WO2007108185A1

WO2007108185A1 - 電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置

Info

Publication number: WO2007108185A1
Application number: PCT/JP2006/324709
Authority: WO
Inventors: Yosuke Shinomoto; Koichi Arisawa; Kazunori Sakanobe; Michio Yamada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corporation
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2007-09-27
Also published as: EP1871003A1; AU2006335684B2; EP1871003A4; CN101142738B; JPWO2007108185A1; AU2006335684C1; AU2006335684A1; CN101142738A; JP4657301B2

Abstract

　交流電源の整流後の直流電圧を平滑するコンデンサを小容量化又は設けない構成とし、小型・軽量・低コスト化を図り、且つ、電動機以外の直流負荷への直流電圧脈動の影響を軽減する電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置を得る。　交流電源が入力され、交流電圧を直流電圧に整流する第１の整流手段と、第１の整流手段により整流された直流電圧を交流電圧に変換して電動機に供給する電力変換手段と、交流電源が入力され、交流電圧を直流電圧に整流する第２の整流手段と、第２の整流手段の直流出力側に設けられ、整流後の直流電圧を平滑化して直流負荷に供給する平滑コンデンサとを備えたものである。

Description

明細書

電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置

技術分野

[0001] 本発明は、電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置に関し、特に、直流電圧を平滑化するコンデンサの小容量ィ匕に関する。

背景技術

[0002] 従来の電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置は、例えば「· · ·電圧指令値を作成し、その電圧指令値に応じたパルス幅の PWM信号を出力すると共に、当該 PWM信号のパルス幅の増大制御時において、電圧指令値に相当したインバータ出力電圧が得られない飽和状態となったときに、 PWM信号の出力タイミングを早めてインバータ出力電圧の位相を進ませる制御を行う。」ようにしたものが提案されている（例えば、特許文献 1参照)。

[0003] また、例えば「単相交流電源を入力とする単相ダイオード全波整流回路と、これに接続される従来のダイオード全波整流回路用の平滑コンデンサの 1/100程度の小容量平滑コンデンサと、制御用 PWMインバータとモータとで構成された制御回路とによって、あら力じめモータのトルクを電源の 2倍の周波数で制御することにより、ダイオード全波整流回路の入力力率と波形の改善を実現する」ようにしたものが提案されている（例えば、特許文献 2参照)。

[0004] また、例えば「インバータ部を駆動するための制御回路（20、 66、 112)力脈動電圧検出手段 (24、 68、 114)により脈動電圧 (Er、 Erd)を検出し、脈動電圧検出値（ Er、 Erd)により基準波または基準ベクトルパターンの出力（Vi)を補償して直流脈動電圧に対して、補償された PWM出力波形を出力するようにしている。」ようにしたものが提案されている (例えば、特許文献 3参照)。

[0005] さらに、例えば「交流電源を入力とし、ダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される小容量のリアクタで構成される整流回路と、前記整流回路の出力である直流電力から交流電力に変換するインバータと、前記インバータの直流母線間には、極めて小容量の DCリンクコンデンサとを備え、スイッチング制御電源部の 1次側コンデンサと前記インバータの直流母線間に単方向整流手段を設ける」ようにしたものが提案されてヽる (例えば、特許文献 4参照)。

[0006] 特許文献 1 :特開平 10— 150795号公報（要約、図 1)

特許文献 2 :特開 2002— 51589号公報 (請求項 1)

特許文献 3 :特開平 6— 153534号公報 (要約、図 2)

特許文献 4:特開 2005— 253282号公報 (請求項 1、図 1)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 従来の電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置は、交流電源の整流後の直流電圧を平滑ィ匕するコンデンサを小容量ィ匕又は設けない構成とし、小型 '軽量'低コストィ匕を図り、且つ、コンデンサの少量化に伴う直流電圧脈動の軽減する制御をしたもの、若しくは高効率かつ高調波電流を抑制したものが提案されて、る。

[0008] し力しながら、これらの電動機駆動装置を空気調和機などのシステムに適用しようとする場合、空気調和機の圧縮機に使用する電動機以外にも、電圧脈動による振動の影響が大きいファンモータ又は直流電圧により駆動されるァクチユエータなどが多数存在する。このようなァクチユエータ等は、コンデンサを小容量ィ匕した場合における直流電圧脈動の影響を受け、直流電圧脈動による振動'騒音や誤動作を起こす、という問題点があった。

[0009] 本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第 1の目的は、交流電源の整流後の直流電圧を平滑するコンデンサを小容量化又は設けない構成とし、小型 '軽量'低コスト化を図り、且つ、電動機以外の直流負荷への直流電圧脈動の影響を軽減する電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置を得るものである。

[0010] また、第 2の目的は、交流電源の整流後の直流電圧を平滑化するコンデンサを小容量化又は設けない構成としたときに発生する電動機の振動を軽減する電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置を得るものである。

課題を解決するための手段

[0011] 本発明に係る電動機駆動装置は、交流電源が入力され、交流電圧を直流電圧に整流する第 1の整流手段と、第 1の整流手段により整流された直流電圧を交流電圧に変換して電動機に供給する電力変換手段と、交流電源が入力され、交流電圧を直流電圧に整流する第 2の整流手段と、第 2の整流手段の直流出力側に設けられ、整流後の直流電圧を平滑化して直流負荷に供給する平滑コンデンサとを備えたものである。

発明の効果

[0012] 本発明の電動機駆動装置は、交流電圧を直流電圧に整流する第 2の整流手段と、第 2の整流手段の直流出力側に設けられ、整流後の直流電圧を平滑化して直流負荷に供給する平滑コンデンサとを備えたことにより、電動機に交流電圧を供給する電力変換手段に入力される直流電圧が脈動する場合であっても、電動機以外の直流負荷への直流電圧脈動の影響を軽減することができる。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]本発明の実施の形態 1における電動機駆動装置の構成を示す図。

[図 2]本発明の実施の形態 1におけるインバータ制御部の制御ブロック図。

[図 3]平滑ィ匕用のコンデンサの容量と整流後の電圧波形の関係を示す図。

[図 4]出力トルク脈動時の電動機電流の電流波形を示す図である。

[図 5]本発明の実施の形態 1における仮想電流源を説明する回路ブロック図。

[図 6]高調波電流成分の重畳について説明する電流波形図。

[図 7]本発明の実施の形態 1における空気調和機の構成を示す図。

[図 8]本発明の実施の形態 2における電動機駆動装置の構成を示す図。

[図 9]本発明の実施の形態 2における高調波電流の抑制を示す電流波形図。

[図 10]本発明の実施の形態 3における電動機駆動装置の構成を示す図。

[図 11]本発明の実施の形態 4における電動機駆動装置の構成を示す図。

[図 12]本発明の実施の形態 5における電動機駆動装置の構成を示す図。

[図 13]本発明の実施の形態 6における圧縮機の負荷トルクと振動の関係を示す図。

[図 14]本発明の実施の形態 6における振動検出器の構成を示す図。

符号の説明

[0014] 1 単相交流電源、 2 第 1の整流手段、 3 コンデンサ、 4 インバータ主回路部、 5 電動機、 6 リアクタ、 7 第 2の整流手段、 8 平滑コンデンサ、 9 ファンインバータ、 10 ファンモータ、 11 制御電源生成部、 20 インバータ制御部、 21 電流検出器、 22 出力電圧演算部、 23 PWM生成部、 24 座標変換部、 30 仮想電流源、 31 並列回路、 40 圧縮機、 41 ファン、 50 スイッチング部、 60 絶縁部、 70 リアクタ、 80 振動検出器、 81 誘電体、 82 電極。

発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1.

図 1は本発明の実施の形態 1における電動機駆動装置の構成を示す図、図 2は本発明の実施の形態 1におけるインバータ制御部の制御ブロック図である。図において、電動機駆動装置は、単相交流電源 1より供給された単相交流電源を全波整流する第 1の整流手段 2、第 1の整流手段 2の出力側に接続されるコンデンサ 3、整流された直流電圧を交流電圧に変換する電力変換手段であるインバータ主回路部 4により構成され、インバータ主回路部 4の出力は、圧縮機などに搭載される電動機 5と接続される。

さらに、電動機駆動装置は、第 1の整流手段 2の入力側に並列に接続され、単相交流電源 1より供給された交流電源を全波整流する第 2の整流手段 7、単相交流電源 1 と第 2の整流手段 7との間に直列に接続され単相交流電源 1から流れる電流の高調波電流を抑制する高調波制御手段であるリアクタ 6、第 2の整流手段 2の出力側に接続される平滑コンデンサ 8、整流された直流電圧を交流電圧に変換し、空気調和装置などに搭載されるファンモータ 10と接続されるファンインバータ 9、さらに、平滑コンデンサ 8と並列に接続され、制御用電源を生成する制御電源生成部 11、制御電源生成部 11より電源を供給されインバータ主回路部 4を制御する電力変換制御手段であるインバータ制御部 20により構成されて、る。

また、インバータ制御部 20は、電動機 5に流れる電流を検出する電流検出器 21、指令値及び電源電圧情報が入力され、検出した電流に応じて電動機 5に出力する出力電圧を演算する出力電圧演算部 22、インバータ主回路部 4へ PWM信号を出力する PWM生成部 23、電圧位相が入力され、電動機 5の相電流を回転直交座標系の電流値に変換して出力電圧演算部 22に出力する座標変換部 24により構成されている。尚、インバータ制御部 20の構成は座標変換によるものに限らず、他の構成により電動機 5を駆動制御するものでも良い。

[0016] まず、コンデンサの容量と整流後の直流電圧の関係について説明する。一般的に整流手段の出力側には整流後の直流電圧を平滑化するコンデンサを設け直流電圧の脈動を防止し、トルク脈動による振動を削減する。しかし、高調波対策を優先させる場合又は小型 ·軽量 '低コストィ匕を図る場合は、コンデンサを小容量ィ匕又は設けない構成とする方法がとられている。このコンデンサの容量により、コンデンサの両端電圧である直流電圧の挙動が決定する。その動作波形を図 3に示す。

[0017] 図 3は平滑ィ匕用のコンデンサの容量と整流後の電圧波形の関係を示す図である。

図 3 (a)は、一般的な電動機駆動装置での平滑ィ匕用のコンデンサの容量 (以下、従来容量という）の直流電圧波形であり、電圧の脈動は小さな変動量であるため、一般的な電動機駆動装置で制御される電動機の出力トルクは略一定値に制御可能である。一方、図 3 (b)は、平滑用のコンデンサが従来容量よりも極めて小容量ィ匕又は設けない構成 (以下、小容量化という）した場合の直流電圧波形である。小容量ィ匕により直流電圧が大きく脈動し、電源電圧の全波整流波形と略同一形状となっているため、図 3 (a)に示す直流電圧と同様に電動機を制御すると、直流電圧が大きく低下したときにトルクが低下し、電源ゼロクロス付近で制御が不安定となる。

[0018] ここで、従来容量とは、例えば、 1000〜3000uF程度であり、小容量化の容量は、 10〜50uF程度の値である。また、平滑ィ匕用のコンデンサ容量を C、電動機のインダクタンスを L、定格電流を I、許容可能な直流電圧の脈動量 (変動分)を Vとすると、ェネルギー保存則により以下が成り立つ。

[0019] [数 1] 丄丄 ²

2 2

[0020] 上記式力も概算値を算出することできる。例えば、電動機のインダクタンス L= 10m H、定格電流 I= 10Aとすると、許容脈動電圧 = 20V (図 3 (a)の変動分)で駆動する場合の平滑ィ匕用のコンデンサ容量は、 C = 2500uFとなる。また、許容脈動電圧 = 2 80V (図 3 (b)の変動分)で駆動する場合の平滑ィ匕用のコンデンサ容量は、 C = 13u Fとなる。上記のように直流電圧の脈動の許容電圧値を増加することで、平滑化用のコンデンサを小容量ィ匕できることが概算値からも明らかである。尚、従来容量及び小容量化した容量は電動機の容量及び許容脈動電圧に応じて変化するものであり上記値に限るものではない。また、上記概略値の算出は、単相交流電源力も供給される電荷により平滑コンデンサが充電されるため、前述の算出方法にて完全な物理現象を表している訳でなぐあくまでも概略計算であることを付け加えておく。

[0021] 本実施の形態 1では、第 1の整流手段の直流出力側に設けられたコンデンサ 3の容量を、第 2の整流手段の出力側に設けられた平滑コンデンサ 8の容量より小さい容量に小容量化し、上述のように直流電圧が電源電圧の全波整流波形と略同一形状となるような程度の容量を設定する。このコンデンサ 3は、インバータのスイッチングに伴い発生するノイズ、スパイク電圧の吸収用に接続されるものである。尚、本実施形態では、容量を小容量ィ匕したコンデンサ 3を接続した場合について説明するが、本発明はこれに限るものでなく、コンデンサ 3を設けな、構成としても良、。

[0022] 次に、コンデンサ 3を小容量ィ匕した場合の電動機 5の駆動制御について図 1〜図 4 により説明する。図において、第 1の整流手段 2は、単相交流電源 1の出力を整流して出力する。整流された直流電圧が入力されるインバータ主回路部 4は、インバータ制御部 20より入力される動作信号に基づき、第 1の整流手段 2の整流出力をスィッチングして可変電圧 ·可変周波数の交流出力に変換し電動機 5に供給する構成となつている。ここで、コンデンサ 3の容量は小容量化しているので、第 1の整流手段 2からインバータ主回路部 4に出力される直流電圧波形は、図 3 (b)に示すような脈動波形となる。また、インバータ制御部 20は、電動機 5へ流れる電流を電流検出器 21にて検出し、検出した電流を座標変換部 24にて回転直交座標系の電流値に変換して出力電圧演算部 22に出力する。出力電圧演算部 22は、入力された電流値に応じて電動機 5に出力する出力電圧を演算し、 PWM生成部 23にてインバータ主回路部 4へ動作信号を出力する。この際、出力電圧演算部 22は、電源電圧情報が入力され、電源電圧の形状と同期した出力トルクに制御するように出力電圧を演算する。これにより、電動機 5は駆動し、電源電圧の全波整流波形と略同一形状の直流電圧に同期した出力トルク脈動となり、電動機 5に流れる電流は図 4 (b)に示すような直流電圧の脈動に同期した脈流となる。尚、従来容量 (直流電圧の脈動が図 3 (a)に示す波形)の場合は、電動機に流れる電流は図 4 (a)に示すように脈流のない電流波形になる。

[0023] 上記動作により、電動機 5の出力トルクは脈動するが、電動機 5の出力トルクを電源電圧と同期することにより、単相交流電源 1から第 1の整流手段 2へ流れる入力電流は略正弦波状態となり、入力電流の高調波を低減することができる。即ち、インバータ主回路部 4及び電動機 5が仮想電流源と考えることができる。この仮想電流源について図 5により説明する。

[0024] 図 5は本発明の実施の形態 1における仮想電流源を説明する回路ブロック図である。図 5に示すように、インバータ主回路部 4及び電動機 5は仮想電流源 30と等価であるとすると、仮想電流源 30が直流電圧と同期した出力電流を流すことにより、コンデンサ 3の容量は小容量ィ匕されているため、仮想電流源 30とコンデンサ 3の並列回路 3 1は抵抗と同義になる。その結果、入力電流が単相交流電源 1の電圧と同位相、相似波形の電流となり、高調波電流が低減できる。

[0025] そこで、インバータ制御部 20は、電源電圧情報、例えば、電源電圧の位相情報や電源電圧のゼロ点、電源電圧の瞬時値、または、直流電圧の瞬時脈動電圧などを検出し、インバータ主回路部 4へ流れこむ電流が単相交流電源 1と相似形になるように電動機 5を制御することで、電動機 5を駆動しつつ、入力電流の高調波電流低減制御も両立することができる。このようにインバータ主回路部 4を前述の仮想電流源 30 と等価になるように制御すれば、出力トルク脈動はあるものの、高調波電流を抑制した電動機 5の駆動が可能となる。

[0026] 次に、平滑化用のコンデンサの容量を小容量化し駆動する電動機以外の機器への直流電圧の供給について説明する。一般的な電動機駆動装置で用いられる従来容量の平滑ィ匕用のコンデンサであれば、整流後の直流電圧がほとんど脈動しないため、平滑ィ匕用のコンデンサの両端電圧力も直流電圧を必要とする制御回路などのための制御電圧を生成し、制御回路などへ印加することで制御電力を供給することが可能であるが、平滑ィ匕用のコンデンサの容量を小容量ィ匕した場合、図 3 (b)に示すとおり、直流電圧は ov付近まで低下する。例えば、平滑ィ匕用のコンデンサの両端電圧力制御回路のための制御電圧を生成するとした場合、制御回路のための電圧も脈動し、制御回路が動作不能に陥る可能性がある。また、空気調和機などに適用する場合、制御回路だけでなぐ電動機以外にも直流電圧を使用しているァクチユエータ、ファンモータ用インバータなどが動作不能又は電圧脈動による騒音振動が助長される恐れがある。

[0027] 従来の電動機駆動装置では、このような制御回路、ァクチユエータ、ファンモータ用インバータなど (以下、直流負荷という）に供給する直流電圧が必要な場合、制御電圧の生成のため、整流手段の出力側にダイオードを介して直流負荷のための平滑ィ匕用のコンデンサをさらに設け、電圧脈動を抑制した直流電圧を生成している。しかしながら、このような構成の場合、電圧脈動の影響によるファンモータの騒音の問題や制御回路のための制御電圧の問題を解決できるが、整流手段が兼用しているため、これらの直流負荷の電力消費により流れる高調波電流が電動機制御による電流に重畳される。このような高調波電流成分の重畳について図 6により説明する。

[0028] 図 6は高調波電流成分の重畳について説明する電流波形図である。図 6 (a)に示すように、電動機のみの構成であれば、抵抗負荷的な電流を流すようにインバータ制御部は制御可能である。しかし、上述のように整流手段を兼用すると、直流負荷により消費する電力によって、電源電圧のピーク時のみ電流が流れるので、図 6 (b)に示すような入力電流が流れる。

[0029] 従って、両者の合成となる図 6 (c)のような電流が流れる。図 6 (c)に示すような電流ピーク付近で電流が突出しないよう電動機の制御により対応しょうとする場合、電動機と入力電流制御を両立する複雑な制御をしている上に、さらにこの電流突出の制御が加わると、極めて複雑な制御となり、電動機を駆動できなくなる場合がある。若しくは、入力電流の高調波電流が低減できなくなる。

[0030] また、整流手段の交流側にリアクタを設けることで図 6 (c)のような電流のピークの突出を抑制することはできるが、リアクタと平滑コンデンサとが共振し、その共振周波数によって高調波電流が増加する。そのため、容量の大きいリアクタを接続すると共振周波数が電源周波数の十数倍まで近接する。 [0031] 以上のような従来の問題点を解決し、高調波電流成分の重畳を回避すると共に、コンデンサ 3の容量を小容量化し、電動機 5の駆動制御と入力電流制御を両立したィンバータ制御に対し、電動機 5以外の直流負荷への直流電圧脈動の影響を無くすため、本発明は、図 1に示すように、第 1の整流手段 2の入力側に並列に第 2の整流手段 7を設け、電力系統を分離することで直流負荷への電圧脈動の影響をなくしている次に、本発明の電動機駆動装置を適用した空気調和機の動作について図 7により説明する。

[0032] 図 7は本発明の実施の形態 1における空気調和機の構成を示す図である。図 7に示すように、電動機 5は圧縮機 40の内部に配置され、圧縮機 40を駆動する。この圧縮機 40は、冷媒の圧縮時における冷媒ガス音など、電動機 5の音に対して空気調和機として防音対策が設けてあることが一般的である。一方、ファンモータ 10により回転するファン 41の防音対策はファンモータ 10の取り付け部にゴム足を介して取り付けられる程度であるのが一般的である。そのため、ファンモータ 10は、モータから直接聴こえる騒音に対しては、電動機 5より厳しい条件で製品設計されている。また、フアンモータ 10の駆動を制御するファンインバータ 9に入力される直流電圧が脈動した場合、電圧と同期したトルク脈動が発生し、トルク脈動に起因された騒音が発生する

[0033] そこで、図 1に示すとおり、ファンモータ 10を駆動するファンインバータ 9は、電動機 5を駆動制御する電力系統と分離された平滑コンデンサ 8の両端に接続する。平滑コンデンサ 8は、ファンモータ 10が必要とする電荷を十分蓄電可能な容量を設定する。そのため、平滑コンデンサ 8の両端電圧は脈動がなく安定するので、電圧脈動によるファンモータ 10から直接聴こえる騒音はコンデンサ 3が従来容量であった状態と同等レベルに抑制することができる。さらに、平滑コンデンサ 8の両端に接続された制御電源生成部 11に入力される直流電圧も安定ィ匕するので、インバータ制御部 20が動作不能に陥ることがなくなる。

[0034] また、ファンモータ 10を始めとする空気調和機のァクチユエータなどの直流負荷での電力消費量は、電動機 5の電力消費量に比べ非常に小さぐ例えば、空気調和機全体の 1割程度の消費である。従って、電動機 5と直流負荷との整流手段を分離することによって、第 2の整流手段 7の電流容量は、第 1の整流手段 2と比較して小さい容量で実現可能となる。また、単相交流電源 1と第 2の整流手段 7との間に直列に接続され、単相交流電源 1から流れる電流の高調波電流を抑制するリアクタ 6は、非常に小さい電流容量で実現できるため、小容量のリアクタにより高調波電流を低減でき且つ、平滑コンデンサ 8との共振周波数を高くすることができると共に、小型軽量なものを使用できる。さらに、平滑コンデンサ 8の容量は、従来容量の平滑コンデンサに比較して小さ!/、容量で実現可能である。

[0035] また、電動機 5での電力消費ラインとそれ以外の電力消費ラインとは、第 2の整流手段 7を設けて分離することにより、両者を独自に高調波電流を低減するように構成することがでさる。

[0036] 実施の形態 2.

図 8は本発明の実施の形態 2における電動機駆動装置の構成を示す図、図 9は本発明の実施の形態 2における高調波電流の抑制を示す電流波形図である。本実施の形態 2は、上記実施の形態 1の構成に加え、図 8に示すように、全波整流回路とスイッチング素子力もなる高調波電流制御手段であるスイッチング部 50を設けた構成とする。

[0037] 上記実施の形態 1で説明したように、直流負荷での消費電力は小さいので、スイツチング部 50の電流容量は小さい容量で実現可能である。このような、スイッチング部 50を設けることによりリアクタ 6の挿入のみの場合より、電源力率が大きく向上し、図 9 (a)に示す高調波電流の電流ピークが図 9 (b)に示すように抑制され、直流負荷での消費電力による高調波電流を低減できる。

[0038] 従って、上述した図 6 (a)に示す電動機 5からの電流波形に重畳されても大きく波形変形が成されないため、入力電流の高調波電流が電動機 5以外の直流負荷によつて増加することを抑制することができる。つまり、電動機 5以外の直流負荷での消費電力による高調波電流が少なければ、図 6 (c)に示すような高調波成分、即ち、ピーク付近の突出した電流は発生しない。尚、スイッチング部 50は、第 2の整流手段 7より交流側に配置しているが、高調波電流を抑制することが可能な構成であれば、交流側、直流側に何れに設けても良い。

[0039] 実施の形態 3.

図 10は本発明の実施の形態 3における電動機駆動装置の構成を示す図である。本実施の形態 3は、上記実施の形態 1の構成に加え、図 10に示すように、インバータ主回路部 4とインバータ制御部 20とを絶縁する絶縁部 60を設ける。

[0040] インバータ制御部 20は、電動機 5の電流を検出し、インバータ主回路部 4に動作信号を出力するため、インバータ主回路部 4とインバータ制御部 20とは共通の基準電位（以下、 GNDという）とする必要がある、このため GNDからの回り込みによる入力電流高調波が発生する。このような回り込み電流を遮断する為、絶縁部 60を挿入し、インバータ主回路部 4とインバータ制御部 20との間を絶縁することにより、 GNDからの回り込み電流による入力電流高調波を遮断することができる。

[0041] 実施の形態 4.

図 11は本発明の実施の形態 4における電動機駆動装置の構成を示す図である。上記実施の形態 1〜3では、第 2の整流手段 7と単相交流電源 1との間にリアクタ 6を接続したが、本実施形態ではそれに加え、図 11に示すように、第 1の整流手段 2と単相交流電源 1との間にリアクタ 70を挿入する。

[0042] 単相交流電源 1にも小さいながらにもインピーダンスがあるため、リアクタ 70の挿入により、単相交流電源 1の電源インピーダンスとコンデンサ 3との共振現象を抑制することができる。また、電源電圧の極性変化時点、即ち、ゼロクロス直後において電源より突入電流が流れるが、リアクタ 70の挿入により突入電流を抑制でき、突入電流による高調波電流を抑制できる。

[0043] 尚、このリアクタ 70は小容量のインダクタンス値のものが好ましぐコンデンサ 3の静電容量 C [F]とリアクタ 70のインダクタンス L [H]とした以下の式で求まる共振周波数 f は、電源周波数の 40〜50倍以上とすることが望ましい。

[数 2] 1

ブニ

2;r -し

[0044] 実施の形態 5.

図 12は本発明の実施の形態 5における電動機駆動装置の構成を示す図である。本実施の形態 5は、上記実施の形態 1の構成に加え、図 12に示すように、電動機 5 により駆動される圧縮機 40の表面に振動検出手段である振動検出器 80を備えた構成とする。振動検出器 80は圧縮機 40の振動振幅及び振動周波数の少なくとも一方の情報を検出し、インバータ制御部 20へ入力する。尚、前述までと同様効果を奏する機能は図示を省略している。

[0045] 上述したように直流電圧脈動により、電動機 5の出力トルクは脈動し、振動が発生する。また、騒音が発生することが予期される。このとき圧縮機 40の振動周波数に対し、電動機 5の回転周波数が一致すると機械共振を起こす可能性がある。特に、圧縮機 40の冷媒圧縮による負荷トルクも脈動して、るため、この負荷トルクの脈動と電動機 5からの出力トルクの脈動とがハンチングし、機械共振と相まって非常に大きい振動が発生する。しかし、機械共振や負荷トルクと出力トルクのハンチングによる振動を予期し、製品化可能なレベルまで抑制することは困難である。

[0046] 従って、本実施形態において、インバータ制御部 20は、電動機 5の回転周波数と振動検出器 80より入力された圧縮機 40の振動周波数とがー致しないよう電動機 5の回転周波数を制御する。

このように電動機 5を制御することにより、機械共振周波数との周波数の一致を避けることが可能となり、機械共振が抑制することができる。

[0047] 実施の形態 6.

本実施形態の構成は、上記実施の形態 5と同様の構成である。

本実施形態において、インバータ制御部 20は、振動検出器 80により検出された振動振幅及び振動周波数に応じて電動機 5の出力トルクを制御する。

[0048] ここで、圧縮機 40から発生する振動について説明する。圧縮機 40から発生する振動は、機械系の伝達関数によって求められるが、その発生源は電動機 5であり、電動機 5より出力される出力トルクを Tm、電動機 5に連結されている圧縮機の圧縮構造機械による負荷トルクを T1とすると、 Tm— T1=0であれば、振動は発生しない。言い換えると、振動は (Tm— T1)の差分に比例して発生するため、この出力トルク Tmと負荷トルク T1の差を 0にするようにインバータ制御部 20にて出力トルクを制御すれば振動を抑制することができる。図 13の（a)に示す波形は、圧縮機 40の負荷トルクである。図 13 (a)の負荷トルクに対し、出力トルク Tmとの差分 Tm— T1を図 13 (b)に示す。この図 13 (b)の波形形状と相似な波形形状の振動が発生し、振動検出器 80より出力される。よって、図 13 (b)に示す逆相の成分を出力トルク Tmに重畳すれば、 Tm— T 1=0となり、振動を抑制することが可能となる。

[0049] そこで、インバータ制御部 20は、入力された振動振幅及び振動周波数の少なくとも一方の情報に基づき求まる圧縮機 40の振動波形の位相と、電動機 5の出力トルクの脈動波形の位相とが逆相となるように、インバータ主回路部 4の出力を制御する。このように動作することにより、平滑コンデンサ 3の容量を小容量ィ匕することにより発生した脈動トルクを逆に振動抑制に利用することができ、脈動トルクを有効に利用できる。

[0050] 尚、振動検出器 80を ICチップにより構成し、電池と無線 ICとを同一パッケージィ匕することで、配線レス化することも可能である。このような構成にしても同等の効果を有する。また、 ICチップは、例えば、図 14に示すように、可動式の誘電体 81と固定式の電極 82によりキャパシタンス変化を検出するような半導体で振動検出器 80を構成でき、一般的な振動検出器より安価に構成できる。

[0051] 尚、上記説明では振動検出器 80にて振動周波数を検出したが、これに限らず騒音検出器を用いても振動周波数を検出しても同様な動作が可能で有り、前述と同等効果を有する。更にいえば振動検出器 80にて振動を検出するよう構成したが、振動を推測するよう構成しても同等の効果を有する。例えば、インバータ制御部 20は、電動機 5に印可する電圧と電動機 5に流れる電流が既知であるため、出力トルク Tmを推定することが可能である。さらに、モータ速度制御しているため速度は既知である。前記の推定した出力トルクと既知である速度を利用すれば、負荷トルク T1も推定可能である。従って、 Tm—Tlが 0となるように制御することも可能であり、振動と相対関係がある Tm—Tlを制御することにより、振動制御することと等価な効果^ |IJ出できる。以上のように構成することにより、前記振動検出器 80を用いた場合より振動の制御度合いが少なくなるが、振動検出器 80を用いるより安価な構成で、小容量ィ匕により発生した脈動トルクを振動制御に利用することが可能になる。

産業上の利用可能性

本発明の活用例として、空気調和機のほか、圧縮機と圧縮機以外に電力消費する機能を 1つの製品形態として有する製品、例えば、除湿器や冷蔵庫、洗濯乾燥機などが考えられる。また、圧縮機ではなくとも、製品の大部分の電力消費をする電動機とその電動機以外に電力を消費する機能を 1つの製品形態として有する製品、例えば、掃除機や洗濯機、洗濯乾燥機などが挙げられる。また特に、主に電力を消費する電動機に対する騒音対策は充分実施されており、その他に直流電圧力電力を消費するァクチユエータを搭載する製品であれば、同様な効果がある。

Claims

請求の範囲

[1] 交流電源が入力され、交流電圧を直流電圧に整流する第 1の整流手段と、

前記第 1の整流手段により整流された直流電圧を交流電圧に変換して電動機に供給する電力変換手段と、

前記交流電源が入力され、交流電圧を直流電圧に整流する第 2の整流手段と、前記第 2の整流手段の直流出力側に設けられ、整流後の直流電圧を平滑化して直流負荷に供給する平滑コンデンサと

を備えたことを特徴とする電動機駆動装置。

[2] 前記第 1の整流手段と前記電力変換手段との間にコンデンサを設けたことを特徴とする請求項 1記載の電動機駆動装置。

[3] 前記第 1整流手段の直流出力側に設けられたコンデンサの容量は、前記第 2の整流手段の出力側に設けられた平滑コンデンサの容量より小さい容量であることを特徴とする請求項 1又は 2記載の電動機駆動装置。

[4] 前記第 2の整流手段の出力側に設けられた平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が供給され、前記電力変換手段を制御する電力変換制御手段を備えたことを特徴とする請求項 1〜3の何れかに記載の電動機駆動装置。

[5] 前記第 2の整流手段の出力側に設けられた平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が供給される直流負荷の消費電力は、前記電力変換手段により交流電圧が供給される電動機の消費電力より少ないことを特徴とする請求項 1〜4の何れかに記載の電動機駆動装置。

[6] 前記第 2の整流手段の出力側に設けられた平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が供給される直流負荷の電力消費により発生する高調波電流を抑制する高調波電流抑制手段を備えたことを特徴とする請求項 1〜5の何れかに記載の電動機駆動装置。

[7] 請求項 1〜6の何れかに記載の電動機駆動装置と、

前記電動機駆動装置により制御される電動機と、

前記電動機により駆動される圧縮機と

を備えることを特徴とする圧縮機駆動装置。

[8] 前記圧縮機の振動周波数を検出する振動検出手段を備え、

前記電力変換制御手段は、前記振動検出手段により検出された前記振動周波数の情報が入力され、前記振動周波数と前記電動機の回転周波数とがー致しないように前記電動機の回転周波数を制御することを特徴とする請求項 7記載の圧縮機駆動装置。

[9] 前記圧縮機の振動振幅及び振動周波数の少なくとも一方を検出する振動検出手段を備え、

前記電力変換制御手段は、前記振動検出手段により検出された前記振動振幅及び振動周波数の少なくとも一方の情報が入力され、入力された前記圧縮機の振動振幅及び振動周波数の少なくとも一方の情報に基づき前記圧縮機の振動を抑制するよう前記電動機の出力トルクを制御することを特徴とする請求項 7記載の圧縮機駆動装置。