JP3676737B2 - モータ駆動装置及び送風機及び圧縮機及び冷凍空調装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高圧の直流電源から駆動される直流ブラシレスモータの駆動装置、それを用いた送風機と圧縮機、これらの送風機と圧縮機を用いた冷凍空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、例えば特表平１１−５１００００号公報に示された従来の低損失、低ノイズの電力変換回路における一相分の回路図である。図において、１０１は直流電源で、１０２は直流電源１０１のプラス電極、１０３は直流電源１０１のマイナス電極、１０４は変換回路に接続される負荷、１０５及び１０６はスイッチ動作をする絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いたスイッチである。１０７及び１０８はスイッチ１０５、１０６がオフの時に負荷１０４の端子電圧が跳ね上がるのを防止するフリーホイルダイオード（ＦＲＤ）で、炭化シリコン（ＳｉＣ）ダイオードが用いられている。
【０００３】
次に、動作を説明する。図７でスイッチ１０５、１０６を用いることで負荷１０４の一端を直流電圧の正負の電圧とすることができる。スイッチ１０５、１０６の開閉時間を変化させることで負荷１０４に印加する電圧を可変し、交流電圧を発生し負荷１０４を駆動する。負荷１０４への交流電圧の印加は、通常スイッチ１０５、１０６を一定のキャリア周期内に一回スイッチのオン／オフを行うパルス幅変調（ＰＷＭ）を行う事で実現される。
【０００４】
負荷１０４が誘導性負荷の場合、負荷１０４に電流が流れているタイミングでスイッチ１０５、１０６の双方がオフとなった場合、ダイオード１０７、１０８がオンし負荷１０４に電流が流れ続けることにより、負荷１０４の端子電圧の跳ね上がりにより端子電圧が電源電圧以上となりスイッチ素子に過電圧が印加され破壊しないようになっている。
【０００５】
しかしながらスイッチ１０５、１０６がオフになっており、ダイオード１０７、１０８に電流が流れている状態からまたスイッチ１０５、１０６がオンした時、ダイオード１０７、１０８が順バイアスから急に逆バイアスされる動作が発生する。この従来の電力変換回路では、ダイオード１０７、１０８に炭化シリコンダイオードを用いているので、その時ダイオード１０７、１０８に蓄積された電荷が抜けることで発生するリカバリー電流をシリコンＦＲＤより少なくすることができる。そのためスイッチ素子のオン動作中にスイッチ素子に流れるリカバリー電流が少なく損失を少くでき、低損失の電力変換回路が得られる。また非常に時間当たりの電流変化の大きなリカバリー電流による電磁ノイズもシリコンＦＲＤを用いた場合に比べ小さくなるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力変換回路は以上のように構成され、シリコンＦＲＤに比べ非常に高価な炭化シリコンＦＲＤを上下段双方に用いている。さらに高速で低スイッチ損失ではあるが、接合トランジスタに比べ高価なＩＧＢＴを上下段双方に用いている。また上側のＩＧＢＴは電圧駆動型の素子で下側ＩＧＢＴのエミッタに対し高電位となるため、駆動の為に上下別の電源を設ける必要があり駆動のための電源回路が必要となる。電源回路を備えるためには、回路スペース及びコストをアップさせる。そのため低損失、低ノイズではあるが、全体の回路のコストが著しく高価となり、低コストを求められる低容量のインバータ回路や、モータが誘導電動機に比べ高価でその分、駆動回路に低コスト化が求められるＤＣＢＬＭ（直流ブラシレスモータ）の駆動回路には適していないという問題点があった。上下スイッチ駆動のため別電源が必要なため実装面積が必要で、電力変換回路が大きくなるという問題点もあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、安価で変換効率が高く、小型で、低騒音で、電磁ノイズの小さなモータ駆動装置及びそのモータ駆動装置を用いた送風機及び圧縮機及びそれらを用いた冷凍空調装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモータ駆動装置は、スイッチ素子を直列に接続した上下アームを直流電源に対して複数個並列に接続し、前記スイッチ素子の直列接続点から交流電力を出力するインバータ回路を用いたモータ駆動装置において、上側スイッチ素子にＰＮＰ形の接合トランジスタを用い、接合トランジスタのエミッタを直流電源の正極側に接続し、接合トランジスタのコレクタに接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを介して炭化シリコンを原料とするＳｉＣ−ＳＢＤのアノードを接続し、接合トランジスタのエミッタにＳｉＣ−ＳＢＤのカソードを接続し、下側スイッチ素子のみをパルス幅変調駆動し、下側スイッチ素子にＭＯＳＦＥＴを用いたことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、スイッチ素子を直列に接続した上下アームを直流電源に対して複数個並列に接続し、前記スイッチ素子の直列接続点から交流電力を出力するインバータ回路を用いたモータ駆動装置において、上側スイッチ素子にＰＮＰ形の接合トランジスタを用い、接合トランジスタのエミッタを直流電源の正極側に接続し、接合トランジスタのコレクタに接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを介して炭化シリコンを原料とするＳｉＣ−ＳＢＤのアノードを接続し、接合トランジスタのエミッタにＳｉＣ−ＳＢＤのカソードを接続し、下側スイッチ素子のみをパルス幅変調駆動し、下側スイッチ素子にＩＧＢＴを用い、下側フライホールダイオードにシリコンダイオード用いたことを特徴とする。
【００１２】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、ＰＷＭのキャリア周波数を非可聴周波数とすることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、主回路のスイッチ素子の駆動を一つの低圧直流電源で行うことを特徴とする。
【００１４】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、同期電動機を駆動することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る送風機は、請求項１乃至７の何れかに記載のモータ駆動装置によりモータが駆動されることを特徴とする。
【００１６】
この発明に係る圧縮機は、請求項１乃至７の何れかに記載のモータ駆動装置によりモータが駆動されることを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る冷凍空調装置は、請求項８に記載の送風機、又は請求項９記載の圧縮機を用いたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜５は実施の形態１を示す図で、図１はモータ駆動装置の主回路一相分の回路図、図２はモータ駆動装置の負荷の回路並びに全体構成を示す図、図３はモータ駆動装置の接合トランジスタ及びＭＯＳＦＥＴのスイッチ動作及び送風機モータ相電圧を示すタイミング図、図４は送風機及びその駆動装置を用いた空気調和機の室外機の構造を示す図、図５は制御手段の詳細及び主回路一相分を示す回路図である。
【００１９】
図１において、４は直流電源、５は同期モータ等の誘導性負荷、２１は上側スイッチ素子であるシリコンを用いた接合トランジスタで、１１は接合トランジスタ２１のベースエミッタ間に接続された抵抗、２２は下側スイッチ素子であるシリコンを用いたＭＯＳＦＥＴ、３３は炭化シリコンを用いた炭化シリコンショットキーバリアダイオード（ＳｉＣ−ＳＢＤ）である。
【００２０】
図１において、直流電源４の正極は接合トランジスタ２１のエミッタ及びＳｉＣ−ＳＢＤ３３のカソード側に接続される。また接合トランジスタ２１のコレクタ及びＳｉＣ−ＳＢＤ３３ののアノードは誘導性負荷５及びＭＯＳＦＥＴ２２のドレインに接続される。ＭＯＳＦＥＴ２２は同じシリコンチップ内に並列に寄生ダイオードを持っている。またＭＯＳＦＥＴ２２のソースは直流電源４の負極側に接続される。
【００２１】
図２はモータ駆動装置の負荷の回路並びに全体構成を示す図であり、誘導性負荷として、冷媒回路を用いた空気調和機の送風機駆動用の同期電動機が接続されている。図２において、２１〜２６は直流電圧をスイッチングして交流電圧発生するためのインバータのスイッチで、２１、２３、２５はシリコンを用いた接合トランジスタ、２２、２４、２６はＭＯＳＦＥＴである。
【００２２】
３６〜３８は接合トランジスタ２１、２３、２５のベースエミッタ間に接続された抵抗である。３３〜３５は負荷から直流電源側に電流が流れている状態で、ＭＯＳＦＥＴ２２、２４、２６がオフした時に、順バイアスされ後述の送風機用同期電動機２７の回生及び還流電流を流すＳｉＣ−ＳＢＤである。
【００２３】
３０〜３２は接合トランジスタ２１、２３、２５のオフ時に逆バイアスされ、コレクタベース間が順バイアスされ、コレクタからベース、ベースからベースエミッタ間の抵抗３６〜３８を抜ける電流を阻止するダイオードである。
【００２４】
２９は接合トランジスタ２１、２３、２５及びＭＯＳＦＥＴ２２、２４、２６のスイッチング時、直流電源装置と負荷間のインダクタンスによる直流母線ＰＮ間の急峻な電圧変動を吸収するスナバコンデンサである。
【００２５】
２７は定常運転時、上述の各電子部品から構成される電圧型インバータの主回路で発生する交流電圧に同期して回転する三相同期モータで、通常ＤＣＢＬＭが使用される送風機用同期電動機である。送風機用同期電動機２７にはファンが機械的に接続され、冷凍サイクルの放熱を行う送風機を構成する。
【００２６】
２８は送風機用同期電動機２７の定常運転にモータの相電圧を検出し、接合トランジスタ２１、２３、２５及びＭＯＳＦＥＴ２２、２４、２６をオン／オフさせＤＣＢＬＭを回転させるモータの制御手段である。
【００２７】
図３はモータ駆動装置の接合トランジスタ及びＭＯＳＦＥＴのスイッチ動作及び送風機モータ相電圧を示すタイミング図である。詳細は後述するが、図３でＡ〜Ｌは送風機用同期電動機２７のＤＣＢＬＭの電気回転周期一周期中に接合トランジスタ２１、２３、２５及びＭＯＳＦＥＴ２２、２４、２６が通電を切り替えるタイミング間の各通電区間を示す。
【００２８】
図４は送風機及びその駆動装置を用いた空気調和機の室外機の構造を示すであり、図４（ａ）は室外機の正面図、図４（ｂ）は室外機の上面図、図４（ｃ）は室外機の側面図である。図において、５４は冷媒を圧縮する圧縮機、５５は送風機、５６は熱交換器、５７は電源装置及びインバータ装置を含む回路である。
【００２９】
電源装置及びインバータ装置を含む回路５７で、圧縮機５４及び送風機５５を駆動することで冷媒を用いた空気調和機として動作する。
【００３０】
送風機５５による風路に熱交換器５６が配置され、熱交換が行われる。電源装置及びインバータ装置を含む回路５７には先に述べた送風機駆動回路も実装される。また電源装置及びインバータ装置を含む回路５７にはスイッチ素子の放熱フィン及び電源線への電磁ノイズ対策のためノイズ対策部品のチョークコイル等も実装されている。
【００３１】
図５は制御手段の詳細及び主回路一相分を示す回路図である。図５において、符号４、５、１１、２１、２２、３０、３３は図２と同じ部品を示す。６は接合トランジスタ２１のベースと接続され、バイアス電流を流すベース抵抗である。７は接合トランジスタ２１のベース電流を制御するシリコンを用いたＮＰＮトランジスタで、コレクタはベース抵抗６に接続され、エミッタは高圧の直流電源４の負極側に接続される。
【００３２】
８はＮＰＮトランジスタ７のベースと接続されバイアス電流を流すベース抵抗である。９は低圧電源で動作し低圧シリコンプロセスで作られたワンチップシリコン制御ＩＣである。１０は制御ＩＣ９、ＮＰＮトランジスタ７及びＭＯＳＦＥＴ２２を駆動するための５Ｖの低圧直流源である。
【００３３】
次に本実施の形態の動作を説明する。まず、図２における各スイッチの動作オン／オフの状態を、図３を用いて説明する。図３のＡの通電区間では、接合トランジスタ２５は常時オンで、ＭＯＳＦＥＴ２４がＰＷＭを行う。このスイッチ動作によりＡの通電区間では送風機用同期電動機２７のＷ相からＶ相に電圧が印加される。通電区間ＡでＶ相の下側のＭＯＳＦＥＴ２４のＰＷＭ時、ＭＯＳＦＥＴ２４はスイッチ周波数が非可聴周波数２０ｋＨｚとなる一定のキャリア周期５０μｓｅｃ内に一回オン／オフを繰り返し、オン時間とオフ時間の比率により印加電圧を制御する。
【００３４】
ＭＯＳＦＥＴ２４のオン／オフ時の動作を細かく見る。ＭＯＳＦＥＴ２４がオン時は直流電源４の正極、接合トランジスタ２５、ダイオード３２、送風機用同期電動機２７のＷ相、同Ｖ相からＭＯＳＦＥＴ２４を通り直流電源４の負極側に流れる。
【００３５】
その後ＭＯＳＦＥＴ２４がオフするとダイオード３４が順バイアスされオンとなり、電流はダイオード３４を通り接合トランジスタ２５、ダイオード３２を通過しモータ内を還流し維持される。またそのときダイオード３１は逆バイアスされ接合トランジスタ２３のコレクタ、ベース及び抵抗３７を通過する電流は発生せず、接合トランジスタ２３に電荷が蓄積されることはない。
【００３６】
その後またＭＯＳＦＥＴ２４がオンすると、ダイオード３４に順バイアス中に蓄積されていた電荷及び流れ続けていたモータ電流はＭＯＳＦＥＴ２４を通して流れる。
【００３７】
またダイオード３１があるためＭＯＳＦＥＴ２４がオフ中に先に述べたように、接合トランジスタ２３に電荷が蓄積されていないためＭＯＳＦＥＴ２４のオン動作時に、蓄積電荷による接合トランジスタ２３のオン動作が発生しないので、上段に接合トランジスタを用いても、接合トランジスタの蓄積電荷による上下短絡動作は発生しない。
【００３８】
通電区間Ａで上記に述べた以外の接合トランジスタ及びＭＯＳＦＥＴは全てオフで、送風機用同期電動機２７のＵ相は非通電状態となり、Ｕ相にはロータの位置に対応した誘起電圧が現れる。この相の誘起電圧はロータの位置に同期して発生するので、誘起電圧から次の通電区間Ｂに移行するタイミングを決定し同期運転を行う。
【００３９】
通電区間Ｂでは通電区間Ａに対し接合トランジスタ２５をオフにし接合トランジスタ２１をオンとする。これによりＷ相からＶ相に印加していた電圧を、Ｕ相からＶ相への印加に切り替え送風機用同期電動機２７に発生する磁界を回転させる。この時ＭＯＳＦＥＴ２４は区間Ａと同様ＰＷＭを行い線間に印加する電圧を制御する。通電区間Ｂでは送風機用同期電動機２７のＷ相が非通電状態となり、Ｗ相にロータの位置に対応した誘起電圧が現れる。この相の誘起電圧の情報を基にロータの位置に同期して次の通電区間Ｃに移行するタイミングを決定する。
【００４０】
通電区間Ｄでは通電区間Ｂに対しＭＯＳＦＥＴ２４をオフにし、ＭＯＳＦＥＴ２６をＰＷＭする。これによりＵ相からＶ相に印加していた電圧を、Ｕ相からＷ相への印加に切り替え送風機用同期電動機２７に発生する磁界を回転させる。
【００４１】
同様の動作を繰り返し、モータに同期して印加電圧を切り替え、回転磁界を発生させモータの運転を行う。
【００４２】
次にＭＯＳＦＥＴ及び接合トランジスタの駆動回路及びその動作を、図５を用いて説明する。下側のＭＯＳＦＥＴ２２は、ソースが制御ＩＣ９の接地電位と同電位であり、また電圧駆動のため５Ｖ動作の制御ＩＣ９を用いて直接駆動する。
【００４３】
また接合トランジスタ２１はＰＮＰトランジスタであるので、高耐圧のＮＰＮトランジスタ７でベースを駆動することでオン／オフを行う。この時ＮＰＮトランジスタ７のエミッタは、制御ＩＣ９の基準電位と同電位で、制御ＩＣ９で直接ベース駆動される。このようにひとつの低圧直流電源１０で主素子の接合トランジスタ及びＭＯＳＦＥＴを駆動することができる。
【００４４】
このような動作でモータを駆動するので、上側の各接合トランジスタはモータの電気周期１回転中１回しかスイッチせずスイッチ損失がほとんど発生しない。モータの電気周期は空調用送風機では、せいぜい数十から数百Ｈｚである。また下側のＭＯＳＦＥＴは非可聴周波数２０ｋＨｚでＰＷＭ動作をするので頻繁にオン／オフするが、上側のＦＲＤがシリコンダイオードに比べ著しく蓄積電荷の少ない炭化シリコンショットキーダイオードなので、蓄積電荷に起因するＭＯＳＦＥＴのオン損失が著しく小さく、ほとんど損失を発生せずモータを駆動する事ができる。また蓄積電荷がＭＯＳＦＥＴに急峻に流れる時に発生する電磁ノイズもほとんど発生しない。
【００４５】
また主回路の構成で上側トランジスタを安価な接合トランジスタとし、下側をもともとＦＲＤを寄生で持つＭＯＳＦＥＴとしたことで、性能は高いが高価な炭化シリコンＦＲＤを一相あたりわずか１個しか用いずに、先に述べたような低損失及び低ノイズの駆動を実現できるので著しく低コストのモータ駆動装置が得られる。
【００４６】
また主回路のスイッチ素子の駆動に低圧直流電源１０の単電源で駆動できるので低コスト、省スペースで駆動装置を実現できる。
【００４７】
前記の効果は元々低損失、低ノイズが求められる上に電力容量が小さく、低コスト、小型化が求められる空気調和機用の送風機用ＤＣＢＬＭの駆動装置に非常に適している。
【００４８】
また駆動回路をモータ内の限られたスペースに組み込む、駆動回路組込み型のＤＣＢＬＭの駆動装置に特に適している。
【００４９】
実施の形態２．
図６は実施の形態２を示す図で、ＤＣＢＬＭ駆動装置の主回路一相分の回路図である。図において、２１は上側スイッチ素子であるシリコンを用いた接合トランジスタで、１１は接合トランジスタ２１のベースエミッタ間に接続された抵抗、６０は下側スイッチ素子であるシリコン絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、６１はシリコンを用いたダイオード、３３は炭化シリコンを用いたＳｉＣ−ＳＢＤ、４は直流電源、５は同期モータ等の誘導性負荷の同期モータである。
【００５０】
図６で直流電源４の正極は、接合トランジスタ２１のエミッタ及びＳｉＣ−ＳＢＤ３３のカソード側に接続される。また接合トランジスタ２１のコレクタ及びＳｉＣ−ＳＢＤ３３のアノードは誘導性負荷５及びＩＧＢＴ６０のドレインに接続される。ＩＧＢＴ６０とダイオード６１は並列に接続される。またＩＧＢＴ６０のエミッタは直流電源４の負極側に接続される。
【００５１】
本実施の形態は、上記実施の形態１の下側スイッチ素子及びＦＲＤをＩＧＢＴと別チップのシリコンダイオードとしたものであるがチップ数はひとつ増えるが実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５２】
上記実施の形態１で示した図５の制御手段は、本実施の形態の形態にも適用できる。
【００５３】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、三相同期電動機を例にとって説明したが、単相もしくは４相以上のモータを用いても同様の効果が得られる。また相数が多いモータを用いた時ほど効果は高い。
【００５４】
上述の実施の形態では、モータとして同期電動機を例として説明したが、同期電動機に限定されない。誘導電動機でもよい。
【００５５】
上述の実施の形態では、下側スイッチ素子のみをＰＷＭ駆動するものを示したが、上下のスイッチ素子をＰＷＭ駆動するようにしてもよい。この場合でも、それなりに低損失及び低ノイズの駆動を実現できる。
【００５６】
本発明のモータ駆動装置を送風機に搭載することにより、高効率で、小型で、電磁ノイズの小さなモータ駆動装置と高効率のモータを組み合わせにより、小型で安価な、電磁ノイズの小さい送風機が得られる。
【００５７】
本発明のモータ駆動装置を圧縮機に搭載することにより、高効率で、小型で、電磁ノイズの小さなモータ駆動装置と高効率のモータを組み合わせにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さい圧縮機が得られる。
【００５８】
本発明のモータ駆動装置を搭載した送風機や圧縮機を冷凍空調装置に用いることにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さい冷凍空調装置が得られる。
【００５９】
【発明の効果】
この発明に係るモータ駆動装置は、上側スイッチ素子にＰＮＰ形の接合トランジスタを用い、接合トランジスタのエミッタを直流電源の正極側に接続し、接合トランジスタのコレクタに接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを介して炭化シリコンを原料とするＳｉＣ−ＳＢＤのアノードを接続し、接合トランジスタのエミッタにＳｉＣ−ＳＢＤのカソードを接続し、下側スイッチ素子のみをパルス幅変調駆動し、下側スイッチ素子にＭＯＳＦＥＴを用いたことにより、極めて高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さいモータ駆動装置が得られる。また、上側スイッチ素子に接合トランジスタを用いても、接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを備えるので接合トランジスタの蓄積電荷による上下短絡動作は発生しない。
【００６２】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、スイッチ素子を直列に接続した上下アームを直流電源に対して複数個並列に接続し、前記スイッチ素子の直列接続点から交流電力を出力するインバータ回路を用いたモータ駆動装置において、上側スイッチ素子にＰＮＰ形の接合トランジスタを用い、接合トランジスタのエミッタを直流電源の正極側に接続し、接合トランジスタのコレクタに接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを介して炭化シリコンを原料とするＳｉＣ−ＳＢＤのアノードを接続し、接合トランジスタのエミッタにＳｉＣ−ＳＢＤのカソードを接続し、下側スイッチ素子のみをパルス幅変調駆動し、下側スイッチ素子にＩＧＢＴを用い、下側フライホールダイオードにシリコンダイオード用いたことにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さなモータ駆動装置が得られる。また、上側スイッチ素子に接合トランジスタを用いても、接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを備えるので接合トランジスタの蓄積電荷による上下短絡動作は発生しない。
【００６３】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、ＰＷＭのキャリア周波数を非可聴周波数とすることにより、モータ駆動装置の低騒音化が図れる。
【００６４】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、主回路のスイッチ素子の駆動を一つの低圧直流電源で行うことにより、モータ駆動装置の低コスト、省スペース化が図れる。
【００６５】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、同期電動機を駆動することにより、損失の小さい同期電動機と組み合わせることで、さらに高効率の向上が図れる。
【００６６】
この発明に係る送風機は、請求項１乃至７の何れかに記載のモータ駆動装置によりモータが駆動されることにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さい送風機が得られる。
【００６７】
この発明に係る圧縮機は、請求項１乃至７の何れかに記載のモータ駆動装置によりモータが駆動されることにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さい圧縮機が得られる。
【００６８】
この発明に係る冷凍空調装置は、請求項８に記載の送風機、又は請求項９記載の圧縮機を用いたことにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さい冷凍空調装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、モータ駆動装置の主回路一相分の回路図である。
【図２】 実施の形態１を示す図で、モータ駆動装置の負荷の回路並びに全体構成を示す図である。
【図３】 実施の形態１を示す図で、モータ駆動装置のトランジスタ及びＭＯＳＦＥＴのスイッチ動作及び送風機モータ相電圧を示すタイミング図である。
【図４】 実施の形態１を示す図で、送風機及びその駆動装置を用いた空気調和機の室外機の構造を示す図である。
【図５】 実施の形態１を示す図で、制御手段の詳細及び主回路一相分を示す回路図である。
【図６】 実施の形態２を示す図で、モータ駆動装置の主回路一相分の回路図である。
【図７】 従来の電力変換回路の一相分の回路図である。
【符号の説明】
４ 直流電源、５ 誘導性負荷、６ ベース抵抗、７ ＮＰＮ接合トランジスタ、８ 抵抗、９ 制御ＩＣ、１０ 低圧直流電源、１１ 抵抗、２１，２３，２５ 接合トランジスタ、２２，２４，２６ ＭＯＳＦＥＴ、２７ 送風機用同期電動機、２８ 制御手段、２９ コンデンサ、３０，３１，３２ ダイオード、３０ ダイオード、３３，３４，３５ ＳｉＣ−ＳＢＤ、ＳｉＣダイオード、５４ 圧縮機、５５ 送風機、５６ 熱交換器、５７ 電源装置及びインバータ装置を含む回路、６０ ＩＧＢＴ、６１ ＦＲＤ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、高圧の直流電源から駆動される直流ブラシレスモータの駆動装置、それを用いた送風機と圧縮機、これらの送風機と圧縮機を用いた冷凍空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、例えば特表平１１−５１００００号公報に示された従来の低損失、低ノイズの電力変換回路における一相分の回路図である。図において、１０１は直流電源で、１０２は直流電源１０１のプラス電極、１０３は直流電源１０１のマイナス電極、１０４は変換回路に接続される負荷、１０５及び１０６はスイッチ動作をする絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いたスイッチである。１０７及び１０８はスイッチ１０５、１０６がオフの時に負荷１０４の端子電圧が跳ね上がるのを防止するフリーホイルダイオード（ＦＲＤ）で、炭化シリコン（ＳｉＣ）ダイオードが用いられている。
【０００３】
次に、動作を説明する。図７でスイッチ１０５、１０６を用いることで負荷１０４の一端を直流電圧の正負の電圧とすることができる。スイッチ１０５、１０６の開閉時間を変化させることで負荷１０４に印加する電圧を可変し、交流電圧を発生し負荷１０４を駆動する。負荷１０４への交流電圧の印加は、通常スイッチ１０５、１０６を一定のキャリア周期内に一回スイッチのオン／オフを行うパルス幅変調（ＰＷＭ）を行う事で実現される。
【０００４】
負荷１０４が誘導性負荷の場合、負荷１０４に電流が流れているタイミングでスイッチ１０５、１０６の双方がオフとなった場合、ダイオード１０７、１０８がオンし負荷１０４に電流が流れ続けることにより、負荷１０４の端子電圧の跳ね上がりにより端子電圧が電源電圧以上となりスイッチ素子に過電圧が印加され破壊しないようになっている。
【０００５】
しかしながらスイッチ１０５、１０６がオフになっており、ダイオード１０７、１０８に電流が流れている状態からまたスイッチ１０５、１０６がオンした時、ダイオード１０７、１０８が順バイアスから急に逆バイアスされる動作が発生する。この従来の電力変換回路では、ダイオード１０７、１０８に炭化シリコンダイオードを用いているので、その時ダイオード１０７、１０８に蓄積された電荷が抜けることで発生するリカバリー電流をシリコンＦＲＤより少なくすることができる。そのためスイッチ素子のオン動作中にスイッチ素子に流れるリカバリー電流が少なく損失を少くでき、低損失の電力変換回路が得られる。また非常に時間当たりの電流変化の大きなリカバリー電流による電磁ノイズもシリコンＦＲＤを用いた場合に比べ小さくなるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力変換回路は以上のように構成され、シリコンＦＲＤに比べ非常に高価な炭化シリコンＦＲＤを上下段双方に用いている。さらに高速で低スイッチ損失ではあるが、接合トランジスタに比べ高価なＩＧＢＴを上下段双方に用いている。また上側のＩＧＢＴは電圧駆動型の素子で下側ＩＧＢＴのエミッタに対し高電位となるため、駆動の為に上下別の電源を設ける必要があり駆動のための電源回路が必要となる。電源回路を備えるためには、回路スペース及びコストをアップさせる。そのため低損失、低ノイズではあるが、全体の回路のコストが著しく高価となり、低コストを求められる低容量のインバータ回路や、モータが誘導電動機に比べ高価でその分、駆動回路に低コスト化が求められるＤＣＢＬＭ（直流ブラシレスモータ）の駆動回路には適していないという問題点があった。上下スイッチ駆動のため別電源が必要なため実装面積が必要で、電力変換回路が大きくなるという問題点もあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、安価で変換効率が高く、小型で、低騒音で、電磁ノイズの小さなモータ駆動装置及びそのモータ駆動装置を用いた送風機及び圧縮機及びそれらを用いた冷凍空調装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモータ駆動装置は、スイッチ素子を直列に接続した上下アームを直流電源に対して複数個並列に接続し、前記スイッチ素子の直列接続点から交流電力を出力するインバータ回路を用いたモータ駆動装置において、上側スイッチ素子にＰＮＰ形の接合トランジスタを用い、接合トランジスタのエミッタを直流電源の正極側に接続し、接合トランジスタのコレクタに接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを介して炭化シリコンを原料とするＳｉＣ−ＳＢＤのアノードを接続し、接合トランジスタのエミッタにＳｉＣ−ＳＢＤのカソードを接続し、下側スイッチ素子のみをパルス幅変調駆動し、下側スイッチ素子にＭＯＳＦＥＴを用いたことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、スイッチ素子を直列に接続した上下アームを直流電源に対して複数個並列に接続し、前記スイッチ素子の直列接続点から交流電力を出力するインバータ回路を用いたモータ駆動装置において、上側スイッチ素子にＰＮＰ形の接合トランジスタを用い、接合トランジスタのエミッタを直流電源の正極側に接続し、接合トランジスタのコレクタに接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを介して炭化シリコンを原料とするＳｉＣ−ＳＢＤのアノードを接続し、接合トランジスタのエミッタにＳｉＣ−ＳＢＤのカソードを接続し、下側スイッチ素子のみをパルス幅変調駆動し、下側スイッチ素子にＩＧＢＴを用い、下側フライホールダイオードにシリコンダイオード用いたことを特徴とする。
【００１２】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、ＰＷＭのキャリア周波数を非可聴周波数とすることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、主回路のスイッチ素子の駆動を一つの低圧直流電源で行うことを特徴とする。
【００１４】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、同期電動機を駆動することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る送風機は、請求項１乃至７の何れかに記載のモータ駆動装置によりモータが駆動されることを特徴とする。
【００１６】
この発明に係る圧縮機は、請求項１乃至７の何れかに記載のモータ駆動装置によりモータが駆動されることを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る冷凍空調装置は、請求項８に記載の送風機、又は請求項９記載の圧縮機を用いたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜５は実施の形態１を示す図で、図１はモータ駆動装置の主回路一相分の回路図、図２はモータ駆動装置の負荷の回路並びに全体構成を示す図、図３はモータ駆動装置の接合トランジスタ及びＭＯＳＦＥＴのスイッチ動作及び送風機モータ相電圧を示すタイミング図、図４は送風機及びその駆動装置を用いた空気調和機の室外機の構造を示す図、図５は制御手段の詳細及び主回路一相分を示す回路図である。
【００１９】
図１において、４は直流電源、５は同期モータ等の誘導性負荷、２１は上側スイッチ素子であるシリコンを用いた接合トランジスタで、１１は接合トランジスタ２１のベースエミッタ間に接続された抵抗、２２は下側スイッチ素子であるシリコンを用いたＭＯＳＦＥＴ、３３は炭化シリコンを用いた炭化シリコンショットキーバリアダイオード（ＳｉＣ−ＳＢＤ）である。
【００２０】
図１において、直流電源４の正極は接合トランジスタ２１のエミッタ及びＳｉＣ−ＳＢＤ３３のカソード側に接続される。また接合トランジスタ２１のコレクタ及びＳｉＣ−ＳＢＤ３３ののアノードは誘導性負荷５及びＭＯＳＦＥＴ２２のドレインに接続される。ＭＯＳＦＥＴ２２は同じシリコンチップ内に並列に寄生ダイオードを持っている。またＭＯＳＦＥＴ２２のソースは直流電源４の負極側に接続される。
【００２１】
図２はモータ駆動装置の負荷の回路並びに全体構成を示す図であり、誘導性負荷として、冷媒回路を用いた空気調和機の送風機駆動用の同期電動機が接続されている。図２において、２１〜２６は直流電圧をスイッチングして交流電圧発生するためのインバータのスイッチで、２１、２３、２５はシリコンを用いた接合トランジスタ、２２、２４、２６はＭＯＳＦＥＴである。
【００２２】
３６〜３８は接合トランジスタ２１、２３、２５のベースエミッタ間に接続された抵抗である。３３〜３５は負荷から直流電源側に電流が流れている状態で、ＭＯＳＦＥＴ２２、２４、２６がオフした時に、順バイアスされ後述の送風機用同期電動機２７の回生及び還流電流を流すＳｉＣ−ＳＢＤである。
【００２３】
３０〜３２は接合トランジスタ２１、２３、２５のオフ時に逆バイアスされ、コレクタベース間が順バイアスされ、コレクタからベース、ベースからベースエミッタ間の抵抗３６〜３８を抜ける電流を阻止するダイオードである。
【００２４】
２９は接合トランジスタ２１、２３、２５及びＭＯＳＦＥＴ２２、２４、２６のスイッチング時、直流電源装置と負荷間のインダクタンスによる直流母線ＰＮ間の急峻な電圧変動を吸収するスナバコンデンサである。
【００２５】
２７は定常運転時、上述の各電子部品から構成される電圧型インバータの主回路で発生する交流電圧に同期して回転する三相同期モータで、通常ＤＣＢＬＭが使用される送風機用同期電動機である。送風機用同期電動機２７にはファンが機械的に接続され、冷凍サイクルの放熱を行う送風機を構成する。
【００２６】
２８は送風機用同期電動機２７の定常運転にモータの相電圧を検出し、接合トランジスタ２１、２３、２５及びＭＯＳＦＥＴ２２、２４、２６をオン／オフさせＤＣＢＬＭを回転させるモータの制御手段である。
【００２７】
図３はモータ駆動装置の接合トランジスタ及びＭＯＳＦＥＴのスイッチ動作及び送風機モータ相電圧を示すタイミング図である。詳細は後述するが、図３でＡ〜Ｌは送風機用同期電動機２７のＤＣＢＬＭの電気回転周期一周期中に接合トランジスタ２１、２３、２５及びＭＯＳＦＥＴ２２、２４、２６が通電を切り替えるタイミング間の各通電区間を示す。
【００２８】
図４は送風機及びその駆動装置を用いた空気調和機の室外機の構造を示すであり、図４（ａ）は室外機の正面図、図４（ｂ）は室外機の上面図、図４（ｃ）は室外機の側面図である。図において、５４は冷媒を圧縮する圧縮機、５５は送風機、５６は熱交換器、５７は電源装置及びインバータ装置を含む回路である。
【００２９】
電源装置及びインバータ装置を含む回路５７で、圧縮機５４及び送風機５５を駆動することで冷媒を用いた空気調和機として動作する。
【００３０】
送風機５５による風路に熱交換器５６が配置され、熱交換が行われる。電源装置及びインバータ装置を含む回路５７には先に述べた送風機駆動回路も実装される。また電源装置及びインバータ装置を含む回路５７にはスイッチ素子の放熱フィン及び電源線への電磁ノイズ対策のためノイズ対策部品のチョークコイル等も実装されている。
【００３１】
図５は制御手段の詳細及び主回路一相分を示す回路図である。図５において、符号４、５、１１、２１、２２、３０、３３は図２と同じ部品を示す。６は接合トランジスタ２１のベースと接続され、バイアス電流を流すベース抵抗である。７は接合トランジスタ２１のベース電流を制御するシリコンを用いたＮＰＮトランジスタで、コレクタはベース抵抗６に接続され、エミッタは高圧の直流電源４の負極側に接続される。
【００３２】
８はＮＰＮトランジスタ７のベースと接続されバイアス電流を流すベース抵抗である。９は低圧電源で動作し低圧シリコンプロセスで作られたワンチップシリコン制御ＩＣである。１０は制御ＩＣ９、ＮＰＮトランジスタ７及びＭＯＳＦＥＴ２２を駆動するための５Ｖの低圧直流源である。
【００３３】
次に本実施の形態の動作を説明する。まず、図２における各スイッチの動作オン／オフの状態を、図３を用いて説明する。図３のＡの通電区間では、接合トランジスタ２５は常時オンで、ＭＯＳＦＥＴ２４がＰＷＭを行う。このスイッチ動作によりＡの通電区間では送風機用同期電動機２７のＷ相からＶ相に電圧が印加される。通電区間ＡでＶ相の下側のＭＯＳＦＥＴ２４のＰＷＭ時、ＭＯＳＦＥＴ２４はスイッチ周波数が非可聴周波数２０ｋＨｚとなる一定のキャリア周期５０μｓｅｃ内に一回オン／オフを繰り返し、オン時間とオフ時間の比率により印加電圧を制御する。
【００３４】
ＭＯＳＦＥＴ２４のオン／オフ時の動作を細かく見る。ＭＯＳＦＥＴ２４がオン時は直流電源４の正極、接合トランジスタ２５、ダイオード３２、送風機用同期電動機２７のＷ相、同Ｖ相からＭＯＳＦＥＴ２４を通り直流電源４の負極側に流れる。
【００３５】
その後ＭＯＳＦＥＴ２４がオフするとダイオード３４が順バイアスされオンとなり、電流はダイオード３４を通り接合トランジスタ２５、ダイオード３２を通過しモータ内を還流し維持される。またそのときダイオード３１は逆バイアスされ接合トランジスタ２３のコレクタ、ベース及び抵抗３７を通過する電流は発生せず、接合トランジスタ２３に電荷が蓄積されることはない。
【００３６】
その後またＭＯＳＦＥＴ２４がオンすると、ダイオード３４に順バイアス中に蓄積されていた電荷及び流れ続けていたモータ電流はＭＯＳＦＥＴ２４を通して流れる。
【００３７】
またダイオード３１があるためＭＯＳＦＥＴ２４がオフ中に先に述べたように、接合トランジスタ２３に電荷が蓄積されていないためＭＯＳＦＥＴ２４のオン動作時に、蓄積電荷による接合トランジスタ２３のオン動作が発生しないので、上段に接合トランジスタを用いても、接合トランジスタの蓄積電荷による上下短絡動作は発生しない。
【００３８】
通電区間Ａで上記に述べた以外の接合トランジスタ及びＭＯＳＦＥＴは全てオフで、送風機用同期電動機２７のＵ相は非通電状態となり、Ｕ相にはロータの位置に対応した誘起電圧が現れる。この相の誘起電圧はロータの位置に同期して発生するので、誘起電圧から次の通電区間Ｂに移行するタイミングを決定し同期運転を行う。
【００３９】
通電区間Ｂでは通電区間Ａに対し接合トランジスタ２５をオフにし接合トランジスタ２１をオンとする。これによりＷ相からＶ相に印加していた電圧を、Ｕ相からＶ相への印加に切り替え送風機用同期電動機２７に発生する磁界を回転させる。この時ＭＯＳＦＥＴ２４は区間Ａと同様ＰＷＭを行い線間に印加する電圧を制御する。通電区間Ｂでは送風機用同期電動機２７のＷ相が非通電状態となり、Ｗ相にロータの位置に対応した誘起電圧が現れる。この相の誘起電圧の情報を基にロータの位置に同期して次の通電区間Ｃに移行するタイミングを決定する。
【００４０】
通電区間Ｄでは通電区間Ｂに対しＭＯＳＦＥＴ２４をオフにし、ＭＯＳＦＥＴ２６をＰＷＭする。これによりＵ相からＶ相に印加していた電圧を、Ｕ相からＷ相への印加に切り替え送風機用同期電動機２７に発生する磁界を回転させる。
【００４１】
同様の動作を繰り返し、モータに同期して印加電圧を切り替え、回転磁界を発生させモータの運転を行う。
【００４２】
次にＭＯＳＦＥＴ及び接合トランジスタの駆動回路及びその動作を、図５を用いて説明する。下側のＭＯＳＦＥＴ２２は、ソースが制御ＩＣ９の接地電位と同電位であり、また電圧駆動のため５Ｖ動作の制御ＩＣ９を用いて直接駆動する。
【００４３】
また接合トランジスタ２１はＰＮＰトランジスタであるので、高耐圧のＮＰＮトランジスタ７でベースを駆動することでオン／オフを行う。この時ＮＰＮトランジスタ７のエミッタは、制御ＩＣ９の基準電位と同電位で、制御ＩＣ９で直接ベース駆動される。このようにひとつの低圧直流電源１０で主素子の接合トランジスタ及びＭＯＳＦＥＴを駆動することができる。
【００４４】
このような動作でモータを駆動するので、上側の各接合トランジスタはモータの電気周期１回転中１回しかスイッチせずスイッチ損失がほとんど発生しない。モータの電気周期は空調用送風機では、せいぜい数十から数百Ｈｚである。また下側のＭＯＳＦＥＴは非可聴周波数２０ｋＨｚでＰＷＭ動作をするので頻繁にオン／オフするが、上側のＦＲＤがシリコンダイオードに比べ著しく蓄積電荷の少ない炭化シリコンショットキーダイオードなので、蓄積電荷に起因するＭＯＳＦＥＴのオン損失が著しく小さく、ほとんど損失を発生せずモータを駆動する事ができる。また蓄積電荷がＭＯＳＦＥＴに急峻に流れる時に発生する電磁ノイズもほとんど発生しない。
【００４５】
また主回路の構成で上側トランジスタを安価な接合トランジスタとし、下側をもともとＦＲＤを寄生で持つＭＯＳＦＥＴとしたことで、性能は高いが高価な炭化シリコンＦＲＤを一相あたりわずか１個しか用いずに、先に述べたような低損失及び低ノイズの駆動を実現できるので著しく低コストのモータ駆動装置が得られる。
【００４６】
また主回路のスイッチ素子の駆動に低圧直流電源１０の単電源で駆動できるので低コスト、省スペースで駆動装置を実現できる。
【００４７】
前記の効果は元々低損失、低ノイズが求められる上に電力容量が小さく、低コスト、小型化が求められる空気調和機用の送風機用ＤＣＢＬＭの駆動装置に非常に適している。
【００４８】
また駆動回路をモータ内の限られたスペースに組み込む、駆動回路組込み型のＤＣＢＬＭの駆動装置に特に適している。
【００４９】
実施の形態２．
図６は実施の形態２を示す図で、ＤＣＢＬＭ駆動装置の主回路一相分の回路図である。図において、２１は上側スイッチ素子であるシリコンを用いた接合トランジスタで、１１は接合トランジスタ２１のベースエミッタ間に接続された抵抗、６０は下側スイッチ素子であるシリコン絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、６１はシリコンを用いたダイオード、３３は炭化シリコンを用いたＳｉＣ−ＳＢＤ、４は直流電源、５は同期モータ等の誘導性負荷の同期モータである。
【００５０】
図６で直流電源４の正極は、接合トランジスタ２１のエミッタ及びＳｉＣ−ＳＢＤ３３のカソード側に接続される。また接合トランジスタ２１のコレクタ及びＳｉＣ−ＳＢＤ３３のアノードは誘導性負荷５及びＩＧＢＴ６０のドレインに接続される。ＩＧＢＴ６０とダイオード６１は並列に接続される。またＩＧＢＴ６０のエミッタは直流電源４の負極側に接続される。
【００５１】
本実施の形態は、上記実施の形態１の下側スイッチ素子及びＦＲＤをＩＧＢＴと別チップのシリコンダイオードとしたものであるがチップ数はひとつ増えるが実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５２】
上記実施の形態１で示した図５の制御手段は、本実施の形態の形態にも適用できる。
【００５３】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、三相同期電動機を例にとって説明したが、単相もしくは４相以上のモータを用いても同様の効果が得られる。また相数が多いモータを用いた時ほど効果は高い。
【００５４】
上述の実施の形態では、モータとして同期電動機を例として説明したが、同期電動機に限定されない。誘導電動機でもよい。
【００５５】
上述の実施の形態では、下側スイッチ素子のみをＰＷＭ駆動するものを示したが、上下のスイッチ素子をＰＷＭ駆動するようにしてもよい。この場合でも、それなりに低損失及び低ノイズの駆動を実現できる。
【００５６】
本発明のモータ駆動装置を送風機に搭載することにより、高効率で、小型で、電磁ノイズの小さなモータ駆動装置と高効率のモータを組み合わせにより、小型で安価な、電磁ノイズの小さい送風機が得られる。
【００５７】
本発明のモータ駆動装置を圧縮機に搭載することにより、高効率で、小型で、電磁ノイズの小さなモータ駆動装置と高効率のモータを組み合わせにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さい圧縮機が得られる。
【００５８】
本発明のモータ駆動装置を搭載した送風機や圧縮機を冷凍空調装置に用いることにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さい冷凍空調装置が得られる。
【００５９】
【発明の効果】
この発明に係るモータ駆動装置は、上側スイッチ素子にＰＮＰ形の接合トランジスタを用い、接合トランジスタのエミッタを直流電源の正極側に接続し、接合トランジスタのコレクタに接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを介して炭化シリコンを原料とするＳｉＣ−ＳＢＤのアノードを接続し、接合トランジスタのエミッタにＳｉＣ−ＳＢＤのカソードを接続し、下側スイッチ素子のみをパルス幅変調駆動し、下側スイッチ素子にＭＯＳＦＥＴを用いたことにより、極めて高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さいモータ駆動装置が得られる。また、上側スイッチ素子に接合トランジスタを用いても、接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを備えるので接合トランジスタの蓄積電荷による上下短絡動作は発生しない。
【００６２】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、スイッチ素子を直列に接続した上下アームを直流電源に対して複数個並列に接続し、前記スイッチ素子の直列接続点から交流電力を出力するインバータ回路を用いたモータ駆動装置において、上側スイッチ素子にＰＮＰ形の接合トランジスタを用い、接合トランジスタのエミッタを直流電源の正極側に接続し、接合トランジスタのコレクタに接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを介して炭化シリコンを原料とするＳｉＣ−ＳＢＤのアノードを接続し、接合トランジスタのエミッタにＳｉＣ−ＳＢＤのカソードを接続し、下側スイッチ素子のみをパルス幅変調駆動し、下側スイッチ素子にＩＧＢＴを用い、下側フライホールダイオードにシリコンダイオード用いたことにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さなモータ駆動装置が得られる。また、上側スイッチ素子に接合トランジスタを用いても、接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを備えるので接合トランジスタの蓄積電荷による上下短絡動作は発生しない。
【００６３】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、ＰＷＭのキャリア周波数を非可聴周波数とすることにより、モータ駆動装置の低騒音化が図れる。
【００６４】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、主回路のスイッチ素子の駆動を一つの低圧直流電源で行うことにより、モータ駆動装置の低コスト、省スペース化が図れる。
【００６５】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、同期電動機を駆動することにより、損失の小さい同期電動機と組み合わせることで、さらに高効率の向上が図れる。
【００６６】
この発明に係る送風機は、請求項１乃至７の何れかに記載のモータ駆動装置によりモータが駆動されることにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さい送風機が得られる。
【００６７】
この発明に係る圧縮機は、請求項１乃至７の何れかに記載のモータ駆動装置によりモータが駆動されることにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さい圧縮機が得られる。
【００６８】
この発明に係る冷凍空調装置は、請求項８に記載の送風機、又は請求項９記載の圧縮機を用いたことにより、高効率で、小型で安価な、電磁ノイズの小さい冷凍空調装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１を示す図で、モータ駆動装置の主回路一相分の回路図である。
【図２】 実施の形態１を示す図で、モータ駆動装置の負荷の回路並びに全体構成を示す図である。
【図３】 実施の形態１を示す図で、モータ駆動装置のトランジスタ及びＭＯＳＦＥＴのスイッチ動作及び送風機モータ相電圧を示すタイミング図である。
【図４】 実施の形態１を示す図で、送風機及びその駆動装置を用いた空気調和機の室外機の構造を示す図である。
【図５】 実施の形態１を示す図で、制御手段の詳細及び主回路一相分を示す回路図である。
【図６】 実施の形態２を示す図で、モータ駆動装置の主回路一相分の回路図である。
【図７】 従来の電力変換回路の一相分の回路図である。
【符号の説明】
４ 直流電源、５ 誘導性負荷、６ ベース抵抗、７ ＮＰＮ接合トランジスタ、８ 抵抗、９ 制御ＩＣ、１０ 低圧直流電源、１１ 抵抗、２１，２３，２５ 接合トランジスタ、２２，２４，２６ ＭＯＳＦＥＴ、２７ 送風機用同期電動機、２８ 制御手段、２９ コンデンサ、３０，３１，３２ ダイオード、３０ ダイオード、３３，３４，３５ ＳｉＣ−ＳＢＤ、ＳｉＣダイオード、５４ 圧縮機、５５ 送風機、５６ 熱交換器、５７ 電源装置及びインバータ装置を含む回路、６０ ＩＧＢＴ、６１ ＦＲＤ。
Claims (8)
- スイッチ素子を直列に接続した上下アームを直流電源に対して複数個並列に接続し、前記スイッチ素子の直列接続点から交流電力を出力するインバータ回路を用いたモータ駆動装置において、
上側スイッチ素子にＰＮＰ形の接合トランジスタを用い、前記接合トランジスタのエミッタを前記直流電源の正極側に接続し、前記接合トランジスタのコレクタに該接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを介して炭化シリコンを原料とするショットキーバリアダイオード（以下、ＳｉＣ−ＳＢＤ）のアノードを接続し、前記接合トランジスタのエミッタに前記ＳｉＣ−ＳＢＤのカソードを接続し、下側スイッチ素子のみをパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動し、下側スイッチ素子にＭＯＳＦＥＴ（ metal oxide semiconductor field effect transistor ）を用いたことを特徴とするモータ駆動装置。 - スイッチ素子を直列に接続した上下アームを直流電源に対して複数個並列に接続し、前記スイッチ素子の直列接続点から交流電力を出力するインバータ回路を用いたモータ駆動装置において、
上側スイッチ素子にＰＮＰ形の接合トランジスタを用い、前記接合トランジスタのエミッタを前記直流電源の正極側に接続し、前記接合トランジスタのコレクタに該接合トランジスタがオフ時に逆バイアスされるダイオードを介して炭化シリコンを原料とするＳｉＣ−ＳＢＤのアノードを接続し、前記接合トランジスタのエミッタに前記ＳｉＣ−ＳＢＤのカソードを接続し、下側スイッチ素子のみをパルス幅変調駆動し、下側スイッチ素子にＩＧＢＴを用い、下側フライホールダイオードにシリコンダイオード用いたことを特徴とするモータ駆動装置。 - ＰＷＭのキャリア周波数を非可聴周波数とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のモータ駆動装置。
- 主回路のスイッチ素子の駆動を一つの低圧直流電源で行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のモータ駆動装置。
- 同期電動機を駆動することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のモータ駆動装置。
- 請求項１乃至５の何れかに記載のモータ駆動装置によりモータが駆動されることを特徴とする送風機。
- 請求項１乃至５の何れかに記載のモータ駆動装置によりモータが駆動されることを特徴とする圧縮機。
- 請求項６に記載の送風機、又は請求項７記載の圧縮機を用いたことを特徴とする冷凍空調装置。
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