(57)【要約】【課題】外風によりファンが回転して、当該ファンの回転により発生するモータの起電力からモータ駆動制御装置を保護することができ、モータ巻き線のターン数を増加させることができ、モータ電流を低減することができるモータ駆動制御装置を得る。【解決手段】ファンを回転させ、巻き線の各相の片端が結線されているモータ７を駆動するモータ駆動制御装置１１０であって、インバータ回路５と、制御手段と、インバータ回路５に電源を供給する電源線の電圧を検出する母線電圧検出手段１３とを備え、インバータ回路５は、巻き線の各相の片端にスイッチング素子６を有し、モータ７の起電力による電源線の電圧が一定電圧以上になったことを母線電圧検出手段１３が検知すると、制御手段は、スイッチング素子６のスイッチパターンを制御して、モータ７の巻き線の各相の片端をスイッチング素子６を経由して短絡するものである。【選択図】図３
2014018070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンを回転させ、巻き線の各相の片端が結線されているモータを駆動するモータ駆動制御装置であって、
直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印加するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御して前記モータの運転を制御する制御手段と、
前記インバータ回路に電源を供給する電源線の電圧を検出する母線電圧検出手段と
を備え、
前記インバータ回路は、前記巻き線の各相の片端にスイッチング素子を有し、
前記モータの起電力による前記電源線の電圧が一定電圧以上になったことを前記母線電圧検出手段が検知すると、
前記制御手段は、前記スイッチング素子のスイッチパターンを制御して、前記モータの前記巻き線の各相の片端を前記スイッチング素子を経由して短絡すること
を特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項２】
前記モータが搭載される搭載製品の最大外風条件時に、前記各巻き線の相電圧が前記インバータ回路の耐圧以上となる起電力を発生する前記モータを駆動すること
を特徴とする請求項１記載のモータ駆動制御装置。
【請求項３】
前記モータの巻き線間の結線のうち、少なくとも片側の接続を開閉する開閉手段を更に備え、
前記制御手段は、前記モータの運転停止時に、前記開閉手段を動作させ、前記モータの巻き線の片側の接続を前記インバータ回路と切り離すこと
を特徴とする請求項１又は２記載のモータ駆動制御装置。
【請求項４】
前記インバータ回路、前記制御手段、及び前記開閉手段の少なくとも一つが前記モータに内蔵されること
を特徴とする請求項３記載のモータ駆動制御装置。
【請求項５】
前記モータの回転負荷を増加させる機械式制動手段を更に備え、
前記制御手段は、外風により前記ファンが回転し、当該ファンの回転により発生する前記モータの起電力が所定の値を超えたとき、前記機械式制動手段を動作させ、前記モータの起電力を低下させること
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項６】
前記ファンの回転を停止させるストッパを更に備え、
前記制御手段は、前記モータの運転停止時に、前記ストッパを動作させ、前記ファンの回転による前記モータの起電力を生じさせないこと
を特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項７】
前記ファンの回転力を低下させるファン形状変形手段を更に備え、
前記制御手段は、外風により前記ファンが回転し、当該ファンの回転により発生する前記モータの起電力が所定の値を超えたとき、前記ファン形状変形手段を動作させ、前記モータの起電力を低下させること
を特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項８】
前記ファンの回転力を低下させる風路形状変形手段を更に備え、
前記制御手段は、外風により前記ファンが回転し、当該ファンの回転により発生する前記モータの起電力が所定の値を超えたとき、前記風路形状変形手段を動作させ、前記モータの起電力を低下させること
を特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項９】
ファンを回転させるモータと、
請求項１〜８の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置とを備えたこと
を特徴とする空気調和機。
【請求項１０】
ファンを回転させるモータと、
請求項１〜８の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置とを備えたこと
を特徴とする換気扇。
【請求項１１】
ファンを回転させるモータと、
請求項１〜８の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置とを備えたこと
を特徴とするヒートポンプタイプの給湯機。
【請求項１２】
前記モータが有する熱を放熱する放熱手段を備え、
前記モータは、温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石を有するロータを備えたこと
を特徴とする請求項９記載の空気調和機。
【請求項１３】
前記モータは、温度上昇に対し保磁力が増加する永久磁石を有するロータを備えたこと
を特徴とする請求項９記載の空気調和機。
【請求項１４】
前記モータは、永久磁石を有するステータを備えたこと
を特徴とする請求項９記載の空気調和機。
【請求項１５】
前記放熱手段は、
外風により前記ファンが回転し、当該ファンの回転により発生する前記モータの起電力に起因する前記モータの熱を、前記外風により放熱し、
前記モータの内部温度が、前記永久磁石の減磁温度を超えないこと
を特徴とする請求項１２記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファンを回転させるモータを駆動するモータ駆動制御装置並びにそれを搭載した空気調和機、換気扇及びヒートポンプタイプの給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機においては、外風によりファンが回転し、当該ファンの回転により発生するモータの起電力から、モータ及び駆動回路の保護するものとして、リレーなどの開閉装置を用いモータと駆動回路を切り離す方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、外風による室外機の起電力発生時に、圧縮機を駆動し起電力を消費し駆動回路の破壊を防止する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに電流検出値が保護レベルを超えたときスイッチング素子をオフ状態に復帰させて起動を停止し、モータ及び駆動回路の保護する方法について開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
また、駆動回路のうち、整流回路出力の電解コンデンサの容量を低減しコストや駆動回路の重量を低減する方法について開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１０３６２１号公報
【特許文献２】特開２００１−２６３７６７号公報
【特許文献３】特開２００５−１２４３３０号公報
【特許文献４】特開２００５−２０９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の技術においては、外風によりファンが回転し、当該ファンの回転により発生するモータの起電力から、モータ及び駆動回路を保護するため、リレーなどの開閉装置を用いてモータと駆動回路とを切り離しているので、開閉手段の追加では回路のコストアップを招き、また、停電等の発生時においては開閉手段への電源供給が間欠的な接点の開閉が発生し接点寿命の確保が困難であるという課題があった。また、接点寿命の問題においては、半導体を用いることも考えられるが、耐圧が必要となることから、やはり保護のために追加する回路がコストアップとなるという課題があった。
【０００８】
また、圧縮機を駆動させ起電力による回生電圧を抑制する従来技術においては、圧縮機の駆動系が保護動作に入っているタイミングに外風が発生した場合、回生電圧の抑制ができないという課題があった。
【０００９】
また、圧縮機において近年技術開発が活発化している、整流回路出力の電解コンデンサの容量を低減する技術を駆動回路に適用する場合には、特に、回生による直流電圧の上昇速度が増加し圧縮機との強調による、駆動回路耐圧破壊の抑止が難しくなるという課題があった。
【００１０】
また、スイッチング素子を全てオフ状態にすることで保護する場合は、駆動回路のスイッチング素子の耐圧が必要となり、コストアップとなる。逆にスイッチング素子の耐圧を下げようとすれば、モータの起電力を低下させる必要があり、その場合通常運転時のモータ電流が増加し、定常運転時の回路およびモータ損失が増加するという課題があり、近年、地球温暖化対策の観点から、空気調和機に求められる損失の低減が大きな課題となっている。
【００１１】
さらに、モータの起電力を低下させる場合、モータ巻き線のターン数も制限され、巻き線インダクタンス値が小さくなり、インバータで駆動した場合、巻き線電流の時間変化ｄｉ／ｄｔが大きくなる。この急激な電流変化によりモータの騒音や電磁ノイズが増加するという課題があった。
【００１２】
また、外風によってモータが回転することにより発生するモータの誘起電圧が、駆動回路の耐圧を越えた場合、パワー素子や電解コンデンサ等の大型部品の破壊につながる。これにより駆動回路の修理費用が発生したり、部品交換や修理が完了するまで空気調和機などが使えないといった、使用者に不快感を与えることがあるという課題があった。
【００１３】
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、外風によりファンが回転して、当該ファンの回転により発生するモータの起電力からモータ駆動制御装置を保護することができ、モータ巻き線のターン数を増加させることができ、モータ電流を低減することができるモータ駆動制御装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るモータ駆動制御装置は、ファンを回転させ、巻き線の各相の片端が結線されているモータを駆動するモータ駆動制御装置であって、直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印加するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御して前記モータの運転を制御する制御手段と、前記インバータ回路に電源を供給する電源線の電圧を検出する母線電圧検出手段とを備え、前記インバータ回路は、前記巻き線の各相の片端にスイッチング素子を有し、前記モータの起電力による前記電源線の電圧が一定電圧以上になったことを前記母線電圧検出手段が検知すると、前記制御手段は、前記スイッチング素子のスイッチパターンを制御して、前記モータの前記巻き線の各相の片端を前記スイッチング素子を経由して短絡するものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は、外風によりファンが回転して、当該ファンの回転により発生するモータの起電力からモータ駆動制御装置を保護することができるので、モータ巻き線のターン数を増加させることができ、モータ電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外機の概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置の回路図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る室外ファン回転数とモータ線間電圧との関係を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るモータ駆動制御装置の回路図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係るモータ駆動制御装置の回路図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係るモータ駆動制御装置の回路図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係るモータ駆動制御装置の回路図である。
【図９】本発明の実施の形態５に係るモータ駆動制御装置の回路図である。
【図１０】本発明の実施の形態９に係る換気扇の断面を模式的に示した概略構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態１０に係るヒートポンプタイプの給湯器の概略構成図である。
【図１２】温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石のＢＨ特性を示す図である。
【図１３】短絡ブレーキ時のモータ内部の温度上昇を示す図である。
【図１４】温度上昇に対し保磁力が上昇する永久磁石のＢＨ特性を示す図である。
【図１５】ステータ内に永久磁石を用いたモータ構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和機の概略構成図である。図１において、実施の形態１に係る空気調和機は、冷凍サイクルを構成する圧縮機１０３、四方弁１０４、室外熱交換器１０５、膨張弁１０６、室内熱交換器１０７、室外ファン１０８及び室内ファン１０９を備えている。さらに空気調和機は、商用電源１に接続され、圧縮機１０３のモータ駆動を行う圧縮機インバータ１０２、室外ファン１０８を回転させるモータ７（後述）を駆動するモータ駆動制御装置１１０、室内ファン１０９の速度制御回路１１２、空気調和機全体の制御する空気調和機制御部１１３、赤外リモコンの受光部１１４、装置の異常を使用者に伝える異常表示部１１５、使用者が操作を行うための赤外リモコン１１６により構成されている。
【００１８】
図２は本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外機の概略構成図である。図２において、室外機１１７の左側部と後背部に室外熱交換器１０５が配置され、右側部に圧縮機１０３が配置される。そして、室外熱交換器１０５の内側に室外ファン１０８が設けられている。室外ファン１０８は、プロペラファン１０８Ｆと、モータ駆動制御装置１１０により駆動されるモータ７（後述）とにより構成されており、プロペラファン１０８Ｆを回転することにより、図２に示すＡ及びＢ矢印方向から外気を吸い込みＣ矢印方向に吐出することによって室外熱交換器１０５の熱交換を促進するように構成されている。
【００１９】
つまり、モータ駆動制御装置１１０は、通常運転時には、図２に示すＡ及びＢ矢印方向からＣ矢印方向へ風を発生させる回転方向（正方向）にプロペラファン１０８Ｆを回転させて室外熱交換器１０５の冷却を行う。即ちモータ７が正方向に回転するようにモータトルクを発生させる。
尚、室外機１１７は、屋外に設置される。
【００２０】
図３は本発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置の回路図である。図３において、モータ駆動制御装置１１０は、整流回路２と、直流電圧を交流電圧に変換してモータに印加するインバータ回路５と、インバータ回路５を制御してモータ７の運転を制御する制御手段であるセンサレス制御手段および制動制御手段１０と、電流検出手段１１と、母線電圧検出手段１３とにより構成され、商用電源１から供給される電力により駆動される３相の同期電動機（以下、「モータ」という）７の運転を制御するものである。
【００２１】
商用電源１は、日本の一般家庭の場合、１００Ｖ５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの単相交流が一般的に使用されている。また、一部の家庭用や業務用や海外では２００Ｖ以上の単相・三相交流が使われることがある。
【００２２】
整流回路２は、全波整流回路となっており、商用電源１の交流電圧を直流電圧に変換する。本実施の形態１では単相２００Ｖの全波整流回路について説明する。商用電源１がＡＣ２００ＶではＤＣ２８０〜２５０Ｖへ変換する。この整流回路２は、４個の半導体スイッチ素子の整流ダイオード３ａ〜３ｄをブリッジ接続して構成される。更に、電解コンデンサ４により平滑している。尚、電解コンデンサ４は、電解コンデンサに限らず、その他のコンデンサでも良い。
【００２３】
インバータ回路５は、整流回路２で整流された直流電圧出力が入力され、後述するセンサレス制御手段および制動制御手段１０の動作によりＰＷＭ制御を行い、入力された直流電圧を任意電圧、任意周波数の３相交流に変換する。このインバータ回路５は、例えばトランジスタ等の半導体によるスイッチング素子６ａ〜６ｆを各々ブリッジ接続して構成される。尚、本実施の形態１ではスイッチング素子６としてＭＯＳＦＥＴを使用する。また、各々のスイッチング素子６ａ〜６ｆには並列に逆電流方向に高速ダイオードが内蔵されている。この内蔵されている高速ダイオードはスイッチング素子６ａ〜６ｆがオフしたとき還流電流を流す働きをする。さらに、インバータ回路５には、スイッチング素子６の各アームの電流を電圧に変換するシャント抵抗１２が設けられている。母線電圧検出手段１３は、制御電源を有しており、高圧の母線電圧から、低圧の定電圧を得たり、インバータの母線電圧を検出し、センサレス制御手段および制動制御手段１０へ出力する。
【００２４】
モータ７は、６スロット４極の３相同期電動機（ブラシレスＤＣモータ：ＢＬＤＣＭ）であり、室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆを駆動する。このモータ７は、三相の巻線８を有し、各々の巻線８の、一方の端子が共通端子となる３相巻線を有している固定子（図示せず）と、マグネット付きの回転子９からなる。また、モータ７の各端子は、それぞれインバータ回路５の出力端子に接続されている。また、このモータ７が搭載される空気調和機（搭載製品）の最大外風条件時、例えば外風が３０ｍ／ｓのときに、線間電圧（後述）が当該モータ駆動制御装置１１０の耐圧以上、例えば３５０Ｖ以上となる起電力を発生するモータ７を用いる。
尚、回転子９は本発明におけるロータに相当し、マグネットは本発明における永久磁石に相当し、固定子は本発明におけるステータに相当する。
【００２５】
電流検出手段１１は、インバータ回路５のシャント抵抗１２ａ，１２ｂ，１２ｃにより電圧に変換したインバータ回路５の各アームの電流を、増幅・レベルシフトを行いセンサレス制御手段および制動制御手段１０に各アーム電流を出力するものである。
【００２６】
センサレス制御手段および制動制御手段１０は、電流検出手段１１から得られる各アーム電流から、インバータ回路５のスイッチング素子６のスイッチング時間を決定することでＰＷＭ（パルス幅変調：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を行い、モータ７の各巻線８に電圧を印加し、巻線８の巻線電流を制御することで、回転子９に同期した回転磁界を発生し、モータ７を駆動制御する。また、センサレス制御手段および制動制御手段１０は、後述する動作により、インバータ回路５を制御し、モータ７の巻線８に短絡電流を流して、母線電圧の上昇を抑制するとともに、電気制動（短絡ブレーキ）を作用させる。
このような構成において、外風により室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆが回転し、このプロペラファン１０８Ｆの回転により発生するモータ７の起電力について図４により説明する。
【００２７】
図４は本発明の実施の形態１に係る室外ファン回転数とモータ線間電圧との関係を示した図である。図４において、縦軸はモータ７の起電力により発生する線間電圧（母線電圧）を示し、横軸は室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆの回転数を示している。図３に示したように、例えばモータ７の運転停止時など、インバータ回路５のスイッチング素子６ａ〜６ｆが全てＯＦＦの場合、インバータ回路５は三相の全波整流回路になる。このような回路において、外風などにより室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆが回転すると、モータ７の回転子９が回転駆動されて起電力が誘起される。そして、インバータ回路５を介して、モータ７の線間電圧が電解コンデンサ４の端子間に印加され、モータ７の線間電圧ピーク値と電解コンデンサ４の両端の母線電圧とが同じになる。
【００２８】
図４に示すように、従来のモータでは、例えば、ファンモータの最大外風条件３０ｍ／ｓにおいてモータの回転数は４０００ｒｐｍとなり線間電圧としては３５０Ｖとなっていた。このように従来のモータは、電解コンデンサ４の耐圧３５０Ｖを超えないようになっていた。そのため実運転域の最大回転数１３００ｒｐｍにおいて、線間電圧は１１４Ｖしか発生しなかった。
【００２９】
一方、本実施の形態１に係るモータ７は、最大外風条件時に線間電圧が電解コンデンサ４の耐圧以上となる起電力を発生するモータ７を用いる。このようなモータ７を用いることにより、図４の太線に示すように、例えば、実運転域の最大回転数１３００ｒｐｍ時の母線電圧の最小値２５０Ｖとなる。このため、外風時は１８２０ｒｐｍ時に電解コンデンサ４の耐圧３５０Ｖに到達する。
【００３０】
そこで、本発明の実施の形態１では、センサレス制御手段および制動制御手段１０は、母線電圧検出手段１３が検出した母線電圧が所定の値を超えたとき、例えば、３５０Ｖとなったとき又は３５０Ｖを越えない所定の値のとき、母線電圧が電解コンデンサ４の耐圧以下の値となるように、インバータ回路５のスイッチパターンを切り替え、モータ７の巻線８に短絡電流を流して母線電圧の上昇を抑制する。つまり、インバータ回路５のスイッチパターンとして、スイッチング素子６ｂ，６ｄ，６ｆの各スイッチをｏｎ、かつ、スイッチング素子６ａ，６ｃ，６ｅの各スイッチをｏｆｆ、若しくは、スイッチング素子６ｂ，６ｄ，６ｆの各スイッチをｏｆｆ、かつ、スイッチング素子６ａ，６ｃ，６ｅの各スイッチをｏｎとする。すなわちスイッチパターンとしてゼロベクトルを出力することで、モータ７の各巻線８を短絡し、モータ７に短絡電流を流す。
【００３１】
このような動作により、モータ７の各線間は短絡状態となり、外風による回転により発生するモータ起電力に起因する線間電圧は、電解コンデンサ４の両端に印加されないので、母線電圧の上昇を抑制し、電解コンデンサ４の耐圧を超えることはない。
【００３２】
ここで、外風によるプロペラファン１０８Ｆの回転方向は、正逆双方向が考えられる。
外風が室外ファン１０８から室外熱交換器１０５の方向（以下「逆方向の外風」）の場合、通常運転時と逆方向にモータ７が回転する。一方、室外熱交換器１０５から外風が室外ファン１０８の方向（以下「正方向の外風」）の場合、通常運転時と同方向にモータ７が回転する。尚、本実施の形態においては、室外機１１７に風圧シャッター等の外風流入を防止する手段を設けていない。このため、逆方向の外風と正方向の外風とが同一の風速で吹いた場合、逆方向の外風の方が室外機１１７への流入量が多く、モータ７の回転数は、正方向の回転数に比べて逆方向の回転数が高くなる。
【００３３】
逆方向の外風によりモータ７が逆方向に回転した場合、上記の短絡電流により、回転方向にブレーキトルクを発生させることができ、誘起電圧のモータ駆動制御装置１１０への印加を低減できる。また、正方向の外風によりモータ７が正方向に回転した場合、逆転方向のトルクを発生させることができ、誘起電圧のモータ駆動制御装置１１０への印加を低減できる。
このように、短絡ブレーキの場合、単一のスイッチ動作で、外風による回転トルクの逆方向にブレーキトルクを発生させることができるため、外風による発生トルクの正逆方向を判断する手段等を有しなくても、誘起電圧のモータ駆動制御装置１１０への印加を低減できる。
【００３４】
次に、モータ７の減磁について説明する。
外風による発生トルクに起因する短絡電流は、外風量が増加するほど増加する。また、連続で外風が吹き続けた場合、インバータ回路５により発生されるトルクに起因して発熱し、モータ内部の温度が上昇する。
【００３５】
この場合、最大外風条件以上の外風時のモータ７の短絡電流とモータ内部温度上昇とによるモータ７の減磁が懸念されるので、以下のような関係を満たすモータ７を用いる。
【００３６】
モータ７の短絡電流は以下の式に従う。
Ｉ＝Ａ・Ｋ・Ｎ／｛Ｒ２＋（２πｆＬ）２｝１／２  …（式１）
ｆ＝Ｐ・Ｎ／６０                                …（式２）
Ｉｍａｘ＝６０・Ａ・Ｋ／（Ｐ・Ｌ）              …（式３）
Ｉ：短絡電流
Ｋ：誘起電圧定数
Ｌ：巻き線インダクタンス
Ｒ：巻き線抵抗
ｆ：モータの誘起電圧の電気周波数
Ａ：比例定数
Ｎ：モータの回転数
Ｐ：モータの極対数
Ｉｍａｘ：短絡電流最大値
式１、式２において、回転数Ｎを無限大にした場合、短絡時の最大電流Ｉｍａｘの値は、式３に示すように、起電圧定数Ｋと、モータの極対数Ｐと、巻き線インダクタンスＬとにより規定される。このため、短絡電流の最大値Ｉｍａｘが減磁電流以下となるような関係を満たすモータ７を用いる。これによりモータ７の減磁の懸念はない。尚、本実施の形態１では極対数を２としたが、巻き線の関係でインダクタンス値や、誘起電圧定数に変更の自由が無い場合、極対数を２以上の大きな値とすることで対策可能である。
【００３７】
このように短絡電流は回転数が上昇しても短絡電流最大値を超えないため、際限なくモータが減磁することは無く、モータとしての機能は失われることは無い。
【００３８】
以上のように本実施の形態１においては、母線電圧が所定の値を超えたとき、インバータ回路５のスイッチパターンを切り替え、モータ７の巻線８に短絡電流を流して母線電圧の上昇を抑制するので、モータ７の起電力に起因するモータ駆動制御装置１１０の耐圧破壊を、特にリレー等の高価な開閉手段を追加することなしに防止することができる。また、半導体素子であるスイッチング素子６のスイッチングにより、短絡ブレーキをかけるため、接点寿命の心配も無い。
【００３９】
また、モータ駆動制御装置１１０の回路破壊を回避できるので、回路の修理費用の発生や、修理や部品交換のための空気調和機の機能停止を回避できる。これにより、使用者に不快感を与えることがない。
【００４０】
また、モータ駆動制御装置１１０の動作のみで耐圧の保護が可能なため、圧縮機インバータ１０２が保護動作で停止した場合でもモータ駆動制御装置１１０の保護が可能である。
【００４１】
また、本実施の形態１では、図４に示されるように、実運転域の最大回転数１３００ｒｐｍにおいて、モータ７の線間電圧を２５０Ｖとすることができる。このため従来のモータと比べ、同一出力時のモータの電流は１１７／２５０と、１／２以下とすることができる。インバータ回路５のスイッチング素子６ａ〜６ｆのオン損失はＦＥＴ側では電流の２乗に比例し、ダイオード側では電流に比例する。またスイッチング損失も電流に依存する特性がある。さらにシャント抵抗１２における損失も電流の２乗に比例するため、同一の出力で同一のインバータ回路５を用いた場合、本実施の形態１では従来のモータに比べ、インバータ損失を大きく低減することが可能となる。
【００４２】
また、インバータ損失の低減によりスイッチング素子６の放熱条件も緩和され、従来技術で放熱フィンや過熱保護回路が必要であった場合、放熱フィンの削減や過熱保護回路削減による低コスト化の効果がある。
【００４３】
また、本実施の形態１では同一のロータやステータを用い、巻線８のターン数を増加させ、モータ７の起電力を増加することが可能となる。巻線８のインダクタンスは巻線８のターン数の２乗に比例するので、線間電圧比から計算すると４倍となる。そのためインバータ回路５で駆動した場合、巻き線電流の時間変化ｄｉ／ｄｔを１／４低減できる。よって電流変化により発生するモータ７の騒音を低減する効果も得られる。風路圧損となるため防音が不能なファンモータにおいて本効果は有効である。またｄｉ／ｄｔの低減により、電磁ノイズの発生も低減できるといった効果もある。さらにｄｉ／ｄｔの低減によりインバータ駆動時の電流リップルも低減し、モータ７の高周波鉄損も低減するといった効果もある。
【００４４】
また、従来の技術では外風時に開閉手段でモータを開列した場合、最大外風条件３０ｍ／ｓにおいてモータの端子電圧は７６９Ｖにも達し、開閉手段や、モータと開閉手段をつなぐ結線やコネクタの耐圧が必要となり、著しく高価となってしまうが、本実施の形態１ではこれを回避できる。
【００４５】
また、空気調和機において、室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆはプラスチック製であるため、外風で回転数が増加し限界回転数を超えた場合遠心力で破壊する。この限界点も最大外風条件近傍にあるため、従来技術にあるようにモータの開列や、インバータの停止により駆動回路を保護できたとしても、羽根の破壊耐力を確保することが課題となる。本実施の形態１では、耐圧以上の母線電圧が生じたとき、つまりモータ７の回転数が所定値を超えたとき、短絡ブレーキをかけ続けるため、同一の外風風速に対しプロペラファン１０８Ｆの到達回転数が、正逆双方向のブレーキトルクを発生しないモータ開列やインバータ停止に比べ低減できるため、同一のプロペラファン１０８Ｆを用いた場合、破壊に至る外風耐量が増加するといった効果もある。
【００４６】
尚、本実施の形態１では、短絡ブレーキをインバータ回路５の各スイッチング素子６をＯＮ／ＯＦＦのみで動作させたが、間欠的にスイッチしたり、ＰＷＭを用いスイッチングしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４７】
尚、本実施の形態１では、短絡電流の最大値Ｉｍａｘが減磁電流以下となるような関係を満たすモータ７を用いたが、このようなモータを用いることが、モータの設計制約上対応不能な場合、回転子９が有する永久磁石の減磁耐力を上げる方法もある。
通常、モータ７の減磁特性は磁石温度に大きく依存する。以下、温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石と、温度上昇に対し保磁力が上昇する永久磁石とに分けて説明する。
【００４８】
図１２は温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石のＢＨ特性を示す図である。図１２においては、例えばネオジウムやサマリウムなどを含む希土類磁石等の温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石のＢＨ特性を示している。
図１２に示すように、例えば、常温の２０℃における保磁力は約１１００ｋＡ／ｍであるのに対し、１００℃における保磁力は約３７０ｋＡ／ｍとなり、上記の温度上昇により保磁力は約１／３に低下することになる。しかしながら、一般的にネオジウムやサマリウムなどを含む希土類磁石は容積あたりの磁束密度が高く、同一の出力に対し巻き線電流による界磁の発生量を少なくでき、巻き線抵抗による銅損が少なく低損失で高効率のモータを得ることができる。
このような永久磁石を有するモータ７を用いることで、外風時においては短絡ブレーキをかけて母線電圧の上昇を抑制し、通常運転時においては運転電流を低減することができ、高効率化を図ることができる。
【００４９】
また、本実施の形態におけるモータ７は、図１及び図２に示したように、プロペラファン１０８Ｆに取り付けられるため、外風が室外機１１７内に流入した際、モータ７の外郭、例えば回転軸と平行方向に風が流れる。
このため、プロペラファン１０８Ｆのファンボスに穴をあけたり（図示せず）、ファンボスがモータ７を覆わないような構造（図示せず）とする。さらに、モータ７の外部にフィンをつける（図示せず）。このような放熱構造とすることで、外風時におけるモータ７と空気との熱交換量が増え、外風時の短絡電流に起因して発熱するモータ７を冷却することができ、モータ７の温度上昇を低減できる。
尚、プロペラファン１０８Ｆのファンボス穴、プロペラファン１０８Ｆのファンボスがモータ７を覆わない構造、又はモータ７外部のフィンは、本発明における放熱手段に相当する。
【００５０】
図１３は短絡ブレーキ時のモータ内部の温度上昇を示す図である。図１３においては、短絡ブレーキ時にモータ７を高速回転させ、回転子９付近のモータ内部温度が飽和するまで上昇した際の飽和温度値を測定した結果を示している。
上述したプロペラファン１０８Ｆやモータ７の放熱対策を行うことで、図１３に示すように、外風時に想定される最高到達回転数以上においても、モータ７の飽和温度は減磁温度に至っていない。
このように放熱構造とすることでモータ７の温度上昇を低減できる。即ち、モータ７の構造部品を介してモータ７外郭と熱接触がある回転子９および永久磁石の温度も低減でき、永久磁石の保磁力の低下を抑制し、モータ７の減磁耐力を向上させることが可能である。
さらに冷却の効果を増すためには、前記構造品を熱抵抗の少ない、モールド樹脂や金属とし、接触面積を増加させることが有効である。
【００５１】
図１４は温度上昇に対し保磁力が上昇する永久磁石のＢＨ特性を示す図である。図１４においては、例えばフェライト磁石等の温度上昇に対し保磁力が増加する永久磁石のＢＨ特性を示している。
図１４に示すように、例えば、−６０℃における保磁力は約１６０ｋＡ／ｍであるのに対し、１００℃における保磁力は約３２０ｋＡ／ｍとなり、温度上昇により保磁力は約２倍に増加する。
フェライト磁石等の温度上昇に対し保磁力が増加する永久磁石を用いた回転子９を用いた場合、短絡ブレーキ電流による温度上昇時には減磁耐力が上がる。
このため、上述したような放熱対策を施すことなく、通常運転時の巻き線電流を低減することができ、インバータ回路５の損失を低減し、空気調和機の高効率化やインバータ回路５の放熱フィンのサイズを小さくすることができる。
ただし、永久磁石の温度は、キュリー温度とならないように放熱設計をする必要がある。
【００５２】
尚、本実施の形態１では、永久磁石を用いた回転子９を有するモータ７の場合を説明したが、モータ７は、永久磁石をステータに用いるようにしても良い。
図１５はステータ内に永久磁石を用いたモータ構造図である。図１５に示すように、回転子には電磁鋼板からなるロータコア６１を用い、永久磁石６２をステータコア６３に内包する構造である。このような構造としたことで、巻き線電流により発生した磁束は、主に磁気抵抗の低いステータコア６３側を通過し、永久磁石６２に過大な磁束がかかることは無い。このような構造のモータ７とすることで、減磁耐力を上げることができ、短絡ブレーキ電流による減磁電流が設計制約とならず、空気調和機の損失を低減することができる。
【００５３】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係るモータ駆動制御装置の回路図である。図５において、本実施の形態２におけるモータ駆動制御装置１１０は、上記実施の形態１のモータ駆動制御装置１１０の構成に加え、配線１３１により接続され、モータ７の起電力による電力を消費する負荷手段であるブレーキ抵抗器１３０と、ブレーキ抵抗器１３０への通電を制御する半導体スイッチ素子１５とを備えている。
【００５４】
その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。また、室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆの回転数と、モータ７の起電力により発生する線間電圧（母線電圧）との関係も上記実施の形態１の図４により説明した動作と同様である。さらに、本実施の形態２に係るモータ７も、上記実施の形態１と同様に、図４の太線に示したような、最大外風条件時に線間電圧が電解コンデンサ４の耐圧以上となる起電力を発生するモータ７を用いる。
【００５５】
このような構成により本発明の実施の形態２では、例えば、モータ７の運転停止中に、外風などにより室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆが回転すると、モータ７の回転子９が回転駆動されて起電力が誘起される。そして、インバータ回路５を介して、モータ７の線間電圧が電解コンデンサ４の端子間に印加され、母線電圧が上昇する。このときセンサレス制御手段および制動制御手段１０は、母線電圧検出手段１３が検出した母線電圧が所定の値を超えたとき、例えば、３５０Ｖとなったとき又は３５０Ｖを越えない所定の値のとき、インバータ回路５のスイッチパターンとしてゼロベクトル以外のスイッチパターンを出力する。そして、半導体スイッチ素子１５をｏｎ若しくはＰＷＭ動作させて、ブレーキ抵抗器１３０に回生電流を流す。
【００５６】
このような動作により、モータ７の巻線８に回生電流が流れ、モータ７の回生制動を行うとともに、モータ起電力に起因する回生電力をブレーキ抵抗器１３０で消費することで、母線電圧の上昇を抑制し、電解コンデンサ４の耐圧を超えることはない。
【００５７】
以上のように本実施の形態２においては、母線電圧が所定の値を超えたとき、ブレーキ抵抗器１３０に回生電流を流して母線電圧の上昇を抑制するので、モータ７の起電力に起因するモータ駆動制御装置１１０の耐圧破壊を、特にリレー等の高価な開閉手段を追加することなしに防止することができる。また、半導体素子であるスイッチング素子６のスイッチングにより、短絡ブレーキをかけるため、接点寿命の心配も無い。
【００５８】
また、モータ駆動制御装置１１０の動作のみで耐圧の保護が可能なため、圧縮機インバータ１０２が保護動作で停止した場合でもモータ駆動制御装置１１０の保護が可能である。
【００５９】
また、本実施の形態２では、図４に示されるように、実運転域の最大回転数１３００ｒｐｍにおいて、モータ７の線間電圧を２５０Ｖとすることができる。このため従来のモータと比べ、同一出力時のモータの電流は１１７／２５０と、１／２以下とすることができる。インバータ回路５のスイッチング素子６ａ〜６ｆのオン損失はＦＥＴ側では電流の２乗に比例し、ダイオード側では電流に比例する。またスイッチング損失も電流に依存する特性がある。さらにシャント抵抗１２における損失も電流の２乗に比例するため、同一の出力で同一のインバータ回路５を用いた場合、本実施の形態２では従来のモータに比べ、インバータ損失を大きく低減することが可能となる。
【００６０】
また、本実施の形態２では同一のロータやステータを用い、巻線８のターン数を増加させ、モータ７の起電力を増加することが可能となる。巻線８のインダクタンスは巻線８のターン数の２乗に比例するので、線間電圧比から計算すると４倍となる。そのためインバータ回路５で駆動した場合、巻き線電流の時間変化ｄｉ／ｄｔを１／４低減できる。よって電流変化により発生するモータ７の騒音を低減する効果も得られる。風路圧損となるため防音が不能なファンモータにおいて本効果は有効である。またｄｉ／ｄｔの低減により、電磁ノイズの発生も低減できるといった効果もある。さらにｄｉ／ｄｔの低減によりインバータ駆動時の電流リップルも低減し、モータ７の高周波鉄損も低減するといった効果もある。
【００６１】
また、従来の技術では外風時に開閉手段でモータを開列した場合、最大外風条件３０ｍ／ｓにおいてモータの端子電圧は７６９Ｖにも達し、開閉手段や、モータと開閉手段をつなぐ結線やコネクタの耐圧が必要となり、著しく高価となってしまうが、本実施の形態２ではこれを回避できる。
【００６２】
また、空気調和機において、室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆはプラスチック製であるため、外風で回転数が増加し限界回転数を超えた場合遠心力で破壊する。この限界点も最大外風条件近傍にあるため、従来技術にあるようにモータの開列や、インバータの停止により駆動回路を保護できたとしても、羽根の破壊耐力を確保することが課題となる。本実施の形態２では、耐圧以上の母線電圧が生じたとき、つまりモータ７の回転数が所定値を超えたとき、回生ブレーキをかけ続けるため、同一の外風風速に対しプロペラファン１０８Ｆの到達回転数が、ブレーキトルクを発生しないモータ開列やインバータ停止に比べ低減できるため、同一のプロペラファン１０８Ｆを用いた場合、破壊に至る外風耐量が増加するといった効果もある。
【００６３】
尚、本実施の形態２では、回生ブレーキ時にインバータ回路５のスイッチング素子６のスイッチング動作ＯＮをさせなかったが、これに限らず、スイッチング素子６をスイッチングしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６４】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、モータ７の巻線８に短絡電流を流して短絡ブレーキをかけるとともに母線電圧の上昇を抑制し、上記実施の形態２では、ブレーキ抵抗器１３０に回生電流を流して回生ブレーキをかけるとともに母線電圧の上昇を抑制したが、本実施の形態３では、短絡ブレーキと回生ブレーキとを併用する。
【００６５】
本実施の形態３に係るモータ駆動制御装置１１０の構成は、上記実施の形態２の構成と同様である。また、本実施の形態３に係るモータ７も、上記実施の形態１及び２と同様な起電力を発生するモータ７を用いる。そして、本実施の形態３では、上記実施の形態１又は２と同様の動作により、母線電圧が所定の値を超えたとき、インバータ回路５のスイッチパターンとしてゼロベクトル又はゼロベクトル以外のパターンを適宜切り替える。これにより、モータ７の巻線８に短絡電流を流して短絡ブレーキをかける動作と、ブレーキ抵抗器１３０に回生電流を流して回生ブレーキをかける動作とを切り替えることが可能となる。このような動作により、上記実施の形態１又は２と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６６】
実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４に係るモータ駆動制御装置の回路図である。図６において、本実施の形態４に係るモータ７は、各相の巻線８の双方の端子が、それぞれインバータ回路５の出力端子に接続されている。そして、本実施の形態４に係るインバータ回路５は、モータ７の巻線８の各相の両端毎にスイッチング素子６を有する。つまり、図６に示すように、インバータ回路５は、モータ７の各巻線８の片方側に接続されるスイッチング素子６ａ〜６ｆと、各巻線８の他端側に接続されるスイッチング素子６ａ’〜６ｂ’とを有し、各々ブリッジ接続している。このように、本実施の形態４では半導体のスイッチング素子６としては１２個使用し、６アームとする。尚、本実施の形態４でもスイッチング素子６としてＭＯＳＦＥＴを使用している。また、各々のスイッチング素子６ａ〜６ｆ’には、並列に逆電流方向に高速ダイオードが内蔵されている。この内蔵されている高速ダイオードはスイッチング素子６ａ〜６ｆ’がオフしたとき還流電流を流す働きをする。
さらに、本実施の形態４に係るモータ７は、最大外風条件時の回転より生じる各巻線８の相電圧が、電解コンデンサ４の耐圧以下となるようなモータ、例えば、最大外風条件３０ｍ／ｓにおいて、モータ７の回転数が４０００ｒｐｍとなった場合、相電圧が３５０Ｖとなるモータを用いる。
【００６７】
その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。また、室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆの回転数と、モータ７の起電力により発生する線間電圧（母線電圧）との関係も上記実施の形態１の図４により説明した動作と同様である。
【００６８】
このような構成により本発明の実施の形態４では、モータ７は各相巻線８毎に、インバータ回路５に接続しているので、例えば、モータ７の運転停止中に、最大外風条件において、室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆが回転しても、母線電圧は電解コンデンサ４の耐圧（３５０Ｖ）を超えることはない。
【００６９】
さらに、モータ７は各相巻線８毎にインバータ回路５に接続しているので、各巻線８に誘起される電圧（相電圧）が電解コンデンサ４の端子間に印加される。これにより、例えば、実運転域の最大回転数１３００ｒｐｍにおいて、図４に示したように、従来モータの線間電圧１１４Ｖに対し、本実施の形態４に係るモータ７の線間電圧に相当する電圧（巻線８の相電圧）は、その１．７３倍（ｓｑｒｔ３倍）の約１９７Ｖ発生する。
【００７０】
以上のように本実施の形態４においては、インバータ回路５はモータ７の巻線８の各相の両端毎にスイッチング素子６を有しているので、従来のモータと比べ、同一出力時のモータ起電力を１．７３倍（ｓｑｒｔ３倍）とし、モータ７の電流を１．７３分の１（１／ｓｑｒｔ３）とすることができる。例えば実運転域の最大回転数１３００ｒｐｍにおいて、同一出力時のモータの電流を１１４／１９７とすることができる。インバータ回路５のスイッチング素子６ａ〜６ｆ’のオン損失はＦＥＴ側では電流の２乗に比例し、ダイオード側では電流に比例する。またスイッチング損失も電流に依存する特性がある。さらにシャント抵抗１２における損失も電流の２乗に比例するため、同一の出力で同一のインバータ回路５を用いた場合、本実施の形態４では従来のモータに比べ、インバータ損失を大きく低減することが可能となる。
【００７１】
また、本実施の形態４では、モータ７の起電力に起因するモータ駆動制御装置１１０の耐圧破壊を、特にリレー等の高価な開閉手段を追加することなしに防止することができる。
【００７２】
また、モータ駆動制御装置１１０の動作のみで耐圧の保護が可能なため、圧縮機インバータ１０２が保護動作で停止した場合でもモータ駆動制御装置１１０の保護が可能である。
【００７３】
また、本実施の形態４では同一のロータやステータを用い、巻線８のターン数を増加させ、モータ７の起電力を増加することが可能となる。巻線８のインダクタンスは巻線８のターン数の２乗に比例するので、線間電圧比から計算すると３倍となる。そのためインバータ回路５で駆動した場合、巻き線電流の時間変化ｄｉ／ｄｔを１／３低減できる。よって電流変化により発生するモータ７の騒音を低減する効果も得られる。風路圧損となるため防音が不能なファンモータにおいて本効果は有効である。またｄｉ／ｄｔの低減により、電磁ノイズの発生も低減できるといった効果もある。さらにｄｉ／ｄｔの低減によりインバータ駆動時の電流リップルも低減し、モータ７の高周波鉄損も低減するといった効果もある。
【００７４】
また、従来の技術では外風時に開閉手段でモータを開列した場合、最大外風条件３０ｍ／ｓにおいてモータの端子電圧は７６９Ｖにも達し、開閉手段や、モータと開閉手段をつなぐ結線やコネクタの耐圧が必要となり、著しく高価となってしまうが、本実施の形態４ではこれを回避できる。
【００７５】
また、本実施の形態４では、短絡電流又は回生電流によるブレーキ動作を行わないため、短絡電流又は回生電流によるモータ７の減磁に対する設計制約が無い。
【００７６】
実施の形態５．
図７〜図９は本発明の実施の形態５に係るモータ駆動制御装置の回路図である。図７〜図９において、本実施の形態５に係るモータ７は、三相の巻線８を有し、各相の巻線８の片側の端子が、それぞれインバータ回路５の出力端子に接続されている。そして、巻線８のもう一方の端子はそれぞれ開閉手段８１に接続されている。この開閉手段８１を用いることにより、巻線８のΔ結線とＹ結線との切り替え、又はインバータ回路５と巻線８との開列が可能である。即ち、この開閉手段８１により、モータ７の巻線８をＹ結線とΔ結線とに切り替える切替手段、及び巻線８片側の接続を切り離す開閉手段を構成している。
さらに、本実施の形態５に係るモータ７は、最大外風条件時の回転より生じる各巻線８の相電圧が、電解コンデンサ４の耐圧以下となるようなモータ、例えば、最大外風条件３０ｍ／ｓにおいて、モータ７の回転数が４０００ｒｐｍとなった場合、相電圧が３５０Ｖとなるモータを用いる。
【００７７】
その他の構成は、上記実施の形態１と同様である。また、室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆの回転数と、モータ７の起電力により発生する線間電圧（母線電圧）との関係も上記実施の形態１の図４により説明した動作と同様である。このような構成により本発明の実施の形態５では、巻線８のＹ結線とΔ結線との切り替え、又は巻線８とインバータ回路５との開列を行う。
【００７８】
まず、Ｙ結線とΔ結線との切り替えについて、図７及び図８を用いて説明する。
図７に示すように、例えばモータ７の運転中においては、センサレス制御手段および制動制御手段１０は、開閉手段８１を動作させて、モータ７の巻線をＹ結線に切り替える。この場合は、従来モータと同じ接続になる。
【００７９】
一方、図８に示すように、例えばモータ７の運転停止中においては、センサレス制御手段および制動制御手段１０は、開閉手段８１を動作させて、モータ７の巻線をΔ結線に切り替える。この場合、外風による回転によりモータ起電力が発生すると、各巻線８に誘起される相電圧が電解コンデンサ４の端子間に印加される。したがって、インバータ回路５の電解コンデンサ４の端子間にかかる電圧は、Ｙ結線時の１／１．７３（１／ｓｑｒｔ３）とすることができる。
【００８０】
これにより、例えば、最大外風条件３０ｍ／ｓにおいて、モータ７の回転数が４０００ｒｐｍとなった場合、モータ７の相電圧が３５０Ｖとなるモータを用いることができ、例えば、実運転域の最大回転数１３００ｒｐｍにおいて、Ｙ結線時の線間電圧１１４Ｖに対し、Δ結線時の相電圧は、その１．７３倍（ｓｑｒｔ３倍）の約１９７Ｖ発生することが可能となる。さらに、Δ結線時において、最大外風条件により室外機１１７のプロペラファン１０８Ｆが回転しても、母線電圧は電解コンデンサ４の耐圧（３５０Ｖ）を超えることはない。
【００８１】
次に、巻線８とインバータ回路５との開列について説明する。
図９に示すように、例えばモータ７の運転停止中においては、センサレス制御手段および制動制御手段１０は、開閉手段８１を動作させて、各相の巻線８を開列し、インバータ回路５の端子に、外風時のモータ起電力による電圧を印加させない。このように、モータ７の巻線８とインバータ回路５とを開列すれば、電解コンデンサ４の端子間（母線電圧）には、モータ７の起電力による電圧は印加されない。
【００８２】
以上のように本実施の形態５においては、例えば、モータ７の運転停止時に、図８又は図９に示すように、開閉手段８１を動作させて、Δ結線又は巻線８の開列を行うことにより、図７に示すように、Ｙ結線時の状態に比べ、外風に起因する起電力によるインバータ回路５の端子間への印加電圧を、低減若しくは無くすことができる。
【００８３】
また、本実施の形態５では、インバータ回路５の電解コンデンサ４の端子間にかかる電圧は、Ｙ結線時の１／１．７３（１／ｓｑｒｔ３）とすることができるので、モータの巻線８のターン数を１．７３倍以上とすることができ、モータ電流の低減可能となる。
【００８４】
また、モータ７の巻線８をΔ結線に切り替えることで、Ｙ結線と比べ、同一出力時のモータ起電力を１．７３倍（ｓｑｒｔ３倍）とし、モータ７の電流を１．７３分の１（１／ｓｑｒｔ３）とすることができる。例えば実運転域の最大回転数１３００ｒｐｍにおいて、同一出力時のモータの電流を１１４／１９７とすることができる。インバータ回路５のスイッチング素子６ａ〜６ｆのオン損失はＦＥＴ側では電流の２乗に比例し、ダイオード側では電流に比例する。またスイッチング損失も電流に依存する特性がある。さらにシャント抵抗１２における損失も電流の２乗に比例するため、同一の出力で同一のインバータ回路５を用いた場合、本実施の形態５では従来のモータに比べ、インバータ損失を大きく低減することが可能となる。
【００８５】
また、モータ駆動制御装置１１０の開閉手段８１の動作のみで耐圧の保護が可能なため、圧縮機インバータ１０２が保護動作で停止した場合でもモータ駆動制御装置１１０の保護が可能である。
【００８６】
また、本実施の形態５では同一のロータやステータを用い、巻線８のターン数を増加させ、モータ７の起電力を増加することが可能となる。巻線８のインダクタンスは巻線８のターン数の２乗に比例するので、線間電圧比から計算すると３倍となる。そのためインバータ回路５で駆動した場合、巻き線電流の時間変化ｄｉ／ｄｔを１／３低減できる。よって電流変化により発生するモータ７の騒音を低減する効果も得られる。風路圧損となるため防音が不能なファンモータにおいて本効果は有効である。またｄｉ／ｄｔの低減により、電磁ノイズの発生も低減できるといった効果もある。さらにｄｉ／ｄｔの低減によりインバータ駆動時の電流リップルも低減し、モータ７の高周波鉄損も低減するといった効果もある。
【００８７】
また、本実施の形態５では、短絡電流又は回生電流によるブレーキ動作を行わないため、短絡電流又は回生電流によるモータ７の減磁に対する設計制約が無い。
【００８８】
実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、インバータ回路５の動作など、電気的に駆動回路を保護する方法について述べてきたが、本実施の形態６に係るモータ駆動制御装置１１０は、上記実施の形態１〜５の構成に加え、モータの回転負荷を増加させる機械式制動手段や、プロペラファン１０８Ｆの回転を停止させるストッパを更に備える。
【００８９】
このような構成により、本実施の形態６では、外風によりプロペラファン１０８Ｆが回転し、当該プロペラファン１０８Ｆの回転により発生するモータ７の起電力が所定の値を超えたとき、機械式制動手段を動作させ、モータ７の起電力を低下させる。また、モータ７の運転停止時に、ストッパを動作させ、プロペラファン１０８Ｆの回転によるモータ７の起電力を生じさせないように動作する。このような動作により、外風による回転に起因するモータ起電力の発生を抑制することができ、上述した実施の形態１〜５の効果と同様に、モータ７の巻線８のターン数アップによる効果を得ても良いことは言うまでもない。
【００９０】
尚、上述した機械式制動手段及びストッパは、何れか一方のみを備えても良いし、併用しても良い。また、上述した実施の形態１〜５の何れの構成おいても機械式制動手段及びストッパを併用して、母線電圧の上昇を抑制することができるのは言うまでもない。
【００９１】
実施の形態７．
上記実施の形態１〜５では、インバータ回路５の動作など、電気的に駆動回路を保護する方法について述べてきたが、本実施の形態６に係るモータ駆動制御装置１１０は、上記実施の形態１〜５の構成に加え、風速に応じプロペラファン１０８Ｆの形状を変形させ、当該プロペラファン１０８Ｆの回転力を低下させるファン形状変形手段や、風路に設けられ、プロペラファン１０８Ｆの回転力を低下させる風路形状変形手段であるダンパーシャッターを更に備える。
【００９２】
このような構成により、本実施の形態７では、外風によりプロペラファン１０８Ｆが回転し、当該プロペラファン１０８Ｆの回転により発生するモータ７の起電力が所定の値を超えたとき、ファン形状変形手段又は／及びダンパーシャッターを動作させ、モータ７の起電力を低下させる。このような動作により、外風による回転に起因するモータ起電力の発生を抑制することができ、上述した実施の形態１〜５の効果と同様に、モータ７の巻線８のターン数アップによる効果を得ても良いことは言うまでもない。
【００９３】
尚、上述したファン形状変形手段及びダンパーシャッターは、何れか一方のみを備えても良いし、併用しても良い。また、上述した実施の形態１〜５の何れの構成おいてもファン形状変形手段及びダンパーシャッターを併用して、母線電圧の上昇を抑制することができるのは言うまでもない。更に、上記実施の形態６で説明した、機械式制動手段及びストッパを併用して、母線電圧の上昇を抑制することができるのは言うまでもない。
【００９４】
実施の形態８．
上記実施の形態１〜５では、モータ７とモータ駆動制御装置１１０とがそれぞれ別の場所に配置された場合について述べたが、モータ駆動制御装置１１０を構成する各手段の全部又は一部が、モータ７に内蔵されても同様の効果が得られる。このような構成とすることにより、インバータ回路５のスイッチング素子６や、ブレーキ抵抗器１３０、回生電流を制御する半導体スイッチ素子１５などの発熱を、モータ７内に放熱できるため、放熱対策費用を低減できる効果がある。
【００９５】
実施の形態９．
図１０は本発明の実施の形態９に係る換気扇の断面を模式的に示した概略構成図である。図１０において、換気扇２００は、金属筐体２０１、シロッコファン２０２、換気扇グリル２０３と、金属製の電気品ＢＯＸ２０４とにより構成される。この換気扇２００は、天井壁２２０に取り付けられる。そして、この換気扇２００のシロッコファン２０２は、上述した実施の形態１〜８のモータ７のロータシャフト７１が接続され、上述した実施の形態１〜８で説明したモータ駆動制御装置１１０により回転駆動される。このような構成により、換気扇２００のシロッコファン２０２が外風により回転した場合においても、上述した実施の形態１〜８と同様の効果を得られることは言うまでもない。
【００９６】
尚、本実施の形態９においても、上記実施の形態１と同様に、モータ７の有する永久磁石の減磁耐力を向上させるようにしても良い。つまり、モータ７は、温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石を有するロータを備え、モータが有する熱を放熱する放熱手段を備えるようにしても良い。又はモータ７は、温度上昇に対し保磁力が増加する永久磁石を有するロータを備えるようにしても良い。また、モータ７は、永久磁石をステータに用いるようにしても良い。このような構成により、上記実施の形態１と同様の効果を得られることは言うまでもない。
【００９７】
実施の形態１０．
図１１は本発明の実施の形態１０に係るヒートポンプタイプの給湯機の概略構成図である。図１１において、ヒートポンプタイプの給湯機は、圧縮機３０１、加熱熱交換器３０２、絞り部３０３及び吸熱熱交換器３０４とこれらを順次接続する循環配管３０７並びに吸熱熱交換器３０４用の送風ファン３０５、吸熱熱交換器３０４の出口側に設置された吸熱熱交換部温度センサ３１１から構成されている。さらに貯湯タンク３０６は循環配管３０８により加熱熱交換器３０２と接続され、加熱熱交換器３０２内部を通る循環配管３０８で熱交換され、加熱された湯が貯湯タンク３０６の上部より貯湯される。貯湯タンク３０６には給水管３０９から給水される。そして、このヒートポンプタイプの給湯機の送風ファン３０５は、上述した実施の形態１〜８のモータ７に接続され、上述した実施の形態１〜８で説明したモータ駆動制御装置１１０により回転駆動される。このような構成により、ヒートポンプタイプの給湯機の送風ファン３０５が外風により回転した場合においても、上述した実施の形態１〜８と同様の効果を得られることは言うまでもない。
【００９８】
尚、本実施の形態１０においても、上記実施の形態１と同様に、モータ７の永久磁石の減磁耐力を向上させるようにしても良い。つまり、モータ７は、温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石を有するロータを備え、モータが有する熱を放熱する放熱手段を備えるようにしても良い。又はモータ７は、温度上昇に対し保磁力が増加する永久磁石を有するロータを備えるようにしても良い。また、モータ７は、永久磁石をステータに用いるようにしても良い。このような構成により、上記実施の形態１と同様の効果を得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９９】
１  商用電源、２  整流回路、３  整流ダイオード、４  電解コンデンサ、５  インバータ回路、６  スイッチング素子、７  モータ、８  巻線、９  回転子、１０  センサレス制御手段および制動制御手段、１１  電流検出手段、１２  シャント抵抗、１３  母線電圧検出手段、１５  半導体スイッチ素子、６１  ロータコア、６２  永久磁石、６３  ステータコア、６４  ステータ巻き線、７１  ロータシャフト、８１  開閉手段、１０２  圧縮機インバータ、１０３  圧縮機、１０４  四方弁、１０５  室外熱交換器、１０６  膨張弁、１０７  室内熱交換器、１０８  室外ファン、１０８Ｆ  プロペラファン、１０９  室内ファン、１１０  モータ駆動制御装置、１１２  速度制御回路、１１３  空気調和機制御部、１１４  受光部、１１５  異常表示部、１１６  赤外リモコン、１１７  室外機、１３０  ブレーキ抵抗器、１３１  配線、２００  換気扇、２０１  金属筐体、２０２  シロッコファン、２０３  換気扇グリル、２０４  電気品ＢＯＸ、２２０  天井壁、３０１  圧縮機、３０２  加熱熱交換器、３０３  絞り部、３０４  吸熱熱交換器、３０５  送風ファン、３０６  貯湯タンク、３０７  循環配管、３０８  循環配管、３０９  給水管、３１１  吸熱熱交換部温度センサ。
【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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【図１５】
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