JP2015201932A - 単相誘導電動機の制御装置、及びこれを用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】単相誘導電動機の制御装置において、商用電源による運転からインバータによる運転への切替を、電動機をいったん停止させることなく、かつ安全に行う。
【解決手段】主巻線７および補助巻線８に、商用電源周波数以下の周波数でかつ、概略９０度の位相差を有する交流電圧を印加するインバータ５と、商用電源１および主巻線７と合わせて閉回路を形成するように接続された第１の開閉部（ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ）と、商用電源１および補助巻線８と合わせて閉回路を形成するように、互いに直列に接続された第２の開閉部（ＳＷ２）とを備えて、前記開閉部をともにオン、インバータ５をオフ状態として、商用電源１により単相誘導電動機９を駆動する第１の駆動モードから、前記開閉部をともにオフとし、インバータ５によって単相誘導電動機９を駆動する第２の駆動モードに切り替える際、前記開閉部の接点がオン状態である間、インバータ５をオフ状態に保つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータと商用電源とを切り替えて誘導電動機を駆動する制御装置、及びこれを用いた空気調和機に関するものである。

従来、インバータと商用電源とを択一的に切り替えて誘導電動機を運転する誘導電動機の制御装置として、商用電源に接続されたインバータ、進相コンデンサ、誘導電動機と、それらの間の接続を切り替える複数の接点とによって構成された制御装置において、誘導電動機のフリーラン時の回生電力を検出する検出手段と、回生電力が検出されている間はインバータによる運転を禁止する切替禁止手段（回生電力検出回路）と、インバータによる運転停止後であって商用電源による運転の開始前から、商用電源による運転停止後であってインバータによる運転開始前までの間に誘導電動機に進相コンデンサを接続するコンデンサ接続手段を具備する制御装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

図６は、特許文献１に記載された従来の誘導電動機の制御装置の構成を示すものである。

図６に示された従来の制御装置１０１は、商用電源１に接続され、誘導電動機Ｍに給電するものであって、商用電源１により給電されるインバータ１０２を備えている。制御装置１０１において、商用電源１に接続される電源端子Ｙａには電磁接触器ＭＣのコイルおよび第１接点ｍ１１を介して出力端子Ｙｂが接続される。また、第１接点ｍ１１と出力端子Ｙｂとの接続点にはコンデンサ接続手段である第２接点ｍ２１を介して進相コンデンサ１０３が接続される。電磁接触器ＭＣのコイルと第１接点ｍ１１との接続点にはインバータの１次側が接続され、インバータの２次側は第３接点ｍ３１を介して出力端子Ｙｂに接続される。制御装置１０１の出力端子ＹｂにはサーマルリレーＴｈを介して誘導電動機Ｍが接続される。

また、図７は、特許文献１に記載された従来の誘導電動機の制御装置における各接点の制御タイミングを示す図である。

図７に示すように、制御装置１０１は、インバータ１０２にて誘導電動機Ｍを運転する際には、第１の接点ｍ１１および第２の接点ｍ２１はオフであり、第３の接点ｍ３１をオンにする。

次に、商用電源による誘導電動機Ｍの運転を行う際には、第３の接点ｍ３１をオフにした後、第２の接点ｍ２１をオンにして進相コンデンサ１０３が接続された後に、第１の接点ｍ１１をオンにする。

その後、再びインバータ１０２による運転に切り替える際には、まず第１接点ｍ１１をオフにして商用電源による運転を停止した後、フリーランによって回転を続ける誘導電動機Ｍの回生電力を回生電力検出回路（図示せず）で検出されなくなるまで待った後、第２接点ｍ２１をオフにして進相コンデンサ１０３を切り離し、一定時間の休止期間の後に、第３接点ｍ３１をオンにしてインバータによる運転を再開する。

特開平５−３００７８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の誘導電動機の制御装置において、商用電源による運転とインバータによる運転とを切り替えるための開閉部の接点（図６におけるｍ１１、ｍ２１、ｍ３１）の異常時やバウンス発生時の影響については述べられておらず、このような場合には、例えば、開閉部の接点が本来オフであるべきタイミングでオン状態となっているときに商用電源による運転からインバータによる運転に切り替わると、商用電源からの交流電圧がインバータを介して短絡状態となり、インバータに大電流が流れてしまうという課題がある。

さらに、上記従来の誘導電動機の制御装置を空気調和機の圧縮機等の駆動装置として用いた場合には、一般に、圧縮機を駆動する誘導電動機は、無通電状態になってからフリーラン状態が継続する期間が極めて短いため、商用電源による運転からインバータによる運転に切り替える際、回生電力が検出されなくなるまでインバータの運転を停止している間に圧縮機は停止してしまう。

空気調和機の圧縮機の運転をいったん停止させると、圧縮機の吸入圧力（低圧側）と吐出圧力（高圧側）との圧力差（高低圧差）が大きな状態で停止するために、次に圧縮機を再起動する際に要する電動機の負荷トルクが非常に大きくなる。その結果、電動機の始動トルク不足のために、圧縮機の高低圧差がある程度解消するまで待ってからでないと圧縮機を再起動できないなどの運転上の制約が生じてしまう。

以上のように、上記従来の誘導電動機の制御装置を空気調和機の圧縮機の駆動装置として用いる場合、商用電源をインバータ故障時のバックアップとして使用するような用途では特に問題は生じないが、空調負荷の大きさに応じて商用電源による運転とインバータによる運転を連続的に切り替えて使用するような用途では、運転切替時に圧縮機をいったん停止させてしまう従来の方法では、室内の温度変動を小さく抑えて温度むらの少ない空調制御を行うという本来のインバータエアコンのメリットが享受できなくなるという課題が生じる。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、商用電源による運転とインバータによる運転との切替を、誘導電動機を停止させることなく、かつ安全に行うことができる誘導電動機の制御装置およびこれを用いた空気調和機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の単相誘導電動機の制御装置は、商用電源からの交流電圧を直流に整流する整流回路の直流出力より電力供給を得て、単相誘導電動機の主巻線および補助巻線に、商用電源周波数よりも低い周波数でかつ、概略９０度の位相差を有する交流電圧を印加するインバータと、商用電源および前記主巻線と合わせて閉回路を形成するように接続された第１の開閉部と、第１の開閉部のオン時に、商用電源および前記補助巻線と合わせて閉回路を形成するように、互いに直列に接続された進相コンデンサおよび第２の開閉部とを備えて、第１の開閉部および第２の開閉部をともにオン状態とし、かつ、前記インバータをオフ状態として、商用電源により前記単相誘導電動機を回転制御する第１の駆動モード、または、第１の開閉部および第２の開閉部をともにオフ状態とし、前記インバータにより、前記単相誘導電動機を回転制御する第２の駆動モード、のいずれかの駆動モードを選択して、前記単相誘導電動機を回転制御する。

さらに、本発明の単相誘導電動機の制御装置は、第１の開閉部および第２の開閉部の接点の開閉状態を検出する開閉部接点検出部を備えて、第１の駆動モードから第２の駆動モ
ードに駆動モードを切り替える際、少なくともいずれか１つの前記開閉部の接点がオン状態であることが検出されている間は、前記インバータをオフ状態に保つ。

これによって、第１の駆動モード（商用電源による運転）から第２の駆動モード（インバータによる運転）に切り替える際、第１の開閉部または第２の開閉部の接点においてオフにならない接点異常や、オンとオフ状態を繰り返す接点バウンスが生じている期間にはインバータによる運転を開始しないため、商用電源からの交流電圧がインバータを構成するレグを介して短絡状態となるのを確実に回避することができる。

また、本単相誘導電動機の制御装置を備えて、単相誘導電動機によって空気調和機の圧縮機を駆動することで、第１の駆動モード（商用電源による運転）から第２の駆動モード（インバータによる運転）へのモード切替の際に生じる、単相誘導電動機への無通電期間を前記開閉部の接点バウンスの終了を確認できる程度の時間（およそ１０ｍｓ〜４０ｍｓ）以下に抑えることができるので、圧縮機をいったん停止することなく、安全かつ速やかに、商用電源による運転からインバータによる運転に切り替えることができる。

商用電源による運転からインバータによる運転に切り替える際、開閉部の接点がオン状態のままインバータ運転に移行することを防止することができるので、開閉部の接点異常や接点バウンス中にインバータによる運転を開始してしまい、商用電源からの交流電圧がインバータを経由して大きな短絡電流が流れてしまうという状況を確実に防止することができる。

さらに、本単相誘導電動機の制御装置を用いて空気調和機の圧縮機を駆動する場合に、定格運転時など誘導電動機を高速で駆動する時には商用運転を行い、軽負荷時など誘導電動機を低速で駆動する時にはインバータ運転に切り替えることで、誘導電動機の可変速制御に必要なインバータの容量を低く抑えることが可能となる。

本発明の実施の形態１における単相誘導電動機の制御装置の回路構成例を示す図 実施の形態１における開閉部接点状態検出部１３の具体的な回路構成の一例を示す図 実施の形態１における開閉部接点状態検出部１３に印加される電圧、出力信号および、制御部におけるインバータ５の出力許可判定結果に関するタイミングを示す図 実施の形態１における単相誘導電動機の制御装置の別の回路構成例を示す図 実施の形態２における単相誘導電動機の制御装置の回路構成例を示す図 従来の誘導電動機の制御装置の回路構成を示す図 従来の誘導電動機の制御装置における第１〜第３接点および誘導電動機の動作タイミングを示す図

第１の発明は、主巻線および補助巻線から成る固定子巻線を備えた単相誘導電動機と、商用電源からの交流電圧を直流に整流する整流回路と、前記整流回路の直流出力より電力供給を得て、単相誘導電動機の主巻線および補助巻線に、商用電源周波数よりも低い周波数で、かつ、互いに概略９０度の位相差を有する交流電圧を印加するインバータと、商用電源および前記主巻線と合わせて閉回路を形成するように接続された、少なくとも１個以上の開閉手段から成る第１の開閉部と、第１の開閉部のオン時に、商用電源および前記補助巻線と合わせて閉回路を形成するように、互いに直列に接続された進相コンデンサおよび第２の開閉部とを備え、第１の開閉部および第２の開閉部をともにオン状態とし、かつ
、前記インバータをオフ状態として、商用電源により前記単相誘導電動機を回転制御する第１の駆動モード、または、第１の開閉部および第２の開閉部をともにオフ状態とし、前記インバータにより、前記単相誘導電動機を回転制御する第２の駆動モード、のいずれかの駆動モードを選択して、前記単相誘導電動機を回転制御する制御装置であって、第１の開閉部および第２の開閉部の接点の開閉状態を検出する開閉部接点検出部を備えて、第１の駆動モードから第２の駆動モードに駆動モードを切り替える際、少なくともいずれか１つの前記開閉部の接点がオン状態であることが検出されている間は、前記インバータをオフ状態に保つことにより、第１の開閉部または第２の開閉部の接点がオフ状態にならない接点異常や、オンとオフ状態を繰り返す接点バウンス中にはインバータによる駆動を開始しないため、商用電源からの交流電圧がインバータを介して短絡状態となるのを確実に回避することができる。

また、第１の駆動モードから第２の駆動モードへのモード切替の際における単相誘導電動機への無通電期間を第１および第２の開閉部における接点バウンスの終了を確認できる程度の時間（およそ１０ｍｓ〜４０ｍｓ）以下に抑えることができるので、安全かつ速やかに、商用電源による運転からインバータによる運転に切り替えることができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、主巻線の一端と補助巻線の一端とが接続され、主巻線と補助巻線の接続部と、主巻線の他端と、補助巻線の他端とにそれぞれ、３つのレグで構成されたインバータの各出力端が接続されるものであり、インバータをＨブリッジで構成する場合に比べて、インバータの構成に必要なレグ数が少なく、安価な構成とすることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明における整流回路を、倍電圧整流回路とし、主巻線と補助巻線の接続部と、倍電圧整流回路の中点電位部とが常に接続するもので、第２の発明よりも少ないレグ数でインバータを構成できるため、さらに安価な構成とすることができ、インバータによって単相誘導電動機へ供給できる交流電圧の大きさもより大きくできるので、第２の駆動モードで運転可能な単相誘導電動機の最大周波数を高くすることが可能である。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の単相誘導電動機の制御装置を備えて、単相誘導電動機によって圧縮機を駆動するものであり、定格運転時など比較的高速運転時には、第１の駆動モードにてインバータを用いずに商用電源にて圧縮機を駆動し、軽負荷時にのみインバータにて圧縮機を駆動することができるので、圧縮機を可変速するにあたり、従来のインバータエアコンのように定格周波数以上の負荷に対応するだけのインバータ容量を必要としないことから、従来のインバータエアコンに比べてインバータ容量を小さく抑えることができ、安価な構成とすることが可能となる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における単相誘導電動機の制御装置の構成を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態における制御装置は、単相の商用電源１からの交流電圧を直流に整流するためにリアクトル２を介して商用電源１に接続された整流回路３と、整流回路３の出力端に接続された平滑コンデンサ４と、整流回路３の出力端に接続された電圧型のインバータ５を備える。

インバータ５は、３つのレグ（第１のレグ６ａ，第２のレグ６ｂ，第３のレグ６ｃ）から成り、互いに電気的に約９０度の関係に配置された主巻線７および補助巻線８を固定子巻線として有する単相誘導電動機９を負荷として備える。

インバータ５の各レグ（６ａ，６ｂ，６ｃ）は、それぞれ直列に接続された２個のスイッチング素子から成る上下アームで構成されており、インバータ５の各レグの駆動信号を生成する制御部１０と、制御部１０からの駆動信号を受けてインバータ５の各レグの上下アームスイッチをオン・オフするドライバ回路１１を備える。

さらに、本実施の形態の単相誘導電動機の制御装置は、商用電源１及び主巻線７と合わせて閉回路（商用電源１−第１の開閉手段ＳＷ１ａ−主巻線７−第２の開閉手段ＳＷ１ｂ−商用電源１）を形成するように、商用電源１の両ラインと主巻線７の両端間に各々接続された第１の開閉部（第１の開閉手段ＳＷ１ａ及び第２の開閉手段ＳＷ１ｂ）を備えるとともに、商用電源１、補助巻線８及び第１の開閉部（ＳＷ１ａ）と合わせて閉回路（商用電源１−第１の開閉手段ＳＷ１ａ−補助巻線８−進相コンデンサ１２−第３の開閉手段ＳＷ２−商用電源１）を形成するように、進相コンデンサ１２と直列に接続された第２の開閉部（第３の開閉手段ＳＷ２）を備える。

第１の開閉部（ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ）および第２の開閉部（ＳＷ２）には、それぞれ開閉部の接点の開閉状態を検出する接点状態検出部（接点状態検出部１３ａ、接点状態検出部１３ｂ、接点状態検出部１３ｃ）が設けられ、制御部１０は、接点状態検出部（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）からの検出信号を元に開閉部の接点状態を判断する。

本発明の単相誘導電動機の制御装置は、負荷である単相誘導電動機９の駆動モードとして、以下の２つのモードを有する。駆動モードの選択方法については、制御装置の使用者が外部より駆動モードを指示してもよいし、何らかの負荷条件の変化を元に制御部１０等によって自動的に駆動モードを選択しても構わない。

第１の駆動モードは、単相誘導電動機９を商用電源１によって駆動するモードであり、第１の開閉部（ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ）および第２の開閉部（ＳＷ２）を全てオン状態に制御することで、主巻線７には商用電源１からの交流電圧を印加するとともに、補助巻線８には、商用電源１からの交流電圧が進相コンデンサ１２を介して印加されることで、主巻線７に対して電気的に約９０度進んだ位相の電流を流して、いわゆるコンデンサランモータとして単相誘導電動機９を駆動する。

第２の駆動モードは、単相誘導電動機９をインバータ５によって駆動するモードであり、第１の開閉部（ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ）および第２の開閉部（ＳＷ２）を全てオフ状態に制御した後、制御部１０よりインバータ５の各レグ（６ａ、６ｂ、６ｃ）の駆動信号を生成し、ドライバ回路１１を介してインバータ５の各レグ（６ａ、６ｂ、６ｃ）中の上下アームをオン・オフ駆動することによって、単相誘導電動機９を回転制御する。

単相誘導電動機９の主巻線７および補助巻線８は、単相誘導電動機９の内部または外部において、互いの一端が電気的に接続されており、両巻線の接続点と、主巻線７の他端、補助巻線の他端に、インバータ５の各レグ（６ａ，６ｂ，６ｃ）の出力端がそれぞれ接続される。

インバータ５は、整流回路３から直流電力供給を得て、前記単相誘導電動機９の主巻線７および補助巻線８に、商用電源１の電源周波数よりも低い周波数で、かつ、互いに概略９０度の位相差を有する交流電圧を印加する、いわゆる二相インバータ運転を行う。

インバータ５の制御方法については、Ｖ／ｆ制御等によって、主巻線７および補助巻線８に印加する交流電圧の大きさを、両巻線から作られる磁束の大きさが概略等しくなるように、およそ巻線のターン数比となるような関係を保ちながら、かつインバータ５の駆動周波数に概略比例させて大きく制御してもよいし、また、主巻線７および補助巻線８の電流を検出してベクトル制御を行うなどのより高度な制御を行ってもよい。

以下に、Ｖ／ｆ制御を行う場合の例として、インバータ５の各レグ（６ａ，６ｂ，６ｃ）への出力電圧パターンの一例を示す。なお、実際の各レグへの出力電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）に応じたＰＷＭ制御のデューティ調整によって制御されることは言うまでもない。

レグ（６ａ）の出力電位＝ Ｖｄｃ／２
レグ（６ｂ）の出力電位＝ Ｖｄｃ／２＋√２Ｖｍ・ｓｉｎωｔ
レグ（６ｃ）の出力電位＝ Ｖｄｃ／２＋√２Ｖａ・ｃｏｓωｔ
ただし、Ｖｍ：主巻線への印加電圧（実効値）、Ｖａ：補助巻線への印加電圧（実効値）、ω：駆動各周波数（＝２π×駆動周波数）、ｔ：時刻

一般に、インバータ５を用いて単相誘導電動機９を第１の駆動モード（商用電源による運転）での動作周波数（ｆ１とする）と同一周波数にて駆動するためには、商用電源１の定格ＡＣ電圧のピーク相当の直流電圧が必要である。

そのため、インバータ５は、４個のレグを用いて各々２個のレグから成るＨブリッジを２系統構成し、主巻線７および補助巻線８それぞれに概略９０度位相の異なる交流電圧を印加することが必須となるが、第２の駆動モード（インバータ５による駆動）時の運転最大周波数（ｆｍａｘ）を上記周波数よりも低く抑えて（ｆｍａｘ＜ｆ１）、第２の駆動モード時の運転最大周波数（ｆｍａｘ）から第１の駆動モード時の運転周波数（ｆ１）の間の運転周波数を使用しないことによって、単相誘導電動機９の駆動に要する直流電圧を低く抑えることで、図１のように、インバータ５を３つのレグ（６ａ、６ｂ、６ｃ）で構成することができる。

この際、インバータ５を構成する３つのレグ（６ａ，６ｂ，６ｃ）のうち、出力電位が最も低くなるレグ（相）の下アームをベタオンにして他のレグの出力電位を調整する、いわゆる「下貼り付けの」二相変調等の変調方式を採用すれば、同じ直流電圧条件において、主巻線７および補助巻線８に印加できる相電圧をより高くすることが可能である。

図２は、本発明の単相誘導電動機の制御装置における、開閉部接点状態検出部１３の具体的な回路構成の一例を示す図である。

図２では、開閉部（ＳＷ１ｂ）の検出手段のみ記載し、見やすくするために、開閉部（ＳＷ１ａおよびＳＷ２）に関連する回路部分の記述を省略している。

図２に示すように、開閉部の接点状態検出部１３は、フォトカプラＰＣ１と電流制限用の抵抗Ｒ１と、フォトカプラＰＣ１の２次側に接続された負荷抵抗Ｒ２とから構成され、商用電源１と接点状態を検出する開閉部（図２中では、ＳＷ１ｂ）との直列回路の両端間に電流制限用の抵抗Ｒ１を介してフォトカプラＰＣ１の１次側が接続されるとともに、フォトカプラＰＣ１の２次側が制御部１０に接続されており、制御部１０は、開閉部接点状態検出部１３からの検出信号によって、対応する開閉部の接点の開閉状態を判断し、インバータ５の出力許可判定を行う。

図３は、本発明の単相誘導電動機の制御装置における、開閉部接点状態検出部１３に印
加される電圧、出力信号および、制御部１０におけるインバータ５の出力許可判定結果のタイミングを示す図である。

図３（Ａ）に示すように、開閉部接点状態検出部１３の一次側に印加される電圧は、インバータ５がオフ状態のため、開閉部の接点がオン状態の場合、商用電源１からの交流電圧にほぼ等しく、接点がオフ状態の場合には、ゼロ（電位差なし）となる。

また、図３（Ｂ）に示すように、開閉部接点状態検出部１３の検出信号は、開閉部接点状態検出部１３の一次側に印加される電圧の絶対値が閾値電圧（図のＶｔｈ）以下の場合（図中のＰ０点など）にはＨ出力、それ以外の場合にはＬ出力となる。

図中の時刻ｔ１において、制御部１０は、第１の駆動モード（商用運転）から第２の駆動モード（インバータ運転）への移行要求を受けて、すべての開閉手段（ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ２）に対してオフ指示を出力し、開閉部を構成するリレーは少し遅れてオフする（図中のＰ１点）。

開閉部を構成するリレーにおいて、接点バウンスが発生した場合には、接点がいったんオフとなった時点（図中のＰ１点）において上述の検出電圧はいったんＨ出力となるが、接点が再度オンとなった時点（図中のＰ２点）で再びＬ出力となる。

図３（Ｃ）に示すように、制御部１０は、開閉部接点状態検出部１３からの検出信号がＬ出力の場合及び、Ｌ出力からＨ出力となった後、Ｈ出力が所定時間Ｔ１以上継続するまでの期間については、インバータ出力禁止と判定し、インバータ５をオフに保つ。時間Ｔ１は、開閉部を構成するリレー等のバウンス時間を考慮しておおよそ商用電源１の１／２〜２電源周期程度（バウンス時間と同等〜２倍程度で、およそ１０ｍｓ〜４０ｍｓ）に設定される。

その結果、開閉部（ＳＷ１ｂ他）を構成するリレーが完全にオフ状態になった時点（図中のＰ３）から時間Ｔ１経過した時点（時刻ｔ２）において、制御部１０は、インバータ出力許可と判定し、第２の駆動モードであるインバータ運転を開始する。

図中では簡単のために、１つの開閉部接点状態検出部１３のみ記載しているが、実際には全ての開閉部接点状態検出部（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）からの検出信号を確認して、１つでもインバータ出力禁止と判定される開閉部がある場合には、第２の駆動モードでの運転が選択されてもすぐにはインバータ５の駆動を開始せず、全ての開閉部接点状態検出部１３からの検出信号を元に制御部１０にてインバータ出力許可判定が得られてからインバータ５の駆動を開始する。

すなわち、本実施の形態の単相誘導電動機の制御装置は、商用電源１による第１の駆動モードからインバータ５による第２の駆動モードへ移行する際、インバータ５をオフに保ったまま、先に、第１の開閉部（ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ）及び第２の開閉部（ＳＷ２）をオフし、接点状態検出部１３からの出力信号がＬ出力からＨ出力になってから所定時間Ｔ１経過以上Ｈ出力状態を継続することを確認してからインバータ５への通電を開始する。

第１の開閉部および第２の開閉部をオンからオフにする際、誘導電動機からの回生電圧が平滑コンデンサ４の直流電圧よりも高い場合であっても、インバータ５内のダイオードを介して平滑コンデンサ４を充電する方向に電流が流れて単相誘導電動機９の巻線に蓄えられていたエネルギーを安全に吸収することができるため、商用電源１による第１の駆動モードからインバータ５による第２の駆動モードに切り替わる際に、開閉部に高い電圧が印加されるのを回避することができる。

また逆に、インバータ５による駆動モードから商用電源１による駆動モードに移行する際には、先にインバータ５をオフした後、第１の開閉部および第２の開閉部をオンすればよい。この際、インバータ５の駆動信号がすべてオフとなっている場合にのみ、第１および第２の開閉部（ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ２）のオンが可能となるように、インバータ５のオフ信号時にのみ第１の開閉部（ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ）および第２の開閉部（ＳＷ２）の駆動用の電源供給が可能となるような回路構成（図示せず）にすれば、さらに安全性が増してよい。

図４は、本実施の形態の単相誘導電動機の制御装置の別の回路構成を示す図である。

先に述べた図１の制御装置との違いは、第２の開閉部（ＳＷ２）の位置で、商用電源１と補助巻線８とを含む閉回路の経路に第１の開閉部（ＳＷ１ｂ）が加わった形となっているだけである。

第１の開閉部（ＳＷ１ｂ）と第２の開閉部（ＳＷ２）は、ほぼ同時にその開閉状態を制御されることから、作用については図１の構成の場合と同様であるため、説明を省略する。

また、本実施の形態の単相誘導電動機の制御装置を、空気調和機の圧縮機の駆動に用いれば、開閉部のバウンス時間程度のオフ期間をはさんで、商用電源による圧縮機駆動とインバータによる圧縮機駆動とを、圧縮機をいったん停止することなく安全に切り替えることができる。

なお、駆動モードの選択方法については、例えば、室温を検出する温度検出手段と、目標温度の設定手段とを備えて、設定された目標温度と前記温度検出手段によって検出された室温との差の大きさに基づいて、前記第１の駆動モードと第２の駆動モードのいずれかを選択する駆動モード選択部（図示せず）を有し、室温が目標温度から離れている場合には、第１の駆動モードを選択し、室温が目標温度に近づいた場合には、第２の駆動形態を選択するなどとすればよい。

また、インバータエアコンは、通常、定格周波数以上の負荷に対応するだけのインバータ容量を必要とするが、本発明のように、圧縮機を駆動する電動機として単相誘導電動機９を用い、定格運転付近の動作時には、第１および第２の開閉部をオンして商用電源１によって単相誘導電動機９の駆動を行い（第１の駆動モード）、室温が目標温度に近づいて安定した場合など空調負荷が軽い場合には、第１および第２の開閉部をオフしてインバータ５で圧縮機を駆動することができるので（第２の駆動モード）、従来のインバータエアコンに比べてインバータ容量を小さく抑えることができ、安価な構成とすることが可能となる。

なお、室内ユニットと室外ユニットとで構成されるセパレートタイプの空気調和機においては、室外ユニット内に設けられた圧縮機を駆動する単相誘導電動機９を制御するインバータ５を室内ユニット内に設けることで、インバータ５の制御装置であるマイコンや、切替手段を構成するリレー、及び、マイコン・リレー等を駆動する直流電源などを室内ユニット側の回路と共用化でき、室外ユニット側に新たに設ける必要がなくなることから、より安価な構成にすることが可能である。

（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態における単相誘導電動機の制御装置の回路構成を示す図である。

図６に示すように、本発明における単相誘導電動機の制御装置は、第１の実施の形態の回路構成における整流回路部がいわゆる倍電圧整流回路となっており、倍電圧コンデンサ４ａと４ｂの接続点（中点電位）が単相誘導電動機９の主巻線７と補助巻線８の接続部に接続されている。

２つのレグ（６ｂ、６ｃ）で構成されたインバータ５は、商用電源１の交流電圧の実効値をＶａｃとして、√２・Ｖａｃ近くの直流電圧によって駆動されるため、倍電圧コンデンサ（４ａ，４ｂ）の中点を基準として、主巻線７と補助巻線８に、それぞれ独立して、Ｖａｃ近くまでの交流電圧を印加することが可能となることから、第２の駆動モード（インバータ５による運転）で駆動できる最大周波数を第１の駆動モード（商用電源１による運転）時相当の周波数まで引き上げることが可能となる。

以上のように、本実施の形態の誘導電動機の制御装置は、倍電圧整流回路を用いて、その中点電圧を単相誘導電動機９の主巻線７と補助巻線８の接続部に接続することによって、インバータ５の構成を簡単にすることができるとともに、第２の駆動モードにおける単相誘導電動機９の駆動可能な上限周波数を、第１の駆動モード（商用電源１による運転）時の駆動周波数まで拡大することができる。

以上のように、本発明にかかる単相誘導電動機の制御装置は、簡単な構成にて小容量のインバータを用いて負荷を駆動する誘導電動機の可変速制御を実現するものであり、空気調和機やヒートポンプ給湯機、冷蔵庫、洗濯機など、単相交流電源によって電力供給される電化製品への用途に適用できる。

１ 商用電源
２ リアクトル
３ 整流回路
５ インバータ
６ａ 第１のレグ
６ｂ 第２のレグ
６ｃ 第３のレグ
７ 主巻線
８ 補助巻線
９ 単相誘導電動機
１０ 制御部
１２ 進相コンデンサ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 接点状態検出部
Ｒ１ 電流制限用の抵抗
Ｒ２ 負荷抵抗
ＳＷ１ａ 第１の開閉手段
ＳＷ１ｂ 第２の開閉手段
ＳＷ２ 第３の開閉手段

Claims (4)

1. 主巻線および補助巻線から成る固定子巻線を備えた単相誘導電動機と、
   商用電源からの交流電圧を直流に整流する整流回路と、
   前記整流回路の直流出力より電力供給を得て、前記単相誘導電動機の主巻線および補助巻線に、商用電源周波数よりも低い周波数で、かつ、互いに概略９０度の位相差を有する交流電圧を印加するインバータと、
   商用電源および前記主巻線と合わせて閉回路を形成するように接続された、少なくとも１個以上の開閉手段から成る第１の開閉部と、
   前記第１の開閉部のオン時に、商用電源および前記補助巻線と合わせて閉回路を形成するように、互いに直列に接続された進相コンデンサおよび第２の開閉部とを備え、
   前記第１の開閉部および前記第２の開閉部をともにオン状態とし、かつ、前記インバータをオフ状態として、商用電源により前記単相誘導電動機を回転制御する第１の駆動モード、または、
   前記第１の開閉部および前記第２の開閉部をともにオフ状態とし、前記インバータにより、前記単相誘導電動機を回転制御する第２の駆動モード、のいずれかの駆動モードを選択して、前記単相誘導電動機を回転制御する単相誘導電動機の制御装置であって、
   前記第１の開閉部および前記第２の開閉部の接点の開閉状態を検出する開閉部接点検出部を備えて、前記第１の駆動モードから前記第２の駆動モードに駆動モードを切り替える際、前記第１の開閉部の接点と前記第２の開閉部の接点の少なくともいずれか１つがオン状態であることが検出されている間は、前記インバータをオフ状態に保つことを特徴とする単相誘導電動機の制御装置。
2. 前記主巻線と前記補助巻線は、互いにその一端が接続されており、
   前記インバータは、３レグで構成されて、前記主巻線と前記補助巻線の接続部と、主巻線の他端と、補助巻線の他端とに、前記インバータの出力端がそれぞれ接続されることを特徴とする請求項１に記載の単相誘導電動機の制御装置。
3. 前記整流回路は、倍電圧整流回路であって、前記主巻線と前記補助巻線の接続部と、倍電圧整流回路の中点電位部とが常に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の単相誘導電動機の制御装置。
4. 前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の単相誘導電動機の制御装置を具備し、単相誘導電動機によって圧縮機を駆動することを特徴とする空気調和機。