(57)【要約】【課題】交流電源の電圧変動に対して目標直流電圧を変更可能な構成にすることで、力率改善回路が動作する範囲で目標直流電圧を下限に設定することにより、力率改善回路の損失を最小限に抑制し、高効率に電動機を駆動させることを安価な構成で実現する。【解決手段】目標直流電圧の決定は、圧縮機１２の周波数に比例するのに加え、交流電源の電圧値に比例させる。目標直流電圧は、電源電圧の変動に対しても力率改善回路４を動作すること、圧縮機１２が電圧飽和を生じずに駆動可能であること、の制約条件を満足する電圧に決定され、目標直流電圧が交流電源の各々の電圧値に対して力率改善手段の動作可能な下限値に設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機を駆動する電源電圧供給用として交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記整流手段によって生成される直流電圧を指令値に応じて昇圧を行いながら前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善手段と、前記直流電圧のリップル成分を除去する直流電圧平滑手段と、前記力率改善手段による直流電圧を変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段及びインバータ手段の出力をデューティー信号により制御する制御手段と、前記力率改善手段の出力電圧を検知する直流電圧検出手段と、前記制御手段から出力される前記力率改善手段の制御信号を平滑された直流電圧に変換する制御信号平滑手段と、前記直流電圧検出手段と前記制御信号平滑手段の差分を取り前記力率改善手段へ指令値として供給する誤差増幅手段と、制御手段への電源電圧として前記直流電圧のＧＮＤ側と同電位にして交流電源から入力した電圧を整流する制御電源用整流手段と、前記制御電源用整流手段の出力直流電圧リップル成分を除去する制御電源用直流電圧平滑手段と、前記制御電源用直流電圧平滑手段によって得られる制御電源用直流電圧を検知する制御電源用直流電圧検出手段を備えた電動機駆動装置において、前記力率改善手段から指示される目標直流電圧は、前記制御手段により前記直流電圧検出手段が検出する電圧に加え、前記制御電源用直流電圧検出手段が検出する電圧に比例させることを特徴とした電動機駆動装置。
【請求項２】
前記電動機駆動装置が電気給湯機のヒートポンプユニット用であるとき、前記制御電源用整流手段および前記制御電源用直流電圧平滑手段を待機電源用の整流手段および直流電圧平滑手段として用いることを特徴とした請求項１記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記電動機駆動装置が電気給湯機のヒートポンプユニット用であるとき、前記制御電源用整流手段および前記制御電源用直流電圧平滑手段をタンク側の整流手段および直流電圧平滑手段として用い、制御電源用直流電圧検出手段をタンク側に設け、前記制御電源用直流電圧検出手段の出力は、タンクとヒートポンプユニット間の通信線を介してヒートポンプユニットの制御手段に伝達することを特徴とした請求項１記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記電動機駆動装置が空気調和機の室外機用であるとき、前記制御電源用整流手段および前記制御電源用直流電圧平滑手段を室内機側の整流手段および直流電圧平滑手段として用い、制御電源用直流電圧検出手段を室内機側に設け、前記制御電源用直流電圧検出手段の出力は、室内機と室外機間の通信線を介して室外機の制御手段に伝達することを特徴とした請求項１記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記制御手段においては、前記制御電源用直流電圧検出手段の入力範囲に対して目標直流電圧が複数の離散的な値であることを特徴とした請求項１〜４記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記制御電圧用直流電圧の負荷に前記制御手段以外のアクチュエータを接続し、前記アクチュエータの動作時による前記制御電圧用直流電圧の電圧ドロップを前記制御手段の内部で補正することを特徴とした請求項１〜５記載の電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の運転を制御する電動機駆動装置であって、特に、力率改善回路の直流電圧可変機能を用いた電動機駆動装置、およびその電動機駆動装置を用いた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機駆動装置は、交流電源から入力した交流電圧を直流に変換する整流回路と、整流回路からの直流電圧を昇圧して力率を改善する力率改善回路と、力率改善回路で昇圧された直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサで平滑された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、力率改善回路を駆動する駆動回路と、インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、上記の各回路を制御する制御部で構成される。電動機駆動装置からの出力電圧は電動機に供給され、その出力電圧の大きさ、周波数等に基づき電動機の運転を制御する。
【０００３】
力率改善回路は、出力電流の波形を交流電源と相似な波形に整形することによる力率改善機能と直流電圧が昇圧された状態で保持させる昇圧機能の２つの役割がある。このうち昇圧機能については、電動機を効率良くかつ高回転させるために直流電圧を電動機の周波数に応じて変更することが要求される。また、力率改善手段の損失については、負荷電流に依存するのに加え直流電圧にも依存し、直流電圧が低いほど損失も低くなる。このため高効率化を図るには、インバータ回路に不具合が生じない限りは力率改善手段が制御する直流電圧は低めに設定することが望ましい。
【０００４】
従来、直流電圧を所望の値に制御するためには、マイクロコンピュータに代表される制御器が用いられ、力率改善手段より出力される直流電圧と、電動機の周波数によって設定される目標直流電圧の差分に基づいて、制御信号の補正を行うことにより実現される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図４は特許文献１に記載された従来の電動機駆動装置を示すものである。図４に示されるとおり、電動機駆動装置は交流電源１からの交流電圧を整流回路２で直流電圧に変換し、平滑コンデンサ５により直流電圧のリップル成分は削除される。そして平滑化された直流電圧はインバータ回路６に入力され、電動機７は駆動されている。また、整流回路２と平滑コンデンサ５間にＩＧＢＴ４ａとダイオード４ｂと昇圧制御部４ｃとヒートシンク４ｄによって構成される力率改善回路４が設けられている。昇圧制御部４ｃには誤差増幅部１０が接続されており、直流電圧の値及び波形を伝達することが可能な直流電圧検出部１１の出力と、マイクロコンピュータ８から出力されるデューティー制御信号を信号平滑部９によって直流化された出力との差分を取った信号が入力されている。
【０００６】
マイクロコンピュータ８は、デューティー信号のデューティー比を変更することにより昇圧制御部４ｃへの電圧を変更し、直流電圧を目標とする直流電圧に制御する。マイクロコンピュータ８内部では、電圧周波数制御部８ａが電動機の周波数によって決定される目標直流電圧を信号補正部８ｂに伝達している。信号補正部８ｂは、目標直流電圧と直流電圧検出部１１の検出電圧の差分に応じて、制御信号のデューティー比に一定の補正値の加算または減算を行っている。
【特許文献１】特開２０００−１４１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、力率改善回路のＩＧＢＴ損失を低減させるために目標とする直流電圧を力率改善回路が動作可能な下限に設定しようとした場合、交流電源の電圧変動を考慮した目標電圧の設定を行わなければならず、交流電源の定格電圧のみを考慮した場合に比べ目標電圧を下げることができないという課題を有していた。
【０００８】
また、交流電源の定格電圧のみを考慮して目標直流電圧を力率改善回路が動作可能な下限に設定した場合、交流電源電圧が定格電圧より高めに変動すると直流電圧は指示直流電圧より高くなるため、力率改善回路が停止する。この場合、力率の大幅悪化および直流電圧のリップル成分増加が見られ、インバータ回路の効率悪化および脱調などによる動作不良を発生させる課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、交流電源電圧の変動に対応しながら、力率改善回路の損失を最小限に抑えることを可能とした、高効率かつ応答性に優れた電動機の駆動装置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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電動機駆動装置は、電動機を駆動する電源電圧供給用として交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記整流手段によって生成される直流電圧を指令値に応じて昇圧を行いながら前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善手段と、前記直流電圧のリップル成分を除去する直流電圧平滑手段と、前記力率改善手段による直流電圧を変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段及びインバータ手段の出力をデューティー信号により制御する制御手段と、前記力率改善手段の出力電圧を検知する直流電圧検出手段と、前記制御手段から出力される前記力率改善手段の制御信号を平滑された直流電圧に変換する制御信号平滑手段と、前記直流電圧検出手段と前記制御信号平滑手段の差分を取り前記力率改善手段へ指令値として供給する誤差増幅手段と、制御手段への電源電圧として前記直流電圧のＧＮＤ側と同電位にして交流電源から入力した電圧を整流する制御電源用整流手段と、前記制御電源用整流手段の出力直流電圧リップル成分を除去する制御電源用直流電圧平滑手段と、前記制御電源用直流電圧平滑手段によって得られる制御電源用直流電圧を検知する制御電源用直流電圧検出手段を備えたものである。
【００１１】
前記力率改善手段から指示される目標直流電圧は、前記制御手段により前記直流電圧検出手段が検出する電圧に加え、前記制御電源用直流電圧検出手段が検出する電圧に比例させる。
【００１２】
これにより、交流電源電圧の変動は制御用直流電圧検出手段が検知できることから交流電圧の変動を考慮した目標直流電圧の設定が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電動機駆動装置は、目標直流電圧が交流電源の各々の電圧値に対して力率改善手段の動作可能な下限値に設定が可能となることから、力率改善手段の損失を最小限に抑制することが可能となる。また、従来課題であった交流電圧の変動による力率改善手段の停止に伴う、力率の大幅悪化およびインバータ回路の効率悪化や脱調などによる動作不良を回避することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、電動機を駆動する電源電圧供給用として交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記整流手段によって生成される直流電圧を指令値に応じて昇圧を行いながら前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善手段と、前記直流電圧のリップル成分を除去する直流電圧平滑手段と、前記力率改善手段による直流電
圧を変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段及びインバータ手段の出力をデューティー信号により制御する制御手段と、前記力率改善手段の出力電圧を検知する直流電圧検出手段と、前記制御手段から出力される前記力率改善手段の制御信号を平滑された直流電圧に変換する制御信号平滑手段と、前記直流電圧検出手段と前記制御信号平滑手段の差分を取り前記力率改善手段へ指令値として供給する誤差増幅手段と、制御手段への電源電圧として前記直流電圧のＧＮＤ側と同電位にして交流電源から入力した電圧を整流する制御電源用整流手段と、前記制御電源用整流手段の出力直流電圧リップル成分を除去する制御電源用直流電圧平滑手段と、前記制御電源用直流電圧平滑手段によって得られる制御電源用直流電圧を検知する制御電源用直流電圧検出手段を備えた電動機駆動装置において、前記力率改善手段から指示される目標直流電圧は、前記制御手段により前記直流電圧検出手段が検出する電圧に加え、前記制御電源用直流電圧検出手段が検出する電圧に比例させる。
【００１５】
これにより、交流電源電圧の変動が制御用直流電圧検出手段で検知されることとなり、目標直流電圧が交流電源の各々の電圧値に対して力率改善手段の動作可能な下限値に設定することにより、力率改善手段の損失を最小限に抑制することが可能となる。
【００１６】
また、従来課題であった交流電圧の変動による力率改善手段の停止に伴う、力率の大幅悪化およびインバータ回路の効率悪化および脱調などによる動作不良を回避することが可能となる。
【００１７】
第２の発明は、前記電動機駆動装置が電気給湯機のヒートポンプユニット用であるとき、前記制御電源用整流手段および前記制御電源用直流電圧平滑手段を待機電源用の整流手段および直流電圧平滑手段として用いることにより、前記制御電源用整流手段と前記制御電源用直流電圧平滑手段を新たに追加することが不要となり、部品点数の削減から低コスト化を実現することが可能となる。
【００１８】
第３の発明は、前記電動機駆動装置が電気給湯機のヒートポンプユニット用であるとき、前記制御電源用整流手段および前記制御電源用直流電圧平滑手段をタンク側の整流手段および直流電圧平滑手段として用い、制御電源用直流電圧検出手段をタンク側に設け、前記制御電源用直流電圧検出手段の出力は、タンクとヒートポンプユニット間の通信線を介してヒートポンプユニットの制御手段に伝達することにより、前記制御電源用整流手段と前記制御電源用直流電圧平滑手段を新たに追加することが不要となり、ヒートポンプユニット側に新たな部品追加が無いことから、部品点数の削減から低コスト化および制御基板スペースの小型化を実現することが可能となる。
【００１９】
第４の発明は、前記電動機駆動装置が空気調和機の室外機用であるとき、前記制御電源用整流手段および前記制御電源用直流電圧平滑手段を室内機側の整流手段および直流電圧平滑手段として用い、制御電源用直流電圧検出手段を室内機側に設け、前記制御電源用直流電圧検出手段の出力は、室内機と室外機間の通信線を介して室外機の制御手段に伝達することにより、前記制御電源用整流手段と前記制御電源用直流電圧平滑手段を新たに追加することが不要となり、室外機側に新たな部品追加が無いことから、部品点数の削減から低コスト化および制御基板スペースの小型化を実現することが可能となる。
【００２０】
第５の発明は、前記制御電源用直流電圧検出手段の入力範囲に対して指示する目標直流電圧が複数の離散的な値であることにより、連続的な値であることと比較して出力電圧が限られた値になることとなり、制御手段の処理を簡略化および出力電圧値に対する電動機信頼性評価の工数削減が可能となる。
【００２１】
第６の発明は、前記制御電圧用直流電圧の負荷に前記制御手段以外のアクチュエータを
接続し、前記アクチュエータの動作による前記制御電圧用直流電圧の電圧ドロップを前記制御手段の内部で補正することにより、交流電圧の検出を正確にされることとなり、設定される目標直流電圧の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態における空気調和機の室外圧縮機駆動装置を示すものである。図１において、圧縮機駆動装置は交流電源１からの交流電圧を整流回路２で直流電圧に変換し、平滑コンデンサ５により直流電圧のリップル成分は削除される。そして平滑化された直流電圧はインバータ回路６に入力され、圧縮機１２は駆動されている。また、整流回路２と平滑コンデンサ５間にＩＧＢＴ４ａとダイオード４ｂと昇圧制御部４ｃとヒートシンク４ｄと発振器４ｅによって構成される力率改善回路４が設けられている。力率改善回路４には誤差増幅部１０が接続されており、直流電圧の値及び波形を伝達することが可能な直流電圧検出部１１の出力と、マイクロコンピュータ８から出力されるデューティー制御信号を信号平滑部９によって直流化された出力との差分を取った信号が入力されている。
【００２４】
マイクロコンピュータ８は、デューティー信号のデューティー比を変更することにより昇圧制御部４ｃへの電圧を変更し、直流電圧を目標とする直流電圧に制御する。マイクロコンピュータ８内部では、電圧周波数制御部８ａが電動機の周波数によって決定される目標直流電圧を信号補正部８ｂに伝達している。なお、マイクロコンピュータは待機電源１６から供給される電圧により駆動している。
【００２５】
また、電圧周波数制御部８ａには、待機電源整流用ダイオード１３と待機電源直流電圧平滑用コンデンサ１４によって整流された直流電圧を検出する待機電源直流電圧検出部１５の出力が接続されている。信号補正部８ｂは、目標直流電圧と直流電圧検出部１１の検出電圧の差分に応じて、制御信号のデューティー比に一定の補正値の加算または減算を行っている。
【００２６】
以上のように構成された空気調和機の室外圧縮機駆動装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２７】
圧縮機１２が一定の周波数で動作している状態から周波数の上昇により出力電圧を上昇させた場合における、マイクロコンピュータが出力するデューティー比と出力電圧のシーケンスを図２に示す。圧縮機１２が一定の周波数で動作している状態において力率改善回路４の出力電圧は、誤差増幅部１０の出力信号によって目標電圧値になるよう制御される。
【００２８】
誤差増幅部１０に入力される直流電圧検出部の出力信号は、負荷変動による直流電圧の変動をフィードバック制御により抑制する働きを果たす。また、信号平滑部９の出力は、マイクロコンピュータ８から出力されるデューティー比の補正に伴い変化し、出力電圧の目標電圧への合わせこみと、回路部品の温度特性や特性バラツキによって生じる出力電圧変動を抑制する役割を果たす。
【００２９】
図２に示すとおり、信号補正部８ｂによって決定されるデューティー比の補正値は、特性変動やノイズ、電圧変動に対する過応答を抑制するために、最小限の値に設定されている。これにより、出力電圧は安定した直流電圧を保ち、圧縮機駆動の高効率化を図っている。
【００３０】
目標直流電圧の決定は、圧縮機１２の周波数に比例するのに加え、交流電源の電圧値に比例させる。目標直流電圧は、電源電圧の変動に対しても力率改善回路４を動作すること、圧縮機１２が電圧飽和を生じずに駆動可能であること、の制約条件を満足する電圧に決定される。交流電源の電圧は、待機電源直流電圧検出部１５によって検知可能である。
【００３１】
図３においては、目標直流電圧が交流電源の各々の電圧値に対して力率改善回路の動作限界電圧を上回る下限値に設定しており、ＡＣ２００Ｖにおいては目標直流電圧を２８０Ｖ、ＡＣ２１０Ｖにおいては目標直流電圧を３００Ｖ、ＡＣ２２０Ｖにおいては目標直流電圧を３２０Ｖに設定される。
【００３２】
これにより、力率改善回路の損失を最小限に抑制することが可能となる。また、従来課題であった交流電圧の変動による力率改善回路の停止に伴う、力率の大幅悪化およびインバータ回路の効率悪化や脱調などによる動作不良を回避することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかる電動機駆動装置は、高効率に電動機を駆動させることが可能となるのでヒートポンプ方式洗濯機などにおけるブラシレスモータの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態における空気調和機の室外圧縮機駆動装置のブロック図
【図２】マイクロコンピュータが出力するデューティー比と出力電圧のシーケンス図
【図３】交流電源電圧と目標電圧の関係図
【図４】従来の電動機駆動装置のブロック図
【符号の説明】
【００３５】
１  交流電源
２  整流回路
３  リアクタ
４  力率改善回路
４ａ  ＩＧＢＴ
４ｂ  ダイオード
４ｃ  昇圧制御部
４ｄ  ヒートシンク
５  平滑コンデンサ
６  インバータ回路
７  電動機
８  マイクロコンピュータ
８ａ  電圧周波数補正部
８ｂ  信号補正部
９  信号平滑部
１０  誤差増幅部
１１  直流電圧検出部
１２  圧縮機
１３  待機電源整流用ダイオード
１４  待機電源平滑用コンデンサ
１５  待機電源直流電圧検出部
１６  待機電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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