JP2001268938A

JP2001268938A - パワーモジュール及びこれを用いたルームエアコン

Info

Publication number: JP2001268938A
Application number: JP2000077780A
Authority: JP
Inventors: Yuhachi Takakura; 雄八高倉; Makoto Ishii; 誠石井; Koji Murayama; 孝治村山; Koichi Yajima; 幸一矢島; Shigeru Kishi; 繁岸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】誘導電動機制御用のモジュールであっても、Ｐ
ＡＭを用いたブラシレスモータ制御装置とする。【解決手段】パワーモジュールに、３相のインバータ半
導体スイッチング素子及び電源力率改善スイッチング素
子を制御して直流ブラシレスモータを回転数制御するマ
イクロコンピュータと、マイクロコンピュータの信号を
伝達するドライブ回路を内蔵し、外部からの速度指令と
して誘導電動機用ＰＷＭ信号を入力し、基本波を解読し
てブラシレスモータに対する速度指令とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流ブラシレスモ
ータを駆動するためのインバータブリッジ回路で構成し
たパワーモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータエアコンは、製品化されてか
ら近年に至るまで、ＰＷＭ（Pulse Width Modulatio
n）制御によってコンプレッサモータの回転数制御が行
われてきたが、９６年度以降は急速にＰＷＭ制御とＰＡ
Ｍ（Pulse Amplitude Modulation）制御を併用した製
品が普及した。ＰＡＭ制御を用いたインバータエアコン
が、例えば、特開平６−１０５５６３号公報（以下、文
献１という）に記載されている。ＰＡＭ制御は、昇圧回
路又はこれに相当する回路を用いてコンプレッサへの印
加電圧を昇圧させ、昇圧幅によりコンプレッサの回転数
を制御するものである。インバータエアコンにＰＡＭ制
御を用いるメリットとして次の２点があげられる。まず
第１点目は、コンプレッサへの印加電圧を上昇させて、
コンプレッサをより高速回転で運転できるようにしたこ
とである。高速回転により、特に低温時における暖房能
力が向上する。第２点目は、昇圧回路を電源力率改善回
路として利用し、入力電力を最大限利用可能にすると共
に高調波電流規制に対応できることである。昇圧回路の
入力電流が正弦波に近似するように昇圧回路のスイッチ
ング素子を制御することで電源力率が向上し、入力電力
が最大限利用可能になった為エアコンの最大能力が向上
する。また、正弦波近似により高調波電流が抑制され規
制値のクリアが容易となる。

【０００３】この文献には、電源力率改善回路を兼ねる
昇圧回路と、コンプレッサモータを駆動するインバータ
回路とを、電動機制御装置でコントロールすることが記
載されている。この電動機制御装置は、実際のルームエ
アコンではマイクロコンピュータに該当し、昇圧回路と
インバータ回路を制御してコンプレッサの速度制御を行
い、他に各種リレーやセンサ類の制御を同時に行ってい
るのが一般的である。

【０００４】また、特開平１１−１８４３６号公報（以
下、文献２）には、誘導電動機を駆動するためのインバ
ータを制御する制御機能を含めてモジュール化し、イン
バータに入力される直流電圧及びインバータによって駆
動されるモータの速度指令を外部から入力することが記
載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、誘導電動機
は、直流ブラシレスモータに比べ効率が悪いという問題
があり、ブラシレスモータに変更したいというニーズが
ある。文献２に示されているようにシステム制御装置と
インバータ制御装置とを分離している場合は、インバー
タのモジュールを交換すれば済むが、インバータ主回路
を一つのモジュールとして、システム制御装置とインバ
ータに対するＰＷＭ信号を生成する回路をモジュール化
した場合、新たに直流ブラシレスモータ駆動用のモジュ
ールを設計し直さなければならないという問題がある。

【０００６】また、例えばルームエアコンでは、文献１
に記載されているとおり、昇圧回路及びインバータ回路
を制御するマイクロコンピュータは、コンプレッサの制
御の他に各種リレーやセンサ類の制御を同時に行ってい
るのが一般的であるが、これらの制御は付加価値の高い
高級機種と、機能を絞った廉価機種とでは大きく異なる
為、ＰＷＭ制御及びＰＡＭ制御を行う為に、マイクロコ
ンピュータのソフトウエアを機種毎に開発しなければな
らず、開発期間及びコスト面での問題が生じていた。

【０００７】本発明の目的は、誘導電動機の制御装置全
体を新たに直流ブラシレスモータの制御装置設計し直さ
なくても済むパワーモジュールを提供することにある。

【０００８】また、本発明の他の目的は、製品毎に機能
差がある場合でも対応可能な直流ブラシレスモータのパ
ワーモジュールを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、直流を入力
して直流ブラシレスモータを駆動するパルス幅変調され
た電力を出力するインバータを内蔵したパワーモジュー
ルにおいて、前記インバータに入力する直流電圧を変化
させるスイッチング回路を内蔵し、誘導電動機駆動用の
パルス幅変調信号を入力するための端子を備えたパワー
モジュールとすることにより達成される。

【００１０】また上記目的は、直流を入力して直流ブラ
シレスモータを駆動するパルス幅変調された電力を出力
するインバータを内蔵したパワーモジュールにおいて、
誘導電動機駆動用のパルス幅変調信号を入力し、誘導電
動機駆動用のパルス幅変調信号により得られた速度を誘
導電動機のすべりを加味して前記直流ブラシレスモータ
に対する速度指令に変換する機能を備えたパワーモジュ
ールとすることにより達成される。

【００１１】また、上記目的は、直流を入力して直流ブ
ラシレスモータを駆動するパルス幅変調された電力を出
力するインバータを内蔵したパワーモジュールにおい
て、前記インバータに入力する直流電圧を変化させるス
イッチング回路を内蔵し、誘導電動機駆動用のパルス幅
変調信号を入力し、誘導電動機駆動用のパルス幅変調信
号により得られた速度を、前記直流ブラシレスモータに
対する速度指令として、前記速度よりも高い速度指令に
変換する機能を備えたパワーモジュールとすることによ
り達成される。

【００１２】さらに上記他の目的は、直流を入力して直
流ブラシレスモータを駆動するパルス幅変調された電力
を出力するインバータを内蔵したパワーモジュールにお
いて、前記直流ブラシレスモータに対する速度指令を入
力する端子と、前記インバータに入力する直流電圧を変
化させるスイッチング回路を接続する端子とを備えたパ
ワーモジュールとすることにより達成される。

【００１３】さらに上記他の目的は、直流を入力して直
流ブラシレスモータを駆動するパルス幅変調された電力
を出力するインバータを内蔵したパワーモジュールにお
いて、前記直流ブラシレスモータに対する速度指令を入
力する端子と、前記直流ブラシレスモータの動作状態を
出力する端子とを備えたパワーモジュールとすることに
より達成される。

【００１４】さらに上記他の目的は、直流を入力して直
流ブラシレスモータを駆動するパルス幅変調された電力
を出力するインバータを内蔵したパワーモジュールにお
いて、前記インバータに入力する直流電圧を変化させる
スイッチング回路を内蔵し、前記直流ブラシレスモータ
に対する速度指令を入力する端子と、前記直流ブラシレ
スモータの動作状態を出力する端子とを備えたパワーモ
ジュールとすることにより達成される。

【００１５】さらに上記他の目的は、直流を入力して直
流ブラシレスモータを駆動するパルス幅変調された電力
を出力するインバータを内蔵したパワーモジュールにお
いて、前記直流ブラシレスモータに対する速度指令を入
力する端子と、前記直流ブラシレスモータを停止させる
信号を入力する端子とを備えたパワーモジュールとする
ことにより達成される。

【００１６】さらに上記他の目的は、直流を入力して直
流ブラシレスモータを駆動するパルス幅変調された電力
を出力するインバータを内蔵したパワーモジュールにお
いて、前記インバータに入力する直流電圧を変化させる
スイッチング回路を内蔵し、前記直流ブラシレスモータ
に対する速度指令を入力する端子と、前記直流ブラシレ
スモータを停止させる信号を入力する端子とを備えたパ
ワーモジュールとすることにより達成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態に
ついて図面を用いて説明する。まず、図１に示した記号
を説明する。図１は本発明によるパワーモジュール及び
これを用いたルームエアコンの一実施の形態を示すブロ
ック図であって、１は商用電源（１００Ｖ、２００Ｖ等
のコンセントから受電）、２は整流回路、３は昇圧コイ
ル、４及び５は電源電圧検出抵抗、６は昇圧回路の半導
体スイッチング素子、７は力率改善制御回路、８は電源
電流検出抵抗、９はダイオード、１０は平滑コンデン
サ、１１及び１２は直流電圧検出抵抗、１３は負荷電流
検出抵抗、１４、１５、１６、１７、１８及び１９はイ
ンバータブリッジを構成する半導体スイッチング素子、
２０、２１、２２、２３、２４及び２５はインバータブ
リッジを構成する還流ダイオード、２６、２７及び２８
は直流ブラシレスモータのステータ巻き線、２９は直流
ブラシレスモータのロータ、３０はドライバ、３１はマ
イクロコンピュータ、３２、３３及び３４はプルアップ
抵抗、３５、３６及び３７はコンパレータ、３８、３
９、４０、４１、４２及び４３はモータ端子電圧検出抵
抗、４４はプルアップ抵抗、４５及び４７は積分回路の
抵抗、４６はコンパレータ、４８及び４９は積分回路の
コンデンサ、５０及び５２は電流制限抵抗、５１及び５
３はフォトカプラ、５４及び５５は電流制限抵抗、５６
はマイクロコンピュータ、５７及び５８はセンサ、５９
はリレー、６０は四方弁である。６１はパワーモジュー
ルとして纏める部分であり、点線で囲って示す。

【００１８】次に、Ｖｄはインバータブリッジ回路の直
流電圧、Ｖｕは直流ブラシレスモータのＵ相端子電圧、
Ｖｖは同Ｖ相端子電圧、Ｖｗは同Ｗ相端子電圧、Ｖｄ／
２はインバータブリッジ回路における直流電圧Ｖｄの２
分の１値、Ｖ＋は制御電源電圧、ＧＮＤは回路のグラン
ドである。また、７の力率改善制御回路に示したＶＣは
トランジスタのベース電圧、ＶＳは電源電圧検出値、Ｉ
Ｓは電源電流検出値である。また、３１のマイクロコン
ピュータに示したＶ＊は直流電圧指令値、ＩＰは負荷電
流検出値、Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋及びＷ−は直
流ブラシレスモータを制御するためのＰＷＭ信号、Ｕ、
Ｖ、Ｗは各相の磁極位置検出信号、Ｆ１及びＦ２はアラ
ーム信号、Ｎ＊はモータの指令回転数信号である。更
に、５６のマイクロコンピュータに示したＵ＋’、Ｕ
−’、Ｖ＋’、Ｖ−’、Ｗ＋’及びＷ−’は誘導モータ
を制御するためのＰＷＭ信号、Ｆ１及びＦ２はアラーム
信号である。ＣＮ１〜ＣＮ１３はパワーモジュールに設
けた外部接続端子である。

【００１９】ルームエアコンでは、モータを速度制御す
るためのインバータ制御とファンや四方弁等のエアコン
特有の制御を同一のマイコンで行うのが一般的である。
このため、マイクロコンピュータ５６は、室内外温度や
熱交換器温度を検出する各種センサ５７、５８の情報を
取り込み、リレー５９や、四方弁６０を制御すると共
に、室内温度を設定温度に調整するため、室内温度に応
じて圧縮機の回転数指令を決定し、この指令値に応じた
圧縮機駆動用誘導電動機を回転制御するインバータに与
えるＰＷＭ信号を出力する機能を備えている。なお、こ
れらの動作は、本特許の内容とは直接関係ないので動作
説明は省略する。

【００２０】このように誘導電動機を制御対象として設
計されていたマイクロコンピュータ５６により制御され
るエアコンを、省エネを図るため、モータ効率を比較す
ると、同一クラスにおいては、誘導モータより高効率の
直流ブラシレスモータに置き換えるニーズがある。この
際、誘導モータ制御のインバータで直流ブラシレスモー
タを制御することはできないため、インバータも直流ブ
ラシレスモータに対応したものに交換しなければならな
い。モータは様々な産業機器類に用いられ、モータを駆
動するインバータは機器類を制御するシステムに組み込
まれているのが一般的である。このため、インバータや
マイクロコンピュータの変更は、制御システム全体の更
新に直結しコストが高くなってしまう。

【００２１】本実施の形態においては、このマイクロコ
ンピュータ５６が出力する誘導モータ駆動用の信号であ
るＰＷＭ信号から、誘導モータに発生させる回転磁界の
基本波（インバータ周波数）をモータ指令回転数検出手
段によって検出し、この検出された基本波に基づいて直
流ブラシレスモータへの回転数指令とすることで、直流
ブラシレスモータのPWM制御及びＰＡＭ制御（力率改善
制御も含む）を可能とした。

【００２２】マイクロコンピュータ５６はルームエアコ
ンの制御を行うこととなる。一方、パワーモジュール６
１に内蔵されるマイクロコンピュータ３１は昇圧回路と
インバータ回路の制御、すなわち直流ブラシレスモータ
制御を行う。

【００２３】ところで、マイクロコンピュータ５６はエ
アコンの制御を司るため、コンプレッサの動作状態を把
握する必要があるが、コンプレッサの動作はマイクロコ
ンピュータ３１が行うため、直接その動作状態を把握す
ることができない。そこで、モータが異常停止した場合
などには、マイクロコンピュータ３１からマイクロコン
ピュータ５６に、外部接続端子ＣＮ１０を経てアラーム
信号Ｆ２を送信し、コンプレッサの動作状態を伝える。
また、反対にマイクロコンピュータ５６において、コン
プレッサを緊急に停止する必要があると判断した場合
は、マイクロコンピュータ３１外部接続端子ＣＮ９を経
てへアラーム信号Ｆ１を送信し、マイクロコンピュータ
３１はコンプレッサの運転を停止させる。

【００２４】回路の具体的な動作について説明する。マ
イクロコンピュータ３１は、インバータブリッジを構成
する半導体スイッチング素子１４、１５、１６、１７、
１８及び１９の駆動信号（スイッチングのためのパルス
列であるＰＷＭ信号）Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、
Ｗ−を出力する。これらの信号により、直流ブラシレス
モータを速度制御する。

【００２５】ロータ磁極位置検出回路は、コンパレータ
３５、３６、３７、プルアップ抵抗３２、３３、３４、
モータ端子電圧検出抵抗３８、３９、４０、４１、４
２、４３から構成され、コンパレータ３５、３６、３７
はモータ端子電圧検出抵抗３８、３９、４０、４１、４
２、４３から得られる各相のモータ端子電圧と、直流電
圧Ｖｄの検出抵抗１１、１２から得られる直流電圧Ｖｄ
の１／２の値を比較して、位置検出信号Ｕ、Ｖ、Ｗをマ
イクロコンピュータ３１へ出力する。無通電相のモータ
端子にはロータが回転したことによって発生する誘起電
圧が現れるが、この無通電相のモータ端子電圧と直流電
圧Ｖｄの１／２値を比較することにより、ロータの磁極
位置検出信号を得ることができる。マイクロコンピュー
タ３１は、これらの位置検出信号Ｕ、Ｖ、Ｗを参照し
て、適切なタイミングで通電相を切り替えることにより
モータを速度制御する。

【００２６】直流ブラシレスモータの指令回転数は、Ｃ
Ｎ１１の外部接続端子を経てマイクロコンピュータ３１
に指令回転数信号Ｎ＊として入力される。この指令回転
数信号Ｎ＊は、モータ指令回転数検出手段により作成さ
れる。モータ指令回転数検出手段は４５、４７の抵抗、
４８、４９のコンデンサ、５０、５２の抵抗によりＣＲ
直列積分回路を、それぞれ２回路構成している。これら
の積分回路に、マイクロコンピュータ５６から出力され
る誘導モータ制御のためのＰＷＭ信号Ｕ＋’、Ｕ−’、
Ｖ＋’、Ｖ−’、Ｗ＋’、Ｗ−’のうち、いずれか２つ
を入力する。マイクロコンピュータ５６から出力される
誘導モータ制御のためのＰＷＭ信号は矩形波であるが、
積分回路により誘導モータの回転周期に応じた正弦波に
変換される。この誘導モータの回転周期に応じた正弦波
への変換過程については、図４にて詳述する。積分回路
の充電時定数は抵抗４５とコンデンサ４８、及び抵抗４
７とコンデンサ４９の組み合わせで設定する。また、放
電時定数は抵抗５０とコンデンサ４８、及び抵抗５２と
コンデンサ４９の組み合わせで設定する。コンパレータ
４６の出力をモータの指令回転数信号Ｎ＊としてマイク
ロコンピュータ３１に出力する。フォトカプラ５１、５
３はマイクロコンピュータ５６とインバータブリッジ回
路の電気的絶縁の為に設けている。必要でなければ省略
してもよい。以上の構成により、マイクロコンピュータ
５６のソフトウエアを変更することなしに直流ブラシレ
スモータのＰＷＭ制御及びＰＡＭ制御が可能となる。

【００２７】なお、本実施の形態においては、パワーモ
ジュール６１に入力される速度指令を、誘導電動機駆動
用のＰＷＭ信号から得られる基本波としたが、これに限
らず、他のマイクロコンピュータ等により生成された直
流ブラシレスモータを駆動するための速度指令を入力し
ても直流ブラシレスモータを動作させることが可能であ
る。また、本実施の形態においては、誘導電動機駆動用
のPWM信号から基本波を抽出する回路をパワーモジュー
ル６１に内蔵していないが、内蔵させることも可能であ
る。この場合、直流ブラシレスモータの速度指令は、誘
導電動機を回転制御するためのＰＷＭ信号となる。これ
により、マイクロコンピュータ５６とマイクロコンピュ
ータ３１との間に配線するだけで、直流ブラシレスモー
タを駆動することができる。

【００２８】ＰＷＭ制御及びＰＡＭ制御の詳細について
は図５、６、７を用いて後述する。なお、マイクロコン
ピュータ５６のソフトウエアを変更し、直接指令回転数
信号Ｎ＊を出力すれば、上記のようなモータ指令回転数
検出手段は省略できる。

【００２９】次に、図１で簡単に説明したモータ指令回
転数検出手段における、誘導モータを制御するためのＰ
ＷＭ信号から、誘導モータの回転周期に応じた正弦波へ
の変換過程について、図４を参照して説明する。

【００３０】まず、図４に示した記号を説明する。１０
０は誘導モータの回転数基本波、１０１は誘導モータ制
御のＰＷＭ信号を作成するための搬送波、１０２は回転
数基本波の中心、１０３は誘導モータを制御するための
ＰＷＭ信号、１０４、１０５、１０６は積分回路によっ
て得た３相のそれぞれの正弦波信号、１０７は積分回路
によって得た正弦波信号振幅の中心、１０８は誘導モー
タの回転指令信号である。ｔ１は回転指令信号の１／２
の周期に相当する。

【００３１】次に、図４に示した誘導モータを制御する
ためのＰＷＭ信号から、誘導モータの回転周期に応じた
正弦波への変換過程について説明する。誘導モータを制
御するためのＰＷＭ信号１０３は、マイクロコンピュー
タ５６にて誘導モータ制御のＰＷＭ信号を作成するため
の搬送波１０１と誘導モータの回転数基本波１００を比
較することによって得る。比較の結果がＰＷＭ信号１０
３であり、搬送波１０１が回転数基本波１００より大き
い場合はオフ出力、搬送波１０１が回転数基本波１００
より小さい場合はオン出力である。よって、ＰＷＭ信
号１０３はモータの回転基本波に同期してＰＷＭ信号の
オンデューティが周期的に変動している。このＰＷＭ信
号をＣＲ積分回路に入力すると、搬送波１０１が除去さ
れた回転数基本波１００を取り出すことができる。ＰＷ
Ｍ信号はＵ、Ｖ、Ｗの３相分がマイクロコンピュータ５
６より出力されるが、各信号は１２０度の位相差を持っ
ている。ＣＲ積分回路により各相の回転数基本波を取り
出すと、正弦波信号１０４、１０５、１０６のようにな
る。これらの正弦波信号から２つを選択して比較すると
モータの回転周期に同期した矩形波信号が得られる。こ
の矩形波信号を誘導モータの指令回転数信号１０８とす
る。マイクロコンピュータ３１は、この指令回転数信号
１０８を参照して、直流ブラシレスモータの速度制御を
行う。

【００３２】エアコンのコンプレッサには、主に誘導モ
ータと直流ブラシレスモータが用いられている。誘導モ
ータは動作上すべりを有するので指令回転数と実回転数
が異なる。一方、直流ブラシレスモータはすべりを有し
ない。そこで、モータを置き換える際は、エアコンの冷
暖房能力が同一になるように、変換後のモータ回転数を
一致させる必要がある。誘導モータの指令回転数１０８
から直流ブラシレスモータの回転数を算出する場合は、
マイクロコンピュータ３１にて誘導モータの指令回転数
１０８に所定の比例定数を積算することにより、適切な
直流ブラシレスモータの指令回転数を得る。

【００３３】さらに、後述するように、ＰＡＭ制御によ
る直流ブラシレスモータ制御は、最高回転数を飛躍的に
高めることができるが、マイクロプロセッサ５６は元々
ＰＷＭ制御による誘導モータ制御であるため、最高回転
数が合わない場合が多い。例えば、ＰＷＭのみの制御に
おいて５０００ｒｐｍであったのに対して、ＰＡＭ制御
を付加したとき９０００ｒｐｍとなる場合である。速度
指令の最高回転数がＰＡＭにおける最高回転数に達しな
いと、ＰＡＭ制御を付加する意味が、力率改善くらいし
かなくなってしまう。

【００３４】そこで、本実施の形態では、モータ指令回
転数検出手段によって算出された指令回転数信号１０８
に所定の比例乗数を積算して、指令回転数の最高回転数
指令がＰＡＭ制御における最高回転数指令となるように
変換する。この比例乗数は、上記の例では、９／５であ
る。

【００３５】また、別の方法として、マイクロコンピュ
ータ５６の内部プログラムが書き換え可能であれば、室
内温度偏差に基づく指令回転数を高めても同様の効果が
ある。

【００３６】次に、図１で簡単に説明したＰＷＭ制御及
びＰＡＭ制御によって、直流ブラシレスモータを駆動す
る方法について、図５を参照して説明する。まず、図５
に示した記号を説明する。２００はモータの指令回転数
Ｎ＊、２０１はモータの実回転数Ｎ、２０２は直流電圧
Ｖｄ、２０３はマイクロコンピュータ３１から出力され
る駆動信号Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−のオン
デューティを示す。また、Ｎｍａｘはモータの最高回転
数、Ｖｍａｘは直流電圧Ｖｄの最大値である。Ｖ１はＰ
ＷＭ制御からＰＡＭ制御に切り替わった時点での直流電
圧、Ｎ１はＰＷＭ制御からＰＡＭ制御に切り替わった時
点でのモータ回転数である。

【００３７】次に、ＰＷＭ制御及びＰＡＭ制御による直
流ブラシレスモータ制御について説明する。時刻ｔ０１
からｔ０２の期間において、指令回転数Ｎ＊が増加する
に従い、マイクロコンピュータ３１から出力される駆動
信号Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−のオンデュー
ティを順次増加させ、モータの実回転数Ｎをアップす
る。時刻ｔ０２に至った時点で駆動信号Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ
＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−のオンデューティは１００％に達
し、これ以上のオンデューティ増加は不可能であるた
め、ＰＷＭ制御によるモータの回転数アップはできな
い。そこで、時刻ｔ０２からｔ０３の期間は、指令回転
数Ｎ＊が増加するに従い、昇圧回路の出力電圧、すなわ
ち直流電圧Ｖｄをアップさせモータの実回転数Ｎを増加
させるＰＡＭ制御を行う。このとき、出力できる直流電
圧Ｖｄに上限値となる直流電圧最大値Ｖｍａｘがある場
合、モータの最高回転数は、ほぼ直流電圧がＶｍａｘの
ときにおけるモータ回転数Ｎｍａｘとなる。この場合指
令回転数Ｎ＊が増加しても、モータの実回転数Ｎは増加
しない。次に、指令回転数Ｎ＊が減少するに従い、直流
電圧Ｖｄは小さくなり、時刻ｔ０３に至った時点、すな
わち直流電圧がＶ１に戻った時点でＰＡＭ制御からＰＷ
Ｍ制御に再度切り替える。以降、時刻ｔ０４までＰＷＭ
制御により、モータ回転数Ｎを減少させる。

【００３８】次に、図１で簡単に説明した昇圧回路を制
御するための力率改善制御回路７の動作について、図７
を参照して説明する。まず、図７に示した記号を説明す
る。３００は電圧誤差増幅器、３０１は掛け算器、３０
２は電流誤差増幅器、３０３はコンパレータ、３０４は
発振機である。尚、図１と同一記号のものは説明を省略
する。

【００３９】電圧誤差増幅器３００は、検出した直流電
圧値Ｖｄと指令直流電圧Ｖ＊との誤差を検出し出力す
る。掛け算器３０１は、電圧誤差増幅器３００が出力し
た結果と電源電圧検出値（瞬時値）ＶＳとの掛け算結果
を出力する。電流誤差増幅器３０２は、掛け算器３０１
の出力結果を瞬時電流指令として電源電流検出値ＩＳと
比較し誤差を検出し出力する。コンパレータ３０３は、
鋸歯状波を発振する発振器出力３０４と電流誤差増幅器
３０２の出力を比較し、半導体スイッチング素子６にド
ライブ信号に相当するＶＣを出力する。発振器３０４の
周波数は、半導体スイッチング素子６のスイッチング周
波数に相当する。このような回路により、電源電流ＩＳ
を正弦波近似し、かつ昇圧回路の出力電圧である直流電
圧Ｖｄを目的の値Ｖ＊に制御できる。

【００４０】以上、本発明による実施例を述べたが、昇
圧回路、インバータ回路及びそれらを制御するマイクロ
コンピュータ等の制御装置を纏めてパワーモジュールと
し、これに外部のマイクロコンピュータ等からモータの
回転数指令信号を入力することで、パワーモジュール利
用者は簡単にＰＷＭ制御及びＰＡＭ制御によるモータ並
びにコンプレッサの回転数制御を行うことができる。ま
た、外部のマイクロコンピュータ等は誘導モータの制御
を行うものであっても良く、したがって誘導モータから
直流ブラシレスモータへの置き換えを簡単に行うことが
できる。

【００４１】ところで、直流ブラシレスモータの制御を
行う場合、モータの種類に応じてマイクロコンピュータ
３１に設定するデータを変更する必要が生じる恐れがあ
る。この場合、複数回読み書き可能な記憶装置にデータ
を設定するよにすれば各種のモータに対応可能となる。

【００４２】図８に一例を示す。４００は複数回読み書
き可能な記憶装置である。パワーモジュールに設けた外
部接続端子ＣＮ２２、ＣＮ２３、ＣＮ２４、ＣＮ２５か
ら４００の記憶装置にデータを設定する。ＣＮ２２は電
源端子、ＣＮ２３はグランド端子、ＣＮ２４、ＣＮ２５
はデータ送受信端子であり、標準的なシリアルバスイン
ターフェイス仕様であるＳＤＡ、ＳＣＬ等を割り付け
る。これにより、パワーモジュールに内蔵された前記直
流ブラシレスモータを回転数制御するマイクロコンピュ
ータに直流ブラシレスモータの種類別に設定する必要が
ある制御定数を、パワーモジュールに内蔵した複数回の
読み書き可能な記憶装置に保存し、必要に応じて変更す
ることが可能である。

【００４３】また、図９に示すように、パワーモジュー
ル内部に記憶装置を設けずに、パワーモジュールの外部
マイクロコンピュータ５６から、内部のマイクロコンピ
ュータ３１にシリアルインターフェイスを用いてデータ
を送信する方法もある。ＣＮ２６、ＣＮ２７はデータ送
受信端子であり、標準的なマイクロコンピュータ間通信
仕様であるＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receive
r Transmitter）のＴＸＤ、ＲＸＤを割り付ける。ま
た、パワーモジュールの外部マイクロコンピュータ５６
は、モジュール外部に設けた記憶装置４００のデータを
参照する。

【００４４】次に、本発明の第２の実施形態について図
面を用いて説明する。第２の実施形態では、パワーモジ
ュールから力率改善制御を行う昇圧回路を分離可能な構
成とし、分離した場合と一体化した場合のそれぞれの制
御について説明する。利用者は、必要に応じて分離又は
一体化を選択することができる。

【００４５】まず、図２に示した記号を説明する。図１
と同一のものは説明を省略する。６２は分離及び一体化
が可能な昇圧回路モジュールである。ＣＮ１、ＣＮ２、
ＣＮ３、ＣＮ１４、ＣＮ１５、ＣＮ１８、ＣＮ２０は６
２の昇圧回路モジュールに設けた外部接続端子である。
また、６１のパワーモジュールには、新たにＣＮ１６、
ＣＮ１７、ＣＮ１９、ＣＮ２１の外部接続端子が追加と
なる。

【００４６】図２は、６２の分離及び一体化が可能な昇
圧回路モジュールを６１のパワーモジュールに一体化し
た状態を示す。これらのモジュールは、外部接続端子に
よってそれぞれの信号線を接続する。すなわち、ＣＮ１
４とＣＮ１６、ＣＮ２０とＣＮ２１、ＣＮ１５とＣＮ１
７、ＣＮ１８とＣＮ１９を接続するが、この状態におい
ては第１の実施形態に接続用の外部端子を増設し、回路
的には同一の構成であるため、動作も第１の実施形態と
同一である。

【００４７】図３は、６２の分離及び一体化が可能な昇
圧回路モジュールを６１のパワーモジュールから分離し
た状態を示す。図３に示した記号を説明する。図１と同
一のものは説明を省略する。６３は電源力率改善用コン
デンサである。

【００４８】図３では、６２の分離及び一体化が可能な
昇圧回路モジュールを６１のパワーモジュールから分離
している為、商用電源を６１のパワーモジュールの外部
接続端子ＣＮ１６とＣＮ１７に直接接続する。６２の昇
圧回路モジュールが無い為、ＰＡＭ制御及び昇圧回路に
よる力率改善は行えない。よって、力率改善は３のコイ
ル及び６３のコンデンサを使って簡易的に行っている。
この状態における直流ブラシレスモータの制御方法につ
いて、図６を参照して説明する。

【００４９】まず、図６に示した記号を説明する。図５
と同一記号は説明を省略する。２０４はモータの指令回
転数Ｎ＊、２０５はモータの実回転数Ｎ、２０６は直流
電圧Ｖｄ、２０７はマイクロコンピュータ３１から出力
される駆動信号Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−の
オンデューティを示す。

【００５０】次に、ＰＷＭ制御による直流ブラシレスモ
ータ制御について説明する。時刻ｔ０１からｔ０２の期
間において、指令回転数Ｎ＊が増加するに従い、マイク
ロコンピュータ３１から出力される駆動信号Ｕ＋、Ｕ
−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−のオンデューティを順次増
加させ、モータの実回転数Ｎをアップする。時刻ｔ０２
に至った時点で駆動信号Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ
＋、Ｗ−のオンデューティは１００％に達し、これ以上
のオンデューティ増加は不可能であるため、ＰＷＭ制御
によるモータの回転数アップはできない。このとき、出
力できる直流電圧ＶｄはＶ１を維持する。次に、指令回
転数Ｎ＊が減少するに従い、直流電圧Ｖｄは小さくな
り、時刻ｔ０３に至った時点からモータ回転数Ｎが減少
する。

【００５１】このように、６２の分離及び一体化が可能
な昇圧回路モジュールを６１のパワーモジュールに一体
化することにより、ＰＷＭ制御及びＰＡＭ制御による直
流ブラシレスモータ制御が可能であり、一方６２の昇圧
回路モジュールを分離すればＰＷＭ制御による直流ブラ
シレスモータ制御が可能である。モジュールの利用者
は、目的に応じて機能を選択できる。

【００５２】すなわち、図３におけるモジュールは昇圧
回路モジュールを接続することが可能な端子を有してお
り、利用者は、昇圧モジュールを取付けていないパワー
モジュール６１をベースに、昇圧モジュールを取付けた
機種及び昇圧モジュール無しの機種を適宜作ことができ
る。

【００５３】以上説明したように、ルームエアコンの各
機種に共通なコンプレッサ制御の部分、すなわち昇圧回
路、インバータ回路及びそれらを制御するマイクロコン
ピュータ等の制御装置を纏めてパワーモジュール化し、
ルームエアコンの制御部分は別のマイクロコンピュータ
により行うようにしたので、各機種で共通に使用するこ
とができ、開発期間縮小及びコスト低減につながる。更
に、このパワーモジュールを販売することによって、利
用者は簡単にＰＷＭ制御及びＰＡＭ制御によるモータ並
びにコンプレッサの回転数制御を行うことができ、ルー
ムエアコン以外の製品にも適用することができる。

【００５４】また、本発明に係る実施の形態よるパワー
モジュールによれば、６個の制御電極付半導体スイッチ
ング素子を３相ブリッジ接続して構成したインバータ回
路と、半導体スイッチング素子に逆並列接続した還流ダ
イオードと、電源力率改善スイッチング素子及びその制
御手段を備えたパワーモジュールにおいて、直流ブラシ
レスモータ回転子の磁極位置検出手段と、半導体スイッ
チング素子及び前記電源力率改善スイッチング素子を制
御して直流ブラシレスモータを回転数制御するマイクロ
コンピュータと、マイクロコンピュータの信号を前記半
導体スイッチング素子に伝達するドライブ回路とを備え
たことにより、ルームエアコン各機種に共通なコンプレ
ッサ制御の部分、すなわち昇圧回路、インバータ回路及
びそれらを制御するマイクロコンピュータ等の制御装置
を纏めてパワーモジュール化して各機種で共通に使用す
ることができ、開発期間縮小及びコスト低減につなが
る。更に、このパワーモジュールを販売することによっ
て、利用者は簡単にＰＷＭ制御及びＰＡＭ制御によるモ
ータ並びにコンプレッサの回転数制御を行うことがで
き、ルームエアコン以外の製品にも適用することができ
る。

【００５５】さらに、本発明によるパワーモジュールに
よれば、誘導モータを駆動する制御装置に、本発明によ
るパワーモジュールと、誘導モータの指令回転数を検出
する手段を設けることにより、誘導モータを直流ブラシ
レスモータに置き換える際に、インバータ変更に要する
コストを抑制し、能力を向上させることができる。すな
わち、本発明によるパワーモジュールを搭載することに
より、誘導モータ制御装置の基本部分はそのままで、直
流ブラシレスモータを駆動できるようにしたモータ駆動
装置及びこれを用いたルームエアコンを提供できる。

【００５６】

【発明の効果】以上本発明によれば、誘導電動機の制御
装置全体を新たに直流ブラシレスモータの制御装置設計
し直さなくても済むという効果がある。

【００５７】また、製品毎に機能差がある場合でも対応
可能な直流ブラシレスモータのパワーモジュールとする
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるモータ駆動装置の一実施形態を示
す回路図である。

【図２】本発明によるモータ駆動装置の一実施形態を示
す回路図である。

【図３】本発明によるモータ駆動装置の一実施形態を示
す回路図である。

【図４】本発明による回路の動作説明図である。

【図５】本発明による回路の動作説明図である。

【図６】本発明による回路の動作説明図である。

【図７】本発明による回路の動作説明図である。

【図８】本発明によるモータ駆動装置の一実施形態を示
す回路図である。

【図９】本発明によるモータ駆動装置の一実施形態を示
す回路図である。

【符号の説明】１…商用電源、２…整流回路、３…昇圧コイル、４、５
…電源電圧検出抵抗、６…昇圧回路の半導体スイッチン
グ素子、７…力率改善制御回路、８…電源電流検出抵
抗、９…ダイオード、１０…平滑コンデンサ、１１、１
２…直流電圧検出抵抗、１３…負荷電流検出抵抗、１
４、１５、１６、１７、１８、１９…インバータブリッ
ジを構成する半導体スイッチング素子、２０、２１、２
２、２３、２４、２５…インバータブリッジを構成する
還流ダイオード、２６、２７、２８…直流ブラシレスモ
ータのステータ巻き線、２９…直流ブラシレスモータの
ロータ、３０…ドライバ、３１…マイクロコンピュー
タ、３２、３３、３４…プルアップ抵抗、３５、３６、
３７…コンパレータ、３８、３９、４０、４１、４２、
４３…モータ端子電圧検出抵抗、４４…プルアップ抵
抗、４５、４７…積分回路の抵抗、４６…コンパレー
タ、４８、４９…積分回路のコンデンサ、５０、５２…
電流制限抵抗、５１、５３…フォトカプラ、５４、５５
…電流制限抵抗、５６…マイクロコンピュータ、５７、
５８…センサ…、５９…リレー、６０…四方弁、６１、
６２…パワーモジュール、１００…誘導モータの回転数
基本波、１０１…誘導モータ制御のＰＷＭ信号を作成す
るための搬送波、１０２…回転数基本波の中心、１０３
…誘導モータを制御するためのＰＷＭ信号、１０４、１
０５、１０６…積分回路によって得た３相のそれぞれの
正弦波信号、１０７…積分回路によって得た正弦波信号
振幅の中心、１０８…誘導モータの回転指令信号、２０
０…モータの指令回転数Ｎ＊、２０１…モータの実回転
数Ｎ、２０２…直流電圧Ｖｄ、２０３…マイクロコンピ
ュータ３１から出力される駆動信号Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、
Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−のオンデューティ、２０４…モータの
指令回転数Ｎ＊、２０５…モータの実回転数Ｎ、２０６
…直流電圧Ｖｄ、２０７…マイクロコンピュータ３１か
ら出力される駆動信号Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、
Ｗ−のオンデューティ、３００…電圧誤差増幅器、３０
１…掛け算器、３０２…電流誤差増幅器、３０３…コン
パレータ、３０４…発振機、４００…記憶装置、Ｖｄ…
インバータブリッジ回路の直流電圧、Ｖｕ…直流ブラシ
レスモータのＵ相端子電圧、Ｖｖ…直流ブラシレスモー
タのＶ相端子電圧、Ｖｗ…直流ブラシレスモータのＷ相
端子電圧、Ｖｄ／２…インバータブリッジ回路における
直流電圧Ｖｄの２分の１値、Ｖ＋…制御電源電圧、ＧＮ
Ｄ…回路のグランド、ＶＣ…トランジスタのベース電圧
信号、ＶＳ…電源電圧検出値、ＩＳ…電源電流検出値、
Ｖ＊…直流電圧指令値、ＩＰ…負荷電流検出値、Ｕ＋、
Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ＋、Ｗ−…直流ブラシレスモータ
を制御するためのＰＷＭ信号、Ｕ、Ｖ、Ｗ…各相の磁極
位置検出信号、Ｆ１、Ｆ２…アラーム信号、Ｎ＊…モー
タの指令回転数信号、Ｕ＋’、Ｕ−’、Ｖ＋’、Ｖ
−’、Ｗ＋’、Ｗ−’…誘導モータを制御するためのＰ
ＷＭ信号、Ｆ１、Ｆ２…アラーム信号、ＣＮ１〜２１…
パワーモジュールに設けた外部接続端子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村山孝治栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者矢島幸一栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者岸繁栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内Ｆターム(参考） 5H007 AA02 BB06 CA01 CB05 CC03 CC12 DA06 DB01 DB12 DC02 DC05 EA02 HA04 5H560 AA02 BB04 BB12 DA13 DA19 DC12 EB01 GG04 SS01 SS07 TT07 UA02 XA11 XA12 5H576 AA10 BB07 CC01 DD02 DD04 DD05 EE11 GG02 HB01 KK05 LL14 LL15 LL22 LL24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流を入力して直流ブラシレスモータを駆
動するパルス幅変調された電力を出力するインバータを
内蔵したパワーモジュールにおいて、前記インバータに
入力する直流電圧を変化させるスイッチング回路を内蔵
し、誘導電動機駆動用のパルス幅変調信号を入力するた
めの端子を備えたパワーモジュール。
【請求項２】直流を入力して直流ブラシレスモータを駆
動するパルス幅変調された電力を出力するインバータを
内蔵したパワーモジュールにおいて、誘導電動機駆動用
のパルス幅変調信号を入力し、誘導電動機駆動用のパル
ス幅変調信号により得られた速度を誘導電動機のすべり
を加味して前記直流ブラシレスモータに対する速度指令
に変換する機能を備えたパワーモジュール。
【請求項３】直流を入力して直流ブラシレスモータを駆
動するパルス幅変調された電力を出力するインバータを
内蔵したパワーモジュールにおいて、前記インバータに
入力する直流電圧を変化させるスイッチング回路を内蔵
し、誘導電動機駆動用のパルス幅変調信号を入力し、誘
導電動機駆動用のパルス幅変調信号により得られた速度
を、前記直流ブラシレスモータに対する速度指令とし
て、前記速度よりも高い速度指令に変換する機能を備え
たパワーモジュール。
【請求項４】直流を入力して直流ブラシレスモータを駆
動するパルス幅変調された電力を出力するインバータを
内蔵したパワーモジュールにおいて、前記直流ブラシレ
スモータに対する速度指令を入力する端子と、前記イン
バータに入力する直流電圧を変化させるスイッチング回
路を接続する端子とを備えたパワーモジュール。
【請求項５】直流を入力して直流ブラシレスモータを駆
動するパルス幅変調された電力を出力するインバータを
内蔵したパワーモジュールにおいて、前記直流ブラシレ
スモータに対する速度指令を入力する端子と、前記直流
ブラシレスモータの動作状態を出力する端子とを備えた
パワーモジュール。
【請求項６】直流を入力して直流ブラシレスモータを駆
動するパルス幅変調された電力を出力するインバータを
内蔵したパワーモジュールにおいて、前記インバータに
入力する直流電圧を変化させるスイッチング回路を内蔵
し、前記直流ブラシレスモータに対する速度指令を入力
する端子と、前記直流ブラシレスモータの動作状態を出
力する端子とを備えたパワーモジュール。
【請求項７】直流を入力して直流ブラシレスモータを駆
動するパルス幅変調された電力を出力するインバータを
内蔵したパワーモジュールにおいて、前記直流ブラシレ
スモータに対する速度指令を入力する端子と、前記直流
ブラシレスモータを停止させる信号を入力する端子とを
備えたパワーモジュール。
【請求項８】直流を入力して直流ブラシレスモータを駆
動するパルス幅変調された電力を出力するインバータを
内蔵したパワーモジュールにおいて、前記インバータに
入力する直流電圧を変化させるスイッチング回路を内蔵
し、前記直流ブラシレスモータに対する速度指令を入力
する端子と、前記直流ブラシレスモータを停止させる信
号を入力する端子とを備えたパワーモジュール。