(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相誘導電動機に３相電圧を印加するインバータパワーモジュール部と、前記インバータパワーモジュール部を構成する複数個のパワー素子に供給される電源間の干渉が防止されるようにプリント回路基板に離されて配置される複数個の電源部と、前記電源部から前記インバータパワーモジュール部のパワー素子に供給される電源が相互に絶縁されるように前記複数個の電源部と連結される絶縁部と、前記３相誘導電動機の駆動を制御するパルス幅変調駆動信号を生成して前記絶縁部に出力するマイコン部と、を含む３相誘導電動機駆動システムであって、
前記インバータパワーモジュール部は、前記３相電圧のＡ相、Ｂ相、Ｃ相が前記３相誘導電動機に供給されるように前記電源部から供給される電源によってオン／オフされる並列連結された第１、２、３パワー素子セットから構成され、
前記絶縁部は、前記マイコン部のグラウンドと前記電源部のグラウンドとが分離されるように前記パルス幅変調駆動信号に応じてオン／オフされる複数個のフォトカプラと、前記フォトカプラがオンされる場合、前記電源部の電源が前記インバータパワーモジュール部の該当するパワー素子に印加されるようにする複数個の駆動素子と、を含み、
前記駆動素子は、前記マイコン部のパルス幅変調駆動信号のグラウンドと前記第１、２、３パワー素子セットの下端パワー素子に供給される電源部電源のグラウンドとが分離されるようにする第１、２、３下端パワー素子用フォトカプラを介して前記パルス幅変調駆動信号により前記第１、２、３パワー素子セットの下端パワー素子に同一の電源を供給する下端用駆動素子と、前記マイコン部のパルス幅変調駆動信号のグラウンドと前記第１、２、３パワー素子セットの上端パワー素子に供給する電源部電源のグラウンドとが分離されるようにする第１、２、３上端パワー素子用フォトカプラを介して前記パルス幅変調駆動信号により前記第１、２、３パワー素子セットの上端パワー素子に各々の電源を供給する第１、２、３上端用駆動素子と、を含んで構成されることを特徴とする３相誘導電動機駆動システム。
【請求項２】
前記絶縁部は、前記マイコン部から出力される前記パルス幅変調駆動信号によって、前記電源部から前記インバータパワーモジュール部の各パワー素子への電源供給を制御するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の３相誘導電動機駆動システム。
【請求項３】
前記駆動素子は、前記電源部の電源が前記インバータパワーモジュール部のパワー素子に印加されるとき相互干渉が防止されるようにプリント回路基板に互いに離されて配置されることを特徴とする請求項１に記載の３相誘導電動機駆動システム。
【請求項４】
前記３相誘導電動機駆動システムは、前記複数個の電源部から発生される電源による前記パルス幅変調駆動信号の干渉が防止されるように、前記マイコン部から前記第１、２、３上・下端用フォトカプラに出力されるパルス幅変調駆動信号の伝送ラインを前記下端用駆動素子および前記第１、２、３上端用駆動素子と離隔されるようにプリント回路基板に配置することを特徴とする請求項１に記載の３相誘導電動機駆動システム。
【請求項５】
前記駆動素子は、前記マイコン部から出力された駆動信号に応じてオン／オフされて前記電源部の電源を前記インバータパワーモジュール部に印加する複数個のパワートランジスタを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の３相誘導電動機駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３相誘導電動機駆動システムおよびその駆動方法に関し、特に、３相誘導電動機を駆動する場合のインバータ主回路電圧の電位差による信号間の干渉を防止できるように電源部と駆動素子などがプリント回路基板に分離されて配置される３相誘導電動機駆動システムおよびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷房用圧縮機駆動のために単相誘導電動機の代りに３相誘導電動機を使用する場合が大きく増えているが、特に、３相誘導電動機は、約３８０Ｖの電圧で大きなパワーを冷房用圧縮機に供給できるため、最大２２０Ｖの電圧でしかパワーの供給ができない単相誘導電動機に比べてその利用範囲は益々広がりつつある。
【０００３】
このような３相誘導電動機を駆動させるための駆動システムを図１に基づいて説明すると以下のようである。
【０００４】
まず、一般の３相誘導電動機の駆動システムは、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の３相電圧によって駆動される誘導電動機１に３相電圧を印加するインバータパワーモジュール部２と、インバータパワーモジュール部２にＤＣ電圧を供給するＤＣ電圧供給部３と、駆動システムにＡＣ電圧を供給するＡＣ電源供給部４と、ＡＣ電源供給部４から供給されるＡＣ電圧の力率を補償する力率補償部５と、インバータパワーモジュール部２が３相誘導電動機１に供給する３相電圧を制御するマイコン部６と、から構成される。
【０００５】
ここで、インバータパワーモジュール部２はマイコン部６によってＡ相、Ｂ相、Ｃ相の電圧を３相誘導電動機１に印加するが、図２に示すように、インバータパワーモジュール部２は第１、２、３パワー素子セット１１、１２、１３から構成されてこれらのパワー素子セット１１、１２、１３に並列に印加されるＤＣ電圧を３相誘導電動機１に印加する。
【０００６】
すなわち、第１、２、３パワー素子セット１１、１２、１３は、各々上、下端用パワー素子１１ａ，１１ｂ、１２ａ，１２ｂ、１３ａ，１３ｂで構成されるが、ここで、上、下端用パワー素子１１ａ，１１ｂ、１２ａ，１２ｂ、１３ａ，１３ｂは、各々交互にオン／オフするように動作することによって各々Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の電圧を３相誘導電動機１に印加する。例えば、第１上端用パワー素子１１ａがオフする場合、第１下端用パワー素子１１ｂはオン、第２上端用パワー素子１２ａはオン、第２下端用パワー素子１２ｂはオフ、第３上端用パワー素子１３ａはオフ、第３下端用パワー素子１３ｂはオンするように駆動される。
【０００７】
上記のように複数個のパワー素子が３相誘導電動機の駆動過程で継続してオン／オフされることによって５４０ＶのＤＣ電圧が瞬間的にそして反復的に断続して上記の複数個のパワー素子に印加される。したがって、上記の複数個のパワー素子に印加される電圧によってインバータパワーモジュール部の回路間には不必要な電圧または信号の干渉現象が生ずるという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、３相誘導電動機を駆動するために３相誘導電動機に３相電圧を供給するインバータパワーモジュール部およびこのインバータパワーモジュール部にパワー素子の駆動電源を供給する駆動素子から発生する電圧または信号間の干渉現象を防止できる３相誘導電動機駆動システムおよびその駆動方法を提供することにその目的がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による３相誘導電動機駆動システムは、３相誘導電動機に３相電圧を印加するインバータパワーモジュール部と、前記インバータパワーモジュール部を構成する複数個のパワー素子に供給される電源間の干渉が防止されるようにプリント回路基板に互に離されて配置される複数個の電源部と、前記電源部から前記インバータパワーモジュール部のパワー素子に供給される電源が相互に絶縁されるように前記複数個の電源部と連結される絶縁部と、前記３相誘導電動機の駆動を制御するパルス幅変調駆動信号を生成して前記絶縁部に出力するマイコン部と、を含み、前記インバータパワーモジュール部は、前記３相電圧のＡ相、Ｂ相、Ｃ相が前記３相誘導電動機に供給されるように前記電源部から供給される電源によってオン／オフされる並列連結された第１、２、３パワー素子セットから構成され、前記絶縁部は、前記マイコン部のグラウンドと前記電源部のグラウンドとが分離されるように前記パルス幅変調駆動信号に応じてオン／オフされる複数個のフォトカプラと、前記フォトカプラがオンされる場合、前記電源部の電源が前記インバータパワーモジュール部の該当するパワー素子に印加されるようにする複数個の駆動素子と、を含み、前記駆動素子は、前記マイコン部のパルス幅変調駆動信号のグラウンドと前記第１、２、３パワー素子セットの下端パワー素子に供給される電源部電源のグラウンドとが分離されるようにする第１、２、３下端パワー素子用フォトカプラを介して前記パルス幅変調駆動信号により前記第１、２、３パワー素子セットの下端パワー素子に同一の電源を供給する下端用駆動素子と、前記マイコン部のパルス幅変調駆動信号のグラウンドと前記第１、２、３パワー素子セットの上端パワー素子に供給する電源部電源のグラウンドとが分離されるようにする第１、２、３上端パワー素子用フォトカプラを介して前記パルス幅変調駆動信号により前記第１、２、３パワー素子セットの上端パワー素子に各々の電源を供給する第１、２、３上端用駆動素子と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による３相誘導電動機の駆動方法は、３相誘導電動機に３相電圧を印加するインバータパワーモジュール部を構成する複数個のパワー素子に電源を供給する電源部の電源供給を制御するパルス幅変調駆動信号がマイコン部から生成されて出力される第１段階と、前記第１段階で出力されたパルス幅変調駆動信号を受信するフォトカプラが、前記電源部の電源が前記パワー素子に供給されるようにオンする第２段階と、前記第２段階で前記フォトカプラがオンすることによって電源が供給された前記複数個のパワー素子が順次オンすることによって前記３相誘導電動機に３相電圧が印加される第３段階と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
本発明による３相誘導電動機駆動システムは、図３に示すように、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の３相電圧によって駆動される３相誘導電動機２０と、本発明による３相誘導電動機駆動システムの電圧源であるＡＣ電圧源２１と、ＡＣ電圧源２１によって供給されるＡＣ電圧の力率を補償する力率補償部２２と、力率補償部２２を通じて補償された電圧をＤＣ電圧として出力するＤＣ電圧源２３と、ＤＣ電圧源２３から供給されるＤＣ電圧をＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相電圧として誘導電動機２０に印加するインバータパワーモジュール部３０と、から構成される。
【００１３】
また、本発明による３相誘導電動機駆動システムは、図４に示すようなインバータパワーモジュール部３０を構成する複数個のパワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂに電源を供給する複数個の電源部(図５の４１、４２、４３、４４、以下これらを‘４０’と総称する)と、電源部４０から供給される電源の相互干渉を防止する絶縁部５０と、絶縁部５０を介して電源部４０から上記のパワー素子に供給される電源を制御することによって最終的に３相誘導電動機を制御するパルス幅変調駆動信号を生成して絶縁部５０に出力するマイコン部６０と、から構成される。
【００１４】
ここで、絶縁部５０は、３相誘導電動機にＤＣ電圧源２３のＤＣ電圧がパルス幅変調されて印加されるように、電源部４０から供給される電源を前記のパルス幅変調駆動信号に応じて複数個のパワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂに供給する。また、マイコン部６０から出力されるパルス幅変調駆動信号は、電源部４０から出力される電源のうちインバータパワーモジュール部３０の各パワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂに供給される電源を選択することによって絶縁部５０を介して各パワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂに印加される電源を制御し、最終的に各パワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂのオン／オフを調節して３相誘導電動機を駆動する。
【００１５】
絶縁部５０、電源部４０およびマイコン部６０の構成を詳細に示すと、図５のようになる。
【００１６】
すなわち、絶縁部５０は、マイコン部６０のグラウンドと電源部４０のグラウンドとが分離されるように前記のパルス幅変調駆動信号に応じてオン／オフされる複数個のフォトカプラ５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂと、フォトカプラ５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂがオンされる場合電源部４０の電源がインバータパワーモジュール部３０の該当するパワー素子に印加されるようにする複数個の駆動素子５５、５６、５７、５８と、から構成される。
【００１７】
ここで、駆動素子５５、５６、５７、５８は、電源部４０の電源がインバータパワーモジュール部３０のパワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂに供給されるときに生ずる前述の干渉が防止されるようにプリント回路基板に相互に離されて配置される。
【００１８】
また、複数個のフォトカプラ５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂは、マイコン部６０から出力されるパルス幅変調駆動信号に応じてオンして複数個の電源部４１、４２、４３、４４から出力される電源が第１上、下端用、第２上、下端用、第３上、下端用パワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂに印加されるようにする。
【００１９】
またこの場合、複数個の駆動素子５５、５６、５７、５８のうち下端用駆動素子５８は、第１、２、３下端用パワー素子３１ｂ、３２ｂ、３３ｂに同一の電源部４４を通じて同一電源がそれぞれ第１、２、３下端用フォトカプラのオン時にそれぞれ第１、２、３下端用駆動素子により供給されるようにする。また、複数個の駆動素子５５、５６、５７、５８のうち第１、２、３上端用駆動素子５５、５６、５７は、プリント回路基板に互いに離されて配置される各々の電源部４１、４２、４３の電源が各々第１、２、３上端用フォトカプラ５１ａ、５２ａ、５３ａのオンに応じて対応するパワー素子に印加されるようにする。
【００２０】
マイコン部６０は、第１、２、３下端用パワー素子３１ｂ、３２ｂ、３３ｂに１５Ｖの電源を供給する電源部４４から絶縁された５Ｖの電源を受けて動作する。ところで、インバータパワーモジュール部３０の複数個の各パワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂは１５Ｖの電源が供給されないと動作しない。また、マイコン部６０が直接的に各パワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂへの電源の供給を制御すると仮定する場合、インバータパワーモジュール部３０は複数個のパワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂのオン・オフによって５４０ＶのＤＣ電圧を３相ＡＣ電圧にして３相誘導電動機２０に供給しなければならないので、このために複数個のパワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂは、それらに同一グラウンドを有する電源が供給されて、反復的にオン・オフされるため、インバータ主回路の電位変動によりパワー素子の駆動信号が誤動作して、結局は複数個のパワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂは破損してしまう危険が生ずる。
【００２１】
したがって、マイコン部６０は、複数個のパワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂに異なるグラウンドを有する複数の電源部４０の１５Ｖ電源が供給されるように、複数個のフォトカプラ５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂに５Ｖの駆動信号を入力するようにする。
【００２２】
ここで、複数個のフォトカプラ５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂは、マイコン部６０から出力されるパルス幅変調駆動信号のグラウンドと複数個の電源部４０から供給される電源のグラウンドが互いに分離されるようにする。
【００２３】
なお、絶縁部５０は、マイコン部６０から出力されるパルス幅変調駆動信号に応じてオン／オフされ、複数個の電源部４１、４２、４３、４４の電源を複数個のパワー素子３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂに供給するＢＪＴ(Bipolar Junction Transistor)、ＩＰＭ、ＩＧＢＴなどで構成することが可能である。
【００２４】
また、マイコン部６０から絶縁部５０の複数個のフォトカプラ５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂに入力されるパルス幅変調駆動信号の伝送ラインは、電源部４１、４２、４３、４４の電源供給による干渉が防止されるように、下端用電源部４４、下端用駆動素子５８、第１、２、３上端用電源部４１、４２、４３、および第１、２、３上端用駆動素子５５、５６、５７と離されてプリント回路基板に配置される。
【００２５】
言い換えると、本発明による３相誘導電動機駆動システムは、インバータパワーモジュール部３０を構成する３個のパワー素子セット３１、３２、３３を駆動するために４個の相互に絶縁された電源部４１、４２、４３、４４を必要とする。ここで、上端用パワー素子３１ａ、３２ａ、３３ａに供給される電源部の電源は、インバータパワーモジュール部３０の駆動状態にしたがって印加されるＤＣ電圧の高電圧と低電圧間の電位差だけを反復的に受けながら動作するようになる。
【００２６】
すなわち、図４において、第１上端用パワー素子３１ａ、第２下端用パワー素子３２ｂ、第３上端用パワー素子３３ａがオン状態の場合、第１、３上端用パワー素子３１ａ、３３ａがオンである第１、３パワー素子セット３１、３３の両電源はＤＣ電圧源の上端電圧の電位を有するに対し、第２下端用パワー素子３２ｂがオンになっている第２パワー素子セット３２の電源はＤＣ電圧源の低電圧側の電位を有する。
【００２７】
このため、複数個のパワー素子に電源を供給する電源部４１、４２、４３、４４が相互に絶縁距離を保ちながら配置されることによって不正な漏れ現象などが最小化され、回路の動作安定性が増大するのである。
【００２８】
したがって、本発明では、図５に示すように、各々の電源部４１、４２、４３、４４が相互に絶縁距離を保つようにプリント回路基板のパターンを構成し、また、電源部４１、４２、４３、４４から供給される電源が絶縁距離を保ちながら絶縁部５０に印加されるように構成した。
【００２９】
また、絶縁部５０内のフォトカプラ５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂの出力側、つまりインバータパワーモジュール３０の複数個のパワー素子を駆動する側を駆動素子５５、５６、５７、５８側に位置させてＤＣ電圧源２３の電圧の大きさに相当する電圧変動の発生するプリント回路基板の領域を図５に示したように‘Ｚ’領域に制限し、他の低電圧のかかる部分に及ぼす影響を最小化した。低電圧のかかる領域で動作するマイコン部６０と、マイコン部６０から絶縁部５０に入力されるパルス幅変調駆動信号の伝送ラインを下端用駆動素子５８側に配置して上記の電圧変動の影響を最小にした。
【００３０】
図６は、本発明による３相誘導電動機の駆動方法を説明するための流れ図である。
【００３１】
まず、第１段階(Ｓ１)で、マイコン部６０は、３相誘導電動機の駆動に好適なパルス幅変調駆動信号を生成して絶縁部５０に出力する。このとき、３相誘導電動機には３相電圧が供給されなければならないため、マイコン部６０は複数個のフォトカプラにパルス幅変調駆動信号を出力する。
【００３２】
第２段階(Ｓ２)で、上記の出力されたパルス幅変調駆動信号を受信したフォトカプラがオンし、このオンしたフォトカプラと連結された電源部の電源が該当するインバータパワーモジュール部のパワー素子に印加される。
【００３３】
第３段階(Ｓ３)で、上記の電源が印加されたパワー素子が順次オンし、上記の第１段階で順次パルス幅変調駆動信号がフォトカプラに出力されることによってパワー素子が順次オンし、これにより３相誘導電動機に３相電圧が印加される。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように構成される本発明の３相誘導電動機駆動システムおよびその駆動方法は、３相誘導電動機が動作するように３相誘導電動機に３相電圧を供給するインバータパワーモジュール部と、このインバータパワーモジュール部を構成する複数個のパワー素子に電源を供給する複数個の電源部と、この複数個の電源部と上記のパワーモジュール部をマイコン部から出力される駆動信号から絶縁する絶縁部などを含んで構成されるため、上記のインバータパワーモジュール部から３相電圧を３相誘導電動機に印加するとき、上記インバータパワーモジュール部に継続してかかる電圧の電位差による駆動信号の干渉現象などを最小化すると同時に、上記の絶縁部を構成する複数個のフォトカプラと駆動素子をプリント回路基板に相互に離隔されるように配置したため、上記の電源間の干渉を最小化するとともに不正な漏れ現象などを防止し、また３相誘導電動機の電圧による影響を最小化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般の３相誘導電動機の駆動システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１におけるインバータパワーモジュール部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明による３相誘導電動機駆動システムの構成を示すブロック図である。
【図４】図３におけるインバータパワーモジュール部の構成を示すブロック図である。
【図５】図３におけるマイコン部、絶縁部、および電源部の構成を示す詳細ブロック図である。
【図６】本発明による３相誘導電動機の駆動方法を説明するための流れ図である。
【符号の説明】
２０…誘導電動機
２１…ＡＣ電圧源
２２…力率補償部
２３…ＤＣ電圧源
３０…インバータパワーモジュール部
４０…電源部
５０…絶縁部
６０…マイコン部
【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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