JP2008206289A - モータ駆動制御装置と該装置を備えた圧縮機、冷蔵庫、空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】高速動作させるスイッチング手段を用いることなく、入力電圧を昇圧し、コンデンサの電気的ストレスを低減し、効率の高いモータ駆動制御装置を提供する。
【解決手段】ダイオードとコンデンサの組み合わせにより整流回路を構成し、入力電圧を昇圧してインバータ回路の動作電圧を高圧にして動作させることを特徴とするモータ駆動制御装置。本発明によれば、高速で動作させるスイッチング手段を用いることなく、入力電圧を昇圧でき、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、効率の高いモータ駆動制御装置を得ることができる。さらに、回路構成が簡単で部品点数が少なくモータ駆動制御装置の低価格化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動制御装置に関し、特に、入力電圧を昇圧することができる整流回路を用いたモータ駆動制御装置に関するものである。

従来、入力電圧を昇圧する回路には、スイッチング手段を用いた電圧変換回路が使用されていた（例えば、特許文献１の図１参照）。

図３は、特許文献１に示される電圧変換回路を説明する図である。

この電圧変換回路５０は、入力端子２ａ及び２ｂに入力された交流電源２の出力電圧を整流する整流回路５１と、前記整流回路５１の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路５２と、前記昇圧コンバータ回路５２の出力電圧により充電されるコンデンサ５３とを備えている。

前記整流回路５１は、直列接続のダイオード５４及び５５と、直列接続のダイオード５６及び５７とから構成されている。ダイオード５４及び５５の接続点５０ａは電圧変換回路５０の一方の入力端子２ａに、ダイオード５６及び５７の接続点５０ｂは電圧変換回路５０の他方の入力端子２ｂに接続されている。

また、ダイオード５４及び５６の共通接続のカソードは、前記整流回路５１の一方の出力端子となっており、ダイオード５５及び５７の共通接続のアノードは、該整流回路５１の他方の出力端子となっている。

前記昇圧コンバータ回路５２は、一端が前記整流回路５１の一方の出力端子に接続されたリアクタ５８と、アノードがリアクタ５８の他端に、カソードが電圧変換回路５０の一方の出力端子２ｃに接続されたダイオード５９ａと、前記リアクタ５８及びダイオード５９ａの接続点と前記整流回路５１の他方の出力端子との間に接続されたスイッチング手段６０とを有している。

ここで、前記スイッチング手段６０はＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）であり、前記ＩＧＢＴ６０には逆並列にダイオード５９ｂが接続されている。

この電圧変換回路５０では、交流電源２から供給される交流電圧が整流回路５１により整流され、前記整流回路５１の出力が昇圧コンバータ回路５２に入力されると、昇圧コンバータ回路５２では、前記整流回路５１の出力がスイッチング手段６０のオンオフにより昇圧される。

つまり、昇圧コンバータ回路５２では、スイッチング手段６０のオンにより、リアクタ５８の出力側の電路が短絡してリアクタ５８に整流回路５１から直流電流が流入し、エネルギーがリアクタ５８に蓄えられる。

その後、スイッチング手段６０がオフすると、リアクタ５８に誘起電圧が発生し、コンデンサ５３が前記誘起電圧と整流回路５１の出力との和電圧により充電され、コンデンサ５３の端子間には、整流回路５１の出力より高い電圧が発生する。

このタイプの昇圧コンバータ回路５２を有する電圧変換回路５０では、スイッチング手
段６０のオン期間とオフ期間の時間比を調整することにより、交流電源からの入力電流がその波形が正弦波状になるよう制御され、力率を改善することができ、さらに、上記時間比の調整により該入力電流の大きさ（絶対値）を制御して、出力される直流電圧のレベル制御を行うことができる。
特許第３３０８９９３号公報

しかしながら、図３に示す従来の電圧変換回路５０は、例えばモータ駆動制御装置を構成するものであり、昇圧コンバータ回路５２を構成するリアクタ５８の容量と、昇圧コンバータ回路５２の出力により充電されるコンデンサ５３の容量とが、スイッチング手段６０のスイッチング周波数によって決定される。

つまり、リアクタ５８の容量を小さくするためには、入力側に現れる高調波電流が抑えられるようスイッチング周波数を上げる必要がある。また、コンデンサ５３の容量を減少させるとコンデンサ５３に充電される電圧のリップルが大きくなることから、そのリップルを小さくするためにはスイッチング周波数を高くする必要がある。

電圧変換回路５０での効率や高周波スイッチング素子のコストなどから、昇圧コンバータ回路５２でのスイッチング周波数を高くするにも限界があり、そのためリアクタ５８とコンデンサ５３の容量は一定以上小さくすることができない。

このように、従来の電圧変換回路５０のような回路構成では、スイッチング手段を用いて入力電圧を昇圧するので、回路構成が複雑で部品点数が多く、価格を下げる為に回路を構成するコンデンサやリアクタの容量を一定以上減少させることができないため、価格が高くなる問題があった。

さらに、スイッチング手段を高速で動作させる必要があり、スイッチング手段での損失が大きくなるという課題があった。

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、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、効率の高いモータ駆動制御装置を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のモータ駆動制御装置は、交流電源の第１の入力端に、第１のダイオードのアノードを接続し、第１のダイオードのカソードに第２のダイオードのアノードを接続し、第２のダイオードのカソードに第３のダイオードのアノードを接続し第３のダイオードのカソードを出力とする第１のダイオード直列回路と、交流電源の第２の入力端に、第４のダイオードのアノードを接続し、第４のダイオードのカソードに第５のダイオードのアノードを接続し、第５のダイオードのカソードに第６のダイオードのアノードを接続し第６のダイオードのカソードを出力とする第２のダイオード直列回路と、交流電源の第１の入力端と第２のダイオードのカソード間に接続された第１のコンデンサと、交流電源の第２の入力端と第５のダイオードのカソード間に接続された第２のコンデンサと、第４のダイオードのカソードと第１のダイオードのカソード間に接続された第３のコンデンサと、交流電源の第１の入力端に、カソードを接続した第７のダイオードと、交流電源の第２の入力端に、カソードを接続した第８のダイオードを備え、第１のダイオード直列回路の出力と第２のダイオード直列回路の出力を接続された点を正側出力端とし、第７のダイオードのアノードと第８のダイオードのアノードを接続された点を負側出力端とする整流回路を備え、整流回路の正側出力端と負側出力端に接続されたモータを駆動するインバータ回路とを備えたものである。

本発明のモータ駆動制御装置によれば、高速で動作させるスイッチング手段を用いることなく、入力電圧を昇圧でき、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、効率の高いモータ駆動制御装置を得ることができる。さらに、回路構成が簡単で部品点数が少なくモータ駆動制御装置の低価格化を図ることができる。

第１の発明は、交流電源の第１の入力端に、第１のダイオードのアノードを接続し、第１のダイオードのカソードに第２のダイオードのアノードを接続し、第２のダイオードのカソードに第３のダイオードのアノードを接続し第３のダイオードのカソードを出力とする第１のダイオード直列回路と、交流電源の第２の入力端に、第４のダイオードのアノードを接続し、第４のダイオードのカソードに第５のダイオードのアノードを接続し、第５のダイオードのカソードに第６のダイオードのアノードを接続し第６のダイオードのカソードを出力とする第２のダイオード直列回路と、交流電源の第１の入力端と第２のダイオードのカソード間に接続された第１のコンデンサと、交流電源の第２の入力端と第５のダイオードのカソード間に接続された第２のコンデンサと、第４のダイオードのカソードと第１のダイオードのカソード間に接続された第３のコンデンサと、交流電源の第１の入力端に、カソードを接続した第７のダイオードと、交流電源の第２の入力端に、カソードを接続した第８のダイオードを備え、第１のダイオード直列回路の出力と第２のダイオード直列回路の出力を接続された点を正側出力端とし、第７のダイオードのアノードと第８のダイオードのアノードを接続された点を負側出力端とする整流回路を備え、整流回路の正側出力端と負側出力端に接続されたモータを駆動するインバータ回路とを備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置である。

これによって、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、効率の高いモータ駆動制御装置の低価格化を図ることができる。

第２の発明は、第１の発明において、交流電源と整流回路の間にリアクトルを有するモータ駆動制御装置である。

これによって、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、効率の高いモータ駆動制御装置の低価格化を図ることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、第１のコンデンサと第２のコンデンサは、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサで構成することを特徴とするモータ駆動制御装置である。

これによって、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、効率の高いモータ駆動制御装置の低価格化を図ることができる。

第４の発明は、交流電源を入力とする圧縮機であって、モータと、前記モータを駆動するモータ駆動制御装置とを備え、前記モータ駆動制御装置は、第１から第３の発明のいずれか１つのモータ駆動制御装置であることを特徴とする圧縮機である。

これによって、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、効率の高い圧縮機の低価格化を図ることができる。

第５の発明は、交流電源を入力とする、圧縮機を備えた冷蔵庫であって、前記圧縮機のモータを駆動するモータ駆動制御装置を備え、前記モータ駆動制御装置は、第１から第３
の発明のいずれか１つのモータ駆動制御装置であることを特徴とする冷蔵庫である。

これによって、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、効率の高い冷蔵庫の低価格化を図ることができる。

第６の発明は、交流電源を入力とする、圧縮機を備えた空気調和機であって、前記圧縮機のモータを駆動するモータ駆動制御装置を備え、前記モータ駆動制御装置は、第１から第３のいずれか１つのモータ駆動制御装置であることを特徴とする空気調和機である。

これによって、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、効率の高い空気調和機の低価格化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１であるモータ駆動制御装置を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１による動作を示す図である。

この実施の形態のモータ駆動制御装置１は、交流電源２と、前記交流電源２を入力とする整流回路３は前記交流電源２を入力とし整流回路３の第１の入力端ｃ１及び第２の入力端ｃ２は、交流電源２の出力端子ａ１及びａ２に接続されている。

さらに、前記交流電源２の出力端子ａ１と整流回路３の第１の入力端ｃ１間にリアクトル２０を有している。

整流回路３は、交流電源２の第１の入力端ｃ１に、第１のダイオード４のアノードを接続し、第１のダイオード４のカソードに第２のダイオード５のアノードを接続し、第２のダイオード５のカソードに第３のダイオード６のアノードを接続し第３のダイオード６のカソードを出力とする第１のダイオード直列回路７と、交流電源２の第２の入力端ｃ２に、第４のダイオード８のアノードを接続し、第４のダイオード８のカソードに第５のダイオード９のアノードを接続し、第５のダイオード９のカソードに第６のダイオード１０のアノードを接続し第６のダイオード１０のカソードを出力とする第２のダイオード直列回路１１と、交流電源２の第１の入力端ｃ１と第２のダイオード５のカソード間に接続された第１のコンデンサ１２と、交流電源２の第２の入力端ｃ２と第５のダイオード９のカソード間に接続された第２のコンデンサ１３と、第４のダイオード８のカソードと第１のダイオード４のカソード間に接続された第３のコンデンサ１４と、交流電源２の第１の入力端ｃ１に、カソードを接続した第７のダイオード１５と、交流電源２の第２の入力端ｃ２に、カソードを接続した第８のダイオード１６を備え、第１のダイオード直列回路７の出力と第２のダイオード直列回路１１の出力を接続された点を正側出力端ｄ１とし、第７のダイオード１５のアノードと第８のダイオード１６のアノードを接続された点を負側出力端ｄ２として構成されている。

前記整流回路３の正側出力端ｄ１と負側出力端ｄ２に接続されたモータ１７を駆動するインバータ回路１８と、前記インバータ回路１８を介して前記モータ１７のモータ電流を制御することにより前記モータ１７の回転速度を制御する制御部１９を有している。

さらに、第１のコンデンサ１２と第２のコンデンサ１３は、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサで構成することができる。

整流回路３では、交流電源２から供給される交流電圧が、入力端ｃ１の電圧が入力端ｃ
２より高い場合、第１のダイオード４と第２のダイオード５により第１のコンデンサ１２が充電され、入力端ｃ２の電圧が入力端ｃ１より高い場合、第４のダイオード８と第５のダイオード９により第２のコンデンサ１３が充電されて、整流回路３の正側出力端ｄ１では、第１のダイオード直列回路７の出力と第２のダイオード直列回路１１の出力が和となり、整流回路３の出力は昇圧され高い電圧が発生する。

第４のダイオード８のカソードと第１のダイオード４のカソード間に接続された第３のコンデンサ１４は、交流電源に流れる電流の力率を向上する様に充放電動作する。

これにより、整流回路３は、昇圧動作を行うので、小容量のコンデンサで昇圧された高い電圧を得ることができる。

さらに、コンデンサに流れる電流を従来回路と比較して、低減することが出来、整流回路に流れる電流リップルも半減し、さらに、コンデンサにかかる電気的ストレスを低減できる。

以上のように、本発明にかかるモータ駆動制御装置は高速で動作させるスイッチング手段を用いることなく、入力電圧を昇圧率でき、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、回路構成が簡単で部品点数が少なくモータ駆動制御装置の低価格化を図ることができる極めて有用なものである。

本発明の実施の形態１によるモータ駆動制御装置を示す図 本発明の実施の形態１による動作を示す図 従来の電圧変換回路を示す図

符号の説明

１ モータ駆動制御装置
２ 交流電源
３ 整流回路
４，５，６ ダイオード
７ ダイオード直列回路
８，９，１０ ダイオード
１１ ダイオード直列回路
１２，１３ コンデンサ
１４ コンデンサ
１５，１６ ダイオード
１７ モータ
１８ インバータ回路
１９ 制御部
２０ リアクタ
５０ 電圧変換回路
５１ 整流回路
５２ 昇圧コンバータ回路
５３ 電解コンデンサ
５４，５５，５６，５７，５９ａ，５９ｂ ダイオード
５８ リアクタ
６０ ＩＧＢＴ

Claims (6)

1. 交流電源の第１の入力端に、第１のダイオードのアノードを接続し、第１のダイオードのカソードに第２のダイオードのアノードを接続し、第２のダイオードのカソードに第３のダイオードのアノードを接続し第３のダイオードのカソードを出力とする第１のダイオード直列回路と、交流電源の第２の入力端に、第４のダイオードのアノードを接続し、第４のダイオードのカソードに第５のダイオードのアノードを接続し、第５のダイオードのカソードに第６のダイオードのアノードを接続し第６のダイオードのカソードを出力とする第２のダイオード直列回路と、交流電源の第１の入力端と第２のダイオードのカソード間に接続された第１のコンデンサと、交流電源の第２の入力端と第５のダイオードのカソード間に接続された第２のコンデンサと、第４のダイオードのカソードと第１のダイオードのカソード間に接続された第３のコンデンサと、交流電源の第１の入力端に、カソードを接続した第７のダイオードと、交流電源の第２の入力端に、カソードを接続した第８のダイオードを備え、
   第１のダイオード直列回路の出力と第２のダイオード直列回路の出力を接続された点を正側出力端とし、第７のダイオードのアノードと第８のダイオードのアノードを接続された点を負側出力端とする整流回路を備え、整流回路の正側出力端と負側出力端に接続されたモータを駆動するインバータ回路とを備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 交流電源と整流回路の間にリアクトルを有する請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 第１のコンデンサと第２のコンデンサは、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサで構成することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 交流電源を入力とする圧縮機であって、モータと、前記モータを駆動するモータ駆動制御装置とを備え、前記モータ駆動制御装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置であることを特徴とする圧縮機。
5. 交流電源を入力とする、圧縮機を備えた冷蔵庫であって、前記圧縮機のモータを駆動するモータ駆動制御装置を備え、前記モータ駆動制御装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置であることを特徴とする冷蔵庫。
6. 交流電源を入力とする、圧縮機を備えた空気調和機であって、前記圧縮機のモータを駆動するモータ駆動制御装置を備え、前記モータ駆動制御装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置であることを特徴とする空気調和機。