JP6012211B2 - モータ駆動装置とこれを備える空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、過電流を検出するモータ駆動装置に関する。

圧縮機のモータは、モータ駆動回路により交流に変換された電流が供給される。ここで、モータ駆動回路のスイッチング素子がノイズ等の影響によりマイクロコンピュータが意図しないタイミングでＯＮ状態となると、直流電源の正側と負側が極めて小さな抵抗でつながれた状態となる。この場合、瞬時に大電流が流れ、正常なスイッチング素子が破壊される。

特許文献１は、出力開始初期に下アームのスイッチング素子を順次短時間オンして短絡電流保護回路でアーム短絡を確認し、短絡電流保護回路によって正常なスイッチング素子の破壊を防止することができる。

特開平１０−２５７７７７号公報

エアコン用圧縮機では、希土類磁石の代用として、安価な酸化鉄を原料とした永久磁石（以下「フェライト磁石」という。）が用いられ始めている。しかし、フェライト磁石は、低温で減磁開始電流が低い特性を持つ。モータの温度が低い運転開始初期などにおいて、フェライト磁石に減磁開始電流以上の電流が流れると減磁する恐れがある。

ここで、モータ駆動回路のスイッチング素子がノイズ等の影響によりＯＮ状態となると、上下段スイッチング素子が導通して流れる電流に加え、モータを経由して流れる電流が発生する可能性がある。

特許文献１の短絡電流保護回路は、設定した素子保護閾値以上の電流が流れると、瞬時にスイッチング素子をオフすることができる。従って、上下段スイッチング素子の導通による電流の流れを防ぐことができる。

しかし、フェライト磁石の減磁開始電流は素子保護閾値より低いため、特許文献１の短絡電流保護回路では、モータを経由して流れる電流によるフェライト磁石の減磁を防ぐことはできない。

本発明の目的は、モータ用磁石の減磁を防ぐモータ駆動装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を順方向に直列に接続し、接続点をモータへの出力端とするインバータと、前記上段スイッチング素子のエミッタに接続されたキャパシタと、前記インバータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記モータの永久磁石の減磁開始電流より低い値であるモータ保護閾値と、前記キャパシタへの初期充電時に前記電流検出手段で検出された電流がモータ保護閾値を超えた場合に前記モータに流れる電流を制限する電流制限手段と、前記モータ保護閾値よりも高い値である素子保護閾値と、前記キャパシタへの初期充電時に前記電流検出手段で検出された電流が前記素子保護閾値を超えた場合に前記モータを停止する電流制限回路と、前記モータ保護閾値より低い値である充電減速閾値とを備え、前記電流制限手段の少なくとも一部はマイクロコンピュータによって構成され、前記電流制限回路はハードウェアによって構成され、前記電流検出手段で検出された電流が前記充電減速閾値を超えた場合にデューティ比を下げる。

モータ用磁石の減磁を防ぐモータ駆動装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における永久磁石モータ駆動装置。 本発明の第１の実施形態における空気調和機室外機のハードウェア構成。 本発明の第１の実施形態におけるインバータ回路のハードウェア構成。 本発明の第１の実施形態におけるスイッチング素子異常に伴う上下段スイッチング素子導通時の模式図。 本発明の第１の実施形態におけるキャパシタ充電時に流れる充電電流変化。 本発明の第１の実施形態におけるチョッピングした時におけるキャパシタ充電時に流れる充電電流変化。 本発明の第１の実施形態におけるスイッチング素子異常時にモータ巻線を介して電流が流れたときの模式図。 本発明の第１の実施形態のキャパシタ初期充電時の異常電流検出フローチャート。 本発明の第１の実施形態のスイッチング素子駆動シーケンス。 本発明の第２の実施形態のキャパシタ初期充電時の異常電流検出フローチャート。 本発明の第２の実施形態の正常時にモータ巻線に流れる電流。 本発明の第２の実施形態の上段スイッチング素子異常時のモータ巻線に流れる電流。

以下、実施例について図面を用いて説明する。

以下、実施例１のモータ駆動装置について説明する。
尚、実施例１では、モータとして永久磁石型同期電動機（以下「ＰＭモータ」という。）を用いて説明するが、これに限らず他の同期電動機（例えば、巻線型同期電動機やリラクタンスモータ）についても適用可能である。

図１において、モータ駆動用直流電源１は図示しない交流電源、整流回路、トランス等により構成される。

モータ駆動用直流電源１は、ＰＭモータ８の入力相毎に上下段に直列に接続されたスイッチング素子により構成されるインバータ部１５へ直流電圧を供給する。ＰＭモータ８を回転させるにはＰＭモータ８に印加すべき交流印加電圧をマイクロコンピュータ１０５にて演算し、パルス幅変調波信号（以下「ＰＷＭ信号」という。）に変換して上段駆動ＩＣ信号線１３および下段駆動ＩＣ信号線１４を通して、上段駆動ＩＣ２０３及び下段駆動ＩＣ２０４に送信する。

上段駆動ＩＣ２０３及び下段駆動ＩＣ２０４ではＰＷＭ信号に応じて各相の上段スイッチング素子２０１及び下段スイッチング素子２０２をＯＮ／ＯＦＦし、交流印加電圧をＰＭモータ８に印加する。

交流印加電圧をＰＭモータ８に印加するとモータ駆動用直流電源１からインバータ部１５に図示しない直流電流が流れ、この直流電流を電流検出抵抗２０８の両端に発生する電圧として検知する。電流検出抵抗２０８の両端に発生する電圧を増幅器３で増幅し、Ａ／Ｄ変換機４でデジタル変換を行ったのちマイクロコンピュータ１０５に情報を取り込み、ＰＭモータ８の巻線に流れる電流を電流再現部５で再現する。ＰＭモータ８の通常回転動作では電流再現部５で再現された電流値を元に、例えば目標ＰＷＭ周波数などに関してフィードバック制御を行うことでＰＷＭ信号を生成している。

図２は空気調和機の室外機の主要ハードウェア構成を示したものである。商用電源１０１より供給される交流電源を整流回路１０３により変換して直流電源とし、トランスおよび半導体ＩＣにより構成される電源回路１０４によって各種制御回路それぞれの定格電圧に適合した電源を作る。

そして、整流回路１０３で変換された直流出力電圧を圧縮機用インバータ回路１１１ａ、送風機用インバータ回路１１１ｂにより交流出力電圧に再変換して、圧縮機用モータ１１０及び送風機モータ１１２へ供給される。

図３にブラシ等の機械的接触部を除去したブラシレス直流モータ（以下「三相ブラシレスモータ」という。）のインバータ回路を示す。

インバータ回路の出力線１０、出力線１１、出力線１２がモータ入力相であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ接続されている。出力線１０、出力線１１、出力線１２には相毎に２つのスイッチング素子がブリッジ接続されている。

上段スイッチング素子２０１はＵ相上段スイッチング素子２０１ｕ、Ｖ相上段スイッチング素子２０１ｖ、Ｗ相上段スイッチング素子２０１ｗから構成され、下段スイッチング素子２０２はＵ相下段スイッチング素子２０２ｕ、Ｖ相下段スイッチング素子２０２ｖ、Ｗ相下段スイッチング素子２０２ｗから構成される。

上段スイッチング素子２０１及び下段スイッチング素子２０２のベースはそれぞれ上段駆動ＩＣ２０３及び下段駆動ＩＣ２０４に接続される。上段駆動ＩＣ２０３及び下段駆動ＩＣ２０４により制御端子の電圧が制御され、上段スイッチング素子２０１及び下段スイッチング素子２０２のＯＮ／ＯＦＦが行われる。上段駆動ＩＣ２０３はＵ相上段駆動ＩＣ２０３ｕ、Ｖ相上段駆動ＩＣ２０３ｖ、Ｗ相上段駆動ＩＣ２０３ｗから構成され、下段駆動ＩＣ２０４はＵ相下段駆動ＩＣ２０４ｕ、Ｖ相下段駆動ＩＣ２０４ｖ、Ｗ相下段駆動ＩＣ２０４ｗから構成される。上段駆動ＩＣ２０３および下段駆動ＩＣ２０４の動作は、マイクロコンピュータ１０５からの信号に基づいてそれぞれ制御される。

駆動ＩＣを駆動させるためにはＩＣ駆動電源が必要である。さらに、ＩＣ駆動電源の負側はそれぞれのスイッチング素子のエミッタと接続する必要がある。

下段スイッチング素子２０２の駆動ＩＣのＩＣ駆動電源は、それぞれの下段スイッチング素子２０２のエミッタが共通の電位であるため、１つの電源でＵ相下段駆動ＩＣ２０４ｕ、Ｖ相下段駆動ＩＣ２０４ｖ、Ｗ相下段駆動ＩＣ２０４ｗを駆動可能である。

一方、上段スイッチング素子２０１の上段駆動ＩＣ２０３のＩＣ駆動電源は上段スイッチング素子２０１のエミッタが異なる電位であるため、Ｕ相上段駆動ＩＣ２０３ｕ、Ｖ相上段駆動ＩＣ２０３ｖ、Ｗ相上段駆動ＩＣ２０３ｗそれぞれに対して合計３つの電源が必要である。

このような場合、インバータ回路毎に必要となる電源が増大するため、電源回路構成が多大となり、コストの増加、ならびに有効基板スペースの減少となる。この解決策として、例えばキャパシタ２０７を設けた回路を用いる方法が知られている。

キャパシタ２０７の充電は下段スイッチング素子２０２をＯＮすることで行われ、回転動作においては常に順次各相下段スイッチング素子２０２がＯＮするため安定してキャパシタ２０７の充電電圧を保つことができる。

キャパシタ２０７はＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した抵抗器２０５を介して、充電用電源Ｖ_ccと上段スイッチング素子２０１のエミッタとの間に接続され、対応する下段スイッチング素子２０２がＯＮすると充電される。例えば、Ｕ相下段駆動ＩＣ２０４ｕがＯＮするとＵ相キャパシタ２０７ｕが充電される。

また、上段スイッチング素子２０１のエミッタの電位が高い場合であってもキャパシタ２０７が放電しないように、抵抗器２０５とそれぞれのキャパシタ２０７との間にダイオード２０６が挿入される。このような方法を用いることで、上段スイッチング素子２０１の駆動ＩＣの電源を３つから１つに減らすことができ、さらには下段スイッチング素子２０２の駆動ＩＣと定格電圧が同様のものを用いれば、最小１つの電源ですべての駆動ＩＣを駆動可能である。

ここで、キャパシタ２０７は回転動作中においては下段スイッチング素子２０２のＯＮタイミングに併せて順次充電されるが、回転動作前の初期段階では充電シーケンスを行う必要がある。そのため、回転動作の直前に下段スイッチング素子２０２のみをＯＮさせてキャパシタ２０７を充電する。

過電流検出回路２０９では、一度でも異常判定閾値を超える電流を検出した場合、即座に駆動ＩＣに異常を知らせる信号が入力され、これに応じ駆動ＩＣはマイクロコンピュータの信号に拘わらず強制的に駆動を停止する。ノイズ等の影響によりスイッチング素子の動作が正常でなくなり、スイッチング素子を流れる電流が過大となる前に電流の流れを止めることができる。これによりスイッチング素子を保護している。異常判定閾値はコンパレータ、固定抵抗の値により決めるためモータ駆動装置の運転状況に応じて閾値を変更することはできない。

仮にインバータ回路の上段スイッチング素子２０１のどれか１つ以上が部品劣化やノイズ等何らかの影響により、マイクロコンピュータからの信号に関らず常にＯＮ状態となっていたと仮定する。

この状態で、キャパシタ２０７の初期充電を行うと、下段スイッチング素子２０２のＯＮにあわせてマイクロコンピュータ側では意図しない大きな電流が流れ、場合によってはモータの巻線にこの大きな電流が流れる。図６はモータの巻線に電流が流れる様子を模したもので、Ｕ相上段スイッチング素子２０１ｕが常にＯＮ状態となっており、Ｗ相下段スイッチング素子２０２ｗがＯＮするとマイクロコンピュータ側では意図しない電流が破線の如くモータ巻線を経由して流れる。

これまでのエアコン用圧縮機で用いられるモータはネオジウム等を原料とし、減磁開始電流値が過電流検出回路の異常閾値電流よりも高い。従って、モータ巻線を経由して過剰な電流が流れても従来技術では減磁することなく回転動作前の初期段階で異常の検出をすることができた。

しかし、エアコン用の圧縮機では、ネオジウム等の希土類磁石の代用として、安価な酸化鉄を原料とした永久磁石（以下「フェライト磁石」という。）が用いられ始めている。フェライト磁石は、低温で減磁開始電流が低い特性を持つ。モータの温度が低い運転開始初期などにおいて、フェライト磁石に減磁開始電流以上の電流が流れると減磁する恐れがある。

フェライト磁石の減磁開始電流は素子保護閾値より低いため、モータを経由して流れる電流によるフェライト磁石の減磁を防ぐことはできない。

また、減磁開始電流の低いモータを保護する場合、過電流検出回路の異常閾値電流を減磁開始電流より低く設定して減磁に対応することができるが、運転中にモータを流れる電流についても異常閾値電流を下回らなくてはならず、モータ出力が大きい運転を行うことができなくなってしまう。

実施例１では回転動作の直前においてキャパシタ２０７への充電時に２つの手法により部品の保護を行う。

まず１つ目が、電流検出抵抗２０８と過電流検出回路２０９により構成されるハードウェアによる保護である。本保護は主にスイッチング素子の保護に用いられる。例えば、スイッチング素子がノイズ等の影響によりマイクロコンピュータ１０５が意図しないタイミングでＯＮ状態となると、場合によってはモータ駆動用直流電源１の正側と負側が極めて小さな抵抗でつながれた状態となる。この場合、瞬時に大電流が流れ、正常なスイッチング素子が破壊されてしまう。これを防ぐために、ハードウェアによる保護を行う。

スイッチング素子は大電流を流したときに破壊に至るまでの時間を規定する耐量と最大許容電流を規定する素子絶対定格電流値がある。つまり、スイッチング素子が破壊に至るのを防ぐためには、瞬時の電流立ち上がりをすばやく捉えて、耐量前に上段駆動ＩＣ２０３、下段駆動ＩＣ２０４からスイッチング素子にオフする電圧を与えスイッチング素子をオフし、そのときの流れた電流値の最大値が素子絶対定格電流より小さい必要がある。電流検出抵抗２０８と過電流検出回路２０９による保護ではすべてハードウェアによって構成されるため、検出から停止までが数マイクロ秒で行われ、耐量より早い停止が可能である。また、素子絶対定格電流値より小さい素子保護閾値を設けることで素子破壊を防ぐことが可能である。

２つ目がマイクロコンピュータ１０５における処理を経たソフトウェアによる保護である。本保護は主に、モータの保護に用いられる。図１の異常電流判定部６では電流再現部５で再現された電流とマイクロコンピュータ１０５内の過電流閾値（以下「モータ保護閾値」という。）を比較し、再現された電流がモータ保護閾値を超えているときはブートストラップ充電信号発生部７に信号の停止を指示する。充電信号の停止を指示されたブートストラップ充電信号発生部７は上段駆動ＩＣ２０３及び下段駆動ＩＣ２０４への充電信号の送信を停止し、初期充電処理は異常停止という形で処理される。

電流検出抵抗２０８でインバータ部１５に流れる電流を検出してから、上記のようなマイクロコンピュータ１０５における処理を経て初期充電処理が異常停止するまでの時間は、マイクロコンピュータ１０５における処理での時間が支配的であり、およそ十数マイクロ秒〜数百マイクロ秒となる。

回転動作の直前のキャパシタ２０７への充電時に限らず、マイクロコンピュータ１０５における処理を経たＰＷＭ信号停止処理は十数マイクロ秒〜数百マイクロ秒の時間がかかっても影響が出ないものに限定され、例えばモータの脱調保護、モータ巻線温度保護、モータの減磁保護、素子の温度上昇保護、圧縮機の過温度保護、圧縮機の圧力保護など、電気的時定数や熱容量等により部品が故障するような影響を及ぼす領域に至るまでに数ミリ秒以上の時間がかかるものである。

また、マイクロコンピュータ１０５における処理を経たＰＷＭ信号停止処理は、マイクロコンピュータ１０５内の情報を自由に扱えるため、モータ制御用の情報やさまざまなセンサ情報を用いたり、複雑な計算式を用いて高精度な過電流判定したりすることができる。

ちなみに図１の電流検出抵抗２０８から増幅器３、増幅器３からＡ／Ｄ変換機４、Ａ／Ｄ変換機４から電流再現部５までの処理、及び、ブートストラップ充電信号発生部７から上段駆動ＩＣ２０３と下段駆動ＩＣ２０４までの処理は、ハードウェア構成となっているため合計数マイクロ秒で信号伝達が可能である。

実施例１では上記２つの手法による保護を備えた上で、素子保護閾値がモータ保護閾値よりも高い値となるように設定している。

図４のようにノイズ等の影響によりＷ相上段スイッチング素子２０１ｗの動作が正常でなくなり常にＯＮとなってしまっているときに、Ｗ相キャパシタ２０７ｗを充電するためにＷ相下段スイッチング素子２０２ｗをＯＮすると瞬時に大きな電流がＷ相上段スイッチング素子２０１ｗとＷ相下段スイッチング素子２０２ｗに流れる。しかし、ハードウェアによる保護により、Ｗ相上段スイッチング素子２０１ｗとＷ相下段スイッチング素子２０２ｗが破壊される前に駆動信号が停止し、電流の流れを止めることができる。

図６のようにノイズ等の影響によりＵ相上段スイッチング素子２０１ｕの動作が正常でなくなり常にＯＮとなってしまっているときに、Ｕ相キャパシタ２０７ｕ充電時にマイクロコンピュータから下段駆動ＩＣに送信する信号１６として図５Ａ、図５Ｂに示される通電方法で、最初にＷ相下段スイッチング素子２０２ｗをＯＮしたとする。するとモータ巻線を介した電流がモータ巻線の時定数に応じて流れるが、ソフトウェアによる保護によりモータが減磁する前に駆動信号が停止し、電流の流れを止めることができる。

一般的なモータ駆動装置では、保護機構としてハードウェアによる保護のみであったため、これらの大電流が流れるケースに対して素子保護閾値をモータの減磁開始電流値及びスイッチング素子絶対定格電流値の両方より低く設定する必要があった。

モータ減磁開始電流が低いＰＭモータを使用した場合、素子保護閾値も低くなるためモータの高出力運用は不可能となる。

それに対し、実施例１のモータ駆動装置では、素子保護閾値をモータ減磁開始電流に合わせる必要はない。図７は実施例１のモータ駆動装置において上段スイッチング素子２０１がノイズ等の影響により常にＯＮ状態となっているときに、キャパシタの初期充電処理を行った場合の保護動作に至るまでのフローチャートである。実施例１は異常により通電状態となった上段スイッチング素子２０１と通電した下段スイッチング素子２０２が同相の場合、マイクロコンピュータ１０５による処理を経ないでハードウェアによる保護を行う。一方、異常により通電状態となった上段スイッチング素子２０１と通電した下段スイッチング素子２０２が異なる相の場合、マイクロコンピュータ１０５によるソフトウェアによる保護を行う。これにより、スイッチング素子を保護する電流レベルを従来と同等にすることができ、モータの減磁を防止することができる。

次に、上段スイッチング素子２０１の異常時だけでなく下段スイッチング素子２０２の異常時も回転動作の直前のキャパシタ２０７への充電処理中に異常検出および停止が可能なモータ駆動装置の例を説明する。

図８は、実施例１におけるモータ駆動装置の回転動作直前のキャパシタ２０７への充電時にマイクロコンピュータ１０５から送信されるブートストラップ充電信号のタイムチャートの一例である。例えばキャパシタ２０７への充電処理を時刻ｔ₄で完了するようにしていた場合、図３における下段スイッチング素子２０２が劣化等何らかの原因により何れか１つが常にＯＮ状態にあっても、上段スイッチング素子２０１がＯＮしないため回転動作の直前のキャパシタ２０７への充電処理中に大電流が流れることが無い。

しかし、その後の位置決めシーケンスではＰＭモータ８に回転磁界を与えるような電流を流すべくマイクロコンピュータ１０５から制御信号が送られる。よって、下段スイッチング素子２０２が異常である中で、上段スイッチング素子２０１がＯＮすることにより意図しない電流がモータ巻線に流れ、意図しない回転（逆回転等）磁界が発生する可能性がある。

よって、実施例１においては時刻ｔ₁〜ｔ₄でキャパシタ２０７を一度充電し、時刻ｔ₄〜ｔ₅の間にすべての上段スイッチング素子２０１のみを同時にＯＮさせる。この時、下段スイッチング素子２０２のうち何れか１つでも異常によりＯＮ状態にある場合は、瞬時にモータ巻線を介さない大きな電流が流れるためマイクロコンピュータ１０５での処理なしに過電流検出回路２０９により保護動作に至ることができる。

下段スイッチング素子２０２が正常な場合は、時刻ｔ₄〜ｔ₅の間における上段スイッチング素子２０１のＯＮによりキャパシタ２０７が放電するため、時刻ｔ₅、時刻ｔ₆、時刻ｔ₇において時刻ｔ₁、時刻ｔ₂、時刻ｔ₃における処理と同様の処理を行い、キャパシタ２０７を充電する。

キャパシタ２０７への充電において各相の下段スイッチング素子２０２を異ならせたタイミングでＯＮさせているが、これに限らず各相の下段スイッチング素子２０２を同時にＯＮさせる場合においても実施可能である。

以上の通り、ＰＭモータ８が回転するシーケンスに入る前に全スイッチング素子の異常判別を行うことができ、正常時においてはキャパシタ２０７への充電を適正に実行できる。

なお、フェライト磁石を用いたモータの場合、低温時の減磁開始電流が低いためモータが温まるまで一定時間低出力で暖機運転を行う様にし、温まったのちにモータ保護閾値を上げる方法を採用してもよい。

また、モータの温度を測定し、モータの温度に応じてモータ保護閾値を可変してもよい。減磁開始電流はモータの温度に応じて変わるため、減磁開始電流に併せてモータ保護閾値を変更することで幅の広いモータ出力を得ることが可能である。これらのモータ保護閾値はソフトウェアを用いた保護であるがゆえに可能である。

モータ駆動装置の適用例としては、圧縮機モータの駆動装置が挙げられる。圧縮機の回転動作直前のキャパシタ２０７への充電時に素子保護閾値とモータ保護閾値を設けることにより、モータ保護閾値より大きく素子保護閾値より小さい電流を検知した場合はハードウェアで構成された過電流検出回路での保護動作は起こらず、減磁保護のための異常電流判定部で減磁過電流と判定され、ブートストラップ充電信号発生部から駆動ＩＣに停止信号が送られ、インバータ部の動作が停止する。

この場合、電流検出抵抗２０８にはマイクロコンピュータ１０５の反応速度の関係からモータ保護閾値以上の電流が流れているが、モータの電流は時定数に従って緩やかに変化するので、モータには減磁電流以上の電流が流れるのを防ぐことが可能である。

このように、本発明によれば、減磁電流と素子絶対定格の大小にかかわらず、適正に素子の保護とモータの減磁保護を行うことが可能である。また、モータの減磁電流は材質によって異なるため、各モータに合わせたモータ保護閾値を決めることですべてのモータに対して回転動作直前のキャパシタ２０７への充電処理時に適正に素子保護とモータの減磁保護を行うことができる。

また圧縮機、送風機それぞれ異なるモータ駆動装置であるが、回転動作直前のキャパシタ２０７への充電においてはそれぞれの駆動装置での駆動ＩＣの電源定格電圧が同じ物を利用すれば同様の電源で充電可能であり電源の容積を抑えて駆動ＩＣを正常に動作することが可能である。また。充電処理および保護動作についても充電時のＰＷＭ周波数、チョッピングのデューティ比、単独充電時間、モータ保護閾値、充電減速閾値等を各システムのパラメータとして外部記憶媒体に保存しておけば、該当システムの動作の際に同じマイクロコンピュータ、同じルーティーンプログラムを用いてパラメータを呼び出すことにより、何れのモータ駆動装置の回転動作前キャパシタ充電ならびに保護動作を制御することが可能である。

なお、ＰＭモータ８に交流印加電圧を安定供給するには、インバータ部１５のスイッチング素子にＯＮ／ＯＦＦの電圧を与える上段駆動ＩＣ２０３および下段駆動ＩＣ２０４の電源が安定的に供給されている必要がある。

また、実施例１はＰＭモータ８に交流印加電圧を安定供給することに加え、安価かつ省基板面積を実現するために、ブートストラップ充電回路２を上段駆動ＩＣ２０３の電源部に接続する方法を採用している。

また、充電用電源Ｖ_CCは上段駆動ＩＣと下段駆動ＩＣの定格電圧が等しければ共通にすることも可能で、キャパシタ２０７の充電電圧により上段駆動ＩＣ２０３を動作させることもできる。

また、送風機用モータなどは突風等の外乱の影響が大きく制御に影響を及ぼすため、外乱によりモータで発生する誘起電圧をロータ位置検出器１１３にて検知し、外乱の状況を加味した制御を行うこともできる。

また、スイッチング素子には、例えば、保護ダイオード付きのＩＧＢＴが用いられる。
また、電源回路１０４の出力電圧のうち正側のモータ駆動用直流電源Ｖ_DDを電源回路１０４の出力電圧は平滑回路で直流にした電圧を用いる場合もある。

また、モータ駆動装置の回転動作直前に限らず、サーモオフ時や異常停止した時などに、スイッチング素子を短い時間オン状態にする短絡確認運転を行い、短絡確認運転時に本発明のハードウェア及びソフトウェアによる保護を行っても良い。

実施例２では、上段スイッチング素子２０１が劣化などのなんらかの異常によりＯＮ状態にありＰＭモータ８を介して大きな電流が流れる場合に、より時定数を持たせてモータ保護動作を行うことのできるモータ駆動装置の例を説明する。

図９は実施例２のスイッチング素子が劣化などなんらかの異常によりＯＮ状態にあり、保護動作により停止に至るまでのフローチャートである。

実施例２はマイクロコンピュータ１０５での処理を経由して保護動作を行う際にモータ保護閾値より低い充電減速閾値を設けて、電流検出抵抗２０８に流れる電流がマイクロコンピュータ１０５に取り込まれた際、充電減速閾値を超える場合にはＰＷＭ周期ごとにチョッピングしたＰＷＭ信号のチョッピング率（以下「デューティ比」という。）を下げて、モータを流れる電流の立ち上がりを抑える処置を行う。

図１０は実施例２においてスイッチング素子の異常が無く正常にキャパシタ２０７を充電しているときのブートストラップ充電信号と電流検出抵抗に流れる電流Ｉｄである。図１１は上段スイッチング素子２０１の異常でＯＮ状態にあり、モータ巻線を経由する時定数を持った電流が流れるときのブートストラップ充電信号と電流検出抵抗に流れる電流Ｉｄである。

実施例２では図１１のように、電流Ｉｄが充電減速閾値に達するとＰＷＭ信号のデューティ比を小さくすることで、電流の立ち上がりの傾きを抑えることができる。さらにＷ相のみを充電する期間が時刻ｔ₁から時刻ｔ₂であったところを時刻ｔ₁から時刻ｔ₂′としている。これにより、モータを流れる電流の立ち上がりを抑えることができる。

実施例２ではＰＷＭ信号のデューティ比を下げパルス幅を小さくすることによって検出から停止までの反応時間が短くなり、電流の立ち上がりを抑えるためモータ保護閾値をより誤検知の可能性の低い高い値に設定することができる。

さらに、実施例２の充電減速閾値検出後のＰＷＭ信号のデューティ比としては過電流検出回路で検出可能な最小のパルス幅に合わせて設定するのが望ましく、任意相の駆動ＩＣがＯＮし次相の駆動ＩＣがＯＮするまでの時間としてはノイズなどの影響により充電減速閾値を誤検出してしまっているときのことも想定してデューティ比の減少率に併せて増やすことが望ましい。

なお、図９では実施例２のモータ駆動装置を元にしたフローチャートとなっているが、図５Ａのような下段スイッチング素子の異常検出を特に行わないキャパシタ充電信号でも適用でき、これらキャパシタ充電信号に対し図５ＢのようにＰＷＭ周期ごとにチョピングしたＰＷＭ信号を用いる。

また、通常マイクロコンピュータ１０５での処理を経由した保護動作では、動作のタイミングをマイクロコンピュータ１０５から駆動ＩＣに与えるＰＷＭ信号のＯＮタイミングに併せることが多く、例えばＯＮ信号パスルの中間の位置で検出しモータ保護閾値を超えていた場合は次回以降のパルスを出力しないといった処理が行われる。つまり、モータ保護閾値を超える電流を検出しても、パルス幅の１／２の時間は電流が流れ続ける。よってモータ保護閾値とモータ減磁開始電流とのマージンは最低でもパルス幅の１／２の時間に流れる電流以上で設定しなければならない。

以上説明したとおり、本発明のモータ駆動装置は、上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を順方向に直列に接続し、接続点をモータへの出力端とするインバータと、上段スイッチング素子のエミッタに接続されたキャパシタと、インバータに流れる電流を検出する電流検出手段と、モータの永久磁石の減磁開始電流より低いモータ保護閾値と、キャパシタへの初期充電時に電流演算手段で演算された電流がモータ保護閾値を超えた場合にモータに流れる電流を制限する電流制限手段と、を備えた。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、キャパシタへの初期充電時に電流検出手段で検出された電流が素子保護閾値を超えた場合にモータを停止する電流制限回路を備え、素子保護閾値はモータ保護閾値よりも高い。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、素子保護閾値はモータの永久磁石の減磁開始電流より高い。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、モータ保護閾値はモータの温度に応じて変化する。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、電流演算手段を有するマイクロコンピュータを備えた。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、モータ保護閾値より低い充電減速閾値を備え、電流演算手段で演算された電流が充電減速閾値を超えた場合にインバータのデューティ比を下げる。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、デューティ比の減少率に応じてキャパシタへの初期充電時間を長くする。

さらに、本発明のモータ駆動装置は、下段スイッチング素子をＯＮ動作させてキャパシタへの初期充電を行い、キャパシタへの初期充電後であってモータの駆動前に、全ての下段スイッチング素子をＯＦＦし、且つ、全ての上段スイッチング素子をＯＮする。

さらに、本発明の空気調和機は、モータ駆動装置によって圧縮機を駆動する。

１ モータ駆動用直流電源
２ ブートストラップ充電回路
３ 増幅器
４ Ａ／Ｄ変換機
５ 電流再現部
６ 異常電流判定部
７ ブートストラップ充電信号発生部
８ ＰＭモータ
１３ 上段駆動ＩＣ信号線
１３ｕ Ｕ相上段駆動ＩＣ信号線
１３ｖ Ｖ相上段駆動ＩＣ信号線
１３ｗ Ｗ相上段駆動ＩＣ信号線
１４ 下段駆動ＩＣ信号線
１４ｕ Ｕ相下段駆動ＩＣ信号線
１４ｖ Ｖ相下段駆動ＩＣ信号線
１４ｗ Ｗ相下段駆動ＩＣ信号線
１５ インバータ部
１６ マイクロコンピュータから下段駆動ＩＣに送信する信号
１００ パワーモジュール
１０１ 商用電源
１０２ リアクタ
１０３ 整流回路
１０４ 電源回路
１０５ マイクロコンピュータ
１０６ 室外通信回路
１０７ 温度センサ
１０８ 膨張弁ユニット
１０９ 膨張弁駆動回路
１１０ 圧縮機用モータ
１１１ インバータ回路
１１１ａ 圧縮機用インバータ回路
１１１ｂ 送風機用インバータ回路
１１２ 送風機モータ
１１３ ロータ位置検出器
２０１ 上段スイッチング素子
２０１ｕ Ｕ相上段スイッチング素子
２０１ｖ Ｖ相上段スイッチング素子
２０１ｗ Ｗ相上段スイッチング素子
２０２ 下段スイッチング素子
２０２ｕ Ｕ相下段スイッチング素子
２０２ｖ Ｖ相下段スイッチング素子
２０２ｗ Ｗ相下段スイッチング素子
２０３ 上段駆動ＩＣ
２０３ｕ Ｕ相上段駆動ＩＣ
２０３ｖ Ｖ相上段駆動ＩＣ
２０３ｗ Ｗ相上段駆動ＩＣ
２０４ 下段駆動ＩＣ
２０４ｕ Ｕ相下段駆動ＩＣ
２０４ｖ Ｖ相下段駆動ＩＣ
２０４ｗ Ｗ相下段駆動ＩＣ
２０５ 抵抗器
２０６ ダイオード
２０７ キャパシタ
２０７ｕ Ｕ相キャパシタ
２０７ｖ Ｖ相キャパシタ
２０７ｗ Ｗ相キャパシタ
２０８ 電流検出抵抗
２０９ 過電流検出回路

Claims (8)

1. 上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を順方向に直列に接続し、接続点をモータへの出力端とするインバータと、
   前記上段スイッチング素子のエミッタに接続されたキャパシタと、
   前記インバータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記モータの永久磁石の減磁開始電流より低い値であるモータ保護閾値と、
   前記キャパシタへの初期充電時に前記電流検出手段で検出された電流がモータ保護閾値を超えた場合に前記モータに流れる電流を制限する電流制限手段と、
   前記モータ保護閾値よりも高い値である素子保護閾値と、
   前記キャパシタへの初期充電時に前記電流検出手段で検出された電流が前記素子保護閾値を超えた場合に前記モータを停止する電流制限回路と、
   前記モータ保護閾値より低い値である充電減速閾値とを備え、
   前記電流制限手段の少なくとも一部はマイクロコンピュータによって構成され、
   前記電流制限回路はハードウェアによって構成され、
   前記電流検出手段で検出された電流が前記充電減速閾値を超えた場合にデューティ比を下げることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を順方向に直列に接続し、接続点をモータへの出力端とするインバータと、
   前記上段スイッチング素子のエミッタに接続されたキャパシタと、
   前記インバータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記モータの永久磁石の減磁開始電流より低い値であるモータ保護閾値と、
   前記キャパシタへの初期充電時に前記電流検出手段で検出された電流がモータ保護閾値を超えた場合に前記モータに流れる電流を制限する電流制限手段と備え、
   前記デューティ比の減少率に応じて前記キャパシタへの初期充電時間を長くすることを特徴とするモータ駆動装置。
3. 前記下段スイッチング素子をＯＮ動作させて前記キャパシタへの初期充電を行い、
   前記キャパシタへの初期充電後であって前記モータの駆動前に、全ての前記下段スイッチング素子をＯＦＦし、且つ、全ての前記上段スイッチング素子をＯＮすることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記モータ保護閾値は前記モータの温度に応じて変化することを特徴とする請求項２又は３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記モータ保護閾値より低い値である充電減速閾値を備え、
   前記電流検出手段で検出された電流が前記充電減速閾値を超えた場合にデューティ比を下げることを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
6. 上段スイッチング素子及び下段スイッチング素子を順方向に直列に接続し、接続点をモータへの出力端とするインバータと、
   前記上段スイッチング素子のエミッタに接続されたキャパシタと、
   前記インバータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記モータの永久磁石の減磁開始電流より低い値であるモータ保護閾値と、
   前記キャパシタへの初期充電時に前記電流検出手段で検出された電流がモータ保護閾値を超えた場合に前記モータに流れる電流を制限する電流制限手段と、
   前記モータ保護閾値より低い値である充電減速閾値とを備え、
   前記下段スイッチング素子をＯＮ動作させて前記キャパシタへの初期充電を行い、
   前記キャパシタへの初期充電後であって前記モータの駆動前に、全ての前記下段スイッチング素子をＯＦＦし、且つ、全ての前記上段スイッチング素子をＯＮし、
   前記電流検出手段で検出された電流が前記充電減速閾値を超えた場合にデューティ比を下げるモータ駆動装置。
7. 前記モータ駆動装置によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の空気調和機。
8. 前記電流制限手段は前記キャパシタへの初期充電時に前記電流検出手段で検出された電流がモータ保護閾値を超えた場合に前記モータに流れる電流を制限し、
   電流制限回路は前記キャパシタへの初期充電時に前記電流検出手段で検出された電流が前記素子保護閾値を超えた場合に前記モータを停止することを特徴とする請求項７に記載の空気調和機。