(57)【要約】【課題】３相誘導電動機を駆動するために、インバータ部に直流電圧を供給する過程で発生する力率の低下を防止して、高調波を除去すると共に、安価なインバータ部品を使用可能にして、費用を節減し得る３相誘導電動機の駆動装置を提供する。【解決手段】３相電源を供給する３相電源部２１と、３相電源部２１から供給された３相電圧を整流する整流部２２と、整流部２２から生成された直流電圧を降圧して、安定した直流電圧にして出力する降圧部２３と、降圧部２３から出力された直流電圧を３相可変交流電圧にして３相誘導電動機２５を駆動するインバータ部２４と、を包含して３相誘導電動機の駆動装置を構成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相電源を供給する３相電源部と、
該３相電源部から供給された３相電圧を整流する整流部と、
該整流部から生成された直流電圧を降圧して、安定化した直流電圧にして出力する降圧部と、
該降圧部から出力された直流電圧を３相可変交流電圧にして３相誘導電動機を駆動するインバータ部と、を包含して構成されることを特徴とする３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項２】
前記降圧部は、
前記整流部から生成された電圧を測定すると共に、前記整流部から前記インバータ部に出力される直流電圧を制御するための制御信号を出力する集積回路部と、
該集積回路部から出力された制御信号によって、前記インバータ部に出力される直流電圧を制御する直流安定化部を駆動するための駆動信号を生成するゲート駆動部と、
該ゲート駆動部の駆動信号によって、前記整流部から生成される直流電圧を降圧して安定化した直流電圧を生成する前記直流安定化部と、
該直流安定化部から生成された直流電圧が印加される直流リンク部と、
該直流リンク部に印加された直流電圧を前記インバータ部に供給する負荷部と、から構成されることを特徴とする請求項１に記載の３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項３】
前記インバータ部に供給される直流電圧は、高調波の発生が抑制された降圧された状態の直流電圧であることを特徴とする請求項２に記載の３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項４】
前記集積回路部は、
前記整流部から前記直流安定化部に供給される電流を測定して、該電流が過電流であると、前記制御信号の出力をオフさせることを特徴とする請求項２に記載の３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項５】
前記降圧部は、
前記直流安定化部を通して前記直流リンク部に印加される電圧を測定する電圧測定部を更に含んで構成されることを特徴とする請求項２に記載の３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項６】
前記降圧部は、
外部から印加される制御電源を前記集積回路部に供給することを選択的に行うスイッチ部を更に含んで構成されることを特徴とする請求項２に記載の３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項７】
前記直流安定化部は、
前記ゲート駆動部からの前記駆動信号が入力されるとオンするトランジスタと、
該トランジスタと並列に接続される、互に直列に接続されたコンデンサ及び抵抗と、から構成されることを特徴とする請求項２に記載の３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項８】
前記直流安定化部は、
前記集積回路部から前記制御信号が出力されることにより、前記ゲート駆動部から入力される駆動信号によって前記トランジスタが駆動されると、前記コンデンサ及び抵抗にかかる前記整流部の直流電圧を降圧して前記直流リンク部に印加することを特徴とする請求項７に記載の３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項９】
前記集積回路部は、
測定された直流リンク部に供給される電圧が基準値以上であると、前記制御信号の出力をオフすることを特徴とする請求項４に記載の３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項１０】
前記ゲート駆動部は、
前記集積回路部から出力される制御信号によってオン／オフされるフォトカプラと、
該フォトカプラがオンであるとオフする第１ＮＰＮトランジスタと、
前記フォトカプラがオンであるとオフする第１ＰＮＰトランジスタと、
前記第１ＮＰＮトランジスタがオフであるとオンする第２ＮＰＮトランジスタと、から構成されることを特徴とする請求項２に記載の３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項１１】
前記ゲート駆動部は、
前記駆動信号により前記直流安定化部から出力される電流の容量を増加させるために、前記第１フォトカプラ、前記第１ＮＰＮトランジスタ、前記第１ＰＮＰトランジスタ及び前記第２ＮＰＮトランジスタにそれぞれ対応する第２フォトカプラ、第４ＮＰＮトランジスタ、第２ＰＮＰトランジスタ及び第３ＮＰＮトランジスタを更に含んで構成されることを特徴とする請求項１０に記載の３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項１２】
前記ゲート駆動部は、
前記第１フォトカプラの出力電圧が第１及び第２抵抗により分圧されて前記第１ＮＰＮトランジスタのベースに供給され、第３抵抗が前記第１ＮＰＮトランジスタのコレクタに直列に接続され、相互に接続された前記第２ＮＰＮトランジスタのベースと前記第１ＰＮＰトランジスタのベースの接続端は、前記第１ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続され、前記第２ＮＰＮトランジスタのエミッタは第４抵抗と接続され、ダイオードが前記第４抵抗と並列に接続されるとともに、前記第２ＮＰＮトランジスタのエミッタと前記第１ＰＮＰトランジスタのエミッタとが直列に接続されることを特徴とする請求項１０に記載の３相誘導電動機の駆動装置。
【請求項１３】
３相電圧を整流する整流段階と、
該整流段階で整流されて得られた電圧の大きさを測定する測定段階と、
該測定段階で測定された電圧の大きさによって、３相誘導電動機を駆動するインバータ部に供給される整流電圧の大きさを調節する整流電圧調節段階と、を順次行うことを特徴とする３相誘導電動機の駆動方法。
【請求項１４】
前記整流電圧調節段階は、
前記インバータ部に電圧を印加するために供給される電流の大きさを測定し、該電流に従って、前記インバータ部に供給される整流電圧の大きさを調節する段階を更に行うことを特徴とする請求項１３に記載の３相誘導電動機の駆動方法。
【請求項１５】
３相電源を供給する電源供給段階と、
該供給された３相電圧を整流する整流段階と、
該整流段階で生成された直流電圧を降圧して安定した直流電圧にして出力する降圧段階と、
該降圧段階で出力された直流電圧を３相可変交流電圧にして３相誘導電動機を駆動する段階と、を順次行うことを特徴とする３相誘導電動機の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導電動機の駆動装置及びその方法に係るもので、詳しくは、３相誘導電動機を駆動するために、インバータ部に直流電圧を供給する過程で発生する力率低下を防止して、高調波を除去すると共に、高価なインバータ部品を除去して、費用を節減し得る誘導電動機の駆動装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エアコンディショナなどの空気調和機を駆動するために誘導電動機が使用されるが、この誘導電動機は、回転しない固定子と回転する回転子とから構成されたモータをいう。このような空気調和機に使用される電動機は、固定子巻線に回転磁界を発生するための電流が供給されると、電磁誘導により回転子巻線に誘導電流が流れて、トルクが発生して回転する電動機である。
【０００３】
図４は従来の単相誘導電動機の駆動装置の構成を示したブロック図で、図示のように、単相電源部１から単相の２２０Ｖ交流電圧が供給されると、整流部２を通して約３００Ｖの直流電圧に整流され、この整流された電圧は、パワー回路部３を通して約４００Ｖに昇圧されてインバータ部４に入力されることによって、最終的に単相誘導電動機５が駆動される。
【０００４】
最近は、空気調和機を駆動するために、３相電源を使用した３相誘導電動機が多く適用されている。
【０００５】
図５は従来の３相誘導電動機の駆動装置の構成を示したブロック図で、図示のように、従来の３相誘導電動機の駆動装置は、３相３８０Ｖ電圧を供給する３相電源部１１と、この３相電圧を整流する整流部１２と、整流部１２からの５３０Ｖの直流電圧に整流された電圧によって３相誘導電動機１４を駆動するインバータ部１３と、を包含して構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このように構成された従来の３相誘導電動機の駆動装置においては、高電圧を整流してインバータ部に常時供給するために、必然的に力率が低下すると共に高調波が発生するという不都合な点があった。
【０００７】
また、インバータ部を具現するためには、１２００Ｖの耐電圧を有する高価なインバータ回路部品を使用する必要があるが、この場合、３相誘導電動機の駆動装置の費用が上昇するだけでなく、既存の単相電源システムで使用されていた低電圧用圧縮機の代わりに、高電圧用圧縮機を新しく使用しなければならないという不都合な点があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、３相誘導電動機を駆動するために、インバータ部に直流電圧を供給する過程で発生する力率の低下を防止して、高調波を除去すると共に、高価なインバータ部品を使用しないことで、費用を節減し得る３相誘導電動機の駆動装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る３相誘導電動機の駆動装置は、３８０Ｖの３相電源を供給する３相電源部と、該３相電源部から供給された３相電圧を５３０Ｖの直流電圧に整流する整流部と、該整流部から出力される直流電圧を降圧して安定化させる降圧部と、該降圧部から出力される安定化された直流電圧を３相可変交流電圧にして３相誘導電動機を駆動するインバータ部と、を包含して構成されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る３相誘導電動機の駆動方法においては、３相電圧を整流する整流段階と、該整流段階で整流された電圧の大きさを測定する測定段階と、該測定段階で測定された電圧の大きさによって、３相誘導電動機を駆動するインバータ部に供給される整流電圧の大きさを調節する整流電圧調節段階と、を順次行うことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明に係る３相誘導電動機の駆動装置の構成を示したブロック図で、図示されたように、本発明に係る３相誘導電動機の駆動装置は、３８０Ｖの３相電源を供給する３相電源部２１と、３相電源部２１から供給された３相電圧を５３０Ｖの直流電圧に整流する整流部２２と、整流部２２から出力される直流電圧を降圧して安定化する降圧部２３と、降圧部２３から出力される安定化された直流電圧を３相可変交流電圧にして３相誘導電動機２５を駆動するインバータ部２４と、を包含して構成されている。
【００１３】
このとき、３相電源部２１、整流部２２及びインバータ部２４は、当該分野で通常の知識を有する者であれば容易に具現し得るものであるため、詳細な説明は省略する。
【００１４】
また、図２は本発明に係る降圧部２３の構成を示した詳細回路図で、図示されたように、降圧部２３は、整流部２２から生成された電圧を測定し、この測定された電圧によって、インバータ部２４に出力される直流電圧を制御するための制御信号を出力する集積回路部４１と、集積回路部４１から出力された制御信号によって、インバータ部２４に供給される直流電圧を制御する直流安定化部４３を駆動する駆動信号を生成するゲート駆動部４２と、ゲート駆動部４２の駆動信号によって、整流部２２から生成される直流電圧を降圧して安定した直流電圧を生成する直流安定化部４３と、直流安定化部４３から生成された直流電圧が印加される直流リンク部４４と、直流リンク部４４に印加された直流電圧をインバータ部２４に供給する負荷部４５と、直流リンク部４４に印加される直流電圧を測定する電圧測定部４６と、集積回路部４１に制御電源を供給するスイッチ部４７と、から構成されている。
【００１５】
ここで、電圧測定部４６は、夫々直列に接続された抵抗Ｒ１，Ｒ７と夫々並列に接続された直流リンク部４４のコンデンサＣ６，Ｃ７とが相互に並列に接続されている。
【００１６】
また、スイッチ部４７は、１８Ｖの電源Ｊ４をＶｃｃに出力させることを選択的に行って、集積回路部４１に制御電圧を入力するスイッチＳ１と、スイッチＳ１に並列に接続されたコンデンサＣ１と、スイッチＳ１及びコンデンサＣ１と直列に接続された抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２と直列に接続されたＬＥＤダイオードＤ２と、から構成されている。
【００１７】
特に、スイッチＳ１の’１−３’が接続される場合は、集積回路部４１に電源電圧Ｖｃｃが供給されないため、集積回路部４１は動作せず、スイッチＳ１の’１−２’が接続される場合は、集積回路部４１に電源電圧Ｖｃｃが供給されるため、集積回路部４１が動作するようになる。
【００１８】
また、集積回路部４１は、整流部２２の整流出力端２２Ａの、出力端と並列に接続されたコンデンサＣ４，Ｃ５によって、整流出力端２２Ａから出力される直流電圧の大きさを測定し、それに従って集積回路部４１のゲートドライブ（Ｇａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）から出力される制御信号を調節する。即ち、集積回路部４１は、整流出力端２２Ａから出力される直流電圧を電流値に変換し、この電流値を基準直流電圧に相当する基準電流と比較し、この比較値により上記の制御信号を生成する。
【００１９】
また、集積回路部４１は、抵抗Ｒ８を通して直流安定化部４３に供給される電流を測定し、この測定された電流が基準値以上の過電流であると、上記の制御信号の出力をオフさせる。
【００２０】
また、集積回路部４１は、抵抗Ｒ８の他にも、電圧測定部４６によって直流リンク部４４にかかる電圧を測定し、直流リンク部４４にかかる電圧が基準値以上の過電圧であると、集積回路部４１は上記の過電流の場合と同様に上記の制御信号の出力を遮断する。
【００２１】
その他に、集積回路部４１には、円滑な動作を行うために、複数の抵抗Ｒ１１，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８，Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２４，Ｒ２７，Ｒ２８及びＲ２９と複数のコンデンサＣ８，Ｃ９，Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６，Ｃ１７及びＣ２９が接続されていて、複数のピンＥＮＡ，ＩＡＣ，Ｖｒｍｓ，Ｓｏｆｔ　Ｓｔａｒｔ，ＧＮＤ，ＶＡｏｕｔ，Ｍｕｌｔ，ＣＡ，ＰＫ，ＲＥＦ，Ｖｓｅｎｓｅ，Ｉｓｅｎｓｅ及びＶｃｃを通して多様な信号が入出力される。上記の各素子は、上記の制御信号の生成及び出力のために集積回路に特別に追加された素子ではなく、既存の通常的に使用している集積回路部４１の各素子であるため、それらの素子に対する詳細な動作説明は省略する。
【００２２】
また、図示されたように、集積回路部４１から出力された制御信号によって上記の駆動信号を出力するゲート駆動部４２は、集積回路部４１から出力された制御信号によってオン／オフする第１フォトカプラ　ＩＳ０１と、この第１フォトカプラ　ＩＳ０１がオンであるとオフする第１ＮＰＮトランジスタＱ７と、第１フォトカプラ　ＩＳＯ１がオンであるとオフする第１ＰＮＰトランジスタＱ４と、フォトカプラＩＳ０１がオンであるとオンする第２ＮＰＮトランジスタＱ３と、から構成されている。
【００２３】
また、第１フォトカプラ　ＩＳＯ１の出力端は、抵抗Ｒ１０及び抵抗Ｒ３０により分圧されてトランジスタＱ７のベースに接続され、抵抗Ｒ１２が第１ＮＰＮトランジスタＱ７のコレクタに直列に接続され、第２ＮＰＮトランジスタＱ３及び第１ＰＮＰトランジスタＱ４のベースは相互に接続されてトランジスタＱ７のコレクタに接続される。また、第２ＮＰＮトランジスタＱ３のエミッタは抵抗Ｒ１５と接続され、ダイオードＤ３は抵抗Ｒ１５と並列に接続される。
【００２４】
その他に、第１フォトカプラ　ＩＳＯ１及びトランジスタＱ３，Ｑ４には、’Ｖｃｃ２’を通して制御電源が供給される。
【００２５】
このとき、第２ＮＰＮトランジスタＱ３のエミッタ及び第１ＰＮＰトランジスタＱ４のエミッタは夫々直列に接続されて、特に、フォトカプラＩＳ０１がオンであると第１ＰＮＰトランジスタＱ４はオフするため、第２ＮＰＮトランジスタＱ３のエミッタから出力された電流は’ＳＯＵＲＣＥ２’ではなく、’ＧＡＴＥ１’を通して駆動信号として出力される。
【００２６】
また、ゲート駆動部４２は、上記の駆動信号により出力される直流安定化部４３の電流の容量を増加させるために、上記のフォトカプラ　ＩＳ０１、第２ＮＰＮトランジスタＱ３、第１ＰＮＰトランジスタＱ４、第１ＮＰＮトランジスタＱ７、複数の抵抗Ｒ１０，Ｒ１２，Ｒ１５，Ｒ３０及びダイオードＤ３に夫々対応する第２フォトカプラ　ＩＳＯ２、第３ＮＰＮトランジスタＱ５、第２ＰＮＰトランジスタＱ６、第４ＮＰＮトランジスタＱ８、複数の抵抗Ｒ２５，Ｒ２３，Ｒ２６，Ｒ３１及びダイオードＤ４を更に含んで構成されている。
【００２７】
ここで、フォトカプラ　ＩＳＯ２、第３ＮＰＮトランジスタＱ５、第４ＮＰＮトランジスタＱ８、及び第２ＰＮＰトランジスタＱ６の動作は、それぞれ上述した、第１フォトカプラＩＳＯ１、ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ７、及び第１ＰＮＰトランジスタＱ４と同様である。
【００２８】
また、直流安定化部４３は、ゲート駆動部４２から入力される駆動信号によってオン／オフされる絶縁ゲートトランジスタ（以下、ＩＧＢＴと略称する）Ｑ１と、ＩＧＢＴ　Ｑ１のエミッタとベースとの間に接続される抵抗Ｒ４と、ＩＧＢＴ　Ｑ１と並列に接続されたコンデンサＣ２及び抵抗Ｒ５と、から構成され、ここで、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ５は相互に直列に接続されている。
【００２９】
そして、上記の駆動信号が入力されると、ＩＧＢＴ　Ｑ１はオンし、駆動信号がないとオフする。また、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ５は、ＩＧＢＴ　Ｑ１がオフする時に発生する高電圧を低く維持するスナバ回路として動作し、ダイオードＤ１は、ＩＧＢＴ　Ｑ１がオフする時に必要な電流通路を提供する。
【００３０】
また、直流安定化部４３は、上記のＩＧＢＴ　Ｑ１及び抵抗Ｒ４，Ｒ５、コンデンサＣ２に対応するＩＧＢＴ　Ｑ２及び抵抗Ｒ３，Ｒ６、コンデンサＣ３を更に含んで構成される。このとき、ＩＧＢＴ　Ｑ２、抵抗Ｒ３，Ｒ６及びコンデンサＣ３は、直流安定化部４３を通して直流リンク部４４に供給される電流の容量を高めるようになる。
【００３１】
従って、直流リンク部４４に印加される電圧は負荷部４５に供給され、最終的にインバータ部２４に入力される直流電圧は、高調波の発生が抑制されるとともに降圧された状態の直流電圧である。
【００３２】
以下、図２の回路の等価回路を用い、上記のように構成された直流安定化部４３、直流リンク部４４及び負荷部４５の動作について説明する。
【００３３】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、図２に示された直流安定化部４３、直流リンク部４４及び負荷部４５に対する等価回路図で、図示されたように、直流安定化部４３、直流リンク部４４及び負荷部４５の等価回路は、整流出力端２２Ａの出力側の一方側と直列に接続されるスイッチＳ１００と、整流出力端２２Ａの他方側と直列に接続される抵抗Ｒ１０１（負荷部４５）と、スイッチＳ１００及び抵抗Ｒ１０１と直列に接続されるインダクタＬ１００と、スイッチＳ１００の一方側（整流出力端２２Ａの反対側）と整流出力端２２Ａの上記の他方側との間に接続されたダイオードＤ１００と、インダクタＬ１００と直列に接続されるコンデンサＣ１００と、から構成されている。ここで、コンデンサＣ１００と抵抗Ｒ１０１は並列に接続されている。また、スイッチＳ１００は図２のＩＧＢＴ　Ｑ１及びＩＧＢＴ　Ｑ２に相当し、ダイオードＤ１００は図２のダイオードＤ１に相当し、コンデンサＣ１００は図２のコンデンサＣ６，Ｃ７に相当する。
【００３４】
また、抵抗Ｒ１０１は負荷部４５に相当する等価抵抗であって、図２の抵抗Ｒ１，Ｒ７で構成された電圧測定部４６から検出された電圧値によって、集積回路部４１がその制御信号の出力をオン／オフし、これによって、ゲート駆動部４２は、スイッチＳ１００をオン／オフさせる駆動信号の出力をオン／オフするようになる。
【００３５】
もし、図３（Ａ）に示したように、スイッチＳ１００がオフすると、整流出力端２２Ａから出力される直流電圧の供給が遮断され、コンデンサＣ１００の電圧とインダクタＬ１００に蓄積されたエネルギーにより、ダイオードＤ１００及び抵抗Ｒ１０１（負荷部４５）に電流が流れるようになる。
【００３６】
そして、図３（Ｂ）に示したように、集積回路部４１から制御信号が出力されて、スイッチＳ１００がオンすると、それに従ってダイオードＤ１００はオフし、インダクタＬ１００を通してコンデンサＣ１００に直流電圧が再充電されると共に、抵抗Ｒ１０１の負荷部４５に電流が供給される。
【００３７】
このとき、もし図２の抵抗Ｒ８によって測定される電流が基準値以上か、又は負荷部４５に基準値以上の電圧が供給される場合は、これを判定する集積回路部４１は制御信号の出力をオフし、それに従ってスイッチＳ１００がオフにされる。
【００３８】
従って、最終的にインバータ部２４には降圧された状態の、常に同じ直流電圧が供給される。
【００３９】
尚、本発明の詳細な説明で行なわれた具体的な実施態様または実施形態は、本発明の技術内容を明確にするためのものであって、このような具体的な実施形態に限定して狭義に解釈すべきではなく、本発明の精神と特許請求の範囲内で多様な変更実施が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る３相誘導電動機の駆動装置及びその方法においては、整流電圧を降圧して安定した直流電圧をインバータ部に供給することにより、３相誘導電動機を駆動するためにインバータ部に直流電圧を供給する過程で発生する力率の低下を防止して、高調波を除去すると共に、高価なインバータ部品を使用する必要がなくなるので費用を節減し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る３相誘導電動機の駆動装置の構成を示したブロック図である。
【図２】図１において、降圧部の構成を示した詳細回路図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、図２における直流安定化部、直流リンク部及び負荷部に対する等価回路図である。
【図４】従来の単相誘導電動機の駆動装置の構成を示したブロック図である。
【図５】従来の３相誘導電動機の駆動装置の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
２１…３相電源部
２２…整流部
２２Ａ…整流出力端
２３…降圧部
２４…インバータ部
２５…３相誘導電動機
４１…集積回路部
４２…ゲート駆動部
４３…直流安定化部
４４…直流リンク部
４５…負荷部
４６…電圧測定部
４７…スイッチ部
【図１】
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【図２】
2004140988.tif 000004
【図３】
2004140988.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004140988.tif 000007