(57)【要約】【課題】電源電圧の違いがあっても共通に使用でき、回路素子の故障を防止する信頼性に優れたモータ駆動回路及びこれを搭載する空気調和機を提供する。【解決手段】このモータ駆動回路１は、電源電圧を整流する整流回路７と、整流回路７の出力電圧を平滑するコンデンサ９と、整流回路７からコンデンサ９を介して供給される直流電圧に基づいて、モータ２を駆動するインバータ回路１０と、コンデンサ９の両端電圧に基づく電圧を検知する電圧検知回路１１と、インバータ回路１０の動作を制御する制御部１４とを備えている。制御部１４は、電圧検知回路１１が検知した電圧を基準値として記憶し、かつ、当該基準値より一定値だけ低い閾値を設定して、電圧が当該閾値以下となる不足電圧の状態を検知している間は前記インバータ回路（１０）の動作を停止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気調和機（１００）のモータ（２）を駆動するモータ駆動回路（１）であって、
電源電圧を整流する整流回路（７）と、
前記整流回路（７）の出力電圧を平滑するコンデンサ（９）と、
前記整流回路（７）から前記コンデンサ（９）を介して供給される直流電圧に基づいて、モータ（２）を駆動するインバータ回路（１０）と、
前記コンデンサ（９）の両端電圧に基づく電圧を検知する電圧検知回路（１１）と、
前記インバータ回路（１０）の動作を制御するとともに、前記電圧検知回路（１１）が検知した電圧を基準値として記憶し、かつ、当該基準値より一定値だけ低い閾値を設定して、電圧が当該閾値以下となる不足電圧の状態を検知している間は前記インバータ回路（１０）の動作を停止させる制御部と
を備えているモータ駆動回路。
【請求項２】
前記基準値は、前記空気調和機（１００）を始動する際の、前記コンデンサ（９）の初期充電完了時の電圧である請求項１に記載のモータ駆動回路。
【請求項３】
前記一定値は、予め前記制御部（１４）に設定されている請求項１又は２に記載のモータ駆動回路。
【請求項４】
前記電源電圧から前記整流回路（７）に通電するための主回路スイッチ（４）を備え、
前記一定値は、前記不足電圧の状態から電圧が前記基準値に復帰することにより前記コンデンサ（９）に突入電流が流れた場合に、前記主回路スイッチ（４）及び前記整流回路（７）が耐え得ることを条件として設計されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ駆動回路。
【請求項５】
請求項１に記載のモータ駆動回路（１）を用いて圧縮機を駆動する空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機のモータを駆動する回路に関し、特に、インバータ回路を含むモータ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機等の圧縮機を駆動するモータは、例えば、インバータ回路を含むモータ駆動回路を用いて駆動される。このようなモータ駆動回路では、商用電源の電源電圧（交流）が整流回路で全波整流された後、大容量のコンデンサで平滑されて滑らかな直流電圧となり、この直流電圧が、インバータ回路に入力される。始動時には、コンデンサを充電する大きな突入電流が流れる。この突入電流を抑制するためには、例えば、主回路に限流抵抗を設けることができる（例えば、特許文献１参照。）。限流抵抗によって突入電流を低減しつつコンデンサを充電した後、限流抵抗は主回路スイッチにより短絡される。
【０００３】
一方、電源電圧が基準値（通常値）より若干低下してもモータの運転を継続することは可能であるが、大幅に低下すると、インバータ回路の動作保証ができなくなり、スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）が壊れる場合もある。そこで、大幅に低下したと判定する閾値を予め定め、閾値に達した場合は、不足電圧の状態であるとして、インバータ回路の動作を停止させる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
このとき、上記のような主回路スイッチは閉じており、インバータ回路は待機している。そして、不足電圧の状態が微小時間（例えば微小時間の電圧低下や、瞬時停電）であれば、電圧の回復を待って、インバータ回路を再び動作させる。不足電圧の状態が長時間に及ぶ場合（例えば停電）は、主回路スイッチを開き、復電後に、初期の始動と同様の始動動作を行うことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４８３６６号公報（段落［００２１］、図２）
【特許文献２】特開２００２−１１２５７６号公報（段落［０００７］〜［００１１］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来のモータ駆動回路において、不足電圧の状態が長時間に及ぶ場合は、モータ駆動回路自体には特に問題が生じないが、微小時間の場合にむしろ問題が生じる。すなわち、微小時間の場合には、主回路スイッチを閉じて、インバータ回路が待機している。また、微小時間とはいえ、不足電圧の状態に陥ったことによって、コンデンサの両端電圧も同様に低下している。その状態から電圧が急激に回復すると、限流抵抗を介さずに、主回路スイッチを介してコンデンサに突入電流が流れ込む。
【０００７】
このような突入電流を考慮して回路設計を行うには、例えば、想定される突入電流に耐え得る主回路スイッチや整流回路を用意することが考えられる。また、不足電圧の状態であると判定する閾値をなるべく高く設定することにより、突入電流を低減することも可能である。ところが、ここで、さらなる問題は、電源電圧の違いである。特に、外国においては、同じ電圧クラスであっても、国や地域によって商用電源の電圧が異なっているのが実情である。電源電圧の違いは、突入電流の大きさに影響する。また、電源電圧が相対的に低い国や地域の場合に閾値を高く設定していると、インバータ回路が動作停止となる頻度が高くなり、好ましくない。
【０００８】
このような状況下で、設計の標準化と回路素子の故障を防止する信頼性とを実現することは容易でない。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、電源電圧の違いがあっても共通に使用でき、回路素子の故障を防止する信頼性に優れたモータ駆動回路及びこれを搭載する空気調和機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】
【０００９】
（１）本発明は、空気調和機のモータを駆動するモータ駆動回路であって、電源電圧を整流する整流回路と、前記整流回路の出力電圧を平滑するコンデンサと、前記整流回路から前記コンデンサを介して供給される直流電圧に基づいて、モータを駆動するインバータ回路と、前記コンデンサの両端電圧に基づく電圧を検知する電圧検知回路と、前記インバータ回路の動作を制御するとともに、前記電圧検知回路が検知した電圧を基準値として記憶し、かつ、当該基準値より一定値だけ低い閾値を設定して、電圧が当該閾値以下となる不足電圧の状態を検知している間は前記インバータ回路の動作を停止させる制御部とを備えたものである。
【００１０】
このように構成されたモータ駆動回路では、不足電圧の状態と判定する閾値が、電圧の基準値に対して相対的に一定値だけ低い値となる。すなわち、閾値は固定値ではなく、電圧の基準値に応じた変動値となる。従って、供給される電源電圧に応じて閾値が変わる。これにより、微小時間の電圧低下による不足電圧状態からの復帰時に、コンデンサの残留電圧と、復帰時の電圧との電位差がほぼ一定となる。そのため、復帰時の、コンデンサへの突入電流を一定レベル以下に抑制することができる。
【００１１】
（２）また、上記（１）のモータ駆動回路において、基準値は、空気調和機を始動する際の、コンデンサの初期充電完了時の電圧であってもよい。
この場合、実際に供給された電源電圧に基づいて、基準値を常に、適切に設定することができる。その結果、国や地域によって電源電圧に多少の違いがあっても、どこでも同様に適用可能で汎用性が高いモータ駆動回路とすることができる。
【００１２】
（３）また、上記（１）又は（２）のモータ駆動回路において、一定値は、予め制御部に設定されていることが好ましい。
この場合、空気調和機のメーカ側で、適切な一定値を予め設定することにより、国や地域によって電源電圧に多少の違いがあっても、回路素子の信頼性や耐久性に差が出にくいモータ駆動回路とすることができる。
【００１３】
（４）また、上記（１）〜（３）のいずれかのモータ駆動回路において、電源電圧から整流回路に通電するための主回路スイッチを備え、一定値は、不足電圧の状態から電圧が基準値に復帰することによりコンデンサに突入電流が流れた場合に、主回路スイッチ及び整流回路が耐え得ることを条件として設計されているべきである。
この場合、突入電流が流れても、主回路スイッチ及び整流回路を保護することができる。
【００１４】
（５）また、本発明の空気調和機は、上記（１）に記載のモータ駆動回路を用いて圧縮機を駆動するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のモータ駆動回路は、電源電圧の違いがあっても共通に使用でき、回路素子の故障を防止する信頼性に優れたものとなる。このモータ駆動回路を搭載する空気調和機についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ駆動回路の構成を示す回路図である。
【図２】商用電源の電圧変化に応じた、電圧Ｖｄｃの微小時間での変化の一例を示すグラフである。
【図３】商用電源の電圧変化に応じた、電圧Ｖｄｃの微小時間での変化の他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動回路の構成を示す回路図である。このモータ駆動回路１は、例えば、空気調和機１００の圧縮機に組み込まれているモータ２を駆動するものである。商用電源３は、例えば単相交流電源であり、電路Ｌ１−Ｌ２間に所定の電源電圧を供給する。電路Ｌ１側には、主回路スイッチ４が設けられ、さらに、この主回路スイッチ４と並列にバイパスを形成するように、限流用スイッチ５及び限流抵抗６の直列体が接続されている。この直列体又は主回路スイッチ４を介して、商用電源３の電源電圧が、整流回路７に入力される。主回路スイッチ４及び限流用スイッチ５は、例えばリレー接点である。
【００１８】
整流回路７は、交流電圧の全波整流を行う。整流回路７の出力電圧は、電路Ｌ３−Ｌ４間に供給される。電路Ｌ３−Ｌ４間には、リアクトル８を介して平滑用のコンデンサ９が接続されている。コンデンサ９の両端には、スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ：図示せず。）によって構成されるインバータ回路１０が接続されている。インバータ回路１０の出力側には、モータ２が接続されている。
【００１９】
コンデンサ９の両端には、電圧検知回路１１として例えば、抵抗１２，１３の直列体が接続され、その接続点に生じる抵抗分圧された電圧が、制御部１４に入力される。制御部１４は、ＣＰＵ及びメモリを含む。なお、電圧検知回路１１は、抵抗１２，１３の直列体に代えて電圧センサであってもよく、その場合は、電圧センサの検知出力が、制御部１４に入力される。
【００２０】
また、電路Ｌ１−Ｌ２間には制御電源回路１５が接続され、制御電源回路１５は、制御電源電圧Ｖｃｃを生成する。この制御電源電圧Ｖｃｃは、制御部１４に供給される。制御部１４は、インバータ回路１０に対してスイッチング制御（ＰＷＭ制御）を行う他、主回路スイッチ４及び限流用スイッチ５のオン／オフ制御を行う。
【００２１】
上記のように構成されたモータ駆動回路１において、空気調和機１００に対する始動指令が制御部１４に与えられると、制御部１４は、限流用スイッチ５を閉じる。これにより、限流用スイッチ５及び限流抵抗６を介して整流回路７に通電され、整流回路７の出力電圧によりコンデンサ９が充電される。このときの突入電流は、限流抵抗６によって抑制される。
【００２２】
コンデンサ９の両端電圧は、リアクトル８を介して電圧検知回路１１により分圧され、分圧された電圧が制御部１４に与えられる。すなわち、制御部１４には、コンデンサ９の両端電圧に基づく電圧（コンデンサ９の両端電圧に抵抗分圧比を乗じた電圧）が入力される。従って、制御部１４は、入力された電圧から逆算して、コンデンサ９の両端電圧を把握することができる。なお、抵抗１２，１３の合成抵抗値は充分に大きく設定されており、電圧検知回路１１に流れる電流は微小である。
【００２３】
制御部１４は、コンデンサ９が充電されたタイミングを見計らって、初期充電完了時におけるコンデンサ９の両端電圧を基準値Ｖａとして記憶する。また、制御部１４は、主回路スイッチ４を閉じて、限流用スイッチ５を開く。以後、制御部１４は、モータ２を駆動すべく、インバータ回路１０を制御する。インバータ回路１０は、整流回路７から平滑用のコンデンサ９を介して供給される直流電圧に基づいて、モータ２を駆動する。
【００２４】
また、制御部１４は、電源電圧に基づくコンデンサ９の両端電圧Ｖｄｃ（以下、単に電圧Ｖｄｃという。）を常時監視している。ここで、一定値をΔＶとすると、電源電圧が不足電圧の状態になったと判断する閾値は、（Ｖａ−ΔＶ）である。ΔＶは一定値であるが、基準値Ｖａは実際に測定された値であり、予め定められた固定値ではない。従って、閾値（Ｖａ−ΔＶ）も固定値ではなく、基準値Ｖａの値に応じて変動する変動値である。
【００２５】
このように、制御部１４は、電圧検知回路１１が検知する電圧の基準値Ｖａより相対的に一定値ΔＶだけ低い閾値（Ｖａ−ΔＶ）を設定する。そして、制御部１４は、電圧が当該閾値以下となる「不足電圧」の状態を検知している間は、インバータ回路１０にスイッチングのパルスを与えず、その動作を停止させる。
【００２６】
図２は、商用電源３の電圧変化に応じた、電圧Ｖｄｃの微小時間での変化の一例を示すグラフである。まず、図２の（ａ）は、電圧Ｖｄｃが基準値Ｖａから低下し、時刻ｔ１に最低値となった後、急速に電圧が回復して基準値Ｖａに戻った状態を示している。ここで、時刻ｔ１における最低値は、閾値（Ｖａ−ΔＶ）より大きい。従って、これはいわば許容範囲内の電圧低下であり、制御部１４は、インバータ回路１０の動作を中断することなく継続させる。最低値から見た電圧Ｖｄｃの上昇分は、上昇直後の若干の微小なオーバーシュートを無視すれば、一定値ΔＶの範囲内に収まる。なお、最低値が（ａ）に示すより高い場合も当然に、電圧Ｖｄｃの上昇分は、一定値ΔＶの範囲内に収まる。
【００２７】
次に、図２の（ｂ）では、電圧Ｖｄｃが基準値Ｖａから低下し、時刻ｔ３において閾値（Ｖａ−ΔＶ）に達する。ここで、制御部１４は、インバータ回路１０のスイッチング素子を保護すべく、インバータ回路１０の動作（スイッチング動作）を停止させる。これにより、その時点でのコンデンサ９の残留電荷はインバータ回路１０に移動しなくなる。また、整流回路７は、コンデンサ９の残留電荷を逆方向へは（商用電源３側へは）通さない。なお、電圧検知回路１１には微小な電流しか流れないので、コンデンサ９の放電電流は無視できる程度である。
【００２８】
従って、電圧Ｖｄｃは、ほぼ閾値（Ｖａ−ΔＶ）のままで維持される。図２の（ｂ）における二点鎖線は、仮にインバータ回路１０の動作を継続するとすれば、時刻ｔ３からｔ４までの間において、電圧Ｖｄｃが、商用電源３の電圧低下に従ってどのように変化するかを示す仮想の変化である。
その後、商用電源３の電圧の回復により、時刻ｔ４以降は、急速に電圧Ｖｄｃが回復して基準値Ｖａに戻る。このとき、電圧Ｖｄｃの上昇分は、若干の微小なオーバーシュートを無視すれば、一定値ΔＶとなる。
【００２９】
以上のように、図２の（ａ）及び（ｂ）のいずれの場合においても、微小時間の電圧低下からの復帰時に起こり得る電圧Ｖｄｃの上昇分は、一定値ΔＶの範囲内に抑制される。電圧Ｖｄｃの急激な上昇により、コンデンサ９への突入電流が生じるが、電圧Ｖｄｃの上昇分が一定値ΔＶの範囲内に抑制されることにより、突入電流は一定レベル以下に抑制される。また、不足電圧の状態の間、制御部１４はインバータ回路１０を動作させないので、インバータ回路１０のスイッチング素子も確実に保護される。なお、インバータ回路１０を再び動作させる時期は、時刻ｔ４より後であればよく、基準電圧Ｖａまで回復した時刻ｔ５でもよい。
【００３０】
なお、微小時間の電圧低下ではなく、「停電」の場合には、制御部１４は、主回路スイッチ４を開く。停電後の復電時には、制御部１４は、初期の始動と同様の動作を行い、限流抵抗６を介した突入電流の抑制を行う。また、制御部１４は、基準電圧Ｖａを、改めて測定する。停電による停止の場合は、所定時間後に自動的に再始動（リトライ）を行うようになっており、停電時間がこの所定時間（例えば３分）以内であれば、ユーザが再操作をしなくても、空気調和機１００は、再始動する。
【００３１】
次に、図３は、商用電源３の電圧変化に応じた、電圧Ｖｄｃの微小時間での変化の他の例を示すグラフである。図２との違いは、基準電圧にあり、電圧の低下の仕方は、図２と同じ例を示している。
【００３２】
まず、図３の（ａ）は、電圧Ｖｄｃが基準値Ｖｂ（＜Ｖａ）から低下し、時刻ｔ１に最低値となった後、急速に電圧が回復して基準値Ｖａに戻った状態を示している。ここで、時刻ｔ１における最低値は、閾値（Ｖｂ−ΔＶ）より大きい。従って、これはいわば許容範囲内の電圧低下であり、制御部１４は、インバータ回路１０の動作を中断することなく継続させる。最低値から見た電圧Ｖｄｃの上昇分は、上昇直後の若干の微小なオーバーシュートを無視すれば、一定値ΔＶの範囲内に収まる。なお、最低値が（ａ）に示すより高い場合も当然に、電圧Ｖｄｃの上昇分は、一定値ΔＶの範囲内に収まる。
【００３３】
次に、図３の（ｂ）では、電圧Ｖｄｃが基準値Ｖｂから低下し、時刻ｔ３において閾値（Ｖｂ−ΔＶ）に達する。ここで、制御部１４は、インバータ回路１０のスイッチング素子を保護すべく、インバータ回路１０の動作（スイッチング動作）を停止させる。これにより、図２と同様に、電圧Ｖｄｃは、ほぼ閾値（Ｖｂ−ΔＶ）のままで維持される。図３の（ｂ）における二点鎖線は、仮にインバータ回路１０の動作を継続するとすれば、時刻ｔ３からｔ４までの間において、電圧Ｖｄｃが、商用電源３の電圧低下に従ってどのように変化するかを示す仮想の変化である。
その後、商用電源３の電圧の回復により、時刻ｔ４以降は、急速に電圧Ｖｄｃが回復して基準値Ｖｂに戻る。このとき、電圧Ｖｄｃの上昇分は、若干の微小なオーバーシュートを無視すれば、一定値ΔＶとなる。
【００３４】
以上のように、図３の（ａ）及び（ｂ）のいずれの場合においても、微小時間の電圧低下からの復帰時に起こり得る電圧Ｖｄｃの上昇分は、一定値ΔＶの範囲内に抑制される。電圧Ｖｄｃの急激な上昇により、コンデンサ９への突入電流が生じるが、電圧Ｖｄｃの上昇分が一定値ΔＶの範囲内に抑制されることにより、突入電流は一定レベル以下に抑制される。また、不足電圧の状態の間、制御部１４はインバータ回路１０を動作させないので、インバータ回路１０のスイッチング素子も確実に保護される。なお、インバータ回路１０を再び動作させる時期は、時刻ｔ４より後であればよく、基準電圧Ｖｂまで回復した時刻ｔ５でもよい。
【００３５】
図２及び図３についての説明により明らかなように、上記のモータ駆動回路１では、不足電圧の状態と判定する閾値が、電圧の基準値（Ｖａ又はＶｂ）に対して相対的に一定値（ΔＶ）だけ低い値となる。すなわち、閾値は固定値ではなく、電圧の基準値に応じた変動値となる。従って、供給される電源電圧に応じて閾値が変わる。これにより、微小時間の電圧低下による不足電圧状態からの復帰時に、コンデンサ９の残留電圧と、復帰時の電圧との電位差（ΔＶ）がほぼ一定となる。そのため、復帰時の、コンデンサ９への突入電流を一定レベル以下に抑制することができる。
【００３６】
また、上記の一定値ΔＶは、不足電圧の状態から電圧が基準値に復帰することによりコンデンサ９に突入電流が流れた場合に、主回路スイッチ４及び整流回路７が耐え得ることを条件として過不足無く設計されていることが好ましい。
この場合、突入電流が流れても、主回路スイッチ４及び整流回路７を保護することができる。これにより、主回路スイッチ４や整流回路７の突入電流対策（耐電流性能の確保）は、一定レベルを確保すれば足り、共通化（標準化）が可能である。また、使用される電源電圧の違いがあっても、信頼性にばらつきが生じない。
このようなモータ駆動回路１及びこれを搭載する空気調和機１００は、同一電圧クラスで実際の電源電圧の違いがあっても共通に使用でき、回路素子の故障を防止する信頼性に優れたものとなる。
【００３７】
また、基準値は、空気調和機１００を始動する際の、コンデンサ９の初期充電完了時の電圧であることにより、実際に供給された電源電圧に基づいて、基準値を常に、適切に設定することができる。その結果、国や地域によって電源電圧に多少の違いがあっても、どこでも同様に適用可能で汎用性が高いモータ駆動回路１とすることができる。
【００３８】
なお、上記実施形態における一定値ΔＶは、予め制御部１４に設定しておくことができる。この場合、空気調和機のメーカ側で、適切な一定値を予め設定することにより、国や地域によって電源電圧に多少の違いがあっても、回路素子の信頼性や耐久性に差が出にくいモータ駆動回路１及び空気調和機１００とすることができる。
【００３９】
なお、図１では、商用電源３が例えば単相交流である場合について説明したが、商用電源３は３相交流である場合もある。その場合には、商用電源から整流回路７に至る電路が３路となり、主回路スイッチ４等が必要数設けられる点で異なるが、その他の構成は同様である。業務用の空気調和機としては、日本では単相、３相とも２００Ｖであるが、諸外国では単相２００Ｖクラス、３相４００Ｖクラスについて、例えば以下のような電源電圧の違いがある。
単相：２２０Ｖ、２３０Ｖ、２４０Ｖ
３相：３８０Ｖ、４００Ｖ、４１５Ｖ
【００４０】
また、前述の基準値（Ｖａ，Ｖｂ）は、交流電圧の波高値となり、例えば電源電圧が３相４００Ｖであれば、４００×２１／２≒５６０Ｖとなる。これに対する一定値ΔＶの一例は２００Ｖであり、その場合の閾値は３６０Ｖとなる。
【符号の説明】
【００４１】
１：モータ駆動回路、２：モータ、３：商用電源、７：整流回路、９：コンデンサ、１０：インバータ回路、１１：電圧検知回路、１４：制御部、１００：空気調和機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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