JP5538506B2 - Electric motor drive device, electric motor incorporating the same, and air conditioner equipped with the same - Google Patents
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Description
本発明は、電動機に内蔵される電動機駆動装置は、電動機の固定子巻線に駆動電流を供給するインバータと、外部から入力される速度指令電圧に基づきインバータを駆動制御する制御部とを具備した電動機駆動装置、およびそれを内蔵した電動機、およびそれを搭載した空気調和機に関する。 According to the present invention, an electric motor driving device built in an electric motor includes an inverter that supplies a driving current to a stator winding of the electric motor, and a control unit that drives and controls the inverter based on a speed command voltage input from the outside. The present invention relates to an electric motor driving device, an electric motor incorporating the electric motor driving device, and an air conditioner equipped with the electric motor driving device.
従来、インバータを制御する制御部を静電気やノイズから保護する保護用ツェナーダイオードを制御用電源ラインと接地ラインとの間に具備した構成が知られている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, a configuration is known in which a control Zener diode that protects a control unit that controls an inverter from static electricity or noise is provided between a control power supply line and a ground line (for example, Patent Document 1).
一般に、上述した保護用ツェナーダイオードは、制御部を構成するICの内部に形成される。このIC内部に形成される保護用ツェナーダイオードは、静電気によるサージ電圧やノイズを除去するものであり、降伏電圧(ツェナー電圧)以上の定常的な電圧の印加、つまり、定常的に電流を流す用途には適していない。 In general, the protective Zener diode described above is formed inside an IC that constitutes a control unit. The protective Zener diode formed inside the IC is for removing surge voltage and noise due to static electricity, and is used for applying a steady voltage that is higher than the breakdown voltage (Zener voltage), that is, for flowing a steady current. Not suitable for.
ところで、制御部に入力される速度指令電圧は、電動機外部に設けられた専用ICやマイコンIC等で構成された速度指令電圧生成部により生成される。このとき、制御部の速度指令電圧入力端子への電圧値が制御部の入力電圧の絶対最大定格値を超えないように、速度指令電圧の可変範囲を設定する必要があるが、速度指令電圧生成部の電源電圧のばらつきを考慮して、速度指令電圧の可変範囲を設定すると、制御部側のインバータ出力に対する入力端子電圧のばらつき範囲と速度指令電圧のばらつき範囲とが重なり、速度指令電圧を最大としてもインバータの出力が最大とならない場合が生じる。ここで、制御部側の設計を変更して制御部側のインバータ出力に対する入力端子電圧のばらつき範囲が速度指令電圧のばらつき範囲と重ならないようにすることも可能であるが、この場合には、制御部を構成するIC等のハードウェアの設計を変更する必要がある。一方、速度指令電圧の可変範囲を十分に広く設定した場合、速度指令電圧生成部の電源電圧のばらつきにより、速度指令電圧の可変範囲の上限付近において、制御部を構成するIC内部に形成される保護用ツェナーダイオードの降伏電圧(ツェナー電圧)以上の電圧が定常的に印加されると、IC内部の保護用ツェナーダイオードの温度が異常上昇する虞がある。また、速度指令電圧生成部の電源電圧のばらつきを抑制する場合には、DCDCコンバータ等を用いて速度指令電圧生成部の電源電圧を生成する必要がある等、回路構成コストの増大を招く、という問題があった。 By the way, the speed command voltage input to the control unit is generated by a speed command voltage generation unit configured by a dedicated IC, a microcomputer IC, or the like provided outside the motor. At this time, it is necessary to set the variable range of the speed command voltage so that the voltage value to the speed command voltage input terminal of the control unit does not exceed the absolute maximum rating value of the input voltage of the control unit. If the variable range of the speed command voltage is set in consideration of the variation of the power supply voltage of the control unit, the variation range of the input terminal voltage for the inverter output on the control unit side overlaps with the variation range of the speed command voltage, and the speed command voltage is maximized. However, the inverter output may not be maximized. Here, it is possible to change the design on the control unit side so that the variation range of the input terminal voltage with respect to the inverter output on the control unit side does not overlap with the variation range of the speed command voltage. It is necessary to change the design of hardware such as an IC constituting the control unit. On the other hand, when the variable range of the speed command voltage is set sufficiently wide, it is formed inside the IC constituting the control unit near the upper limit of the variable range of the speed command voltage due to variations in the power supply voltage of the speed command voltage generation unit. If a voltage equal to or higher than the breakdown voltage (zener voltage) of the protective Zener diode is constantly applied, the temperature of the protective Zener diode inside the IC may rise abnormally. In addition, in order to suppress variations in the power supply voltage of the speed command voltage generator, it is necessary to generate the power supply voltage of the speed command voltage generator using a DCDC converter or the like, resulting in an increase in circuit configuration cost. There was a problem.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安価な回路構成で、速度指令電圧の入力側ハードウェアの設計を変更することなく、インバータの最大出力の低下を抑制することが可能な電動機駆動装置、およびそれを内蔵した電動機、およびそれを搭載した空気調和機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to suppress a decrease in the maximum output of the inverter without changing the design of the hardware on the input side of the speed command voltage with an inexpensive circuit configuration. An object is to provide an electric motor driving device, an electric motor incorporating the electric motor driving device, and an air conditioner equipped with the electric motor driving device.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電動機駆動装置は、電動機の固定子巻線に駆動電流を供給するインバータと、外部から入力される速度指令電圧に基づき前記インバータを駆動制御する制御部とを具備した電動機駆動装置であって、アノードが接地され、カソードが前記制御部の速度指令電圧入力端子に接続されたディスクリート型のツェナーダイオードを備え、前記ツェナーダイオードの降伏電圧のばらつき範囲の上限値は、前記速度指令電圧入力端子の入力電圧の絶対最大定格値よりも小さく、且つ、前記ツェナーダイオードの降伏電圧の定格値は、前記インバータの出力が最大となる前記速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きく、前記速度指令電圧の最大値のばらつき範囲の下限値は、前記インバータの出力が最大となる前記速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きい値であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an electric motor drive device according to the present invention includes an inverter that supplies a drive current to a stator winding of an electric motor, and the inverter based on a speed command voltage input from the outside. An electric motor drive device comprising a control unit for driving control, comprising: a discrete Zener diode having an anode grounded and a cathode connected to a speed command voltage input terminal of the control unit; and a breakdown voltage of the Zener diode The upper limit value of the variation range of the speed command voltage input terminal is smaller than the absolute maximum rated value of the input voltage, and the rated value of the breakdown voltage of the Zener diode is the speed command at which the output of the inverter is maximized. It is larger than the upper limit value of the variation range of the voltage value of the voltage input terminal and is below the variation range of the maximum value of the speed command voltage. Value, characterized in that the output of the inverter is a value greater than the upper limit of the variation range of the voltage value of the speed command voltage input terminal becomes maximum.
本発明によれば、安価な回路構成で、速度指令電圧の入力側ハードウェアの設計を変更することなく、インバータの最大出力の低下を抑制することが可能な電動機駆動装置、およびそれを内蔵した電動機、およびそれを搭載した空気調和機を得ることができる、という効果を奏する。 According to the present invention, an electric motor drive device capable of suppressing a decrease in the maximum output of the inverter without changing the design of the hardware on the input side of the speed command voltage with an inexpensive circuit configuration, and the built-in motor drive device There is an effect that an electric motor and an air conditioner equipped with the electric motor can be obtained.
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる電動機駆動装置、およびそれを内蔵した電動機、およびそれを搭載した空気調和機について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an electric motor driving device according to an embodiment of the present invention, an electric motor incorporating the electric motor driving device, and an air conditioner equipped with the electric motor driving device will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.
実施の形態.
図1は、実施の形態にかかる電動機駆動装置、およびこの電動機駆動装置に出力する速度指令電圧を生成する速度指令電圧生成部の接続構成の一例を示す図である。図1に示すように、実施の形態にかかる電動機駆動装置1は、速度指令電圧を生成する速度指令電圧生成部2に接続され、主たる構成要素として、図示しない電動機の固定子巻線に駆動電流を供給するインバータ3と、速度指令電圧生成部2から入力される速度指令電圧に基づきインバータ3を駆動制御する制御部4とを具備している。図1に示す例では、電動機側に設けられた電動機駆動装置1と電動機外部に設けられた速度指令電圧生成部2とがリード線100で接続された例を示している。
Embodiment.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a connection configuration of an electric motor driving device according to an embodiment and a speed command voltage generation unit that generates a speed command voltage output to the electric motor driving device. As shown in FIG. 1, an electric
また、本実施の形態では、制御部4の速度指令電圧入力端子4aと接地との間にディスクリート型のツェナーダイオード5が接続され、このツェナーダイオード5に流れる電流を制限する電流制限抵抗5aを備えている。これらツェナーダイオード5および電流制限抵抗5aを具備する技術的意義については後述する。
In the present embodiment, a discrete Zener diode 5 is connected between the speed command
図2は、実施の形態にかかる電動機駆動装置に出力する速度指令電圧を生成する速度指令電圧生成部の細部構成の一例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a detailed configuration of a speed command voltage generation unit that generates a speed command voltage to be output to the electric motor drive device according to the embodiment.
図2に示す例では、速度指令電圧生成部2は、マイクロプロセッサベースのコントローラICであるMCU11およびRCフィルタ回路12を含み構成されている。
In the example illustrated in FIG. 2, the speed command voltage generation unit 2 includes an
MCU11内部のPWM生成部19により速度指令PWM信号が生成され、この速度指令PWM信号をRCフィルタ回路12によりアナログ電圧信号に変換することにより、速度指令PWM信号のDutyと比例する速度指令電圧が生成される。
A speed command PWM signal is generated by the
また、図2に示す例では、RCフィルタ回路12は、バッファ13、フォトカプラ14、抵抗15,16,17、およびコンデンサ18を含み構成されている。
In the example shown in FIG. 2, the
フォトカプラ14は、電動機の故障等により速度指令電圧に高電圧が印加されることを想定したものであり、このフォトカプラ14にて絶縁されることにより、速度指令電圧に高電圧が印加されることを防止している。また、この場合には、フォトカプラ14の入力電流がMCU11内部のPWM生成部19によりドライブできる電流より大きくなるので(例えば、1mA以上)、電流増幅用のバッファ13を設けている。なお、これらバッファ13およびフォトカプラ14の有無により、本発明が限定されるものではない。また、図2に示す例では、ツェナーダイオード5に流れる電流は抵抗16により制限されるため、図1に示す電流制限抵抗5aは不要である。
The
なお、図2に示す例では、MCU11内部のPWM生成部19により速度指令PWM信号を生成し、この速度指令PWM信号をRCフィルタ回路12によりアナログ電圧信号に変換して速度指令電圧を生成する例について説明したが、MCU11内部の図示しないDAC機能を用いて、速度指令電圧を生成してもよい。また、MCU11を用いず、DAC機能のみを有するDACICを用いて、速度指令電圧を生成してもよいことは言うまでもない。なお、MCU11内部のDAC機能、あるいはDACICを用いて速度指令電圧を生成する場合には、後述するツェナーダイオード5の熱耐力を考慮して、出力電流が小さい(例えば、10mA以下)DACを用いればよい。
In the example shown in FIG. 2, an example in which a speed command PWM signal is generated by the
図3は、実施の形態にかかる電動機駆動装置の制御部およびインバータの細部構成の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a detailed configuration of the control unit and the inverter of the electric motor drive device according to the embodiment.
図3に示す例では、インバータ3は、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されて構成されている。
In the example illustrated in FIG. 3, the
インバータ3を構成するスイッチング素子としては、例えば、図3に示すIGBTであってもよいし、MOSFETであってもよい。また、これらをSi(シリコン)系半導体により形成した構成であってもよいし、例えば、SiC(炭化珪素)やGaN(窒化ガリウム)系材料、またはダイヤモンド等のワイドバンドギャップ(以下、「WBG」という)半導体により形成した構成であってもよい。
As a switching element constituting the
また、図3に示す例では、制御部4は、三角波生成回路6、コンパレータ7、および駆動部8を含み構成されている。
In the example illustrated in FIG. 3, the control unit 4 includes a triangular wave generation circuit 6, a comparator 7, and a
速度指令電圧生成部2から入力された速度指令電圧と三角波生成回路6により生成された三角波とがコンパレータ7により比較されて、Dutyが速度指令電圧と比例するPWM信号が生成される。このPWM信号が駆動部8内の図示しない三相分配回路により三相のPWM信号に分配され、図示しないゲートドライブ回路によりインバータ3を構成する各スイッチング素子の駆動信号が生成され、各スイッチング素子に入力されることにより、固定子9の三相の固定子巻線にそれぞれ駆動電流が供給される。
The speed command voltage input from the speed command voltage generation unit 2 and the triangular wave generated by the triangular wave generation circuit 6 are compared by the comparator 7 to generate a PWM signal whose duty is proportional to the speed command voltage. This PWM signal is distributed to a three-phase PWM signal by a three-phase distribution circuit (not shown) in the
なお、図3に示す例では、固定子巻線の結線をスター形結線としているが、デルタ型結線であってもよい。また、図3に示す例では、制御部4とインバータ3とを1つのパワーIC10の同一パッケージ内に封止した構成例を示しているが、これらをそれぞれ異なるICにパッケージする構成であってもよい。
In the example shown in FIG. 3, the connection of the stator windings is a star connection, but may be a delta connection. Further, in the example shown in FIG. 3, a configuration example in which the control unit 4 and the
つぎに、本実施の形態にかかる電動機駆動装置において、ディスクリート型のツェナーダイオード5および電流制限抵抗5aを具備する技術的意義について、図1、図2、図4および図5を参照して説明する。図4は、図1に示すツェナーダイオードを具備していない構成における速度指令電圧とPWM信号のDutyとの関係を示す図である。また、図5は、実施の形態にかかる電動機駆動装置における速度指令電圧とPWM信号のDutyとの関係を示す図である。なお、以下の説明では、PWM信号のDutyに対する制御部4の速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき、速度指令電圧のばらつき、ツェナーダイオード5の降伏電圧(ツェナー電圧)のばらつき等を想定して説明している。これらのばらつき要因としては、各部電源電圧のばらつき、温度特性、部品個体ばらつき等が考えられる。なお、本実施の形態では、制御部4を構成するIC等のハードウェアの設計は変更しないことを前提としている。
Next, in the electric motor drive device according to the present embodiment, the technical significance of including the discrete Zener diode 5 and the current limiting
図4および図5において、斜線部で示す領域は、PWM信号のDutyに対する制御部4の速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき範囲を示している。図4および図5に示す例では、インバータ3の出力が0、つまり、PWM信号のDutyが0%となる速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき範囲が1.6V〜2.4Vであり、インバータ3の出力が最大、つまり、PWM信号のDutyが100%となる速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき範囲が4.8V〜6.1Vであり、速度指令電圧入力端子4aの入力電圧の絶対最大定格値が6.6Vである場合の例を示している。
In FIG. 4 and FIG. 5, the hatched area indicates the variation range of the voltage value of the speed command
また、図1および図2に示す例では、商用電源をトランスにより変圧して整流した直流電源を速度指令電圧生成部2に供給する場合の例を示している。この場合、速度指令電圧生成部2の電源電圧のばらつきが大きく(図1および図2に示す例では、13.5V〜16.1V)、この電源電圧の分圧値となる速度指令電圧のばらつきも大きくなる。 Moreover, in the example shown in FIG. 1 and FIG. 2, the example in the case of supplying the direct current power supply which transformed and commercialized the commercial power supply with the transformer to the speed command voltage generation part 2 is shown. In this case, the variation of the power supply voltage of the speed command voltage generator 2 is large (13.5V to 16.1V in the example shown in FIGS. 1 and 2), and the variation of the speed command voltage that is a divided value of this power supply voltage. Also grows.
ツェナーダイオード5を具備していない構成では、制御部4の速度指令電圧入力端子4aへの電圧値、つまり、速度指令電圧が速度指令電圧入力端子4aの入力電圧の絶対最大定格値(6.6V)を超えないように、速度指令電圧の可変範囲を設定する必要がある。なお、図4に示す例では、速度指令電圧の最大値のばらつき範囲が5.2V〜6.6Vとなる例を示している。
In the configuration that does not include the Zener diode 5, the voltage value to the speed command
この場合には、図4に示すように、速度指令電圧の最大値のばらつき範囲の下限値(5.2V)は、インバータ3の出力が最大となる速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき範囲の上限値(6.1V)を下回ることとなり、速度指令電圧の最大値が5.2V、インバータ3の出力が最大となる速度指令電圧入力端子4aの電圧値が6.0Vである場合には、PWM信号のDutyが約78%となる。つまり、速度指令電圧の最大値のばらつき範囲の下限値がインバータ3の出力が最大となる速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき範囲の上限値を下回り、速度指令電圧の最大値のばらつき範囲とインバータ3の出力が最大となる速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき範囲とが重なる範囲が大きい(図4に示す例では、5.2V〜6.1V)場合には、インバータ3の最大出力が著しく低下することとなる。
In this case, as shown in FIG. 4, the lower limit value (5.2V) of the variation range of the maximum value of the speed command voltage is the variation of the voltage value of the speed command
一方、実施の形態にかかる電動機駆動装置では、ツェナーダイオード5の降伏電圧(ツェナー電圧)のばらつき範囲の上限値は、速度指令電圧入力端子4aの入力電圧の絶対最大定格値よりも小さく、且つ、ツェナーダイオード5の降伏電圧(ツェナー電圧)の定格値は、インバータ3の出力が最大となる速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きいものとする。図5に示す例では、降伏電圧(ツェナー電圧)の定格値が6.2V、ばらつき範囲が6.0V〜6.6Vのツェナーダイオード5を設けている。これにより、速度指令電圧がツェナーダイオード5の降伏電圧(6.0V〜6.6V)以上である場合でも、電流制限抵抗5aを介した速度指令電圧入力端子4aの電圧値は、ツェナーダイオード5の降伏電圧(6.0V〜6.6V)以下に制限され、速度指令電圧入力端子4aの入力電圧の絶対最大定格値(6.6V)を超えることはない。
On the other hand, in the motor drive device according to the embodiment, the upper limit value of the variation range of the breakdown voltage (zener voltage) of the Zener diode 5 is smaller than the absolute maximum rated value of the input voltage of the speed command
したがって、例えば、図5に示すように、速度指令電圧の最大値のばらつき範囲を6.2V〜7.2Vとし、速度指令電圧の最大値のばらつき範囲の下限値(ここでは、6.2V)がインバータ3の出力が最大となる速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき範囲の上限値(ここでは、6.1V)よりも大きくなるように設定しても、ツェナーダイオード5および電流制限抵抗5aにより、速度指令電圧入力端子4aへの入力電圧の最大値のばらつき範囲は、ツェナーダイオード5の降伏電圧のばらつき範囲(6.0V〜6.6V)内に制限され、このツェナーダイオード5の降伏電圧のばらつき範囲、つまり、速度指令電圧入力端子4aへの入力電圧の最大値のばらつき範囲とインバータ3の出力が最大となる速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき範囲とが重なる範囲が小さくなり(図5に示す例では、6.0V〜6.1V)、インバータ3の最大出力の低下を抑制することが可能となる。なお、図5に示した例では、ツェナーダイオード5の降伏電圧のばらつき範囲とインバータ3の出力が最大となる速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき範囲とが重なる例を示したが、さらに、ツェナーダイオード5の降伏電圧のばらつき範囲の下限値がインバータ3の出力が最大となる速度指令電圧入力端子4aの電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きくなるようにすれば、インバータ3の最大出力を保証することができる。
Therefore, for example, as shown in FIG. 5, the variation range of the maximum value of the speed command voltage is set to 6.2 V to 7.2 V, and the lower limit value (here, 6.2 V) of the variation range of the maximum value of the speed command voltage. Even if it is set to be larger than the upper limit (here, 6.1 V) of the variation range of the voltage value of the speed command
ここで、図2に示す例において、制御部4の速度指令電圧入力端子4aの電圧値が速度指令電圧入力端子4aの入力電圧の絶対最大定格値(ここでは、6.6V)を超えない仕組みについて説明する。速度指令電圧がツェナーダイオード5の降伏電圧(ここでは、6.0V〜6.6V)を超えると、ツェナーダイオード5に電流が流れるようになり、この分だけ抵抗16に流れる電流が増加する。これにより、抵抗16における電圧降下が大きくなり、速度指令電圧入力端子4aの電圧値が低下し、ツェナーダイオード5の降伏電圧(6.0V〜6.6V)で安定する。これにより、速度指令電圧入力端子4aの電圧値が速度指令電圧入力端子4aの入力電圧の絶対最大定格値(6.6V)を超えることはない。
Here, in the example shown in FIG. 2, the voltage value of the speed command
また、図1に示すように、電動機駆動装置1と速度指令電圧生成部2とがリード線100(例えば、400mm程度)で接続されている場合、このリード線100に静電気によるサージ電圧やノイズが重畳する可能性がある。本実施の形態では、制御部4の速度指令電圧入力端子4aに設けたツェナーダイオード5により、このような静電気によるサージ電圧やノイズを除去することができる。
As shown in FIG. 1, when the electric
なお、制御部4を構成するIC内部に形成可能な静電気によるサージ電圧やノイズを除去するための保護用ツェナーダイオードでは、降伏電流(ツェナー電流)が小さいため、本実施の形態のように速度指令電圧が定常的に保護用ツェナーダイオードの降伏電圧(ツェナー電圧)以上となると、温度が異常上昇して熱破壊を招く虞がある。このため、本実施の形態では、制御部4の外部に、制御部4を構成するIC内部に形成可能な保護用ツェナーダイオードよりも降伏電流(ツェナー電流)の大きいディスクリート型のツェナーダイオード5を具備した構成としている。これにより、速度指令電圧が定常的にツェナーダイオード5の降伏電圧(ツェナー電圧)以上となる場合でも、自身の異常温度上昇を抑制してそれに伴う熱破壊を防止するのみならず、制御部4を構成するIC内部に保護用ツェナーダイオードが形成されている場合でも、この保護用ツェナーダイオードに定常的に降伏電圧(ツェナー電圧)以上の電圧が印加されるのを防ぐことができる。 The protective Zener diode for removing surge voltage and noise caused by static electricity that can be formed inside the IC constituting the control unit 4 has a small breakdown current (Zener current). If the voltage is constantly equal to or higher than the breakdown voltage (zener voltage) of the protective Zener diode, the temperature may rise abnormally, leading to thermal destruction. For this reason, in the present embodiment, a discrete Zener diode 5 having a breakdown current (zener current) larger than a protective Zener diode that can be formed inside the IC constituting the control unit 4 is provided outside the control unit 4. The configuration is as follows. Thereby, even when the speed command voltage is constantly equal to or higher than the breakdown voltage (zener voltage) of the Zener diode 5, not only the abnormal temperature rise is suppressed and the accompanying thermal breakdown is prevented. Even when a protective Zener diode is formed in the IC to be configured, it is possible to prevent a voltage higher than the breakdown voltage (Zener voltage) from being constantly applied to the protective Zener diode.
図6は、実施の形態にかかる電動機の断面図である。実施の形態にかかる電動機駆動装置1は、例えば、図6に示すようなブラシレスDCモータに内蔵することができる。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the electric motor according to the embodiment. The electric
図6に示すブラシレスDCモータ(電動機)200について説明する。電磁鋼板を積層され構成される固定子鉄心41と固定子巻線42を絶縁するため、固定子鉄心41と一体成型されたインシュレータ43を有する。インシュレータ43と一体成型された固定子鉄心41の各スロットに固定子巻線42が巻きつけられ、固定子40が構成される。電動機駆動装置1(図1参照)の各構成要素や、回転子20の位置を検知するホールIC49を含む回路を備える内蔵基板45は、出力側軸受21aと固定子40との間にて回転軸23の軸線方向対して垂直に配置され、インシュレータ43に固定される。また、内蔵基板45のインバータ3と固定子巻線42は、巻線端子44を介して接続される。内蔵基板45には、速度指令電圧生成部2(図1参照)を含む外部回路と接続するリード線100(図1参照)を接続するためのコネクタ48が配置される。固定子40をモールド樹脂50で成形したモールド固定子51は、固定子40と内蔵基板45を一体成型すると共に、内部に回転子20を収容可能に形成された凹部が設ける。
A brushless DC motor (electric motor) 200 shown in FIG. 6 will be described.
回転子20は、モールド固定子51の内側に配置され固定子鉄心41と対向して回転軸23の外周側に配置された永久磁石で構成される回転子マグネット24を有する。センサマグネット22は、内蔵基板45のホールIC49の近傍になるように、回転軸23を円中心とし回転子20に配置される。回転子マグネット24は、フェライト磁石、または、希土類磁石にて構成される。
The
回転軸23の一端には回転自在に支持する出力側軸受21aを有する。回転軸23の他端には回転自在に支持する反出力側軸受21bを有する。
One end of the
導電性ブラケット30は、モールド固定子51の凹部の開口部を塞ぐようにしてモールド固定子51の内周部に嵌め込まれると共に、反出力側軸受21bの外輪が内側に嵌め込まれる。
The
図7は、実施の形態にかかる空気調和機の室内機および室外機の概観図である。上述した実施の形態にかかる電動機200は、例えば、図7に示すような空気調和機300の室内機301および室外機302に適用することができる。
FIG. 7 is an overview of the indoor unit and the outdoor unit of the air conditioner according to the embodiment. The
図7に示す空気調和機300について説明する。空気調和機300は、室内機301と、室内機301に接続される室外機302とを備える。室内機301は、室内機用送風機(図示せず)を搭載し、室外機302は、室外機用送風機(図示せず)を搭載している。これら室外機用送風機および室内機用送風機の駆動源として、上述した実施の形態にかかる電動機200を搭載している。
The
なお、上述した実施の形態にかかる電動機200は、空気調和機の他にも、例えば換気扇、家電機器、工作機などに搭載して利用することができる。
In addition to the air conditioner, the
以上説明したように、実施の形態の電動機駆動装置、およびそれを内蔵した電動機、およびそれを搭載した空気調和機によれば、速度指令電圧を生成する速度指令電圧生成部に接続され、主たる構成要素として、電動機の固定子巻線に駆動電流を供給するインバータと、速度指令電圧生成部から入力される速度指令電圧に基づきインバータを駆動制御する制御部とを具備した構成において、制御部の速度指令電圧入力端子と接地との間に、制御部を構成するIC内部に形成可能な保護用ツェナーダイオードよりも降伏電流(ツェナー電流)の大きいディスクリート型のツェナーダイオードを接続し、このツェナーダイオードの降伏電圧(ツェナー電圧)のばらつき範囲の上限値は、速度指令電圧入力端子の入力電圧の絶対最大定格値よりも小さく、且つ、ツェナーダイオードの降伏電圧(ツェナー電圧)の定格値は、インバータの出力が最大となる速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きいものとしたので、速度指令電圧の最大値のばらつき範囲の下限値がインバータの出力が最大となる速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きくなるように設定しても、速度指令電圧入力端子への入力電圧の最大値のばらつき範囲は、ツェナーダイオードの降伏電圧のばらつき範囲内に制限され、速度指令電圧入力端子の入力電圧の絶対最大定格値以下に保たれる。また、ツェナーダイオードの降伏電圧のばらつき範囲、つまり、速度指令電圧入力端子への入力電圧の最大値のばらつき範囲とインバータの出力が最大となる速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲とが重なる範囲が小さくなり、インバータの最大出力の低下を抑制することが可能となる。つまり、速度指令電圧生成部の電源電圧のばらつき、延いては、速度指令電圧のばらつきを抑制するためにDCDCコンバータ等を用いることなく、安価な回路構成で、また、速度指令電圧の入力側ハードウェアの設計を変更することなく、速度指令電圧入力端子の電圧値をツェナーダイオードの降伏電圧以下に制限しつつ、インバータの最大出力の低下を抑制することが可能となる。 As described above, according to the electric motor drive device of the embodiment, the electric motor incorporating the electric motor, and the air conditioner equipped with the electric motor driving device, the main configuration is connected to the speed command voltage generating unit that generates the speed command voltage. In a configuration including an inverter that supplies a drive current to the stator winding of the motor and a control unit that drives and controls the inverter based on the speed command voltage input from the speed command voltage generation unit, the speed of the control unit A discrete Zener diode having a breakdown current (Zener current) larger than that of a protective Zener diode that can be formed inside the IC constituting the control unit is connected between the command voltage input terminal and the ground. The upper limit of the voltage (zener voltage) variation range is smaller than the absolute maximum rating value of the input voltage of the speed command voltage input terminal. In addition, the rated value of the breakdown voltage (zener voltage) of the Zener diode is larger than the upper limit value of the variation range of the voltage value of the speed command voltage input terminal at which the output of the inverter is maximized. Even if it is set so that the lower limit of the variation range of the maximum value of the inverter is larger than the upper limit of the variation range of the voltage value of the speed command voltage input terminal at which the output of the inverter is maximum, the input to the speed command voltage input terminal The variation range of the maximum value of the voltage is limited to the variation range of the breakdown voltage of the Zener diode, and is kept below the absolute maximum rated value of the input voltage of the speed command voltage input terminal. Also, the variation range of the breakdown voltage of the Zener diode, that is, the variation range of the maximum value of the input voltage to the speed command voltage input terminal and the variation range of the voltage value of the speed command voltage input terminal at which the output of the inverter is maximized overlap. The range becomes smaller, and it is possible to suppress a decrease in the maximum output of the inverter. In other words, the power supply voltage of the speed command voltage generator is not varied, and thus a DCDC converter or the like is not used to suppress the variation of the speed command voltage. It is possible to suppress a decrease in the maximum output of the inverter while limiting the voltage value of the speed command voltage input terminal to be equal to or lower than the breakdown voltage of the Zener diode without changing the design of the wear.
また、ツェナーダイオードの降伏電圧のばらつき範囲の下限値がインバータの出力が最大となる速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きくなるようにすれば、インバータの最大出力を保証することが可能となる。 In addition, the maximum output of the inverter is guaranteed if the lower limit of the variation range of the breakdown voltage of the Zener diode is larger than the upper limit of the variation range of the voltage value of the speed command voltage input terminal at which the output of the inverter is maximum. It becomes possible to do.
また、電動機駆動装置と速度指令電圧生成部とがリード線で接続されている場合、このリード線に静電気によるサージ電圧やノイズが重畳する可能性があるが、本実施の形態では、制御部の速度指令電圧入力端子に設けたツェナーダイオードにより、このような静電気によるサージ電圧やノイズを除去することができる。 In addition, when the motor drive device and the speed command voltage generation unit are connected by a lead wire, surge voltage or noise due to static electricity may be superimposed on this lead wire. Such a surge voltage and noise due to static electricity can be eliminated by a Zener diode provided at the speed command voltage input terminal.
また、制御部の外部に、制御部を構成するIC内部に形成可能な保護用ツェナーダイオードよりも降伏電流(ツェナー電流)の大きいディスクリート型のツェナーダイオードを具備した構成としているので、速度指令電圧が定常的にツェナーダイオードの降伏電圧(ツェナー電圧)以上となる場合でも、自身の異常温度上昇を抑制してそれに伴う熱破壊を防止するのみならず、制御部を構成するIC内部に保護用ツェナーダイオードが形成されている場合でも、この保護用ツェナーダイオードに定常的に降伏電圧(ツェナー電圧)以上の電圧が印加されるのを防ぐことができる。 In addition, since a discrete Zener diode having a breakdown current (zener current) larger than a protective Zener diode that can be formed inside the IC constituting the control unit is provided outside the control unit, the speed command voltage is Even when the breakdown voltage (zener voltage) of the zener diode is constantly higher than the zener diode, not only is the abnormal temperature rise suppressed to prevent thermal destruction, but also a protective zener diode in the IC constituting the control unit. Even when the voltage is formed, it is possible to prevent a voltage higher than the breakdown voltage (zener voltage) from being constantly applied to the protective Zener diode.
なお、上述した実施の形態にかかる電動機駆動装置のインバータ用のスイッチング素子として、WBG半導体により形成されたスイッチング素子を用いてもよいことを述べたが、このWBG半導体により形成されたスイッチング素子を用いることによる効果は、上述した効果にとどまらない。 Although it has been described that a switching element formed of a WBG semiconductor may be used as the switching element for the inverter of the electric motor drive device according to the above-described embodiment, the switching element formed of the WBG semiconductor is used. The effects of this are not limited to the effects described above.
例えば、WBG半導体で形成されたスイッチング素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子を用いてパワーICを構成することにより、パワーICの小型化が可能となる。 For example, a switching element formed of a WBG semiconductor has a high voltage resistance and a high allowable current density, and thus can be miniaturized. By configuring a power IC using these miniaturized switching elements, The power IC can be downsized.
また、WBG半導体で形成されたスイッチング素子は、耐熱性も高いため、パワーICの冷却手段を簡素化することが可能であるので、このパワーICを実装した電動機駆動装置や、それを内蔵した電動機の小型化が可能となる。 In addition, since the switching element formed of the WBG semiconductor has high heat resistance, it is possible to simplify the cooling means of the power IC. Therefore, the electric motor driving device in which the power IC is mounted, and the electric motor incorporating the same Can be reduced in size.
また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。 The configurations described in the above embodiments are examples of the configurations of the present invention, and can be combined with other known techniques, and a part of the configurations is omitted without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it is possible to change the configuration.
1 電動機駆動装置、2 速度指令電圧生成部、3 インバータ、4 制御部、4a 速度指令電圧入力端子、5 ツェナーダイオード、5a 電流制限抵抗、6 三角波生成回路、7 コンパレータ、8 駆動部、9 固定子、10 パワーIC、11 MCU、12 RCフィルタ回路、13 バッファ、14 フォトカプラ、15,16,17 抵抗、18 コンデンサ、19 PWM生成部、20 回転子、21a 出力側軸受、21b 反出力側軸受、22 センサマグネット、23 回転軸、24 回転子マグネット、30 導電性ブラケット、40 固定子、41 固定子鉄心、42 固定子巻線、43 インシュレータ、44 巻線端子、45 内蔵基板、48 コネクタ、49 ホールIC、100 リード線、50 モールド樹脂、51 モールド固定子、200 電動機、300 空気調和機、301 室内機、302 室外機。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
アノードが接地され、カソードが前記制御部の速度指令電圧入力端子に接続されたディスクリート型のツェナーダイオードを備え、
前記ツェナーダイオードの降伏電圧のばらつき範囲の上限値は、前記速度指令電圧入力端子の入力電圧の絶対最大定格値よりも小さく、且つ、前記ツェナーダイオードの降伏電圧の定格値は、前記インバータの出力が最大となる前記速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きく、
前記速度指令電圧の最大値のばらつき範囲の下限値は、前記インバータの出力が最大となる前記速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きく、
前記ツェナーダイオードの降伏電圧のばらつき範囲の下限値は、前記インバータの出力が最大となる前記速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きい値である
ことを特徴とする電動機駆動装置。 An electric motor drive device comprising: an inverter that supplies a drive current to a stator winding of an electric motor; and a control unit that drives and controls the inverter based on a speed command voltage input from the outside,
A discrete Zener diode having an anode grounded and a cathode connected to the speed command voltage input terminal of the control unit,
The upper limit value of the variation range of the breakdown voltage of the Zener diode is smaller than the absolute maximum rating value of the input voltage of the speed command voltage input terminal, and the rated value of the breakdown voltage of the Zener diode is the output of the inverter. It is larger than the upper limit value of the variation range of the voltage value of the speed command voltage input terminal that is the maximum,
The lower limit of the variation range of the maximum value of the speed command voltage, the output of the inverter is much larger than the upper limit of the variation range of the voltage value of the speed command voltage input terminal becomes maximum,
The lower limit value of the variation range of the breakdown voltage of the Zener diode is a value larger than the upper limit value of the variation range of the voltage value of the speed command voltage input terminal at which the output of the inverter is maximized. apparatus.
アノードが接地され、カソードが前記制御部の速度指令電圧入力端子に接続されたディスクリート型のツェナーダイオードを備え、A discrete Zener diode having an anode grounded and a cathode connected to the speed command voltage input terminal of the control unit,
前記ツェナーダイオードの降伏電圧のばらつき範囲の上限値は、前記速度指令電圧入力端子の入力電圧の絶対最大定格値よりも小さく、且つ、前記ツェナーダイオードの降伏電圧の定格値は、前記インバータの出力が最大となる前記速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きく、The upper limit value of the variation range of the breakdown voltage of the Zener diode is smaller than the absolute maximum rating value of the input voltage of the speed command voltage input terminal, and the rated value of the breakdown voltage of the Zener diode is the output of the inverter. It is larger than the upper limit value of the variation range of the voltage value of the speed command voltage input terminal that is the maximum,
前記速度指令電圧の最大値のばらつき範囲の下限値は、前記インバータの出力が最大となる前記速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲の上限値よりも大きく、The lower limit value of the variation range of the maximum value of the speed command voltage is larger than the upper limit value of the variation range of the voltage value of the speed command voltage input terminal at which the output of the inverter is maximized.
前記ツェナーダイオードの降伏電圧のばらつき範囲である第1の範囲の下限値は、前記インバータの出力が最大となる前記速度指令電圧入力端子の電圧値のばらつき範囲である第2の範囲の上限値よりも小さく、且つ、前記第1の範囲と前記第2の範囲の重なり部分は前記第2の範囲の7.7%値よりも小さいことを特徴とする電動機駆動装置。The lower limit value of the first range that is the variation range of the breakdown voltage of the Zener diode is higher than the upper limit value of the second range that is the variation range of the voltage value of the speed command voltage input terminal at which the output of the inverter is maximized. And the overlapping portion of the first range and the second range is smaller than the 7.7% value of the second range.
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