(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流を直流に変換するコンバータ装置において、
前記三相交流を供給する電源に接続される三つの交流リアクトルと、
三相ダイオードブリッジと、
該三相ダイオードブリッジの直流出力側と直流負荷の間に設ける直列に接続された複数の平滑コンデンサと、
前記三相ダイオードブリッジの直流側の正と負の端子にそれぞれ接続する二つの環流ダイオードと、
該二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルと、
前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記二つの環流ダイオードの中点の間に設ける三つの両方通電スイッチと、
該三つの両方通電スイッチを制御する制御器を備えて、前記三つの両方通電スイッチを制御するとともに、
前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御は、
前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記平滑コンデンサの負の端子の間の電圧を検出する電圧検出手段で検出された電圧信号に基づいて、
電源位相、電源相順、電源周波数、電源電圧の少なくとも一つの情報を推定し、推定した情報より、
前記両方通電スイッチのオン・オフ制御信号を調整することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項２】
三相交流を直流に変換するコンバータ装置において、
前記三相交流を供給する電源に接続される三つの交流リアクトルと、
三相ダイオードブリッジと、
該三相ダイオードブリッジの直流出力側と直流負荷の間に設ける直列に接続された複数の平滑コンデンサと、
前記三相ダイオードブリッジの直流側の正と負の端子にそれぞれ接続する二つの環流ダイオードと、
該二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルと、
前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記二つの環流ダイオードの中点の間に設ける三つの両方通電スイッチと、
該三つの両方通電スイッチを制御する制御器を備えて、前記三つの両方通電スイッチを制御するとともに、
前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記平滑コンデンサの負の端子の間の電圧を検出する電圧検出手段で検出された電圧信号と電圧所定値との比較により、電源位相、電源相順、電源周波数、電源電圧の少なくとも一つの情報を推定することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項３】
請求項２のコンバータ装置において、
前記電圧所定値は、
前記電圧検出手段で検出された電圧信号の振幅値もしくは平均値を用いて、前記電圧信号の振幅値の約１／４〜１／３に調整されることを特徴とするコンバータ装置。
【請求項４】
三相交流を直流に変換するコンバータ装置において、
前記三相交流を供給する電源に接続される三つの交流リアクトルと、
三相ダイオードブリッジと、
該三相ダイオードブリッジの直流出力側と直流負荷の間に設ける直列に接続された複数の平滑コンデンサと、
前記三相ダイオードブリッジの直流側の正と負の端子にそれぞれ接続する二つの環流ダイオードと、
該二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルと、
前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記二つの環流ダイオードの中点の間に設ける三つの両方通電スイッチと、
該三つの両方通電スイッチを制御する制御器を備えて、前記三つの両方通電スイッチを制御するとともに、
前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御は、
前記電圧検出手段で検出された電圧信号を用いて、電源位相を推定して、推定した位相から、あらかじめ設定された変調波テーブルを用いて変調波を作成し、キャリア波との比較により、
前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御信号を生成することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項５】
請求項４のコンバータ装置において、
前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御は、
直流負荷の負荷情報を用いて、前記変調波の大きさと前後位置を調整し、
直流負荷変動に従って前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御信号を調整することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項６】
請求項１記載のコンバータ装置において、
前記三相ダイオードブリッジを構成するダイオードは、
汎用整流ダイオードを使用することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項７】
請求項１記載のコンバータ装置において、
前記環流ダイオードは、
汎用ダイオードを使用することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項８】
請求項１記載のコンバータ装置において、
前記二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルの大きさは、
前記三つの両方通電スイッチの過大なターンオン電流を抑制できる容量であることを特徴とするコンバータ装置。
【請求項９】
請求項１、又は請求項８記載のコンバータ装置において、
前記二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルのインダクタンス値（Ｌ）は、
前記三相ダイオードブリッジの直流側電圧（Ｅｄ）と、三相ダイオードブリッジを構成するダイオードのリカバリ時間（Ｔｒｒ）と、前記両方通電スイッチの定格電流（Ｉｓｗ）を用いて、式    Ｌ＝Ｅｄ×Ｔｒｒ／Ｉｓｗより算出することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項１０】
請求項１記載のコンバータ装置において、
前記二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルの電流容量は、
前記交流リアクトルの約１／４以下に設定することを特徴とするコンバータ装置。
【請求項１１】
三相交流を変換してモータに供給するモータ駆動用モジュールにおいて、
三相ダイオードブリッジと、
該三相ダイオードブリッジの直流出力側と直流負荷の間に設ける直列に接続された複数の平滑コンデンサと、
前記三相ダイオードブリッジの直流側の正と負の端子にそれぞれ接続する二つの環流ダイオードと、
該二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルと、
前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記二つの環流ダイオードの中点の間に設ける三つの両方通電スイッチと、
該三つの両方通電スイッチを制御する制御器を備えて、
前記三つの両方通電スイッチを制御するとともに、
前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御は、
前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記平滑コンデンサの負の端子の間の電圧を検出する電圧検出手段で検出された電圧信号に基づいて、
電源位相、電源相順、電源周波数、電源電圧の少なくとも一つの情報を推定し、推定した情報より、
前記両方通電スイッチのオン・オフ制御信号を調整することを特徴とするモータ駆動用モジュール。
【請求項１２】
三相交流を変換してモータに供給する冷凍機器において、
三相ダイオードブリッジと、
該三相ダイオードブリッジの直流出力側と直流負荷の間に設ける直列に接続された複数の平滑コンデンサと、
前記三相ダイオードブリッジの直流側の正と負の端子にそれぞれ接続する二つの環流ダイオードと、
該二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルと、
前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記二つの環流ダイオードの中点の間に設ける三つの両方通電スイッチと、
該三つの両方通電スイッチを制御する制御器を備えて、
前記三つの両方通電スイッチを制御するとともに、
前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御は、
前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記平滑コンデンサの負の端子の間の電圧を検出する電圧検出手段で検出された電圧信号に基づいて、
電源位相、電源相順、電源周波数、電源電圧の少なくとも一つの情報を推定し、推定した情報より、
前記両方通電スイッチのオン・オフ制御信号を調整することを特徴とする冷凍機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流を直流に変換するコンバータ装置，モータ駆動用モジュール、及び冷凍機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
三相交流を直流に変換するコンバータ装置は、例えば、電動機駆動用インバータ装置や、バッテリ充放電装置，冷凍機器（エアコンや冷蔵庫など）に使用されている。これらのコンバータ装置が三相ダイオード整流器を用いる場合、多くの電源電流高調波が発生してしまい、電力システムへの影響が社会問題になっている。【０００３】
近年、ＩＥＣ（国際電気標準会議）の高調波規制（ＩＥＣ６１０００−３−２（相電流＜１６Ａ）とＩＥＣ６１０００−３−１２（１６Ａ＜相電流＜７５Ａ））をはじめ、欧州，中国や日本国内の高調波規制が制定された。今後、これらの装置の電源高調波対策が必要になる見込みがある。【０００４】
一方、６個の半導体パワー素子から構成される三相ＰＷＭコンバータを用いて、入力電流の高調波低減と出力直流電圧の安定化制御を行えるが、多くの半導体パワー素子と複雑な制御手段が必要なので、装置のコストが大幅に増加してしまうという問題がある。【０００５】
特に、エアコンや汎用インバータ及び電気自動車用充電装置など民生や産業用装置は、製品コストを重視するので、安価な高調波対策が望まれている。【０００６】
従来、三相コンバータ装置の安価な高調波対策として、例えば、〔特許文献１〕と〔特許文献２〕に記載しているように、三相ダイオード整流器の入力側に交流リアクトルと三つの両方通電タイプスイッチを設けて、各相電源電圧のゼロクロス付近のみ、両方通電タイプスイッチをオンにさせ、入力電流を改善する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３４２２２１８号公報
【特許文献２】特許第２８５７０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
〔特許文献１〕に記載の技術は、高調波規制をクリアするために、大きな交流リアクトルが必要となり、装置の大型化やコストアップを避けられない。特に、交流リアクトルの抵抗の熱損失が入力電流と二乗関係があるため、高負荷運転時に、リアクトルの発熱や装置の効率低下が懸念される。【０００９】
また、〔特許文献２〕には、両方通電タイプスイッチのオン・オフ動作回数を増加して、交流リアクトルの小型化を実現できるが、整流ダイオードが高速回復タイプを使用しなければならないので、コストの増加や従来のダイオード整流回路の流用ができなくなる問題点がある。【００１０】
そこで、本発明は、大型な交流リアクトルや高速ダイオードを採用しなくても、高調波規制に対応したコンバータ装置，モータ駆動用モジュール，冷凍機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明は三相交流を直流に変換するコンバータ装置において、
三相ダイオードブリッジと、該三相ダイオードブリッジの直流出力側と直流負荷の間に設ける直列に接続された複数の平滑コンデンサと、前記三相ダイオードブリッジの直流側の正と負の端子にそれぞれ接続する二つの環流ダイオードと、該二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルと、前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記二つの環流ダイオードの中点の間に設ける三つの両方通電スイッチと、該三つの両方通電スイッチを制御する制御器を備えて、
前記三つの両方通電スイッチを制御することを特徴とするものである。【００１２】
更に、本発明はコンバータ装置において、
前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御は、前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記平滑コンデンサの負の端子の間の電圧を検出する電圧検出手段で検出された電圧信号に基づいて、電源位相，電源相順，電源周波数，電源電圧の少なくとも一つの情報を推定し、推定した情報より、前記両方通電スイッチのオン・オフ制御信号を調整することを特徴とするものである。【００１３】
更に、本発明はコンバータ装置において、
前記電圧検出手段で検出された電圧信号と電圧所定値との比較により、電源位相，電源相順，電源周波数，電源電圧の少なくとも一つの情報を推定することを特徴とするものである。【００１４】
更に、本発明はコンバータ装置において、
前記電圧所定値は、
前記電圧検出手段で検出された電圧信号の振幅値もしくは平均値を用いて、前記電圧信号の振幅値の約１／４〜１／３に調整されることを特徴とするものである。【００１５】
更に、本発明はコンバータ装置において、
前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御は、前記電圧検出手段で検出された電圧信号を用いて、電源位相を推定して、推定した位相から、あらかじめ設定された変調波テーブルを用いて変調波を作成し、キャリア波との比較により、前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御信号を生成することを特徴とするものである。【００１６】
更に、本発明はコンバータ装置において、
前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御は、直流負荷の負荷情報を用いて、前記変調波の大きさと前後位置を調整し、直流負荷変動に従って前記三つの両方通電スイッチのオン・オフ制御信号を調整することを特徴とするものである。【００１７】
更に、本発明はコンバータ装置において、
前記三相ダイオードブリッジを構成するダイオードは、汎用整流ダイオードを使用することを特徴とするものである。【００１８】
更に、本発明はコンバータ装置において、前記環流ダイオードは、汎用ダイオードを使用することを特徴とするものである。【００１９】
更に、本発明はコンバータ装置において、
前記二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルの大きさは、前記三つの両方通電スイッチの過大なターンオン電流を抑制できる容量であることを特徴とするものである。【００２０】
更に、本発明はコンバータ装置において、
前記二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルのインダクタンス値（Ｌ）は、
前記三相ダイオードブリッジの直流側電圧（Ｅｄ）と、三相ダイオードブリッジを構成するダイオードのリカバリ時間（Ｔｒｒ）と、前記両方通電スイッチの定格電流（Ｉｓｗ）を用いて、式
Ｌ＝Ｅｄ×Ｔｒｒ／Ｉｓｗ
より算出することを特徴とするものである。【００２１】
更に、本発明はコンバータ装置において、
前記二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルの電流容量は、前記交流リアクトルの約１／４以下に設定することを特徴とするものである。【００２２】
また、前記課題を解決するため、本発明は三相交流を変換してモータに供給するモータ駆動用モジュールにおいて、三相ダイオードブリッジと、該三相ダイオードブリッジの直流出力側と直流負荷の間に設ける直列に接続された複数の平滑コンデンサと、前記三相ダイオードブリッジの直流側の正と負の端子にそれぞれ接続する二つの環流ダイオードと、該二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルと、前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記二つの環流ダイオードの中点の間に設ける三つの両方通電スイッチと、該三つの両方通電スイッチを制御する制御器を備えて、
前記三つの両方通電スイッチを制御することを特徴とするものである。【００２３】
また、前記課題を解決するため、本発明は三相交流を変換してモータに供給する冷凍機器において、三相ダイオードブリッジと、該三相ダイオードブリッジの直流出力側と直流負荷の間に設ける直列に接続された複数の平滑コンデンサと、前記三相ダイオードブリッジの直流側の正と負の端子にそれぞれ接続する二つの環流ダイオードと、該二つの環流ダイオードの中点と前記平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルと、前記三相ダイオードブリッジの交流側と前記二つの環流ダイオードの中点の間に設ける三つの両方通電スイッチと、該三つの両方通電スイッチを制御する制御器を備えて、前記三つの両方通電スイッチを制御することを特徴とするものである。【００２４】
本発明によれば、両方通電スイッチを制御することで電源電流の高調波成分を低減し、二つの環流ダイオードの中点と平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトルにより、三つの両方通電スイッチがターンオン時の三相ダイオードブリッジの逆回復電流を抑制すること、二つの環流ダイオードにより、三つの両方通電スイッチがターンオフ時の過電圧を抑制ことを実現するものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、大型な交流リアクトルや高速ダイオードを採用しなくても、高調波規制に対応したコンバータ装置，モータ駆動モジュール及び冷凍機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態であるコンバータ装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態であるコンバータ装置の両方通電スイッチ、及び駆動回路の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態であるコンバータ装置の制御部の機能ブロック構成図である。
【図４】電源電圧と各相の変調波形図である。
【図５】本発明の一実施形態であるコンバータ装置の両方通電スイッチがターンオンする時の等価回路図である。
【図６】本発明の一実施形態であるリアクトルがある場合のコンバータ装置の両方通電スイッチがターンオンする時の等価回路図である。
【図７】本発明の一実施形態であるコンバータ装置の両方通電スイッチの電流波形図である。
【図８】本発明の一実施形態であるリアクトルがある場合のコンバータ装置の両方通電スイッチの電流波形図である。
【図９】本発明の一実施形態であるモータ駆動装置の構成図である。
【図１０】電源位相と検出電圧信号波形図である。
【図１１】本発明の一実施形態であるコンバータ装置の制御部の電源位相演算器の機能ブロック構成図である。
【図１２】本発明の一実施形態であるモータ駆動装置の構成図である。
【図１３】本発明の一実施形態であるモータ駆動モジュールの外観図である。
【図１４】本発明の一実施形態である冷凍機器の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２８】
以下、本発明の三相コンバータ装置の構成と制御の実施例を示す。【００２９】
図１は、本発明の第１実施形態のコンバータ装置の構成図である。【００３０】
このコンバータ装置は、三相交流電源１に接続される三つの交流リアクトル２と、六つのダイオードから構成する三相ダイオードブリッジ３と、三相ダイオードブリッジ３の直流側に設ける直列接続される複数の平滑コンデンサ４と、三相ダイオードブリッジ３の直流側の正と負の端子に接続する二つの環流ダイオード６と７と、環流ダイオード６と７の中点と平滑コンデンサの中点の間に挿入するリアクトル５と、前記三相ダイオードブリッジ３の交流入力側と前記環流ダイオード６と７の中点の間に接続する三つの双方向通電スイッチ１０と、三つの双方向通電スイッチ１０を制御する制御器１１と、電源位相検出手段９を備える。【００３１】
直流側の複数の平滑コンデンサ４は、同容量のコンデンサを直列に接続し、直流電圧の中点を作成する。三つの双方向通電スイッチ１０は、後述の図２に示すように、単相ダイオードブリッジ１２と１個の半導体パワー素子１３（ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ素子）から構成できる。【００３２】
図２に、双方向通電スイッチ１０を構成する半導体パワー素子１３構成の一例を示す。これらの半導体パワー素子の駆動端子は、図２に示すように、制御器１１との電気絶縁を図るために、フォトカプラや変圧器など絶縁手段１４を介して、駆動回路１５に接続する。【００３３】
なお、制御器１１はマイコン（マイクロコンピュータ）もしくはＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等の半導体演算素子を用いて、電源位相検出手段９からの電源位相と、負荷８からの負荷情報を処理して、各半導体パワー素子のオン・オフ制御信号を発生する。【００３４】
図３は、制御器１１の機能ブロック構成図であり、各機能はマイコンのプログラムにより実現される。具体的には、検出した電源位相θｓから、あらかじめ設定された変調波テーブル１６を用いて、三相変調波を作成する。更に、負荷情報から、あらかじめ設定された調整量テーブル１９を用いて、変調波の前後位置と大きさを調整する。【００３５】
図４に、各相の電源電圧波形２１，２２，２３と、マイコン内部メモリにあらかじめ設定された各相の三相変調波テーブル波形２４，２５，２６の一例を示す。これらの変調波テーブルは、事前に所定条件でシミュレーションや実機実験で作成するものである。【００３６】
また、電源入力電流が変化する場合、高調波抑制効果を維持するために、対応する変調波の調整が必要である。簡単な実現法として、図３に示すように、あらかじめ設定された調整量テーブル１９を用いて、位相調整量θｓ_ａｄｊとゲインＫｍを求めて、変調波の前後位置と大きさを調整する。【００３７】
最後に、ＰＷＭ制御器１８で、調整された変調波Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗとキャリア波（三角波もしくはのこぎり波）との比較により、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を出力し、前記両方通電パワー素子１３のオン・オフを制御する。【００３８】
上述したＰＷＭ制御により、小型な交流リアクトルを採用しても、電流高調波の低減ができるので、装置体積とコストの低減が可能である。【００３９】
図５，図６に、三相ダイオードブリッジのＵ相に対応する上アームのダイオードが順方向通流状態で、Ｕ相に対応する両方通電スイッチがターンオンする時の等価回路を示す。【００４０】
図５に示す環流ダイオード６と７の中点と平滑コンデンサの中点に挿入するリアクトルがない場合、Ｕ相に対応する両方通電スイッチがターンオンする瞬間、整流ダイオードの逆回復時間が長いので、両方通電スイッチに短時間の過大な電流が流れてしまう。過大なターンオン電流が発生すると、半導体素子の信頼性低下と損失増加、及び装置の放射ノイズ発生など悪影響が出る。【００４１】
一方、図６に示すように、リアクトルがある場合電流の変化率が制限されるため、過大な電流の抑制ができる。【００４２】
図７，図８には、図５，図６に示す回路の両方通電スイッチに流す実機測定の通電電流波形２７を示す。図８に示すように、リアクトルの追加により、両方通電スイッチのターンオン電流を抑制できることを確認した。【００４３】
また、両方通電スイッチがターンオフする時に、リアクトルに流す電流が環流ダイオードを経由して、平滑コンデンサに戻すので、両方通電スイッチに印加する電圧を直流電圧以下に抑制し、エネルギー損失を低減できる。【００４４】
この挿入リアクトルは、両方通電スイッチのターンオン電流だけ抑制するので、そのインダクタンス値が、下式より求めればよい。
〔式１〕
Ｌ＝（Ｅｄ／２）×Ｔｒｒ／（Ｉｓｗ／２）＝Ｅｄ×Ｔｒｒ／Ｉｓｗ
ここで、Ｌはリアクトルのインダクタンス値、Ｅｄは直流電圧値、Ｔｒｒは三相ダイオードブリッジのダイオードリカバリ時間、Ｉｓｗは両方通電スイッチの定格電流である。【００４５】
例えば、直流電圧値（Ｅｄ）が５００［Ｖ］、三相ダイオードブリッジのダイオードリカバリ時間（Ｔｒｒ）が５［μｓ］、両方通電スイッチの定格電流（Ｉｓｗ）が１０［Ａ］の場合、リアクトルのインダクタンス値が
Ｌ＝５００×５／１０＝２５０［μＨ］
程度で良い。即ち、挿入リアクトルのインダクタンス値は、交流リアクトルより十分小さく設定しても良い（１／２０以下）。【００４６】
また、リアクトルに流す電流は、各素子がオン状態の電流のみであるので、電流容量が装置の入力電流の約１／４以下でも良い。【００４７】
また、環流ダイオードの電流も非常に小さいので、安価な汎用品を採用しても良い。【００４８】
以上の説明より、本発明のターンオン電流抑制回路が、少ないコストで実現できるので、本発明を用いると、小型リアクトルと逆回復時間が長い汎用整流ダイオードを採用しても、高調波を低減するコンバータ装置を実現できる。よって、製品コストと体積の削減、及び信頼性と効率の向上が図れる。【００４９】
以上が、本発明の三相コンバータ装置の構成と制御の実施例である。
【実施例２】
【００５０】
以下、本発明のモータ駆動装置の実施例を示す。【００５１】
図９は、本発明の第２実施形態のモータ駆動装置の構成である。【００５２】
三相交流から直流を変換するコンバータ部分は、図１に示すものと同じである。コンバータ回路の直流出力側に、インバータ１００とインバータ制御器１０１を用いて、モータ１０２を駆動する。インバータ制御器１０１のモータ負荷情報は、通信など手段を介して、制御器１１１へ伝送する。制御器１１１は、この負荷情報を用いて、変調波の大きさと位置を調整して双方向通電スイッチ１０を制御する。【００５３】
このような構成は、コンバータ回路とインバータ回路の製造や設置が分離にしても良いので、製品の設計や製造の自由度が向上する。特に、既存のインバータモジュールやモータ駆動基板に、コンバータ部分だけ追加して、電源高調波を低減できるので、製品の開発や製造コストを削減できる。【００５４】
また、この実施例では、部品コスト低減と配線簡略化を図るために、分圧抵抗１０９から得た電圧信号Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎを用いて、電源位相を検出する方式を採用する。【００５５】
図１０に、分圧抵抗１０９から得た各相の検出電圧波形３１，３２，３３と電源位相波形３０を示す。これらの波形から、分圧抵抗１０９から得た電圧信号が電圧振幅値の約１／４〜１／３の電圧レベル値と比較し、得た信号の立ち上がりエッジが、電源位相の０°，１２０°，２４０°とほぼ一致していることが分った。従って、これらの電圧信号から電源位相を推定することができる。また、相隣立ち上がりエッジの時間差から、電源周波数の計算もできる。更に、上記立ち上がりエッジの順番から、三相電源相順の判断ができる。【００５６】
また、上記電圧信号の振幅値もしくは平均値を演算して、電源電圧の大きさを推定することが可能である。【００５７】
実際に、位相検出精度を更に向上するため、ＰＬＬ（Phase-locked Loop）処理を用いて、電源周波数の誤差Δｆｓを演算し、マイコン内部の電源周波数ｆｓ０の誤差を自動補正する。【００５８】
以下は、図１１を用いて、電源位相を演算する処理を説明する。【００５９】
図１１に示すように、Ａ／Ｄ変換器４０を用いて、各電圧検出信号Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎを検出し、電圧レベル値との比較より、立ち上がりエッジを作成し、立ち上がりエッジの検出時点の電源位相対応値（Ｕ相：０°，Ｖ相：１２０°，Ｗ相：２４０°）とマイコン内部演算した電源位相との誤差を求め、ＰＩ制御器４４を用いて、周波数誤差Δｆｓを算出する。この周波数誤差は電源周波数初期設定値ｆｓ０と加算し、積分処理により内部電源位相を算出する。ただし、電源の相順と周波数の情報を事前に設定しない場合、位相検出処理前に、各相に対応する立ち上がりエッジの時間差と順番から判定する必要がある。【００６０】
ここでの電圧レベル値は、事前に電源電圧に従って固定値（約相間電圧振幅値の１／４〜１／３）に設定しても良いが、電源電圧変動の影響を低減するために、前記分圧抵抗１０９から得た電圧信号から推定した電源電圧の大きさに従って、オンラインで調整すれば、位相検出精度を更に向上できる。【００６１】
上述したように、ＰＬＬ処理で電源周波数の誤差を自動調整されるので、電源周波数の変動やマイコン発振器の誤差があっても、電源位相検出誤差が少ない。【００６２】
また、マイコンのＡ／Ｄ変換器が足りない場合、２相分もしくは１相分の電圧信号を使っても同様な処理で電源位相を算出できる。ただし、１相電圧信号を使用する場合、三相電源の相順検出ができない。【００６３】
このような手段，構成によると、分圧抵抗のみで、制御で必要な電源情報を検出できるので、回路コストの低減と制御性能の向上を図れる。また、本発明をグローバル製品に適用する場合、各地域の電源情報（電源周波数，相順，電源電圧など）の事前設定をしなくてもよいので、装置の汎用性と信頼性が向上する。【００６４】
更に、マイコン内部Ａ／Ｄの代わりに、外部のアナログ比較器（コンパレータ）を用いて、分圧抵抗１０９から検出した電圧信号が電圧レベル値との比較により位相検出も可能である。このような構成は、Ａ／Ｄ変換器を使用せず、且つマイコン内部でのデータ処理が簡単であるため、安価な低機能マイコンの使用が可能である。
【実施例３】
【００６５】
図１２は、本発明の第３実施形態のモータ駆動装置の構成である。【００６６】
三相交流から直流を変換するコンバータ部分は、図１に示すものと同じである。コンバータ回路の直流出力側に、インバータ１００とインバータ制御器１０１を用いて、モータ１０２を駆動する。【００６７】
コンバータ・インバータ制御器１０５は一つのマイコンを使用する。分圧抵抗１０９，１２０とシャント抵抗１２１及び増幅器１２２を用いて、電源位相，直流電圧とインバータの出力電流を検出し、コンバータ・インバータ制御器１０５で処理して、コンバータとインバータを制御する。【００６８】
このような構成は、制御用マイコンや基板が共有できるため、製品全体のコストと体積を低減できる。また、インバータとコンバータの制御情報が共有できるので、全体制御性能の向上ができる。
【実施例４】
【００６９】
図１３は、本発明の第４実施形態のモータ駆動用モジュール２００の外観図であり、最終製品の一形態を示す。【００７０】
モジュール２００は、制御部基板２０１にパワーモジュールとして半導体素子２０２が搭載されたモータ駆動用モジュールであり、制御部基板２０１には、前述の実施例に記載の電圧電流検出回路や制御器が実装される。モジュール化によって、小型化が達成され、装置コストの低減が図れる。なお、モジュールとは「規格化された構成単位」という意味であり、分離可能なハードウエア／ソフトウエアの部品から構成されているものである。また、製造上、同一基板上で構成されていることが好ましいが、同一基板に限定はされない。これより、同一筐体に内蔵された複数の回路基板上に構成されてもよい。【００７１】
この実施例によれば、製品全体コストの削減と体積の低減ができるので、本実施形態のモジュールを使用するモータ駆動装置の汎用性と便利性を向上できる。
【実施例５】
【００７２】
図１４は、本発明の第５実施形態の前記モータ駆動用モジュールを用いて、圧縮機モータを駆動した空気調和機や冷凍機などの冷凍機器の構成図である。【００７３】
冷凍機器３００は、温度を調和する装置であり、熱交換器３０１と３０２と、ファン３０３と３０４と、圧縮機３０５と、配管３０６と、モータ駆動装置３０７から構成されている。なお、圧縮機用モータ３０８は永久磁石同期モータもしくは三相誘導モータを用いて、圧縮機３０５の内部に配置されている。モータ駆動装置３０７は、交流電源を直流に変換して、モータ駆動用インバータに提供し、モータを駆動する。【００７４】
第４実施形態のコンバータ・インバータモジュールを使用することにより、小型な交流リアクトルと汎用ダイオードを採用しても、少ないコストで電源電流の高調波の低減と力率の向上ができるので、高調波規制をクリアすることが実現できる。
【符号の説明】
【００７５】
１  三相交流電源
２  三相交流リアクトル
３  三相ダイオードブリッジ
４  平滑コンデンサ
５  リアクトル
６，７  環流ダイオード
８  直流負荷
９  電源位相検出手段
１０  双方向通電スイッチ
１１，１１１  制御器
１２  単相ダイオードブリッジ
１３  半導体パワー素子
１４  絶縁手段
１５  駆動回路
１６  変調波テーブル
１７  変調波調整器
１８  ＰＷＭ制御器
１９  調整量テーブル
２０  キャリア波発生器
２１  Ｕ相電源電圧波形
２２  Ｖ相電源電圧波形
２３  Ｗ相電源電圧波形
２４  Ｕ相に対応する変調波形
２５  Ｖ相に対応する変調波形
２６  Ｗ相に対応する変調波形
２７  通電電流波形
３０  電源位相波形
３１  Ｕ相に対応する検出電圧波形
３２  Ｖ相に対応する検出電圧波形
３３  Ｗ相に対応する検出電圧波形
４０  Ａ／Ｄ変換器
４１  比較器
４２  立ち上がりエッジ検出器
４３  位相誤差演算器
４４  ＰＩ制御器
４５  位相演算器
１００  インバータ
１０１  インバータ制御器
１０２  モータ
１０５  コンバータ・インバータ制御器
１０９  分圧抵抗
１２０  直流電圧検出用分圧抵抗
１２１  シャント抵抗
１２２  増幅器
２００  モジュール
２０１  制御部基板
２０２  半導体素子
２０３  マイコン
３００  冷凍機器
３０１，３０２  熱交換器
３０３，３０４  ファン
３０５  圧縮機
３０６  配管
３０７  モータ駆動装置
３０８  圧縮機用モータ
【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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【図１３】
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【図１４】
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