JPH1094265A - モータ制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチングロスが少なく、効率的かつ経済
的であり、高い信頼性をもって容易に制御し得るモータ
制御回路を提供する。 【解決手段】 スイッチング素子４１がオフの場合には
第１のダイオードブリッジ２１と平滑コンデンサ２３，
２５からなる整流回路を全波整流回路として構成し、ス
イッチング素子４１がオンの場合には倍電圧整流回路と
して構成するとともに、該スイッチング素子４１をコン
トローラ１１によりＰＷＭ制御することにより、整流回
路の出力直流電圧を例えば約１４０ボルトから２８０ボ
ルトの範囲で可変制御し、１４０ボルトと２８０ボルト
の間のスイッチングを行い、スイッチングロスを低減し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電圧を直流電
圧に変換し、該直流電圧をパルス幅変調して直流モータ
を制御するモータ制御回路に関し、特に空気調和装置の
コンプレッサモータの制御に適したモータ制御回路に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来のモータ制御回路は、交流
電圧を倍電圧整流して、２８０ボルトの直流電圧に変換
するコンバータ部と、この２８０ボルトの直流電圧をパ
ルス幅変調（ＰＷＭ）制御して、直流モータを任意の回
転数で駆動するインバータ部とから構成され、コンバー
タ部からインバータ部に供給される２８０ボルトの直流
出力電圧はモータ回転数によらず一定である。

【０００３】また、空気調和装置に使用されているモー
タなどを駆動するために、特願平４−２５９８０３号に
開示された従来のインバータ回路において、トライアッ
クを用いて、整流回路を倍電圧整流回路および全波整流
回路に切り替え、これにより整流回路の直流出力電圧を
倍電圧整流回路の場合には約２８０ボルトに制御し、全
波整流回路の場合には約１４０ボルトに制御するととも
に、トライアックを特定の位相で導通制御することによ
り約１４０ボルトから２８０ボルトの間で可変制御して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のモータ制御回路
では、コンバータ部からインバータ部に供給される２８
０ボルトの直流電圧をインバータ部においてＰＷＭ制御
し、０ボルトと２８０ボルトとの間でスイッチングを行
っているため、大きなスイッチングロスが生じ、非効率
的であるという問題がある。

【０００５】また、スイッチ手段としてトライアックを
使用して、倍電圧整流回路と全波整流回路を切り替える
とともに、トライアックを特定の位相で導通制御して、
直流出力電圧を１４０ボルトから２８０ボルトの間で可
変制御する方法では、スイッチ手段がトライアックであ
って比較的高価であるとともに、導通制御が比較的難し
く、直流出力電圧をモータ回転数に応じて適切に制御し
難いという問題がある。

【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、スイッチングロスが少なく、
効率的かつ経済的であり、高い信頼性をもって容易に制
御し得るモータ制御回路を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、交流電圧を直流電圧に整
流する整流回路と、該整流回路に接続され、一方の状態
において前記整流回路を倍電圧整流回路として構成し、
他方の状態において前記整流回路を全波整流回路として
構成するスイッチング手段と、該スイッチング手段をパ
ルス幅変調制御して所望の電圧を前記整流回路の出力と
して生成するパルス幅変調制御手段と、該パルス幅変調
制御手段で生成された電圧を供給され、直流モータを駆
動するインバータ手段とを有することを要旨とする。

【０００８】請求項１記載の本発明にあっては、整流回
路を一方の状態において倍電圧整流回路として構成し、
他方の状態において全波整流回路として構成するスイッ
チング手段をパルス幅変調制御して、所望の電圧を生成
し、該電圧をインバータ手段に供給して直流モータを駆
動しているため、整流回路の出力を例えば約１４０ボル
トから２８０ボルトの範囲で可変制御させることがで
き、１４０ボルトと２８０ボルトの間のスイッチングで
あり、従来の０ボルトと２８０ボルトの間のスイッチン
グに比較してスイッチングロスが少なく効率的である。

【０００９】また、請求項２記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記整流回路が交流電圧を直流電
圧に整流する第１のダイオードブリッジと、該第１のダ
イオードブリッジで整流された直流電圧を平滑すべく直
列接続された一対のコンデンサとを有し、前記スイッチ
ング手段が前記一対のコンデンサの接続点と前記第１の
ダイオードブリッジとの間に接続された第２のダイオー
ドブリッジと、該第２のダイオードブリッジの出力端間
に接続され、オン時には前記整流回路を倍電圧整流回路
として構成し、オフ時には前記整流回路を全波整流回路
として構成するスイッチング素子とを有することを要旨
とする。

【００１０】請求項２記載の本発明にあっては、第１の
ダイオードブリッジと一対のコンデンサで整流回路を構
成し、一対のコンデンサの接続点と第１のダイオードブ
リッジとの間に接続された第２のダイオードブリッジと
該第２のダイオードブリッジの出力端間に接続されたス
イッチング素子でスイッチング手段を構成し、スイッチ
ング素子のオン時には整流回路を倍電圧整流回路として
作用させ、オフ時には全波整流回路として作用させるた
め、該スイッチング素子をＰＷＭ制御することにより、
整流回路の出力直流電圧を例えば約１４０ボルトから２
８０ボルトの範囲で可変制御して、１４０ボルトと２８
０ボルトの間のスイッチングが可能であり、スイッチン
グロスを低減することができる。

【００１１】更に、請求項３記載の本発明は、請求項１
または２記載の発明において、前記スイッチング手段の
両端に接続された共振回路を有することを要旨とする。

【００１２】請求項３記載の本発明にあっては、スイッ
チング手段の両端に共振回路を接続しているため、イン
バータ手段のすべてのトランジスタに共振回路を付加し
なくても、スイッチングロスを経済的に低減することが
できる。

【００１３】請求項４記載の本発明は、請求項１ないし
３のいずれかに記載の発明において、前記スイッチング
素子が前記整流回路を全波整流回路として構成し、該全
波整流回路に電流が流れていないときに、該スイッチン
グ手段をオンするように制御する制御手段を有すること
を要旨とする。

【００１４】請求項４記載の本発明にあっては、電流が
流れていないときに、スイッチング手段をオンするよう
に制御するため、電流の導通角を広げ、力率を改善する
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施形態に係わるモー
タ制御回路の構成を示す回路図である。同図に示すモー
タ制御回路は、例えば空気調和装置のＤＣモータ１を駆
動するものであり、交流電源３からの交流電圧をリアク
タ５を介して供給され、該交流電圧を直流電圧に変換す
るコンバータ部７、該コンバータ部７からの直流電圧を
パルス幅変調制御して、ＤＣモータ１を所望の回転数で
回転駆動するインバータ部９、前記コンバータ部７およ
びインバータ部９を制御するコントローラ１１を有す
る。

【００１７】コンバータ部７は、ダイオード１３，１
５，１７，１９からなる第１のダイオードブリッジ２１
と、該第１のダイオードブリッジ２１の出力端間に直列
接続された一対の平滑コンデンサ２３，２５と、第１の
ダイオードブリッジ２１の入力端の一方と平滑コンデン
サ２３，２５の接続点との間に接続され、ダイオード３
１，３３，３５，３７からなる第２のダイオードブリッ
ジ３９と、該第２のダイオードブリッジ３９の中間接続
点間に接続されたスイッチング素子４１とから構成され
ている。

【００１８】コンバータ部７のスイッチング素子４１
は、コントローラ１１からの制御信号によりオン／オフ
制御され、スイッチング素子４１がオフの場合には、第
２のダイオードブリッジ３９で接続される第１のダイオ
ードブリッジ２１の一方の入力端と平滑コンデンサ２
３，２５の接続点との間は切断され、これにより第１の
ダイオードブリッジ２１と平滑コンデンサ２３，２５か
らなる整流回路は全波整流回路として構成され、またス
イッチング素子４１がオンの場合には、第１のダイオー
ドブリッジ２１の一方の入力端と平滑コンデンサ２３，
２５の接続点との間は接続され、これにより第１のダイ
オードブリッジ２１と平滑コンデンサ２３，２５からな
る整流回路は倍電圧整流回路として構成される。

【００１９】そして、交流電源３の交流電圧の実効値が
例えば１００ボルトの場合において、スイッチング素子
４１がコントローラ１１によりオフに制御され、コンバ
ータ部７の整流回路が全波整流回路に構成された場合に
は、インバータ部９に供給されるコンバータ部７の直流
出力電圧、すなわち平滑コンデンサ２３，２５の両端の
直流電圧は約１４０ボルトとなり、またスイッチング素
子４１がオンに制御され、コンバータ部７の整流回路が
倍電圧整流回路に構成された場合には、コンバータ部７
の直流出力電圧は約２８０ボルトになる。更に、スイッ
チング素子４１をコントローラ１１によってＰＷＭ制御
（パルス幅変調制御）した場合には、インバータ部９に
供給されるコンバータ部７の直流出力電圧を約１４０ボ
ルト〜約２８０ボルトの範囲で変化させることができ
る。

【００２０】また、インバータ部９は、コントローラ１
１からのモータ制御信号により駆動制御され、これによ
りコンバータ部７から供給される直流出力電圧をＰＷＭ
制御し、ＤＣモータ１を所望の回転数で駆動制御するよ
うになっている。更に詳しくは、コントローラ１１は、
コンバータ部７からの直流出力電圧およびモータ回転数
を入力信号として供給され、これによりＤＣモータ１の
回転数が所望の回転数になるようにコンバータ部７およ
びインバータ部９を制御するようになっている。

【００２１】以上のように構成されるモータ制御回路に
おいては、コンバータ部７のスイッチング素子４１をコ
ントローラ１１がオン／オフ制御することにより、コン
バータ部７を倍電圧整流回路または全波整流回路として
作用させ、これによりスイッチング素子４１がオフの場
合にはインバータ部９に供給される直流出力電圧は約１
４０ボルトに制御し、またスイッチング素子４１がオン
の場合にはインバータ部９への直流出力電圧を約２８０
ボルトに制御し、更にコントローラ１１がスイッチング
素子４１をＰＷＭ制御した場合には、インバータ部９へ
の直流電圧を約１４０ボルトから約２８０ボルトの範囲
で自在に可変制御することができる。

【００２２】そして、ＤＣモータ１の回転数制御は、該
モータ１に印加される直流電圧を可変させることにより
行われるが、この印加直流電圧が１４０ボルトから２８
０ボルトの範囲の場合にはコンバータ部７のスイッチン
グ素子４１をコントローラ１１によってＰＷＭ制御し
て、その直流出力電圧を変化させて行うことができ、モ
ータへの印加直流電圧が１４０ボルト未満の場合には、
スイッチング素子４１をオフにして、コンバータ部７の
直流出力電圧を１４０ボルトに設定しながら、インバー
タ部９でコンバータ部７からの１４０ボルトの直流電圧
をＰＷＭ制御して、モータ回転数に応じた所望の電圧を
ＤＣモータ１に印加して行うことができる。

【００２３】従って、従来のように、コンバータ部から
インバータ部に供給される２８０ボルトの直流電圧をイ
ンバータ部においてＰＷＭ制御することにより、２８０
ボルト以下の直流電圧を生成してモータに印加する場合
においては、インバータ部におけるスイッチングが０ボ
ルトと２８０ボルトとの間で行われるため、大きなスイ
ッチングロスが生じるのに対して、本発明においてコン
バータ部７からインバータ部９に供給される直流電圧が
１４０ボルトから２８０ボルトの範囲ではモータ印加電
圧はコンバータ部７のＰＷＭ制御により制御されるの
で、インバータ部９でＰＷＭ制御する必要はなく、イン
バータ部でのスイッチングロスは生じない上に、コンバ
ータ部７でのスイッチングは１４０ボルトと２８０ボル
トの間で行われるものであるため、従来の０ボルトと２
８０ボルトとの間で行われる場合に比較して、スイッチ
ングロスは少なく、全体の効率は良好である。

【００２４】また、本発明において、モータ印加電圧が
１４０ボルト以下の場合には、スイッチング素子４１を
オフにし、コンバータ部７からインバータ部９への直流
出力電圧を１４０ボルトに設定しながら、インバータ部
９のＰＷＭ制御により０ボルトと１４０ボルトとの間で
スイッチングして、モータ印加電圧を制御するため、従
来の０ボルトと２８０ボルトの間のスイッチングに比較
して、スイッチングロスが少ないとともに、またコンバ
ータ部でのスイッチングロスはないので、全体の効率は
本発明の方が良好である。

【００２５】更に、上述した従来のように、スイッチ手
段としてトライアックを使用して、倍電圧整流回路と全
波整流回路を切り替えるとともに、トライアックを特定
の位相で導通制御して、直流出力電圧を１４０ボルトか
ら２８０ボルトの間で可変制御する方法では、導通制御
が比較的難しく、直流出力電圧をモータ回転数に応じて
適切に制御し難いのに対して、本発明では、ダイオード
ブリッジとトランジスタのような通常のスイッチング素
子で可能であり、きめ細かく電圧値を制御できる。しか
も、素子が容易に入手でき、比較的安価であるととも
に、ＰＷＭ制御し易いという利点がある。すなわち、従
来技術ではトライアックを特定の位相で導通制御して直
流出力電圧を可変制御するのに対して、本発明ではトラ
ンジスタのようなスイッチング素子をＰＷＭ制御すると
いう点が特に大きな相違点であるが、コントローラ１１
によりＰＷＭ制御する技術はインバータ部９をＰＷＭ制
御する技術と同じであり、特定の位相での導通制御に比
較して、高い信頼性をもって経済的に行うことが可能で
ある。

【００２６】図２は、本発明の他の実施形態に係わるモ
ータ制御回路の構成を示す回路図である。同図に示すモ
ータ制御回路は、図１に示したモータ制御回路において
コンバータ部７のスイッチング素子４１の両端に共振回
路４３を接続した点のみが異なるものであり、その他の
構成および作用は図１のものと同じである。

【００２７】図２に示すように、スイッチング素子４１
の両端に共振回路４３を接続することにより、スイッチ
ングロスを低減でき、これによりインバータ部９に使用
されている複数の、具体的には６個のトランジスタのす
べてに共振回路を付加しなくても、スイッチングロスを
簡単に低減することができる。

【００２８】図３は、本発明の別の実施形態に係わるモ
ータ制御回路の構成を示す回路図である。同図に示すモ
ータ制御回路は、図１に示すモータ制御回路においてイ
ンバータ部９を削除し、コンバータ部７の出力に負荷４
５を直接接続するとともに、コントローラ１１に入力さ
れるモータ回転数の代わりに入力交流電圧を入力するよ
うに構成したものである。

【００２９】このように構成されるものにおいて、スイ
ッチング素子４１をオフにして全波整流回路として動作
させた時に、交流電源３の交流電圧の１周期内において
電圧ピーク付近だけに電流が流れ、これにより電流の導
通角が狭くなり、力率が低いことになるが、本実施形態
は、コントローラ１１からのオン／オフ制御により、電
流が流れていない期間にスイッチング素子４１をオンす
るように制御し、これにより導通角を広げ、力率を改善
しているものである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の本
発明によれば、整流回路を一方の状態において倍電圧整
流回路として作用させ、他方の状態において全波整流回
路として作用させるスイッチング手段をパルス幅変調制
御して、所望の電圧を生成し、該電圧をインバータ手段
に供給して直流モータを駆動しているので、整流回路の
出力を例えば約１４０ボルトから２８０ボルトの範囲で
可変制御させることができ、１４０ボルトと２８０ボル
トの間のスイッチングであり、従来の０ボルトと２８０
ボルトの間のスイッチングに比較してスイッチングロス
が少なく効率的であるとともに、従来のようにスイッチ
手段としてトライアックを使用し、該トライアックを特
定の位相で導通制御する方法に比較して、パルス幅変調
制御により高い信頼性をもって経済的かつ容易に制御す
ることが可能である。

【００３１】また、請求項２記載の本発明によれば、第
１のダイオードブリッジと一対のコンデンサで整流回路
を構成し、一対のコンデンサの接続点と第１のダイオー
ドブリッジとの間に接続された第２のダイオードブリッ
ジと該第２のダイオードブリッジの出力端間に接続され
たスイッチング素子でスイッチング手段を構成し、スイ
ッチング素子のオン時には整流回路を倍電圧整流回路と
して作用させ、オフ時には全波整流回路として作用させ
るので、該スイッチング素子をＰＷＭ制御することによ
り、整流回路の出力直流電圧を例えば約１４０ボルトか
ら２８０ボルトの範囲で可変制御して、１４０ボルトと
２８０ボルトの間のスイッチングが可能であり、スイッ
チングロスを低減することができる。

【００３２】更に、請求項３記載の本発明によれば、ス
イッチング手段の両端に共振回路を接続しているので、
インバータ手段のすべてのトランジスタに共振回路を付
加する必要がなく、スイッチングロスを経済的に低減す
ることができる。

【００３３】請求項４記載の本発明によれば、電流が流
れていないときに、スイッチング手段をオンするように
制御するので、電流の導通角を広げ、力率を改善するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わるモータ制御回路の
構成を示す回路図である。

【図２】本発明の他の実施形態に係わるモータ制御回路
の構成を示す回路図である。

【図３】本発明の別の実施形態に係わるモータ制御回路
の構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１ ＤＣモータ ３ 交流電源 ７ コンバータ部 ９ インバータ部 １１ コントローラ ２１ 第１のダイオードブリッジ ２３，２５ 平滑コンデンサ ３９ 第２のダイオードブリッジ ４１ スイッチング素子 ４３ 共振回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２ Ｈ０２Ｐ 7/63 ３０２Ｎ (72)発明者 宮崎 浩 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝住空間システム技術研究所内 (72)発明者 大野 雅昭 東京都港区新橋３丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を直流電圧に整流する整流回路
   と、 該整流回路に接続され、一方の状態において前記整流回
   路を倍電圧整流回路として構成し、他方の状態において
   前記整流回路を全波整流回路として構成するスイッチン
   グ手段と、 該スイッチング手段をパルス幅変調制御して所望の電圧
   を前記整流回路の出力として生成するパルス幅変調制御
   手段と、 該パルス幅変調制御手段で生成された電圧を供給され、
   直流モータを駆動するインバータ手段とを有することを
   特徴とするモータ制御回路。
2. 【請求項２】 前記整流回路は、交流電圧を直流電圧に
   整流する第１のダイオードブリッジと、該第１のダイオ
   ードブリッジで整流された直流電圧を平滑すべく直列接
   続された一対のコンデンサとを有し、 前記スイッチング手段は、前記一対のコンデンサの接続
   点と前記第１のダイオードブリッジとの間に接続された
   第２のダイオードブリッジと、該第２のダイオードブリ
   ッジの出力端間に接続され、オン時には前記整流回路を
   倍電圧整流回路として構成し、オフ時には前記整流回路
   を全波整流回路として構成するスイッチング素子とを有
   することを特徴とする請求項１記載のモータ制御回路。
3. 【請求項３】 前記スイッチング手段の両端に接続され
   た共振回路を有することを特徴とする請求項１または２
   記載のモータ制御回路。
4. 【請求項４】 前記スイッチング素子が前記整流回路を
   全波整流回路として構成し、該全波整流回路に電流が流
   れていないときに、該スイッチング手段をオンするよう
   に制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１
   ないし３のいずれかに記載のモータ制御回路。