(57)【要約】  モータ駆動装置は、交流電源の第一端子および第二端子の間の交流電圧を昇圧して、第一出力端子および第二出力端子に出力するコンバータ回路と、第一出力端子と第二出力端子との間に直列接続された２個のスイッチング素子の組を３組並列に有するインバータ回路を備える。コンバータ回路は、第一端子および第二端子に接続され、第一端子および第二端子の少なくとも一方との間にはリアクトルが介在し、交流電圧を整流して第一出力端子および第二出力端子に出力する整流回路と、第一出力端子と第二出力端子との間に直列に接続された第一コンデンサおよび第二コンデンサと、第一コンデンサおよび第二コンデンサの接続点と第一端子との間に直列接続された２個の第一スイッチング素子と、第一コンデンサおよび第二コンデンサの接続点と第二端子との間に直列接続された２個の第二スイッチング素子と、を有するスイッチ回路を備える。
2017175328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の第一端子および第二端子の間の交流電圧を昇圧して、第一出力端子および第二出力端子に出力するコンバータ回路と、
前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に直列接続された２個のスイッチング素子の組を３組並列に有するインバータ回路と、
を備えるモータ駆動装置において、
前記コンバータ回路は、
前記第一端子および前記第二端子に接続され、前記第一端子および前記第二端子の少なくとも一方との間にはリアクトルが介在し、前記交流電圧を整流して前記第一出力端子および前記第二出力端子に出力する整流回路と、
前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に直列に接続された第一コンデンサおよび第二コンデンサと、
前記第一コンデンサおよび前記第二コンデンサの接続点と前記第一端子との間に直列接続された２個の第一スイッチング素子と、前記第一コンデンサおよび前記第二コンデンサの接続点と前記第二端子との間に直列接続された２個の第二スイッチング素子と、を有するスイッチ回路と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記スイッチ回路は、２個の前記第一スイッチング素子同士の接続点と前記第二端子との間に接続された第三スイッチング素子と、２個の前記第二スイッチング素子同士の接続点と前記第一端子との間に接続された第四スイッチング素子と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記第一スイッチング素子および前記第二スイッチング素子は電界効果トランジスタであり、２個の前記第一スイッチング素子同士はそれぞれのソース端子同士が接続されており、２個の前記第二スイッチング素子同士はそれぞれのソース端子同士が接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記第一から第四スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記第一および第二スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路を備えたモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータ駆動システムは、交流電源、モータ駆動装置およびモータから構成されている。モータ駆動装置は、コンバータ回路およびインバータ回路で構成されている。（例えば、特許文献１参照。）【０００３】
コンバータ回路は、４個のダイオードで構成される整流回路と、４個のダイオードおよび２個の双方向スイッチング素子で構成されるスイッチ回路と、直列に接続されている２個のコンデンサで構成されるコンデンサ回路と、から構成されている。また、インバータ回路は、６個のスイッチング素子から構成されている。【０００４】
上記したコンバータ回路は以下のように動作する。交流電源からコンバータ回路へ入力される交流電力は、整流回路で全波整流されてコンデンサ回路に充電されることにより直流電力に変換される。そして、交流電源から正の電圧が印加されている場合に、スイッチ回路のスイッチング素子が一方がオンのときに他方がオフとなるように相補的に制御されると、コンデンサ回路の両方のコンデンサがそれぞれ入力電圧となるように充電される。交流電源から負の電圧が印加されている場合も、スイッチ回路のスイッチング素子が一方がオンのときに他方がオフとなるように相補的に制御されると、コンデンサ回路の両方のコンデンサがそれぞれ入力電圧となるように充電される。【０００５】
以上の動作により、コンバータ回路の出力の直流電圧は、コンデンサ回路の直列に接続されている各コンデンサに蓄積されている電圧を加算した和電圧となり、入力電圧の２倍となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１０４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のコンバータ回路においては、交流電源の電圧を全波整流電圧から倍電圧整流電圧までを制御するためにスイッチ回路を用いた際に、どの充放電の経路においても４個のダイオードのいずれかを必ず導通させることによる回路損失が発生していた。【０００８】
さらに、特許文献１のスイッチ回路をショートさせるために２つのスイッチング素子を同時にオンする状況においても、２つのダイオードを導通させることによる回路損失が発生していた。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コンバータ回路におけるダイオードによる回路損失を回避することができるモータ駆動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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源の第一端子および第二端子の間の交流電圧を昇圧して、第一出力端子および第二出力端子に出力するコンバータ回路と、第一出力端子と第二出力端子との間に直列接続された２個のスイッチング素子の組を３組並列に有するインバータ回路と、を備える。コンバータ回路は、第一端子および第二端子に接続され、第一端子および第二端子の少なくとも一方との間にはリアクトルが介在し、交流電圧を整流して第一出力端子および第二出力端子に出力する整流回路と、第一出力端子と第二出力端子との間に直列に接続された第一コンデンサおよび第二コンデンサと、第一コンデンサおよび第二コンデンサの接続点と第一端子との間に直列接続された２個の第一スイッチング素子と、第一コンデンサおよび第二コンデンサの接続点と第二端子との間に直列接続された２個の第二スイッチング素子と、を有するスイッチ回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るモータ駆動装置は、コンバータ回路におけるダイオードによる回路損失を回避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】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるモータ駆動装置の全体回路図
【図２】実施の形態１にかかるスイッチ回路の状態ごとのスイッチング素子の状態を示す図
【図３】本発明の実施の形態２にかかるモータ駆動装置の全体回路図
【図４】実施の形態２にかかるスイッチ回路の状態ごとのスイッチング素子の状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動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。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるモータ駆動装置１００の全体回路図である。モータ駆動装置１００は、交流電源１から出力される交流電力を入力としてモータ７を駆動する。モータ駆動装置１００は、コンバータ回路８およびインバータ回路６を備える。インバータ回路６がモータ７を駆動する。モータ７の具体例は、家庭電化製品で用いられるコンプレッサに内蔵されるモータである。
【００１５】
コンバータ回路８は、交流電源１を入力とし、入力電圧をその振幅値以上の正の電圧に変換して出力する昇圧回路である。コンバータ回路８は、交流電源１の力率を改善するためのリアクトル回路２と、電圧を整流するための整流回路３と、コンデンサ回路５と交流電源１との接続を切り替えるスイッチ回路４と、交流電源１の出力電圧の２倍の電圧まで出力可能なコンデンサ回路５と、を備える。インバータ回路６は、コンデンサ回路５に接続されてモータ７を駆動する。
【００１６】
交流電源１は、第一端子４１および第二端子４２を備え、第一端子４１と第二端子４２との間に交流電圧を生じさせる。
【００１７】
リアクトル回路２は、リアクトル９および１０を備える。リアクトル９および１０は、それぞれ第１の端部および第２の端部を有している。リアクトル９の第１の端部は第一端子４１に接続され、リアクトル１０の第１の端部は第二端子４２に接続される。
【００１８】
整流回路３は、第一出力端子５１および第二出力端子５２に直列接続されたダイオード１１および１２と、第一出力端子５１および第二出力端子５２に直列接続されたダイオード１３および１４と、を並列に備えている。
【００１９】
スイッチ回路４は、直列接続されたスイッチング素子１５および１６と、直列接続されたスイッチング素子１７および１８と、直列接続されたスイッチング素子１９および２０と、を並列に備えている。スイッチング素子１５から２０は、双方向スイッチング素子である。
【００２０】
コンデンサ回路５は、第一出力端子５１および第二出力端子５２に直列接続された第一コンデンサ２１および第二コンデンサ２２と、第一出力端子５１および第二出力端子５２に接続された第三コンデンサ２３と、を備える。したがって、第一出力端子５１および第二出力端子５２と、第三コンデンサ２３と、は並列接続されている。コンデンサ回路５は、整流回路３の出力を平滑化する。なお、図１では、第一コンデンサ２１、第二コンデンサ２２および第三コンデンサ２３は電解コンデンサとして記載しているが、その他のコンデンサであっても、かまわない。また、倍電整流用の第一コンデンサ２１および第二コンデンサ２２は、２つに限らず第一出力端子５１および第二出力端子５２の間に偶数個設けることができる。また、第三コンデンサ２３は省略してもよい。
【００２１】
リアクトル９の第２の端部は、ダイオード１１および１２の接続点である接続点７１と、スイッチング素子１５および１６の接続点である接続点７３と、に接続されている。リアクトル１０の第２の端部は、ダイオード１３および１４の接続点である接続点７２と、スイッチング素子１７および１８の接続点である接続点７４と、に接続されている。さらに、スイッチング素子１９および２０の接続点である接続点７５と、第一コンデンサ２１および第二コンデンサ２２の接続点である接続点７６と、は接続されている。
【００２２】
リアクトル９の第２の端部は、リアクトル９の本体および第１の端部を介して、最終的には第一端子４１に接続されており、リアクトル１０の第２の端部は、リアクトル１０の本体および第１の端部を介して、最終的には第二端子４２に接続されている。ここで、接続点７６と第一端子４１との間を短絡可能な双方向スイッチング素子を第一スイッチング素子とし、接続点７６と第二端子４２との間を短絡可能な双方向スイッチング素子を第二スイッチング素子とすれば、上で説明した接続状況は以下のように言うことができる。
【００２３】
すなわち、接続点７６と第一端子４１との間に第一スイッチング素子であるスイッチング素子１５および１９が直列接続され、接続点７６と第二端子４２との間に第二スイッチング素子であるスイッチング素子１８および２０が直列接続されている。そして、２個の第一スイッチング素子同士の接続点である接続点７７と第二端子４２との間に第三スイッチング素子であるスイッチング素子１７が接続される。さらに、２個の第二スイッチング素子同士の接続点である接続点７８と第一端子４１との間に第四スイッチング素子であるスイッチング素子１６が接続される。
【００２４】
また、上記と異なり、第一スイッチング素子をスイッチング素子１６および２０とし、第二スイッチング素子をスイッチング素子１７および１９とし、第三スイッチング素子をスイッチング素子１８とし、第四スイッチング素子をスイッチング素子１５としても、上で説明した状況は以下のように言うことが可能である。すなわち、接続点７６と第一端子４１との間に第一スイッチング素子であるスイッチング素子１６および２０が直列接続され、接続点７６と第二端子４２との間に第二スイッチング素子であるスイッチング素子１７および１９が直列接続されている。そして、２個の第一スイッチング素子同士の接続点である接続点７８と第二端子４２との間に第三スイッチング素子であるスイッチング素子１８が接続される。さらに、２個の第二スイッチング素子同士の接続点である接続点７７と第一端子４１との間に第四スイッチング素子であるスイッチング素子１５が接続される。
【００２５】
インバータ回路６は、第一出力端子５１と第二出力端子５２との間で直列接続されたスイッチング素子２４および２５と、第一出力端子５１と第二出力端子５２との間で直列接続されたスイッチング素子２６および２７と、第一出力端子５１と第二出力端子５２との間で直列接続されたスイッチング素子２８および２９と、を並列に備えている。スイッチング素子２４から２９は、双方向スイッチング素子である。スイッチング素子２４および２５の接続点と、スイッチング素子２６および２７の接続点と、スイッチング素子２８および２９の接続点と、はそれぞれモータ７と接続されている。
【００２６】
なお、図１では、リアクトル回路２は、リアクトル９および１０の２つのリアクトルで構成しているが、リアクトル９または１０の一方で構成されていてもかまわない。リアクトル９が存在しない場合は、第一端子４１が接続点７１および接続点７３に直接接続される。リアクトル１０が存在しない場合は、第二端子４２が接続点７２および接続点７４に直接接続される。すなわち、整流回路３の接続点７１および接続点７２は、第一端子４１および第二端子４２にそれぞれ接続されているが、第一端子４１および第二端子４２の少なくとも一方と整流回路３との間にはリアクトルが介在している。
【００２７】
また、スイッチ回路４およびインバータ回路６で用いられるスイッチング素子の具体例は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、といった素子である。
【００２８】
次に、実施の形態１にかかるモータ駆動装置１００の動作について説明する。モータ駆動装置１００の動作状態は、スイッチ回路４のスイッチング素子１５から２０の状態によって異なるため、以下では各状態別に動作を説明する。図２は、実施の形態１にかかるスイッチ回路４の状態ごとのスイッチング素子１５から２０の状態を示す図である。スイッチ回路４の状態は、以下に説明する（状態１）、（状態２−１）、（状態２−２）および（状態３）である。なお、交流電源１の出力は、第一端子４１が第二端子４２より電圧が高くなる電圧を正側の電圧、逆に第二端子４２が第一端子４１より電圧が高くなる電圧を負側の電圧として説明する。
【００２９】
（状態１）
先ず、スイッチング素子１５から２０が全てオフ状態となる（状態１）について説明する。このように構成されたコンバータ回路８では、交流電源１の出力が入力されると整流回路３で整流され、整流回路３の出力によりコンデンサ２１から２３が第一出力端子５１の電圧が第二出力端子５２の電圧より高くなるようにコンデンサ回路５は充電される。すなわち、交流電源１から正側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル９→ダイオード１１→コンデンサ回路５→ダイオード１４→リアクトル１０→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ回路５は充電される。逆に、交流電源１から負側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル１０→ダイオード１３→コンデンサ回路５→ダイオード１２→リアクトル９→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ回路５は充電される。
【００３０】
次に、コンデンサ２１および２２を交互に充電する状態である（状態２）を、更に２つの状態である（状態２−１）および（状態２−２）に分けてそれぞれについて説明する。
【００３１】
（状態２−１）
図２の（状態２−１）の欄に示すように、スイッチング素子１５から２０のなかで、スイッチング素子１７および１９のみをオンにするもしくはスイッチング素子１８および２０のみをオンにする。これは、２個の第二スイッチング素子のみを共にオンにすることである。これにより、リアクトル１０と接続点７６とが接続される。（状態２−１）において、交流電源１から正側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル９→ダイオード１１→コンデンサ２１→スイッチ回路４→リアクトル１０→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ２１が充電される。また、逆に、交流電源１から負側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル１０→スイッチ回路４→コンデンサ２２→ダイオード１２→リアクトル９→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ２２が充電される。
【００３２】
（状態２−２）
図２の（状態２−２）の欄に示すように、スイッチング素子１５から２０のなかで、スイッチング素子１５および１９のみをオンにするもしくはスイッチング素子１６および２０のみをオンにする。これは、２個の第一スイッチング素子のみを共にオンにすることである。これにより、リアクトル９と接続点７６とが接続される。（状態２−２）において、交流電源１から正側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル９→スイッチ回路４→コンデンサ２２→ダイオード１４→リアクトル１０→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ２２が充電される。また、逆に、交流電源１から負側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル１０→ダイオード１３→コンデンサ２１→スイッチ回路４→リアクトル９→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ２１が充電される。
【００３３】
（状態３）
交流電源１の出力電圧が０ボルト程度の電圧の時において、スイッチング素子１５から２０のなかで、スイッチング素子１５および１７のみをオンにすると、交流電源１→リアクトル９→スイッチング素子１５→スイッチング素子１７→リアクトル１０→交流電源１の経路で電流が流れることにより、交流電源１は短絡の状態となる。また、交流電源１の出力電圧が０ボルト程度の電圧の時において、スイッチング素子１５から２０のなかで、スイッチング素子１６および１８のみをオンにすると、交流電源１→リアクトル１０→スイッチング素子１８→スイッチング素子１６→リアクトル９→交流電源１の経路で電流が流れることにより、交流電源１は短絡の状態となる。
【００３４】
上記した（状態２−１）および（状態２−２）においてコンデンサ回路５を充電する場合は、スイッチング素子１５から２０のなかでオンにするスイッチング素子の選択を変えても充電の効果は同じである。（状態２−１）および（状態２−２）においては、オンにするスイッチング素子を定めておけば、コンデンサ２１および２２を交互に充電することで、（状態１）のときに交流電源１から出力される電圧の最大値の２倍程度の電圧が得られる。
【００３５】
実施の形態１にかかるモータ駆動装置１００全体の動作を以下に説明する。上記から分かるように、（状態１）でコンデンサ回路５を充電すれば、交流電源１から出力される最大電圧値程度の電圧となるようにコンデンサ回路５は充電される。また、（状態２）すなわち（状態２−１）および（状態２−２）でコンデンサ回路５を充電すれば、交流電源１から出力される最大電圧値の２倍程度の電圧となるようにコンデンサ回路５は充電される。そして、（状態３）では、コンデンサ回路５は充電されない。
【００３６】
したがって、モータ７で要求される電力に応じて、（状態１）から（状態３）のそれぞれの状態でコンデンサ回路５を充電すれば、０ボルト程度の電圧、交流電源１から出力される最大電圧値程度の電圧、交流電源１から出力される最大電圧値の２倍程度の電圧、といった３段階の出力電圧が得られる。
【００３７】
交流電源１の出力に基づいて、（状態１）から（状態３）を交流電源１の周波数より高い周波数で切り替えるように制御することで、急激に電流を流すことを防いで高調波電流を抑制することができる。すなわち、交流電源１の出力を滑らかに変化させて昇圧し、モータ７に出力するといったことが可能になる。
【００３８】
実施の形態１にかかるコンバータ回路８によれば、（状態２）および（状態３）をダイオードを用いずに２個のスイッチング素子を導通させることで実現でき、電流経路においてダイオードを導通させることによる回路損失を回避することができるので、スイッチングロスの小さい高効率なコンバータ回路の実現が可能となる。また、コンバータ回路８がスイッチング素子のみで構成されているため、コンバータ回路８のモジュールの作成または選定の作業が簡易になる。
【００３９】
さらに、実施の形態１にかかるコンバータ回路８は、インバータ回路６とスイッチング素子の構成が同じモジュールを使用することにより、インバータ回路６と共通化できる。これにより、製造プロセスを簡単化できる。また、インバータ回路６に用いられている汎用モジュールの流用ができるので、安価なモジュールの選択が可能となりモジュール選択の幅を広げることができる。さらに、全てスイッチング素子を用いてスイッチ回路４を構成しているので、スイッチング素子のみを用いた同期整流が実現出来る。
【００４０】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかるモータ駆動装置２００の全体回路図である。モータ駆動装置２００は、実施の形態１にかかるモータ駆動装置１００とはスイッチ回路の構成が異なる点以外は、同じ構成である。
【００４１】
モータ駆動装置２００は、コンバータ回路８’およびインバータ回路６を備える。コンバータ回路８’は、リアクトル回路２と、整流回路３と、スイッチ回路４’と、コンデンサ回路５と、を備える。スイッチ回路４’は、４個の双方向スイッチング素子であるスイッチング素子３０から３３で構成される。
【００４２】
スイッチ回路４’は、接続点７１および接続点７６の間に直列接続された第一スイッチング素子であるスイッチング素子３０および３２と、接続点７２および接続点７６の間に直列接続された第二スイッチング素子であるスイッチング素子３１および３３と、を備えている。接続点７１は最終的には第一端子４１に接続されており、接続点７２は最終的には第二端子４２に接続されているので、実施の形態１と同様に、第一スイッチング素子は、第一端子４１と接続点７６との間を接続し、第二スイッチング素子は、第二端子４２と接続点７６との間を接続していることになる。
【００４３】
スイッチング素子３０から３３には、ＭＯＳＦＥＴといった電界効果トランジスタを用いる。スイッチング素子３０および３２はお互いのソース端子同士が接続されており、スイッチング素子３０のドレイン端子は接続点７１に接続され、スイッチング素子３２のドレイン端子は接続点７６に接続される。スイッチング素子３１および３３もお互いのソース端子同士が接続されており、スイッチング素子３１のドレイン端子は接続点７２に接続され、スイッチング素子３３のドレイン端子は接続点７６に接続される。ソース端子同士を接続することにより、両方のスイッチング素子がオフのときに導通するおそれが無いようにできる。
【００４４】
次に、実施の形態２にかかるモータ駆動装置２００の動作について説明する。モータ駆動装置２００の動作状態は、スイッチ回路４’のスイッチング素子３０から３３の状態によって異なるため、以下では各状態別に動作を説明する。図４は、実施の形態２にかかるスイッチ回路４’の状態ごとのスイッチング素子３０から３３の状態を示す図である。スイッチ回路４’の状態は、以下に説明する（状態１）、（状態２−１）、（状態２−２）および（状態３）である。
【００４５】
（状態１）
先ず、スイッチング素子３０から３３が全てオフ状態となる（状態１）について説明する。このように構成されたコンバータ回路８’では、交流電源１の出力が入力されると整流回路３で整流され、整流回路３の出力によりコンデンサ２１から２３が第一出力端子５１の電圧が第二出力端子５２の電圧より高くなるようにコンデンサ回路５は充電される。すなわち、交流電源１から正側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル９→ダイオード１１→コンデンサ回路５→ダイオード１４→リアクトル１０→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ回路５は充電される。逆に、交流電源１から負側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル１０→ダイオード１３→コンデンサ回路５→ダイオード１２→リアクトル９→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ回路５は充電される。
【００４６】
次に、コンデンサ２１および２２を交互に充電する状態である（状態２）を、更に２つの状態である（状態２−１）および（状態２−２）に分けてそれぞれについて説明する。
【００４７】
（状態２−１）
図４の（状態２−１）の欄に示すように、スイッチング素子３０から３３のなかで、第二スイッチング素子であるスイッチング素子３１および３３のみをオンする。これにより、リアクトル１０と接続点７６とが接続される。（状態２−１）において、交流電源１から正側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル９→ダイオード１１→コンデンサ２１→スイッチ回路４→リアクトル１０→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ２１が充電される。また、逆に、交流電源１から負側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル１０→スイッチ回路４→コンデンサ２２→ダイオード１２→リアクトル９→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ２２が充電される。
【００４８】
（状態２−２）
図４の（状態２−２）の欄に示すように、スイッチング素子３０から３３のなかで、第一スイッチング素子であるスイッチング素子３０および３２のみをオンする。これにより、リアクトル９と接続点７６とが接続される。（状態２−２）において、交流電源１から正側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル９→スイッチ回路４→コンデンサ２２→ダイオード１４→リアクトル１０→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ２２が充電される。また、逆に、交流電源１から負側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル１０→ダイオード１３→コンデンサ２１→スイッチ回路４→リアクトル９→交流電源１の経路で電流が流れることによりコンデンサ２１が充電される。
【００４９】
（状態３）
交流電源１の出力電圧が０ボルト程度の電圧の時において、スイッチング素子３０から３３を全てオンにする。交流電源１から正側の電圧が出力されている場合、交流電源１→リアクトル９→スイッチング素子３０→スイッチング素子３２→スイッチング素子３３→スイッチング素子３１→リアクトル１０→交流電源１の経路で電流が流れることになり、交流電源１は短絡の状態となる。逆に、交流電源１から負側の電圧が出力されている場合、上記と逆の経路で電流が流れることになり、交流電源１は短絡の状態となる。
【００５０】
上記した（状態２−１）および（状態２−２）においてコンデンサ回路５を充電する場合は、スイッチング素子３０から３３のなかでオンにするスイッチング素子の選択を変えても充電の効果は同じである。（状態２−１）および（状態２−２）においては、オンにするスイッチング素子を定めておけば、コンデンサ２１および２２を交互に充電することで、（状態１）のときに交流電源１から出力される電圧の最大値の２倍程度の電圧が得られる。
【００５１】
実施の形態２にかかるモータ駆動装置２００全体の動作も実施の形態１にかかるモータ駆動装置１００全体の動作と同様であり、実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００５２】
さらに、モータ駆動装置２００では、スイッチ回路４’が備えるスイッチング素子の数をスイッチ回路４に比べて、６個から４個に減らすことができるので、モータ駆動装置１００に比べて、コストの低減を図ることができる。
【００５３】
実施の形態３．
実施の形態３にかかるモータ駆動装置は、実施の形態１にかかるスイッチ回路４のスイッチング素子１５から２０およびインバータ回路６のスイッチング素子２４から２９に、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された双方向スイッチング素子を使用したモータ駆動装置である。あるいは、実施の形態３にかかるモータ駆動装置は、実施の形態２にかかるスイッチ回路４’のスイッチング素子３０から３３およびインバータ回路６のスイッチング素子２４から２９に、ワイドバンドギャップ半導体によって形成された双方向スイッチング素子を使用したモータ駆動装置である。
【００５４】
ここで、ワイドバンドギャップ半導体は、シリコンのバンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体のことを指し、代表的なワイドバンドギャップ半導体は、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（窒化ガリウム）またはダイヤモンドである。
【００５５】
このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。
【００５６】
また、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化、あるいは水冷部の空冷化が可能であるので、半導体モジュールの一層の小型化が可能になる。
【００５７】
更に、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は電力損失が低いため、スイッチング素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になる。
【００５８】
また、スイッチ回路４，４’およびインバータ回路６のスイッチング素子が全てワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることが望ましいが、スイッチ回路４，４’のスイッチング素子のみがワイドバンドギャップ半導体によって形成されていてもかまわない。
【００５９】
実施の形態３にかかるモータ駆動装置の動作は、実施の形態１にかかるモータ駆動装置１００または実施の形態２にかかるモータ駆動装置２００と同様であるため説明を省略する。他の半導体に比べてワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子はスイッチング速度を高速にできるため、実施の形態３にかかるモータ駆動装置においては、装置全体の回路損失をさらに低減することが可能となる。
【００６０】
すなわち、コンバータ回路８または８’にワイドバンドギャップ半導体を用いることで、キャリア周波数を高周波数にしても損失が増加しない。したがって、キャリア周波数を高くし、それに応じて全スイッチング素子を高速に制御することにより、リアクトル回路２のリアクトル９および１０のインダクタンス値を下げること、あるいはコンデンサ回路５のコンデンサ２１から２３の容量を下げることが可能となり、コンバータ回路８または８’の回路全体の小型化が可能となる。
【００６１】
また、ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子は高価なので、実施の形態２にかかるコンバータ回路８’をワイドバンドギャップ半導体を用いて実現した方が、実施の形態１にかかるコンバータ回路８をワイドバンドギャップ半導体を用いて実現するよりもスイッチング素子の数が少ないことにより大幅なコストダウンの効果が得られる。
【００６２】
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】
【００６３】
１  交流電源、２  リアクトル回路、３  整流回路、４，４’  スイッチ回路、５  コンデンサ回路、６  インバータ回路、７  モータ、８，８’  コンバータ回路、９，１０  リアクトル、１１，１２，１３，１４  ダイオード、１５，１６，１７，１８，１９，２０，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３  スイッチング素子、２１  第一コンデンサ、２２  第二コンデンサ、２３  第三コンデンサ、４１  第一端子、４２  第二端子、５１  第一出力端子、５２  第二出力端子、７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８  接続点。
【図１】
2017175328.tif 000003
【図２】
2017175328.tif 000004
【図３】
2017175328.tif 000005
【図４】
2017175328.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月27日(2018.3.27)
【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】
交流電源の第一端子および第二端子の間の交流電圧を昇圧して、第一出力端子および第二出力端子に出力するコンバータ回路と、
前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に直列接続された２個のスイッチング素子の組を３組並列に有するインバータ回路と、
を備えるモータ駆動装置において、
前記コンバータ回路は、
前記第一端子および前記第二端子に接続され、前記第一端子および前記第二端子の少なくとも一方との間にはリアクトルが介在し、前記交流電圧を整流して前記第一出力端子および前記第二出力端子に出力する整流回路と、
前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に直列に接続された第一コンデンサおよび第二コンデンサと、
前記インバータ回路とスイッチング素子の構成が同じで、前記第一コンデンサおよび前記第二コンデンサの接続点と前記第一端子との間に直列接続された２個の第一スイッチング素子と、前記第一コンデンサおよび前記第二コンデンサの接続点と前記第二端子との間に直列接続された２個の第二スイッチング素子と、２個の前記第一スイッチング素子同士の接続点と前記第二端子との間に接続された第三スイッチング素子と、２個の前記第二スイッチング素子同士の接続点と前記第一端子との間に接続された第四スイッチング素子と、を有するスイッチ回路と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
交流電源の第一端子および第二端子の間の交流電圧を昇圧して、第一出力端子および第二出力端子に出力するコンバータ回路と、
前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に直列接続された２個のスイッチング素子の組を３組並列に有するインバータ回路と、
を備えるモータ駆動装置において、
前記コンバータ回路は、
前記第一端子および前記第二端子に接続され、前記第一端子および前記第二端子の少なくとも一方との間にはリアクトルが介在し、前記交流電圧を整流して前記第一出力端子および前記第二出力端子に出力する整流回路と、
前記第一出力端子と前記第二出力端子との間に直列に接続された第一コンデンサおよび第二コンデンサと、
前記第一コンデンサおよび前記第二コンデンサの接続点と前記第一端子との間に直列接続された２個の第一スイッチング素子と、前記第一コンデンサおよび前記第二コンデンサの接続点と前記第二端子との間に直列接続された２個の第二スイッチング素子と、を有するスイッチ回路と、
を備え、
前記第一スイッチング素子および前記第二スイッチング素子は電界効果トランジスタであり、２個の前記第一スイッチング素子同士はそれぞれのソース端子同士が接続されており、２個の前記第二スイッチング素子同士はそれぞれのソース端子同士が接続されている
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
前記第一から第四スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記第一および第二スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
【国際調査報告】
2017175328.tif 000007
2017175328.tif 000008
2017175328.tif 000009
2017175328.tif 000010