JP5673298B2 - モータ駆動装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動装置30を備えたシステム全体の構成図である。このシステムは、図2に示す構成からなる空気調和装置10に搭載されている。本実施形態に係るモータ駆動装置30は、圧縮機モータM12(後述)を駆動するための装置であって、室外ユニット11(後述)内に設けられている。
室外ユニット11は、主として、圧縮機12、四路切換弁13、室外熱交換器14、膨張弁15、液側閉鎖弁16、ガス側閉鎖弁17、及び室外ファン18を有している。
室内ユニット21は、主として、室内ファン22及び室内熱交換器23を有しており、これらは、該ユニット21のケーシング内部に配置されている。
本実施形態に係るモータ駆動装置30は、図1に示すように、主として、主電源リレー31a,31b,31c、コンバータ32、電圧検出部36、インバータ37、ゲート駆動回路38、及びMPU39を備える。モータ駆動装置30を構成するこれらの構成要素は、1枚のプリント基板P1上に実装されている。
主電源リレー31a,31b,31cは、商用電源51の3相(具体的には、R相、S相、T相)それぞれに対応するようにして、3つ設けられている。主電源リレー31a,31b,31cは、一端が商用電源51の各相の出力から伸びるハーネスそれぞれに接続され、他端がコンバータ32の3つの入力それぞれに接続されている。つまり、主電源リレー31a,31b,31cは、それぞれ商用電源51とコンバータ32との間に直列に接続されている。
コンバータ32は、主電源リレー31a,31b,31cを介して商用電源51の各相の出力と接続されている。コンバータ32は、商用電源51から出力された交流電圧Vacを直流電圧Vdcに変換するためのもであって、主として、整流回路33と、リアクタ34と、平滑コンデンサ35とで構成される。
整流回路33は、図1に示すように、6つのダイオードD1a,D1b,D2a,D2b,D3a,D3bによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードD1aとD1b、D2aとD2b、D3aとD3bは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードD1a,D2a,D3aの各カソード端子は、共にリアクタ34の一端に接続されており、整流回路33の正側出力端子として機能する。ダイオードD1b,D2b,D3bの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ35に接続されており、整流回路33の負側出力端子として機能する。ダイオードD1a,D1b同士の接続点は、主電源リレー31aを介して商用電源51のR相の出力に接続され、ダイオードD2a,D2b同士の接続点は、主電源リレー31bを介して商用電源51のS相の出力に接続されている。ダイオードD3a,D3b同士の接続点は、主電源リレー31cを介して商用電源51のT相の出力に接続されている。ダイオードD1a,D1b同士の接続点、ダイオードD2a,D2b同士の接続点及びダイオードD3a,D3b同士の接続点は、それぞれ整流回路33の入力の役割を担っている。
リアクタ34は、いわゆる直流リアクタであって、整流回路33の正側出力端子に直列に接続されている。本実施形態に係るリアクタ34としては、容量が小さいものが用いられており、図3に示す構成を有している。
平滑コンデンサ35は、一端がリアクタ34を介して整流回路33の正側出力端子に接続され、他端が整流回路33の負側出力端子に接続されている。平滑コンデンサ35は、リアクタ34と共に平滑回路を構成しており、これによって整流回路33による整流後の電圧は平滑化される。平滑化された電圧、即ち直流電圧Vdcは、リップルの比較的低い電圧となっており、平滑コンデンサ35の後段(つまり、出力側)に接続されたインバータ37に印加される。
電圧検出部36は、コンバータ32の出力側に接続されている。電圧検出部36は、コンバータ32から出力された直流電圧Vdcのうち、特にリップル成分(つまり、リップル電圧)を検出する。一例としては、電圧検出部36は、コンデンサ及びオペアンプで構成される積分回路と、反転アンプと、加算器とで構成される。積分回路は、直流電圧Vdcが入力され、直流電圧Vdcに含まれるリップル成分を平滑した電圧を出力する。反転アンプは、直流電圧Vdcが入力され、この直流電圧Vdcの極性を反転させた電圧を出力する。加算器は、積分回路及び反転アンプの各出力を加算して、リップル成分を出力する。つまり、積分回路の出力は直流電圧Vdcと同極性であり、反転アンプは直流電圧Vdcとは逆の極性であることから、電圧検出部36は、直流電圧Vdcのリップル成分のみを取り出すことが可能となる。
インバータ37は、コンバータ32の出力側に接続されている。インバータ37は、図6に示すように、複数の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、単にトランジスタという)Q4a,Q4b,Q5a,Q5b,Q6a,Q6b及び複数の還流用ダイオードD4a,D4b,D5a,D5b,D6a,D6bを含む。トランジスタQ4aとQ4b、Q5aとQ5b、Q6aとQ6bは、それぞれ互いに直列に接続されており、各ダイオードD4a〜D5bは、各トランジスタQ4a〜Q6bに並列接続されている。インバータ37は、コンバータ32からの直流電圧Vdcの供給によって各トランジスタQ4a〜Q6bが所定のタイミングでオン及びオフを行うことで、圧縮機モータM12を駆動するための駆動電圧SU,SV,SWを生成する。この駆動電圧SU,SV,SWは、各トランジスタQ4aとQ4b、Q5aとQ5b、Q6aとQ6bの各接続点に接続された圧縮機モータM12に出力される。
ゲート駆動回路38は、MPU39からの指令に基づき、インバータ37の各トランジスタQ4a〜Q6bのオン及びオフの状態を変化させる。具体的には、ゲート駆動回路38は、MPU39によって決定されたデューティを有する駆動電圧SU,SV,SWがインバータ37から圧縮機モータM12に出力されるように、各トランジスタQ4a〜Q6bのゲートに印加するゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzを生成する。生成されたゲート制御電圧Gu,Gx,Gv,Gy,Gw,Gzは、それぞれのトランジスタQ4a〜Q6bのゲート端子に印加される。
MPU39の入力端子には、電圧検出部36の出力の他、室外ユニット11における室外制御部(図示せず)の出力が接続されている(図1における、MPU39に接続された実線を参照)。MPU39の出力端子には、主電源リレー31a,31b,31c、ゲート駆動回路38の入力が接続されている(図1における、MPU39に接続された点線を参照)。MPU39は、コンバータ32とは別のスイッチング電源等(図示せず)から電源電圧を供給されると、インバータ37の各トランジスタQ4a〜Q6bのオン及びオフを制御することで、圧縮機モータM12の駆動制御を行う。また、MPU39は、例えば室外ユニット11に含まれる各種機器において異常が発生したか否かを監視し、その監視結果に応じて主電源リレー31a,31b,31cのオン及びオフを制御する。例えば、圧縮機12において圧力異常が発生した場合には、主電源リレー31a,31b,31cそれぞれをオフにし、商用電源51からコンバータ32への交流電圧Vacの供給を切断する。
電流演算部39aは、直流電圧Vdcのリップル成分に基づいて、各相の入力電流Ir,Is,Itを求める。
モータ制御部39bは、電流演算部39aによって補正された後の各相の入力電流Ir,Is,Itを所定値と比較する。各相の入力電流Ir,Is,Itの少なくとも1つが所定値以上であれば、モータ制御部39bは、インバータ37の出力を抑制する垂下制御を行う。
図7は、本実施形態に係るモータ駆動装置30の全体的な流れを示すフロー図である。
(4−1)
一般的に、交流電圧Vacの周波数が50Hzの場合の直流電圧Vdcのリップル成分は、周波数が60Hzの場合に比して大きくなる。そのため、電流換算式によって求められた入力電流Ir,Is,Itを補正する場合、電流補正値は、交流電圧Vacの周波数が50Hzであれば小さく、当該周波数が60Hzであれば大きく決定されることが考えられる。すると、交流電圧Vacの周波数が50Hzである場合においては、電流補正量が小さいために、補正後の入力電流Ir,Is,Itが実際の入力電流Ir,Is,Itとはかけ離れて小さい値となっており、よって垂下制御が間に合わずにブレーカが落ちてしまう、といった現象が万が一にも生じてしまう恐れがある。
本実施形態では、更に、直流電圧Vdcのリップル成分が所定成分値以上の場合に垂下制御が行われる。従って、入力電流Ir,Is,Itが大きいためにブレーカが落ちることを防ぐと共に、平滑コンデンサ35の破損を防止することもできる。
リアクタ34が小容量であると、インダクタンス特性が低下してしまう。しかし、本実施形態では、このようなリアクタ34を使用したとしても、入力電流Ir,Is,Itに対し適切な補正が行われるため、ブレーカが落ちるのを確実に防ぐことができる。
本実施形態では、垂下制御時、圧縮機モータM12の回転数を下げる制御が行われることで、圧縮機12の容量が低下する。従って、圧縮機モータM12に流れるモータ電流の量を抑えることができ、ひいては入力電流Ir,Is,Itの量を低下させることができる。
(5−1)変形例A
上記実施形態では、電流補正値が、交流電圧Vacの実際の周波数に関係なく、複数の規定周波数50Hz,60Hzのうち一番高い規定周波数60Hzに対応する所定補正値に設定される場合について説明した。しかし、本発明では、電流補正値として常に60Hzの場合の所定補正値が用いられるのではなく、交流電圧Vacの実際の周波数に応じて電流補正値が選択されてもよい。
上記実施形態では、リアクタ34のコアサイズCs、ギャップGa及び積厚Thが調整されることでリアクタ34が小型化された場合について説明した。リアクタ34は、更に巻数も調整されることで、リアクタ34の小型化を図りつつインダクタンス値の性能を確保してもよい。
上記実施形態では、補正後の各相の入力電流Ir,Is,Itのうち少なくとも1つが所定値以上の場合に、垂下制御が行われると説明した。しかし、仮に、商用電源51が供給する電力自体が上昇することにより、各相の入力電流Ir,Is,It全てが一斉に“19A”から“25A”に変化した場合等には、電源不平衡が生じない。そのため、あくまでも各相の入力電流Ir,Is,Itが不均衡となった状態で、各相の入力電流Ir,Is,Itのうち少なくとも1つが所定値以上の場合に、垂下制御が行われると好ましい。
上記実施形態では、直流電圧Vdcのリップル成分に基づいて各相の入力電流Ir,Is,Itのバランス状態が推測されると説明した。しかし、電源不平衡が生じているか否かは、電流ではなく、商用電源51からコンバータ32に供給される各相(具体的には、R相、S相、T相)の入力電圧の値によっても推測することができる。
上記実施形態では、モータ駆動装置30の駆動対象が圧縮機モータM12である場合について説明した。しかし、モータ駆動装置30の駆動対象は、圧縮機モータM12以外のモータであってもよい。圧縮機モータM12以外のモータとしては、例えば室外ファンモータが挙げられる。
上記実施形態では、予め定められた複数の規定周波数が50Hz,60Hzの場合を例に取り説明した。しかし、規定周波数は、これらに限定されない。
上記実施形態では、商用電源51が3相である場合について説明した。しかし、本発明に係る商用電源51は、単相ではなく多相型の交流電源であればよい。何故ならば、多相型の交流電源であれば、各相を流れる入力電流が不均衡となる、いわゆる電圧不平衡が生じる可能性があるからである。従って、本発明に係る商用電源51は、3相に限定されず、2相等であってもよい。
11 室外ユニット
12 圧縮機
M12 圧縮機モータ
13 四路切換弁
14 室外熱交換器
15 膨張弁
16,17 閉鎖弁
18 室外ファン
M18 室外ファンモータ
21 室内ユニット
22 室内ファン
M22 室内ファンモータ
23 室内熱交換器
30,30’ モータ駆動装置
31a,31b,31c 主電源リレー
32 コンバータ
33 整流回路
34 リアクタ
34a,34b コア部
34aa 第1脚部
34ab 第2脚部
34ac 第3脚部
34ad 連結部材
34c 巻線
35 平滑コンデンサ
36 電圧検出部
37 インバータ
38 ゲート駆動回路
39 MPU
39a 電流演算部
39b モータ制御部
40 判別部
51 商用電源
Is,Ir,It 各相の入力電流
Vac 商用電源から出力される交流電圧
Vdc コンバータから出力される直流電圧
SU,SV,SW 駆動電圧
Claims (5)
- 整流回路(33)と前記整流回路に接続された小容量のリアクタ(34)とを有しており、多相交流電源(51)から出力される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ(32)と、
前記直流電圧を用いてモータ(M12)の駆動電圧を生成し、前記駆動電圧を前記モータに出力するインバータ(37)と、
前記直流電圧のリップル成分に基づいて、前記多相交流電源から前記コンバータに入力される各相の入力電流(Ir,Is,It)を求める電流演算部(39a)と、
各相の前記入力電流の少なくとも1つが所定値以上の場合に、前記インバータの出力を抑制する垂下制御を行う制御部(39b)と、
を備え、
前記交流電圧の周波数は、予め定められている複数の規定周波数のうちいずれか1つであって、
前記電流演算部(39a)は、
前記直流電圧のリップル成分から前記リアクタ(34)のインダクタンス値が一定という条件のもとで所定の電流換算式を利用して各相の前記入力電流を求め、前記入力電流の値から電源不平衡が生じていると判断したときに、
各相の前記入力電流を補正するための電流補正値を前記交流電圧の周波数に応じて選択し、選択した前記電流補正値に基づいて前記入力電流を補正するか、または
前記交流電圧の周波数に関係なく、複数の前記規定周波数のうち一番高い前記規定周波数に応じた所定補正値を前記電流補正値として前記入力電流を補正し、
前記制御部(39b)は、補正後の前記入力電流を前記所定値と比較する、
モータ駆動装置(30)。 - 前記電流演算部が前記交流電圧の周波数に応じて前記電流補正値を選択する場合に、前記交流電圧の周波数を判別する判別部(40)、
を更に備える、
請求項1に記載のモータ駆動装置(30’)。 - 前記制御部は、更に前記直流電圧のリップル成分が所定電圧値以上の場合に前記垂下制御を行う、
請求項1または2に記載のモータ駆動装置(30)。 - 前記リアクタに流れる電流が所定電流量以下の場合、該電流に関係なく前記リアクタのインダクタンスはほぼ一定であって、
前記リアクタに流れる電流が前記所定電流量以上の場合、該電流の増加に伴い前記リアクタのインダクタンスは減少し、
前記所定電流量は、前記モータの通常運転時に前記リアクタに流れると想定される電流量の最大値とほぼ等しい、
請求項1から3のいずれか1項に記載のモータ駆動装置(30)。 - 前記モータは、容量可変自在な圧縮機の駆動源である圧縮機用モータであって、
前記制御部は、前記垂下制御時、前記圧縮機の容量を強制的に減少させるように、前記圧縮機用モータの回転数を下げる、
請求項1から4のいずれか1項に記載のモータ駆動装置(30)。
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