JP2001186787A - 永久磁石形モータ、永久磁石形モータの制御方法、永久磁石形モータの制御装置、圧縮機、冷凍・空調装置。 - Google Patents
永久磁石形モータ、永久磁石形モータの制御方法、永久磁石形モータの制御装置、圧縮機、冷凍・空調装置。Info
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- JP2001186787A JP2001186787A JP36652099A JP36652099A JP2001186787A JP 2001186787 A JP2001186787 A JP 2001186787A JP 36652099 A JP36652099 A JP 36652099A JP 36652099 A JP36652099 A JP 36652099A JP 2001186787 A JP2001186787 A JP 2001186787A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、永久磁石型モータの振動、騒音を
抑制できる制御装置、制御方法及び永久磁石型モータを
搭載した圧縮機、冷凍・空調装置を得ることを目的とす
るものである。 【解決手段】 速度制御回路部１７に接続されたＰＷＭ
キャリア周波数切替指令回路部２０と通電波形切替指令
回部２１を設けることにより、モータの回転速度に対応
して、キャリア周波数と通電波形を切替可能にした。
抑制できる制御装置、制御方法及び永久磁石型モータを
搭載した圧縮機、冷凍・空調装置を得ることを目的とす
るものである。 【解決手段】 速度制御回路部１７に接続されたＰＷＭ
キャリア周波数切替指令回路部２０と通電波形切替指令
回部２１を設けることにより、モータの回転速度に対応
して、キャリア周波数と通電波形を切替可能にした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば冷凍・空
調装置の圧縮機駆動用などに用いられる永久磁石型モー
タ及びその制御装置、永久磁石型モータを搭載した圧縮
機あるいは冷凍・空調装置に関するものである。
調装置の圧縮機駆動用などに用いられる永久磁石型モー
タ及びその制御装置、永久磁石型モータを搭載した圧縮
機あるいは冷凍・空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、例えば冷蔵庫やエアコンの圧縮機
モータなどには、回転数の制御が容易でかつ高効率な永
久磁石型モータが多く使用されている。図１８に従来の
ルームエアコンや冷蔵庫用の圧縮機の駆動用モータとし
て用いられている３相４極２４スロットの永久磁石型モ
ータについて示す。
モータなどには、回転数の制御が容易でかつ高効率な永
久磁石型モータが多く使用されている。図１８に従来の
ルームエアコンや冷蔵庫用の圧縮機の駆動用モータとし
て用いられている３相４極２４スロットの永久磁石型モ
ータについて示す。
【０００３】図において、１は内周面に軸方向へ延びる
２４本のスロット２が設けられている円筒状のステータ
コアであり、スロット２間にはティース部３が形成され
ている。４は各スロット２内にそれぞれ挿入されている
巻線であり、これらの巻線４はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３つ
の相よって形成されており、スロット２間に跨って分布
して巻かれる分布巻線形モータで、３相４極を形成する
ようにＹ結線されている。５はステータコア１及び巻線
４を有するステータである。
２４本のスロット２が設けられている円筒状のステータ
コアであり、スロット２間にはティース部３が形成され
ている。４は各スロット２内にそれぞれ挿入されている
巻線であり、これらの巻線４はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３つ
の相よって形成されており、スロット２間に跨って分布
して巻かれる分布巻線形モータで、３相４極を形成する
ようにＹ結線されている。５はステータコア１及び巻線
４を有するステータである。
【０００４】６はステータ５の軸線上に配置され、ステ
ータ５に対して回転可能になるように軸受けなどにより
支持されているロータを有する駆動軸、７は駆動軸６に
固定されるロータのコア部、８はロータのコア部７の外
周面に固定されている複数の永久磁石であり、これらの
永久磁石８は、Ｎ極とＳ極とが回転方向に交互になるよ
うに着磁されている。９はコア部７及び永久磁石８を有
するロータであり、このロータ９とステータ５との間に
は、空隙１０が設けられている。また、最近では、コア
部７に永久磁石８を埋め込んで配置した磁石埋込型ロー
タなども用いられている。
ータ５に対して回転可能になるように軸受けなどにより
支持されているロータを有する駆動軸、７は駆動軸６に
固定されるロータのコア部、８はロータのコア部７の外
周面に固定されている複数の永久磁石であり、これらの
永久磁石８は、Ｎ極とＳ極とが回転方向に交互になるよ
うに着磁されている。９はコア部７及び永久磁石８を有
するロータであり、このロータ９とステータ５との間に
は、空隙１０が設けられている。また、最近では、コア
部７に永久磁石８を埋め込んで配置した磁石埋込型ロー
タなども用いられている。
【０００５】上記で説明したように構成される永久磁石
型モータは、印加電圧と回転数がほぼ比例の関係にある
という特性があるため、回転数の制御はモータの各相に
印加する電圧を制御することによって容易に行うことが
できる。
型モータは、印加電圧と回転数がほぼ比例の関係にある
という特性があるため、回転数の制御はモータの各相に
印加する電圧を制御することによって容易に行うことが
できる。
【０００６】次に本モータの駆動回路および駆動原理を
図１９、図２０、図２１を参照して説明する。図１９
は、モータ駆動用として良く用いられる一般的なモータ
の駆動回路図、図２０は従来のモータの各相への電流の
切り替わる順番を示した図、図２１は従来の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
形を示した図である。このモータの駆動回路は，直流電
源部１１，主回路部１２，および制御回路部１３から構
成される。直流電源部１１は、電解コンデンサ、ダイオ
ードブリッジ回路、などにより構成（図示せず）されて
おり、交流電力を直流電力に変換して主回路部１２へ直
流電力を供給する。前記主回路部１２は，６個のスイッ
チング素子Ｕａ，Ｕｂ，Ｖａ，Ｖｂ，Ｗａ，Ｗｂと６個
の環流ダイオードＤ１，Ｄ２・・・Ｄ６より構成され，そ
れぞれの環流ダイオードは、スイッチング素子と並列に
接続されている。
図１９、図２０、図２１を参照して説明する。図１９
は、モータ駆動用として良く用いられる一般的なモータ
の駆動回路図、図２０は従来のモータの各相への電流の
切り替わる順番を示した図、図２１は従来の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
形を示した図である。このモータの駆動回路は，直流電
源部１１，主回路部１２，および制御回路部１３から構
成される。直流電源部１１は、電解コンデンサ、ダイオ
ードブリッジ回路、などにより構成（図示せず）されて
おり、交流電力を直流電力に変換して主回路部１２へ直
流電力を供給する。前記主回路部１２は，６個のスイッ
チング素子Ｕａ，Ｕｂ，Ｖａ，Ｖｂ，Ｗａ，Ｗｂと６個
の環流ダイオードＤ１，Ｄ２・・・Ｄ６より構成され，そ
れぞれの環流ダイオードは、スイッチング素子と並列に
接続されている。
【０００７】また、スイッチング素子ＵａとＵｂを直列
に接続してアーム部Ｕabを，スイッチング素子ＶａとＶ
ｂを直列に接続しアーム部Ｖabを，同様にスイッチング
素子ＷａとＷｂを直列に接続し，アーム部Ｗabが形成さ
れ，合計で３つのアームが形成されている。これらの，
アーム部Ｕab，Ｖab，Ｗabは，それぞれ並列に接続さ
れ，３相のブリッジが形成される。この主回路部におい
て，３相の各アーム部Ｕab，Ｖab，Ｗabが有するスイッ
チング素子の共通節点Ｕo，Ｖo，Ｗoは，それぞれに対
応するモータの端子Ｕ，端子Ｖ，端子Ｗに接続れてい
る。
に接続してアーム部Ｕabを，スイッチング素子ＶａとＶ
ｂを直列に接続しアーム部Ｖabを，同様にスイッチング
素子ＷａとＷｂを直列に接続し，アーム部Ｗabが形成さ
れ，合計で３つのアームが形成されている。これらの，
アーム部Ｕab，Ｖab，Ｗabは，それぞれ並列に接続さ
れ，３相のブリッジが形成される。この主回路部におい
て，３相の各アーム部Ｕab，Ｖab，Ｗabが有するスイッ
チング素子の共通節点Ｕo，Ｖo，Ｗoは，それぞれに対
応するモータの端子Ｕ，端子Ｖ，端子Ｗに接続れてい
る。
【０００８】また、制御回路部１３は、誘起電圧検出部
１４、ロータ位置演算部１５、転流制御回路部１６、速
度制御回路部１７、ＰＷＭキャリア周波数生成回路１
８、及びｄｕｔｙ制御部１９より構成されている。以下
に、制御回路部１３の動作原理について説明する。
１４、ロータ位置演算部１５、転流制御回路部１６、速
度制御回路部１７、ＰＷＭキャリア周波数生成回路１
８、及びｄｕｔｙ制御部１９より構成されている。以下
に、制御回路部１３の動作原理について説明する。
【０００９】まず、主回路部１２の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗ
に接続された誘起電圧検出部１４より、モータの回転駆
動によって発生する各相の誘起電圧を検出する。誘起電
圧は、ロータの回転に伴い永久磁石の磁束が変化し、ス
テータの巻線に鎖交することによって誘導される逆起電
力であり、モータの巻数をＮ、ロータの回転によって発
生する磁束の変化をｄＦ／ｄｔとすると、誘起電圧Ｖは
ファラデーの法則により(1)式で表すことができる。 Ｖ＝Ｎ・ｄＦ／ｄｔ ……（１） 即ち、誘起電圧は、モータの巻数と永久磁石のつくる磁
束の時間微分の積に比例して増大する。したがって、誘
起電圧と回転数は比例するので誘起電圧を検出すること
により、モータの回転速度とロータとステータの位置情
報を得ることができる。
に接続された誘起電圧検出部１４より、モータの回転駆
動によって発生する各相の誘起電圧を検出する。誘起電
圧は、ロータの回転に伴い永久磁石の磁束が変化し、ス
テータの巻線に鎖交することによって誘導される逆起電
力であり、モータの巻数をＮ、ロータの回転によって発
生する磁束の変化をｄＦ／ｄｔとすると、誘起電圧Ｖは
ファラデーの法則により(1)式で表すことができる。 Ｖ＝Ｎ・ｄＦ／ｄｔ ……（１） 即ち、誘起電圧は、モータの巻数と永久磁石のつくる磁
束の時間微分の積に比例して増大する。したがって、誘
起電圧と回転数は比例するので誘起電圧を検出すること
により、モータの回転速度とロータとステータの位置情
報を得ることができる。
【００１０】次に、誘起電圧検出部１４により検出した
誘起電圧波形を基に、ロータ位置演算部１５により、ロ
ータの位置の演算を行う。ロータの位置検出は、誘起電
圧検出部より検出した誘起電圧波形の零クロス点（誘起
電圧が０Ｖとなる点）を検出することにより行うことが
できる。 （１）式より、誘起電圧Ｖは永久磁石の磁束
の時間微分に比例することから、磁束の変化が最も小さ
い位置、即ち、永久磁石の磁極中心と、巻線の磁極中心
とが一致する位置が誘起電圧の零クロス点になる。
誘起電圧波形を基に、ロータ位置演算部１５により、ロ
ータの位置の演算を行う。ロータの位置検出は、誘起電
圧検出部より検出した誘起電圧波形の零クロス点（誘起
電圧が０Ｖとなる点）を検出することにより行うことが
できる。 （１）式より、誘起電圧Ｖは永久磁石の磁束
の時間微分に比例することから、磁束の変化が最も小さ
い位置、即ち、永久磁石の磁極中心と、巻線の磁極中心
とが一致する位置が誘起電圧の零クロス点になる。
【００１１】次に、ロータ位置演算部１５で算出したロ
ータ位置情報に基づき、転流制御回路部１６は、主回路
部１２の各スイッチング素子Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｖａ、
Ｖｂ、Ｖｃの駆動信号を生成し、主回路部１２の各スイ
ッチング素子を駆動しＯＮ／ＯＦＦする。
ータ位置情報に基づき、転流制御回路部１６は、主回路
部１２の各スイッチング素子Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｖａ、
Ｖｂ、Ｖｃの駆動信号を生成し、主回路部１２の各スイ
ッチング素子を駆動しＯＮ／ＯＦＦする。
【００１２】一方、ロータ位置演算部１５と並列に接続
された速度制御回路部１７は、誘起電圧検出部１４の信
号を受けて、ロータの回転速度を算出し、ロータの回転
数が指令値と等しくなるように電圧値の制御を行う。こ
の電圧制御を行う方法として、一般的にＰＷＭ（Pulse
Width Modulate:パルス幅変調）が広く用いられてい
る。ＰＷＭ駆動方式では、速度制御回路部１４が、ＰＷ
Ｍキャリア周波数生成回路１８の生成した一定のキャリ
ア周波数に対して、キャリアの一周期中の通電時間の割
合（以下ｄｕｔｙ比と称す）を加減制御するｄｕｔｙ制
御部１９に制御指令を送出している。即ち、回転数指令
値より検出回転数が低い場合にはｄｕｔｙ比を増加させ
平均電圧を上昇させる。また、反対に回転数の指令値よ
りも回転数が高い場合には、ｄｕｔｙ比を減少させるこ
とにより平均電圧を低下させる。このようにｄｕｔｙ比
を変化させることによって回転数の制御を行っている。
された速度制御回路部１７は、誘起電圧検出部１４の信
号を受けて、ロータの回転速度を算出し、ロータの回転
数が指令値と等しくなるように電圧値の制御を行う。こ
の電圧制御を行う方法として、一般的にＰＷＭ（Pulse
Width Modulate:パルス幅変調）が広く用いられてい
る。ＰＷＭ駆動方式では、速度制御回路部１４が、ＰＷ
Ｍキャリア周波数生成回路１８の生成した一定のキャリ
ア周波数に対して、キャリアの一周期中の通電時間の割
合（以下ｄｕｔｙ比と称す）を加減制御するｄｕｔｙ制
御部１９に制御指令を送出している。即ち、回転数指令
値より検出回転数が低い場合にはｄｕｔｙ比を増加させ
平均電圧を上昇させる。また、反対に回転数の指令値よ
りも回転数が高い場合には、ｄｕｔｙ比を減少させるこ
とにより平均電圧を低下させる。このようにｄｕｔｙ比
を変化させることによって回転数の制御を行っている。
【００１３】このように制御回路部１３は、ロータ９の
位置信号を受け，これに同期して，転流制御回路部１６
により主回路部１２の各スイッチング素子をＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御している。図２０に、３相Ｙ結線された各相の巻
線に流れる電流の切り替わる順番を、図２１に図２０に
対応して各スイッチング素子のスイッチングのＯＮ／Ｏ
ＦＦの切替タイミングと、各相の端子電圧及び各相に流
れる電流波形を示す。
位置信号を受け，これに同期して，転流制御回路部１６
により主回路部１２の各スイッチング素子をＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御している。図２０に、３相Ｙ結線された各相の巻
線に流れる電流の切り替わる順番を、図２１に図２０に
対応して各スイッチング素子のスイッチングのＯＮ／Ｏ
ＦＦの切替タイミングと、各相の端子電圧及び各相に流
れる電流波形を示す。
【００１４】図２０において３相Ｙ結線された各相の巻
線の中性点に流れ込む方向の電流を正とした場合、通電
タイミングを６ステップに分けて、以下に示すＳ１、Ｓ
２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の順番で電流を繰り返し流
すことにより、モータを回転駆動することができる。Ｓ
１はＵ相からＶ相へ、Ｓ２はＷ相からＶ相へ、Ｓ３はＷ
相からＵ相へ、Ｓ４はＶ相からＵ相へ、Ｓ５はＶ相から
Ｗ相へ、Ｓ６はＵ相からＷ相への電流の流れる方向を示
している。
線の中性点に流れ込む方向の電流を正とした場合、通電
タイミングを６ステップに分けて、以下に示すＳ１、Ｓ
２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の順番で電流を繰り返し流
すことにより、モータを回転駆動することができる。Ｓ
１はＵ相からＶ相へ、Ｓ２はＷ相からＶ相へ、Ｓ３はＷ
相からＵ相へ、Ｓ４はＶ相からＵ相へ、Ｓ５はＶ相から
Ｗ相へ、Ｓ６はＵ相からＷ相への電流の流れる方向を示
している。
【００１５】この電流の流れを実現するためのスイッチ
ングの切替タイミングを図２１において説明する。図に
おいて、横軸は電気角である。縦軸は各スイッチング素
子Ｕａ、Ｕｂ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｗａ、Ｗｂの通電タイミン
グとＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ流れる電流波形Ｉｕ、
Ｉｖ、Ｉｗを示している。通電タイミングはＯＮの状態
とＯＦＦの状態を表し、電流波形は通電タイミングと同
期して記載してある。図において、まずＳ１で示した電
気角の最初の６０度の区間では、スイッチング素子Ｕａ
とスイッチング素子ＶｂをＯＮし、その他のスイッチン
グ素子をＯＦＦにする。これにより、図２０のＳ１で示
したのＵ−Ｖ間に電流を流すことができる。また、ア
ーム部Ｕabのスイッチング素子Ｕａに数ｋＨｚのキャリ
アを重畳させるＰＷＭ制御により電圧の制御を行ってい
る。
ングの切替タイミングを図２１において説明する。図に
おいて、横軸は電気角である。縦軸は各スイッチング素
子Ｕａ、Ｕｂ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｗａ、Ｗｂの通電タイミン
グとＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ流れる電流波形Ｉｕ、
Ｉｖ、Ｉｗを示している。通電タイミングはＯＮの状態
とＯＦＦの状態を表し、電流波形は通電タイミングと同
期して記載してある。図において、まずＳ１で示した電
気角の最初の６０度の区間では、スイッチング素子Ｕａ
とスイッチング素子ＶｂをＯＮし、その他のスイッチン
グ素子をＯＦＦにする。これにより、図２０のＳ１で示
したのＵ−Ｖ間に電流を流すことができる。また、ア
ーム部Ｕabのスイッチング素子Ｕａに数ｋＨｚのキャリ
アを重畳させるＰＷＭ制御により電圧の制御を行ってい
る。
【００１６】同様に、Ｓ２で、スイッチング素子Ｖｂと
ＷａをＯＮし、Ｓ３でスイッチング素子ＵｂとＷａをＯ
Ｎし、Ｓ４でＵｂとＶａをＯＮ、Ｓ５でＶａとＷｂをＯ
Ｎ、Ｓ６でＵａとＷｂをＯＮとなるように電気角で６０
度毎に順次スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替え
ている。また、このときの各相の巻線に流れる電流は、
電気角で１２０度の幅の矩形波形となる。このような通
電方式を一般的に１２０度矩形波通電と称している。
ＷａをＯＮし、Ｓ３でスイッチング素子ＵｂとＷａをＯ
Ｎし、Ｓ４でＵｂとＶａをＯＮ、Ｓ５でＶａとＷｂをＯ
Ｎ、Ｓ６でＵａとＷｂをＯＮとなるように電気角で６０
度毎に順次スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替え
ている。また、このときの各相の巻線に流れる電流は、
電気角で１２０度の幅の矩形波形となる。このような通
電方式を一般的に１２０度矩形波通電と称している。
【００１７】また、スイッチング素子Ｕａ，Ｖａ、Ｗａ
をＰＷＭ制御により、キャリアをＯＮ／ＯＦＦしてｄｕ
ｔｙ制御しているため、キャリアがＯＮ区間には電流が
増加し、キャリアがＯＦＦしている区間は電流が減少す
る。この電流の変動を電流リップルといい、電流波形は
キャリアのＯＮ／ＯＦＦ変動による電流リップルが重畳
した波形となる。この電流リップルの振幅は、巻線抵抗
をＲ、巻線のインダクタンスをＬとするとＬ／Ｒなる時
定数によって定まる。即ち、Ｌ／Ｒが小さい程、電流の
変化が急峻になり、キャリアのＯＮ／ＯＦＦ時の電流リ
ップルが大きくなる。
をＰＷＭ制御により、キャリアをＯＮ／ＯＦＦしてｄｕ
ｔｙ制御しているため、キャリアがＯＮ区間には電流が
増加し、キャリアがＯＦＦしている区間は電流が減少す
る。この電流の変動を電流リップルといい、電流波形は
キャリアのＯＮ／ＯＦＦ変動による電流リップルが重畳
した波形となる。この電流リップルの振幅は、巻線抵抗
をＲ、巻線のインダクタンスをＬとするとＬ／Ｒなる時
定数によって定まる。即ち、Ｌ／Ｒが小さい程、電流の
変化が急峻になり、キャリアのＯＮ／ＯＦＦ時の電流リ
ップルが大きくなる。
【００１８】以上説明したように各スイッチング素子を
ＯＮ／ＯＦＦすることによって、ロータ位置演算部１５
にて算出したロータ位置に応じてステータの巻線に電流
を流すことにより、回転磁界が発生し，この回転磁界と
永久磁石７のつくる磁束の間に作用する磁気的な吸引力
および反発力により，ロータ９を回転駆動させる。
ＯＮ／ＯＦＦすることによって、ロータ位置演算部１５
にて算出したロータ位置に応じてステータの巻線に電流
を流すことにより、回転磁界が発生し，この回転磁界と
永久磁石７のつくる磁束の間に作用する磁気的な吸引力
および反発力により，ロータ９を回転駆動させる。
【００１９】また、図２２は、分布巻線方式のモータと
集中巻線方式のモータの騒音の周波数分析結果を示す図
であり、横軸に周波数、縦軸に騒音値を示したものであ
る。図は、分布巻線方式とステータ５のティース部３に
直接巻線を巻き付ける集中巻線方式を適用した場合の定
格出力に対する負荷を４０％、回転数を２０％、ＰＷＭ
キャリア周波数を３ｋＨｚとした場合のモータの騒音値
を０〜１０ｋＨｚの範囲で周波数分析した結果である。
本図において（ａ）が分布巻線仕様、（ｂ）が集中巻線
仕様の騒音の測定結果であり、横軸に周波数、縦軸に騒
音値を表した図である。この結果から、３ｋＨｚ付近の
周波数帯に着目して両者を比較すると、分布巻線を用い
た場合に対し、集中巻線を用いた場合の方が３ｋＨｚ付
近でのピーク騒音値が大きいことがわかる。
集中巻線方式のモータの騒音の周波数分析結果を示す図
であり、横軸に周波数、縦軸に騒音値を示したものであ
る。図は、分布巻線方式とステータ５のティース部３に
直接巻線を巻き付ける集中巻線方式を適用した場合の定
格出力に対する負荷を４０％、回転数を２０％、ＰＷＭ
キャリア周波数を３ｋＨｚとした場合のモータの騒音値
を０〜１０ｋＨｚの範囲で周波数分析した結果である。
本図において（ａ）が分布巻線仕様、（ｂ）が集中巻線
仕様の騒音の測定結果であり、横軸に周波数、縦軸に騒
音値を表した図である。この結果から、３ｋＨｚ付近の
周波数帯に着目して両者を比較すると、分布巻線を用い
た場合に対し、集中巻線を用いた場合の方が３ｋＨｚ付
近でのピーク騒音値が大きいことがわかる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】従来の永久磁石型モー
タは以上のように構成されているので、ＰＷＭ制御によ
るキャリアのＯＮ／ＯＦＦにより、電流波形にキャリア
のＯＮ／ＯＦＦによる電流リップルが重畳した波形とな
っていた。この電流リップルは、加振源となりステータ
及び、ロータの振動を引き起こし、高周波の耳障りな騒
音を増大させていた。このＰＷＭキャリアに伴う振動、
騒音は、電流リップルの振幅が大きいほど顕著に発生し
ていた。特に、回転数の比較的低い領域では、ＰＷＭキ
ャリアのＯＮ時間に対しＯＦＦ時間を長くして平均電圧
を低くするｄｕｔｙ制御が行われるため、ＯＦＦ時間の
電流の落ち込みが大きくなり、電流変動が大きく電流リ
ップルを増大させていた。
タは以上のように構成されているので、ＰＷＭ制御によ
るキャリアのＯＮ／ＯＦＦにより、電流波形にキャリア
のＯＮ／ＯＦＦによる電流リップルが重畳した波形とな
っていた。この電流リップルは、加振源となりステータ
及び、ロータの振動を引き起こし、高周波の耳障りな騒
音を増大させていた。このＰＷＭキャリアに伴う振動、
騒音は、電流リップルの振幅が大きいほど顕著に発生し
ていた。特に、回転数の比較的低い領域では、ＰＷＭキ
ャリアのＯＮ時間に対しＯＦＦ時間を長くして平均電圧
を低くするｄｕｔｙ制御が行われるため、ＯＦＦ時間の
電流の落ち込みが大きくなり、電流変動が大きく電流リ
ップルを増大させていた。
【００２１】また、１２０度矩形波通電においては、電
気角で６０度毎に相切替が行われるため、電気角で６０
度の周期でトルクの落ち込みを生じ、トルクの変動すな
わちトルクリップルを増大させていた。このトルクリッ
プルは、回転方向の加振力として作用し、ロータを有す
る駆動軸の共振を引き起こし、振動、騒音を増大させて
いた。２４スロット４極の永久磁石型モータの場合、ト
ルクリップルはモータ１回転につき１２回の周期で発生
するため、キャリア周波数などと比べ、低周波の加振源
となり、特に、モータが比較的低速で回転駆動している
場合に、駆動軸の共振周波数と一致することにより騒
音、振動を引き起こしていた。
気角で６０度毎に相切替が行われるため、電気角で６０
度の周期でトルクの落ち込みを生じ、トルクの変動すな
わちトルクリップルを増大させていた。このトルクリッ
プルは、回転方向の加振力として作用し、ロータを有す
る駆動軸の共振を引き起こし、振動、騒音を増大させて
いた。２４スロット４極の永久磁石型モータの場合、ト
ルクリップルはモータ１回転につき１２回の周期で発生
するため、キャリア周波数などと比べ、低周波の加振源
となり、特に、モータが比較的低速で回転駆動している
場合に、駆動軸の共振周波数と一致することにより騒
音、振動を引き起こしていた。
【００２２】従って電流リップルを小さくするために、
ＰＷＭキャリア周波数を全回転数領域に渡って大きく
し、キャリアのＯＦＦ時間を短くすることが考えられる
が、この場合、キャリア音は低減できるが、モータや圧
縮機に発生する漏洩電流は、キャリア周波数が大きい
程、また、モータの回転数が大きくなるにしたがい、イ
ンバータ電源の高調波成分の漏洩電流も増大するといっ
た問題が発生していた。特に、オゾン層の破壊がないＨ
ＦＣ系の新冷媒を用いた圧縮機に適用する場合は、相溶
性のよいエステル油やポリグリコール油などと組み合わ
せて用いる必要があるが、従来から用いられているＣＦ
Ｃ系やＨＣＦＣ系の冷媒に用いられている鉱油と比べ
て、体積抵抗率が低いため、漏洩電流が大きくなり、漏
洩電流の低減と低騒音化の両立は大きな課題であった。
ＰＷＭキャリア周波数を全回転数領域に渡って大きく
し、キャリアのＯＦＦ時間を短くすることが考えられる
が、この場合、キャリア音は低減できるが、モータや圧
縮機に発生する漏洩電流は、キャリア周波数が大きい
程、また、モータの回転数が大きくなるにしたがい、イ
ンバータ電源の高調波成分の漏洩電流も増大するといっ
た問題が発生していた。特に、オゾン層の破壊がないＨ
ＦＣ系の新冷媒を用いた圧縮機に適用する場合は、相溶
性のよいエステル油やポリグリコール油などと組み合わ
せて用いる必要があるが、従来から用いられているＣＦ
Ｃ系やＨＣＦＣ系の冷媒に用いられている鉱油と比べ
て、体積抵抗率が低いため、漏洩電流が大きくなり、漏
洩電流の低減と低騒音化の両立は大きな課題であった。
【００２３】また、圧縮機駆動用モータに用いた場合、
モータの回転に伴って発生するトルクリップルが加振源
となり、ロータを有する駆動軸の共振を引き起こし、圧
縮機要素部を介して、圧縮機の配管やマフラーの振動、
騒音を増大させるといった現象を生じていた。このた
め、防振材などで、振動、騒音を低減するなどの対策を
投じる必要が生じ、圧縮機のコストを増加させていた。
また、エアコンや冷凍機の圧縮機用モータに用いた場合
は、圧縮機自体が加振源となり、室外ユニットの筐体と
共鳴し、振動、騒音が増幅されていた。
モータの回転に伴って発生するトルクリップルが加振源
となり、ロータを有する駆動軸の共振を引き起こし、圧
縮機要素部を介して、圧縮機の配管やマフラーの振動、
騒音を増大させるといった現象を生じていた。このた
め、防振材などで、振動、騒音を低減するなどの対策を
投じる必要が生じ、圧縮機のコストを増加させていた。
また、エアコンや冷凍機の圧縮機用モータに用いた場合
は、圧縮機自体が加振源となり、室外ユニットの筐体と
共鳴し、振動、騒音が増幅されていた。
【００２４】また、１２０度矩形波通電においては、相
切替時にスイッチング素子がＯＦＦした瞬間に巻線に蓄
えられたエネルギーを電源部へも戻そうとスイッチング
素子と並列に接続された還流ダイオードを通り、電流の
環流が生じる。一方、相切替時にスイッチング素子がＯ
ＦＦしている無通電の区間は、誘起電圧を検出できる唯
一の区間であるが、電流の環流時間が長すぎた場合、電
流の環流による影響で還流電流に誘起電圧によるの電流
の零クロス点がまぎれ込んでしまい、零クロス点が分か
りにくくなりロータの位置を検出することができなくな
り、誤検知によりモータの脱調を生じていた。この脱調
減少は、回転速度に対して相対的な環流時間の大きくな
る高速回転駆動時に発生していた。
切替時にスイッチング素子がＯＦＦした瞬間に巻線に蓄
えられたエネルギーを電源部へも戻そうとスイッチング
素子と並列に接続された還流ダイオードを通り、電流の
環流が生じる。一方、相切替時にスイッチング素子がＯ
ＦＦしている無通電の区間は、誘起電圧を検出できる唯
一の区間であるが、電流の環流時間が長すぎた場合、電
流の環流による影響で還流電流に誘起電圧によるの電流
の零クロス点がまぎれ込んでしまい、零クロス点が分か
りにくくなりロータの位置を検出することができなくな
り、誤検知によりモータの脱調を生じていた。この脱調
減少は、回転速度に対して相対的な環流時間の大きくな
る高速回転駆動時に発生していた。
【００２５】また、ロータを磁石埋込構造とした場合、
電機子巻線に流れる電流によって発生する磁束と、永久
磁石の発する磁束との間に作用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、ロータ
表面の鉄部と電機子巻線に流れ電流によってできる磁束
の作用による吸引力（リラクタンストルク）が発生する
ため、マグネットトルクに加えリラクタンストルクが重
畳されることにより、磁石表面配置型ロータと比べて、
トルクリップルが増大し、より一層大きな振動、騒音を
引き起こしていた。
電機子巻線に流れる電流によって発生する磁束と、永久
磁石の発する磁束との間に作用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、ロータ
表面の鉄部と電機子巻線に流れ電流によってできる磁束
の作用による吸引力（リラクタンストルク）が発生する
ため、マグネットトルクに加えリラクタンストルクが重
畳されることにより、磁石表面配置型ロータと比べて、
トルクリップルが増大し、より一層大きな振動、騒音を
引き起こしていた。
【００２６】また、ステータ５のティース部３に直接巻
線を巻き付ける集中巻線方式を適用した場合、分布巻線
仕様に比べて効率は良いが、その起磁力分布が矩形波的
に変化するため、高次の高調波成分が多く含まれたアン
バランスな波形となり、正弦波的な起磁力分布を有する
分布巻線と比べて、より一層トルクリップルを増大さ
せ、また、ＰＷＭキャリアのＯＮ／ＯＦＦに伴うピーク
音を増大させていた。
線を巻き付ける集中巻線方式を適用した場合、分布巻線
仕様に比べて効率は良いが、その起磁力分布が矩形波的
に変化するため、高次の高調波成分が多く含まれたアン
バランスな波形となり、正弦波的な起磁力分布を有する
分布巻線と比べて、より一層トルクリップルを増大さ
せ、また、ＰＷＭキャリアのＯＮ／ＯＦＦに伴うピーク
音を増大させていた。
【００２７】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、ＰＷＭキャリアのスイッチングに
伴う電流リップルの振幅を小さくし、振動、騒音を抑制
するものである。また、低回転数領域にて、電流リップ
ルの影響により振動、騒音が増大するのを防止するもの
である。また、１２０度矩形波通電における低速回転時
のトルクリップルを抑制し、トルクリップルに伴う周方
向の加振力を低減し、駆動軸の共振による振動、騒音を
低減することを目的とする。また、圧縮機の配管やマフ
ラーなどに伝達して振動、騒音の原因となる加振源を抑
制して、防振材などにより遮音対策することなく、振
動、騒音を抑制し、低コストな圧縮機を得ることを目的
とする。
めになされたもので、ＰＷＭキャリアのスイッチングに
伴う電流リップルの振幅を小さくし、振動、騒音を抑制
するものである。また、低回転数領域にて、電流リップ
ルの影響により振動、騒音が増大するのを防止するもの
である。また、１２０度矩形波通電における低速回転時
のトルクリップルを抑制し、トルクリップルに伴う周方
向の加振力を低減し、駆動軸の共振による振動、騒音を
低減することを目的とする。また、圧縮機の配管やマフ
ラーなどに伝達して振動、騒音の原因となる加振源を抑
制して、防振材などにより遮音対策することなく、振
動、騒音を抑制し、低コストな圧縮機を得ることを目的
とする。
【００２８】また、圧縮機の駆動によって発生する加振
力を低減して、エアコンや冷凍機の室外ユニットから発
する騒音を抑制するものである。また、高速回転時にお
ける、ロータ位置の誤検知をなくし、信頼性の高い駆動
システムを得ることを目的とする。また、構造上トルク
リップルが大きくなる磁石埋込型ロータを用いても、回
転方向の加振力を低減し、駆動軸の共振が原因で発生す
る振動、騒音を抑制することを目的とする。
力を低減して、エアコンや冷凍機の室外ユニットから発
する騒音を抑制するものである。また、高速回転時にお
ける、ロータ位置の誤検知をなくし、信頼性の高い駆動
システムを得ることを目的とする。また、構造上トルク
リップルが大きくなる磁石埋込型ロータを用いても、回
転方向の加振力を低減し、駆動軸の共振が原因で発生す
る振動、騒音を抑制することを目的とする。
【００２９】また、高次の起磁力高調波を多く含んだ集
中巻線ステータを用いた場合であっても、トルクリップ
ル及びＰＷＭキャリア周波数に伴う加振力を低減して低
騒音な永久磁石型モータを得ることを目的とする。ま
た、ＨＦＣ系冷媒に相溶性のよいが体積効率の低いエス
テル油やポリグリコール油を用いた圧縮機であっても、
圧縮機の低騒音化を実現しつつ、且つ、漏洩電流を低減
させた圧縮機駆動用の永久磁石型モータを得ることを目
的とする。また、低振動、低騒音の冷凍・空調装置を得
ることを目的とする。
中巻線ステータを用いた場合であっても、トルクリップ
ル及びＰＷＭキャリア周波数に伴う加振力を低減して低
騒音な永久磁石型モータを得ることを目的とする。ま
た、ＨＦＣ系冷媒に相溶性のよいが体積効率の低いエス
テル油やポリグリコール油を用いた圧縮機であっても、
圧縮機の低騒音化を実現しつつ、且つ、漏洩電流を低減
させた圧縮機駆動用の永久磁石型モータを得ることを目
的とする。また、低振動、低騒音の冷凍・空調装置を得
ることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明に関
わる永久磁石モータは、複数相の電機子巻線を有する固
定子と駆動軸に回転子を有する永久磁石を用いた可変速
モータにおいて、前記電機子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構成されるインバータ回
路と、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手段と、キャリア周波数生成手段に
より生成されたキャリア周波数にしたがってスイッチン
グ素子群を順次切り換える制御手段と、回転子の位置を
検出する回転子位置検出手段と、回転子位置検出手段に
よりの位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算手
段と、を備え、回転数演算手段により得られた回転数に
対応して、キャリア周波数生成手段により生成されるキ
ャリア周波数を変更するようにしたものである。
わる永久磁石モータは、複数相の電機子巻線を有する固
定子と駆動軸に回転子を有する永久磁石を用いた可変速
モータにおいて、前記電機子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構成されるインバータ回
路と、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手段と、キャリア周波数生成手段に
より生成されたキャリア周波数にしたがってスイッチン
グ素子群を順次切り換える制御手段と、回転子の位置を
検出する回転子位置検出手段と、回転子位置検出手段に
よりの位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算手
段と、を備え、回転数演算手段により得られた回転数に
対応して、キャリア周波数生成手段により生成されるキ
ャリア周波数を変更するようにしたものである。
【００３１】本発明の第２の発明に関わる永久磁石モー
タは、制御手段に 通電波形の信号を送出する通電波形
切り換え手段と、回転数を検出する検出手段と、を備
え、検出手段により検出した回転数に応じて、通電波形
切り換え手段により生成される通電波形を切り換えるよ
うにしたものである。
タは、制御手段に 通電波形の信号を送出する通電波形
切り換え手段と、回転数を検出する検出手段と、を備
え、検出手段により検出した回転数に応じて、通電波形
切り換え手段により生成される通電波形を切り換えるよ
うにしたものである。
【００３２】本発明の第３の発明に関わる永久磁石モー
タは、複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回
転子を有する永久磁石を用いた可変速モータにおいて、
電機子巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素
子により構成されスイッチング素子群を順次切り換える
制御手段と、 通電波形の信号を制御手段に送出する通
電波形切り換え手段と、回転数を検出する検出手段と、
を備え、検出手段により検出した回転数に応じて、通電
波形切り換え手段によって生成される通電波形を切り換
えるようにしたものである。
タは、複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回
転子を有する永久磁石を用いた可変速モータにおいて、
電機子巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素
子により構成されスイッチング素子群を順次切り換える
制御手段と、 通電波形の信号を制御手段に送出する通
電波形切り換え手段と、回転数を検出する検出手段と、
を備え、検出手段により検出した回転数に応じて、通電
波形切り換え手段によって生成される通電波形を切り換
えるようにしたものである。
【００３３】本発明の第４の発明に関わる永久磁石モー
タは、検出手段により検出した回転数が駆動軸の共振周
波数と略一致する回転数領域では、通電波形が正弦波形
状である正弦波通電とし、それ以外の回転数領域では電
気角で１２０度相当分通電し通電波形が矩形波形状であ
る１２０度矩形波通電となるように通電波形を切り換え
るようにしたものである。
タは、検出手段により検出した回転数が駆動軸の共振周
波数と略一致する回転数領域では、通電波形が正弦波形
状である正弦波通電とし、それ以外の回転数領域では電
気角で１２０度相当分通電し通電波形が矩形波形状であ
る１２０度矩形波通電となるように通電波形を切り換え
るようにしたものである。
【００３４】本発明の第５の発明に関わる永久磁石モー
タは、検出手段により検出した回転数が駆動軸の共振周
波数と略一致する回転数領域では、通電波形の一部が正
弦波形状である部分正弦波通電とし、それ以外の回転数
領域では電気角で１２０度相当分通電し通電波形が矩形
波形状である１２０度矩形波通電となるように通電波形
を切り換えるようにしたものである。
タは、検出手段により検出した回転数が駆動軸の共振周
波数と略一致する回転数領域では、通電波形の一部が正
弦波形状である部分正弦波通電とし、それ以外の回転数
領域では電気角で１２０度相当分通電し通電波形が矩形
波形状である１２０度矩形波通電となるように通電波形
を切り換えるようにしたものである。
【００３５】本発明の第６の発明に関わる永久磁石モー
タは、検出手段により検出した回転数が駆動軸の共振周
波数と略一致する回転数領域では、電気角で１２０度以
上通電し通電波形が矩形波形状であるオーバーラップ矩
形波通電とし、それ以外の回転数領域では電気角で１２
０度相当分だけ通電波形が矩形波形状である１２０度矩
形波通電となるように通電波形を切り換えるようにした
ものである。
タは、検出手段により検出した回転数が駆動軸の共振周
波数と略一致する回転数領域では、電気角で１２０度以
上通電し通電波形が矩形波形状であるオーバーラップ矩
形波通電とし、それ以外の回転数領域では電気角で１２
０度相当分だけ通電波形が矩形波形状である１２０度矩
形波通電となるように通電波形を切り換えるようにした
ものである。
【００３６】本発明の第７の発明に関わる永久磁石モー
タは、回転数が所定の値を超えた場合、通電波形が電気
角で１２０度よりも少なく通電する１２０度未満の範囲
だけ通電する１２０度未満通電とするようにしたもので
ある。
タは、回転数が所定の値を超えた場合、通電波形が電気
角で１２０度よりも少なく通電する１２０度未満の範囲
だけ通電する１２０度未満通電とするようにしたもので
ある。
【００３７】本発明の第８の発明に関わる永久磁石モー
タは、永久磁石を回転子内部に埋め込んだ永久磁石埋込
型回転子を用いたものである。
タは、永久磁石を回転子内部に埋め込んだ永久磁石埋込
型回転子を用いたものである。
【００３８】本発明の第９の発明に関わる永久磁石モー
タは、請求項１乃至請求項９に記載の制御装置にて駆動
される永久磁石モータにおいて、スロット間に設けられ
たティース部ごとに巻線を巻付けた集中巻ステータを使
用したものである。
タは、請求項１乃至請求項９に記載の制御装置にて駆動
される永久磁石モータにおいて、スロット間に設けられ
たティース部ごとに巻線を巻付けた集中巻ステータを使
用したものである。
【００３９】本発明の第１０の発明に関わる永久磁石モ
ータは、請求項９に記載の永久磁石型モータを圧縮機駆
動用モータに適用したものである。
ータは、請求項９に記載の永久磁石型モータを圧縮機駆
動用モータに適用したものである。
【００４０】本発明の第１１の発明に関わる永久磁石モ
ータは、冷凍サイクルを構成する冷凍・空調装置におい
て、複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回転
子を有する永久磁石を用いた可変速モータと、電機子巻
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
構成されるインバータ回路と、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手段と、キ
ャリア周波数生成手段により生成されたキャリア周波数
にしたがってスイッチング素子群を順次切り換える制御
手段と、回転子の位置を検出する回転子位置検出手段
と、回転子位置検出手段によりの位置情報をもとに回転
数を演算する回転数演算手段と、を備え、回転数演算手
段により得られた回転数に対応して、キャリア周波数生
成手段により生成されるキャリア周波数を変更するよう
に永久磁石型モータを制御するようにしたものである。
ータは、冷凍サイクルを構成する冷凍・空調装置におい
て、複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回転
子を有する永久磁石を用いた可変速モータと、電機子巻
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
構成されるインバータ回路と、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手段と、キ
ャリア周波数生成手段により生成されたキャリア周波数
にしたがってスイッチング素子群を順次切り換える制御
手段と、回転子の位置を検出する回転子位置検出手段
と、回転子位置検出手段によりの位置情報をもとに回転
数を演算する回転数演算手段と、を備え、回転数演算手
段により得られた回転数に対応して、キャリア周波数生
成手段により生成されるキャリア周波数を変更するよう
に永久磁石型モータを制御するようにしたものである。
【００４１】本発明の第１２の発明に関わる永久磁石モ
ータは、冷凍サイクルを構成する冷凍・空調装置におい
て、複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回転
子を有する永久磁石を用いた可変速モータにおいて、電
機子巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子
により構成されスイッチング素子群を順次切り換える制
御手段と、通電波形の信号を制御手段に送出する通電波
形切り換え手段と、回転数を検出する検出手段と、を備
え、検出手段により検出した回転数が回転子を有する駆
動軸あるいは冷凍・空調装置の共振周波数と略一致する
回転数領域において、通電波形切り換え手段によって生
成される通電波形を切り換えるように永久磁石型モータ
を制御するようにしたものである。
ータは、冷凍サイクルを構成する冷凍・空調装置におい
て、複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回転
子を有する永久磁石を用いた可変速モータにおいて、電
機子巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子
により構成されスイッチング素子群を順次切り換える制
御手段と、通電波形の信号を制御手段に送出する通電波
形切り換え手段と、回転数を検出する検出手段と、を備
え、検出手段により検出した回転数が回転子を有する駆
動軸あるいは冷凍・空調装置の共振周波数と略一致する
回転数領域において、通電波形切り換え手段によって生
成される通電波形を切り換えるように永久磁石型モータ
を制御するようにしたものである。
【００４２】本発明の第１３の発明に関わる永久磁石モ
ータは、冷凍サイクルを構成する圧縮機に適用したもの
である。
ータは、冷凍サイクルを構成する圧縮機に適用したもの
である。
【００４３】本発明の第１４の発明に関わる永久磁石モ
ータは、冷凍サイクル内を循環する冷媒にＨＦＣ系冷媒
を使用したものである。
ータは、冷凍サイクル内を循環する冷媒にＨＦＣ系冷媒
を使用したものである。
【００４４】本発明の第１５の発明に関わる永久磁石モ
ータは、複数相の電機子巻線と回転子を有する永久磁石
を用いた可変速モータにおいて、電機子巻線に接続され
る複数個の駆動用スイッチング素子により構成されるイ
ンバータ回路のスイッチング素子群を順次切り換える切
り換え周波数を生成するキャリア周波数生成ステップ
と、キャリア周波数生成ステップにて生成されたキャリ
ア周波数にしたがって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り換えステップと、回転子の位
置を検出する回転子位置検出ステップと、回転子位置検
出ステップにより得られた位置情報をもとに回転数を演
算する回転数演算ステップと、を備え、回転数演算ステ
ップにより得られた回転数に応じてキャリア周波数生成
ステップにより生成されるキャリア周波数を変更するよ
うにしたものである。
ータは、複数相の電機子巻線と回転子を有する永久磁石
を用いた可変速モータにおいて、電機子巻線に接続され
る複数個の駆動用スイッチング素子により構成されるイ
ンバータ回路のスイッチング素子群を順次切り換える切
り換え周波数を生成するキャリア周波数生成ステップ
と、キャリア周波数生成ステップにて生成されたキャリ
ア周波数にしたがって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り換えステップと、回転子の位
置を検出する回転子位置検出ステップと、回転子位置検
出ステップにより得られた位置情報をもとに回転数を演
算する回転数演算ステップと、を備え、回転数演算ステ
ップにより得られた回転数に応じてキャリア周波数生成
ステップにより生成されるキャリア周波数を変更するよ
うにしたものである。
【００４５】本発明の第１６の発明に関わる永久磁石モ
ータは、複数相の電機子巻線と回転子を有する永久磁石
を用いた可変速モータにおいて、電機子巻線に接続され
る複数個の駆動用スイッチング素子により構成されるイ
ンバータ回路に 通電波形の信号を送出する通電波形切
り換えステップと、回転数を検出する回転数検出ステッ
プと、を備え、回転数検出ステップにより検出した回転
数に応じて、通電波形切り換えステップにより生成され
る通電波形を切り換えるようにしたものである。
ータは、複数相の電機子巻線と回転子を有する永久磁石
を用いた可変速モータにおいて、電機子巻線に接続され
る複数個の駆動用スイッチング素子により構成されるイ
ンバータ回路に 通電波形の信号を送出する通電波形切
り換えステップと、回転数を検出する回転数検出ステッ
プと、を備え、回転数検出ステップにより検出した回転
数に応じて、通電波形切り換えステップにより生成され
る通電波形を切り換えるようにしたものである。
【００４６】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態を図を用いて説明する。 図１はこの発明の
実施の形態１を示す永久磁石型モータの制御装置および
制御方法を示すブロック図、図２は図１の制御装置で回
転駆動される分布巻線を用いた永久磁石型モータの断面
図である。
実施の形態を図を用いて説明する。 図１はこの発明の
実施の形態１を示す永久磁石型モータの制御装置および
制御方法を示すブロック図、図２は図１の制御装置で回
転駆動される分布巻線を用いた永久磁石型モータの断面
図である。
【００４７】図において、１は内周面に軸方向へ延びる
２４本のスロット２が設けられている円筒状のステータ
コアであり、スロット２間にはティース部３が形成され
ている。４は各スロット２内にそれぞれ挿入されている
巻線であり、これらの巻線４はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３つ
の相よって形成されており、スロット２間に跨って分布
巻線として巻かれ、３相４極を形成するようにＹ結線さ
れている。５はステータコア１及び巻線４を有するステ
ータである。
２４本のスロット２が設けられている円筒状のステータ
コアであり、スロット２間にはティース部３が形成され
ている。４は各スロット２内にそれぞれ挿入されている
巻線であり、これらの巻線４はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３つ
の相よって形成されており、スロット２間に跨って分布
巻線として巻かれ、３相４極を形成するようにＹ結線さ
れている。５はステータコア１及び巻線４を有するステ
ータである。
【００４８】６はステータ５の軸線上に配置され、ステ
ータ５に対して回転可能になるように軸受けなどにより
支持されているロータを有する駆動軸、７は駆動軸６に
固定されているロータのコア部、８はコア部７の外周面
に固定されている複数の永久磁石であり、これらの永久
磁石８は、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁されて
いる。９はコア部７及び永久磁石８を有するロータであ
り、このロータ９とステータ５との間には、空隙１０が
設けられている。
ータ５に対して回転可能になるように軸受けなどにより
支持されているロータを有する駆動軸、７は駆動軸６に
固定されているロータのコア部、８はコア部７の外周面
に固定されている複数の永久磁石であり、これらの永久
磁石８は、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁されて
いる。９はコア部７及び永久磁石８を有するロータであ
り、このロータ９とステータ５との間には、空隙１０が
設けられている。
【００４９】次に本実施の形態の駆動回路および動作を
図１により説明する。図において，１１は直流電源部，
１２は主回路部，１３は制御回路部である。直流電源部
１１は、電解コンデンサ、ダイオードブリッジ回路、な
どにより構成（図示せず）されており、交流電力を直流
電力に変換して主回路部１２へ直流電力を供給する。前
記主回路部１２は，６個のスイッチング素子Ｕａ，Ｕ
ｂ，Ｖａ，Ｖｂ，Ｗａ，Ｗｂと６個の環流ダイオードＤ
１，Ｄ２・・・Ｄ６より構成され，それぞれの環流ダイオ
ードは、スイッチング素子と並列に接続されている。
図１により説明する。図において，１１は直流電源部，
１２は主回路部，１３は制御回路部である。直流電源部
１１は、電解コンデンサ、ダイオードブリッジ回路、な
どにより構成（図示せず）されており、交流電力を直流
電力に変換して主回路部１２へ直流電力を供給する。前
記主回路部１２は，６個のスイッチング素子Ｕａ，Ｕ
ｂ，Ｖａ，Ｖｂ，Ｗａ，Ｗｂと６個の環流ダイオードＤ
１，Ｄ２・・・Ｄ６より構成され，それぞれの環流ダイオ
ードは、スイッチング素子と並列に接続されている。
【００５０】また、スイッチング素子ＵａとＵｂを直列
に接続してアーム部Ｕabを，スイッチング素子ＶａとＶ
ｂを直列に接続しアーム部Ｖabを，同様にスイッチング
素子ＷａとＷｂを直列に接続し，アーム部Ｗabが形成さ
れ，合計で３つのアームが形成されている。これらの，
アーム部Ｕab，Ｖab，Ｗabは，それぞれ並列に接続さ
れ，３相のブリッジが形成される。この主回路部におい
て，３相の各アーム部Ｕab，Ｖab，Ｗabが有するスイッ
チング素子の共通節点Ｕo，Ｖo，Ｗoは，それぞれに対
応するモータの端子Ｕ，端子Ｖ，端子Ｗに接続される。
に接続してアーム部Ｕabを，スイッチング素子ＶａとＶ
ｂを直列に接続しアーム部Ｖabを，同様にスイッチング
素子ＷａとＷｂを直列に接続し，アーム部Ｗabが形成さ
れ，合計で３つのアームが形成されている。これらの，
アーム部Ｕab，Ｖab，Ｗabは，それぞれ並列に接続さ
れ，３相のブリッジが形成される。この主回路部におい
て，３相の各アーム部Ｕab，Ｖab，Ｗabが有するスイッ
チング素子の共通節点Ｕo，Ｖo，Ｗoは，それぞれに対
応するモータの端子Ｕ，端子Ｖ，端子Ｗに接続される。
【００５１】また、制御回路部１３は、誘起電圧検出部
１４、ロータ位置演算部１５、転流制御回路部１６、速
度制御回路部１７、ＰＷＭキャリア周波数生成回路部１
８、ｄｕｔｙ制御部１９、ＰＷＭキャリア周波数切替指
令部２０、及び通電波形切替指令部２１より構成されて
いる。以下、制御回路部１３の動作原理について説明す
る。
１４、ロータ位置演算部１５、転流制御回路部１６、速
度制御回路部１７、ＰＷＭキャリア周波数生成回路部１
８、ｄｕｔｙ制御部１９、ＰＷＭキャリア周波数切替指
令部２０、及び通電波形切替指令部２１より構成されて
いる。以下、制御回路部１３の動作原理について説明す
る。
【００５２】まず、主回路部１２の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗ
に接続された誘起電圧検出部１４より、モータの回転駆
動によって発生した各相の誘起電圧を検出する。誘起電
圧検出部１４により検出した誘起電圧波形を基に、ロー
タ位置演算部１５により、誘起電圧のゼロクロス点によ
りロータの位置の演算を行う。次に、ロータ位置演算部
１５で算出したロータ位置情報に基づき、転流制御回路
部１６により、主回路部１２の各スイッチング素子Ｕ
ａ、Ｕｂ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｗａ、ＷｂのＯＮ／ＯＦＦ信号
を生成し、主回路１２に設けられたスイッチング素子を
駆動する。
に接続された誘起電圧検出部１４より、モータの回転駆
動によって発生した各相の誘起電圧を検出する。誘起電
圧検出部１４により検出した誘起電圧波形を基に、ロー
タ位置演算部１５により、誘起電圧のゼロクロス点によ
りロータの位置の演算を行う。次に、ロータ位置演算部
１５で算出したロータ位置情報に基づき、転流制御回路
部１６により、主回路部１２の各スイッチング素子Ｕ
ａ、Ｕｂ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｗａ、ＷｂのＯＮ／ＯＦＦ信号
を生成し、主回路１２に設けられたスイッチング素子を
駆動する。
【００５３】一方、ロータ位置演算部１５と並列に接続
された速度制御回路部１７は、誘起電圧検出部１４の信
号を受けて、モータの回転速度を算出し、モータの回転
数が指令値と等しくなるようにＰＷＭ（パルス幅変調）
制御により電圧値の制御を行う。
された速度制御回路部１７は、誘起電圧検出部１４の信
号を受けて、モータの回転速度を算出し、モータの回転
数が指令値と等しくなるようにＰＷＭ（パルス幅変調）
制御により電圧値の制御を行う。
【００５４】また、速度制御回路１７の回転速度情報を
受けて、ＰＷＭキャリア周波数切替指令回路部２０は、
ＰＷＭキャリアのｄｕｔｙ制御におけるＯＮ時間時の電
流増とＯＦＦ時間時の電流減による電流変動、すなわち
電流リップルの振幅を小さくし、振動、騒音を抑制する
ために適切なキャリア周波数の選定を行う。キャリア周
波数選定は、予め、回転数に対する最適なキャリア周波
数の特性を実験的に求め、ＰＷＭキャリア周波数切替回
路内にデータベース化して持っておくことにより、容易
に抽出することができる。
受けて、ＰＷＭキャリア周波数切替指令回路部２０は、
ＰＷＭキャリアのｄｕｔｙ制御におけるＯＮ時間時の電
流増とＯＦＦ時間時の電流減による電流変動、すなわち
電流リップルの振幅を小さくし、振動、騒音を抑制する
ために適切なキャリア周波数の選定を行う。キャリア周
波数選定は、予め、回転数に対する最適なキャリア周波
数の特性を実験的に求め、ＰＷＭキャリア周波数切替回
路内にデータベース化して持っておくことにより、容易
に抽出することができる。
【００５５】図４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図である。図において、横
軸は回転数、縦軸はキャリア周波数を表す。図より、比
較的低回転数領域ではキャリア周波数を大きくし、それ
以外の回転数領域ではキャリア周波数を小さく設定して
いる。
の制御パターンの一例を表す図である。図において、横
軸は回転数、縦軸はキャリア周波数を表す。図より、比
較的低回転数領域ではキャリア周波数を大きくし、それ
以外の回転数領域ではキャリア周波数を小さく設定して
いる。
【００５６】従って、比較的低回転数領域でキャリア周
波数を大きくしたので、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。結果として、図２２における
３ｋHzの騒音のピークを低減すること可能となる。図１
７は１ＫＷクラスのルームエアコンに適用した時の周波
数と騒音の関係を示した図である。図において、（ａ）
はキャリア周波数５ｋＨｚ、回転数３０Ｓ-1の場合を、
（ｂ）はキャリア周波数３ｋＨｚ、回転数３０Ｓ-1の場
合であり、同一負荷条件で測定した結果を示している。
図において、横軸は周波数を、縦軸は騒音値を表してい
る。図の（ｂ）よりキャリア周波数３ｋＨｚの場合は３
ｋＨｚ近傍に騒音のピークが出ているのが分かる。同一
条件にてキャリア周波数を５ｋＨｚ（図の（ａ））に変
更すると、３ｋＨｚ近傍の騒音のピーク値が低下し５ｋ
Ｈｚ近傍にピークがでているのが分かる。
波数を大きくしたので、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。結果として、図２２における
３ｋHzの騒音のピークを低減すること可能となる。図１
７は１ＫＷクラスのルームエアコンに適用した時の周波
数と騒音の関係を示した図である。図において、（ａ）
はキャリア周波数５ｋＨｚ、回転数３０Ｓ-1の場合を、
（ｂ）はキャリア周波数３ｋＨｚ、回転数３０Ｓ-1の場
合であり、同一負荷条件で測定した結果を示している。
図において、横軸は周波数を、縦軸は騒音値を表してい
る。図の（ｂ）よりキャリア周波数３ｋＨｚの場合は３
ｋＨｚ近傍に騒音のピークが出ているのが分かる。同一
条件にてキャリア周波数を５ｋＨｚ（図の（ａ））に変
更すると、３ｋＨｚ近傍の騒音のピーク値が低下し５ｋ
Ｈｚ近傍にピークがでているのが分かる。
【００５７】しかしながら、５ｋＨｚのピーク値は小さ
く問題にならないレベルである。これは、キャリア周波
数を３ｋＨｚから５ｋＨｚへ変更することによって、キ
ャリアの一周期中のＯＦＦ時間が短かくなり電流リップ
ルを小さくなったため、ピークはでるがピーク値は小さ
く問題とならないレベルになっている。したがって、キ
ャリア周波数を５ｋＨｚに変更したことによって、電流
リップルの影響により駆動軸を介して装置の騒音・振動
への影響が低減したことをことを表している。また、漏
洩電流はキャリア周波数が大きいほど大きくなるが、本
実施の形態では駆動軸と共振しやすい低回転数領域以外
ではキャリア周波数を小さくしたので、漏洩電流も小さ
くでき信頼性の高い永久磁石形モータを得ることができ
る。
く問題にならないレベルである。これは、キャリア周波
数を３ｋＨｚから５ｋＨｚへ変更することによって、キ
ャリアの一周期中のＯＦＦ時間が短かくなり電流リップ
ルを小さくなったため、ピークはでるがピーク値は小さ
く問題とならないレベルになっている。したがって、キ
ャリア周波数を５ｋＨｚに変更したことによって、電流
リップルの影響により駆動軸を介して装置の騒音・振動
への影響が低減したことをことを表している。また、漏
洩電流はキャリア周波数が大きいほど大きくなるが、本
実施の形態では駆動軸と共振しやすい低回転数領域以外
ではキャリア周波数を小さくしたので、漏洩電流も小さ
くでき信頼性の高い永久磁石形モータを得ることができ
る。
【００５８】図５、図６にキャリア周波数の制御パター
ンの別の一例を示す。図５および図６は本実施の形態の
キャリア周波数の制御パターンを表す図である。図にお
いて、横軸は回転数、縦軸はキャリア周波数を表す。図
５は低回転数領域のキャリア周波数を大きくして一定に
保ち、それ以外の高速回転領域になるにしたがいキャリ
ア周波数を直線的に低減した例、図６は、低回転数領域
ではキャリア周波数を大きくし、回転数の増加とともに
段階的にキャリア周波数を小さくした例である。図５お
よび図６に示した制御パターンはいずれも回転数とキャ
リア周波数が一致することにより共振するのを防止する
ことができる。
ンの別の一例を示す。図５および図６は本実施の形態の
キャリア周波数の制御パターンを表す図である。図にお
いて、横軸は回転数、縦軸はキャリア周波数を表す。図
５は低回転数領域のキャリア周波数を大きくして一定に
保ち、それ以外の高速回転領域になるにしたがいキャリ
ア周波数を直線的に低減した例、図６は、低回転数領域
ではキャリア周波数を大きくし、回転数の増加とともに
段階的にキャリア周波数を小さくした例である。図５お
よび図６に示した制御パターンはいずれも回転数とキャ
リア周波数が一致することにより共振するのを防止する
ことができる。
【００５９】このように、ｄｕｔｙ比を一定に保ったま
まキャリア周波数を増大させることにより、一周期が短
くなりキャリアのＯＮ／ＯＦＦの回数が増え、ＯＦＦ時
間を短くすることができる。例えば、同じ回転数でキャ
リア周波数を６ｋＨＺから１２ｋＨｚと２倍にすること
で、ＯＦＦ時間を半分に短縮することができ、電流リッ
プルを低減できる。図７はキャリア周波数を図２１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図である。
まキャリア周波数を増大させることにより、一周期が短
くなりキャリアのＯＮ／ＯＦＦの回数が増え、ＯＦＦ時
間を短くすることができる。例えば、同じ回転数でキャ
リア周波数を６ｋＨＺから１２ｋＨｚと２倍にすること
で、ＯＦＦ時間を半分に短縮することができ、電流リッ
プルを低減できる。図７はキャリア周波数を図２１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図である。
【００６０】図において横軸は電気角である。電気角は
２極の場合３６０度で１回転し、４極の場合は７２０度
で１回転することを表す。縦軸は各スイッチング素子Ｕ
ａ、Ｕｂ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｗａ、Ｗｂの通電タイミングと
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれの端子電圧及びＵ相、Ｖ
相、Ｗ相にそれぞれ流れる電流波形Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを
示している。通電タイミングはＯＮの状態とＯＦＦの状
態を表し、端子電圧及び電流波形は通電タイミングと同
期して記載してある。本図より、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。
２極の場合３６０度で１回転し、４極の場合は７２０度
で１回転することを表す。縦軸は各スイッチング素子Ｕ
ａ、Ｕｂ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｗａ、Ｗｂの通電タイミングと
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれの端子電圧及びＵ相、Ｖ
相、Ｗ相にそれぞれ流れる電流波形Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを
示している。通電タイミングはＯＮの状態とＯＦＦの状
態を表し、端子電圧及び電流波形は通電タイミングと同
期して記載してある。本図より、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。
【００６１】この電流リップルの低減は、ＰＷＭキャリ
アのＯＮ時間に対してＯＦＦ時間の比率が大きいｄｕｔ
ｙ比の小さい領域、即ち平均電圧が小さく回転数が低
い、負荷トルクの小さい領域ほど有効に作用する。逆
に、回転数が高く、負荷トルクの大きい領域では、ＰＷ
Ｍ制御により平均電圧を大きくする必要があるため、ｄ
ｕｔｙ比を大きくしてキャリアのＯＮ時間に対してＯＦ
Ｆ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。
アのＯＮ時間に対してＯＦＦ時間の比率が大きいｄｕｔ
ｙ比の小さい領域、即ち平均電圧が小さく回転数が低
い、負荷トルクの小さい領域ほど有効に作用する。逆
に、回転数が高く、負荷トルクの大きい領域では、ＰＷ
Ｍ制御により平均電圧を大きくする必要があるため、ｄ
ｕｔｙ比を大きくしてキャリアのＯＮ時間に対してＯＦ
Ｆ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。
【００６２】また、ＨＦＣ系の冷媒を用いた圧縮機に相
溶性はよいが体積抵抗率が小さく漏洩電流が大きくなる
エステル油やポリグリコール油を用いた場合や、漏洩電
流が問題となる高速回転領域であっても、駆動軸や搭載
する機器と共振する回転数領域以外の回転数領域では、
ＰＷＭのキャリア周波数を小さくして運転するようにす
れば、インバータ電源の高調波成分が漏洩して漏洩電流
を増大させるのを防止することができるばかりでなく、
ＰＷＭキャリア周波数に伴うピーク音を低減することが
できる。
溶性はよいが体積抵抗率が小さく漏洩電流が大きくなる
エステル油やポリグリコール油を用いた場合や、漏洩電
流が問題となる高速回転領域であっても、駆動軸や搭載
する機器と共振する回転数領域以外の回転数領域では、
ＰＷＭのキャリア周波数を小さくして運転するようにす
れば、インバータ電源の高調波成分が漏洩して漏洩電流
を増大させるのを防止することができるばかりでなく、
ＰＷＭキャリア周波数に伴うピーク音を低減することが
できる。
【００６３】また、ＰＷＭキャリア周波数切替指令回路
部２０と並列に接続された通電波形切替指令回路部２１
は、速度制御回路部１７の信号を受けて、モータの回転
速度を算出し、各スイッチング素子の相切替に伴うトル
クリップルを小さくし、振動、騒音を抑制するための適
切な通電波形を選定し、転流制御回路部１６へ波形信号
を送出する。通電波形の選定は、ＰＷＭキャリア周波数
切替指令回路部２０と同様に、予め回転数に対する最適
な通電波形の特性を実験的に導出し、通電波形切替指令
回路部２１内にデータベース化して持っておくことによ
り、容易に抽出することができる。
部２０と並列に接続された通電波形切替指令回路部２１
は、速度制御回路部１７の信号を受けて、モータの回転
速度を算出し、各スイッチング素子の相切替に伴うトル
クリップルを小さくし、振動、騒音を抑制するための適
切な通電波形を選定し、転流制御回路部１６へ波形信号
を送出する。通電波形の選定は、ＰＷＭキャリア周波数
切替指令回路部２０と同様に、予め回転数に対する最適
な通電波形の特性を実験的に導出し、通電波形切替指令
回路部２１内にデータベース化して持っておくことによ
り、容易に抽出することができる。
【００６４】トルクリップルを抑制するためには、相切
替時のトルクリップルの落ち込みを抑制する必要があ
り、そのために本実施の形態では、通電波形を切り換え
るようにしてある。図８、図９、図１０はトルクリップ
ルを低減させるための通電波形の一例であり、横軸に電
気角を、縦軸に各相に流れる電流値を示した図である。
図８は、電流波形を正弦波波形にした正弦波通電の電流
波形を示した図、図９は、図８の正弦波波形電流に対
し、零クロス点の前後略１５度の電流値を零として部分
的な正弦波波形にした部分正弦波通電の電流波形を示し
た図、図１０は、１２０度矩形波通電の前後の通電幅を
広げて１３０度以上の通電幅とすることでトルクの発生
領域を拡大して、他の相の発生トルクとラップさせるこ
とで相切替時のトルクの落ち込みを抑制したオーバーラ
ップ通電の電流波形を表した図である。
替時のトルクリップルの落ち込みを抑制する必要があ
り、そのために本実施の形態では、通電波形を切り換え
るようにしてある。図８、図９、図１０はトルクリップ
ルを低減させるための通電波形の一例であり、横軸に電
気角を、縦軸に各相に流れる電流値を示した図である。
図８は、電流波形を正弦波波形にした正弦波通電の電流
波形を示した図、図９は、図８の正弦波波形電流に対
し、零クロス点の前後略１５度の電流値を零として部分
的な正弦波波形にした部分正弦波通電の電流波形を示し
た図、図１０は、１２０度矩形波通電の前後の通電幅を
広げて１３０度以上の通電幅とすることでトルクの発生
領域を拡大して、他の相の発生トルクとラップさせるこ
とで相切替時のトルクの落ち込みを抑制したオーバーラ
ップ通電の電流波形を表した図である。
【００６５】トルクリップルの抑制効果としては、正弦
波通電、部分正弦波通電、オーバーラップ通電、１２０
度矩形波通電の順に小さくなるが、コストは１２０度矩
形波通電、オーバーラップ通電、部分正弦波通電、正弦
波通電の順に高くなるので、それぞれの機器の回転数、
負荷条件と必要な性能（振動、騒音）に応じて使い分け
ることによって有効な効果を得ることができる。図１１
はルームエアコンに搭載された圧縮駆動用モータの運転
範囲として、回転数に対する負荷トルクの特性と通電波
形の関係を示した図である。図において、横軸は回転数
を表し、縦軸は負荷トルクを表している。図に示したよ
うに駆動軸や機器の共振周波数と一致しやすい比較的低
回転数領域では、上述したオーバーラップ通電、部分正
弦波通電、正弦波通電とし、その後は安価な１２０度矩
形波通電に切り換えれば良い。
波通電、部分正弦波通電、オーバーラップ通電、１２０
度矩形波通電の順に小さくなるが、コストは１２０度矩
形波通電、オーバーラップ通電、部分正弦波通電、正弦
波通電の順に高くなるので、それぞれの機器の回転数、
負荷条件と必要な性能（振動、騒音）に応じて使い分け
ることによって有効な効果を得ることができる。図１１
はルームエアコンに搭載された圧縮駆動用モータの運転
範囲として、回転数に対する負荷トルクの特性と通電波
形の関係を示した図である。図において、横軸は回転数
を表し、縦軸は負荷トルクを表している。図に示したよ
うに駆動軸や機器の共振周波数と一致しやすい比較的低
回転数領域では、上述したオーバーラップ通電、部分正
弦波通電、正弦波通電とし、その後は安価な１２０度矩
形波通電に切り換えれば良い。
【００６６】モータの回転速度はたとえばルームエアコ
ン用の圧縮機の場合は、６０min-1〜８０００min-1と広
範囲に渡って可変速制御されるため、何れかの周波数帯
で駆動軸の共振周波数とぶつかることとなり、従来の１
２０度矩形波通電で駆動軸との共振を避けることは非常
に困難となる。特に、圧縮機モータの場合、ロータの軸
共振が数百Ｈｚ、トルクリップルの周期は本モータ（３
相４極６スロット）の場合、ｆを周波数とすれば１２ｆ
（１回転中に１２回の周期で発生）となり、低速回転領
域で駆動軸の共振周波数にぶつかることとなる。
ン用の圧縮機の場合は、６０min-1〜８０００min-1と広
範囲に渡って可変速制御されるため、何れかの周波数帯
で駆動軸の共振周波数とぶつかることとなり、従来の１
２０度矩形波通電で駆動軸との共振を避けることは非常
に困難となる。特に、圧縮機モータの場合、ロータの軸
共振が数百Ｈｚ、トルクリップルの周期は本モータ（３
相４極６スロット）の場合、ｆを周波数とすれば１２ｆ
（１回転中に１２回の周期で発生）となり、低速回転領
域で駆動軸の共振周波数にぶつかることとなる。
【００６７】このため、駆動軸と共振する低速回転領域
において、通電波形切替指令回路部２１により、駆動軸
との共振を増大させる加振源となるトルクリップルを抑
制するために、正弦波通電、または、部分正弦波通電、
または、オーバーラップ通電に切替可能にすることによ
って、駆動軸との共振を回避して低振動で低騒音な永久
磁石形モータを得ることができる。
において、通電波形切替指令回路部２１により、駆動軸
との共振を増大させる加振源となるトルクリップルを抑
制するために、正弦波通電、または、部分正弦波通電、
または、オーバーラップ通電に切替可能にすることによ
って、駆動軸との共振を回避して低振動で低騒音な永久
磁石形モータを得ることができる。
【００６８】また、１２０度矩形波通電で運転中のモー
タが、還流時間が長くなり誘起電圧の零クロス点が環流
電流に埋もれてしまうようなあらかじめ設定された回転
数になると、設定回転数を超えたことを速度制御回路部
１７によって検出する。速度制御回路部１７が設定回転
数を超えたことを検出すると、通電波形切替指令回路部
２１は、速度指令回路部１７の信号を受けて、図１２に
示すように通電幅を１２０度よりも小さくする１２０度
未満矩形波通電となるように転流制御回路１６へ通電波
形切替の指令を送出する。図１２は、１２０度未満通電
の電流波形を示した図であり、横軸に電気角を、縦軸に
各相の電流値を表しており、各相の通電区間がオーバー
ラップしない１２０度未満矩形波通電の電流波形を表し
ている。
タが、還流時間が長くなり誘起電圧の零クロス点が環流
電流に埋もれてしまうようなあらかじめ設定された回転
数になると、設定回転数を超えたことを速度制御回路部
１７によって検出する。速度制御回路部１７が設定回転
数を超えたことを検出すると、通電波形切替指令回路部
２１は、速度指令回路部１７の信号を受けて、図１２に
示すように通電幅を１２０度よりも小さくする１２０度
未満矩形波通電となるように転流制御回路１６へ通電波
形切替の指令を送出する。図１２は、１２０度未満通電
の電流波形を示した図であり、横軸に電気角を、縦軸に
各相の電流値を表しており、各相の通電区間がオーバー
ラップしない１２０度未満矩形波通電の電流波形を表し
ている。
【００６９】１２０度未満矩形波通電に切り換えること
により、誘起電圧の零クロス点が環流電流による影響で
埋もれてしまうことがなくなり、ロータの位置検出を確
実にできるようになり、信頼性の高い永久磁石形モータ
及び制御装置を得ることができる。本実施の形態では誘
起電圧検出部１４によりロータの位置を検出するセンサ
レスの永久磁石型モータについて説明したが、別にセン
サレスでなくても良く、エンコーダをロータの軸に取り
つけたり、あるいはホール素子をステータに取りつける
センサ有りの永久磁石型モータを使用しても同様の効果
が得られる。
により、誘起電圧の零クロス点が環流電流による影響で
埋もれてしまうことがなくなり、ロータの位置検出を確
実にできるようになり、信頼性の高い永久磁石形モータ
及び制御装置を得ることができる。本実施の形態では誘
起電圧検出部１４によりロータの位置を検出するセンサ
レスの永久磁石型モータについて説明したが、別にセン
サレスでなくても良く、エンコーダをロータの軸に取り
つけたり、あるいはホール素子をステータに取りつける
センサ有りの永久磁石型モータを使用しても同様の効果
が得られる。
【００７０】実施の形態２．本発明の実施の形態１では
永久磁石型モータのロータに、永久磁石６を表面に配置
した表面磁石配置形構造の永久磁石型モータを例に説明
したが、例えば図１３、図１４，図１５に示すように永
久磁石をロータ内部に埋め込んだ構造のものにも適用可
能である。図１３はＤ字形状の永久磁石を円弧側が駆動
軸方向に向くように配置したＤ字形永久磁石埋め込み構
造のロータの断面図、図１４は８枚の直方体の磁石をＶ
字形に配置したＶ字形永久磁石埋め込み構造のロータの
断面図、図１５は４枚の直方体の永久磁石を口形に配置
した口形永久磁石埋め込み構造のロータの断面図であ
る。
永久磁石型モータのロータに、永久磁石６を表面に配置
した表面磁石配置形構造の永久磁石型モータを例に説明
したが、例えば図１３、図１４，図１５に示すように永
久磁石をロータ内部に埋め込んだ構造のものにも適用可
能である。図１３はＤ字形状の永久磁石を円弧側が駆動
軸方向に向くように配置したＤ字形永久磁石埋め込み構
造のロータの断面図、図１４は８枚の直方体の磁石をＶ
字形に配置したＶ字形永久磁石埋め込み構造のロータの
断面図、図１５は４枚の直方体の永久磁石を口形に配置
した口形永久磁石埋め込み構造のロータの断面図であ
る。
【００７１】図において、６６、７６、８６は駆動軸、
６７、７７、８７はロータのコア部、６８、７８、８８
は永久磁石であり、６９、７９、８９はロータである。
動作および駆動制御は実施の形態１と同等である。図１
３、図１４、図１５に示したような埋め込み磁石形ロー
タは、磁石表面配置形ロータと異なり、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
ることによるロータ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、磁石表面配置形ロータと比
べてトルクリップルが増大するので、実施の形態１で示
した方法を用いて、低負荷、低回転領域において通電波
形切替回路部２１により、トルクリップルを低減できる
正弦波駆動に切り替えることで、磁石表面配置型のロー
タと比べても、トルクリップルに伴うロータ軸共振を大
幅に低減することができ、騒音も抑制することができ
る。
６７、７７、８７はロータのコア部、６８、７８、８８
は永久磁石であり、６９、７９、８９はロータである。
動作および駆動制御は実施の形態１と同等である。図１
３、図１４、図１５に示したような埋め込み磁石形ロー
タは、磁石表面配置形ロータと異なり、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
ることによるロータ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、磁石表面配置形ロータと比
べてトルクリップルが増大するので、実施の形態１で示
した方法を用いて、低負荷、低回転領域において通電波
形切替回路部２１により、トルクリップルを低減できる
正弦波駆動に切り替えることで、磁石表面配置型のロー
タと比べても、トルクリップルに伴うロータ軸共振を大
幅に低減することができ、騒音も抑制することができ
る。
【００７２】実施の形態３．本実施の形態３では、実施
の形態１で示した分布巻ステータの変わりに、分布巻線
仕様よりも効率が良い図３に示した１つの磁極ティース
毎に直接巻線を巻き付けた集中巻ステータに適用した場
合について説明する。図３は、集中巻線を用いた永久磁
石型モータの断面図であり、５１は内周面に軸方向へ延
びる６本のスロット５２が設けられている円筒状のステ
ータコアであり、スロット５２間にはティース部５３が
形成されている。５４は各スロット５２内にそれぞれ挿
入されている巻線であり、これらの巻線５４はＵ相、Ｖ
相、Ｗ相の３つの相よって形成されており、スロット５
２に直接巻かれた直接巻線仕様であり、３相４極を形成
するようにＹ結線されている。５５はステータコア５１
及び巻線５４を有するステータである。
の形態１で示した分布巻ステータの変わりに、分布巻線
仕様よりも効率が良い図３に示した１つの磁極ティース
毎に直接巻線を巻き付けた集中巻ステータに適用した場
合について説明する。図３は、集中巻線を用いた永久磁
石型モータの断面図であり、５１は内周面に軸方向へ延
びる６本のスロット５２が設けられている円筒状のステ
ータコアであり、スロット５２間にはティース部５３が
形成されている。５４は各スロット５２内にそれぞれ挿
入されている巻線であり、これらの巻線５４はＵ相、Ｖ
相、Ｗ相の３つの相よって形成されており、スロット５
２に直接巻かれた直接巻線仕様であり、３相４極を形成
するようにＹ結線されている。５５はステータコア５１
及び巻線５４を有するステータである。
【００７３】５６はステータ５５の軸線上に配置され、
ステータ５５に対して回転可能になるように軸受けなど
により支持されているロータを有する駆動軸、５７は駆
動軸５６に固定されているロータのコア部、５８はコア
部５７の外周面に固定されている複数の永久磁石であ
り、これらの永久磁石５８は、Ｎ極とＳ極とが交互にな
るように着磁されている。５９はコア部５７及び永久磁
石５８を有するロータであり、このロータ５９とステー
タ５５との間には、空隙６０が設けられている。駆動回
路および動作は実施の形態１と同等である。
ステータ５５に対して回転可能になるように軸受けなど
により支持されているロータを有する駆動軸、５７は駆
動軸５６に固定されているロータのコア部、５８はコア
部５７の外周面に固定されている複数の永久磁石であ
り、これらの永久磁石５８は、Ｎ極とＳ極とが交互にな
るように着磁されている。５９はコア部５７及び永久磁
石５８を有するロータであり、このロータ５９とステー
タ５５との間には、空隙６０が設けられている。駆動回
路および動作は実施の形態１と同等である。
【００７４】ステータに集中巻線を用いた場合、ステー
タ側の作る起磁力分布は矩形波的に変化するため、正弦
波的に変化する分布巻線仕様のステータと比べて、高次
の高調波成分を多く含んでいる。したがって、集中巻を
用いた永久磁石型モータは、分布巻線仕様のステータを
用いた永久磁石型モータと比べて、必然的にトルクリッ
プルが大きなモータとなる。したがって、集中巻ステー
タを用いた永久磁石型モータに、本発明の実施の形態１
で示した方法を用いて、低負荷、低回転領域では通電波
形切替指令回路部２１にて、トルクリップルを抑制でき
る正弦波駆動に切り替えることで、トルクリップルに伴
うロータを有する駆動軸の共振を大幅に低減することが
でき、騒音を抑制することができる。
タ側の作る起磁力分布は矩形波的に変化するため、正弦
波的に変化する分布巻線仕様のステータと比べて、高次
の高調波成分を多く含んでいる。したがって、集中巻を
用いた永久磁石型モータは、分布巻線仕様のステータを
用いた永久磁石型モータと比べて、必然的にトルクリッ
プルが大きなモータとなる。したがって、集中巻ステー
タを用いた永久磁石型モータに、本発明の実施の形態１
で示した方法を用いて、低負荷、低回転領域では通電波
形切替指令回路部２１にて、トルクリップルを抑制でき
る正弦波駆動に切り替えることで、トルクリップルに伴
うロータを有する駆動軸の共振を大幅に低減することが
でき、騒音を抑制することができる。
【００７５】また、図３では、６スロット４極の構造を
示してたが、Ｎを１以上の整数とした時の３Ｎスロット
２Ｎ極や３Ｎスロット４Ｎ極などロータが回転駆動可能
な全ての組み合わせについて適用可能であることは言う
までもない。
示してたが、Ｎを１以上の整数とした時の３Ｎスロット
２Ｎ極や３Ｎスロット４Ｎ極などロータが回転駆動可能
な全ての組み合わせについて適用可能であることは言う
までもない。
【００７６】実施の形態４．図１６は、実施の形態１〜
実施の形態３で示した永久磁石形モータをルームエアコ
ンや冷蔵庫などの冷凍・空調装置に用いられる圧縮機に
適用した場合の構成を示す図である。
実施の形態３で示した永久磁石形モータをルームエアコ
ンや冷蔵庫などの冷凍・空調装置に用いられる圧縮機に
適用した場合の構成を示す図である。
【００７７】図において、２２は圧縮機の筐体であり、
内部にロータ９を有する駆動軸６、ステータ５を有して
いる。ステータ５は、焼きばめなどにより、圧縮機の筐
体２２に固着され、そのステータ３の内側に０．５〜１
ｍｍ程度の空隙１０を隔てて、ロータ９を挿入し、この
ロータ９を有する駆動軸は回転可能な状態で保持されて
いる。また、圧縮機の筐体２２には圧縮機要素部２４に
冷媒を吸入させるための吸入配管２５と圧縮した冷媒を
吐出する吐出配管２３が接続されている。
内部にロータ９を有する駆動軸６、ステータ５を有して
いる。ステータ５は、焼きばめなどにより、圧縮機の筐
体２２に固着され、そのステータ３の内側に０．５〜１
ｍｍ程度の空隙１０を隔てて、ロータ９を挿入し、この
ロータ９を有する駆動軸は回転可能な状態で保持されて
いる。また、圧縮機の筐体２２には圧縮機要素部２４に
冷媒を吸入させるための吸入配管２５と圧縮した冷媒を
吐出する吐出配管２３が接続されている。
【００７８】したがって、駆動軸６に共振が発生した場
合、圧縮機要素部２４に伝わって、圧縮機の筐体２２や
吸入配管２５や吐出配管２３へ伝達され、圧縮機の振
動、騒音を引き起こすこととなり、さらにこの圧縮機の
振動、騒音が冷凍・空調装置の圧縮機を搭載している室
外機や室内機が振動し、騒音を発することになる。しか
し、実施の形態１〜実施の形態３で説明した永久磁石形
モータ及びその制御方法を冷凍・空調装置の圧縮機に適
用すれば、ロータを有する駆動軸６の振動が圧縮機およ
び圧縮機の吸入配管２５や吐出配管２３に伝達して共振
を引き起こすことがなくなり、振動、騒音が低減でき
る。また、防振材などの配管の共振対策のための部品を
削減でき、安価で低振動、低騒音な圧縮機および冷凍・
空調装置が得られる。
合、圧縮機要素部２４に伝わって、圧縮機の筐体２２や
吸入配管２５や吐出配管２３へ伝達され、圧縮機の振
動、騒音を引き起こすこととなり、さらにこの圧縮機の
振動、騒音が冷凍・空調装置の圧縮機を搭載している室
外機や室内機が振動し、騒音を発することになる。しか
し、実施の形態１〜実施の形態３で説明した永久磁石形
モータ及びその制御方法を冷凍・空調装置の圧縮機に適
用すれば、ロータを有する駆動軸６の振動が圧縮機およ
び圧縮機の吸入配管２５や吐出配管２３に伝達して共振
を引き起こすことがなくなり、振動、騒音が低減でき
る。また、防振材などの配管の共振対策のための部品を
削減でき、安価で低振動、低騒音な圧縮機および冷凍・
空調装置が得られる。
【００７９】
【発明の効果】上記のように、この発明の請求項１記載
の永久磁石型モータの制御装置は、複数相の電機子巻線
を有する固定子と駆動軸に回転子を有する永久磁石を用
いた可変速モータにおいて、前記電機子巻線に接続され
る複数個の駆動用スイッチング素子により構成されるイ
ンバータ回路と、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手段と、キャリア周波数
生成手段により生成されたキャリア周波数にしたがって
スイッチング素子群を順次切り換える制御手段と、回転
子の位置を検出する回転子位置検出手段と、回転子位置
検出手段によりの位置情報をもとに回転数を演算する回
転数演算手段と、を備え、回転数演算手段により得られ
た回転数に対応して、キャリア周波数生成手段により生
成されるキャリア周波数を変更するようにしたので、モ
ータの回転数に応じて、最適なキャリア周波数で運転で
きるようになり、キャリアによる電流リップルが低減
し、低回転数領域で使用しても振動、騒音を低減するこ
とができる。
の永久磁石型モータの制御装置は、複数相の電機子巻線
を有する固定子と駆動軸に回転子を有する永久磁石を用
いた可変速モータにおいて、前記電機子巻線に接続され
る複数個の駆動用スイッチング素子により構成されるイ
ンバータ回路と、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手段と、キャリア周波数
生成手段により生成されたキャリア周波数にしたがって
スイッチング素子群を順次切り換える制御手段と、回転
子の位置を検出する回転子位置検出手段と、回転子位置
検出手段によりの位置情報をもとに回転数を演算する回
転数演算手段と、を備え、回転数演算手段により得られ
た回転数に対応して、キャリア周波数生成手段により生
成されるキャリア周波数を変更するようにしたので、モ
ータの回転数に応じて、最適なキャリア周波数で運転で
きるようになり、キャリアによる電流リップルが低減
し、低回転数領域で使用しても振動、騒音を低減するこ
とができる。
【００８０】請求項２の発明に係わる永久磁石型モータ
の制御装置は、制御手段に 通電波形の信号を送出する
通電波形切り換え手段と、回転数を検出する検出手段
と、を備え、検出手段により検出した回転数に応じて、
通電波形切り換え手段により生成される通電波形を切り
換えるようにしたので、駆動軸の共振により相切り換え
時のトルクリップルが増幅されるのを低減でき、振動、
騒音を低減することができる。
の制御装置は、制御手段に 通電波形の信号を送出する
通電波形切り換え手段と、回転数を検出する検出手段
と、を備え、検出手段により検出した回転数に応じて、
通電波形切り換え手段により生成される通電波形を切り
換えるようにしたので、駆動軸の共振により相切り換え
時のトルクリップルが増幅されるのを低減でき、振動、
騒音を低減することができる。
【００８１】請求項３記載の永久磁石型モータ制御装置
は、複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回転
子を有する永久磁石を用いた可変速モータにおいて、電
機子巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子
により構成されスイッチング素子群を順次切り換える制
御手段と、通電波形の信号を制御手段に送出する通電波
形切り換え手段と、回転数を検出する検出手段と、を備
え、検出手段により検出した回転数に応じて、通電波形
切り換え手段によって生成される通電波形を切り換える
ようにしたので、回転数が駆動軸の共振周波数と略一致
するような低回転数領域で使用しても、共振により発生
するモータの加振力を低減することができ、低振動で低
騒音な永久磁石モータを得ることができる。
は、複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回転
子を有する永久磁石を用いた可変速モータにおいて、電
機子巻線に接続される複数個の駆動用スイッチング素子
により構成されスイッチング素子群を順次切り換える制
御手段と、通電波形の信号を制御手段に送出する通電波
形切り換え手段と、回転数を検出する検出手段と、を備
え、検出手段により検出した回転数に応じて、通電波形
切り換え手段によって生成される通電波形を切り換える
ようにしたので、回転数が駆動軸の共振周波数と略一致
するような低回転数領域で使用しても、共振により発生
するモータの加振力を低減することができ、低振動で低
騒音な永久磁石モータを得ることができる。
【００８２】請求項４記載の永久磁石型モータの制御装
置は、検出手段により検出した回転数が駆動軸の共振周
波数と略一致する回転数領域では、通電波形が正弦波形
状である正弦波通電とし、それ以外の回転数領域では電
気角で１２０度相当分通電し通電波形が矩形波形状であ
る１２０度矩形波通電となるように通電波形を切り換え
るようにしたので、相切り換え時のトルクリップルを低
減でき、低振動、低騒音な永久磁石形モータを得ること
ができる。
置は、検出手段により検出した回転数が駆動軸の共振周
波数と略一致する回転数領域では、通電波形が正弦波形
状である正弦波通電とし、それ以外の回転数領域では電
気角で１２０度相当分通電し通電波形が矩形波形状であ
る１２０度矩形波通電となるように通電波形を切り換え
るようにしたので、相切り換え時のトルクリップルを低
減でき、低振動、低騒音な永久磁石形モータを得ること
ができる。
【００８３】請求項５記載の永久磁石型モータの制御装
置は、検出手段により検出した回転数が駆動軸の共振周
波数と略一致する回転数領域では、通電波形の一部が正
弦波形状である部分正弦波通電とし、それ以外の回転数
領域では電気角で１２０度相当分通電し通電波形が矩形
波形状である１２０度矩形波通電となるように通電波形
を切り換えるようにしたので、相切り換え時のトルクリ
ップルを低減でき、低振動、低騒音で安価な永久磁石形
モータを得ることができる。
置は、検出手段により検出した回転数が駆動軸の共振周
波数と略一致する回転数領域では、通電波形の一部が正
弦波形状である部分正弦波通電とし、それ以外の回転数
領域では電気角で１２０度相当分通電し通電波形が矩形
波形状である１２０度矩形波通電となるように通電波形
を切り換えるようにしたので、相切り換え時のトルクリ
ップルを低減でき、低振動、低騒音で安価な永久磁石形
モータを得ることができる。
【００８４】請求項６の発明に係わる永久磁石型モータ
の制御装置は、検出手段により検出した回転数が駆動軸
の共振周波数と略一致する回転数領域では、電気角で１
２０度以上通電し通電波形が矩形波形状であるオーバー
ラップ矩形波通電とし、それ以外の回転数領域では電気
角で１２０度相当分だけ通電波形が矩形波形状である１
２０度矩形波通電となるように通電波形を切り換えるよ
うにしたので、相切り換え時のトルクリップルを低減で
き、低振動、低騒音な永久磁石形モータを得ることがで
きる。
の制御装置は、検出手段により検出した回転数が駆動軸
の共振周波数と略一致する回転数領域では、電気角で１
２０度以上通電し通電波形が矩形波形状であるオーバー
ラップ矩形波通電とし、それ以外の回転数領域では電気
角で１２０度相当分だけ通電波形が矩形波形状である１
２０度矩形波通電となるように通電波形を切り換えるよ
うにしたので、相切り換え時のトルクリップルを低減で
き、低振動、低騒音な永久磁石形モータを得ることがで
きる。
【００８５】請求項７の発明に係わる永久磁石型モータ
の制御装置は、回転数が所定の値を超えた場合、通電波
形が電気角で１２０度よりも少なく通電する１２０度未
満の範囲だけ通電する１２０度未満通電とするようにし
たので、ロータの位置検出を確実にできるようになり、
信頼性の高いモータおよび制御方法を実現することがで
きる。
の制御装置は、回転数が所定の値を超えた場合、通電波
形が電気角で１２０度よりも少なく通電する１２０度未
満の範囲だけ通電する１２０度未満通電とするようにし
たので、ロータの位置検出を確実にできるようになり、
信頼性の高いモータおよび制御方法を実現することがで
きる。
【００８６】請求項８の発明に係わる永久磁石型モータ
の制御装置は、永久磁石を回転子内部に埋め込んだ永久
磁石埋込型回転子を用いたので、フレミングの左手の法
則に従うマグネットトルクの他に、リラクタンストルク
が重畳した大きなトルクリップルの成分を大幅に低減す
ることができ、低振動で低騒音な永久磁石型モータの制
御方法を得ることができる。
の制御装置は、永久磁石を回転子内部に埋め込んだ永久
磁石埋込型回転子を用いたので、フレミングの左手の法
則に従うマグネットトルクの他に、リラクタンストルク
が重畳した大きなトルクリップルの成分を大幅に低減す
ることができ、低振動で低騒音な永久磁石型モータの制
御方法を得ることができる。
【００８７】請求項９の発明に係わる永久磁石型モータ
は、請求項１乃至請求項９に記載の制御装置にて駆動さ
れる永久磁石モータにおいて、スロット間に設けられた
ティース部ごとに巻線を巻付けた集中巻ステータを使用
したので、高次の起磁力高調波に起因するトルクリップ
ル成分を抑制することができ、低振動・低騒音で効率の
良い永久磁石型モータを得ることができる。
は、請求項１乃至請求項９に記載の制御装置にて駆動さ
れる永久磁石モータにおいて、スロット間に設けられた
ティース部ごとに巻線を巻付けた集中巻ステータを使用
したので、高次の起磁力高調波に起因するトルクリップ
ル成分を抑制することができ、低振動・低騒音で効率の
良い永久磁石型モータを得ることができる。
【００８８】請求項１０の発明に係わる圧縮機は、請求
項９に記載の永久磁石型モータを適用したので、駆動軸
の振動が圧縮機の配管等に伝達して共振を引き起こすこ
とがなくなり、防振材などの配管の共振対策のための部
品などを削減でき、安価で低振動、低騒音な圧縮機を得
ることができる。
項９に記載の永久磁石型モータを適用したので、駆動軸
の振動が圧縮機の配管等に伝達して共振を引き起こすこ
とがなくなり、防振材などの配管の共振対策のための部
品などを削減でき、安価で低振動、低騒音な圧縮機を得
ることができる。
【００８９】請求項１１の発明に係わる冷凍・空調装置
は、冷凍サイクルを構成する冷凍・空調装置において、
複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回転子を
有する永久磁石を用いた可変速モータと、電機子巻線に
接続される複数個の駆動用スイッチング素子により構成
されるインバータ回路と、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手段と、キャリ
ア周波数生成手段により生成されたキャリア周波数にし
たがってスイッチング素子群を順次切り換える制御手段
と、回転子の位置を検出する回転子位置検出手段と、回
転子位置検出手段によりの位置情報をもとに回転数を演
算する回転数演算手段と、を備え、回転数演算手段によ
り得られた回転数に対応して、キャリア周波数生成手段
により生成されるキャリア周波数を変更するように永久
磁石型モータを制御するようにしたので、低回転数領域
で使用しても装置の振動、騒音を低減することができる
冷凍・空調装置を得ることができる。
は、冷凍サイクルを構成する冷凍・空調装置において、
複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回転子を
有する永久磁石を用いた可変速モータと、電機子巻線に
接続される複数個の駆動用スイッチング素子により構成
されるインバータ回路と、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手段と、キャリ
ア周波数生成手段により生成されたキャリア周波数にし
たがってスイッチング素子群を順次切り換える制御手段
と、回転子の位置を検出する回転子位置検出手段と、回
転子位置検出手段によりの位置情報をもとに回転数を演
算する回転数演算手段と、を備え、回転数演算手段によ
り得られた回転数に対応して、キャリア周波数生成手段
により生成されるキャリア周波数を変更するように永久
磁石型モータを制御するようにしたので、低回転数領域
で使用しても装置の振動、騒音を低減することができる
冷凍・空調装置を得ることができる。
【００９０】請求項１２の発明に係わる冷凍・空調装置
は、冷凍サイクルを構成する冷凍・空調装置において、
複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回転子を
有する永久磁石を用いた可変速モータにおいて、電機子
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
り構成されスイッチング素子群を順次切り換える制御手
段と、通電波形の信号を制御手段に送出する通電波形切
り換え手段と、回転数を検出する検出手段と、を備え、
検出手段により検出した回転数が回転子を有する駆動軸
あるいは冷凍・空調装置の共振周波数と略一致する回転
数領域において、通電波形切り換え手段によって生成さ
れる通電波形を切り換えるように永久磁石型モータを制
御するようにしたので、回転数が駆動軸の共振周波数お
よび装置の共振周波数と略一致しやすい低回転数領域
で、共振することより発生する加振力を低減して、低振
動で低騒音な冷凍・空調装置を得ることができる。
は、冷凍サイクルを構成する冷凍・空調装置において、
複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動軸に回転子を
有する永久磁石を用いた可変速モータにおいて、電機子
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
り構成されスイッチング素子群を順次切り換える制御手
段と、通電波形の信号を制御手段に送出する通電波形切
り換え手段と、回転数を検出する検出手段と、を備え、
検出手段により検出した回転数が回転子を有する駆動軸
あるいは冷凍・空調装置の共振周波数と略一致する回転
数領域において、通電波形切り換え手段によって生成さ
れる通電波形を切り換えるように永久磁石型モータを制
御するようにしたので、回転数が駆動軸の共振周波数お
よび装置の共振周波数と略一致しやすい低回転数領域
で、共振することより発生する加振力を低減して、低振
動で低騒音な冷凍・空調装置を得ることができる。
【００９１】請求項１３の発明に係わる冷凍・空調は、
冷凍サイクルを構成する圧縮機に適用したので、圧縮機
より発生する加振源を低減することができ、室外機ユニ
ットなどの装置への振動の伝達を抑制でき、低振動、低
騒音な冷凍・空調装置を得ることができる。
冷凍サイクルを構成する圧縮機に適用したので、圧縮機
より発生する加振源を低減することができ、室外機ユニ
ットなどの装置への振動の伝達を抑制でき、低振動、低
騒音な冷凍・空調装置を得ることができる。
【００９２】請求項１４の発明に係わる冷凍・空調装置
は、冷凍サイクル内を循環する冷媒にＨＦＣ系冷媒を使
用したので、高速運転時でも漏洩電流を低減できる信頼
性の高い冷凍・空調装置を得ることができる。
は、冷凍サイクル内を循環する冷媒にＨＦＣ系冷媒を使
用したので、高速運転時でも漏洩電流を低減できる信頼
性の高い冷凍・空調装置を得ることができる。
【００９３】請求項１５の発明に係わる永久磁石型モー
タの制御方法は、複数相の電機子巻線と回転子を有する
永久磁石を用いた可変速モータにおいて、電機子巻線に
接続される複数個の駆動用スイッチング素子により構成
されるインバータ回路のスイッチング素子群を順次切り
換える切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成ス
テップと、キャリア周波数生成ステップにて生成された
キャリア周波数にしたがって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り換えステップと、回転
子の位置を検出する回転子位置検出ステップと、回転子
位置検出ステップにより得られた位置情報をもとに回転
数を演算する回転数演算ステップと、を備え、回転数演
算ステップにより得られた回転数に応じてキャリア周波
数生成ステップにより生成されるキャリア周波数を変更
するようにしたので、モータの回転数に応じて、最適な
キャリア周波数で運転できるようになり、キャリアによ
る電流リップルが低減し、振動、騒音を抑制することが
できる。
タの制御方法は、複数相の電機子巻線と回転子を有する
永久磁石を用いた可変速モータにおいて、電機子巻線に
接続される複数個の駆動用スイッチング素子により構成
されるインバータ回路のスイッチング素子群を順次切り
換える切り換え周波数を生成するキャリア周波数生成ス
テップと、キャリア周波数生成ステップにて生成された
キャリア周波数にしたがって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り換えステップと、回転
子の位置を検出する回転子位置検出ステップと、回転子
位置検出ステップにより得られた位置情報をもとに回転
数を演算する回転数演算ステップと、を備え、回転数演
算ステップにより得られた回転数に応じてキャリア周波
数生成ステップにより生成されるキャリア周波数を変更
するようにしたので、モータの回転数に応じて、最適な
キャリア周波数で運転できるようになり、キャリアによ
る電流リップルが低減し、振動、騒音を抑制することが
できる。
【００９４】請求項１６の発明に係わる永久磁石型モー
タの制御方法は、複数相の電機子巻線と回転子を有する
永久磁石を用いた可変速モータにおいて、電機子巻線に
接続される複数個の駆動用スイッチング素子により構成
されるインバータ回路に 通電波形の信号を送出する通
電波形切り換えステップと、回転数を検出する回転数検
出ステップと、を備え、回転数検出ステップにより検出
した回転数に応じて、通電波形切り換えステップにより
生成される通電波形を切り換えるようにしたので、駆動
軸の共振周波数と略一致する低回転数領域でのトルクリ
ップルの増加に伴うロータを有する駆動軸の共振を抑制
することができ、永久磁石型モータの振動、騒音を抑制
することができる。
タの制御方法は、複数相の電機子巻線と回転子を有する
永久磁石を用いた可変速モータにおいて、電機子巻線に
接続される複数個の駆動用スイッチング素子により構成
されるインバータ回路に 通電波形の信号を送出する通
電波形切り換えステップと、回転数を検出する回転数検
出ステップと、を備え、回転数検出ステップにより検出
した回転数に応じて、通電波形切り換えステップにより
生成される通電波形を切り換えるようにしたので、駆動
軸の共振周波数と略一致する低回転数領域でのトルクリ
ップルの増加に伴うロータを有する駆動軸の共振を抑制
することができ、永久磁石型モータの振動、騒音を抑制
することができる。
【図１】 本発明の実施の形態１による永久磁石型モー
タの制御装置および制御方法を示すブロック図である。
タの制御装置および制御方法を示すブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態１による分布巻線を用い
た永久磁石型モータの断面図である。
た永久磁石型モータの断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態３による集中巻線を用い
た永久磁石型モータの断面図である。
た永久磁石型モータの断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態１による永久磁石型モー
タのキャリア周波数の制御パターンを示す図である。
タのキャリア周波数の制御パターンを示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態１による永久磁石型モー
タのキャリア周波数の制御パターンを示す図である。
タのキャリア周波数の制御パターンを示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態１による永久磁石型モー
タのキャリア周波数の制御パターンを示す図である。
タのキャリア周波数の制御パターンを示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態１による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端子電圧及
び各相の電流波形を示した図である。
通電におけるスイッチングパターンと各相の端子電圧及
び各相の電流波形を示した図である。
【図８】 本発明の実施の形態１による正弦波通電の電
流波形を表した図である。
流波形を表した図である。
【図９】 本発明の実施の形態１による部分的な正弦波
通電の電流波形を表した図である。
通電の電流波形を表した図である。
【図１０】 本発明の実施の形態１によるオーバーラッ
プ通電の電流波形を表した図である。
プ通電の電流波形を表した図である。
【図１１】 本発明の実施の形態１による回転数に対す
る負荷トルクの特性と通電波形の関係を示した図であ
る。
る負荷トルクの特性と通電波形の関係を示した図であ
る。
【図１２】 本発明の実施の形態１による１２０度未満
通電の電流波形を示した図である。
通電の電流波形を示した図である。
【図１３】 本発明の実施の形態２によるD字形永久磁
石埋め込み構造のロータ断面図である。
石埋め込み構造のロータ断面図である。
【図１４】 本発明の実施の形態２によるV字形永久磁
石埋め込み構造のロータ断面図である。
石埋め込み構造のロータ断面図である。
【図１５】 本発明の実施の形態２による口形永久磁石
埋め込み構造のロータ断面図である。
埋め込み構造のロータ断面図である。
【図１６】 本発明の実施の形態３による永久磁石型モ
ータを圧縮機に適用した場合の構成を示す図である。
ータを圧縮機に適用した場合の構成を示す図である。
【図１７】 本発明の実施の形態１による永久磁石型モ
ータをルームエアコンに適用した場合の周波数と騒音の
関係を表した図である。
ータをルームエアコンに適用した場合の周波数と騒音の
関係を表した図である。
【図１８】 従来の圧縮機の駆動用モータとして用いら
れる３相４極２４スロットの永久磁石型モータの断面図
である。
れる３相４極２４スロットの永久磁石型モータの断面図
である。
【図１９】 従来のモータの駆動回路図である。
【図２０】 従来のモータの各相への電流の切り替わる
順番を示した図である。
順番を示した図である。
【図２１】 従来の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端子電圧及び各相の電流波形を
示した図である。
チングパターンと各相の端子電圧及び各相の電流波形を
示した図である。
【図２２】 分布巻線方式のモータと集中巻線方式のモ
ータの騒音の周波数分析結果を示す図である。
ータの騒音の周波数分析結果を示す図である。
１ ステータコア、２ スロット、３ ティース部、４
巻線、５ ステータ、６ 駆動軸、７ ロータのコア
部、８ 永久磁石、９ ロータ、１０ 空隙、１１ 直
流電源部、１２ 主回路部、１３ 制御回路部、１４
誘起電圧検出部、１５ ロータ位置演算部、１６ 転流
制御回路部、１７ 速度制御回路部、１８ ＰＷＭキャ
リア周波数生成回路部、１９ ｄｕｔｙ制御部、２０
ＰＷＭキャリア周波数切替指令回路部、２１ 通電波形
切替指令回路部、２２ 圧縮機の筐体、２３ 吐出配
管、２４ 圧縮機要素部、２５ 吸入配管、５５ ステ
ータ、５６ 駆動軸、５７ ロータのコア部、５９ ロ
ータ、６０ 空隙、６６ 駆動軸、６７ ロータのコア
部、６８ 永久磁石、６９ ロータ、７６ 駆動軸、７
７ ロータのコア部、７８ 永久磁石、７９ ロータ、
８６ 駆動軸、８７ロータのコア部、８８ 永久磁石、
８９ ロータ。
巻線、５ ステータ、６ 駆動軸、７ ロータのコア
部、８ 永久磁石、９ ロータ、１０ 空隙、１１ 直
流電源部、１２ 主回路部、１３ 制御回路部、１４
誘起電圧検出部、１５ ロータ位置演算部、１６ 転流
制御回路部、１７ 速度制御回路部、１８ ＰＷＭキャ
リア周波数生成回路部、１９ ｄｕｔｙ制御部、２０
ＰＷＭキャリア周波数切替指令回路部、２１ 通電波形
切替指令回路部、２２ 圧縮機の筐体、２３ 吐出配
管、２４ 圧縮機要素部、２５ 吸入配管、５５ ステ
ータ、５６ 駆動軸、５７ ロータのコア部、５９ ロ
ータ、６０ 空隙、６６ 駆動軸、６７ ロータのコア
部、６８ 永久磁石、６９ ロータ、７６ 駆動軸、７
７ ロータのコア部、７８ 永久磁石、７９ ロータ、
８６ 駆動軸、８７ロータのコア部、８８ 永久磁石、
８９ ロータ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｐ 6/10 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３４１Ｇ (72)発明者 及川 智明 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 田島 庸賀 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3H045 AA09 AA12 AA26 AA27 BA38 CA09 CA10 CA29 DA07 DA48 EA34 5H560 AA02 BB04 BB12 BB17 DA13 DA19 DC02 EB01 EC04 RR01 SS01 UA02 XA12 5H619 AA01 AA10 BB01 BB06 BB13 BB24 PP02 PP04 PP08 5H621 AA04 BB10 GA01 GA04 GA16 HH01 JK05 JK15
Claims (16)
- 【請求項１】 複数相の電機子巻線を有する固定子と駆
動軸に回転子を有する永久磁石を用いた可変速モータに
おいて、前記電機子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構成されるインバータ回路と、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
リア周波数生成手段と、前記キャリア周波数生成手段に
より生成されたキャリア周波数にしたがって前記スイッ
チング素子群を順次切り換える制御手段と、前記回転子
の位置を検出する回転子位置検出手段と、前記回転子位
置検出手段によりの位置情報をもとに回転数を演算する
回転数演算手段と、を備え、前記回転数演算手段により
得られた回転数に対応して、前記キャリア周波数生成手
段により生成されるキャリア周波数を変更するようにし
たことを特徴とする永久磁石型モータの制御装置。 - 【請求項２】 制御手段に通電波形の信号を送出する通
電波形切り換え手段と、回転数を検出する検出手段と、
を備え、前記検出手段により検出した回転数に応じて、
前記通電波形切り換え手段により生成される通電波形を
切り換えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載
の永久磁石型モータの制御装置。 - 【請求項３】 複数相の電機子巻線を有する固定子と駆
動軸に回転子を有する永久磁石を用いた可変速モータに
おいて、前記電機子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構成され前記スイッチング素子群
を順次切り換える制御手段と、通電波形の信号を前記制
御手段に送出する通電波形切り換え手段と、回転数を検
出する検出手段と、を備え、前記検出手段により検出し
た回転数に応じて、前記通電波形切り換え手段によって
生成される通電波形を切り換えるようにしたことを特徴
とする永久磁石型モータの制御装置。 - 【請求項４】 検出手段により検出した回転数が駆動軸
の共振周波数と略一致する回転数領域では、通電波形が
正弦波形状である正弦波通電とし、それ以外の回転数領
域では電気角で１２０度相当分通電し通電波形が矩形波
形状である１２０度矩形波通電となるように通電波形を
切り換えたことを特徴とする請求項３記載の永久磁石型
モータの制御装置。 - 【請求項５】 検出手段により検出した回転数が駆動軸
の共振周波数と略一致する回転数領域では、通電波形の
一部が正弦波形状である部分正弦波通電とし、それ以外
の回転数領域では電気角で１２０度相当分通電し通電波
形が矩形波形状である１２０度矩形波通電となるように
通電波形を切り換えたことを特徴とする請求項３記載の
永久磁石型モータの制御装置。 - 【請求項６】 検出手段により検出した回転数が駆動軸
の共振周波数と略一致する回転数領域では、電気角で１
２０度以上通電し通電波形が矩形波形状であるオーバー
ラップ矩形波通電とし、それ以外の回転数領域では電気
角で１２０度相当分通電し通電波形が矩形波形状である
１２０度矩形波通電となるように通電波形を切り換えた
ことを特徴とする請求項３記載の永久磁石型モータの制
御装置。 - 【請求項７】 回転数が所定の値を超えた場合、通電波
形が電気角で１２０度よりも少なく通電する１２０度未
満の範囲だけ通電波形が矩形波形状で通電する１２０度
未満矩形波通電とするようにしたことを特徴とする請求
項３記載の永久磁石型モータの制御装置。 - 【請求項８】 請求項１乃至請求項７項に記載の制御装
置に駆動される永久磁石型モータにおいて、永久磁石を
回転子内部に埋め込んだ永久磁石埋込型回転子を用いた
ことを特徴とする永久磁石型モータ。 - 【請求項９】 請求項１乃至請求項８に記載の制御装置
にて駆動される永久磁石モータにおいて、スロット間に
設けられたティース部ごとに巻線を巻付けた集中巻ステ
ータを使用したことを特徴とする永久磁石型モータ。 - 【請求項１０】 請求項８または請求項９に記載の永久
磁石型モータを駆動用モータに適用したことを特徴とす
る圧縮機。 - 【請求項１１】 冷凍サイクルを構成する冷凍・空調装
置において、複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動
軸に回転子を有する永久磁石を用いた可変速モータと、
前記電機子巻線に接続される複数個の駆動用スイッチン
グ素子により構成されるインバータ回路と、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
数生成手段と、前記キャリア周波数生成手段により生成
されたキャリア周波数にしたがって前記スイッチング素
子群を順次切り換える制御手段と、前記回転子の位置を
検出する回転子位置検出手段と、前記回転子位置検出手
段によりの位置情報をもとに回転数を演算する回転数演
算手段と、を備え、前記回転数演算手段により得られた
回転数に対応して、前記キャリア周波数生成手段により
生成されるキャリア周波数を変更するように永久磁石型
モータを制御することを特徴とする冷凍・空調装置。 - 【請求項１２】 冷凍サイクルを構成する冷凍・空調装
置において、複数相の電機子巻線を有する固定子と駆動
軸に回転子を有する永久磁石を用いた可変速モータにお
いて、前記電機子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構成され前記スイッチング素子群を
順次切り換える制御手段と、 通電波形の信号を前記制
御手段に送出する通電波形切り換え手段と、回転数を検
出する検出手段と、を備え、前記検出手段により検出し
た回転数が回転子を有する駆動軸あるいは前記冷凍・空
調装置の共振周波数と略一致する回転数領域において、
前記通電波形切り換え手段によって生成される通電波形
を切り換えるように永久磁石型モータを制御するように
したことを特徴とする冷凍・空調装置。 - 【請求項１３】 冷凍サイクルを構成する圧縮機に適用
したことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記
載の冷凍・空調装置。 - 【請求項１４】 冷凍サイクル内を循環する冷媒にＨＦ
Ｃ系冷媒を使用したことを特徴とする請求項１１乃至請
求項１３のうちの１項に記載の冷凍・空調装置。 - 【請求項１５】 複数相の電機子巻線と回転子を有する
永久磁石を用いた可変速モータにおいて、前記電機子巻
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
構成されるインバータ回路の前記スイッチング素子群を
順次切り換える切り換え周波数を生成するキャリア周波
数生成ステップと、前記キャリア周波数生成ステップに
て生成されたキャリア周波数にしたがって前記スイッチ
ング素子群を順次切り換えるスイッチング素子切り換え
ステップと、前記回転子の位置を検出する回転子位置検
出ステップと、前記回転子位置検出ステップにより得ら
れた位置情報をもとに回転数を演算する回転数演算ステ
ップと、を備え、前記回転数演算ステップにより得られ
た回転数に応じて前記キャリア周波数生成ステップによ
り生成されるキャリア周波数を変更するようにしたこと
を特徴とする永久磁石型モータの制御方法。 - 【請求項１６】 複数相の電機子巻線と回転子を有する
永久磁石を用いた可変速モータにおいて、前記電機子巻
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
構成されるインバータ回路に 通電波形の信号を送出す
る通電波形切り換えステップと、回転数を検出する回転
数検出ステップと、を備え、前記回転数検出ステップに
より検出した回転数に応じて、前記通電波形切り換えス
テップにより生成される通電波形を切り換えるようにし
たことを特徴とする永久磁石型モータの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36652099A JP3837986B2 (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | 永久磁石形モータ、永久磁石形モータの制御方法、永久磁石形モータの制御装置、圧縮機、冷凍・空調装置。 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36652099A JP3837986B2 (ja) | 1999-12-24 | 1999-12-24 | 永久磁石形モータ、永久磁石形モータの制御方法、永久磁石形モータの制御装置、圧縮機、冷凍・空調装置。 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006117686A Division JP2006223097A (ja) | 2006-04-21 | 2006-04-21 | 永久磁石形モータ、永久磁石形モータの制御方法、永久磁石形モータの制御装置、圧縮機、冷凍・空調装置。 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001186787A true JP2001186787A (ja) | 2001-07-06 |
| JP3837986B2 JP3837986B2 (ja) | 2006-10-25 |
Family
ID=18486996
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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