JP2006025565A - インバータ回路および圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの負荷状態にかかわらず、スイッチング素子の過熱による破損を防ぐインバータ回路および圧縮機を提供する。
【解決手段】パワー部を構成するスイッチング素子の温度を計測する温度測定部１０６と、モータ回転数を検出する回転数検出部１０７と、スイッチング素子の温度とモータ回転数よりキャリア周波数を決定するキャリア周波数決定部１０８と、モータ負荷に応じたＤｕｔｙを決定するとともにキャリア周波数を切り替える機能を有する出力波形決定回路１０９を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＷＭ制御されるスイッチング素子によりモータを駆動するインバータ回路に関するもので、特に冷蔵庫用密閉型電動圧縮機の駆動に好適なものである。

従来、この種のインバータ回路においてインバータ回路を駆動するスイッチング素子の温度上昇率を検出し、この温度上昇率が所定値以上である場合にはスイッチング素子の動作周波数である、キャリア周波数を低下させてスイッチング素子を保護するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、モータ負荷を監視して過負荷と判断された場合にキャリア周波数を下げて運転することにより発熱量の抑制と磁気騒音の低減とをほぼ同時に満足させるものもある（例えば、特許文献２参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来のインバータ回路について説明する。

図１２は、特許文献１に記載された従来のインバータ回路の回路図、図１３は感温素子回路図、図１４は保護動作のフローチャートである。

図１２において、コントローラ１は、ＰＷＭ信号２をＴＲＭ３に供給し、ＴＲＭ３は、ＰＷＭ信号２に基づいてコンプレッサモータ４を駆動する。ＴＲＭ３の内部または近傍には、感温素子５が設けられ、感温素子５は、サーミスタなどにより構成され、ある程度の検出精度が得られるものである。

図１３において、この感温素子５からの検出温度信号は、コントローラ１内のマイコン６のＡ／Ｄ入力端に供給される。

マイコン６は感温素子５からのデータを読み込み、ＴＲＭ３の熱破壊を防ぐようにＴＲＭ３を制御する。

以上のように構成されたインバータ回路について、以下その動作を説明する。

図１４において、ステップ１０００１からスタートして、感温素子５による温度上昇率（単位時間あたりの温度上昇、℃／秒）が所定値を超えた場合、ステップ１０００２にてキャリア周波数を低下させて、ＴＲＭ３のスイッチングロスを低下させて、ＴＲＭ３の温度上昇を抑制する。ただし、感温素子５による温度上昇率が所定値まで低下した場合にはキャリア周波数を元の値に戻しておく。

キャリア周波数の低下によっても感温素子５による温度上昇率が所定値まで低下しない場合にはステップ１０００３に進み、運転周波数を低下させることで、ＴＲＭ３の過熱時にＴＲＭ３を保護することができる。

また、図１５は特許文献２に記載された従来のインバータ回路の回路図、図１６は過負荷検出回路の回路図である。

図１５において、キャリア発生器１１はキャリア信号ＣＡを発生し、ＰＷＭ制御回路１２はこのキャリア信号ＣＡと制御信号とを比較し、その比較結果に応じて変換器主回路のスイッチング素子１５をＰＷＭ制御し、その出力によってモータ１３が駆動する。

以上のように構成されたインバータ回路について、以下その作用を説明する。

磁気騒音を低減すべくキャリア周波数を高くして運転すると、スイッチング素子１５の発熱量が増大するため、スイッチング素子１５の温度が定格に収まるようキャリア周波数を適宜に選んで運転するとともに、負荷状態をＰＷＭ制御回路１２の出力電流によって監視し、過負荷検出器１４により過負荷と判断された場合キャリア周波数ＣＡを低減する。

すなわち、図１６のようにコンパレータ１６、フィルタ１７等を設け、まずコンパレータ１６にて負荷状態の検出信号ＤＥを基準の信号ｓ００と比較し、ＤＥ＞Ｓ００となったら過負荷状態としてスイッチＳＷをオンとする。

一方、検出信号ＤＥと基準の信号Ｓ００の差が減算器ＡＤＩを介して得られるので、この差の信号がスイッチＳＷを経てフィルタ１７に入力される。このフィルタ１７の時定数Ｔ１は、モータ１３の加減速時間をＴ２とすると、Ｔ１＞Ｔ２となるようにしておく。

これは、モータ加減速時には時間Ｔ２だけ過負荷レベル相当の電流を流すのが一般的であるためで、フィルタ１７により一定の時間Ｔ１を確保するようにする。つまり、この場合のフィルタは一種の遅延要素として作用する。フィルタ１７の出力Ｓ１は加減算器ＡＤ２に与えられ、ここで定格負荷状態となるように予め設定された設定値Ｓ０１との差Ｓ２が求められ、この差Ｓ２に応じてキャリア周波数ＣＡが低減される。
特開平９−１４０１５５号公報 特開平５−２２７７９３号公報

しかしながら、特許文献１に示す上記従来の構成では、スイッチング素子の温度上昇率を監視するため、温度上昇率が低くても長時間連続運転を行った場合にスイッチング素子が過熱し、破損する恐れがあるという課題を有していた。

また、特許文献２に示す上記従来の構成では、モータ負荷のみを監視するため、モータが過負荷状態でない場合でもスイッチング素子付近の温度が高い場合スイッチング素子が過熱して破損する恐れがあるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、モータの負荷状態にかかわらず、スイッチング素子の過熱による破損を防ぐことを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ回路はスイッチング素子の温度とモータ回転数の両方を監視してキャリア周波数を決定し、切り替えるものでスイッチング素子の温度とモータ回転数の両方を監視することで、スイッチング素子の過熱による破損の恐れがある場合、モータの負荷状態にかかわらずキャリア周波数の切り替えができる。

本発明のインバータ回路は、モータの負荷状態にかかわらずスイッチング素子の過熱による破損を防ぐことができる。

請求項１に記載の内容は、パワー部を構成するスイッチング素子の温度を計測する温度測定部と、モータ回転数を検出する回転数検出部と、モータ負荷に応じたＤｕｔｙを決定するとともにキャリア周波数を切り替える機能を有する出力波形決定回路と、前記温度測定部で計測されたスイッチング素子の温度と前記回転数検出部で制御されるモータ回転数とから決定されたキャリア周波数を前記出力波形決定回路に出力するキャリア周波数決定部を備えたもので、スイッチング素子の温度とモータ回転数の両方を監視してキャリア周波数を決定し切り替えることにより、モータの負荷状態にかかわらずスイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、保護することができる。

請求項２に記載の内容は、パワー部を構成するスイッチング素子の温度を計測する温度測定部と、モータ負荷に応じたＤｕｔｙを決定するとともにキャリア周波数を切り替える機能を有する出力波形決定回路と、前記温度測定部で計測されたスイッチング素子の温度と前記Ｄｕｔｙとから決定されたキャリア周波数を前記出力波形決定回路に出力するキャリア周波数決定部を備えたもので、スイッチング素子の温度とＤｕｔｙの両方を監視してキャリア周波数を決定し切り替えることにより、モータの負荷状態にかかわらずスイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、保護することができる。

また、モータ負荷が大きいほどＤｕｔｙは大きくなるため、Ｄｕｔｙを監視することで、請求項１に記載の発明の効果に加えてモータの負荷状態を監視できるという効果がある。

請求項３に記載の内容は、パワー部を構成するスイッチング素子の温度を計測する温度測定部と、モータ負荷に応じたＤｕｔｙを決定するとともにキャリア周波数を切り替える機能を有する出力波形決定回路と、モータ回転数を検出する回転数検出部と、前記温度測定部で計測されたスイッチング素子の温度と前記回転数検出部で制御されるモータ回転数と前記Ｄｕｔｙとから決定されたキャリア周波数を前記出力波形決定回路に出力する、キャリア周波数決定部とを備えたもので、スイッチング素子の温度とＤｕｔｙとモータ回転数を監視してキャリア周波数を切り替えることにより、モータの負荷状態にかかわらずスイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、保護することができる。

また、素子温度とＤｕｔｙとモータ回転数の３つのパラメータよりキャリア周波数を決定するため、請求項２に記載の発明の効果に加えてＤｕｔｙとモータ回転数を監視することにより、その時点でのモータの負荷状態を観測でき、モータ負荷に対してより効率的な制御を行うことができるという利点を有する。

請求項４に記載の内容は、請求項１または請求項２または請求項３に記載のインバータ回路で圧縮機を駆動するもので、高品質で信頼性の高い圧縮機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるインバータ回路のブロック図、図２は本発明の同実施の形態におけるインバータ回路の動作のフローチャート図、図３はスイッチング素子温度−モータ回転数によるキャリア周波数のテーブルである。

図１において、インバータ回路１０２は商用電源１０１に接続され、商用交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部１０３と、ＤＣモータ１１０を駆動するパワー部１０４と、パワー部を制御する制御回路１１９より構成されている。

パワー部１０４は、６つのＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）と言われるスイッチング素子１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６より構成されており、また、６つのＩＧＢＴは三相ブリッジ接続されている。

制御回路１１９は、ドライブ回路１０５と、温度測定部１０６と、回転数検出部１０７と、キャリア周波数決定部１０８と、出力波形決定回路１０９と、転流回路１１７と、位置検出部１１８より構成されている。

位置検出部１１８は、ＤＣモータ１１０の逆起電圧からロータの位置を検出する、位置検出信号を発生する。

転流回路１１７は、位置検出部１１８の出力からパワー部１０４のスイッチング素子１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６を転流させる転流パルスを作り出す。

回転数検出部１０７は、位置検出部１１８の位置検出信号を一定期間カウントしたり、パルス間隔を測定することによりＤＣモータ１１０の回転速度を検出する。

温度測定部１０６は、パワー部１０４のスイッチング素子１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６の温度をサーミスタなどの温度センサーにより測定する。

なお、温度センサーはパワー部１０４のスイッチング素子１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６に直接とりつけてもよく、またスイッチング素子１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６を取り付けた回路基板に取り付けたり、回路周辺の空間にあって間接的にスイッチング素子１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６の温度を測定する形態であってもよい。

キャリア周波数決定部１０８は、温度測定部１０６より得られるスイッチング素子温度と回転数検出部１０７から得られるＤＣモータ１１０の回転数より、図３に示すスイッチング素子温度−モータ回転数によるキャリア周波数のテーブルを用いてキャリア周波数を決定し、決定したキャリア周波数を出力波形決定回路１０９に出力する。

出力波形決定回路１０９は、目標回転数と回転数検出部１０７で検出された実際の回転数が一致するようにＤｕｔｙの増減を出力し、キャリア周波数決定部１０８より入力されるキャリア周波数に切り替える機能を有する。

ドライブ回路１０５は、転流回路１１７からの転流パルスと出力波形決定回路１０９の出力のチョッピング信号とを合成し、パワー部１０４のスイッチング素子１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６をオン／オフさせる。

以上のように構成されたインバータ回路について、以下その動作、作用を説明する。

商用電源１０１から供給された交流電圧はＡＣ／ＤＣ変換部１０３において直流化され、パワー部１０４を構成する６つのスイッチング素子１１１〜１１６がドライブ回路１０５の出力信号によって動作し、直流から三相交流に変換された電圧がＤＣモータ１１０を駆動する。

ここで、ＤＣモータ１１０にはキャリア周波数のパルス状電圧を印加するため、電流に高調波成分が含まれることでモータは磁気騒音を発生する。この磁気騒音はキャリア周波数が可聴域にあると騒音として認識されるが、キャリア周波数を高くするにつれて騒音としては低減することができる。

一方でキャリア周波数を高くするとスイッチング素子のスイッチング回数が増えるためにスイッチングロスが増え、スイッチング素子の発熱が増え破損の可能性が高まる。

そこで本実施の形態では、キャリア周波数決定部１０８では、スイッチング素子に取り付けられたサーミスタ等の温度測定部１０６により測定されたスイッチング素子温度と、ＤＣモータ１１０の逆起電圧から測定される位置検出信号より回転数検出部１０７にて検出されたモータ回転数との入力に基づいて、図３のテーブルに従ってキャリア周波数を決定する。

決定されたキャリア周波数はキャリア周波数決定部１０８から出力波形決定回路１０９に出力される。そして出力波形決定回路１０９は現在のキャリア周波数から入力されたキャリア周波数への切り替えを行う。その切り替えをドライブ回路１０５が受け、新しいキャリア周波数でのドライブ信号によりスイッチング素子が動作し、ＤＣモータが駆動する。

キャリア周波数決定部１０８において、温度測定部１０６で測定したスイッチング素子温度ｔ１と、回転数検出部１０７で検出したモータ回転数ｒ１に基づいて、スイッチング素子の温度とモータ回転数に応じて予めキャリア周波数を決定してあるキャリア周波数のテーブルに従ってキャリア周波数を決定する。そして、出力波形決定回路１０９において、上記決定されたキャリア周波数に切り替える。

図３はスイッチング素子温度とモータ回転数から予め決定したキャリア周波数のテーブルを示した図で、縦軸はスイッチング素子温度、横軸はモータ回転数であり、スイッチング素子温度ｔ１と、モータ回転数ｒ１によりキャリア周波数を決めてある。

図３のキャリア周波数のテーブルは、磁気騒音の低減のために可能な限り高いキャリア周波数で運転し、しかも、スイッチング素子の温度が高いときには、スイッチング素子の破損を防止するために、キャリア周波数は低くなるように設定されている。

そのため、スイッチング素子の温度が高いほどキャリア周波数は低く設定されている。

また、ある時点でスイッチング素子の温度が同じでも、モータ回転数が高い方がスイッチング素子に流れる電流が大きいため、発熱が大きい。このためスイッチング素子の温度上昇が予測されるため、スイッチング素子の温度が同じでも、回転数が高いほどキャリア周波数は低く設定されている。

上記形態により、スイッチング素子の温度とモータ回転数に応じて可能な限り高いキャリア周波数で運転することによりモータの磁気騒音を低減することができ、かつ、スイッチング素子温度とモータ回転数の監視によるキャリア周波数の制御により、モータの負荷状態にかかわらずスイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、保護することができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２におけるインバータ回路のブロック図、図５は本発明の同実施の形態におけるインバータ回路の動作のフローチャート図、図６はスイッチング素子温度−Ｄｕｔｙによるキャリア周波数のテーブルである。なお、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図４において、インバータ回路２０２は商用電源１０１に接続され、商用交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部１０３と、ＤＣモータ１１０を駆動するパワー部１０４と、パワー部を制御する制御回路２１９より構成されている。

制御回路２１９は、ドライブ回路１０５と、温度測定部１０６と、回転数検出部２０７と、出力波形決定回路２０９と、転流回路１１７と、位置検出部１１８と、キャリア周波数決定部２０８より構成されている。

回転数検出部２０７は、位置検出部１１８の位置検出信号を一定期間カウントしたり、パルス間隔を測定することにより回転速度を検出する。

キャリア周波数決定部２０８は、温度測定部１０６より得られるスイッチング素子温度と出力波形決定回路２０９から得られるＤｕｔｙより、スイッチング素子温度−Ｄｕｔｙによるキャリア周波数のテーブルを用いてキャリア周波数を決定する。

出力波形決定回路２０９は、目標回転数と回転数検出部２０７で検出された実際の回転数が一致するようにＤｕｔｙの増減を出力し、実際のＤｕｔｙをキャリア周波数決定部２０８に出力する。また、キャリア周波数決定部２０８より入力されるキャリア周波数に切り替える機能を有する。

以上のように構成されたインバータ回路について、以下その動作、作用を説明する。

商用電源１０１から供給された交流電圧はＡＣ／ＤＣ変換部１０３において直流化され、パワー部１０４を構成する６つのスイッチング素子１１１〜１１６がドライブ回路１０５の出力信号によって動作し、直流から三相交流に変換された電圧がＤＣモータ１１０を駆動する。

この際、スイッチング素子に取り付けられたサーミスタ等の温度測定部１０６により測定されたスイッチング素子温度と、ＤＣモータ１１０の逆起電圧から測定される位置検出信号より回転数検出部１０７にて検出されたモータ回転数をキャリア周波数決定部２０８に入力し、図３のテーブルに従ってキャリア周波数を決定し、出力波形決定回路２０９に決定されたキャリア周波数を出力する。

そして、出力波形決定回路２０９にて実際のキャリア周波数から入力されたキャリア周波数への切り替えを行い、切り替えられたキャリア周波数でのドライブ回路１０５からのドライブ信号によりスイッチング素子が動作し、ＤＣモータが駆動する。

インバータ制御をする場合、モータに対してキャリア周波数のパルス状電圧を印加するためモータ電流に高調波成分が含まれ、これが原因でモータは磁気騒音を発生するが、キャリア周波数を高くすることで、この磁気騒音を低減することができる。

しかしながら、キャリア周波数を高くするとスイッチング素子のスイッチング回数が増えるためにスイッチングロスが増え、スイッチング素子の発熱が増え破損の可能性が高まる。

そのため本実施の形態では、図５に示すように、温度測定部１０６で測定したスイッチング素子温度ｔ２と、出力波形決定回路２０９で検出したＤｕｔｙｄ２をキャリア周波数決定部２０８に入力し、スイッチング素子温度−Ｄｕｔｙによるキャリア周波数のテーブルに基づいてキャリア周波数を決定し、出力波形決定回路２０９で、決定されたキャリア周波数に切り替える。

図５はスイッチング素子温度−Ｄｕｔｙによるキャリア周波数のテーブルを示した図である。縦軸はスイッチング素子温度、横軸はＤｕｔｙであり、スイッチング素子温度ｔ２と、Ｄｕｔｙｄ２により、予め所定のキャリア周波数を決定している。

スイッチング素子温度−Ｄｕｔｙによるキャリア周波数のテーブルにおいて、キャリア周波数は、可能な限り高いキャリア周波数で運転するよう設定されている。

一方、スイッチング素子の温度が高いほどキャリア周波数は低く設定されている。

このことによってスイッチング素子の温度が高いときには、スイッチング素子の破損の防止を優先するために、キャリア周波数は低くなるが、それ以外の時は高いキャリア周波数で運転することで磁気騒音を低減することを優先する。

また、ある時点でスイッチング素子の温度が同じでも、Ｄｕｔｙが高い方がスイッチング素子のＯＮ時間が長くなるために流れる電流が大きくなり、発熱が大きい。このためスイッチング素子の破損を防ぐため、スイッチング素子の温度が同じでも、Ｄｕｔｙが高いほどキャリア周波数は低く設定されている。

上記形態により、スイッチング素子の温度とＤｕｔｙに応じて可能な限り高いキャリア周波数で運転することによりモータの磁気騒音を低減することができ、かつ、スイッチング素子温度とＤｕｔｙの監視によるキャリア周波数の制御により、モータの負荷状態にかかわらずスイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、保護することができる。

また、ＤＣモータでは、モータ負荷が大きいほどモータ電流が大きくなりそれに伴ってＤｕｔｙも大きくなるため、Ｄｕｔｙを監視することでモータの負荷状態を把握できる。モータの負荷状態を把握することで、例えば、負荷が大きくＤｕｔｙも大きい場合にはモータ回転数を上げて、Ｄｕｔｙを小さくし、スイッチング素子に流れる電流を小さくして発熱を抑えるといった設定にしている。その結果、より正確にスイッチング素子の到達温度を予測でき、スイッチング素子の保護と高いキャリア周波数による静音を両立することができる。

（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３におけるインバータ回路のブロック図、図８は本発明の同実施の形態におけるインバータ回路の動作のフローチャート図、図９はスイッチング素子温度ｔ４からｔ５におけるモータ回転数−Ｄｕｔｙによるキャリア周波数のテーブル、図１０はスイッチング素子温度ｔ６からｔ７におけるモータ回転数−Ｄｕｔｙによるキャリア周波数のテーブルである。なお、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図７において、インバータ回路３０２は商用電源１０１に接続され、商用交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換部１０３と、ＤＣモータ１１０を駆動するパワー部１０４と、パワー部を制御する制御回路３１９より構成されている。

制御回路３１９は、ドライブ回路１０５と、温度測定部３０６と、回転数検出部１０７と、出力波形決定回路３０９と、転流回路１１７と、位置検出部１１８と、キャリア周波数決定部３０８と、テーブル決定部３２０より構成されている。

温度測定部３０６は、パワー部１０４のスイッチング素子１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６の温度をサーミスタなどの温度センサーにより測定する。

出力波形決定回路３０９は、目標回転数と回転数検出部１０７で検出された実際の回転数が一致するようにＤｕｔｙの増減を出力し、実際のＤｕｔｙをキャリア周波数決定部３０８に出力する。また、また、キャリア周波数決定部３０８より入力されるキャリア周波数に切り替える機能を有する。

テーブル決定部３２０は、温度測定部３０６より得られるスイッチング素子の温度に応じてＤｕｔｙ−モータ回転数によるキャリア周波数のテーブルを決定する。

キャリア周波数決定部３０８は、出力波形決定回路３０９より得られるＤｕｔｙと回転数検出部１０７から得られるモータ回転数より、テーブル決定部３２０で決定されるＤｕｔｙ−モータ回転数によるキャリア周波数のテーブルを用いてキャリア周波数を決定する。

以上のように構成されたインバータ回路について、以下その動作、作用を説明する。

図９はスイッチング素子温度ｔ４からｔ５におけるモータ回転数−Ｄｕｔｙによるキャリア周波数のテーブル、図１０はスイッチング素子温度ｔ６からｔ７におけるモータ回転数−Ｄｕｔｙによるキャリア切り替えテーブルを示した図である。縦軸はＤｕｔｙ、横軸はモータ回転数であり、各テーブルには予めキャリア周波数が設定されており、回転数検出部で得られるモータ回転数ｒ３と、Ｄｕｔｙ制御回路より得られるＤｕｔｙｄ３より状態に応じた最適なキャリア周波数が選択される。

ここでｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７の関係はｔ４＜ｔ５＜ｔ６＜ｔ７である。

例えばスイッチング素子温度ｔ３がｔ４からｔ５の範囲にあるときには図９のテーブルが、ｔ６からｔ７の範囲にあるときには図１０のテーブルが使用される。

商用電源１０１から供給された交流電圧はＡＣ／ＤＣ変換部１０３において直流化され、パワー部１０４を構成する６つのスイッチング素子１１１〜１１６がドライブ回路１０５の出力信号によって動作し、直流から三相交流に変換された電圧がＤＣモータ１１０を駆動する。

この際、スイッチング素子に取り付けられたサーミスタ等の温度測定部１０６により測定されたスイッチング素子温度と、ＤＣモータ１１０の逆起電圧から測定される位置検出信号より回転数検出部１０７にて検出されたモータ回転数をキャリア周波数決定部３０８に入力し、図９、または図１０のテーブルに従ってキャリア周波数を決定し、出力波形決定回路３０９に決定されたキャリア周波数を出力する。

そして、出力波形決定回路３０９にて実際のキャリア周波数から入力されたキャリア周波数への切り替えを行い、切り替えられたキャリア周波数でのドライブ回路１０５からのドライブ信号によりスイッチング素子が動作し、ＤＣモータが駆動する。

インバータ制御をする場合、モータに対してキャリア周波数のパルス状電圧を印加するためモータ電流に高調波成分が含まれ、これが原因でモータは磁気騒音を発生するが、キャリア周波数を高くすることで、この磁気騒音を低減することができる。

しかしながら、キャリア周波数を高くするとスイッチング素子のスイッチング回数が増えるためにスイッチングロスが増え、スイッチング素子の発熱が増え破損の可能性が高まる。

そのため本実施の形態では、図８に示すように、温度測定部１０６で測定したスイッチング素子温度ｔ３がｔ４からｔ５の範囲にあるか、ｔ６からｔ７の範囲にあるかを判定し、テーブル決定部にて使用する図９または図１０のキャリア周波数のテーブルを決定する。そして、回転数検出部１０７で検出されたモータ回転数ｒ３と、出力波形決定回路３０９で検出したＤｕｔｙｄ３をキャリア周波数決定部３０８に入力し、スイッチング素子の温度とＤｕｔｙに応じたキャリア周波数を決定し、出力波形決定回路３０９で決定されたキャリア周波数に切り替える。

図９、または図１０はキャリア周波数決定部３０８の制御パターンを示すもので、モータ回転数−Ｄｕｔｙによるキャリア周波数のテーブルを示した図である。縦軸はスイッチング素子温度、横軸はＤｕｔｙであり、モータ回転数ｒ３と、Ｄｕｔｙｄ３によりキャリア周波数が決定される。

図９、または図１０のキャリア周波数の設定は、磁気騒音の低減のために可能な限り高いキャリア周波数で運転するように設定されている。

そのため、モータ回転数が高いほどキャリア周波数は低く設定されている。

また、ある時点でモータ回転数が同じでも、Ｄｕｔｙが高い方がスイッチング素子のＯＮ時間が長くなるために流れる電流が大きくなり、発熱が大きい。このためスイッチング素子の破損を防ぐため、モータ回転数が同じでも、Ｄｕｔｙが高いほどキャリア周波数は低く設定されている。

図９と図１０を比べるとスイッチング素子温度が高い図１０のほうが全体的にキャリア周波数は低く設定されている。これは、スイッチング素子の温度が高い図１０の場合、素子の限界温度に対する余裕度が小さいためで、図９に比べてキャリア周波数を低く設定することでスイッチング素子の温度上昇を抑えるためである。

上記形態により、スイッチング素子の温度とモータ回転数とＤｕｔｙに応じて可能な限り高いキャリア周波数で運転することによりモータの磁気騒音を低減することができ、かつ、スイッチング素子温度とモータ回転数とＤｕｔｙの監視によるキャリア周波数の制御により、モータの負荷状態にかかわらずスイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、保護することができる。

さらに上記形態ではスイッチング素子温度とモータ回転数とＤｕｔｙという３つのパラメータの設定によりキャリア周波数を決定し切り替えを行うので、スイッチング素子温度とモータ負荷に応じた、その状況でもっとも高いキャリア周波数を選択することができるというメリットを有する。

例えば、騒音低減のために可能な限りキャリア周波数を上げて運転することを考える。スイッチング温度が５０℃と６０℃の場合では、５０℃の時の方がスイッチング素子の限界温度に対する余裕度は高いので高いキャリア周波数で運転するが、６０℃の場合でもモータ回転数とＤｕｔｙの関係を考えてモータ回転数を上げＤｕｔｙを低下させて制御することでスイッチング素子の発熱を抑えることができるので高いキャリア周波数での運転が可能になる。このようにスイッチング素子温度ごとにキャリア周波数切り替えテーブルを設定することでスイッチング素子温度が高い場合でも、モータ回転数とＤｕｔｙを制御することで高いキャリア周波数で運転し、騒音を低減することができる。

（実施の形態４）
図１１は本発明の実施の形態４における圧縮機駆動方法のブロック図である。

以下、図１１に基づいて本実施の形態について説明する（なお、実施の形態１と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する）。

図１１において、インバータ回路は実施の形態１または２または３に用いたインバータ回路１０２または２０２または３０２であり商用電源１０１に接続され、圧縮機４１０を駆動する。

圧縮機４１０は、密閉容器４２１と、密閉容器４２１内にステータとロータとからなる電動要素４２２と、圧縮要素４２３より構成される。

以上のような構成において実施の形態１または２または３に用いたインバータ回路１０２または２０２または３０２で圧縮機を運転することによりスイッチング素子の高温による破損を防ぎ、かつスイッチング素子温度とモータ負荷に応じた、その状況でもっとも高いキャリア周波数を選択することができるので、信頼性が高く、騒音の低い圧縮機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかるインバータ回路及び圧縮機の駆動方法はスイッチング素子の過熱による破損を防ぎ、保護することができるという機能を有するので、圧縮機のインバータ駆動装置、特に冷蔵庫用密閉型電動圧縮機の駆動として有用である。

本発明の実施の形態１におけるインバータ回路のブロック図 同実施の形態におけるインバータ回路の動作のフローチャート 同実施の形態におけるインバータ回路のキャリア周波数のテーブルを示す図 本発明の実施の形態２におけるインバータ回路のブロック図 同実施の形態におけるインバータ回路の動作のフローチャート 同実施の形態におけるインバータ回路のキャリア周波数のテーブルを示す図 本発明の実施の形態３におけるインバータ回路のブロック図 同実施の形態におけるインバータ回路の動作のフローチャート 同実施の形態におけるインバータ回路のキャリア周波数のテーブルを示す図 同実施の形態におけるインバータ回路のキャリア周波数のテーブルを示す図 本発明の実施の形態４における圧縮機駆動方法のブロック図 特許文献１に記載された従来のインバータ回路の回路図 同従来のインバータ回路の感温素子回路図 同従来のインバータ回路の保護動作のフローチャート 特許文献２に記載された従来のインバータ回路の回路図 同従来のインバータ回路の過負荷検出回路の回路図

符号の説明

１０２、２０２、３０２ インバータ回路
１０６、３０６ 温度測定部
１０７ 回転数検出部
１０８、２０８、３０８ キャリア周波数決定部
１０９、２０９、３０９ 出力波形決定回路
４１０ 圧縮機

Claims (4)

1. パワー部を構成するスイッチング素子の温度を計測する温度測定部と、モータ回転数を検出する回転数検出部と、モータ負荷に応じたＤｕｔｙを決定するとともにキャリア周波数を切り替える機能を有する出力波形決定回路と、前記温度測定部で計測されたスイッチング素子の温度と前記回転数検出部で制御されるモータ回転数とから決定されたキャリア周波数を前記出力波形決定回路に出力するキャリア周波数決定部とを備えたインバータ回路。
2. パワー部を構成するスイッチング素子の温度を計測する温度測定部と、モータ負荷に応じたＤｕｔｙを決定するとともにキャリア周波数を切り替える機能を有する出力波形決定回路と、前記温度測定部で計測されたスイッチング素子の温度と前記Ｄｕｔｙとから決定されたキャリア周波数を前記出力波形決定回路に出力するキャリア周波数決定部とを備えたインバータ回路。
3. パワー部を構成するスイッチング素子の温度を計測する温度測定部と、モータ回転数を検出する回転数検出部と、モータ負荷に応じたＤｕｔｙを決定するとともにキャリア周波数を切り替える機能を有する出力波形決定回路と、前記温度測定部で計測されたスイッチング素子の温度と前記回転数検出部で制御されるモータ回転数と前記Ｄｕｔｙとから決定されたキャリア周波数を前記出力波形決定回路に出力する、キャリア周波数決定部とを備えたインバータ回路。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のインバータ回路を用いた圧縮機。

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