(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源が入力され、交流電圧を直流電圧に整流する第１の整流手段と、
前記第１の整流手段により整流された直流電圧を交流電圧に変換して電動機に供給する電力変換手段と、
前記第１の整流手段の入力側に並列に設けられ、前記交流電源が入力され、交流電圧を直流電圧に整流する第２の整流手段と、
前記第２の整流手段の直流出力側に設けられ、整流後の直流電圧を平滑化して直流負荷に供給する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が供給され、前記電力変換手段を制御する電力変換制御手段と、
を備え、
前記第１の整流手段と前記電力変換手段との間にコンデンサを設け、
前記コンデンサの容量は、前記第２の整流手段の出力側に設けられた平滑コンデンサの容量より小さいか又は無く、
前記第１の整流手段により整流された電圧波形と略同一形状の電圧を、前記電力変換手段に供給し、
前記電力変換制御手段は、前記交流電源の電源電圧情報を検出し、前記電力変換手段へ流れこむ電流が前記交流電源と相似形になるように前記電動機の駆動を制御する
ことを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項２】
前記第２の整流手段の出力側に設けられた平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が供給される直流負荷の消費電力は、前記電力変換手段により交流電圧が供給される電動機の消費電力より少ないことを特徴とする請求項１記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記第２の整流手段の出力側に設けられた平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が供給される直流負荷の電力消費により発生する高調波電流を抑制する高調波電流抑制手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の電動機駆動装置と、
前記電動機駆動装置により制御される電動機と、
前記電動機により駆動される圧縮機と
を備えることを特徴とする圧縮機駆動装置。
【請求項５】
前記圧縮機の振動周波数を検出する振動検出手段を備え、
前記電力変換制御手段は、前記振動検出手段により検出された前記振動周波数の情報が入力され、前記振動周波数と前記電動機の回転周波数とが一致しないように前記電動機の回転周波数を制御することを特徴とする請求項４記載の圧縮機駆動装置。
【請求項６】
前記圧縮機の振動振幅及び振動周波数の少なくとも一方を検出する振動検出手段を備え、
前記電力変換制御手段は、前記振動検出手段により検出された前記振動振幅及び振動周波数の少なくとも一方の情報が入力され、入力された前記圧縮機の振動振幅及び振動周波数の少なくとも一方の情報に基づき前記圧縮機の振動を抑制するよう前記電動機の出力トルクを制御することを特徴とする請求項４記載の圧縮機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置に関し、特に、直流電圧を平滑化するコンデンサの小容量化に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置は、例えば「・・・電圧指令値を作成し、その電圧指令値に応じたパルス幅のＰＷＭ信号を出力すると共に、当該ＰＷＭ信号のパルス幅の増大制御時において、電圧指令値に相当したインバータ出力電圧が得られない飽和状態となったときに、ＰＷＭ信号の出力タイミングを早めてインバータ出力電圧の位相を進ませる制御を行う。」ようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、例えば「単相交流電源を入力とする単相ダイオード全波整流回路と、これに接続される従来のダイオード全波整流回路用の平滑コンデンサの１/１００程度の小容量平滑コンデンサと、制御用ＰＷＭインバータとモータとで構成された制御回路とによって、あらかじめモータのトルクを電源の２倍の周波数で制御することにより、ダイオード全波整流回路の入力力率と波形の改善を実現する」ようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
また、例えば「インバータ部を駆動するための制御回路（２０、６６、１１２）が、脈動電圧検出手段（２４、６８、１１４）により脈動電圧（Ｅｒ、Ｅｒｄ）を検出し、脈動電圧検出値（Ｅｒ、Ｅｒｄ）により基準波または基準ベクトルパターンの出力（Ｖｉ）を補償して直流脈動電圧に対して、補償されたＰＷＭ出力波形を出力するようにしている。」ようにしたものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。【０００５】
さらに、例えば「交流電源を入力とし、ダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される小容量のリアクタで構成される整流回路と、前記整流回路の出力である直流電力から交流電力に変換するインバータと、前記インバータの直流母線間には、極めて小容量のＤＣリンクコンデンサとを備え、スイッチング制御電源部の１次側コンデンサと前記インバータの直流母線間に単方向整流手段を設ける」ようにしたものが提案されている（例えば、特許文献４参照）。【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１５０７９５号公報（要約、図１）
【特許文献２】特開２００２−５１５８９号公報（請求項１）
【特許文献３】特開平６−１５３５３４号公報（要約、図２）
【特許文献４】特開２００５−２５３２８２号公報（請求項１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置は、交流電源の整流後の直流電圧を平滑化するコンデンサを小容量化又は設けない構成とし、小型・軽量・低コスト化を図り、且つ、コンデンサの少量化に伴う直流電圧脈動の軽減する制御をしたもの、若しくは高効率かつ高調波電流を抑制したものが提案されている。【０００８】
しかしながら、これらの電動機駆動装置を空気調和機などのシステムに適用しようとする場合、空気調和機の圧縮機に使用する電動機以外にも、電圧脈動による振動の影響が大きいファンモータ又は直流電圧により駆動されるアクチュエータなどが多数存在する。このようなアクチュエータ等は、コンデンサを小容量化した場合における直流電圧脈動の影響を受け、直流電圧脈動による振動・騒音や誤動作を起こす、という問題点があった。【０００９】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、交流電源の整流後の直流電圧を平滑するコンデンサを小容量化又は設けない構成とし、小型・軽量・低コスト化を図り、且つ、電動機以外の直流負荷への直流電圧脈動の影響を軽減する電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置を得るものである。【００１０】
また、第２の目的は、交流電源の整流後の直流電圧を平滑化するコンデンサを小容量化又は設けない構成としたときに発生する電動機の振動を軽減する電動機駆動装置及び圧縮機駆動装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電動機駆動装置は、交流電源が入力され、交流電圧を直流電圧に整流する第１の整流手段と、第１の整流手段により整流された直流電圧を交流電圧に変換して電動機に供給する電力変換手段と、第１の整流手段の入力側に並列に設けられ、交流電源が入力され、交流電圧を直流電圧に整流する第２の整流手段と、第２の整流手段の直流出力側に設けられ、整流後の直流電圧を平滑化して直流負荷に供給する平滑コンデンサと、平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が供給され、電力変換手段を制御する電力変換制御手段と、を備え、第１の整流手段と電力変換手段との間にコンデンサを設け、コンデンサの容量は、第２の整流手段の出力側に設けられた平滑コンデンサの容量より小さいか又は無く、第１の整流手段により整流された電圧波形と略同一形状の電圧を、電力変換手段に供給し、電力変換制御手段は、交流電源の電源電圧情報を検出し、電力変換手段へ流れこむ電流が交流電源と相似形になるように電動機の駆動を制御するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電動機駆動装置は、交流電圧を直流電圧に整流する第２の整流手段と、第２の整流手段の直流出力側に設けられ、整流後の直流電圧を平滑化して直流負荷に供給する平滑コンデンサとを備えたことにより、電動機に交流電圧を供給する電力変換手段に入力される直流電圧が脈動する場合であっても、電動機以外の直流負荷への直流電圧脈動の影響を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における電動機駆動装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態１におけるインバータ制御部の制御ブロック図。
【図３】平滑化用のコンデンサの容量と整流後の電圧波形の関係を示す図。
【図４】出力トルク脈動時の電動機電流の電流波形を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１における仮想電流源を説明する回路ブロック図。
【図６】高調波電流成分の重畳について説明する電流波形図。
【図７】本発明の実施の形態１における空気調和機の構成を示す図。
【図８】本発明の実施の形態２における電動機駆動装置の構成を示す図。
【図９】本発明の実施の形態２における高調波電流の抑制を示す電流波形図。
【図１０】本発明の実施の形態３における電動機駆動装置の構成を示す図。
【図１１】本発明の実施の形態４における電動機駆動装置の構成を示す図。
【図１２】本発明の実施の形態５における電動機駆動装置の構成を示す図。
【図１３】本発明の実施の形態６における圧縮機の負荷トルクと振動の関係を示す図。
【図１４】本発明の実施の形態６における振動検出器の構成を示す図。
【符号の説明】
【００１４】
１  単相交流電源、２  第１の整流手段、３  コンデンサ、４  インバータ主回路部、５  電動機、６  リアクタ、７  第２の整流手段、８  平滑コンデンサ、９  ファンインバータ、１０  ファンモータ、１１  制御電源生成部、２０  インバータ制御部、２１  電流検出器、２２  出力電圧演算部、２３  ＰＷＭ生成部、２４  座標変換部、３０  仮想電流源、３１  並列回路、４０  圧縮機、４１  ファン、５０  スイッチング部、６０  絶縁部、７０  リアクタ、８０  振動検出器、８１  誘電体、８２  電極。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における電動機駆動装置の構成を示す図、図２は本発明の実施の形態１におけるインバータ制御部の制御ブロック図である。図において、電動機駆動装置は、単相交流電源１より供給された単相交流電源を全波整流する第１の整流手段２、第１の整流手段２の出力側に接続されるコンデンサ３、整流された直流電圧を交流電圧に変換する電力変換手段であるインバータ主回路部４により構成され、インバータ主回路部４の出力は、圧縮機などに搭載される電動機５と接続される。
さらに、電動機駆動装置は、第１の整流手段２の入力側に並列に接続され、単相交流電源１より供給された交流電源を全波整流する第２の整流手段７、単相交流電源１と第２の整流手段７との間に直列に接続され単相交流電源１から流れる電流の高調波電流を抑制する高調波制御手段であるリアクタ６、第２の整流手段２の出力側に接続される平滑コンデンサ８、整流された直流電圧を交流電圧に変換し、空気調和装置などに搭載されるファンモータ１０と接続されるファンインバータ９、さらに、平滑コンデンサ８と並列に接続され、制御用電源を生成する制御電源生成部１１、制御電源生成部１１より電源を供給されインバータ主回路部４を制御する電力変換制御手段であるインバータ制御部２０により構成されている。
また、インバータ制御部２０は、電動機５に流れる電流を検出する電流検出器２１、指令値及び電源電圧情報が入力され、検出した電流に応じて電動機５に出力する出力電圧を演算する出力電圧演算部２２、インバータ主回路部４へＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ生成部２３、電圧位相が入力され、電動機５の相電流を回転直交座標系の電流値に変換して出力電圧演算部２２に出力する座標変換部２４により構成されている。尚、インバータ制御部２０の構成は座標変換によるものに限らず、他の構成により電動機５を駆動制御するものでも良い。【００１６】
まず、コンデンサの容量と整流後の直流電圧の関係について説明する。一般的に整流手段の出力側には整流後の直流電圧を平滑化するコンデンサを設け直流電圧の脈動を防止し、トルク脈動による振動を削減する。しかし、高調波対策を優先させる場合又は小型・軽量・低コスト化を図る場合は、コンデンサを小容量化又は設けない構成とする方法がとられている。このコンデンサの容量により、コンデンサの両端電圧である直流電圧の挙動が決定する。その動作波形を図３に示す。【００１７】
図３は平滑化用のコンデンサの容量と整流後の電圧波形の関係を示す図である。図３（ａ）は、一般的な電動機駆動装置での平滑化用のコンデンサの容量（以下、従来容量という）の直流電圧波形であり、電圧の脈動は小さな変動量であるため、一般的な電動機駆動装置で制御される電動機の出力トルクは略一定値に制御可能である。一方、図３（ｂ）は、平滑用のコンデンサが従来容量よりも極めて小容量化又は設けない構成（以下、小容量化という）した場合の直流電圧波形である。小容量化により直流電圧が大きく脈動し、電源電圧の全波整流波形と略同一形状となっているため、図３（ａ）に示す直流電圧と同様に電動機を制御すると、直流電圧が大きく低下したときにトルクが低下し、電源ゼロクロス付近で制御が不安定となる。【００１８】
ここで、従来容量とは、例えば、１０００〜３０００ｕＦ程度であり、小容量化の容量は、１０〜５０ｕＦ程度の値である。また、平滑化用のコンデンサ容量をＣ、電動機のインダクタンスをＬ、定格電流をＩ、許容可能な直流電圧の脈動量（変動分）をＶとすると、エネルギー保存則により以下が成り立つ。【００１９】
【数１】
0004657301.tif 000002
【００２０】
上記式から概算値を算出することできる。例えば、電動機のインダクタンスＬ＝１０ｍＨ、定格電流Ｉ＝１０Ａとすると、許容脈動電圧＝２０Ｖ（図３（ａ）の変動分）で駆動する場合の平滑化用のコンデンサ容量は、Ｃ＝２５００ｕＦとなる。また、許容脈動電圧＝２８０Ｖ（図３（ｂ）の変動分）で駆動する場合の平滑化用のコンデンサ容量は、Ｃ＝１３ｕＦとなる。上記のように直流電圧の脈動の許容電圧値を増加することで、平滑化用のコンデンサを小容量化できることが概算値からも明らかである。尚、従来容量及び小容量化した容量は電動機の容量及び許容脈動電圧に応じて変化するものであり上記値に限るものではない。また、上記概略値の算出は、単相交流電源から供給される電荷により平滑コンデンサが充電されるため、前述の算出方法にて完全な物理現象を表している訳でなく、あくまでも概略計算であることを付け加えておく。【００２１】
本実施の形態１では、第１の整流手段の直流出力側に設けられたコンデンサ３の容量を、第２の整流手段の出力側に設けられた平滑コンデンサ８の容量より小さい容量に小容量化し、上述のように直流電圧が電源電圧の全波整流波形と略同一形状となるような程度の容量を設定する。このコンデンサ３は、インバータのスイッチングに伴い発生するノイズ、スパイク電圧の吸収用に接続されるものである。尚、本実施形態では、容量を小容量化したコンデンサ３を接続した場合について説明するが、本発明はこれに限るものでなく、コンデンサ３を設けない構成としても良い。【００２２】
次に、コンデンサ３を小容量化した場合の電動機５の駆動制御について図１〜図４により説明する。図において、第１の整流手段２は、単相交流電源１の出力を整流して出力する。整流された直流電圧が入力されるインバータ主回路部４は、インバータ制御部２０より入力される動作信号に基づき、第１の整流手段２の整流出力をスイッチングして可変電圧・可変周波数の交流出力に変換し電動機５に供給する構成となっている。ここで、コンデンサ３の容量は小容量化しているので、第１の整流手段２からインバータ主回路部４に出力される直流電圧波形は、図３（ｂ）に示すような脈動波形となる。また、インバータ制御部２０は、電動機５へ流れる電流を電流検出器２１にて検出し、検出した電流を座標変換部２４にて回転直交座標系の電流値に変換して出力電圧演算部２２に出力する。出力電圧演算部２２は、入力された電流値に応じて電動機５に出力する出力電圧を演算し、ＰＷＭ生成部２３にてインバータ主回路部４へ動作信号を出力する。この際、出力電圧演算部２２は、電源電圧情報が入力され、電源電圧の形状と同期した出力トルクに制御するように出力電圧を演算する。これにより、電動機５は駆動し、電源電圧の全波整流波形と略同一形状の直流電圧に同期した出力トルク脈動となり、電動機５に流れる電流は図４（ｂ）に示すような直流電圧の脈動に同期した脈流となる。尚、従来容量（直流電圧の脈動が図３（ａ）に示す波形）の場合は、電動機に流れる電流は図４（ａ）に示すように脈流のない電流波形になる。【００２３】
上記動作により、電動機５の出力トルクは脈動するが、電動機５の出力トルクを電源電圧と同期することにより、単相交流電源１から第１の整流手段２へ流れる入力電流は略正弦波状態となり、入力電流の高調波を低減することができる。即ち、インバータ主回路部４及び電動機５が仮想電流源と考えることができる。この仮想電流源について図５により説明する。【００２４】
図５は本発明の実施の形態１における仮想電流源を説明する回路ブロック図である。図５に示すように、インバータ主回路部４及び電動機５は仮想電流源３０と等価であるとすると、仮想電流源３０が直流電圧と同期した出力電流を流すことにより、コンデンサ３の容量は小容量化されているため、仮想電流源３０とコンデンサ３の並列回路３１は抵抗と同義になる。その結果、入力電流が単相交流電源１の電圧と同位相、相似波形の電流となり、高調波電流が低減できる。【００２５】
そこで、インバータ制御部２０は、電源電圧情報、例えば、電源電圧の位相情報や電源電圧のゼロ点、電源電圧の瞬時値、または、直流電圧の瞬時脈動電圧などを検出し、インバータ主回路部４へ流れこむ電流が単相交流電源１と相似形になるように電動機５を制御することで、電動機５を駆動しつつ、入力電流の高調波電流低減制御も両立することができる。このようにインバータ主回路部４を前述の仮想電流源３０と等価になるように制御すれば、出力トルク脈動はあるものの、高調波電流を抑制した電動機５の駆動が可能となる。【００２６】
次に、平滑化用のコンデンサの容量を小容量化し駆動する電動機以外の機器への直流電圧の供給について説明する。一般的な電動機駆動装置で用いられる従来容量の平滑化用のコンデンサであれば、整流後の直流電圧がほとんど脈動しないため、平滑化用のコンデンサの両端電圧から直流電圧を必要とする制御回路などのための制御電圧を生成し、制御回路などへ印加することで制御電力を供給することが可能であるが、平滑化用のコンデンサの容量を小容量化した場合、図３（ｂ）に示すとおり、直流電圧は０Ｖ付近まで低下する。例えば、平滑化用のコンデンサの両端電圧から制御回路のための制御電圧を生成するとした場合、制御回路のための電圧も脈動し、制御回路が動作不能に陥る可能性がある。また、空気調和機などに適用する場合、制御回路だけでなく、電動機以外にも直流電圧を使用しているアクチュエータ、ファンモータ用インバータなどが動作不能又は電圧脈動による騒音振動が助長される恐れがある。【００２７】
従来の電動機駆動装置では、このような制御回路、アクチュエータ、ファンモータ用インバータなど（以下、直流負荷という）に供給する直流電圧が必要な場合、制御電圧の生成のため、整流手段の出力側にダイオードを介して直流負荷のための平滑化用のコンデンサをさらに設け、電圧脈動を抑制した直流電圧を生成している。しかしながら、このような構成の場合、電圧脈動の影響によるファンモータの騒音の問題や制御回路のための制御電圧の問題を解決できるが、整流手段が兼用しているため、これらの直流負荷の電力消費により流れる高調波電流が電動機制御による電流に重畳される。このような高調波電流成分の重畳について図６により説明する。【００２８】
図６は高調波電流成分の重畳について説明する電流波形図である。図６（ａ）に示すように、電動機のみの構成であれば、抵抗負荷的な電流を流すようにインバータ制御部は制御可能である。しかし、上述のように整流手段を兼用すると、直流負荷により消費する電力によって、電源電圧のピーク時のみ電流が流れるので、図６（ｂ）に示すような入力電流が流れる。【００２９】
従って、両者の合成となる図６（ｃ）のような電流が流れる。図６（ｃ）に示すような電流ピーク付近で電流が突出しないよう電動機の制御により対応しようとする場合、電動機と入力電流制御を両立する複雑な制御をしている上に、さらにこの電流突出の制御が加わると、極めて複雑な制御となり、電動機を駆動できなくなる場合がある。若しくは、入力電流の高調波電流が低減できなくなる。【００３０】
また、整流手段の交流側にリアクタを設けることで図６（ｃ）のような電流のピークの突出を抑制することはできるが、リアクタと平滑コンデンサとが共振し、その共振周波数によって高調波電流が増加する。そのため、容量の大きいリアクタを接続すると共振周波数が電源周波数の十数倍まで近接する。【００３１】
以上のような従来の問題点を解決し、高調波電流成分の重畳を回避すると共に、コンデンサ３の容量を小容量化し、電動機５の駆動制御と入力電流制御を両立したインバータ制御に対し、電動機５以外の直流負荷への直流電圧脈動の影響を無くすため、本発明は、図１に示すように、第１の整流手段２の入力側に並列に第２の整流手段７を設け、電力系統を分離することで直流負荷への電圧脈動の影響をなくしている。
次に、本発明の電動機駆動装置を適用した空気調和機の動作について図７により説明する。【００３２】
図７は本発明の実施の形態１における空気調和機の構成を示す図である。図７に示すように、電動機５は圧縮機４０の内部に配置され、圧縮機４０を駆動する。この圧縮機４０は、冷媒の圧縮時における冷媒ガス音など、電動機５の音に対して空気調和機として防音対策が設けてあることが一般的である。一方、ファンモータ１０により回転するファン４１の防音対策はファンモータ１０の取り付け部にゴム足を介して取り付けられる程度であるのが一般的である。そのため、ファンモータ１０は、モータから直接聴こえる騒音に対しては、電動機５より厳しい条件で製品設計されている。また、ファンモータ１０の駆動を制御するファンインバータ９に入力される直流電圧が脈動した場合、電圧と同期したトルク脈動が発生し、トルク脈動に起因された騒音が発生する。【００３３】
そこで、図１に示すとおり、ファンモータ１０を駆動するファンインバータ９は、電動機５を駆動制御する電力系統と分離された平滑コンデンサ８の両端に接続する。平滑コンデンサ８は、ファンモータ１０が必要とする電荷を十分蓄電可能な容量を設定する。そのため、平滑コンデンサ８の両端電圧は脈動がなく安定するので、電圧脈動によるファンモータ１０から直接聴こえる騒音はコンデンサ３が従来容量であった状態と同等レベルに抑制することができる。さらに、平滑コンデンサ８の両端に接続された制御電源生成部１１に入力される直流電圧も安定化するので、インバータ制御部２０が動作不能に陥ることがなくなる。【００３４】
また、ファンモータ１０を始めとする空気調和機のアクチュエータなどの直流負荷での電力消費量は、電動機５の電力消費量に比べ非常に小さく、例えば、空気調和機全体の１割程度の消費である。従って、電動機５と直流負荷との整流手段を分離することによって、第２の整流手段７の電流容量は、第１の整流手段２と比較して小さい容量で実現可能となる。また、単相交流電源１と第２の整流手段７との間に直列に接続され、単相交流電源１から流れる電流の高調波電流を抑制するリアクタ６は、非常に小さい電流容量で実現できるため、小容量のリアクタにより高調波電流を低減でき且つ、平滑コンデンサ８との共振周波数を高くすることができると共に、小型軽量なものを使用できる。さらに、平滑コンデンサ８の容量は、従来容量の平滑コンデンサに比較して小さい容量で実現可能である。【００３５】
また、電動機５での電力消費ラインとそれ以外の電力消費ラインとは、第２の整流手段７を設けて分離することにより、両者を独自に高調波電流を低減するように構成することができる。【００３６】
実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２における電動機駆動装置の構成を示す図、図９は本発明の実施の形態２における高調波電流の抑制を示す電流波形図である。本実施の形態２は、上記実施の形態１の構成に加え、図８に示すように、全波整流回路とスイッチング素子からなる高調波電流制御手段であるスイッチング部５０を設けた構成とする。【００３７】
上記実施の形態１で説明したように、直流負荷での消費電力は小さいので、スイッチング部５０の電流容量は小さい容量で実現可能である。このような、スイッチング部５０を設けることによりリアクタ６の挿入のみの場合より、電源力率が大きく向上し、図９（ａ）に示す高調波電流の電流ピークが図９（ｂ）に示すように抑制され、直流負荷での消費電力による高調波電流を低減できる。【００３８】
従って、上述した図６（ａ）に示す電動機５からの電流波形に重畳されても大きく波形変形が成されないため、入力電流の高調波電流が電動機５以外の直流負荷によって増加することを抑制することができる。つまり、電動機５以外の直流負荷での消費電力による高調波電流が少なければ、図６（ｃ）に示すような高調波成分、即ち、ピーク付近の突出した電流は発生しない。尚、スイッチング部５０は、第２の整流手段７より交流側に配置しているが、高調波電流を抑制することが可能な構成であれば、交流側、直流側に何れに設けても良い。【００３９】
実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３における電動機駆動装置の構成を示す図である。本実施の形態３は、上記実施の形態１の構成に加え、図１０に示すように、インバータ主回路部４とインバータ制御部２０とを絶縁する絶縁部６０を設ける。【００４０】
インバータ制御部２０は、電動機５の電流を検出し、インバータ主回路部４に動作信号を出力するため、インバータ主回路部４とインバータ制御部２０とは共通の基準電位（以下、ＧＮＤという）とする必要がある、このためＧＮＤからの回り込みによる入力電流高調波が発生する。このような回り込み電流を遮断する為、絶縁部６０を挿入し、インバータ主回路部４とインバータ制御部２０との間を絶縁することにより、ＧＮＤからの回り込み電流による入力電流高調波を遮断することができる。【００４１】
実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４における電動機駆動装置の構成を示す図である。上記実施の形態１〜３では、第２の整流手段７と単相交流電源１との間にリアクタ６を接続したが、本実施形態ではそれに加え、図１１に示すように、第１の整流手段２と単相交流電源１との間にリアクタ７０を挿入する。【００４２】
単相交流電源１にも小さいながらにもインピーダンスがあるため、リアクタ７０の挿入により、単相交流電源１の電源インピーダンスとコンデンサ３との共振現象を抑制することができる。また、電源電圧の極性変化時点、即ち、ゼロクロス直後において電源より突入電流が流れるが、リアクタ７０の挿入により突入電流を抑制でき、突入電流による高調波電流を抑制できる。【００４３】
尚、このリアクタ７０は小容量のインダクタンス値のものが好ましく、コンデンサ３の静電容量Ｃ［Ｆ］とリアクタ７０のインダクタンスＬ［Ｈ］とした以下の式で求まる共振周波数ｆは、電源周波数の４０〜５０倍以上とすることが望ましい。
【数２】
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【００４４】
実施の形態５．
図１２は本発明の実施の形態５における電動機駆動装置の構成を示す図である。本実施の形態５は、上記実施の形態１の構成に加え、図１２に示すように、電動機５により駆動される圧縮機４０の表面に振動検出手段である振動検出器８０を備えた構成とする。振動検出器８０は圧縮機４０の振動振幅及び振動周波数の少なくとも一方の情報を検出し、インバータ制御部２０へ入力する。尚、前述までと同様効果を奏する機能は図示を省略している。【００４５】
上述したように直流電圧脈動により、電動機５の出力トルクは脈動し、振動が発生する。また、騒音が発生することが予期される。このとき圧縮機４０の振動周波数に対し、電動機５の回転周波数が一致すると機械共振を起こす可能性がある。特に、圧縮機４０の冷媒圧縮による負荷トルクも脈動しているため、この負荷トルクの脈動と電動機５からの出力トルクの脈動とがハンチングし、機械共振と相まって非常に大きい振動が発生する。しかし、機械共振や負荷トルクと出力トルクのハンチングによる振動を予期し、製品化可能なレベルまで抑制することは困難である。【００４６】
従って、本実施形態において、インバータ制御部２０は、電動機５の回転周波数と振動検出器８０より入力された圧縮機４０の振動周波数とが一致しないよう電動機５の回転周波数を制御する。
このように電動機５を制御することにより、機械共振周波数との周波数の一致を避けることが可能となり、機械共振が抑制することができる。【００４７】
実施の形態６．
本実施形態の構成は、上記実施の形態５と同様の構成である。
本実施形態において、インバータ制御部２０は、振動検出器８０により検出された振動振幅及び振動周波数に応じて電動機５の出力トルクを制御する。【００４８】
ここで、圧縮機４０から発生する振動について説明する。圧縮機４０から発生する振動は、機械系の伝達関数によって求められるが、その発生源は電動機５であり、電動機５より出力される出力トルクをＴｍ、電動機５に連結されている圧縮機の圧縮構造機械による負荷トルクをＴｌとすると、Ｔｍ−Ｔｌ＝０であれば、振動は発生しない。言い換えると、振動は（Ｔｍ−Ｔｌ）の差分に比例して発生するため、この出力トルクＴｍと負荷トルクＴｌの差を０にするようにインバータ制御部２０にて出力トルクを制御すれば振動を抑制することができる。図１３の（ａ）に示す波形は、圧縮機４０の負荷トルクである。図１３（ａ）の負荷トルクに対し、出力トルクＴｍとの差分Ｔｍ−Ｔｌを図１３（ｂ）に示す。この図１３（ｂ）の波形形状と相似な波形形状の振動が発生し、振動検出器８０より出力される。よって、図１３（ｂ）に示す逆相の成分を出力トルクＴｍに重畳すれば、Ｔｍ−Ｔｌ＝０となり、振動を抑制することが可能となる。【００４９】
そこで、インバータ制御部２０は、入力された振動振幅及び振動周波数の少なくとも一方の情報に基づき求まる圧縮機４０の振動波形の位相と、電動機５の出力トルクの脈動波形の位相とが逆相となるように、インバータ主回路部４の出力を制御する。
このように動作することにより、平滑コンデンサ３の容量を小容量化することにより発生した脈動トルクを逆に振動抑制に利用することができ、脈動トルクを有効に利用できる。【００５０】
尚、振動検出器８０をＩＣチップにより構成し、電池と無線ＩＣとを同一パッケージ化することで、配線レス化することも可能である。このような構成にしても同等の効果を有する。また、ＩＣチップは、例えば、図１４に示すように、可動式の誘電体８１と固定式の電極８２によりキャパシタンス変化を検出するような半導体で振動検出器８０を構成でき、一般的な振動検出器より安価に構成できる。【００５１】
尚、上記説明では振動検出器８０にて振動周波数を検出したが、これに限らず騒音検出器を用いても振動周波数を検出しても同様な動作が可能で有り、前述と同等効果を有する。更にいえば振動検出器８０にて振動を検出するよう構成したが、振動を推測するよう構成しても同等の効果を有する。例えば、インバータ制御部２０は、電動機５に印可する電圧と電動機５に流れる電流が既知であるため、出力トルクＴｍを推定することが可能である。さらに、モータ速度制御しているため速度は既知である。前記の推定した出力トルクと既知である速度を利用すれば、負荷トルクＴｌも推定可能である。従って、Ｔｍ−Ｔｌが０となるように制御することも可能であり、振動と相対関係があるＴｍ−Ｔｌを制御することにより、振動制御することと等価な効果を創出できる。以上のように構成することにより、前記振動検出器８０を用いた場合より振動の制御度合いが少なくなるが、振動検出器８０を用いるより安価な構成で、小容量化により発生した脈動トルクを振動制御に利用することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の活用例として、空気調和機のほか、圧縮機と圧縮機以外に電力消費する機能を１つの製品形態として有する製品、例えば、除湿器や冷蔵庫、洗濯乾燥機などが考えられる。また、圧縮機ではなくとも、製品の大部分の電力消費をする電動機とその電動機以外に電力を消費する機能を１つの製品形態として有する製品、例えば、掃除機や洗濯機、洗濯乾燥機などが挙げられる。また特に、主に電力を消費する電動機に対する騒音対策は充分実施されており、その他に直流電圧から電力を消費するアクチュエータを搭載する製品であれば、同様な効果がある。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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