JP7260814B2 - モータ駆動装置および冷却装置 - Google Patents
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Description
モータ(30)と、400ボルト級の交流電源の電圧を前記電圧の実効値よりも低い実効値の電圧に変換して前記モータ(30)に供給する電力変換装置(10)と、前記電力変換装置(10)が前記モータ(30)に供給する電圧を制御する制御装置(40)と、を備え、前記電力変換装置(10)は、スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)のスイッチング動作によって電圧を変換するように構成され、前記モータ(30)におけるd軸インダクタンスをLd、前記モータ(30)の鎖交磁束をφ、前記モータ(30)が実装された機器における前記モータ(30)の最大出力をPmaxと定義すると、実効値電圧Vx=200ボルトに対して、前記モータ(30)は、φ×Vx/Ldの値がPmaxよりも大きく構成され、前記制御装置(40)は、実効値電圧Vxよりも高い実効値電圧を前記モータ(30)に印可する制御モードを備えていることを特徴とするモータ駆動装置である。
本開示のモータ駆動装置は、冷媒回路の圧縮機用のモータを駆動するために用いられている。この冷媒回路は、オイル冷却装置に組み込まれている。オイル冷却装置は、工作機械などのオイルの温度をコントロールする。
図1に示すように、冷媒回路(60)は、圧縮機(61)、アキュムレータ(62)、凝縮器(63)、膨張弁(64)、蒸発器(65)、及びバイパス弁(67)を備えている。冷媒回路(60)では、これらの構成要素が図1に示すように接続されている。冷媒回路(60)は、閉回路である。冷媒回路(60)には、冷媒が熱媒体として封入されている。冷媒回路(60)では、圧縮機(61)の運転に伴って、冷媒が循環する。冷媒の循環によって、冷媒回路(60)では、冷凍サイクルが行われる。
冷却油回路(70)は、熱交換器(71)、及びポンプ(72)を備えている。冷却油回路(70)は、熱交換器(71)と工作機とを繋ぐ配管を備えている。ポンプ(72)は、配管の途中に設けられている。ポンプ(72)は、工作機械と熱交換器(71)との間で、オイル(被冷却体)を循環させる。熱交換器(71)は、蒸発器(65)の冷媒とオイルとを熱交換させる。
図2は、電力変換装置(10)の構成を示すブロック図である。電力変換装置(10)は、スイッチング素子のスイッチング動作によって電圧を変換するように構成されている。電力変換装置(10)は、図2に示すように、コンバータ回路(11)、直流リンク部(12)、及びインバータ回路(13)を備えている。
モータ(30)は、IPMモータ(Interior Permanent Magnet Motor)である。より詳しくは、モータ(30)は、d軸インダクタンスLdよりもq軸インダクタンスLqが大きい埋め込み磁石構造の同期モータである。
〈制御装置〉
制御装置(40)は、マイクロコンピュータと、それを動作させるプログラムが格納されたメモリディバイスとを備えている(何れも図示は省略)。制御装置(40)、モータ(30)、及び電力変換装置(10)によってモータ駆動装置(50)が構成される。
モータ駆動装置(50)では、オイル冷却装置(1)の仕向地の電源電圧によって、モータ(30)の制御が異なる。以下では、交流電源(20)が400V級(例えば380V,400V,415V,440V,460V,480V等の商用電源)の場合と、200V級(例えば200V,220V,230V,240Vの商用電源)の場合とに分けてモータ駆動装置(50)の運転を説明する。
図3に200V機の運転エリアを示す。図3の上段のグラフでは、横軸がモータ(30)の回転速度、縦軸が、インバータ回路(13)の出力電圧(単位:V)である。図3の下段のグラフでは、横軸がモータ(30)の回転速度、縦軸がモータ電流である。
図4に400V機の運転エリアを示す。図4の上段のグラフでは、横軸がモータ(30)の回転速度、縦軸がインバータ回路(13)の出力電圧(単位:V)である。図4の下段のグラフでは、横軸がモータ(30)の回転速度、縦軸がモータ電流である。
オイルの温度によっては、オイル冷却装置(1)の冷却能力を低く抑えたい場合がある。冷却能力を抑える手法としては、モータ(30)の回転速度を低下させることが考えられる。この場合、要求される冷却能力によっては、圧縮機(61)に要求される動作点が圧縮機(61)の運転可能領域を外れてしまうことも考えられる。ここでは、「運転可能領域」とは、圧縮機(61)が壊れない、かつ、センサレス制御が安定して動作する領域のことを意味する。「センサレス制御」とは、センサを用いずにモータ(30)の回転子の回転方向位置を推定し、その推定に基づいてモータ(30)の制御を行う技術である。
モータ駆動装置(50)では、モータ(30)の仕様が式1を満足している。式1を満足していると、モータ(30)に対して200V以上の実効値電圧を印可する場合においても弱め磁束制御を行う必要がない。換言すると、モータ駆動装置(50)では、400V級の電源の下でモータを駆動するモータ駆動装置において、モータ電流を抑制することができる。モータ電流を抑制できると、インバータ回路(13)用の冷却装置(スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)のヒートシンク等)やモータ用の冷却部材の小型化が可能になる。
モータ駆動装置(50)は、オイル冷却装置(1)以外の装置に用いてもよい。例えば、居室、倉庫、輸送用コンテナ等の空気調和装置に用いてもよい。換言すると、被冷却体は、オイル(液体)には限定されない。
10 電力変換装置
30 モータ
40 制御装置
50 モータ駆動装置
60 冷媒回路
61 圧縮機
63 凝縮器(熱交換器)
66 バイパス流路(流路)
67 バイパス弁(弁)
Claims (6)
- モータ(30)と、
400ボルト級の交流電源の電圧を前記電圧の実効値よりも低い実効値の電圧に変換して前記モータ(30)に供給する電力変換装置(10)と、
前記電力変換装置(10)が前記モータ(30)に供給する電圧を制御する制御装置(40)と、
を備え、
前記電力変換装置(10)は、スイッチング素子(Su,Sv,Sw,Sx,Sy,Sz)のスイッチング動作によって電圧を変換するように構成され、
前記モータ(30)におけるd軸インダクタンスをLd、前記モータ(30)の鎖交磁束をφ、前記モータ(30)が実装された機器における前記モータ(30)の最大出力をPmaxと定義すると、
実効値電圧Vx=200ボルトに対して、前記モータ(30)は、φ×Vx/Ldの値がPmaxよりも大きく構成され、
前記制御装置(40)は、実効値電圧Vxよりも高い実効値電圧を前記モータ(30)に印可する制御モードを備えていることを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1において、
前記モータ(30)は、d軸インダクタンスLdよりもq軸インダクタンスLqが大きい埋め込み磁石構造の同期モータであることを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記制御装置(40)は、
前記モータ(30)における同相の巻線間の電圧、前記モータ(30)における異なる相の巻線間の電圧、及び前記モータ(30)における各相の巻線とアースとの間の電圧が、前記モータ(30)における部分放電の開始の電圧未満になるように、前記スイッチング動作を制御することを特徴とするモータ駆動装置。 - 請求項1から請求項3の何れかのモータ駆動装置(50)を用いた圧縮機(61)によって冷媒が循環して冷凍サイクルを行う冷媒回路(60)を備え、
前記冷媒との熱交換によって被冷却体を冷却することを特徴とする冷却装置。 - 請求項4において、
前記冷媒回路(60)には、
前記圧縮機の吐出側に熱交換器(63)と、
前記熱交換器(63)をバイパスして前記冷媒を流す流路(66)とが設けられ、
前記流路の途中には弁(67)が設けられていることを特徴とする冷却装置。 - 請求項4または請求項5において、
前記被冷却体は、液体であることを特徴とする冷却装置。
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