JP5132658B2 - 電動機駆動装置および冷凍空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、損失を低減するための構成を有する電動機駆動装置等に関する。

従来の電動機駆動装置として、例えばオン抵抗の小さいスーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ）を用い、このＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの逆回復を回復するように逆電圧を印加するものがある（例えば、特許文献１および２参照）。

また、スイッチング素子にスーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴを用いて、スイッチング素子と並列にコンデンサを接続したソフトスイッチングを行うものもある（例えば、特許文献３参照）。

さらに、高効率・小型・低ノイズとなる電源を実現可能となるパワーＭＯＳＦＥＴのスーパージャンクション構造についての半導体装置に関するものもある（例えば、特許文献４参照）。

また、ＩＧＢＴを保護するための電流検出回路とフリーホイーリィングダイオードによる過電流保護回路に関するものもある（例えば、特許文献５参照）。

特開２００７−２２８６６８号公報 特開２００７−２０９０５０号公報 特開２０００−１５６９７８号公報 特開２００６−２４６９０号公報 特開２００５−１２９１３号公報

上記の特許文献１や特許文献２に示す技術は、印加する逆電圧をＭＯＳＦＥＴの駆動電圧よりも低い電圧とすることで、ＭＯＳＦＥＴがオンしている間から逆電圧を印加して寄生ダイオードの逆回復電流を抑制することができるとされている。

しかし、ＭＯＳＦＥＴがオン状態に対し、逆電圧を印加するため、寄生ダイオードの逆回復電流の抑制のための電荷を注入する他に、ＭＯＳＦＥＴのトランジスタ側にも電流が流れ、オン状態が重なる領域での損失が増加するといった課題があった。

また、特許文献３の技術は、スーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴをスイッチング素子として用いることで通電損失を低減する技術である。ＭＯＳＦＥＴの端子間の浮遊容量（特許文献３では出力容量と記載されている）が大きい特徴を有するスーパージャンクション構造を利用して、ソフトスイッチングに用いるコンデンサを、この浮遊容量を利用することで省略することができるとされている。

さらに、特許文献４の技術は、スーパージャンクション構造の欠点である内蔵ダイオードのリカバリー（逆回復）特性が悪く、リカバリー損失が大きい点を改善するため、ショットキーバリアダイオードを並列化することでリカバリーの低損失化を図るものである。

スーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴは、オン抵抗が低いため、導通損失低減が実現できる。一方で、ＭＯＳＦＥＴの端子間の浮遊容量が大きいため、リカバリー特性が悪い点に課題がある。特許文献３に記載の技術は、その浮遊容量を利用するものではあるが、リカバリー特性の改善については配慮されたものではない。また、特許文献４に記載の技術は、ショットキーバリアダイオードを並列化することでリカバリー特性を改善しようとするものである。しかし、内蔵ダイオードとショットキーバリアダイオードが並列接続されているだけで、ＭＯＳＦＥＴ半導体として改善をはかるものではない。

また、特許文献５の技術は、直列に４素子接続される３レベルインバータのアームにおいて、３個以上のＩＧＢＴが同時に導通した場合、入力側のＩＧＢＴを先に遮断する保護方法に関するものである。このため、半導体素子に形成される寄生ダイオードを逆回復させるような技術に関するものではない。

この発明は、上記の引用文献が有する課題を解決するためになされたもので、例えばリカバリー特性が悪いスイッチング素子を有益に利用することで高効率な電動機駆動装置等を得ることを目的とするものである。

この発明に係る電動機駆動装置は、スイッチング用の半導体素子および半導体素子と並列に接続した第１の還流手段で構成した第１のスイッチ部と、低オン抵抗のＭＯＳＦＥＴと電流検出用の抵抗とを直列接続した直列接続素子部および直列接続素子部と並列に接続した第２の還流手段で構成した第２のスイッチ部とを直列接続して構成したアームを１以上備え、さらに、第２の還流手段へ電流の逆流を阻止させるべく、第１のスイッチ部及び第２のスイッチ部が共にオフしている短絡防止時間中に逆電圧を印加する逆電圧印加手段を備えるものである。

この発明の電動機駆動装置は、ＭＯＳＦＥＴと電流検出用の抵抗の直列接続素子部と並列に還流ダイオードを接続する構成としたので、例えばスーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴ等、低オン抵抗のＭＯＳＦＥＴを用いてスイッチング素子を構成することができる。そのため、導通損失を低減することができ、高効率な電動機駆動装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態１における変調度と位相の関係を表す波形図である。 本発明の実施の形態２を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態２を説明する動作波形図である。 本発明の実施の形態２の他の例を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態２の他の例を示す回路ブロック図である。 実施の形態４に係る冷凍空気調和装置の構成図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機駆動装置を中心とするシステムの回路ブロック図である。図１において、直流電源１は、直流電源装置に交流電圧を印加して電力の供給を行う。平滑コンデンサ２は直流電源１の供給に係る電力を平滑する。本実施の形態の電動機３は、三相の交流電動機であり、電動機駆動装置の駆動対象（負荷）となる。電動機３を駆動させるインバータ（回路）４は、アーム５、６および７より構成され、制御装置８からの動作信号に基づいて電動機３を駆動させる。

インバータ４を構成するアーム５、６、７についてさらに説明する。ここでは、代表してアーム５について説明するが、アーム６および７についても同様である。アーム５は、ＩＧＢＴ１１、第１の還流手段となるダイオード１２、ＭＯＳＦＥＴ１３、寄生ダイオード１４、第２の還流手段となる還流ダイオード１５および電流検出用のシャント抵抗１６を有している。

直流電源１のプラス側出力（以下、Ｐと称す）の側に、ＩＧＢＴ１１およびＩＧＢＴ１１と逆並列に接続されたダイオード１２が接続され、第１のスイッチ部を構成する。また、直流電源１のマイナス側出力（以下、Ｎと称す）の側に、ＭＯＳＦＥＴ１３（寄生ダイオード１４）と電流検出のためのシャント抵抗１６とを直列接続した直列接続素子部、直列接続素子部と逆並列に接続された還流ダイオード１５が接続され、第２のスイッチ部を構成する。また、制御装置８は、半導体素子（スイッチング素子）であるＩＧＢＴ１１、２１、２２、ＭＯＳＦＥＴ１３、２３、３３に動作信号を送信して、各半導体素子におけるスイッチング動作を制御する。

ここで、寄生ダイオード１４は、ＭＯＳＦＥＴ１３において、構造上、内部に形成されるダイオード（半導体）である。ここでは説明のため、ＭＯＳＦＥＴ１３はスイッチング動作に関するトランジスタ部のことを称するものとし、寄生ダイオード１４をＭＯＳＦＥＴ１３と区別するものとする。また、本実施の形態のＭＯＳＦＥＴ１３は、スーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴ（以下、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴと称す）であるものとする。

ＭＯＳＦＥＴ１３に用いるＳＪ−ＭＯＳＦＥＴは、オン抵抗が低い代償としてリカバリー特性が悪いといった欠点を有する。本発明は、低オン抵抗のＳＪ−ＭＯＳＦＥＴの欠点を補って実用をはかることで、低損失な電動機駆動装置を得ようとするものである。

前述したＳＪ−ＭＯＳＦＥＴのリカバリー特性の悪さは、構造的に形成される寄生ダイオードのリカバリーが遅いことにより起きるものである。理想的なダイオードは、逆電圧印加による逆方向の電流に対しては瞬時に遮断する。これに対して、寄生ダイオードのリカバリーが遅いというのは、寄生ダイオードに順方向の電流が流れている状態で、スイッチング切り替え等により、逆電圧が印加された場合、寄生ダイオードがすぐにオフせずに、逆方向の電流が長い時間流れることをいう（所謂、ダイオードがオフするのが遅い）。

ただ、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードはリカバリーが遅いと言ってもダイオード特性が無い訳ではなく、ダイオード特性は発揮される。従って、逆電圧が印加されたときに逆方向の電流を遮断できる状態にすれば、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード１４による悪影響が起きないことになる。

このため、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードに電流が流れないようにしておき、逆電圧が印加された場合にもリカバリーしなくてもよい、または、はやくなるようにして、リカバリーが遅いことによる悪影響を排除するようにする。ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードに電流が流れるのは、所謂、還流と呼ばれる現象によるものであり、誘導性負荷などによる位相遅れ、トランジスタのオフ時の電流経路として流れてしまう。そのために、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードに還流電流ができる限り流れないような回路を構成するとよい。

ここで、本実施の形態における還流について、図１の回路構成に基づいて説明する。ここでも、代表してアーム５における動作を中心に説明する。電動機３は誘導性負荷であるため、半導体であるＩＧＢＴ１１やＭＯＳＦＥＴ１３がオフした場合、電動機３に流れる電流は還流電流となる。通常、還流電流は、ＩＧＢＴ１１と逆並列接続されたダイオード１２や寄生ダイオード１４を介して電動機３とインバータ４の間を循環する。

例えば、ＩＧＢＴ１１がオン状態で、ＩＧＢＴ１１から電動機３、ＭＯＳＦＥＴ２３へ電流が流れる場合について説明する。この場合、直流電源１−ＩＧＢＴ１１−電動機３−ＭＯＳＦＥＴ２３−シャント抵抗２６−直流電源１の経路で電流が循環する。

そして、ＩＧＢＴ１１がオフすると、直流電源１の電圧が電動機３へ印加されなくなるため、直流電源１から電動機３へ流れる電流は０となる。一方、電動機３は誘導性負荷であり、電流が流れ続ける性質があるため、ＩＧＢＴ１１がオフしても電動機３から流れる電流は０とならない。この場合、一般的なインバータ回路では図１のような還流ダイオード１５を接続していないため、電動機３−ＭＯＳＦＥＴ２３−シャント抵抗２６−シャント抵抗１６−寄生ダイオード１４−電動機３の経路で電流が循環する。そこで、還流電流を循環させるため、誘導性負荷である電動機３を駆動するインバータ４にはスイッチング素子となる半導体素子と逆並列に還流用のダイオード（半導体素子）が接続される。

ＭＯＳＦＥＴ１３を構成するＳＪ−ＭＯＳＦＥＴの場合、寄生ダイオード１４に電流が流れるようにしているとリカバリーが遅くなり、ＩＧＢＴ１１がオフからオンとなるタイミングで、ＩＧＢＴ１１−寄生ダイオード１４の経路で短絡電流が流れ、リカバリー損失が増大する。

本実施の形態においては、電動機３を駆動する際に必要となる電流検出器をシャント抵抗１６、２６、３６とし、各アームのＮ側に設ける３シャント電流検出と呼ばれる回路構成を採用する。さらに、シャント抵抗１６、２６、３６（以下、特に区別しない場合は16等とする。他の素子についても同じ）等と寄生ダイオード１４等の直列接続素子部に並列に還流ダイオード１５等を接続する。

そして、ここでは直流接続素子部となるシャント抵抗１６等と寄生ダイオード１４等（ＭＯＳＦＥＴ１３等）の合成インピーダンスに対して、還流ダイオード１５等のインピーダンスが低くなるようにする。そして、上記の経路において、シャント抵抗１６等−寄生ダイオード１４等の経路ではなく、インピーダンスの低い還流ダイオード１５等の側を電流が流れるようにする。この還流ダイオード１５等の動作を、上述の例と同様、ＩＧＢＴ１１がオフした場合について説明すると、電動機３−ＭＯＳＦＥＴ２３−シャント抵抗２６−還流ダイオード１５−電動機３という経路で還流電流が流れることになる。これにより、寄生ダイオード１４等をバイパスさせて還流電流を流すことができる。

さらに、還流ダイオード１５等に電流が流れるということは、シャント抵抗１６等を介して寄生ダイオード１４等に逆電圧を印加することと同義となり、従来の装置のように逆電圧を寄生ダイオード１４等に印加することができる。ここで、還流ダイオード１５等に電流が流れている場合、その両端電圧はダイオードの順方向電圧降下のみとなるので、非常に低い電圧で逆電圧印加することができる。

また、還流ダイオード１５等は、寄生ダイオード１４等と異なり、一般的なダイオードのリカバリー特性を有する。これにより、還流ダイオード１５等に還流電流が流れてもリカバリー損失が増加することはなく、低オン抵抗のＳＪ−ＭＯＳＦＥＴをインバータ４に用いた上で、有効に利用することができる。

また、電動機３を駆動するために必要な電流検出器であるシャント抵抗１６等を利用したことにより、インピーダンス調整のために追加する抵抗とは異なり、現状品の兼用で実現でき、大幅なコストアップ無く、抵抗による追加損失を生ずることなく、リカバリー損失を低減する装置を実現できる。

さらに、寄生ダイオード１４等や還流ダイオード１５等の部品バラツキ（素子の特性のバラツキ）に対しても、精度の得やすいシャント抵抗１６等の抵抗値で調整でき、製品化した場合の製品バラツキを防ぎ、信頼性向上が図れる。

また、図１の回路構成をアーム５、６、７毎にモジュール化またはインバータ４をモジュール化すれば、回路全体をシュリンク（縮小化）でき、インバータ４を小型化することができる。モジュール化する際、シャント抵抗１６等をモジュールの外出しをすることで、汎用性の高いモジュールを構成できる。

以上より、本実施の形態における電動機駆動装置は、寄生ダイオード１４等とシャント抵抗１６等の直列接続素子部と並列に還流ダイオード１５等を接続する構成とすることで、シャント抵抗１６等を用いて、ＭＯＳＦＥＴ１３等の寄生ダイオード１４等へ還流電流が流れないまたは減少させるようにすることができる。このため、ＭＯＳＦＥＴ１３等を構成するＳＪ−ＭＯＳＦＥＴの有する低オン抵抗による導通損失低減のメリットのみ享受することで、半導体素子に電流が通流時に発生する導通損を低減して、高効率な電動機駆動装置を得ることができる。

図２は実施の形態１における変調度を表す波形図である。図１のように、Ｐ側の半導体素子にＩＧＢＴ１１等、Ｎ側の半導体素子にＭＯＳＦＥＴ１３等を配置した構成においては、Ｐ側のダイオード１２等であれば、還流電流が通過してもリカバリー損失が増加しない。そこで、図２に示す波形となるように、制御装置８が変調度を制御して、Ｐ側の半導体素子であるＩＧＢＴ１１等を主体にスイッチング駆動させるようにする。

変調度＝１のとき、Ｐ側のＩＧＢＴ１１等が１００％オンを示し、オフしない。従って、上述したような還流が発生せず、原理的に変調度＝１となっているＩＧＢＴ１１、２１、３１と対になっているＮ側の寄生ダイオード１４等には還流電流が流れない。

また、寄生ダイオード１４等に電流が流れるのは、Ｐ側のＩＧＢＴ１１等がオンして直流電源１より電動機３へ電流が流れる状態で、ＩＧＢＴ１１等がオフするときである。即ち、変調度が１未満で、ＰＷＭによるオンオフがＩＧＢＴ１１等に発生しているときにおいて、直流電源１から電動機３へ電流が流れるとき、寄生ダイオード１４等に還流電流が流れる。図２では、Ｐ側のＩＧＢＴ１１等の１００％オンする変調度＝１の期間が電流の大きい１２０度（全体の１／３）の期間となっているので、この１２０度期間と同極性のうち、１２０度期間以外の６０度区間で還流電流が寄生ダイオード１４等に流れる可能性がある。例えば、図１の回路構成であれば、還流電流は寄生ダイオード１４等および還流ダイオード１５等に流れるが、還流ダイオード１５等の側に大部分の電流がバイパスされる。このため、寄生ダイオード１４等には問題にならない程度の還流電流が微小時間しか流れなくなり、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴの低オン抵抗による導通損失低減のメリットのみを享受できる。

このような制御装置８によるスイッチング制御を図１の回路構成に用いることで、ＭＯＳＦＥＴ１３等の寄生ダイオード１４等によるリカバリーの悪影響は排除できる。ここで、回路構成、スイッチング制御のどちらか一方であっても寄生ダイオード１４等によるリカバリーによる悪影響は排除できるが、構成と制御とを合わせることにより相乗効果を有する。ここで、制御だけで行う場合は、還流ダイオード１５等を設けなくても、寄生ダイオード１４等に流れる還流電流を低減させることができる。

以上より、本発明の実施の形態１における電動機駆動装置は、寄生ダイオード１４（ＭＯＳＦＥＴ１３）とシャント抵抗１６の直列接続素子部と並列に還流ダイオード１５等を接続する回路構成としたので、シャント抵抗１６によってインピーダンスを増加させることにより、還流電流が還流ダイオード１５に流れやすくなるようにし、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴであるＭＯＳＦＥＴ１３等の寄生ダイオード１４へ還流電流を流さないようにすることができる。このため、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴの有する低オン抵抗による導通損失低減のメリットのみを享受することができ、半導体素子に電流が通流時に発生する導通損を低減して、高効率な電動機駆動装置を得ることができる。

このとき、還流ダイオード１５等のインピーダンスが直流素子部の（合成）インピーダンスよりも低くなるようにすることで、より確実に寄生ダイオード１４等へ流れる還流電流を減らすことができる。また、還流ダイオード１５等に順方向の電流が流れることで、直流素子部（寄生ダイオード１４等）を逆回復させることができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２を示す電動機駆動装置を中心とするシステムの回路ブロック図である。図３において、図１と同じ符号を付した素子等については、実施の形態１で説明したことと同様の機能を果たす。図３において、逆電圧印加部１７、２７、３７は、それぞれ寄生ダイオード１４、２４、３４に逆電圧を印加する。

逆電圧印加部１７は、寄生ダイオード１４、２４、３４に還流電流が流れている場合に、対になっているアームの他の半導体素子、図３ではＩＧＢＴ１１、２１、３１がオンしたタイミングでリカバリー損失が発生することを抑制するものである。

図４はある所定区間に各半導体素子に送信する動作信号等の波形を表す図である。図４において、（ａ）が制御装置８が動作信号を生成する際の三角波キャリア信号である。また、（ｂ）がＩＧＢＴ１１、（ｃ）がＭＯＳＦＥＴ１３、（ｄ）がＩＧＢＴ２１、（ｅ）がＭＯＳＦＥＴ２３、（ｆ）がＩＧＢＴ３１、（ｇ）がＭＯＳＦＥＴ３３にそれぞれ制御装置８から送信される動作信号となる。ここで、Ｈｉが半導体素子のオン、Ｌｏｗがオフを示すものである。

また、図４の（ｂ）と（ｃ）の動作信号の組合せにおいて、ＩＧＢＴ１１、ＭＯＳＦＥＴ１３が双方ともオフとなる、所謂、短絡防止時間（デッドタイム）中に、制御装置８からの指示に基づき、逆電圧印加部１７が逆電圧を寄生ダイオード１４に印加する。その信号を（ｈ）に示す。ここでは示していないが、（ｄ）と（ｅ）、（ｆ）と（ｇ）のそれぞれの動作信号の組合せにおいても、短絡防止時間中に、逆電圧印加部２７、３７がそれぞれ逆電圧を寄生ダイオード２４、３４に印加する。

図３の回路構成の場合、デッドタイム中は、還流ダイオード１５等に主体的に電流が流れるが、還流ダイオード１５等に順方向に電圧により寄生ダイオード１４等に逆電圧印加を等価的に行っているところに、逆電圧印加部１７等により更に強制的に逆電圧印加を行うことで、寄生ダイオード１４等のリカバリーを完全に回復させることができる。

以上のように、実施の形態２の電動機駆動装置によれば、逆電圧印加部１７等を設け、寄生ダイオード１４等に対して強制的に逆電圧を印加できるようにしたので、寄生ダイオード１４等とシャント抵抗１６等の直列接続素子部と還流ダイオード１５等とのインピーダンス差が小さい電流の小さい領域であっても、ＭＯＳＦＥＴ１３等の寄生ダイオード１４等によるリカバリー損失が大幅に抑制でき、ＭＯＳＦＥＴ１３等であるＳＪ−ＭＯＳＦＥＴの低オン抵抗というメリットだけ享受することができる。これにより、ＭＯＳＦＥＴの通流時に発生する導通損失を低減し、高効率な電動機駆動装置を提供できる。

また、逆電圧印加部１７等を寄生ダイオード１４等の両端に接続していることにより、図３に示す回路構成であれば、還流ダイオード１５等による逆電圧印加より効果の高い逆電圧印加が実現できる。それは、還流ダイオード１５等はシャント抵抗１６等を介しての逆電圧印加であったため、電圧降下がシャント抵抗１６にて発生するためであるが、逆電圧印加部１７等は寄生ダイオード１４等の両端に直接印加できる点に高い効果を奏する。

さらに、ＭＯＳＦＥＴ１３はゲートに電荷を注入することにより、逆方向に電流が流れる逆ドレイン電流特性を有する。この逆方向にＭＯＳＦＥＴのオン抵抗で電流を流す技術は同期整流と称され、公知の技術となっている。本発明では、寄生ダイオード１４に還流電流を流さないようバイパス用の還流ダイオード１５等を設けているが、制御装置８は寄生ダイオード１４等に電流が流れるタイミングにてＭＯＳＦＥＴ１３等をオンするように動作させる。

電流の少ない領域であれば、寄生ダイオード１４等よりＭＯＳＦＥＴ１３等のオン抵抗の方がインピーダンスは低くなる。これにより、図３の回路構成において同期整流技術を適用することによって、寄生ダイオード１４等ではなく、ＭＯＳＦＥＴ１３等の側を電流が流れるため、さらに寄生ダイオード１４等によるリカバリー損失増大を抑制でき、更なる効果を有することができる。

実施の形態３．
上述の実施の形態では、Ｐ側にＩＧＢＴ１１等、Ｎ側にＭＯＳＦＥＴ１３等を接続する構成としたが、本発明の効果を損なわない範囲にて変形しても問題なく、同等の効果を奏することができる。

図５は実施の形態３を示す電動機駆動装置を中心とするシステムの回路ブロック図である。例えば、図５のように、Ｐ側にＭＯＳＦＥＴ１３等、Ｎ側にＩＧＢＴ１１等を接続する構成としてもよい。

図６は電動機駆動装置を中心とするシステムの別例を示す回路ブロック図である。図６はＰ側、Ｎ側をすべてＭＯＳＦＥＴ１３等で構成している。図５、図６の構成に、実施の形態２で説明した逆電圧印加部１７等を追加しても実施の形態２で説明したことと同等の効果を奏する。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４に係る冷凍空気調和装置の構成図である。上述した実施の形態１〜３の電動機駆動装置は、電動機３を直流入力として駆動する電動機駆動装置に利用可能であり、主に圧縮機を駆動する圧縮機用電動機駆動装置として利用できる。特に、永久磁石電動機を駆動する電動機駆動装置に適用することにより、冷凍空気調和装置等において、更なる省エネルギ性能を向上させることができる。

図７の冷凍空気調和装置は、熱源側ユニット（室外機）１００と負荷側ユニット（室内機）２００とを備え、これらが冷媒配管で連結され、主となる冷媒回路（以下、主冷媒回路という）を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管３００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管４００とする。

熱源側ユニット１００は、本実施の形態においては、圧縮機１０１、油分離器１０２、四方弁１０３、熱源側熱交換機１０４、熱源側ファン１０５、アキュムレータ（気液分離器）１０６、熱源側絞り装置（膨張弁）１０７、冷媒間熱交換器１０８、バイパス絞り装置１０９および熱源側制御装置１１１の各装置（手段）で構成する。

圧縮機１０１は、構造については、上述した電動機３を圧縮機用として用いている。一方、運転制御については、実施の形態１〜３に記載した電動機駆動回路等を備え、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機１０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができるものとする。

また、油分離器１０２は、冷媒に混じって圧縮機１０１から吐出された潤滑油を分離させるものである。分離された潤滑油は圧縮機１０１に戻される。四方弁１０３は、熱源側制御装置１１１からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。また、熱源側熱交換器１０４は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、熱源側絞り装置１０７を介して流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁１０３側から流入した圧縮機１０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。熱源側熱交換器１０４には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、熱源側ファン１０５が設けられている。熱源側ファン１０５も、実施の形態１〜４に記載したインバータ駆動回路２を有してファンモータの運転周波数を任意に変化させてファンの回転速度を細かく変化させるようにする。

冷媒間熱交換器１０８は、冷媒回路の主となる流路を流れる冷媒と、その流路から分岐してバイパス絞り装置１０９（膨張弁）により流量調整された冷媒との間で熱交換を行う。特に冷房運転時において冷媒を過冷却する必要がある場合に、冷媒を過冷却して負荷側ユニット２００に供給するものである。バイパス絞り装置１０９を介して流れる液体は、バイパス配管１０７を介してアキュムレータ１０６に戻される。アキュムレータ１０６は例えば液体の余剰冷媒を溜めておく手段である。熱源側制御装置１１１は、例えばマイクロコンピュータ等からなる。負荷側制御装置２０４と有線または無線通信することができ、例えば、冷凍空気調和装置内の各種検知手段（センサ）の検知に係るデータに基づいて、インバータ回路制御による圧縮機１０１の運転周波数制御等、冷凍空気調和装置に係る各手段を制御して冷凍空気調和装置全体の動作制御を行う。

一方、負荷側ユニット２００は、負荷側熱交換器２０１、負荷側絞り装置（膨張弁）２０２、負荷側ファン２０３および負荷側制御装置２０４で構成される。負荷側熱交換器２０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管３００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（または気液二相化）させ、液配管４００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、負荷側絞り装置２０２により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管３００側に流出させる。また、負荷側ユニット２００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための負荷側ファン２０３が設けられている。この負荷側ファン２０３の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。負荷側絞り装置２０２は、開度を変化させることで、負荷側熱交換器２０１内における冷媒の圧力を調整するために設ける。

また、負荷側制御装置２０４もマイクロコンピュータ等からなり、例えば熱源側制御装置１１１と有線または無線通信することができる。熱源側制御装置１１１からの指示、居住者等からの指示に基づいて、例えば室内が所定の温度となるように、負荷側ユニット２００の各装置（手段）を制御する。また、負荷側ユニット２００に設けられた検知手段の検知に係るデータを含む信号を送信する。

以上のように実施の形態４の冷凍空気調和装置によれば、圧縮機１０１における電動機を、寄生ダイオード１４によるリカバリー損失を低減させた実施の形態１〜３の電動機駆動装置とすることで、高効率で、電力消費を抑えることができる冷凍空気調和装置を得ることができる。また、例えば、冷凍空気調和装置の中で特に重要な圧縮機１０１において、信頼性が高く、コストの低減を図ることができるため、冷凍空気調和装置全体としても信頼性が高く、コスト低減を図ることができる。

本発明の活用例として、冷凍空気調和装置以外にも、洗濯乾燥機、冷蔵庫、除湿器、ヒートポンプ式給湯機、ショーケースのほか、掃除機など家電製品全般に適用可能であり、ファンモータや換気扇、手乾燥機などへの適用も可能である。また、上述の実施の形態では電動機３が三相交流電動機であったため、インバータ４はアーム５、６および７を有していたが、電動機の種類によってはアームが１つであってもよい。

１ 直流電源、２ 平滑コンデンサ、３ 電動機、４ インバータ、５，６，７ アーム、８ 制御装置、１１，２１，３１ ＩＧＢＴ、１２，２２，３２ ダイオード、１３，２３，３３，４３，５３，６３ ＭＯＳＦＥＴ、１４，２４，３４，４４，５４，６４ 寄生ダイオード、１５，２５，３５，４５，５５，６５ 還流ダイオード、１６，２６，３６，４６，５６，６６ シャント抵抗、１７，２７，３７ 逆電圧印加部、１００ 熱源側ユニット、１０１ 圧縮機、１０２ 油分離器、１０３ 四方弁、１０４ 熱源側熱交換機、１０５ 熱源側ファン、１０６ アキュムレータ、１０７ 熱源側絞り装置、１０８ 冷媒間熱交換器、１０９ バイパス絞り装置、１１０ 熱源側制御装置、２００ 負荷側ユニット、２０１ 負荷側熱交換器、２０２ 負荷側絞り装置、２０３ 負荷側ファン、２０４ 負荷側制御装置、３００ ガス配管、４００ 液配管。

Claims (7)

1. スイッチング用の半導体素子および該半導体素子と並列に接続した第１の還流手段で構成した第１のスイッチ部と、
   低オン抵抗のＭＯＳＦＥＴと電流検出用の抵抗とを直列接続した直列接続素子部および該直列接続素子部と並列に接続した第２の還流手段で構成した第２のスイッチ部と
   を直列接続して構成したアームを１以上備え、
   さらに、前記第２の還流手段へ電流の逆流を阻止させるべく、前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部が共にオフしている短絡防止時間中に逆電圧を印加する逆電圧印加手段を備えることを特徴とする電動機駆動装置。
2. 前記直列接続素子部に係るインピーダンスが前記第２の還流手段に係るインピーダンスよりも高いことを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 前記第２の還流手段に順方向電流を流して、前記ＭＯＳＦＥＴ内の寄生半導体を逆回復させることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機駆動装置。
4. 前記第２のスイッチ部に逆方向電流が流れる際に、前記ＭＯＳＦＥＴをオンさせる制御を行う制御装置を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電動機駆動装置。
5. 所定期間、前記第１のスイッチ部を１００％オンさせて、前記第２のスイッチ部に流れる逆方向電流を抑制する制御を行う制御装置を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動機駆動装置。
6. 前記ＭＯＳＦＥＴは、スーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動機駆動装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の電動機駆動装置を、圧縮機または送風機が有する電動機の少なくとも一方を駆動するために備えることを特徴とする冷凍空気調和装置。

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