JP6628887B2 - モータ駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機 - Google Patents

モータ駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機 Download PDF

Info

Publication number
JP6628887B2
JP6628887B2 JP2018535941A JP2018535941A JP6628887B2 JP 6628887 B2 JP6628887 B2 JP 6628887B2 JP 2018535941 A JP2018535941 A JP 2018535941A JP 2018535941 A JP2018535941 A JP 2018535941A JP 6628887 B2 JP6628887 B2 JP 6628887B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inverter
motor
phase
module
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018535941A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2018037457A1 (ja
Inventor
裕次 ▲高▼山
裕次 ▲高▼山
崇 山川
崇 山川
成雄 梅原
成雄 梅原
有澤 浩一
浩一 有澤
篠本 洋介
洋介 篠本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of JPWO2018037457A1 publication Critical patent/JPWO2018037457A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6628887B2 publication Critical patent/JP6628887B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22Multiple windings; Windings for more than three phases

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機に関する。
下記特許文献1には、U相コイル、V相コイル及びW相コイルを星形結線した第1の三相交流巻線、ならびに、U相コイル、V相コイル及びW相コイルを星形結線した第2の三相交流巻線(以下、本明細書では「巻線群」と称する)を有する2群三相構造のモータが開示されている。2群三相構造のモータでは、2つの巻線群のそれぞれに異なるインバータを接続することで、簡易的に大容量の出力を得ることが可能である。
国際公開第2012/029706号
しかしながら、上記特許文献1では、2群三相構造のモータを大容量の用途に適用する場合において、当該モータとインバータとの間の接続構造に関する工夫は為されているが、インバータについては、従来の構成を踏襲しており、大容量の用途に適したインバータの構成に関する工夫は為されておらず、当該工夫に関する言及もない。
また、上記特許文献1では、2群三相構造のモータ、すなわち2つの巻線群を有する構成のみが開示されており、3つ以上の巻線群を備える構成、すなわち多群三相構造のモータに関する言及はない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多群三相構造のモータの駆動に適したモータ駆動装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、三相の交流電圧が印加される3つの巻線部からなる巻線群を複数有し、複数の前記巻線群が互いに電気的に独立して構成されたモータ、を駆動するために用いられるモータ駆動装置であって、インバータを複数備え、前記インバータのそれぞれは、少なくとも1つの前記巻線群に前記交流電圧を印加し、前記インバータのそれぞれは、1又は並列に接続された複数のモジュールで構成され、1又は複数の前記モジュールのそれぞれは、直列に接続されたスイッチング素子の対を1以上有し、少なくとも1つの前記インバータの1又は複数の前記モジュールにおける前記スイッチング素子のそれぞれは、ワイドバンドギャップ半導体素子であることを特徴とする。
本発明によれば、多群三相構造のモータを好適に駆動することができる、という効果を奏する。
実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の構成例を示すブロック図 図1に記載されたモータと第1及び第2のインバータとの間の電気的な接続関係を示す回路図 実施の形態1に係るインバータ制御部の構成例を示すブロック図 実施の形態1に係る第1のインバータを構成する3つのモジュールの詳細と3つのモジュールを使用してモータの第1巻線群を駆動する場合の第1の例を示す図 図4に示す第1モジュールを3つの2in1モジュールを用いて構成した場合の一例を示す図 実施の形態1に係るインバータ制御部の図3とは異なる他の構成例を示すブロック図 実施の形態1に係るインバータ制御部の図3及び図6とは異なる他の構成例を示すブロック図 実施の形態2に係る第1のインバータを構成する3つのモジュールの詳細と3つのモジュールを使用してモータの第1巻線群を駆動する場合の第2の例を示す図 第1のインバータ及び第2のインバータにおいてSi及びSiCを混在させた構成とする場合の組合せの一例を示す図 実施の形態1〜3のインバータ制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態1〜3のインバータ制御部の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図
以下に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る冷凍サイクル装置の構成例を示すブロック図である。図1に示す冷凍サイクル装置100は、例えば、セパレート形の空気調和機を構成する。本実施の形態では、冷凍サイクル装置100が空気調和機を構成する例を説明するが、冷凍サイクル装置100は空気調和機に限定されず、冷蔵庫、冷凍庫等の冷凍サイクルを備える機器に適用可能である。
図1に示すように、本実施の形態の冷凍サイクル装置100は、圧縮機101、四方弁102、室外熱交換器103、膨張弁104、室内熱交換器105、冷媒配管106および電動機駆動装置150を備える。冷凍サイクル装置100では、圧縮機101、四方弁102、室外熱交換器103、膨張弁104および室内熱交換器105が冷媒配管106を介して取り付けられた冷凍サイクルを構成する。また、冷凍サイクル装置100における圧縮機101の内部には、冷媒を圧縮する圧縮機構107とこれを動作させるモータ5とが設けられている。また、圧縮機101のモータ5は、電動機駆動装置150と電気的に接続されている。電動機駆動装置150は、冷媒を圧縮する圧縮機101に用いられる電動機であるモータ5を駆動するために用いられる。
電動機駆動装置150は、モータ5に電圧を与え駆動させる第1のインバータ3及び第2のインバータ4、並びに、第1のインバータ3及び第2のインバータ4のそれぞれを制御するインバータ制御部12を備える。
図2は、図1に記載されたモータ5と第1のインバータ3及び第2のインバータ4との間の電気的な接続関係を示す回路図である。本実施の形態において、モータ5は、図2に示すように、1つ以上のコイルが巻回されたU相巻線部6U、1つ以上のコイルが巻回されたV相巻線部6V及び1つ以上のコイルが巻回されたW相巻線部6Wからなる第1巻線群6、並びに、1つ以上のコイルが巻回されたU相巻線部7U、1つ以上のコイルが巻回されたV相巻線部7V及び1つ以上のコイルが巻回されたW相巻線部7Wからなる第2巻線群7を備えた2群三相構造のモータである。第1巻線群6と第2巻線群7とは、モータ5の内部では結線されておらず、互いに電気的に独立した構成となっている。モータ5は、図示しない固定子および回転子を備えている。
また、図2では、第1のインバータ3、第2のインバータ4及びモータ5に加え、直流電力を第1のインバータ3に供給する第1の平滑手段であるコンデンサ1、直流電力を第2のインバータ4に供給する第2の平滑手段であるコンデンサ2、第1巻線群6のU相電流を検出する第1の電流検出手段8、第1巻線群6のW相電流を検出する第2の電流検出手段9、第2巻線群7のU相電流を検出する第3の電流検出手段10及び第2巻線群7のW相電流を検出する第4の電流検出手段11、並びに、第1のインバータ3及び第2のインバータ4を制御するインバータ制御部12を示している。なお、図2では、第1巻線群6のV相電流を検出する電流検出手段と、第2巻線群7のV相電流を検出する電流検出手段は設けていない。この構成の場合、第1巻線群6のV相電流は、第1の電流検出手段8が検出したU相電流と、第2の電流検出手段8が検出したW相電流とから求めることができる。同様に、第2巻線群7のV相電流は、第3の電流検出手段10が検出したU相電流と、第4の電流検出手段11が検出したW相電流とから求めることができる。
第1の電流検出手段8、第2の電流検出手段9、第3の電流検出手段10および第4の電流検出手段11の検出値電流、並びに、コンデンサ1及びコンデンサ2の検出電圧は、インバータ制御部12に入力される。インバータ制御部12は、検出電流及び検出電圧に基づいて第1のインバータ3及び第2のインバータ4を制御する。
第1のインバータ3は第1巻線群6に接続され、第2のインバータ4は第2巻線群7に接続されている。第1のインバータ3は第1巻線群6の複数の相のそれぞれに第1の電力を供給し、第2のインバータ4は第2巻線群7の複数の相のそれぞれに第2の電力を供給する。第1巻線群6と第2巻線群7とは、各々に接続される第1のインバータ3及び第2のインバータ4により、互いに独立且つ個別に制御される。
なお、図2では、モータ5が、三相で巻回された巻線群を2群有する構成を例示しているが、モータ5が備える巻線群の数は3群以上であってもよい。すなわち、モータ5は、多群三相構造のモータであってもよい。また、図2では、モータ5が三相モータである例、具体的には第1巻線群6及び第2巻線群7のそれぞれがUVWの三相で巻回されている例を示しているが、モータ5の相数は3に限定されず2以上であればよい。すなわち、モータ5は、多群多相構造のモータであってもよい。
次に、実施の形態1に係るインバータ制御部12の構成について、図3を参照して説明する。図3は、実施の形態1に係るインバータ制御部12の構成例を示すブロック図である。
実施の形態1に係るインバータ制御部12は、図3に示すように、第1の電流制御部13、第1の電圧指令生成部14、第1のPWM信号生成部15、第1の三相二相変換部16、速度推定部17、第2の電流制御部18、第2の電圧指令生成部19、第2のPWM信号生成部20、第2の三相二相変換部21及びトルク電流指令部22を備える。
第1の電流制御部13は、第1のインバータ3が第1巻線群6に流すd軸電流Id1及びq軸電流Iq1を制御するための制御部であり、後述する第1の三相二相変換部16が演算した第1のインバータ3のd軸電流Id1及びq軸電流Iq1と、後述するトルク電流指令分配部22aによって分配された第1のインバータ3への第1のトルク電流指令Iq1*と、予め設定あるいは外部から入力あるいは演算で求めたd軸電流指令Id1*に基づいて、d軸電圧Vd1及びq軸電圧Vq1を求める。
第1の電圧指令生成部14は、第1の電流制御部13が生成したd軸電圧Vd1及びq軸電圧Vq1、並びに、後述する速度推定部17が推定した位相θに基づいて、第1のインバータ3に付与する電圧指令Vu1,Vv1,Vw1を生成する。
第1のPWM信号生成部15は、第1の電圧指令生成部14が生成した電圧指令Vu1,Vv1,Vw1及びコンデンサ1の両端電圧Vdc1に基づいて、第1のインバータ3のスイッチング素子を制御するためのPWM信号を生成して、第1のインバータ3を制御する。
第1の三相二相変換部16は、第1の電流検出手段8及び第2の電流検出手段9からの電流情報に基づいて、dq座標系の電流値であるd軸電流Id1及びq軸電流Iq1を演算する。
速度推定部17は、d軸電流Id1及びq軸電流Iq1に基づいて、モータ5の速度及び位相θを推定する。
第2の電流制御部18は、第2のインバータ4が第2巻線群7に流すd軸電流Id2及びq軸電流Iq2を制御するための制御部であり、後述する第2の三相二相変換部21が演算した第2のインバータ4のd軸電流Id2及びq軸電流Iq2と、後述するトルク電流指令分配部22aによって分配された第2のインバータ4への第2のトルク電流指令Iq2*と、予め設定あるいは外部から入力あるいは演算で求めたd軸電流指令Id2*に基づいて、d軸電圧Vd2及びq軸電圧Vq2を求める。
第2の電圧指令生成部19は、第2の電流制御部18が生成したd軸電圧Vd2及びq軸電圧Vq2、並びに、速度推定部17が推定した位相θに基づいて、第2のインバータ4に付与する電圧指令Vu2,Vv2,Vw2を生成する。
第2のPWM信号生成部20は、第2の電圧指令生成部19が生成した電圧指令Vu2,Vv2,Vw2及びコンデンサ2の両端電圧Vdc2に基づいて、第2のインバータ4のスイッチング素子を制御するためのPWM信号を生成して、第2のインバータ4を制御する。
第2の三相二相変換部21は、第3の電流検出手段10及び第4の電流検出手段11からの電流情報に基づいて、dq座標系の電流値であるd軸電流Id2及びq軸電流Iq2を演算する。
トルク電流指令部22は、トルク電流指令分配部22aを備える。トルク電流指令分配部22aは、速度指令ω*と速度推定部17が推定した速度推定値ωとの偏差に基づいて、第1のインバータ3に付与するための第1のトルク電流指令Iq1*及び第2のインバータ4に付与するための第2のトルク電流指令Iq2*を生成する。ここで、第1のトルク電流指令Iq1*と第2のトルク電流指令Iq2*の合計が、2群三相構造のモータ5における全体のトルク電流指令である。トルク電流指令部22は、全体のトルク電流指令を第1のインバータ3と第2のインバータ4に配分するため、第1のトルク電流指令Iq1*及び第2のトルク電流指令Iq2*を生成し、生成した第1のトルク電流指令Iq1*を第1の電流制御部13に出力し、生成した第2のトルク電流指令Iq2*を第2の電流制御部18に出力する。
次に、実施の形態1に係る第1のインバータ3及び第2のインバータ4について説明する。図4は、実施の形態1に係る第1のインバータ3を構成する3つのモジュールの詳細と3つのモジュールを使用してモータ5の第1巻線群6を駆動する場合の第1の例を示す図である。
図4において、第1のインバータ3を構成するモジュールの一つである第1モジュール3Aは、スイッチング素子3a1とスイッチング素子3a2とが直列に接続されたスイッチング素子対3aaを有し、スイッチング素子対3aaが3並列に接続されたモジュールである。すなわち、第1モジュール3Aは、6つのスイッチング素子を有する6in1モジュールとして構成されている。
スイッチング素子対3aaにおけるスイッチング素子3a1とスイッチング素子3a2との接続点はU相出力端として引き出され、当該U相出力端からの電圧が第1巻線群6のU相端子に印加される。スイッチング素子対3aaを第1のスイッチング素子対とするとき、第1モジュール3Aにおける第2のスイッチング素子対からの出力電圧は第1巻線群6のV相端子に印加され、第1モジュール3Aにおける第3のスイッチング素子対からの出力電圧は第1巻線群6のW相端子に印加される。第2モジュール3B及び第3モジュール3Cについては図示していないが、第2モジュール3B及び第3モジュール3Cにおいても、それぞれのスイッチング素子対からの出力電圧が、第1巻線群6のU相端子、V相端子及びW相端子のそれぞれに印加される。このようにして、第1のインバータ3を構成する第1モジュール3A、第2モジュール3B及び第3モジュール3Cにおける各1つのスイッチング素子対が、モータ5における1つの相を並列駆動する。
ここで、第1のインバータ3に備えられるスイッチング素子は、炭化珪素(SiC)に代表されるワイドバンドギャップ半導体で形成されたスイッチング素子(以下、適宜「ワイドバンドギャップ半導体素子」と称する)であるのに対し、第2のインバータ4に備えられるスイッチング素子は、珪素(Si)に代表されるナローバンドギャップ半導体で形成されたスイッチング素子(以下、適宜「ナローバンドギャップ半導体素子」と称する)である。なお、SiC以外にも、例えば窒化ガリウム系材料又はダイヤモンド用いて形成された半導体もワイドバンドギャップ半導体に属しており、それらを用いる構成も、本発明の要旨を成す。
ところで、スイッチング素子をチップとして実装する場合、チップ面積を大きくすると、ウェハから取り出す際の歩留りが悪化し、逆に、チップ面積を小さくすれば、ウェハから取り出す際の歩留りを向上させることができる。したがって、チップ面積を小さくすれば、インバータの低価格化を実現できる。しかしながら、チップ面積を小さくすると電流容量が低下する。このため、モータ駆動用のインバータにおいて、低価格化と大電流化とはトレードオフの関係にあり、低価格化と大容量化を両立させることが難しいという問題がある。なお、この問題は、ワイドバンドギャップ半導体素子において顕著である。
よって、ワイドバンドギャップ半導体素子を使用する第1のインバータ3側を並列駆動構成とすることにより、コストアップを抑えつつ大容量化することが可能となる。
また、ワイドバンドギャップ半導体素子はウェハが非常に高価であり、また、SiCなどは結晶欠陥が多い。このため、チップ面積を小さくすることの要請は、ナローバンドギャップ半導体よりもワイドバンドギャップ半導体の方が大きい。このため、図4に示すような6in1モジュールを用いた並列駆動構成は、電流容量の小さな素子による並列駆動構成とすることができ、ワイドバンドギャップ半導体素子を用いてインバータを構成する場合に好適である。
また、スイッチング素子として電流容量の小さな素子を用いれば、スイッチング時の電流変化率(di/dt)を小さくできるので、スイッチングノイズを低減することができる。
また、MOSFET又はIGBTなどの高速動作が可能なスイッチング素子を用いた装置では動作周波数が高くなり、電流の変化率(di/dt)に比例してサージ電圧も高くなる。しかしながら、スイッチング素子として電流容量の小さな素子を用いれば、一つのスイッチング素子に流れる電流を小さくできるので、サージ電圧も小さくすることができ、サージ耐力を向上させることが可能となる。
さらに、ワイドバンドギャップ半導体素子は、高温度での動作が可能であり、また、高耐圧および低損失の素子である。このため、ワイドバンドギャップ半導体素子を用いてインバータを構成すれば、電力変換効率を向上させることができるのと共に、スナバ回路及び電圧クランプ回路を含めたインバータの構成を簡素化及び軽量化することが可能となる。
なお、チップ面積を小さくすれば、ウェハから取り出す際の歩留りを向上させることができるという性質は、スイッチング素子の素材に依らない事項である。このため、ナローバンドギャップ半導体素子を用いる第2のインバータ4においても、第1のインバータ3と同様の構成、すなわち電流容量の小さな素子による並列駆動構成を採用してもよい。
なお、本実施の形態では、第1のインバータ3のスイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体素子であり、第2のインバータ4のスイッチング素子はナローバンドギャップ半導体素子として説明しているが、これとは逆に、第1のインバータ3のスイッチング素子はナローバンドギャップ半導体素子であり、第2のインバータ4のスイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体素子として構成してもよい。また、第1のインバータ3及び第2のインバータ4の双方共に、ワイドバンドギャップ半導体素子を用いて構成してもよい。何れの場合も、モータ駆動装置全体の損失とコストとのバランスを考慮して決定すればよい。
また、本実施の形態の構成例の場合、複数のモジュールのうち、1つ又は2つのモジュールのスイッチング素子が損傷した場合においても、損傷していない残りのモジュールのみで巻線に電流を流し、モータを駆動することが可能となる。ただし、スイッチング素子が損傷した際に、上側素子と下側素子とが短絡するような構成である場合、上側素子及び下側素子のうちの何れか一方にリレー等の切断手段を設け、損傷したモジュールを回路から切り離すようにすれば、健全なモジュールを使用して運転を継続することが可能となる。これにより、モータ駆動装置の信頼性を高めることができる。
なお、本実施の形態の例では、3つのモジュールを使用した場合を例示したが、モジュールの数についての制限は特にない。
また、本実施の形態の例では、6in1のモジュールを例示して説明したが、4in1あるいは2in1でも構わない。すなわち、モジュール内のスイッチング素子数は幾つでもよい。なお、図5は、図4に示す第1モジュール3Aを3つの2in1モジュールであるモジュール3A1〜3A3を用いて構成した場合の一例である。
次に、第1のインバータ3及び第2のインバータ4に係る駆動方法について、幾つかの観点で補足説明を加える。
(キャリア周波数)
第1のPWM信号生成部15及び第2のPWM信号生成部20の内部で使用するキャリア信号の周波数(キャリア周波数)については、第1のPWM信号生成部15の方が第20のPWM信号生成部20よりも高く設定されている。これは、第1のインバータ3のスイッチング素子を、スイッチング損失がより小さいワイドバンドギャップ半導体素子を用いて構成しているためである。なお、具体的な設定値は、第1のインバータ3及び第2のインバータ4のスイッチング損失、及びキャリア信号によるキャリア音を考慮して設定すればよい。
(各モジュール内の素子の駆動方法)
各モジュール内の素子の駆動方法については、モジュールの各相(U,V,W)における上側素子と下側素子との間の短絡を防ぐため、同時にオンしないようにスイッチング素子を駆動することは大前提である。その上で、モジュール内の駆動信号はモジュールによらず同じ信号で駆動する構成とする。一例として、第1モジュール3A内のU相上側素子とV相下側の素子がオンしている状態であれば、第2モジュール3B及び第3モジュール3C内においても、U相上側素子とV相下側素子がオンしている状態となるようにスイッチング素子をオン制御する。
(速度推定)
図3では、速度推定値ωの推定を第1巻線群6に流れる電流の検出値を用いて行っているが、図6に示すように、第1巻線群6に流れる電流の検出値と第2巻線群7に流れる電流の検出値の双方を用いて行ってもよい。図6の構成例では、図3の構成において、トルク電流指令部22の内部に、第1のトルク電流指令部22b、第2のトルク電流指令部22c及びトルク電流指令分配部22dを備えると共に、さらに第2巻線群7に流れる電流の検出値を用いて速度推定を行う第2の速度推定部24を備えている。
速度推定部17は、d軸電流Id1及びq軸電流Iq1に基づいてモータ5の速度及び第1の位相θ1を推定する。第2の速度推定部24は、d軸電流Id2及びq軸電流Iq2に基づいてモータ5の速度及び第2の位相θ2を推定する。
第1のトルク電流指令部22bは、速度指令ω*と速度推定部17が推定した速度推定値ω1との偏差に基づいて、第1のインバータ3に付与するための第1のトルク電流指令Iq1*を生成する。第2のトルク電流指令部22cは、速度指令ω*と第2の速度推定部24が推定した速度推定値ω2との偏差から第2のトルク電流指令Iq2*を生成する。トルク電流指令分配部22dは、第1のトルク電流指令Iq1*及び第2のトルク電流指令Iq2*を受領し、受領した第1のトルク電流指令Iq1*及び第2のトルク電流指令Iq2*を補正した第1のトルク電流指令Iq1**及び第2のトルク電流指令Iq2**を生成し、生成した第1のトルク電流指令Iq1**を第1の電流制御部13に出力し、生成した第2のトルク電流指令Iq2**を第2の電流制御部18に出力する。
(電流検出手段及び第2の三相二相変換部の省略)
また、図3及び図6の例では、第2の三相二相変換部21が、第3の電流検出手段10及び第4の電流検出手段11からの電流情報に基づいて、dq座標系の電流値であるd軸電流Id2及びq軸電流Iq2を演算する構成であるが、図7の例では、第3の電流検出手段10、第4の電流検出手段11及び第2の三相二相変換部21の構成部を省略している。図7の構成の場合、第2の電流制御部18は、d軸電流Id2及びq軸電流Iq2は使用せずに、トルク電流指令分配部22aによって分配された第2のインバータ4へのトルク電流指令Iq2*と、予め設定あるいは外部から入力あるいは演算で求めたd軸電流指令Id2*に基づいて、d軸電圧Vd2及びq軸電圧Vq2を演算する。
以上説明したように、実施の形態1によれば、三相の交流電圧が印加される3つの巻線部からなる巻線群を複数有し、少なくとも1つの巻線群に交流電圧を印加するインバータのそれぞれは、1又は並列に接続された複数のモジュールで構成され、1又は複数のモジュールのそれぞれは、直列に接続されたスイッチング素子の対を1以上有し、少なくとも1つのインバータの1又は複数のモジュールにおけるスイッチング素子のそれぞれをワイドバンドギャップ半導体素子としているので、多群三相構造のモータを好適に駆動することが可能となる。
実施の形態2.
図8は、実施の形態2に係る第1のインバータ3を構成する3つのモジュールの詳細と3つのモジュールを使用してモータ5の第1巻線群6を駆動する場合の第2の例を示す図である。図4に示す実施の形態1における第1の例では、第1モジュール3A、第2モジュール3B及び第3モジュール3Cにおける各1つのスイッチング素子対が、第1巻線群6のU相端子、V相端子及びW相端子のそれぞれに接続される構成であったが、実施の形態2に係る第2の例では、第1モジュール3Aにおける3つのスイッチング素子対の全てが第1巻線群6のU相端子に接続され、第2モジュール3Bにおける3つのスイッチング素子対の全てが第1巻線群6のV相端子に接続され、第3モジュール3Cにおける3つのスイッチング素子対の全てが第1巻線群6のW相端子に接続される構成である。すなわち、実施の形態2では、1つのモジュールが1つの相を並列駆動する構成であり、モジュール内でスイッチング素子を並列駆動する構成である。
実施の形態2に係る構成によれば、並列化に伴うスイッチング素子におけるオン抵抗のばらつき、及びオンオフ電圧のばらつきをモジュール間で管理する必要が無くなるため、並列化に伴う各スイッチング素子の電流容量ばらつきの問題を簡易に解決することが可能となる。
なお、実施の形態2の構成において、第1のインバータ3及び第2のインバータ4に係る駆動方法に係る着眼点は、実施の形態1と同様である。ただし、モジュール内の上側素子と下側素子は、それぞれ共通の制御信号が付与されて同時に駆動される。この際、負荷の容量に応じて、並列駆動するスイッチング素子の数を減じてもよい。例えば3つのスイッチング素子対の全てを並列駆動せずに1又は2つのスイッチング素子対を駆動することも可能である。
実施の形態3.
実施の形態1及び実施の形態2では、第1のインバータ3及び第2のインバータ4を構成するスイッチング素子(以下、本実施の形態では「主素子」と称する)をナローバンドギャップ半導体素子(以下、本実施の形態では「Si」とする)又はワイドバンドギャップ半導体素子(以下、本実施の形態では「SiC」とする)の何れかとしていたが、実施の形態3では、第1のインバータ3及び第2のインバータ4を構成する主素子としてSi及びSiCを混在させた構成とする。
図9は、第1のインバータ3及び第2のインバータ4においてSi及びSiCを混在させた構成とする場合の組合せの一例を示す図である。図9において、行方向には第1のインバータ3のモジュールを示し、列方向には第2のインバータ4のモジュールを示している。また、「Si」との表記は、Siのモジュールのみを有し、「SiC」との表記は、SiCのモジュールのみを有し、「Si+SiC」との表記は、SiのモジュールとSiCのモジュールとが混在していることを意味している。さらに、「1」との表記は、モジュール数が1つであることを意味し、「複数」との表記は、モジュール数が複数であることを意味している。以下、ここでは、「パターン1」と「パターン16」について説明する。
(パターン1)
第1のインバータ3の主素子はSiであり、モジュール数は1である。第2のインバータ4の主素子もSiであるが、モジュール数は複数である。なお、第1のインバータ3と第2のインバータ4の構成は、互いに入れ替えても同一の構成となる。パターン1の構成では、並列駆動する必要がある場合には、第2のインバータ4を使用し、並列駆動する必要がない場合には、第1のインバータ3を使用するといった運用が可能である。
(パターン16)
第1のインバータ3の主素子はSiCであり、モジュール数は複数である。一方、第2のインバータ4の主素子はSi又はSiCであり、モジュール数は複数である。すなわち、第2のインバータ4では、Siを主素子とする1又は複数のモジュールと、SiCを主素子とする1又は複数のモジュールとが混在している。パターン16の構成では、負荷の特性に応じて、Siのモジュール又はSiCのモジュールの選択が可能であり、また、並列駆動するか否かの選択も可能であり、負荷の特性に応じた柔軟な運用が可能となる。
図9に示すパターンのうち、パターン3〜18であれば、モジュール内にワイドバンドギャップ半導体素子を含むので、本実施の形態で説明した効果を得ることが可能となる。なお、図9に示すパターンは一例であり、SiのモジュールとSiCのモジュールとを組み合わせて運用するパターンが図9に示す例に限定されないことは言うまでもない。
最後に、本実施の形態におけるインバータ制御部の機能を実現するハードウェア構成について、図10を参照して説明する。なお、ここでいう制御部の機能とは、インバータ制御部12における、第1の電流制御部13、第1の電圧指令生成部14、第1のPWM信号生成部15、第1の三相二相変換部16、速度推定部17、第2の電流制御部18、第2の電圧指令生成部19、第2のPWM信号生成部20、第2の三相二相変換部21、トルク電流指令部22及び第2の速度推定部24が司る機能である。
上述した各種の制御部の機能を実現する場合には、図10に示すように、演算を行うCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)200、CPU200によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ202及び信号の入出力を行うインタフェース204を含む構成とすることができる。なお、CPU200は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はDSP(Digital Signal Processor)などと称されるものであってもよい。また、メモリ202とは、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(Electrically EPROM)などの、不揮発性又は揮発性の半導体メモリなどが該当する。
具体的に、メモリ202には、各種の制御部の機能を実行するプログラムが格納されている。CPU200は、インタフェース204を介して、必要な情報の授受を行うことにより、本実施の形態で説明された各種の演算処理を実行する。
なお、図10に示すCPU200及びメモリ202は、図11のように処理回路203に置き換えてもよい。処理回路203は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、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、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1,2 コンデンサ、3 第1のインバータ、3a1,3a2 スイッチング素子、3aa スイッチング素子対、3A 第1モジュール、3B 第2モジュール、3C 第3モジュール、3A1〜3A3 モジュール(2in1モジュール)、4 第2のインバータ、5 モータ、6 第1巻線群、6U,7U U相巻線部、6V,7V V相巻線部、6W,7W W相巻線部、7 第2巻線群、8 第1の電流検出手段、9 第2の電流検出手段、10 第3の電流検出手段、11 第4の電流検出手段、12 インバータ制御部、13 第1の電流制御部、14 第1の電圧指令生成部、15 第1のPWM信号生成部、16 第1の三相二相変換部、17 速度推定部、18 第2の電流制御部、19 第2の電圧指令生成部、20 第2のPWM信号生成部、21 第2の三相二相変換部、22 トルク電流指令部、22a,22d トルク電流指令分配部、22b 第1のトルク電流指令部、22c 第2のトルク電流指令部、24 第2の速度推定部、100 冷凍サイクル装置、101 圧縮機、102 四方弁、103 室外熱交換器、104 膨張弁、105 室内熱交換器、106 冷媒配管、107 圧縮機構、150 電動機駆動装置、202 メモリ、203 処理回路、204 インタフェース。

Claims (11)

  1. 三相の交流電圧が印加される3つの巻線部からなる巻線群を複数有し、複数の前記巻線群が互いに電気的に独立して構成されたモータ、を駆動するために用いられるモータ駆動装置であって、
    第1及び第2のインバータを備え、
    前記第1及び第2のインバータのそれぞれは、少なくとも1つの前記巻線群に前記交流電圧を印加し、
    前記第1及び第2のインバータのそれぞれは、1又は並列に接続された複数のモジュールで構成され、
    1又は複数の前記モジュールのそれぞれは、直列に接続されたスイッチング素子の対を1以上有し、
    第1のインバータの前記モジュールにおける前記スイッチング素子のそれぞれは、ワイドバンドギャップ半導体素子で形成され、
    前記第1のインバータに接続される前記巻線群に流れる電流から速度推定値を推定し、速度指令と前記速度推定値との偏差に基づいて前記モータにおける全体のトルク電流指令を生成し、全体のトルク電流指令から前記第1のインバータに付与するための第1のトルク電流指令及び前記第2のインバータに付与するための第2のトルク電流指令を生成する
    モータ駆動装置。
  2. 三相の交流電圧が印加される3つの巻線部からなる巻線群を複数有し、複数の前記巻線群が互いに電気的に独立して構成されたモータ、を駆動するために用いられるモータ駆動装置であって、
    第1及び第2のインバータを備え、
    前記第1及び第2のインバータのそれぞれは、少なくとも1つの前記巻線群に前記交流電圧を印加し、
    前記第1及び第2のインバータのそれぞれは、1又は並列に接続された複数のモジュールで構成され、
    1又は複数の前記モジュールのそれぞれは、直列に接続されたスイッチング素子の対を1以上有し、
    前記第1のインバータの前記モジュールにおける前記スイッチング素子のそれぞれは、ワイドバンドギャップ半導体素子で形成され、
    前記第1のインバータに接続される前記巻線群に流れる電流から第1の速度推定値を推定し、
    前記第2のインバータに接続される前記巻線群に流れる電流から第2の速度推定値を推定し、
    速度指令と前記第1の速度推定値との偏差に基づいて第1のトルク電流指令を生成し、
    前記速度指令と前記第2の速度推定値との偏差に基づいて第2のトルク電流指令を生成し、
    前記第1のトルク電流指令を補正して前記第1のインバータに付与し、
    前記第2のトルク電流指令を補正して前記第2のインバータに付与する
    モータ駆動装置。
  3. 前記モータは、三相モータである請求項1又は2に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記巻線群は、2つの巻線群で構成される請求項1から3の何れか1項に記載のモータ駆動装置。
  5. 前記モジュールは、6in1モジュールである請求項1からの何れか1項に記載のモータ駆動装置。
  6. 3つの前記6in1モジュールが設けられ、1つの前記6in1モジュールが1つの相を並列駆動する請求項に記載のモータ駆動装置。
  7. 3つの前記6in1モジュールが設けられ、3つの前記6in1モジュールにおける各1つのスイッチング素子対が1つの相を並列駆動する請求項に記載のモータ駆動装置。
  8. 前記モジュールは、2in1モジュールである請求項1からの何れか1項に記載のモータ駆動装置。
  9. 前記第1及び第2のインバータそれぞれには、独立に駆動信号が与えられる請求項1からの何れか1項に記載のモータ駆動装置。
  10. 請求項1からの何れか1項に記載のモータが圧縮機に組み込まれ、前記圧縮機は、凝縮器、膨張器、及び蒸発器が冷媒配管によって接続された冷凍サイクル回路と、を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
  11. 請求項10に記載の冷凍サイクル装置を備えた空気調和機。
JP2018535941A 2016-08-22 2016-08-22 モータ駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機 Active JP6628887B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/074401 WO2018037457A1 (ja) 2016-08-22 2016-08-22 モータ駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018037457A1 JPWO2018037457A1 (ja) 2019-03-28
JP6628887B2 true JP6628887B2 (ja) 2020-01-15

Family

ID=61246495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018535941A Active JP6628887B2 (ja) 2016-08-22 2016-08-22 モータ駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6628887B2 (ja)
WO (1) WO2018037457A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7238982B2 (ja) * 2019-06-21 2023-03-14 株式会社アイシン 回転電機制御システム

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006136167A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Sanyo Electric Co Ltd 電力変換装置、電力変換装置の制御方法及び空気調和装置
JP2009261106A (ja) * 2008-04-15 2009-11-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電気回路
JP2010288320A (ja) * 2009-06-09 2010-12-24 Daikin Ind Ltd 負荷駆動装置
JP2011024377A (ja) * 2009-07-17 2011-02-03 Toshiba Carrier Corp 圧縮機駆動装置および冷凍サイクル装置
JP5214064B2 (ja) * 2010-08-30 2013-06-19 三菱電機株式会社 インバータ一体型駆動モジュール
JP2013017352A (ja) * 2011-07-06 2013-01-24 Ntn Corp モータ駆動装置
JP6652928B2 (ja) * 2014-11-04 2020-02-26 三菱電機株式会社 ヒートポンプ装置ならびに、それを備えた空気調和機、ヒートポンプ給湯機および冷凍機

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2018037457A1 (ja) 2019-03-28
WO2018037457A1 (ja) 2018-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9746216B2 (en) Heat pump device, heat pump system, air conditioner, and freezer
US9024559B2 (en) Variable speed drive
CN109478865B (zh) 马达驱动装置、冰箱以及空气调节机
JP6552733B2 (ja) モータシステム、モータ駆動装置、冷凍サイクル装置および空気調和機
US10465965B2 (en) Heat pump apparatus, and air conditioner, heat pump water heater, and refrigerator including the heat pump apparatus
US20170292733A1 (en) Indoor equipment and air conditioner
KR20180021141A (ko) 전력 변환 장치 및 히트펌프 장치
WO2018070005A1 (ja) 電動機駆動装置、電動機システムおよび冷凍サイクル装置
JP5929596B2 (ja) モータ駆動装置
US12015362B2 (en) Heat pump apparatus, air conditioner, and refrigerator
JP6628887B2 (ja) モータ駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機
US10033325B2 (en) Heat pump device, and air conditioner, heat pump water heater, refrigerator, and freezing machine that includes heat pump device
WO2014049867A1 (ja) ヒートポンプ装置、空気調和機及び冷凍機
JP6880063B2 (ja) 電動機駆動装置、冷凍サイクル装置及び空気調和機
JP6480859B2 (ja) ヒートポンプ装置、空気調和機及び冷凍機
JP7292516B2 (ja) モータ駆動装置及び空気調和装置
JP6545388B2 (ja) 電動機駆動装置、電動機システムおよび冷凍サイクル装置
JPWO2020170302A1 (ja) 電動機駆動装置および空気調和装置
WO2019038851A1 (ja) 圧縮機駆動装置、ヒートポンプ装置、空気調和機及び冷凍機

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181130

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191203

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6628887

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250