JP2008283769A - 力率改善回路、モータ駆動装置及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング手段を高寿命化することができ、従来のスイッチング手段に比して小容量の安価なスイッチング手段にて構成することができるモータ駆動装置及び空気調和機を提供する。
【解決手段】交流を整流及び平滑化する整流回路４及び平滑回路５と、整流及び平滑化された直流にて圧縮機８のモータ８１を駆動するモータ駆動回路７と、整流回路４の入力側に直列接続されたリアクトル３１と、リアクトル３１及び整流回路４間に接続されており、リアクトル３１を短絡させるＩＧＢＴとを備えたモータ駆動装置に、複数の第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃと、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃを選択的に入切する制御回路９を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、交流を整流して負荷に供給する整流回路の電力入力側に直列接続されたリアクトルと、該リアクトル又は前記整流回路の出力側を短絡させるスイッチング手段とを備えた力率改善回路、モータ駆動装置及び該モータ駆動装置を備えた空気調和機に関する。

ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）駆動回路を備えた高力率の空気調和機が提案されている。
図８は、従来の空気調和機の構成を模式的に示すブロック図である。従来の空気調和機は、商用交流電源１から入力された交流を整流及び平滑化する整流回路４及び平滑回路５と、整流及び平滑化された直流にて圧縮機８のモータ８１を駆動するモータ駆動回路７とを備えている。モータ駆動回路７はインバータ回路であり、モータ駆動回路７に接続された制御回路９がモータ８１の回転数を制御している。圧縮機８は、図示しない凝縮器，蒸発器，膨張弁と共に冷媒サイクルを構成している。圧縮機８で圧縮された冷媒は冷媒サイクルを循環して凝縮及び蒸発を繰り返し、室内外へ熱を移動させる。

また、空気調和機は、圧縮機８の駆動電圧を高低させることでモータ８１の回転数を制御すると共に、力率を改善するＰＡＭ回路３を備えている。ＰＡＭ回路３は、整流回路４の入力側に直列接続されたリアクトル３１、該リアクトル３１を整流回路３３を介して短絡するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）３４、及び交流電圧の正負逆転を検出するＡＣゼロクロス検出回路３５を備えている。

ＰＡＭ回路３は昇圧チョッパ機能を有している。制御回路９は、ＩＧＢＴ３４のオン／オフデューティ比を変化させることにより、直流電圧の昇圧レベルを昇降させることができ、モータ８１の回転数をＰＡＭ制御する。

また、コンデンサインプット型では交流電圧と電流との位相がずれるため、導通角が狭く力率が低いという問題がある。制御回路９は、力率が低下するゼロクロスタイミングでＩＧＢＴ３４を所定時間、オン状態にすることによって電流波形を電圧波形に近づけ、力率の改善を図ることができる（図３（ａ），（ｂ）参照）。
特開２００１−１４５３６０号公報

しかしながら、従来の構成では単一のＩＧＢＴ３４に大電流が流れるため、ＩＧＢＴ３４の温度上昇を避けることができず、ＩＧＢＴ３４の寿命が短いという問題があった。

また、充分な寿命を確保するために、熱容量に余裕をもたせるためには、大容量のＩＧＢＴ３４を使用する必要があるため、高コストであるという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング手段を高寿命化することができ、従来のスイッチング手段に比して小容量の安価なスイッチング手段にて構成することができる力率改善回路、モータ駆動装置及び空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る力率改善回路は、交流を整流して負荷に供給する整流回路の入力側に直列接続されたリアクトルと、該リアクトル及び前記整流回路間、又は前記整流回路の出力側に接続されており、前記リアクトル、又は前記整流回路の出力側を短絡させるスイッチング手段とを備えた力率改善回路において、前記スイッチング手段は複数であり、複数の前記スイッチング手段を選択的に入切する制御回路を備えることを特徴とする。

本発明に係るモータ駆動装置は、交流を整流する整流回路と、整流された直流にてモータを駆動するモータ駆動回路と、前記整流回路の入力側に直列接続されたリアクトルと、該リアクトル及び前記整流回路間に接続されており、前記リアクトルを短絡させるスイッチング手段とを備えたモータ駆動装置において、前記スイッチング手段は複数であり、複数の前記スイッチング手段を選択的に入切する制御回路を備えることを特徴とする。

本発明に係るモータ駆動装置は、交流を整流する整流回路と、整流された直流にてモータを駆動するモータ駆動回路と、前記整流回路の入力側に直列接続されたリアクトルと、前記整流回路及び前記モータ駆動回路間に接続されており、前記整流回路の出力側を短絡させるスイッチング手段とを備えたモータ駆動装置において、前記スイッチング手段は複数であり、複数の前記スイッチング手段を選択的に入切する制御回路を備えることを特徴とする。

本発明に係るモータ駆動装置は、前記モータに供給される電流を検出する電流検出回路と、該電流検出回路にて検出された電流に基づいて各スイッチング手段の故障の有無を判定する故障判定手段とを備え、前記制御回路は、故障していないスイッチング手段を選択的に入切するように構成してあることが好ましい。

本発明に係るモータ駆動装置は、前記故障判定手段が故障有りと判定した場合、警告を発する手段を備えることが好ましい。

本発明に係るモータ駆動装置は、前記電流検出回路にて検出された電流が閾値電流以上であるか否かを判定する判定手段と、前記制御回路は、前記判定手段が閾値電流以上であると判定した場合、前記複数のスイッチング手段を同時的に入切し、閾値電流未満であると判定した場合、複数の前記スイッチング手段を選択的に入切するように構成してあることが好ましい。

本発明に係るモータ駆動装置は、前記モータに供給される電流を検出する電流検出回路と、該電流検出回路にて検出された電流が閾値電流以上であるか否かを判定する判定手段と、前記制御回路は、前記判定手段が閾値電流以上であると判定した場合、前記複数のスイッチング手段を同時的に入切し、閾値電流未満であると判定した場合、複数の前記スイッチング手段を選択的に入切するように構成してあることが好ましい。

本発明に係る空気調和機は、上述のいずれか一つのモータ駆動装置と、モータを有し、冷媒を圧縮する圧縮機とを備え、前記モータ駆動装置は、前記圧縮機のモータを駆動するように構成してあることが好ましい。

本発明にあっては、リアクトル及び整流回路間に複数のスイッチング手段が接続されており、各スイッチング手段を選択的に入切して短絡させることによって、力率を改善する。各スイッチング手段は選択的に入切されるため、一のスイッチング手段へ連続的に電流が流れることを防止し、各スイッチング手段の温度上昇を抑えることができる。
一方、本発明にあっては、整流回路の出力側に複数のスイッチング手段が接続されており、各スイッチング手段を選択的に入切して短絡させることによって、力率を改善する。各スイッチング手段は選択的に入切されるため、一のスイッチング手段へ連続的に電流が流れることを防止し、各スイッチング手段の温度上昇を抑えることができる。

本発明にあっては、選択的にスイッチング手段を入切する際に、電流検出回路が整流回路からモータに供給される電流を検出し、故障判定手段は検出された電流に基づいて各スイッチング手段の故障の有無を判定し、そして、制御回路は故障していないスイッチング手段を選択的に入切することが好ましい。この構成によれば、一部のスイッチング手段が故障した場合であっても、モータを駆動することができる。

本発明にあっては、モータ駆動装置は、故障判定手段が故障有りと判定した場合、警告を発することが好ましい。この構成によれば、一部のスイッチング手段が故障している状態でモータを駆動していること、修理が必要であること等を使用者に警告することができる。

本発明にあっては、判定手段は、電流検出回路にて検出された電流が閾値電流以上であるか否かを判定し、制御回路は、閾値電流以上であると判定した場合、複数のスイッチング手段を選択的に入切し、閾値電流未満であると判定した場合、複数のスイッチング手段を同時的に入切することが好ましい。この構成によれば、大電流が一のスイッチング手段に流れることを防止することができる。

本発明によれば、スイッチング手段の温度上昇を抑え、スイッチング手段を高寿命化することができ、従来のスイッチング手段に比して小容量の安価なスイッチング手段にて力率改善回路、モータ駆動装置、及び空気調和機を構成することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成を模式的に示すブロック図、図２は要部をより詳細に示した空気調和機の回路図である。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機は、各種構成部の動作を制御する制御回路９、空調用の冷媒を圧縮する圧縮機８、商用交流電源１に接続されるべきノイズフィルタ２、圧縮機８のモータ８１をＰＡＭ制御すると共に力率を改善するＰＡＭ回路３、整流回路４、平滑回路５、電圧・電流検出回路６、モータ駆動回路７及びモータ位置検出回路１０を備えている。また、空気調和機は、図示しない凝縮器，蒸発器，膨張弁を備えており、圧縮機８と共に冷媒サイクルを構成している。
なお、空気調和機は、本発明の実施の形態１に係る力率改善回路又はモータ駆動装置を包含している。力率改善回路は、少なくともＰＡＭ回路３及び制御回路９から構成されており、モータ駆動装置は、少なくともＰＡＭ回路３、整流回路４、電圧・電流検出回路６、モータ駆動回路７及び制御回路９から構成されている。

制御回路９は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えたマイクロコンピュータであり、ＣＰＵにバスを介して接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、読み書き可能な不揮発性メモリ、タイマー、入出力インタフェース等を備えている。
入出力インタフェースには、ＰＡＭ回路３、電圧・電流検出回路６、モータ駆動回路７、モータ位置検出回路１０及び異常報知部１１が接続されており、各種データが入出力されるように構成されている。
ＲＯＭは、不揮発性の記憶手段であり、モータ８１の回転をＰＡＭ制御し、力率を改善するための各種コンピュータプログラム、閾値電流、その他のデータを記憶している。
ＣＰＵは、ＲＯＭが記憶しているコンピュータプログラム、各種データを一時記憶用のＲＡＭに読み出して実行することにより、モータ８１のＰＡＭ制御、力率改善処理等を実現する。
不揮発性メモリは、例えばＥＥＰＲＯＭのようなフラッシュメモリであり、ＰＡＭ回路３の故障状態等を記憶する。

ノイズフィルタ２は、商用交流電源１が接続されるべき入力端、及びＰＡＭ回路３を介して整流回路４に接続された出力端を備えている。ノイズフィルタ２は、商用交流電源１から侵入するノイズを遮断すると共に、スイッチングノイズが商用交流電源１へ漏れ出ることを防止する。

整流回路４は、直列接続された２組の整流ダイオード４ａ，４ｂと、整流ダイオード４ｃ，４ｄとを並列接続してなるダイオードブリッジを構成している。整流回路４は、ノイズフィルタ２及びＰＡＭ回路３を介して入力した交流を直流に整流して平滑回路５へ出力する。

平滑回路５は、整流回路４にて整流された直流を平滑化し、平滑化された直流を電圧・電流検出回路６を介してモータ駆動回路７に与える。より詳細には、平滑回路５は、整流回路４に並列接続された３個の平滑コンデンサ５ａ，５ｂ，５ｃを備えている。平滑コンデンサ５ａ，５ｂは直列接続されており、平滑コンデンサ５ａの一端は整流ダイオード４ａ，４ｃのカソードに接続されており、平滑コンデンサ５ｂの一端は整流ダイオード４ｂ，４ｄのアノードに接続されている。また、平滑コンデンサ５ｃの一端は整流ダイオード４ａ，４ｃのカソードに接続され、他端は整流ダイオード４ｂ，４ｄのアノードに接続されている。更に、平滑コンデンサ５ａ，５ｂの接続部分と、整流ダイオード４ｃ，４ｄの接続部分、即ち整流ダイオード４ｃのアノード及び整流ダイオード４ｄのカソードの接続部分との間は、スイッチ１２を介して接続されている。スイッチ１２は、倍電圧整流と全波整流とを切り替えるための回路素子である。

ＰＡＭ回路３は、交流のエネルギーを蓄えるリアクトル３１、整流回路３３、リアクトル３１のエネルギー蓄電効果を利用して昇圧すると共に電流波形を制御する第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ、（スイッチング手段）並びに電流波形制御のタイミングを検出するＡＣゼロクロス検出回路３５を備えている。

リアクトル３１の一端は、ノイズフィルタ２の出力端に接続されており、他端は整流ダイオード４ａのアノード及び整流ダイオード４ｂのカソードに接続されている。

整流回路３３は、直列接続された２組の整流ダイオード３３ａ，３３ｂと、整流ダイオード３３ｃ，３３ｄとを並列接続してなり、全波整流ダイオードブリッジを構成している。リアクトル３１の他端はヒューズ３２を介して整流ダイオード３３ａのアノード及び整流ダイオード３３ｂのカソード部分に接続されている。整流ダイオード３３ｃのアノード及び整流ダイオード３３ｄのカソード部分はノイズフィルタ２の他の出力端に接続されている。

第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃは整流回路３３に並列接続されている。より詳細には、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのコレクタが整流ダイオード３３ａ，３３ｃのカソードに接続されており、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのエミッタが整流ダイオード３３ｂ，３３ｄのアノードに接続されている。また、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのゲートは制御回路９に接続されており、制御回路９が各第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃに力率改善パルスを与えることによって、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃをオン／オフさせる。

ＡＣゼロクロス検出回路３５は、力率改善パルスの出力タイミングを図るべく、商用交流電源１から入力された交流電圧が正負逆転するタイミング、即ち交流電圧の位相が０°又は１８０°の状態を検出し、交流電圧の正負逆転を検出した場合、ゼロクロス信号を制御回路９に出力する。交流電圧が正負逆転する時間帯においては交流電圧と電流との位相が大きくずれ、力率が低下するため、前記タイミングが力率改善パルスの出力タイミングを図る基準時となる。なお、本実施の形態１においては、ゼロクロス信号のパルス幅は約１．４ｍＳである。

制御回路９は、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃを選択的にオン／オフさせて昇圧チョッパすることにより、直流電圧を昇圧する。第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのいずれかがオン状態になった場合、リアクトル３１から整流回路３３を通じて第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのうち、オン状態になったＩＧＢＴに電流が流れ、リアクトル３１に交流のエネルギーが蓄えられる。
次いで、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃがオフになった場合、リアクトル３１に蓄えられたエネルギーは、整流回路４を通じて平滑コンデンサ５ａ，５ｂ，５ｃに蓄えられる。
制御回路９は、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのオン／オフデューティ比を増減、つまり第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのオン状態の時間とオフ状態の時間との比を増減させることにより、平滑回路５から出力される直流電圧の昇圧レベルを調整し、モータ８１の回転数をＰＡＭ制御する。

また、制御回路９は、後述するようにゼロクロス信号を検出したゼロクロスタイミングで所定時間、例えば数ｍＳの間、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのいずれかを選択的にオン状態にすることによって、電流波形を電圧波形に近づけることができ、力率の改善を図ることができる（図３（ｂ）参照）。

電圧・電流検出回路６は、平滑回路５から出力された電圧を分圧する電気抵抗器６１ａ，６１ｂと、電流を検出するために直列接続された電気抵抗器６３とを備えている。また、電圧・電流検出回路６は、電気抵抗器６１ａ，６１ｂで分圧された電圧値を検出することにより、直流電圧値を算出し、算出結果を制御回路９に与える電圧検出回路６２と、電気抵抗器６３の電圧値を検出することにより、電流値を算出し、算出結果を制御回路９に与える電流検出回路６４とを備えている。制御回路９は検出された電圧値、電流値に基づいて第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのスイッチング方法の切り替え、過電流の検出等を行う。

モータ駆動回路７は、例えば３相ブリッジのインバータ回路である。具体的には、モータ駆動回路７は、６個のスイッチング素子を備えている。モータ駆動回路７の正側入力端子には、３個のスイッチング素子のドレインが接続され、各スイッチング素子のソースには、他の３個のスイッチング素子のドレインが夫々接続されている。前記他のスイッチング素子のソースは、インバータ２の負側入力端子に接続されている。また、各スイッチング素子のドレイン及びソースにはフライバックダイオードが接続されている。

モータ８１は、Ｙ結線されたコイルを備えた埋め込み磁石（IPM:Interior Permanent Magnet）型の３相ブラシレスモータであり、インバータを構成しているスイッチング素子のドレインは、モータ８１を構成するコイルの端子ｕ，ｖ，ｗに夫々接続されている。

各スイッチング素子のゲートは、制御回路９に接続され、制御回路９は、各スイッチング素子を入切することで、モータ８１の回転をインバータ制御する。

モータ位置検出回路１０は、モータ駆動回路７及びモータ８１間に接続されており、モータ８１を構成する各コイルに流れる電流から直流成分、高周波成分を除去し、モータ８１の逆起電力を透過するフィルタを備えている。モータ位置検出回路１０は、モータ８１の逆起電力に基づいてロータ位置を検出し、検出結果を制御回路９に与える。制御回路９は、モータ位置の検出結果に基づいてモータ駆動回路７のスイッチング素子をオン／オフし、モータ８１の回転をセンサレスで制御する。

異常報知部１１は、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃの故障を報知する素子、例えば発光ダイオードであり、空気調和機を構成する筐体の適宜箇所に配されている。発光ダイオードの発光等は制御回路９にて制御されている。

図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の動作を説明するためのタイミングチャートである。図３中、横軸は時間Ｔであり、図３（ａ）は商用交流電源１から入力される交流の電圧Ｖ、図３（ｂ）はリアクトル３１と整流回路４との接続部分の電流Ｉ、図３（ｃ）はＡＣゼロクロス検出回路３５から制御回路９に入力されるゼロクロス信号、図３（ｄ）は制御回路９から第１ＩＧＢＴ３４ａに入力される力率改善パルスＳ１、図３（ｅ）は第１ＩＧＢＴ３４ａを流れる電流ｉ１、図３（ｆ）は制御回路９から第２ＩＧＢＴ３４ｂに入力される力率改善パルスＳ２、図３（ｇ）は第２ＩＧＢＴ３４ｂを流れる電流ｉ２、図３（ｈ）は、制御回路９から第３ＩＧＢＴ３４ｃに入力される力率改善パルスＳ３、図３（ｉ）は第３ＩＧＢＴ３４ｃを流れる電流ｉ３である。
図３（ｂ）中、破線で示した曲線はＰＡＭ回路３が停止している場合の電流波形を示している。図３（ａ），（ｂ）を比較して分かるように、コンデンサインプット型においては交流電圧及び電流は位相がずれているため、有効に消費される電力は限られている。つまり、電圧が印加されていながら電流が流れていない時間が存在しており、力率が低くなっている。実線で示した曲線は、ＰＡＭ回路３を駆動して力率を改善した状態における電流波形である。つまり、ゼロクロス信号を検出した際に力率改善パルスＳ１，Ｓ２，Ｓ３を、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのいずれかに選択的に印加し、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃをオン状態にした場合の電流波形を示している。ＰＡＭ回路３を駆動させた場合、電圧が印加されると共に電流が流れている時間が増加し、力率が改善されていることが分かる。

図４及び図５は、力率改善に係る制御回路９の処理手順を示すフローチャートである。ＡＣゼロクロス検出回路３５からゼロクロス信号が入力された場合、制御回路９は計時を開始する（ステップＳ１１）。そして、制御回路９は、計時開始後、所定時間ｔ、例えば数百μＳが経過したか否かを判定する（ステップＳ１２）。所定時間ｔが経過していないと判定した場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、制御回路９は、処理をステップＳ１２に戻す。

所定時間ｔが経過したと判定した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御回路９は、モータ駆動電流が閾値電流以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。モータ駆動電流が閾値電流以上であると判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御回路９は、力率改善パルスＳ１，Ｓ２，Ｓ３を与えることにより第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃを同時的にオン状態にし（ステップＳ１４）、力率改善に係る処理を終える。なお、閾値電流は、例えば、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃの定格電流、又は定格電流に所定の係数（０より大きく、１未満）を乗算して得た電流、または、定格電流から所定の電流値（０より大きく、定格電流未満）を減算して得た電流、などとすることが好ましい。

モータ駆動電流が閾値電流未満であると判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御回路９は、前回、第３ＩＧＢＴ３４ｃがオン状態であったか否かを判定する（ステップＳ１５）。なお、前回の力率改善処理において第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのいずれをオン状態にしたかを示す情報は制御回路９のＲＡＭが記憶している。

前回、第３ＩＧＢＴ３４ｃがオン状態であったと判定した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、不揮発性メモリが記憶している故障情報、又は不揮発性メモリからＲＡＭに読み出した故障情報を参照することによって、第１ＩＧＢＴ３４ａが正常であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。なお、故障情報は第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが正常であるか否かを示す情報であり、後述の処理によって制御回路９が不揮発性メモリに書き込むものである。出荷時においては第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのいずれもが正常であることを示す故障情報を不揮発性メモリが記憶している。

第１ＩＧＢＴ３４ａが正常であると判定した場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、制御回路９は、力率改善パルスＳ１を与えることにより第１ＩＧＢＴ３４ａをオン状態にする（ステップＳ１７）。

ステップＳ１５で前回、第３ＩＧＢＴ３４ｃがオン状態でなかったと判定した場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、制御回路９は、前回、第１ＩＧＢＴ３４ａがオン状態であったか否かを判定する（ステップＳ１８）。前回、第１ＩＧＢＴ３４ａがオン状態であったと判定した場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、又はステップＳ１６で第１ＩＧＢＴ３４ａが正常でないと判定した場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、制御回路９は、故障情報を参照することによって第２ＩＧＢＴ３４ｂが正常であるか否かを判定する（ステップＳ１９）。第２ＩＧＢＴ３４ｂが正常であると判定した場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、制御回路９は、力率改善パルスＳ２を与えることにより第２ＩＧＢＴ３４ｂをオン状態にする（ステップＳ２０）。

前回、第１ＩＧＢＴ３４ａがオン状態でなかったと判定した場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、又は第２ＩＧＢＴ３４ｂが正常でないと判定した場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、制御回路９は、故障情報を参照することによって第３ＩＧＢＴ３４ｃが正常であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。

第３ＩＧＢＴ３４ｃが正常でないと判定した場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、制御回路９は、処理をステップＳ１６に戻す。第３ＩＧＢＴ３４ｃが正常であると判定した場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、制御回路９は、力率改善パルスＳ３を与えることにより第３ＩＧＢＴ３４ｃをオン状態にする（ステップＳ２２）。

ステップＳ１７、ステップＳ２０，又はステップＳ２２の処理を終えた場合、制御回路９は、電流検出回路６４にてモータ駆動電流を検出し（ステップＳ２３）、オン状態にした第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが異常であるか否かを、検出したモータ駆動電流が所定値以上であるか否かで判定する（ステップＳ２４）。オン状態にした第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが異常であると判定した場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、制御回路９は、オン状態にした第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが故障していることを示す故障情報を不揮発性メモリに記憶する（ステップＳ２５）。

ステップＳ２５の処理を終えた場合、又はオン状態にした第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが異常でないと判定した場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、制御回路９は、上述の処理でオン状態にした第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃをＲＡＭに記憶し（ステップＳ２６）、力率改善に係る処理を終える。

図６は、警告に係る制御回路９の処理手順を示すフローチャートである。制御回路９は、不揮発性メモリが記憶している故障情報を読み出し（ステップＳ３１）、故障していない正常な第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが有るか否かを判定する（ステップＳ３２）。

正常な第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが無いと判定した場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、制御回路９は、運転を停止させる（ステップＳ３３）。そして、制御回路９は、故障を報知する素子、例えば空気調和機を構成する筐体の適宜箇所に配置された発光ダイオードを発光させて警告を発し（ステップＳ３４）、警告に係る処理を終える。

正常な第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが有ると判定した場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、制御回路９は、全ての第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが正常であるか否かを判定する（ステップＳ３５）。全ての第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが正常であると判定した場合（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、制御回路９は、警告に係る処理を終える。第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのいずれかが異常であると判定した場合（ステップＳ３５：ＮＯ）、制御回路９は、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが故障している旨の警告を発し（ステップＳ３６）、警告に係る処理を終える。

実施の形態１に係る空気調和機、該空気調和機を構成しているモータ駆動装置及び力率改善回路にあっては、力率を改善する際、ステップＳ１５〜ステップＳ２２の処理によって第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃを選択的にオン・オフするように構成してあるため、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃの温度上昇を抑え、高寿命化することができ、従来のＩＧＢＴに比して小容量の安価なＩＧＢＴにて構成することができる。
また、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ周辺の温度上昇を抑えることもでき、他の電気回路の温度上昇による異常動作を抑制することもできる。

更に、一部の第１乃至第３ＩＧＢＴが故障した場合であっても、ステップＳ１６，１９，２１の処理によって、他の故障していない第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃを用いて力率を改善するように構成してあるため、継続して力率を改善し、モータ８１を駆動することができる。言い換えれば、一部のスイッチング手段が故障した場合であっても、継続して力率を改善し、モータ８１を駆動することができる。
つまり、整流回路からモータに流れる電流を検出して各スイッチング手段の故障の有無を判定し、故障していないＩＧＢＴを選択的に入切することにより、一部のスイッチング手段が故障した場合であっても、継続して力率を改善し、モータを駆動することができるモータ駆動装置及び空気調和機を提供すると言う目的を達することもできる。

更にまた、ステップＳ３６の処理によって、一部のＩＧＢＴが故障した状態でモータ８１を駆動していることを使用者に警告することができる。言い換えれば、一部のスイッチング手段が故障した状態でモータ８１を駆動していることを使用者に警告することができる。
つまり、各スイッチング手段の故障を検出した場合、警告を発するように構成することにより、一部のスイッチング手段が故障した状態でモータを駆動していることを使用者に警告することができるモータ駆動装置及び空気調和機を提供するという目的を達することもできる。

更にまた、ステップＳ１３，１４の処理によって、モータ駆動電流が閾値電流異常である場合、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃを同時的にオン／オフするように構成してあるため、一の第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃに大電流が流れて第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが破損することを防止することができる。言い換えれば、一のスイッチング手段に大電流が流れて該スイッチング手段が破損することを防止することができる。
つまり、整流回路からモータに閾値電流以上の電流が流れた場合、各スイッチング手段を同時的に入切し、閾値電流未満の場合、各スイッチング手段を選択的に入切するように構成することにより、一のスイッチング手段に大電流が流れて該スイッチング手段が破損することを防止することができるモータ駆動装置及び空気調和機を提供するという目的を達することもできる。

なお、実施の形態１にあっては、本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置を空気調和機に搭載した場合を説明したが、モータを備えた他の電気機器、例えば冷蔵庫、食器洗浄機等にモータ駆動装置を備えるように構成しても良い。

また、モータを駆動する直流電源の力率を改善すべく、モータ駆動装置に本発明の実施の形態１に係る力率改善回路を適用した例を説明したが、直流にて駆動する負荷を備えた他の電気機器に本発明に係る力率改善回路を備えるように構成しても良い。

更に、力率改善用のスイッチング手段としてＩＧＢＴを説明したが、リアクトルを短絡可能であれば他のスイッチング手段を採用しても良い。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成を示した回路図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和機は、実施の形態１に係る空気調和機同様、ノイズフィルタ２、平滑回路５、電圧・電流検出回路６、モータ駆動回路７、圧縮機８、制御回路９、モータ位置検出回路１０、異常報知部１１を備えており、ＰＡＭ回路２０３の回路構成のみが異なる。以下では、主に上記相違点について説明する。
本実施の形態２に係るＰＡＭ回路２０３は、図１に示した整流回路３３を廃止し、整流回路４を共用するように構成してある。

ＰＡＭ回路２０３は、実施の形態１に係る空気調和機同様、リアクトル３１、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ、並びにＡＣゼロクロス検出回路３５等を備えている。また、ＰＡＭ回路２０３は、整流回路４を備えている。

リアクトル３１、ＡＣゼロクロス検出回路３５、及び整流回路４の回路構成は実施の形態１と同様である。
整流回路４と平滑回路５との間には、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃがオン状態になった場合に平滑回路５から電流が逆流することを防止する逆流防止ダイオード４１が介装されている。より詳細には、整流回路４を構成する整流ダイオード４ａ，４ｃのカソードに逆流防止ダイオード４１のアノードが接続されており、逆流防止ダイオード４１のカソードは平滑回路５を構成する平滑コンデンサ５ａの一端に接続されている。

第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのコレクタは、整流ダイオード４ａ，４ｃのカソードと、逆流防止ダイオード４１のアノードとの間に、ヒューズ３２を介して接続されており、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのエミッタは、整流ダイオード４ｂ，４ｄのアノードに接続されている。

このように構成された空気調和機及び力率改善回路にあっても実施の形態１同様、第１乃至第３ＩＧＢＴ３４ａ，３４ｂ，３４ｃの温度上昇を抑え、高寿命化することができ、従来のＩＧＢＴに比して小容量の安価なＩＧＢＴにて構成することができる。

実施の形態２に係る空気調和機及び力率改善回路の他の構成、作用及び効果は、実施の形態１に係る空気調和機の構成、作用及び効果と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成を模式的に示すブロック図である。 図２は要部をより詳細に示した空気調和機の回路図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の動作を説明するためのタイミングチャートである。 力率改善に係る制御回路の処理手順を示すフローチャートである。 力率改善に係る制御回路の処理手順を示すフローチャートである。 警告に係る制御回路の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成を示した回路図である。 従来の空気調和機の構成を模式的に示すブロック図である。

符号の説明

１ 商用交流電源
２ ノイズフィルタ
３，２０３ ＰＡＭ回路
４ 整流回路
５ 平滑回路
６ 電圧・電流検出回路
７ モータ駆動回路
８ 圧縮機
９ 制御回路
１０ モータ位置検出回路
１１ 異常報知部
３１ リアクトル
３３ 整流回路
３４ａ 第１ＩＧＢＴ
３４ｂ 第２ＩＧＢＴ
３４ｃ 第３ＩＧＢＴ
３５ ＡＣゼロクロス検出回路
６２ 電圧検出回路
６４ 電流検出回路
８１ モータ

Claims (8)

1. 交流を整流して負荷に供給する整流回路の入力側に直列接続されたリアクトルと、該リアクトル及び前記整流回路間、又は前記整流回路の出力側に接続されており、前記リアクトル、又は前記整流回路の出力側を短絡させるスイッチング手段とを備えた力率改善回路において、
   前記スイッチング手段は複数であり、
   複数の前記スイッチング手段を選択的に入切する制御回路を備える
   ことを特徴とする力率改善回路。
2. 交流を整流する整流回路と、整流された直流にてモータを駆動するモータ駆動回路と、前記整流回路の入力側に直列接続されたリアクトルと、該リアクトル及び前記整流回路間に接続されており、前記リアクトルを短絡させるスイッチング手段とを備えたモータ駆動装置において、
   前記スイッチング手段は複数であり、
   複数の前記スイッチング手段を選択的に入切する制御回路を備える
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
3. 交流を整流する整流回路と、整流された直流にてモータを駆動するモータ駆動回路と、前記整流回路の入力側に直列接続されたリアクトルと、前記整流回路及び前記モータ駆動回路間に接続されており、前記整流回路の出力側を短絡させるスイッチング手段とを備えたモータ駆動装置において、
   前記スイッチング手段は複数であり、
   複数の前記スイッチング手段を選択的に入切する制御回路を備える
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
4. 前記モータに供給される電流を検出する電流検出回路と、
   該電流検出回路にて検出された電流に基づいて各スイッチング手段の故障の有無を判定する故障判定手段と
   を備え、
   前記制御回路は、
   故障していないスイッチング手段を選択的に入切するように構成してある
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記故障判定手段が故障有りと判定した場合、警告を発する手段を備える
   ことを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
6. 前記電流検出回路にて検出された電流が閾値電流以上であるか否かを判定する判定手段と、
   前記制御回路は、
   前記判定手段が閾値電流以上であると判定した場合、前記複数のスイッチング手段を同時的に入切し、閾値電流未満であると判定した場合、複数の前記スイッチング手段を選択的に入切するように構成してある
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のモータ駆動装置。
7. 前記モータに供給される電流を検出する電流検出回路と、
   該電流検出回路にて検出された電流が閾値電流以上であるか否かを判定する判定手段と、
   前記制御回路は、
   前記判定手段が閾値電流以上であると判定した場合、前記複数のスイッチング手段を同時的に入切し、閾値電流未満であると判定した場合、複数の前記スイッチング手段を選択的に入切するように構成してある
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のモータ駆動装置。
8. 請求項２乃至請求項７のいずれか一つに記載のモータ駆動装置と、
   モータを有し、冷媒を圧縮する圧縮機と
   を備え、
   前記モータ駆動装置は、
   前記圧縮機のモータを駆動するように構成してある
   ことを特徴とする空気調和機。

Images