JP2016169883A - 空気調和機のモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバを内蔵するモータの過電圧による損傷を抑制できるように過電圧保護機能の向上を図れる空気調和機のモータ駆動装置を安価に提供する。
【解決手段】モータ駆動装置１００は、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０のケーシング８０ａ内に内蔵されている内蔵ドライバ８１とケーシング８０ａの外部に設けられている外部制御装置６１とを有する。速度指令入力端子８３ｃは、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０の回転速度を指示するモータ速度指令信号をケーシング８０ａの外部から与える信号線６６ａに接続されている。電圧遮断回路６９は、過電圧検知回路６８が過電圧を検知したときに速度指令入力端子８３ｃを信号線６６ａから遮断する。内蔵ドライバ８１は、速度指令入力端子８３ｃのモータ速度指令信号が規定動作電圧以下になった場合に複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフにする強制停止機能を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気調和機に設けられているモータを駆動するための空気調和機のモータ駆動装置に関する。

近年、空気調和機の販売先は海外の先進国だけでなく、海外の他の多くの国々に広がっている。それらの国々の中には、商用電源の電源品質が安定してない地域がある。このような地域では、電源品質が安定してないことから過電圧が発生し易く、モータを駆動するインバータ回路が過電圧により破壊する可能性がある。

このような電源品質が安定してない地域へ出荷される空気調和機のモータ駆動用インバータ回路を保護するためには、例えば、特許文献１（特許第４１５１１８８号公報）や特許文献２（特開平１１−２１８３４６号公報）に記載されているように、電源電圧の異常を検知した際にインバータ回路を瞬時に停止する制御を行うことが考えられる。

空気調和機のモータの外部にドライブ回路と異常検知回路が設けられている場合には、特許文献１や特許文献２に記載されているように、電源電圧の異常を検知してインバータ回路を瞬時に停止する制御を行う回路構成を構築することは容易である。しかし、近年の空気調和機の室内機や室外機のファン用モータには、モータのケーシング内にモータ駆動用インバータ回路（以下、ドライバという）が内蔵されたドライバ内蔵ＤＣモータが採用されることが多い。

このようなドライバ内蔵ＤＣモータの内蔵ドライバに設定されている保護機能は、ＤＣモータの製造メーカが設定したものであり、ドライバ内蔵ＤＣモータを購入した後に保護機能を向上させるための変更を加えられる余地はほとんど無い。ドライバ内蔵ＤＣモータに内蔵されている保護機能は限られたものであり、代表的な保護機能としては、例えば過電流保護や温度保護がある。上述のような電源品質の悪い地域で使用される空気調和機のためにドライバ内蔵ＤＣモータの絶対最大定格電圧が高くなるように設計変更をしたり、特別な保護機能をＤＣモータに内蔵されるドライバに持たせたりしようとして、特別な仕様のＤＣモータの製造を依頼すると高価なものになってしまう。

本発明の課題は、ドライバを内蔵するモータの過電圧による損傷を抑制できるように過電圧耐力の向上を図れる空気調和機のモータ駆動装置を安価に提供することである。

本発明の第１観点に係る空気調和機のモータ駆動装置は、空気調和機に設けられているモータを駆動するための空気調和機のモータ駆動装置であって、モータ駆動装置は、モータのケーシング内に内蔵されている内蔵ドライバとケーシングの外部に設けられている外部制御装置とを有し、内蔵ドライバは、モータのケーシング内に内蔵されるスイッチング回路と、所定端子と、強制停止機能とを有し、スイッチング回路は、モータのモータ巻線に駆動電圧を印加するためにモータ駆動用電源をスイッチングする複数のスイッチング素子を有し、所定端子は、モータの回転速度を指示するモータ速度指令信号をケーシングの外部から与える信号線に接続され、強制停止機能は、所定端子で受信したモータ速度指令信号が規定動作電圧以下になった場合に複数のスイッチング素子を全てオフにする機能であり、外部制御装置は、過電圧検知回路と遮断回路とを有し、過電圧検知回路は、モータ駆動用電源の過電圧を検知し、遮断回路は、過電圧検知回路が過電圧を検知したときに所定端子を信号線から遮断する。

第１観点のモータ駆動装置においては、外部制御装置の過電圧検知回路で過電圧が検知されたときに遮断回路によって信号線から遮断された所定端子の端子電圧が規定動作電圧以下に急速に降下することでスイッチング回路の複数のスイッチング素子を全てオフさせることができ、オフした複数のスイッチング素子に過電圧を分散して、モータの過電圧耐力の向上を図ることができる。

本発明の第２観点に係る空気調和機のモータ駆動装置は、第１観点に係るモータ駆動装置において、内蔵ドライバは、モータ速度指令信号が所定端子にアナログ電圧信号で与えられる、ものである。

第２観点のモータ駆動装置においては、アナログ電圧信号の電圧を変化させるには時間を要するけれども、遮断回路によってモータ速度指令信号を規定動作電圧以下に降下させる時間を短縮することができる。

本発明の第３観点に係る空気調和機のモータ駆動装置は、第１観点又は第２観点に係るモータ駆動装置において、内蔵ドライバは、所定端子に生じるノイズを除去するノイズフィルタをさらに有し、遮断回路は、ノイズフィルタに蓄積されている電荷を、所定端子を通じて放電するための放電用スイッチを含む、ものである。

第３観点のモータ駆動装置においては、遮断回路の放電用スイッチによってノイズフィルタの電荷を放電させることにより、モータ速度指令信号を規定動作電圧以下に降下させる時間の短縮を図ることができる。

本発明の第４観点に係る空気調和機のモータ駆動装置は、第３観点に係るモータ駆動装置において、遮断回路は、信号線と所定端子との接続を切断する遮断スイッチをさらに含み、所定端子の電圧を降下させるときには、放電用スイッチによる放電開始のタイミングを遮断スイッチによる切断のタイミングから遅延させる、ものである。

第４観点のモータ駆動装置においては、遮断スイッチの切断のタイミングよりも放電用スイッチの放電開始のタイミングが遅れるので、信号線と所定端子の両方から同時に放電用スイッチに電流が流れるのを防止できる。

本発明の第５観点に係る空気調和機のモータ駆動装置は、第４観点に係るモータ駆動装置において、放電用スイッチは、半導体スイッチである、ものである。

第５観点のモータ駆動装置においては、放電用スイッチが半導体スイッチであるので、スイッチング速度を高速化することができる。

本発明の第１観点に係る空気調和機のモータ駆動装置では、ドライバを内蔵するモータの過電圧保護機能の向上を、低コストで図ることができる。

本発明の第２観点に係る空気調和機のモータ駆動装置では、過電圧保護の効果を十分に引き出すことができる。

本発明の第３観点に係る空気調和機のモータ駆動装置では、過電圧保護の効果の向上を図ることができる。

本発明の第４観点に係る空気調和機のモータ駆動装置では、信号線と所定端子の両方から同時に放電用スイッチに電流が流れることによる外部制御装置の損傷を防止することができる。

本発明の第５観点に係る空気調和機のモータ駆動装置では、複数のスイッチング素子がオフするまでの時間を短縮して過電圧保護の効果を十分に引き出すことができる。

一実施形態に係るモータ駆動装置が適用される空気調和機の構成の概要を示す回路図。 ドライバ内蔵ＤＣモータと外部制御装置の構成を説明するためのブロック図。 整流回路と電圧遮断回路とノイズフィルタの構成の一例を示す回路図。 （ａ）直流電圧Ｖdcの電圧変動を説明するためのタイミングチャート、（ｂ）過電圧検知回路の動作を説明するためのタイミングチャート、（ｃ）第１スイッチの動作を説明するためのタイミングチャート、（ｄ）第２スイッチの動作を説明するためのタイミングチャート、（ｅ）速度指令出力端子の電圧変化を説明するためのタイミングチャート、（ｆ）接続点Ｐ２の電圧変化を説明するためのタイミングチャート。

＜空気調和機の構成の概要＞
（１）空気調和装置の構成の概要
この発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の説明において、まず、モータ駆動装置が適用される空気調和機の構成について簡単に説明する。図１は、空気調和機１０の構成の概要を示す回路図である。図１においては、各装置を繋ぐ実線が冷媒配管を示しており、各装置を繋ぐ破線が伝送線路を示している。図１に示されている冷媒回路１４を構成するために、例えば、室内機２０には、室内熱交換器２１が設けられ、室外機３０には、圧縮機３１、四路切換弁３２、室外熱交換器３３、電動弁３４及びアキュムレータ３５が設けられ、室内機２０と室外機３０とが連絡配管１２によって接続されている。この冷媒回路１４の中を冷媒が循環する。

ここで、冷媒回路１４の回路構成について簡単に説明する。圧縮機３１の吐出側には四路切換弁３２の第１ポートが接続されている。四路切換弁３２の第２ポートには室外熱交換器３３の一方の出入口が接続され、第３ポートにはアキュムレータ３５が接続され、第４ポートには冷媒連絡配管１２ｂが接続されている。四路切換弁３２では、冷房時に実線で示されているように、第１ポートと第２ポートが接続されるとともに、第３ポートと第４ポートが接続される。一方、暖房時には、四路切換弁３２では、破線で示されているように、第１ポートと第４ポートが接続されるとともに、第２ポートと第３ポートが接続される。室外熱交換器３３の他方の出入口は、電動弁３４と冷媒連絡配管１２ａとを介して室内熱交換器２１の一方の出入口に接続されている。室内熱交換器２１の他方の出入口は、冷媒連絡配管１２ｂを介して四路切換弁３２の第４ポートに接続されている。また、圧縮機３１の吸入側は、アキュムレータ３５を介して四路切換弁３２の第３ポートに接続されている。

また、空気調和機１０における空気調和の動作を正しく効率よく行わせるために、室内機２０及び室外機３０は、それぞれの機器の中に組み込まれた室内制御部５０及び室外制御部６０によって制御されている。室内制御部５０と室外制御部６０とは、通信線１２ｃを介して互いに接続されて互いにデータの送受信を行っている。室内制御部５０と室外制御部６０とは、それぞれＣＰＵ（中央演算処理装置）やメモリや周辺回路などにより構成されている。

室内機２０の室内制御部５０及び室外機３０の室外制御部６０には、種々のセンサ４０が接続されている。センサ４０には、各部の温度を測定するための温度センサ、圧縮機３１に吸入される冷媒の圧力や圧縮機３１から吐出される冷媒の圧力を測定するための圧力センサなどが含まれる。

また、室内機２０においては、室内ファン２２のドライバ内蔵ＤＣモータ７０が室内制御部５０に接続されている。室外機３０においては、圧縮機３１のドライバ内蔵ＤＣモータ８０、四路切換弁３２、電動弁３４及び室外ファン３７のドライバ内蔵ＤＣモータ９０が室外制御部６０に接続されている。この室内制御部５０により、ドライバ内蔵ＤＣモータ７０の回転数や運転・停止が制御される。また、この室外制御部６０により、圧縮機３１のドライバ内蔵ＤＣモータ８０及び室外ファン３７のドライバ内蔵ＤＣモータ９０のモータ速度並びにそれらの運転・停止が制御され、四路切換弁３２の切換えが制御され、電動弁３４の開度が制御される。

（２）空気調和装置の動作の概要
冷房時には、四路切換弁３２が実線の接続に切り換わり、圧縮機３１で圧縮されて吐出された冷媒が四路切換弁３２を介して室外熱交換器３３に送られる。室外熱交換器３３で外気との熱交換が行われて熱を奪われた冷媒は、電動弁３４に送られる。電動弁３４で高圧液状の冷媒が低圧の湿り蒸気の状態に変化する。このように電動弁３４で膨張した冷媒は、冷媒連絡配管１２ａを通って室内熱交換器２１に入る。室内熱交換器２１で室内空気と冷媒との間で熱交換が行われ、熱を奪って温度が上昇した冷媒は、冷媒連絡配管１２ｂを通って四路切換弁３２に送られる。四路切換弁３２は、冷媒連絡配管１２ｂとアキュムレータ３５とが接続するように切り換えられている。そのため、室内熱交換器２１から送られてきた冷媒は、四路切換弁３２によって、圧縮機３１の吸入側に接続されているアキュムレータ３５に送られる。

暖房時には、四路切換弁３２が点線の接続に切り換わり、圧縮機３１で圧縮されて吐出された冷媒が四路切換弁３２から冷媒連絡配管１２ｂを経由して室内熱交換器２１に送られる。そして、冷房時とは逆の経路をたどって、室外熱交換器３３を出た冷媒は圧縮機３１に送られる。つまり、圧縮機３１から、四路切換弁３２、冷媒連絡配管１２ｂ、室内熱交換器２１、冷媒連絡配管１２ａ、電動弁３４、室外熱交換器３３、四路切換弁３２、アキュムレータ３５を順に経て圧縮機３１に戻る経路を冷媒が循環する。

室内機２０及び室外機３０には、それぞれ、室内熱交換器２１及び室外熱交換器３３における熱交換を促すために、室内熱交換器２１に室内空気を送る室内ファン２２及び、室外熱交換器３３に外気を送る室外ファン３７が設けられている。そして、これら室内ファン２２及び室外ファン３７を駆動するためのドライバ内蔵ＤＣモータ７０，９０がそれぞれ室内機２０及び室外機３０に設けられている。

（３）ドライバ内蔵ＤＣモータと外部制御装置
ここでは、圧縮機３１のドライバ内蔵ＤＣモータ８０を例に挙げて、空気調和機１０に設けられているドライバ内蔵ＤＣモータについて説明する。ドライバ内蔵ＤＣモータ８０を駆動するためのモータ駆動装置１００は、図２に示されているように、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０のケーシング８０ａの外部の室外制御部６０に配置されている外部制御装置６１と、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０のケーシング８０ａ内に内蔵されている内蔵ドライバ８１とを備えている。

ドライバ内蔵ＤＣモータ８０は、ケーシング８０ａ内に、内蔵ドライバ８１以外にモータ本体８２を備えている。また、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０は、ケーシング８０ａの外部と電気的な接続を行なうためのモータ側コネクタ８３を備えている。モータ側コネクタ８３は、モータ駆動電源端子８３ａと、制御電源端子８３ｂと、速度指令入力端子８３ｃと、回転数モニタ用出力端子８３ｄと、接地端子８３ｅとを有している。

外部制御装置６１は、モータ側コネクタ８３に接続される制御部側コネクタ６２を有している。制御部側コネクタ６２は、モータ駆動電源端子６２ａと、制御電源端子６２ｂと、速度指令出力端子６２ｃと、回転数モニタ用入力端子６２ｄと、接地端子６２ｅとを有している。モータ側コネクタ８３のモータ駆動電源端子８３ａには、制御部側コネクタ６２のモータ駆動電源端子６２ａが接続され、モータ駆動用電源が供給される。同様に、制御電源端子８３ｂと制御電源端子６２ｂとが接続され、速度指令入力端子８３ｃと速度指令出力端子６２ｃとが接続され、回転数モニタ用出力端子８３ｄと回転数モニタ用入力端子６２ｄとが接続され、接地端子８３ｅと接地端子６２ｅとが接続される。例えば、モータ側コネクタ８３と制御部側コネクタ６２とは、ケーシング８０ａの外部に設けられたハーネスによって接続される。

（３−１）外部制御装置６１
外部制御装置６１は、商用電源２００に接続される。外部制御装置６１は、整流回路６３と、外部電源回路６４と、第１制御回路６５と、ＤＡ変換回路６６と、フィードバック回路６７と、過電圧検知回路６８と、電圧遮断回路６９とを備えている。外部制御装置６１は、例えば、少なくとも前述の７つの回路が基板上に形成された外部制御基板である。整流回路６３は、商用電源２００に接続されて、商用電源２００から与えられる交流電圧を直流電圧Ｖdcに変換する。また、整流回路６３は、電源ライン６１ａ，６１ｅに接続され、整流後の直流電圧Ｖdcを電源ライン６１ａ，６１ｅに出力する。直流電圧Ｖdcの高圧側が印加される電源ライン６１ａは、モータ駆動電源端子６２ａに接続されている。直流電圧Ｖdcの低圧側すなわち接地電圧が印加される電源ライン６１ｅは、接地端子６２ｅに接続されている。

外部電源回路６４は、電源ライン６１ａ，６１ｅに接続され、電源ライン６１ａ，６１ｅから供給される直流電圧Ｖdcから制御電源電圧Ｖccを発生させる。外部電源回路６４は、制御系電源線６４ａに接続され、制御系電源線６４ａと電源ライン６１ｅにより制御電源電圧Ｖccを供給する。制御電源電圧Ｖccの高圧側が印加される制御系電源線６４ａは、制御電源端子６２ｂに接続されている。また、外部電源回路６４は、第１制御回路６５に接続されており、第１制御回路６５に制御電源電圧Ｖccを供給する。第１制御回路６５は、モータ本体８２の回転速度を指示するデジタル速度指令信号をＤＡ変換回路６６に送信する。また、第１制御回路６５は、フィードバック回路６７に接続されており、フィードバック回路６７からモータ本体８２の単位時間当たりの回転数を示す信号を受信する。ここで、単位時間当たりの回転数（以下、単に回転数という場合もある）と回転速度とモータ速度とは同じことを意味している。フィードバック回路６７は、回転数モニタ用入力端子６２ｄに接続されている。フィードバック回路６７は、回転数モニタ用入力端子６２ｄから受信した信号に基づいて回転数の値を示す信号を第１制御回路６５に送信する。

ＤＡ変換回路６６は、信号線６６ａによって電圧遮断回路６９に接続されている。ＤＡ変換回路６６は、デジタル速度指令信号に応じた電圧に変換するデジタル−アナログ変換を行ない、アナログのモータ速度指令信号Ｖspを電圧遮断回路６９に送信する。電圧遮断回路６９は、速度指令出力端子６２ｃに接続されている。電圧遮断回路６９は、過電圧検知回路６８が過電圧を検知したときに速度指令出力端子６２ｃを信号線６６ａから遮断する。電圧遮断回路６９は、例えば、信号線６６ａと速度指令出力端子６２ｃとを切り離して信号線６６ａと速度指令出力端子６２ｃの電気的な接続を断つことによって、速度指令出力端子６２ｃを信号線６６ａから遮断する。

（３−１−１）整流回路６３
整流回路６３の構成の一例が図３に示されている。整流回路６３は、２相交流である商用電源２００を整流するブリッジ整流回路６３ａと平滑コンデンサ６３ｂとで構成されている。ブリッジ整流回路６３ａは、商用電源２００から入力された交流電圧を整流して、直流電源ライン８１ａ，８１ｅに整流した直流電圧を出力する。直流電源ライン８１ａ，８１ｅの間には、平滑コンデンサ６３ｂとして、例えば電解コンデンサが接続されている。

（３−１−２）電圧遮断回路６９
電圧遮断回路６９の構成の一例が図３に示されている。電圧遮断回路６９は、スイッチ駆動回路６９ａと、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２とを有している。スイッチ駆動回路６９ａは、過電圧検知回路６８が過電圧を検知したことを示す検知信号を受けて第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２を駆動するためのスイッチング信号を出力する。第１スイッチＳＷ１は、信号線６６ａと速度指令出力端子６２ｃとの間に直列に挿入されている。第２スイッチＳＷ２は、速度指令出力端子６２ｃと電源ライン６１ｅとの間に直列に挿入されている。過電圧が検知されてスイッチ駆動回路６９ａが第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２をオン状態にするスイッチ信号を出力したときには、第１スイッチが開き、第２スイッチＳＷ２が閉じる。

従って、過電圧が検知されていない状態では、第１スイッチＳＷ１が閉じて信号線６６ａと速度指令出力端子６２ｃとが第１スイッチＳＷ１を通して接続されている。また、過電圧が検知されていない状態では、第２スイッチＳＷ２が開放されており、信号線６６ａと電源ライン６１ｅとが絶縁状態にある。過電圧が検知されたときには、過電圧検知回路６８から与えられる検知信号によって、第１スイッチＳＷ１が開放され、第２スイッチＳＷ２が閉じる。第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２は、例えば半導体スイッチで形成される。半導体スイッチとしては、例えば、トランジスタ及びサイリスタがある。

（３−２）ドライバ内蔵ＤＣモータ８０
内蔵ドライバ８１は、内部電源回路８４と、第２制御回路８５と、ノイズフィルタ８６と、ドライブ回路８７と、チャージポンプ回路８８と、スイッチング回路８９とを備えている。また、内蔵ドライバ８１は、モータ駆動電源端子８３ａに接続されている直流電源ライン８１ａと接地端子８３ｅに接続されている直流電源ライン８１ｅとを有している。内部電源回路８４は、制御電源端子８３ｂと直流電源ライン８１ｅとに接続され、制御電源端子８３ｂと直流電源ライン８１ｅから制御電源電圧Ｖccが供給される。内部電源回路８４は、内蔵ドライバ８１の中で用いられる制御電源電圧Ｖｂを発生して、制御電源電圧Ｖｂを第２制御回路８５及びドライブ回路８７に供給する。

第２制御回路８５は、ノイズフィルタ８６を介して速度指令入力端子８３ｃに接続され、速度指令入力端子８３ｃから与えられるアナログのモータ速度指令信号Ｖspを受信する。第２制御回路８５は、アナログのモータ速度指令信号Ｖspが規定動作電圧よりも大きいときに、そのアナログのモータ速度指令信号Ｖspの電圧の値に応じたモータ速度になるように駆動信号をドライブ回路８７に送信する。また、第２制御回路８５は、回転数モニタ用出力端子８３ｄに接続されている。第２制御回路８５は、モータ本体８２の回転を検知している。そして、第２制御回路８５は、検知したモータ本体８２の回転に応じた回転数モニタ用信号を回転数モニタ用出力端子８３ｄに送信する。

ドライブ回路８７は、第２制御回路８５から受信した駆動信号に基づいて、スイッチング回路８９のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を切り替えるための出力信号をスイッチング回路８９に出力する。ドライブ回路８７には、スイッチング回路８９の上アームを駆動するための駆動用電源がチャージポンプ回路８８を通じて供給されている。そのため、ドライブ回路８７に供給される駆動用電源は、直流電源ライン８１ａを通じて供給される直流電圧Ｖdcの高圧側の値よりも少し高くなっている。なお、チャージポンプ回路８８は制御電源端子８３ｂに接続され、チャージポンプ回路８８には制御電源電圧Ｖccが印加されている。チャージポンプ回路８８は、従来からあるものを適用でき、例えば２つのパワー半導体と１つのコンデンサを使って構成される。

スイッチング回路８９は、上アームを構成する３つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３としたアームを構成する３つのスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６を有している。上アームと下アームは、直流電源ライン８１ａ，８１ｅの間に直列に接続されている。さらに詳細に説明すると、上アームを構成する３つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の一方端子は全て直流電源ライン８１ａに接続され、スイッチング素子Ｑ１の他方端子はスイッチング素子Ｑ４の一方端子に接続され、スイッチング素子Ｑ２の他方端子はスイッチング素子Ｑ５の一方端子に接続され、スイッチング素子Ｑ３の他方端子はスイッチング素子Ｑ６の一方端子に接続されている。そして、下アームを構成する３つのスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６の他方端子は全て直流電源ライン８１ｅに接続されている。

モータ本体８２は、３つのモータ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを有している。３つのモータ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの一方端が全て接続点Ｐ１に接続され、３つのモータ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは互いに接続されている。そして、モータ巻線Ｕの他方端がスイッチング素子Ｑ１の他方端子に接続され、モータ巻線Ｖの他方端がスイッチング素子Ｑ２の他方端子に接続され、モータ巻線Ｗの他方端がスイッチング素子Ｑ３の他方端子に接続されている。

（３−２−１）ノイズフィルタ
ノイズフィルタ８６の構成の一例が図３に示されている。ノイズフィルタ８６は、例えば、抵抗成分８６ａとキャパシタ成分８６ｂとで構成されるローパスフィルタである。抵抗成分８６ａは、速度指令入力端子８３ｃと第２制御回路８５との間に直列に存在する。キャパシタ成分８６ｂは、抵抗成分８６ａと第２制御回路８５との接続点Ｐ２と直流電源ライン８１ｅとの間に存在する。抵抗成分８６ａは、抵抗素子であってもよいが、抵抗素子以外の素子の寄生抵抗であってもよい。同様に、キャパシタ成分８６ｂは、キャパシタ素子であってもよいが、キャパシタ素子以外の素子の寄生容量であってもよい。例えば、第２制御回路８５に内蔵されたコンパレータの入力端子に入力される速度指令入力端子８３ｃの電圧で第２制御回路８５がモータ速度指令信号Ｖspの判断を行っているとすると、その入力端子が接続点Ｐ２になる。

（３−２−２）内蔵ドライバ８１の強制停止機能
内蔵ドライバ８１は、速度指令入力端子８３ｃで受信したモータ速度指令信号Ｖspが規定動作電圧Ｖsw以下になった場合すなわち速度指令入力端子８３ｃの端子電圧が規定動作電圧Ｖsw以下になったときに、スイッチング回路８９の６つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフにする強制停止機能を有している。例えば、規定動作電圧が１Ｖとするとともにドライバ内蔵ＤＣモータ８０の最大モータ速度をＲmaxとすると、速度指令入力端子８３ｃの電圧が１Ｖ以下ではドライバ内蔵ＤＣモータ８０のモータ速度が０である。そして、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０のモータ速度は、例えば１．１ＶでＲmaxの５％、２．５ＶでＲmaxの５０％、４ＶでＲmaxになるように設定されている。

しかし、正確には、第２制御回路８５が受信したモータ速度指令信号Ｖspで内蔵ドライバ８１のモータ速度が決定され、すなわち接続点Ｐ２の電圧でドライバ内蔵ＤＣモータ８０のモータ速度が決定される。従って、内蔵ドライバ８１の強制停止機能が発揮されるタイミングも、正確には接続点Ｐ２の電圧が規定動作電圧Ｖsw以下になった時点になる。

（４）過電圧検知時のモータ駆動装置１００の動作
次に、図４を用いて過電圧が検知されたときのドライバ内蔵ＤＣモータ８０のモータ駆動装置１００の動作について説明する。図４（ａ）から図４（ｆ）に示されているタイミングチャートの横軸は時間軸である。図４（ａ）には、電源ライン６１ａ，６１ｅに印加されている直流電圧Ｖdcが示されている。図４（ｂ）には、過電圧検知回路６８の検知信号が示されている。図４（ｃ）には、第１スイッチＳＷ１のオンオフ動作が示され、図４（ｄ）には、第２スイッチＳＷ２のオンオフ動作が示されている。第１スイッチＳＷ１は、図４（ｅ）には、速度指令出力端子６２ｃの電圧が示されている。図４（ｆ）には、接続点Ｐ２の電圧が示されている。

過電圧検知回路６８には、過電圧を検知するため、立上り閾値OVPthHと立下り閾値OVPthLの２つの閾値が設定されている。立上り閾値OVPthHの方が立下り閾値OVPthLよりも高いが、いずれもドライバ内蔵ＤＣモータ８０の定格電圧よりも高くかつ絶対最大定格ＡＭＲよりも低い値に設定されている。

図４に示されている時刻ｔ１には、直流電圧Ｖdcが立上り閾値OVPthHに達している。この時刻ｔ１に過電圧検知回路６８から検知信号Ｄが出力される。この検知信号Ｄを受信したスイッチ駆動回路６９ａは、第１スイッチＳＷ１を開放させるためのスイッチング信号を出力する。しかし、スイッチ駆動回路６９ａがスイッチング信号を出力する際の遅延とそれを受信した第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２が動作をするときの遅延があるため、過電圧検知回路６８の検知信号Ｄの出力から第１スイッチＳＷ１の開放までに遅延時間Δｔ11だけ遅れる。スイッチ駆動回路６９ａが第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２にスイッチング信号を出力するタイミングを時間Δｔ12だけずらしていることによって、第２スイッチＳＷ２の閉じるタイミングが、第１スイッチＳＷ１の開くタイミングに対して遅延時間Δｔ12だけ遅れる。このような遅延時間Δｔ12が設定されていることにより、ＤＡ変換回路６６の出力端子が接地されることが防がれ、ＤＡ変換回路６６の出力端子が接地されることによるＤＡ変換回路６６の破壊が防止される。

第２スイッチＳＷ２が閉じることによって、速度指令出力端子６２ｃの端子電圧、ひいては速度指令入力端子８３ｃの電圧が接地電圧（０Ｖ）になる。しかし、接続点Ｐ２の電圧の低下は、キャパシタ成分８６ｂに蓄積されている電荷が放電される時間が必要になるために緩やかになる。なお、第１スイッチＳＷ１が開くことによって放電が始まるが、第２スイッチＳＷ２が閉じることによって放電が加速される。そして、時刻ｔ２の時点で、この接続点Ｐ２の電圧が規定動作電圧Ｖsw以下になると、第２制御回路８５は、ドライブ回路８７に対してスイッチング回路８９のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフするように駆動信号を出力する。つまり、接続点Ｐ２の電圧が規定動作電圧Ｖsw以下になると、内蔵ドライバ８１が強制停止機能を発揮する。スイッチング回路８９のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が全てオフするのは時刻ｔ３になるが、時刻ｔ３には、まだ直流電圧Ｖdcが絶対最大定格ＡＭＲに達していないので、絶対最大定格ＡＭＲに達したときには、オフした複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に絶対最大定格ＡＭＲが分圧されて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に印加される電圧は直流電圧Ｖdcの２分の１程度になる。その結果、直流電圧Ｖdcが絶対最大定格ＡＭＲを超えて、例えば６割程度直流電圧Ｖdcが絶対最大定格ＡＭＲよりも高くなっても、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が破壊されるのを防ぐことができる。

通常、直流電圧Ｖdcが過電圧になっているのは短時間であるが、その短時間の間に図４（ａ）に示されているように直流電圧Ｖdcが徐々に低下するように変化する。そして、時刻ｔ４の時点で立下り閾値OVPthLに達すると、過電圧検知回路６８は、検知信号Ｄの出力を停止する。しかし、スイッチ駆動回路６９ａがスイッチング信号を出力する際の遅延とそれを受信した第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２が動作をするときの遅延があるため、過電圧検知回路６８の検知信号Ｄの停止から第２スイッチＳＷ２の開放までに遅延時間Δｔ41だけ遅れる。スイッチ駆動回路６９ａが第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２にスイッチング信号を出力するタイミングを時間Δｔ42だけずらしていることによって、第１スイッチＳＷ１の閉じるタイミングが、第２スイッチＳＷ２の開くタイミングに対して遅延時間Δｔ42だけ遅れる。

そして、遅延時間Δｔ42だけ遅れて第１スイッチＳＷ１が閉じることによって、速度指令出力端子６２ｃの端子電圧、ひいては速度指令入力端子８３ｃの電圧がＤＡ変換回路６６の出力する電圧に戻る。接続点Ｐ２の電圧がＤＡ変換回路６６の出力する電圧に戻るには、キャパシタ成分８６ｂが充電される時間が必要になる。遅延時間Δｔ42が設けられることにより、ＤＡ変換回路６６の出力端子が接地されることが防がれ、ＤＡ変換回路６６の出力端子が接地されることによるＤＡ変換回路６６の破壊が防止される。

（５）特徴
（５−１）
以上説明したように、空気調和機１０のモータ駆動装置１００は、空気調和機１０に設けられているモータとしてドライバ内蔵ＤＣモータ７０，８０，９０を駆動する。モータ駆動装置１００は、例えばドライバ内蔵ＤＣモータ８０のケーシング８０ａ内に内蔵されている内蔵ドライバ８１と、ケーシング８０ａの外部に設けられている外部制御装置６１とを有する。

内蔵ドライバ８１は、スイッチング回路８９と速度指令入力端子８３ｃとを有する。スイッチング回路８９は、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０のケーシング８０ａ内に内蔵されている内蔵スイッチング回路である。速度指令入力端子８３ｃは、内蔵ドライバ８１の所定端子の一例である。また、内蔵ドライバ８１は強制停止機能を有している。内蔵ドライバ８１のこの強制停止機能は、モータ速度指令信号Ｖspが規定動作電圧Ｖsw以下になった場合に複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフにする機能である。

スイッチング回路８９は、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０のモータ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに駆動電圧を印加するためにモータ駆動電源端子８３ａから供給されるモータ駆動用電源をスイッチングする複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有する。所定端子である速度指令入力端子８３ｃは、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０の回転速度を指示するモータ速度指令信号Ｖspをケーシング８０ａの外部から与える信号線６６ａに接続されている。

外部制御装置６１は、過電圧検知回路６８と電圧遮断回路６９とを有している。過電圧検知回路６８は、モータ駆動用電源の過電圧OVPthHを検知する。電圧遮断回路６９は遮断回路の一例であり、過電圧検知回路６８が過電圧を検知したときに速度指令入力端子８３ｃを信号線６６ａから遮断する。

図４（ａ）の時刻ｔ１に示されている時点すなわち外部制御装置６１の過電圧検知回路６８で過電圧OVPthHが検知されたときに、図４（ｅ）に示されているように、電圧遮断回路６９によって信号線６６ａから遮断された速度指令入力端子８３ｃの端子電圧が規定動作電圧Ｖsw以下に急速に降下する。このような動作によって、モータ駆動電圧である直流電圧Ｖdcが直接印加されるスイッチング回路８９の複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフさせることができ、オフした複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に過電圧を分散して、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０の過電圧保護機能の向上を図ることができる。特に、スイッチング回路８９の上アームと下アームとで過電圧を分圧することができ、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０の過電圧保護機能の向上を図ることができる。その結果、内蔵ドライバ８１を内蔵するドライバ内蔵ＤＣモータ８０の損傷を抑制できるようになり、過電圧保護機能の向上を図ることができる。この場合、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０に強制停止機能のための専用の端子が設けられていないにも拘わらず、速度指令入力端子８３ｃを使ってドライバ内蔵ＤＣモータ８０の構成を変更せずに過電圧検知回路６８と電圧遮断回路６９をドライバ内蔵ＤＣモータ８０のケーシング８０ａの外部に設けて過電圧保護機能の向上が図られ、低コストでドライバ内蔵ＤＣモータ８０の過電圧保護機能の向上が実現されている。

なお、上記実施形態では、ドライバ内蔵ＤＣモータ８０を例に挙げて説明したが、ドライバ内蔵ＤＣモータ７０，９０についても、内蔵ドライバ８１及び外部制御装置６１と同様の構成を設けることができ、低コストでドライバ内蔵ＤＣモータ７０，９０の過電圧保護機能の向上を図ることもできる。

（５−２）
内蔵ドライバ８１においては、モータ速度指令信号Ｖspが速度指令入力端子８３ｃにアナログ電圧信号で与えられる。アナログ電圧信号であるモータ速度指令信号Ｖspの電圧を変化させるには時間を要するけれども、遮断回路である電圧遮断回路６９によってモータ速度指令信号Ｖspを規定動作電圧Ｖsw以下に降下させる時間を短縮することができる。その結果、図４（ａ）に示されているように、過電圧検知回路６８で過電圧OVPthHが検知された時刻ｔ１から絶対最大定格ＡＭＲになるまで間の時刻ｔ３で複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフさせることができ、過電圧保護の効果を十分に引き出すことができる。

（５−３）
内蔵ドライバ８１は、所定端子である速度指令入力端子８３ｃに生じるノイズを除去するノイズフィルタ８６を有している。電圧遮断回路６９は、第２スイッチＳＷ２を含んで構成されている。第２スイッチＳＷ２は、ノイズフィルタ８６に蓄積されている電荷を、速度指令入力端子８３ｃを通じて放電するための放電用スイッチである。

電圧遮断回路６９の第２スイッチＳＷ２によってノイズフィルタ８６の電荷を放電させることにより、モータ速度指令信号Ｖspを規定動作電圧Ｖsw以下に降下させる時間の短縮を図ることができる。その結果、過電圧検知回路６８で過電圧OVPthHが検知されてから複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフさせるまでの時間つまり時刻ｔ１から時刻ｔ３までの時間の短縮を図って、過電圧保護の効果の向上を図ることができる。

（５−４）
電圧遮断回路６９は、第１スイッチＳＷ１を含んで構成されている。第１スイッチＳＷ１は、信号線６６ａと速度指令入力端子８３ｃとの接続を切断する遮断スイッチである。図４（ｃ）と図４（ｄ）を用いて説明したように、速度指令入力端子８３ｃの電圧を降下させるときには、放電用スイッチである第２スイッチＳＷ２による放電開始のタイミングを遮断スイッチである第１スイッチＳＷ１による切断のタイミングから遅延させる。つまり、スイッチ駆動回路６９ａにより、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２のオン動作のタイミングに遅延時間Δｔ12が設けられている。

このように、第１スイッチＳＷ１の切断のタイミングよりも第２スイッチＳＷ２の放電開始のタイミングが遅れるので、信号線６６ａと速度指令入力端子８３ｃの両方から同時に放電用スイッチである第２スイッチＳＷ２を通して電流が流れるのを防止できる。第２スイッチＳＷ２に大きな電流が流れて第２スイッチＳＷ２が損傷したり、信号線６６ａから第２スイッチＳＷ２に電流が流れるとＤＡ変換回路６６が損傷したりするなど外部制御装置６１が損傷する可能性があるが、遅延時間Δｔ12を設けることで、信号線６６ａと速度指令入力端子８３ｃの両方から同時に第２スイッチＳＷ２に電流が流れることによる外部制御装置６１の損傷を防止することができる。

（５−５）
第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２は、半導体スイッチである。特に、放電用スイッチである第２スイッチＳＷ２が半導体スイッチであるので、スイッチング速度を高速化することができる。その結果、図４（ｂ）に示されている時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間を短縮することができ、過電圧検知回路６８が過電圧OVPthHを検知してから複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がオフするまでの時間を短縮して過電圧保護の効果を十分に引き出すことができる。

（６）変形例
（６−１）変形例１Ａ
上記実施形態では、モータ本体８２が３相モータである場合について説明したが、モータ本体は３相モータに限られるものではない。例えば、モータ本体が２相モータであってもよい。

（６−２）変形例１Ｂ
上記実施形態では、商用電源２００が２相交流である場合について説明したが、商用電源は２相交流に限られるものではない。例えば、商用電源は３相交流であってもよく、その場合には、整流回路６３が３相交流から直流電圧を生成するものであればよい。

（６−３）変形例１Ｃ
上記実施形態では、遮断回路が電圧遮断回路６９であって、信号線６６ａと速度指令入力端子８３ｃとを第１スイッチＳＷ１で切り離す場合について説明したが、信号線６６ａを速度指令入力端子８３ｃから遮断するのはスイッチによる切り離しだけに限られるものではなく、速度指令入力端子８３ｃの電圧が規定動作電圧Ｖsw以下に下がるのであれば他の回路構成であってもよい。

（６−４）変形例１Ｄ
上記実施形態では、内蔵ドライバ８１がチャージポンプ回路８８を備えている場合について説明したが、チャージポンプ回路を備えていない内蔵ドライバについても本願発明を適用できる。

１０ 空気調和機
６１ 外部制御装置
６５ 第１制御回路
６６ａ 信号線
６８ 過電圧検知回路
６９ 電圧遮断回路
７０，８０，９０ ドライバ内蔵ＤＣモータ（モータの例）
８０ａ ケーシング
８１ 内蔵ドライバ
８３ｃ 速度指令入力端子（所定端子の例）
８５ 第２制御回路
８９ スイッチング回路
１００ モータ駆動装置
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６ スイッチング素子
ＳＷ１ 第１スイッチ（遮断スイッチの例）
ＳＷ２ 第２スイッチ（放電用スイッチの例）
Ｕ，Ｖ，Ｗ モータ巻線

特許第４１５１１８８号公報 特開平１１−２１８３４６号公報

Claims (5)

1. 空気調和機（１０）に設けられているモータ（７０，８０，９０）を駆動するための空気調和機のモータ駆動装置（１００）であって、
   前記モータ駆動装置は、前記モータのケーシング（８０ａ）内に内蔵されている内蔵ドライバ（８１）と前記ケーシングの外部に設けられている外部制御装置（６１）とを有し、
   前記内蔵ドライバは、前記モータのケーシング内に内蔵されるスイッチング回路（８９）と、所定端子（８３ｃ）と、強制停止機能とを有し、
   前記スイッチング回路は、前記モータのモータ巻線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に駆動電圧を印加するためにモータ駆動用電源をスイッチングする複数のスイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６）を有し、
   前記所定端子は、前記モータの回転速度を指示するモータ速度指令信号を前記ケーシングの外部から与える信号線（６６ａ）に接続され、
   前記強制停止機能は、前記所定端子で受信した前記モータ速度指令信号が規定動作電圧以下になった場合に複数の前記スイッチング素子を全てオフにする機能であり、
   前記外部制御装置は、過電圧検知回路（６８）と遮断回路（６９）とを有し、
   前記過電圧検知回路は、前記モータ駆動用電源の過電圧を検知し、
   前記遮断回路は、前記過電圧検知回路が過電圧を検知したときに前記所定端子を前記信号線から遮断する、空気調和機のモータ駆動装置。
2. 前記内蔵ドライバは、前記モータ速度指令信号が前記所定端子にアナログ電圧信号で与えられる、
   請求項１に記載の空気調和機のモータ駆動装置。
3. 前記内蔵ドライバは、前記所定端子に生じるノイズを除去するノイズフィルタ（８６）をさらに有し、
   前記遮断回路は、前記ノイズフィルタに蓄積されている電荷を、前記所定端子を通じて放電するための放電用スイッチ（ＳＷ２）を含む
   請求項１又は請求項２に記載の空気調和機のモータ駆動装置。
4. 前記遮断回路は、前記信号線と前記所定端子との接続を切断する遮断スイッチ（ＳＷ１）をさらに含み、前記所定端子の電圧を降下させるときには、前記放電用スイッチによる放電開始のタイミングを前記遮断スイッチによる切断のタイミングから遅延させる、
   請求項３に記載の空気調和機のモータ駆動装置。
5. 前記放電用スイッチは、半導体スイッチである、
   請求項４に記載の空気調和機のモータ駆動装置。

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