JP2002291260A - モータ制御装置及びこれを用いた圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平滑コンデンサの低損失化および、小型化を
可能とし、低損失化、小型化、低ノイズ化による信頼性
向上を図ったモータ制御装を提供する。 【解決手段】 電源を整流する整流回路部２１と、電源
力率改善を行う高力率コンバータ回路部２２と、このコ
ンバータ回路部２２から出力された電圧を平滑する乾式
平滑用コンデンサ２４と、モータ２８を動用するインバ
ータ回路部２５と、直流母線電圧を検出する直流母線電
圧検出手段２９と、この直流母線電圧検出手段２９によ
り検出された直流母線電圧に基づいて、インバータ回路
部２５と高力率コンバータ回路部２２の制御を行う制御
部２７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、モータを可変速
制御するモータ制御装置に係り、特に、低損失化、小型
化および発生ノイズ低減を図ったモータ制御装置及びこ
れを用いた圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、図８は、従来の空気調和機の圧
縮機用モータ制御装置を示す回路ブロック図であり、２
０は商用交流電源、２１は整流回路部、２２は電源力率
改善用の高力率コンバータ回路部、２３はリアクトル、
３０はコンバータとインバータの中間に位置する平滑コ
ンデンサ、２５はインバータ回路部、２６は直流母線電
圧のノイズ低減し、前記インバータ回路部の素子保護を
目的としたスナバコンデンサ、１４は過電流検出用の電
力型セメント抵抗、２７は高力率コンバータ回路部およ
びインバータ回路部を制御する制御部、２８はモータで
ある。

【０００３】このような構成において、交流電源２０は
整流回路部２１で整流され、高力率コンバータ回路部２
２で入力された直流電圧を昇圧し出力する。昇圧された
直流電圧は平滑コンデンサ３０で安定した直流電圧を出
力する。インバータ回路部２５は、平滑コンデンサ３０
から供給される直流電圧を３相交流に変換し、モータ２
８に供給しモータ２８を駆動させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のモ
ータ制御装置では、平滑コンデンサ３０には、アルミ電
解コンデンサを用いているが、アルミ電解コンデンサ特
有の電解液は、イオン伝導であり比較的大きな等価直列
抵抗（ＥＳＲ）が存在することになり、コンデンサ損失
が大きくモータ制御装置の効率低下となり、また、電解
液の蒸散及び比抵抗の増大により電気的特性の劣化する
寿命が比較的短い部品であることから、コンデンサの小
容量化が困難であり、モータ制御装置の小型化が困難で
あった。例えば、冷暖房能力が８ＫＷの空気調和機の圧
縮機用モータに使用している平滑コンデンサ３０は、２
０００μＦ程度のアルミ電解コンデンサである。このア
ルミ電解コンデンサ特有の電解液は、イオン伝導であり
比較的大きな等価直列抵抗（ＥＳＲ）が存在することに
なる。また、電解液の蒸散及び比抵抗の増大により電気
的特性の劣化する有限の寿命部品であるため、上記コン
デンサ定数からの大きな低減は困難であるという課題が
あった。

【０００５】また、高周波数のインピーダンスが他コン
デンサと大きいので、インバータ回路部の近傍に高周波
特性の良いスナバコンデンサ２６を別に設けることが一
般的であり、また、平滑コンデンサ３０を小容量化した
場合、直流母線のリプル電圧が増加し、振動、騒音が生
じたり、直流母線電圧不足より運転領域が制限される等
の課題が予測されるという課題があった。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、平滑コンデンサの低損失化およ
び、小型化を可能とし、また、スナバコンデンサを削除
しつつ、発生ノイズを低減でき、結果として、モータ制
御装置全体として、低損失化、小型化、低ノイズ化によ
る信頼性向上を図り、さらに、振動、騒音が少なく、モ
ータの運転領域を確保できるモータ制御装置及びこれを
用いた圧縮機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るモータ制
御装置は、電源整流用の整流回路部と、電源力率改善を
行う高力率コンバータ回路部と、モータ駆動用のインバ
ータ回路部と、前記インバータ回路部と前記高力率コン
バータ回路部の制御を行う制御部と、を備え、前記コン
バータ回路とインバータ回路の間に設けられ、電源電圧
を平滑する電源平滑用コンデンサに乾式平滑用コンデン
サを用いたものである。

【０００８】また、整流回路部と高力率コンバータ回路
部、インバータ回路部を各々１パッケージにしたもので
ある。

【０００９】また、整流回路部、高力率コンバータ回路
部及びインバータ回路部を１パッケージにしたものであ
る。

【００１０】また、乾式平滑コンデンサとインバータ回
路部は、リードフレームによる接続をするものである。

【００１１】また、乾式平滑コンデンサと高力率コンバ
ータ回路部は、リードフレームをよる接続をするもので
ある。

【００１２】また、制御部は、直流母線電圧検出手段に
より検出された直流母線電圧に基づいて、インバータ回
路部を駆動させる電圧パルスを補正するものである。

【００１３】また、制御部は、直流母線電圧検出手段に
より検出された直流母線電圧に基づいて求めたリプル電
圧の最低値がモータ線間電圧指令値のピーク以上になる
ように高力率コンバータを制御するものである。

【００１４】この発明に係る圧縮機は、請求項１〜７の
いずれかに記載のモータ制御装置を用いたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示すモータ制御装置の回路ブロック図、
図２は図１のモータ制御装置の実装した状態の斜視図、
図３はモータ制御装置のリードフレームモールド基板の
内部配線を示す透視図であり、図４、５はこの発明の実
施の形態１のモータ制御装置で、空気調和機の圧縮機用
モータを駆動した場合の平滑コンデンサ容量と直流母線
リプル電圧の関係図、直流母線電圧とモータ相電流の波
形図を各々示す。図６は動作説明図である。

【００１６】図１において、２０は商用交流電源、２１
は整流回路部、２２はリアクトル２３、トランジスタ及
びダイオードで構成された電源力率改善用の高力率コン
バータ回路部である。２３はリアクトル、２４はコンバ
ータとインバータの中間に位置する小容量の乾式平滑コ
ンデンサ、２５は直流電圧を交流電源に変換するインバ
ータ回路部、２７は高力率コンバータ回路部およびイン
バータ回路部を制御する制御部であり制御用ＩＣが使用
される。２８はモータである。１４は過電流検出用の電
力型セメント抵抗、２９は直流母線電圧検出手段であ
る。

【００１７】図２、３において、１０は高力率コンバー
タ回路部２２をパッケージしたコンバータモジュール、
１１はインバータ回路部２５をパッケージしたインバー
タモジュール、２４は乾式平滑コンデンサ、２７は高力
率コンバータ回路部２２とインバータ回路部２５を制御
する制御部、１４は過電流検出用の電力型セメント抵
抗、１５はリードフレームを絶縁材でモールドしたリー
ドフレームモールド基板であり、上記電子、電気部品を
実装する。１７は電源２０やリアクトル２３が配線によ
り接続される端子、１６は導電体を成形したリードフレ
ームである。

【００１８】次に、動作の概要を図１により説明する。
交流電源２０は整流回路部２１で整流され、高力率コン
バータ回路部２２で入力された直流電圧を昇圧し出力す
る。この高力率コンバータ回路部２２は、スイッチング
トランジスタのオン・オフの時間比を正弦波状に制御す
ることにより力率を改善し、また、直流電圧の制御をす
る。昇圧された直流電圧は乾式平滑回路２４で安定した
直流電圧を出力する。インバータ回路部２５は、乾式平
滑コンデンサ２４から供給される直流電圧を３相交流に
変換し、モータ２８に供給しモータ２８を駆動させる。

【００１９】次に、小容量化した乾式平滑コンデンサ２
４を使用した場合、直流母線のリプル電圧が増大して生
じる振動、騒音、直流母線電圧不足よる運転領域の制限
とその防止について図４、５、６により説明する。

【００２０】平滑コンデンサ２４を小容量化した場合、
特に商用交流電源２０が単相では、直流母線のリプル電
圧が増大する。ここでのリプル電圧とは、単相の商用交
流電源２０では、電源周波数の２倍の周波数で変動する
直流母線電圧の「最大値―最低値」とする。図４は、従
来例で述べた８ＫＷの空気調和機の圧縮機用モータを、
図１の回路構成にて動作させた場合の、平滑コンデンサ
容量と直流母線のリプル電圧を示したものである。な
お、商用交流電源２０は単相２００Ｖである。コンデン
サ容量の低下に伴い、直流母線のリプル電圧が増大し、
１０００μＦでは、３０Ｖ以上のリプル電圧となる。図
５に示すように、モータ２８に印加する電圧が直流母線
電圧のリプル電圧の影響で変動し、結果として、モータ
相電流が脈動する。これにより圧縮機の振動、騒音が増
加する。また、直流母線電圧不足より圧縮機の運転領域
が制限されてしまう。

【００２１】次に、直流母線のリプル電圧が増大して生
じる振動、騒音、直流母線電圧不足よる運転領域の制限
の防止について図６により説明する。図６は、３相モー
タ用のパルス幅変調型インバータ制御での、一般的な三
角波比較方式と動作説明図である。図２（ａ）は、ＳＩ
Ｎ＿Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗは、「モータ相電圧指
令値のピーク÷直流母線電圧」が振幅の正弦波である。
これを、拡大した図２（ｂ）に示す演算周期であるキャ
リア周期毎に三角波と比較し、図２（ｃ）に示すように
算出された正弦波電圧である電圧パルスＵｐ、Ｕｎ、Ｖ
ｐ、Ｖｎ、Ｗｐ、Ｗｎをインバータ回路部２５の駆動信
号として与えることで、正弦波電圧でのモータ駆動とな
る。図２（ｃ）はモータ２８の３相とインバータ回路部
２５の駆動信号との対応を示している。

【００２２】モータ２８に印加する電圧が直流母線電圧
のリプル電圧の影響で変動し、モータ相電流が脈動する
ので、この脈動をなくすため、制御部２７は、ＳＩＮ＿
Ｕ、ＳＩＮ＿Ｖ、ＳＩＮ＿Ｗを算出するとき、直流母線
電圧に直流母線電圧検出手段２９により検出された直流
母線電圧のフィードバック値を入れることで、直流母線
リプル電圧の影響を受けないように補正した電圧パルス
Ｕｐ、Ｕｎ、Ｖｐ、Ｖｎ、Ｗｐ、Ｗｎをインバータ回路
部２５に出力し、モータ２８を駆動させる。

【００２３】また、正弦波駆動において、モータ線間電
圧のピークは、直流母線電圧値以上にすることはできな
い。従って、直流母線のリプル電圧の最低値が、モータ
線間電圧指令値のピーク以上となるように、高力率コン
バータ回路部２２によって、直流母線電圧を昇圧する制
御を行えば、乾式平滑コンデンサ２４を、大容量アルミ
電解コンデンサで構成する場合と同様に、モータ２８の
運転領域を確保することができる。

【００２４】以上のように、電源の平滑コンデンサに乾
式平滑コンデンサ２４を用いたので、アルミ電解コンデ
ンサと比較して等価直列抵抗が低く、コンデンサの損失
を低下させ、装置の効率を改善できる。また、乾式平滑
コンデンサ２４は長寿命であることから、小容量化がで
き、装置の小型化ができる。また、乾式平滑コンデンサ
２４は高周波特性が良く、乾式平滑コンデンサ２４と、
インバータ回路部２５及び高力率コンバータ回路部２２
等の大電流をスイッチングする半導体回路間を、導電体
を成形したリードフレームで接続したので、インダクタ
ンスが小さくなり、スナバコンデンサ２６を削減でき、
発生ノイズを低減できる。

【００２５】さらに、コンバータモジール１０とインバ
ータモジュール１１を１パッケージ化すれば、モータ制
御装置全体として、低損失化、小型化、低ノイズ化によ
る信頼性向上を図ることができ、また、直流母線電圧検
出手段２９により検出された直流母線電圧に基づいて、
インバータ回路部２５を駆動させる電圧パルスを補正す
るので、振動、騒音を少なくすることができ、またさら
に、リプル電圧の最低値がモータ線間電圧指令値のピー
ク以上になるように高力率コンバータ２２を制御するの
で、大容量アルミ電解コンデンサで構成する場合と同様
のモータ２８の運転領域を確保することができる。

【００２６】なお、平滑コンデンサ２４を除く主回路部
を１つのパケージのモジュール化とすることで、さらに
装置の小型化ができる。また、リードフレームモールド
基板１５は、安価なプリント配線基板での実装でも良
い。

【００２７】実施の形態２．実施の形態１では、高力率
コンバータ回路部２２を、一般的な昇圧チョッパー回路
構成で説明したが、本実施の形態は他の回路構成とした
ものである。図７は実施の形態２を示すモータ制御装置
のブロック図である。図において実施の形態１の図１と
同一部分は同一の符号を付し説明を省略する。３１はハ
ーフブリッジ型コンバータであり、動作も実施の形態１
と同様であり説明を省略するが、実施の形態１の図１で
示した高力率コンバータ２２において、スイッチ素子が
オンしたときに、電流はダイオード→スイッチングトラ
ンジスタ→ダイオードと流れ、半導体素子を３個経由す
るが、本実施の形態では、スイッチ素子がオンしたとき
に、電流はスイッチングトランジスタ→ダイオードと流
れ、半導体素子を２個経由するので、半導体素子のロス
が低減できる。

【００２８】以上のように、ハーフブリッジ型コンバー
タ３１を用いたので、半導体素子のロスが低減できる。

【００２９】なお、ハーフブリッジ型コンバータの代わ
りに電流共振を利用した簡易なスイッチングで力率改善
する簡易型コンバータでもよい。また、コンバータのな
い回路構成でもよい。この場合、直流母線リプル電圧の
影響を受けないように補正した電圧パルスをインバータ
回路部２５に出力し、モータ２８を駆動させる。しか
し、高力率コンバータ回路部２２またはハーフブリッジ
型コンバータ３１によって、直流母線のリプル電圧の最
低値がモータ線間電圧指令値のピーク以上となるように
制御できないので、モータ運転領域について注意が必要
である。但し、商用交流電源２０が３相電源であれば、
単相電源と比較して、直流母線のリプル電圧は小さく、
モータ運転領域が容易である。

【００３０】なお、上記の実施の形態のモータ制御装置
を圧縮機に用いて、装置の高効率化、小型化、低ノイズ
化、高信頼性化を図ることができる。

【００３１】

【発明の効果】この発明に係るモータ制御装置は、電源
整流用の整流回路部と、電源力率改善を行う高力率コン
バータ回路部と、モータ駆動用のインバータ回路部と、
前記インバータ回路部と前記高力率コンバータ回路部の
制御を行う制御部と、を備え、前記コンバータ回路とイ
ンバータ回路の間に設けられ、電源電圧を平滑する電源
平滑用コンデンサに乾式平滑用コンデンサを用いたの
で、平滑コンデンサの小容量化ができ、装置の高効率
化、小型化、低ノイズ化、高信頼性化ができる。またス
ナバ回路を削除できる。

【００３２】また、整流回路部と高力率コンバータ回路
部、インバータ回路部を各々１パッケージにしたので、
装置をより高効率化、小型化、低ノイズ化、高信頼性化
ができる。また、スナバ回路の削減を容易にすることが
できる。

【００３３】また、整流回路部、高力率コンバータ回路
部及びインバータ回路部を１パッケージにしたので、低
ノイズ化の効果が高まり、また、スナバ回路の削減を容
易にすることができる。

【００３４】また、乾式平滑コンデンサとインバータ回
路部は、リードフレームによる接続をするので、低ノイ
ズ化の効果が高まり、また、スナバ回路の削減を容易に
することができる。

【００３５】また、乾式平滑コンデンサと高力率コンバ
ータ回路部は、リードフレームをよる接続をするので、
低ノイズ化の効果が高まり、また、スナバ回路の削減を
容易にすることができる。

【００３６】また、制御部は、直流母線電圧検出手段に
より検出された直流母線電圧に基づいて、インバータ回
路部を駆動させる電圧パルスを補正するので、直流母線
リプル電圧の影響を受けない、正弦波電圧をモータに印
加でき、振動、騒音を少なくすることができる。

【００３７】また、制御部は、直流母線電圧検出手段に
より検出された直流母線電圧に基づいて求めたリプル電
圧の最低値がモータ線間電圧指令値のピーク以上になる
ように高力率コンバータを制御するので、大容量アルミ
電解コンデンサで構成する場合と同様のモータの運転領
域を確保することができる。

【００３８】この発明に係る圧縮機は、請求項１〜７の
いずれかに記載のモータ制御装置を用いたので、装置の
高効率化、小型化、低ノイズ化、高信頼性化ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示すモータ制御装
置のブロック図である。

【図２】 この発明の実施の形態１を示すよるモータ制
御装置の斜視図である。

【図３】 この発明の実施の形態１を示すモータ制御装
置のリードフレームモールド基板を示す透視図である。

【図４】 この発明の実施の形態１を示すモータ制御装
置で、空気調和機の圧縮機モータを駆動した場合の、平
滑コンデンサ容量と直流母線リプル電圧の関係図であ
る。

【図５】 この発明の実施の形態１によるモータ制御装
置で、空気調和機の圧縮機モータを駆動した場合の直流
母線電圧とモータ相電流の波形図である。

【図６】 この発明の実施の形態１を示すモータ制御装
置の動作説明図である。

【図７】 この発明の実施の形態２を示すモータ制御装
置のブロック図である。

【図８】 従来のモータ制御装置を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０ コンバータモジュール、１１ インバータモジュ
ール、１５ リードフレームモールド基板、１６ リー
ドフレーム、１７ 配線、２０ 商用交流電源、２１
整流回路部、２２ 高力率コンバータ回路部、２３ リ
アクトル、２４乾式平滑コンデンサ、２５ インバータ
回路部、２７ 制御部、２８ モータ、２９ 直流母線
電圧検出手段、３０ 平滑コンデンサ、３１ ハーフブ
リッジ型コンデンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 勝彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H006 AA02 CA01 CA13 CB01 CB02 CB08 CC02 DA02 DA04 DB01 DC05 5H007 AA02 AA08 BB06 CA01 CB04 CB05 CC12 CC23 DA05 DA06 DC05 EA02

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源整流用の整流回路部と、 電源力率改善を行う高力率コンバータ回路部と、 モータ駆動用のインバータ回路部と、 前記インバータ回路部と前記高力率コンバータ回路部の
   制御を行う制御部と、を備え、 前記コンバータ回路とインバータ回路の間に設けられ、
   電源電圧を平滑する電源平滑用コンデンサに乾式平滑用
   コンデンサを用いたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 【請求項２】 高力率コンバータ回路部、インバータ回
   路部を各々１パッケージにしたこととを特徴とする請求
   項１記載のモータ制御装置。
3. 【請求項３】 高力率コンバータ回路部及びインバータ
   回路部を１パッケージにしたこととを特徴とする請求項
   １記載のモータ制御装置。
4. 【請求項４】 乾式平滑コンデンサとインバータ回路部
   は、リードフレームによる接続をすることを特徴とし
   た、請求項１〜３のいずれかに記載のモータ制御装置。
5. 【請求項５】 乾式平滑コンデンサと高力率コンバータ
   回路部は、リードフレームをよる接続をすることを特徴
   とした、請求項１〜３のいずれかに記載のモータ制御装
   置。
6. 【請求項６】 制御部は、直流母線電圧検出手段により
   検出された直流母線電圧に基づいて、インバータ回路部
   を駆動させる電圧パルスを補正することを特徴とした請
   求項１〜５のいずれかに記載のモータ制御装置。
7. 【請求項７】 制御部は、直流母線電圧検出手段により
   検出された直流母線電圧に基づいて求めたリプル電圧の
   最低値がモータ線間電圧指令値のピーク以上になるよう
   に高力率コンバータを制御することを特徴とした請求項
   １〜５のいずれかに記載のモータ制御装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載のモータ
   制御装置を用いたことを特徴とする圧縮機。