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電動機駆動装置 - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 電動機駆動装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−14075(P2007−14075A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−189423(P2005−189423)
出願日 平成17年6月29日(2005.6.29)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 木田 聡 / 岩山 善昭
要約 課題
ブラシレスモータの負荷範囲を最大限に確保しつつ、力率改善回路の温度過昇による破壊を防止すること。

解決手段
力率改善回路4の温度が一定値より高くなった場合に、スイッチ10を動作させ、発振器4eに接続される外付け回路の抵抗値が変動し、発振周波数を低下させる。これにより力率改善手段に用いられるIGBT4aのスイッチング回数が低下させることができ、スイッチング回数の低下による力率改善回路の温度上昇抑制の効果が得られる。従来では温度保護により停止させなければならない負荷領域においても、電動機の動作を継続させることが可能となる。
特許請求の範囲
【請求項1】
交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記直流電圧を指令値に応じて昇圧し、前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させるための力率改善手段と、前記力率改善手段による直流電圧を所望の大きさの交流電圧に変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段及びインバータ手段の出力を制御する制御手段とを備えた電動機駆動装置において、前記力率改善手段の外郭温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の温度に応じて開閉が可能なスイッチ素子と、前記スイッチ素子の開閉に応じて前記力率改善手段の発振周波数を変更可能な発振周波数変更手段を備え、前記力率改善手段の出力が一定値より高くなった場合に、前記スイッチ素子が動作することにより、前記力率改善手段の発振周波数を低下させることを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項2】
前記電動機駆動装置が空気調和機の室外機用であるとき、前記温度検出手段は室外機熱交換器の吸込み温度検出手段で代用することを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動装置。
【請求項3】
空気調和機の室外機に電流検出手段を備え、前記温度検出手段によるスイッチ素子の開閉は、室外熱交換器の吸込み温度検出手段の出力に加え、室外機の電流の大小による補正を加えることにより決定することを特徴とする請求項2に記載の電動機駆動装置。
【請求項4】
前記発振周波数変更手段は、複数のスイッチ素子を備えることを特徴とする請求項1〜3に記載の電動機駆動装置。
【請求項5】
前記発振周波数変更手段は、前記温度検出手段の出力に追従して出力が線形な特性を持つスイッチ素子を備えることを特徴とする請求項1〜4に記載の電動機駆動装置。
【請求項6】
前記力率改善手段は、前記温度検出手段の出力に対して目標直流電圧を可変とする手段を備え、前記温度検出手段の出力が一定値より高くなった場合に、目標直流電圧を低下させることを特徴とする請求項1〜5に記載の電動機駆動装置。
【請求項7】
前記力率改善手段は、前記温度検出手段の出力が一定値より高くなった場合に、目標直流電圧の低下と発振周波数の低下を同時に行うことを特徴とする請求項1〜6に記載の電動機駆動装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、空気調和機等に用いられる電動機の運転を制御する電動機駆動装置であって、特に、力率改善回路の直流電圧可変機能を用いた電動機駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
電動機駆動装置は、交流電源から入力した交流電圧を直流に変換する整流回路と、整流回路からの直流電圧を昇圧して力率を改善する力率改善回路と、力率改善回路で昇圧された直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサで平滑された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、力率改善回路を駆動する駆動回路と、インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記の各回路を制御する制御部で構成される。電動機駆動装置からの出力電圧はモータに供給され、その出力電圧の大きさ、周波数等に基づきモータの運転を制御する。力率改善回路は、出力電流の波形を交流電源と相似な波形に整形することによる力率改善機能と直流電圧が昇圧された状態で保持させる昇圧機能の2つの役割があり、電動機の負荷電流が大きいほど力率改善回路への負荷は増大する。力率改善回路には通常温度上昇を抑制するためにヒートシンクが用いられているが、ヒートシンクへの通風妨害が生じた場合や、雰囲気温度の異常な上昇が乗じた場合、力率改善回路の温度が過昇状態となり回路に用いられる素子の過熱破壊する可能性がある。
【0003】
従来、力率改善回路の過熱破壊を防止するための手段としては、ヒートシンク面に温度センサを備えることにより、力率改善回路の温度を検出し、過熱状態となった場合は保護停止させるという手段が用いられていた(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
図3は特許文献1に記載された従来の電動機駆動装置を示すものである。図3に示されるとおり、電動機駆動装置は交流電源1からの交流電圧を整流回路2で直流電圧に変換し、平滑コンデンサ7により直流電圧のリップル成分は削除される。そして平滑化された直流電圧はインバータ回路8に入力され、電動機9は駆動されている。また、整流回路2と平滑コンデンサ7間にIGBT4aとダイオード4bと制御部4cとヒートシンク4dによって構成される力率改善回路4が設けられている。ヒートシンク4dには温度センサ5が備えられ、温度センサ5の出力はマイクロコンピュータ6に入力され、力率改善回路4は、マイクロコンピュータ6から制御部4cへのON/OFF入力信号により、動作または停止する。力率改善回路4が動作中に過熱状態となり、マイクロコンピュータ6が検知する温度センサ5の出力が閾値以上となったとき、マイクロコンピュータ6から制御部4cの出力がOFF状態に切り替えることにより、力率改善回路の過熱破壊を防止している。
【特許文献1】特開2001−355895号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記従来の構成では、力率改善回路の温度が閾値を上回った場合に力率改善回路を停止させてしまうことによる電動機駆動装置の力率悪化や、直流電圧低下による性能悪化が生じてしまう課題を有していた。
【0006】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、力率改善回路の温度過昇による破壊を回避し、温度保護による電動機駆動装置の力率や性能悪化を最小限に抑制しながら電動機の動作を継続することによって実現される、電動機の動作可能な負荷範囲向上を図った駆動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】
【0007】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電動機駆動装置は、交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記直流電圧を指令値に応じて昇圧し、前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させるため力率改善手段と、前記力率改善手段による直流電圧を所望の大きさの交流電圧に変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段及びインバータ手段の出力を制御する制御手段と、前記力率改善手段の外郭温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の温度に応じて開閉が可能なスイッチ素子と、前記スイッチ素子の開閉に応じて前記力率改善手段の発振周波数を変更可能な発振周波数変更手段を備えたものである。
【0008】
前記力率改善手段の出力が一定値より高くなった場合に、前記スイッチ素子が動作することにより、前記力率改善手段の発振周波数を低下させ、前記力率改善手段の温度上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明の電動機駆動装置は、力率改善手段が過熱状態になったときに温度上昇を抑制しながらも動作を継続することにより、従来温度保護による停止しなければならない負荷領域においても、力率改善機能を維持しながら電動機の運転を継続することが可能となる。よって前記電動機が使用できる負荷範囲の拡大を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
第1の発明は、交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記直流電圧を指令値に応じて昇圧し、前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させるため力率改善手段と、前記力率改善手段による直流電圧を所望の大きさの交流電圧に変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段及びインバータ手段の出力を制御する制御手段とを備えた電動機駆動装置において、前記力率改善手段の外郭温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の温度に応じて開閉が可能なスイッチ素子と、前記スイッチ素子の開閉に応じて前記力率改善手段の発振周波数を変更可能な発振周波数変更手段を備え、
前記力率改善手段の出力が一定値より高くなった場合に、前記スイッチ素子が動作し、前記力率改善手段の発振周波数を低下させることにより、力率改善手段に用いられるスイッチ素子のスイッチング回数が低下させることができる。スイッチング回数の低下により力率改善手段の温度上昇が抑制され、従来では温度保護により停止させなければならない負荷領域においても、電動機の動作を継続させることが可能となる。
【0011】
第2の発明は、前記電動機駆動装置が空気調和機の室外機用であるとき、前記温度検出手段は室外機熱交換器の吸込み温度検出手段で代用して前記発振周波数変更手段を制御することにより、前記温度検出手段に用いるセンサ搭載に必要なコストを削減することが可能となる。
【0012】
第3の発明は、前記電動機駆動装置が空気調和機の室外機用であるとき、前記温度検出手段は室外機熱交換器の吸込み温度検出手段で代用し、室外機の電流検出手段を備え、前記温度検出手段によるスイッチ素子の開閉は、室外熱交換器の吸込み温度検出手段の出力に加え、電動機の電流の大小による補正を加えて決定することにより、雰囲気温度と負荷によって推定される力率改善手段の温度の検出精度を高めることが可能となる。
第4の発明は、前記発振周波数変更手段に複数のスイッチ素子を備えることにより、前記温度検出手段の出力に対し3つ以上の発振周波数に設定できる。これにより力率改善手段の温度抑制の制御性を向上させ、電動機の動作継続可能な負荷範囲の拡大を図ることが可能となる。
【0013】
第5の発明は、前記発振周波数変更手段に、前記温度検出手段の出力に追従して出力が線形な特性を持つスイッチ素子を備えることにより、前記温度検出手段の出力に対し線形な特性で発振周波数を設定可能となり、力率改善手段の温度抑制の制御性をさらに向上させ、電動機の動作継続可能な負荷範囲の拡大を図ることが可能となる。
【0014】
第6の発明は、力率改善手段に前記温度検出手段の出力に対して目標直流電圧を可変とする手段を備え、前記温度検出手段の出力が一定値より高くなった場合に、目標直流電圧を低下させることにより、前記力率改善手段に用いられるスイッチ素子のON時間が減少し発振周波数を低下させることとは別の手段として温度上昇を抑制することが可能となる。
【0015】
第7の発明は、前記力率改善手段が前記温度検出手段の出力が一定値より高くなった場合に、目標直流電圧の低下と発振周波数の低下を同時に行い、前記力率改善手段の温度上昇に対する抑制制御性を向上させ、電動機の動作継続可能な負荷範囲の拡大を図ることが可能となる。
【0016】
以下、本発明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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【0017】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施形態における空気調和機の室外圧縮機駆動装置を示すものである。図1において、圧縮機駆動装置は交流電源1からの交流電圧を整流回路2で直流電圧に変換し、平滑コンデンサ7により直流電圧のリップル成分は削除される。そして平滑化された直流電圧はインバータ回路8に入力され、圧縮機16は駆動されている。交流電源1には電流センサ14が直列接続されている。また、整流回路2と平滑コンデンサ7間にIGBT4aとダイオード4bと制御部4cとヒートシンク4dと発振器4eによって構成される力率改善回路4が設けられている。
【0018】
室外機の吸込口には室外機の雰囲気温度を計測するための吸込温センサ5が備えられ、吸込温センサ15の出力はマイクロコンピュータ6に入力される。発振器4eの発振周波数は、外付け回路の抵抗11とコンデンサ12によって決定される。また外付け回路には、スイッチ10と抵抗13が接続されている。以上のように構成された空気調和機の室外圧縮機駆動装置について、以下その動作、作用を説明する。
【0019】
圧縮機16の駆動は交流電源1から電流の供給により達成されるが、交流電源の電流センサ14の出力は、圧縮機の負荷に比例する。力率改善回路4は、圧縮機の負荷に応じて負荷が増大する。よって力率改善回路の温度は電流センサ14の出力に応じて上昇する。また、室外機の雰囲気温度にも比例する。したがって力率改善回路4の温度は、図2に示されるように雰囲気温度と電流に対して比例関係となり、吸込温センサ15と電流センサ14の出力からマイクロコンピュータ6内で推定することが可能となる。
【0020】
マイクロコンピュータ6で推定される力率改善回路4の温度が一定値より高くなった場合に、スイッチ10を動作させ、発振器4eに接続される外付け回路の抵抗値が変化し、発振周波数を低下させる。これにより力率改善手段に用いられるIGBT4aのスイッチング回数を減少させることができ、スイッチング回数の減少による力率改善回路の温度上昇抑制の効果が得られる。従来では温度保護により停止させなければならない負荷領域においても、電動機の動作を継続させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【0021】
以上のように、本発明にかかる電動機駆動装置は、雰囲気温度が高い場合や高負荷状態
における運転可能な負荷領域を拡大できることから、燃料電池に代表される直流を電源とし、温度上昇が課題となることが想定される電気自動車等におけるブラシレスモータ駆動の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】、本発明の実施の形態における空気調和機の室外圧縮機駆動装置のブロック図
【図2】力率改善回路温度と雰囲気温度、電流負荷の関係図
【図3】特許文献1に記載された従来の電動機駆動装置のブロック図
【符号の説明】
【0023】
1 交流電源
2 整流回路
3 リアクタ
4 力率改善回路
4a IGBT
4b ダイオード
4c 制御器
4d ヒートシンク
4e 発振器
5 温度センサ
6 マイクロコンピュータ
7 平滑コンデンサ
8 インバータ回路
9 電動機
10 スイッチ
11 発振周波数設定用抵抗
12 発振周波数設定用コンデンサ
13 温度上昇抑制用抵抗
14 電流センサ
15 室外機吸込温センサ
16 圧縮機




 

 


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