JPH077952A

JPH077952A - 空気調和機のファンモータ駆動回路

Info

Publication number: JPH077952A
Application number: JP14780393A
Authority: JP
Inventors: Koji Kato; 浩二加藤; Yuji Kawaguchi; 裕次川口; Makoto Ishii; 誠石井; Shinichi Iizuka; 慎一飯塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】ファンモータ駆動回路の構成部品の小型化を
図り、回路実装規模を縮小する。【構成】ファンモータ１の駆動用電圧をコンバータ回
路６と降圧チョッパ回路５とで作成する。一方、制御部
１２に供給する制御電源を、コンバータ回路に接続され
た高周波トランス７と、該高周波トランスに接続された
スイッチング回路８と、高周波トランスの複数個の２次
巻線のうち、いずれか１つの２次巻線７ｃに接続され、
整流及び平滑された出力をインバータ２及び降圧チョッ
パ回路に供給する第１の整流・平滑回路９と、他の１つ
の２次巻線７ｄに接続され、整流及び平滑された出力を
制御部に供給する第２の整流・平滑回路１０とから構成
する。なお、コンバータ回路として、出力電圧を入力電
圧の１／ｎ（ｎは１以上の数）にするスイッチングコン
バータを用いることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和機のファンモ
ータ駆動回路に係り、特にインバータを内蔵したファン
モータの駆動用電源及び制御用電源の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気調和機の室内機に搭載さ
れるＤＣファンモータ（以下、単にファンモータとい
う）の駆動回路としては、ファンモータに印加する電圧
を外部の降圧回路により任意に変化させて回転数を制御
するＰＡＭ制御方式が用いられている。図４に従来より
知られている本方式のファンモータ駆動回路の一例を示
す。この図から明らかなように、ＰＡＭ制御を行なう場
合、ＡＣ−ＤＣコンバータ１４と、スイッチング回路１
８と、スイッチングトランス１９と、整流・平滑回路２
０と、スイッチングトランス１９に通電する電流のデュ
ーティを制御することでファンモータ２１の回転数を制
御する制御部１７と、該制御部１７及びファンモータ２
１に電力を供給する低周波トランス１５並びに制御電圧
作成回路１６とを必要とする。

【０００３】本方式のファンモータ駆動回路は、比較的
大きい電流を通電するため、スイッチング回路１８、ス
イッチングトランス１９、平滑回路２０の小型化に限界
があり、室内機の小型化を図ること、あるいは室内機の
設計の自由度を高めることが困難であった。そこで、か
かる不都合を解消するため、従来より、モータ内に高電
圧インバータ回路を内蔵させ、高電圧のまま電流の通電
率制御を行なう方式の駆動回路、及び降圧チョッパ回路
を用いた簡単な回路構成で任意の平滑電圧を得る方式の
駆動回路が提案されている。

【０００４】図５に、パワー素子Ｑ₁ 〜Ｑ₆ からなる高
電圧インバータ回路をモータ内に内蔵させた場合の回路
構成例を示す（実公昭５７−５９１９１号公報に記
載）。本例のインバータ回路構成にあっては、パワー素
子Ｑ₁ 〜Ｑ₆ のベースを制御するための電源として、エ
ミッタが共通接続されたＱ₄ 〜Ｑ₆ 用の電源を１組、エ
ミッタが独立しているＱ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ 用の電源を３
組、合計４組の互いに独立した電源を必要とする。そこ
で、図５の駆動回路にあっては、スイッチングトランス
Ｔｒに２次巻線を５組設けると共に、各２次巻線に整流
ダイオードＤと平滑コンデンサＣ₀ とを接続し、そのう
ちの４組からパワー素子Ｑ₄ 〜Ｑ₆ 用及びＱ₁、Q₂ 、Ｑ₃
用の電源Ｖ₁ −Ｖ₄ を取出し、他の１組から制御用電
源Ｖ_C を取り出すように構成されている。この回路によ
れば、高電圧インバータ回路の電源としてスイッチング
電源を用いたので、トランスの小型化及び平滑コンデン
サの小容量化を図ることができ、回路を小型化できる。
しかるに、部品点数は依然として多いままであり、高電
圧インバータ内蔵のファンモータを使用することによ
り、かえって大幅なコストアップを招くという不都合が
ある。

【０００５】一方、降圧チョッパ回路を用いてモータ電
圧を得ると、ファンモータを駆動する電源が交流入力と
接続されるため、制御部と絶縁した新たな電源が必要と
なる。すなわち、従来の制御用電源に加えて、さら１電
源を追加する必要があるため、トランス及び整流・平滑
回路が大形化するという不都合がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術の不都
合を解消し、インバータを内蔵したファンモータの駆動
回路を小型化するためには、制御用電源を単にスイッチ
ング回路化したり、インバータ駆動電源を単に高圧チョ
ッパ回路で構成するだけでは足りず、制御用電源とイン
バータ駆動用電源とを絶縁しつつ共通部品化する回路構
成の開発が必要がある。

【０００７】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであって、その目的は、インバータを内蔵し
たファンモータの駆動回路を小型化することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するため、インバータを内蔵したファンモータと、
該ファンモータの回転数制御を含む空気調和機各部の制
御を行なう制御部と、交流入力を直流出力に変換するコ
ンバータ回路と、前記制御部からの指令にしたがって前
記コンバータ回路の出力を降圧し、前記ファンモータに
給電する降圧チョッパ回路と、前記インバータ及び制御
部並びに降圧チョッパ回路に給電するための電源回路と
からなる空気調和機のファンモータ駆動回路において、
前記電源回路を、前記コンバータ回路出力の高電位側と
接続された１次巻線及び複数個の２次巻線を有する高周
波トランスと、エミッタ−コレクタ間が前記高周波トラ
ンスの１次巻線に直列接続され、ベースが高周波スイッ
チング信号源に接続されて前記高周波トランスの１次巻
線に高周波通電を行うスイッチング回路と、前記高周波
トランスの２次巻線のうち、いずれか１つの２次巻線に
接続され、整流及び平滑された出力を前記インバータ及
び降圧チョッパ回路に供給する第１の整流・平滑回路
と、他の１つの２次巻線に接続され、整流及び平滑され
た出力を前記制御部に供給する第２の整流・平滑回路と
から構成した。

【０００９】なお、前記コンバータ回路としては、スイ
ッチング電源及び高圧チョッパ回路の部品を低電圧部品
に置き換えられるようにするため、交流入力を直流出力
に変換した後、入力電圧を１／ｎ（ｎは１以上の数）に
して出力するスイッチングコンバータを備えることが特
に好ましい。

【００１０】

【作用】複数個の２次巻線を有する高周波トランスを備
え、複数個の２次巻線のそれぞれからインバータ（ファ
ンモータ）の駆動用電源及び制御用電源を得るようにす
ると、各電源が互いに絶縁され、各電源の相互干渉が防
止されると共に、トランス及び平滑コンデンサの小型化
及び低コスト化を図ることができる。また、電源の１次
側の直流電力をファンモータ駆動用のコンバータ回路よ
り得る構成にすると、別個に直流電力をとりだすための
回路を設ける必要がないため、回路構成が簡単になる。
一方、コンバータ回路とその出力側に接続された降圧チ
ョッパ回路とを用いてファンモータ駆動用の電圧を作成
する回路構成にすると、従来のスイッチングトランスを
用いた方式に比較して回路構成が簡単になり、部品点数
を少なくできる。また、高周波化を図ることで、降圧チ
ョッパ回路を構成するリアクタ及びキャパシタを小型
化、低コスト化ができる。よって、インバータを内蔵し
たファンモータの駆動回路の小型化と低コスト化とを図
ることができる。

【００１１】

【実施例】図１に、本発明に係るファンモータ駆動回路
の一実施例を示す。この図から明らかなように、本例の
ファンモータ駆動回路は、インバータ２を内蔵し、入力
電圧の大きさにより回転数を制御することができるファ
ンモータ１と、ファンモータ１の入力電圧を制御するた
めのスイッチング素子４と、該スイッチング素子４の動
作を制御するデューティ制御回路３と、リアクタＬ₀ 、
キャパシタＣ₀ 、還流ダイオードＤ₀ を有する降圧チョ
ッパ回路５と、交流入力を直流出力に変換するコンバー
タ回路６と、１次巻線及び２個の２次巻線を有する高周
波トランス７と、前記高周波トランス７の１次巻線に高
周波通電を行うスイッチング回路８と、ファンモータ回
転数の制御を含む空気調和機各部の制御を行なう制御部
１２と、一方の２次巻線の出力を整流及び平滑し、前記
インバータ２及びデューティ制御回路３に供給する外部
電源９と、他方の２次巻線の出力を整流及び平滑し、前
記制御部１２に供給する制御電源１０と、前記制御部１
２からファンモータ１に対し出力される回転数指令を絶
縁するレベルシフト回路１３からなる。なお、図中の符
号１１は、高周波トランス７と、スイッチング回路８
と、外部電源９と、制御電源１０とからなるスイッチン
グ電源を示している。

【００１２】図２にスイッチング電源１１のより具体的
な回路構成を示す。同図から明らかなように、本例のス
イッチング回路８は、トランジスタＴｒ₁ と、ダイオー
ドＤ₁ 〜Ｄ₃ と、ツェナーダイオードＺＤ₁ と、抵抗Ｒ
₁ 〜Ｒ₅ と、コンデンサＣ₁〜Ｃ₃ とから構成されてい
る。

【００１３】以下、本例に係るファンモータ駆動回路の
動作について説明する。

【００１４】コンバータ回路６に交流入力が印加され、
該コンバータ回路６から直流出力が出力されと、スイッ
チング電源１１のスイッチング回路８が動作する。スイ
ッチング電源１１に直流（１４０Ｖ）が与えられると、
高周波トランス７の１次巻線７ａに高周波電流が流れ
る。そして、トランジスタＴｒ₁ がオフしたタイミング
で１次巻線７ａに蓄えられた電力は、トランジスタＴｒ
₁ のベース制御巻線７ｂ及び２個の２次巻線７ｃ，７ｄ
に供給され、これによって各巻線に高周波電圧が誘起さ
れる。ベース制御巻線７ｂに誘起された電圧は、整流ダ
イオードＤ₁ 及び平滑コンデンサＣ₂ によって整流及び
平滑され、抵抗Ｒ₂ を介して放電される。トランジスタ
Ｔｒ₁ のベース電流は、ベース制御巻線７ｂに逆に誘起
された電圧により、抵抗Ｒ₁ 及びコンデンサＣ₁ を通し
て供給され、トランジスタＴｒ₁をオンさせる。各２次
巻線７ｃ，７ｄに誘起された電圧は、外部電源９又は制
御電源１０でそれぞれ整流及び平滑され、直流電源とな
る。外部電源９の出力電圧は、図１に示したインバータ
２及びデューティ制御回路３に供給され、制御電源１０
の出力電圧は、制御部１２に供給される。制御部１２
は、電圧が供給されると動作を開始し、空気調和機の制
御を行い、ユーザからの指令及び空気調和機に備えられ
た各種センサ出力に応じて、ファンモータの回転数指令
をデジタル信号としてレベルシフト回路１３に対して出
力する。該デジタル信号が入力されると、レベルシフト
回路１３は、該信号を絶縁した後、平滑してアナログの
指令電圧としてデューティ制御回路３に対して出力す
る。デューティ制御回路３は、指令電圧値に応じたデュ
ーティでスイッチング素子４を高周波（５０ｋＨｚ程
度）でオンオフすることにより、通電電流を制御する。
スイッチング素子４がオンすると、コンバータ回路６か
らリアクタＬ₀ に電流が流れ、キャパシタＣ₀ を充電す
る。スイッチング素子４がオフした場合には、リアクタ
Ｌ₀ に流れていた電流は還流電流として、還流ダイオー
ドＤ₀ を通ってリアクタＬ₀ を流れつづける。この際、
オンデューティの割合とファンモータ１に流れる電流に
応じ、キャパシタＣ₀ の両端に平滑電圧が出力される。
ファンモータ１にはインバータ２が内蔵されており、こ
の平滑電圧に応じた回転数でファンモータ１を駆動す
る。

【００１５】本例のファンモータ駆動回路は、高周波ト
ランス７を用いてファンモータ駆動用電源及び制御部電
源を得るようにしたので、高周波トランス７並びに外部
電源９及び制御電源１０の平滑コンデンサを小型化でき
る。また、スイッチング電源１１の１次側の直流電力
を、ファンモータ用のコンバータ回路６の出力より得る
構成にしたので、特別に直流電力をとりだすための回路
を設ける必要がなく、回路構成を簡単にできる。さら
に、降圧チョッパ回路５を用いてファンモータ駆動用の
電圧を作成する構成にしたので、従来のスイッチングト
ランスを用いた方式に比較して回路構成が簡単になり部
品点数を減少できるとともに、高周波化を図ることでリ
アクタＬ₀ 及びキャパシタＣ₀ を小型化できる。よっ
て、インバータを内蔵したファンモータの駆動回路の小
型化と低コスト化とを図ることができる。

【００１６】なお、前記実施例におけるコンバータ回路
６に代えて、図５に示すように、ｎを１以上の数と規定
した場合、出力電圧を１／ｎにするスイッチングコンバ
ータを用いることも可能である。コンバータ回路として
このスイッチングコンバータを用いると、降圧チョッパ
回路５及びスイッチング電源１１の部品を低電圧部品に
置き換えることができ、回路のより一層の小型化と低コ
スト化とが図れる。さらに共振型コンバータを用いれ
ば、スイッチング損失を低減できるために回路の高周波
化が図れ、コンバータ回路の小形実装が可能になる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
降圧チョッパ回路によりファンモータの入力電圧を制御
するようにしたので、従来のスイッチングトランスを用
いた場合に比較して回路構成が簡単になり、小型化、低
コスト化が図れる。

【００１８】また、高周波トランスを備えたスイッチン
グ電源を用いてファンモータ駆動用電源及び制御部電源
を得るようにしたので、商用周波数用のトランスを用い
た場合の１／３程度の外形寸法のものとすることがで
き、また平滑コンデンサも１／１０程度の容量のものと
することができる。さらに小型化の結果、トランスをプ
リント基板上に実装することができるので、配線作業が
簡略化できる。

【００１９】また、インバータ及びインバータの動作を
制御する周辺回路を一体にモノリシックＩＣ化し、モー
タ内に内蔵したファンモータを用いることにより、ファ
ンモータ駆動用電源を１電源化することができるので、
電源回路の小型化が図れる。

【００２０】また、スイッチング回路にフィードバック
機能をもたせたので、出力電圧の安定化を図ることがで
きる。

【００２１】また、本発明では電源の１次側の直流電力
をファンモータ用のコンバータ回路の出力より得てお
り、特別に直流電力をとりだすための回路を設ける必要
がないため、回路構成を簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係るファンモータ駆動回路の回路図で
ある。

【図２】実施例に係るスイッチング電源の回路図であ
る。

【図３】他の実施例に係るコンバータの回路図である。

【図４】従来例に係るファンモータ駆動回路の回路図で
ある。

【図５】従来例に係るインバータ駆動電源回路の回路図
である。

【符号の説明】

１モータ２インバータ３デューティ制御回路４スイッチング回路５降圧チョッパ回路６コンバータ回路７高周波トランス８スイッチング回路９外部電源１０制御電源１１スイッチング電源１２制御部１３レベルシフト回路１４コンバータ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯塚慎一栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所リビング機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インバータを内蔵したファンモータと、
該ファンモータの回転数制御を含む空気調和機各部の制
御を行なう制御部と、交流入力を直流出力に変換するコ
ンバータ回路と、前記制御部からの指令にしたがって前
記コンバータ回路の出力を降圧し、前記ファンモータに
給電する降圧チョッパ回路と、前記インバータ及び制御
部並びに降圧チョッパ回路に給電するための電源回路と
からなる空気調和機のファンモータ駆動回路において、前記電源回路が、前記コンバータ回路出力の高電位側と
接続された１次巻線及び複数個の２次巻線を有する高周
波トランスと、エミッタ−コレクタ間が前記高周波トラ
ンスの１次巻線に直列接続され、ベースが高周波スイッ
チング信号源に接続されて前記高周波トランスの１次巻
線に高周波通電を行うスイッチング回路と、前記高周波
トランスの２次巻線のうち、いずれか１つの２次巻線に
接続され、整流及び平滑された出力を前記インバータ及
び降圧チョッパ回路に供給する第１の整流・平滑回路
と、他の１つの２次巻線に接続され、整流及び平滑され
た出力を前記制御部に供給する第２の整流・平滑回路と
から構成されていることを特徴とする空気調和機のファ
ンモータ駆動回路。
【請求項２】請求項１において、前記コンバータ回路
として、交流入力を直流出力に変換した後、入力電圧を
１／ｎ（ｎは１以上の数）にして出力するスイッチング
コンバータを備えたことを特徴とする空気調和機のファ
ンモータ駆動回路。