JP7114705B2 - モータ駆動装置及び冷凍サイクル適用機器 - Google Patents
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Description
本発明の1態様に係るモータ駆動装置は、回転子に永久磁石を有するN台(Nは2以上の整数)のモータに接続され、前記N台のモータを駆動可能なインバータと、前記N台のモータの内のA台(Aは、正の整数で、N未満)のモータと前記インバータとの接続状態を、接続及び切断との間で切り替える接続切替部と、前記インバータ及び前記接続切替部を制御する制御部とを備え、前記N台のモータを前記インバータに接続して、前記N台のモータを前記インバータで駆動している際に、前記A台のモータに異常が検知された場合には、前記接続切替部は、前記接続状態を前記切断に切り替え、前記インバータは、前記N台のモータのうち前記A台のモータを除く(N-A)台のモータを駆動し、前記インバータは、前記(N-A)台のモータを駆動する場合には、前記N台のモータを駆動する場合よりも、回転数を大きくし、前記制御部は、前記A台のモータの少なくとも1つの相電流の電流値が、予め定められた閾値よりも大きい場合に、前記A台のモータの異常を検知し、前記インバータに前記N台のモータが接続されており、前記N台のモータが回転数M(Mは、正の整数)を示す回転数指令値に従って回転している場合に、前記A台のモータで異常が検知されると、前記制御部は、前記接続状態を前記切断に切り替え、前記(N-A)台のモータの駆動を続け、前記(N-A)台のモータの回転数指令値を(M×N)÷(N-A)で算出することを特徴とする。
本発明の1態様に係るモータ駆動装置は、回転子に永久磁石を有するN台(Nは2以上の整数)のモータに接続され、前記N台のモータを駆動可能なインバータと、前記N台のモータの内のA台(Aは、正の整数で、N未満)のモータと前記インバータとの接続状態を、接続及び切断との間で切り替える接続切替部と、前記インバータ及び前記接続切替部を制御する制御部であって、前記N台のモータを回転数指令値に従って回転させる制御部とを備え、前記N台のモータを前記インバータに接続して、前記N台のモータを前記インバータで駆動している際に、前記A台のモータに異常が検知された場合には、前記接続切替部は、前記接続状態を前記切断に切り替え、前記インバータは、前記N台のモータのうち前記A台のモータを除く(N-A)台のモータを駆動し、前記インバータは、前記(N-A)台のモータを駆動する場合には、前記N台のモータを駆動する場合よりも、回転数を大きくし、前記制御部は、前記A台のモータの回転数の推定値である推定回転数と、前記(N-A)台のモータの回転数の推定値である推定回転数との差分が、予め定められた閾値よりも大きい場合に、前記A台のモータの回転数の推定値である推定回転数と、前記回転数指令値との差分が、前記(N-A)台のモータの回転数の推定値である推定回転数と、前記回転数指令値との差分よりも大きいときに、前記A台のモータの異常を検知し、前記インバータに前記N台のモータが接続されており、前記N台のモータが回転数M(Mは、正の整数)を示す回転数指令値に従って回転している場合に、前記A台のモータで異常が検知されると、前記制御部は、前記接続状態を前記切断に切り替え、前記(N-A)台のモータの駆動を続け、前記(N-A)台のモータの回転数指令値を(M×N)÷(N-A)で算出することを特徴とする。
図1は、実施の形態1のモータ駆動装置を示す概略図である。このモータ駆動装置は、第1及び第2の永久磁石同期モータ41及び42を駆動するためのものである。以下では、「永久磁石同期モータ」を単に「モータ」と言うことがある。
平滑部3は、コンデンサ等で構成され、整流器2からの直流電力を平滑してインバータ4に供給する。
インバータ4の出力には、第1のモータ41と、第2のモータ42とが並列に接続されている。
半導体スイッチング素子の寄生ダイオードを還流ダイオードとして用いてもよい。MOSFETの場合は、環流のタイミングでMOSFETをON状態とすることにより、還流ダイオードと同様の機能を実現することが可能である。
入力電圧検出部7は、インバータ4の入力電圧(直流母線電圧)Vdcを検出する。
同様に、インバータ電流の検出には、抵抗の両端電圧から電流を算出する構成の代わりに、カレントトランス又はホール素子等を用いてもよい。
図示のように、制御部10は、運転指令部101と、減算部102と、座標変換部103、104と、速度推定部105、106と、積分部107、108と、電圧指令生成部109と、脈動補償制御部110と、座標変換部111と、PWM信号生成部112と、モータ異常検知部113とを有する。
これは、第1のモータ41の相電流iu_m,iv_m,iw_mと第2のモータ42の相電流iu_sl,iv_sl,iw_slの和がインバータの相電流iu_all、iv_all、iw_allに等しいという関係を利用したものである。
同様に、第2のモータ速度推定部106は、dq軸電流id_sl、iq_sl及び後述のdq軸電圧指令値vd *、vq *に基づいて第2のモータ42の回転数推定値ωslを求める。
同様に、積分部108は、第2のモータ42の回転数推定値ωslを積分することで、第2のモータ42の位相推定値θslを求める。
θf=tan-1(vq */vd *)
により得られる進み位相角θfを、第1のモータ41の位相推定値θmに加算することで得られる。
PWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNは、インバータ4に供給され、スイッチング素子の制御に用いられる。
誤差が発生すると第2のモータ42の電流脈動が発生し、第2のモータ42の脱調又は過大電流による発熱による損失悪化のおそれがある。さらに、過大電流に応じて回路遮断が行われて、モータが停止し、負荷の駆動ができなくなるおそれがある。
まず、第1のモータ41の異常は、第1のモータ41の回転数の異常、第2のモータ42の異常は、第2のモータ42の回転数の異常となって表れるため、モータ異常検知部113は、第1のモータ41の回転数及び第2のモータ42の回転数を監視することで、第1のモータ41及び第2のモータ42の異常を検知すればよい。
例えば、モータ異常検知部113は、第1のモータ41の相電流iu_m、iv_m、iw_mから過電流が検出された場合、言い換えると、第1のモータ41の相電流iu_m、iv_m、iw_mの何れかの電流値が、予め定められた閾値を超えた場合に、第1のモータ41に異常があると検知することができる。また、モータ異常検知部113は、第2のモータ42の相電流iu_sl,iv_sl,iw_slから過電流が検出された場合、言い換えると、第2のモータ42の相電流iu_sl,iv_sl,iw_slの何れかの電流値が、予め定められた閾値を超えた場合に、第2のモータ42に異常があると検知することができる。なお、上述のように、第2のモータ42の相電流iu_sl,iv_sl,iw_slは、インバータ電流からiu_all、iv_all、iw_allから、第1のモータ41の相電流iu_m、iv_m、iw_mを減算することで求めることができる。
一方、運転指令部101は、第2のモータ42で異常が検知された場合には、開閉部9を開放するように、接続切替部8に切替制御信号Swを送る。これにより、正常な第1のモータ41の運転は継続される。
第1の利用例では、実施の形態1のモータ駆動装置は、冷凍サイクル適用機器としての空気調和機の室外機に利用されている。
図示されているように、一台のインバータ4に、第1のファンモータ41#1と第2のファンモータ42#1とが接続されており、別のインバータ11に圧縮機モータ12が接続されている。
ここで、図1に示されている第1のモータ41が、第1のファンモータ41#1として利用されており、第2のモータ42が、第2のファンモータ42#1として利用されている。
第2のファンモータ42#1に異常が検知された場合、制御部10は、開閉部9を開放して、第2のファンモータ42#1を停止する。この場合、制御部10は、第1のファンモータ41#1の回転数を上昇させつつ、圧縮機モータ12の回転数も上昇させる。これにより、熱交換効率を大きくし、正常である第1のファンモータ41#1だけを動かし続けても、第2のファンモータ42#1の停止前に比べて空調温度を大きく変化させないことが可能となる。また、第1のファンモータ41#1の回転数が最大回転数で限界を迎えても、圧縮機モータ12の回転数を上げることで熱交換効率を上げることができる。
第2の利用例では、実施の形態1のモータ駆動装置は、空気調和機の室外機に利用されている。
図示されているように、一台のインバータ4に第1の圧縮機モータ41#2と第2の圧縮機モータ42#2とが接続されており、別のインバータ11にファンモータ13が接続されている。
なお、別のインバータ11も、周知の技術により、制御部10で制御されているものとする。ここで、図1に示されている第1のモータ41が、第1の圧縮機モータ41#2として利用されており、第2のモータ42が、第2の圧縮機モータ42#2として利用されている。
第2の圧縮機モータ42#2に異常が検知された場合、制御部10は、開閉部9を開放して、第2の圧縮機モータ42#2を停止する。この場合、制御部10は、第1の圧縮機モータ41#2の回転数を上昇させつつ、ファンモータ13の回転数も上昇させる。これにより、熱交換効率を大きくし、正常である第1の圧縮機モータ41#2だけを動かし続けても、第2の圧縮機モータ42#2の停止前に比べて空調温度を大きく変化させないことが可能となる。また、第1の圧縮機モータ41#2の回転数が最大回転数で限界を迎えても、ファンモータ13の回転数を上げることで熱交換効率を上げることができる。
第3の利用例では、実施の形態1のモータ駆動装置は、空気調和機の室外機に利用されている。
図示されているように、一台のインバータ4に第1のファンモータ41#1と第2のファンモータ42#1とが接続されている。
また、一台のインバータ4#に第1の圧縮機ファンモータ41#2と第2の圧縮機モータ42#2とが接続されている。
開閉部9が開状態の場合、インバータ4は第1のモータ41のみに電圧を出力するため、第1のモータ41のみが回転駆動する。第1のモータ41の駆動中に開閉部9を閉じた場合、同期モータである第2のモータ42は、停止状態であるため、インバータ4が出力する交流電圧に追従できずに起動できないおそれがある。そのため、運転指令部101は、第1のモータ41の回転数を十分に低下させて開閉部9を閉じるか、又は、第1のモータ41を一度停止させて開閉部9を閉じて、第2のモータ42を起動させることにより、第2のモータ42を再起動することが可能となる。
第2のモータ42を駆動している状態で開閉部9を開状態とすると、電流が流れる経路が遮断されるために、第2のモータ42のインダクタンスと流れている電流とに応じた電圧が発生し、開閉部9を故障させるおそれがある。また、開閉部9に機械式のリレーを用いている場合には、電流が流れている状態で開状態又は閉状態とすると、アーク放電による接点溶着を招くおそれがある。そのため、運転指令部101は、電圧指令生成部109に指示することで、第2のモータ42の回転数を十分に低下させた状態(停止を含む)で、開閉部9を開状態とするか、第2のモータ42に流れる電流をゼロ又はゼロに近い値に制御した状態、言い換えると、第2のモータ42に流れる電流が、予め定められた閾値以下となるような状態で、開閉部9を開状態とすることで、以上の懸念を回避することが可能となる。
図7は、実施の形態2のモータ駆動装置を示す概略図である。
図示のモータ駆動装置は、整流器2と、平滑部3と、インバータ4と、インバータ電流検出部5と、モータ電流検出部6と、入力電圧検出部7と、接続切替部15と、制御部16とを備える。
図7に示されているモータ駆動装置は、接続切替部15及び制御部16を除いて、図1に示されているモータ駆動装置と同様に構成されている。
開閉部9は、実施の形態1と同様であり、第2のモータ42とインバータ4とを接続したり切り離したりすることが可能である。
開閉部14は、第1のモータ41とインバータ4とを接続したり切り離したりすることが可能である。
開閉部9,14の開閉により同時に運転されるモータの台数を切替えることができる。
図示のように、制御部16は、運転指令部201と、減算部102と、座標変換部103、104と、速度推定部105、106と、積分部107、108と、電圧指令生成部109と、脈動補償制御部110と、座標変換部111と、PWM信号生成部112と、モータ異常検知部113とを有する。
図8に示されている制御部16は、運転指令部201を除いて、図2に示されている制御部10と同様に構成されている。
例えば、運転指令部201は、第1のモータ41及び第2のモータ42を駆動している際に、モータ異常検知部113が、第1のモータ41の異常を検知した場合には、接続切替部15に切替制御信号Sw1を送り、開閉部14を開状態にさせる。
また、運転指令部201は、第1のモータ41及び第2のモータ42を駆動している際に、モータ異常検知部113が、第2のモータ42の異常を検知した場合には、接続切替部15に切替制御信号Sw2を送り、開閉部9を開状態にさせる。
第1の利用例では、実施の形態2のモータ駆動装置は、空気調和機の室外機に利用されている。
図示されているように、一台のインバータ4に、第1のファンモータ41#1と第2のファンモータ42#1とが接続されており、別のインバータ11に圧縮機モータ12が接続されている。
ここで、図7に示されている第1のモータ41が、第1のファンモータ41#1として利用されており、第2のモータ42が、第2のファンモータ42#1として利用されている。
また、第2のファンモータ42#1に異常が検知された場合、制御部16は、開閉部9を開放して、第2のファンモータ42#1を停止する。この場合、制御部16は、第1のファンモータ41#1の回転数を上昇させつつ、圧縮機モータ12の回転数も上昇させる。
第2の利用例では、実施の形態2のモータ駆動装置は、空気調和機の室外機に利用されている。
図示されているように、一台のインバータ4に第1の圧縮機モータ41#2と第2の圧縮機モータ42#2とが接続されており、別のインバータ11にファンモータ13が接続されている。
なお、別のインバータ11も、周知の技術により、制御部16で制御されているものとする。ここで、図7に示されている第1のモータ41が、第1の圧縮機モータ41#2として利用されており、第2のモータ42が、第2の圧縮機モータ42#2として利用されている。
また、第2の圧縮機モータ42#2に異常が検知された場合、制御部16は、開閉部9を開放して、第2の圧縮機モータ42#2を停止する。この場合、制御部16は、第1の圧縮機モータ41#2の回転数を上昇させつつ、ファンモータ13の回転数も上昇させる。
第3の利用例では、実施の形態2のモータ駆動装置は、空気調和機の室外機に利用されている。
図示されているように、一台のインバータ4に第1のファンモータ41#1と第2のファンモータ42#1とが接続されている。
また、一台のインバータ4#に第1の圧縮機ファンモータ41#2と第2の圧縮機モータ42#2とが接続されている。
実施の形態3では、冷凍サイクル適用機器としてのヒートポンプ装置の回路構成の一例について説明する。
図12は、実施の形態3に係るヒートポンプ装置900の回路構成図である。
図13は、図12に示すヒートポンプ装置900の冷媒の状態についてのモリエル線図である。図13において、横軸は比エンタルピ、縦軸は冷媒圧力を示す。
そして、熱交換器907で加熱された冷媒は、レシーバ904でさらに加熱され(図13の点8)、圧縮機901に吸入される。
中間圧まで圧縮、加熱された冷媒(図13の点11)に、インジェクション冷媒(図13の点10)が合流して、温度が低下する(図13の点12)。
そして、温度が低下した冷媒(図13の点12)が、さらに圧縮、加熱され高温高圧となり、吐出される(図13の点1)。
ここで、膨張機構911の開度は、マイクロコンピュータ等で構成された制御部により電子制御される。
そして、熱交換器902で加熱された冷媒は、レシーバ904でさらに加熱され(図13の点8)、圧縮機901に吸入される。
圧縮機901内での圧縮動作については、暖房運転時と同様である。
また、水回路913は、水が循環する回路ではなく、他の流体が循環する回路であってもよい。
図14に示されているように、インバータ4には、第1のモータ41、第2のモータ42及び第3のモータ43が接続されている。そして、第3のモータ43とインバータ4との間に、開閉部9と同様の開閉部17が設けられている。このため、接続切替部18は、2つの開閉部9、17を備えている。
但し、停止したモータを駆動していた回転数を、他のモータに割り振った後に、他のモータの回転数が、そのモータの最大回転数を超える場合には、インバータは、最大回転数でそのモータを駆動することで、そのモータの故障等を防止することができる。
Claims (11)
- 回転子に永久磁石を有するN台(Nは2以上の整数)のモータに接続され、前記N台のモータを駆動可能なインバータと、
前記N台のモータの内のA台(Aは、正の整数で、N未満)のモータと前記インバータとの接続状態を、接続及び切断との間で切り替える接続切替部と、
前記インバータ及び前記接続切替部を制御する制御部と
を備え、
前記N台のモータを前記インバータに接続して、前記N台のモータを前記インバータで駆動している際に、前記A台のモータに異常が検知された場合には、前記接続切替部は、前記接続状態を前記切断に切り替え、前記インバータは、前記N台のモータのうち前記A台のモータを除く(N-A)台のモータを駆動し、
前記インバータは、前記(N-A)台のモータを駆動する場合には、前記N台のモータを駆動する場合よりも、回転数を大きくし、
前記制御部は、前記A台のモータの回転数の推定値である推定回転数と、前記A台のモータの回転数の指令値である回転数指令値との差分が、予め定められた閾値よりも大きい場合に、前記A台のモータの異常を検知し、
前記インバータに前記N台のモータが接続されており、前記N台のモータが回転数M(Mは、正の整数)を示す回転数指令値に従って回転している場合に、前記A台のモータで異常が検知されると、前記制御部は、前記接続状態を前記切断に切り替え、前記(N-A)台のモータの駆動を続け、前記(N-A)台のモータの回転数指令値を(M×N)÷(N-A)で算出すること
を特徴とするモータ駆動装置。 - 回転子に永久磁石を有するN台(Nは2以上の整数)のモータに接続され、前記N台のモータを駆動可能なインバータと、
前記N台のモータの内のA台(Aは、正の整数で、N未満)のモータと前記インバータとの接続状態を、接続及び切断との間で切り替える接続切替部と、
前記インバータ及び前記接続切替部を制御する制御部と
を備え、
前記N台のモータを前記インバータに接続して、前記N台のモータを前記インバータで駆動している際に、前記A台のモータに異常が検知された場合には、前記接続切替部は、前記接続状態を前記切断に切り替え、前記インバータは、前記N台のモータのうち前記A台のモータを除く(N-A)台のモータを駆動し、
前記インバータは、前記(N-A)台のモータを駆動する場合には、前記N台のモータを駆動する場合よりも、回転数を大きくし、
前記制御部は、前記A台のモータの少なくとも1つの相電流の電流値が、予め定められた閾値よりも大きい場合に、前記A台のモータの異常を検知し、
前記インバータに前記N台のモータが接続されており、前記N台のモータが回転数M(Mは、正の整数)を示す回転数指令値に従って回転している場合に、前記A台のモータで異常が検知されると、前記制御部は、前記接続状態を前記切断に切り替え、前記(N-A)台のモータの駆動を続け、前記(N-A)台のモータの回転数指令値を(M×N)÷(N-A)で算出すること
を特徴とするモータ駆動装置。 - 回転子に永久磁石を有するN台(Nは2以上の整数)のモータに接続され、前記N台のモータを駆動可能なインバータと、
前記N台のモータの内のA台(Aは、正の整数で、N未満)のモータと前記インバータとの接続状態を、接続及び切断との間で切り替える接続切替部と、
前記インバータ及び前記接続切替部を制御する制御部であって、前記N台のモータを回転数指令値に従って回転させる制御部と
を備え、
前記N台のモータを前記インバータに接続して、前記N台のモータを前記インバータで駆動している際に、前記A台のモータに異常が検知された場合には、前記接続切替部は、前記接続状態を前記切断に切り替え、前記インバータは、前記N台のモータのうち前記A台のモータを除く(N-A)台のモータを駆動し、
前記インバータは、前記(N-A)台のモータを駆動する場合には、前記N台のモータを駆動する場合よりも、回転数を大きくし、
前記制御部は、前記A台のモータの回転数の推定値である推定回転数と、前記(N-A)台のモータの回転数の推定値である推定回転数との差分が、予め定められた閾値よりも大きい場合に、前記A台のモータの回転数の推定値である推定回転数と、前記回転数指令値との差分が、前記(N-A)台のモータの回転数の推定値である推定回転数と、前記回転数指令値との差分よりも大きいときに、前記A台のモータの異常を検知し、
前記インバータに前記N台のモータが接続されており、前記N台のモータが回転数M(Mは、正の整数)を示す回転数指令値に従って回転している場合に、前記A台のモータで異常が検知されると、前記制御部は、前記接続状態を前記切断に切り替え、前記(N-A)台のモータの駆動を続け、前記(N-A)台のモータの回転数指令値を(M×N)÷(N-A)で算出すること
を特徴とするモータ駆動装置。 - 前記制御部は、前記(M×N)÷(N-A)で算出される値が最大回転数を超える場合には、前記最大回転数を前記(N-A)台のモータの回転数指令値とすること
を特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載のモータ駆動装置。 - 前記接続切替部はワイドバンドギャップ半導体で構成されること
を特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載のモータ駆動装置。 - 前記接続切替部は電磁接触器で構成されること
を特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載のモータ駆動装置。 - 前記インバータを構成するスイッチング素子又は環流ダイオードはワイドバンドギャップ半導体で構成されること
を特徴とする請求項1から6の何れか一項に記載のモータ駆動装置。 - 請求項1から7の何れか一項に記載のモータ駆動装置を備える冷凍サイクル適用機器。
- 前記冷凍サイクル適用機器の熱交換器がN個の部分を有し、
前記N台のモータの各々が前記N個の部分の各々に対応して設けられており、
前記冷凍サイクル適用機器の負荷に応じて、前記N個の部分のうちの熱交換動作を行う部分が切り替えられ、
前記N台のモータの各々は、対応する、前記熱交換器の部分が熱交換動作を行うときに前記インバータにより駆動されること
を特徴とする請求項8に記載の冷凍サイクル適用機器。 - 前記N台のモータは、前記N個の部分に対応して設けられているN個のファンを回転させるために用いられること
を特徴とする請求項9に記載の冷凍サイクル適用機器。 - 前記冷凍サイクル適用機器がN個の圧縮機を有し、
前記N台のモータの各々が前記N個の圧縮機の各々に対応して設けられており、
前記冷凍サイクル適用機器の負荷に応じて、前記N個の圧縮機のうちの圧縮動作を行う圧縮機が切り替えられ、
前記N台のモータの各々は対応する、前記N個の圧縮機の各々が圧縮動作を行うときに前記インバータにより駆動されること
を特徴とする請求項8に記載の冷凍サイクル適用機器。
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