JP2006050805A - ブラシレスｄｃモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】母線電圧が脈動し、母線電圧に大きな共振が発生する場合であっても、安定した運転を可能とした安価なブラシレスＤＣモータの駆動装置を提供する。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータ１５の誘起電圧またはモータ電流からブラシレスＤＣモータ１５の回転子の回転位置を検出する位置検出手段２１と、位置検出手段２１が検出したブラシレスＤＣモータ１５の位置情報によって転流を行う位置検出運転手段２２と、母線電圧の値を検出する電圧検出手段２４と、電圧検出手段２４により検出された電圧をもとにブラシレスＤＣモータ１５のデューティを制御する制御手段２６と、母線電圧の共振を検出する共振検出手段２５とを備え、共振検出手段２５が母線電圧の共振を検出した時に制御手段２６がブラシレスＤＣモータ１５に印加するデューティを一定にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータ駆動装置に関するものであり、特に小型化のために整流回路における平滑用コンデンサを大幅に小容量化したものにおける安定した駆動方法に関するものである。

従来、この種のモータ駆動用インバータ制御装置は、母線電圧が変動しても動作が安定するよう、変動している電圧をもとにモータへの電圧の印加時間を調整している（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来のモータ駆動用インバータ制御装置を示すものである。図８に示すように、交流電源１を、ダイオードブリッジ２と、コンデンサ３によって整流した電源を、ブラシ付ＤＣ電動機４に供給し、ダイオード５と、ブラシ付きＤＣ電動機４に直列に接続されたスイッチ手段６と、整流した電源電圧を検出する電圧検出手段８と、電圧検出手段８により検出された電圧に応じてスイッチ手段６を制御してブラシ付きＤＣモータ４に供給される電源を制御する制御回路７から構成されている。

以上のように構成されたモータ駆動用インバータ制御装置について、以下その動作を説明する。

まず、ブラシ付ＤＣ電動機４に流れるコンデンサ３で平滑されても、なお、母線電圧が脈動した電圧であるとき、電圧検出手段８により母線電圧を瞬時に検出し、検出した結果を制御手段７に入力する。制御手段７では検出した値に応じてスイッチングのオン・オフ比率（以下、ＯＮ−ＤＵＴＹ）を変更させてスイッチ手段６を制御する。母線電圧が高いときはＯＮ−ＤＵＴＹを小さくし、母線電圧が低いときはＯＮ−ＤＵＴＹを大きくするように、つまり母線電圧とＯＮ−ＤＵＴＹとの積が一定になるように制御する。

これにより、ブラシ付きＤＣ電動機４に印加される等価電圧は、ほぼ一定になる。ブラシ付きＤＣ電動機４への印加電圧が一定になれば、流れる電流もほぼ一定になるため、ブラシ付きＤＣ電動機４の損失を低減することができ、高効率な直流電動機の制御装置を得ることができる。

また、ブラシ付きＤＣ電動機４に用いられるブラシの整流特性が向上する。
特開２００１−３３９９７４号公報

コンデンサの電位よりもコイルの電位の方が大きい場合、コイルからコンデンサにエネルギーが充電され、共振が発生する。このときの電圧は、コイルの電位を中心とするコイルとコンデンサの電位差の振幅となる。また、共振周波数はコイルとコンデンサの積の平方根に反比例する。

従来のように、平滑用コンデンサが大きい場合、コイルとコンデンサの電位差が小さいため大きな乱れとはならない。また、共振周波数はコンデンサの平方根に反比例するため、コンデンサが大きな場合は共振が発生しても周波数が低いため大きな影響は現れない。

一方、低コスト化や小型化を目指し平滑用のコンデンサを小容量化した場合、母線電圧が０Ｖ付近まで低下し、コイルとコンデンサの電位差が大きくなり、大きな電位差を持つ共振となる。また、コンデンサ容量が小さいため共振周波数は高くなり単位時間当たりの変化量はきわめて大きくなる。

しかしながら、上記従来の構成では、電圧の変化が短時間に激しく変化する場合は、高速に電圧を検出し、高速にデューティ幅を変更する必要がある。

電圧の変化にデューティ幅の変化が追いつかない場合、最高電圧を基にデューティ幅を決定すると、本来印加すべきデューティ幅よりも狭いデューティ幅となり回転速度が低下する。逆に最低電圧を基にデューティ幅を決定すると、本来印加すべきデューティ幅よりも広いデューティ幅となり回転速度が上昇する。共振時に回転速度の上昇、低下を繰り返すことで振動が増大する。

以上のように、安価な速度の遅い制御装置では、デューティの変更のタイミングがずれ、動作が不安定になってしまうため使用が困難である。つまり、安定した運転を行なおうとすると高価な高速で動作可能な制御装置が必要となり、コストが高くなってしまうという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、母線電圧が脈動し、母線電圧に大きな共振が発生する場合であっても、安定した運転を可能とした安価なブラシレスＤＣモータの駆動装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、共振検出手段を用い共振を検出し、共振時はデューティの幅を一定にし、共振の影響を小さくすることで安定した運転を行うとしたものである。

これによって、高速な電圧の検出とデューティ幅変更の必要がなく母線電圧が脈動し、母線電圧に大きな共振が発生する場合であっても、安定した運転が可能となる。

本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、母線電圧が脈動し、母線電圧に大きな共振が発生する場合であっても、安定した運転が可能となる。

請求項１に記載の発明は、単相交流電源と、前記単相交流電源を入力として小容量コンデンサを持つ整流回路と、前記整流回路に接続したインバータと、前記インバータにより駆動されるブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段が検出した前記ブラシレスＤＣモータの位置情報によって転流を行う位置検出運転手段と、母線電圧の値を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧をもとに前記ブラシレスＤＣモータのデューティを制御する制御手段と、母線電圧の共振を検出する共振検出手段とを備え、前記共振検出手段が母線電圧の共振を検出した時に前記制御手段が前記ブラシレスＤＣモータに印加するデューティを一定にすることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置であり、共振検出手段が母線電圧の共振を検出した時にブラシレスＤＣモータに印加するデューティを一定にすることにより、共振の影響を小さく抑えることとなり、母線電圧が脈動し、母線電圧に大きな共振が発生する場合であっても、安定した運転を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明における前記整流回路が、実使用の出力範囲で出力の直流電圧のリプル含有率が９０％以上であるものであり、大きなリプル電圧であっても、ブラシレスＤＣモータを効率よく安定して駆動できるので、ほぼ０Ｖまで降下するような小さな容量のコンデンサにより駆動できるので、非常に小型のインバータを実現できることになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明に加えて、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、検出した回転速度によって、母線電圧共振時に印加するデューティを決定するものであり、コイルのエネルギーの大きさによってデューティ幅を決定することとなり、より安定した運転を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明における前記共振検出手段が、前記電圧検出手段が検出した電圧値が所定値以下であれば、共振と判定するものであり、共振の判定を非常に容易に行うこととなり、より安価なブラシレスＤＣモータの駆動装置を提供することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明に加えて、母線電圧値を予測する電圧予測手段を備え、前記共振出手段が前記電圧検出手段が検出した母線電圧値と前記電圧予測手段により予測された母線電圧値の誤差が所定値以上であれば、共振と判定するものであり、共振検出精度が上昇することとなり、より安定した運転を行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明に加えて、前記電圧検出手段が検出した電圧を定期的に取得し、取得した電圧値と前回取得した電圧値の差が所定値以上の時に共振と判定し、共振開始間隔と共振時間の平均を計測する共振計測手段を備え、共振開始から前記共振計測手段によって計測された平均共振間隔が経過するごとにデューティ幅を一定にし、デューティ幅一定開始から前記共振計測手段によって計測された平均共振時間が経過するごとにデューティ幅を前記電圧検出手段によって検出された電圧によってデューティ幅を決定するものであり、より正確に共振を検出することとなり、共振の影響のきわめて少ないより安定した運転を行うことができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明に加えて、強制同期運転を行う強制同期運転手段を備え、母線電圧共振時は前記位置検出運転手段から強制同期運転手段に切換えるものであり、共振時に位置の誤検出により極端な転流の遅れや進みが減少することとなり、共振時であっても安定した運転を行うことができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の発明において、前記ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動し、凝縮器、減圧器、蒸発器と冷凍空調システムを構成するものであり、小型の装置で安定した運転を行うことが可能となり、非常に小型の冷凍空調システムを提供することが可能となる。

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この発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図1は、本発明の実施の形態1におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。

図１において、単相交流電源１１は、日本の場合、１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの一般的な商用の交流電源である。整流回路１２は、４個のダイオードがブリッジ接続している。小容量のコンデンサ１３は、ここでは１μＦの積層セラミックコンデンサであるとする。積層セラミックコンデンサは近年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きている。

従来この小容量のコンデンサ１３には、主には大容量（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、これにより非常に小型の駆動装置が実現できることになる。

従来の整流回路１２と並列に接続されているコンデンサは、一般的にはインバータ１４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）から、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などからコンデンサの容量を決定する。

これらの条件を加味して、一般的には２〜４μＦ／Ｗ程度の容量を確保する。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、小容量のコンデンサ１３には０．１μＦ／Ｗ以下の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２０μＦ以下のコンデンサを使用することとする。

インバータ１４は、スイッチング素子ＩＧＢＴと逆向きに接続されたダイオードをセットにした回路を６回路で３相ブリッジ接続している。

ブラシレスＤＣモータ１５は、インバータ１４の３相出力により駆動される。ブラシレスＤＣモータ１５の固定子には、３相スター結線された巻線が施されている。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、回転子には永久磁石を配置している。その配置方法は表面磁石型（ＳＰＭ）でも磁石埋め込み型（ＩＰＭ）であっても構わず、また永久磁石はフェライトでも希土類でも構わない。

ブラシレスＤＣモータ１５の回転子の軸に接続された圧縮要素１６は、冷媒ガスを吸入し、圧縮して、吐出する。このブラシレスＤＣモータ１５と圧縮要素１６とを同一の密閉容器に収納し、圧縮機１７を構成する。また、圧縮機１７はレシプロ型とし、圧縮するガスをＲ６００ａとする。

圧縮機１７で圧縮された吐出ガスは、凝縮器１８、減圧器１９、蒸発器２０を通って圧縮機１７の吸い込みに戻るような冷凍空調システムを構成する。この時、凝縮器１８では放熱、蒸発器２０では吸熱を行うので、冷却や加熱を行うことができる。必要に応じて凝縮器１８や蒸発器２０に送風機などを使い、熱交換をさらに促進することもある。

位置検出手段２１は、ブラシレスＤＣモータ１５の誘起電圧またはモータ電流から、ブラシレスＤＣモータ１５の回転子の回転位置の検出を行う。本実施の形態１では、誘起電圧から回転子の回転位置を検出する方法について説明する。説明を簡単にするために母線電圧が平滑された状態で説明する。

図２に示すように、インバータ１４は１２０度通電方式の矩形波駆動とし、常時通電されていない相ができる。この通電されていない相の端子電圧には誘起電圧が現れる。この通電されていない相の端子電圧と母線電圧の中点が一致する点をゼロクロス点として検出し、回転位置を検出する。

位置検出運転手段２２は位置検出手段２１で検出し最適な相に通電するよう通電パターンを出力する。図２においてゼロクロス点検出から３０°後に通電パターンを切り替え転流を行っている。

回転速度検出手段２３は、位置検出手段２１で検出するゼロクロス点の検出間隔の時間からブラシレスＤＣモータ１５の回転速度を検出する。

電圧検出手段２４は、母線電圧の値を検出し、共振検出手段２５と制御手段２６への入力としている。

共振検出手段２５は、電圧検出手段２４の出力を入力とし、共振判定結果を制御手段２６の入力として出力している。

強制同期運転手段２７は、回転速度検出手段２３により検出される回転速度を入力とし、回転速度から算出される転流間隔で、通電相を切り替える信号を出力する。

制御手段２６は、共振検出手段２５の情報を入力とし、位置検出運転手段２２または強制同期運転手段２７から出力される通電信号を選択し、インバータ１４の制御を行う。また、制御手段２６は、電圧検出手段２４、共振検出手段２５、回転速度検出手段２３から入力される情報を基に、デューティ幅を決定し制御を行う。

次に、小容量のコンデンサ１３の両端の電圧波形について図３および図１を用いて説明する。図３は本実施の形態１における小容量のコンデンサ１３の電圧波形を示すタイミングチャートである。

図３において、縦軸には電圧を示し、横軸は時間を示す。また単相交流電源１１は１００Ｖ５０Ｈｚの交流電源とした。

Ａは非常に負荷電流が小さい（ほとんど電流は流れていない）時の状態で、小容量のコンデンサ１３の充電電荷がほとんど使われず電圧の低下はほとんどない。ただし、ここでいう負荷電流は、整流回路の出力電流、すなわちインバータ１４への入力電流であるものとする。平均電圧は１４１Ｖであり、リプル電圧は０Ｖ、リプル含有率は０％である。なお、リプル電圧およびリプル含有率は、（数１）、（数２）の通り定義するものとする。

次に負荷電流を大きくしていくと、小容量のコンデンサ１３の充電電荷が使われ、Ｂに示すように、瞬時最低電圧が低下してくる。ただし、電源電圧から決まる瞬時最高電圧は１４１Ｖで変わらない。Ｂに示す場合、瞬時最低電圧は４０Ｖであるので、平均電圧が約１１２Ｖであり、リプル電圧は１０１Ｖ、リプル含有率は９０％となる。

更に負荷電流を大きくしていくと、小容量のコンデンサ１３には、ほとんど充電電荷が蓄えられず、Ｃに示すように、瞬時最低電圧が、ほとんど０Ｖまで低下してくる。ただし、電源電圧から決まる瞬時最高電圧は１４１Ｖで変わらない。Ｃに示す場合、瞬時最低電圧は０Ｖであるので、平均電圧が約１００Ｖであり、リプル電圧は１４１Ｖ、リプル含有率は１４１％となる。

このように小容量のコンデンサ１３である場合、負荷電流を取り出すと、ほとんど平滑されず入力の単相交流電源１１を全波整流した波形となる。

次に、負荷電流と瞬時最低電圧、リプル含有率との関係について、図４を用いてさらに詳しく説明する。図４は本実施の形態１における負荷電流と瞬時最低電圧・リプル含有率を示す特性図である。

図４において、横軸は負荷電流であり、縦軸は瞬時最低電圧とリプル含有率を示す。また、実線は瞬時最低電圧の特性を、破線はリプル含有率の特性を、それぞれ示す。

図４中のＡに示す電流波形の時は、負荷電流０Ａであり、瞬時最低電圧１４１Ｖ、リプル含有率０％である。またＢに示す電流波形の時は、負荷電流０．２５Ａであり、瞬時最低電圧４０Ｖ、リプル含有率９０％である。またＣに示す電流波形の時は負荷電流０．３５Ａであり、瞬時最低電圧０Ｖ、リプル含有率１４１％である。０．３５Ａ以上の電流においては瞬時最低電圧、リプル含有率ともに変化はしない。

本実施の形態のブラシレスＤＣモータの駆動装置においては、実使用範囲は負荷電流０．２５Ａ以上１．３Ａ以下であるものとする。実使用範囲においては、リプル含有率は常に９０％以上であるような小容量のコンデンサ１３を選定している。

以上のように構成されたブラシレスＤＣモータの駆動装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、単相交流電源１１からの入力は整流回路１２で整流される。通常、整流後に平滑用のコンデンサで平滑されるが、本実施例では平滑用のコンデンサが小容量のコンデンサ１３であるため、ブラシレスＤＣモータ１５が運転するだけで母線電圧には大きな脈動が現れる。

母線電圧が低下し、ブラシレスＤＣモータ１５のコイルのエネルギーが母線電圧よりも高圧の状態で、転流などにより回生が発生すると、小容量のコンデンサ１３にエネルギーが充電され、コイルと小容量のコンデンサ１３との電位差のほぼ倍の電位だけ小容量のコンデンサ１３の電位が上昇する。

今度は逆に小容量のコンデンサ１３の電位がブラシレスＤＣモータのコイルの電位よりも高くなるため、小容量のコンデンサ１３からコイルにエネルギーが流れ込む。この現象が続くことで共振が発生し振動が発生する。

共振時の振動発生を図５を用いて説明する。図５は本実施の形態１における母線電圧とデューティ出力のタイミングチャートである。

図５の時間Ｔ１のように、電圧検出手段２４が共振の最高電圧を検出し、デューティを決定すると、印加すべきデューティに対して少なすぎるデューティとなり、速度が低下する。逆に図５の時間Ｔ２のように共振の最低電圧を検出し、デューティを決定すると、印加すべきデューティに対して大きすぎるデューティとなり、速度が上昇する。加速と減速を繰り返すことで、振動が発生し、安定した運転を行うことができなくなる。

共振電圧にあわせて、デューティ幅を変更することは、非常に高速な演算を必要とするため、処理速度の遅い制御手段２６では困難となる。

ここで、母線電圧の共振は、母線電圧が低下することで位置検出が実際とずれることが原因であるので、母線電圧のピークの３５％となる４９Ｖを閾値とし、４９Ｖ以下であれば共振検出手段２５が共振であると判定し、制御手段２６が共振電圧の中心の電圧を基に一定のデューティを出力する。共振電圧の中心はほぼ平均電圧となるため、安定した運転が可能となる。

この共振の原因となっているエネルギーは、ブラシレスＤＣモータ１５のコイルから供給されるエネルギーであり、これはブラシレスＤＣモータ１５の回転速度に比例する。つまり回転速度検出手段２３によって計測されたブラシレスＤＣモータ１５の回転速度にブラシレスＤＣモータ１５の誘起電圧定数をかけることで、エネルギーを算出することができ、共振中心電圧を求めることができる。

次に、図１における動作を更に詳しく図１と図６とを用いて説明する。図６は、本実施の形態１における動作の流れを示すフローチャートである。

まず、ＳＴＥＰ１において、位置検出手段２１がブラシレスＤＣモータ１５の位置を検出する。

次に、ＳＴＥＰ２において、位置検出手段２１が検出したゼロクロスの間隔から回転速度検出手段２３モータの回転速度を算出する。

次に、ＳＴＥＰ３において、電圧検出手段２４が母線の電圧を検出する。

次に、ＳＴＥＰ４において、現在共振中の処理を行っているかどうかを判定する。発信中処理を行っていれば、ＳＴＥＰ１２へ進み、共振中処理を行っていなければＳＴＥＰ５へ進む。

共振中処理を行っていない場合、ＳＴＥＰ５にうつり、ＳＴＥＰ３において検出された母線電圧が、閾値の４９Ｖを以下になっているかどうかを共振検出手段２５が判定する。４９Ｖ以上であれば、ＳＴＥＰ６へ進み、４９Ｖ以下であればＳＴＥＰ８へ進む。

ＳＴＥＰ６は共振中処理を行っておらず、母線電圧が４９Ｖより大きいときであり、検出した母線電圧を基にデューティを決定し、ＳＴＥＰ７へ進む。

ＳＴＥＰ７では、制御手段２６が位置検出運転手段２２よる通電パターンを用いデューティを出力する。フローを抜ける。

ＳＴＥＰ８は共振中処理を行っておらず、母線電圧が４９Ｖ以下であり、ＳＴＥＰ２において回転速度検出手段２３により算出されたブラシレスＤＣモータ１５の回転速度を基に共振中心電圧を算出する。ＳＴＥＰ９へ進む。

次に、ＳＴＥＰ９では、ＳＴＥＰ８で算出された共振中心電圧を基にブラシレスＤＣモータ１５に印加すべきデューティを算出して、ＳＴＥＰ１０へ進む。

ＳＴＥＰ１０では、共振中処理がどれだけ継続しているかという共振継続タイマをリセットしスタートさせ、ＳＴＥＰ１１へ進む。

ＳＴＥＰ１１で、回転速度検出手段２３により検出された回転速度で転流パターンを切換える強制同期運転手段２７の通電パターンを選択しデューティを出力する。そしてフローを抜ける。

一方、ＳＴＥＰ４で共振中処理を行っていた場合、このＳＴＥＰ１２に移ってくる。ＳＴＥＰ１２では共振継続タイマをみて、共振中処理を開始する閾値となる電圧から単相交流電源１１の入力が共振中心電圧となる時間だけ経過したかどうかを、共振検出手段２５が判断する。経過していなければ、ＳＴＥＰ１３へ進み、経過していれば、ＳＴＥＰ１４へ進む。

ＳＴＥＰ１３は、まだ共振中であると判断することになるので、ＳＴＥＰ９で算出されたデューティを強制同期運転手段の通電パターンに従いデューティを出力する。フローを抜ける。

ＳＴＥＰ１４は、すでに共振が終了したという状態であるので、ＳＴＥＰ１において検出した母線電圧をもとにデューティを算出する。ＳＴＥＰ１５へ。

ＳＴＥＰ１５では、共振が終了したと判断しているが位置検出が行えていないため強制同期運転手段による通電パターンを選択する。これに従ったデューティを出力し、共振中処理を終了したとしてフローを抜ける。

これらの処理を一定時間内に繰り返すことにより、母線電圧が共振して、電圧検出が間に合わなくても安定した運転を行うことができる。

以上のように、単相交流電源１１と、単相交流電源１１を入力として小容量コンデンサ１３を持つ整流回路１２と、整流回路１２に接続したインバータ１４と、インバータ１４により駆動されるブラシレスＤＣモータ１５と、ブラシレスＤＣモータ１５の誘起電圧またはモータ電流からブラシレスＤＣモータ１５の回転子の回転位置を検出する位置検出手段２１と、位置検出手段２１が検出したブラシレスＤＣモータ１５の位置情報によって転流を行う位置検出運転手段２２と、母線電圧の値を検出する電圧検出手段２４と、電圧検出手段２４により検出された電圧をもとにブラシレスＤＣモータ１５のデューティを制御する制御手段２６と、母線電圧の共振を検出する共振検出手段２５とを備え、共振検出手段２５が母線電圧の共振を検出した時に制御手段２６がブラシレスＤＣモータ１５に印加するデューティを一定にするように構成したので、共振の影響を小さく抑えることとなり、母線電圧が脈動し、母線電圧に大きな共振が発生する場合であっても、安定した運転を行うことができる。

また、整流回路１２と小容量のコンデンサ１３は実使用の出力範囲で出力の直流電圧のリプル含有率が９０％以上であることを特徴としたものであり、大きなリプル電圧であってもブラシレスＤＣモータを効率よく安定して駆動できるので、ほぼ０Ｖまで降下するような小さな容量のコンデンサにより駆動できるので、非常に小型のインバータを実現できることになる。

また、ブラシレスＤＣモータ１５の回転速度によって、発振時のデューティを決定するとしたので、共振電圧の大きさに応じたデューティを印加できるので、より安定した運転が可能となる。

また、共振検出手段２５が共振判定を母線電圧が所定値以下になったときとしたので、単純な回路構成で実現が可能であり、より安価なブラシレスモータの駆動装置を実現することが可能となる。

また、母線電圧共振時に強制同期運転手段２７に切換えて運転するとしたので、位置検出が困難な母線電圧であっても、安定した運転を行うことが可能となる。

また、本実施の形態のブラシレスＤＣモータ１５によって駆動する圧縮機１７が凝縮器１８、減圧器１９、蒸発器２０などと冷凍空調システムを構成するとしたので、小容量コンデンサで実現することにより小型のブラシレスＤＣモータ駆動装置を提供することができ、これまで考えられていた以上に冷凍空調システムの空間、たとえば冷蔵庫内を大きく確保することができる。

また、本実施の形態では、平滑用のコンデンサとして小容量のコンデンサ１３を接続しているが、インバータ１４のＰＮ間に接続されるスナバコンデンサを平滑用のコンデンサとし、小容量のコンデンサ１３は接続しなくて構わない。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。

図７において、電圧予測手段２８は電圧検出手段２４により検出された電圧を基に次に検出する時の電圧を予測する。

共振計測手段は、共振が開始する間隔を計測と共振している時間を計測し、それぞれ平均を算出する手段である。

以上のように構成されたブラシレスＤＣモータの駆動装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、電圧検出手段２４により検出された母線電圧から電圧予測手段２８が、次の電圧を検出するタイミングの電圧を予測する。共振中の電圧に関しては、電圧を予測しない。電圧予測手段２８により予測された電圧と、電圧検出手段２４により検出された電圧の差が所定の値を超えていた場合に共振していると共振検出手段２５が判断する。

この共振の開始間隔を電圧計測手段が計測し、平均共振開始間隔を算出する。さらに共振の終了は電圧検出手段２４により検出された電圧と前回の検出された電圧が所定値に収まり、共振終了が期待される電圧に少なくとも必要な時間が経過したときとし、共振の開始から終了までの発信時間のを共振計測手段２９が計測し、平均発信時間を算出する。

共振終了が期待される電圧に少なくとも必要な時間とは、共振が開始された電圧から、ブラシレスＤＣモータの回転速度から計算される共振中心電圧に単相交流電源１１の電圧が達するのに必要な時間である。単相交流電源１１は正弦波状の波形を出力し、演算には時間がかかるが、共振終了までに演算を終了すればよいため、処理能力が低くても可能である。

たとえば、共振開始電圧が７０Ｖで、共振終了が１００Ｖだとすると、電源位相で１５０°から１８０°と０°から４５°となるので、共振時間は電源周期の５／２４の４．２ｍｓとなる。

電圧誤差の許容所定値をここでは電圧検出間隔での母線電圧の最大の変化を許容値とする。

たとえば、電圧検出間隔が１ｍｓだとすると、１００Ｖ５０Ｈｚの単相交流電源１１であるので、１回の検出での最大変化電圧は５９Ｖとなる。

制御手段２６では平均共振間隔が経過するごとに共振中処理のデューティ一定出力を行い、共振中処理開始から平均共振時間が経過するごとに共振中処理のデューティ一定出力から電圧に応じたデューティを出力するよう切換える。

これらの共振検出処理は次の共振の処理までに処理を行えばよいので、処理速度が低速でも可能となる。

以上のように、本実施の形態においては、実施の形態１の発明に加え電圧予測手段２８と共振計測手段２９を備え、共振計測手段２９が共振を検出する方法を平均共振間隔としたので、演算速度が低速であっても精度良く共振を検出できるので安定したブラシレスＤＣモータの駆動を行うことができる。

また、共振計測手段２９を用いず、電圧予測手段２８と電圧検出手段２４の差が許容値を超えたとき、共振中であるとし、共振中処理を行うとしてもよい。

また、電圧予測手段２８を用いず、電圧検出手段２４による電圧検出値が最大電圧変化幅を超えてていれば共振として、共振中処理を行うとしてもよい。

本発明にかかるブラシレスＤＣモータの駆動装置は、母線電圧が共振中に出力デューティを一定にするので、平滑用のコンデンサが小容量で母線電圧に共振が現れても安定した運転を行うことが可能となるので、圧縮機以外にも、送風機やＡＶ機器（特に小型機器）などのモータが非常に小さくて回路を非常に小型化したい場合等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図 本発明の実施の形態１における位置検出の方法を示すタイミングチャート 本発明の実施の形態１におけるコンデンサの電圧波形を示すタイミングチャート 本発明の実施の形態１における負荷電流と瞬時最低電圧・リプル含有率を示す特性図 本発明の実施の形態１における母線電圧とデューティ出力のタイミングチャート 本発明の実施の形態１における動作の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態２におけるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図 従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図

符号の説明

１１ 単相交流電源
１２ 整流回路
１３ 小容量のコンデンサ
１４ インバータ
１５ ブラシレスＤＣモータ
１６ 圧縮要素
１７ 圧縮機
１８ 凝縮器
１９ 減圧器
２０ 蒸発器
２１ 位置検出手段
２２ 位置検出運転手段
２３ 回転速度検出手段
２４ 電圧検出手段
２５ 共振検出手段
２６ 制御手段
２７ 強制同期運転手段
２８ 電圧予測手段
２９ 共振計測手段

Claims (8)

1. 単相交流電源と、前記単相交流電源を入力として小容量コンデンサを持つ整流回路と、前記整流回路に接続したインバータと、前記インバータにより駆動されるブラシレスＤＣモータと、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧またはモータ電流から前記ブラシレスＤＣモータの回転子の回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段が検出した前記ブラシレスＤＣモータの位置情報によって転流を行う位置検出運転手段と、母線電圧の値を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧をもとに前記ブラシレスＤＣモータのデューティを制御する制御手段と、母線電圧の共振を検出する共振検出手段とを備え、前記共振検出手段が母線電圧の共振を検出した時に前記制御手段が前記ブラシレスＤＣモータに印加するデューティを一定にすることを特徴とするブラシレスＤＣモータの駆動装置。
2. 前記整流回路は、実使用の出力範囲で出力の直流電圧のリプル含有率が９０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
3. 前記ブラシレスＤＣモータの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、検出した回転速度によって、母線電圧共振時に印加するデューティを決定することを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
4. 前記共振検出手段は、前記電圧検出手段が検出した電圧値が所定値以下であれば、共振と判定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
5. 母線電圧値を予測する電圧予測手段を備え、前記共振出手段が前記電圧検出手段が検出した母線電圧値と前記電圧予測手段により予測された母線電圧値の誤差が所定値以上であれば、共振と判定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
6. 前記電圧検出手段が検出した電圧を定期的に取得し、取得した電圧値と前回取得した電圧値の差が所定値以上の時に共振と判定し、共振開始間隔と共振時間の平均を計測する共振計測手段を備え、共振開始から前記共振計測手段によって計測された平均共振間隔が経過するごとにデューティ幅を一定にし、デューティ幅一定開始から前記共振計測手段によって計測された平均共振時間が経過するごとにデューティ幅を前記電圧検出手段によって検出された電圧によってデューティ幅を決定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
7. 強制同期運転を行う強制同期運転手段を備え、母線電圧共振時は前記位置検出運転手段から強制同期運転手段に切換えることを特徴とする請求項1から６のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。
8. 前記ブラシレスＤＣモータが圧縮機を駆動し、凝縮器、減圧器、蒸発器と冷凍空調システムを構成することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のブラシレスＤＣモータ駆動装置。

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