JP2008086108A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンバータ回路を用いたモータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device using a converter circuit.
従来のこの種のモータ制御装置の入力電圧を昇圧する回路には、全波倍電圧回路が使用されていた。 A full-wave voltage doubler circuit has been used as a circuit for boosting the input voltage of this type of conventional motor control device.
図5は、従来のモータ制御装置の全波倍電圧回路の一例を示す回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a full-wave voltage doubler circuit of a conventional motor control device.
図5において、従来のモータ制御装置の全波倍電圧回路40は、交流電源2の出力電圧を整流するブリッジダイオード回路41と、交流電源2とブリッジダイオード回路41との間に直列に接続された力率改善用リアクタ42と、ブリッジダイオード回路41に並列に接続された直列接続の2つの電解コンデンサ43及び44と、電解コンデンサ43及び44に並列に接続された電解コンデンサ45とを有している。
In FIG. 5, a full-wave
全波倍電圧回路40の入力端子1a及び1bは、交流電源2の出力端子に接続されている。ブリッジダイオード回路41は、全波倍電圧回路40の出力端子1c及び1d間に直列に接続された2つのダイオード41a及び41bからなり、前記両ダイオード41a及び41bの接続点41cは、力率改善用リアクタ42を介して、全波倍電圧回路40の一方の入力端子1aに接続されている。また、全波倍電圧回路40の他方の入力端子1bには電解コンデンサ43及び44の接続点が接続されており、前記各電解コンデンサ43及び44にはそれぞれ並列にダイオード46及び47が接続されている。
The
このような全波倍電圧回路40では、交流電源2の出力電圧がブリッジダイオード回路41を構成するダイオード41a及び41bにより全波整流され、ブリッジダイオード回路41の全波整流出力により電解コンデンサ43及び44が、交流電源2の出力電圧の周期で交互に充電される。この充電により直列接続のコンデンサ43及び44の両端に発生した交流電源2の倍電圧は、電解コンデンサ45により平滑され、全波倍電圧回路40の出力端子1c及び1d間に、平滑された倍電圧が発生する。
In such a full wave
また、入力電源の力率を向上させ、かつ入力電圧を任意の電圧まで昇圧する方法として、整流回路に昇圧回路を具備した回路方式も提案されている(例えば特許文献1参照)。 As a method for improving the power factor of the input power source and boosting the input voltage to an arbitrary voltage, a circuit system in which a rectifier circuit includes a booster circuit has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
図6は、上記特許文献1に示された従来のモータ制御装置の電圧変換回路の回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram of a voltage conversion circuit of the conventional motor control device disclosed in Patent Document 1.
この電圧変換回路50は、入力端子2a及び2bに入力された交流電源2の出力電圧を整流する整流回路51と、前記整流回路51の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路52と、前記昇圧コンバータ回路52の出力電圧により充電される電解コンデンサ53とを備えている。
The
前記整流回路51は、直列接続のダイオード54及び55と、直列接続のダイオード56及び57とから構成されている。ダイオード54及び55の接続点50aは電圧変換回路50の一方の入力端子2aに、ダイオード56及び57の接続点50bは電圧変換回路50の他方の入力端子2bに接続されている。また、ダイオード54及び56の共通接続のカソードは、前記整流回路51の一方の出力端子となっており、ダイオード55及び57の共通接続のアノードは、該整流回路51の他方の出力端子となっている。
The
前記昇圧コンバータ回路52は、一端が前記整流回路51の一方の出力端子に接続されたリアクタ58と、アノードがリアクタ58の他端に、カソードが電圧変換回路50の一方の出力端子2cに接続されたダイオード59aと、前記リアクタ58及びダイオード59aの接続点と前記整流回路51の他方の出力端子との間に接続されたスイッチング手段60とを有している。ここで、前記スイッチング手段60は、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)であり、前記スイッチング手段60には逆並列にダイオード59bが接続されている。
The
この電圧変換回路50では、交流電源2から供給される交流電圧が整流回路51により整流され、前記整流回路51の出力が昇圧コンバータ回路52に入力されると、昇圧コンバータ回路52では、前記整流回路51の出力がスイッチング手段60のオンオフにより昇圧される。つまり、昇圧コンバータ回路52では、スイッチング手段60のオンにより、リアクタ58の出力側の電路が短絡してリアクタ58に整流回路51から直流電流が流入し、エネルギーがリアクタ58に蓄えられる。その後、スイッチング手段60がオフすると、リアクタ58に誘起電圧が発生し、コンデンサ53が前記誘起電圧と整流回路51の出力との和電圧により充電され、コンデンサ53の端子間には、整流回路51の出力より高い電圧が発生する。
In the
このタイプの昇圧コンデンサ回路52を有する電圧変換回路50では、スイッチング手段60のオン期間とオフ期間の時間比を調整することにより、交流電源からの入力電流の波形が正弦波状になるよう制御され、力率を改善することができ、さらに、上記時間比の調整により該入力電流の大きさ(絶対値)を制御して、出力される直流電圧のレベル制御を行うことができる。
しかしながら、図5に示す従来のモータ制御装置の全波倍電圧回路40では、大容量の倍電圧用コンデンサ43及び44と大容量の力率改善用のリアクタ42が必要であり、また、倍電圧用コンデンサの容量が小さいと、倍電圧回路としての動作が行われない。
However, the full-wave
全波倍電圧回路の動作は、直列接続の2つのコンデンサが、入力である交流電圧の半周期毎に交互に充電され、2つのコンデンサの端子電圧の和電圧が出力されるというものである。このため、コンデンサの容量が小さいと、充電されたコンデンサの端子電圧が、充電が行われない入力電圧の半周期の間に降下してしまい、2つのコンデンサの端子電圧の和電圧として出力される、全波倍電圧回路40の出力電圧は、入力電圧の2倍にならない。
The operation of the full wave voltage doubler circuit is such that two capacitors connected in series are alternately charged every half cycle of the input AC voltage, and the sum of the terminal voltages of the two capacitors is output. For this reason, when the capacitance of the capacitor is small, the terminal voltage of the charged capacitor drops during the half cycle of the input voltage where charging is not performed, and is output as the sum of the terminal voltages of the two capacitors. The output voltage of the full wave
また、図6に示すような従来の電圧変換回路50の構成では、例えば、モータ制御装置を構成するものであり、昇圧コンバータ回路52を構成するリアクタ58の容量と、昇圧コンバータ回路52の出力により充電されるコンデンサ53の容量とが、スイッチング手段60のスイッチング周波数によって決定される。つまり、リアクタ58の容量を小さくするためには、入力側に現れる高調波電流が抑えられるようスイッチング周波数を上げる必要がある。また、コンデンサ53の容量を減少させるとコンデンサ53に充電される電圧のリップルが大きくなることから、そのリップルを小さくするためにはスイッチング周波数を高くする必要がある。
Further, in the configuration of the conventional
電圧変換回路50での効率や高周波スイッチング素子のコストなどから、昇圧コンバータ回路52での現実のスイッチング周波数を高くするにも限界があり、そのためリアクタ
58とコンデンサ53の容量は一定以上小さくすることができない。
Due to the efficiency of the
このように、上記従来の全波倍電圧回路40や電圧変換回路50のような回路構成では、これらの回路を構成するコンデンサやリアクタの容量を一定以上減少させることができないため、全波倍電圧回路40や電圧変換回路50などの回路自体を小さくすることができず、また、このような回路を用いるモータ制御装置の小型化は困難であるという課題があった。
As described above, in the circuit configurations such as the conventional full-wave
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、大容量のコンデンサや大容量のリアクタを用いることなく、入力電圧の昇圧率を2倍以上に大きくでき、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、効率の高いコンパクトなモータ制御装置、圧縮機、冷蔵庫及び空気調和機を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and without using a large-capacity capacitor or large-capacity reactor, the step-up rate of the input voltage can be increased more than twice, and the electrical stress of the capacitor can be reduced. An object is to provide a highly efficient and compact motor control device, a compressor, a refrigerator, and an air conditioner.
上記従来の課題を解決するために、本発明のモータ制御装置は、交流電源を入力とする整流回路と、第1の昇圧コンバータ回路と、第2の昇圧コンバータ回路と、前記第1の昇圧コンバータ回路と前記第2の昇圧コンバータ回路の出力に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに接続されモータを駆動するインバータ回路とを備え、前記第1の昇圧コンバータ回路は、前記整流回路の出力に接続された第1のトランスの1次巻線と、前記第1のトランスの1次巻線に接続された第1のスイッチング手段と第1のダイオードと、前記整流回路の出力に接続された前記第1のトランスの2次巻線と、前記第1のトランスの2次巻線に接続された第2のダイオードとを有し、前記第2の昇圧コンバータ回路は、前記整流回路の出力に接続された第2のトランスの1次巻線と、前記第2のトランスの1次巻線に接続された第2のスイッチング手段と第3のダイオードと、前記整流回路の出力に接続された前記第2のトランスの2次巻線と、前記第2のトランスの2次巻線に接続された第4のダイオードとを有し、前記第1の昇圧コンバータ回路と前記第2の昇圧コンバータ回路の動作周期を前記交流電源の周期より短くしたもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、モータ制御装置の省エネを図ることができる。さらに、モータ制御装置の低価格化と小型化を図ることができる。 In order to solve the above-described conventional problems, a motor control device of the present invention includes a rectifier circuit that receives an AC power supply, a first boost converter circuit, a second boost converter circuit, and the first boost converter. Circuit and a smoothing capacitor connected to the output of the second boost converter circuit, and an inverter circuit connected to the smoothing capacitor and driving the motor, wherein the first boost converter circuit is connected to the output of the rectifier circuit. A primary winding of the first transformer connected; first switching means connected to the primary winding of the first transformer; a first diode; and the output connected to the output of the rectifier circuit. A secondary winding of the first transformer and a second diode connected to the secondary winding of the first transformer, wherein the second boost converter circuit is connected to an output of the rectifier circuit A primary winding of the second transformer, a second switching means connected to the primary winding of the second transformer, a third diode, and the first transformer connected to the output of the rectifier circuit. Operation of the first boost converter circuit and the second boost converter circuit, including a secondary winding of the second transformer and a fourth diode connected to the secondary winding of the second transformer. By making the cycle shorter than the cycle of the AC power supply, the operating voltage of the inverter circuit can be boosted, and the maximum number of revolutions of the motor can be increased. Further, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the motor control device can be achieved. Furthermore, the motor control device can be reduced in price and size.
また、本発明の圧縮器は、交流電源を入力とすると共に、請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータ制御装置によって駆動されるモータを備えたもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、圧縮機の省エネを図ることができる。さらに、圧縮機の低価格化と小型化を図ることができる。 The compressor according to the present invention includes an AC power supply as an input and a motor driven by the motor control device according to any one of claims 1 to 8. The pressure can be increased and the maximum number of rotations of the motor can be increased. Further, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the compressor can be achieved. Further, the price and size of the compressor can be reduced.
又、本発明の冷蔵庫は、モータで駆動される圧縮機と、請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータ制御装置とを備え、前記モータを前記モータ制御装置で駆動するもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、冷蔵庫の省エネを図ることができる。さらに、冷蔵庫の低価格化と小型化を図ることができる。 Moreover, the refrigerator of the present invention includes a compressor driven by a motor and the motor control device according to any one of claims 1 to 8, and the motor is driven by the motor control device. The operating voltage of the inverter circuit can be boosted, and the maximum number of revolutions of the motor can be increased. In addition, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the refrigerator can be achieved. Furthermore, the price and size of the refrigerator can be reduced.
又、本発明の空気調和機は、モータで駆動される圧縮機と、請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータ制御装置とを備え、前記モータを前記モータ制御装置で駆動するもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモ
ータより効率の高いモータを使用することが可能となり、空気調和機の省エネを図ることができる。さらに、リアクタを小型・軽量化でき、空気調和機の低価格化と小型化を図ることができる。
Moreover, the air conditioner of this invention is equipped with the compressor driven with a motor, and the motor control apparatus of any one of Claims 1-8, and drives the said motor with the said motor control apparatus. Thus, the operating voltage of the inverter circuit can be boosted, and the maximum number of revolutions of the motor can be increased. In addition, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the air conditioner can be achieved. Further, the reactor can be reduced in size and weight, and the price and size of the air conditioner can be reduced.
本発明のモータ制御装置は、大容量のコンデンサや大容量のリアクタを用いることなく、入力電圧の昇圧率を2倍以上に連続的に可変にでき、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、モータ制御装置の低価格化と小型化を図ることができる。 The motor control device of the present invention can continuously increase the input voltage step-up rate to more than double without using a large-capacity capacitor or large-capacity reactor, and can reduce the electrical stress of the capacitor, thereby controlling the motor. The price and size of the apparatus can be reduced.
さらに、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができるので、モータの最高回転数を上げることが可能となり、モータトルクアップが出来る。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、モータ巻線を細く、巻数を増やした高効率モータを使用することが可能となり、モータ制御装置の省エネを図ることができる。 Furthermore, since the operating voltage of the inverter circuit can be boosted, the maximum number of revolutions of the motor can be increased and the motor torque can be increased. In addition, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a high-efficiency motor with a thin motor winding and an increased number of turns, and energy saving of the motor control device can be achieved.
第1の発明は、交流電源を入力とする整流回路と、第1の昇圧コンバータ回路と、第2の昇圧コンバータ回路と、前記第1の昇圧コンバータ回路と前記第2の昇圧コンバータ回路の出力に接続された平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに接続されモータを駆動するインバータ回路とを備え、前記第1の昇圧コンバータ回路は、前記整流回路の出力に接続された第1のトランスの1次巻線と、前記第1のトランスの1次巻線に接続された第1のスイッチング手段と第1のダイオードと、前記整流回路の出力に接続された前記第1のトランスの2次巻線と、前記第1のトランスの2次巻線に接続された第2のダイオードとを有し、前記第2の昇圧コンバータ回路は、前記整流回路の出力に接続された第2のトランスの1次巻線と、前記第2のトランスの1次巻線に接続された第2のスイッチング手段と第3のダイオードと、前記整流回路の出力に接続された前記第2のトランスの2次巻線と、前記第2のトランスの2次巻線に接続された第4のダイオードとを有し、前記第1の昇圧コンバータ回路と前記第2の昇圧コンバータ回路の動作周期を前記交流電源の周期より短くしたもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、モータ制御装置の省エネを図ることができる。さらに、モータ制御装置の低価格化と小型化を図ることができる。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a rectifier circuit having an AC power supply as an input, a first boost converter circuit, a second boost converter circuit, and outputs of the first boost converter circuit and the second boost converter circuit. A first winding of a first transformer connected to the output of the rectifier circuit, the smoothing capacitor connected and an inverter circuit connected to the smoothing capacitor and driving a motor; First switching means and a first diode connected to a primary winding of the first transformer, a secondary winding of the first transformer connected to an output of the rectifier circuit, A second diode connected to the secondary winding of the first transformer, and the second boost converter circuit includes a primary winding of the second transformer connected to an output of the rectifier circuit, The second A second switching means and a third diode connected to the primary winding of the lance, a secondary winding of the second transformer connected to the output of the rectifier circuit, and 2 of the second transformer. A fourth diode connected to the next winding, wherein the operation cycle of the first boost converter circuit and the second boost converter circuit is shorter than the cycle of the AC power supply, and the operation of the inverter circuit The voltage can be boosted, and the maximum number of rotations of the motor can be increased. Further, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the motor control device can be achieved. Furthermore, the motor control device can be reduced in price and size.
第2の発明は、特に、第1の発明の第1のトランスと第2のトランスを、スイッチングトランス、パルストランスまたはトロイダルコアで構成したもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、モータ制御装置の省エネを図ることができる。さらに、モータ制御装置の低価格化と小型化を図ることができる。 In the second invention, in particular, the first transformer and the second transformer of the first invention are configured by a switching transformer, a pulse transformer or a toroidal core, and the operating voltage of the inverter circuit can be boosted. It is possible to increase the maximum number of revolutions of the motor. Further, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the motor control device can be achieved. Furthermore, the motor control device can be reduced in price and size.
第3の発明は、特に、第1又は第2の発明の第1のスイッチング手段と第2のスイッチング手段を、トランジスタ、FET、IGBTまたはフォトカプラで構成したもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、モータ制御装置の省エネを図ることができる。さらに、モータ制御装置の低価格化と小型化を図ることができる。 In the third invention, the first switching means and the second switching means of the first or second invention are constituted by transistors, FETs, IGBTs or photocouplers, and the operating voltage of the inverter circuit is boosted. It is possible to increase the maximum number of rotations of the motor. Further, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the motor control device can be achieved. Furthermore, the motor control device can be reduced in price and size.
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか一つの発明の平滑コンデンサを、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサで構成したもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの
最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、モータ制御装置の省エネを図ることができる。さらに、モータ制御装置の低価格化と小型化を図ることができる。
In the fourth invention, in particular, the smoothing capacitor according to any one of the first to third inventions is constituted by an electrolytic capacitor or a film capacitor, and the operating voltage of the inverter circuit can be boosted, and the maximum rotation of the motor The number can be increased. Further, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the motor control device can be achieved. Furthermore, the motor control device can be reduced in price and size.
第5の発明は、特に、第1〜4のいずれか一つの発明の第1の昇圧コンバータ回路と第2の昇圧コンバータ回路は、互いに逆位相で動作するもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、モータ制御装置の省エネを図ることができる。さらに、モータ制御装置の低価格化と小型化を図ることができる。 In the fifth invention, in particular, the first boost converter circuit and the second boost converter circuit according to any one of the first to fourth inventions operate in opposite phases, and boost the operating voltage of the inverter circuit. It is possible to increase the maximum number of rotations of the motor. Further, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the motor control device can be achieved. Furthermore, the motor control device can be reduced in price and size.
第6の発明は、特に、第1〜5のいずれか一つの発明の第1の昇圧コンバータ回路に、スイッチ回路を並列に接続したもので、モータを低速運転する時に、第1の昇圧コンバータ回路と第2の昇圧コンバータ回路の昇圧動作を停止させ、スイッチ回路をオンすると、第1、第2の昇圧コンバータ回路で動作損失が発生せず、効率良くモータを駆動することができる。 The sixth invention is the first boost converter circuit in which the switch circuit is connected in parallel to the first boost converter circuit of any one of the first to fifth inventions, and the first boost converter circuit is operated when the motor is operated at a low speed. When the boosting operation of the second boost converter circuit is stopped and the switch circuit is turned on, no operation loss occurs in the first and second boost converter circuits, and the motor can be driven efficiently.
第7の発明は、特に、第6の発明のスイッチ回路を、リレー、トランジスタ、FET、IGBT、双方向スイッチまたはフォトカプラで構成したもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、モータ制御装置の省エネを図ることができる。さらに、モータ制御装置の低価格化と小型化を図ることができる。 In the seventh invention, in particular, the switch circuit of the sixth invention is constituted by a relay, a transistor, an FET, an IGBT, a bidirectional switch or a photocoupler. It is possible to increase the maximum number of revolutions. Further, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the motor control device can be achieved. Furthermore, the motor control device can be reduced in price and size.
第8の発明は、特に、第1〜5のいずれか一つの発明の第1の昇圧コンバータ回路に、第5のダイオードを並列に接続したもので、モータを低速運転する時に、第1の昇圧コンバータ回路と第2の昇圧コンバータ回路の昇圧動作を停止させると、第1、第2の昇圧コンバータの動作損失が発生せず、効率良くモータを駆動することができる。 In the eighth invention, in particular, the first boost converter circuit according to any one of the first to fifth inventions is connected to a fifth diode in parallel. When the motor is operated at a low speed, the first booster circuit is provided. When the boost operation of the converter circuit and the second boost converter circuit is stopped, the operation loss of the first and second boost converters does not occur, and the motor can be driven efficiently.
第9の発明は、交流電源を入力とすると共に、請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータ制御装置によって駆動されるモータを備えたもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、圧縮機の省エネを図ることができる。さらに、圧縮機の低価格化と小型化を図ることができる。 A ninth invention includes an AC power supply as an input and a motor driven by the motor control device according to any one of claims 1 to 8, and boosts the operating voltage of the inverter circuit. And the maximum number of rotations of the motor can be increased. Further, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the compressor can be achieved. Further, the price and size of the compressor can be reduced.
第10の発明は、モータで駆動される圧縮機と、請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータ制御装置とを備え、前記モータを前記モータ制御装置で駆動するもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、冷蔵庫の省エネを図ることができる。さらに、冷蔵庫の低価格化と小型化を図ることができる。 A tenth invention comprises a compressor driven by a motor and the motor control device according to any one of claims 1 to 8, wherein the motor is driven by the motor control device, and an inverter circuit The operating voltage of the motor can be boosted, and the maximum number of revolutions of the motor can be increased. In addition, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the refrigerator can be achieved. Furthermore, the price and size of the refrigerator can be reduced.
第11の発明は、モータで駆動される圧縮機と、請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータ制御装置とを備え、前記モータを前記モータ制御装置で駆動するもので、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができ、モータの最高回転数を上げることが可能となる。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、使用するモータより効率の高いモータを使用することが可能となり、空気調和機の省エネを図ることができる。さらに、リアクタを小型・軽量化でき、空気調和機の低価格化と小型化を図ることができる。 An eleventh invention comprises a compressor driven by a motor and the motor control device according to any one of claims 1 to 8, wherein the motor is driven by the motor control device, and an inverter circuit The operating voltage of the motor can be boosted, and the maximum number of revolutions of the motor can be increased. Further, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a motor having higher efficiency than the motor to be used, and energy saving of the air conditioner can be achieved. Furthermore, the reactor can be reduced in size and weight, and the price and size of the air conditioner can be reduced.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(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モータ制御装置の回路図、図2は、同モータ制御装置の各部の電流波形、信号波形を示す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram of a motor control device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing current waveforms and signal waveforms of respective parts of the motor control device.
図1、2において、本実施の形態におけるモータ制御装置1は、交流電源2と、前記交流電源2を入力とする整流回路3と、前記整流回路3の出力に接続された第1のトランス10の1次巻線10aと、前記1次巻線10aに接続された第1のスイッチング手段11と第1のダイオード12aと、前記整流回路3の出力に接続された第1のトランス10の2次巻線10bと、前記第1のトランス10の2次巻線10bに接続された第2のダイオード12bとを有する第1の昇圧コンバータ回路4と、前記整流回路3の出力に接続された第2のトランス13の1次巻線13aと、前記1次巻線13aに接続された第2のスイッチング手段14と第3のダイオード15aと、前記整流回路3の出力に接続された第2のトランス13の2次巻線13bと、前記2次巻線13bに接続された第4のダイオード15bとを有する第2の昇圧コンバータ回路5と、前記第1の昇圧コンバータ回路4と前記第2の昇圧コンバータ回路5の出力に接続された平滑コンデンサ6と、前記平滑コンデンサ6に接続されモータ8を駆動するインバータ回路7と、前記インバータ回路7を介して前記モータ8のモータ電流を制御することにより前記モータ8の回転速度を制御する制御部9を有している。
1 and 2, the motor control device 1 according to the present embodiment includes an
前記第1のトランス10の1次巻線10aと、2次巻線10bは、巻線の極性が反対になるように、前記整流回路3の出力に接続されている。
The primary winding 10a and the secondary winding 10b of the
前記第2のトランス13の1次巻線13aと、2次巻線13bは、巻線の極性が反対になるように、前記整流回路3の出力に接続されている。
The primary winding 13a and the secondary winding 13b of the
なお、第1のトランス10と第2のトランス13は、スイッチングトランス、パルストランスまたはトロイダルコア等で構成することができる。
The
また、前記第1のスイッチング手段11と前記第2のスイッチング手段14は、トランジスタ、FET、IGBTまたはフォトカプラ等で構成することができる。 The first switching means 11 and the second switching means 14 can be composed of transistors, FETs, IGBTs or photocouplers.
また、前記平滑コンデンサ6は、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサで構成することができる。 The smoothing capacitor 6 can be composed of an electrolytic capacitor or a film capacitor.
第1の昇圧コンバータ回路4では、交流電源2から供給される交流電圧が整流回路3により整流され、前記整流回路3の出力が第1の昇圧コンバータ回路4に入力される。第1の昇圧コンバータ回路4では、前記整流回路3の出力を第1のスイッチング手段11の動作周期を前記交流電源2の周期より短い周期でのオンオフにより昇圧さす。つまり、第1の昇圧コンバータ回路4では、第1のスイッチング手段11のオンにより、第1のトランス10の1次巻線10aの出力側の電路が短絡して、第1のトランス10の1次巻線10aに整流回路3から直流電流が流入し、エネルギーが第1のトランス10の1次巻線10aに蓄えられる。その後、第1のスイッチング手段11がオフすると、第1のトランス10の1次巻線10aに誘起電圧が発生し、平滑コンデンサ6が前記誘起電圧と前記整流回路3の出力との和電圧により充電され、平滑コンデンサ6の端子間には、前記整流回路3の出力より高い電圧が発生する。
In the first boost converter circuit 4, the AC voltage supplied from the
第1のトランス10の1次巻線10aと、2次巻線10bは、巻線の極性が反対になるように、前記整流回路3の出力に接続されているので、第1のスイッチング手段11のオンのとき、第1のトランス10の2次巻線10bに誘起電圧が発生し、第2のダイオード12bを通じて平滑コンデンサ6が前記誘起電圧と前記整流回路3の出力との和電圧によりさらに充電される。
Since the primary winding 10a and the secondary winding 10b of the
第2の昇圧コンバータ回路5では、交流電源2から供給される交流電圧が整流回路3により整流され、前記整流回路3の出力が第2の昇圧コンバータ回路5に入力される。第2の昇圧コンバータ回路5では、前記整流回路3の出力を第2のスイッチング手段14の動作周期を前記交流電源2の周期より短い周期でのオンオフにより昇圧さす。なお、第2のスイッチング手段14のオンオフは、第1の昇圧コンバータ回路4の第1のスイッチング手段11のオンオフと逆位相で動作する。
In the second boost converter circuit 5, the AC voltage supplied from the
つまり、第2の昇圧コンバータ回路5では、第2のスイッチング手段14のオンにより、第2のトランス13の1次巻線13aの出力側の電路が短絡して第2のトランス13の1次巻線13aに整流回路3から直流電流が流入し、エネルギーが第2のトランス13の1次巻線13aに蓄えられる。その後、第2のスイッチング手段14がオフすると、第2のトランス13の1次巻線13aに誘起電圧が発生し、平滑コンデンサ6が前記誘起電圧と前記整流回路3の出力との和電圧により充電され、平滑コンデンサ6の端子間には、前記整流回路3の出力より高い電圧が発生する。
That is, in the second step-up converter circuit 5, when the
第2のトランス13の1次巻線13aと、2次巻線13bは、巻線の極性が反対になるように、前記整流回路3の出力に接続されているので、第2のスイッチング手段14のオンのとき、第2のトランス13の2次巻線13bに誘起電圧が発生し、第4のダイオード15bを通じて平滑コンデンサ6が前記誘起電圧と前記整流回路3の出力との和電圧によりさらに充電される。
Since the primary winding 13a and the secondary winding 13b of the
これにより、第1の昇圧コンバータ回路4と前記第2の昇圧コンバータ回路5は、交互に昇圧動作を行うので、昇圧率を2倍以上に大きくでき、昇圧率を連続的に変えることができる。 As a result, the first boost converter circuit 4 and the second boost converter circuit 5 alternately perform the boosting operation, so that the boosting rate can be increased more than twice, and the boosting rate can be continuously changed.
また、従来の昇圧コンバータで使用されるリアクタに替えて、本実施の形態では、トランスを使用するため、コアに流れるエネルギーも有効に使用するので、省エネを図ることができる。 Further, in this embodiment, since a transformer is used in place of the reactor used in the conventional boost converter, energy flowing through the core is also effectively used, so that energy saving can be achieved.
さらに、平滑コンデンサ6にかかる電気的ストレスを低減できるので、平滑コンデンサ6を小型・軽量化でき、また、第1、第2のスイッチング手段11、14に低容量品のスイッチング素子が使用でき、モータ制御装置の低価格化と小型化を図ることができる。 Furthermore, since the electrical stress applied to the smoothing capacitor 6 can be reduced, the smoothing capacitor 6 can be reduced in size and weight, and low-capacitance switching elements can be used for the first and second switching means 11 and 14, and the motor. The control device can be reduced in price and size.
(実施の形態2)
図3は、本発明の第2の実施の形態におけるモータ制御装置の回路図である。なお、上記第1の実施の形態におけるモータ制御装置の部品と同一部品については、同一符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a circuit diagram of the motor control device according to the second embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the motor control device in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図3において、本実施の形態におけるモータ制御装置20は、交流電源2と、前記交流電源2を入力とする整流回路3と、前記整流回路3の出力に接続された第1のトランス10の1次巻線10aと、前記1次巻線10aに接続された第1のスイッチング手段11と第1のダイオード12aと、前記整流回路3の出力に接続された第1のトランス10の2次巻線10bと、前記第1のトランス10の2次巻線10bに接続された第2のダイオード12bとを有する第1の昇圧コンバータ回路4と、前記整流回路3の出力に接続された
第2のトランス13の1次巻線13aと、前記1次巻線13aに接続された第2のスイッチング手段14と第3のダイオード15aと、前記整流回路3の出力に接続された第2のトランス13の2次巻線13bと、前記第2のトランス13の2次巻線13bに接続された第4のダイオード15bとを有する第2の昇圧コンバータ回路5と、前記第1の昇圧コンバータ回路4と前記第2の昇圧コンバータ回路5の出力に接続された平滑コンデンサ6と、前記平滑コンデンサ6に接続されモータ8を駆動するインバータ回路7と、前記インバータ回路7を介して前記モータ8のモータ電流を制御することにより前記モータ8の回転速度を制御する制御部9を有している。
In FIG. 3, the motor control device 20 in the present embodiment includes an
前記第1のトランス10の1次巻線10aと、2次巻線10bは、巻線の極性が反対になるように、前記整流回路3の出力に接続されている。
The primary winding 10a and the secondary winding 10b of the
前記第2のトランス13の1次巻線13aと、2次巻線13bは、巻線の極性が反対になるように、前記整流回路3の出力に接続されている。
The primary winding 13a and the secondary winding 13b of the
さらに、第1のトランス10と第2のトランス13は、スイッチングトランス、パルストランスまたはトロイダルコアで構成することができる。
Furthermore, the
また、前記第1のスイッチング手段11と前記第2のスイッチング手段14は、トランジスタ、FET、IGBTまたはフォトカプラで構成することができる。 The first switching means 11 and the second switching means 14 can be composed of transistors, FETs, IGBTs or photocouplers.
また、前記平滑コンデンサ6は、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサで構成することができる。 The smoothing capacitor 6 can be composed of an electrolytic capacitor or a film capacitor.
第1の昇圧コンバータ回路4では、交流電源2から供給される交流電圧が整流回路3により整流され、前記整流回路3の出力が第1の昇圧コンバータ回路4に入力される。第1の昇圧コンバータ回路4では、前記整流回路3の出力を第1のスイッチング手段11の動作周期を前記交流電源2の周期より短い周期でのオンオフにより昇圧さす。
In the first boost converter circuit 4, the AC voltage supplied from the
つまり、第1の昇圧コンバータ回路4では、第1のスイッチング手段11のオンにより、第1のトランス10の1次巻線10aの出力側の電路が短絡して第1のトランス10の1次巻線10aに整流回路3から直流電流が流入し、エネルギーが第1のトランス10の1次巻線10aに蓄えられる。その後、第1のスイッチング手段11がオフすると、第1のトランス10の1次巻線10aに誘起電圧が発生し、平滑コンデンサ6が前記誘起電圧と前記整流回路3の出力との和電圧により充電され、平滑コンデンサ6の端子間には、前記整流回路3の出力より高い電圧が発生する。
That is, in the first step-up converter circuit 4, when the first switching unit 11 is turned on, the electric circuit on the output side of the primary winding 10 a of the
第1のトランス10の1次巻線10aと、2次巻線10bは、巻線の極性が反対になるように、前記整流回路3の出力に接続されているので、第1のスイッチング手段11のオンのとき、第1のトランス10の2次巻線10bに誘起電圧が発生し、第2のダイオード12bを通じて平滑コンデンサ6が前記誘起電圧と前記整流回路3の出力との和電圧によりさらに充電される。
Since the primary winding 10a and the secondary winding 10b of the
第2の昇圧コンバータ回路5では、交流電源2から供給される交流電圧が整流回路3により整流され、前記整流回路3の出力が第2の昇圧コンバータ回路5に入力される。第2の昇圧コンバータ回路5では、前記整流回路3の出力を第2のスイッチング手段14の動作周期を前記交流電源2の周期より短い周期でのオンオフにより昇圧さす。なお、第2のスイッチング手段14のオンオフは、第1の昇圧コンバータ回路4の第1のスイッチング手段11のオンオフと逆位相で動作する。
In the second boost converter circuit 5, the AC voltage supplied from the
つまり、第2の昇圧コンバータ回路5では、第2のスイッチング手段14のオンにより、第2のトランス13の1次巻線13aの出力側の電路が短絡して第2のトランス13の1次巻線13aに整流回路3から直流電流が流入し、エネルギーが第2のトランス13の1次巻線13aに蓄えられる。その後、第2のスイッチング手段14がオフすると、第2のトランス13の1次巻線13aに誘起電圧が発生し、平滑コンデンサ6が前記誘起電圧と前記整流回路3の出力との和電圧により充電され、平滑コンデンサ6の端子間には、前記整流回路3の出力より高い電圧が発生する。
That is, in the second step-up converter circuit 5, when the
第2のトランス13の1次巻線13aと、2次巻線13bは、巻線の極性が反対になるように、前記整流回路3の出力に接続されているので、第2のスイッチング手段14のオンのとき、第2のトランス13の2次巻線13bに誘起電圧が発生し、第4のダイオード15bを通じて平滑コンデンサ6が前記誘起電圧と前記整流回路3の出力との和電圧によりさらに充電される。
Since the primary winding 13a and the secondary winding 13b of the
これにより、第1の昇圧コンバータ回路4と前記第2の昇圧コンバータ回路5は、交互に昇圧動作を行うので、昇圧率を2倍以上に大きくでき、昇圧率を連続的に変えることができる。 As a result, the first boost converter circuit 4 and the second boost converter circuit 5 alternately perform the boosting operation, so that the boosting rate can be increased more than twice, and the boosting rate can be continuously changed.
また、従来の昇圧コンバータで使用されるリアクタに替えて、トランスを使用するため、コアに流れるエネルギーも有効に使用するので、省エネを図ることができる。 Further, since a transformer is used instead of the reactor used in the conventional boost converter, the energy flowing through the core is also effectively used, so that energy saving can be achieved.
さらに、平滑コンデンサ6にかかる電気的ストレスを低減して、平滑コンデンサ6を小型・軽量化でき、第1、第2のスイッチング手段11、14に低容量品のスイッチング素子を使用することが出来るので、モータ制御装置の低価格化と小型化を図ることができる。 Furthermore, since the electrical stress applied to the smoothing capacitor 6 can be reduced, the smoothing capacitor 6 can be reduced in size and weight, and low-capacitance switching elements can be used for the first and second switching means 11 and 14. Therefore, the motor control device can be reduced in price and size.
又、本実施の形態では、図3に示すように、第1の昇圧コンバータ回路4と並列にスイッチ回路21を設けているので、モータ8を低速運転する時に、第1の昇圧コンバータ回路4と第2の昇圧コンバータ回路5の昇圧動作を停止させ、スイッチ回路21をオンすると、第1、第2の昇圧コンバータ回路4、5で動作損失が発生せず、効率良くモータ8を駆動することができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, since the switch circuit 21 is provided in parallel with the first boost converter circuit 4, when the motor 8 is operated at a low speed, When the boosting operation of the second boost converter circuit 5 is stopped and the switch circuit 21 is turned on, no operation loss occurs in the first and second boost converter circuits 4 and 5, and the motor 8 can be driven efficiently. it can.
(実施の形態3)
図4は、本発明の第3の実施の形態におけるモータ制御装置の回路図である。なお、上記実施の形態におけるモータ制御装置の部品と同一部品については、同一符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a circuit diagram of a motor control device according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as the component of the motor control apparatus in the said embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
本実施の形態におけるモータ制御装置30は、図4に示すように、上記第2の実施の形態におけるモータ制御装置20のスイッチ回路21に代え、第5のダイオード31を第1の昇圧コンバータ回路4と並列に接続したもので、他の構成、作用は、上記第2の実施の形態と同一である。
As shown in FIG. 4, the
上記構成により、モータ8を低速運転する時に、第1の昇圧コンバータ回路4と第2の昇圧コンバータ回路5の昇圧動作を停止させると、第1、第2の昇圧コンバータ4、5の動作損失が発生せず、効率良くモータ8を駆動することができる。 With the above configuration, when the boost operation of the first boost converter circuit 4 and the second boost converter circuit 5 is stopped when the motor 8 is operated at a low speed, the operation loss of the first and second boost converters 4 and 5 is reduced. The motor 8 can be driven efficiently without being generated.
なお、上記第1〜3の実施の形態においては、昇圧コンバータ回路を2回路並列接続した例を説明したが、昇圧コンバータ回路を3回路以上並列接続した形でも本発明が適用できることは言うまでもあるまい。 In the first to third embodiments, an example in which two boost converter circuits are connected in parallel has been described. Needless to say, the present invention can also be applied to a form in which three or more boost converter circuits are connected in parallel. No.
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、大容量のコンデンサや大容量のリアクタを用いることなく、入力電圧の昇圧率を2倍以上に連続的に可変にでき、コンデンサの電気的ストレスを低減でき、モータ制御装置の低価格化と小型化を図ることができる。さらに、インバータ回路の動作電圧を昇圧することができるので、モータの最高回転数を上げることが可能となり、モータトルクアップが出来る。また、あらかじめモータの最高回転数が決まっている場合には、モータ巻線を細く、巻数を増やした高効率モータを使用することが可能となり、省エネを図ることができるもので、圧縮器、冷蔵庫、空気調和機に限らず、モータを使用する各種機器に広く適用できるものである。 As described above, the motor control device according to the present invention can continuously increase the input voltage step-up rate more than twice without using a large-capacity capacitor or a large-capacity reactor, and the electric stress of the capacitor can be increased. The motor control device can be reduced in price and size. Furthermore, since the operating voltage of the inverter circuit can be boosted, the maximum number of revolutions of the motor can be increased and the motor torque can be increased. In addition, when the maximum number of rotations of the motor is determined in advance, it is possible to use a high-efficiency motor with a thin motor winding and an increased number of turns, which can save energy. It can be widely applied not only to air conditioners but also to various devices using motors.
1、20、30 モータ制御装置
2 交流電源
3 整流回路
4 第1の昇圧コンバータ回路
5 第2の昇圧コンバータ回路
6 平滑コンデンサ
7 インバータ回路
8 モータ
9 制御部
10 第1のトランス
10a、13a 一次巻線
10b、13b 二次巻線
11 第1のスイッチング手段
12a 第1のダイオード
12b 第2のダイオード
13 第2のトランス
14 第2のスイッチング手段
15a 第3のダイオード
15b 第4のダイオード
21 スイッチ回路
31 第5のダイオード
DESCRIPTION OF
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