JP2006223014A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動装置の小型・低コスト・高効率化を図る。
【解決手段】交流電源１を入力として小容量のコンデンサをもつ整流回路４と、整流回路に接続したインバータ５と、インバータ５により駆動されるモータ６と、インバータ５を制御するインバータ制御部１７と、モータ６の位置を検出する位置検出手段１８と、モータ６の指令回転数を決定する制御手段１９と、インバータ５への電源を供給または停止するためのインバータ電源スイッチ２２を備え、制御手段１９により決定した回転数が０ｒ／ｓ（停止）の場合、インバータ電源スイッチ２２によりインバータ５の電源を遮断することで、モータ停止時のモータ駆動装置のロスを低減し、装置の消費電力を低減する。また、整流回路４のコンデンサ容量が小容量の為、高調波電流が抑制でき、高調波対応回路が不要となり装置の小型・低コスト化が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ制御によるモータ駆動装置に関するものである。

従来この種のモータ駆動装置は、モータ停止中の消費電力を低減するために、インバータ回路に電源を供給するためのＡＣ／ＤＣコンバータの電源を遮断する様にしている（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装置を示すものである。図８に示す様に、商用電源１０１は、例えば一般家庭における１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電源である。ダイオードブリッジ等の整流回路１０２は商用電源１０１を整流する。電解コンデンサ１０３は整流回路１０２からの出力電圧を平滑化する。

インバータ１０４は電解コンデンサ１０３の出力電圧を電源とし、圧縮機１０５はインバータ１０４によって運転される。バイメタル等の接点型の温度センサ１０６は庫内に配置され、庫内温度を検出する。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１０７は、整流回路１０２の入力側の交流電源ライン両端を入力とするものであり、トランス等で構成される。制御部１０８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を電源入力として、圧縮機運転指令の遮断手段を受けてインバータ１０４の制御を行う。

以上のように構成された冷蔵庫の制御装置について、つぎにその動作を説明する。

電源投入後、冷蔵庫の庫内温度ｔが設定された温度Ｔよりも大きいと、温度センサ１０６がＯＮし、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０７が動作して、制御部１０８への電源が供給される。次に制御部１０８から運転指令が出力され、圧縮機１０５がインバータ１０４により運転される。

冷蔵庫の庫内温度ｔが設定された温度Ｔよりも小さいと、温度センサ１０６がＯＦＦし、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０７への入力が遮断される。次に制御部１０８への電源供給も遮断されて、圧縮機１０５が停止する。このように庫内温度によって圧縮機１０５がＯＮ／ＯＦＦを繰り返す動作によって冷蔵庫は制御される。

以上のような動作で圧縮機１０５停止時は、温度センサ１０６が整流回路１０２への交流電源入力には依存しない位置にあるため、電解コンデンサ１０３は充電された状態が継続する。次に庫内温度が上昇し、圧縮機１０５が再起動する時、電解コンデンサ１０３の電荷は充電された状態にあるので、大きな突入電流が流れない。

このように、圧縮機１０５の再起動時に電解コンデンサ１０３が充電されていて、大きな突入電流が流れないため、突入電流防止回路を設ける必要もなく、圧縮機１０５停止時にはＡＣ／ＤＣコンバータ１０７の入力を遮断するので、圧縮機１０５停止時の消費電力が更に低減できるという冷蔵庫の制御装置を提供することができる。
特開平１１−１０１５４１号公報

しかしながら、上記の事例においては、圧縮機１０５が運転停止時の消費電力をほぼゼロとできるが、温度制御自体は接点型の温度センサ１０６に頼るため温度精度が悪化する課題を有していた。さらに本構成では平滑回路に大容量の電解コンデンサ１０３を必要とするため、圧縮機１０５の駆動時は電源電流に高調波成分を含み、高調波電流の抑制として電源部にパッシブフィルタまたはアクティブフィルタの挿入が必要となり、回路のコストアップおよび大型化が伴う課題を有していた。

本発明は、上記の課題を解決するもので、小型・低コスト・低消費電力を実現するモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のモータ駆動装置は、交流電源と、前記交流電源を入力として小容量のコンデンサをもつ整流回路と、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、前記モータの位置を検出して前記インバータ制御部に出力する位置検出手段と、前記モータの指令回転数を決定して前記インバータ制御部に出力する制御手段と、前記制御手段により操作され前記インバータへの電源を供給または停止するためのインバータ電源スイッチを有し、前記制御手段により決定した回転数が停止の場合、前記制御手段は、前記インバータ電源スイッチを操作して前記インバータの電源を遮断するのである。

これによりモータ停止時のインバータによる消費電力を無くすことができる。さらにコンデンサ容量が非常に小さいため高調波電流が発生しないため、パッシブフィルタやアクティブフィルタが不要であり、システムの小型化・低コスト化が可能となる。

本発明のモータ駆動装置は、モータが停止中はインバータへの供給電源を遮断するので、モータ駆動装置の消費電力を低減することができるとともに、平滑回路は非常に小容量のコンデンサを使用することから、インバータへの電源再供給時にコンデンサの充電による突入電流の影響がなく、さらに高調波電流を無くすことが出来ることから、回路の小型化・低コスト化が可能となる。

また、モータを駆動する際は、インバータへの電源を供給した後、一定時間経過後にモータ回転数を指令するので、モータの起動性が向上できる。

また、第２の通信手段はインバータ回路への電源供給後、モータ駆動が可能な状態となったことを第１の通信手段を介して制御手段に送り、制御手段はインバータ回路がモータ駆動可能状態であることを確認した上で第１の通信手段から、モータの駆動回転数を第２の通信手段を介して転流手段に支持するため、確実なモータの起動が可能となる。

また、インバータへの電源供給後から一定時間経過後も、インバータ制御部からの応答が無い場合、インバータ制御部の電源を遮断し、再度供給することでインバータ制御部を初期化した後に再度モータの起動を行うので、モータ駆動装置の信頼性を向上することができる。

また、表示手段によりモータ駆動の異常を検出したとき、警告を発するので、ユーザーに異常を知らせることでサービス性を向上できる。

また、インバータ電源スイッチは商用電源からフィルタ回路を介して設置されているため、モータ駆動装置の小型化・低コスト化が可能となる。

またモータの固定子に永久磁石を有するブラシレスＤＣモータを採用することで、システムの高効率する事ができる。

また、モータが冷蔵庫やエアコンの圧縮機を駆動することで、圧縮機停止時の消費電力を削減できることにより、低消費電力の商品を提供することができる。

請求項１に記載のモータ駆動装置の発明は、交流電源と、前記交流電源を入力として小容量のコンデンサをもつ整流回路と、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、前記モータの位置を検出して前記インバータ制御部に出力する位置検出手段と、前記モータの指令回転数を決定して前記インバータ制御部に出力する制御手段と、前記制御手段により操作され前記インバータへの電源を供給または停止するためのインバータ電源スイッチを有し、前記制御手段により決定した回転数が停止の場合、前記制御手段は、前記インバータ電源スイッチを操作して前記インバータの電源を遮断するものであり、モータ停止時のインバータ回路のロスを無くすことが可能となり、モータ駆動装置の消費電力を低減することができる。

請求項２に記載のモータ駆動装置の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、制御手段により決定したモータの回転数を送信する第１の通信手段と、前記第１の通信手段からの信号を受信し、インバータ制御部へ指令回転数を出力する第２の通信手段とを有し、前記モータが停止中でインバータの電源が遮断されている状態から前記モータを駆動する場合、前記制御手段がインバータ電源スイッチを操作して前記インバータへの電源を供給し、その後所定の時間が経過後、前記制御手段により決定した前記モータの指令回転数を、前記第１の通信手段および前記第２の通信手段を介して前記インバータ制御部へ送り、前記モータを前記指令回転数で駆動するものであり、インバータ回路への電源投入後、インバータ電源回路の安定後および、制御部の初期化が確実に終了した後に、モータの駆動を指示するため、モータの起動性を向上することができる。

請求項３に記載のモータ駆動装置の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、インバータ制御部が、第２の通信手段および第１の通信手段を介してモータを駆動できる状態にあることを制御手段に伝え、前記制御手段が、前記インバータ制御部がモータを駆動出来る状態にあることを確認した後、決定したモータの指令回転数を前記インバータ制御部に送信するものであり、インバータ回路がモータ駆動可能な状態であることを確認した後に、モータの駆動を指示するため、確実な起動を確保出来ると共に、インバータ電源供給後からモータ駆動開始までのレスポンスを上げることができる。

請求項４に記載のモータ駆動装置の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、制御手段が、モータを駆動するためインバータへの電源を供給した後、所定の時間経過後もインバータ制御部からの応答が無い場合、異常と判断し、インバータ電源を遮断したのち、再度前記インバータへ電源を供給するものであり、外来ノイズ等の影響によりインバータ制御部の暴走や初期化異常等の場合、一旦インバータ電源を遮断し、インバータシステムを再度初期化することで、起動性が向上する事ができ、起動不良を低減できるため、モータ駆動装置の信頼性を向上することができる。

請求項５に記載のモータ駆動装置の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明に加えて、モータの駆動状態を表示する表示手段を有し、制御手段が、モータ駆動の異常を検出したとき、前記表示手段で警告表示を行うものであり、ユーザーはモータ駆動装置の異常を認識しやすくなり、サービス性を向上することができる。

請求項６に記載のモータ駆動装置の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明に加えて、インバータから発生するノイズが商用電源へ流出するのを防止するとともに、商用電源からのノイズ流入を防止するためのフィルタ回路を有し、前記フィルタ回路が商用電源に直接接続されるものであり、制御部とインバータ部のフィルタ回路を兼用できるため、モータ駆動装置の小型化・低コスト化が可能となる。

請求項７に記載のモータ駆動装置の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明におけるモータを、回転子に永久磁石を有するブラシレスＤＣモータとするものであり、モータ駆動システムの効率を上げることが出来、消費電力をさらに低減することが可能となる。

請求項８に記載のモータ駆動装置の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発明におけるモータが、圧縮機を駆動するものであり、冷蔵庫やエアコンの圧縮機の停止時の消費電力を削減できることで、商品の消費電力を低減することができる。

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符号を付して、その詳細な説明は省略する。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におけるモータ駆動装置のブロック図である。

図１において、交流電源１は、日本の場合１００Ｖ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの一般的な商用電源である。整流ブリッジ２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３は、１μＦの積層セラミックコンデンサである。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。従来このコンデンサには主には大容量（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。整流ブリッジ２とコンデンサ３とを組み合わせた回路が整流回路４となる。

従来このコンデンサ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）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、コンデンサ３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。

インバータ５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３相ブリッジ接続している。

モータ６は、インバータ５の３相出力により駆動される。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。

なお実施の形態１のモータは、回転子に永久磁石を配置したブラシレスＤＣモータとするが、インダクションモータであっても、シンクロナスリラクタンスモータであっても構わない。

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。このモータ６と圧縮要素７とを同一の密閉容器に収納し、圧縮機８を構成する。

圧縮機８で圧縮された吐出ガスは、凝縮器９、減圧器１０、蒸発器１１を通って圧縮機８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９では放熱、蒸発器１１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９や蒸発器１１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１２は、モータ６の誘起電圧またはモータ電流からモータ６の回転子の回転位置を検出する。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であり、インバータ５は１２０度通電の矩形波ＰＷＭインバータとし、常時通電されていない相から誘起電圧のゼロクロス点を検出し、回転位置を検出する方法について説明するが、通電角１２０度以上、１８０度以下の任意の波形を生成し、モータ電流から回転子の相対位置を検出する駆動方式であっても構わない。

位置推定手段１３は、位置検出手段１２が正常に位置検出しているときは、その検出タイミングの時間測定を行っている。このタイミング時間をベースに位置推定を行い駆動出力を出している。

電圧検出手段１４は、コンデンサ３の両端電圧を検出し、その電圧値があらかじめ設定された所定値より大きいか小さいか判断を行う。切換手段１５は、電圧検出手段１４の出力を入力とし、位置検出手段１２か位置推定手段１３かいずれかを選択し、出力する。

転流手段１６は、切換手段１５の出力を入力とし、インバータ５の６個のＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦを制御するものである。インバータ制御部１７は上記の位置検出手段１２、位置推定手段１３、電圧検出手段１４、切替手段１５、転流手段１６により構成され、モータ６をインバータ５により駆動するための制御を行う。

サーミスタ１８は各部の温度を検出するものであり、本実施の形態１では冷蔵庫の庫内温度を検出している。

制御手段１９はサーミスタ１８で検出した温度情報から圧縮機８の停止および運転を決定すると共に、運転時は圧縮機の駆動速度を決定し、第１の通信手段２０に決定した圧縮機の駆動速度を出力し、インバータ制御部１７に送信する。第２の通信手段２１は第１の通信手段２０から送信されたデータを受け取り、インバータ制御部へ送るものである。

なお第１の通信手段２０および第２の通信手段２１は送受信が可能な構成となっており、通信方法はシリアル通信でもパラレル通信でも特に構わない。

インバータ電源スイッチ２２は整流回路以下のインバータ回路部の電源供給スイッチであり、制御手段１９で圧縮機が停止状態にある場合、スイッチ駆動手段２３によりインバータ回路の電源を遮断し、圧縮機が運転状態の場合はスイッチ駆動手段２３でインバータ回路への電源を供給するものである。表示手段２４は制御手段１９において、インバータ回路の異常を検出した場合、警告表示を発するものである。

制御電源回路２５はサーミスタ１８、制御手段１９、第１の通信手段２０、スイッチ駆動手段２３、表示手段２４の電源であり、ＡＣ／ＤＣコンバータで構成されている。

インバータ電源回路２６は、整流ダイオード（図示せず）と平滑コンデンサ（図示せず）とで構成された第２整流回路２７とＤＣ／ＤＣコンバータ２８で構成され、インバータ制御部１７と第２の通信手段２１への供給電源である。

またインバータ電源回路２６はモータ６が脱調等により急停止した場合発生する回生エネルギを第２整流回路２７の平滑コンデンサにより吸収し、整流ダイオードによりインバータ回路への帰還を防止し、吸収した回生エネルギをＤＣ／ＤＣコンバータ２８で消費するので、回生エネルギによるインバータの破壊を防止している。

尚平滑コンデンサの容量は、モータの回生エネルギと、第２電源回路の出力により決定されるが最高回転数が８０ｒ／ｓ程度の場合、０．１μＦ／２Ｗ（モータ出力）程度となる。

フィルタ回路２９は交流電源１に直接接続され、フィルタ回路の後方にインバータ電源スイッチを介して、インバータ回路の構成要素である整流回路４とインバータ５、モータ６、インバータ電源回路２６が接続されている。また制御電源回路は、インバータ回路と並列に接続されフィルタ回路とインバータ電源スイッチの間で分岐している。

これにより、制御電源回路２５、制御手段１９、第１の通信手段２０、センサ１８、ＳＷ駆動手段２３、表示手段２４で構成される制御部とインバータ回路部のフィルタ回路を兼用できるため、モータ駆動システムの小型・低コスト化を実現している。

以上のように構成されたモータの駆動装置についてその動作を説明する。

交流電源１は整流ブリッジ２で全波整流されるが、コンデンサ３は従来に比べて非常に小容量であるため、その出力電圧（コンデンサ３の両端の電圧）は平滑されず、大きなリプルを持ったものとなる。

位置検出手段１４は、誘起電圧またはモータ電流からモータ６の回転子の回転位置を検出するものであるから、整流ブリッジ２の出力電圧が低い時、所望の電圧または電流が十分に確保できないためその位置検出は不可能となる。

一方位置推定手段１３は、位置検出手段１２の位置検出のタイミングを常に検出しており、位置検出信号が入力されなかった場合、前のタイミングと同一のタイミングで位置推定信号を出力する。

電圧検出手段１２で検出したコンデンサ３の両端の電圧が、あらかじめ設定された所定値（本実施の形態１では５０Ｖとする）より高ければ切換手段１５は位置検出手段１２の信号を選択・切換し、転流手段１６に出力する。逆に所定値より低ければ切換手段１５は位置推定手段１３の信号を選択・切換し、転流手段１６に出力する。

ここで図は省略しているが、コンデンサ３の両端電圧が変化するのを電圧検出手段１４で検出し、出力のＰＷＭ制御のデューティにフィードフォワード制御を行い、インバータ５の出力の電圧または電流を一定にするように制御を行う。

すなわち、速度制御で得られた基底デューティに対しコンデンサ３の両端電圧が高い場合はデューティを低くし、逆に低い場合はデューティを高くすることによって出力の電圧または電流を調整することにより、モータ６を滑らかに駆動する。

次に、コンデンサ３の両端の電圧波形について図２および図１を用いて説明する。図２は本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のコンデンサ３の電圧波形を示すタイミングチャートである。

図２において、縦軸には電圧を示し、横軸は時間を示す。また交流電源１は１００Ｖ５０Ｈｚの交流電源とした。

図２の点線Ａに示す電圧波形は、非常に負荷電流が小さい（ほとんど電流は流れていない）時の状態でコンデンサ３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５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次の（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コンデンサ３の充電電荷が使われ、図２の一点鎖線Ｂに示す電圧波形の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。

一点鎖線Ｂに示す電圧波形の場合、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コンデンサ３にはほとんど充電電荷が蓄えられず、図２の実線Ｃに示す電圧波形の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。実線Ｃに示す電圧波形の場合、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。

このようにコンデンサ３が小容量の場合、負荷電流を取り出すとほとんど平滑されず入力の交流電源１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３を用いてさらに詳しく説明する。図３は本実施の形態１におけるモータ駆動装置の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３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２において説明を行った点線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。また一点鎖線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。また実線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。

本発明の実施の形態１の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３を選定している。

本実施の形態１においては、前述したように５０Ｖ以下において位置検出ができない状態であり、その結果、実使用範囲のいずれにおいても位置検出が不可能な部分を含まれることとなる。

次に、図１における動作を更に詳しく図４と図１とを用いて説明する。図４は、本実施の形態１におけるモータ駆動装置のインバータ制御部の動作を示すフローチャートである。

まずＳＴＥＰ１において、電圧検出手段２２で直流電圧Ｖｄｃを検出する。ここでいう直流電圧Ｖｄｃはコンデンサ３の両端電圧である。次にＳＴＥＰ２において、位置検出ができなくなる電圧の所定値５０Ｖと比較し、５０Ｖ未満であれば、ＳＴＥＰ３に進む。

ＳＴＥＰ３において、切換手段１５は位置推定手段１３を選択し、切り換える。位置推定手段１３では、ＳＴＥＰ４に示すように、位置検出信号が前の変化から一定時間経過したかどうかを判断する。この一定時間は位置検出によりあらかじめ決められた時間であり、回転数によりその時間は変化するものである。

一定時間が経過していなければ、そのまま通過・完了し、一定時間が通過していれば、ＳＴＥＰ５に進み、転流すなわち位置検出を行ったものとしてインバータ５のスイッチング素子を転流手段１６で切り換える動作を行う。

また、ＳＴＥＰ２において、位置検出ができなくなる電圧の所定値５０Ｖと比較し、５０Ｖ以上であれば、ＳＴＥＰ６に進む。ＳＴＥＰ６において、切換手段２４は位置検出手段１２を選択し、切り換える。位置検出手段１２では、ＳＴＥＰ７に示すように、位置検出信号が前の変化から状態が変化したかどうかを判断する。

ＳＴＥＰ７で状態が変化していなければ、そのまま通過・完了し、状態が変化していれば、ＳＴＥＰ８に進み、転流すなわち位置検出を行ったものとしてインバータ５のスイッチング素子を転流手段１６で切り換える動作を行う。

これらの動作を一定時間内に繰り返すことにより、常に電圧検出手段１４で直流電圧の状態を検出し、その状態によって位置検出手段１２と位置推定手段１３との信号を切換手段１５で切り換えることができ、直流電圧の低い位置検出ができない状態においても転流動作を行うことができ、運転を継続することができる。

以上説明した動作を行った場合の波形について、さらに図５と図１を用いて説明する。

図５は、本実施の形態１のモータ駆動装置の各部の波形を示すタイミングチャートである。図５において、（Ａ）は直流電圧であり、コンデンサ３の両端の電圧である。（Ｂ）は電圧検出であり、電圧検出手段１４の出力である。電圧検出手段１４では、（Ａ）の直流電圧を所定電圧（本実施の形態１では５０Ｖ）と比較した結果を出力し、５０Ｖ以上であればＨｉｇｈレベルを、５０Ｖ未満であればＬｏｗレベルの信号を出力する。図５においては時間Ｔ６、Ｔ７において直流電圧が５０Ｖ以下である場合を示す。

（Ｃ）は位置検出であり、位置検出手段１２の出力を示す。また、（Ｄ）は位置推定であり、位置推定手段１３の出力を示す。直流電圧が５０Ｖ以上の時は位置検出が可能で図５の時間Ｔ１〜Ｔ５、Ｔ８〜Ｔ１２の区間では位置検出を正常な状態で行うことができる。

一方、図５の時間Ｔ６，Ｔ７では、直流電圧が５０Ｖ未満であるので位置検出手段１２からの位置検出信号が出てこない。または出てきたとしてもタイミングの全く合っていない誤動作を引き起こすものが発生する可能性が高い。

そこで時間Ｔ６，Ｔ７においては転流に位置推定手段１３の信号を使用する。位置推定手段では前の転流のタイミングＴ５からの時間を計測しており、あらかじめ決められた所定時間が経過すると時間Ｔ６のタイミングで転流を行う。また同様に時間Ｔ７でも時間Ｔ６から所定時間経過後に転流を行う。ここでいう所定時間は正常に位置検出ができている時間、例えば時間Ｔ４〜Ｔ５間の時間を測定し、所定時間としている。

以上のように、時間Ｔ１〜Ｔ５および時間Ｔ８〜Ｔ１２においては、切換手段１５は位置検出手段１２の出力を選択し出力する。また時間Ｔ６，Ｔ７においては、切換手段１５は位置推定手段１３の出力を選択し出力する。

切換手段１５の出力は、転流手段１６に入力され、転流手段１６ではインバータ５の６個のスイッチング素子を、図５の（Ｅ）〜（Ｊ）に示すようにＯＮ／ＯＦＦさせる。図５においてはＨｉｇｈレベルがＯＮ、ＬｏｗレベルがＯＦＦとする。

インバータ５の出力電圧波形の一例として図５（Ｋ）にＵ相電圧を示す。出力の最大電圧は直流電圧により規制され、Ｕ相電圧の包絡線（破線で示す）は（Ａ）の直流電圧に一致する。前述した通り、直流電圧の電圧レベルによりＰＷＭ制御のデューティを変更しているので、図５（Ｋ）に示すとおり、電圧の低いところ（例えば時間Ｔ５〜Ｔ６間）ではデューティを高くし、電圧の高いところ（例えば時間Ｔ１１〜Ｔ１２間）ではデューティを低くしている。これにより電圧変動による電流の不安定を未然に防止する。

以上、整流回路に小容量のコンデンサを使用した場合のモータ駆動について説明した。以降、圧縮機の運転または停止の指示について、図１、図６、図７を用いて説明する。図６は、本実施の形態１におけるモータ駆動装置の制御手段の動作を示すフローチャート、図７は、本実施の形態１におけるモータ駆動装置のインバータ制御部の動作を示すフローチャートである。

まず図６に示す制御手段の動作を説明する。ＴＥＰ１０１において、サーミスタ１８からの電気的情報をＡ／Ｄ変換し、温度情報を取得する。そしてＳＴＥＰ１０２で取得した温度情報からモータの回転数を決定する。

ＳＴＥＰ１０３ではＳＴＥＰ１０２で決定したモータの回転数が０ｒ／ｓ（即ちモータ停止）以外かを判断し、０ｒ／ｓ以外であればＳＴＥＰ１０４で、現在モータが停止中であるかどうかを判断する。

モータが停止中の場合ＳＴＥＰ１０５で現在インバータ回路の電源状態を判断し、電源遮断中であればＳＴＥＰ１０６ではスイッチ駆動手段２３によりインバータ電源スイッチ２２をオンし、インバータ回路への電源を供給する。

ＳＴＥＰ１０５でインバータへの電源供給がされている場合はＳＴＥＰ１０７でインバータ制御部からのスタンバイ完了の応答が未取得の場合はＳＴＥＰ１０８に進む。

ＳＴＥＰ１０８では、インバータ部へのスタンバイ完了したか否かの問い合わせ回数が規定の回数（例えば５回）以内であればＳＴＥＰ１０９で、インバータ制御部へスタンバイ完了したか否かを問い合わせ信号を第１の通信手段２０に出力し、第２の通信手段２１を介してインバータ制御部に送信すると共に、問い合わせ回数をカウントする。

ＳＴＥＰ１０８で規定の回数以上に達していた場合は、ＳＴＥＰ１１０でスイッチ駆動手段２３によりインバータ電源スイッチ２２でインバータ回路への電源を遮断する。ＳＴＥＰ１１１では異常時の電源遮断フラグ状態をチェックし、フラグがセットされていない場合は、ＳＴＥＰ１１２で１にセットし、セットされている場合はＳＴＥＰ１１３で表示手段２４によりインバータ回路の異常であることを警告表示する。

またＳＴＥＰ１０７でインバータ制御部からスタンバイ完了の応答があった場合、ＳＴＥＰ１１４で決定したモータの回転数指令値を第１の通信手段２０に出力し、第２の通信手段２１を介してインバータ制御部へ送信し、ＳＴＥＰ１１５で、問い合わせ回数カウンタ及びインバータ異常時の電源遮断フラグを０にクリアする。

またＳＴＥＰ１０４においてモータが駆動中であった場合、ＳＴＥＰ１１６で決定したモータの回転数指令値を第１の通信手段２０に出力し、第２の通信手段２１を介してインバータ制御部へ送信する。

ＳＴＥＰ１０３で決定したモータの回転数が０ｒ／ｓ（即ち停止指令）であった場合は、ＳＴＥＰ１１７で現在モータが駆動中であるかを確認し、モータが駆動中であればＳＴＥＰ１１８で０ｒ／ｓ（停止）指令を第１の通信手段２０に出力し、第２の通信手段２１を介してインバータ制御部へ送信する。ＳＴＥＰ１１７でモータが停止中である場合、スイッチ駆動手段２３によりインバータ電源スイッチ２２でインバータ回路への電源を遮断する。

次に図７に示すインバータ制御部の動作を説明する。まず電源が供給されたとき、ＳＴＥＰ２０２で初期化を行い、ＳＴＥＰ２０２で制御部からスタンバイ完了したか否かの問い合わせを待つ。

問い合わせがあった時、スタンバイ完了データを第２の通信手段２１に出力し、第１の通信手段２０を介して制御手段に送信する。そしてＳＴＥＰ２０４で駆動する回転数を受信し、ＳＴＥＰ２０５では図４に示したフローチャートにより指令回転数でモータを駆動する。

本発明のモータ駆動装置は、モータが停止中はインバータへの供給電源を遮断するので、モータ駆動装置の消費電力を低減することができるとともに、平滑回路は非常に小容量のコンデンサを使用することから、電源の再投入時にコンデンサの充電による突入電流の影響がなく、また高調波電流を無くすことが出来ることから、回路の小型化・低コスト化が可能となる。従って、インバータによりモータ駆動する機器において、主電源が入れられた状態で、スイッチ入力や温度状態により、モータが運転と停止を繰り返す機器への適用が容易である。

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 同実施の形態におけるモータ駆動装置のコンデンサの電圧波形を示すタイミングチャート 同実施の形態におけるモータ駆動装置の負荷電流と瞬時最低電圧・リプル含有率を示す特性図 同実施の形態におけるモータ駆動装置のインバータ制御部の動作を示すフローチャート 同実施の形態におけるモータ駆動装置の各部の波形を示すタイミングチャート 同実施の形態におけるモータ駆動装置の制御手段の動作を示すフローチャート 同実施の形態におけるモータ駆動装置のインバータ制御部の動作を示すフローチャート 従来のモータ駆動装置のブロック図

符号の説明

１ 交流電源
４ 整流回路
５ インバータ
６ モータ
８ 圧縮機
１３ 位置検出手段
１７ インバータ制御部
１９ 制御手段
２０ 第１の通信手段
２１ 第２の通信手段
２２ インバータ電源スイッチ
２４ 表示手段
２９ フィルタ回路

Claims (8)

1. 交流電源と、前記交流電源を入力として小容量のコンデンサをもつ整流回路と、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、前記モータの位置を検出して前記インバータ制御部に出力する位置検出手段と、前記モータの指令回転数を決定して前記インバータ制御部に出力する制御手段と、前記制御手段により操作され前記インバータへの電源を供給または停止するためのインバータ電源スイッチを有し、前記制御手段により決定した回転数が停止の場合、前記制御手段は、前記インバータ電源スイッチを操作して前記インバータの電源を遮断することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 制御手段により決定したモータの回転数を送信する第１の通信手段と、前記第１の通信手段からの信号を受信し、インバータ制御部へ指令回転数を出力する第２の通信手段とを有し、前記モータが停止中でインバータの電源が遮断されている状態から前記モータを駆動する場合、前記制御手段はインバータ電源スイッチを操作して前記インバータへの電源を供給し、その後所定の時間が経過後、前記制御手段により決定した前記モータの指令回転数を、前記第１の通信手段および前記第２の通信手段を介して前記インバータ制御部へ送り、前記モータを前記指令回転数で駆動することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. インバータ制御部は、第２の通信手段および第１の通信手段を介してモータを駆動できる状態にあることを制御手段に伝え、前記制御手段は、前記インバータ制御部がモータを駆動出来る状態にあることを確認した後、決定したモータの指令回転数を前記インバータ制御部に送信することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 制御手段は、モータを駆動するためインバータへの電源を供給した後、所定の時間経過後もインバータ制御部からの応答が無い場合、異常と判断し、インバータ電源を遮断したのち、再度前記インバータへ電源を供給することを特徴とする請求項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。
5. モータの駆動状態を表示する表示手段を有し、制御手段は、モータ駆動の異常を検出したとき、前記表示手段で警告表示を行う請求項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。
6. インバータから発生するノイズが商用電源へ流出するのを防止するとともに、商用電源からのノイズ流入を防止するためのフィルタ回路を有し、前記フィルタ回路は商用電源に直接接続されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
7. モータは、回転子に永久磁石を有するブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項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。
8. モータは、圧縮機を駆動することを特徴とする請求項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。

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