JP2002191185A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石電動機の出力低下を防止し、且つ、
永久磁石電動機の振動や騒音を大幅に減少させることが
できるインバータ装置を提供する。 【解決手段】 交流電力を直流に変換した後、交流に再
変換し、回転子に永久磁石を用いた永久磁石電動機４を
駆動するインバータ装置を設ける。インバータ装置は、
正弦波近似ＰＷＭ方式による交流出力電圧にて駆動する
状態と、等幅ＰＷＭ方式による直流出力電圧にて駆動す
る状態とを組み合わせて永久磁石電動機４の運転を制御
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、回転子に永久磁石
を用いた永久磁石電動機を駆動するインバータ装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石を回転子に内蔵した永久磁石電
動機を制御するためのＰＷＭ制御方式の従来のインバー
タ装置を図１１及び図１２を参照して説明する。

【０００３】図１１において、１０１は１００Ｖあるい
は２００Ｖの商用交流電源、１０２は整流回路、１０３
はトランジスタモジュール、１０４は図示しない冷媒圧
縮機に搭載され、回転子に永久磁石を用いた永久磁石電
動機、１０５は永久磁石電動機１０４の磁石位置検出回
路、１０６はトランジスタモジュール制御回路、１０７
はマイコンである。この装置では、交流電源１０１の電
圧を１００Ｖと想定して、整流回路１０２には倍電圧整
流回路を示している。

【０００４】ここで整流回路１０２の直流出力電圧は、
電源電圧の変動、あるいは負荷変動などにより多少変化
するものの、交流電源１０１の電圧によりほぼ一義的に
決定されるため、整流回路１０２の直流出力電圧は交流
電源電圧の約２√２倍となる。

【０００５】そして、係る永久磁石電動機１０４を連続
的に直流（ＤＣ）駆動するためには、三相構造を成した
三巻線の内の一巻線を通電せずに、磁石の誘起電圧によ
る位置検出コイルとして用い、他の二巻線に通電してト
ルク発生させ、位置検出により順次通電相と無通電相の
組み合わせを切り替えて駆動するものであった。

【０００６】一方、近年では係る永久磁石電動機を交流
（ＡＣ）駆動する方法が開発されている。この交流駆動
の永久磁石電動機を図１２を用いて係るインバータ装置
を説明する。図１２において１１１は交流電源、１１２
は整流回路、１１３はトランジスタモジュール、１１４
は図示しない冷媒圧縮機に搭載され、回転子に永久磁石
を用いた永久磁石電動機、１１８は永久磁石電動機１１
４の電流検出回路、１１６はトランジスタモジュール制
御回路、１１７はマイコンである。この場合の装置で
も、交流電源１１１の電圧を１００Ｖと想定して、整流
回路１１２には倍電圧整流回路を示している。

【０００７】また、整流回路１１２の出力（直流出力電
圧）も、電源電圧変動あるいは負荷変動などにより多少
変化するものの、交流電源１１１の電圧によりほぼ一義
的に決定されるため、整流回路１１２の直流出力電圧は
交流電源電圧の約２√２倍となる。

【０００８】そして、この場合永久磁石電動機１１４を
可変周波数、可変電圧で交流駆動するには、電流検出回
路１１８から入力される永久磁石電動機１１４の電流を
検出する電流検出装置にて検出している。そして、マイ
コン１１７の計算によって三相／二相変換などを経て磁
石位置を推定してトランジスタモジュール制御回路１１
６を介し、トランジスタモジュール１１３から正弦波に
近似したＰＷＭ方式の波形を永久磁石電動機１１４に出
力するものであった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなＰＷＭ方式のインバータ装置では、交流を直流電圧
に変換し、その直流電圧を交流電圧に再変換して永久磁
石電動機を駆動しているが、ＰＷＭ方式の波形の変調率
が１を越えるとＰＷＭ方式の波形に変調できず波形が連
続してしまう部分が発生し歪みが大きくなってしまう。
この場合、ＰＷＭ方式の波形の変調率を１以下とする必
要があるが、変調率が１の場合でも、再変換後の交流電
圧はもとの交流電圧に対して√３／２Ｖとなって低下し
てしまう。このため、永久磁石電動機への印加電圧が小
さくなり、永久磁石電動機の出力が低下してしまう問題
があった。

【００１０】また、永久磁石電動機を連続的に直流駆動
する場合、回転磁界は一周が略６分割される多角形とな
る。この場合、回転磁界の一週が円磁界に比べて多角形
の磁界になると回転トルクが滑らかでなくなる。特に、
回転数が小さいときは不利となって永久磁石電動機にト
ルク変動が発生してしまう。このため電動機を交流駆動
する場合に比べて振動や騒音を引き起こしてしまう問題
があった。

【００１１】本発明は、係る従来技術の課題を解決する
ために成されたものであり、永久磁石電動機の出力低下
を防止し、且つ、永久磁石電動機の振動や騒音を大幅に
減少させることができるインバータ装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明のインバー
タ装置は、交流電力を直流に変換した後、交流に再変換
し、回転子に永久磁石を用いた永久磁石電動機を駆動す
るものであって、正弦波近似ＰＷＭ方式による交流出力
電圧にて駆動する状態と、等幅ＰＷＭ方式による直流出
力電圧にて駆動する状態とを組み合わせて永久磁石電動
機の運転を制御するものである。

【００１３】また、請求項２の発明のインバータ装置
は、請求項１に加えて、永久磁石電動機の回転数が低い
領域では、正弦波近似ＰＷＭ方式による交流出力電圧に
て当該永久磁石電動機を駆動すると共に、永久磁石電動
機の回転数が高い領域では、等幅ＰＷＭ方式による直流
出力電圧にて当該永久磁石電動機を駆動するものであ
る。

【００１４】また、請求項３の発明のインバータ装置
は、請求項１又は請求項２に加えて、等幅ＰＷＭ方式に
よる直流出力電圧を、三相構造の永久磁石電動機の二相
に印加するものである。

【００１５】また、請求項４の発明のインバータ装置
は、請求項１、請求項２又は請求項３に加えて、等幅Ｐ
ＷＭ方式による直流出力電圧を、三相構造の永久磁石電
動機の二相に印加する状態と、三相に印加する状態とを
交互に繰り返すものである。

【００１６】また、請求項５の発明のインバータ装置
は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に加え
て、永久磁石電動機は、空気調和機用の冷媒圧縮機を駆
動するものである。

【００１７】更に、請求項６の発明のインバータ装置
は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に加え
て、永久磁石電動機は、冷凍及び／又は冷蔵機器用の冷
媒圧縮機を駆動するものである。

【００１８】更にまた、請求項７の発明のインバータ装
置は、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求
項５又は請求項６に加えて、永久磁石電動機の固定子巻
線を集中巻構造としたものである。

【００１９】本発明によれば、インバータ装置は正弦波
近似ＰＷＭ方式による交流出力電圧にて駆動する状態
と、等幅ＰＷＭ方式による直流出力電圧にて駆動する状
態とを組み合わせて永久磁石電動機の運転を制御するよ
うにしているので、例えば、請求項２の如く、永久磁石
電動機の回転数が低い領域では、正弦波近似ＰＷＭ方式
による交流出力電圧にて当該永久磁石電動機を駆動する
と共に、永久磁石電動機の回転数が高い領域では、等幅
ＰＷＭ方式による直流出力電圧にて当該永久磁石電動機
を駆動することにより、永久磁石電動機の回転数が低い
領域は低い電圧で、永久磁石電動機の回転数が高い領域
は高い電圧で駆動することができる。これにより、永久
磁石電動機を効率の良い電圧で駆動することが可能とな
り、永久磁石電動機の振動・騒音の大幅な低減を図るこ
とが可能となる。従って、低速領域から高速領域まで、
全回転範囲を交流駆動する場合に比して永久磁石電動機
を小さくすることができ、永久磁石電動機の効率を大幅
に向上させることができるようになるものである。

【００２０】特に、永久磁石電動機の正弦波駆動の優位
な低速領域と、直流駆動の優位な高速領域とで切り替え
て運転するようにしているので、永久磁石電動機のより
効率的な運転を行なうことが可能となる。

【００２１】請求項３の発明によれば、請求項１又は請
求項２に加えて、等幅ＰＷＭ方式による直流出力電圧
を、三相構造の永久磁石電動機の二相に印加するように
しているので、残りの一相で磁石の位置検出を行なうこ
とが可能となる。これにより格別な磁石の位置検出用の
検出装置を設ける必要がなくなり、簡単な構造の永久磁
石電動機とすることが可能となる。従って、永久磁石電
動機のコストを大幅に低減することができるようになる
ものである。

【００２２】請求項４の発明によれば、請求項１、請求
項２又は請求項３に加えて、等幅ＰＷＭ方式による直流
出力電圧を、三相構造の永久磁石電動機の二相に印加す
る状態と、三相に印加する状態とを交互に繰り返すよう
にしているので、例えば、ある通電相から次の通電相に
切り替えた場合、電気角度６０度ステップで進んでいる
磁界の位相を３０度ステップで進ませることが可能とな
る。これにより、回転磁界を二相通電のみ場合より一層
円磁界に近付けることが可能となる。従って、永久磁石
電動機を滑らかに回転させることができるようになり永
久磁石電動機の振動や騒音を極めて減少させることがで
きて、インバータ装置の利便性を大幅に向上させること
ができるようになるものである。

【００２３】請求項５の発明によれば、請求項１、請求
項２、請求項３又は請求項４に加えて、永久磁石電動機
は、空気調和機用の冷媒圧縮機を駆動するようにしてい
るので、例えば回転数可変範囲が広い空気調和機の冷媒
圧縮機に用いられる電動機でも容易に回転制御を行なう
ことが可能となる。これにより、環境に応じた広い範囲
で冷媒圧縮機の電動機を制御を行なうことが可能とな
る。従って、冷媒圧縮機に設けられた電動機の回転数を
好適に制御でき、空気調和機を極めて効率的に駆動制御
を行なうことができるようになるものである。

【００２４】請求項６の発明によれば、請求項１、請求
項２、請求項３又は請求項４に加えて、永久磁石電動機
は、冷凍及び／又は冷蔵機器用の冷媒圧縮機を駆動する
ようにしているので、例えば、冷媒圧縮機を駆動する永
久磁石電動機の回転数が低い領域を正弦波近似ＰＷＭ方
式で駆動し、回転数が高い領域では等幅ＰＷＭ方式で駆
動するようにすることにより、冷媒圧縮機の回転数の低
い領域を歪みのない滑らかな回転トルクで始動させるこ
とが可能となる。これにより、圧力差のある高いトルク
で始動させる冷凍及び／又は冷蔵機器用の冷媒圧縮機の
永久磁石電動機でも容易に駆動することが可能となる。
従って、空気調和機の冷媒圧縮機の永久磁石電動機を効
率的に駆動することができるようになるものである。

【００２５】特に、冷媒圧縮機の電動機の回転数が高い
領域ではＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の内の二巻線に通電
し、他の通電されていない一巻線で磁石の位置検出を行
なって永久磁石電動機の回転制御を行なうことができる
ので、環境に応じて冷媒圧縮機の回転を好適に行なうこ
とが可能となる。従って、冷凍及び／又は冷蔵機器を大
幅に効率的な駆動制御を行なうことができるようになる
ものである。

【００２６】請求項７の発明によれば、請求項１、請求
項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に加
えて、永久磁石電動機の固定子巻線を集中巻構造として
いるので、巻線を施した部分の磁束の集中により騒音が
発生し易い集中巻構造の固定子を有する永久磁石電動機
でも、印加交流波形の歪みの少ない本発明のインバータ
装置を使用することによって、永久磁石電動機の駆動に
絶大なる効果を発揮することができるようになるもので
ある。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明を適用するインバータ
装置の一実施形態である。図１において、１は商用交流
電源、２は整流回路、３はトランジスタモジュール、４
は図示しない冷媒圧縮機に搭載され、固定子巻線を集中
巻構造として回転子に永久磁石を内挿した永久磁石電動
機、５は永久磁石電動機４の磁石位置検出回路、６はト
ランジスタモジュール制御回路、７はマイコン、８は永
久磁石電動機４の電流検出回路である。

【００２８】尚、永久磁石電動機４が搭載される冷媒圧
縮機は、空気調和機、冷凍及び／又は冷蔵機器用の冷凍
サイクルを構成するものである。ここで交流電源１の電
圧は１００Ｖ、整流回路２は倍電圧の整流回路の例を示
している。

【００２９】マイコン７はトランジスタモジュール制御
回路６と電流検出回路８より必要なＰＷＭによる後述す
る正弦波近似出力電圧を生成し、永久磁石電動機４に印
加することで永久磁石電動機４を駆動する。あるいは、
トランジスタモジュール制御回路６と位置検出回路５よ
り必要なＰＷＭによる直流電圧をチョッピングすること
で直流電圧出力を生成し、永久磁石電動機４に印加する
ことで永久磁石電動機４を駆動する。

【００３０】ここで、三相の正弦波近似ＰＷＭ方式によ
る永久磁石電動機４に印加される波形を図２、図３に示
す。永久磁石電動機４の各Ｕ、Ｖ、Ｗ相巻線の各線間Ｕ
Ｖ、ＶＷ、ＷＵに加える図２の波形は、図３の波形を近
似的にＰＷＭで印加したものであり、永久磁石電動機４
に図４で示す略円形に近似した回転円磁界を順次発生さ
せて回転子を回転させる。尚、正弦波近似ＰＷＭ方式の
波形は、図２、図３に示す如く正弦波電圧の高い部分の
波形の幅を広く、正弦波電圧の低い部分の波形の幅を狭
くした波形を言い、後述する等幅ＰＷＭ方式による直流
電圧の波形は、波形が同じ幅の波形（以降等幅と称す）
を言う。

【００３１】即ち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各三相に順次電
圧を印加して永久磁石電動機４を回転させる場合、図３
に示す如き一周電気角３６０°の三相正弦波波形を数Ｋ
Ｈｚ乃至数十ＫＨｚのパルスに変換して出力し、回転磁
界を略円形に近似させている。これにより、振動や騒音
の発生が抑えられて永久磁石電動機４を滑らかに回転さ
せることができる。特に、永久磁石電動機４の回転数が
低い場合は必要とする電圧も低くて済むため、正弦波近
似ＰＷＭ方式では永久磁石電動機４の回転数が低い場合
での運転に好適である。

【００３２】次に、三相の等幅ＰＷＭ方式による永久磁
石電動機４に印加される波形を図５、図６に示す。尚、
等幅ＰＷＭ方式ではＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の内の二巻
線に通電し、他の通電されていない一巻線は磁石の位置
検出に使用される。この場合、永久磁石電動機４の運転
制御として、マイコン７はトランジスタモジュール３が
どの相に通電し、どの相に通電していないかを検知して
いる。マイコン７は通電されていない相の磁石の誘起電
圧を検出して、通電されていない相と対向した位置に磁
石が有るか否かを判定することにより磁石の位置を検出
するようにしている。トランジスタモジュール３はＫＡ
１で等幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＵ相に出力し、
等幅ＰＷＭ方式の波形（マイナス）をＶ相に出力して電
流を黒矢印方向に流し、白抜き矢印方向に磁力を発生さ
せて回転子を右に６０度回転させ、磁石位置検出回路５
は通電されていないＷ相（左側の二重丸部分）に発生し
た磁石の誘起電圧によって磁石の位置を検出する。

【００３３】次に、トランジスタモジュール３は、ＫＡ
２で等幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＵ相に出力し、
等幅ＰＷＭ方式の波形（マイナス）をＷ相に出力して電
流を黒矢印方向に流し、白抜き矢印方向に磁力を発生さ
せて回転子を更に６０度回転させ、磁石位置検出回路５
は通電されていないＶ相（左側の二重丸部分）に発生し
た磁石の誘起電圧によって磁石の位置を検出する。トラ
ンジスタモジュール３は、ＫＡ３で等幅ＰＷＭ方式の波
形（プラス）をＶ相に出力し、等幅ＰＷＭ方式の波形
（マイナス）をＷ相に出力して電流を黒矢印方向に流
し、白抜き矢印方向に磁力を発生させ回転子を更に６０
度回転させ（回転子が回転を始めてから１８０度回
転）、磁石位置検出回路５は通電されていないＵ相（左
側の二重丸部分）に発生した磁石の誘起電圧によって磁
石の位置を検出する。

【００３４】トランジスタモジュール３は、ＫＡ４で等
幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＶ相に出力し、等幅Ｐ
ＷＭ方式の波形（マイナス）をＵ相に出力して電流を黒
矢印方向に流し、白抜き矢印方向に磁力を発生させて回
転子を更に６０度回転させ、磁石位置検出回路５は通電
されていないＷ相（右側の二重丸部分）に発生した磁石
の誘起電圧によって磁石の位置を検出する。トランジス
タモジュール３は、ＫＡ５で等幅ＰＷＭ方式の波形（プ
ラス）をＷ相に出力し、等幅ＰＷＭ方式の波形（マイナ
ス）をＵ相に出力して電流を黒矢印方向に流し、白抜き
矢印方向に磁力を発生させて回転子を更に６０度回転さ
せ、磁石位置検出回路５は通電されていないＶ相（右側
の二重丸部分）に発生した磁石の誘起電圧によって磁石
の位置を検出する。

【００３５】次に、トランジスタモジュール３は、ＫＡ
６で等幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＷ相に出力し、
等幅ＰＷＭ方式の波形（マイナス）をＶ相に出力して電
流を黒矢印方向に流し、白抜き矢印方向に磁力を発生さ
せて回転子を更に６０度回転（回転子が１８度回転して
から更に１８０度、回転子が回転を始めてから３６０度
回転）させ、磁石位置検出回路５は通電されていないＵ
相（右側の二重丸部分）に発生した磁石の誘起電圧によ
って磁石の位置を検出する。即ち、トランジスタモジュ
ール３はＫＡ１〜ＫＡ６までの動作を順次繰り返す磁力
の回転移動によって、図７に示す如き一周（電気角３６
０°）を６分割の形で回転磁界を発生させ回転子を回転
させると共に、磁石位置検出回路５にて通電されない相
の一巻線に発生した磁石の誘起電圧によって磁石の位置
を検出している。

【００３６】係るＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相にそれぞれ等
幅ＰＷＭ方式の波形を印加して永久磁石電動機４を回転
させた場合、一周を６分割した各分割箇所で回転トルク
に変動が発生する。正弦波近似ＰＷＭ方式で回転させる
永久磁石電動機４に対して、等幅ＰＷＭ方式の場合は永
久磁石電動機４が低速回転領域（例えば、回転数が０〜
７０Ｈｚの回転数の低い領域）では、トランジスタモジ
ュール３はＫＡ１〜ＫＡ６までの動作によって回転トル
クの変動により大きな振動や騒音が発生してしまうが、
永久磁石電動機４が高速回転領域（回転数が例えば７０
Ｈｚ以上の回転数の高い領域）でには永久磁石電動機４
の出力は大きくなり慣性力も大きくなるので、トルク変
動による振動・騒音に与える影響は小さくなる。即ち、
磁石位置検出回路５によって磁石の位置を検出し、これ
によって高速回転の時だけ永久磁石電動機４に等幅ＰＷ
Ｍ方式を印可すれば、好適な回転数制御を行なうことが
できる。

【００３７】次に、等幅ＰＷＭ方式による直流出力電圧
にて駆動する状態において、三相に通電した状態と二相
に通電した状態とを組み合わせた永久磁石電動機４の運
転制御を図８、図９に示す。尚、等幅ＰＷＭ方式ではＵ
相、Ｖ相、Ｗ相の三相の内の二巻線に通電し、他の通電
されていない一巻線は前述同様磁石の位置検出に使用さ
れる。トランジスタモジュール３はＫＢ１で等幅ＰＷＭ
方式の波形（プラス）をＵ相とＷ相に出力し、等幅ＰＷ
Ｍ方式の波形（マイナス）をＶ相に出力して電流を黒矢
印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を発生させ回転
子を右に３０度回転させる。

【００３８】トランジスタモジュール３は、ＫＢ２で等
幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＵ相に出力し、等幅Ｐ
ＷＭ方式の波形（マイナス）をＶ相に出力して電流を黒
矢印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を発生させ回
転子を右に３０度回転させる。このとき、磁石位置検出
回路５は通電されていないＷ相（左側の二重丸部分）に
発生した磁石の誘起電圧によって磁石の位置を検出す
る。次に、トランジスタモジュール３は、ＫＢ３で等幅
ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＵ相に出力し、等幅ＰＷ
Ｍ方式の波形（マイナス）をＶ相とＷ相に出力して電流
を黒矢印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を発生さ
せ回転子を右に３０度回転させる。

【００３９】次に、トランジスタモジュール３は、ＫＢ
４で等幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＵ相に出力し、
等幅ＰＷＭ方式の波形（マイナス）をＷ相に出力して電
流を黒矢印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を発生
させ回転子を右に３０度回転させる。このとき、磁石位
置検出回路５は通電されていないＶ相（左側の二重丸部
分）に発生した磁石の誘起電圧によって磁石の位置を検
出する。次に、トランジスタモジュール３は、ＫＢ５で
等幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＵ相とＶ相に出力
し、等幅ＰＷＭ方式の波形（マイナス）をＷ相に出力し
て電流を黒矢印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を
発生させ回転子を右に３０度回転させる。

【００４０】トランジスタモジュール３は、ＫＢ６で等
幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＶ相に出力し、等幅Ｐ
ＷＭ方式の波形（マイナス）をＷ相に出力して電流を黒
矢印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を発生させ回
転子を右に３０度回転させる。このとき、磁石位置検出
回路５は通電されていないＵ相（左側の二重丸部分）に
発生した磁石の誘起電圧によって磁石の位置を検出す
る。次に、トランジスタモジュール３は、ＫＢ７で等幅
ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＶ相に出力し、等幅ＰＷ
Ｍ方式の波形（マイナス）をＷ相とＵ相に出力して電流
を黒矢印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を発生さ
せ回転子を右に３０度回転させる。

【００４１】トランジスタモジュール３は、ＫＢ８で等
幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＶ相に出力し、等幅Ｐ
ＷＭ方式の波形（マイナス）をＵ相に出力して電流を黒
矢印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を発生させ回
転子を右に３０度回転させる。このとき、磁石位置検出
回路５は通電されていないＷ相（右側の二重丸部分）に
発生した磁石の誘起電圧によって磁石の位置を検出す
る。次に、トランジスタモジュール３は、ＫＢ９で等幅
ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＶ相とＷ相に出力し、等
幅ＰＷＭ方式の波形（マイナス）をＵ相に出力して電流
を黒矢印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を発生さ
せ回転子を右に３０度回転させる。

【００４２】トランジスタモジュール３は、ＫＢ１０で
等幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＷ相に出力し、等幅
ＰＷＭ方式の波形（マイナス）をＵ相に出力して電流を
黒矢印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を発生させ
回転子を右に３０度回転させる。このとき、磁石位置検
出回路５は通電されていないＶ相（右側の二重丸部分）
に発生した磁石の誘起電圧によって磁石の位置を検出す
る。次に、トランジスタモジュール３は、ＫＢ１１で等
幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＷ相に出力し、等幅Ｐ
ＷＭ方式の波形（マイナス）をＵ相とＶ相に出力して電
流を黒矢印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を発生
させ回転子を右に３０度回転させる。

【００４３】トランジスタモジュール３は、ＫＢ１２で
等幅ＰＷＭ方式の波形（プラス）をＷ相に出力し、等幅
ＰＷＭ方式の波形（マイナス）をＶ相に出力して電流を
黒矢印方向に流して、白抜き矢印方向に磁力を発生させ
回転子を右に３０度回転させる。このとき、磁石位置検
出回路５は通電されていないＵ相（左側の二重丸部分）
に発生した磁石の誘起電圧によって磁石の位置を検出す
る。そして、トランジスタモジュール３は、ＫＢ１に戻
ってＫＢ１〜ＫＢ１２を順次繰り返えすことにより回転
子は回転する。

【００４４】この永久磁石電動機４の回転は、三相通電
と二相通電とを組み合わせる運転制御を行なっているの
で、磁石位置検出回路５で通電されていない相で磁石の
位置を検出しつつ、図１０に示す如き一周（電気角３６
０°）を多角形の１２分割で回転磁界を発生させて、永
久磁石電動機４の運転制御を行なうことができる。これ
により、一周を６分割のみの場合より回転磁界を一層円
磁界に近似させることが可能となる。

【００４５】このように、三相通電と二相通電の波形と
を組み合わせて永久磁石電動機４の運転制御を行なって
いるので、二相通電のみによる永久磁石電動機の駆動の
欠点を補って駆動することが可能となる。これにより、
永久磁石電動機４の回転トルクを滑らかにできて振動や
騒音の発生を防止することが可能となる。また、三相通
電と二相通電の等幅ＰＷＭ方式の波形を組み合わせて永
久磁石電動機４の運転制御を行なう共に、等幅ＰＷＭ方
式による直流出力電圧を、三相構造の永久磁石電動機４
の二相に印加し、残りの一相で磁石の位置検出を行なう
ようにしているので、格別な磁石の位置検出用の検出装
置を設ける必要がなくなり簡単な構造の永久磁石電動機
４とすることが可能となる。

【００４６】これにより、回転数が低い領域から高い領
域まで永久磁石電動機４の運転制御（回転制御）を容易
に行なうことができるようになる。特に、磁石の位置検
出に格別な相検出装置が不要となるので、コストを大幅
に低減することができるようになる。

【００４７】他方、本発明のインバータ装置で永久磁石
電動機４の他の回転制御を次に説明する。この場合の永
久磁石電動機４の回転制御は、永久磁石電動機４の回転
数が低い領域では、正弦波近似ＰＷＭ方式による交流出
力電圧にて永久磁石電動機４を駆動すると共に、永久磁
石電動機４の回転数が高い領域では、等幅ＰＷＭ方式に
よる直流出力電圧にて永久磁石電動機４を駆動する。即
ち、永久磁石電動機４の回転数が低い領域で正弦波近似
ＰＷＭ方式で永久磁石電動機４を駆動するすることによ
り、滑らかな回転トルクで振動や騒音の発生を防止する
ことが可能となる。これにより、全回転範囲を正弦波近
似ＰＷＭ方式で駆動する場合より永久磁石電動機４を小
さくすることができるので、高効率の永久磁石電動機４
の製造が可能となる。

【００４８】また、永久磁石電動機４の回転数が高い領
域で等幅ＰＷＭ方式で永久磁石電動機４を駆動した場合
は、永久磁石電動機４の出力・慣性力が大きくなって、
トルク変動による振動・騒音に与える影響を小さくする
ことができる。これにより、等幅ＰＷＭ方式による永久
磁石電動機４の運転を好適に行なうことができるように
なると共に、磁石位置検出回路５で通電されていない相
で磁石の位置を検出することにより、回転子の回転制御
を容易に行なうことが可能となる。

【００４９】上記のような永久磁石電動機４を用いた図
示しない空気調和機用の冷媒圧縮機の制御方法を次に説
明する。空気調和機の冷媒圧縮機に用いられる電動機の
回転数は回転数可変範囲が広いので、電圧の可変範囲も
広いものが要求される。本発明のインバータ装置では、
永久磁石電動機４の回転数が低い領域を正弦波近似ＰＷ
Ｍ方式で駆動を行ない、回転数が高い領域では等幅ＰＷ
Ｍ方式で駆動を行なう。この場合、冷媒圧縮機の回転数
が高い領域ではＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の内の二巻線に
通電し、他の通電されていない一巻線で磁石の位置検出
を行なって永久磁石電動機４の回転制御を行なってい
る。これにより、冷媒圧縮機に設けられた電動機の可変
を環境に応じた広い範囲で制御することが可能となる。
従って、冷媒圧縮機に設けられた電動機の回転数を好適
に制御でき、空気調和機を極めて効率的に駆動制御する
ことができるようになる。

【００５０】また、上記のような永久磁石電動機４を用
いた図示しない冷凍及び／又は冷蔵機器用の冷媒圧縮機
の制御方法を次に説明する。この場合、冷凍及び／又は
冷蔵機器用の冷媒圧縮機は圧力差のある状態で始動を開
始するが、圧力差のある状態で冷媒圧縮機が始動を開始
する場合、高い始動トルクが要求される。本発明のイン
バータ装置では、永久磁石電動機４の回転数が低い領域
を正弦波近似ＰＷＭ方式で駆動を行ない、回転数が高い
領域では等幅ＰＷＭ方式で駆動を行う。この場合、冷媒
圧縮機の回転数の低い領域で歪みのない滑らかな回転ト
ルクで始動させることが可能となる。また、冷媒圧縮機
の回転数が高い領域ではＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の内の
二巻線に通電し、他の通電されていない一巻線で磁石の
位置検出を行なって永久磁石電動機４の回転制御を行な
っている。これにより、冷媒圧縮機に設けられた電動機
の回転を好適に行なえるので、冷凍及び／又は冷蔵機器
の大幅に効率的な駆動制御ができるようになる。

【００５１】ところで、巻線を集中的に施した固定子コ
アでは巻線を施した部分の磁束の集中により騒音が発生
し易いが、本発明のインバータ装置は永久磁石電動機４
の固定子巻線を集中巻構造とし、回転数が低い領域で
は、正弦波近似ＰＷＭ方式による交流出力電圧にて永久
磁石電動機４を駆動すると共に、回転数が高い領域で
は、等幅ＰＷＭ方式による直流出力電圧にて永久磁石電
動機４を駆動するようにしているので、永久磁石電動機
４に騒音がなく効率的な駆動を行なうことができるよう
になる。

【００５２】尚、実施例では等幅ＰＷＭ方式による直流
出力電圧を三相構造の永久磁石電動機４の三相に印加す
る状態と、等幅ＰＷＭ方式による直流出力電圧を二相に
印加する状態とを交互に繰り返したがこれに限らず、等
幅ＰＷＭ方式による直流出力電圧を三相構造の永久磁石
電動機４の二相に印加する状態と、正弦波近似ＰＷＭに
よる交流出力電圧を三相に印加する状態とを交互に繰り
返すようにしても本発明は有効である。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、イン
バータ装置は正弦波近似ＰＷＭ方式による交流出力電圧
にて駆動する状態と、等幅ＰＷＭ方式による直流出力電
圧にて駆動する状態とを組み合わせて永久磁石電動機の
運転を制御するようにしているので、例えば、請求項２
の如く、永久磁石電動機の回転数が低い領域では、正弦
波近似ＰＷＭ方式による交流出力電圧にて当該永久磁石
電動機を駆動すると共に、永久磁石電動機の回転数が高
い領域では、等幅ＰＷＭ方式による直流出力電圧にて当
該永久磁石電動機を駆動することにより、永久磁石電動
機の回転数が低い領域は低い電圧で、永久磁石電動機の
回転数が高い領域は高い電圧で駆動することができる。
これにより、永久磁石電動機を効率の良い電圧で駆動す
ることが可能となり、永久磁石電動機の振動・騒音の大
幅な低減を図ることが可能となる。従って、低速領域か
ら高速領域まで、全回転範囲を交流駆動する場合に比し
て永久磁石電動機を小さくすることができ、永久磁石電
動機の効率を大幅に向上させることができるようになる
ものである。

【００５４】特に、永久磁石電動機の正弦波駆動の優位
な低速領域と、直流駆動の優位な高速領域とで切り替え
て運転するようにしているので、永久磁石電動機のより
効率的な運転を行なうことが可能となる。

【００５５】また、請求項３の発明によれば、請求項１
又は請求項２に加えて、等幅ＰＷＭ方式による直流出力
電圧を、三相構造の永久磁石電動機の二相に印加するよ
うにしているので、残りの一相で磁石の位置検出を行な
うことが可能となる。これにより格別な磁石の位置検出
用の検出装置を設ける必要がなくなり、簡単な構造の永
久磁石電動機とすることが可能となる。従って、永久磁
石電動機のコストを大幅に低減することができるように
なるものである。

【００５６】また、請求項４の発明によれば、請求項
１、請求項２又は請求項３に加えて、等幅ＰＷＭ方式に
よる直流出力電圧を、三相構造の永久磁石電動機の二相
に印加する状態と、三相に印加する状態とを交互に繰り
返すようにしているので、例えば、ある通電相から次の
通電相に切り替えた場合、電気角度６０度ステップで進
んでいる磁界の位相を３０度ステップで進ませることが
可能となる。これにより、回転磁界を二相通電のみ場合
より一層円磁界に近付けることが可能となる。従って、
永久磁石電動機を滑らかに回転させることができるよう
になり永久磁石電動機の振動や騒音を極めて減少させる
ことができて、インバータ装置の利便性を大幅に向上さ
せることができるようになるものである。

【００５７】また、請求項５の発明によれば、請求項
１、請求項２、請求項３又は請求項４に加えて、永久磁
石電動機は、空気調和機用の冷媒圧縮機を駆動するよう
にしているので、例えば回転数可変範囲が広い空気調和
機の冷媒圧縮機に用いられる電動機でも容易に回転制御
を行なうことが可能となる。これにより、環境に応じた
広い範囲で冷媒圧縮機の電動機を制御を行なうことが可
能となる。従って、冷媒圧縮機に設けられた電動機の回
転数を好適に制御でき、空気調和機を極めて効率的に駆
動制御を行なうことができるようになるものである。

【００５８】更に、請求項６の発明によれば、請求項
１、請求項２、請求項３又は請求項４に加えて、永久磁
石電動機は、冷凍及び／又は冷蔵機器用の冷媒圧縮機を
駆動するようにしているので、例えば、冷媒圧縮機を駆
動する永久磁石電動機の回転数が低い領域を正弦波近似
ＰＷＭ方式で駆動し、回転数が高い領域では等幅ＰＷＭ
方式で駆動するようにすることにより、冷媒圧縮機の回
転数の低い領域を歪みのない滑らかな回転トルクで始動
させることが可能となる。これにより、圧力差のある高
いトルクで始動させる冷凍及び／又は冷蔵機器用の冷媒
圧縮機の永久磁石電動機でも容易に駆動することが可能
となる。従って、冷凍及び／又は冷蔵機用の空気調和機
の冷媒圧縮機の永久磁石電動機を効率的に駆動すること
ができるようになるものである。

【００５９】特に、冷媒圧縮機の電動機の回転数が高い
領域ではＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の内の二巻線に通電
し、他の通電されていない一巻線で磁石の位置検出を行
なって永久磁石電動機の回転制御を行なうことができる
ので、環境に応じて冷媒圧縮機の回転を好適に行なうこ
とが可能となる。従って、冷凍及び／又は冷蔵機器を大
幅に効率的な駆動制御を行なうことができるようになる
ものである。

【００６０】更にまた、請求項７の発明によれば、請求
項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請
求項６に加えて、永久磁石電動機の固定子巻線を集中巻
構造としているので、巻線を施した部分の磁束の集中に
より騒音が発生し易い集中巻構造の固定子を有する永久
磁石電動機でも、印加交流波形の歪みの少ない本発明の
インバータ装置を使用することによって、永久磁石電動
機の駆動に絶大なる効果を発揮することができるように
なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータ装置を示す構成図である。

【図２】正弦波近似ＰＷＭ方式のインバータ出力の波形
図である。

【図３】三相正弦波の図である。

【図４】三相構造の正弦波近似ＰＷＭ方式により永久磁
石電動機を駆動した場合の回転円磁界の模式図である。

【図５】三相構造の永久磁石電動機の二相に印加したと
きの通電の向きと、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の通電タイミング
と、通電の向きと、磁石検出位置と、磁界の向きとの関
係を示す図である。

【図６】同図５の永久磁石電動機の磁界の動きを説明す
る模式図である。

【図７】同図５の永久磁石電動機の回転磁界の模式図で
ある。

【図８】三相構造の永久磁石電動機に等幅ＰＷＭ方式に
よる直流出力電圧を三相に印加する状態と、等幅ＰＷＭ
方式による直流出力電圧を二相に印加する状態とを交互
に印加したときの通電の向きと、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の通
電タイミングと、通電の向きと、磁石検出位置と、磁界
の向きとの関係を示す図である。

【図９】同図８の永久磁石電動機の磁界の動きを説明す
る模式図である。

【図１０】同図８の永久磁石電動機を駆動した場合の回
転磁界の模式図である。

【図１１】従来のインバータ装置を示す構成図である。

【図１２】もう一つの従来のインバータ装置を示す構成
図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 整流回路 ３ トランジスタモジュール ４ 永久磁石電動機 ５ 磁石位置検出回路 ６ トランジスタモジュール制御回路 ７ マイコン ８ 電流検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野本 哲男 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 伊澤 雄一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H560 AA02 BB04 BB07 BB12 DA13 DC12 DC14 EB01 EC02 GG04 JJ12 RR01 SS07 TT15 UA02 XA02 XA12 5H576 AA10 BB02 BB04 CC05 DD02 DD07 EE14 EE19 FF07 FF08 GG01 GG04 GG07 HA02 HB02 JJ03 LL22 LL41

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子に永久磁石を用いた永久磁石電動
   機を駆動するインバータ装置において、 正弦波近似ＰＷＭ方式による交流出力電圧にて駆動する
   状態と、等幅ＰＷＭ方式による直流出力電圧にて駆動す
   る状態とを組み合わせて前記永久磁石電動機の運転を制
   御することを特徴とするインバータ装置。
2. 【請求項２】 前記永久磁石電動機の回転数が低い領域
   では、前記正弦波近似ＰＷＭ方式による交流出力電圧に
   て当該永久磁石電動機を駆動すると共に、前記永久磁石
   電動機の回転数が高い領域では、前記等幅ＰＷＭ方式に
   よる直流出力電圧にて当該永久磁石電動機を駆動するこ
   とを特徴とする請求項１のインバータ装置。
3. 【請求項３】 前記等幅ＰＷＭ方式による直流出力電圧
   を、三相構造の前記永久磁石電動機の二相に印加するこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２のインバータ装
   置。
4. 【請求項４】 前記等幅ＰＷＭ方式による直流出力電圧
   を、三相構造の前記永久磁石電動機の二相に印加する状
   態と、三相に印加する状態とを交互に繰り返すことを特
   徴とする請求項１、請求項２又は請求項３のインバータ
   装置。
5. 【請求項５】 前記永久磁石電動機は、空気調和機用の
   冷媒圧縮機を駆動することを特徴とする請求項１、請求
   項２、請求項３又は請求項４のインバータ装置。
6. 【請求項６】 前記永久磁石電動機は、冷凍及び／又は
   冷蔵機器用の冷媒圧縮機を駆動することを特徴とする請
   求項１、請求項２、請求項３又は請求項４のインバータ
   装置。
7. 【請求項７】 前記永久磁石電動機の固定子巻線を集中
   巻構造としたことを特徴とする請求項１、請求項２、請
   求項３、請求項４、請求項５又は請求項６のインバータ
   装置。