(57)【要約】【課題】モータ駆動時の電流の安定化を実現すると共に、短絡のない信頼性の高いマトリクスコンバータ回路を実現すること。【解決手段】単相交流電源１を所定の周波数の交流電圧に直接変換して３相モータ３の巻線に供給する３相のマトリクスコンバータ回路であって、通電方向に対応して２個のゲート入力を有し単相交流電源１の端子間に直列に接続され相毎に設けられた複数の双方向スイッチと、単相交流電源１の端子間電圧の大小関係を判別する大小判別手段４と、大小判別手段４により判別された電圧の大小関係に応じて、３相モータ３と回路間で還流させるように複数の双方向スイッチの導通を制御する制御手段５とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相交流電源を所定の周波数の交流電圧に直接変換して３相モータの巻線に供給する３相のマトリクスコンバータ回路であって、
正と負の通電方向に対応した２つのゲート入力を有し前記単相交流電源の端子間に直列に接続され相毎に設けられた複数の双方向スイッチと、
前記単相交流電源の端子間電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、
前記大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて、前記３相モータと回路間で還流させるように前記複数の双方向スイッチの導通を制御する制御手段とを備えたマトリクスコンバータ回路。
【請求項２】
制御手段は、単相交流電源側から３相モータへ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が大となる前記単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチの通電を、大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて制御することを特徴とする請求項１記載のマトリクスコンバータ回路。
【請求項３】
制御手段は、単相交流電源側から前記３相モータへ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が小となる前記単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチを、大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて前記単相交流電源側から前記３相モータ方向に常時導通させることを特徴とする請求項１記載のマトリクスコンバータ回路。
【請求項４】
制御手段は、３相モータ側から単相交流電源へ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が小となる前記単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチを、大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて、３相モータ側から前記単相交流電源方向に所定の通電率にて導通させることを特徴とする請求項１記載のマトリクスコンバータ回路。
【請求項５】
制御手段は、３相モータ側から単相交流電源へ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が大となる前記単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチを、大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて３相モータ側から前記単相交流電源方向に常時導通させることを特徴とする請求項１記載のマトリクスコンバータ回路。
【請求項６】
制御手段は、単相交流電源側から３相モータへ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチの両方を、前記単相交流電源側から前記３相モータの方向へ非導通とすることを特徴とする請求項１記載のマトリクスコンバータ回路。
【請求項７】
制御手段は、３相モータ側から単相交流電源へ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチの両方を、前記単相交流電源側から前記３相モータの方向へ非導通とすることを特徴とする請求項１記載のマトリクスコンバータ回路。
【請求項８】
単相交流電源を所定の周波数の交流電圧に直接変換して３相モータの巻線に供給する３相のマトリクスコンバータ回路であって、
通電方向に対応して２個のゲート入力を有し前記単相交流電源の端子間に直列に接続され相毎に設けられた双方向スイッチと、
前記単相交流電源の電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、
各相に備えられた一対の双方向スイッチが同じ導通方向に導通しないように非導通時間を設けて制御を行う制御手段とを備えたマトリクスコンバータ回路。
【請求項９】
制御手段は、単相交流電源の電圧の絶対値が所定の電圧以下である場合、前記単相交流電
源側から３相モータへ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が大となる単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチを、前記大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて双方向に非導通とすることを特徴とする請求項８記載のマトリクスコンバータ回路。
【請求項１０】
制御手段は、単相交流電源の電圧の絶対値が所定の電圧以下である場合、３相モータ側から前記単相交流電源へ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が小となる単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチを、前記大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて双方向に非導通とすることを特徴とする請求項８記載のマトリクスコンバータ回路。
【請求項１１】
前記双方向スイッチは、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体により構成されている請求項１〜１０記載のマトリクスコンバータ回路。
【請求項１２】
前記双方向スイッチは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体により構成されている請求項１〜１０記載のマトリクスコンバータ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の双方向スイッチにより構成され、商用電源の交流を直接、モータ駆動に使用する所望の周波数の交流に変換させる機能を有したマトリクスコンバータ回路技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
３相マトリクスコンバータは、モータ駆動装置として実用化されており、３相交流電源からの交流電力を、直接所望の周波数の交流に変換し、モータ駆動などに使用されている。
【０００３】
一方、単相交流電源からの交流電力を直接、所望の周波数の交流に変換し、モータ駆動などに使用するいわゆる単相マトリクスコンバータ回路としては、例えば、特許文献１に記載されたマトリクスコンバータ回路およびモータ駆動装置が提案されている。
【０００４】
これは、双方向スイッチを介して、単相交流電源を直接モータなどの負荷に接続し、双方向スイッチをＰＷＭ制御することによりモータを正常に駆動するものである。単相交流電源の電源電圧の正負関係を検出し、それに基づいて直流電源用制御部の６個の出力信号から１２個の双方向スイッチ回路用制御信号を出力する制御信号再生成部により、損失の少ない小型で安価なモータ駆動装置を提案するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−４５９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような単相マトリクスコンバータにおいては、その接続されたモータを流れる電流の転流方法が考慮されておらず、そのため、特に電源電圧の低減時のモータ電流の不安定現象を発生させることがあった。そのため、モータ電流の乱れ、また効率が低下することがあった。また、合計で６個設けられた双方向スイッチによる電源短絡を回避する手段が設けられておらず、短絡導通により回路が破壊される可能性があった。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マトリクスコンバータ、特に単相交流電源を３相交流に変換する直接型変換機において、モータ駆動時の電流の安定化、高効率化を実現すると共に、短絡しない信頼性の高いマトリクスコンバータ回路を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るマトリクスコンバータ回路は、正と負の通電方向に対応した２つのゲート入力を有し前記単相交流電源の端子間に直列に接続され相毎に設けられた複数の双方向スイッチと、前記単相交流電源の端子間電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、前記大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて、前記３相モータと回路間で還流させるように前記複数の双方向スイッチの導通を制御する制御手段とを備えたものである。
【０００９】
このことにより、単相交流電源の電圧の大小関係に応じて還流を実現するため、安定したモータ電流、それによる高効率化なマトリクスコンバータ回路が実現される。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明によれば、安定したモータ電流、信頼性の高い駆動が実現され、マトリクスコンバータ回路の高効率化、高信頼性化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の本実施形態に係るマトリクスコンバータ回路の回路図
【図２】同マトリクスコンバータ回路の双方向スイッチの素子構成図
【図３】同マトリクスコンバータ回路のスイッチング素子の通電方向を示す説明図
【図４】同マトリクスコンバータ回路の電流方向の一例を示す説明図
【図５】同マトリクスコンバータ回路の動作を説明するためのシーケンス図
【図６】同マトリクスコンバータ回路の別の電流方向の一例を示す説明図
【図７】同マトリクスコンバータ回路の動作を説明するためのシーケンス図
【図８】同マトリクスコンバータ回路の動作を説明するためのシーケンス図
【図９】同マトリクスコンバータ回路の別形態の双方向スイッチの素子構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、単相交流電源を所定の周波数の交流電圧に直接変換して３相モータの巻線に供給する３相のマトリクスコンバータ回路であって、正と負の通電方向に対応した２つのゲート入力を有し前記単相交流電源の端子間に直列に接続され相毎に設けられた複数の双方向スイッチと、前記単相交流電源の端子間電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、前記大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて、前記３相モータと回路間で還流させるように前記複数の双方向スイッチの導通を制御する制御手段とを備えたマトリクスコンバータ回路とするものである。
【００１３】
この構成により、単相交流電源の電圧の大小関係に応じて還流を実現するため、安定したモータ電流、それによる高効率化なマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、単相交流電源側から３相モータへ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が大の側の単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチの通電を、大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて制御することにより、モータにかかる電圧を制御することにより安定した電流、およびそれによる高効率なマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、単相交流電源側から前記３相モータへ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が小となる前記単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチを、大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて前記単相交流電源側から前記３相モータ方向に常時導通させることにより、モータを流れる電流の還流が実現され、安定した電流、およびそれによる高効率なマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００１６】
第４の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、３相モータ側から単相交流電源へ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が小となる前記単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチを、前記大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて、３相モータ側から前記単相交流電源方向に所定の通電率にて導通させることにより、モータにかかる電圧が制御され、安定した電流、およびそれによる高効率なマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００１７】
第５の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、３相モータ側から単相交流電源へ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が大となる前記単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチを、大小判別手段により判別された電圧の大小関係に
応じて３相モータ側から前記単相交流電源方向に常時導通させることにより、モータを流れる電流の還流が実現され、安定した電流、およびそれによる高効率なマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００１８】
第６の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、単相交流電源側から３相モータへ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチの両方を、前記単相交流電源側から前記３相モータの方向へ非導通とすることにより、モータを流れる電流の逆流が防がれることにより、安定した電流、およびそれによる高効率なマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００１９】
第７の発明は、特に、第１の発明の制御手段は、３相モータ側から単相交流電源へ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチの両方を、前記単相交流電源側から前記３相モータの方向へ非導通とすることにより、安定した電流、およびそれによる高効率なマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００２０】
第８の発明は、単相交流電源を所定の周波数の交流電圧に直接変換して３相モータの巻線に供給する３相のマトリクスコンバータ回路であって、通電方向に対応して２個のゲート入力を有し前記単相交流電源の端子間に直列に接続され相毎に設けられた双方向スイッチと、前記単相交流電源の電圧の大小関係を判別する大小判別手段と、各相に備えられた一対の双方向スイッチが同じ導通方向に導通しないように非導通時間を設けて制御を行う制御手段とを備えたマトリクスコンバータ回路とするものである。
【００２１】
この構成により、電源短絡の発生しない信頼性の高いマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００２２】
第９の発明は、特に、第８の発明の制御手段は、単相交流電源の電圧の絶対値が所定の電圧以下である場合、前記単相交流電源側から３相モータへ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が大となる単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチを、前記大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて双方向に非導通とすることにより、高電圧側の双方向スイッチが非導通とされ、電源短絡の発生のない信頼性の高いマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００２３】
第１０の発明は、特に、第８の発明の制御手段は、単相交流電源の電圧の絶対値が所定の電圧以下である場合、３相モータ側から前記単相交流電源へ電流が流れる相に接続された一対の双方向スイッチのうち電圧が小となる単相交流電源の端子側に接続された双方向スイッチを、前記大小判別手段により判別された電圧の大小関係に応じて双方向に非導通とすることにより、低電圧側の双方向スイッチが非導通とされ、電源短絡の発生のない信頼性の高いマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００２４】
第１１の発明は、特に、第１〜第１０のいずれか１つの発明の双方向スイッチは、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体により構成されていることにより、変換効率の高いマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００２５】
第１２の発明は、特に、第１〜第１０のいずれか１つの発明の双方向スイッチは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体により構成されていることにより、変換効率の高いマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００２６】
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるのもではない。
【００２７】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
図１は、この実施形態に係るマトリクスコンバータ回路の要部構成を示す構成図である。
【００２９】
同図に示すように、単相交流電源１からの入力の一端には双方向スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃを接続し、他方の一端には双方向スイッチ２ｄ、２ｅ、２ｆを接続して回路構成されている。さらに、直列に接続された双方向スイッチ２ａと双方向スイッチ２ｄの中間端には、モータ３の３相巻線の一端が接続され、直列に接続された双方向スイッチ２ｂと双方向スイッチ２ｅの中間端には、モータ３の３相巻線の別の一端が接続され、直列に接続された双方向スイッチ２ｃと双方向スイッチ２ｆの中間端には、モータ３の３相巻線の別の一端が接続されている。
【００３０】
この回路構成により単相交流電源１から入力された交流電力は、双方向スイッチ２ａ〜２ｆでスイッチングされることにより、所望の周波数の交流に変換され、モータ３を駆動することが可能となる。
【００３１】
各双方向スイッチ２ａ〜２ｆは、単一方向のスイッチング素子を逆方向に並列接続した２素子から構成することができる。例えば、図２の素子構成図に示すように、双方向に対して、スイッチング素子４ａ、４ｂが並列に接続され、各素子をＯＮ／ＯＦＦすることにより通電方向を制御することができる。各素子には、そのＯＮ／ＯＦＦを制御するためのゲート信号の入力端が設けられており、この入力端にゲート信号を入力することにより、通電が制御される。
【００３２】
さらに、単相交流電源１の電圧の大小を判別する大小判別手段４は、判別した電圧の大小の情報を制御手段５に出力する。制御手段５は、その情報に基づいて、各双方向スイッチ２ａ〜２ｆを制御し、モータ３の駆動を制御する。
【００３３】
図３は、この実施形態に係るマトリクスコンバータ回路のスイッチング素子の通電方向を示す説明図である。
【００３４】
単相交流電源１の両端に接続された双方向スイッチ２ａ〜２ｆの通電方向は、それぞれ２方向有しており、電源方向、モータ方向の２方向に制御可能な素子となっている。仮に、図３では、単相交流電源１の瞬時電圧が正電圧になっている状態を仮定して、上位側から下位側に流れる通電方向Ｄとし、その逆に、下位側から上位側に流れる通電方向Ｕとして表現するものとする。例えば、双方向スイッチ２ａの通電方向は、２ａ―Ｄおよび２ａ−Ｕで表現する。
【００３５】
図４は、本実施形態に係るマトリクスコンバータ回路の電流方向の一例を示す説明図である。単相交流電源１からマトリクスコンバータ回路を通じ、モータ３へと流れる電流の経路の一例を示すものである。この場合においては、単相交流電源１の表示上の上位側から双方向スイッチ２ａを通して、モータ３の３相巻線の一つであるＵ相巻線からＷ相巻線を通じ、双方向スイッチ２ｆを通り、単相交流電源１の表示上の下位側の一端へと電流は流れる。これにより、モータ３へ電力が供給されモータ３が駆動されるものである。
【００３６】
図５は、本実施形態に係るマトリクスコンバータ回路の双方向スイッチのスイッチング状態の一例を示すシーケンス図である。図４に示す電流方向の場合の、単相交流電源１の電圧と、双方向スイッチ２ａ、２ｄのＯＮ／ＯＦＦ状態の時間推移を示すものである。単相交流電源１の電圧は、電源周波数、例えば６０Ｈｚなどの周波数で正と負に切り替わる
。このシーケンス図は、電源周波数の一周期を示したものであり、実際にはこの一周期のパターンを繰り返すことになる。
【００３７】
単相交流電源１の電圧が、所定の電圧Ｖａより大、もしくは電圧Ｖｂより小の場合には、モータ３に電力を供給するために必要な電圧をモータ３の巻線に加えるために、双方向スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせる。モータ３のＵ相巻線に接続された双方向スイッチ２ａ、２ｄに関しては、図に示すように、時刻ｔ０以降、単相交流電源１の電圧が所定の電圧Ｖａを超えた時刻ｔ１より所定の電圧Ｖａを下回った時刻ｔ２の期間において、モータ３の電位的上位側にある双方向スイッチ２ａの通電方向の内、単相交流電源１からモータ３の方向に電流が流れる方向である２ａ−Ｄ方向にゲートを駆動することにより通電される。この通電率は、モータ３を駆動するために必要な電圧を実現する値に設定される。このことにより、Ｕ相側に高電位が印加され、低電位が印加されるＷ相へと電流が流れる。
【００３８】
一方、その間、双方向スイッチ２ｄの通電方向の内、単相交流電源１からモータ３の方向に電流が流れる方向である２ａ−Ｕの方向には、常時導通が実行される。これにより、Ｕ相巻線に対して、単相交流電源１からモータ３の方向に流れる電流が、双方向スイッチ２ａのＯＦＦ時にも双方向スイッチ２ｄを介して連続的に流れることになり、モータ３の電流が還流する。これにより、モータ３を駆動する駆動電流は安定して流れることとなる。
【００３９】
さらに、この時刻ｔ１から時刻ｔ２の区間においては、双方向スイッチ２ａ、２ｄの上記とは逆の方向の通電は、ゲートを非駆動とすることにより停止される。これにより、上記とは逆方向の電流、つまり、モータ３から単相交流電源１の方向への電流が阻止される。このことにより、モータ３の回生電流が流れることなく、モータ３の電流が安定するものである。
【００４０】
逆に、単相交流電源１の電圧が、所定の電圧Ｖｂより小となる時刻ｔ３から時刻ｔ４の区間においては、同様に、モータ３の電位的上位側にある双方向スイッチ２ｄの通電方向の内、単相交流電源１からモータ３の方向に電流が流れる方向である２ｄ−Ｕの方向にゲートを駆動することにより通電される。一方、双方向スイッチ２ａの通電方向の内、単相交流電源１からモータ３の方向に電流が流れる方向である２ａ−Ｄの方向には、常時導通が実行される。
【００４１】
これにより、Ｕ相巻線に対して、単相交流電源１からモータ３の方向に電流が流れる電流が、双方向スイッチ２ｄのＯＦＦ時にも双方向スイッチ２ａを介して連続的に流れることになり、モータ３の電流の還流が実現される。これによりモータ３の電流は安定して流れることとなる。
【００４２】
さらに、この時刻ｔ３から時刻ｔ４の区間においても、双方向スイッチ２ａ、２ｄの上記とは逆の方向の通電は、ゲートを非駆動とすることにより停止される。これにより、上記とは逆方向の電流、つまり、モータ３から単相交流電源１の方向への電流が阻止される。このことにより、モータ３の回生電流が流れることなく、モータ３の電流が安定するものである。
【００４３】
一方、単相交流電源１の電圧が、所定の電圧Ｖａより小、かつ電圧Ｖｂより大の場合には、モータ３に電力を供給しない。この区間においては、単相交流電源１の電圧の絶対値が低いため、通電してもモータ３を駆動することが困難であるのと、モータ３に加えられる電圧が過大となるのを防ぐために休止区間を設けるためである。
【００４４】
例えば、双方向スイッチ２ａの通電方向２ａ−Ｄとこの区間においては、双方向スイッ
チ２ａの通電方向の２ａ−Ｄの方向への常時導通への切り替え、双方向スイッチ２ｄの通電方向の２ｄ−Ｕの方向の非導通への切り替えが実行される。これにより、モータ３に加えられる電圧が過大となることなくスイッチング状態を切り替えることができる。これにより信頼性の高いマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００４５】
図６は、本実施形態に係るマトリクスコンバータ回路の別の電流方向の一例を示す説明図である。単相交流電源１からマトリクスコンバータ回路を通じ、モータ３へと流れる電流の経路の一例を示すものである。
【００４６】
図６に示す状態では、単相交流電源１の表示上の上位側から双方向スイッチ２ｃを通して、モータ３の３相巻線の一つであるＷ相巻線からＵ相巻線を通じ、双方向スイッチ２ｄを通り、単相交流電源１の表示上の下位側の一端へと電流は流れる。これにより、モータ３へ電力が供給されモータ３が駆動されるものである。
【００４７】
図７は、本実施形態に係るマトリクスコンバータ回路の双方向スイッチのスイッチング状態の別の一例を示すシーケンス図である。図６に示す電流方向の場合の、単相交流電源１の電圧と、双方向スイッチ２ａ、２ｄのＯＮ／ＯＦＦ状態の時間推移を示すものである。
【００４８】
単相交流電源１の電圧が所定の電圧Ｖａより大、もしくは電圧Ｖｂより小の場合には、モータ３に供給する電力をモータ３の巻線に加えるために、双方向スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせる。モータ３のＵ相巻線に接続された双方向スイッチ２ａ、２ｄに関しては、図に示すように、時刻ｔ０以降、単相交流電源１の電圧が所定の電圧Ｖａを超えた時刻ｔ１より所定の電圧Ｖａを下回った時刻ｔ２の期間において、モータ３の電位的上位側にある双方向スイッチ２ｄの通電方向の内、単相交流電源１からモータ３の方向に電流が流れる方向である２ｄ−Ｕの方向にゲートを駆動することにより通電される。この通電率は、モータ３を駆動するために必要な電圧を実現する値に設定される。このことにより、Ｗ相側に高電位が印加され、低電位が印加されるＵ相へと電流が流れる。
【００４９】
一方、その間、双方向スイッチ２ａの通電方向の内、モータ３から単相交流電源１の方向に電流が流れる方向である２ａ−Ｕの方向には、常時導通が実行される。これにより、Ｕ相巻線に対して、モータ３から単相交流電源１の方向に電流が流れる電流が、双方向スイッチ２ｄのＯＦＦ時にも双方向スイッチ２ａを介して連続的に流れることになり、モータ３の電流の還流が実現される。これによりモータ３の電流は安定して流れることとなる。
【００５０】
さらに、この時刻ｔ１から時刻ｔ２の区間においては、双方向スイッチ２ａ、２ｄの上記とは逆の方向の通電は、ゲートを非駆動とすることにより停止される。これにより、上記とは逆方向の電流、つまり、単相交流電源１からモータ３の方向への電流が阻止される。このことにより、モータ３の回生電流が流れることなく、モータ３の電流が安定するものである。
【００５１】
同様に、逆に、単相交流電源１の電圧が、所定の電圧Ｖｂより小となる時刻ｔ３から時刻ｔ４の区間においても、図５に示したのとは逆方向に、制御を実行することにより、モータ３の電流の還流が実現される。これによりモータ３の電流は安定して流れることとなる。
【００５２】
さらに、この時刻ｔ３から時刻ｔ４の区間においても、双方向スイッチ２ａ、２ｄの上記とは逆の方向の通電は、ゲートを非駆動とすることにより停止される。これにより、上記とは逆方向の電流、つまり、単相交流電源１からモータ３方向への電流が阻止される。
このことにより、モータ３の回生電流が流れることなく、モータ３の電流が安定するものである。
【００５３】
一方、単相交流電源１の電圧が所定の電圧Ｖａより小、かつ電圧Ｖｂより大の場合には、モータ３に電力を供給しない。図５に示したのとは逆方向に制御を実行することにより、モータ３に加えられる電圧が過大となることなくスイッチング状態を切り替えることができる。これにより信頼性の高いマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００５４】
図８は、本実施形態に係るマトリクスコンバータ回路の双方向スイッチのスイッチング状態のモータ電流変化に対する一例を示すシーケンス図である。この例は、単相交流電源１の電圧が、双方向スイッチ２ａ側が双方向スイッチ２ｄ側より高い条件の時の特性を示す。
【００５５】
モータ電流が、所定の電流Ｉａより大の場合には、図５に示したように、双方向スイッチ２ａの通電方向の内、単相交流電源１からモータ３の方向に電流が流れる方向である２ａ−Ｄの方向にゲートを駆動することにより通電される。一方、その間、双方向スイッチ２ｄの通電方向の内、単相交流電源１からモータ３の方向に電流が流れる方向である２ｄ−Ｕの方向には、常時導通が実行される。
【００５６】
一方、モータ電流の絶対値が所定の電流Ｉｂより大の場合には、図７に示したように、双方向スイッチ２ｄの通電方向の内、モータ３から単相交流電源１の方向に電流が流れる方向である２ｄ−Ｄの方向にゲートを駆動することにより通電される。一方、その間、双方向スイッチ２ａの通電方向の内、モータ３から単相交流電源１の方向に電流が流れる方向である２ａ−Ｕの方向には、常時導通が実行される。
【００５７】
一方、モータ電流の絶対値が、所定の電流Ｉａより小、かつ電流Ｉｂより小の場合には、双方向スイッチ２ａおよび２ｄのすべての通電方向をＯＦＦする。
【００５８】
これにより、双方向スイッチにより単相交流電源１を短絡することなく、スイッチング状態を切り替えることができる。これにより短絡導通のない信頼性の高いマトリクスコンバータ回路が実現される。
【００５９】
図９は、別の実施形態に係るマトリクスコンバータ回路の双方向スイッチの素子構成図である。この素子は、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体により構成されている。動力端子２０、２１は、制御対象となる電流が流れる端子となる。双方向に電流が流れるため、動力端子２０から動力端子２１に電流が流れる場合と、動力端子２１から動力端子２０に電流が流れる場合がある。その制御は、ゲート端子２２、２３により行う。ゲート端子２２に信号をＯＮさせることにより、動力端子２０から動力端子２１に電流が流れる。逆に、ゲート端子２３に信号をＯＮさせることにより、動力端子２１から動力端子２０に電流が流れるものである。これにより、通電電流のＯＮ／ＯＦＦのみではなく、通電方向も制御できる。
【００６０】
このように、本実施形態におけるマトリクスコンバータ回路は、双方向スイッチの駆動を、単相交流電源の電圧の大小関係に応じて、３相モータに流れる電流の３相モータと回路間での還流を実現させるべく双方向スイッチを制御することにより、モータ駆動時の電流の安定化、それによる高効率化を実現すると共に、短絡のない信頼性の高いマトリクスコンバータ回路を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように本発明は、マトリクスコンバータ回路に関し、３相モータを駆動す
るような応用に用いられ、高効率、高信頼性の特徴が必要なマトリクスコンバータ回路について有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１  単相交流電源
２ａ〜２ｆ  双方向スイッチ
３  モータ
４  大小判別手段
５  制御手段
【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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