なう。しかし図３で示した様に、ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動する場合は、１回転中に発生する負荷トルクの変動により、１回転中の角速度は変動する。
【００７７】
同期信号発生手段による駆動では、基準タイミングから一定の時間内で位置検出が発生しない場合（即ち、負荷トルクが大きい区間で角速度が低下している区間）、強制的に通電相を切換えるようにする。本実施の形態では前回の転流後から一定の時間内に位置検出信号は発生しない場合、強制的に転流を行なう。この時の誘起電圧と駆動信号との関係を図５に示している。図５に示すように同期転流では、回転子の位置に対して速いタイミングで転流を行なう（つまり、負荷トルクが大きい圧縮工程では転流速度に対して回転子の速度低下するため、回転子の角速度に対して転流の角速度が速くなる）ため誘起電圧位相に対してブラシレスＤＣモータの印加電圧は進み位相となり電流進角が付加される。この電流進角が付くことで弱め磁束制御（回転子の永久磁石による誘起電圧を抑制する働きを行い、みかけの磁束量が減少することをいう。誘起電圧が抑制されるため通常より高速運転が可能となる）が働き、この作用により角速度を上げようとする動作が働く。
【００７８】
従って同期信号発生手段によりｔ１の一定周期で転流を行なうため、負荷トルクが大きく速度低下が大きいほど電流進角は大きくなり、弱め磁束が大きく働くことで速度低下を抑制する働きは大きくなる。即ち、１回転中の負荷トルクに応じて進角が自動的に付加されることになり、ブラシレスＤＣモータの１回転中の角速度の変動は著しく抑制される。
【００７９】
さらに図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態１における進角を変えたときの駆動速度とモータ電流の変化を示す特性図である。横軸を電流の進角とし、縦軸を駆
動速度ならびにモータ電流としている。また駆動速度を破線で示し、モータ電流を実線で示す。図６に示すように、進角が３０度以上でモータ電流は急激に電流が上昇するので、この電流位相は３０度未満となるように印加電圧を制御すれば、角速度の変動抑制を最小限の電流の増加（即ち低損失）で実現することが出来る。従って、同期駆動信号発生手段による駆動では、同期駆動信号と位置検出手段による誘起電圧との位相関係が、３０度以上の場合はデューティを大きくして角速度を上げるように、位相差が３０度未満となるように制御する。また転流手段による駆動での進角より小さい場合は、電圧の過剰印加状態にあるため、モータトルクが小さく脱調等発生リスクが高いとして、進角増加するためにＰＷＭデューティを減らすように制御する。
【００８０】
このようにＰＷＭデューティを同期信号発生手段による駆動時において、制御することで、負荷トルクの大きい圧縮工程では吸入工程時より大きい電流進角が、負荷状態に応じて付加されることになり、負荷トルク増大に伴う角速度の低下を大きく抑制できることになる。
【００８１】
以上の様に本実施の形態において、１回転中にトルクが変動する圧縮要素を有する圧縮機と、前記圧縮要素を駆動する永久磁石を回転子に有するブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの駆動速度を可変することで前記圧縮機の冷凍能力を可変するインバータと、前記ブラシレスＤＣモータの回転子の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段に従って前記インバータの通電相を切換える転流手段と、前記インバータの通電相を一定の時間で切換える同期信号発生手段と、前記インバータの通電相の切換えを、前記転流手段を用いるか、前記同期信号発生手段を用いるかを選択して切換える選択切換手段を有し、前記位置検出手段による位置信号が予め定めた時間内に発生しないとき前記選択切換手段は前記同期信号発生手段を選択し、位置検出信号が予め定めた時間内に発生した場合は前記転流手段を選択することで、負荷の低い吸入工程では、ブラシレスＤＣモータの位置に応じた転流を行い、電流位相は適切な進角が付加され安定した駆動が行われ、負荷の大きい圧縮工程では電流位相は、角速度の低下状態に応じた進角が付加され、弱め磁束が大きくなることで角速度の低下が抑制される。これにより圧縮工程におけるブラシレスＤＣモータの角速度の低下を抑制することで、圧縮機の駆動振動を抑制すると共に、低速時の駆動の安定性を向上することができる。
【００８２】
また前記同期信号発生手段によってインバータの通電相の切換えを行う区間では、前記ブラシレスＤＣモータに流れる交流電流と、前記ブラシレスＤＣモータの回転により発生する誘起電圧との位相差は、所定の位相差範囲とすることで、必要以上の進角による電流の増加を抑制し、低速駆動時も高効率で駆動することができる。
【００８３】
また圧縮機駆動装置を、前記同期信号発生手段によりインバータ通電相を切換えるときの前記インバータの出力電圧は、前記転流手段に従ってインバータの通電相を切換えるときの出力電圧以上とすることで、負荷トルクの高い区間ではブラシレスＤＣモータに高い電圧を印加することで、高負荷領域での角速度の低下抑制で、圧縮機の振動を抑制できる。
【００８４】
また圧縮機の駆動装置を、前記同期信号発生手段によりインバータの通電相を切換えるときの前記ブラシレスＤＣモータの交流電流の位相が、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧との位相差と所定の位相差範囲になるように、前記同期信号発生手段にでインバータの通電相を切換える区間のインバータ出力電圧もしくは電流を増減するようにすることで、電流位相が誘起電圧位相に対して所定の位相範囲から外れた際に、電圧または電流を増減により所定の範囲に収めることで、常に適切な位相関係の確保によって高効率な駆動を実現できる。
【００８５】
また圧縮機駆動装置が、負荷トルクが集中し１回転中の角速度の変動が大きいレシプロ式圧縮機を駆動すれば、１回転中の角速度の変動を大きく抑制できるため従来の圧縮機駆動装置と比較して、低振動、低騒音なレシプロ式圧縮機の駆動装置を提供できる。
【００８６】
また圧縮機駆動装置が回転式圧縮要素を持つロータリー式圧縮機を駆動すれば、構造上負荷トルクの変動の影響が大きいロータリー式圧縮機の角速度の変動を抑制できるため、低振動、低騒音なロータリー式圧縮機の駆動装置を提供できる。
【００８７】
また圧縮機に、凝縮器、減圧器、蒸発器などを接続し、冷媒を循環させることで、冷却又は加熱を行なう冷凍空調システム構成することで、負荷トルク変動が大きい圧縮機の低速駆動時においても角速度の変動を抑制できるため、低速駆動時も低振動・低騒音を実現した冷却システムを提供することが出来る。
【００８８】
（実施の形態２）
図１において、本実施の形態では圧縮機の駆動装置は、冷蔵庫２０５の冷凍サイクルに用いており、蒸発器１０８は断熱壁２０６で囲われた冷蔵庫２０５の庫内２０７を冷却するようにしている。
【００８９】
また冷蔵庫は１日の大半が安定した庫内の冷却状態にあるため、圧縮機は低速で駆動している場合が多い。圧縮機の低速での駆動は冷凍サイクルのシステム効率向上に繋がり、冷蔵庫の消費電力量低減に大きな効果をもたらす。しかしながら、圧縮機は低速で駆動するほど、１回転中における負荷トルクの変動が大きく、駆動振動が大幅に上昇し、騒音の増大原因となる。
【００９０】
冷蔵庫はキッチン等の生活空間に設置されることが殆どであるため、低振動・低騒音化することは必要不可欠である。このため冷蔵庫の圧縮機駆動では低振動・低騒音化を優先して、最低回転数を抑制して省エネ効果を犠牲にしたり、あるいはコストを犠牲にして振動抑制部材を付加したりといった対応が必要であった。
【００９１】
しかし、本発明の圧縮機の駆動装置では、圧縮機の駆動振動を低下するので、これまで以上に圧縮機の低速駆動化が可能となり、冷凍サイクルのシステム効率上昇による冷蔵庫の消費電力量削減が実現できる。
【００９２】
また圧縮機の駆動振動の抑制は、振動抑制部材の付加が不要であり、冷蔵庫の低コスト化が図れる。
【００９３】
さらに圧縮機の駆動振動の抑制は、振動に伴う騒音も低減できるため冷蔵庫の静音化も実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上の様に、本発明による圧縮機の駆動装置は、圧縮機を特に低速で駆動する際の駆動振動および、振動による騒音の低減が可能となるため、エアコンや圧縮機を用いた除湿機、ヒートポンプ式選択乾燥機、ショーケース、自動販売機など、圧縮機を用いたあらゆる機器においても適用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１０２  インバータ
１０３  ブラシレスＤＣモータ
１０５  圧縮機
１０６  凝縮器
１０７  減圧器
１０８  蒸発器
１１１  位置検出手段
１１２  転流手段
１１５  同期信号発生手段
２０３  選択切換手段
２０５  冷蔵庫
【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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