(57)【要約】【課題】母線電流の共振成分を低減することを可能にしたモーター駆動制御装置、及びそれを用いた圧縮機、送風機、空気調和機及び冷蔵庫又は冷凍庫を提供する。【解決手段】三相整流器２の出力電圧を昇圧する昇圧コンバーター部３と、昇圧コンバーター部３のスイッチング素子５を制御するスイッチング制御手段１０と、平滑コンデンサー７と、昇圧コンバーター部３の出力を交流電圧に変換し、モーター１５に供給するインバーター回路１２と、インバーター駆動手段１４とを備える。スイッチング制御手段１０は、リアクター４と母線との間の容量によって母線電流に生じる共振成分を低減するべく、スイッチング素子５のオンデューティーを補償して制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源を整流する三相整流器と、
リアクター、スイッチング素子及び逆流防止素子を備え、前記三相整流器の出力電圧をチョッピングにより昇圧する昇圧コンバーター部と、
前記昇圧コンバーター部のスイッチング素子を制御するスイッチング制御手段と、  
前記昇圧コンバーター部の出力を平滑する平滑コンデンサーと、
前記昇圧コンバーター部の出力である直流電圧を交流電圧に変換し、モーターに供給するインバーター回路と、
前記インバーター回路を駆動するインバーター駆動手段と
を備え、
前記スイッチング制御手段は、
前記リアクターと母線との間の容量によって母線電流に生じる共振成分を低減するべく、前記スイッチング素子のオンデューティーを補償して制御することを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項２】
母線電流を検出する母線電流検出部と、
前記母線電流の共振成分を抽出する共振成分抽出部とを備え、
前記スイッチング制御手段は、
前記共振成分抽出部の出力に基づいて、前記共振成分を低減するべく、前記スイッチング素子のオンデューティーを補償して制御することを特徴とする請求項１記載のモーター駆動制御装置。
【請求項３】
前記スイッチング制御手段は、前記共振成分の補償の有無を、所定の値に基づいて切換可能とすることを特徴とする請求項２記載のモーター駆動制御装置。
【請求項４】
前記スイッチング制御手段は、前記共振成分の補償の有無を、
前記昇圧コンバーター部の出力電圧を検出するために設けられた出力電圧検出部の出力と出力電圧指令値との差に基づいて求められる母線電流指令値と、前記母線電流検出部にて検出した母線電流との差に基づいて切り換えることを特徴とする請求項３記載のモーター駆動制御装置。
【請求項５】
前記スイッチング制御手段は、前記共振成分の補償の有無を、前記共振成分抽出部にて検出した共振成分の値に基づいて切り換えることを特徴とする請求項３記載のモーター駆動制御装置。
【請求項６】
前記共振成分抽出部は、任意の周波数をカットオフ周波数として設定されたハイパスフィルターで構成されることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項７】
前記共振成分抽出部は、任意の周波数を中心周波数として設定されたバンドパスフィルターで構成されることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項８】
前記共振成分抽出部は、母線電流の周波数成分を分離するＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部と、前記ＦＦＴ部の出力結果から共振成分を抽出し復調する共振成分復調部とから構成されることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項９】
前記スイッチング制御手段は、前記昇圧コンバーター部の出力電圧を検出するために設けられた出力電圧検出部及び前記母線電流検出部の出力より負荷状態を検出し、負荷が所定の値より低い場合には、前記スイッチング素子をオフとし、前記昇圧コンバーター部の動作を停止させることを特徴とする請求項２〜８の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項１０】
前記スイッチング制御手段は、前記インバーター回路の電流を検出するために設けられたインバーター電流検出部の出力より負荷状態を検出し、負荷が所定の値より低い場合には、前記スイッチング素子をオフとし、前記昇圧コンバーター部の動作を停止させることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項１１】
前記スイッチング制御手段は、前記モーターに流れる電流を検出するために設けられたモーター電流検出部の出力より負荷状態を検出し、負荷が所定の値より低い場合には、前記スイッチング素子をオフとし、前記昇圧コンバーター部の動作を停止させることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項１２】
前記昇圧コンバーター部のリアクター及び逆流防止素子と並列にダイオードを接続したことを特徴とする請求項９〜１１の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項１３】
前記昇圧コンバーター部のリアクター及び逆流防止素子と並列に開閉手段を接続したことを特徴とする請求項９〜１１の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項１４】
前記スイッチング制御手段は、前記母線電流検出部の出力より前記三相交流電源における欠相を検出し、前記三相交流電源の欠相時には前記スイッチング素子をオフとし、前記昇圧コンバーター部の動作を停止させることを特徴とする請求項２〜１３の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項１５】
前記スイッチング制御手段は、前記母線電流検出部の出力より前記三相交流電源における欠相を検出し、前記三相交流電源の欠相時には出力が低出力となるように前記スイッチング素子のオンデューティーを制御することを特徴とする請求項２〜１３の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項１６】
前記インバーター駆動手段は、前記インバーター回路における各スイッチング素子をＰＷＭ変調により制御し、変調率が１以上となる過変調領域まで使用することを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項１７】
前記スイッチング制御手段は、過変調領域にて動作時、前記昇圧コンバーター部の出力電圧を検出するために設けられた出力電圧検出部と出力電圧指令値との差に基づいて求められる母線電流指令値と、前記母線電流検出部にて検出した母線電流との差に基づいて求められる前記スイッチング素子のオンデューティーを、前記インバーター駆動手段における変調率に基づいて補償して、前記スイッチング素子を動作させる駆動パルスを生成することにより、インバーター出力電圧を制御することを特徴とする請求項１６記載のモーター駆動制御装置。
【請求項１８】
前記インバーター駆動手段は、前記平滑コンデンサーの電圧リプルを低減するように、前記インバーター回路におけるスイッチング素子を制御するスイッチングパターンを出力することを特徴とする請求項１〜１７の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項１９】
前記スイッチング制御手段は、前記インバーター駆動手段においてゼロベクトルに相当するスイッチングパターンが出力された場合には、前記スイッチング素子をオンとすることを特徴とする請求項１〜１８の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項２０】
前記スイッチング制御手段は、前記インバーター回路又は前記モーターの消費電力に基づいて、制御定数を調整することを特徴とする請求項１〜１９の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項２１】
前記スイッチング制御手段は、前記インバーター回路の電流を検出するために設けられたインバーター電流検出部の出力に基づいて、制御定数を調整することを特徴とする請求項１〜１９の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項２２】
前記スイッチング制御手段は、前記モーターの電流を検出するために設けられたモーター電流検出部の出力に基づいて、制御定数を調整することを特徴とする請求項１〜１９の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項２３】
前記スイッチング制御手段は、構成の全てまたは一部がアナログＩＣにて構成されていることを特徴とする請求項１〜２２の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項２４】
前記スイッチング素子又はインバーター回路におけるスイッチング素子の少なくとも１つをＳｉＣ（炭化ケイ素）又はＧａＮ（窒化ガリウム）等を用いた半導体によるスイッチング素子又はスーパージャンクション構造のスイッチング素子のいずれかを使用したことを特徴とする請求項１〜２３の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項２５】
前記三相整流器における整流ダイオード又は前記逆流防止素子の少なくとも１つはＳｉＣ（炭化ケイ素）又はＧａＮ（窒化ガリウム）等を用いた半導体によるダイオードから構成されていることを特徴とする請求項１〜２４の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項２６】
請求項１〜２５の何れかに記載のモーター駆動制御装置を複数並列に備え、複数のモーターを駆動することを特徴とするモーター駆動制御装置。
【請求項２７】
前記インバーター回路により駆動されるモーターを備え、
前記モーターは、前記昇圧コンバーター部の最大出力電圧値に対応した巻数を備えていることを特徴とする請求項１〜２６の何れかに記載のモーター駆動制御装置。
【請求項２８】
請求項１〜２６の何れかに記載のモーター駆動制御装置と、
そのモーター駆動制御装置によって駆動されるモーターと
を備えたことを特徴とする圧縮機。
【請求項２９】
請求項１〜２６の何れかに記載のモーター駆動制御装置と、
そのモーター駆動制御装置によって駆動されるモーターと
を備えたことを特徴とする送風機。
【請求項３０】
請求項２８記載の圧縮機及び請求項２９記載の送風機の少なくとも一方を備えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項３１】
請求項２８記載の圧縮機及び請求項２９記載の送風機の少なくとも一方を備えたことを特徴とする冷蔵庫又は冷凍庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター駆動制御装置及びそれを用いた圧縮機、送風機、空気調和機及び冷蔵庫又は冷凍庫に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三相交流電源に対応した機器に対応したコンバーターとして、例えば、「三相交流電圧を整流する三相整流回路と、三相整流回路の出力電圧をチョッピングにより昇圧する昇圧チョッパ回路と、昇圧チョッパ回路の出力信号を平滑する平滑素子と、平滑素子の出力電圧を検出する電圧検出器と、昇圧チョッパ回路の出力電圧に対する電圧指令と電圧検出器の検出出力との偏差を零に抑制し且つ前記三相整流回路の出力に直流電流を流すための直流電流指令を生成する直流電流指令生成回路と、三相整流回路の出力電流を検出する直流電流検出器と、直流電流指令と直流電流検出器の検出出力との偏差を零に抑制するためのパルス信号を生成するパルス信号生成回路とを有し、前記昇圧チョッパ回路は、整流回路の出力電荷を蓄積するリアクトルと、このリアクトルに蓄積された電荷の充放電をパルス信号のパルス幅に応じて制御するスイッチング素子と」を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８６９４９８号公報（特許請求の範囲）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１の技術によれば、三相交流電源に対し、三相整流器と昇圧チョッパ回路を設け、例えば三相整流器の後段にリアクターとコンデンサーとからなるLC回路のフィルターを設けた回路に比べ、高調波を低減する技術が述べられているものの、リアクターと母線間の容量成分により共振が生じ、母線電流に共振成分が載った場合の制御については述べられていなかった。
【０００５】
また地球環境問題意識の高まりから省エネ訴求が大きく、モーター駆動制御を行う装置においても、損失低減が要求されている。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、母線電流の共振成分を低減することを可能にしたモーター駆動制御装置、及びそれを用いた圧縮機、送風機、空気調和機及び冷蔵庫又は冷凍庫を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るモーター駆動制御装置は、三相交流電源を整流する三相整流器と、リアクター、スイッチング素子及び逆流防止素子を備え、前記三相整流器の出力電圧をチョッピングにより昇圧する昇圧コンバーター部と、前記昇圧コンバーター部のスイッチング素子を制御するスイッチング制御手段と、前記昇圧コンバーター部の出力を平滑する平滑コンデンサーと、前記昇圧コンバーター部の出力である直流電圧を交流電圧に変換し、モーターに供給するインバーター回路と、前記インバーター回路を駆動するインバーター駆動手段とを備え、前記スイッチング制御手段は、前記リアクターと母線との間の容量によって母線電流に生じる共振成分を低減するべく、前記スイッチング素子のオンデューティーを補償して制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、リアクターと母線間の容量成分により共振が生じた場合でも、母線電流の脈動を抑制し、昇圧コンバーター部の異常動作を防止することができる。また、昇圧コンバーター部により直流電圧を昇圧することで、モーターの起電圧上昇が可能となる。これによりモーター電流が低減でき、インバーター損失の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置のスイッチング制御手段の構成図。
【図３】本発明の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置のスイッチング制御手段の構成図。
【図４】本発明の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置のスイッチング制御手段の構成図。
【図５】本発明の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置のスイッチング制御手段の構成図。
【図６】本発明の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置の構成図。
【図７】本発明の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置の構成図。
【図８】本発明の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置の構成図。
【図９】本発明の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置の構成図。
【図１０】本発明の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置の構成図。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る空調装置の冷媒回路図。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る冷蔵庫の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置の構成の一例を示した図である。図１において、１は三相交流電源、２は三相交流電源１の交流電圧を整流する三相整流器である。三相整流器２は６個の整流ダイオード２ａ〜２ｆをブリッジ接続した構成となっている。３は昇圧コンバーター部である。昇圧コンバーター部３は、昇圧リアクター４と、例えばIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）のようなスイッチング素子５と、例えばファストリカバリダイオードのような逆流防止素子６により構成される。７は昇圧コンバーター部３の出力を平滑する平滑コンデンサーである。８は母線電流検出部、９は出力電圧検出器である。１０はスイッチング制御手段である。１１は母線電流検出部８より検出した母線電流に現れる共振成分を抽出する共振成分抽出部である。スイッチング制御手段１０は、母線電流検出器８、出力電圧検出部９、及び共振成分抽出部１１の出力信号よりスイッチング素子５を動作させる駆動信号を生成する。１２はインバーター回路である。インバーター回路１２は、例えばIGBTのようなスイッチング素子１２ａ〜１２ｆで構成されている。１３はモーター１５に流れる電流を検出するモーター電流検出部である。１４はインバーター駆動手段である。インバーター駆動手段１４は、モーター電流検出部１３の検出信号からインバーター回路１２を動作させる駆動信号を生成する。
【００１１】
図２は、本発明の実施の形態１に係るスイッチング制御手段１０の構成の一例を示した図である。図２において、２１は母線電流指令値演算部である。母線電流指令値演算部２１は、昇圧コンバーター部３の出力電圧に対する出力電圧指令値と出力電圧検出部９にて検出した昇圧コンバーター部３の出力電圧とから、母線電流指令値を演算する。２２はオンデューティー演算部である。オンデューティー演算部２２は、母線電流指令値演算部２１にて演算した母線電流指令値と母線電流検出器８にて検出した母線電流とから、スイッチング素子５のオンデューティーを演算する。２３は駆動パルス生成部である。駆動パルス生成部２３は、オンデューティー演算部２２にて演算したオンデューティーを、共振成分抽出部１１の出力信号に基づいて、母線電流の共振成分が低減するよう補償してスイッチング素子５を動作させる駆動パルスを生成する。
【００１２】
上記のように構成されたモーター駆動制御装置についてその動作及び作用を説明する。
まず、三相交流電源１の交流電圧は三相整流器２で整流されて直流電圧になる。スイッチング制御手段７によりスイッチング素子５のオンオフが制御され、そのチョッピングにより、三相整流器２からの直流電圧は昇圧される。
【００１３】
ここで、昇圧コンバーター部３において、スイッチング素子５がオンした場合には、逆流防止素子６は導通が阻止され、昇圧リアクター４には三相整流器２によって整流された電圧が印可される。一方、スイッチング素子５がオフした場合には、逆流防止素子６は導通し、昇圧リアクター４には、スイッチング素子５オン時と逆向きの電圧が誘導される。このとき、エネルギーの観点からは、スイッチング素子５のオン時に昇圧リアクター４に蓄積されたエネルギーが、スイッチング素子５のオフ時に負荷であるインバーター回路９へ移送されると見ることができる。したがって、スイッチング素子５のオンデューティーを制御することで、昇圧コンバーター部３の出力電圧を制御することができる。
【００１４】
ここで、三相交流電源１と三相整流器２との間に設けられた例えばリアクターとコンデンサーによるLCフィルターを持つような回路における容量、母線間に設けられたスナバ回路（図示せず）における容量、又はスイッチング素子５における浮遊容量等と昇圧リアクター４とにより、共振が起こる場合がある。共振が生じた場合には、母線電流が脈動し、例えばスイッチング素子５の制御においては、或るスイッチング周期における母線電流の初期値が変動することにより、スイッチング制御手段１０で決定したオンデューティーに対して、昇圧リアクター４における電流の変化が異常となり、昇圧コンバーター部３が正常に動作しなくなるという問題が生じる。
【００１５】
本実施の形態１によれば、共振成分抽出部１１が、母線電流検出部８の出力信号より共振成分を抽出し、それに基づいてスイッチング制御手段１０の駆動パルス生成部にてオンデューティーの補償を行うことで、共振成分による昇圧コンバーター部３の異常動作を防止することができる。
【００１６】
駆動パルス生成部２３における共振成分の補償の有無は、所定の値に基づいて切り換えることとしてもよい。例えば、母線電流検出部８の出力信号の値と母線電流指令値演算部２１の出力信号との差に基づき、その差が大きい場合すなわち母線電流に共振が現れている場合のみ補償を行うこととすれば、共振成分が少ない場合での演算負荷を軽減することができる。また、共振成分の補償の有無を、母線電流高調波成分抽出部１１の出力信号の値に基づき切り換えるようにし、高調波成分が多く含まれる場合のみ補償を行うこととすれば、高調波成分が少ない場合での演算負荷を軽減することができる。
【００１７】
次に、母線電流の共振成分を抽出する方法の一例を説明する。
共振成分抽出部１１は、図３のようにハイパスフィルター（以下HPF）を用いて構成する。このときHPFのカットオフ周波数は、三相交流電源１と三相整流器２との間に設けられた例えばリアクターとコンデンサーによるLCフィルターを持つような回路における容量、母線間に設けられたスナバ回路（図示せず）における容量、又はスイッチング素子５における浮遊容量等と昇圧リアクター４とから、共振成分として現れることが想定される周波数の最低周波数を設定すればよい。
【００１８】
また、共振成分抽出部１１は、図４のようにバンドパスフィルター（以下BPF）を用いて構成してもよい。このときBPFの中心周波数は、三相交流電源１と三相整流器２との間に設けられた例えばリアクターとコンデンサーによるLCフィルターを持つような回路における容量、または母線間に設けられたスナバ回路（図示せず）における容量、またはスイッチング素子５における浮遊容量等と昇圧リアクター４とから、共振成分として現れることが想定される周波数を設定すればよい。BPFを複数設け、それぞれ異なる中心周波数を設定すれば、複数の共振成分に対し低減効果が得られる。
【００１９】
また、共振成分抽出部１１は、図５のようにFFT部２４を用いて構成してもよい。この場合には、FFT部２４にて母線電流の周波数成分を分離し、三相交流電源１と三相整流器２との間に設けられた例えばリアクターとコンデンサーによるLCフィルターを持つような回路における容量、は母線間に設けられたスナバ回路（図示せず）における容量、又はスイッチング素子５における浮遊容量等と昇圧リアクター４とから、共振成分として現れることが想定される周波数成分を選択し、共振成分復調部２５で共振成分を復調して駆動パルス生成部２３での補償を行えば、上記BPFを複数設けた場合と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
ところで、三相交流電源１の或る相で欠相が起こった場合には、母線電流検出部８にて検出した母線電流に現れる電流リプルの変化により、欠相を検出することができる。このことにより、三相交流電源の各相に電源電圧又は電源電流を検出する手段を設ける必要がなく、コスト低減、回路の小型化が可能となる。
【００２１】
また、欠相検出時には、スイッチング制御手段１０及びインバーター駆動手段１４にて、昇圧コンバーター部３及びインバーター回路１２の動作をそれぞれ停止させることで、欠相時の過電流等による素子破壊を防止することができる。このとき、欠相による異常状態を知らせる装置を設けてもよい。
【００２２】
また、欠相検出時には、スイッチング制御手段１０及びインバーター駆動手段１４にて、昇圧コンバーター部３及びインバーター回路１２をそれぞれ低出力とするべく動作を制御させることができる。このように制御することで、素子破壊を防止しながらも、例えば、冷蔵庫や冷凍庫のような用途に用いられた場合には、庫内の食品等の品質を確保することが可能となる。このとき、欠相による異常状態を知らせる装置を設けてもよい。
【００２３】
昇圧コンバーター部３で昇圧を行う場合には、インバーター回路１２に印加される直流電圧が高くなる、すなわちインバーター回路１２の出力電圧が高くなる。それに伴い、モーター１５の線間電圧も高くなり、一方でモーター１５の相電流は低減する。このことから、インバーター回路１２を構成するスイッチング素子１２ａ〜１２ｆのオン時に流れる電流が低減するため、インバーター回路１２における導通損失を低減することが可能となる。したがって、昇圧コンバーター部を持たない従来の回路構成に比べると、昇圧コンバーター部３における損失分だけ損失が増加するものの、昇圧によりインバーター損失が低減するため、インバーター損失低減分が昇圧コンバーター部３の損失増加分より大きくなるようシステム設計することで、損失低減が可能となる。また、モーターの高速運転範囲拡大も可能となり、性能改善も可能となる。
【００２４】
インバーター回路１２の負荷が小さく、出力電力が低い場合には、スイッチング制御手段１０にてスイッチング素子５をオフとし、昇圧コンバーター部３の動作を停止させ、昇圧コンバーター部３における損失を抑制することが可能となる。
【００２５】
この昇圧コンバーター部３の動作停止を決定する方法には次のような方法がある。
例えば母線電流検出部８及び出力電圧検出部９の出力信号より求める消費電力に対する閾値を設け、消費電力が閾値よりも小さいときに、昇圧コンバーター部３の動作を停止させる。
【００２６】
また、図６及び図７に示すように、モーター１５に流れる電流を検出するモーター電流検出部１３又はインバーター回路１２の電流を検出するインバーター電流検出部１８を設ける。そして、モーター電流検出部１３又はインバーター電流検出部１８の出力信号に対する閾値を設け、それらの出力信号（検出電流）が閾値よりも小さいときに、昇圧コンバーター部３の動作を停止させる。
【００２７】
また、上記のように昇圧コンバーター部３の動作を停止した場合でも、昇圧リアクター４及び逆流防止素子６は電流経路となっているため、昇圧リアクター４においては抵抗成分による銅損、逆流防止素子６においては導通時の順電圧降下による導通損失が発生する。
そこで、図８に示すように、昇圧コンバーター部３の昇圧リアクター４と逆流防止素子６と並列に新たに逆流防止素子１６を接続すれば、電流経路の素子点数を低減でき、損失低減が可能となる。
【００２８】
また、図９に示すように、逆流防止素子１６の代わりに、例えばリレーのような開閉素子１７を設けても同様に、昇圧コンバーター部３の損失低減が可能となる。さらに、この構成においては、モーター１５からの回生時にスイッチング素子５及び開閉素子１７をオンとして制御すれば、回生エネルギーを消費する電流経路を形成でき、回生電圧上昇による素子破壊を防止することも可能となる。
【００２９】
また、インバーター回路１２の各スイッチング素子１２ａ〜１２ｆは、インバーター駆動手段１４により、例えばPWM変調により制御される。このとき、モーターの運転速度によっては、変調率１以上となる過変調領域まで利用することで、インバーター回路１２の出力電圧を増加させることができる。これに伴い、前述したようなインバーター回路１２における導通損失のさらなる低減、モーター１５の高速運転範囲拡大が可能となる。
【００３０】
モーター１５を過変調領域で運転する場合には、インバーター回路１２の出力電圧の制御は困難になる場合があるが、本実施の形態１においては、昇圧コンバーター部３の出力電圧を制御することで、インバーター回路１２の出力電圧を制御することが可能となる。例えば、スイッチング制御手段１０の駆動パルス生成部２３は、過変調領域にて動作時、オンデューティー演算部２２で求められたスイッチング素子５のオンデューティーを、インバーター駆動手段１４における変調率に基づいて補償してスイッチング素子５を動作させる駆動パルスを生成することによりインバーター出力電圧を制御する。
【００３１】
また、インバーター駆動手段１４においては、平滑コンデンサー７の電圧リプルを低減するように、インバーター回路１２における各スイッチング素子１２ａ〜１２ｆを制御するスイッチングパターンを出力する。このようにすることで、平滑コンデンサー７の容量を低減でき、平滑コンデンサー７の小型化、コスト低減が可能となる。なお、平滑コンデンサー７の電圧リプルを低減するには、平滑コンデンサー７の両端電圧におけるリプルの山又は谷にあたる部分でスイッチングパターンを調整する。例えば、インバーター回路１２のスイッチング素子１２ａ〜１２ｆのオン時間を、リプルの山に当たる部分では通常よりも短く、リプルの谷に当たる部分では通常よりも長くするといった調整を行う。
【００３２】
また、スイッチング制御手段１０にて、インバーター駆動手段１４から出力されるスイッチングパターンの情報を取り込み、インバーター駆動手段１４においてゼロベクトルに相当するスイッチングパターンが出力された場合には、スイッチング素子をオンとして制御する。このようにすれば、平滑コンデンサー７の容量低減、またはスナバ回路の容量低減、または雑音端子電圧の低減が可能となる。
【００３３】
また、スイッチング制御手段１０において、出力電圧、母線電流を制御する際、その制御定数は回路の負荷に応じて調整されることが望ましい。そこで、母線電流検出部８と出力電圧検出部９の少なくとも一方、又はモーター電流検出部１３若しくはインバーター電流検出部１８の出力信号をスイッチング制御手段１０に取り込み、その値に基づいて制御定数を調整すれば、制御の安定性向上を図ることが可能となる。
【００３４】
上記の調整対象の制御定数には、例えば母線電流指令値演算部２１及びオンデューティー演算部２２を比例−積分制御（ＰＩ制御）で構成した場合には、各演算部における比例ゲイン、積分時間定数といった制御定数が該当する。また、比例−積分−微分制御（ＰＩＤ）をする場合には、比例ゲイン、積分時間定数、微分時間定数が、上記の調整対象の制御定数に該当する。
【００３５】
インバーター電流やモーター電流に基づいて制御定数を調整する場合には、電流に、例えばハンチング等の異常が発生したときに、ゲインを下げるなどの処理をして制御の応答性を低め、ハンチングを抑制するように制御定数を調整する。また、消費電力に基づいて制御定数を調整する場合には、消費電力の変化から電流ハンチング等の異常を判断し、制御定数を調整する。
【００３６】
また、スイッチング制御手段１０及び共振成分抽出部１１の構成の全てまたは一部を、アナログ回路にて実現してもよい。インバーター駆動手段１４がマイコンにて実現されており、マイコンの容量的にスイッチング制御手段１０を組み込めない場合でも、マイコンを追加する必要がなく、また、アナログIC等は市販のものを使用できるため、コスト抑制が可能となる。
【００３７】
また、スイッチング素子５やインバーター回路１２のスイッチング素子１２ａ〜１２ｆとして、SiC系またはGaN系半導体やスーパージャンクション（以下SJ）構造のスイッチング素子を用いる。このようにすることで、従来用いられているSi系スイッチング素子を用いた場合に比べ、損失低減を図ることができる。特に、SJ構造のスイッチング素子はリカバリが大きいと問題になるが、本実施の形態１のような昇圧コンバーター部３の構成では、スイッチング素子５はリカバリが小さいため、SJ構造のスイッチング素子に向いた用途であり、その特徴をより活かし、損失低減の効果を高めることが可能となる。
【００３８】
また、大電力用途として用いる場合には、スイッチング素子を並列に設置し、並列駆動を行うことも有効である。例えばSiC系、GaN系またはSJ構造のMOSFETを使用する場合には、スイッチング素子５の代わりに複数個のMOSFETを設置し、スイッチング制御手段１０により出力される駆動パルスを分け、それぞれの素子を同一信号で駆動する。また、例えばSiC系、GaN系またはSJ構造のIGBTを使用する場合には、スイッチング素子５の代わりに、複数個のIGBTを設置し、スイッチング制御手段１０により出力される駆動パルスを分け、位相をずらして、間欠的に動作するように、それぞれの素子を駆動する。
【００３９】
また、三相整流器２における整流ダイオード２ａ〜２ｆや逆流防止素子６として、SiC系またはGaN系のショットキーバリアダイオードなどの素子を用いることで、導通時の抵抗が低いという特徴を活かし、損失低減を図ることができる。
【００４０】
また、一般にモーター巻線の巻数を増加させた場合には、巻線抵抗は巻数の二乗に比例（数式１）、モーター電流は巻数に反比例（数式２）する関係がある。このとき、巻線抵抗によるモーター銅損は、巻数に依存しない（数式３）。
【００４１】
【数１】
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【００４２】
【数２】
2010166719.tif 000004
【００４３】
【数３】
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【００４４】
前述したように、モーター電流が低減できれば、インバーター回路１２における導通損失を低減できるため、モーター巻線の巻数を増加させることで、モーター１５における損失は増加させることなく、インバーター回路１２における導通損失低減が可能となる。しかし、モーター巻線の巻数を増加させた場合には、誘起電圧は巻数に比例して高くなる（数式４）ため、インバーター回路への入力電圧を増加する必要があった。
【００４５】
【数４】
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【００４６】
したがって、本実施の形態１では、昇圧コンバーター部３によるインバーター回路１２の入力電圧増加、過変調PWM制御によるさらなるインバーター回路１２の入力電圧増加によりモーター１５の巻線を増加させることが可能となる。したがって、モーター１５の巻線を、昇圧コンバーター部３の最大出力電圧、すなわちインバーター回路１２の入力電圧にしたがって設計することで、インバーター回路１２におけるさらなる導通損失低減を図ることが可能となる。
【００４７】
また、図１０に示すように、本実施の形態１に係る三相整流器２以下の構成を取った回路を複数台設け、複数台のモーターを運転するようなシステムを構築してもよい。このように複数台を運転するようなシステムを構築した場合でも、各モーター駆動制御装置においては、上記で述べたような効果が得られることは言うまでもない。
【００４８】
実施の形態２．
図１３は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成を示した図である。
空気調和機は、圧縮機１００、四方弁１０１、熱交換器（室外機）１０２、膨張弁（減圧装置１０３、熱交換器（室内機）１０４を備えており、これらが環状に接続されて冷媒回路を構成している。この冷媒回路により冷凍サイクルを構成している。そして、圧縮機１００に内蔵されているモーター（図示せず）の駆動制御装置１１０として上記の実施の形態１に係るモーター駆動制御装置が用いられる。また、熱交換器１０２、１０４に送風するために設けられている送風機１０５、１０６の駆動制御装置１１１として上記の実施の形態に係るモーター駆動制御装置が用いられる。
以上のように、本実施の形態２に係る空気調和機は、上記の実施の形態１のモーター駆動制御装置を圧縮機１００及び送風機１０６、１０７を制御対象として適用しているが、この場合についても上記の実施の形態１と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４９】
実施の形態３．
なお、上記の実施の形態２は空気調和機の例であるが、本発明は冷蔵庫又は冷凍庫のモーターの駆動制御においても同様に適用される。
図１４は、本発明の実施の形態３に係る冷蔵庫の構成を示す図である。冷蔵庫２００は、図１３と同様な冷媒回路（但し、四方弁は不要）を備えており、この冷媒回路により冷凍サイクルを構成している。冷蔵庫２００は、図１４の例では、冷凍サイクルの一部を構成する冷媒圧縮機２０１、冷却室２０２内に設けられた冷却器２０３で生成された冷気を、冷蔵室、冷凍室等に送るための冷気循環用の送風機２０４を備えている。そして、この冷媒圧縮機２０１、冷気循環用の送風機２０４は、上述した実施の形態１のモーター駆動制御装置により制御されるモーターにより駆動される。このような構成によりモーターを運転させても、上記実施の形態１と同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００５０】
以上、本発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５１】
１  三相交流電源、２  三相整流器、２ａ〜２ｆ  整流ダイオード、３  昇圧コンバーター、４  昇圧リアクター、５  スイッチング素子、６  逆流防止素子、７  平滑コンデンサー、８  母線電流検出部、９  出力電圧検出部、１０  スイッチング制御手段、１１  共振成分抽出部、１２  インバーター回路、１２ａ〜１２ｆ  スイッチング素子、
１３  モーター電流検出部、１４  インバーター駆動手段、１５  モーター、１６  逆流防止素子、１７  開閉手段、１８  インバーター電流検出部、２１  母線電流指令値演算部、２２  オンデューティー演算部、２３  駆動パルス生成部、２４  FFT部、２５  共振成分復調部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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