7542173 モータ駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】モータ駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/02 20060101AFI20240823BHJP

   F25D 19/00 20060101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

F04B49/02 331B

F25D19/00 540A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021554256

(86)(22)【出願日】2020-10-08

(86)【国際出願番号】 JP2020038070

(87)【国際公開番号】W WO2021085066

(87)【国際公開日】2021-05-06

【審査請求日】2023-08-03

(31)【優先権主張番号】P 2019196072

(32)【優先日】2019-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】竹岡 義典

(72)【発明者】

【氏名】堀尾 好正

【審査官】大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２１４４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２４９９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１０６４５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ４９／０２

Ｆ２５Ｄ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レシプロ型圧縮機と、
前記圧縮機が圧縮動作を行う駆動源となるブラシレスＤＣモータと、を備え、
起動前に前記圧縮機のピストンの下死点を探索し移動させる下死点探索部と、前記ピストンを下死点から起動し、上死点に到達するまでの時間が、起動時に発生する振動の周期と一致するように前記ブラシレスＤＣモータの起動トルクを決定するトルク決定部と、を有し、前記圧縮機の運転開始時の振動と、負荷トルクの減少による振動とが、打ち消しあうように、前記下死点探索部により前記ピストンを下死点に移動させたのち、前記ブラシレスＤＣモータを回転開始位置に移動させ、前記トルク決定部は、前記下死点探索部で決定される回転開始位置を下死点とし、起動トルクを決定して、
前記ブラシレスＤＣモータの起動トルクと回転開始位置を決定する、
モータ駆動装置。

【請求項2】

前記圧縮機は、上死点を基準としてみた場合、正転と逆転ともに、非圧縮ステップであり、下死点を基準としてみた場合、正転と逆転ともに、圧縮ステップを含み、
前記下死点探索部は、前記ブラシレスＤＣモータを正転と逆転をさせるステップを有する、
請求項１に記載のモータ駆動装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のモータ駆動装置を備える、
冷蔵庫。

【請求項4】

前記圧縮機を、筐体上部に備える、
請求項３に記載の冷蔵庫。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、圧縮機のブラシレスＤＣモータを駆動するモータ駆動装置およびこれを用いた冷蔵庫に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、従来の圧縮機のブラシレスＤＣモータを駆動する冷蔵庫用のモータ駆動装置を開示する。モータ駆動装置で駆動する圧縮機を搭載した冷蔵庫などの冷凍装置は、冷却運転停止時、冷凍サイクルを高圧側と低圧側とにサイクル上分離して、冷媒の流れ込みを防いで、省エネルギ化を図っている。

【0003】

しかしながら、上記構成の場合、圧縮機の内部で、吸入圧力と吐出圧力とに大きな差が残る。そのため、圧縮機の起動時、圧縮ステップを乗り越えるために大きなエネルギが必要となる。

【0004】

そこで、従来の圧縮機駆動用のモータ駆動装置は、起動前の圧縮機のピストンの位置を、上死点から下死点の間の、上死点隣（あらかじめ決められた位置中で、上死点ではない上死点に最も近づく位置に相当）まで移動させる。そして、上死点隣の位置から、モータ駆動装置を起動させる。これにより、圧縮機のピストンに大きな加速を与え、エネルギを蓄えて、圧縮ステップを乗り越え、圧縮機の起動を行うように構成される。

【0005】

以下、上記特許文献１に記載の従来のモータ駆動装置について、図６を用いて、説明する。

【0006】

図６は、上記特許文献１に記載の従来のモータ駆動装置のブロック図である。

【0007】

図６に示すように、従来のモータ駆動装置は、ブラシレスＤＣモータ２０１と、圧縮機２０３と、制御部２０４と、インバータ２０５などから構成される。圧縮機２０３は、ブラシレスＤＣモータ２０１、およびブラシレスＤＣモータ２０１のロータに連結されたピストン２０２を有する。制御部２０４は、モータを下死点に移動させる初期整列段階と、吸入ステップ内の上死点隣に起動位置を移動させる強制整列段階と、ブラシレスＤＣモータ２０１の回転子を加速させる加速段階などの制御動作を含む。インバータ２０５は、制御部２０４からの駆動信号に基づいて、ブラシレスＤＣモータ２０１に電力を供給する。

【0008】

上記構成のモータ駆動装置は、圧縮機２０３の停止時において、ピストン２０２が圧縮ステップ手前で停止する確率が高く、下死点付近にピストン２０２が停止しやすい。そのため、制御部２０４は、初期整列段階において、ピストン２０２が下死点の位相となる信号をインバータ２０５に送る。そして、インバータ２０５は、電流をブラシレスＤＣモータ２０１のステータに流して、ブラシレスＤＣモータ２０１のロータを回転させる。これにより、ピストン２０２が、下死点に移動する。

【0009】

つぎに、制御部２０４は、強制整列段階において、ピストン２０２の下死点の位相から、逆転方向に、順次切り替わるような信号を、インバータ２０５に送る。これにより、ピストン２０２の位置を、吸入ステップ側の上死点隣まで移動させる。

【0010】

そして、制御部２０４は、加速段階において、ブラシレスＤＣモータ２０１を起動して、加速させるための信号をインバータ２０５に送る。これにより、ブラシレスＤＣモータ２０１が回転する。つまり、ピストン２０２を上死点近傍から加速させるため、圧縮ステップでの速度が大きくなる。その結果、圧縮ステップを乗り越え、圧縮機駆動用のモータ駆動装置の容易な起動が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開２００７－１０７５２３号公報

【発明の概要】

【0012】

本開示は、吸入圧力と吐出圧力との差がある負荷トルクの変動が大きな圧縮機でも、安価で、かつ、振動を抑制しながら安定した起動が可能なモータ駆動装置を提供する。

【0013】

本開示のモータ駆動装置は、圧縮機と、圧縮機が圧縮動作を行う駆動源となるブラシレスＤＣモータを備える。そして、モータ駆動装置は、圧縮機の運転開始時の振動と、負荷トルク減少による振動とが、打ち消しあうようにブラシレスＤＣモータの起動トルクと回転開始位置を決定するように構成される。

【0014】

本開示のモータ駆動装置は、運転開始時に発生する振動振幅のピークと、負荷トルクの減少による急加速によって発生する振動振幅のピークと、を打ち消すように構成される。そのため、上記それぞれの振動振幅のピークが単独で発生する場合と比べて、振動振幅のピークが打ち消されて、小さくなる。これにより、圧縮機から発生する振動を小さく抑制して、安価で、安定して圧縮機を起動できるモータ駆動装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図である。

【図2A】図２Ａは、同実施の形態において、被駆動体となる圧縮機のピストンの下死点における回転子との関係を表す略式図である。

【図2B】図２Ｂは、同実施の形態において、被駆動体となる圧縮機のピストンが下死点から正転方向に９０度回転した状態のピストンと回転子との関係を表す略式図である。

【図2C】図２Ｃは、同実施の形態において、被駆動体となる圧縮機のピストンの上死点における回転子との関係を表す略式図である。

【図2D】図２Ｄは、同実施の形態において、被駆動体となる圧縮機のピストンが上死点から正転方向に９０度回転した状態のピストンと回転子との関係を表す略式図である。

【図3A】図３Ａは、同実施の形態において、運転開始時に発生する被駆動体としての圧縮機の振動を表す波形図である。

【図3B】図３Ｂは、同実施の形態において、運転開始から最初に圧縮ステップを乗り越えた際に発生する被駆動体としての圧縮機の振動を表す波形図である。

【図3C】図３Ｃは、同実施の形態において、運転開始時の振動と圧縮ステップを乗り越えた際の振動を合成した被駆動体としての圧縮機の振動を表す波形図である。

【図4A】図４Ａは、同実施の形態における上死点到達までの時間が運転開始時の振動の周期より３０度位相がずれた際の、運転開始時に発生する被駆動体としての圧縮機の振動を表す波形図である。

【図4B】図４Ｂは、同実施の形態における上死点到達までの時間が運転開始時の振動の周期より３０度位相がずれた際の、運転開始時から最初に圧縮ステップを乗り越える際に発生する被駆動体としての圧縮機の振動を表す波形図である。

【図4C】図４Ｃは、同実施の形態における上死点到達までの時間が運転開始時の振動の周期より３０度位相がずれた際の、運転開始時と圧縮ステップを乗り越える際に被駆動体としての圧縮機に発生する合成の振動を表す波形図である。

【図5】図５は、同実施の形態における下死点探索部が下死点を探索するフローチャートである。

【図6】図６は、従来のモータ駆動装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、特許文献１に記載されたモータ駆動装置があった。モータ駆動装置は、圧縮機の吸入圧力と吐出圧力とに差があるため、負荷トルクの変動が大きく、振動を抑制しながら、安定して起動することが困難であった。すなわち、特許文献１の構成の場合、圧縮ステップを乗り越える速度は、十分に出るが、圧縮ステップを乗り越え、吸入ステップになった際に、急加速するため、振動が発生しやすい。また、モータ駆動装置は、圧縮機の停止時において、ピストンが下死点付近に停止することを前提に、圧縮機に電圧を印加する。これにより、ピストンが下死点へ移動される。そのため、ブラシレスＤＣモータの極数が２極以外の構成の場合、ピストンが上死点付近に停止した場合、想定したピストンの位置から円滑に起動できず、振動の発生や起動不良などが発生する、という課題があった。発明者らは、上記課題を見出し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

【0017】

つまり、本開示は、負荷トルクの変動が大きな圧縮機でも、振動を抑制しながら、安定して起動できるモータ駆動装置を提供する。

【0018】

以下、図面を参照しながら、実施の形態、この場合は冷蔵庫に搭載した圧縮機のモータ駆動装置を例に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は、省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

【0019】

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

【0020】

（実施の形態）
以下、本実施の形態のモータ駆動装置について、項分けして、説明する。

【0021】

［１－１．構成］
まず、本実施の形態のモータ駆動装置３０の構成について、図１から図２Ｄを参照しながら、説明する。

【0022】

図１は、本実施の形態におけるモータ駆動装置３０のブロック図である。図２Ａから図２Ｄは、同実施の形態の被駆動体となる圧縮機１７のピストン１７ｂと回転子５ａとの位置関係を表す略式図である。

【0023】

図１に示すように、本実施の形態のモータ駆動装置３０は、交流電源１に接続され、ブラシレスＤＣモータ５を駆動する。ブラシレスＤＣモータ５の回転子５ａは、図２Ａから図２Ｄに示すように、クランクシャフト１７ａ、ピストン１７ｂおよびシリンダ１７ｃなどと、レシプロ型の圧縮機１７を構成する。圧縮機１７は、本実施の形態では、冷蔵庫２２に搭載され、冷凍サイクルの一部を構成する。

【0024】

交流電源１は、一般的な商用電源で、日本においては、実効値１００Ｖの５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの電源である。

【0025】

以下、モータ駆動装置３０の構成について、具体的に、説明する。

【0026】

図１に示すように、本実施の形態のモータ駆動装置３０は、整流回路２、平滑部３、インバータ４、位置検出部６、速度検出部７、電圧検出部８、ドライブ部９、出力決定部１０、下死点探索部１１、トルク決定部１２などから構成される。

【0027】

整流回路２は、交流電源１を入力として、入力される交流電力を、直流電力に整流する。整流回路２は、ブリッジ接続された４個の整流ダイオード２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで構成される。

【0028】

平滑部３は、整流回路２の出力側に接続され、整流回路２の出力を平滑する。平滑部３は、平滑コンデンサ３ｅと、リアクタ３ｆなどから構成される。平滑部３からの出力は、インバータ４に入力される。

【0029】

なお、リアクタ３ｆは、交流電源１と平滑コンデンサ３ｅとの間に挿入されるため、整流ダイオード２ａ～２ｄの前後のどちらに設けてもよい。また、リアクタ３ｆは、高周波除去部を構成するコモンモードフィルタが回路に設けられる場合、高周波除去部のリアクタンス成分との合成成分を考慮して構成することが望ましい。

【0030】

インバータ４は、平滑部３からの入力される電圧に、交流電源１の電源周期の２倍周期で大きなリプル成分を含んだ直流電力を、順次切り替えて、３相の交流電力に変換する。インバータ４は、６個のスイッチング素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆを、３相のブリッジ接続により構成される。このとき、６個の還流電流用ダイオード４ｇ、４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌが、それぞれのスイッチング素子４ａ～４ｆに、逆方向に接続される。

【0031】

なお、上記ブラシレスＤＣモータ５は、永久磁石を有する回転子５ａと、３相巻線を有する固定子５ｂなどから構成される。そして、インバータ４により作られた３相交流電流は、ブラシレスＤＣモータ５の固定子５ｂの３相巻線に供給される。これにより、ブラシレスＤＣモータ５の回転子５ａが回転する。

【0032】

位置検出部６は、固定子５ｂの３相巻線に発生する誘起電圧、ならびに、固定子５ｂの３相巻線に流れる電流および印加電圧などから、ブラシレスＤＣモータ５の固定子５ｂの磁極位置を検出する。

【0033】

本実施の形態では、位置検出部６は、ブラシレスＤＣモータ５の端子電圧を取得し、ブラシレスＤＣモータ５の回転子５ａの磁極の相対位置を検出する。具体的には、位置検出部６は、固定子５ｂの３相巻線に発生する誘起電圧に基づいて、回転子５ａの相対的な回転位置を検出する。さらに、位置検出部６は、誘起電圧と、基準となる電圧とを比較し、ゼロクロスを検出する。なお、誘起電圧のゼロクロスの基準となる電圧は、３相分の端子電圧から仮想中点の電圧を作り、その電圧としてもよい。また、直流母線電圧を取得し、その電圧を、誘起電圧のゼロクロスの基準となる電圧としてもよい。本実施の形態では、仮想中点の電圧を、誘起電圧のゼロクロスの基準となる電圧とする。

【0034】

なお、本実施の形態では、位置検出部６は、ブラシレスＤＣモータ５の固定子５ｂの磁極の相対位置を、誘起電圧で検出する方式を例に説明しているが、これに限られない。例えば、ブラシレスＤＣモータ５に流れる電流から、磁極の相対的な位置を検出してもよい。この場合、電流は、インバータ４の直流母線に配されたシャント抵抗に生じる電圧を検出し、シャント抵抗の抵抗値から、直流母線に流れる電流を算出し、さらに、モータへの通電状態から各相に流れる電流を分離し、検出する方式でもよい。また、３相のそれぞれの電流をセンサーやシャント抵抗などを配して、個別に電流を検出する方式でもよい。しかしながら、上記電流を検出する方法を比較した場合、直流母線の電流値から検出する方式は、安価な構成となるが、各相の電流を分離するために、波形にひずみが生じる場合がある。そのため、回転子５ａの磁極の相対位置を検出する場合、電流から位置を推定する方法よりも、誘起電圧で検出する方法が、より好ましい。なぜなら、誘起電圧から検出する方式は、計算量が少なく、構成が簡単で、より安価に実現できるからである。また、３相それぞれの電流を個別に検出する方式は、回路部品が多くコストが高くなり、誘起電圧を検出する方式の方が安価に構成することができる。

【0035】

速度検出部７は、位置検出部６で検出した磁極の位置情報から、ブラシレスＤＣモータ５の、現在の駆動速度を計算する。具体的には、本実施の形態では、速度検出部７は、誘起電圧のゼロクロスの検出からの時間を測定し、測定した時間から、現在の速度の計算を行う。これにより、速度検出部７は、ブラシレスＤＣモータ５の駆動速度を計算する。

【0036】

電圧検出部８は、インバータ４の直流母線間の電圧を検出する。一般的には、まず、インバータ４の直流母線間を抵抗で分圧し、検出する電圧を１４０Ｖ程度から５Ｖ以下の、マイコンで扱える範囲の電圧に分圧する。そして、分圧により検出した電圧から、マイコンで逆算し、元の直流母線間の電圧を算出する。なお、本実施の形態では、例えば、電圧を１００分の１に分圧した値を用いる。

【0037】

下死点探索部１１では、外部から入力される目標速度が、０（ゼロ）から０（ゼロ）以外の値に変化した時に、ブラシレスＤＣモータ５を駆動し、圧縮機１７のピストン１７ｂの下死点を探索する。具体的には、下死点探索部１１は、下死点を探索させるために、予め決められたパターンの駆動波形をブラシレスＤＣモータ５に出力し、ピストン１７ｂを下死点近傍まで移動させる。つまり、下死点に相当する通電のパターンを、ブラシレスＤＣモータ５に出力し、ピストン１７ｂを下死点へと移動させる。そして、一旦、ピストン１７ｂを下死点へ移動させた後、下死点探索部１１は、起動開始の位置までピストン１７ｂを移動させるパターンを、ブラシレスＤＣモータ５に出力する。なお、本実施の形態においては、起動開始の位置を下死点とするため、下死点移動後の起動位置までピストン１７ｂを移動させるステップを、特に、設ける必要はない。そして、下死点探索部１１は、次に目標速度が０（ゼロ）から０（ゼロ）以外に変化するまで、ブラシレスＤＣモータ５への出力を停止する。

【0038】

トルク決定部１２は、外部から入力される目標速度が、０（ゼロ）から０（ゼロ）以外に変化した際に、まず、下死点探索部１１で圧縮機１７のピストン１７ｂの下死点を探索する際に必要なトルクを出力する。なお、下死点方向への移動は、ピストン１７ｂが圧縮の仕事を行わないため、負荷条件によって、ほとんど影響されない。そのため、下死点方向への移動に必要なトルクは、運転開始のトルクに比べて、小さく、一定のトルクとなる。そして、トルク決定部１２は、最後に、ピストン１７ｂを下死点に移動させる際において、下死点を探索するよりも大きなトルクとなるように、ブラシレスＤＣモータ５へ出力する。さらに、トルク決定部１２は、下死点探索後において、圧縮機１７のピストン１７ｂを起動位置まで移動させる時間があれば、その期間に必要なトルクを、ブラシレスＤＣモータ５へ出力する。つまり、本実施の形態では、モータ駆動装置３０は、ピストン１７ｂを下死点から起動するように制御する。そのため、トルク決定部１２は、下死点への出力の時間が終了した際に、下死点からの運転開始に必要なトルク（起動トルクに相当）を決定する。このとき、トルク決定部１２は、ピストン１７ｂを下死点から起動し、上死点に到達するまでの時間が、起動時に発生する振動の周期と一致するように決定した、トルクを出力する。

【0039】

さらに、トルク決定部１２は、下死点探索部１１からの出力が停止する時間が経過したのちに、通常の運転を行うためのトルクも決定する。その際、トルクは、速度検出部７から入力される現在のブラシレスＤＣモータ５の速度と、外部から入力される目標速度とを比較して、決定される。つまり、目標速度に対して、現在の速度が不足していれば、出力するトルクを上昇させる。一方、目標速度に対して、現在の速度が上回っていれば、出力するトルクを減少させる。これにより、ブラシレスＤＣモータ５の速度を、目標速度に到達させる。

【0040】

出力決定部１０は、トルク決定部１２で決定されたトルクからブラシレスＤＣモータ５のトルク定数、誘起電圧定数、および抵抗値などから、印加電圧を決定する。そして、出力決定部１０は、決定した印加電圧と、電圧検出部８で検出された直流母線間の電圧に基づいて、インバータ４を駆動する、ＰＷＭデューティ幅を計算する。

【0041】

また、出力決定部１０は、位置検出部６および速度検出部７からの情報、または下死点探索部１１からの出力に基づいて、３相のブラシレスＤＣモータ５の、どの相に通電するかを決定する。このとき、下死点探索部１１からの入力信号がある場合、出力決定部１０は、下死点探索部１１から入力される信号を利用して、通電する相を決定する。一方、下死点探索部１１からの入力信号がない場合、出力決定部１０は、位置検出部６の位置情報と、速度検出部７の速度情報とに基づいて、出力する信号を決定する。

【0042】

ここで、ブラシレスＤＣモータ５を駆動する駆動波形としては、例えば、矩形波および正弦波などがあるが、特に、限定されない。矩形波の場合、単純な構成、かつ計算が簡易であるため、安価なマイコンで対応できる。そのため、出力決定部１０を、低コストで実現できる。また、正弦波の場合、複雑な計算や電流検出などが必要となるが、より細かくモータの位置の検出が可能となる。そこで、本実施の形態においては、より低コストで実現可能な矩形波駆動を採用して、ブラシレスＤＣモータ５を駆動する。

【0043】

具体的には、本実施の形態では、モータ駆動装置３０は、１２０度通電の矩形波で駆動される。そのため、インバータ４の上側アームのスイッチング素子４ａ、４ｃ、４ｅに、それぞれ１２０度ずつ、ずらした駆動波形で通電している。同様に、インバータ４の下側アームのスイッチング素子４ｂ、４ｄ、４ｆにも、それぞれ１２０度ずつ、ずらした駆動波形で通電している。これにより、スイッチング素子４ａと４ｂ、４ｃと４ｄ、および、４ｅと４ｆは、それぞれ、互いの通電期間の間に、６０度ずつのオフ期間が存在することになる。

【0044】

ドライブ部９は、出力決定部１０で決定されるオン比率と、ブラシレスＤＣモータ５の電力供給タイミングと、予め決定されているＰＷＭ周期に基づいて、インバータ４のそれぞれのスイッチング素子に、ドライブ信号を出力する。

【0045】

ドライブ信号は、インバータ４のスイッチング素子４ａ～４ｆを、オンまたはオフする。これにより、ブラシレスＤＣモータ５の固定子５ｂに最適な交流電力が印加される。その結果、ブラシレスＤＣモータ５の回転子５ａが回転し、ピストン１７ｂが駆動される。

【0046】

以上のように、モータ駆動装置３０は構成される。

【0047】

つぎに、本実施の形態のモータ駆動装置３０を用いた冷蔵庫２２について、図１から図２Ｄを参照しながら、説明する。以下の説明では、冷蔵庫２２を例に説明するが、冷凍装置でも同じである。

【0048】

冷蔵庫２２は、圧縮機１７が搭載される。圧縮機１７は、レシプロ型で構成される。つまり、圧縮機１７は、ブラシレスＤＣモータ５、クランクシャフト１７ａ、ピストン１７ｂおよびシリンダ１７ｃなどを含む圧縮機構で構成される。ブラシレスＤＣモータ５の回転子５ａの回転運動は、クランクシャフト１７ａにより、往復運動に変換される。そして、クランクシャフト１７ａに接続されたピストン１７ｂは、シリンダ１７ｃ内を往復運動する。この往復動作により、シリンダ１７ｃ内に冷媒が吸い込まれ、吸い込んだ冷媒が圧縮される。

【0049】

なお、レシプロ型の圧縮機１７は、吸入ステップおよび圧縮ステップにおいて、トルクの変動が大きく、速度および電流値が大きく変動する。

【0050】

圧縮機１７で圧縮された冷媒は、凝縮器１９、二方弁１８、減圧器２０および蒸発器２１を順に通って、再び、圧縮機１７に戻るという冷凍サイクルを流れる。このとき、凝縮器１９では放熱が行われ、蒸発器２１では吸熱が行われる。これにより、冷蔵庫２２内の冷却および加熱を行うことができる。つまり、冷蔵庫２２は、上記冷凍サイクルを実現する圧縮機１７を搭載して構成される。

【0051】

二方弁１８は、通電によって開閉動作が可能な電磁弁などが用いられる。二方弁１８は、圧縮機１７の運転中において、開状態とし、凝縮器１９と減圧器２０とを連通させて、冷媒を流す。一方、圧縮機１７の停止中において、二方弁１８を閉状態とし、凝縮器１９と減圧器２０の間を閉塞させて、冷媒が流れないようにする。

【0052】

以上のように、モータ駆動装置３０を用いた冷蔵庫２２は構成される。

【0053】

［１－２．動作］
以上のように構成された冷蔵庫２２に搭載されたモータ駆動装置３０の動作について、図２Ａ～図４Ｃを用いて説明する。

【0054】

図３Ａ～図４Ｃにおいて、横軸は時間を表し、縦軸はピストン１７ｂの往復方向と垂直、かつブラシレスＤＣモータ５の回転軸と垂直の方向の振動振幅を表している。

【0055】

図２Ａに示すピストン１７ｂが下死点からブラシレスＤＣモータ５の回転子５ａが正転（時計回り）した場合、図２Ｂに示すように、ピストン１７ｂの上昇に伴い、シリンダ１７ｃの容積が減少する。これにより、シリンダ１７ｃ内に吸い込まれた冷媒が圧縮される。そこから、回転子５ａが、さらに回転すると、シリンダ１７ｃ内の冷媒の圧力が、凝縮器側の圧力まで上昇する。そして、冷媒の圧力が凝縮器側の圧力まで上昇すると、図２Ｃに示すように、冷媒を吐き出しながら、ピストン１７ｂが上死点へと到達する。これにより、シリンダ１７ｃの圧縮された冷媒の吐出が完了する。その後、さらに回転子５ａが回転すると、図２Ｄに示すように、ピストン１７ｂが下死点方向に移動する。これにより、シリンダ１７ｃ内の容積が増加し、蒸発器２１から低圧の冷媒が吸い込まれる。そして、さらに回転子５ａが回転すると、再び、ピストン１７ｂが図２Ａに示す下死点に到達し、シリンダ１７ｃ内の冷媒の圧縮が始まる。以上により、冷媒の吐出および吸引の動作が、繰り返し実行される。

【0056】

一方、図２Ａに示す下死点の状態から図２Ｄで示す状態へと、逆転（反時計回り）した場合においても、上記時計回りと同様に、シリンダ１７ｃの容積は減少して、冷媒が圧縮される。そして、図２Ｃで示す上死点へとピストン１７ｂが到達するまでに、冷媒の圧縮が行われる。さらに、図２Ｃの状態からピストン１７ｂが逆転すると、図２Ｂに示す状態となる。これにより、図２Ｃに示す冷媒の吐出が完了した状態から、シリンダ１７ｃ内へ冷媒が吸い込まれる。その後、さらにピストン１７ｂの逆転が継続されると、図２Ａに示す下死点まで、シリンダ１７ｃ内への冷媒の吸入が継続される。そして、下死点から上死点に向かってピストン１７ｂが移動する際に、冷媒が圧縮されることとなる。

【0057】

つまり、レシプロ型である圧縮機１７は、回転子５ａが正転、あるいは逆転でも、ピストン１７ｂは、同様に、シリンダ１７ｃ内を往復運動する。そのため、ピストン１７ｂが下死点の状態から正転、あるいは逆転方向に回転した場合、同様に、冷媒の圧縮・吐出ステップが実行される。また、ピストン１７ｂが上死点の状態から正転、あるいは逆転方向に回転した場合、同様に、ピストン１７ｂ内に冷媒を吸い込む吸入ステップが実行される。

【0058】

つまり、蒸発器２１と凝縮器１９との間に圧力差がある状態においては、ピストン１７ｂを上死点方向に動かすには、大きなトルクが必要となる。一方、下死点方向にピストン１７ｂを動かす場合、わずかなトルクでの動作が可能となる。

【0059】

そこで、本実施の形態のモータ駆動装置３０は、上記特性を利用して、まず、下死点探索部１１は、上死点から下死点へと正転方向に１８０度回転させるパターンを、ブラシレスＤＣモータ５に出力する。その後、下死点探索部１１は、逆転方向に、同様に、上死点から下死点へと１８０度回転させるパターンを、ブラシレスＤＣモータ５に出力する。一方、トルク決定部１２は、下死点探索部１１で下死点探索を行っている際のトルクを予め決定している。つまり、トルク決定部１２は、冷蔵庫２２の庫内が十分に冷却された状態で停止した際の圧力条件で停止し、起動した際に、ピストン１７ｂの回転子５ａが下死点から６０度未満しか圧縮方向に回転しないトルクに決定している。

【0060】

例えば、ピストン１７ｂの停止位置が上死点の手前であれば、トルク決定部１２で決定したトルクは、圧縮方向であるため、正転方向へ回転できない。しかし、次の逆転方向に１８０度回転させる場合は、吸入ステップであるため、トルクがほぼ必要ない。そのため、トルク決定部１２で決定した小さなトルクでも、ピストン１７ｂを下死点方向へ回転させ、下死点へと移動させることができる。

【0061】

一方、ピストン１７ｂが上死点を乗り越えたところで停止していた場合、ピストン１７ｂを正転方向に上死点から１８０度回転させる場合、吸入ステップで、回転が可能である。そのため、ピストン１７ｂは、下死点まで移動する。しかし、逆転方向では、下死点から６０度の位置まで回転して、ピストン１７ｂが停止する。そして、最後に、出力決定部１０で、下死点に相当する位相を出力する。これにより、下死点付近にある回転子５ａは、ピストン１７ｂが下死点に移動する位置まで回転する。つまり、出力決定部１０が下死点に相当する位相を出力した場合、ピストン１７ｂは、下死点に近い方向に回転する。例えば、本実施の形態のように４極構成のブラシレスＤＣモータ５の場合、上死点と下死点に移動するための位相が、同じ位相となる。しかし、ピストン１７ｂは、下死点の方に近い位置にあるため、下死点側に移動することとなる。また、６極構成のブラシレスＤＣモータ５の場合、下死点と同じ位相は、下死点から１２０度、上死点方向に回転した位置となる。そのため、回転子５ａは、６０度未満までしか回転していないので、ピストン１７ｂは、下死点方向に移動する。さらに、８極構成のブラシレスＤＣモータ５の場合、下死点からの回転可能な範囲を４５度未満とするトルクを印加することにより、上記下死点方向への移動が可能となる。さらに大きな極数に関しては、回転子５ａの回転の範囲、３６０を極数で割った値、未満とする。これにより、同様に、上記下死点方向への、ピストン１７ｂの移動が可能となる。

【0062】

ここで、圧縮機１７は、振動の発生の要因として、運転開始の際に生じる振動がある。また、圧縮機１７は、運転開始後、圧縮から吐出が完了し、吸入へと切り替わる動作において、トルクが急激に減少するために加速が発生し、振動が発生する場合がある。ブラシレスＤＣモータ５の回転子５ａの運動エネルギは、角速度の２乗に比例する。そのため、回転子５ａの速度が低いほど、速度の低下と上昇が大きくなるので、発生する振動が大きくなる。

【0063】

一方、圧縮機１７は、吸入と吐出の圧力差がある起動において、大きなトルクがかかっている。そのため、回転子５ａの速度を上げて、運動エネルギを大きくすることにより、運転開始から通常運転を行う速度までに発生する振動は、ある程度抑制できる。しかし、圧縮機１７の運転の開始から上死点を、初めて乗り越えた際には、回転子５ａの速度が最も低くなるため、最も振動が発生しやすい。

【0064】

さらに、回転子５ａは、クランクシャフト１７ａが連結されている。そのため、ピストン１７ｂが下死点から回転を開始した際、イナーシャにより、ピストン１７ｂの往復方向と垂直、かつブラシレスＤＣモータ５の回転軸と垂直の方向に、振動が発生する。また、ピストン１７ｂが上死点を乗り越えた際、急激な加速が発生する。そのため、イナーシャにより、ピストン１７ｂの往復方向と垂直、かつブラシレスＤＣモータ５の回転軸と垂直の方向に、振動が発生する。この場合、下死点から起動と同様に、加速により発生する振動のため、ピストン１７ｂの下死点および上死点から回転子５ａの回転方向に対して発生する振動は、同じ方向である。しかし、圧縮機１７から見た場合、クランクシャフト１７ａは、回転子５ａの回転軸を中心に対称の位置となるため、発生する振動は、逆方向となる。

【0065】

以下、上記振動の発生について、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、説明する。

【0066】

図３Ａは、ピストン１７ｂの下死点からの運転開始時に発生する振動を表す図である。図３Ｂは、ピストン１７ｂの上死点を乗り越えた際に発生する振動を表す図である。つまり、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ピストン１７ｂの下死点からの回転と、ピストン１７ｂの上死点からの回転において、振動発生開始の方向は、逆の位相となる。

【0067】

そこで、トルク決定部１２では、ピストン１７ｂの下死点からの起動した際の振動の周期のタイミングで、上死点を乗り越えるようにトルクを決定する。このとき、ピストン１７ｂの下死点からの起動の振動の周期は、圧縮機１７を構成する部品の複合的な固有振動によって決定される。なお、固有振動は、予め、例えばハンマリング試験などで調べておく。

【0068】

また、到達までの時間は、圧縮機１７の圧縮仕事と、ブラシレスＤＣモータ５に発生するトルクと、回転子５ａおよび回転子５ａに連結された部品のイナーシャに基づいて、計算する。このとき、イナーシャは固定（一定）で、圧縮機１７の圧縮仕事は変化する。一方、ブラシレスＤＣモータ５に発生するトルクは、冷蔵庫２２の庫内が十分に冷却された状態の通常運転範囲において、中央となる負荷条件の選択により決定できる。具体的には、選択した負荷条件で、予め、ブラシレスＤＣモータ５にかかるトルクを計算し、保持する。これにより、トルクをリアルタイムで計算する制御系の負荷を、軽減できる。そのため、性能の低いマイコンでも、上記到達までの時間を容易に計算できる。その結果、制御系に関するコストを、低減できる。

【0069】

そして、上記の方法で予め決定したトルクにより、ピストン１７ｂを下死点から起動した際の振動である図３Ａの波形と、上死点を乗り越えた際の振動である図３Ｂの波形は、タイミング（イ）に示すように、振動周期の開始位置が一致し、逆位相となる。そのため、図３Ａの振動と図３Ｂの振動が、互いに打ち消し合う。これにより、図３Ｃに示すように、運転開始時の振動と、上死点を乗り越えた時の振動の合成の振動が、図３Ａに示す起動時の振動のピークと比較して、約５０％程度まで、抑制される。

【0070】

なお、冷蔵庫２２の状態が変化した場合、一定のトルクでは、振動の周期が一致しない。しかし、冷蔵庫が十分冷却された状態での負荷は、電源投入時と比較して変化が小さく、振動位相の変化は、±３０度以内に収まる。

【0071】

上記状態について、図４Ａから図４Ｃを用いて、説明する。

【0072】

図４Ａは、図３Ａと同様に、ピストン１７ｂを下死点から起動した際の振動振幅を表す図である。図４Ｂは、ピストン１７ｂが上死点を乗り越えた際の振動を表す図である。なお、図４Ｂは、運転開始の振動の周期から位相が、＋３０度遅れた際の波形を表している。図４Ｃは、図４Ａと図４Ｂの合成の振動波形を表す図である。

【0073】

つまり、冷蔵庫２２が温まり、負荷状態が重くなると、図４Ｂに示すように、ピストン１７ｂの上死点までの到達の時間が遅れ、位相がずれる。一方、冷蔵庫２２が冷却され、負荷状態が軽くなると、ピストン１７ｂの上死点までの到達の時間が早くなる。そのため、上記位相が、マイナス側にずれることとなる。

【0074】

例えば、図４Ａのタイミング（ロ）が示すように、ピストン１７ｂが上死点を乗り越えた際の振動の開始が、３０度ずれている。しかしながら、位相のずれが３０度でも、図４Ｃに示すように、図４Ａの振動のピークの６割程度の振動ピーク値となる。そのため、位相のずれが発生しても、十分な振動の抑制効果が得ることができる。

【0075】

以下、モータ駆動装置３０の下死点探索部１１が、下死点を探す制御の詳細に関して、図５を用いて、説明する。

【0076】

図５は、下死点探索部１１が下死点を探すフローチャートである。

【0077】

図５に示すように、まず、下死点探索部１１は、前回この処理に入ってきたときの外部から入力される目標速度が０（ゼロ）であったか否かを確認する（ＳＴＥＰ２０１）。このとき、目標速度が０（ゼロ）ならば（ＳＴＥＰ２０１のＹｅｓ）、ＳＴＥＰ２０２へ、目標速度が０（ゼロ）以外ならば（ＳＴＥＰ２０１のＮｏ）、ＳＴＥＰ２０３へ移行する。ここでは、前回の目標速度が０（ゼロ）であるとして、ＳＴＥＰ２０２へ移行する。

【0078】

つぎに、現在の外部から入力される目標速度が、０以外か否かを確認する（ＳＴＥＰ２０２）。このとき、目標速度が０以外であれば（ＳＴＥＰ２０２のＹｅｓ）、ＳＴＥＰ２０４へ、目標速度が０であれば（ＳＴＥＰ２０１のＮｏ）、ＳＴＥＰ２０３へ移行する。つまり、前回の処理から今回の処理の間に、停止状態から起動するように目標速度が変化したか否かを、判定している。ここでは、現在の目標速度が０以外であるとして、ＳＴＥＰ２０４へ移行する。

【0079】

つぎに、下死点探索部１１は、下死点探索のために回転子５ａを、どれだけ回転させたかを記録する位相変更量に０（ゼロ）をセットし、現在の出力位相を上死点であるとして初期化する（ＳＴＥＰ２０４）。

【0080】

つぎに、下死点探索部１１は、下死点探索のために回転子５ａを回転させた量である位相変更量が１８０未満か否を判定する（ＳＴＥＰ２０５）。このとき、位相変更量が１８０未満であれば（ＳＴＥＰ２０５のＹｅｓ）、ＳＴＥＰ２０６へ、位相変更量が１８０以上ならば（ＳＴＥＰ２０５のＮｏ）、ＳＴＥＰ２０７へ移行する。

【0081】

つぎに、現在の出力位相から３０度正転方向に回転した位相を新たな出力位相として出力する（ＳＴＥＰ２０６）。さらに、下死点探索部１１で回転子５ａをどれだけ回転させたかを記録した位相変更量に回転させた角度と等しい３０を加算する（ＳＴＥＰ２０６）。そして、１００ｍｓ待機した後、ＳＴＥＰ２０５へ移行する。なお、１００ｍｓの待機は、回転子５ａが確実に回転する時間を待っている時間である。なお、この待機時間には、実際に動作を確認しながら、予め決定した値を利用する。

【0082】

そして、ＳＴＥＰ２０５とＳＴＥＰ２０６を、それぞれ、６回実行する。その後、ＳＴＥＰ２０５へ戻ってきた際には、位相変更量は１８０となっているため（ＳＴＥＰ２０５のＮｏ）、ＳＴＥＰ２０５からＳＴＥＰ２０７へ移行する。

【0083】

また、ＳＴＥＰ２０４からＳＴＥＰ２０６を実行し、ＳＴＥＰ２０７へ移行するまでに、上死点から１８０度回転する位相が出力される。このとき、クランクシャフト１７ａと回転子５ａの連結部が、上死点から正転時方向の下死点の間にある場合、正転は、吸入ステップに対応する。そのため、微小なトルクでも、正転方向に回転子５ａを回転させることが可能となる。これにより、下死点までピストン１７ｂが移動する。一方、クランクシャフト１７ａと回転子５ａの連結部が、下死点から正転方向の上死点の間にある場合、圧縮・吐出ステップに対応する。そのため、ピストン１７ｂが下死点付近にある場合を除き、ほとんど正転方向に回転することができない。これにより、ピストン１７ｂは、下死点から上死点の間にとどまることとなる。

【0084】

なお、本実施の形態では、ブラシレスＤＣモータ５を、４極、かつ１２０度の矩形波で駆動する構成としたので、出力位相の変更量を３０度回転するとしている。これは、１２０度の矩形波は、電気的には、６０度ずつ位相を変更することに相当し、６種類の出力パターンで１回転となる。また、ブラシレスＤＣモータ５は、４極構成であるため、回転子の１回転で、電気的に３６０度を極対数と等しい２周期を出力することとなる。つまり、１２０度の矩形波の出力位相変更は、回転子の角度に直すと、３０度となるためである。一方、６極構成であれば、回転子が１回転するためには、電気的に３６０度を極対数と等しい３周期出力することとなる。そのため、出力位相の１回の変更に対して、回転子は、２０度回転することとなる。つまり、図５に示すＳＴＥＰ２０６の変更量は、３６０を、モータの極対数と転流パターンの数６で除算した結果となる。

【0085】

つぎに、下死点探索部１１が下死点探索のために回転子５ａを逆転でどれだけ回転したかを記録するために、位相変更量を０にセットし、現在の出力位相を上死点であるとして、初期化をする（ＳＴＥＰ２０７）。

【0086】

つぎに、下死点探索部１１が下死点探索のために回転子５ａを逆転でどれだけ回転したかを記録した位相変更量が１８０未満か否かを判定する（ＳＴＥＰ２０８）。位相変更量が１８０未満であれば（ＳＴＥＰ２０８のＹｅｓ）、ＳＴＥＰ２０９へ、位相変更量が１８０以上であれば（ＳＴＥＰ２０８のＮｏ）、ＳＴＥＰ２１０へ移行する。ここでは、ＳＴＥＰ２０７で位相変更量を０に初期化した直後なので、ＳＴＥＰ２０９へ移行する。

【0087】

つぎに、現在の出力位相から３０度逆転方向に回転した位相を新たな出力位相として出力する（ＳＴＥＰ２０９）。さらに、下死点探索部１１で回転子５ａをどれだけ逆方向に回転させたかを記録した位相変更量に回転させた角度と等しい３０を加算する（ＳＴＥＰ２０９）。そして、１００ｍｓ待機した後、ＳＴＥＰ２０８へ移行する。

【0088】

そして、ＳＴＥＰ２０８とＳＴＥＰ２０９を、それぞれ、６回実行する。その後、ＳＴＥＰ２０５へ戻ってきた際には、位相変更量は１８０となっているため（ＳＴＥＰ２０８のＮｏ）、ＳＴＥＰ２０８からＳＴＥＰ２１０へ移行する。

【0089】

また、ＳＴＥＰ２０７からＳＴＥＰ２０９を実行し、ＳＴＥＰ２１０へ移行するまでに、上死点から逆転方向に１８０度回転する位相が出力される。このとき、クランクシャフト１７ａと回転子５ａの連結部が、上死点から逆転時方向の下死点の間にある場合、逆転では吸入ステップに対応する。つまり、正転方向の圧縮・吐出ステップで、ＳＴＥＰ２０４～ＳＴＥＰ２０６において、ピストンが下死点に移動していない場合、逆転では吸入ステップに対応する。そのため、微小なトルクでも、正転方向に回転子５ａを回転させることが可能となる。これにより、下死点までピストン１７ｂが移動する。一方、クランクシャフト１７ａと回転子５ａの連結部が、すでに下死点に移動している場合、圧縮・吐出ステップに対応する。そのため、ピストン１７ｂは、ほとんど逆方向に回転することができない。これにより、ピストン１７ｂは、下死点付近にとどまることとなる。

【0090】

つぎに、下死点付近にあるピストン１７ｂに、下死点に相当する位相を出力する（ＳＴＥＰ２１０）。これにより、ピストン１７ｂが、確実に下死点へと移動する。

【0091】

つぎに、今回の目標速度を前回の目標速度として記録し、処理を終了する（ＳＴＥＰ２１１）。

【0092】

なお、上記フローが終了後、再び、図５のフローの処理が開始された場合、まず、ＳＴＥＰ２０１における前回の目標速度が０（ゼロ）ではないため（ＳＴＥＰ２０１のＮｏ）、ＳＴＥＰ２０３へと移行する。

【0093】

そして、ＳＴＥＰ２０３では、何も出力せず、ＳＴＥＰ２１１へ移行し、ＳＴＥＰ２１１において、目標速度を更新した後、処理を終了する。

【0094】

また、冷蔵庫２２は、庫内が十分に冷却されると、冷凍サイクルを止める。そのため、目標速度が０（ゼロ）となる。この状態で、図５に示す処理を、再び実行すると、前回の目標速度が０（ゼロ）ではないため、図５に示す、ＳＴＥＰ２０１、ＳＴＥＰ２０３、ＳＴＥＰ２１１と、運転中のフローと同じ処理が実行される。そのため、ＳＴＥＰ２１１において、前回の目標速度を更新する際に、目標速度を０（ゼロ）として記録する。

【0095】

そして、再度、図５に示すフローの処理が実行されると、ＳＴＥＰ２０１において、前回の目標速度が０（ゼロ）と記録されているため、ＳＴＥＰ２０２へと移行する。

【0096】

さらに、ＳＴＥＰ２０２においては、今回の目標速度が０（ゼロ）であるため（ＳＴＥＰ２０２のＮｏ）、ＳＴＥＰ２０３を処理後、ＳＴＥＰ２１１へと移行する。つまり、ＳＴＥＰ２０３では、何も出力せず、ＳＴＥＰ２１１において、前回の目標速度が、再度、０（ゼロ）に更新される。

【0097】

以上のように、図５に示すフロー処理を定期的に呼び出して処理することにより、ブラシレスＤＣモータ５に流れる電流や誘起電圧を検出しない同期運転において、ピストン１７ｂを下死点へと移動させて、起動させることができる。これにより、圧縮機１７の吸入と吐出の圧力に差があっても、圧縮機１７で発生する振動のピークを抑制して、振動の低減が可能となる。

【0098】

つぎに、本実施の形態のモータ駆動装置３０を圧縮機１７に用いて、冷蔵庫２２に搭載した場合について、図１を参照しながら、説明する。

【0099】

まず、圧縮機１７の起動と同時に、二方弁１８を開状態とし、減圧器２０と凝縮器１９とを連通させる。なお、上記では、圧縮機１７の起動と同時に、二方弁１８を開状態にする例で説明としたが、時間的に多少前後しても問題とはならない。

【0100】

つぎに、圧縮機１７の駆動が継続されると、凝縮器１９は高圧となる。一方、蒸発器２１は、減圧器２０で減圧されて、低圧となる。このとき、圧縮機１７の凝縮器１９につながる吐出側が高圧に、蒸発器２１につながる吸入側が低圧となる。

【0101】

ここで、冷蔵庫２２の庫内温度が低下し、圧縮機１７を停止させた状況を想定する。この場合、二方弁１８を開状態で維持すると、徐々に、凝縮器１９と蒸発器２１との圧力が、バランスしていく。このとき、圧縮機１７の吸入側と吐出側との間の圧力差が０．０５ＭＰａ以下、すなわちバランスしたといえる状態になるまで、冷蔵庫２２のシステム構成にもよるが、１０分程度かかる。

【0102】

一方、圧縮機１７の停止と同時に、二方弁１８を開状態から閉状態に移行させると、凝縮器１９と蒸発器２１との圧力差が、ほぼ維持される、これにより、圧縮機１７の吸入側と吐出側に圧力差が残る。

【0103】

ここで、冷蔵庫２２の庫内温度が上昇し、再び、圧縮機１７を起動させる際に、圧縮機１７の停止中に二方弁１８を閉めて、圧力差が保持された状態と、圧力がバランスした状態から起動させる場合とを比較する。この場合、二方弁１８を閉めて、圧力差を保持した状態で圧縮機１７を起動させる方が、凝縮器１９と蒸発器２１との間に、再び、圧力差を設けるための電力が小さくなる。そのため、冷蔵庫２２の省エネルギ化を実現できる。

【0104】

また、圧縮機１７の停止中も二方弁１８を開状態のままにする場合、および、二方弁１８が設けない冷蔵庫の動作について、考察する。

【0105】

具体的には、圧縮機１７の停止から圧力がバランスするまでの１０分程度が経過する前に、庫内温度が上昇した場合を考察する。この場合、従来の構成であれば、圧縮機１７の吸入側と吐出側との圧力差が０．０５ＭＰａ以下でしか、モータ駆動装置３０を起動させることができない。そのため、上記状態においては、１０分が経過するまで、モータ駆動装置３０の起動を待つ必要がある。

【0106】

しかしながら、本実施の形態の冷蔵庫２２は、０．０５ＭＰａより大きな差圧でもモータ駆動装置３０を起動させることが可能となる。そのため、庫内温度が上昇した場合、圧縮機１７の運転が必要なタイミングで、モータ駆動装置３０を起動させることができる。これにより、圧縮機１７の吸入側と吐出側との圧力がバランスした状態で起動させる場合に比べて、凝縮器１９と蒸発器２１との間に圧力差を設けるための電力を低減できる。そのため、さらに、冷蔵庫２２の省エネルギ化が可能となる。

【0107】

また、二方弁１８は、三方弁または四方弁に比べ、冷蔵庫などのシステム構成を簡略にできる。さらに、二方弁１８は、圧縮機１７の吸入側と吐出側との圧力差を、より確実に維持できる。

【0108】

また、本実施の形態の冷蔵庫２２は、圧縮機１７を冷蔵庫２２の上部に配置してもよい。この場合、手が届きにくい、上部のデッドスペースが小さくなるため、使いやすくなるとともに、庫内体積を拡大できる。一方、圧縮機１７の上部への配置により、冷蔵庫２２は、加振源である圧縮機１７が最も遠い位置に配置される。そのため、冷蔵庫２２は、床を支点として、てこの原理で圧縮機１７の振動が伝わりやすくなる。しかし、本実施の形態の冷蔵庫２２は、圧縮機１７の振動のピークを、効果的に抑制できる。そのため、圧縮機１７を上部へ配置しても、冷蔵庫２２から発生する振動や騒音を小さくできる。

【0109】

［１－３．効果等］
以上で述べたように、本実施の形態のモータ駆動装置３０は、圧縮機１７と、圧縮機１７が圧縮動作を行うためのブラシレスＤＣモータ５を備える。モータ駆動装置は、圧縮機１７の運転開始時の振動と、負荷トルク減少による振動とが、打ち消しあうようにブラシレスＤＣモータ５の起動トルクと回転開始位置を決定するように構成される。この構成により、モータ駆動装置３０は、運転開始時に発生する振動振幅のピークと負荷トルクの減少による急加速によって発生する振動振幅のピークと、を打ち消すように構成される。そのため、上記それぞれの振動振幅のピークが単独で発生する場合と比べて、振動振幅のピークが小さくなる。これにより、圧縮機１７から発生する振動を小さく抑制できる。

【0110】

また、本実施の形態のモータ駆動装置３０は、圧縮機１７のピストン１７ｂの下死点を探索し移動させる下死点探索部１１を備え、下死点探索部１１により、ピストン１７ｂを下死点に移動させたのち、ブラシレスＤＣモータ５を回転開始位置に移動させるように構成される。この構成により、モータ駆動装置３０は、圧縮機１７のピストン１７ｂの位置を把握して、圧縮ステップを乗り越えるために、十分な速度を得る加速期間を確保できる。これにより、圧縮機１７の安定した起動が可能となる。

【0111】

また、本実施の形態のモータ駆動装置３０は、トルク決定部を１２備え、トルク決定部１２は、下死点探索部１１で決定される回転開始位置を下死点とし、起動トルクを決定する。この構成により、モータ駆動装置３０は、運転開始時に発生する振動の方向と、上死点で負荷トルクの減少による振動の発生開始の方向とが逆方向となる。そのため、互いの振動が相殺される。これにより、圧縮機１７で発生する振動を、より効果的に抑制できる。

【0112】

また、上記構成により、モータ駆動装置３０は、ピストン１７ｂを下死点へ移動したのち、運転開始位置へ、さらに移動させる必要がない。これにより、モータ駆動装置３０を、より単純な構成にできる。そのため、能力の低い安価なマイコンでの構成が可能となるため、製品のコストの低減できる。

【0113】

さらに、上記構成により、モータ駆動装置３０は、ピストン１７ｂの起動開始位置が固定となる。そのため、起動トルクの決定のための計算が単純となる。これにより、事前に起動トルクを決定する場合、開発期間を短縮できる。一方、起動トルクをリアルタイムに決定する場合でも、安価なマイコンで、短時間で計算できる。

【0114】

また、本実施の形態のモータ駆動装置３０は、圧縮機１７を、上死点を基準としてみた場合、正転と逆転ともに、非圧縮ステップであり、下死点を基準としてみた場合、正転と逆転ともに、圧縮ステップを含む。下死点探索部１１は、ブラシレスＤＣモータ５を正転と逆転をさせるステップを有するように構成される。この構成により、モータ駆動装置３０は、検出することが難しい低速でのブラシレスＤＣモータ５の位置を、電流や誘起電圧などから検出する必要がない。つまり、モータ駆動装置３０は、ブラシレスＤＣモータ５を同期運転で回転させることにより、ピストン１７ｂを下死点へ移動させることができる。これにより、安価なマイコンで、確実に圧縮機１７のピストン１７ｂの位置を把握できる。

【0115】

また、本実施の形態の冷蔵庫２２は、上記モータ駆動装置３０を備えて構成される。この構成により、負荷トルクが大きく変動する状態から、圧縮機１７を起動できる。そのため、冷蔵庫２２が停止と、再度、運転を再開するまで間に、圧縮機１７の吸入圧力と吐出圧力がバランスするまでの待ち時間が不要となる。これにより、停電や冷蔵庫２２の移動などにおける電力の供給停止から復帰した際において、即座に、冷蔵庫２２の庫内の冷却の再開が可能となる。

【0116】

また、本実施の形態の冷蔵庫２２は、圧縮機１７を、筐体上部に備えて構成される。この構成により、冷蔵庫２２は、筐体上部に設置される圧縮機の運転開始時に発生する振動が、てこの原理により大きくなっても、モータ駆動装置３０の駆動により、筐体への振動の伝達が抑制される。これにより、静粛性の高い冷蔵庫２２を提供できる。また、筐体上部のデッドスペースとなりやすい部分に、圧縮機が配置される。そのため、実際に使用できる庫内の収容容積が広がる。これにより、有効収容容積の広い、使いやすい冷蔵庫を提供できる。

【0117】

以上、本開示の技術を、上記実施の形態を用いて説明したが、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲、またはその均等の範囲において、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0118】

本開示は、負荷トルクの変動が大きな圧縮機を起動するためのモータ駆動装置に使用できる。そのため、モータ駆動装置で起動される圧縮機を用いた冷蔵庫、冷凍庫、ショーケース、その他の各種冷凍装置に好適に適用できる。

【符号の説明】

【0119】

１ 交流電源（電源）
２ 整流回路
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 整流ダイオード
３ 平滑部
３ｅ 平滑コンデンサ
３ｆ リアクタ
４，２０５ インバータ
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ スイッチング素子
４ｇ，４ｈ，４ｉ，４ｊ，４ｋ，４ｌ 還流電流用ダイオード
５，２０１ ブラシレスＤＣモータ
５ａ 回転子
５ｂ 固定子
６ 位置検出部
７ 速度検出部
８ 電圧検出部
９ ドライブ部
１０ 出力決定部
１１ 下死点探索部
１２ トルク決定部
１７，２０３ 圧縮機
１７ａ クランクシャフト
１７ｂ，２０２ ピストン
１７ｃ シリンダ
１８ 二方弁
１９ 凝縮器
２０ 減圧器
２１ 蒸発器
２２ 冷蔵庫
３０ モータ駆動装置
２０４ 制御部

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】