(57)【要約】【課題】モータ駆動用インバータ制御装置のコンデンサを小容量化したとき、回生によって回路素子が破壊されることに関し、回生による回路素子の破壊防止を図る。【解決手段】第２のコンデンサ１０は第２の整流回路９を介して平滑用の第１のコンデンサ８と並列接続しており、負荷１１が第２のコンデンサ９と並列に接続されているため、回生のエネルギーを第１のコンデンサ８と第２のコンデンサ９で吸収し、電圧が耐電圧を超える前に、負荷１１でエネルギーを消費させるので、回路素子の破壊を防ぐことができる。【選択図】図１
2005198377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の交流電力を直流電力に整流する第１の整流回路と、前記第１の整流回路より得られる直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータから得られる交流電力を入力とするモータと、前記インバータの直流母線間に接続される極めて小容量の第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに第２の整流回路を介して並列に接続される第２のコンデンサと、前記第２のコンデンサに並列に接続される直流高電圧を直流低電圧に変換する電源回路と、前記電源回路の低電圧側に接続された前記インバータを制御する制御回路と、前記第２のコンデンサに並列に接続される負荷を備え、前記モータの回生エネルギーが発生した時、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサで、前記回生エネルギーを吸収することを特徴とするモータ駆動用インバータの制御装置。
【請求項２】
前記第１の整流回路の出力を前記第１のコンデンサで平滑した直流電圧が実使用の範囲で、リプル含有率が９０％以上であることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項３】
前記負荷が可変負荷であり、前記可変負荷の値を決定するための手段として電圧検知器を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のモ一タ駆動用インバータ制御装置。
【請求項４】
前記負荷が前記制御回路であることを特徴とした請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項５】
前記制御回路が前記可変負荷と前記電圧検知器を含むことを特徴とした請求項３に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項６】
前記モータが、凝縮器、減圧器、蒸発器などと冷凍空調システムを構成する圧縮機を駆動することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ駆動用のインバータ制御装置。
【請求項７】
前記モータが風を送る送風機を駆動することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は小容量コンデンサを用いたモータ駆動用インバータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータ駆動用インバータ制御装置を小型化するために、平滑コンデンサを大幅に小容量化する取り組みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら上記従来のモータ駆動用のインバータ制御装置を説明する。図６は、従来の小容量コンデンサを用いたモータ駆動用インバータ制御装置のブロック図である。
【０００４】
図６に示すように、従来のモータ駆動用インバータ制御装置は、交流電源１が供給する電力を整流回路２の入力とし、整流回路２の出力を通常用いられる容量の１／１００程度の容量の小さい平滑用のコンデンサ３の入力とするように接続されている。
【０００５】
インバータ４は逆向きのスイッチング素子を含む６個のスイッチング素子を３相ブリッジ接続しており、平滑コンデンサ３と並列に接続されている。インバータ４の出力を入力とするようモータ５は接続され、制御回路６は交流電源１の電圧ｖ、直流部電流ｉｄｃ、インバータ４の出力電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃ、モータ５の回転位置情報θなどの情報を入力とするよう接続している。
【０００６】
制御回路６は得られた情報の入力から、最適な駆動ができるようにインバータ４のゲートを駆動している。
【特許文献１】特開２００２−５１５８９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、上記従来の構成は、モータ５の大きな回生エネルギーが発生した場合、平滑コンデンサ３が小容量であるため、回生エネルギーを平滑コンデンサ３が吸収する際に電圧が急激に上昇し、過電圧により各駆動素子を破壊してしまうという欠点があった。
【０００８】
本発明は従来の課題を解決するもので、平滑コンデンサを小容量化したときであっても、モータの回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防止することができるモータ駆動用のインバ十夕制御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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、交流電源の交流電力を直流電力に整流する第１の整流回路と、前記第１の整流回路より得られる直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータから得られる交流電力を入力とするモータと、前記インバータの直流母線間に接続される極めて小容量の第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに第２の整流回路を介して並列に接続される第２のコンデンサと、前記第２のコンデンサに並列に接続される直流高電圧を直流低電圧に変換する電源回路と、前記電源回路の低電圧側に接続された前記インバータを制御する制御回路と、前記第２のコンデンサに並列に接続される負荷を備え、前記モータの回生エネルギーが発生した時、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサで、前記回生エネルギーを吸収することを特徴とする。
【００１０】
これにより、モータの回生エネルギーが発生した時、第１のコンデンサと第２のコンデンサと負荷で、回生エネルギーを吸収、消費するため、回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防止し、小容量コンデンサを実現できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、回生エネルギーを第１のコンデンサと整流素子を介して接続した第２のコンデンサで吸収し、負荷で回生エネルギーを消費するようにしたので、回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防ぐことができる。さらに、第２のコンデンサはリプルがほとんどないため、リプルの熱による破損を考慮する必要がなく、安価な電解コンデンサを使用し、小型で安価なモータ駆動用のインバータ制御装置を提供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】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、交流電源の交流電力を直流電力に整流する第１の整流回路と、前記第１の整流回路より得られる直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータから得られる交流電力を入力とするモータと、前記インバータの直流母線間に接続される極めて小容量の第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに第２の整流回路を介して並列に接続される第２のコンデンサと、前記第２のコンデンサに並列に接続される直流高電圧を直流低電圧に変換する電源回路と、前記電源回路の低電圧側に接続された前記インバータを制御する制御回路と、前記第２のコンデンサに並列に接続される負荷を備え、前記モータの回生エネルギーが発生した時、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサで、前記回生エネルギーを吸収することを特徴とするものである。
【００１３】
これにより、モータの回生エネルギーが発生した時、第１のコンデンサと第２のコンデンサで回生エネルギーを吸収し、負荷で回生エネルギーを消費するため、回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防止できる。さらに、第２のコンデンサはリプルがほとんどないため、リプルの熱による破損を考慮する必要がなく、安価な電解コンデンサを使用し、小型で安価なモータ駆動用のインバータ制御装置を提供することが可能となる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の整流回路の出力を前記第１のコンデンサで平滑した直流電圧が実使用の範囲で、リプル含有率が９０％以上であることを特徴としたものであり、大きなリプル電圧を生じ、ほぼ０Ｖまで降下するような小さな容量のコンデンサを使用して、回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防止するので、非常に小型のインバータを実現できることになる。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の発明における負荷が可変負荷であり、前記可変負荷の値を決定するための手段として電圧検知器を備えたことを特徴とするものであり、電圧を探知する手段によって電圧の変化を捉え、電圧に応じた大きさに可変負荷を調整することにより、第２のコンデンサのエネルギー消費速度を変更し、エネルギーを必要な量だけ消費することができるので、小容量の第２のコンデンサを用いることができ、小型で効率のよい過電圧による各駆動素子の破壊を防止できるモータ駆動用のインバータ制御装置を実現できる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項記載の発明における負荷が前記制御回路であることを特徴としたものであり、負荷を回路構成上必要な制御回路とすることで、部品点数の削減ができるので、過電圧による各駆動素子の破壊を防止できるモータ駆動用のインバータ制御装置を安価に小型化ができる。さらに、制御回路の電源として第２のコンデンサのエネルギーを使うことで、効率よく動作させることができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記制御回路が前記可変負荷と前記電圧検知器を含むことを特徴としたものであり、可変負荷と電圧検知器の回路分だけサイズが小さくなるので、安価で効率のよい小型の過電圧による各駆動素子の破壊を防止できるモータ駆動用のインバータ制御装置を実現できる。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項記載の発明における前記モータが、凝縮器、減圧器、蒸発器などと冷凍空調システムを構成する圧縮機を駆動することを特徴とするものであり、第１のコンデンサを小容量化したときの回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防ぐことで、モータ駆動用のインバータ制御装置を小型化でき、これまで考えることができなかったような冷凍空調システムの大幅な小型化を実現できることになる。冷蔵庫であれば、庫内容積を拡大できる。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項記載の発明における前記モータが風を送る送風機を駆動することを特徴とするものであり、特に送風機のように慣性モーメント（イナーシャ）の大きな用途では、大きな回生エネルギーが発生するので、第１のコンデンサを小型化したときの回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防ぐことで、モータ駆動用のインバータ制御装置を小型化でき、送風機のシステムをこれまで考えることができなかったような大幅な小型化を実現できることになる。
【００２０】
以下、本発明によるモータ駆動用のインバータ制御装置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、従来と同一構成には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１によるモータ駆動用インバータ制御装置のブロック図である。図２は本実施の形態における第１のコンデンサ８の電圧波形を示すタイミングチャートである。図３は本実施の形態における負荷電流と瞬時最低電圧・リプル含有率を示す特性図である。図４は、本実施の形態の第１のコンデンサ８と第２のコンデンサ１０の両端の電圧値を示す特性図である。
【００２２】
図１において、小容量である平滑用の第１のコンデンサ８と第２の整流回路９を介して並列に接続された第２のコンデンサ１０は、回生エネルギー吸収することを目的としたコンデンサであり、例えば、電解コンデンサやフィルムコンデンサなどが使用でき、特に電解コンデンサはサイズに対して低価格であるいという点から好ましい。
【００２３】
第２の整流回路９は、第１のコンデンサ８から第２のコンデンサ１０の向きにのみ電流が流れるようにするために接続されており、例えば、ダイオードを使用する。第２のコンデンサ１０と並列に接続された回生エネルギーを消費する手段である負荷１１は、例えば抵抗などがある。
【００２４】
第２のコンデンサに並列に接続された電源回路１２は、インバータ４を制御する制御回路１３に高電圧から低電圧に変換した電力を供給している。電源回路１２としては、スイッチングレギュレータやＤＣ／ＤＣコンバータなどがある。
【００２５】
以上のように構成された本実施の形態のモータ駆動用インバータ制御装置について、以下その動作を説明する。
【００２６】
まず、モータ５で、ごくわずかなエネルギーのみが消費されているとする。ここで、交流電源１を単相１００Ｖ、５０Ｈｚとすると、第１のコンデンサ８の両端の電圧が、図２のＡに示すように、１４１Ｖの平滑された電圧となり、平均電圧も１４１Ｖ、リプル電圧は０Ｖ、リプル含有率は０％である。なお、リプル電圧およびリプル含有率は（数１）、（数２）の通り定義するものとする。
【００２７】
【数１】
2005198377.tif 000003
【００２８】
【数２】
2005198377.tif 000004
【００２９】
次にモータ５の消費エネルギーを少し大きくしていくと第１のコンデンサ８の充電電荷が使われ、Ｂに示すように瞬時最低電圧が低下してくる。ただし、交流電源１の電圧から決まる瞬時最高電圧は１４１Ｖで変わらない。Ｂに示す場合、瞬時最低電圧は４０Ｖであるので、平均電圧が約１１２Ｖであり、リプル電圧は１０１Ｖ、リプル含有率は９０％となる。
【００３０】
更にモータ５の消費エネルギーを大きくしていくと、第１のコンデンサ８には、ほとんど充電電荷が蓄えられず、Ｃに示すように瞬時最低電圧がほとんど０Ｖまで低下してくる。ただし、交流電源１の電圧から決まる瞬時最高電圧は１４１Ｖで変わらない。Ｃに示す場合、瞬時最低電圧は０Ｖであるので、平均電圧が約１００Ｖであり、リプル電圧は１４１Ｖ、リプル含有率は１４１％となる。
【００３１】
このように第１のコンデンサ８が小容量の場合、負荷電流を取り出すと、ほとんど平滑されず入力の交流電源１を全波整流した波形となる。
【００３２】
次に、負荷電流と瞬時最低電圧、リプル含有率との関係について、図３を用いてさらに詳しく説明する。
【００３３】
図３において、横軸は負荷電流であり、縦軸は瞬時最低電圧とリプル含有率を示す。また、実線は瞬時最低電圧の特性を、破線はリプル含有率の特性をそれぞれ示す。
【００３４】
図２において説明を行ったＡに示す電流波形の時はモータ５への入力電流は０Ａであり、瞬時最低電圧１４１Ｖ、リプル含有率０％である。またＢに示す電流波形の時は負荷電流０．２５Ａであり、瞬時最低電圧４０Ｖ、リプル含有率９０％である。またＣに示す電流波形の時はモータ５への入力電流が０．３５Ａであり、瞬時最低電圧０Ｖ、リプル含有率１４１％である。モータ５への入力電流が０．３５Ａ以上の電流においては、瞬時最低電圧、リプル含有率ともに変化はしない。
【００３５】
本実施の形態のモータ駆動用インバータ制御装置においては、実使用範囲はモータ５への入力電流は０．２５Ａ以上１．３Ａ以下であるものとする。実使用範囲において、第１のコンデンサは、リプル含有率は常に９０％以上であるような小容量のコンデンサを選定している。
【００３６】
一方、第２のコンデンサ１０は第２の整流回路９を介して第１のコンデンサ８と並列接続しているため、第２のコンデンサ１０のエネルギーを消費するものは負荷１１のみであり、モータ５のエネルギー消費が大きくなったとしても、両端にかかる電圧はほぼ平滑された状態となる。
【００３７】
今ここで、使用している第１のコンデンサ８と第２のコンデンサ１０の耐電圧を４５０Ｖとする。ここで、回生が発生したとすると、従来のように第１のコンデンサ８のみであれば、図４の従来の電圧波形ａに示すように、電圧が急激に上昇して、耐電圧である４５０Ｖを超え過電圧となる。
【００３８】
一方、本実施の形態では、第１のコンデンサ８と第２の整流回路９を介して第２のコンデンサ１０を接続しているため、図４の並列にコンデンサを設けたときの波形ｂに示すように、回生電力による電圧の上昇が耐電圧以下となる。ただし、このままでは、再び回生が発生したときに、エネルギーがたまったままであるため、耐電圧を超えて過電圧となる可能性がある。
【００３９】
本実施の形態では第２のコンデンサ１０と並列に負荷１１を接続しているため、負荷１１を含んだときの第１のコンデンサ８の電圧波形ｃが示すように、負荷１１がエネルギーを消費し電圧が低下するので過電圧を防ぐ。
【００４０】
以上のように本実施の形態のモータ駆動用インバータ制御装置は、交流電源１の交流電力を直流電力に整流する第１の整流回路７と、第１の整流回路７より得られる直流電力を交流電力に変換するインバータ４と、インバータから得られる交流電力を入力とするモータ５と、インバータの直流母線間に接続される極めて小容量の第１のコンデンサ８と、第１のコンデンサ８に第２の整流回路９を介して並列に接続される第２のコンデンサ１０と、第２のコンデンサ１０に並列に接続される直流高電圧を直流低電圧に変換する電源回路１２と、電源回路１２の低電圧側に接続されたインバータを制御する制御回路１３と、第２のコンデンサに並列に接続される負荷１１を備え、回生エネルギーを第１のコンデンサ８と第２の整流回路９を介して接続した第２のコンデンサ１０で吸収し、負荷１１で回生エネルギーを消費するとしたので、回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防ぐことができる。
【００４１】
また、第２のコンデンサ１０は、リプルがほとんどないため、リプルの熱による破損を考慮する必要がなく、第１のコンデンサ８を非常に小容量で、リプル率が９０％以上であっても、第２のコンデンサは安価な電解コンデンサを使用できるので、小型で安価な回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防ぐモータ駆動用のインバータ制御装置を提供することが可能となる。
【００４２】
なお、本実施の形態の負荷１１は電源回路１２の高電圧側に接続されているが、負荷１１を電源回路１２の低電圧側に並列に接続するとしてもよい。
【００４３】
さらに、電源回路１２の低電圧側に接続した負荷１１をインバータ４の制御回路１３とすると、回路構成上の必要な部品を用いていることで部品数の削減ができ、更に小型で安価な回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防ぐモータ駆動用インバータ制御装置を提供することが可能となる。
【００４４】
また、第２のコンデンサ１０に蓄えられるエネルギーを制御回路１３の電源とすることで、効率のよい運転を行うことができ、部品点数を削減できるので、更に小型な回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防ぐモータ駆動用インバータ制御装置を提供することが可能となる。
【００４５】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２によるモータ駆動用インバータ制御装置のブロック図である。なお、実施の形態１と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
図５において、第２のコンデンサの電圧を検知する電圧検知器１４であり、電圧検知器１４によって負荷の大きさを変える可変負荷１５が第２のコンデンサ８と並列に接続されている。
【００４７】
本実施の形態は、実施の形態１によるモータ駆動用インバータ制御装置の負荷１１を可変負荷１５とし、さらに、電圧検知器１４を設けたものである。
【００４８】
以上のように構成されたモータ駆動用インバータ制御装置について、以下その動作を説明する。
【００４９】
まず、回生エネルギーが発生していないとき、つまり、電圧検知器１４で第２のコンデンサ１０の電圧が交流電源１のピーク値よりも下回っているときは、可変負荷の値を最もエネルギーの消費が少ないように設定し、消費エネルギーをなるべく少なくする。
【００５０】
ここで、回生エネルギーが発生し、第２のコンデンサの電圧が交流電源１のピーク電圧を超えたと電圧検知器が検知をしたら、可変負荷の値を消費エネルギーが大きくなるよう変更をし、回生エネルギーをすばやく消費させる。
【００５１】
以上のように本実施の形態のモータ駆動用のインバータ制御装置は交流電源１の電圧を直流電力に整流する整流回路２と、整流回路２より得られる直流電力を交流電力に変換するインバータ４と、インバータ４から得られる交流電力を入力とするモータ５と、インバータ４の直流母線間に接続される極めて小容量の第１のコンデンサ８と、第１のコンデンサ８に第２の整流回路９を介して並列に接続される小容量の第２のコンデンサ１０と、第２のコンデンサ１０に並列に接続される可変負荷１５と可変負荷１５の値を決定するための手段として電圧検知器１４とから構成されているので、第２のコンデンサ１０の電圧に応じたエネルギーを消費することができ、極めて小容量の第２のコンデンサ１０を用いることができるので、過電圧による各駆動素子の破壊を防止できるモータ駆動用のインバータ制御装置をさらに小型化することができる。
【００５２】
なお、可変負荷１５と電圧検知器１４を、インバータ４を動かす際に必ず必要な制御回路１３に含ませることで、部品数の削減ができるので、更に小型で安価な回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防ぐモータ駆動用インバータ制御装置を提供することが可能となる。
【００５３】
さらに、制御回路の電源として第２のコンデンサのエネルギーを使うことで、効率がよく、更に小型化されたモータ駆動用のインバータ制御装置を実現できる。また、モータ５が凝縮器、減圧器、蒸発器などと冷凍空調システムを構成する圧縮機を駆動するものとすることで、回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防ぐ小型の冷凍空調システムを構築することが可能となる。
【００５４】
また、モータ５が風を送る送風機を駆動するものであるとすることで、回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防ぐ小型の送風システムを構築することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によるモータ駆動用インバータ制御装置は、回生エネルギーの過電圧による各駆動素子の破壊を防ぐことができる。さらに、第２のコンデンサはリプルがほとんどないため、リプルの熱による破損を考慮する必要がなく、安価な電解コンデンサを使用し、小型で安価なモータ駆動用のインバータ制御装置を提供することができるので、冷凍空調システムを構成する圧縮機や送風機などの駆動に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明によるモータ駆動用インバータ制御装置の実施の形態１のブロック図
【図２】同実施の形態の第１のコンデンサの電圧波形を示すタイミングチャート
【図３】同実施の形態の負荷電流と瞬時最低電圧・リプル含有率を示す特性図
【図４】同実施の形態の第１のコンデンサと第２のコンデンサの両端の電圧値を示す特性図
【図５】本発明によるモータ駆動用のインバータ制御装置の実施の形態２のブロック図
【図６】従来のモータ駆動用のインバータ制御装置のブロック図
【符号の説明】
【００５７】
１    交流電源
２    整流回路
３    平滑用コンデンサ
４    インバータ
５    モータ
６    制御回路
７    第１の整流回路
８    第１のコンデンサ
９    第２の整流回路
１０    第２のコンデンサ
１１    負荷
１２    電源回路
１３    制御回路
１４    電圧検知器
１５    可変負荷
【図１】
2005198377.tif 000005
【図２】
2005198377.tif 000006
【図３】
2005198377.tif 000007
【図４】
2005198377.tif 000008
【図５】
2005198377.tif 000009
【図６】
2005198377.tif 000010