JP4300991B2 - ブラシレスｄｃモータの駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータを、三相巻線に電力を供給するインバータにより駆動するための装置に関するものであり、特に冷蔵庫やエアコンなどの圧縮機を駆動するのに最適なブラシレスＤＣモータの駆動装置に関するものである。

近年の冷蔵庫は３５０Ｌ以上の大型機種が主力となり、それらの冷蔵庫は、高効率で圧縮機の回転数が可変できるインバータ制御冷蔵庫が大半を占めている。これらの冷蔵庫用圧縮機では高効率化のために、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータを一般的には採用している。

また、圧縮機の中という高温、高圧、冷媒雰囲気、オイル雰囲気という環境下にブラシレスＤＣモータを設置するため、ブラシレスＤＣモータで通常使われるようなホール素子などの位置検出センサは使用できない。そのために一般的にはモータの逆起電圧から回転子の回転位置を検出する方法がよく用いられている。

従来の技術は、例えば、特許文献１に示されている。その従来の技術を図面に従って説明する。図１１は従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。

図１１において、商用電源１０１は、日本の場合、周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電源である。商用電源１０１の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路１０２は、ブリッジ接続された整流用ダイオード１０２ａ〜１０２ｄと平滑用の電解コンデンサ１０２ｅ，１０２ｆとからなり、図１１に示す回路では倍電圧整流回路となり、商用電源１０１のＡＣ１００Ｖ入力から直流電圧２８０Ｖを得ることができる。

インバータ回路１０３は、６個のスイッチ素子１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆを３相ブリッジ構成されている。また、各々のスイッチ素子には各スイッチ素子の逆方向に還流電流用のダイオードが入っているが本図では省略している。

ブラシレスＤＣモータ１０４は、永久磁石を有する回転子１０４ａと３相巻線を有した固定子１０４ｂとからなる。インバータ１０３により作られた３相交流電流が固定子１０４ｂの３相巻線に流れることにより、回転子１０４ａを回転させることができる。回転子１０４ａの回転運動はクランクシャフト（図示せず）により、往復運動に変更され、ピストン（図示せず）がシリンダ（図示せず）内を往復運動することにより、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。

逆起電圧検出回路１０５は、ブラシレスＤＣモータ１０４の永久磁石を有する回転子１０４ａが回転することにより発生する逆起電圧から、回転子１０４ａの回転相対位置を検出する。

転流回路１０６は、逆起電圧検出回路１０５の出力信号によりロジカルな信号変換を行い、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆを駆動する信号を作り出す。

同期駆動回路１０７は、インバータ１０３から強制的に所定周波数の出力を出し、ブラシレスＤＣモータ１０４を駆動するものであり、転流回路１０６で生成されるロジカルな信号と同等形状の信号を強制的に所定周波数で発生させるものである。

負荷状態判定回路１０８は、圧縮機１０４が運転されている負荷状態を判定するものである。

切替回路１０９は、負荷状態判定回路１０８の出力により、圧縮機１０４のブラシレスＤＣモータを転流回路１０６で駆動するか、同期駆動回路１０７で駆動するかを切り替える。

ドライブ回路１１０は、切替回路１０９からの出力信号により、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆを駆動する。

以上の構成において、次に動作の説明を行う。

負荷状態判定回路１０８で検出された負荷が、通常負荷の場合、転流回路１０６による駆動を行う。

逆起電圧検出回路１０５でブラシレスＤＣモータ１０４の回転子１０４ａの相対位置を検出する。次に転流回路１０６で回転子１０４ａの相対位置からインバータ１０３を駆動する転流パターンを作り出す。

この転流パターンは切替回路１０９を通して、ドライブ回路１１０に供給され、インバータ１０３のスイッチ素子１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ，１０３ｅ，１０３ｆを駆動する。

この動作により、ブラシレスＤＣモータ１０４はその回転位置に合致した駆動を行うこととなる。

次に、負荷が増加してきたときの動作について説明する。

ブラシレスＤＣモータ１０４の負荷が増加し、ブラシレスＤＣモータ１０４の特性により回転数が低下してくる。この状態を負荷状態判定回路１０８で高負荷状態であることを判定し、切替回路１０９の出力を同期駆動回路１０７からの信号に切り替える。

このように駆動することにより高負荷時の回転数低下を抑えようとするものである。
特開平９−８８８３７号公報

しかしながら、従来の構成では、負荷状態判定回路１０８で検出された負荷が、通常負荷の場合、転流回路１０６による駆動を行い、高負荷状態になれば、同期駆動回路１０７による駆動を行うものであった。

本発明は、低速におけるモータ効率を高くしながら、高速回転も可能なブラシレスＤＣモータの駆動装置を提供することを目的とする。

本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三層巻線に電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動するドライブ部と、前記ブラシレスＤＣモータの前記固定子の
三相巻線に発生する誘起電圧を基に前記回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いは，それらに準じる波形を出力する第１波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータを同期モータとして運転できるようにデューティを一定として矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形を出力する第２波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数以下の低速で回転しているときは第１波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させ前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数を超える高速で回転しているときは前記第２波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させる切替判定部と、前記ブラシレスＤＣモータを第２波形発生部で駆動しているときの回転の異常を前記位置検出部からの信号をもとにして検出する異常検出部を有し、前記切替判定部は、前記第２波形発生部の出力を選択して前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させているときに、前記異常検出部が前記ブラシレスＤＣモータの駆動の異常を検出すると、前記第１波形発生部からの出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動するように前記第２波形発生部から前記第１波形発生部に切り替えることが出来る。

これにより、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、高速においては安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る。
また、ブラシレスＤＣモータの駆動に異常がないかを検出する異常検出部を有しているので、第２波形発生部によりデューティを一定として所定周波数のみを変化させる高速駆動を行っている場合もブラシレスＤＣモータの駆動状態に異常が無いかを検出する事が出来る。
また、前記切替判定部は、前記第２波形発生部の出力を選択して前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させているときに、前記異常検出部が前記ブラシレスＤＣモータの駆動の異常を検出すると、前記第１波形発生部からの出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動するように前記第２波形発生部から前記第１波形発生部に切り替える機能を有する。

本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、高速においては安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る。
また、第２波形発生部によりデューティを一定として所定周波数のみを変化させる高速駆動を行っている場合もブラシレスＤＣモータの駆動状態に異常が無いかを検出する事が出来る。
また、前記切替判定部は、前記第２波形発生部の出力を選択して前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させているときに、前記異常検出部が前記ブラシレスＤＣモータの駆動の異常を検出すると、前記第１波形発生部からの出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動するように前記第２波形発生部から前記第１波形発生部に切り替えてブラシレスＤＣモータ停止防止の機能を発揮する。

本発明の請求項１に記載の発明は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三相巻線に電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動するドライブ部と、前記ブラシレスＤＣモータの前記固定子の三相巻線に発生する誘起電圧を基に前記回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形を出力する第１波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータを同期モータとして運転できるようにデューティを一定にして矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形を出力する第２波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数以下の低速で回転している時は前記第１波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させ前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数を超える高速で回転している時は前記第２波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させる切替判定部とを有するものである。

これにより、ブラシレスＤＣモータが所定回転数以下の低速で回転している時は、位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形でドライブ部を介してインバータを駆動させてブラシレスＤＣモータを回転させ、ブラシレスＤＣモータが所定回転数を超える高速で回転している時は、ブラシレスＤＣモータを同期モータとして運転できるようにデューティを一定にして矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形でドライブ部を介してインバータを駆動させてブラシレスＤＣモータを回転させるので、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、高速においては安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る
また、請求項１に記載の発明は、前記ブラシレスＤＣモータを第２波形発生部で駆動しているときの回転の異常を前記位置検出部からの信号をもとにして検出する異常検出部を有するものであり、ブラシレスＤＣモータの駆動に異常がないかを検出する異常検出部を有しているので、第２波形発生部によりデューティを一定として所定周波数のみを変化させる高速駆動を行っている場合もブラシレスＤＣモータの駆動状態に異常が無いかを検出する事が出来る。
また、請求項１に記載の発明は、前記切替判定部は、前記第２波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させている時に、前記異常検出部が前記ブラシレスＤＣモータの駆動の異常を検出すると、前記第１波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動するように前記第２波形発生部から前記第１波形発生部に切り替えるものであり、異常検出部により異常を検知した場合、切替判定部は第１波形発生部を選択し位置検知部の信号を基にブラシレスＤＣモータを駆動するため、停止しているか、または異常状態で駆動しているかを検出することができる。従って、異常状態で駆動を続けている場合は、異常状態のさらなる悪化によりブラシレスＤＣモータが停止に至ることを未然に防ぐことが出来る。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記位置検知部の出力信号が、前記インバータの駆動信号切替タイミング前後で規定の範囲外となった場合、前記異常検出部は、前記ブラシレスＤＣモータの駆動に異常があると検出するものであり、モータロック等による異常停止検出が可能となることは勿論、ブラシレスＤＣモータの速度に対する印加電圧が過剰であり、モータ誘起電圧に対して電流位相が遅れた状態や、速度に対する負荷が大きすぎ誘起電圧に対して電流位相が進みすぎた異常な状態も検出する事が出来る。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記
位置検出部からの出力信号を基に前記ブラシレスＤＣモータが異常により停止しているか否かを検出する停止検出部と、前記停止検出部が異常停止を検出した場合に前記ドライブ部による前記インバータの駆動を停止させる保護停止部とを有するものであり、第２波形発生部にてデューティを一定として所定周波数のみを変化させる高速駆動を行っている時に、脱調等の異常によりブラシレスモータが停止した場合に、位置検出部からの出力信号を基に停止検出部でブラシレスモータの異常停止を検出でき、ドライブ部によるインバータの駆動を停止させることができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３記載の発明において、前記停止検出部が異常停止を検出して前記保護停止部が前記ドライブ部による前記インバータの駆動を停止させた後、再起動を行うように構成したものであり、ブラシレスＤＣモータの停止を検出した場合は、インバータ回路を保護停止部によりインバータ回路の出力を一旦停止するため、再起動を行うことが出来る。また再起動を行う際、固定子の巻線温度を低下させたい場合や、圧縮機の駆動では、冷却システムの高圧・低圧の圧力をバランスさせたい場合は、任意の起動待ち時間を設けることで、再起動時の安定した起動性を実現することが出来る。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４記載の発明において、前記切替判定部は、前記異常検出部が前記ブラシレスＤＣモータの駆動の異常を検出して前記第２波形発生部から前記第１波形発生部に切り替えた後、前記異常検出部が前記ブラシレスＤＣモータの駆動の異常を検出しなければ、前記第１波形発生部から前記第２波形発生部に切り替えるものであり、第２波形発生部による駆動で異常状態が検出され、第１波形発生部での駆動に切り替えた時、ＤＣブラシレスモータが駆動中であることを確認したとき、再度第２波形発生部での駆動に切り替えるため、ブラシレスＤＣモータを再度高速で駆動する事ができる。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の発明において、前記第２波形発生部の出力波形の周波数を設定する周波数設定部と、前記第２波形発生部の出力波形の周波数が上限周波数を超えないように前記周波数設定部で設定された周波数に制限を加える周波数制限部を有するものであり、第２波形発生部による駆動で異常状態となり、第１波形発生部での駆動に切り替え、そのときＤＣブラシレスモータが駆動している事を確認後、第２波形発生部での駆動に再度切り替える時、上限周波数を前回より低く設定することで、安定した高速運転が可能となる。このように、上限周波数を設けることにより、出せる能力以上の回転は行わないようにできるので、脱調などによって、予期せず停止してしまうことを防止できる。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記上限周波数を前記第１波形発生部の出力波形の最大周波数に基づいて設定する上限周波数設定部を有するものであり、異常状態検出時を含む、第１波形発生部による駆動から第２波形発生部による駆動を切り替える際、運転状況に応じた最大周波数を設定することができ、より安定した最大限の高速運転が可能となる。

また、請求項８に記載の発明は、永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三層巻線に電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動するドライブ部と、前記ブラシレスＤＣモータの前記固定子の三相巻線に発生する誘起電圧を基に前記回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いは，それらに準じる波形を出力する第１波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータを同期モータとして運転できるようにデューティを一定として矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形を出力する第２波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数以下の低速で回転しているときは第１波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させ前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数を超える高速で回転しているときは前記第２波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させる切替判定部と、前記インバータの出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流を基に異常の有無を判定する異常判定部と、前記異常判定部が異常と判定した場合に前記ドライブ部による前記インバータの駆動を停止させる保護停止部とを有し、前記切替判定部は、前記第２波形発生部の出力を選択して前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させているときに、前記異常判定部が前記ブラシレスＤＣモータの駆動の異常を検出すると、前記第１波形発生部からの出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動するように前記第２波形発生部から前記第１波形発生部に切り替えるものである。
これにより、ブラシレスＤＣモータが所定回転数以下の低速で回転している時は、位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形でドライブ部を介してインバータを駆動させてブラシレスＤＣモータを回転させ、ブラシレスＤＣモータが所定回転数を超える高速で回転している時は、ブラシレスＤＣモータを同期モータとして運転できるようにデューティを一定にして矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形でドライブ部を介してインバータを駆動させてブラシレスＤＣモータを回転させるので、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、高速においては安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来る。
また、第１波形発生部での駆動時でも第２波形発生部での駆動時でも、ブラシレスＤＣモータがロック等による異常停止の状態が発生した場合、すぐにインバータ回路の出力を停止する事が出来るのでブラシレスＤＣモータのロック状態による固定子巻線の焼損等のブラシレスＤＣモータの故障を防止する事ができる。また第２波形発生部での駆動時では、ブラシレスＤＣモータの速度に対して印加電圧が大きいため、電流位相が、誘起電圧位
相より遅れる、遅れ制御の状態や、速度に対して負荷が大きすぎ、電流位相が誘起電圧位相より大きく進んだ状態の進みすぎ制御となっている場合、切替判定部で一旦、第１波形発生部を選択して駆動し、再度第２波形発生部を選択し駆動する際、上限周波数設定部にて、上限周波数を前記第１波形発生部により出力する最大周波数をもとに決定し、さらに周波数制限部により上限周波数以上の周波数の出力を禁止することで、運転状況に応じた最大周波数を設定する為、ブラシレスＤＣモータが出せる能力以上の駆動を禁止できるので、安定した最大限の高速運転が可能となる。
また、異常検出部により異常を検知した場合、切替判定部は第１波形発生部を選択し位置検知部の信号を基にブラシレスＤＣモータを駆動するため、停止しているか、または異常状態で駆動しているかを検出することができる。従って、異常状態で駆動を続けている場合は、異常状態のさらなる悪化によりブラシレスＤＣモータが停止に至ることを未然に防ぐことが出来る。

本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８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、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有したものであり、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクを使うことにより、低速時の効率アップは当然のこと、高速時の高速性もさらに得られることになる。永久磁石にネオジなどの希土類磁石を採用してマグネットトルクの割合を多くしたり、インダクタンスＬｄ、Ｌｑの差を大きくしてリラクタンストルクの割合を多くしたりすると、最適な通電角を変えることにより効率をベストにあわせることができる。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１から請求項９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、圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において高効率・低騒音を実現できる。特に巻線の巻込み量を増やしたトルクダウンした（即ち最高回転数を落とした）モータが利用できるので、低回転数時のデューティが従来の方法より大きくできるので、モータの騒音、特にキャリア音（ＰＷＭ制御の周波数に相当、例えば３ｋＨｚ）の低減が可能である。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１から請求項１１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、圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において高効率・低騒音を実現できる。特に巻線の巻込み量を増やしたトルクダウンした（即ち最高回転数を落とした）モータが利用できるので、低回転数時のデューティが従来の方法より大きくできるので、モータの騒音、特にキャリア音（ＰＷＭ制御の周波数に相当、例えば３ｋＨｚ）の低減が可能である。

以下、本発明による冷蔵庫の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

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

図１において、商用電源１は、日本の場合、周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの交流電源である。

商用電源１の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路２は、ブリッジ接続された整流用ダイオード２ａ〜２ｄと平滑用の電解コンデンサ２ｅ，２ｆとからなり、図１に示す回路では倍電圧整流回路となり、商用電源１のＡＣ１００Ｖ入力から直流電圧２８０Ｖを得ることができる。ここでは倍電圧整流としたが、全波整流や直流電圧可変式のチョッパ回路や倍電圧整流／全波整流の切替方式でもよい。

インバータ回路３は、６個のスイッチ素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを３相ブリッジ構成されている。また、各々のスイッチ素子には各スイッチ素子の逆方向に還流電流用のダイオード３ｇ，３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋ，３ｌが接続されている。

ブラシレスＤＣモータ４は、永久磁石を有する回転子４ａと３相巻線を有した固定子４ｂとからなる。インバータ３により作られた３相交流電流が固定子４ｂの３相巻線に流れることにより、回転子４ａを回転させることができる。回転子４ａの回転運動はクランクシャフト（図示せず）により、往復運動に変更され、ピストン（図示せず）がシリンダ（図示せず）内を往復運動することにより、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動を行う。

位置検知回路５は、ブラシレスＤＣモータ４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の中点電圧がインバータ回路４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力端子電圧より高いか低いかを検出して、ＨｉまたはＬｏ信号を出力する。

なお、本実施の形態は、ブラシレスＤＣモータの中点電圧とインバータ回路４の出力端子電圧とを比較する構成であるが、インバータ回路４の出力端子電圧が入力電圧の１／２より高いか低いかを比較しても構わない。

位置検知部６は、位置検知回路５の出力信号の立ち上がり及び立ち下がりエッジを検出することで位置検知信号を出力する。この位置検知信号は、位置検知回路５と位置検知部６とにより、ブラシレスＤＣモータ４の回転子４ａが回転することにより、固定子４ｂの３相巻線に発生する誘起電圧を検出し、回転子４ａの相対的な回転位置を検出することになる。

本実施の形態では、位置検知回路５の出力信号の立ち上がりおよび、立ち下がりエッジを検出することで、ブラシレスＤＣモータ４の誘起電圧の０クロスポイントを検出している。

第１波形発生部７は、位置検知部６の位置検知信号をもとにインバータ３のスイッチ素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は矩形波通電を基本として行っており、通電角が１２０度以上１５０度以下の矩形波を作り出している。また、ここでは通電角が１５０度を超える矩形波であっても、また矩形波以外でもそれに準じる波形として立ち上がり／立ち下がりに若干の傾斜を持たせた台形波でも、或いは正弦波であってもよい。

また、第１波形発生部７ではさらに回転数を一定に保つためにＰＷＭ制御のデューティの制御も行っている。回転位置に従って、最適なデューティで運転させることができるため最も効率的な運転が可能となる。

回転数検出部８は、位置検知部６の出力信号からブラシレスＤＣモータ４の回転数を検出する。この回転数の検出は位置検知部６の出力信号を一定時間カウントすることや、周期測定などによって実現可能である。

周波数設定部９は、出力のデューティを一定として、出力する周波数のみを変化させていく。周波数制限部１０は、周波数設定部９からの周波数が上限周波数を超える事のないように制限している。

第２波形発生部１１は、周波数設定部９の出力信号をもとにインバータ３のスイッチ素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを駆動する信号を作り出す。この駆動する信号は通電角が１３０度以上１８０度未満の矩形波を作り出している。また、ここでは通電角が１３０度未満の矩形波であっても、矩形波以外でも正弦波や歪波などのそれに準じる波形であってもよい。またここでは最大デューティで運転しており、９０〜１００％の一定のデューティで運転している。

切替判定部１２は、回転数検出部８で検出された回転数により低速／高速を判断し、インバータ３を動作させる波形を第１波形発生部７か第２波形発生部１１かを切り替えるものである。具体的には回転数が低速の場合、第１波形発生部７からの信号を選択し、回転数が高速の場合、第２波形発生部１１からの信号を選択してインバータ３を動作させる。

ここで回転数が低速か高速かの判定は回転数検出部８からの実際の回転数としたが、設定回転数やデューティで判断してもよい。デューティは最大デューティ（一般的には１００％）で位置検知による回転数が最大となるため、この条件で信号を切り替えることも可能である。

ドライブ部１３は、切替判定部１２からの出力信号により、インバータ３のスイッチ素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを駆動する。この駆動によりインバータ３から最適な交流出力がブラシレスＤＣモータ４に印加することができるので回転子４ａを回転させることができる。

上限周波数設定部１４は、第１波形発生部７から駆動されているときの最大回転数（デューティ１００％のとき）をもとに上限周波数を設定する。本実施の形態では上限回転数を最大回転数の１．５倍に設定するものとする。たとえば最大回転数が５０ｒ／ｓであった場合、上限周波数は７５ｒ／ｓとする。この上限周波数設定部１４で設定された上限周波数は周波数制限部１０の周波数の制限に利用する。

またこの上限周波数の設定は次のように行う。周波数設定部９と第２波形発生部１１による駆動を行っているときはブラシレスＤＣモータ４は同期モータとして運転しており、通常の位置検知による状態よりも電流位相が進み、いわゆる弱め磁束制御のような形で高速回転が出来るものである。しかしこの進角が大きくなり過ぎるとモータは同期運転を外れて脱調してしまう。この脱調を起こす回転数より上限周波数が低くなるようにあらかじめ設定しておく。

停止検出部１５は、位置検出部６からの出力信号によりブラシレスＤＣモータ４が停止状態にあるかまたは正常な状態で駆動しているかを検出できる。またモータが停止状態にあるかどうかは、位置検出部６からの信号が出力されない、或いは極端に短い周期で入力される等で検出可能である。

保護停止部１６は、停止検出部１４によりブラシレスＤＣモータ４が異常により停止している事を検出した場合、ドライブ部１３へ停止指令を送り、インバータ３の出力を停止するものである。

異常検出部１７は、位置検出部６からの出力信号（位置信号）のタイミングの異常を検出するものであり、位置信号タイミングに異常が認められた場合、切替判定部１２により第１波形発生部７によるモータ駆動に切り換える。

マイクロコンピュータ１８は以上の機能を実現するためのものである。これらの機能はマイクロコンピュータ１８のプログラムによって実現可能である。

次に図１における動作について、図１〜図８を用いて説明する。

まず、低速時の動作について説明する。図２は本発明の実施の形態１における低速時のインバータ駆動のタイミング図である。

ブラシレスＤＣモータ４の回転数が低い場合、位置検知部６の出力により動作する第１波形発生部７からの信号により駆動され、図２に示すような動作となる。

図２において、Ｕはスイッチ素子３ａの駆動信号、Ｖはスイッチ素子３ｃの駆動信号、Ｗはスイッチ素子３ｅの駆動信号、Ｘはスイッチ素子３ｂの駆動信号、Ｙはスイッチ素子３ｄの駆動信号、Ｚはスイッチ素子３ｆの駆動信号であり、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、固定子４ｂの各巻線のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流を示す。

位置検知部６の信号に従って、１２０度ずつの区間で順次転流を行っている。また上アームの駆動信号Ｕ，Ｖ，ＷにはＰＷＭ制御によるデューティ制御を行っている。このとき、電流波形は図２に示すようにのこぎり波状の波形となる。

この時は、位置検知部６の出力により最適なタイミングで転流を行っているので最も効率よくブラシレスＤＣモータが駆動できることとなる。

次に、最適な通電角について図３を用いて説明する。図３は本発明の実施の形態１における低速時の通電角と効率との関係を示す特性図である。図３は、実線がモータ効率、破線が回路効率、一点鎖線が総合効率（モータ効率×回路効率）を示す。

図３に示すように、通電角を１２０度より大きくすると、モータ効率は向上する。これは通電角が広がることにより、モータ電流の実効値が下がり（即ち力率が上がり）、モータの銅損が減少しモータ効率が上がることによるものである。

しかしながら、回路ではスイッチング回数が増加し、スイッチングロスが増加することにより、回路効率は低下する。したがって、最も総合効率のよい点が現れる。本実施の形態においては、１３０度が最も効率の高くなるポイントであるということがいえる。

次に、高速時の動作について説明する。図４は本発明の実施の形態１における高速時のインバータ駆動のタイミング図である。

ブラシレスＤＣモータ４の回転数が高い場合、周波数設定部９の出力により動作する第２波形発生部１１からの信号により駆動され、図４に示すような動作となる。図４における記号は図２と同一であるため、記号の説明は省略する。

各駆動信号は周波数設定部９の出力にしたがって、所定周波数を出力するように転流を行うが、このとき導電角は１３０度以上１８０度未満が望ましい。これは図４では導電角が１５０度で示しているが、導電角を上げることによって各相の電流波形は擬似的に正弦波に近いものとなる。

デューティを一定として周波数を上げていくことにより、従来に比べ大幅に回転数を上げることができる。この回転数が上がった状態ではブラシレスＤＣモータ４は同期モータとして運転しており、周波数が上がるに従い、電流も大きくなる。ここで、導電角を１３０度以上１８０度未満にすることにより、ピーク電流値が小さくすることができ、より高い電流まで過電流保護がかからずに動作させることができる。

次に、実際の切替動作について説明する。図５は本発明の実施の形態１における回転数とデューティとの関係を示す特性図である。

図５において、回転数５０ｒ／ｓ以下の場合は第１波形発生部７により駆動される。デューティは回転数により自動的にフィードバック制御により最も効率のよくなるポイントに調整される。

５０ｒ／ｓにおいて、デューティ１００％となり、第１波形発生部７による駆動はそれ以上回転させることのできない限界に到達する。この状態において上限周波数設定部１４ではこの５０ｒ／ｓをベースにその１．５倍の７５ｒ／ｓを上限周波数として設定する。

周波数設定部９からの出力信号が７５ｒ／ｓを超えると周波数制限部１０がこの上限周波数７５ｒ／ｓにしたがって、これ以上の周波数を出すのを防止する。５０ｒ／ｓから７５ｒ／ｓの間では、デューティはそのままで回転数のみを上げている。

次に停止検出部１５および保護停止部１６、異常検出部１７の動作について説明する。図６は、本発明の実施の形態１における低速時のインバータ駆動信号と出力信号、位置検知回路出力信号及び、位置検知のタイミング図であり、位置検知部６の信号に従って１５０°づつの区間で順次転流を行っている。

Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚの記号の説明は図２と同一であるため説明は省略する。Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗはインバータ回路３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力端子の電圧波形であり、Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗは位置検知回路５の出力信号であり、ＰＤは位置検知部６がブラシレスＤＣモータの誘起電圧のゼロクロスポイントを検出したタイミングを示す。

本図は、位置検知部６の信号に従って１５０°で転流しているため、位置検出タイミングＰＤは、インバータ回路の出力端子電圧が１／２となるタイミングと一致し、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚのオンタイミングとほぼ一致する。

図７は本発明の実施の形態１における高速時のインバータ駆動信号と出力信号、位置検知回路出力信号及び、位置検知のタイミング図で、ブラシレスＤＣモータ４が同期駆動を行っている状態である。記号の説明は図６と同一であるため省略する。

ブラシレスＤＣモータ４が同期駆動を行っている状態では、インバータ回路の出力端子の電圧波形において、誘起電圧が現れている区間が出力端子電圧の１／２に到達しないため、誘起電圧０クロスポイントの検出は不可能であるが、位置検知信号ＰＤはＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚのオンタイミングとほぼ同時に発生する。

図８は本発明の実施の形態１における異常停止時のインバータの駆動信号と出力端子波形、位置検知回路出力信号波形、電流波形、位置検知のタイミングを表した図で、駆動信号と出力端子波形及び、電流波形はＶ相のみを取り出している。記号の説明は図１、図２及び図６と同一のため省略する。

図８において、モータのロック状態では誘起電圧が発生しないため固定子巻き線のインダクタンスの影響により印加電圧に対し電流位相に遅れ（９０°）が発生する。このとき還流電流用ダイオード３ｉおよび３ｊが通電状態になり、固定子巻線に蓄積されたエネルギーを放出する。

また、還流電流用ダイオードの動作により、位置検知タイミングＰＤはスイッチ素子がオフになるタイミングと同時、即ちスイッチ素子がオンになるタイミングの前後３０°の位置で発生する。

このように、ブラシレスＤＣモータが正常に駆動している場合と、ロック等により停止した状態とで、位置検知タイミングが異なることから、異常検出部１７は位置検知部６が位置検知を行ったタイミングがスイッチ素子をオンした時点から何度の位置であるかを検出する事で、ブラシレスＤＣモータが正常に駆動しているか（たとえば位置検知タイミングがスイッチ素子のオンから４５°〜６０°或いは０°〜１５°の範囲にある場合）、異常状態にあるか（たとえばオンから１５°〜４５°の範囲にある場合）を検出することが出来る。

ここで、先ほど説明した停止状態の他に、周波数設定部９と第２波形発生部による駆動中に負荷が低減し、ブラシレスＤＣモータに印加する電圧が回転速度に対して過剰となり、モータ誘起電圧に対して電流位相が遅れた状態である、遅れ制御の場合や、速度に対し負荷が非常に大きく、ブラシレスＤＣモータ４の出せる能力の限界速度に近づき、誘起電圧にたいする電流の進角が大きくなりすぎ脱調が発生する前の電流波形が安定しない状態でも位置検知タイミングは異常状態の範囲となる。

そこで、位置検知タイミングが正常状態では、切替判定部１２により第２波形発生部を選択し駆動を続け、また異常状態にある場合は第１波形発生部７を選択し、位置検知部６の信号に従って転流を行う。この時、ブラシレスＤＣモータが停止状態にある場合は、位置検知信号が入力されない或いは、ＰＷＭ周波数に同期した高い回転数（たとえばＰＷＭ周波数３ｋＨｚ、モータ極対数３極では１６７ｒ／ｓあるいは８３ｒ／ｓ）となる、或いは速度に対して、ＰＷＭデューティが極端に短い（たとえば速度５５．６ｒ／ｓでデューティが５％以下）といった、正常駆動では起こり得ない状態が発生する。

この異常状態を停止検出部１５はモータが停止中であると検出し、保護停止部１６で、ドライブ部１３にインバータ回路３に停止信号を出力させることで、ブラシレスＤＣモータを停止する。

また、第１波形発生部での駆動に戻ったとき、停止検出部でブラシレスＤＣモータが正常に駆動していることが確認出来た時は、第２波形発生部による駆動時、ブラシレスＤＣモータ４に印加する電圧が回転速度に対して過剰で、モータ誘起電圧に対して電流位相が遅れた遅れ制御状態や、速度に対し負荷が非常に大きくブラシレスＤＣモータ４の出せる能力の限界速度に近づき、誘起電圧に対する電流の進角が大きくなりすぎている状態である。

この場合、再度切替判定部１２により第２波形発生部１１を選択し、ＤＣブラシレスモータ４を同期運転により駆動する。またこの時、第１波形発生部での駆動による最高速度を基に、上限周波数設定部１４により上限周波数を再設定する。

このように位置検知タイミングが異常な範囲に入ったとき、一旦第１波形発生部７による駆動に戻し、再度第２波形発生部１１による駆動とすることで、第２波形発生部１１に移る速度の補正と、第２波形発生部による駆動時の上限周波数を再設定出来ることになり、負荷に応じた最適な運転が可能となる。

また、駆動方法をシンプルに構成する場合は、停止検出部１６で、位置検知部６が位置検知を行ったタイミングを監視し、異常範囲に入った場合、保護停止部１６でドライブ部１３に停止信号を送り、インバータ３を停止し、その後再起動を行う構成としても構わない。

また今回の実施の形態ではスイッチ素子がオンするタイミングを基準としているか、スイッチ素子がオフするタイミングを基準として、スイッチ素子がオフするタイミングから位置検知タイミングが０°から１５°および４５°〜６０°の範囲では停止状態、１５°〜４５°の範囲では正常駆動状態であると判断しても構わない。

本技術は、ブラシレスＤＣモータ４を同期モータとして駆動する場合、ブラシレスＤＣモータ４が正常に駆動しているか、或いは停止しているか、或いは駆動状態にあるが速度に対して印加電圧が大きすぎることによる遅れ制御または進角が非常に大きくなった場合の、進みすぎ制御中であるかを検出するための非常に重要な技術である。

次に、ブラシレスＤＣモータ４の構造について説明を行う。図９は、本発明の実施の形態１によるブラシレスＤＣモータの回転子の構造図である。

回転子コア１９は、０．３５ｍｍから０．５ｍｍ程度の薄い珪素鋼板を打ち抜いたものを、積み重ねたものである。４枚のマグネット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、逆円弧状に回転子コア１９に埋め込まれている。このマグネットは通常フェライト系がよく用いられるが、ネオジなどの希土類の磁石が使われる場合は平板構造のものが使われることもある。

このような構造の回転子において、回転子中央からマグネットの中央に向かう軸をｄ軸、回転子中央からマグネットの間に向かう軸をｑ軸とすると、それぞれの軸方向のインダクタンスＬｄ、Ｌｑは逆突極性を有し、異なるものとなる。

つまりこれは、モータとしては、マグネットの磁束によるトルク（マグネットトルク）以外に、逆突極性を利用したトルク（リラクタンストルク）を有効に使えることとなる。したがってモータとしてよりトルクが有効的に利用できることとなる。この結果、モータとしては高効率なモータとなる。

また、本実施の形態の制御を使用すると周波数設定部９と第２波形発生部１１による駆動を行っているとき、電流は進み位相で運転するので、このリラクタンストルクが大きく利用されるようになるので、逆突極性がないモータに比べてより高回転数まで運転することができる。

以上のように本実施の形態によるブラシレスＤＣモータの駆動装置は、永久磁石を有する回転子４ａと三相巻線を有する固定子４ｂからなるブラシレスＤＣモータ４と、前記三相巻線に電力を供給するインバータ３と、矩形波または正弦波、或いはそれに準じる波形を出力する第１波形発生部６と、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部９と、矩形波または正弦波、或いはそれに準じる波形を前記周波数設定部９で決められた所定周波数で出力する第２波形発生部１１と、低速では前記第１波形発生部７の出力を、高速では前記第２波形発生部１１の出力をそれぞれ選択する切替判定部１２と、ブラシレスＤＣモータ４が正常に駆動しているか、異常発生により停止しているかを検出する停止検出部１５と、前記停止検出部１５において前記ブラシレスＤＣモータ４が停止している事を検出した場合、前記ブラシレスＤＣモータを保護停止する保護停止部１６とを有しているので、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、高速においては安定した高速性を確保でき、且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる高速駆動を行っている場合、前期ブラシレスモータ４が異常により停止した事を検出する事が出来る。

また、ブラシレスＤＣモータ４の停止を検出した場合は、インバータ回路３を保護停止部１６によりインバータ回路の出力を一旦停止するため、再起動を行うことが出来る。また再起動を行う際、モータ巻線の温度を低下させたい場合や、圧縮機の駆動では、冷却システムの高圧・低圧の圧力をバランスさせたい場合等は、任意の起動待ち時間を設け、起動待ち終了後起動することで、再起動時の安定した起動を実現することも出来る。

また、回転子４ａの回転位置を検出する位置検出部６を有し、低速においては位置検出部６の位置検出によりインバータ３を駆動することにより、回転子４ａの回転位置タイミングが最適になり、低速での効率をより上げることが出来る。

また、ブラシレスＤＣモータの駆動に異常がないかを検出する異常検出部１７を有しているので、デューティを一定として所定周波数のみを変化させる高速駆動を行っている場合もブラシレスＤＣモータの駆動状態に異常が無いかを検出する事が出来る。

また、ブラシレスＤＣモータの駆動状態の異常検出には、位置検知部６の出力信号から検出するため、新たな回路を付加する必要が無く、低コストな駆動駆動装置を提供する事ができる。

また、位置検出部６の出力信号がインバータ３の駆動信号の切替タイミング前後で規定の範囲を外れた時、異常検出部１７は、ブラシレスＤＣモータ４の駆動状態に異常があると検出するため、モータロック等による異常停止検出が可能となることは勿論、ブラシレスＤＣモータ４の速度に対する印加電圧が過剰であり、モータ誘起電圧に対して電流位相が遅れた状態や、速度に対する負荷が大きすぎ誘起電圧に対して電流位相が進みすぎた状態を検出する事が出来る。

また、異常検出部１７により異常を検知した場合、切替判定部１２は第１波形発生部７を選択し位置検知部６の信号を基にブラシレスＤＣモータ４を駆動するため、停止しているか、または異常状態で駆動しているかを確認することができる。従って、異常状態で駆動を続けている場合は、異常状態のさらなる悪化によりブラシレスＤＣモータ４が停止に至ることを未然に防ぐことが出来る。

また、周波数設定部９と第２波形発生部１１による駆動で異常状態が検出され、第１波形発生部７での駆動に切り替えた時、ＤＣブラシレスモータ４が駆動中であると確認できたとき、再度周波数設定部９と第２波形発生部１１での駆動に切り替える様に構成したので、ブラシレスＤＣモータ４を再度高速で駆動する事ができる。

また、前記所定周波数の上限周波数を設定しその上限周波数以上の周波数の出力を禁止する周波数制限部１０を有し、上限周波数を設けることにより、周波数設定部９と第２波形発生部１１による駆動で異常状態となり、第１波形発生部７での駆動に切り替え、そのときＤＣブラシレスモータ４が駆動している事を確認した後、周波数設定部と第２波形発生部１１での駆動に再度切り替える時、上限周波数を前回より低く設定することで、安定した高速運転が可能となる。

このように、上限周波数を設けることにより、出せる能力以上の回転は行わないようにできるので、脱調などによって、冷蔵庫などの冷却システムの冷却が予期せず停止してしまい冷えなくなることを防止できる。

また、上限周波数を前記第１波形発生部７により出力する最大周波数により設定する上限周波数設定部１４を有し、異常状態検出時を含む、第１波形発生部による駆動から周波数設定部９と第２波形発生部１１とによる駆動に切り替える際、運転状況に応じた最大周波数を設定することができ、より安定した最大限の高速運転が可能となる。

また、ブラシレスＤＣモータ４が、回転子４ａの鉄心に永久磁石２０ａ〜２０ｄを埋め込んでなる回転子４ａであり、かつ突極性を有する回転子４ａを有したものであり、永久磁石のマグネットトルクの他に突極性によるリラクタンストルクを使うことにより、低速時の効率アップは当然のこと、高速時の高速性もさらに得られることになる。

永久磁石にネオジなどの希土類磁石を採用してマグネットトルクの割合を多くしたり、インダクタンスＬｄ、Ｌｑの差を大きくしてリラクタンストルクの割合を多くしたりすると、最適な通電角を変えることにより効率をベストにあわせることができる。

また、ブラシレスＤＣモータ４が圧縮機を駆動するものであり、圧縮機において高効率・低騒音を実現できる極めて重要な用途のひとつである。特に巻線の巻込み量を増やしたトルクダウンした（即ち最高回転数を落とした）モータが利用できるので、低回転数時のデューティが従来の方法より大きくできるので、モータの騒音、特にキャリア音（ＰＷＭ制御の周波数に相当、例えば３ｋＨｚ）が低減できる。

また上限周波数を設定するため、出せる能力以上の回転は禁止され、脱調などによって停止してしまうことを未然に防ぐことが出来る。また、万が一、脱調等により異常停止してしまった場合でも、異常停止を検出出来るため、冷却システムの冷却が予期せず停止してしまった場合でも、再起動出来る。また冷蔵庫の圧縮機駆動を行っている場合は、圧縮機停止による冷蔵庫の庫内温度上昇を回避することができる。

（実施の形態２）
次に本発明による実施の形態２について図１０を用いて説明する。図１０は本発明の実施の形態２によるブラシレスＤＣモータの駆動装置のブロック図である。

図１０において、図１で説明したものと同一構成のものは、同一符号を付与して詳しい説明は省略する。

整流回路２とインバータ３との間にシャント抵抗２１が設けられる。電流検出部２２はシャント抵抗２１の両端電圧からシャント抵抗２１を流れる電流を検出する。この電流検出部２２は、電流のピーク値を検出するものでも、積分回路等を有して電流の実効値を検出するものであっても構わない。

異常判定部２３は、電流検出部により得た電流値からブラシレスＤＣモータが正常に駆動しているか、またはモータロック等の異常停止中か、または速度に対して印加電圧が大きすぎモータ誘起電圧に対し、電流位相が遅れている場合の遅れ制御状態にあるか、または速度に対して負荷が大きすぎる、誘起電圧に対する電流位相が大きく進みモータの限界速度近くでの駆動状態である進みすぎ制御状態にあるかを判断する。

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、次にその動作について説明する。

シャント抵抗２１を電流が流れることにより、シャント抵抗２１の両端には電圧が発生する。この電圧を電流検出部２２に入力して、電流を検出する。

次に、異常判定部２３は、電流検出部２２により検出した電流値が例えば既定値の２Ａ以下であれば、ブラシレスＤＣモータ４が正常に駆動していると判断し、切替判定部１２にて現在選択されている波形発生部（第１波形発生部または第２波形発生部）で駆動を続ける。

また、例えば既定値の３Ａ以上の場合はブラシレスＤＣモータ４がロック等による異常で停止中にあると判断し、保護停止部１６によりインバータ回路３を停止する信号をドライブ部１３に送り、インバータ回路３の出力を停止することでブラシレスＤＣモータ４を停止する。

さらに、第２波形発生部での駆動状態で、電流検出部２２により検出した電流値が、２Ａを越え３Ａ未満であると検出した場合及び、検出した電流値が安定しない（例えば１Ａ以上１．５Ａ以下の範囲で変動する）といった場合は、速度に対し印加電圧が大きすぎるため遅れ制御となっているか、速度に対して負荷が大きすぎる為、進みすぎ制御となっていると判断し、切替判定部１２により第１波形発生部７を選択し、一旦位置検知部６による位置検知信号を基にした駆動に切り替える。第１波形発生部７による駆動に切り替わった後、再び切替判定部１２により第２波形発生部１１での駆動に切り替えるが、その時、上限周波数設定部１４にて、上限周波数を前記第１波形発生部７により出力する最大周波数をもとに決定し、さらに周波数制限部９により上限周波数以上の周波数の出力を禁止することで、運転状況に応じた最大周波数を設定することができ、安定した最大限の高速運転が可能となる。

また、電流検出部２２の電流検出開始タイミングまたは、異常判定部２３の判定動作を開始するタイミングを、ブラシレスＤＣモータ４の起動後から例えば１分後に設定する、即ちブラシレスＤＣモータ４の起動後１分間は動作させない様な構成とすれば、起動時の電流増大区間を異常と検出するといった誤検出も防止出来る。

以上の様に本実施の形態によるブラシレスＤＣモータの駆動装置は、永久磁石を有する回転子４ａと三相巻線を有する固定子４ｂからなるブラシレスＤＣモータ４と、前記三相巻線に電力を供給するインバータ３と、前記回転子４ａの回転位置を検出する位置検出部６と、前記インバータの出力電流を検出する電流検出部２２と、前記電流検出部により検出された電流に異常の有無を判定する異常判定部と、前記ブラシレスＤＣモータを停止する保護停止部１６と、低速では前期位置検出部６の出力により矩形波または正弦波、或いはそれに準じる波形を所定周波数で出力して前記インバータを駆動する第１波形発生部７と、高速ではデューティを一定として所定周波数のみを変化させる周波数設定部９と、矩形波または正弦波、或いはそれに準じる波形を前記周波数設定部９で決められた所定周波数で出力する第２波形発生部１１と、低速では前記第１波形発生部７の出力を、高速では前記第２波形発生部９の出力をそれぞれ選択する切替判定部１２とを有しているので、第１波形発生部７での駆動時でも第２波形発生部１１での駆動時でも、ブラシレスＤＣモータがロック等による異常停止の状態が発生した場合、すぐにインバータ回路３の出力を停止する事が出来るのでブラシレスＤＣモータ４のロック状態による固定子巻線の焼損等のモータ故障を防止する事ができる。

また第２波形発生部１１での駆動時では、ブラシレスＤＣモータ４の速度に対して印加電圧が大きく誘起電圧に対して電流位相が遅れる遅れ制御の状態や、速度に対して負荷が大きすぎるため誘起電圧に対し電流位相が進みすぎモータの限界速度に近い進みすぎ制御となっている場合、切替判定部１２で一旦、第１波形発生部７を選択して駆動し、再度第２波形発生部１１を選択し駆動する時、上限周波数設定部１４にて、上限周波数を前記第１波形発生部７により出力する最大周波数をもとに決定し、周波数制限部９により上限周波数以上の周波数の出力を禁止することで、運転状況に応じた最大周波数を設定することができ、安定した最大限の高速運転が可能となる。

本発明のブラシレスＤＣモータの駆動装置は、低速においては高効率・低騒音な運転を実現するとともに、高速においては安定した高速性を確保でき尚且つ電流波形も正弦波に近づくので実効電流に対するピーク電流を抑えることが出来るので、特に冷蔵庫やエアコンなどの圧縮機を駆動する用途に適している。

本発明の実施の形態１によるブラシレス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における低速時のインバータ駆動のタイミング図 本発明の実施の形態１における低速時の通電角と効率との関係を示す特性図 本発明の実施の形態１における高速時のインバータ駆動のタイミング図 本発明の実施の形態１における回転数＝デューティ特性図 本発明の実施の形態１における低速時のインバータ駆動信号と出力信号、位置検知回路出力信号及び、位置検知のタイミング図 本発明の実施の形態１における高速時のインバータ駆動信号と出力信号、位置検知回路出力信号及び、位置検知のタイミング図 本発明の実施の形態１における異常停止時のインバータＶ相駆動信号と出力信号、位置検知回路出力信号、電流、位置検知のタイミング図 本発明の実施の形態１によるブラシレスＤＣモータの回転子の構造図 本発明の実施の形態２によるブラシレス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

３ インバータ
４ ブラシレスＤＣモータ
６ 位置検知部
７ 第１波形発生部
８ 回転数検出部
９ 周波数設定部
１０ 周波数制限部
１１ 第２波形発生部
１２ 切替判定部
１３ ドライブ部
１４ 上限周波数設定部
１５ 停止検出部
１６ 保護停止部
１７ 異常検出部
１９ 回転子コア
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ マグネット
２２ 電流検出部
２３ 異常判定部

Claims (10)

1. 永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三層巻線に電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動するドライブ部と、前記ブラシレスＤＣモータの前記固定子の三相巻線に発生する誘起電圧を基に前記回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形を出力する第１波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータを同期モータとして運転できるようにデューティを一定として矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形を出力する第２波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数以下の低速で回転しているときは第１波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させ前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数を超える高速で回転しているときは前記第２波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させる切替判定部と、前記ブラシレスＤＣモータを第２波形発生部で駆動しているときの回転の異常を前記位置検出部からの信号をもとにして検出する異常検出部を有し、前記切替判定部は、前記第２波形発生部の出力を選択して前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させているときに、前記異常検出部が前記ブラシレスＤＣモータの駆動の異常を検出すると、前記第１波形発生部からの出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動するように前記第２波形発生部から前記第１波形発生部に切り替えるブラシレスＤＣモータの駆動装置。
2. 前記位置検出部からの出力信号が、前記インバータの駆動信号切替タイミング前後で規定の範囲外となった場合、前記異常検出部は、前記ブラシレスＤＣモータの駆動に異常があると検出する請求項１に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
3. 前記位置検出部からの出力信号を基に前記ブラシレスＤＣモータが異常により停止しているか否かを検出する停止検出部と、前記停止検出部が異常停止を検出した場合に前記ドライブ部による前記インバータの駆動を停止させる保護停止部とを有する請求項１または請求項２に記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
4. 前記停止検出部が異常停止を検出して前記保護停止部が前記ドライブ部による前記インバータの駆動を停止させた後、再起動を行うように構成した請求項１から請求項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. 前記切替判定部は、前記異常検出部が前記ブラシレスＤＣモータの駆動の異常を検出して前記第２波形発生部から前記第１波形発生部に切り替えた後、前記異常検出部が前記ブラシレスＤＣモータの駆動の異常を検出しなければ、前記第１波形発生部から前記第２波形発生部に切り替える請求項４記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
6. 前記第２波形発生部の出力波形の周波数を設定する周波数設定部と、前記第２波形発生部の出力波形の周波数が上限周波数を超えないように前記周波数設定部で設定された周波数に制限を加える周波数制限部を有する請求項１から請求項５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。
7. 前記上限周波数を前記第１波形発生部の出力波形の最大周波数に基づいて設定する上限周波数設定部を有する請求項６記載のブラシレスＤＣモータの駆動装置。
8. 永久磁石を有する回転子と三相巻線を有する固定子からなるブラシレスＤＣモータと、前記三層巻線に電力を供給するインバータと、前記インバータを駆動するドライブ部と、前記ブラシレスＤＣモータの前記固定子の三相巻線に発生する誘起電圧を基に前記回転子の相対的な回転位置を検出し位置信号を出力する位置検出部と、前記位置検出部からの出力信号を基にデューティ制御を行いながら矩形波または正弦波、或いは，それらに準じる波形を出力する第１波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータを同期モータとして運転できるようにデューティを一定として矩形波または正弦波、或いは、それらに準じる波形を出力する第２波形発生部と、前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数以下の低速で回転しているときは第１波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させ前記ブラシレスＤＣモータが所定回転数を超える高速で回転しているときは前記第２波形発生部の出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させる切替判定部と、前記インバータの出力電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流を基に異常の有無を判定する異常判定部と、前記異常判定部が異常と判定した場合に前記ドライブ部による前記インバータの駆動を停止させる保護停止部とを有し、前記切替判定部は、前記第２波形発生部の出力を選択して前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動させているときに、前記異常判定部が前記ブラシレスＤＣモータの駆動の異常を検出すると、前記第１波形発生部からの出力で前記ドライブ部を介して前記インバータを駆動するように前記第２波形発生部から前記第１波形発生部に切り替えるブラシレスＤＣモータの駆動装置。
9. 前記ブラシレスＤＣモータが、回転子の鉄心に永久磁石を埋め込んでなる回転子であり、かつ突極性を有する回転子を有した請求項１から請求項８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。
10. 前記ブラシレスＤＣモータが、圧縮機を駆動するものである請求項１から請求項９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。

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