JP6195676B2 - 電力変換装置および圧縮機駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、対地への漏洩電流を低減する電力変換装置および圧縮機駆動装置に関する。

従来、電動機を駆動する電動機駆動装置において、対地へ漏洩する電流を低減する制御が行われている。例えば、下記特許文献１では、逆相電圧発生部において、あらかじめ、正弦波のテーブルデータとともに、漏洩電流が最小になるように逆相電圧の位相および振幅を調整して得られる補正テーブルデータをメモリに記憶しておき、漏洩電流を相殺する電流を電源接地点に注入する技術が開示されている。

また、下記特許文献２では、漏れ電流キャンセラ回路において、漏れ低減駆動手段のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御のデューティを選定するテーブルを備える技術が開示されている。

また、下記特許文献３では、インバータ装置において、浮遊キャパシタンスを介して大地へ流れる漏れ電流分をあらかじめ検出して記憶回路に記憶し、交流電動機に流れる検出電流から記憶回路の漏れ電流分を減算することで、交流電動機に流れる正確な電流を得る技術が開示されている。

また、下記特許文献４では、空調機の圧縮機駆動装置において、コモンモードコイルで零相電流である漏洩電流を検出し、検出した電流を打ち消すように筐体接地点に向けて逆相電流を注入し、漏洩電流をゼロ化するよう補償する技術が開示されている。

特開平１０−１５４９２１号公報 特開２００４−３６４３４４号公報 特開平７−３２２６８６号公報 特開２０００−１５２６９２号公報

しかしながら、特許文献１および２の技術によれば、あらかじめ漏洩電流が低減するように電動機を駆動するインバータの駆動信号を利用して逆相電流を注入することで漏洩電流を低減している。そのため、理想的であれば漏洩電流は低減するが、製品を構成する部品のバラツキによっては逆相電流の位相と漏洩電流の位相が一致し、漏洩電流が増加する逆補償になる可能性がある、という問題があった。

また、特許文献３の技術によれば、インバータ装置は、漏洩電流を記憶しておき、電動機を駆動する際に漏洩電流分を電動機電流から減算するが、漏洩電流を低減するものではない。

また、特許文献４の技術によれば、圧縮機駆動装置は、コモンモードコイルで検出した漏洩電流を打ち消す補償動作をしているが、漏洩電流を検出してから補償動作をするため遅れが発生し、検出した漏洩電流に同期した補償ができず、また、補償量が少ない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、漏洩電流を補償する動作の遅れを無くし、かつ、逆補償することなく漏洩電流を低減可能な電力変換装置および圧縮機駆動装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源からの電力にて電動機を駆動する電動機駆動装置または前記電動機のいずれかから対地に流れる零相電流を検出する漏洩電流検出部と、前記漏洩電流検出部で検出された前記零相電流を入力して、前記交流電源に同期した周期性の制御信号を生成する漏洩電流制御部と、前記制御信号を入力して、前記零相電流と逆位相となる逆相電流を生成して出力する逆相電流生成部と、を備え、前記漏洩電流制御部は、前記漏洩電流検出部で検出されたデータを蓄積する蓄積部を備える。

本発明にかかる電力変換装置および圧縮機駆動装置は、漏洩電流を補償する動作の遅れを無くし、かつ、逆補償することなく漏洩電流を低減できる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる電力変換装置および電動機駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図 漏洩電流を相殺する補償動作の原理を示すイメージ波形を示す図 実施の形態１にかかる漏洩電流制御部の一構成例を示す回路ブロック図 実施の形態１にかかる逆相電流生成部の一構成例を示す回路ブロック図 実施の形態２にかかる漏洩電流制御部および逆相電流生成部の一構成例を示す回路ブロック図 実施の形態３にかかる電力変換装置および電動機駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図 実施の形態４にかかる電力変換装置および電動機駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図 実施の形態５にかかる電力変換装置および電動機駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図 実施の形態６にかかる電力変換装置および電動機駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図 実施の形態６にかかる交流直流変換部の一構成例を示す回路ブロック図 実施の形態６にかかる交流直流変換部の一構成例を示す回路ブロック図 実施の形態７にかかる電動機の固定子の一例を示す断面図

以下に、本発明にかかる電力変換装置および圧縮機駆動装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により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、本実施の形態にかかる電力変換装置および電動機駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図である。電力変換装置１１０は、電動機駆動装置１００に接続している。電動機駆動装置１００は、交流電源１から出力されノイズフィルタ２でフィルタ処理され、電力変換装置１１０経由で入力される交流電力を整流する整流器３と、リアクトル４と、電動機５を駆動するインバータ主回路６と、平滑コンデンサ７と、インバータ主回路６を制御するインバータ制御部８と、電動機５の電流を検出する電流検出器９ａ，９ｂと、平滑コンデンサ７の電圧を検出する電圧検出器１０と、を備える。電動機駆動装置１００では、整流器３、リアクトル４および平滑コンデンサ７で交流直流変換部を構成している。電力変換装置１１０は、電動機５から対地Ｅ２に漏れる漏洩電流を低減する制御を行う。

電動機５については、例えば、図１に示すように圧縮機２００に内蔵される形態があるが、電動機５の用途はこれに限定するものではない。なお、電動機５が圧縮機２００に内蔵される場合、電力変換装置１１０と接続している電動機駆動装置１００を用いた圧縮機駆動装置が、圧縮機２００を駆動する構成となる。以降の実施の形態についても同様とする。

まず、図１において漏洩電流の流れる経路について説明する。電動機５を駆動させるため、インバータ制御部８は、電流検出器９ａ，９ｂで検出された電動機電流と電圧検出器１０で検出された直流電圧とに基づいて、インバータ主回路６を制御してインバータ主回路６から電動機５へ電圧を出力する。インバータ主回路６から出力する電圧は、一般的にはＰＷＭ制御されるため、キャリア周波数で刻まれた電圧となる。電動機５の回転周波数よりもキャリア周波数の方が高い周波数のため、図１では図示していないが、電動機５内部の巻線と筐体間の浮遊容量を介してアース点である対地Ｅ２に漏洩電流が流れる。すなわち、電動機５の筐体から対地Ｅ２に電流が流れる。図１では接続されていないが、交流電源１に接続されるアース点である対地Ｅ１は電気的には対地Ｅ２と繋がっているため、対地Ｅ２から対地Ｅ１へ電流が流れる。

電動機５の浮遊容量から漏れる電流が漏洩電流であるが、対地Ｅ２への浮遊容量は、電動機５だけでなく他にも多くの部位、例えば、電動機駆動装置１００でも有している。また、空気調和機に用いられる圧縮機２００に内蔵された電動機５の場合、特に、電動機５からの対地浮遊容量が大きく、漏洩電流が問題となる。圧縮機２００内部を冷媒が流れるが、冷媒は、誘電率を持つ導電性の物質である。空気調和機の場合、冷媒が電動機５の巻線に接触し、また、冷媒が圧縮機２００の筐体にも接触しているため、電動機５の有する浮遊容量が特に大きいという課題がある。

前述の特許文献１および２に記載のように、あらかじめ決められた方法でインバータ制御部８からの信号を利用する場合、逆補償により増加する可能性があるため補償は抑え気味になる。したがって、前述の特許文献４に記載のように、漏洩電流を検出し、検出した漏洩電流を０にするように制御することが逆補償を抑制するうえで効果的である。一方で、特許文献４で記載している検出してから補償電流を対地に注入する方法では、応答遅れが発生するため検出した漏洩電流に同期した補償ができない。一般的に、特許文献１および２に記載の方法はオープンループ型、特許文献４に記載の方法はフィードバック型に分類される。

本実施の形態では、フィードバック型の制御を行う電力変換装置１１０において、浮遊容量から対地に漏れる漏洩電流を低減し、また逆補償を抑止する。電力変換装置１１０は、零相電流である漏洩電流を検出する漏洩電流検出部２１と、漏洩電流検出部２１で検出された漏洩電流に基づいて、漏洩電流検出から逆相電流の出力までの応答遅れを進み補償しつつ、漏洩電流を低減するように制御する漏洩電流制御部２２と、漏洩電流制御部２２からの制御信号に基づいて、電動機５から対地Ｅ２に漏れる漏洩電流を相殺するため、漏洩電流と逆位相の電流を生成して対地Ｅ２へ注入する逆相電流生成部２３と、を備える。

図２は、漏洩電流を相殺する補償動作の原理を示すイメージ波形を示す図である。ここでは、図１に対して構成を簡略化して表示している。電力変換装置１１０の逆相電流生成部２３は、電動機５から漏れる漏洩電流と逆位相となる逆相電流を出力している。電動機５から漏れる漏洩電流は、対地Ｅ２から対地Ｅ１を介して交流電源１より電動機駆動装置１００に循環している。したがって、漏洩電流検出部２１では、交流電源１から出力される電流を検出することで、電動機５より漏れる漏洩電流を検出することができる。また、漏洩電流検出部２１では、交流電源１から出力される電流を検出することで、図示していないが、電動機駆動装置１００より漏れる漏洩電流についても検出することができる。さらに、漏洩電流検出部２１で検出された漏洩電流が０になれば、電動機５から漏れる電流だけでなく、その他の部分、例えば、電動機駆動装置１００より漏れた漏洩電流すべてを抑制することになる。

ここで、漏洩電流検出部２１で検出された漏洩電流を相殺するように瞬時に逆相電流を応答時間遅れゼロで出力できればよいが、現実的には無理であり、応答時間分だけ位相がずれると、ずれた分が逆補償量となる可能性がある。そこで、本実施の形態の電力変換装置１１０では、記憶手段を利用して繰り返し制御にて抑制する。繰り返し制御とは、ある周期性のある変化のデータを周期分全て記憶し、周期性のある変化が繰り返し発生するとの前提のもとで記憶しているデータに基づいて制御する手法である。

図３は、本実施の形態にかかる漏洩電流制御部２２の一構成例を示す回路ブロック図である。漏洩電流制御部２２には、漏洩電流検出部２１で検出された漏洩電流が入力される。漏洩電流制御部２２は、検出された漏洩電流を相殺するための制御信号を逆相電流生成部２３へ出力するが、漏洩電流検出部２１で検出された漏洩電流をそのまま使用すると、漏洩電流制御部２２の内部にある演算部３１での演算時間分だけ出力が遅れ、逆相電流生成に遅れが生じる。

漏洩電流は、ノイズの一種に割り当てられるが、ノイズのうちでも比較的周波数の低いノイズに位置付けられ、特に、交流電源１の周波数の周期性を有する。そこで、漏洩電流制御部２２は、交流電源１の出力周波数の１周期分の漏洩電流データの記憶手段である蓄積部３２を設ける。蓄積部３２については、例えば、交流電源１の１周期分の漏洩電流データを記憶可能なシフトレジスタ形式で構成することができるが、これに限定せず他の構成でもよい。漏洩電流制御部２２では、漏洩電流検出部２１で検出され入力された漏洩電流データを、演算部３１を経由して蓄積部３２に蓄積する。

演算部３１は、１周期になる数サンプル直前の、例えば、図３に示す例では３サンプル前の、蓄積部３２に蓄積されている漏洩電流データに基づいて、逆相電流生成部２３のために、漏洩電流の逆相電流が出力されて相殺されるように、交流電源１に同期した周期性のある制御信号を演算する。蓄積部３２に蓄積されている１周期になる３サンプル前の漏洩電流データとは、交流電源１の１周期前の漏洩電流データと現在の漏洩電流の状態とを比較した場合に、現在より３サンプル分進んだ状態のデータである。

逆相電流を生成するために使用する漏洩電流データは交流電源１の１周期前のものであるが、漏洩電流は交流電源１と同周期の周期性を有していることを利用して、電力変換装置１１０では、蓄積部３２を用いることで進み補償を実現できる。なお、蓄積部３２に周期性データである漏洩電流データを蓄積しておくが、１周期ではなく、２周期であっても３周期であってもよい。蓄積する周期が大きくなればそれだけ蓄積に必要なデータ容量が増加するが、例えば、複数の周期のデータを用いて平均化することで、突発的なノイズの影響を回避することができる。蓄積部３２では、進み補償の効果との関係で、効果的な周期のデータを蓄積すればよい。

なお、図３では３サンプル前の漏洩電流データを演算に利用しているが、一例であり、演算部３１の演算による時間遅れに対応して設定すればよく、３サンプルでなくとも同様の効果を有することは言うまでもない。また、漏洩電流検出部２１で検出された漏洩電流データを蓄積部３２に蓄積する場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば、蓄積部３２では、逆相電流の指令値を蓄積してもよいし、逆相電流を生成する過程のデータを蓄積することでも効果に変わりがないことは言うまでもない。

図４は、本実施の形態にかかる逆相電流生成部２３の一構成例を示す回路ブロック図である。図１に示すように平滑コンデンサ７の両端電圧をＰ点、Ｎ点とすると、そのＰ点、Ｎ点に接続される点を図４に示す。逆相電流生成部２３は、平滑コンデンサ７の両端電圧より電力供給がされ、漏洩電流制御部２２からの制御信号に基づいて漏洩電流の逆相電流を生成し、アース点である対地Ｅ２に逆相電流を注入する。なお、図４では、抵抗とコンデンサからなる直列回路のインピーダンス４３を介して注入する構成としているが、コンデンサのみであっても、インダクタンスなどの誘導性要素が含まれていてもよい。電動機５を模擬することができるインピーダンスであれば、回路構成は限定しない。

また、図４ではトーテムポール型のトランジスタ４１，４２で回路を構成しているが、ＰＮＰ型とＮＰＮ型の上下が逆の構成であってもよいし、トランジスタでなくとも、逆相電流を注入できる構成であれば同等効果を有する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電力変換装置１１０では、漏洩電流検出部２１が漏洩電流を検出し、漏洩電流制御部２２では、漏洩電流検出部２１で検出された零相電流である漏洩電流のデータを蓄積部３２に蓄積し、演算部３１が演算時間に基づいて蓄積部３２に蓄積されている１周期になる数サンプル前のデータを用いて漏洩電流を相殺する逆相電流を生成するための制御信号を生成し、逆相電流生成部２３が、漏洩電流制御部２２からの制御信号に基づいて逆相電流を生成してアース点に出力することとした。これにより、電力変換装置１１０は、検出した漏洩電流に対して進み補償ができることから、漏洩電流を補償する場合において、補償動作遅れを無くし、かつ、逆補償することなく漏洩電流を低減することができる。

実施の形態２．
漏洩電流制御部２２および逆相電流生成部２３の構成については、図３，４に示す構成に限定するものではなく三相構成としてもよい。

図５は、本実施の形態にかかる漏洩電流制御部および逆相電流生成部の一構成例を示す回路ブロック図である。図３，４と違う点は、三相構成としている点である。漏洩電流制御部２２ａは、三相分配部３３を設け、各制御信号について１２０度の位相差を持たせた制御信号とする。逆相電流生成部２３ａも三相構成とし、相ごとにトランジスタ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃを備え、また、相ごとに抵抗とコンデンサからなる直列回路を備えたインピーダンス４４を設けている。トランジスタ４１ａとトランジスタ４２ａで１つの相に、トランジスタ４１ｂとトランジスタ４２ｂで１つの相に、トランジスタ４１ｃとトランジスタ４２ｃで１つの相に対応している。電動機５は、一般的に三相電動機が主流である。三相電動機が主流な理由は、単相電動機などと比較して効率が高いためである。

インピーダンス４４を三相構成とすることで、電動機５を正確に模擬することができ、逆相電流生成部２３ａにおいて、漏洩電流に対する逆相電流の注入をさらに精度よく実施できる、という効果を奏する。

実施の形態３．
図６は、本実施の形態にかかる電力変換装置および電動機駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図である。図１に示す実施の形態１の電動機駆動装置１００では、平滑コンデンサ７の両端電圧から逆相電流生成部２３に対して電力供給していた。本実施の形態では、電動機駆動装置１００ａからではなく、整流器３よりも交流電源１側から逆相電流生成部２３に対して電力供給する構成としている。整流器３よりも交流電源１側は交流電圧であるため、整流器３と異なる整流器５０と、平滑コンデンサ５１とを備え、直流電圧を生成して逆相電流生成部２３に供給する直流電圧生成部１２０を設けている。直流電圧生成部１２０は、電力変換装置１１０と接続している。

また、図６では、漏洩電流検出部２１よりも交流電源１側から電力供給を行うようにしている。これは、インバータ主回路６にて漏洩した成分を正確に検出することを目的とした配置である。また、逆相電流生成部２３での漏れも少なからず発生するため、図示していないが、漏洩電流検出部２１と整流器３との間から逆相電流生成部２３へ電力供給する構成にしてもよい。この場合、電力変換装置１１０は、逆相電流生成部２３の漏洩電流も含めて抑制するよう逆相の漏洩電流を注入する動作をすることになる。

実施の形態４．
図７は、本実施の形態にかかる電力変換装置および電動機駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図である。図７に示すように、漏洩電流検出部２１を、電動機駆動装置１００ｂの直流側に配置することもできる。このとき、漏洩電流検出部２１をコモンモードコイルで構成する場合、直流励磁による誤動作の可能性があるためコイルの設計で対応する。

実施の形態５．
図８は、本実施の形態にかかる電力変換装置および電動機駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図である。図１に示す電動機駆動装置１００に対して、さらに、平滑コンデンサ５２，５３を追加している。図８に示すように、電力変換装置１１０では、電動機５の対地Ｅ２ではなく、電動機駆動装置１００ｃの平滑コンデンサ５２，５３で構成される直流電圧の半分、すなわち、１／２の電位点に漏洩電流の逆位相となる逆相電流を注入することもできる。これは、直流電圧の１／２が等価的に対地Ｅ２の電位変動と同義になることを意味しており、この直流電圧の１／２の電位変動分だけ漏洩電流が流れることとなる。したがって、電力変換装置１１０では、漏洩電流が抑制されるように電動機駆動装置１００ｃの直流電圧の１／２の電位を変動させることで、等価的に逆相電流を注入していることとなる。なお、このとき、逆相電流生成部２３に対して、交流側から電力供給するように構成する。

また、図示していないが、交流側の漏洩電流検出部２１と逆相電流生成部２３の電流注入点を逆にし、直流側で漏洩電流を検出し、交流側の１／２の電位点に逆相電流を注入することでも等価的に同義になることは言うまでもない。

なお、これまでの実施の形態では、ノイズフィルタ２よりも下流側に電力変換装置１１０の各構成を配置している。これは、ノイズフィルタ２が本来、交流電源１からの漏洩電流などのノイズ成分を除去する作用に特化させることを目的にしているためである。電動機駆動装置から漏れる漏洩電流について、電動機駆動装置と電力変換装置１１０の間のみ循環するように構成すれば、対地Ｅ２への流出は無くなり、流出による人体への影響もなくなる。

実施の形態６．
図９は、本実施の形態にかかる電力変換装置および電動機駆動装置の一構成例を示す回路ブロック図である。これまでの実施の形態の電動機駆動装置では、交流直流変換部は全て全波整流と称される変換方式で記載しているが、図９に示す電動機駆動装置１００ｄのように、スイッチングするアクティブ型の交流直流変換部１３０であっても、電力変換装置１１０の動作に特に変化は無く、同様な効果を有することは言うまでもない。

図９に示す交流直流変換部１３０は、整流器３、リアクトル４、平滑コンデンサ７とともに、交流側にスイッチング素子を持つ双方向スイッチング回路１１を備える構成としているが、図１０，１１に示す交流直流変換部であっても同等効果を有する。

図１０，１１は、本実施の形態にかかる交流直流変換部の一構成例を示す回路ブロック図である。図１０に示す交流直流変換部１３０ａは、整流器３と、リアクトル４と、平滑コンデンサ７ａ，７ｂと、双方向スイッチング回路１１ａ，１１ｂと、を備える。また、図１１に示す交流直流変換部１３０ｂは、整流器３と、リアクトル４ａ，４ｂと、平滑コンデンサ７と、片方向スイッチング回路１２ａ，１２ｂと、を備える。図１０に示す交流直流変換部１３０ａおよび図１１に示す交流直流変換部１３０ｂは、交流電源１のピーク電圧値以上に直流電圧を昇圧することが可能である。電動機駆動装置１００ｄでは、電動機５に出力する電圧が高い方が、電動機５からの漏洩電流が増加する。したがって、これらの交流直流変換部を備えた電動機駆動装置と電力変換装置１１０との組合せは良好であり、電力変換装置１１０が漏洩電流を低減する制御を行うことで、より効果を増すと言うことができる。

漏洩電流検出部２１についてはコモンモードコイルとして記載しているが、漏洩電流を検出できれば、コモンモードコイルに限定するものではなく、例えば、電流を検出するＣＴ（Current Transformer）にて電流の不平衡性を検出してもよく、電圧検出器で零相電圧を検出してもよい。また、トランスを設けることで、絶縁した電圧または電流を検出するように構成してもよい。

電力変換装置１１０では昇圧により増加する漏洩電流を低減できるため、電動機駆動装置１００ｄにおいて、高効率な高電圧電動機を使用でき、機器全体での高効率化に寄与することができる。

実施の形態７．
図１２は、本実施の形態にかかる電動機５の固定子の一例を示す断面図である。ハッチングした部分が固定子を示し、中に×のある○の部分が巻線を示す。また、図１２では図示されていないが、固定子と巻線の間には薄い絶縁材が配置されているものとする。電動機５は、省エネルギー化が進展すると、固定子に配置する巻線と固定子間の絶縁距離が短くなる。絶縁距離が短くなるほど浮遊容量が大きくなり、漏洩電流が流れやすくなる。巻線と固定子との絶縁のため、従来、プラスチック樹脂で絶縁材を構成していたが、電動機５の高効率化のため、非常に薄いフィルム状の絶縁材、例えば、厚さが１ｍｍよりも薄い材料が採用され、これによりさらに漏洩電流が増加している。

図１２に示す集中巻の電動機５においてフィルム状の絶縁材を設けられたことで増加する漏洩電流を、電力変換装置１１０が低減することで、電動機駆動装置１００での効率を向上させることができる。さらに、前述の通り、従来では昇圧可能な交流直流変換部が漏洩電流のため使用できない、または、昇圧を控えめにして動作させていることで損失を増加させている場合でも、電力変換装置１１０を設けることで、昇圧可能な交流直流変換部を使用して機器全体での高効率化に寄与することができる。

これは、電動機５がインバータ主回路６によって駆動動作するため、インバータ主回路６に入力される直流電圧によって、駆動動作範囲が変化する。特に、回転子に永久磁石を用いた電動機５の場合、永久磁石が回転することによって固定子側のコイルに磁石の磁束が鎖交することで起電圧が発生する。

電動機５の起電圧とインバータ主回路６から出力する電圧との電位差によって、電動機５に流れる電流が制御でき、電流に比例したトルクを電動機５は出力できる。出力トルクは電流×固定子コイル巻数の乗算値に比例するため、巻数を増加すると電流を増加させずに、巻数をそのままで電流増加時と同等トルクを電動機５より出力できる。逆に、電流を増加させると、電動機５での銅損およびインバータ主回路６での導通損失が増加し、電動機駆動装置１００の損失が増加することとなる。

そこで、電力変換装置１１０は、永久磁石を用いた電動機５を駆動するインバータ主回路６を用いた電動機駆動装置１００と共に使用する。また、図１０，１１に示す直流電圧を昇圧することができる交流直流変換部１３０ａ，１３０ｂを用いることで、昇圧して高電圧を供給することができる。

したがって、高電圧を供給可能な交流直流変換部１３０ａ，１３０ｂを電動機駆動装置の構成とすることで、永久磁石を用いた電動機５において、巻数を増加させて高電圧化することで、巻数をそのままで電流増加時と同等トルクを、電流の増加なしで出力することができる。

これにより、高電圧化した電動機５などを駆動する電動機駆動装置では、効率を高めることができる。効率を高めるように構成することで増加する漏洩電流は、並列に構成されている電力変換装置１１０が漏洩電流を抑制するため、元の巻数の電動機５を有する電動機駆動装置と同等レベル以下まで漏洩電流を低減することができる。

このように、省エネルギー化された電動機５によって対地Ｅ２との浮遊容量が大きくなっても、電力変換装置１１０によって漏洩電流を低減することができることから、電動機駆動装置の効率を向上させることができる。

実施の形態８．
これまでの実施の形態において、電力変換装置１１０をスーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）と称されるＭＯＳＦＥＴにて構成することで、更なる低損失化を実現でき、高効率な電力変換装置１１０を提供できる。なお、スーパージャンクション構造とは、通常のＭＯＳＦＥＴよりも深いＰ層を持つ構造であり、深いＰ層がｎ層と広く接することで低オン抵抗でありながら高い電圧耐力を有することが知られている。

また、電力変換装置１１０の回路を構成するスイッチング素子またはダイオードについて、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体で構成しても更なる低損失な電力変換装置１１０を提供できることは言うまでも無い。さらに、ワイドバンドギャップ半導体を用いることで耐電圧性が高く、許容電流密度も高くなるため、ＭＯＳＦＥＴの小型化が可能であり、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化も可能になる。電力変換装置１１０では、全てのスイッチング素子またはダイオードにワイドバンドギャップ半導体を適用せず、少なくとも１つ以上の部品に適用するようにしてもよい。

さらに、ワイドバンドギャップ半導体を用いることで、漏洩電流を低減する電力変換装置１１０では、帯域の広い漏洩電流の低減のため、より高周波で動作することで漏洩電流を低減することができる。高周波で動作させることで損失が大きくなり、さらに漏洩電流が増加することに繋がるが、ワイドバンドギャップ半導体では高周波動作特性が良好のため、電力変換装置１１０に適用することは好適であるといえる。ワイドバンドギャップ半導体を適用することで、電力変換装置１１０では、より漏洩電流の低減帯域を広くすることができ、より一層漏洩電流を低減することができるとともに、高周波で動作させても損失が増加せず、巻数増加した電動機５で高効率化した電動機駆動装置１００の省エネルギー性を損ねることが無く構成できる。

また、交流電源１については単相電源で記載していたが、単相電源に限定するものではなく、三相電源であっても同等効果を有することは言うまでもない。

以上で説明した電力変換装置の活用例として、永久磁石電動機を駆動する電動機駆動装置と共に用いることにより省エネ性の実現のほか、冷媒による浮遊容量の大きな電動機を搭載する圧縮機からの漏洩電流を大幅に低減できることから、空気調和機、冷凍機、冷蔵庫、除湿器、ショーケース、ヒートポンプ式の洗濯乾燥機、ヒートポンプ式の給湯機など家電製品全般に適用可能であり、掃除機、ファンモータ、換気扇、手乾燥機、誘導加熱電磁調理器などへの適用も可能である。

１ 交流電源、２ ノイズフィルタ、３，５０ 整流器、４，４ａ，４ｂ リアクトル、５ 電動機、６ インバータ主回路、７，７ａ，７ｂ，５１，５２，５３ 平滑コンデンサ、８ インバータ制御部、９ａ，９ｂ 電流検出器、１０ 電圧検出器、１１，１１ａ，１１ｂ 双方向スイッチング回路、１２ａ，１２ｂ 片方向スイッチング回路、２１ 漏洩電流検出部、２２，２２ａ 漏洩電流制御部、２３，２３ａ 逆相電流生成部、３１ 演算部、３２ 蓄積部、３３ 三相分配部、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ トランジスタ、４３，４４ インピーダンス、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ 電動機駆動装置、１１０ 電力変換装置、１２０ 直流電圧生成部、１３０，１３０ａ，１３０ｂ 交流直流変換部、２００ 圧縮機。

Claims (8)

1. 交流電源からの電力にて電動機を駆動する電動機駆動装置または前記電動機のいずれかから対地に流れる零相電流を検出する漏洩電流検出部と、
   前記漏洩電流検出部で検出された前記零相電流を入力して、前記交流電源に同期した周期性の制御信号を生成する漏洩電流制御部と、
   前記制御信号を入力して、前記零相電流と逆位相となる逆相電流を生成して出力する逆相電流生成部と、
   を備え、
   前記漏洩電流制御部は、前記漏洩電流検出部で検出されたデータを蓄積する蓄積部を備える電力変換装置。
2. 交流電源からの電力にて電動機を駆動する電動機駆動装置または前記電動機のいずれかから対地に流れる第１零相電流及び、前記第１零相電流よりも前に対地に流れる第２零相電流を検出する漏洩電流検出部と、
   前記漏洩電流検出部で検出された前記第１零相電流及び前記第２零相電流を入力して、前記交流電源に同期した周期性の制御信号を生成する漏洩電流制御部と、
   前記制御信号を入力して、前記第２零相電流と逆位相となり、前記第１零相電流と同期する逆相電流を生成して出力する逆相電流生成部と、
   を備える電力変換装置。
3. 前記漏洩電流検出部で検出されたデータである前記第１零相電流及び、前記第２零相電流のデータは前記交流電源に同期した周期データである、
   請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記電動機が内蔵された圧縮機を駆動する前記電動機駆動装置と接続する、
   請求項１から３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
5. 巻線と固定子との絶縁にフィルム状の絶縁材を用いた前記電動機を駆動する前記電動機駆動装置と接続する、
   請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記交流電源のピーク電圧値以上に直流電圧を昇圧する交流直流変換部を備えた前記電動機駆動装置と接続する、
   請求項４または５に記載の電力変換装置。
7. 回路を構成するスイッチング素子またはダイオードのうち１つ以上の部品にワイドバンドギャップ半導体を用いる、
   請求項１から６のいずれか１つに記載の電力変換装置。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の電力変換装置を用いた圧縮機駆動装置。

Images