JPH114596A - 電動機駆動装置およびこれを用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転状況に応じて、電動機の制御を切り換
え、常時最高の総合効率で作動する省エネルギータイプ
の電動機駆動装置を提供する。 【解決手段】 交流電力を整流回路３で整流して平滑回
路５で平滑し、平滑した直流電圧をインバータ回路６に
供給して電動機８を駆動する電動機駆動装置において、
電動機８の回転数が予め定めた所定の回転数Ｎｏ以下で
は、整流回路３の前段または後段に設けた降圧ＰＡＭ制
御回路でインバータ回路６への入力電圧を降圧ＰＡＭ制
御し、上記回転数Ｎｏ以上では、インバータ回路６への
入力電圧を一定の高電圧で且つ、電動機８の回転数指令
値ａ６に応じたＰＷＭ変調の施された電圧にする。

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
た電動機駆動装置およびこれを用いた空気調和機に係
り、インバータの入力電圧を可変制御するとともにイン
バータの出力周波数、出力電圧も制御可能とし、電動機
に交流電力を供給することにより、回転速度制御を行う
ようにした電動機駆動装置およびこれを用いた空気調和
機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インバータを用いた電動機駆動装置の従
来技術としては、例えば特開昭５９−１８１９７３号公
報に記載のように、インバータの出力電圧の制御をイン
バータの入力電圧を制御して行う領域と、入力電圧は一
定のままでインバータの通電率を制御して行う領域とに
分けるものが提案されている。

【０００３】また、特開平６−１０５５６３号公報に
は、整流回路とインバータ間に昇圧回路を設け、インバ
ータの直流電圧を所定の一定の電圧に保ったままインバ
ータをＰＷＭ制御したり、昇圧回路によりインバータの
直流入力電圧をＰＡＭ制御する技術が開示されている。

【０００４】これらは、いずれもインバータの出力電圧
が所定値以下の範囲では、インバータで可変周波数、可
変電圧を制御して電動機をＰＷＭ制御し、インバータの
出力電圧が所定値以上の範囲では昇圧ＰＡＭ制御を行
い、インバータ入力電圧（可変電圧）を制御し、インバ
ータでは可変周波数制御のみを行うようにしたもの、ま
たはその中間の処置として昇圧ＰＡＭ制御とＰＷＭ制御
を組み合わせたものであった。

【０００５】図１０および図１１は、上記の従来例に相
当するもので、インバータ６の出力電圧が所定値以下で
は電動機８をＰＷＭ制御し、所定値以上ではインバータ
へ入力する電圧を昇圧ＰＡＭ制御するようにしている。
両図において、交流電源１より供給される交流電圧は、
全波整流器３１で整流された後、チョークコイル４７，
４８、パワーデバイス４３，４４および高速リカバリー
ダイオード４５，４６より成る電圧制御回路４１，４２
に供給され、ここで昇圧ＰＡＭ制御される。そして平滑
回路５で平滑された直流電圧がインバータ６を介して電
動機８に供給される。

【０００６】ロータ位置検出回路７で検出した電動機８
の回転数検出信号ａ５により、電動機８の回転数を検出
し、インバータ６の出力電圧が上記所定値より低いとき
には、電動機駆動制御回路９より導出される制御信号ａ
３でインバータ６を制御し、インバータ６のＰＷＭ制御
で電動機８を所定の回転数に駆動する。

【０００７】また、インバータ６の出力電圧が上記の所
定値より高いときには、電動機駆動制御回路９より導出
される制御信号ａ２及びａ３で電圧制御回路４１、４２
を昇圧ＰＡＭ制御するとともにインバータ６を制御し、
電動機８の入力電圧を図１２に示すように昇圧ＰＡＭ制
御する。図１０、１１において、２３は電圧制御回路４
１，４２の出力電圧を検出する電圧検出回路であり、こ
の電圧検出回路２３で検出した直流電圧は制御信号ａ４
として、上記電動機駆動制御回路９に供給する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による電
動機駆動装置では、電動機回転数が高い範囲で昇圧ＰＡ
Ｍ制御を行っていた。こうすることで電動機をインバー
タのＰＷＭ制御のみで行う場合より高い電動機回転数が
得られる。しかし、省エネルギーという観点から見ると
昇圧ＰＡＭ制御での回路損失が無視できないレベルにな
る。

【０００９】一般に誘導負荷に対する電動機の効率をＰ
ＡＭ制御とＰＷＭ制御で比較すると、電動機の回転数と
効率の関係は図４に示すようになる。このように電動機
の効率がＰＷＭ制御よりＰＡＭ制御の方が高くなるの
は、ＰＷＭ制御ではスイッチング周波数に伴う高周波電
流に起因した鉄損（うず電流損）がＰＡＭ制御に比べ増
大していることがあげられる。そして、電動機の回転数
が高くなればなるほどＰＷＭ制御のスイッチング周波数
が低くなるので上記の鉄損が抑えられ、ＰＡＭ制御の場
合との効率の差が小さくなる。

【００１０】一方、電動機を駆動する電装回路の効率を
ＰＷＭ制御とＰＡＭ制御の場合で比較すると図５に示す
ようになる。図５に示すように、電動機の回転数に対す
る電装回路の効率は、回転数の全域に亘って、ＰＷＭ制
御の方が高いが、回転数の低い領域でＰＷＭ制御時の効
率低下が著しい。

【００１１】従って、省エネルギーという観点では、上
記電動機の効率と電装回路の効率を合わせた総合効率で
判断することが必要になる。図６は電動機の回転数に対
する総合効率の変化を示すものである。図６から明らか
なように、電動機の回転数が高い領域ではＰＷＭ制御の
方がＰＡＭ制御より高効率になるが、回転数の低い領域
では逆になる。

【００１２】上記従来技術は、電動機の回転数が低い領
域ではＰＷＭ制御を行い、回転数が高い領域では昇圧Ｐ
ＡＭ制御を行っているので、全回転数の領域に亘って、
総合効率の低い使い方をしており、省エネルギーの観点
から損失が大きいという問題があった。特に近年、電動
機を使用した空気調和機等は終日電源を投入した状態で
使用するケースが増えている。

【００１３】この場合、電動機の回転数が高いフル稼動
状態は時間的に短く、大半は回転数が低い待機状態ある
いは一部機能だけが作動している状態にある。従って、
電源投入期間の大半を占める回転数が低い領域での効率
を上げることは省エネルギーの観点からは極めて重要な
問題である。

【００１４】本発明は、上記の問題を解決するため、電
動機の回転数が低い領域では降圧ＰＡＭ制御を行い、回
転数が高い領域ではＰＷＭ制御を行うようにして、省エ
ネルギー化を図ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、請求項１記載の電動機駆動装置は、交流
電圧を直流電圧に変換する整流手段と、上記直流電圧を
一定電圧に平滑する平滑手段と、該平滑手段により平滑
された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ手段
と、このインバータ手段により駆動される電動機と、該
電動機の回転数が指令値に一致するように上記平滑手段
により平滑された直流電圧を制御するため上記整流手段
の前段または後段に設けた電圧制御手段と、上記電動機
を指令の回転数で運転するようにインバータ手段の出力
周波数と出力電圧を制御する電動機駆動制御手段を設
け、上記電動機の回転数が、予め定めた所定の値以下の
領域では、上記電圧制御手段で電動機駆動制御手段から
の制御信号に応じて、入力電圧のオンとオフの時間比を
制御して所定のレベルの出力電圧を得る降圧ＰＡＭ制御
を行わせて、上記インバータ手段の出力電圧を制御し、
上記電動機の回転数が上記所定の値以上の領域では、上
記電動機駆動制御手段からの制御信号で上記インバータ
手段に入力される信号をＰＷＭ制御して、電動機に指令
された回転数に応じた電圧を供給するようにしたことを
特徴とする。

【００１６】上記整流手段の前段に設けた電圧制御手段
は、電圧通電率制御ができる半導体素子であり、またこ
の半導体素子を短絡する開閉手段を設けたことを特徴と
する。

【００１７】また、上記整流手段の後段に設けた電圧制
御手段は、パワーデバイス、チョークコイルおよび高速
リカバリーダイオードで構成した降圧ＰＡＭ制御回路で
あり、またこの降圧ＰＡＭ制御回路を短絡する開閉手段
を設けたことを特徴とする。

【００１８】上記整流手段は、倍電圧整流回路、全波整
流回路および半波整流回路を選択できる選択回路を備
え、この選択回路により、上記降圧ＰＡＭ制御時には、
全波整流または半波整流を選択し、ＰＷＭ制御時には倍
電圧整流回路を選択するようにしたことを特徴とする。

【００１９】上記電動機駆動装置を圧縮機用の電動機駆
動装置に用いたことを特徴とする空気調和機であり、ま
た、上記空気調和機の圧縮機起動時に圧縮機用電動機の
回転数指令値に応じて、上記倍電圧整流回路、全波整流
回路および半波整流回路のいずれかの整流回路を選択す
る選択手段を設けたことを特徴とする。

【００２０】従って、交流電源より供給された交流電圧
は、整流手段で直流に変換された後、平滑手段で一定の
直流電圧に平滑されインバータ手段に供給される。この
インバータ手段は電動機駆動制御手段から供給される制
御信号で制御され、電動機に所定の周波数で所定の電圧
を供給し、電動機を所定の回転数で回転させる。この場
合、上記平滑電圧が所定値より低いときは、上記整流手
段の前段または後段に設けた電圧制御手段により、電動
機の回転数が指令値に一致するように、上記の平滑され
た直流電圧を制御し、また、上記平滑電圧が所定値より
高いときは電動機が指令の回転数で運転するようにイン
バータ手段の出力周波数と出力電圧を制御する。

【００２１】上記平滑電圧が所定値より低い場合、上記
電圧制御手段は、上記電動機駆動制御手段からの制御信
号で降圧ＰＡＭ制御され、インバータ手段の入力端子に
上記電動機を所定の回転数で回転させるに必要な直流入
力電圧を供給する。この場合、インバータ手段は、ＰＷ
Ｍ制御は行わず、電動機に回転数に対応したレベルの電
圧を供給する。

【００２２】逆に上記平滑電圧が所定値より高い場合
は、上記電動機駆動制御手段により、上記インバータ手
段を制御して電動機を高電圧でＰＷＭ制御する。この場
合、上記整流手段の前段あるいは後段に設けた電圧制御
手段は短絡するか、電圧制御手段に設けた制御素子を常
時ＯＮになるように制御する。

【００２３】従って、電動機は全回転数の範囲に亘っ
て、電動機駆動装置としての総合効率の高い状態で作動
させることができ、省エネルギー化を図ることができ
る。

【００２４】また、上記整流手段の前段に設けた電圧制
御手段は、電圧通電率制御ができるトライアック等の半
導体素子で構成されるので、この半導体素子の導通角を
電動機駆動制御手段により制御することによって、イン
バータ手段より電動機に印加する電圧のレベルを簡単に
制御することができる。

【００２５】この制御は、電動機の回転数が予め定めた
所定の回転数より低い場合のＰＡＭ制御時に行われる。
また、トライアック等の半導体素子による電圧通電率制
御の精度を上げるために、インバータ手段への入力電圧
の所定値で全波整流と半波整流を切り換えるようにして
もよい。この切り換えは、交流電圧のゼロクロス点で行
うようにする。

【００２６】また、上記半導体素子を短絡する開閉手段
を設けているので、整流手段の前段に設けた電圧制御手
段を選択的に駆動状態にすることができる。即ち、上記
開閉手段により、ＰＷＭ制御を行う上記整流手段の後段
に設けた電圧制御手段の作動時には、上記半導体素子を
短絡して、整流手段の前段に設けた電圧制御手段が実質
的に省かれた状態にする。この場合、上記開閉手段によ
り整流回路の前段に設けた電圧制御手段を短絡する代わ
りにトライアック等の半導体素子を常時ＯＮにしてもよ
いが、ＯＮ損失が生じ、省エネルギー効果が薄らぐこと
になる。

【００２７】上記整流手段の後段には、パワーデバイ
ス、チョークコイルおよび高速リカバリーダイオードで
構成した降圧コンバータ回路より成る電圧制御手段が設
けられているので、上記パワーデバイスのＯＮデューテ
ィを電動機駆動制御手段により制御することによって、
降圧ＰＡＭ制御によるインバータ手段への直流入力電圧
の制御を行わせることができ、インバータ手段より電動
機に回転数に応じた電圧を供給することができる。この
場合もインバータ手段ではＰＷＭ制御を行わず周波数の
みを制御する。

【００２８】ここで降圧コンバータ回路による平滑直流
電圧制御は、電動機の実回転数と目標回転数を電動機駆
動制御手段で比較演算し、電動機の実回転数が目標回転
数より低い時は、降圧コンバータ回路のパワーデバイス
のＯＮデューティを上昇させて、上記平滑直流電圧を上
げ、また、電動機の実回転数が目標回転数より高いとき
は、降圧コンバータ回路のパワーデバイスのＯＮデュー
ティを下げて、上記平滑直流電圧を下げるようにする。

【００２９】この制御は、電動機の回転数が、予め定め
られた所定の回転数より低い場合のＰＡＭ制御時に行わ
れる。そして、パワーデバイスのＯＮデューティによる
電圧制御の精度を上げるため、インバータ手段への入力
電圧の所定値で全波整流と半波整流を切り換えるように
し、この切り換えを交流電圧のゼロクロス電圧で行うよ
うにしてもよい。

【００３０】また、上記降圧コンバータ回路を短絡する
開閉手段を設けているので、整流手段の後段に設けた電
圧制御手段を選択的に駆動状態にすることができる。即
ち、上記開閉手段によりＰＷＭ制御時や、上記整流手段
の前段に設けた電圧制御手段の作動時には、上記降圧コ
ンバータ回路を短絡して、整流手段の後段に設けた電圧
制御手段が実質的に省かれた状態にする。この場合、開
閉手段により整流回路の後段に設けた電圧制御手段を短
絡する代わりに降圧コンバータ回路のパワーデバイスを
常時ＯＮにしてもよいが、ＯＮ損失が生じ省エネルギー
効果が多少薄らぐことになる。

【００３１】また、上記整流手段は、選択回路により、
倍電圧整流回路、全波整流回路および半波整流回路を選
択できるようにしているので、電動機の指令回転数に応
じて、電動機に印加する電圧を生成するのに最も適した
整流回路を選択することができる。

【００３２】この場合、電動機の回転数が予め定めた所
定の回転数より低く、ＰＡＭ制御が行われている領域の
中でも、回転数が低い場合は、電動機に印加する電圧は
最も低くなるので、選択回路により半波整流回路を選択
し、ＰＡＭ制御が行われる領域の中では、回転数が高い
場合は選択回路により全波整流回路を選択する。電動機
の回転数が予め定めた所定の回転数より高くＰＷＭ制御
を行う場合は、電動機に印加する電圧は最も高くなるの
で選択回路により、倍電圧整流回路を選択してインバー
タ手段への入力直流電圧として高い電圧を生成する。

【００３３】また、上記の電動機駆動装置を空気調和機
の圧縮機用の電動機駆動装置として使用するので、あら
ゆる負荷状態において総合効率の高い空気調和機を得る
ことができる。また選択手段により圧縮機の起動時に電
動機の回転指令値に応じた電圧を生成するのに適した整
流回路を倍電圧整流回路、全波整流回路および半波整流
回路より選択することができるので、インバータ手段に
よる圧縮機用電動機の回転制御を効率よく行わせること
ができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施形
態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の電動機
駆動装置の構成図であり、図１０、１１に示す従来例に
対応する部分は同一符号で示す。図１において、交流電
源１から供給される交流電圧は、整流回路３で整流され
て非平滑直流電圧として導出される。この非平滑直流電
圧は、平滑回路５で平滑されて直流電圧となり、インバ
ータ入力電圧としてインバータ回路６に供給される。イ
ンバータ回路６では入力された直流電圧を可変周波数、
可変電圧の交流電圧として電動機８に印加する。

【００３５】電動機８として誘導電動機、または直流電
動機があるが、誘導電動機の場合、インバータ回路の出
力周波数、出力電圧で電動機８の回転数を制御し、直流
電動機の場合、回転数は入力電圧の値に比例するので、
インバータ回路の出力電圧で電動機８の回転数を制御し
ている。

【００３６】本実施形態では、電動機８として直流電動
機を用いた場合の制御について述べる。ここで、上記イ
ンバータ回路６の入力電圧を制御する手段として、上記
整流回路の前段に電動機駆動制御回路９からの制御信号
ａ１で交流電圧の通電率が制御されるトライアック等の
半導体素子で構成した電圧制御回路２を設け、整流回路
３の後段には、上記電動機駆動制御回路９からの制御信
号ａ２でＯＮデューティが制御されるパワーデバイス１
７、高速リカバリーダイオード（ＦＲＤ）１８およびチ
ョークコイル１９よりなる降圧コンバータ回路４を設け
る。また、上記平滑回路５の平滑直流電圧を検出する手
段として、平滑回路５の前段に抵抗１０と１１より成る
分圧回路を設け、この分圧回路で分圧した電圧を制御信
号ａ４として上記電動機駆動制御回路９に入力する。

【００３７】また、電動機８が直流電動機の場合は、そ
の回転数を検出する回転数検出手段として、インバータ
回路６と電動機８の間に電動機８のロータ位置を検出す
るロータ位置検出回路７を設ける。このロータ位置検出
回路７より導出されるロータ位置検出信号ａ５は、電動
機８の回転数演算用信号を兼ねた信号として電動機駆動
制御回路９に入力される。

【００３８】電動機駆動制御回路９では回転数指令値ａ
６と上記ロータ位置検出信号ａ５より演算した電動機８
の回転数を比較して、制御信号ａ１またはａ２を導出
し、この制御信号ａ１またはａ２により、電圧制御回路
２または降圧コンバータ回路４を制御して、上記インバ
ータ回路６に入力する直流電圧を制御するとともに、イ
ンバータ回路６をドライブする制御信号ａ３を出力す
る。

【００３９】図２および図３は、本発明の具体的な回路
構成を示すものである。図２は、図１における電圧制御
回路２での降圧ＰＡＭ制御としてトライアック１３によ
り交流電圧制御を行った場合の回路例であり、図１に対
応する部分には同一符号を付し、説明を省略する。交流
電源１より供給される交流電圧は、トライアック１３で
電圧通電率制御が行われ、リアクトル１２を介して、ダ
イオードブリッジ回路３１で構成した全波整流回路３１
に入力される。

【００４０】ここで、リアクトル１２は力率改善用コイ
ルであり、リレー１４はトライアック１３の短絡用リレ
ーであり、リレー１５は上記ダイオードブリッジ回路３
１の１辺に直列に設けられ、ダイオードブリッジ回路３
１を全波整流と半波整流に切り換えるリレーであり、リ
レー１６は充電回路２１と共働して、上記ダイオードブ
リッジ回路３１を選択的に倍電圧整流回路に切り換える
リレーである。

【００４１】上記の構成により、リレー１４，１５，１
６のすべてをＯＮにすると倍電圧整流回路となり、上記
リレー１５をＯＮにし、リレー１４，１６をＯＦＦにす
ると全波整流回路になり、リレー１４，１５，１６のす
べてをＯＦＦにすると半波整流回路になる。上記ダイオ
ードブリッジ回路３１より上述するようにして得られた
直流電圧は平滑回路５で平滑され、インバータ入力電圧
としてインバータ回路６に入力される。また、この平滑
された直流電圧は抵抗１０，１１で分圧され、インバー
タ回路６への直流入力電圧を示す制御信号ａ４として電
動機駆動制御回路９に入力される。

【００４２】電動機駆動制御回路９に回転数指令値ａ６
として入力される電動機８の回転数が予め定めた所定の
値より低い場合は、上記リレー１４，１５，１６をすべ
てＯＦＦにして半波整流にするか、リレー１５のみをＯ
Ｎにして全波整流にして、トライアック１３により電動
機８を降圧ＰＡＭ制御する。

【００４３】また、電動機駆動制御回路９に回転数指令
値ａ６として入力される電動機８の回転数が予め定めた
所定の値より高い場合は、上記リレー１４，１５，１６
をすべてＯＮにして倍電圧整流を行わせるとともに、ト
ライアック１３を短絡する。そして、インバータ回路６
より電動機８を回転させる回転数に応じてパルス幅変調
された一定の高い電圧を電動機８に供給し、該電動機を
ＰＷＭ制御する。

【００４４】ここで、上記トライアック１３を用いた電
圧制御、即ち降圧ＰＡＭ制御は、トライアック１３の通
電率を制御する場合、交流電源１のゼロクロス電圧を基
準にして制御するものと、抵抗２２を流れる電流を検出
しゼロクロス電流を基準として制御する手法があり、い
ずれの制御を行わせてもよい。

【００４５】図３は、図２に示すダイオードブリッジ回
路３１の前段に設けた電圧制御回路２をなくし、降圧Ｐ
ＡＭ制御として整流回路３の後段にパワーデバイス１
７、高速リカバリーダイオード（ＦＲＤ）１８およびチ
ョークコイル１９よりなる降圧型ＰＡＭ制御を構成する
降圧コンバータ回路４を設けるとともに、この降圧コン
バータ回路４を選択的に短絡する短絡用リレー２０を設
けたものであり、上記図１および図２に対応する部分に
は、同一符号を付し、説明を省略する。

【００４６】ここで平滑回路５に入力される直流電圧は
パワーデバイス１７のＯＮデューティにより制御されて
いる。そして、倍電圧整流の場合は、リレー１５，１
６，２０のすべてをＯＮにし、全波整流の場合は、リレ
ー１５をＯＮにし、リレー１６，２０をＯＦＦにし、半
波整流の場合は、リレー１５，１６，２０のすべてをＯ
ＦＦにする。こうして得られた直流電圧を平滑回路５で
平滑し、インバータ入力電圧としてインバータ回路６に
入力する。

【００４７】また、この平滑された直流電圧は抵抗１
０，１１で分圧し、制御信号ａ４として電動機駆動制御
回路９に入力する。この場合、インバータ回路６に入力
される直流電圧の電圧検知は上記の抵抗１０，１１の分
圧で行わず、降圧ＰＡＭ回路を構成する降圧コンバータ
回路４のパワーデバイス１７のデューティ比に基づいて
行うことができ、この場合は上記抵抗１０，１１を省略
することができる。

【００４８】電動機駆動制御回路９に回転数指令値ａ６
として入力される電動機８の回転数が、予め定めた所定
の値より低い場合は、リレー２０を開成状態にして降圧
コンバータ回路４を動作状態に設定し、同時にリレー１
６を開成状態にする。そして電動機８の回転数が著しく
低い場合は、リレー１５を開成して半波整流回路を形成
し、電動機８の回転数が著しく低くない場合はリレー１
５を閉成して全波整流回路を形成する。

【００４９】そして、上記の半波あるいは全波整流回路
で整流された直流電圧は、上記降圧コンバータ回路４で
降圧ＰＡＭ制御され、平滑回路５で平滑されて、電動機
８を所定の回転数で回転させるに必要な直流電圧をイン
バータ回路６に入力する。この場合、電動機８の回転数
指令値ａ６に基づく制御信号ａ２が電動機駆動制御回路
９より導出され、この制御信号ａ２によりパワーデバイ
ス１７のＯＮデューティが制御される。その結果、平滑
回路５より電動機８が所定の回転数で回転するに必要な
直流電圧をインバータ回路６に供給することができる。

【００５０】電動機駆動制御回路９に回転数指令値ａ６
として入力される電動機８の回転数が、予め定めた所定
の値より高い場合は、リレー２０を閉成して、降圧コン
バータ回路４を短絡し、リレー１５，１６を閉成して倍
電圧整流回路を形成する。そして、電動機駆動制御回路
９より回転数指令値ａ６に応じた制御信号ａ３を導出
し、この制御信号ａ３で電動機８を所定の回転数で回転
させるに必要なＰＷＭ制御された一定レベルの電圧をイ
ンバータ回路６に供給し、該インバータ回路６より電動
機８に対して回転数に対応した電圧を与え、該電動機８
を所定の回転数で回転させる。

【００５１】電動機８の回転数と効率の関係は、上述す
るように図４乃至図６に示すようなものになる。即ち、
電動機の効率のみを考えると図４に示すように電動機の
出力が同一の場合、例えば電動機を空気調和機に用いた
ときの空気調和機の冷凍能力が同一特性の場合、ＰＷＭ
制御よりＰＡＭ制御の方が高い効率が得られる。

【００５２】しかしながら、ＰＡＭ制御には、図１乃至
図３および図８、図９に示すような、昇圧ＰＡＭ方式、
昇降圧ＰＡＭ方式、降圧ＰＡＭ方式のようにパワーデバ
イス１７を用いた、いわゆるアクティブフィルター方式
とトライアック１３を用いた電圧制御方式があり、いず
れも回路損失が発生する。アクティブフィルター方式で
の回路損失をＰＡＭ制御とＰＷＭ制御で比較すると、図
５に示すようになり、回路効率はＰＷＭ制御の場合の方
が高い。

【００５３】従って、上記図４と図５に示す電動機の効
率と回路効率を考慮した電動機駆動装置の総合効率は、
図６に示すように、電動機８が所定の回転数Ｎｏより低
い低回転数領域では、ＰＡＭ制御の方がＰＷＭ制御の場
合よりも高くなり、上記所定の回転数Ｎｏより高い高回
転数領域ではＰＷＭ制御の方がＰＡＭ制御の場合よりも
総合効率が高くなる。この場合の上記所定の回転数は、
使用する直流電動機の特性や回路特性に依存し、必ずし
も一定値ではない。

【００５４】従って、図１乃至図３に示す上記の実施形
態において、降圧ＰＡＭ制御とＰＷＭ制御との切り換え
を行う電動機の回転数は、図６に示すＰＡＭ制御とＰＷ
Ｍ制御の総合効率のクロスする回転数Ｎｏに設定すれば
よい。この場合におけるインバータ回路６の入力電圧と
出力電圧の関係は図７に示すようになる。電動機の回転
数Ｎと印加電圧Ｖの関係は、Ｖ／Ｎ＝一定となる比例関
係にあるので、点線で示すようにインバータ回路からの
出力電圧の上昇に伴い電動機の回転数は上昇する。

【００５５】インバータ回路６への入力電圧は電動機８
が、予め定めた所定の回転数Ｎｏ以下では、降圧ＰＡＭ
制御を行わせるので、電動機の回転数に比例した値の直
流電圧となり、電動機が上記の所定の回転数Ｎｏ以上で
は、ＰＷＭ制御を行わせるので、高い値の一定電圧とな
り、電動機の回転数に応じてパルス幅変調された電圧に
なる。

【００５６】図８は、ＰＡＭ制御、ＰＷＭ制御と倍電圧
整流、半波整流、全波整流の切り換え動作を説明するフ
ローチャートであり、図９は、上記図８に示すフローチ
ャートの各状態における電動機８の回転数と上記インバ
ータ回路６より出力する直流電圧の関係を示す図であ
る。

【００５７】図８に示すフローチャートにおいて、ステ
ップＳ１で電動機８の回転数が上昇中か下降中かを判断
し、上昇中であればステップＳ２に進み、ＰＡＭ制御が
行われているか、ＰＷＭ制御が行われているかを判断す
る。ＰＷＭ制御中であれば、ステップＳ３に進み、リレ
ーの切り換えは行わず、ＰＷＭ制御のままで回転数指令
値ａ６で与えられる回転数まで直流電動機８の回転数を
上昇させる。

【００５８】上記ステップＳ２でＰＡＭ制御中であると
判断されると、ステップＳ４に進み、全波整流であるか
半波整流であるかを判断し、全波整流であるとステップ
Ｓ５に進み、半波整流であるとステップＳ６に進む。上
記ステップＳ５では、その時のインバータ回路６より出
力される直流電圧の値が図９に示すＤより高いか低いか
を判断し、高いときはステップＳ７で、図２および図３
に示す回路のリレー１４，１６をＯＦＦよりＯＮに切り
換えて、全リレー１４，１５，１６をＯＮ状態にした倍
電圧整流にし、リレー２０をＯＦＦするとともにＰＡＭ
制御からＰＷＭ制御に切り換える。上記ステップＳ５
で、インバータ回路６より出力される直流電圧がＤより
高くない場合はステップＳ８で全リレー１４，１５，１
６の切り換えは行わず、リレー１５をＯＮ、リレー１
４，１６をＯＦＦにした全波整流を維持させる。

【００５９】ステップＳ６では、インバータ回路６より
出力される直流電圧が図９に示すＢより高いか否かを判
断し、Ｂより高い場合はステップＳ９に進み、リレー１
５をＯＮに切り換えて、リレー１４，１５，１６をそれ
ぞれＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦに設定し、半波整流より全波
整流に切り換える。ステップＳ６でインバータ回路６の
出力直流電圧がＢより高くない場合は、リレー１４，１
５，１６を全てＯＦＦの状態に維持させ、半波整流の状
態に保持する。

【００６０】一方、上記ステップＳ１で直流電動機８の
回転数が下降中であると判断されるとステップＳ１１に
進み、ＰＡＭ制御中か、ＰＷＭ制御中かの判断を行う。
ＰＡＭ制御中であればステップＳ１２へ、また、ＰＷＭ
制御中であればステップＳ１３に進む。上記ステップＳ
１３では、ＰＷＭ制御中における、インバータ回路６か
らの出力直流電圧が図９に示すＣより高いか否かを判断
する。

【００６１】高い場合はステップＳ１７に進み、全リレ
ー１４，１５，１６をＯＮ状態に維持して倍電圧整流状
態を保持し、低い場合はステップＳ１８に進み、リレー
１４と１６をＯＮよりＯＦＦに切り換え、リレー１４，
１５，１６をそれぞれＯＦＦ、ＯＮ、ＯＦＦの状態にし
て倍電圧整流より全波整流に切り換える。この時、リレ
ー２０をＯＦＦからＯＮに切り換えＰＷＭ制御からＰＡ
Ｍ制御に切り換える。

【００６２】ステップＳ１２ではＰＡＭ制御が全波整流
で行われているか、半波整流で行われているかを判断
し、全波整流が行われている場合は、ステップＳ１４で
インバータ回路６からの出力直流電圧が図９に示すＡよ
り低いか否かを判断し、低い場合は、ステップＳ１５に
進み、リレー１５をＯＮよりＯＦＦに切り換えて、全リ
レー１４，１５，１６をＯＦＦ状態にした半波整流にす
る。また上記ステップＳ１２で半波整流であると判断し
た場合及びステップＳ１４でインバータ回路６からの出
力直流電圧が図９に示すＡより低くない場合はステップ
Ｓ１６に進み、リレー１４，１５，１６の切り換えは行
わない。

【００６３】ここで、整流方式の切り換えにはヒステリ
シス特性を持たせる必要があり、そのしきい値の関係は
図８、図９に示すようにＡ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄとなる。また、
ＰＷＭ制御から全波ＰＡＭ制御への切り換えはＰＷＭ制
御のデューティ比に閾値を設け切り換えるようにしても
よい。

【００６４】上記の制御を行う電動機駆動装置を空気調
和機の圧縮機用の電動機駆動装置として用いることによ
り、空気調和機の省エネルギー化を図ることができる。
また、上述する電動機駆動装置を空気調和機に使う場
合、半波整流、全波整流、倍電圧整流の切り換えは、一
度圧縮機を停止してから行うようにしてもよい。その
際、電動機駆動制御回路９に入力される電動機回転数指
令値ａ６に応じて圧縮機起動時にいずれの整流方式にす
るかを決定する。

【００６５】

【発明の効果】本発明は以上のように、電動機駆動回路
の効率を電動機自体の効率だけでなく、回路損失も加味
した総合効率でとらえ、この総合効率が高くなるように
電動機の回転に応じて、ＰＡＭ制御とＰＷＭ制御を選択
するので、回転数の広い範囲で高効率の制御を行わせる
ことができ、電動機駆動装置およびこれを用いた空気調
和機の省エネルギー化を図ることができる。また、電動
機の低回転数領域のみで降圧ＰＡＭ制御を行うようにし
ているので、降圧ＰＡＭ制御回路を構成するパワーデバ
イス、チョークコイル等の容量を抑えることができ、回
路の低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の概要を示す構成図であ
る。

【図２】 本発明の他の実施形態の回路構成図である。

【図３】 本発明の更に他の実施形態の回路構成図であ
る。

【図４】 本発明の動作説明に用いる電動機の特性図で
ある。

【図５】 本発明の動作説明に用いる電動機駆動回路の
特性図である。

【図６】 本発明の動作説明に用いる電動機駆動装置の
総合特性図である。

【図７】 本発明の動作説明図である。

【図８】 本発明の制御回路の切り換え動作を示すフロ
ーチャートである。

【図９】 本発明の動作説明図である。

【図１０】 従来例の構成図である。

【図１１】 従来例の構成図である。

【図１２】 従来例の動作説明図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 電圧制御回路 ３ 整流回路 ４ 降圧コンバータ回路 ５ 平滑回路 ６ インバータ回路 ７ ロータ位置検出回路 ８ 電動機 ９ 電動機駆動制御回路 １２ リアクトル １３ トライアック １４，１５，１６，２０ リレー １７ パワーデバイス １８ 高速リカバリーダイオード １９ チョークコイル ａ１，ａ２，ａ３，ａ４ 制御信号 ａ５ ロータ位置検出信号 ａ６ 回転数指令値

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧を直流電圧に変換する整流手段
   と、上記直流電圧を一定電圧に平滑する平滑手段と、該
   平滑手段により平滑された直流電圧を交流電圧に変換す
   るインバータ手段と、このインバータ手段により駆動さ
   れる電動機と、該電動機の回転数が指令値に一致するよ
   うに上記平滑手段により平滑された直流電圧を制御する
   ため上記整流手段の前段または後段に設けた電圧制御手
   段と、上記電動機を指令の回転数で運転するようにイン
   バータ手段の出力周波数と出力電圧を制御する電動機駆
   動制御手段を設け、上記電動機の回転数が、予め定めた
   所定の値以下の領域では、上記電圧制御手段で電動機駆
   動制御手段からの制御信号に応じて、入力電圧のオンと
   オフの時間比を制御して所定のレベルの出力電圧を得る
   降圧ＰＡＭ制御を行わせて、上記インバータ手段の出力
   電圧を制御し、上記電動機の回転数が上記所定の値以上
   の領域では、上記電動機駆動制御手段からの制御信号で
   上記インバータ手段に入力される信号をＰＷＭ制御し
   て、電動機に指令された回転数に応じた電圧を供給する
   ようにしたことを特徴とする電動機駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電動機駆動装置におい
   て、上記整流手段の前段に設けた電圧制御手段は、電圧
   通電率制御ができる半導体素子であることを特徴とする
   電動機駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の電動機駆動装置におい
   て、上記半導体素子を短絡する開閉手段を設けたことを
   特徴とする電動機駆動装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の電動機駆動装置におい
   て、上記整流手段の後段に設けた電圧制御手段は、パワ
   ーデバイス、チョークコイル、高速リカバリーダイオー
   ド（ＦＲＤ）で構成した降圧ＰＡＭ制御回路であること
   を特徴とする電動機駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の電動機駆動装置におい
   て、上記降圧ＰＡＭ制御回路を短絡する開閉手段を設け
   たことを特徴とする電動機駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の電動機駆動装置におい
   て、上記整流手段は、倍電圧整流回路、全波整流回路、
   半波整流回路を選択できる選択回路を備え、該選択回路
   により、上記降圧ＰＡＭ制御時には、全波整流回路また
   は半波整流回路を選択し、ＰＷＭ制御時には倍電圧整流
   回路を選択するようにしたことを特徴とする電動機駆動
   装置。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６記載の電動機駆動
   装置を圧縮機用の電動機駆動装置に用いたことを特徴と
   する空気調和機。
8. 【請求項８】 請求項７記載の空気調和機において、圧
   縮機起動時に圧縮機用電動機の回転数指令値に応じて上
   記倍電圧整流回路、全波整流回路、半波整流回路のいず
   れかの整流回路を選択する選択手段を設けたことを特徴
   とする空気調和機。