JP2001178144A

JP2001178144A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2001178144A
Application number: JP35722399A
Authority: JP
Inventors: Hideki Morozumi; 英樹両角; Kazuhiko Asada; 和彦麻田; Yasumichi Kobayashi; 保道小林
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP4465762B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電動機をインバータ回路により駆動する装置
において、電動機の動作領域を簡単な回路構成、制御方
式で拡大する。【解決手段】直流電源と、直流電源の出力の一端に接
続した整流素子と、前記整流素子のもう一方の端子に接
続したコンデンサと、前記コンデンサに接続したインバ
ータ回路と、前記インバータ回路の出力に接続した複数
の巻線を有する電動機と、前記巻線どうしの接続部と前
記直流電源と前記整流素子の接続部の間に接続した開閉
手段と、前記インバータ回路を構成するスイッチング手
段を制御する制御手段を有し、前記インバータ回路は二
つのスイッチング手段を直列接続した直列回路を複数設
けたインバータ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般家庭で使用
される電気機器に使用される、電動機を駆動するインバ
ータ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のインバータ装置の構成を図に示
す。

【０００３】直流電源１は交流電源２を整流回路３によ
り整流し直流電圧を得るように構成される。直流電源１
の出力端子はインバータ回路８に接続し、インバータ回
路８の出力端子は電動機１８に接続し、交流電力を電動
機１８に供給する。

【０００４】整流回路３はダイオードブリッジ４と平滑
コンデンサ５により交流電源１を全波整流して直流電源
に変換する。

【０００５】インバータ回路８は高電位側のスイッチン
グ手段９と低電位側のスイッチング手段１０からなる直
列回路１１と、高電位側のスイッチング手段１２と低電
位側のスイッチング手段１３からなる直列回路１４と、
高電位側のスイッチング手段１５と低電位側のスイッチ
ング手段１６からなる直列回路１７により三相ブリッジ
の回路構成にしている。スイッチング手段９、１０、１
２、１３、１５、１６はＩＧＢＴと逆接続ダイオードの
並列回路で構成される。

【０００６】電動機１８は永久磁石を有する回転子１９
と、三相にスター結線された固定子巻線２０ｕ、２０
ｖ、２０ｗを有する固定子２０により構成される。

【０００７】制御手段７１はマイクロコンピュータや複
数の論理回路などで構成され、位置検知手段２３の出力
論理の組み合わせ及び電動機１８の回転方向に対応して
所定のスイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、
１６をオンオフ制御する。同時に制御手段７１は、スイ
ッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６のオン
期間中の通電比を制御する。つまり、図９のインバータ
装置では、パルス幅変調（ＰＷＭ）を行うことで、固定
子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗへの印加電圧の平均値を
制御している。なお、図９のインバータ装置では、パル
ス幅変調を行うためのキャリア周波数を約１５．６２５
ｋＨｚにしている。また、別の従来例としては、特に図
示していないが、整流回路の出力する直流電圧を可変に
するために整流回路３を昇圧回路または、昇降圧回路な
どの構成にするものもある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
インバータ装置はスイッチング手段の通電比を制御する
ことで電動機の印加電圧を制御するので、所望の回転速
度で駆動できるが、前記スイッチング手段の通電比が１
００％になった状態においては、それ以上の速度で駆動
することができないので、複数の動作条件を有する機器
においては、不要な動作領域が非常に多い過剰仕様の電
動機やインバータ回路を必要とするという課題を有して
いた。

【０００９】また、別の従来のインバータ装置は整流回
路を昇圧回路または昇降圧回路の構成にして、電動機に
印加する電圧を拡大し、電動機の動作領域を拡大してい
るが、前記昇圧回路や前記昇降圧回路を設けるために、
制御方式が複雑になったり、部品点数が増え、装置の大
型化、高コスト化という課題を有していた。

【００１０】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、簡単な回路構成で電動機の動作領域を拡大すること
を目的にしている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、直流電源と前記直流電源の出力の一端に接
続した整流素子と前記整流素子のもう一方の端子に接続
したコンデンサと前記コンデンサに接続したインバータ
回路と前記インバータ回路の出力に接続した複数の巻線
を有する電動機と前記巻線どうしの接続部と前記直流電
源と前記整流素子の接続部の間に接続した開閉手段と前
記インバータ回路を構成するスイッチング手段を制御す
る制御手段を有し、前記インバータ回路は二つのスイッ
チング手段を直列接続した直列回路を複数設けるように
したものである。

【００１２】これにより、前記開閉手段がオン状態のと
きの前記巻線への印加電圧は、前記開閉手段がオフ状態
のときの前記巻線への印加電圧の約二倍になるので、約
２倍の速度で前記電動機を駆動できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
直流電源と前記直流電源の出力の一端に接続した整流素
子と前記整流素子のもう一方の端子に接続したコンデン
サと前記コンデンサに接続したインバータ回路と前記イ
ンバータ回路の出力に接続した複数の巻線を有する電動
機と前記巻線どうしの接続部と前記直流電源と前記整流
素子の接続部の間に接続した開閉手段と前記インバータ
回路を構成するスイッチング手段を制御する制御手段を
有し、前記インバータ回路は二つのスイッチング手段を
直列接続した直列回路を複数設けるようにしたものであ
り、前記巻線への印加電圧が前記開閉手段のオンオフに
より約二倍に切り替わるので、前記開閉手段がオンの場
合は、前記開閉手段がオフの場合に比べ、前記巻線への
電力供給を約四倍にでき、前記電動機の動作領域を拡大
できる。

【００１４】また、本発明の請求項２記載の発明は、上
記請求項１記載の発明において、電動機は回転子に永久
磁石を有し、固定子に複数の巻線を有するように構成さ
れ、前記永久磁石の前記固定子に対する相対的な位置を
検知する位置検知手段を有し、制御手段は前記位置検知
手段の出力に応じてスイッチング手段を制御するように
したものであり、前記巻線への印加電圧が前記開閉手段
のオンオフにより約二倍に切り替わるので、前記開閉手
段がオンの場合は、前記開閉手段がオフの場合に比べ、
前記巻線に生じる誘導起電力が約二倍になる速度まで電
動機を駆動できる。誘導起電力は前記電動機の速度とは
比例関係であるので、前記電動機の速度を二倍にするこ
とができる。また、回転子に永久磁石を設けることによ
り、高効率の電動機を駆動するインバータ装置を実現で
きる。

【００１５】また、本発明の請求項３記載の発明は、上
記請求項１または２いずれか記載の発明において、制御
手段は、開閉手段がオンのときには、整流素子の接続さ
れた電位側のスイッチング手段を全てオフするようにし
たものであり、前記スイッチング手段がオフした際に生
じる回生電流を小さくできるのでスイッチング手段の損
失を抑えることができる。また、一つのスイッチング手
段のみをオンするのでスイッチング手段の駆動電力を抑
えることができる。

【００１６】また、本発明の請求項４記載の発明は、上
記請求項１または２いずれか記載の発明において、制御
手段は、開閉手段がオンのときには、整流素子の接続さ
れた電位側のスイッチング手段のうち少なくとも一つを
オンするようにしたものであり、前記スイッチング手段
がオフした際に生じる回生電流によりコンデンサが充電
されることを防止できるので、前記コンデンサの電圧が
過大になることを防止できる。

【００１７】また、本発明の請求項５記載の発明は、上
記請求項１〜４いずれか記載の発明において、制御手段
は、電動機の速度が所定速度以内であるときには開閉手
段をオフし、所定速度を越えるときには開閉手段をオン
するようにしたものであり、前記電動機を速度に応じて
効率良く駆動できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１９】（実施例１）図１に本発明の実施例１であ
るインバータ装置の回路構成を示す。

【００２０】直流電源１は交流電源２を整流回路３によ
り整流し、直流電圧を得るように構成される。

【００２１】整流回路３はダイオードブリッジ４と平滑
コンデンサ５で構成される。なお、これは一例であり、
二つの平滑コンデンサを直列接続し、この直列回路とダ
イオードブリッジを接続して倍電圧整流回路を構成して
もよいものである。

【００２２】直流電源１の高電位側の端子は整流素子た
るダイオード６のアノードに接続し、ダイオード６のカ
ソードはコンデンサ７の高電位側の端子に接続すること
で、ダイオード６を通じて直流電源１よりコンデンサ７
に電力供給をしている。

【００２３】コンデンサ７はインバータ回路８に接続
し、インバータ回路８に直流電源を出力する。

【００２４】インバータ回路８は、高電位側のスイッチ
ング手段９と低電位側のスイッチング手段１０からなる
直列回路１１、高電位側のスイッチング手段１２と低電
位側のスイッチング手段１２からなる直列回路１４、高
電位側のスイッチング手段１５と低電位側のスイッチン
グ手段１６からなる直列回路１８を並列接続し、三相ブ
リッジで構成されている。

【００２５】スイッチング手段９、１０、１２、１３、
１５、１６はそれぞれ、高周波スイッチングと大電流容
量に対応できるＩＧＢＴと逆接続ダイオードの並列回路
で構成されている。しかしこれに限定するものではな
く、ＩＧＢＴの代わりにトランジスタやＭＯＳＦＥＴを
使用してもよいし、双方向スイッチング素子であるトラ
イアックを使用してもよい。

【００２６】電動機１８は、永久磁石を備えた回転子１
９と三相結線された固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ
を有する固定子２０により構成される。

【００２７】開閉手段２１は固定子巻線２０ｕ、２０
ｖ、２０ｗの中性点とダイオード６のアノード間に設け
られており、リレーで構成されている。しかしながら、
パワー半導体素子であるＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴと逆接
続ダイオードの並列回路や双方向スイッチング素子であ
るトライアックで構成してもよいし、メカニカルラッチ
方式のスイッチで構成してもよい。

【００２８】制御手段２２は、マイクロコンピュータと
複数の論理回路などで構成される。本実施例において
は、制御手段２２は位置検知手段２３の出力論理に応じ
て所定のスイッチング手段９、１０、１２、１３、１
５、１６をオンオフ制御するとともに、電動機１８の速
度を検知し、この速度に応じて開閉手段２１たるリレー
をオンオフ制御する。

【００２９】位置検知手段２３は、回転子の永久磁石の
磁極を検知する三つのホールＩＣ２４、２５、２６によ
り構成され、ホールＩＣ２４、２５、２６は永久磁石の
磁極に応じてハイまたはローを制御手段２２に出力す
る。ホールＩＣ２４、２５、２６は電気角で約１２１度
間隔になるように固定子２０に配設されている。なお、
これは一例で固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗに生じ
る逆起電力を検知して、回転子１９の位置を検知しても
よいし、ロータリエンコーダを用いてもよい。

【００３０】図１に示したインバータ装置の動作につい
て説明する。

【００３１】制御手段２２は、開閉手段２１がオン状態
のときとオフ状態のときそれぞれに対応したスイッチン
グ手段のオンオフ制御を行う。本実施例においては、開
閉手段２１がオフ状態のときには、後で図２を用いて説
明するが、位置検知手段２３の出力論理に応じて、１２
１度通電形の全波駆動で電動機１８を駆動する。このと
き、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗへの印加電圧の
最大値は全波駆動になるため、直流電源１の出力電圧の
約１／２になる。

【００３２】開閉手段２１がオン状態のときには、後で
図３または図４を用いて説明するが、位置検知手段２３
の出力論理に応じて、１２０度通電形の半波で電動機１
８を駆動する。このとき、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、
２０ｗへの印加電圧の最大値は直流電源１の出力電圧に
なる。従って、開閉手段２１がオフ状態のときの約２倍
の誘導起電力が生じる速度まで電動機１８を駆動でき
る。一般に、回転子に永久磁石を有するいわゆるＤＣブ
ラシレスモータにおいては、回転子の固定子巻線に対す
る相対速度に比例して誘導起電力が生じる。この誘導起
電力と固定子巻線への印加電圧の差分の電圧により固定
子巻線に電流が供給され、この電流と回転子に設けられ
た永久磁石によりトルクを発生するものである。つま
り、約２倍の速度まで電動機１８を駆動できる。しかし
ながら、同じトルクを出力するためには固定子巻線２０
ｕ、２０ｖ、２０ｗに供給する電流も約２倍になるもの
である。ここで、ダイオード６、コンデンサ７の作用に
ついて説明する。ダイオード６がない場合は開閉手段２
１がオン状態の時に固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ
に生じる誘導起電力が短絡されて、電動機１８の回転方
向とは逆方向にトルクを生じることになる。つまり、ダ
イオード６を設けることで、固定子巻線２０ｕ、２０
ｖ、２０ｗに生じる誘導起電力の短絡を防止できる。し
かし、これだけではスイッチング手段オフ時に生じる回
生電流を平滑コンデンサ５で吸収できなくなるので、回
生電流を吸収できる容量を有するコンデンサ７を設けて
いる。なお、図１には特に示していないが、コンデンサ
７に放電用に抵抗を並列接続してもよいし、抵抗とスイ
ッチング素子の直列回路を並列接続してもよい。

【００３３】図２に、開閉手段２１のオフ状態とオン状
態それぞれにおける電動機１８の速度−トルク特性を示
す。（ａ）は開閉手段２１のオフ状態での特性を示して
いる。（ｂ）は開閉手段２１のオン状態での特性を示し
ている。図２に示すように、低トルク時には、（ｂ）の
開閉手段２１がオン状態の時の方が、（ａ）の開閉手段
２１がオフ状態の時に比べ高速まで駆動できる。同時
に、低速時には（ａ）の方が（ｂ）に比べ高トルクまで
駆動できる。これは、前述したように開閉手段２１をオ
ンオフすることで、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ
への印加電圧の最大値を約２倍に切り替えるとともに、
電動機の駆動方式を、開閉手段２１のオン時には三相半
波駆動、開閉手段２１のオフ時には三相全波駆動にする
ためである。

【００３４】以上のように、開閉手段２１をオンオフし
て、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗへの印加電圧の
最大値を切り替えるとともに、電動機１８の駆動方法を
三相全波と三相半波に切り替えるので、電動機１８の速
度−トルク特性すなわち動作領域を変えることができ
る。なお、図１および図２は本発明の請求項１、２、
３、４、５の一実施例を示している。

【００３５】図３に、開閉手段２１をオフした状態にお
けるスイッチング手段、ホールＩＣの動作波形を示す。
本実施例におけるインバータ装置は、開閉手段２１がオ
フの状態においては、１２０度通電の全波で電動機１８
を駆動する。（ａ）はホールＩＣ２４の出力波形、
（ｂ）はホールＩＣ２５の出力波形、（ｃ）はホールＩ
Ｃ２６の出力波形を示している。（ｄ）はスイッチング
手段９のオンオフ状態、（ｅ）はスイッチング手段１２
のオンオフ状態、（ｆ）はスイッチング手段１５のオン
オフ状態、（ｇ）はスイッチング手段１０のオンオフ状
態、（ｈ）はスイッチング手段１３のオンオフ状態、
（ｉ）はスイッチング手段１６のオンオフ状態を示して
いる。（ｊ）は固定子巻線２０ｕの電流波形、（ｋ）は
固定子巻線２０ｖの電流波形、（ｌ）は固定子巻線２０
ｗの電流波形を示している。（ｊ）（ｋ）（ｌ）の固定
子巻線に流れる電流波形は高電位側のスイッチング手段
９、１２、１５がオンしたときに流れる方向を正にして
いる。スイッチング手段９、１０、１２、１３、１５、
１６はいずれも電気角１２０度の期間オンするようにし
ている。制御手段２２を構成するマイクロコンピュータ
のＲＯＭには、ホールＩＣ２４〜２６の出力信号の論理
に対応したスイッチング手段９、１０、１２、１３、１
５、１６のオンオフの組み合わせが記憶されている。こ
の組み合わせは電動機１８の回転方向に応じてそれぞれ
記憶されている。

【００３６】以上のように、開閉手段２１がオフの時に
は、制御手段２２は電動機１８が１２０度通電の全波駆
動で動作するように、スイッチング手段９、１０、１
２、１３、１５、１６をオンオフ制御する。しかし、こ
れは一例であり正弦波駆動にしてもよいし、１５０度通
電にしてもよい。

【００３７】図４に、開閉手段２１をオンした状態にお
けるスイッチング手段、ホールＩＣの動作波形を示す。
本実施例におけるインバータ装置は、開閉手段２１がオ
ンしたときには、１２０度通電の半波で電動機１８を駆
動する。（ａ）はホールＩＣ２４の出力波形、（ｂ）は
ホールＩＣ２５の出力波形、（ｃ）はホールＩＣ２６の
出力波形を示している。（ｄ）はスイッチング手段９の
オンオフ状態、（ｅ）はスイッチング手段１２のオンオ
フ状態、（ｆ）はスイッチング手段１５のオンオフ状
態、（ｇ）はスイッチング手段１０のオンオフ状態、
（ｈ）はスイッチング手段１３のオンオフ状態、（ｉ）
はスイッチング手段１６のオンオフ状態を示している。
（ｊ）は固定子巻線２０ｕの電流波形、（ｋ）は固定子
巻線２０ｖの電流波形、（ｌ）は固定子巻線２０ｗの電
流波形を示している。図３と同様に（ｊ）（ｋ）（ｌ）
の固定子巻線に流れる電流波形は高電位側のスイッチン
グ手段９、１２、１５がオンしたときに流れる方向を正
にしている。図４に示したように高電位側のスイッチン
グ手段９、１２、１５は全てオフ状態となっているた
め、固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの正方向には電
流が流れていない。低電位側のスイッチング手段１０、
１３、１６はいずれも電気角１２０度の期間オンするよ
うにしている。制御手段２２を構成するマイクロコンピ
ュータのＲＯＭには、ホールＩＣ２４〜２６の出力信号
の論理に対応したスイッチング手段１０、１３、１６の
オンオフの組み合わせが記憶されている。この組み合わ
せは電動機１８の回転方向に応じてそれぞれ記憶されて
いる。なお、電動機１８の駆動方式は一例であり、例え
ば正弦波駆動にしてもよいし、１５０度通電にしてもよ
いものである。

【００３８】以上のように、開閉手段２１がオンしてい
るときには、高電位側のスイッチング手段を全てオフし
ているので、低電位側のスイッチング手段のオフ時に生
じる回生電流が高電位側のスイッチング手段を構成する
逆接続ダイオードに流れるだけとなり、発熱の少ないイ
ンバータ装置を実現できる。また、高電位側のスイッチ
ング手段をオンするための電力が必要ないので省電力化
を実現できる。なお、図４は本発明の請求項３の一実施
例を示している。

【００３９】図５に、開閉手段２１をオンした状態にお
けるスイッチング手段、ホールＩＣの動作波形の別の一
例を示す。（ａ）はホールＩＣ２４の出力波形、（ｂ）
はホールＩＣ２５の出力波形、（ｃ）はホールＩＣ２６
の出力波形を示している。（ｄ）はスイッチング手段９
のオンオフ状態、（ｅ）はスイッチング手段１２のオン
オフ状態、（ｆ）はスイッチング手段１５のオンオフ状
態、（ｇ）はスイッチング手段１０のオンオフ状態、
（ｈ）はスイッチング手段１３のオンオフ状態、（ｉ）
はスイッチング手段１６のオンオフ状態を示している。
（ｊ）は固定子巻線２０ｕの電流波形、（ｋ）は固定子
巻線２０ｖの電流波形、（ｌ）は固定子巻線２０ｗの電
流波形を示している。（ｊ）（ｋ）（ｌ）の固定子巻線
に流れる電流波形は高電位側のスイッチング手段９、１
２、１５がオンしたときに流れる方向を正にしている。
図５に示したように、スイッチング手段９、１０、１
２、１３、１５、１６はいずれも電気角１２０度の期間
オンするようにしている。なお、制御手段２２を構成す
るマイクロコンピュータのＲＯＭには、ホールＩＣ２４
〜２６の出力信号の論理に対応したスイッチング手段
９、１０、１２、１３、１５、１６のオンオフの組み合
わせが記憶されている。この組み合わせは電動機１８の
回転方向に応じてそれぞれ記憶されている。本実施例で
は、図５に示すように電動機１８を低電位側スイッチン
グ手段１０、１３、１６により半波駆動しながら、同時
に予め設定された組み合わせに基づき、高電位側スイッ
チング手段９、１２、１５をオンオフ制御することで、
低電位側のスイッチング手段１０、１３、１６がオフし
たときに生じる回生電流を高電位側スイッチング手段
９、１２、１５を通じて、回生電流の流れていない別の
固定子巻線に流すので、コンデンサ７が回生電流により
過大に充電されることを防止することができる。なお、
図５に示した本実施例におけるスイッチング手段のオン
オフ制御は図３に示した開閉手段２１のオフ状態におけ
るスイッチング手段のオンオフ制御と同様である。従っ
て、開閉手段２１のオンオフ状態それぞれに対応してス
イッチング手段のオンオフ状態を記憶しておく必要がな
く、マイクロコンピュータ内のＲＯＭを節約できる。ま
た、開閉手段２１のオンオフ状態によりスイッチング手
段のオンオフ制御を変更する必要がないので、開閉手段
２１のオンオフ制御を容易にできる。しかし、電動機１
８の駆動方式は一例であり、高電位側のスイッチング手
段が少なくとも一つオンしていればよいものである。な
お、図５は本発明の請求項４の一実施例を示している。

【００４０】図６に、本発明の請求項５の一実施例であ
るインバータ装置の電動機の駆動時のフローチャートを
示す。なお、インバータ装置の構成は図１と同様であ
り、ここでは省略する。

【００４１】図６に示したインバータ装置のフローチャ
ートについて説明する。電動機１８の運転が開始される
と、ステップ３１において制御手段２２が開閉手段２１
たるリレーをオフする。これにより電動機１８の固定子
巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの中性点は非接続となる。
ステップ３２では、制御手段２２が図３に示したように
位置検知手段２３たるホールＩＣ２４、２５、２６の出
力論理の組み合わせに対応してスイッチング手段９、１
０、１２、１３、１５、１６をオンオフ制御すること
で、電動機１８を三相全波で駆動する。ステップ３３で
は、制御手段２２が電動機１８を三相全波で駆動しなが
ら、電動機１８の速度が所定速度Ｎｓであるかを判定す
る。所定速度Ｎｓの設定は予め制御手段２２を構成する
マイクロコンピュータのＲＯＭに記憶されているものと
する。なお、所定速度Ｎｓの設定方法は特に限定するも
のではないが、本実施例では、図２に示した開閉手段２
１のオフ状態における速度−トルク特性カーブ（ａ）と
開閉手段２１のオン状態における速度−トルク特性カー
ブ（ｂ）の交差する速度Ｎｓを所定速度にしている。電
動機１８の速度検知は制御手段２２がホールＩＣ２４の
出力信号の周期を検知することで行っている。より具体
的に述べると、制御手段２２を構成するマイクロコンピ
ュータ内に設けられたカウンタによりホールＩＣ２４の
ハイ期間を検知することで電動機１８の速度を検知して
いる。ステップ３３で電動機１８の速度が所定速度Ｎｓ
に達していると判定すると、ステップ３４で制御手段２
２は開閉手段２１たるリレーをオンする。これにより、
固定子巻線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの中性点は開閉手段
２１を通じて直流電源１の高電位側の端子に接続され
る。その後、ステップ３５で、制御手段２２は図５に示
したようにホールＩＣ２４、２５、２６の出力論理の組
み合わせに応じて、スイッチング手段９、１０、１２、
１３、１５、１６をオンオフ制御する。なお、固定子巻
線２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの中性点は直流電源１の高電
位側の端子に接続しているので、電動機１８は、低電位
側スイッチング手段１０、１３、１６をオンオフ制御す
ることで三相半波で駆動されることになる。

【００４２】以上のように、電動機１８の速度が所定速
度Ｎｓより低いときには開閉手段２１をオフにして、電
動機１８を三相全波で駆動し、所定速度Ｎｓ以上では開
閉手段２１をオンにして電動機１８を三相半波で駆動す
ることで、電動機１８の速度により、より効率の高い駆
動方式で電動機１８を駆動できる。

【００４３】（実施例３）図７に、本発明の実施例２の
インバータ装置の主要部回路構成図を示す。整流素子た
るダイオード４１のカソードは直流電源１の低電位側の
端子に接続し、ダイオード４１のアノードはコンデンサ
７の低電位側の端子に接続している。開閉手段４２たる
リレーはダイオード４１のカソード端子と固定子巻線２
０ｕ、２０ｖ、２０ｗの中性点の間に設けられている。
制御手段４３は位置検知手段２３の出力論理に応じてス
イッチング手段９、１０、１２、１３、１５、１６のオ
ンオフ制御を行うとともに、開閉手段２１のオンオフ制
御を行うものである。その他の構成については図１に示
したインバータ装置と同様のものであり、ここでは省略
する。

【００４４】図７に示したインバータ装置の動作につい
て説明する。開閉手段４２がオフ状態においては、制御
手段４３は図３に示したように位置検知手段２２たるホ
ールＩＣ２３、２４、２５の出力論理に基づいてスイッ
チング手段９、１０、１２、１３、１５、１６をオンオ
フ制御する。これにより、電動機１８は三相全波で駆動
される。

【００４５】開閉手段４３がオン状態においては、制御
手段４３は整流素子たるダイオード４１が設けられてい
る低電位側のスイッチング手段１０、１３、１６を全て
オフするとともに、高電位側のスイッチング手段９、１
２、１５を位置検知手段２２の出力論理に基づいてオン
オフ制御する。これにより、電動機１８は三相半波で駆
動される。

【００４６】以上のように、本実施例のインバータ装置
においても、開閉手段４２により固定子巻線２０ｕ、２
０ｖ、２０ｗの中性点と直流電源１の低電位側の端子間
を接続したり、切り離すことにより、固定子巻線２０
ｕ、２０ｖ、２０ｗへの印加電圧の最大値を切り替える
とともに、電動機１８の駆動方法を三相全波と三相半波
に切り替えるので、電動機１８の速度−トルク特性すな
わち動作領域を変えることができる。なお、図７のイン
バータ装置における電動機１８の速度−トルク特性は図
２と同様になるものである。なお、図７は本発明の請求
項１、２、３の一実施例を示している。

【００４７】（実施例３）図８は、本発明の実施例３の
インバータ装置を示す。整流素子たるダイオード５１の
アノード端子は直流電源１の高電位側の端子に接続し、
ダイオード５１のカソード端子はコンデンサ７の高電位
側の端子に接続している。インバータ回路５２は高電位
側のスイッチング手段５３と低電位側のスイッチング手
段５４からなる直列回路５５と高電位側のスイッチング
手段５６と低電位側のスイッチング手段５７からなる直
列回路５８によりフルブリッジの構成になっている。電
動機５９は４極の永久磁石を設けた回転子６０と、固定
子巻線６１ａ、６１ｂを直列接続してなる固定子６１に
より構成されている。開閉手段６２はリレーで構成され
ており、直流電源１の高電位側の端子と固定子巻線６１
ａ、６１ｂの接続部の間に設けられている。制御手段６
３は、マイクロコンピュータや複数の論理回路により構
成されており、位置検知手段たるホールＩＣ６４の出力
論理によりスイッチング手段５３、５４、５６、５７を
オンオフ制御するとともに開閉手段６２をオンオフ制御
する。

【００４８】図８に示したインバータ装置の動作につい
て説明する。開閉手段６２がオフ状態の時には、制御手
段６３はホールＩＣ６４の出力論理と電動機５９の回転
方向に応じて、スイッチング手段５３、５４、５６、５
７をオンオフ制御し、単相全波で電動機５９を駆動す
る。開閉手段６２がオン状態の時には、制御手段６３は
高電位側のスイッチング手段５３、５６をオフ状態に保
持するともに、ホールＩＣ６４の出力論理に応じて低電
位側のスイッチング手段５４、５７をオンオフ制御す
る。

【００４９】以上のように、本実施例のインバータ装置
においても、開閉手段６２を用いて固定子巻線６１ａ、
６１ｂの接続部と直流電源１の高電位側の端子間を接続
したり、切り離すことにより、固定子巻線６１ａ、６１
ｂへの印加電圧の最大値を切り替えるとともに、電動機
５９を駆動方法と全波駆動と半波駆動に切り替えるの
で、電動機５９の速度−トルク特性すなわち動作領域を
変えることができる。なお、図８に示したインバータ装
置は本発明の請求項１、２、３の一実施例に相当する。

【００５０】以上のように、開閉手段をオンオフするこ
とで電動機の固定子に設けられた巻線の接続部を直流電
源に接続したり切り離したりできるので、巻線への印加
電圧の最大値を切り替えることができる。同時に電動機
の駆動方法を全波駆動または半波駆動に切り替えるの
で、本実施例のように回転子に永久磁石を有するＤＣブ
ラシレスモータにおいては、巻線に生じる誘導起電力の
最大値を大きくすることができ、最高速度を大きくでき
る。なお、本実施例では示していないが、電動機の構成
を誘導電動機やスイッチトリラクタンスモータにしても
よい。この場合についても、開閉手段のオンオフによ
り、巻線への最大印加電圧を切り替えるとともに電動機
の駆動方法を全波駆動または半波駆動に切り替えるの
で、高速駆動時において固定子巻線への電流供給を増や
すことができる。従って高速時のトルク出力を増やすこ
とができることになり、電動機の動作領域を拡大でき
る。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
発明によれば、直流電源と前記直流電源の出力の一端に
接続した整流素子と前記整流素子のもう一方の端子に接
続したコンデンサと前記コンデンサに接続したインバー
タ回路と前記インバータ回路の出力に接続した複数の巻
線を有する電動機と前記巻線どうしの接続部と前記直流
電源と前記整流素子の接続部の間に接続した開閉手段と
前記インバータ回路を構成するスイッチング手段を制御
する制御手段を有し、前記インバータ回路は二つのスイ
ッチング手段を直列接続した直列回路を複数設けるよう
にしたので、前記巻線への印加電圧が前記開閉手段のオ
ンオフにより約二倍に切り替わるので、前記開閉手段が
オンの場合は、前記開閉手段がオフの場合に比べ、前記
巻線への電力供給を約四倍にでき、前記電動機の動作領
域を拡大できる。

【００５２】また、本発明の請求項２記載の発明によれ
ば、上記請求項１記載の発明において、電動機は回転子
に永久磁石を有し、固定子に複数の巻線を有するように
構成され、前記永久磁石の前記固定子に対する相対的な
位置を検知する位置検知手段を有し、制御手段は前記位
置検知手段の出力に応じてスイッチング手段を制御する
ようにしたので、前記巻線への印加電圧が前記開閉手段
のオンオフにより約二倍に切り替わるので、前記開閉手
段がオンの場合は、前記開閉手段がオフの場合に比べ、
前記巻線に生じる誘導起電力が約二倍になる速度まで電
動機を駆動できる。誘導起電力は前記電動機の速度とは
比例関係であるので、前記電動機の速度を二倍にするこ
とができる。また、回転子に永久磁石を設けることによ
り、高効率の電動機を駆動するインバータ装置を実現で
きる。

【００５３】また、本発明の請求項３記載の発明によれ
ば、上記請求項１または２いずれか記載の発明におい
て、制御手段は、開閉手段がオンのときには、整流素子
の接続された電位側のスイッチング手段を全てオフする
ようにしたので、前記スイッチング手段がオフした際に
生じる回生電流を小さくできるのでスイッチング手段の
損失を抑えることができる。また、一つのスイッチング
手段のみをオンするのでスイッチング手段の駆動電力を
抑えることができる。

【００５４】また、本発明の請求項４記載の発明によれ
ば、上記請求項１または２いずれか記載の発明におい
て、制御手段は、開閉手段がオンのときには、整流素子
の接続された電位側のスイッチング手段のうち少なくと
も一つをオンするようにしたので、前記スイッチング手
段がオフした際に生じる回生電流によりコンデンサが充
電されることを防止でき、前記コンデンサの電圧が過大
になることを防止できる。

【００５５】また、本発明の請求項５記載の発明によれ
ば、上記請求項１〜４いずれか記載の発明において、制
御手段は、電動機の速度が所定速度以内であるときには
開閉手段をオフし、所定速度を越えるときには開閉手段
をオンするようにしたので、低速時には電動機を全波駆
動し、電動機の全波駆動では達することのできない高速
動作領域では電動機を半波駆動するので、前記電動機を
速度に応じて効率良く駆動できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のインバータ装置の主要部回
路構成図

【図２】同インバータ装置の電動機の速度−トルク特性
図

【図３】同インバータ装置の開閉手段２１オフ時の主要
部動作波形図

【図４】同インバータ装置の開閉手段２１オン時の主要
部動作波形図

【図５】同インバータ装置の開閉手段２１オン時の別の
一例である主要部動作波形図

【図６】同インバータ装置の電動機の駆動制御フローチ
ャート

【図７】本発明の実施例２のインバータ装置の主要部回
路構成図

【図８】本発明の実施例３のインバータ装置の主要部回
路構成図

【図９】従来のインバータ装置の主要部回路構成図

【符号の説明】

１直流電源６ダイオード７コンデンサ８インバータ回路９、１０、１２、１３、１５、１６スイッチング手段１１、１４、１７直列回路１８電動機１９回転子２０固定子２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ固定子巻線２１開閉手段２２制御手段

フロントページの続き (72)発明者小林保道大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H007 BB06 CA01 CB04 CB05 CC12 CC23 DB12 DC07 EA02 5H560 AA10 BB04 BB12 DA03 DB02 EB01 EC07 EC09 EC10 GG04 JJ03 SS07 TT11 UA06 XA04 XA05 XA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、前記直流電源の出力の一端
に接続した整流素子と、前記整流素子のもう一方の端子
に接続したコンデンサと、前記コンデンサに接続したイ
ンバータ回路と、前記インバータ回路の出力に接続した
複数の巻線を有する電動機と、前記巻線どうしの接続部
と前記直流電源と前記整流素子の接続部の間に接続した
開閉手段と、前記インバータ回路を構成するスイッチン
グ手段を制御する制御手段を有し、前記インバータ回路
は二つのスイッチング手段を直列接続した直列回路を複
数設けたインバータ装置。
【請求項２】電動機は、回転子に永久磁石を有し、固
定子に複数の巻線を有するように構成され、前記永久磁
石の前記固定子に対する相対的な位置を検知する位置検
知手段を有し、制御手段は前記位置検知手段の出力に応
じてスイッチング手段を制御する請求項１に記載のイン
バータ装置。
【請求項３】制御手段は、開閉手段がオンのときに
は、整流素子の接続された電位側のスイッチング手段を
全てオフする請求項１または２に記載のインバータ装
置。
【請求項４】制御手段は、開閉手段がオンのときに
は、整流素子の接続された電位側のスイッチング手段の
うち少なくとも一つをオンする請求項１または２に記載
のインバータ装置。
【請求項５】制御手段は、電動機の速度が所定速度以
内であるときには開閉手段をオフし、所定速度を越える
ときには開閉手段をオンする請求項１〜４のいずれか１
項に記載のインバータ装置。