(57)【要約】  交流直流変換装置１００−１は、リアクタ２を介して交流電源１に接続される第１および第２の整流器３，４と、第１の整流器３の出力側に直列に接続された２つのスイッチ５５，５６で構成されるスイッチアーム５と、第２の整流器４の出力側に直列に接続された２つのコンデンサ１１，１２とを備え、２つのコンデンサ１１，１２同士の接続点１３は、２つのスイッチ５５，５６同士の接続点５ａに接続され、回路部品の実装スペースを小さくすることができることを特徴とする。
2018020635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクタを介して交流電源に接続される第１および第２の整流器と、
前記第１の整流器の出力側に直列に接続された２つのスイッチで構成されるスイッチアームと、
前記第２の整流器の出力側に直列に接続された２つのコンデンサと
を備え、
前記２つのコンデンサ同士の接続点は、前記２つのスイッチ同士の接続点に接続されていることを特徴とする交流直流変換装置。
【請求項２】
前記２つのスイッチのそれぞれには、前記２つのスイッチのそれぞれの導通方向とは逆方向に導通するダイオードが並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の交流直流変換装置。
【請求項３】
前記第２の整流器は、直列に接続された２つのダイオードで構成される２組のダイオードアームを備え、
前記２組のダイオードアームの内、一方のダイオードアームを構成する前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の交流直流変換装置。
【請求項４】
前記第２の整流器は、直列に接続された２つのダイオードで構成される２組のダイオードアームを備え、
前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の交流直流変換装置。
【請求項５】
前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチは、電界効果トランジスタで構成されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の交流直流変換装置。
【請求項６】
前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチにはワイドバンドギャップ半導体が用いられ、
前記スイッチアームを構成する前記２つのスイッチにはシリコン半導体が用いられることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の交流直流変換装置。
【請求項７】
前記２組のダイオードアームのそれぞれを構成する２つのダイオードの内、一方のダイオードはアノード同士が接続され、
アノード同士が接続されたダイオードには、当該ダイオードの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の交流直流変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の前記第２の整流器および前記スイッチアームを備え、
前記第２の整流器は、
直列に接続された２つのダイオードで構成される２組のダイオードアームと、
単相交流の入力端子と、
前記２組のダイオードアームで整流された電圧が印加される出力端子と
を備えることを特徴とするモジュール。
【請求項９】
前記スイッチアームの両端のそれぞれが接続される端子を２つ備えることを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記スイッチアームを構成する２つのスイッチのそれぞれには、前記２つのスイッチのそれぞれの導通方向とは逆方向に導通するダイオードが並列に接続されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のモジュール。
【請求項１１】
前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続され、
当該スイッチは、電界効果トランジスタで構成されることを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
【請求項１２】
前記スイッチアームを構成する２つのスイッチにはワイドバンドギャップ半導体が用いられることを特徴とする請求項１０に記載のモジュール。
【請求項１３】
前記スイッチアームを構成する２つのスイッチを前記モジュールの内部に備えたことを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
【請求項１４】
前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続され、
前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチにはワイドバンドギャップ半導体が用いられ、
前記スイッチアームを構成する２つのスイッチにはシリコン半導体が用いられることを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
【請求項１５】
前記スイッチアームを構成する２つのスイッチを駆動する駆動回路の電源が同一であることを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
【請求項１６】
前記２組のダイオードアームのそれぞれを構成する２つのダイオードの内、一方のダイオードはアノード同士が接続され、
アノード同士が接続されたダイオードには、当該ダイオードの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続され、
当該スイッチを前記モジュールの内部に備えたことを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
【請求項１７】
請求項３から請求項７の何れか一項に記載の交流直流変換装置の出力端に接続されるインバータと、前記インバータの出力で駆動する電動機とを備え、
前記電動機の回転数に応じて、前記スイッチアームを構成する２つのスイッチの制御を行い、または前記２組のダイオードアームを構成する前記２つのダイオードのそれぞれに接続されたスイッチの制御を行うかを選択することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電力変換装置と、前記電動機を有する圧縮機とを備え、
前記圧縮機で圧縮されて冷媒配管を介して循環される冷媒の量を調整するために圧縮機の回転数を調整することを特徴とする空気調和装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の電力変換装置と、
前記電動機を圧縮機として備える室外機と、
設定された目標温度と検出温度とを記憶する室内機と、
前記室外機と前記室内機との間で冷媒を循環させるための冷媒配管と
を備え、
前記室内機に記憶された温度情報に基づいて前記圧縮機の回転数を調整することを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換装置、モジュール、電力変換装置および空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示される交流直流変換装置は、単相交流電圧を直流電圧に変換する回路として、リアクタを介して交流電源に接続される第１の整流器および第２の整流器と、第１の整流器の出力端子間に直列に接続された２つのコンデンサと、第２の整流器の出力端子間に直列に接続された２つのスイッチとを備える。２つのコンデンサ間の接続点は、２つのスイッチ間の接続点に接続される。第１の整流器および第２の整流器はそれぞれが独立したモジュールであり、特許文献１に開示される交流直流変換装置は、これらのモジュールとは別に直列に接続された２つのスイッチを備える。特許文献１に開示される交流直流変換装置は、直列に接続された２つのコンデンサを仮想交流電源とみなして、高調波電流を抑制しかつ位相差をゼロにするように２つのスイッチを制御する。これにより交流電源から交流直流変換装置に供給された交流電流は高調波が抑制された正弦波状の入力電流となり、力率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５０６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１に開示される交流直流変換装置は、２つの整流器および２つのスイッチをそれぞれ個別にモジュールとして備えるため、交流直流変換装置においてこれらの部品を配置するためのスペースが大きくなるという課題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路部品の実装スペースを小さくすることができる交流直流変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る交流直流変換装置は、リアクタを介して交流電源に接続される第１および第２の整流器と、前記第１の整流器の出力側に直列に接続された２つのスイッチで構成されるスイッチアームと、前記第２の整流器の出力側に直列に接続された２つのコンデンサとを備え、前記２つのコンデンサ同士の接続点は、前記２つのスイッチ同士の接続点に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る交流直流変換装置は、回路部品の実装スペースを小さくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る交流直流変換装置の構成例を示す図
【図２】ブリッジ型のインバータで使用される基準回路モジュールの内部回路構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態１に係る交流直流変換装置の変形例を示す図
【図４】本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の構成例を示す図
【図５】本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置にインバータを接続して構成される電力変換装置の構成図
【図６】本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の変形例を示す図
【図７】本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置が備えるモジュールの第１の変形例を示す図
【図８】本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の変形例を示す図
【図９】本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置が備えるモジュールの第２の変形例を示す図
【図１０】本発明の実施の形態５に係る空気調和装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態に係る交流直流変換装置、モジュール、電力変換装置および空気調和装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る交流直流変換装置の構成例を示す図である。実施の形態１に係る交流直流変換装置１００−１は、一端が交流電源１の一端に接続されるリアクタ２と、リアクタ２を介して交流電源１に接続され交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換する第１の整流器３と、リアクタ２を介して交流電源１に接続され交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換する第２の整流器４とを備える。図１では交流電源１は単相交流電圧を出力する電源である。
【００１１】
また交流直流変換装置１００−１は、第１の整流器３が備える出力端子３ａおよび出力端子３ｂの間に直列に接続されたスイッチ５５およびスイッチ５６で構成される直列回路であるスイッチアーム５と、第２の整流器４が備える出力端子４ａおよび出力端子４ｂの間に直列に接続されたコンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成されるコンデンサ対とを備える。
【００１２】
スイッチ５５としては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、電界効果トランジスタの一例であるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＣＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、またはＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）といった半導体スイッチを例示できる。スイッチ５６も同様である。実施の形態１では、スイッチ５５およびスイッチ５６の双方がＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される。スイッチ５５およびスイッチ５６の双方を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートには、スイッチ５５およびスイッチ５６を駆動するための不図示の駆動回路が接続される。
【００１３】
第２の整流器４およびスイッチアーム５を一体化したモジュール６は、出力端子Ｐ１、出力端子Ｎ１および出力端子Ｃ１と、入力端子Ｐ２、入力端子Ｎ２、入力端子ＡＣ１および入力端子ＡＣ２とを備える。
【００１４】
モジュール６の入力端子Ｐ２には、スイッチ５５であるＭＯＳＦＥＴのドレインと、第１の整流器３の出力端子３ａとが接続される。モジュール６の入力端子Ｎ２には、スイッチ５６であるＭＯＳＦＥＴのソースと、第１の整流器３の出力端子３ｂとが接続される。モジュール６の出力端子Ｃ１には、スイッチアーム５を構成するスイッチ５５およびスイッチ５６同士の接続点５ａが接続される。
【００１５】
第１の整流器３は、出力端子３ａおよび出力端子３ｂと、入力端子３ｃおよび入力端子３ｄと、中継端子３ｅおよび中継端子３ｆと、ダイオード３１、ダイオード３２、ダイオード３３およびダイオード３４とを備える。第１の整流器３の中継端子３ｅは、モジュール６の入力端子ＡＣ１に接続される。第１の整流器３の中継端子３ｆは、モジュール６の入力端子ＡＣ２に接続される。
【００１６】
ダイオード３１のアノードとダイオード３２のカソードとの接続点３ｇは、入力端子３ｃおよび中継端子３ｅに接続される。入力端子３ｃは、リアクタ２の他端と接続点３ｇとに接続される。ダイオード３３のアノードとダイオード３４のカソードとの接続点３ｈは、入力端子３ｄおよび中継端子３ｆに接続される。入力端子３ｄは、交流電源１の他端と接続点３ｈとに接続される。
【００１７】
ダイオード３１およびダイオード３３のそれぞれのカソードは出力端子３ａに接続され、ダイオード３２およびダイオード３４のそれぞれのアノードは出力端子３ｂに接続される。
【００１８】
第２の整流器４は、出力端子４ａおよび出力端子４ｂと、入力端子４ｃおよび入力端子４ｄと、ダイオード４１、ダイオード４２、ダイオード４３およびダイオード４４とを備える。以下ではダイオード４１、ダイオード４２、ダイオード４３およびダイオード４４を単にダイオード４１，４２，４３，４４と称する場合がある。
【００１９】
ダイオード４１のアノードとダイオード４２のカソードとの接続点４ｇは、入力端子４ｃに接続される。入力端子４ｃは、モジュール６の入力端子ＡＣ１に接続される。ダイオード４３のアノードとダイオード４４のカソードとの接続点４ｈは、入力端子４ｄに接続される。入力端子４ｄは、モジュール６の入力端子ＡＣ２に接続される。
【００２０】
ダイオード４１およびダイオード４３のそれぞれのカソードは出力端子４ａに接続され、ダイオード４２およびダイオード４４のそれぞれのアノードは出力端子４ｂに接続される。第２の整流器４の出力端子４ａは、モジュール６の出力端子Ｐ１に接続され、第２の整流器４の出力端子４ｂは、モジュール６の出力端子Ｎ１に接続される。
【００２１】
コンデンサ１１の一端はモジュール６の出力端子Ｐ１に接続される。コンデンサ１１の他端とコンデンサ１２の一端との接続点１３は、モジュール６の出力端子Ｃ１に接続される。コンデンサ１２の他端はモジュール６の出力端子Ｎ１に接続される。
【００２２】
このように交流直流変換装置１００−１では、第１の整流器３および第２の整流器４がリアクタ２を介して交流電源１に接続され、スイッチ５５およびスイッチ５６同士の接続点５ａと、コンデンサ１１およびコンデンサ１２同士の接続点１３とが、モジュール６の出力端子Ｃ１を介して接続される。
【００２３】
第１の整流器３は、モジュール６とは異なる単一のモジュールであり、全波整流器として動作する。またモジュール６は、第２の整流器４およびスイッチアーム５を一体化した単一のモジュールである。第２の整流器４では、ダイオード４１，４２，４３，４４により２つの整流アームが構成され、第２の整流器４は全波整流器として動作する。
【００２４】
モジュール６は、スイッチアーム５と合わせて３つのアームを備える。すなわちモジュール６は、ダイオード４１およびダイオード４２により構成される第１のダイオードアーム４−１と、ダイオード４３およびダイオード４４により構成される第２のダイオードアーム４−２と、スイッチ５５およびスイッチ５６により構成される第３のスイッチアームであるスイッチアーム５とを備える。またモジュール６は、７つの外部接続端子である入力端子Ｐ２、入力端子ＡＣ１、入力端子ＡＣ２、入力端子Ｎ２、出力端子Ｐ１、出力端子Ｎ１および出力端子Ｃ１を備える。
【００２５】
交流直流変換装置１００−１では、上記の特許文献１に代表される従来の交流直流変換装置と同様に、スイッチ５５およびスイッチ５６のオンオフ動作が制御される。これにより、交流電源１から交流直流変換装置１００−１に供給された交流電流は、高調波が抑制された正弦波状の電流となり、交流電源１から交流直流変換装置１００−１に印加される交流電圧との位相差が小さくなり、力率が向上する。
【００２６】
また交流直流変換装置１００−１では、スイッチ５５およびスイッチ５６の一方がオンされると共に、スイッチ５５およびスイッチ５６の他方がオフされることによって、コンデンサ１１およびコンデンサ１２同士の接続点１３が交流電源１の一端または他端に接続され、いわゆる倍電圧整流が行われる。これにより、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加される電圧の振幅、すなわち交流直流変換装置１００−１の出力電圧の振幅は、モジュール６の入力端子Ｐ２および入力端子Ｎ２に印加される電圧の振幅、または入力端子ＡＣ１および入力端子ＡＣ２に印加される電圧の振幅よりも大きくなる。以下では、モジュール６の入力端子Ｐ２および入力端子Ｎ２に印加される電圧、または入力端子ＡＣ１および入力端子ＡＣ２に印加される電圧を、入力電圧と称する場合がある。
【００２７】
また交流直流変換装置１００−１では、２つのモジュールにより、第１の整流器３および第２の整流器４が構成される。従って、交流直流変換装置１００−１は、第１の整流器３、第２の整流器４およびスイッチアーム５のそれぞれを個別にモジュール化して交流直流変換装置１００−１の内部に実装する場合に比べて、第１の整流器３、第２の整流器４およびスイッチアーム５のそれぞれを交流直流変換装置１００−１の内部に配置するための実装スペースを小さくできる。そのため交流直流変換装置１００−１の小型化が可能であると共に、交流直流変換装置１００−１の外郭を構成する筐体およびモジュール６を実装する基板といった部品の材料の減容化が可能である。
【００２８】
またスイッチ５５がオンされたとき、スイッチ５５に電流が流れて、ダイオード４１およびダイオード４３には電流が流れない。同様に、スイッチ５６がオンされたとき、ダイオード４２およびダイオード４４には電流が流れない。このようにモジュール６では、モジュール６を構成するスイッチおよびダイオードにおいて、同時に電流が流れる素子は２つであるため、モジュール６の発熱を抑えることができ、モジュール６で発生した熱を放熱するための不図示のヒートシンクおよびファンといった放熱用部品を小さくできる。
【００２９】
図２はブリッジ型のインバータで使用される基準回路モジュールの内部回路構成を示す図である。図２に示される基準回路モジュール６０は、従来の一般的な三相インバータ回路を構成するためのモジュールである。基準回路モジュール６０は、５つの外部接続端子である入力端子Ｐ、入力端子Ｎ、出力端子Ｕ、出力端子Ｖおよび出力端子Ｗを備える。また基準回路モジュール６０は、スイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６を備える。また基準回路モジュール６０は、スイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６のそれぞれに並列に接続されるダイオード４１、ダイオード４２、ダイオード４３、ダイオード４４、ダイオード４５およびダイオード４６を備える。
【００３０】
基準回路モジュール６０と図１に示すモジュール６との相違点は以下の通りである。
（１）モジュール６は、基準回路モジュール６０を構成するダイオード４５、ダイオード４６、スイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えていない。
（２）モジュール６は、基準回路モジュール６０を構成する５つの外部接続端子である入力端子Ｐ、入力端子Ｎ、出力端子Ｕ、出力端子Ｖおよび出力端子Ｗに代えて、７つの外部接続端子である入力端子Ｐ２、入力端子ＡＣ１、入力端子ＡＣ２、入力端子Ｎ２、出力端子Ｐ１、出力端子Ｎ１および出力端子Ｃ１を備える。なおモジュール６の入力端子ＡＣ１は、基準回路モジュール６０の出力端子Ｕに相当する。モジュール６の入力端子ＡＣ２は、基準回路モジュール６０の出力端子Ｖに相当する。モジュール６の出力端子Ｃ１は、基準回路モジュール６０の出力端子Ｗに相当する。基準回路モジュール６０に、図１に示す入力端子Ｐ２および入力端子Ｎ２を追加することにより、モジュール６を実現できる。
【００３１】
図３は本発明の実施の形態１に係る交流直流変換装置の変形例を示す図である。図１に示す交流直流変換装置１００−１と図３に示す交流直流変換装置１００−１Ａとの相違点は以下の通りである。
（１）交流直流変換装置１００−１Ａは、図１に示すスイッチアーム５およびモジュール６に代えてスイッチアーム５Ａおよびモジュール６Ａを備える。
（２）スイッチアーム５Ａは、スイッチ５５およびスイッチ５６に加えて、スイッチ５５の導通方向とは逆方向に導通しスイッチ５５に並列接続されるダイオード４５と、スイッチ５６の導通方向とは逆方向に導通しスイッチ５６に並列接続されるダイオード４６とを備える。
【００３２】
ダイオード４５のアノードはスイッチ５５のソースに接続され、ダイオード４５のカソードはスイッチ５５のドレインに接続される。ダイオード４６のアノードはスイッチ５６のソースに接続され、ダイオード４６のカソードはスイッチ５６のドレインに接続される。
【００３３】
スイッチ５５およびスイッチ５６がＩＧＢＴである場合、スイッチ５５およびスイッチ５６のそれぞれのコレクタ端子に印加される逆電圧よりも高い逆電圧がエミッタ端子に印加されると、スイッチ５５およびスイッチ５６では逆電流を阻止できずに、大きな電流が流れ、スイッチ５５およびスイッチ５６が過熱して故障する可能性がある。
【００３４】
交流直流変換装置１００−１Ａは、ダイオード４５およびダイオード４６を備えることによって、このような逆電圧が印加された場合でも、ダイオード４５およびダイオード４６に電流が流れてスイッチ５５およびスイッチ５６に逆電圧が印加されず、スイッチ５５およびスイッチ５６の故障を防止できる。
【００３５】
またダイオード４５およびダイオード４６は、図２に示す基準回路モジュール６０に設けられた部品であるため、交流直流変換装置１００−１Ａでは、図３に示すモジュール６Ａの内部または外部にダイオード４５およびダイオード４６を実装するためのスペースを新たに設けることなく、モジュール６Ａを実現できる。
【００３６】
またスイッチ５５およびスイッチ５６がＭＯＳＦＥＴである場合、その製造過程でスイッチ５５およびスイッチ５６のそれぞれの導通方向とは逆方向に導通するダイオードが生成される。そのためスイッチ５５およびダイオード４５が１つのＭＯＳＦＥＴと同等の構成となる。スイッチ５６およびダイオード４６も同様である。このため交流直流変換装置１００−１Ａでは、ダイオード４５およびダイオード４６を追加することなくモジュール６Ａを実現できる。
【００３７】
さらにスイッチ５５およびスイッチ５６がオンからオフに切り替わるとき、ダイオード４５およびダイオード４６には大きな逆回復電流が流れて、この逆回復電流がスイッチ５５およびスイッチ５６の過熱の要因となる。このような対策として図１に示すモジュール６および図３に示すモジュール６Ａには、ワイドバンドギャップ半導体で形成されたスイッチ５５およびスイッチ５６を用いることが望ましい。ワイドバンドギャップ半導体としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ：Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）、窒化ガリウムまたはダイヤモンドといった半導体材料を例示できる。ワイドバンドギャップ半導体の逆回復時間はシリコン半導体に比べて非常に短く、逆回復電流も非常に小さい。
【００３８】
定格逆耐圧６００Ｖおよび定格順電流６ＡのＳｉＣショットキーバリアダイオードでは逆回復電荷が２０ｎｃであり、通常のシリコンＰＮ接合ダイオードの逆回復電荷１５０ｎｃから１５００ｎｃに比べて著しく小さい。ワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、図２に示す基準回路モジュール６０を利用した交流直流変換装置であっても、スイッチ５５およびスイッチ５６における逆回復電流による発熱が大幅に抑制され、放熱部品を小さくできる。
【００３９】
またワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、シリコン半導体を用いた場合に比べて、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生した熱がスイッチ５５およびスイッチ５６以外の部品に伝わる量が低減される。そのため、交流直流変換装置１００−１，１００−１Ａでは、スイッチ５５およびスイッチ５６が交流直流変換装置１００−１，１００−１Ａの内部に設けられている場合でも、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生した熱により、スイッチ５５およびスイッチ５６以外の部品が故障する可能性を低減できる。また交流直流変換装置１００−１，１００−１Ａでは、モジュール６およびモジュール６Ａを小さくした場合でも、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生した熱により、スイッチ５５およびスイッチ５６以外の部品が故障する可能性を低減できる。
【００４０】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の構成例を示す図である。実施の形態１に係る交流直流変換装置１００−１と実施の形態２に係る交流直流変換装置１００−２との相違点は以下の通りである。
（１）交流直流変換装置１００−２は、図１に示すモジュール６または図３に示すモジュール６Ａに代えて、モジュール６Ｂを備える。
（２）モジュール６Ｂは、第２の整流器４に代えて第２の整流器４Ａを備える。
（３）第２の整流器４Ａは、第２のダイオードアーム４−２に代えて第２のダイオードアーム４−２Ａを備える。
【００４１】
第２のダイオードアーム４−２Ａは、ダイオード４３およびダイオード４４に加えて、スイッチ５３およびスイッチ５４を備える。スイッチ５３のドレインは、ダイオード４１のカソードおよび出力端子４ａに接続される。スイッチ５４のソースは、ダイオード４２のアノードおよび出力端子４ｂに接続される。スイッチ５３のソースとスイッチ５４のドレインとの接続点４ｈは入力端子４ｄに接続される。ダイオード４３のアノードはスイッチ５３のソースに接続され、ダイオード４３のカソードはスイッチ５３のドレインに接続される。ダイオード４４のアノードはスイッチ５４のソースに接続され、ダイオード４４のカソードはスイッチ５４のドレインに接続される。
【００４２】
次に交流直流変換装置１００−２の動作を説明する。交流直流変換装置１００−２では、スイッチ５５およびスイッチ５６の一方がオンされると共に、スイッチ５５およびスイッチ５６の他方がオフされることによって、実施の形態１と同様に倍電圧整流が可能である。また交流直流変換装置１００−２では、スイッチ５３およびスイッチ５４のオンオフ動作が制御される。
【００４３】
スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６の制御により、交流直流変換装置１００−２では、リアクタ２に蓄積されたエネルギーを利用して直流電圧を昇圧させることができると共に、交流直流変換装置１００−２に供給された交流電流の高調波が抑制された正弦波状の電流となり、交流電圧との位相差が小さくなり、力率が向上する。なお、スイッチ５３およびスイッチ５４による倍電圧整流が行われていないとき、交流直流変換装置１００−２から出力される直流電圧は、スイッチ５３およびスイッチ５４による倍電圧整流が行われている場合に比べて、低い値となるように制御される。
【００４４】
図５は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置にインバータを接続して構成される電力変換装置の構成図である。図５に示す電力変換装置３００は、図４に示す交流直流変換装置１００−２と負荷２００とを備える。負荷２００は、交流直流変換装置１００−２に接続されるインバータ２０と、インバータ２０から出力される交流電圧で駆動する電動機２１とを備える。電動機２１としては、誘導電動機または同期電動機を例示できる。
【００４５】
インバータ２０は、図２に示す基準回路モジュール６０と同様に構成されており、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された直流電圧を交流電圧に変換して電動機２１を駆動する。電動機２１に印加される交流電圧の波形は、電動機２１における脈動を抑制するため正弦波状である。
【００４６】
電動機２１は、その回転数が上昇すると、交流電圧が印加される不図示の端子に発生する逆起電力も上昇するため、インバータ２０は、電動機２１の回転数に応じて交流電圧の振幅を調整するように制御される。
【００４７】
コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された直流電圧の振幅が、電動機２１に印加される交流電圧の振幅よりも小さいとき、インバータ２０は、正弦波状の交流電圧を出力できず、高調波成分を含む疑似的な交流電圧を出力する。その結果、電動機２１を流れる電流にも高調波成分が重畳され、電動機２１の脈動の原因となるだけでなく、電流の振幅が増大するため、インバータ２０が備えるスイッチおよびダイオードのオン抵抗による発熱量も増大する。従って、インバータ２０では、発熱量の増大に耐えうる回路部品が必要になり、または放熱部品が大型化する。
【００４８】
実施の形態２に係る交流直流変換装置１００−２は、スイッチ５５およびスイッチ５６の制御で倍電圧整流を行うことにより、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された電圧の振幅を、入力電圧の振幅よりも大きくできる。これにより、スイッチ５３およびスイッチ５４による倍電圧整流が行われていないときに比べて、電動機２１の回転数をより一層上昇させても、インバータ２０は正弦波電圧を出力することができ、電動機２１の脈動を抑制でき、またインバータ２０の発熱を抑制できる。
【００４９】
一方、前述した逆起電力の電圧が入力電圧の振幅よりも小さい場合、スイッチ５５およびスイッチ５６の制御による倍電圧整流が行われ、またはスイッチ５３およびスイッチ５４の制御による整流動作が行われた場合でも、インバータ２０は正弦波電圧を出力できる。
【００５０】
インバータ２０が備えるスイッチがオンからオフに切り替わるときにインバータ２０が備えるダイオードに流れる逆回復電流による熱は、インバータ２０が備えるスイッチおよびダイオードに印加される電圧に比例する。この電圧は、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された直流電圧に等しい。また、前述したように、逆起電力の電圧が入力電圧の振幅よりも小さい場合には、スイッチ５３およびスイッチ５４の制御による整流動作は倍電圧整流ではないため、倍電圧整流が行われる場合に比べて、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された直流電圧が低下する。従って、電力変換装置３００では、インバータ２０が備えるスイッチおよびダイオードに印加される電圧が低下し、インバータ２０が備えるダイオードに流れる逆回復電流による発熱量を抑制できる。
【００５１】
また交流直流変換装置１００−２では、交流電源１の電圧周期に同期して変化する周波数により、スイッチ５３およびスイッチ５４のオンオフ制御が行われる。そのためスイッチ５３およびスイッチ５４で発生する熱が小さい。この結果、電力変換装置３００全体で発生する熱も小さくできる。
【００５２】
またスイッチ５３およびスイッチ５４は、図２に示す基準回路モジュール６０を構成する部品でもあるため、交流直流変換装置１００−２は、実施の形態１と同様に、合計２つのモジュールにより第１の整流器３および第２の整流器４Ａを構成できる。従って、交流直流変換装置１００−２は、第１の整流器３、第２の整流器４Ａおよびスイッチアーム５のそれぞれを個別にモジュール化して交流直流変換装置１００−２の内部に実装する場合に比べて、第１の整流器３、第２の整流器４Ａおよびスイッチアーム５のそれぞれを交流直流変換装置１００−２の内部に配置するための実装スペースを小さくできる。
【００５３】
また交流直流変換装置１００−２では、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生する熱を抑制できるため、スイッチ５３およびスイッチ５４が交流直流変換装置１００−２の内部に設けられている場合でも、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生した熱により、スイッチ５３およびスイッチ５４以外の部品が故障する可能性を低減できる。
【００５４】
また交流直流変換装置１００−２では、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えるモジュール６Ｂを小さくした場合でも、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生した熱により、スイッチ５３およびスイッチ５４以外の部品が故障する可能性を低減できる。
【００５５】
図６は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の変形例を示す図である。図４に示す交流直流変換装置１００−２と図６に示す交流直流変換装置１００−２Ａとの相違点は以下の通りである。
（１）交流直流変換装置１００−２Ａは、モジュール６Ｂに代えてモジュール６Ｃを備える。
（２）モジュール６Ｃは、第２の整流器４Ａに代えて第２の整流器４Ｂを備える。
（３）第２の整流器４Ｂは、第１のダイオードアーム４−１に代えて第１のダイオードアーム４−１Ａを備える。
（４）第１のダイオードアーム４−１Ａは、ダイオード４１およびダイオード４２に加えて、スイッチ５１およびスイッチ５２を備える。
【００５６】
スイッチ５１のドレインは、ダイオード４１のカソードおよび出力端子４ａに接続される。スイッチ５２のソースは、ダイオード４２のアノードおよび出力端子４ｂに接続される。スイッチ５１のソースとスイッチ５２のドレインとの接続点４ｇは入力端子４ｃに接続される。ダイオード４１のアノードはスイッチ５１のソースに接続され、ダイオード４１のカソードはスイッチ５１のドレインに接続される。ダイオード４２のアノードはスイッチ５２のソースに接続され、ダイオード４２のカソードはスイッチ５２のドレインに接続される。
【００５７】
図６に示すようにスイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えた第２の整流器４Ｂを用いた場合でも、図６に示す交流直流変換装置１００−２Ａでは、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えた図４に示す交流直流変換装置１００−２と同様の効果を奏する。
【００５８】
また図６に示す交流直流変換装置１００−２Ａでは、この効果に加えて、リアクタ２を介して交流電源１を短絡する整流動作において、その短絡電流を、スイッチ５１およびスイッチ５３側と、スイッチ５２およびスイッチ５４側とで分担するように制御できるので、スイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４の各々で発生する熱が分散され、発熱量を抑制できる。そのためスイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生する熱を放熱するための不図示の放熱部品を小さくできる。
【００５９】
実施の形態３．
実施の形態２のモジュール６Ｂは２つスイッチ５３およびスイッチ５４を備え、実施の形態２のモジュール６Ｃはスイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えるが、実施の形態２ではこれらのスイッチの特性が考慮されていない。実施の形態３に係る交流直流変換装置では、スイッチ５３およびスイッチ５４がＭＯＳＦＥＴで構成される。実施の形態３に係る交流直流変換装置は、スイッチ５３およびスイッチ５４がＭＯＳＦＥＴで構成される以外は図４に示す交流直流変換装置１００−２と同様に構成されているため、実施の形態３では、図４を用いて実施の形態３に係る交流直流変換装置の構成を説明する。
【００６０】
前述したように、ＭＯＳＦＥＴの製造過程では、ＭＯＳＦＥＴの導通方向とは逆方向に導通するダイオードが生成される。そのため、スイッチ５３およびダイオード４３が１つのＭＯＳＦＥＴと同等の構成となり、スイッチ５４およびダイオード４４が１つのＭＯＳＦＥＴと同等の構成となる。このため、ダイオード４３およびダイオード４４を追加することなく、スイッチ５３およびダイオード４３の並列回路を実現できると共に、スイッチ５４およびダイオード４４の並列回路を実現できる。
【００６１】
またＭＯＳＦＥＴでは、ＭＯＳＦＥＴを構成するスイッチの導通方向とは逆方向に導通するダイオードに電流が流れるとき、電流の値に比例した電圧がスイッチの両端に発生する。そのため、ＭＯＳＦＥＴで発生する熱は、電流と電流に比例する電圧との積で導かれ、電流の２乗に比例して増加する。図４に示す第２のダイオードアーム４−２Ａが、スイッチ５３およびスイッチ５４を備えていない場合、小さい電流値であっても一定の降下電圧ＶＦがダイオード４３およびダイオード４４のそれぞれの両端に発生するため、ダイオード４３およびダイオード４４ではその降下電圧に比例する熱が発生する。従って、スイッチ５３およびスイッチ５４に流れる電流が小さいときは、ダイオード４３およびダイオード４４を使用した構成と比較して、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生する熱をより小さくできる。
【００６２】
ここで、スイッチ５３およびスイッチ５４にワイドバンドギャップ半導体が用いられ、スイッチアーム５を構成するスイッチ５５およびスイッチ５６にシリコン半導体、特に絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが用いられる構成を考える。
【００６３】
電動機２１の回転数を上昇させるため、インバータ２０が電動機２１に印加する交流電圧の振幅を大きくすると共に、インバータ２０の出力電力も大きくするときに、実施の形態２に示すように倍電圧整流を行った場合、スイッチアーム５を構成するスイッチ５５およびスイッチ５６が設けられているため、スイッチ５５およびスイッチ５６の一方に電流が流れる。シリコン半導体、特に絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは一定以上の電流値で降下電圧Ｖｃｅが一定となるため、スイッチ５５およびスイッチ５６の導通方向に電流が流れるときに発生する熱は、その降下電圧に比例する。これは、ＭＯＳＦＥＴで発生する熱は電流の２乗に比例するのに比べて、スイッチ５５およびスイッチ５６に流れる電流が大きいときにスイッチ５５およびスイッチ５６で発生する熱が小さくなる特性があるためである。
【００６４】
電動機２１の回転数を低下させるため、インバータ２０が電動機２１に印加する交流電圧の振幅を小さくすると共に、インバータ２０の出力電力も小さくするときに、実施の形態２に示すようにスイッチ５３およびスイッチ５４の制御による整流動作を行う場合、スイッチ５３およびスイッチ５４で発生する熱が小さくなることは、実施の形態２および実施の形態３で説明した通りである。
【００６５】
実施の形態３に係る交流直流変換装置では、スイッチ５３およびスイッチ５４にワイドバンドギャップ半導体が用いられ、スイッチ５５およびスイッチ５６に絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが用いられる。そして実施の形態３に係る交流直流変換装置は、電動機２１の回転数に応じてインバータ２０が電動機２１に印加する交流電圧の振幅に合わせて、スイッチ５５およびスイッチ５６の制御による倍電圧整流と、スイッチ５３およびスイッチ５４の制御による整流動作とを選択する。これにより、いずれの選択においても、発生する熱がより小さくなるスイッチが選択され、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生する熱を小さくできる。
【００６６】
また実施の形態３に係る交流直流変換装置は、図５に示す電力変換装置３００にも適用でき、実施の形態２に比べて電力変換装置３００全体で発生する熱を小さくできる。
【００６７】
またスイッチ５３およびスイッチ５４は、図２に示す基準回路モジュール６０を構成する部品でもあるため、実施の形態３に係る交流直流変換装置は、実施の形態１と同様に、合計２つのモジュールにより第１の整流器３および第２の整流器４Ａを構成できる。従って、実施の形態３に係る交流直流変換装置は、第１の整流器３、第２の整流器４Ａおよびスイッチアーム５のそれぞれを個別にモジュール化して交流直流変換装置の内部に実装する場合に比べて、第１の整流器３、第２の整流器４Ａおよびスイッチアーム５のそれぞれを交流直流変換装置の内部に配置するための実装スペースを小さくできる。
【００６８】
また実施の形態３に係る交流直流変換装置では、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生する熱を小さくできるため、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６が交流直流変換装置の内部に設けられている場合でも、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６で発生した熱により、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６以外の部品が故障する可能性を低減できる。
【００６９】
また実施の形態３に係る交流直流変換装置では、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６を備えるモジュール６，６Ｂを小さくした場合も同様に、スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６以外の部品が故障する可能性を低減できる。
【００７０】
実施の形態４．
実施の形態４では実施の形態２の変形例を説明する。図７は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置が備えるモジュールの第１の変形例を示す図である。図４に示すモジュール６Ｂと図７に示すモジュール６Ｄとの相違点は以下の通りである。
（１）モジュール６Ｄは、第２の整流器４Ａに代えて第２の整流器４Ｃを備える。またモジュール６Ｄは、スイッチアーム５に代えてスイッチアーム５Ｂを備える。
（２）第２の整流器４Ｃは、第２のダイオードアーム４−２Ａに代えて第２のダイオードアーム４−２Ｂを備える。第２のダイオードアーム４−２Ｂは、ダイオード４３、ダイオード４４、スイッチ５３およびスイッチ５４に加えて、スイッチ５３を駆動する駆動回路６３およびスイッチ５４を駆動する駆動回路６４を備える。
（３）スイッチアーム５Ｂは、ダイオード４５、ダイオード４６、スイッチ５５およびスイッチ５６に加えて、スイッチ５５を駆動する駆動回路６５およびスイッチ５６を駆動する駆動回路６６を備える。
（４）モジュール６Ｄは、駆動回路６３を駆動するための電源である駆動回路電源７１をモジュール６Ｄに接続する正側電源端子Ｔ１１および負側電源端子Ｔ１２を備える。モジュール６Ｄは、駆動回路６５を駆動するための電源である駆動回路電源７２をモジュール６Ｄに接続する正側電源端子Ｔ２１および負側電源端子Ｔ２２を備える。モジュール６Ｄは、駆動回路６４を駆動するための電源である駆動回路電源７３をモジュール６Ｄに接続する正側電源端子Ｔ３１および負側電源端子Ｔ３２を備える。モジュール６Ｄは、駆動回路６６を駆動するための電源である駆動回路電源７４をモジュール６Ｄに接続する正側電源端子Ｔ４１および負側電源端子Ｔ４２を備える。
【００７１】
スイッチ５３、スイッチ５４、スイッチ５５およびスイッチ５６を駆動する電源は、これらのスイッチのそれぞれのドレイン端子が相互に接続されて同一の電位である場合に限り、同一とすることができる。しかしながら図７に示すモジュール６Ｄでは、これらのスイッチのそれぞれのドレイン端子が接続される外部接続端子が全て異なるため、同一の電源を用いることができず、４つの駆動回路電源７１、駆動回路電源７２、駆動回路電源７３および駆動回路電源７４が必要となる。
【００７２】
図８は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置の変形例を示す図である。図４に示す交流直流変換装置１００−２と図８に示す交流直流変換装置１００−４との相違点は以下の通りである。
（１）交流直流変換装置１００−４は、リアクタ２に代えてリアクタ２Ａを備えると共に、モジュール６Ｂに代えてモジュール６Ｅを備える。
（２）モジュール６Ｅは、第２の整流器４Ａに代えて第２の整流器４Ｄを備える。
（３）第２の整流器４Ｄは、第１のダイオードアーム４−１に代えて第１のダイオードアーム４−１Ｂを備えると共に、第２のダイオードアーム４−２Ａに代えて第２のダイオードアーム４−２Ｃを備える。
【００７３】
第１のダイオードアーム４−１Ｂは、ダイオード４１およびダイオード４２に加えてスイッチ５２を備える。スイッチ５２のドレインは、ダイオード４２のカソードに接続される。スイッチ５２のソースは、ダイオード４２のアノードに接続される。ダイオード４１のアノードとスイッチ５２のドレインとの接続点４ｇは、入力端子４ｃに接続される。第２のダイオードアーム４−２Ｃでは、図４に示すスイッチ５３が省かれている。ダイオード４２およびダイオード４４は、それぞれのアノード同士が接続される。
【００７４】
図９は本発明の実施の形態２に係る交流直流変換装置が備えるモジュールの第２の変形例を示す図である。図７に示すモジュール６Ｄと図９に示すモジュール６Ｆとの相違点は以下の通りである。
（１）モジュール６Ｆは、第２の整流器４Ｃに代えて第２の整流器４Ｅを備える。
（２）第２の整流器４Ｅは、第１のダイオードアーム４−１に代えて第１のダイオードアーム４−１Ｃを備えると共に、第２のダイオードアーム４−２Ｂに代えて第２のダイオードアーム４−２Ｄを備える。
（３）第１のダイオードアーム４−１Ｃは、ダイオード４１およびダイオード４２に加えて、スイッチ５２を駆動する駆動回路６２を備える。
（４）第２のダイオードアーム４−２Ｄでは、図７に示すスイッチ５３および駆動回路６３が省かれている。
（５）モジュール６Ｆでは、図７に示す正側電源端子Ｔ１１および負側電源端子Ｔ１２が省かれ、正側電源端子Ｔ３１および負側電源端子Ｔ３２に駆動回路６２および駆動回路６４が接続されている。
【００７５】
図９に示すモジュール６Ｆでは、スイッチ５２およびスイッチ５４のそれぞれのドレイン端子が、同一の外部接続端子である出力端子Ｎ１に接続されるため、スイッチ５２およびスイッチ５４を駆動する電源は同一の電位となる。従って、駆動回路６２および駆動回路６４では、１つの駆動回路電源７３でスイッチ５２およびスイッチ５４を駆動でき、必要な駆動回路電源の個数は、スイッチの個数よりも少ない３つである。
【００７６】
以上のように、実施の形態４に係る交流直流変換装置１００−４では、スイッチ５２およびスイッチ５４の駆動回路の電源を同一とすることができ、必要な駆動回路電源の個数を削減して製造コストを低減できる。
【００７７】
なお実施の形態４において、スイッチ５５およびスイッチ５６の制御による倍電圧整流を行うと共に、スイッチ５２およびスイッチ５４の制御によって、交流直流変換装置１００−４に供給された交流電流の高調波が抑制された正弦波状の電流となり、交流電圧との位相差が小さくなり、力率が向上することは、実施の形態２と同様である。
【００７８】
実施の形態４に係る交流直流変換装置１００−４を図５に示す電力変換装置３００に適用した場合、コンデンサ１１およびコンデンサ１２で構成される直列回路の両端間に印加された直流電圧がインバータ２０で交流電圧に変換される。そして交流直流変換装置１００−４は、インバータ２０が電動機２１に印加する交流電圧の振幅に応じて、電動機２１の回転数が高いときにはスイッチ５５およびスイッチ５６の制御による倍電圧整流を選択し、電動機２１の回転数が低いときにはスイッチ５２およびスイッチ５４の制御による整流動作を選択する。これにより、電動機２１の回転数に応じたより発熱の小さいインバータ２０を実現でき、インバータ２０で発生する熱を放熱するための不図示の放熱部品を小さくできる。
【００７９】
またスイッチ５２およびスイッチ５４は、図２に示す基準回路モジュール６０を構成する部品でもあるため、実施の形態４に係る交流直流変換装置１００−４では、モジュール６Ｄ，６Ｅ，６Ｆの内部または外部にスイッチ５２およびスイッチ５４を配置するための実装スペースを設けることなく、モジュール６Ｄ，６Ｅ，６Ｆを構成できる。
【００８０】
また交流直流変換装置１００−４では、スイッチ５２およびスイッチ５４が交流直流変換装置１００−４の内部に設けられている場合でも、スイッチ５２およびスイッチ５４で発生した熱により、スイッチ５２およびスイッチ５４以外の部品が故障する可能性を低減できる。
【００８１】
実施の形態５．
図１０は本発明の実施の形態５に係る空気調和装置の構成図である。図１０に示す空気調和装置４００は、室外機８１、室内機８２および冷媒配管８３を備え、室外機８１および室内機８２は冷媒配管８３を介して接続されている。室外機８１は、実施の形態１から４に示す電力変換装置と圧縮機３１０とを備える。圧縮機３１０は、不図示の圧縮機構を備えると共に、当該圧縮機構を駆動する駆動源として図５に示す電動機２１を備える。
【００８２】
次に空気調和装置４００の動作を説明する。室内機８２は、使用者により設定された目標温度を記憶すると共に、室内機８２周辺の温度を検出し検出温度として記憶する。室内機８２は、目標温度および検出温度を室外機８１に送信する。室外機８１は、室内機８２が持つ目標温度情報と検出温度情報との差が大きい場合、室内機８２周辺の温度を目標温度に近づけるように、室外機８１と室内機８２との間に循環させる冷媒の量を多くする。
圧縮機３１０が圧縮する冷媒の量は、圧縮機３１０の単位回転数あたりの冷媒排出量と電動機２１の回転数との積で求められる。そのため、室外機８１と室内機８２との間に循環させる冷媒の量を多くするために、室外機８１は、電動機２１の回転数を高くするように制御する。
【００８３】
一方、室内機８２に記憶される目標温度と検出温度との差が一定値より小さくなったとき、室内機８２周辺の検出温度が目標温度を挟んで逆方向に遠ざかることのないように、室外機８１と室内機８２との間に循環させる冷媒の量を少なくする。そのため、室外機８１は、電動機２１の回転数を低くするように制御する。
【００８４】
空気調和装置４００を連続して運転する場合、目標温度と検出温度との差が一定値より小さい状態の運転期間は、目標温度と検出温度との差が一定値より大きい状態の運転期間よりも長くなる。そのため空気調和装置４００では、室外機８１と室内機８２との間に循環させる冷媒の量を少なくするために電動機２１の回転数を低くするように制御する時間の比率が高い。
【００８５】
一方、電力変換装置３００は、実施の形態２から４に示すように、電動機２１の回転数に応じて倍電圧整流と通常の整流動作とを選択することにより、何れの選択においても発生する熱が小さくなるように制御しており、特に電動機２１の回転数を低くするように制御する場合には通常の整流動作を選択して電力変換装置３００で発生する熱を小さくする。
【００８６】
前述したスイッチ５１、スイッチ５２、スイッチ５３およびスイッチ５４がＭＯＳＦＥＴで構成され、このＭＯＳＦＥＴにワイドバンドギャップ半導体が用いられ、さらにスイッチ５５およびスイッチ５６がシリコン半導体、特に絶縁ゲート型バイポーラトランジスタで構成されている場合、空気調和装置４００では、より顕著な効果が得られるのは、実施の形態３で示したとおりである。従って空気調和装置４００は、運転時間の比率が高い制御であって電動機２１の回転数を低く制御する場合、電力変換装置３００で発生する熱を小さくすることができ、空気調和装置４００の全運転時間および停止時間を含めた全期間における運転効率を向上させることができる。
【００８７】
なお以上の説明では、室内機８２に記憶される温度情報を室外機８１に送信して室外機８１が圧縮機３１０の回転数を制御する構成例を説明したが、室内機８２が圧縮機３１０の回転数を直接制御する構成でも同様の効果を奏する。
【００８８】
また実施の形態５は、室外機８１と室内機８２を備える空気調和装置４００の構成例を説明したが、室内機８２の代わりに水に対して冷媒の熱を与える不図示の熱交換器を備えた給湯装置のように、冷媒の圧縮膨張作用によって一定の体積および容積の媒体の温度を熱交換により調整する装置であれば、どのようなものであっても同様の効果を奏する。
【００８９】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１  交流電源、２，２Ａ  リアクタ、３  第１の整流器、３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ  出力端子、３ｃ，３ｄ，４ｃ，４ｄ  入力端子、３ｅ，３ｆ  中継端子、３ｇ，３ｈ，４ｇ，４ｈ，５ａ，１３  接続点、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ  第２の整流器、４−１，４−１Ａ，４−１Ｂ，４−１Ｃ  第１のダイオードアーム、４−２，４−２Ａ，４−２Ｂ，４−２Ｃ，４−２Ｄ  第２のダイオードアーム、５，５Ａ，５Ｂ  スイッチアーム、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆ  モジュール、１１，１２  コンデンサ、２０  インバータ、２１  電動機、３１，３２，３３，３４，４１，４２，４３，４４，４５，４６  ダイオード、５１，５２，５３，５４，５５，５６  スイッチ、６０  基準回路モジュール、６２，６３，６４，６５，６６  駆動回路、７１，７２，７３，７４  駆動回路電源、８１  室外機、８２  室内機、８３  冷媒配管、１００−１，１００−１Ａ，１００−２，１００−２Ａ，１００−４  交流直流変換装置、２００  負荷、３００  電力変換装置、３１０  圧縮機、４００  空気調和装置。
【図１】
2018020635.tif 000003
【図２】
2018020635.tif 000004
【図３】
2018020635.tif 000005
【図４】
2018020635.tif 000006
【図５】
2018020635.tif 000007
【図６】
2018020635.tif 000008
【図７】
2018020635.tif 000009
【図８】
2018020635.tif 000010
【図９】
2018020635.tif 000011
【図１０】
2018020635.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月2日(2018.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクタを介して交流電源に接続される第１および第２の整流器と、
前記第１の整流器の出力側に直列に接続された２つのスイッチで構成されるスイッチアームと、
前記第２の整流器の出力側に直列に接続された２つのコンデンサと
を備え、
前記２つのコンデンサ同士の接続点は、前記２つのスイッチ同士の接続点に接続され、
前記第２の整流器は、直列に接続された２つのダイオードで構成される２組のダイオードアームを備え、
前記２組のダイオードアームの内、一方のダイオードアームを構成する前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続され、
前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチにはワイドバンドギャップ半導体が用いられ、
前記スイッチアームを構成する前記２つのスイッチにはシリコン半導体が用いられていることを特徴とする交流直流変換装置。
【請求項２】
前記２つのスイッチのそれぞれには、前記２つのスイッチのそれぞれの導通方向とは逆方向に導通するダイオードが並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の交流直流変換装置。
【請求項３】
前記第２の整流器は、直列に接続された２つのダイオードで構成される２組のダイオードアームを備え、
前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の交流直流変換装置。
【請求項４】
前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチは、電界効果トランジスタで構成されることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の交流直流変換装置。
【請求項５】
前記２組のダイオードアームのそれぞれを構成する２つのダイオードの内、一方のダイオードはアノード同士が接続され、
アノード同士が接続されたダイオードには、当該ダイオードの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続されることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の交流直流変換装置。
【請求項６】
リアクタを介して交流電源に接続される第１および第２の整流器と、前記第１の整流器の出力側に直列に接続された２つのスイッチで構成されるスイッチアームと、前記第２の整流器の出力側に直列に接続された２つのコンデンサとを備え、前記２つのコンデンサ同士の接続点は、前記２つのスイッチ同士の接続点に接続される交流直流変換装置におけるモジュールであって、
前記第２の整流器および前記スイッチアームを備え、
前記第２の整流器は、
直列に接続された２つのダイオードで構成される２組のダイオードアームと、
単相交流の入力端子と、
前記２組のダイオードアームで整流された電圧が印加される出力端子と
を備えることを特徴とするモジュール。
【請求項７】
前記スイッチアームの両端のそれぞれが接続される端子を２つ備えることを特徴とする請求項６に記載のモジュール。
【請求項８】
前記スイッチアームを構成する２つのスイッチのそれぞれには、前記２つのスイッチのそれぞれの導通方向とは逆方向に導通するダイオードが並列に接続されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のモジュール。
【請求項９】
前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続され、
当該スイッチは、電界効果トランジスタで構成されることを特徴とする請求項６に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記スイッチアームを構成する２つのスイッチにはワイドバンドギャップ半導体が用いられることを特徴とする請求項８に記載のモジュール。
【請求項１１】
前記スイッチアームを構成する２つのスイッチを前記モジュールの内部に備えたことを特徴とする請求項６に記載のモジュール。
【請求項１２】
前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続され、
前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチにはワイドバンドギャップ半導体が用いられ、
前記スイッチアームを構成する２つのスイッチにはシリコン半導体が用いられることを特徴とする請求項６に記載のモジュール。
【請求項１３】
前記スイッチアームを構成する２つのスイッチを駆動する駆動回路の電源が同一であることを特徴とする請求項６に記載のモジュール。
【請求項１４】
前記２組のダイオードアームのそれぞれを構成する２つのダイオードの内、一方のダイオードはアノード同士が接続され、
アノード同士が接続されたダイオードには、当該ダイオードの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続され、
当該スイッチを前記モジュールの内部に備えたことを特徴とする請求項６に記載のモジュール。
【請求項１５】
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の交流直流変換装置の出力端に接続されるインバータと、前記インバータの出力で駆動する電動機とを備え、
前記電動機の回転数に応じて、前記スイッチアームを構成する２つのスイッチの制御を行い、または前記２組のダイオードアームを構成する前記２つのダイオードのそれぞれに接続されたスイッチの制御を行うかを選択することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電力変換装置と、前記電動機を有する圧縮機とを備え、
前記圧縮機で圧縮されて冷媒配管を介して循環される冷媒の量を調整するために圧縮機の回転数を調整することを特徴とする空気調和装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の電力変換装置と、
前記電動機を圧縮機として備える室外機と、
設定された目標温度と検出温度とを記憶する室内機と、
前記室外機と前記室内機との間で冷媒を循環させるための冷媒配管と
を備え、
前記室内機に記憶された温度情報に基づいて前記圧縮機の回転数を調整することを特徴とする空気調和装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る交流直流変換装置は、リアクタを介して交流電源に接続される第１および第２の整流器と、前記第１の整流器の出力側に直列に接続された２つのスイッチで構成されるスイッチアームと、前記第２の整流器の出力側に直列に接続された２つのコンデンサとを備え、前記２つのコンデンサ同士の接続点は、前記２つのスイッチ同士の接続点に接続され、前記第２の整流器は、直列に接続された２つのダイオードで構成される２組のダイオードアームを備え、前記２組のダイオードアームの内、一方のダイオードアームを構成する前記２つのダイオードのそれぞれには、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチが並列に接続され、前記２つのダイオードのそれぞれの導通方向とは逆方向の導通を制御するスイッチにはワイドバンドギャップ半導体が用いられ、前記スイッチアームを構成する前記２つのスイッチにはシリコン半導体が用いられていることを特徴とする。
【国際調査報告】
2018020635.tif 000013
2018020635.tif 000014
2018020635.tif 000015
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