JPH10174477A - 電動機駆動装置及びこれを用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 昇圧回路を用いて電動機を制御する場合での
効率の向上を図る。 【解決手段】 整流コンデンサ３，４による整流回路と
昇圧回路１０との間に平滑コンデンサ５，６を設け、こ
れらコンデンサ５，６から昇圧回路１０のスイッチング
素子９に電流を供給するようにすることにより、このス
イッチング素子９に流れる電流を小さくして損失を抑え
る。また、インバータ１８のスイッチング素子１３，１
４の通流率が所定の値以下ならば、昇圧回路１０による
インバータ１８の入力直流電圧Ｖｄの昇圧を停止し、こ
れにより、スイッチング素子９の損失を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータを用い
た電動機駆動装置に係り、特に、交流電源からの電力を
交流電源電圧よりも高い電圧の直流電力に変換し、この
直流電力をインバータで交流電力に変換して電動機を駆
動することにより、該電動機の広範囲にわたる回転速度
制御を行なうことができるようにした電動機駆動装置及
びこれを用いた空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータを用いた電動機駆動装置の一
従来例が、例えば、特開平６−１０５５６３号公報に記
載されている。これは、交流電源からの電力を昇圧回路
によって交流電源電圧よりも高い電圧の直流電力に変換
し、この直流電力をインバータによって交流電力に変換
して電動機を駆動するものであり、電動機の広範囲にわ
たる回転速度制御を行なうことができるようにしたもの
である。

【０００３】この従来技術では、インバータの出力電圧
を制御することにより、電動機の回転速度が制御される
ものであるが、この制御は、インバータの入力電圧であ
る直流電圧を制御して行なう領域と、この入力電圧は一
定にしたままでインバータの通流率を制御して行なう領
域とに分けて行なっている。

【０００４】この場合の制御回路は、交流電源からの交
流電流を整流ダイオードによって直流電流に変換し、こ
の直流電流を昇圧回路のスイッチング素子でチョッパす
る時の通流率を制御することにより、インバータに入力
する直流電圧を制御するものである。即ち、この昇圧回
路はインダクタンス素子とスイッチング素子とダイオー
ドとによって構成され、スイッチング素子をオンしてイ
ンダクタンス素子に直流電流を流すことにより、エネル
ギーをインダクタンス素子に蓄え、次に、スイッチング
素子をオフすることにより、このインダクタンスに蓄え
られたエネルギーを放出させてダイオードを介し平滑コ
ンデンサに電流が流れるようにし、これにより、インバ
ータの入力直流電圧としてのこの平滑コンデンサに得ら
れる直流電圧を昇圧させる。

【０００５】インバータの出力電圧の制御をインバータ
の入力直流電圧を制御して行なう領域では、インバータ
での通流率を最大値に固定し、昇圧回路でのスイッチン
グ素子の通流率を変化させて平滑コンデンサに得られる
直流電圧を可変することにより、電動機の回転速度制御
を行なっている。また、インバータの出力電圧の制御を
その通流率を制御して行なう領域では、このインバータ
の入力直流電圧をある一定値に固定し、インバータの通
流率を制御することにより、電動機の回転速度制御を行
なっている。

【０００６】なお、この昇圧回路では、スイッチング素
子の通流率を制御して交流電源電流を正弦波状に制御す
ることができるため、力率を改善し、かつ交流電源の高
調波電流を抑制することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、交
流電源からの交流電圧を整流ダイオードで直流電圧に変
換し、この直流電圧を昇圧回路のスイッチング素子でチ
ョッパすることにより、インバータの入力直流電圧を制
御するようにしている。従って、スイッチング素子に流
れる電流は、電源の交流電流とほぼ同じ波高値の電流が
流れる。スイッチング素子がトランジスタなどの半導体
素子であれば、この電流の大きさに応じて損失が増大
し、また、損失が大きければ、大型のスイッチング素子
が必要となり、コストの上昇を招くという問題がある。

【０００８】また、上記従来技術では、力率を改善し、
かつ電源の高調波電流を抑制するために、このスイッチ
ング素子の通流率を制御して交流電源電流を正弦波状に
制御するものであるから、電動機を速度制御する際に、
インバータの入力直流電圧を昇圧する必要がない場合で
も、昇圧回路のスイッチング動作が行なわれている。こ
のスイッチング動作によって損失が発生し、電動機駆動
装置の効率が低下するという問題がある。

【０００９】本発明の目的は、かかる問題を解消し、損
失を低減して効率を高めることができるようにした電動
機駆動装置及びこれを用いた空気調和機を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、交流電源からの交流電源電圧を、倍電圧
整流回路により、そのほぼ２倍の電圧値の直流電圧に変
換して維持し、維持されたこの直流電圧を昇圧回路で昇
圧し、この昇圧回路の出力直流電圧を電動機を駆動する
インバータの入力直流電圧とする。

【００１１】また、本発明は、交流電源からの交流電源
電圧を、全波整流回路により、これとほぼ等しい電圧値
の直流電圧に変換して維持し、維持されたこの直流電圧
を昇圧回路で昇圧し、この昇圧回路の出力直流電圧を電
動機を駆動するインバータの入力直流電圧とする。

【００１２】さらに、本発明は、上記電動機を可変速制
御する電動機制御装置が、上記インバータの通流率を制
御する通流率制御手段と、上記昇圧回路を制御してその
出力直流電圧を変化させる直流電圧制御手段とを備え、
該通流率制御手段が該通流率が所定の値に至ったことを
判断し、該通流率が所定の値以上となると、該直流電圧
制御手段が上記昇圧回路を制御してその出力直流電圧を
変化させる。

【００１３】さらに、本発明は、上記電動機を可変速制
御する電動機制御装置が、上記インバータの通流率を制
御する通流率制御手段と、上記昇圧回路を制御してその
出力直流電圧を変化させる直流電圧制御手段とを備え、
該通流率制御手段が該通流率が所定の値に至ったことを
判断し、該通流率が所定の値以上となると、上記電動機
の実回転数が電動機指令回転数と一致するように、該直
流電圧制御手段が上記昇圧回路を制御してその出力直流
電圧を変化させる。

【００１４】さらに、本発明は、上記電動機を可変速制
御する電動機制御装置が、上記インバータの通流率を制
御する通流率制御手段と、上記昇圧回路を制御してその
出力直流電圧を変化させる直流電圧制御手段とを備え、
該通流率制御手段が該通流率が所定の値に至ったことを
判断し、該通流率が所定の値以下となると、該直流電圧
制御手段が上記昇圧回路を制御して上記倍電圧整流回路
や全波整流回路からの入力直流電圧の昇圧動作を停止さ
せる。

【００１５】さらに、本発明は、交流電源からの交流電
源電圧を整流回路で整流し、その整流された直流電圧を
昇圧回路で昇圧し、この昇圧回路の出力直流電圧を電動
機を駆動するインバータの入力直流電圧とするものであ
って、該電動機を可変速制御する電動機制御装置が、該
インバータの通流率を制御する通流率制御手段と該昇圧
回路を制御してその出力直流電圧を変化させる直流電圧
制御手段とを備え、該通流率制御手段が該通流率が所定
の値に至ったことを判断し、該通流率が所定の値以下と
なると、該直流電圧制御手段が該昇圧回路を制御して該
整流回路からの入力直流電圧の昇圧動作を停止させる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。

【００１７】図１は本発明による電動機駆動装置の第１
の実施形態を示すブロック図であって、１は交流電源、
２はインダクタンス素子、３，４は整流ダイオード、
５，６は平滑コンデンサ、７はインダクタンス素子、８
はダイオード、９はスイッチング素子、１０は昇圧回
路、１１は平滑コンデンサ、１２は直流電圧検出器、１
３，１４はスイッチング素子、１５，１６はフリーホイ
ールダイオード、１７は倍電圧整流回路、１８はインバ
ータ、１９は電動機、２０は電動機制御装置、２１は回
転速度検出器である。

【００１８】同図において、この実施形態は、倍電圧整
流回路１７と昇圧回路１０と電動機制御装置２０とイン
バータ１８とから構成されており、交流電源１と倍電圧
整流回路１７との間に直列にインダクタンス素子２が設
けられている。力率改善及び電源電流の高調波抑制は、
このインダクタンス素子２を用いて行なわれる。

【００１９】倍電圧整流回路１７は、交流電源１から供
給される交流電源電圧を整流ダイオード３，４で整流
し、この整流電圧を平滑コンデンサ５，６で平滑するこ
とにより、電源電圧の波高値のほぼ２倍の電圧値の直流
電圧を維持する。昇圧回路１０は、インダクタンス素子
７とダイオード８とスイッチング素子９とから構成され
ており、スイッチング素子９がオンすることにより、倍
電圧整流回路１７の平滑コンデンサ５，６からインダク
タンス素子７に直流電流が流れてインダクタンス素子７
にエネルギーが蓄られ、次に、スイッチング素子９がオ
フすることにより、インダクタンス素子７に蓄えられた
エネルギーが放出され、ダイオード８を介してインバー
タ１８の入力側の平滑コンデンサ１１に電流が流れ、イ
ンバータ１８の入力直流電圧Ｖｄが昇圧する。

【００２０】ここで、昇圧回路１０の出力段に接続され
る負荷が一定ならば、スイッチング素子９に流れる電流
は、交流電源１から供給する場合よりも平滑コンデンサ
５，６から供給した方が少なくなり、スイッチング素子
９の損失は低く抑えられる。

【００２１】インバータ１８は、上アームとしてのスイ
ッチング素子１３と下アームとしてのスイッチング素子
１４とを夫々３相分備えており、夫々のスイッチング素
子には、これに並列にフリーホイールダイオード１５，
１６などが接続している。インバータ１８は、昇圧回路
１０で昇圧されて平滑コンデンサ１１で平滑された直流
電圧Ｖｄを、上，下アームのスイッチング素子でチョッ
ピングすることにより、これらスイッチング素子の通流
率に応じたデューティ比でＰＷＭ変調され、これによ
り、任意の周波数の交流に変換して電動機１９を速度制
御する。

【００２２】電動機制御装置２０は、電動機１９の回転
速度検出器２１から得られる速度検出値Ｓ４を参照し
て、電動機１９の回転速度が速度指令値Ｎに一致するよ
うに、インバータ１９のスイッチング素子１３，１４な
どの通流率を設定するインバータ駆動信号Ｓ３を出力す
る。このインバータ駆動信号Ｓ３は、インバータ１８の
各スイッチング素子１３，１４をオン，オフ制御するた
めのＰＷＭ信号であり、これでもってこれらスイッチン
グ素子１３，１４のオン期間（即ち、通流期間）を可変
とすることにより、インバータ１８の出力電圧Ｖｉｎｖ
を制御する。

【００２３】電動機制御装置２０は、直流電圧検出器１
２によって検出されるインバータ１９の入力直流電圧Ｖ
ｄに応じた直流電圧検出信号Ｓ２が供給され、この入力
直流電圧Ｖｄが所定の電圧指令値に一致するように、昇
圧回路１０に直流電圧指令値Ｓ１を出力する。この直流
電圧指令値Ｓ１は、スイッチング素子９をオン，オフ駆
動するためのＰＷＭ信号であり、このＰＷＭ信号のデュ
ーティ比を制御することにより、このスイッチング素子
９のオン期間（即ち、通流期間）を可変とし、これによ
り、昇圧回路１０の出力電圧を制御することができて、
インバータ１８の入力直流電圧Ｖｄを可変とすることが
できる。

【００２４】図２は電動機制御装置２０の制御による電
動機１９の出力に応じたインバータ１８の入出力電圧特
性の一具体例を示す図である。

【００２５】同図において、電動機制御装置２０は、イ
ンバータ駆動信号Ｓ３により、電動機１９の出力に応じ
て連続的（例えば、直線的）に変化するようにインバー
タ１８の出力電圧Ｖｉｎｖを制御する。この場合、電動
機１９の所望最大出力に対する所要の出力電圧Ｖｉｎｖ
が得られるように、インバータ１８の入力直流電圧Ｖｄ
が電圧値Ｖ２に設定されるのであるが、電動機１９の低
出力域でも、この入力直流電圧Ｖｄがこの電圧値Ｖ２に
設定されたままであると、効率が大幅に低下する。

【００２６】そこで、この実施形態では、図２に示すよ
うに、電動機１９の出力が予め定めた所定値Ｗ１よりも
小さい低出力域では、インバータ１８の入力直流電圧Ｖ
ｄ、従って、昇圧回路１０の出力電圧が上記の電圧値Ｖ
２よりも低い所定値Ｖ１となるように、電動機制御装置
２０が、直流電圧指令値Ｓ１により、昇圧回路１０のス
イッチング素子９の通流率を制御する。これにより、電
動機１９の低出力域における効率を向上させることがで
きる。

【００２７】さらに、電動機１９の出力がこの所定値Ｗ
１よりも小さいとき、さらに、スイッチング素子９を駆
動するＰＷＭ信号である直流電圧指令値Ｓ１の出力を停
止することにより、スイッチング素子９はオフ状態に維
持されて、この範囲での昇圧回路１０の損失をなくすこ
とができる。

【００２８】図３は図２に示したインバータ１８の入出
力電圧に対するインバータ１８への駆動信号Ｓ３の通流
率Ｄを示す図である。

【００２９】インバータ１８の入力直流電圧Ｖｄが一定
であるとき、図２に示したように電動機１９の出力に応
じたインバータ１８の出力電圧Ｖｉｎｖを得るために
は、インバータ１８のスイッチング素子１３，１４の通
流率Ｄを電動機１９の出力に応じて変化させればよい。

【００３０】そこで、図３に示すように、インバータ１
８の入力直流電圧ＶｄがＶ１であるときも、Ｖ２である
ときも、インバータ１８のスイッチング素子１３，１４
の通流率Ｄは電動機１９の出力に応じて連続的に（例え
ば、直線的に）変化させればよいが、インバータ１８の
入力直流電圧ＶｄがＶ１，Ｖ２にかかわらず、電動機１
９の出力の変化域の全体にわたってこの通流率Ｄを電動
機１９の出力に対して連続的に変化させると、インバー
タ１８の出力電圧Ｖｉｎｖとしては、図２に示したよう
な連続的な変化とはならず、インバータ１８の入力直流
電圧ＶｄがＶ１，Ｖ２間で変化するとき、インバータ１
８の出力電圧Ｖｉｎｖもこれに伴って変化し、これとと
もに、電動機１９の回転速度も変化する。即ち、インバ
ータ１８の出力電圧Ｖｉｎｖの図２に示すような連続し
た変化特性が得られない。

【００３１】これを防止するために、この実施形態で
は、図３に示すように、電動機１９の出力が所定値Ｗ１
に至ってインバータ１８の入力直流電圧ＶｄがＶ１から
Ｖ２、またはＶ２からＶ１に切り替わるとき、インバー
タ１８のスイッチング素子１３，１４の通流率Ｄを不連
続に変化させる。即ち、この通流率Ｄを、電動機１９の
所定出力値Ｗ１の前後で不連続に変化するようにして、
全体して鋸波状に変化させるようにする。かかる制御
は、勿論、電動機制御装置２０により、インバータ駆動
信号Ｓ３でもって行なわれる。

【００３２】以上により、インバータ１８での電動機１
９の低出力域でのインバータ１８の効率を高めながら、
電動機１９を低出力域から高出力域へ、或いは高出力域
から低出力域へ移る場合でも、電動機１９の回転速度を
安定に制御することができるようになる。

【００３３】図４は電動機制御装置２０の制御による電
動機１９の出力に応じたインバータ１８の入出力電圧特
性の他の具体例を示す図である。

【００３４】この具体例は、図４に示すように、電動機
１９の出力に対するインバータ１８の出力電圧Ｖｉｎｖ
の関係が図２，図３で示した具体例と同様として、電動
機１９の出力が所定値Ｗ１よりも小さい低出力域では、
図２，図３で示した具体例と同様に、インバータ１８の
入力直流電圧Ｖｄを比較的小さい所定値Ｖ１に設定する
が、電動機１９の出力が所定値Ｗ１よりも大きい高出力
域では、電動機１９の出力が上記所定値Ｗ１から大きく
なるとともに、インバータ１８の入力直流電圧Ｖｄを連
続的に（例えば、直線状に）上昇させるものである。

【００３５】これにより、電動機１９の低出力域では、
先の具体例と同様に、インバータ１８の効率が向上する
が、さらに、電動機１９の高出力域においても、インバ
ータ１８の入力直流電圧Ｖｄの値が電動機１９の出力に
応じて設定されることになるから、この場合も、インバ
ータ１８の効率が向上する。

【００３６】また、電動機１９の出力が上記所定値Ｗ１
より小さければ、昇圧回路１０のスイッチング素子９を
駆動するＰＷＭ信号である直流電圧指令値Ｓ１の出力を
停止し、このスイッチング素子９をオフ状態に保持する
ことにより、この状態における昇圧回路１０の損失をな
くすこともできる。

【００３７】図５はインバータ１８の入力直流電圧Ｖｄ
を図４に示したように変化させたときのインバータ駆動
信号Ｓ３によるインバータ１８のスイッチング素子１
３，１４の通流率Ｄの電動機１９の出力に対する変化特
性を示す図である。

【００３８】同図において、電動機１９の低出力域で
は、図３に示した先の具体例の場合と同様であるが、電
動機１９の高出力域では、インバータ駆動信号Ｓ３によ
る通流率Ｄは所定の一定値Ｄ１に固定される。このよう
に、この具体例では、電動機１９の低出力域では、イン
バータ１８のスイッチング素子１３，１４の通流率Ｄを
変化させ、高出力域では、インバータ１８の入力直流電
圧Ｖｄ、従って、昇圧回路１０のスイッチング素子９の
通流率を変化させることにより、図４に示すように、イ
ンバータ１８の出力電圧Ｖｉｎｖを電動機１９の出力Ｗ
１の前後で連続的に（例えば、直線的に）変化させるこ
とができ、電動機１９を低出力域から高出力域へ、或い
は高出力域から低出力域へ安定に制御することができ
る。

【００３９】図６は図１における電動機制御装置２０の
一具体例を示すブロック図であって、２２は速度制御手
段、２３は通流率制御手段、２４は直流電圧指令手段、
２５は比例項のフィルタ、２６は積分項のフィルタであ
り、図１に対応する信号には同一符号をつけている。

【００４０】同図において、回転速度検出器２１（図
１）で得られた速度検出値Ｓ４と外部からの速度指令値
Ｎは速度制御手段２２で比較され、この比較結果によ
り、電動機１９の回転速度が速度指令値Ｎに一致するよ
うに、インバータ１８の通流率Ｄを制御するための通流
率制御手段２３とインバータ１８の入力直流電圧Ｖｄを
指令する直流電圧指令手段２４を制御する。この制御に
より、通流率制御手段２３からインバータ（図１）の駆
動信号Ｓ３が生成出力され、直流電圧指令手段２４から
直流電圧指令値が出力される。この直流電圧指令値は直
流電圧検出器１２（図１）からの直流電圧検出信号Ｓ２
が減算され、これらの差値が比例項のフィルタ２５と積
分項のフィルタ２６とに供給されて処理され、それらの
処理結果が加算されて昇圧回路１０の駆動信号である直
流電圧指令値Ｓ１が得られる。そして、これらインバー
タ駆動信号Ｓ３と直流電圧指令値Ｓ１とにより、図２，
図３や図４，図５で示した制御が行なわれる。

【００４１】なお、図示していないが、直流電圧指令値
Ｓ１を昇圧回路１０のスイッチング素子９を駆動するＰ
ＷＭ信号に変換する場合には、その変換手段が必要であ
る。

【００４２】図７は図６における直流電圧指令手段２４
の動作の一具体例を示すフローチャートである。

【００４３】同図において、インバータ１８（図１）の
通流率Ｄをある規定値と比較し（ステップ１００）、こ
の通流率Ｄがこの規定値より大きければ、電動機１９
（図１）の実回転速度を速度指令値Ｎと比較する（ステ
ップ１０１）。そして、速度指令値Ｎが実回転速度より
も大きければ、上記の直流電圧指令値を増加させ（ステ
ップ１０２）、速度指令値Ｎが実回転速度よりも小さけ
れば、上記の直流電圧指令値を減少させる（ステップ１
０３）。

【００４４】このようにして、インバータ１８の入力直
流電圧Ｖｄと出力電圧Ｖｉｎｖとを制御することによ
り、電動機１９を効率良く速度制御することができる。

【００４５】図８は図６における直流電圧指令手段２４
の動作の他の具体例を示すフローチャートである。

【００４６】同図において、インバータ１８の通流率Ｄ
をある規定値と比較し（ステップ２００）、この通流率
Ｄがこの規定値よりも大きければ、直流電圧指令値の出
力を許可するが（ステップ２０１）、そうでなければ、
この直流電圧指令値の出力を禁止する（ステップ２０
５）。この直流電圧指令値の出力を禁止したときには、
インバータ１８の入力直流電圧Ｖｄの電圧値は電源電圧
の倍電圧整流値と等しくなる。

【００４７】直流電圧指令値の出力を許可したときには
（ステップ２０１）、電動機１９の実回転速度とその速
度指令値Ｎとを比較し（ステップ２０２）、電動機１９
の速度指令値Ｎが実回転速度より大きければ、直流電圧
指令値を増加させ（ステップ２０３）、そうでなけれ
ば、直流電圧指令値を減少させる（ステップ２０４）。

【００４８】このようにして、インバータ１８の入力直
流電圧Ｖｄ及び出力電圧Ｖｉｎｖとを制御することによ
り、電動機１９を効率良く速度制御することができる。

【００４９】図９は本発明による電動機駆動装置の第２
の実施形態を示すブロック図であって、２７，２８は整
流ダイオード、２９は平滑コンデンサ、３０は全波整流
回路であり、図１に対応する部分には同一符号をつけて
重複する説明を省略する。

【００５０】この実施形態では、図１に示した第１の実
施形態での倍電圧整流回路１７の代わりに、図９に示す
ように、整流ダイオード３，４，２７，２８及び平滑コ
ンデンサ２９からなる全波整流回路３０を用い、交流電
源１からの交流電源電圧を直流電圧に変換する。これ以
外の構成は、図１に示した第１の実施形態と同様であ
る。

【００５１】図９において、この全波整流回路３０は、
交流電源１から供給される交流電源電圧を整流ダイオー
ド３，４，２７，２８によって全波整流し、平滑コンデ
ンサ５によって平滑してこの交流電源電圧の波高値とほ
ぼ等しい電圧値の直流電圧を生成して維持する。この直
流電圧が、図１に示した第１の実施形態と同様に、昇圧
回路１０で昇圧され、この昇圧回路１０から直流電流が
平滑コンデンサ５に供給されてインバータ１８の入力直
流電圧Ｖｄが形成される。

【００５２】電動機制御装置２０による昇圧回路１０や
インバータ１８の制御も図１に示した第１の実施形態と
同様であり、この第１の実施形態と同様に、平滑コンデ
ンサ２９から昇圧回路１０のスイッチング素子９に電流
が流れ、また、図２，図３もしくは図４，図５に示した
制御が行なわれるから、電動機１９を効率良く速度制御
することができる。

【００５３】図１０は本発明による電動機駆動装置の第
３の実施形態を示すブロック図であって、２０’は電動
機制御装置、３１は交流電源電流波形検出手段、３２は
絶縁トランス、３３〜３６は整流ダイオード、３７は抵
抗、３８は交流電源電圧波形検出手段であり、図１に対
応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略す
る。

【００５４】この第３の実施形態は、図１に示した第１
の実施形態に、図１０に示すように、交流電源電流波形
検出手段３１を設けて交流電源１からの交流電源電流の
波形を検出するとともに、絶縁トランス３２と整流ダイ
オード３３〜３６からなる全波整流回路と抵抗３７とで
構成される交流電源電圧波形検出手段３８を設けて交流
電源１の交流電源電圧の波形を検出するようにし、電動
機制御装置２０’がこの交流電源電圧波形検出手段３８
から得られる交流電源電圧の波形に応じた電圧波形信号
Ｓ５と交流電源電流検出手段３１から得られる交流電源
電流の波形に応じた電流波形信号Ｓ６とをも参照して、
昇圧回路１０やインバータ１８を制御するものである。
これ以外の構成は、図１に示した第１の実施形態と同様
である。

【００５５】図１０において、交流電源電流波形検出手
段３１は、交流電源１からの交流電源電流の波形を検出
して電流波形信号Ｓ６を出力し、電動機制御装置２０’
に供給する。また、交流電源電圧波形検出手段３８で
は、交流電源１からの交流電源電圧が絶縁トランス３２
で所定の振幅の交流電圧に変換され、整流ダイオード３
３〜３６からなる全波整流回路で全波整流され、その整
流電圧の波形が抵抗３７によって検出される。この抵抗
３７によって検出される交流電源電圧の全波整流波形
は、電圧波形信号Ｓ５として、電動機制御装置２０’に
供給される。

【００５６】電動機制御装置２０’は、図１に示した第
１の実施形態と同様、直流電圧検出器１２から直流電圧
検出信号Ｓ２が、回転速度検出器２１から速度検出値Ｓ
４が夫々供給され、昇圧回路１０を制御する直流電圧指
令値Ｓ１とインバータ１８の駆動信号Ｓ３を生成するの
であるが、さらに、交流電源電圧波形検出手段３８から
得られる電圧波形信号Ｓ５と交流電源電流波形検出手段
３１から得られる電流波形信号Ｓ６を参照して直流電圧
指令値Ｓ１を制御することにより、交流電源電流の波形
を制御して力率改善を行なうとともに、交流電源電流の
高調波の抑制を行なう。

【００５７】電動機制御装置２０’は、図１に示した第
１の実施形態と同様に、図２，図３もしくは図４，図５
に示したように、昇圧回路１０やインバータ１８を制御
し、これにより、図１に示した第１の実施形態と同様
に、電動機１９を効率良く速度制御することができる。

【００５８】図１１は図１０における電動機制御装置２
０’の一具体例を示すブロック図であって、３９は乗算
器、４０は減算器であり、図６に対応する部分には同一
符号をつけて重複する説明を省略する。

【００５９】同図において、比例項のフィルタ２５の出
力信号と積分項のフィルタ２６の出力信号とを加算して
得られる信号（図６では、この信号が昇圧回路１０を制
御する直流電圧指令値Ｓ１であった）は、乗算器３９で
交流電源電圧波形検出手段３８（図１０）からの電圧波
形信号Ｓ５と乗算され、さらに、減算器４０で交流電源
電流波形検出手段３１（図１０）からの電流波形信号Ｓ
６が減算される。このようにして得られた信号が昇圧回
路１０（図１０）の駆動信号、即ち、直流電流指令値Ｓ
１である。

【００６０】この直流電圧指令値Ｓ１に応じた通流率の
ＰＷＭ信号によって昇圧回路１０のスイッチング素子９
をオン，オフ制御することにより、交流電源電流の波形
も制御されて正弦波状になり、力率改善が改善されると
ともに、交流電源電流の高調波抑制も行なわれることに
なる。

【００６１】図１１における直流電圧指令手段２４も、
先の各実施形態と同様に、図７もしくは図８に示すよう
に動作する。

【００６２】なお、図１０においては、倍電圧整流回路
１７を用いたが、図９に示した実施形態のように、全波
整流回路３０を用いるようにしてもよい。

【００６３】本発明による空気調和機は、以上の実施形
態を示した電動機駆動装置を圧縮機の電動機の駆動装置
として用いるものであり（この場合には、図１，図９及
び図１０での電動機１９が圧縮機の駆動電動機とな
る）、かかる電動機の効率のよい運転が実現する。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による電動
機駆動装置によれば、交流電源からの交流電源電圧を整
流ダイオードによって整流し、平滑コンデンサによって
この交流電源電圧の波高値のほぼ２倍或いは等しい直流
電圧を生成して維持し、この平滑コンデンサから昇圧回
路のスイッチング素子に電流を供給するので、交流電源
から直接電流を供給した場合に比べて、このスイッチン
グ素子に流れる電流を小さくすることができ、スイッチ
ング素子の損失を抑制することができる。

【００６５】また、本発明による電動機駆動装置によれ
ば、インバータの通流率が所定の値に至ったことを判断
し、この通流率がこの所定の値以上ならば、インバータ
の入力直流電圧を変化させるものであるから、電動機の
回転速度及び負荷に応じてインバータの入力直流電圧を
設定することができ、電動機を効率良く制御することが
できる。

【００６６】さらに、本発明による電動機駆動装置によ
れば、インバータの通流率が所定の値に至ったことを判
断し、この通流率が所定の値以下ならば、昇圧回路によ
ってインバータの入力直流電圧の昇圧を停止するので、
スイッチング素子の損失を抑制することができる。

【００６７】さらに、本発明による空気調和機によれ
ば、以上のような効果を奏する本発明による電動機駆動
装置を用いて運転を行なうので、効率の良い運転を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動機駆動装置の第１の実施形態
を示すブロック図である。

【図２】図１に示した第１の実施形態での電動機の出力
に対するインバータの入出力電圧の特性の一具体例を示
す図である。

【図３】図２に示したインバータの出力電圧に対するイ
ンバータの通流率の特性を示す図である。

【図４】図１に示した第１の実施形態での電動機の出力
に対するインバータの入出力電圧の特性の他の具体例を
示す図である。

【図５】図４に示したインバータの出力電圧に対するイ
ンバータの通流率の特性を示す図である。

【図６】図１における電動機制御装置の一具体例を示す
ブロック図である。

【図７】図６での直流電圧指令手段の動作の一具体例を
示すフローチャートである。

【図８】図６での直流電圧指令手段の動作の他の具体例
を示すフローチャートである。

【図９】本発明による電動機駆動装置の第２の実施形態
を示すブロック図である。

【図１０】本発明による電動機駆動装置の第３の実施形
態を示すブロック図である。

【図１１】図１０における電動機制御装置の一具体例を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 力率改善用インダクタンス素子 ３，４ 整流ダイオード ５，６ 平滑コンデンサ ７ 昇圧用インダクタンス素子 ８ ダイオード ９ スイッチング素子 １０ 昇圧回路 １１ 平滑コンデンサ １２ 直流電圧検出器 １３，１４ スイッチング素子 １８ インバータ １９ 電動機 ２０，２０’ 電動機制御装置 ２１ 回転速度検出手段 ２２ 電動機速度制御手段 ２３ インバータの通流率制御手段 ２４ インバータの直流電圧指令手段 ２５ 比例項フィルタ ２６ 積分項フィルタ ２７，２８ 整流ダイオード ２９ 平滑コンデンサ ３０ 全波整流回路 ３１ 交流電源電流波形検出手段 ３２ 絶縁トランス ３３〜３６ 整流ダイオード ３７ 抵抗 ３８ 交流電源電圧波形検出手段 ３９ 積算器 ４０ 減算器 Ｓ１ 直流電圧指令値 Ｓ２ 直流電圧検出信号 Ｓ３ インバータ駆動信号 Ｓ４ 速度検出値 Ｓ５ 電源電圧波形信号 Ｓ６ 電源電流波形信号 Ｎ 速度指令値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川端 幸雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 加藤 浩二 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 井上 徹 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源からの電源電圧を直流電圧に変
   換する倍電圧整流回路と、該交流電源と該倍電圧整流回
   路との間に直列に配置された力率改善用のインダクタン
   ス素子と、該倍電圧整流回路の出力直流電圧をこれより
   も高い電圧値の直流電圧に昇圧して出力する昇圧回路
   と、該昇圧回路の出力直流電圧を交流電圧に変換するイ
   ンバータと、該インバータの出力交流電圧により駆動さ
   れる電動機と、該電動機を可変速制御する電動機制御装
   置とを備えた電動機駆動装置において、 該倍電圧整流回路は、その平滑コンデンサによって電源
   電圧のほぼ２倍の電圧値の直流電圧を維持し、この維持
   される直流電圧を該昇圧回路の入力直流電圧とすること
   を特徴とする電動機駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電動機駆動装置におい
   て、 前記電動機制御装置は、 前記インバータの通流率を制御する流通率制御手段と前
   記昇圧回路を制御してその出力直流電圧を変化させる直
   流電圧制御手段とを備え、 該通流率制御手段は該通流率が所定の値に至ったことを
   判断し、該通流率が所定の値以上となると、該直流電圧
   制御手段が前記昇圧回路を制御して前記昇圧回路の出力
   直流電圧を変化させることを特徴とする電動機駆動装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の電動機駆動装置におい
   て、 前記電動機制御装置は、 前記インバータの通流率を制御する流通率制御手段と前
   記昇圧回路を制御してその出力直流電圧を変化させる直
   流電圧制御手段とを備え、 該通流率制御手段は該通流率が所定の値に至ったことを
   判断し、該通流率が所定の値以上となると、前記電動機
   の実回転数が電動機指令回転数と一致するように、該直
   流電圧制御手段が前記昇圧回路を制御して前記昇圧回路
   の出力直流電圧を変化させることを特徴とする電動機駆
   動装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の電動機駆動装置におい
   て、 前記電動機制御装置は、 前記インバータの通流率を制御する流通率制御手段と前
   記昇圧回路を制御してその出力直流電圧を変化させる直
   流電圧制御手段とを備え、 該通流率制御手段は該通流率が所定の値に至ったことを
   判断し、該通流率が所定の値以下となると、該直流電圧
   制御手段が前記昇圧回路を制御して前記倍電圧整流回路
   からの入力直流電圧の昇圧動作を停止させることを特徴
   とする電動機駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の電動機駆動装置におい
   て、 前記電動機制御装置は、 電源電圧波形と電源電流波形とを検出する波形検出手段
   と、該波形検出手段の検出出力に応じて前記昇圧回路の
   動作を制御する手段とを備え、 前記電源電流波形が前記電源電圧波形に近似するように
   制御することを特徴とする電動機駆動装置
6. 【請求項６】 交流電源からの電源電圧を直流電圧に変
   換する全波整流回路と、該交流電源と該全波整流回路と
   の間に直列に配置された力率改善用のインダクタンス素
   子と、該全波整流回路の出力直流電圧をこれよりも高い
   電圧値の直流電圧に昇圧して出力する昇圧回路と、該昇
   圧回路の出力直流電圧を交流電圧に変換するインバータ
   と、該インバータの出力交流電圧により駆動される電動
   機と、該電動機を可変速制御する電動機制御装置とを備
   えた電動機駆動装置において、 該全波整流回路は、その平滑コンデンサによって該電源
   電圧とほぼ同じ電圧値の直流電圧を維持し、この維持さ
   れた直流電圧を該昇圧回路の入力直流電圧とすることを
   特徴とする電動機駆動装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の電動機駆動装置におい
   て、 前記電動機制御装置は、 前記インバータの通流率を制御する通流率制御手段と前
   記昇圧回路を制御してその出力直流電圧を変化させる直
   流電圧制御手段とを備え、 該通流率制御手段は該通流率が所定の値に至ったことを
   判断し、該通流率が所定の値以上となると、該直流電圧
   制御手段が前記昇圧回路を制御して前記昇圧回路の出力
   直流電圧を変化させることを特徴とする電動機駆動装
   置。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の電動機駆動装置におい
   て、 前記電動機制御装置は、 前記インバータの通流率を制御する通流率制御手段と前
   記昇圧回路を制御してその出力直流電圧を変化させる直
   流電圧制御手段とを備え、 該通流率制御手段は該通流率が所定の値に至ったことを
   判断し、該通流率が所定の値以上となると、前記電動機
   の実回転数が電動機指令回転数と一致するように、該直
   流電圧制御手段が前記昇圧回路を制御して前記昇圧回路
   の出力直流電圧を変化させることを特徴とする電動機駆
   動装置。
9. 【請求項９】 請求項６に記載の電動機駆動装置におい
   て、 前記電動機制御装置は、 前記インバータの通流率を制御する通流率制御手段と前
   記昇圧回路を制御してその出力直流電圧を変化させる直
   流電圧制御手段とを備え、 該通流率制御手段は該通流率が所定の値に至ったことを
   判断し、該通流率が所定の値以下となると、該直流電圧
   制御手段が前記昇圧回路を制御して前記全波整流回路か
   らの入力直流電圧の昇圧動作を停止させることを特徴と
   する電動機駆動装置。
10. 【請求項１０】 交流電源からの電源電圧を直流電圧に
    変換する整流回路と、該整流回路の出力直流電圧をこれ
    よりも高い電圧値の直流電圧に昇圧して出力する昇圧回
    路と、該昇圧回路の出力直流電圧を交流電圧に変換する
    インバータと、該インバータの出力交流電圧により駆動
    される電動機と、該電動機を可変速制御する電動機制御
    装置とを備えた電動機駆動装置において、 該電動機制御装置は、 該インバータの通流率を制御する通流率制御手段と該昇
    圧回路を制御してその出力直流電圧を変化させる直流電
    圧制御手段とを備え、 該通流率制御手段は該通流率が所定の値に至ったことを
    判断し、該通流率が所定の値以下となると、該直流電圧
    制御手段が該昇圧回路を制御して前記整流回路からの入
    力直流電圧の昇圧動作を停止させることを特徴とする電
    動機駆動装置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれかに記載の電
    動機駆動装置を用いて圧縮機用電動機を駆動するように
    構成したことを特徴とする空気調和機。