JP6714169B2 - Compressor drive device, heat pump device, air conditioner and refrigerator - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮機を駆動する圧縮機駆動装置、当該圧縮機駆動装置を備えるヒートポンプ装置、並びに当該ヒートポンプ装置を備える空気調和機及び冷凍機に関する。 The present invention relates to a compressor drive device that drives a compressor, a heat pump device that includes the compressor drive device, and an air conditioner and a refrigerator that include the heat pump device.
空気調和機及び冷凍機では、外気の低温状態において、装置が停止している間に、熱容量の大きい圧縮機内に冷媒が溜まりこむ現象が知られている。この現象は、「冷媒寝込み」、又はより簡略化して「寝込み」と呼ばれている。圧縮機内に溜まりこんだ冷媒は、圧縮機内の潤滑油に溶け込む。これにより潤滑油の濃度が低下し、潤滑油の粘度が低下する。この状態で圧縮機を起動すると、粘度の低い潤滑油が圧縮機の回転軸又は圧縮機の圧縮部へ供給され、潤滑不良により圧縮機内の摺動部分が焼き付く可能性がある。 In an air conditioner and a refrigerator, a phenomenon is known in which refrigerant accumulates in a compressor having a large heat capacity while the apparatus is stopped in a low temperature state of outside air. This phenomenon is called "refrigerant stagnation" or, more simply, "sleeping". The refrigerant accumulated in the compressor dissolves in the lubricating oil in the compressor. As a result, the concentration of the lubricating oil is lowered and the viscosity of the lubricating oil is lowered. If the compressor is started in this state, low-viscosity lubricating oil may be supplied to the rotary shaft of the compressor or the compression section of the compressor, and sliding parts in the compressor may seize due to poor lubrication.
冷媒の寝込みに対しては、圧縮機の駆動用モータに駆動電流に比べて微弱な電流を通電させて圧縮機を加熱し、液冷媒を気化させる拘束通電が行われる。拘束通電に関しては、従来から種々の技術が提案されている。 For the stagnation of the refrigerant, restrained energization is performed in which a current that is weaker than the drive current is applied to the driving motor of the compressor to heat the compressor and vaporize the liquid refrigerant. Various techniques have been conventionally proposed for restraint energization.
下記特許文献1には、暖房時の運転停止中に高周波の低電圧を圧縮機に供給する技術が開示されている。
The following
また、下記特許文献2には、空気調和機の周囲温度が低温状態を検知した際に、通常運転時より高周波数の単相交流電圧を圧縮機に供給する技術が開示されている。
Further,
さらに、下記特許文献3には、圧縮機の駆動用モータに直流電流を流す拘束通電を行うことにより、モータ巻線に銅損を発生させて加熱を行う技術が開示されている。なお、直流電流を流す拘束通電は、「直流励磁式拘束通電」とも呼ばれている。また、圧縮機の駆動用モータに交流電流を流す拘束通電を行うことにより、モータ巻線に銅損及び鉄損を発生させて加熱を行う「交流励磁式拘束通電」と呼ばれる手法もある。
Further,
しかしながら、上記特許文献1には、高周波の低電圧について詳細な記載がなく、圧縮機内部の潤滑作用を円滑にするための具体的な手段又は手法が示されていないという課題がある。
However,
また、上記特許文献2には、25kHz程度の高周波の単相交流電源にて電圧を印加することが記載されている。高周波化により、可聴域を外れることによる騒音抑制、共振周波数を外れることによる振動抑制、巻線のインダクタンス分による小電流化での入力低減と温度上昇防止、圧縮機の回転部の回転抑制といった効果が示されている。
In addition,
しかしながら、上記特許文献2の技術では、高周波の単相交流電源であるため、この文献の図3に示されるように全てのスイッチング素子がオフとなる全オフ区間が比較的長く発生することになる。このとき、高周波電流は還流ダイオードを介して電動機を還流せずに直流電源に回生され、オフ区間の電流の減衰が早く、電動機に効率的に高周波電流が流れずに圧縮機の加熱効率が悪くなるという課題がある。さらに、特許文献2の手法は、交流励磁式拘束通電であり、電波法による規制の対象になるという不利点がある。
However, since the technique of
また、上記特許文献3では、拘束通電を行う場合、モータへ供給される三相交流電力の電圧指令を二相変調としている。二相変調の場合、三相の電圧指令のうち、一相のスイッチングは停止している。従って、インバータ主回路を構成する6つのスイッチング素子の駆動に偏りが生じ、特定のスイッチング素子に負荷が集中して当該特定のスイッチング素子の寿命が低下するという課題がある。
Moreover, in the said
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、特定のスイッチング素子に負荷が集中するのを回避しつつ、圧縮機に滞留した冷媒を効率的に加熱することができる圧縮機駆動装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a compressor drive device capable of efficiently heating refrigerant accumulated in a compressor while avoiding concentration of load on a specific switching element. The purpose is to get.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る圧縮機駆動装置は、圧縮機の駆動用モータを加熱する拘束通電制御を行う圧縮機駆動装置は、直流を交流に変換して駆動用モータに交流電圧を印加するインバータ主回路、インバータ主回路に印加される直流電圧を検出する直流電圧検出器、インバータ主回路に流れる電流を検出する電流検出器、外気温を検出する第一の温度検出器、圧縮機の温度を検出する第二の温度検出器、並びに、直流電圧検出器の検出値、電流検出器の検出値及びキャリアに基づいてインバータ主回路のスイッチング素子をPWM制御するインバータ制御部を備える。インバータ制御部は、直流電圧検出器の検出値、第一の温度検出器の検出値、及び第二の温度検出器の検出値に基づいて拘束通電電圧を決定し、決定した拘束通電電圧に基づいて空間ベクトル変調方式における空間ベクトルを算出する。インバータ制御部は、算出した空間ベクトルの両側に位置する2つの電圧ベクトルである第一及び第二の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトルを基準に空間ベクトルの逆側に隣接して位置する第三の電圧ベクトル、及び第二の電圧ベクトルを基準に空間ベクトルの逆側に隣接して位置する第四の電圧ベクトルを選択する。インバータ制御部は、選択された第一、第二、第三及び第四の電圧ベクトルに2つの零ベクトルである第一及び第二の零ベクトルを加えた6つの電圧ベクトルを、キャリアの1周期内で、第一の零ベクトル、第四の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第三の電圧ベクトル、第二の零ベクトル、第二の零ベクトル、第三の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第四の電圧ベクトル、及び第一の零ベクトルの順序でインバータ主回路に出力する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, a compressor drive device according to the present invention is a compressor drive device that performs constraint energization control for heating a drive motor of a compressor, by converting direct current into alternating current. Inverter main circuit for applying AC voltage to drive motor, DC voltage detector for detecting DC voltage applied to inverter main circuit, current detector for detecting current flowing in inverter main circuit, first for detecting outside air temperature Temperature detector, the second temperature detector that detects the temperature of the compressor, and PWM control of the switching element of the inverter main circuit based on the detection value of the DC voltage detector, the detection value of the current detector, and the carrier. An inverter control unit is provided. The inverter control unit determines the binding energization voltage based on the detection value of the DC voltage detector, the detection value of the first temperature detector, and the detection value of the second temperature detector, and based on the determined binding energization voltage. Then, the space vector in the space vector modulation method is calculated. The inverter control unit includes a first voltage vector and a second voltage vector that are two voltage vectors located on both sides of the calculated space vector, and a third voltage vector that is adjacent to the opposite side of the space vector based on the first voltage vector. And a fourth voltage vector located adjacently on the opposite side of the space vector based on the second voltage vector. The inverter control unit uses six voltage vectors obtained by adding the first and second zero vectors, which are two zero vectors, to the selected first, second, third, and fourth voltage vectors for one cycle of the carrier. Where, the first zero vector, the fourth voltage vector, the second voltage vector, the first voltage vector, the third voltage vector, the second zero vector, the second zero vector, the third voltage vector , The first voltage vector, the second voltage vector, the fourth voltage vector, and the first zero vector in this order to the inverter main circuit.
本発明によれば、特定のスイッチング素子に負荷が集中するのを回避しつつ、圧縮機に滞留した冷媒を効率的に加熱することができるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to efficiently heat the refrigerant accumulated in the compressor while avoiding the concentration of the load on a specific switching element.
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る圧縮機駆動装置、ヒートポンプ装置、空気調和機及び冷凍機につ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。 Hereinafter, a compressor drive device, a heat pump device, an air conditioner, and a refrigerator according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る圧縮機駆動装置30が適用されるヒートポンプ装置100の構成を示す図である。ヒートポンプ装置100は、空気調和機及び冷凍機に適用することができる。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
図1において、ヒートポンプ装置100は、冷媒を圧縮する圧縮機構を有する圧縮機101と、冷媒ガスの向きを変える四方弁102と、熱交換器103,104と、膨張機構105と、冷媒配管106とを備える。圧縮機101と、四方弁102と、熱交換器103,104と、膨張機構105とは、冷媒配管106を介して順次接続されて冷凍サイクルを構成している。四方弁102により冷媒ガスの向きが切り替えられる。四方弁102を実線のように切り替えることにより、熱交換器103が蒸発器になり、熱交換器104が凝縮器になる。また、四方弁102を破線のように切り替えることにより、熱交換器103が凝縮器になり、熱交換器104が蒸発器になる。
1, a
圧縮機101は、冷媒を圧縮する圧縮機構107と、圧縮機構107を動作させるモータ4とを備える。モータ4は、U相、V相、W相の三相の巻線を有する三相モータである。モータ4には、圧縮機駆動装置30から交流電圧が印加される。すなわち、モータ4は、圧縮機駆動装置30によって駆動される。
The
図2は、実施の形態1に係る圧縮機駆動装置30の構成を示す回路図である。実施の形態1に係る圧縮機駆動装置30は、圧縮機101の駆動用モータであるモータ4を拘束通電して加熱し、圧縮機101の冷媒寝込みを解消するための拘束通電制御を行う装置である。圧縮機駆動装置30は、図2に示すように、直流電力の供給源である直流電源1と、直流を交流に変換してモータ4に交流電圧を印加するインバータ主回路2と、インバータ主回路2を制御するインバータ制御部20とを備える。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the
図2に示す圧縮機駆動装置30において、インバータ主回路2は、スイッチング素子5a〜5fと、スイッチング素子5a〜5fに並列接続されたダイオード6a〜6fとを備える。スイッチング素子5a〜5fのうち、スイッチング素子5a,5b,5cは上アームのスイッチング素子と呼ばれ、スイッチング素子5d,5e,5fは下アームのスイッチング素子と呼ばれることがある。
In the
圧縮機駆動装置30には、インバータ主回路2に印加される直流電源1の電圧を検出する直流電圧検出器7と、インバータ主回路2に流れる電流を検出する電流検出器8と、が設けられる。圧縮機駆動装置30の外部には、外気温を検出する外気温検出器51が設けられる。圧縮機101には、圧縮機101の温度を検出する圧縮機温度検出器52が設けられる。外気温検出器51及び圧縮機温度検出器52の一例はサーミスタであり、他の一例は熱電対である。なお、外気温検出器51を「第一の温度検出器」と呼び、圧縮機温度検出器52を「第二の温度検出器」と呼ぶ場合がある。
The
直流電圧検出器7が検出した電圧情報である電圧Vdc、電流検出器8が検出した電流情報である電流Idc、外気温検出器51の検出値である第一温度Te1、及び圧縮機温度検出器52の検出値である第二温度Te2は、インバータ制御部20に出力される。なお、インバータ制御部20への伝達手段は、任意であり、有線であっても無線であってもよい。
The voltage Vdc that is the voltage information detected by the DC voltage detector 7, the current Idc that is the current information detected by the current detector 8, the first temperature Te1 that is the detection value of the outside
インバータ制御部20は、モータ制御部9と、PWM制御部10と、を備える。モータ制御部9は、外気温検出器51の検出値である第一温度Te1と、圧縮機温度検出器52の検出値である第二温度Te2とに基づいて、冷媒の寝込みを検出する。冷媒が寝込んでいるか否かの判定は、圧縮機101の停止中に行われる。なお、冷媒の寝込みを検出する方法は公知であり、ここでの詳細な説明は省略する。
The
PWM制御部10は、直流電圧検出器7が検出した電圧情報である電圧Vdcと、電流検出器8が検出した電流情報である電流Idcとに基づいて、インバータ主回路2のスイッチング素子5a〜5fを駆動するためのパルス幅変調(Pulse Width Modulation:以下「PWM」と表記)信号UP,VP,WP,UN,VN,WNを生成する。
The
PWM制御部10は、生成したPWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNをインバータ主回路2に出力する。インバータ主回路2のスイッチング素子5a〜5fは、PWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNによって駆動される。PWM制御部10によって制御されたインバータ主回路2は、指令された交流電圧をモータ4に印加する。
The
なお、図2の構成において、直流電源1は、交流電源の交流電圧を交流直流変換装置によって直流電圧に変換する構成が一般的である。交流直流変換装置の一例は、ダイオードブリッジで構成された整流回路である。交流直流変換装置の他の例は、昇圧コンバータ又は昇降圧コンバータ回路である。なお、交流直流変換装置を用いずに、太陽電池又はバッテリに代表される直流電源を直接用いてもよい。
In the configuration shown in FIG. 2, the
また、図2の構成において、電流検出器8は、インバータ主回路2の入力側に設けられているが、この構成には限定されない。電流検出器8は、インバータ主回路2とモータ4との間に設けられていてもよい。この構成では、モータ4の各相であるU相、V相及びW相に流れる電流を検出することができる。また、電流検出器8は、スイッチング素子5d〜5fの負極側に設けられていてもよい。この構成でも、モータ4の各相に流れる電流を検出することができる。
Further, in the configuration of FIG. 2, the current detector 8 is provided on the input side of the inverter
次に、モータ制御部9及びPWM制御部10の構成及び動作について説明する。まず、図3は、実施の形態1におけるモータ制御部9の構成を示すブロック図である。モータ制御部9は、電流復元部11と、座標変換部12と、推定部13と、速度制御部14と、電流制御部15と、電圧指令演算部16とを備える。
Next, the configurations and operations of the motor control unit 9 and the
電流復元部11は、電流検出器8の検出値である電流Idcからモータ4に流れる相電流Iu,Iv,Iwを復元する。なお、モータ4に流れる相電流Iu,Iv,Iwを直接検出した場合には、電流復元部11による復元は不要である。
The current restoration unit 11 restores the phase currents Iu, Iv, Iw flowing through the
座標変換部12は、復元された相電流Iu,Iv,Iw、及び、モータ4のロータ磁極位置θに基づき、座標変換によって、d軸電流Id及びq軸電流Iqを生成する。d軸電流Idは、dq座標軸におけるd軸方向の電流成分である。q軸電流Iqは、dq座標軸におけるq軸方向の電流成分である。ロータ磁極位置θは、推定部13によって生成される。座標変換部12によって変換されたd軸電流及びq軸電流は、推定部13と、電流制御部15とに出力される。
The coordinate conversion unit 12 performs coordinate conversion to generate the d-axis current Id and the q-axis current Iq based on the restored phase currents Iu, Iv, Iw and the rotor magnetic pole position θ of the
推定部13は、d軸電流Idと、q軸電流Iqと、d軸電圧指令Vd*と、q軸電圧指令Vq*とに基づいて、速度推定値ω及びロータ磁極位置θを推定する。d軸電圧指令Vd*及びq軸電圧指令Vq*は、電流制御部15によって生成される。推定部13によって推定された速度推定値ωは、速度制御部14に出力される。推定部13によって推定されたロータ磁極位置θは、前述した座標変換部12と、電圧指令演算部16とに出力される。
The
速度制御部14は、速度指令値ω*及び速度推定値ωに基づき、速度推定値ωが速度指令値ω*に一致するようなq軸電流指令Iq*を算出する。速度制御部14によって算出されたq軸電流指令Iq*は、電流制御部15に出力される。
The speed control unit 14 calculates the q-axis current command Iq* such that the speed estimated value ω matches the speed command value ω*, based on the speed command value ω* and the speed estimated value ω. The q-axis current command Iq* calculated by the speed control unit 14 is output to the
電流制御部15は、d軸電流Idがd軸電流指令Id*に一致するようなd軸電圧指令Vd*と、q軸電流Iqがq軸電流指令Iq*に一致するようなq軸電圧指令Vq*と、を生成する。電流制御部15によって生成されたd軸電圧指令Vd*は、推定部13と、電圧指令演算部16とに出力される。電流制御部15によって生成されたq軸電圧指令Vq*も、推定部13と、電圧指令演算部16とに出力される。
The
電圧指令演算部16は、直流電圧検出器7が検出した電圧Vdc、d軸電圧指令Vd*、q軸電圧指令Vq*及びロータ磁極位置θに基づいて、U相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*、及びW相電圧指令Vw*と、電圧位相θvとを生成する。U相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*、及びW相電圧指令Vw*は、UVWの各相における電圧指令である。電圧位相θvは、U相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*、及びW相電圧指令Vw*を出力する際の基準となる位相角である。
The voltage
図4は、実施の形態1におけるPWM制御部10の構成を示すブロック図である。PWM制御部10は、キャリア生成部17と、キャリア比較部18とを備える。キャリア生成部17は、電圧位相θvに基づいてキャリアを生成する。キャリア比較部18は、キャリア及び電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて、PWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNを生成する。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of
次に、PWM変調による各相のスイッチング素子5a〜5fの駆動信号を生成する空間ベクトル変調方式について、図5及び図6を参照して説明する。図5は、インバータ出力電圧ベクトルの定義を示す図である。図6は、空間ベクトル変調方式におけるインバータ出力電圧ベクトルと各相上アームのスイッチング素子5a,5b,5cのオン又はオフの状態との関係をベクトル平面に示した図である。図5及び図6では、各相上アームのスイッチング素子5a,5b,5cがオン状態である場合を“1”、オフ状態である場合を“0”と表記している。インバータ出力電圧ベクトルとは、インバータ主回路2に印加する出力電圧を、空間ベクトル変調方式におけるベクトル空間で表したときのベクトルである。この意味で、インバータ出力電圧ベクトルは、「空間ベクトル」とも呼ばれる。
Next, a space vector modulation method for generating drive signals for the
図5に示すように、スイッチング素子5a〜5fの状態は、オン状態である“1”と、オフ状態である“0”との2通りが存在する。また、短絡電流が流れるのを防止するため、上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とが同時にオン状態になることはない。このため、スイッチング素子5a〜5fのオン状態及びオフ状態の組み合わせに対しては、図5に示す8種類の電圧ベクトルが定義できる。
As shown in FIG. 5, there are two states of the
前述の通り、上アームのスイッチング素子に対して、下アームのスイッチング素子は従属関係にあるため、電圧ベクトルは、上アームのスイッチング素子の状態で表すことができる。そこで、電圧ベクトルを(“U相上アームのスイッチング素子5aの状態”,“V相上アームのスイッチング素子5bの状態”,“W相上アームのスイッチング素子5cの状態”)の形式で表すことにする。このとき、電圧ベクトルは、V0(000),V1(001),V2(010),V3(011),V4(100),V5(101),V6(110),V7(111)という8通りで表記することができる。これら8通りの電圧ベクトルのうち、大きさを持たないV0(000)及びV7(111)は、零ベクトルと呼ばれる。また、大きさが等しく、隣接するベクトル間で60°の位相差を持つ、V1(001),V2(010),V3(011),V4(100),V5(101),V6(110)は、実ベクトルと呼ばれる。As described above, since the switching element of the lower arm has a dependent relationship with the switching element of the upper arm, the voltage vector can be represented by the state of the switching element of the upper arm. Therefore, the voltage vector is expressed in the form of "(state of switching
図6において、隣接する電圧ベクトル間では、スイッチング素子の状態を表す数値の並びは、同時に2つの変化が起こらない並びとなっている。すなわち隣接する電圧ベクトル間では、“0”から“1”への変化、又は“1”から“0”への変化は、同時に起こらない。具体的に、V4(100)とV6(110)とで見れば、スイッチング素子5bがオンからオフ、又はオフからオンに変化し、スイッチング素子5a,5cの状態は変化しない。また、V2(010)とV3(011)とで見れば、スイッチング素子5cがオンからオフ、又はオフからオンに変化し、スイッチング素子5a,5bの状態は変化しない。このため、図6のベクトル平面に従って、隣接する電圧ベクトルを順次選択して行けば、複数の相のスイッチング素子の状態が同時に変化することはない。これにより、複数の相のスイッチング素子の状態が同時に変化することに起因する騒音又は振動の発生が抑制される。In FIG. 6, between adjacent voltage vectors, the arrangement of the numerical values indicating the states of the switching elements is such that two changes do not occur at the same time. That is, between adjacent voltage vectors, the change from “0” to “1” or the change from “1” to “0” does not occur at the same time. Specifically, regarding V 4 (100) and V 6 (110), the switching
モータ制御部9は、零ベクトルV0,V7、及び実ベクトルV1〜V6を任意に組み合わせることで、任意の電圧指令V*を合成することができる。モータ制御部9にて合成された電圧指令V*は、三相の電圧指令であるU相電圧指令Vu*、V相電圧指令Vv*、及びW相電圧指令Vw*に変換され、電圧位相θvと共に、PWM制御部10に出力される。前述の通り、PWM制御部10は、電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて、PWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNを生成する。The motor control unit 9 can synthesize an arbitrary voltage command V* by arbitrarily combining the zero vectors V 0 and V 7 and the real vectors V 1 to V 6 . The voltage command V* synthesized by the motor control unit 9 is converted into a U-phase voltage command Vu*, a V-phase voltage command Vv*, and a W-phase voltage command Vw*, which are three-phase voltage commands, and the voltage phase θv. At the same time, it is output to the
次に、実施の形態1における冷媒加熱用の電圧指令の生成方法について、図7から図9の図面を参照して説明する。図7は、実施の形態1における冷媒加熱用の電圧ベクトルの選択方法を示すフローチャートである。図8は、実施の形態1における冷媒加熱用の電圧ベクトルの選択方法の説明に供する図である。図9は、図8に従って選択した電圧ベクトルを発生するための電圧指令Vu*,Vv*,Vw*の一例と当該電圧指令Vu*,Vv*,Vw*によって生成されるPWM信号を示すタイムチャートである。 Next, a method of generating the voltage command for heating the refrigerant in the first embodiment will be described with reference to the drawings of FIGS. 7 to 9. FIG. 7 is a flowchart showing a method of selecting a voltage vector for heating the refrigerant in the first embodiment. FIG. 8 is a diagram for explaining a method of selecting a voltage vector for heating the refrigerant in the first embodiment. FIG. 9 is a time chart showing an example of voltage commands Vu*, Vv*, Vw* for generating the voltage vector selected according to FIG. 8 and a PWM signal generated by the voltage commands Vu*, Vv*, Vw*. Is.
図7のフローにおいて、ステップS101〜S107,S109,S110の処理はモータ制御部9によって実行され、ステップS108の処理はPWM制御部10によって実行される。
In the flow of FIG. 7, the processing of steps S101 to S107, S109, and S110 is executed by the motor controller 9, and the processing of step S108 is executed by the
図7において、ステップS101では、圧縮機101が停止中であるか否かが判定される。圧縮機101が停止中でなければ(ステップS101,No)、ステップS101の判定処理を継続する。圧縮機101が停止中であれば(ステップS101,Yes)、ステップS102に進む。
In FIG. 7, in step S101, it is determined whether the
ステップS102では、冷媒寝込み量が推定される。冷媒寝込み量の推定方法は公知であり、ここでは概略について説明する。冷媒寝込み量の推定には、外気温検出器51が検出した第一温度Te1と、圧縮機温度検出器52が検出した第二温度Te2とが用いられる。
In step S102, the refrigerant stagnation amount is estimated. A method of estimating the refrigerant stagnation amount is known, and an outline thereof will be described here. The first temperature Te1 detected by the outside
冷凍サイクルを循環する冷媒は、冷凍サイクルを形成する構成部のうち、最も温度の低い箇所で凝縮して溜まり込んでいく。圧縮機101は、冷凍サイクルを形成する各構成部の中で最も熱容量が大きいため、外気温である第一温度Te1の上昇に対して、圧縮機温度である第二温度Te2が遅れて上昇して最も温度が低くなる。その結果、圧縮機101の内部に液冷媒が滞留する。このため、第一温度Te1と第二温度Te2と冷媒寝込み量との関係を、予め実験又はシミュレーションにより求め、求めた冷媒寝込み量をテーブルにして保持しておく。テーブルにして保持しておくことにより、常時の参照が可能になる。
The refrigerant that circulates in the refrigeration cycle condenses and accumulates in the lowest temperature portion of the components that form the refrigeration cycle. Since the
なお、圧縮機101の熱容量を予め把握している場合には、第一温度Te1のみを検出し、第一温度Te1の変化に対して圧縮機101の温度がどの程度遅れて変化するのかを推定することにより、単位時間当たりの冷媒寝込み量を推定できる。この場合には、圧縮機温度検出器52を削減することができ、コストの削減が可能となる。
In addition, when the heat capacity of the
ステップS103では、圧縮機101の加熱が必要であるか否か、すなわち加熱の要否が判定される。加熱の要否の判定には、ステップS102で推定した冷媒寝込み量が用いられる。加熱が不要と判定された場合(ステップS103,No)、ステップS101に戻り、ステップS101からの処理を繰り返す。加熱が必要と判定された場合(ステップS103,Yes)、ステップS104に進む。
In step S103, it is determined whether or not the
ステップS104では、拘束通電電圧ΣVが算出される。ステップS105では、拘束通電電圧ΣVに基づく空間ベクトルが選択される。拘束通電電圧ΣVに基づく空間ベクトルの一例が、図8に示されている。従来の直流励磁式拘束通電(上記特許文献3参照)においては、図示のように、電圧ベクトルV2と電圧ベクトルV6との間で中間に位置する空間ベクトルが選択され、当該空間ベクトルを用いて加熱を行っていた。中間に位置する空間ベクトルには、電圧ベクトルV2からの位相角と、電圧ベクトルV6からの位相角とが等しくなる向きのベクトルが採用されていた。In step S104, the constraint energization voltage ΣV is calculated. In step S105, a space vector based on the constraint energization voltage ΣV is selected. An example of the space vector based on the constraint energization voltage ΣV is shown in FIG. In the conventional DC excitation type restricted energization (see
これに対して、実施の形態1では、ステップS106からステップS108の処理が追加される。ステップS106では、ステップS105で選択された空間ベクトルに基づいて4つの電圧ベクトルが選択される。図8の例で説明すると、電圧ベクトルV2及び電圧ベクトルV6と、電圧ベクトルV3と、電圧ベクトルV4とによる4つの電圧ベクトルが選択される。電圧ベクトルV2及び電圧ベクトルV6は、拘束通電電圧ΣVを表す空間ベクトルの両側に位置する実ベクトルである。電圧ベクトルV3は、電圧ベクトルV2を基準に当該空間ベクトルの逆側に隣接して位置する実ベクトルである。電圧ベクトルV4は、電圧ベクトルV6を基準に当該空間ベクトルの逆側に隣接して位置する実ベクトルである。なお、実施の形態1において、ステップS105で選択される空間ベクトルは、電圧ベクトルV2と電圧ベクトルV6との間の中間に位置する空間ベクトルである必要はなく、任意の方向の空間ベクトルの選択が可能である。On the other hand, in the first embodiment, the processes of steps S106 to S108 are added. In step S106, four voltage vectors are selected based on the space vector selected in step S105. In the example of FIG. 8, four voltage vectors including the voltage vector V 2 and the voltage vector V 6 , the voltage vector V 3, and the voltage vector V 4 are selected. The voltage vector V 2 and the voltage vector V 6 are real vectors located on both sides of the space vector representing the constraint energization voltage ΣV. Voltage vector V 3 is a real vector located adjacent the opposite side of the space vector in a reference voltage vector V 2. The voltage vector V 4 is an actual vector located adjacent to the opposite side of the space vector with respect to the voltage vector V 6 . In the first embodiment, the space vector selected in step S105 does not have to be the space vector located in the middle between the voltage vector V 2 and the voltage vector V 6, and the space vector in any direction You can choose.
ステップS107では、ステップS106で選択された4つの電圧ベクトルに、2つの零ベクトルを加えた6つの電圧ベクトルの出力順序が決定される。図8の例で説明すると、選択された4つの電圧ベクトルV2,V3,V4,V6に、2つの零ベクトルV0,V7を加えた6つの電圧ベクトルV0,V2,V3,V4,V6,V7の出力順序が決定される。In step S107, the output order of the six voltage vectors obtained by adding two zero vectors to the four voltage vectors selected in step S106 is determined. In the example of FIG. 8, six voltage vectors V 0 , V 2 , obtained by adding two zero vectors V 0 , V 7 to the selected four voltage vectors V 2 , V 3 , V 4 , V 6 The output order of V 3 , V 4 , V 6 , and V 7 is determined.
図8において、6つの電圧ベクトルV0,V2,V3,V4,V6,V7を反時計周りに選択するものとすれば、V0→V4→V6→V2→V3→V7の順に選択される。また、図8において、6つの電圧ベクトルV0,V2,V3,V4,V6,V7を時計周りに選択するものとすれば、V7→V3→V2→V6→V4→V0の順に選択される。なお、電圧ベクトルを選択する際の要点については、後述する。In FIG. 8, if six voltage vectors V 0 , V 2 , V 3 , V 4 , V 6 , and V 7 are selected counterclockwise, V 0 →V 4 →V 6 →V 2 →V It is selected in the order of 3 →V 7 . Further, in FIG. 8, if six voltage vectors V 0 , V 2 , V 3 , V 4 , V 6 , and V 7 are selected clockwise, V 7 →V 3 →V 2 →V 6 → It is selected in the order of V 4 →V 0 . The main points when selecting the voltage vector will be described later.
ステップS108では、ステップS107で決定された出力順序に従って、スイッチング素子5a〜5fが駆動される。ステップS109では、加熱の要否が再度判定される。加熱が不要と判定された場合(ステップS109,No)、ステップS110に進む。一方、加熱が必要と判定された場合(ステップS109,Yes)、ステップS104に戻り、ステップS104からステップS108の処理が繰り返される。
In step S108, the
ステップS110では、加熱を停止する。ステップS110の処理が終了すると、ステップS101に戻る。以降、ステップS101からステップS110の処理が繰り返される。 In step S110, heating is stopped. When the process of step S110 ends, the process returns to step S101. After that, the processing from step S101 to step S110 is repeated.
図9の上側には、図8に従って選択した電圧ベクトルを発生するための電圧指令Vu*,Vv*,Vw*の一例とキャリアとが示されている。また、図9の下側には、上側に示す電圧指令Vu*,Vv*,Vw*によって生成されるPWM信号UP,VP,WPが示されている。 On the upper side of FIG. 9, an example of the voltage commands Vu*, Vv*, Vw* for generating the voltage vector selected according to FIG. 8 and the carrier are shown. Further, PWM signals UP, VP, WP generated by the voltage commands Vu*, Vv*, Vw* shown on the upper side are shown on the lower side of FIG.
図9では、U相電圧指令Vu*と、V相電圧指令Vv*と、W相電圧指令Vw*とが示されている。U相電圧指令Vu*は、キャリア周波数fcのキャリアのゼロクロスのタイミングに同期して正値“A”及び負値“−A”をとるように変化する電圧指令である。V相電圧指令Vv*は、キャリアに対して変化せずに一定の正値“B”をとり続ける電圧指令である。W相電圧指令Vw*は、キャリアに対して変化せずに一定の負値“−C”をとり続ける電圧指令である。なお、図9において、A,B,Cの間には、A>B=Cの関係がある。 In FIG. 9, a U-phase voltage command Vu*, a V-phase voltage command Vv*, and a W-phase voltage command Vw* are shown. The U-phase voltage command Vu* is a voltage command that changes so as to take a positive value “A” and a negative value “−A” in synchronization with the zero cross timing of the carrier of the carrier frequency fc. The V-phase voltage command Vv* is a voltage command that keeps a constant positive value “B” without changing with respect to the carrier. The W-phase voltage command Vw* is a voltage command that keeps a constant negative value “−C” without changing with respect to the carrier. In addition, in FIG. 9, A, B, and C have a relationship of A>B=C.
電圧指令Vu*,Vv*,Vw*の各値とキャリアの値とは、大小関係が比較される。キャリアの値の方が大きければ、“Low”のPWM信号が生成される。キャリアの値の方が小さければ“High”のPWM信号が生成される。その結果、図示のPWM信号UP,VP,WPが生成される。 The magnitude relationships are compared between the values of the voltage commands Vu*, Vv*, Vw* and the carrier value. If the value of the carrier is larger, the PWM signal of "Low" is generated. If the carrier value is smaller, a “High” PWM signal is generated. As a result, the illustrated PWM signals UP, VP, WP are generated.
図9において、キャリアの山からスタートした直後では、UP=0、VP=0、WP=0であるため、時間幅T1のV0(000)が出力される。次いで、キャリアの値がU相電圧指令Vu*よりも小さくなるとUP=1、VP=0、WP=0であるため、時間幅T2のV4(100)が出力される。以降、同様な処理が行われ、時間幅T3のV6(110)、時間幅T4のV2(010)、時間幅T5のV3(011)、時間幅T6のV7(111)が順次出力される。なお、時間幅T1〜T6は、電圧指令Vu*、Vv*、Vw*の大きさであるA,B,Cの値により変更可能である。In FIG. 9, since UP=0, VP=0, and WP=0 immediately after starting from the mountain of carriers, V 0 (000) of the time width T 1 is output. Next, when the carrier value becomes smaller than the U-phase voltage command Vu*, since UP=1, VP=0, and WP=0, V 4 (100) having the time width T 2 is output. Thereafter, similar processing is performed, V 6 of the time width T 3 (110), V 2 of the time width T 4 (010), V 3 of the time width T 5 (011), V 7 of the time width T 6 ( 111) are sequentially output. The time widths T 1 to T 6 can be changed by the values of A, B, and C that are the magnitudes of the voltage commands Vu*, Vv*, and Vw*.
上述の処理の結果、キャリア周期Tcの前半の半周期Tc/2では、図8及び図9に示すように、V0→V4→V6→V2→V3→V7の順序で電圧ベクトルが選択される。キャリア周期Tcの後半の半周期Tc/2では、図8及び図9に示すように、V7→V3→V2→V6→V4→V0の順序で電圧ベクトルが選択される。キャリアの2周期目では、1周期目の動作が繰り替えされる。すなわち、キャリアの2周期目では、V0→V4→V6→V2→V3→V7→V7→V3→V2→V6→V4→V0の順序で電圧ベクトルが選択される。Result of the above processing, the half period Tc / 2 in the first half of the carrier period Tc, as shown in FIGS. 8 and 9, the voltage in the order of V 0 → V 4 → V 6
次に、実施の形態1に係る圧縮機駆動装置の駆動方法によって得られる効果について、図10及び図11を参照して説明する。図10は、電圧ベクトルV2と電圧ベクトルV6との間の中間に位置する空間ベクトルによって加熱するときの様子を模式的に示す図である。図11は、実施の形態1の手法を用いて加熱するときの様子を模式的に示す図である。Next, effects obtained by the driving method of the compressor driving device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. Figure 10 is a diagram schematically showing a state when heated by space vector located in the middle between the voltage vector V 2 and the voltage vector V 6. FIG. 11: is a figure which shows the mode when heating using the method of
電圧ベクトルV2と電圧ベクトルV6との間の中間に位置する空間ベクトルによって加熱する場合、図10に示すように、楕円で囲んでいるスイッチング素子5b,5fのみが通電される。このため、特定のスイッチング素子であるスイッチング素子5b,5fに負荷が集中し、当該特定のスイッチング素子の寿命が低下するという問題が起こる。また、特定のスイッチング素子に発熱が集中するので、スイッチング素子を搭載するモジュールの冷却用フィンの間に設けられる冷却用シリコーンがポンプアウト現象を引き起こし易いという課題がある。更に、銅損によるモータ4の発熱が、ハッチングで示したV相巻線4V及びW相巻線4Wのみに生じる。このため、モータ4の局所発熱となり、発熱が圧縮機内で均一化されるまでに時間を要するという課題がある。When heating is performed by the space vector located between the voltage vector V 2 and the voltage vector V 6 , only the
これに対して、実施の形態1の手法によれば、図11に示すように、楕円で囲んでいる全てのスイッチング素子5a〜5fが通電する。このため、特定のスイッチング素子のみに負荷が集中することはない。また、銅損によるモータ4の発熱が、ハッチングで示したU相巻線4U、V相巻線4V及びW相巻線4Wすなわち全ての巻線に生じる。このため、モータ4の発熱が均一化され、当該発熱が圧縮機内で均一化されるまでに要する時間が、特定のスイッチング素子のみに通電される場合に比べて短縮されるという効果がある。
On the other hand, according to the method of the first embodiment, as shown in FIG. 11, all the
なお、電圧ベクトルをV0→V4→V6→V2→V3→V7と変化させると、巻線が発生する磁界によって生じたトルクの影響で、騒音及び振動が発生する可能性がある。これは、電圧ベクトルを空間に対して1回転させなくてもモータ4にイナーシャが生じるためである。一方、電圧ベクトルをV0→V4→V6→V2→V3→V7と変化させた後に、同じキャリア周期内で、V7→V3→V2→V6→V4→V0と反対方向に変化させると、V0→V4→V6→V2→V3→V7で発生したトルクを打ち消す方向に新たな磁界が働く。このため、騒音及び振動の発生が抑制される。すなわち、キャリアの1周期内で、電圧ベクトルをV0→V4→V6→V2→V3→V7と変化させた後に、逆順でV7→V3→V2→V6→V4→V0と変化させることにより、モータ4の回転及び振動を抑制しつつ、モータ4を発熱させることが可能となる。If the voltage vector is changed to V 0 →V 4 →V 6 →V 2 →V 3 →V 7 , noise and vibration may occur due to the torque generated by the magnetic field generated by the winding. is there. This is because inertia is generated in the
また、上述したように、拘束通電には、直流励磁式拘束通電と交流励磁式拘束通電とがある。交流励磁式拘束通電の場合、キャリア周波数又は拘束通電電力によっては、電波法の規制対象となる。ここで、実施の形態1の手法は、図8に示されるように、電圧ベクトルを360度あるベクトル平面のうちの半分の平面、すなわち180度平面で変化させている。このため、拘束通電電圧ΣVに基づく空間ベクトルに対して、当該空間ベクトルの向きを逆向きにする電圧ベクトルの射影成分はない。従って、実施の形態1の手法は、直流励磁式拘束通電に含まれると言える。すなわち、実施の形態1の手法は、モータ電流にリプル成分が含まれるものの、モータ電流自体は直流電流であり、直流励磁式拘束通電に該当するので、電波法による規制の対象とはならないという利点がある。なお、モータ電流にリプル成分が含まれる場合、ロータの微小な脈動も考えられるが、モータ4のインダクタンス容量、重量又は機械的構造ごとに、最適なキャリア周波数を選択するようにすれば、ロータの脈動を抑えることが可能となる。
Further, as described above, the restricted energization includes the DC excitation type restricted energization and the AC excitation type restricted energization. In the case of AC excitation type restraint energization, it is subject to regulation by the Radio Law depending on the carrier frequency or the restraint energizing power. Here, in the method of the first embodiment, as shown in FIG. 8, the voltage vector is changed in a half plane of the 360-degree vector plane, that is, in the 180-degree plane. Therefore, there is no projected component of the voltage vector that reverses the direction of the space vector based on the restricted energization voltage ΣV. Therefore, it can be said that the method of the first embodiment is included in the DC excitation type constraint energization. That is, although the method of the first embodiment includes the ripple component in the motor current, the motor current itself is a direct current and corresponds to the direct-current excitation type restricted energization, so that it is not subject to the regulation by the Radio Law. There is. When the motor current contains a ripple component, a minute pulsation of the rotor may be considered. However, if the optimum carrier frequency is selected for each inductance capacity, weight or mechanical structure of the
なお、拘束通電を行う際に、キャリア周波数を一定の周期毎に変更することが好ましい。キャリア周波数を変更することにより、拘束通電中における振動又は騒音が抑制されるという効果がある。 It should be noted that it is preferable to change the carrier frequency at regular intervals when performing the restricted energization. By changing the carrier frequency, there is an effect that vibration or noise during restraint energization is suppressed.
実施の形態1の最後では、上述した実施の形態1の機能を実現するためのハードウェア構成について説明する。図12は、実施の形態1におけるモータ制御部9の機能を実現するためのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 At the end of the first embodiment, a hardware configuration for realizing the functions of the above-described first embodiment will be described. FIG. 12 is a block diagram showing an example of a hardware configuration for realizing the function of motor control unit 9 in the first embodiment.
実施の形態1におけるモータ制御部9の機能を実現する場合には、図12に示すように、演算を行うプロセッサ200、プロセッサ200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。
When realizing the function of the motor control unit 9 in the first embodiment, as shown in FIG. 12, a
プロセッサ200は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、CPU(Central Processing Unit)、又はDSP(Digital Signal Processor)といった演算手段であってもよい。また、メモリ202には、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(Electrically EPROM)といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disc)を例示することができる。
The
メモリ202には、モータ制御部9の機能を実行するプログラム及びプロセッサ200によって参照されるテーブルが格納されている。プロセッサ200は、インタフェース204を介して必要な情報を授受し、メモリ202に格納されたプログラムをプロセッサ200が実行し、メモリ202に格納されたテーブルをプロセッサ200が参照することにより、上述した演算処理を行うことができる。プロセッサ200による演算結果は、メモリ202に記憶することができる。
The
上述したように、実施の形態1に係る圧縮機駆動装置によれば、圧縮機の加熱が必要な場合に、インバータ主回路に印加する電圧ベクトルを、キャリアの1周期内でV0→V4→V6→V2→V3→V7→V7→V3→V2→V6→V4→V0の順に変化させて圧縮機の駆動用のモータを駆動するので、インバータ主回路における特定のスイッチング素子への負荷の集中が回避される。これにより、圧縮機に滞留した冷媒を効率的に加熱することが可能となる。As described above, according to the compressor drive device of the first embodiment, when the compressor needs to be heated, the voltage vector applied to the inverter main circuit is V 0 →V 4 within one cycle of the carrier. →V 6 →V 2 →V 3 →V 7 →V 7 →V 3 →V 2 →V 6 →V 4 →V 0 in order to drive the motor for driving the compressor, the inverter main circuit Concentration of load on a particular switching element in is avoided. This makes it possible to efficiently heat the refrigerant that has accumulated in the compressor.
実施の形態2.
実施の形態1では、インバータ主回路2に印加する電圧ベクトルを、キャリアの1周期内でV0→V4→V6→V2→V3→V7→V7→V3→V2→V6→V4→V0の順に変化させる例を示したが、実施の形態2では、他の例について説明する。図13は、実施の形態2における冷媒加熱用の電圧ベクトルの選択方法の説明に供する図である。なお、実施の形態2に係る圧縮機駆動装置の構成は、実施の形態1と同一である。
In the first embodiment, the voltage vector applied to the inverter
図13では、図8とは異なる拘束通電電圧ΣV’が算出され、当該拘束通電電圧ΣV’に基づく空間ベクトルが選択される。具体的には、4つの電圧ベクトルV1,V3,V4,V5が選択される。従って、図13の例では、4つの電圧ベクトルV1,V3,V4,V5に、2つの零ベクトルV0,V7を加えた6つの電圧ベクトルV0,V1,V3,V4,V5,V7の出力順序が決定される。In FIG. 13, a constraint energization voltage ΣV′ different from that in FIG. 8 is calculated, and a space vector based on the constraint energization voltage ΣV′ is selected. Specifically, four voltage vectors V 1 , V 3 , V 4 , and V 5 are selected. Thus, in the example of FIG. 13, the four voltage vectors V 1, V 3, V 4 ,
図13において、6つの電圧ベクトルV0,V1,V3,V4,V5,V7を時計周りに選択するものとすれば、V0→V4→V5→V1→V3→V7の順に選択される。また、図13において、6つの電圧ベクトルV0,V1,V3,V4,V5,V7を反時計周りに選択するものとすれば、V7→V3→V1→V5→V4→V0の順に選択される。従って、実施の形態2では、インバータ主回路2に印加する電圧ベクトルを、キャリアの1周期内でV0→V4→V5→V1→V3→V7→V7→V3→V1→V5→V4→V0の順に変化させる動作となる。In FIG. 13, if six voltage vectors V 0 , V 1 , V 3 , V 4 , V 5 , and V 7 are selected clockwise, V 0 →V 4 →V 5 →V 1 →V 3 → V 7 is selected in this order. In FIG. 13, if six voltage vectors V 0 , V 1 , V 3 , V 4 , V 5 , and V 7 are selected counterclockwise, V 7 →V 3 →V 1 →V 5 →V 4 →V 0 are selected in this order. Therefore, in the second embodiment, the voltage vector applied to the inverter
実施の形態1と実施の形態2の概念を組み合わせれば、360度あるベクトル平面のうちの半分の180度平面内にある4つの電圧ベクトルを選択し、選択した4つの電圧ベクトルに2つの零ベクトルを加えた6つの電圧ベクトルを図6のベクトル平面に従って、順次選択して行く動作となる。選択される6つの電圧ベクトルのうちの4つの実ベクトルは、第一及び第二の電圧ベクトル、第三の電圧ベクトル、及び第四の電圧ベクトルである。第一及び第二の電圧ベクトルは、拘束通電電圧を表す空間ベクトルの両側に位置する2つの電圧ベクトルである。第三の電圧ベクトルは、当該第一の電圧ベクトルを基準に当該空間ベクトルの逆側に隣接して位置する電圧ベクトルである。第四の電圧ベクトルは、当該第二の電圧ベクトルを基準に当該空間ベクトルの逆側に隣接して位置する電圧ベクトルである。 If the concepts of the first and second embodiments are combined, four voltage vectors in the 180-degree plane, which is half of the 360-degree vector plane, are selected, and two zeros are added to the selected four voltage vectors. The six voltage vectors to which the vectors are added are sequentially selected according to the vector plane of FIG. Four of the six voltage vectors selected are the first and second voltage vectors, the third voltage vector, and the fourth voltage vector. The first and second voltage vectors are two voltage vectors located on both sides of the space vector representing the restricted energization voltage. The third voltage vector is a voltage vector located adjacent to the opposite side of the space vector with respect to the first voltage vector. The fourth voltage vector is a voltage vector located adjacent to the opposite side of the space vector with respect to the second voltage vector.
図8に示す実施の形態1の例では、第一の電圧ベクトルはV2又はV6に対応し、第二の電圧ベクトルはV6又はV2に対応する。また、第三の電圧ベクトルはV3又はV4に対応し、第四の電圧ベクトルはV4又はV3に対応する。また、図13に示す実施の形態2の例では、第一の電圧ベクトルはV1又はV5に対応し、第二の電圧ベクトルはV5又はV1に対応する。また、第三の電圧ベクトルはV3又はV4に対応し、第四の電圧ベクトルはV4又はV3に対応する。In the example of the first embodiment shown in FIG. 8, the first voltage vector corresponds to V 2 or V 6 , and the second voltage vector corresponds to V 6 or V 2 . Further, the third voltage vector corresponds to V 3 or V 4 , and the fourth voltage vector corresponds to V 4 or V 3 . Further, in the example of the second embodiment shown in FIG. 13, the first voltage vector corresponds to V 1 or V 5 , and the second voltage vector corresponds to V 5 or V 1 . Further, the third voltage vector corresponds to V 3 or V 4 , and the fourth voltage vector corresponds to V 4 or V 3 .
なお、零ベクトルV0を第一の零ベクトルと呼び、零ベクトルV7を第二の零ベクトルと呼べば、実施の形態1及び実施の形態2において、インバータ主回路2に印加される電圧ベクトルは、第一の零ベクトル、第四の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第三の電圧ベクトル、第二の零ベクトル、第二の零ベクトル、第三の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第四の電圧ベクトル、及び第一の零ベクトルの順序となる。或いは、第一の零ベクトル、第三の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第四の電圧ベクトル、第二の零ベクトル、第二の零ベクトル、第四の電圧ベクトル、第二の電圧ベクトル、第一の電圧ベクトル、第三の電圧ベクトル、及び第一の零ベクトルの順序となる。If the zero vector V 0 is called the first zero vector and the zero vector V 7 is called the second zero vector, the voltage vector applied to the inverter
実施の形態3.
実施の形態1及び実施の形態2では、インバータ主回路2に印加する電圧ベクトルを、キャリアの1周期内で、第一の零ベクトルであるV0からスタートし、第二の零ベクトルであるV7を間に挟んで、第一の零ベクトルであるV0で終了する例を示したが、実施の形態3では、他の例について説明する。図14は、実施の形態3における冷媒加熱用の電圧ベクトルの出力順序の説明に供する図である。なお、実施の形態3に係る圧縮機駆動装置の構成は、実施の形態1と同一である。
In the first and second embodiments, the voltage vector applied to the inverter
図14には、左右2つの図が示されている。左側の図は、図8に示したものと同じである。また、右側の図は、電圧ベクトルの選択順序を左側とは逆順にしたものである。ここで、左側の図に示される選択順序を「第一の選択順序」と呼び、右側の図に示される選択順序を「第二の選択順序」と呼ぶ。また、第一の選択順序によって制御される周期を「第一の周期」と呼び、第二の選択順序によって制御される周期を「第二の周期」と呼ぶ。また、第一の周期による制御を「第一の制御」と呼び、第二の周期による制御を「第二の制御」と呼ぶ。 FIG. 14 shows two left and right views. The diagram on the left is the same as that shown in FIG. Further, in the right diagram, the selection order of the voltage vector is reversed from that in the left side. Here, the selection order shown in the diagram on the left side is called a "first selection order", and the selection order shown in the diagram on the right side is called a "second selection order". Further, a cycle controlled by the first selection order is called a "first cycle", and a cycle controlled by the second selection order is called a "second cycle". Further, the control in the first cycle is called "first control", and the control in the second cycle is called "second control".
第一の制御は、前述の通り、V0→V4→V6→V2→V3→V7→V7→V3→V2→V6→V4→V0の順で電圧ベクトルを推移させる。また、第二の制御では、V7→V3→V2→V6→V4→V0→V0→V4→V6→V2→V3→V7の順で電圧ベクトルを推移させる。実施の形態3では、一定の間隔毎に、第一の制御と第二の制御とを切り替える。一定の間隔は、数十秒から数分のオーダである。The first control is, as described above, the voltage vector in the order of V 0 →V 4 →V 6 →V 2 →V 3 →V 7 →V 7 →V 3 →V 2 →V 6 →V 4 →V 0. To change. In the second control, the voltage vector changes in the order of V 7 →V 3 →V 2 →V 6 →V 4 →V 0 →V 0 →V 4 →V 6 →V 2 →V 3 →V 7. Let In the third embodiment, the first control and the second control are switched at regular intervals. The fixed interval is on the order of tens of seconds to minutes.
次に、実施の形態3に係る圧縮機駆動装置の駆動方法によって得られる効果について説明する。 Next, effects obtained by the driving method of the compressor driving device according to the third embodiment will be described.
直流励磁式拘束通電では、モータの抵抗値成分が小さい場合、又は、大容積の圧縮機の場合、母線電圧又は母線電圧に近い電圧をモータに印加すると、圧縮機の損傷が想定される。ここで言う母線電圧とは、図1の構成の場合、直流電源1の電圧である。
In the DC excitation type restricted energization, if the resistance value component of the motor is small, or in the case of a large-volume compressor, if the busbar voltage or a voltage close to the busbar voltage is applied to the motor, damage to the compressor is assumed. The busbar voltage referred to here is the voltage of the
このため、直流励磁式拘束通電では、モータに印加する電圧は、母線電圧にくらべて非常に小さな値であることが多い。その結果、スイッチング素子に対する制御はオン時間が短く、オフ時間が長いPWM信号となり、インバータ損失及びインバータ主回路での発熱は、オフ時間に流れる回生電流の方が大きくなる。従来技術の場合、回生電流は、特定のダイオードに集中するため、局所発熱の問題が起こり、ダイオードの低寿命化の原因にもなる。 Therefore, in the DC excitation type restricted energization, the voltage applied to the motor is often much smaller than the bus voltage. As a result, the control for the switching element is a PWM signal with a short on-time and a long off-time, and the inverter loss and heat generation in the inverter main circuit are larger in the regenerative current flowing in the off-time. In the case of the conventional technique, the regenerative current is concentrated in a specific diode, which causes a problem of local heat generation, which causes a shortened life of the diode.
一方、実施の形態3によれば、一定の間隔毎に、第一の制御と第二の制御とを切り替えるようにしているので、PWM制御のオフ時間に特定のダイオードに回生電流が通電されるのを防ぐことができる。これにより、特定のダイオードに回生電流が集中するのを抑制でき、インバータ主回路での発熱が均一化され、特定のダイオードの寿命の低下を抑止することができる。 On the other hand, according to the third embodiment, the first control and the second control are switched at regular intervals, so that the regenerative current is supplied to the specific diode during the OFF time of the PWM control. Can be prevented. As a result, it is possible to suppress the concentration of the regenerative current in the specific diode, uniformize the heat generation in the inverter main circuit, and prevent the life of the specific diode from decreasing.
実施の形態4.
図15は、実施の形態4に係る圧縮機駆動装置の構成を示す回路図である。図15に示す実施の形態4では、図2に示す実施の形態1の構成において、インバータ主回路2の半導体素子を冷却するための放熱器56の温度を検出する放熱器温度検出器53が追加された構成となっている。なお、その他の構成は、図2に示す実施の形態1の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部については、同一の符号を付して重複する説明は割愛する。Fourth Embodiment
FIG. 15 is a circuit diagram showing the configuration of the compressor drive device according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment shown in FIG. 15, a
放熱器温度検出器53の一例はサーミスタであり、他の一例は熱電対である。なお、放熱器温度検出器53を「第三の温度検出器」と呼ぶ場合がある。放熱器温度検出器53の検出値である第三温度Te3は、インバータ制御部20に出力される。
An example of the
モータ制御部9は、実施の形態1と同様に、圧縮機101の停止中において、外気温検出器51の検出値である第一温度Te1と、圧縮機温度検出器52の検出値である第二温度Te2とに基づいて、冷媒の寝込みを検出する。実施の形態4では、更に放熱器温度検出器53の検出値である第三温度Te3に基づく処理が追加される。
Similarly to the first embodiment, the motor control unit 9 controls the first temperature Te1 which is the detection value of the outside
インバータ主回路2のスイッチング素子5a〜5fのそれぞれと、並列に接続されるダイオード6a〜6fのそれぞれとを電気的に接続するためのワイヤボンディングは、ある回数以上のヒートショックを受けることにより、接合面が破断する可能性が高くなる。ここで言うヒートショックは、半導体の接合部の限界使用温度など高負荷領域での使用後、圧縮機を停止した際に半導体が室温付近まで冷却されるといった半導体の温度環境によって決まってくる。スイッチング素子5a〜5f及びダイオード6a〜6fを搭載するモジュールの仕様書には、ΔT[K]のサイクルがN回許容されるといったようなパワーサイクルに関する記載がされることが多々ある。この趣旨に鑑み、実施の形態4では、放熱器温度検出器53の検出値に基づく処理が追加されている。
The wire bonding for electrically connecting each of the
次に、実施の形態4に係る圧縮機駆動装置の動作について、図16を参照して説明する。図16は、実施の形態4に係る圧縮機駆動装置の動作説明に供するフローチャートである。図16のフローは、モータ制御部9によって実行される。また、図16のフローは、図7におけるステップS103とステップS104との間に追加することができる。 Next, the operation of the compressor drive device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a flowchart for explaining the operation of the compressor drive device according to the fourth embodiment. The flow of FIG. 16 is executed by the motor control unit 9. The flow of FIG. 16 can be added between step S103 and step S104 in FIG.
ステップS201では、放熱器温度検出器53の検出値である第三温度Te3と第一の閾値である第一の設定値Tset1とが比較される。第三温度Te3が第一の設定値Tset1よりも高い場合(ステップS201,No)、モジュールの温度がパワーサイクルの許容値よりも高いと判断し、拘束通電は実施せずに図16のフローを抜け出る。
In step S201, the third temperature Te3, which is the detected value of the
一方、第三温度Te3が第一の設定値Tset1以下の場合(ステップS201,Yes)、ステップS202に進む。ステップS202では、第三温度Te3と第二の閾値である第二の設定値Tset2とが比較される。第二の設定値Tset2は、第一の設定値Tset1よりも低い値である。第三温度Te3が第二の設定値Tset2以下の場合(ステップS202,Yes)、ステップS203に進む。ステップS203では、モジュールの温度がパワーサイクルの許容値よりも低いと判断し、拘束通電が通常通り実施される。拘束通電の実施後、図16のフローを抜け出る。 On the other hand, when the third temperature Te3 is equal to or lower than the first set value Tset1 (step S201, Yes), the process proceeds to step S202. In step S202, the third temperature Te3 is compared with the second set value Tset2 which is the second threshold value. The second set value Tset2 is lower than the first set value Tset1. When the third temperature Te3 is equal to or lower than the second set value Tset2 (Yes in step S202), the process proceeds to step S203. In step S203, it is determined that the module temperature is lower than the power cycle allowable value, and the restricted energization is performed normally. After the restraint energization has been carried out, the flow of FIG. 16 is exited.
一方、第三温度Te3が第二の設定値Tset2よりも高い場合(ステップS202,No)、ステップS204に進む。ステップS204では、通電時間を制限した拘束通電が実施される。ステップS204の処理は、冷媒が寝込む可能性と、モジュールに対するヒートショックとの双方を考慮した処理である。ステップS204の処理により、モジュール内の素子の温度がある温度範囲内に入るように制御される。これにより、冷媒の寝込みを防ぎつつ、モジュール内の素子の保護が可能になるという効果がある。 On the other hand, when the third temperature Te3 is higher than the second set value Tset2 (No in step S202), the process proceeds to step S204. In step S204, restricted energization is performed with the energization time limited. The process of step S204 is a process that considers both the possibility that the refrigerant will fall asleep and the heat shock to the module. By the process of step S204, the temperature of the element in the module is controlled to fall within a certain temperature range. As a result, it is possible to protect the elements in the module while preventing the refrigerant from stagnation.
実施の形態5.
実施の形態5では、インバータ主回路2のスイッチング素子5a〜5f及びダイオード6a〜6fを形成する素材について説明する。スイッチング素子5a〜5f及びダイオード6a〜6fを形成する素材は、珪素(Si)が一般的であるが、近年注目されている炭化珪素(SiC)を用いてもよい。
In the fifth embodiment, materials for forming the
炭化珪素を素材とするSiC素子は、珪素を素材とするSi素子と比較して、熱伝達率が大きく、高温での動作が可能といった優れた特性を持っている。スイッチング素子5a〜5f及びダイオード6a〜6fにSiC素子を用いることでSiC素子の恩恵を受けることができる。すなわち、SiC素子は高温での動作が可能であるため、拘束通電時の通電量を大きくすることができる。これにより、拘束通電を効率的に実施することが可能となる。
The SiC element made of silicon carbide has excellent heat transfer coefficient and can operate at high temperature as compared with the Si element made of silicon. By using the SiC element for the
なお、SiC素子は、Si素子よりもバンドギャップが大きいという特性を捉えて、ワイドバンドギャップ半導体と称される半導体の一例である。このSiC素子以外にも、例えば窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドを用いて形成される半導体もワイドバンドギャップ半導体に属しており、それらの特性もSiCに類似した点が多い。従って、SiC以外の他のワイドバンドギャップ半導体を用いる構成も、本発明の要旨を成すものである。 The SiC element is an example of a semiconductor called a wide bandgap semiconductor in view of the characteristic that the bandgap is larger than that of the Si element. In addition to this SiC element, a semiconductor formed using, for example, a gallium nitride-based material or diamond belongs to the wide band gap semiconductor, and their characteristics are similar to that of SiC in many cases. Therefore, configurations using wide band gap semiconductors other than SiC also form the subject of the present invention.
また、このようなワイドバンドギャップ半導体によって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、スイッチング素子の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ることにより、これらの素子を搭載したパワーモジュールの小型化が可能となる。 In addition, since a switching element formed of such a wide band gap semiconductor has high withstand voltage and high allowable current density, the switching element can be downsized, and the downsized switching element should be used. As a result, it is possible to downsize the power module equipped with these elements.
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、変更又は追加することも可能である。例えば、モータ4の巻線の温度を検出する巻線温度検出器が設けられていてもよい。モータ4の巻線の抵抗値は、巻線の温度及び巻線に流れる電流によって変化する。従って、電流検出器8の検出値である電流Idcと、圧縮機温度検出器52の検出値である第二温度Te2とに加え、巻線温度検出器の検出値を用いれば、モータ4の相抵抗値を決定することができる。モータ4の相抵抗値を決定することができれば、相抵抗値が変化しても、拘束通電のための電力を安定的に供給することが可能となる。
Note that the configurations described in the above embodiments are examples of the content of the present invention, and can be combined with other known techniques, and the configurations are within the scope not departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit, change or add a part of. For example, a winding temperature detector that detects the temperature of the winding of the
1 直流電源、2 インバータ主回路、4 モータ、4U U相巻線、4V V相巻線、4W W相巻線、5a〜5f スイッチング素子、6a〜6f ダイオード、7 直流電圧検出器、8 電流検出器、9 モータ制御部、10 PWM制御部、11 電流復元部、12 座標変換部、13 推定部、14 速度制御部、15 電流制御部、16 電圧指令演算部、17 キャリア生成部、18 キャリア比較部、20 インバータ制御部、30 圧縮機駆動装置、51 外気温検出器、52 圧縮機温度検出器、53 放熱器温度検出器、56 放熱器、100 ヒートポンプ装置、101 圧縮機、102 四方弁、103,104 熱交換器、105 膨張機構、106 冷媒配管、107 圧縮機構、200 プロセッサ、202 メモリ、204 インタフェース。 1 DC power supply, 2 inverter main circuit, 4 motor, 4U U phase winding, 4V V phase winding, 4W W phase winding, 5a-5f switching element, 6a-6f diode, 7 DC voltage detector, 8 current detection Device, 9 motor control unit, 10 PWM control unit, 11 current restoration unit, 12 coordinate conversion unit, 13 estimation unit, 14 speed control unit, 15 current control unit, 16 voltage command calculation unit, 17 carrier generation unit, 18 carrier comparison Section, 20 inverter control section, 30 compressor drive device, 51 outside air temperature detector, 52 compressor temperature detector, 53 radiator temperature detector, 56 radiator, 100 heat pump device, 101 compressor, 102 four-way valve, 103 , 104 heat exchanger, 105 expansion mechanism, 106 refrigerant piping, 107 compression mechanism, 200 processor, 202 memory, 204 interface.
Claims (10)
直流を交流に変換して前記駆動用モータに交流電圧を印加するインバータ主回路と、
前記インバータ主回路に印加される直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記インバータ主回路に流れる電流を検出する電流検出器と、
外気温を検出する第一の温度検出器と、
前記圧縮機の温度を検出する第二の温度検出器と、
前記直流電圧検出器の検出値、前記電流検出器の検出値及びキャリアに基づいて前記インバータ主回路のスイッチング素子をPWM制御するインバータ制御部と、
を備え、
前記インバータ制御部は、前記直流電圧検出器の検出値、前記第一の温度検出器の検出値、及び前記第二の温度検出器の検出値に基づいて拘束通電電圧を決定し、決定した前記拘束通電電圧に基づいて空間ベクトル変調方式における空間ベクトルを算出し、算出した前記空間ベクトルの両側に位置する2つの電圧ベクトルである第一及び第二の電圧ベクトルと、前記第一の電圧ベクトルを基準に前記空間ベクトルの逆側に隣接して位置する第三の電圧ベクトルと、前記第二の電圧ベクトルを基準に前記空間ベクトルの逆側に隣接して位置する第四の電圧ベクトルと、を選択し、選択された前記第一、第二、第三及び第四の電圧ベクトルに2つの零ベクトルである第一及び第二の零ベクトルを加えた6つの電圧ベクトルを、前記キャリアの1周期内で、前記第一の零ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、前記第二の零ベクトル、前記第二の零ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、及び前記第一の零ベクトルの順序で前記インバータ主回路に出力する
ことを特徴とする圧縮機駆動装置。A compressor drive device that performs restraint energization control for heating a drive motor of a compressor,
An inverter main circuit that converts direct current to alternating current and applies alternating voltage to the drive motor,
A DC voltage detector for detecting a DC voltage applied to the inverter main circuit,
A current detector for detecting a current flowing through the inverter main circuit,
A first temperature detector for detecting the outside air temperature,
A second temperature detector for detecting the temperature of the compressor,
An inverter control unit that PWM-controls a switching element of the inverter main circuit based on a detection value of the DC voltage detector, a detection value of the current detector, and a carrier;
Equipped with
The inverter control unit determines the binding energization voltage based on the detection value of the DC voltage detector, the detection value of the first temperature detector, and the detection value of the second temperature detector, and the determined A space vector in the space vector modulation method is calculated based on the restricted energization voltage, and the first and second voltage vectors that are two voltage vectors located on both sides of the calculated space vector and the first voltage vector are A third voltage vector located adjacent to the opposite side of the space vector with respect to the reference, and a fourth voltage vector located adjacent to the opposite side of the space vector with respect to the second voltage vector, The six voltage vectors obtained by adding the first and second zero vectors, which are two zero vectors, to the selected first, second, third and fourth voltage vectors are set to one cycle of the carrier. In which the first zero vector, the fourth voltage vector, the second voltage vector, the first voltage vector, the third voltage vector, the second zero vector, the second zero. A vector, the third voltage vector, the first voltage vector, the second voltage vector, the fourth voltage vector, and the first zero vector are output to the inverter main circuit in this order. And compressor drive device.
前記第一の零ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、前記第二の零ベクトル、前記第二の零ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、及び前記第一の零ベクトルの順序で前記インバータ主回路に出力する第一の制御と、前記第二の零ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、前記第一の零ベクトル、前記第一の零ベクトル、前記第四の電圧ベクトル、前記第二の電圧ベクトル、前記第一の電圧ベクトル、前記第三の電圧ベクトル、及び前記第二の零ベクトルの順序で前記インバータ主回路に出力する第二の制御と、を具備し、
一定の間隔毎に前記第一の制御と前記第二の制御とを切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載の圧縮機駆動装置。The inverter control unit,
The first zero vector, the fourth voltage vector, the second voltage vector, the first voltage vector, the third voltage vector, the second zero vector, the second zero vector, the A third voltage vector, the first voltage vector, the second voltage vector, the fourth voltage vector, and the first control to output to the inverter main circuit in the order of the first zero vector, The second zero vector, the third voltage vector, the first voltage vector, the second voltage vector, the fourth voltage vector, the first zero vector, the first zero vector, the A fourth voltage vector, the second voltage vector, the first voltage vector, the third voltage vector, and the second control to output to the inverter main circuit in the order of the second zero vector, Equipped with,
The compressor drive device according to claim 1, wherein the first control and the second control are switched at regular intervals.
前記インバータ制御部は、前記第三の温度検出器の検出値と第一の閾値との比較結果に基づいて、前記拘束通電制御の実施の有無を判定することを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の圧縮機駆動装置。A third temperature detector for detecting the temperature of the radiator for cooling the semiconductor switching element of the inverter main circuit,
The inverter control unit determines whether or not to perform the restraint energization control, based on a comparison result between a detection value of the third temperature detector and a first threshold value. The compressor drive device according to claim 1.
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