JP7338071B2 - motor drive - Google Patents

motor drive Download PDF

Info

Publication number
JP7338071B2
JP7338071B2 JP2022548302A JP2022548302A JP7338071B2 JP 7338071 B2 JP7338071 B2 JP 7338071B2 JP 2022548302 A JP2022548302 A JP 2022548302A JP 2022548302 A JP2022548302 A JP 2022548302A JP 7338071 B2 JP7338071 B2 JP 7338071B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
switch
motor
inverter
phase
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
JP2022548302A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2022054181A1 (en
Inventor
正樹 金森
洋平 久保田
慶一 加藤
健太 山本
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.)
Toshiba Carrier Corp
Original Assignee
Toshiba Carrier 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 Toshiba Carrier Corp filed Critical Toshiba Carrier Corp
Publication of JPWO2022054181A1 publication Critical patent/JPWO2022054181A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7338071B2 publication Critical patent/JP7338071B2/en
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
    • H02P25/18Arrangements 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 with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays

Description

本発明は、互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータを駆動するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device for driving a motor having a plurality of phase windings that are not connected to each other.

空気調和機等の冷凍サイクル装置に搭載される圧縮機の駆動モータとして、複数の相巻線を有する永久磁石同期モータが使用される。また、複数の相巻線を互いに非接続状態とした構成のオープン巻線モータ(Open-Winding Motor)が知られている。 A permanent magnet synchronous motor having a plurality of phase windings is used as a drive motor for a compressor mounted in a refrigeration cycle apparatus such as an air conditioner. Also known is an open-winding motor in which a plurality of phase windings are disconnected from each other.

このオープン巻線モータ(モータと略称する)を駆動するモータ駆動装置は、モータの各相巻線の一端への通電を制御する第1インバータ、モータの各相巻線の他端への通電を制御する第2インバータ、各相巻線の他端の相互間に接続される開閉器を備え、この開閉器の閉成により各相巻線をスター結線(星形結線ともいう)して第1インバータを単独でスイッチングするスター結線モード、及び開閉器の開放により各相巻線を非接続状態として第1および第2インバータを互いに連係してスイッチングするオープン巻線モードを、選択的に設定する。オープン巻線モードの設定によりモータを高回転数で駆動することができ、低回転数域でのスター結線モードの設定によりモータを高効率で駆動することができ、よって高回転数から低回転数まで幅広い運転範囲にわたりモータをできるだけ効率よく駆動することが可能となる。これによりモータの運転範囲の拡大とモータ駆動装置の効率向上を両立させることができると期待されている。 A motor driving device for driving this open-winding motor (abbreviated as a motor) includes a first inverter that controls energization to one end of each phase winding of the motor, and a first inverter that controls energization to the other end of each phase winding of the motor. A second inverter to be controlled has a switch connected between the other ends of the windings of each phase. A star connection mode in which the inverter is switched independently, and an open winding mode in which the first and second inverters are switched in conjunction with each other with each phase winding disconnected by opening the switch are selectively set. By setting the open winding mode, the motor can be driven at a high rotation speed, and by setting the star connection mode in the low rotation speed range, the motor can be driven with high efficiency, so that the motor can be driven from high rotation speed to low rotation speed. It is possible to drive the motor as efficiently as possible over a wide operating range. As a result, it is expected that both the expansion of the operating range of the motor and the improvement of the efficiency of the motor driving device can be achieved.

スター結線モードとオープン巻線モードを切替える開閉器として、スター結線モードでの駆動電流が流れる際の抵抗を小さくするために機械式の開閉接点を有するリレーを使用することが望ましい。 As a switch for switching between the star connection mode and the open winding mode, it is desirable to use a relay having a mechanical open/close contact in order to reduce the resistance when the drive current flows in the star connection mode.

また、モータ駆動中にリレーの開閉接点に電圧が加わった状態でその開閉接点を開閉すると、開閉接点の両端間にサージ電圧やアークが発生し、リレーの寿命に悪影響を与える。そこで、モータ駆動中にリレーを切替える場合は、リレーの開閉接点の両端間に電位差が生じないようにする疑似中性点動作を第1および第2インバータのスイッチングにより実行し、その疑似中性点動作の最中にリレーを切替える。これにより開閉接点の両端間に電位差がない状態でリレーを切替えることができ、リレーの長寿命化が図れる。 In addition, if the switching contact of the relay is opened and closed while voltage is applied to the switching contact while the motor is being driven, a surge voltage or an arc is generated across the switching contact, adversely affecting the life of the relay. Therefore, when the relay is switched while the motor is running, a quasi-neutral point operation is performed by switching the first and second inverters so as not to generate a potential difference across the open/close contacts of the relay, and the quasi-neutral point Switch relays during operation. As a result, the relay can be switched in a state where there is no potential difference between both ends of the open/close contact, and the service life of the relay can be extended.

特許第4804381号Patent No. 4804381 特開2019-62726号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-62726

ところが、本願発明者が種々の試験を行った結果、上記疑似中性点動作の実行中にリレーを切替えた際に、極めて低い確率ではあるが、リレーの開閉接点の開閉タイミングとインバータのスイッチング動作のタイミングとの組み合わせにより、上記インバータのいずれかのスイッチング素子に破壊が生じるという問題があることが分かった。機械式のリレーは電磁コイルの吸引力によって開閉接点を動かす機械的な動きを伴うものであるため、開閉接点の開閉タイミングを厳密に制御することができず、上記問題への適切な解決法が模索された。 However, as a result of various tests conducted by the inventors of the present application, when switching the relay during the execution of the pseudo neutral point operation, although the probability is extremely low, the opening/closing timing of the opening/closing contact of the relay and the switching operation of the inverter It has been found that there is a problem that one of the switching elements of the inverter is destroyed due to the combination with the timing of . Mechanical relays are accompanied by mechanical movement that moves the opening and closing contacts by the attractive force of the electromagnetic coil, so it is not possible to strictly control the opening and closing timing of the opening and closing contacts, and the appropriate solution to the above problem is explored.

本発明の実施形態の目的は、リレーを使用して、スター結線モードとオープン巻線モードを切替えてもインバータのスイッチング素子の破壊を防止できるモータ駆動装置を提供することである。 An object of embodiments of the present invention is to provide a motor drive device that can prevent damage to switching elements of an inverter even when switching between a star connection mode and an open winding mode using a relay.

請求項1は、互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータのモータ駆動装置であって、上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の一端に接続される第1インバータと;上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の他端に接続される第2インバータと;前記各相巻線の他端の相互間に接続された機械式の開閉接点を有する開閉器と;前記開閉接点への通電路に挿入接続されたインピーダンス素子と;前記開閉器の作動に際し、前記第2インバータにおける前記各上側スイッチ素子と前記各下側スイッチ素子とを交互にオン,オフする疑似中性点動作を実行するコントローラと;を備える。前記各相巻線の他端と前記開閉接点との接続間の通電路は、前記第1および第2インバータにおける前記スイッチ素子の両端電圧の急峻な変化を抑制して前記スイッチ素子の破壊を抑止するインピーダンス値を有する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a motor driving device for a motor having a plurality of phase windings that are not connected to each other, comprising a plurality of series circuits of an upper switching element and a lower switching element. a first inverter in which the interconnection point of the side switch elements is connected to one end of each phase winding; and a plurality of series circuits of the upper switch elements and the lower switch elements, wherein the upper switch elements and the lower switch elements in the series circuits. a second inverter in which an element interconnection point is connected to the other end of each phase winding; a switch having a mechanical switching contact connected between the other ends of each phase winding; an impedance element inserted and connected to a current-carrying path to the switching contact; and a quasi-neutral element that alternately turns on and off each of the upper switching elements and the lower switching elements in the second inverter when the switch operates. a controller for performing point operations; The current path between the other end of each phase winding and the switching contact suppresses abrupt changes in the voltage across the switch element in the first and second inverters, thereby suppressing destruction of the switch element. has an impedance value that

図1は第1実施形態の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment; FIG. 図2は第1実施形態の制御を示すフローチャート。FIG. 2 is a flowchart showing control in the first embodiment; 図3は第1実施形態におけるオープン巻線モードからスター結線モードへの切替えに際し実行される疑似中性点動作および各リレーの動作を示すタイムチャート。FIG. 3 is a time chart showing quasi-neutral point operation and operation of each relay executed when switching from the open winding mode to the star connection mode in the first embodiment; 図4は第1実施形態におけるスター結線モードからオープン巻線モードへの切替えに際し実行される疑似中性点動作および各リレーの動作を示すタイムチャート。FIG. 4 is a time chart showing quasi-neutral point operation and operation of each relay executed when switching from the star connection mode to the open winding mode in the first embodiment; 図5は図3および図4の疑似中性点動作における各スイッチ素子のオン,オフを時間的に拡大して示すタイムチャート。FIG. 5 is a time chart showing ON/OFF of each switching element in the quasi-neutral point operation of FIGS. 図6は第2実施形態の構成を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment; 図7は第2実施形態の制御を示すフローチャート。FIG. 7 is a flowchart showing control of the second embodiment; 図8は第2実施形態におけるオープン巻線モードからスター結線モードへの切替えに際し実行される疑似中性点動作および各リレーの動作を示すタイムチャート。FIG. 8 is a time chart showing quasi-neutral point operation and operation of each relay executed when switching from the open winding mode to the star connection mode in the second embodiment; 図9は第2実施形態におけるスター結線モードからオープン巻線モードへの切替えに際し実行される疑似中性点動作および各リレーの動作を示すタイムチャート。FIG. 9 is a time chart showing quasi-neutral point operation and operation of each relay executed when switching from the star connection mode to the open winding mode in the second embodiment;

[1]第1実施形態
第1実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、3相交流電源1にモータ駆動回路2が接続され、そのモータ駆動回路2にモータ3およびコントローラ4が接続されている。
[1] First embodiment
A first embodiment will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a motor drive circuit 2 is connected to a three-phase AC power supply 1, and a motor 3 and a controller 4 are connected to the motor drive circuit 2. As shown in FIG.

モータ3は、互いに非接続状態の複数の相巻線Lu,Lv,Lwを有する圧縮機駆動用の三相永久磁石同期モータであり、相巻線Lu,Lv,Lwのそれぞれ両端となる6つの端子を備えるいわゆるオープン巻線モータ(Open-Winding Motor)である。 The motor 3 is a compressor-driving three-phase permanent magnet synchronous motor having a plurality of phase windings Lu, Lv, and Lw that are not connected to each other. It is a so-called open-winding motor with terminals.

モータ駆動回路2は、3相交流電源1に接続され、その3相交流電圧を直流電圧に変換し出力するコンバータ10、このコンバータ10の出力端とオープン巻線モータ1Mの相巻線Lu,Lv,Lwのそれぞれ一端となる3つの端子への通電を制御するインバータ(第1インバータ)20、およびコンバータ10の出力端とオープン巻線モータ1Mの相巻線Lu,Lv,Lwのそれぞれ他端となる3つの端子への通電を制御するインバータ(第2インバータ)30を含む。コンバータ10をインバータ20,30の共通の直流電源とするDCリンク共通方式を採用している。コンバータ10は全波整流器やPWMコンバータ等である。 A motor drive circuit 2 is connected to a three-phase AC power supply 1, and includes a converter 10 that converts the three-phase AC voltage into a DC voltage and outputs the DC voltage. , Lw, and the output end of the converter 10 and the other ends of the phase windings Lu, Lv, Lw of the open winding motor 1M. includes an inverter (second inverter) 30 that controls energization to the three terminals. A DC link common system in which the converter 10 is used as a common DC power supply for the inverters 20 and 30 is adopted. Converter 10 is a full-wave rectifier, a PWM converter, or the like.

インバータ20は、上側スイッチ素子Tu+と下側スイッチ素子Tu-を直列接続してコンバータ10の出力電圧が印加されるU相直列回路、上側スイッチ素子Tv+と下側スイッチ素子Tv-を直列接続してコンバータ10の出力電圧が印加されるV相直列回路、上側スイッチ素子Tw+と下側スイッチ素子Tw-を直列接続してコンバータ10の出力電圧が印加されるW相直列回路を含む三相インバータである。これら直列回路における上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+と下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-の相互接続点Au,Av,Awが相巻線Lu,Lv,Lwの一端にそれぞれ接続される。上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+と下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-は、IGBTであり、それぞれのスイッチ素子本体に逆並列接続された還流ダイオード(フリー・ホイール・ダイオードともいう)Dを含む。なお、スイッチ素子は、MOS-FET等の他の半導体スイッチ素子でも良い。 The inverter 20 is a U-phase series circuit to which the output voltage of the converter 10 is applied by connecting the upper switching element Tu+ and the lower switching element Tu- in series, and the upper switching element Tv+ and the lower switching element Tv- are connected in series. The three-phase inverter includes a V-phase series circuit to which the output voltage of the converter 10 is applied and a W-phase series circuit to which the output voltage of the converter 10 is applied by connecting the upper switching element Tw+ and the lower switching element Tw- in series. . Interconnection points Au, Av, and Aw of upper switching elements Tu+, Tv+, Tw+ and lower switching elements Tu-, Tv-, Tw- in these series circuits are connected to one ends of phase windings Lu, Lv, Lw, respectively. . The upper switching elements Tu+, Tv+, Tw+ and the lower switching elements Tu−, Tv−, Tw− are IGBTs, and free wheel diodes (also called free wheel diodes) D connected in anti-parallel to the respective switching element bodies. including. Note that the switch element may be another semiconductor switch element such as a MOS-FET.

インバータ30は、インバータ20と同じく、上側スイッチ素子Tu+と下側スイッチ素子Tu-を直列接続してコンバータ10の出力電圧が印加されるU相直列回路、上側スイッチ素子Tv+と下側スイッチ素子Tv-を直列接続してコンバータ10の出力電圧が印加されるV相直列回路、上側スイッチ素子Tw+と下側スイッチ素子Tw-を直列接続してコンバータ10の出力電圧が印加されるW相直列回路を含む。これら直列回路における上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+と下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-の相互接続点Bu,Bv,Bwが相巻線Lu,Lv,Lwの他端にそれぞれ接続される。このインバータ30における上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+と下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-も、例えばIGBTであり、それぞれのスイッチ素子本体に逆並列接続された還流ダイオードDを含む。 Like the inverter 20, the inverter 30 is a U-phase series circuit to which the output voltage of the converter 10 is applied by connecting the upper switching element Tu+ and the lower switching element Tu- in series, the upper switching element Tv+ and the lower switching element Tv-. are connected in series to receive the output voltage of the converter 10, and a W-phase series circuit to which the output voltage of the converter 10 is applied by connecting the upper switching element Tw+ and the lower switching element Tw− in series. . Interconnection points Bu, Bv, and Bw of upper switching elements Tu+, Tv+, Tw+ and lower switching elements Tu-, Tv-, Tw- in these series circuits are connected to the other ends of phase windings Lu, Lv, Lw, respectively. be. The upper switch elements Tu+, Tv+, Tw+ and the lower switch elements Tu-, Tv-, Tw- in the inverter 30 are also IGBTs, for example, and include free wheel diodes D connected in anti-parallel to the respective switch element bodies.

なお、インバータ20,30は、実際には、U相直列回路・V相直列回路・W相直列回路をブリッジ接続した主回路と、この主回路の各スイッチ素子を駆動する駆動回路などの周辺回路とを、単一のパッケージに収納したモジュールいわゆるIPM(Intelligent Power Module)であるが、全ての各スイッチ素子や駆動回路をディスクリート部品として構成してもよい。また、インバータ20,30はそれぞれ三相インバータであるが、単相インバータを三個使用してインバータ20,30をそれぞれ構成してもよい。 Note that the inverters 20 and 30 are actually composed of a main circuit in which a U-phase series circuit, a V-phase series circuit, and a W-phase series circuit are bridge-connected, and peripheral circuits such as a drive circuit for driving each switch element of the main circuit. and are housed in a single package, i.e., a so-called IPM (Intelligent Power Module), but all the switch elements and drive circuits may be configured as discrete parts. Moreover, although each of the inverters 20 and 30 is a three-phase inverter, each of the inverters 20 and 30 may be configured using three single-phase inverters.

モータ1Mの相巻線Luの他端と相巻線Lvの他端との相互間に、機械式の開閉接点を有する開閉器であるリレー12の常開形の開閉接点(リレー接点という)12aが通電路14u,14vを介して接続されている。通電路14uは、所定のインピーダンス値のインピーダンス成分Zuを含み、相巻線Luの他端とリレー接点12aの一端との間に存する。通電路14vは、所定のインピーダンス値のインピーダンス成分Zvを含み、相巻線Lvの他端とリレー接点12aの他端との間に存する。 Between the other end of the phase winding Lu and the other end of the phase winding Lv of the motor 1M, a normally open switching contact (referred to as a relay contact) 12a of a relay 12, which is a switch having a mechanical switching contact. are connected via electric paths 14u and 14v. The conducting path 14u includes an impedance component Zu having a predetermined impedance value, and exists between the other end of the phase winding Lu and one end of the relay contact 12a. The conducting path 14v includes an impedance component Zv having a predetermined impedance value, and exists between the other end of the phase winding Lv and the other end of the relay contact 12a.

モータ1Mの相巻線Lvの他端と相巻線Lwの他端との相互間に、機械式の開閉接点を有する開閉器たとえばリレー13の常開形の開閉接点(リレー接点という)13aが上記通電路14vおよび通電路14wを介して接続されている。通電路14vは、相巻線Lvの他端とリレー接点13aの一端との間に存する。通電路14wは、所定のインピーダンス値のインピーダンス成分Zwを含み、相巻線Lwの他端とリレー接点13aの他端との間に存する。なお、図1ではリレー12とリレー13と2つのリレーとして記載しているが、リレー12,13は同期して切り替えられるため、2接点を有する単一のリレーでも良い。 Between the other end of the phase winding Lv and the other end of the phase winding Lw of the motor 1M, there is a normally open switching contact (referred to as a relay contact) 13a of a switch having a mechanical switching contact, such as a relay 13. They are connected via the electric path 14v and the electric path 14w. The current-carrying path 14v exists between the other end of the phase winding Lv and one end of the relay contact 13a. The conducting path 14w includes an impedance component Zw having a predetermined impedance value, and exists between the other end of the phase winding Lw and the other end of the relay contact 13a. Although two relays, the relay 12 and the relay 13, are shown in FIG. 1, the relays 12 and 13 are synchronously switched, so a single relay having two contacts may be used.

通電路14u,14v,14wのインピーダンス成分Zu,Zv,Zwは、主にインダクタンス成分と抵抗成分からなり、流れる電流の周波数に比例してインピーダンス値が変化する。通電路14u,14v,14wとしては、所定のインピーダンス成分Zu,Zv,Zwを含む導通部材であればなんでもよく、例えば、ある程度の長さを有する配線部材(電線)や、コアを備えることなく電線を円形に巻いた空芯コイルでもよい。 The impedance components Zu, Zv, and Zw of the current-carrying paths 14u, 14v, and 14w mainly consist of an inductance component and a resistance component, and the impedance values change in proportion to the frequency of the flowing current. Any conductive member containing predetermined impedance components Zu, Zv, and Zw may be used as the current-carrying paths 14u, 14v, and 14w. An air-core coil wound in a circle may be used.

リレー12,13は、コントローラ4により、励磁電流の供給によるオン(付勢)と励磁電流の遮断によるオフ(消勢)が、同期して制御される。リレー12,13がオンするとリレー接点12a,13aが閉成し、相巻線Luの他端と相巻線Lvの他端がリレー接点12aおよび通電路14u,14vのインピーダンス成分Zu,Zvを介して相互接続されるとともに、相巻線Lvの他端と相巻線Lwの他端がリレー接点13aおよび通電路14v,14wのインピーダンス成分Zv,Zwを介して相互接続され、相巻線Lu,Lv,Lwがスター結線状態となる。リレー12,13がオフするとリレー接点12a,13aが開放し、相巻線Lu,Lv,Lwが非接続状態つまり電気的に分離したオープン巻線状態となる。 The relays 12 and 13 are synchronously controlled by the controller 4 so as to be turned on (energized) by supplying an exciting current and turned off (deenergized) by cutting off the exciting current. When the relays 12 and 13 are turned on, the relay contacts 12a and 13a are closed, and the other end of the phase winding Lu and the other end of the phase winding Lv are connected through the relay contact 12a and the impedance components Zu and Zv of the energization paths 14u and 14v. The other end of the phase winding Lv and the other end of the phase winding Lw are interconnected via the relay contact 13a and the impedance components Zv, Zw of the current paths 14v, 14w, and the phase windings Lu, Lv and Lw are in a star connection state. When the relays 12 and 13 are turned off, the relay contacts 12a and 13a are opened, and the phase windings Lu, Lv and Lw are in a non-connected state, that is, an electrically separated open winding state.

インバータ20と相巻線Lu,Lv,Lwの一端との間の3つの通電ラインに電流センサ11u,11v,11wが配置され、これら電流センサの出力信号がコントローラ4に送られる。電流センサ11u,11v,11wは、相巻線Lu,Lv,Lwに流れる電流(モータ電流という)Iu,Iv,Iwを検知する。 Current sensors 11u, 11v, and 11w are arranged in three conducting lines between the inverter 20 and one ends of the phase windings Lu, Lv, and Lw, and the output signals of these current sensors are sent to the controller 4 . The current sensors 11u, 11v, 11w detect currents (referred to as motor currents) Iu, Iv, Iw flowing through the phase windings Lu, Lv, Lw.

コントローラ4は、モータ3の回転速度Nが上位の外部装置、例えば空気調和機の制御装置から指令される目標回転速度Ntとなるようリレー接点12a,13aの開閉およびインバータ20,30のスイッチングをPWM制御するもので、主制御部40、電流検出部41、リレー駆動部42を含む。電流検出部41は、電流センサ11u,11v,11wで検知されるモータ電流Iu,Iv,Iwのそれぞれの瞬時値を検出する。リレー駆動部42は、主制御部40からの指令に応じてリレー12,13を駆動する。 The controller 4 performs PWM switching of the relay contacts 12a and 13a and the switching of the inverters 20 and 30 so that the rotation speed N of the motor 3 becomes the target rotation speed Nt commanded by a higher-level external device such as an air conditioner control device. It controls, and includes a main control section 40 , a current detection section 41 and a relay drive section 42 . The current detection unit 41 detects instantaneous values of the motor currents Iu, Iv and Iw detected by the current sensors 11u, 11v and 11w. A relay drive unit 42 drives the relays 12 and 13 according to commands from the main control unit 40 .

主制御部40は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路により構成され、リレー接点12a,13aの開放により相巻線Lu,Lv,Lwの他端を非接続状態としてインバータ20,30を互いに連係してスイッチングするオープン巻線モード、及びリレー接点12a,13aの閉成により相巻線Lu,Lv,Lwの他端を相互接続してインバータ20を単独でスイッチングするスター結線モードを、モータ電流Iu,Iv,Iwの値などに応じて選択的に設定する。例えば、モータ回転数Nが低くてモータ電流Iu,Iv,Iwが所定値未満となる低負荷時はスター結線モードを設定し、モータ回転数Nが上昇してモータ電流Iu,Iv,Iwの値が所定値以上となる高負荷時はオープン巻線モードを設定する。これによりモータの運転範囲全域で高効率が得られる。 The main control unit 40 is composed of a microcomputer and its peripheral circuits, and disconnects the other ends of the phase windings Lu, Lv, and Lw by opening the relay contacts 12a and 13a to link the inverters 20 and 30 for switching. and a star connection mode in which the other ends of the phase windings Lu, Lv, Lw are interconnected by closing the relay contacts 12a, 13a to switch the inverter 20 alone. It is selectively set according to the value of Iw. For example, when the motor speed N is low and the motor currents Iu, Iv, Iw are less than a predetermined value, the star connection mode is set, and the motor currents Iu, Iv, Iw values increase as the motor speed N increases. The open winding mode is set when the load is higher than a predetermined value. This provides high efficiency over the entire operating range of the motor.

また、主制御部40は、オープン巻線モードからスター結線モードへの切替えおよびスター結線モードからオープン巻線モードへの切替えに際し、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evwが零となるよう、インバータ30における各上側スイッチ素子と各下側スイッチ素子とをオン,オフデューティ50%で交互にオン,オフする疑似中性点動作を実行する。 In addition, the main control unit 40 causes the line voltages Euv and Evw applied to the relay contacts 12a and 13a to become zero when switching from the open winding mode to the star connection mode and from the star connection mode to the open winding mode. Thus, a quasi-neutral point operation is performed in which each upper switching element and each lower switching element in the inverter 30 are alternately turned on and off with an on/off duty of 50%.

さらに、主制御部40は、インバータ20,30の各直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子のオン,オフ駆動に際し、一方のスイッチ素子がオンすると追となる他方のスイッチ素子はオフする、相補的動作を行う。この際、上側スイッチ素子および下側スイッチ素子が同時にオンしないように、その上側スイッチ素子および下側スイッチ素子が共にオフするデッドタイムtdを確保する。 Further, when the upper switching element and the lower switching element in each series circuit of the inverters 20 and 30 are turned on and off, the main control unit 40 turns off the other switching element when one switching element turns on. Complementary action. At this time, a dead time td is ensured during which both the upper switching element and the lower switching element are turned off so that the upper switching element and the lower switching element are not turned on at the same time.

つぎに、コントローラ4の主制御部40が実行する主要な制御を図2のフローチャートを参照しながら説明する。フローチャート中のステップS1,S2…については単にS1,S2…と略称する。 Next, main control executed by the main control section 40 of the controller 4 will be described with reference to the flowchart of FIG. Steps S1, S2, . . . in the flowchart are abbreviated as S1, S2, .

オープン巻線モード時(S1のYES)、主制御部40は、スター結線モードへの切替えが必要か否かを監視する(S2)。スター結線モードへの切替えが不要な場合(S2のNO)、主制御部40は、上記S1の判定に戻り、オープン巻線モードの運転が継続される。 In the open winding mode (YES in S1), the main control unit 40 monitors whether switching to the star connection mode is necessary (S2). If switching to the star connection mode is unnecessary (NO in S2), the main control unit 40 returns to the determination in S1, and continues the operation in the open winding mode.

上位の外部装置からスター結線モードへの切替え要求が発生し、スター結線モードへの切替えが必要となった場合(S2のYES)、主制御部40は、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evwが零となるよう、インバータ30における上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+と下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-とを図3に示すようにオン,オフデューティ50%で交互にオン,オフする疑似中性点動作を実行する(S3)。 When a request to switch to the star connection mode is generated from a higher-level external device and it becomes necessary to switch to the star connection mode (YES in S2), the main control unit 40 controls the line voltage applied to the relay contacts 12a and 13a. The upper switching elements Tu+, Tv+, Tw+ and the lower switching elements Tu-, Tv-, Tw- in the inverter 30 are alternately turned on and off with an on/off duty of 50% as shown in FIG. 3 so that Euv and Evw become zero. A pseudo-neutral point operation of turning on and off is executed (S3).

この疑似中性点動作における上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+のオン,オフ動作と下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-のオン,オフ動作を理解しやすいように時間的に拡大して示したのが図5である。すなわち、主制御部40は、上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+のターンオンおよび下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-のターンオフに際し、コンバータ10の出力端に対する短絡回路の形成を回避するため、上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+および下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-が共にオフするデッドタイムtdを確保する。さらに、主制御部40は、下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-のターンオンおよび上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+のターンオフに際しても、コンバータ10の出力端に対する短絡回路の形成を回避するため、下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-および上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+が共にオフするデッドタイムtdを確保する。なお、デッドタイムtdの作成には種々の方式があるが、一般的には、オフすべき側のスイッチ素子は、指令のままのタイミングでオフし、これに相対するオンすべき側のスイッチ素子のオンタイミングを遅らせる遅延時間、すなわちデットタイムtd、を設けることが一般的である。このデットタイムtdは、効率面や波形成型の面からはできるだけ短くすることが望ましいが、スイッチ素子のオン,オフ過渡特性から最低限の必要な時間が決められる。 The on/off operations of the upper switching elements Tu+, Tv+, and Tw+ and the on/off operations of the lower switching elements Tu-, Tv-, and Tw- in this pseudo-neutral point operation are enlarged temporally for easy understanding. FIG. 5 shows this. That is, when the upper switching elements Tu+, Tv+, and Tw+ are turned on and the lower switching elements Tu−, Tv−, and Tw− are turned off, the main control unit 40 avoids forming a short circuit to the output terminal of the converter 10. A dead time td in which the upper switching elements Tu+, Tv+, Tw+ and the lower switching elements Tu-, Tv-, Tw- are turned off is ensured. Furthermore, the main control unit 40 avoids formation of a short circuit to the output end of the converter 10 even when the lower switching elements Tu−, Tv−, Tw− are turned on and the upper switching elements Tu+, Tv+, Tw+ are turned off. , lower switch elements Tu-, Tv-, Tw- and upper switch elements Tu+, Tv+, Tw+ are all turned off to ensure dead time td. There are various methods for creating the dead time td, but in general, the switch element on the side to be turned off is turned off at the timing as instructed, and the switch element on the side to be turned on is generally turned off. It is common to provide a delay time for delaying the ON timing of , that is, a dead time td. This dead time td is desirably as short as possible from the viewpoint of efficiency and waveform shaping, but the minimum required time is determined from the ON/OFF transient characteristics of the switching element.

この疑似中性点動作の実行中、主制御部40は、リレー12,13をオンする(S4)。そして、リレー12,13をオンしてからリレー接点12a,13aが実際に閉成するまでに要する時間よりも長い一定時間t1の経過後(S5のYES)、主制御部40は、疑似中性点動作を終了してスター結線モードの制御(インバータ20の単独スイッチング)に移行する(S6)。この移行後、主制御部40は、上記S1の判定に戻る。 During execution of this pseudo neutral point operation, the main control unit 40 turns on the relays 12 and 13 (S4). Then, after a certain time t1 longer than the time required for the relay contacts 12a and 13a to actually close after turning on the relays 12 and 13 (YES in S5), the main control unit 40 switches to the pseudo-neutral state. After finishing the point operation, the control shifts to the star connection mode control (single switching of the inverter 20) (S6). After this transition, the main control unit 40 returns to the determination of S1.

ただし、この疑似中性点動作において、例えば図1に矢印で示すように、相巻線Lu,Lvからインバータ30の相互接続点Bu,Bvに向かってモータ電流Iu,Ivが流れ、かつインバータ30の相互接続点Bwから相巻線Lwに向かってモータ電流Iwが流れた場合、リレー接点12aに加わる線間電圧Euvは零となるが、リレー接点13aに加わる線間電圧Evwは零とならない。この理由は、モータ電流Iu,Ivの流れ方向とモータ電流Iwの流れ方向とが異なること、および上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+および下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-のいずれかの還流ダイオードDを通って電流経路が形成されることで、相互接続点Bwの電位と相互接続点Bu,Bvの電位とがデッドタイムtdの期間だけ互いに異なる値となるからである。 However, in this pseudo neutral point operation, motor currents Iu and Iv flow from the phase windings Lu and Lv to the interconnection points Bu and Bv of the inverter 30 as indicated by arrows in FIG. When the motor current Iw flows from the interconnection point Bw toward the phase winding Lw, the line voltage Euv applied to the relay contact 12a becomes zero, but the line voltage Evw applied to the relay contact 13a does not become zero. This is because the direction of flow of the motor currents Iu and Iv is different from the direction of flow of the motor current Iw; This is because a current path is formed through the free wheel diode D, so that the potential of the interconnection point Bw and the potentials of the interconnection points Bu and Bv have different values for the period of the dead time td.

このように線間電圧Evwが零とならないタイミングとリレー接点13aが閉成するタイミングとが偶然重なると、リレー接点13aの両端間に放電が生じたり、あるいはリレー接点13a間に存在する微小な容量成分を通して急峻な高周波電流が流れたり、線間電圧Evwが零まで急激に下降する。これに伴いインバータ30における上側スイッチ素子Tv+および下側スイッチ素子Tw-であるIGBTの出力容量(Output Capacitance)すなわちコレクタ・エミッタ間容量が充電されることで、上側スイッチ素子Tv+および下側スイッチ素子Tw-がオフであるにも関わらず、上側スイッチ素子Tv+および下側スイッチ素子Tw-のそれぞれ両端電圧であるコレクタ・エミッタ間電圧Vceが通常のスイッチング動作時の何倍もの速さで急増する。このとき、上側スイッチ素子Tv+および下側スイッチ素子Tw-のそれぞれコレクタ・ゲート間寄生容量を通して高周波電流が流れる。この高周波電流は、上側スイッチ素子Tv+および下側スイッチ素子Tw-のそれぞれゲート・エミッタ間寄生容量を通ってそれぞれのエミッタ側へと流れていく。その際、上側スイッチ素子Tv+および下側スイッチ素子Tw-のそれぞれゲート・エミッタ間電圧Vgeに高周波ノイズが重畳する。一方、下側スイッチ素子Tv-および上側スイッチ素子Tw+においてはコレクタ・エミッタ間電圧が通常スイッチング動作時の何倍もの速さで急減し、上記と同様の原理にてIGBTのゲート部に高周波ノイズが重畳する。これらの高周波ノイズのレベルが高かったり、あるいはその高周波ノイズの発生頻度が高いと、各上側スイッチ素子および各下側スイッチ素子を駆動する駆動回路の誤動作や、その駆動回路の発振による熱破壊やゲート部の過電圧破壊に至る可能性がある。なお、以上は線間電圧Evwの例で説明したが、この現象はいずれの相間においても発生する。 If the timing at which the line voltage Evw does not become zero coincides with the timing at which the relay contact 13a is closed, a discharge may occur across the relay contact 13a, or a very small capacitance may exist between the relay contacts 13a. A steep high-frequency current flows through the component, and the line voltage Evw drops sharply to zero. Accordingly, the output capacitance of the IGBT, which is the upper switching element Tv+ and the lower switching element Tw− in the inverter 30, that is, the capacitance between the collector and the emitter is charged, so that the upper switching element Tv+ and the lower switching element Tw are charged. - is off, the collector-emitter voltage Vce, which is the voltage across each of the upper switching element Tv+ and the lower switching element Tw-, rapidly increases many times faster than the normal switching operation. At this time, a high-frequency current flows through the collector-gate parasitic capacitance of each of the upper switching element Tv+ and the lower switching element Tw-. This high-frequency current flows through the gate-emitter parasitic capacitances of the upper switching element Tv+ and the lower switching element Tw- to the respective emitter sides. At that time, high-frequency noise is superimposed on the gate-emitter voltage Vge of each of the upper switching element Tv+ and the lower switching element Tw-. On the other hand, in the lower switching element Tv- and the upper switching element Tw+, the voltage between the collector and the emitter rapidly decreases at a rate many times faster than in normal switching operation, and high-frequency noise is generated at the gate of the IGBT based on the same principle as above. superimpose. If the level of these high-frequency noises is high or the frequency of occurrence of such high-frequency noises is high, the driving circuits that drive the upper switching elements and lower switching elements may malfunction, and the oscillation of the driving circuits may cause thermal damage or gate damage. It may lead to overvoltage breakdown of the part. Although the line voltage Evw has been described above as an example, this phenomenon occurs between any phases.

ちなみに、機械式のリレー接点12a,13aに代えて半導体スイッチ素子を用いた場合、その半導体スイッチ素子のオンタイミングをμsec単位で制御することが可能である。このため、上記した問題は発生しないが、半導体スイッチ素子はリレーに較べるとオン抵抗が大きく、しかもスター結線時は半導体スイッチ素子に常に電流が流れるため、損失が大きくなり、放熱対策を施さねばならなくなる等の課題がある。 Incidentally, when a semiconductor switch element is used instead of the mechanical relay contacts 12a and 13a, it is possible to control the ON timing of the semiconductor switch element in microsecond units. For this reason, the above-mentioned problem does not occur, but the on-resistance of the semiconductor switch element is higher than that of the relay, and moreover, current always flows through the semiconductor switch element during star connection, so the loss increases, and heat dissipation measures must be taken. There are problems such as disappearance.

本実施形態では、抵抗が非常に小さい機械式のリレー接点12a,13aを用いるので、損失がほぼ発生せず、放熱対策も不要である。 In this embodiment, since the mechanical relay contacts 12a and 13a with very low resistance are used, there is almost no loss and heat dissipation measures are not required.

そして、相巻線Lu,Lv,Lwのそれぞれ他端とリレー接点12a,13aとの接続間の通電路14u,14v,14wに所定のインピーダンス値のインピーダンス成分Zu,Zv,Zwを持たせているので、疑似中性点動作時に線間電圧Euv,Evwのいずれかが零とならないタイミングでリレー接点12a,13aが閉じてそのリレー接点12a,13aのいずれかに高周波電流が流れても、各上側スイッチ素子および各下側スイッチ素子であるIGBTの出力容量(Output Capacitance)を充電する電流のdi/dtを抑制することができる。したがって、各スイッチ素子のそれぞれ両端電圧であるコレクタ・エミッタ間電圧Vceの急峻な変化を抑制し、コレクタ・ゲート間容量、ゲート・エミッタ間容量を介した高周波ノイズによる各スイッチ素子の破壊を抑止することができる。 Current paths 14u, 14v and 14w between the other ends of the phase windings Lu, Lv and Lw and the relay contacts 12a and 13a are provided with impedance components Zu, Zv and Zw of predetermined impedance values. Therefore, even if the relay contacts 12a and 13a are closed at a timing at which one of the line voltages Euv and Evw does not become zero during pseudo neutral point operation and a high frequency current flows through either of the relay contacts 12a and 13a, each upper side It is possible to suppress the di/dt of the current charging the output capacitance of the IGBT, which is the switch element and each lower switch element. Therefore, a sharp change in the collector-emitter voltage Vce, which is the voltage across each switch element, is suppressed, and destruction of each switch element due to high-frequency noise via the collector-gate capacitance and the gate-emitter capacitance is suppressed. be able to.

言い換えれば、通電路14u,14v,14wのインピーダンス成分Zu,Zv,Zwは、疑似中性点動作時に線間電圧Euv,Evwのいずれかが零とならないタイミングでリレー接点12a,13aが閉じても、各スイッチ素子の破壊を招くようなコレクタ・エミッタ間電圧Vceの急峻な変化が生じないインピーダンス値である。一般的な空気調和機等の圧縮機用のモータ駆動装置程度の出力であれば、インピーダンス値は2.0mΩ以上とすることが適切である。さらに、モータ運転中の効率を極力低下させないようにできるだけ小さなインピーダンス値が望ましい。一方、モータ運転中のインピーダンス成分Zu,Zv,Zwによる効率低下を抑制するためには、インピーダンス成分Zu,Zv,Zwのインピーダンス値を5.0mΩ以下とすることが望ましい。当然であるが、このインピーダンス値は、リレーを半導体スイッチ素子に置き換えた場合の半導体スイッチのオン時のインピーダンス値に比べてきわめて小さい。したがって、通電路14u,14v,14wのインピーダンス成分Zu,Zv,Zwインピーダンス値は2.0mΩ以上で5.0mΩ以下が適正範囲となる。 In other words, the impedance components Zu, Zv, and Zw of the current-carrying paths 14u, 14v, and 14w are the same even if the relay contacts 12a and 13a are closed at the timing when either of the line voltages Euv and Evw does not become zero during the pseudo-neutral point operation. , is an impedance value that does not cause a sharp change in the collector-emitter voltage Vce that may cause destruction of each switch element. An impedance value of 2.0 mΩ or more is appropriate for the output of a motor driving device for a compressor of a general air conditioner or the like. Furthermore, it is desirable to have the impedance value as small as possible so as not to degrade efficiency as much as possible during motor operation. On the other hand, in order to suppress a decrease in efficiency due to the impedance components Zu, Zv, and Zw during motor operation, it is desirable to set the impedance values of the impedance components Zu, Zv, and Zw to 5.0 mΩ or less. Naturally, this impedance value is extremely small compared to the impedance value when the semiconductor switch is turned on when the relay is replaced with a semiconductor switch element. Therefore, the proper range of the impedance values of the impedance components Zu, Zv, Zw of the current-carrying paths 14u, 14v, 14w is 2.0 mΩ or more and 5.0 mΩ or less.

実際には、通電路14u,14v,14wが単なる配線である場合、各配線において上記インピーダンス値を備えるためにはそれぞれの配線長が15cm~60cmの範囲であることが望ましい。特に、配線長は25~45cmの範囲がさらに好適である。この実現のためには、インバータ20,30が搭載される回路基板とは別の場所にリレー接点12a,13aを配置し、インバータ30とリレー接点12a,13aとを、インピーダンス成分Zu,Zv,Zwを有する長さの配線で接続すればよい。具体的には、インバータ30が搭載される回路基板とは離れた位置にリレー接点12a,13aを設ける。その上で、インバータ30を搭載した回路基板のインバータ出力端子とリレー接点12a,13aの接続端子とを上述の長さの配線で接続する。一般に、効率の観点から通電路の配線はできるだけ短くすることが一般的であり、単に相巻線Lu,Lv,Lwへの配線中に開閉器を挿入するだけであれば、長くとも10cm程度あれば十分であり、無駄に配線長を15cm以上に長く延長することは考えられない。なお、一般的な、空気調和機等の圧縮機用のモータ駆動装置において、各通電路14u,14v,14wの配線長が60cmの場合にはインピーダンス値は5.0mΩ近くとなる。 In practice, when the current-carrying paths 14u, 14v, and 14w are simple wires, it is desirable that the length of each wire is in the range of 15 cm to 60 cm in order to provide the above impedance value in each wire. In particular, the wiring length is more preferably in the range of 25 to 45 cm. In order to realize this, the relay contacts 12a and 13a are arranged in places different from the circuit board on which the inverters 20 and 30 are mounted, and the inverter 30 and the relay contacts 12a and 13a are connected to the impedance components Zu, Zv and Zw. It is sufficient to connect with a wiring having a length of . Specifically, the relay contacts 12a and 13a are provided at positions separated from the circuit board on which the inverter 30 is mounted. After that, the inverter output terminals of the circuit board on which the inverter 30 is mounted and the connection terminals of the relay contacts 12a and 13a are connected by wires having the length described above. In general, from the viewpoint of efficiency, it is common to shorten the wiring of the energizing path as much as possible. is sufficient, and it is unthinkable to wastefully extend the wiring length beyond 15 cm. Incidentally, in a general motor drive device for a compressor such as an air conditioner, when the wiring length of each of the electric paths 14u, 14v, and 14w is 60 cm, the impedance value is close to 5.0 mΩ.

一方、空芯コイルを通電路として用いる場合には、通電路14u,14v,14wの寸法を小さくできるため、インバータ20,30およびリレー12a,13aを同一の1枚の回路基板上に搭載して、小形化することも可能である。 On the other hand, when air-core coils are used as current paths, the dimensions of the current paths 14u, 14v, and 14w can be reduced. , can also be miniaturized.

図2のフローチャートに戻り、スター結線モード時(S1のNO)、主制御部40は、オープン巻線モードへの切替えが必要か否かを監視する(S7)。オープン巻線モードへの切替えが不要な場合(S7のNO)、主制御部40は、上記S1の判定に戻る。 Returning to the flowchart of FIG. 2, in the star connection mode (NO in S1), the main control unit 40 monitors whether switching to the open winding mode is necessary (S7). If switching to the open winding mode is unnecessary (NO in S7), the main control unit 40 returns to the determination in S1.

オープン巻線モードへの切替えが必要な場合(S7のYES)、主制御部40は、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evwが零となるよう、インバータ30における上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+と下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-とを図4に示すようにオン,オフデューティ50%で交互にオン,オフする疑似中性点動作を実行する(S8)。この疑似中性点動作は、上述のオープン巻線モードからスター結線モードへの切り替えと同じである。 If it is necessary to switch to the open winding mode (YES in S7), the main control unit 40 switches the upper switch elements Tu+, Tv+, Tw+ and the lower switching elements Tu-, Tv-, Tw- are alternately turned on and off at an on/off duty of 50% as shown in FIG. 4 (S8). This pseudo-neutral point operation is the same as switching from the open winding mode to the star connection mode described above.

この疑似中性点動作の実行中、主制御部40は、リレー12,13をオフする(S9)。そして、リレー12,13をオフしてからリレー接点12a,13aが実際に開放するまでに要する時間よりも長い一定時間t2の経過後(S10のYES)、主制御部40は、疑似中性点動作を終了してオープン巻線モードの制御(インバータ20,30の連係スイッチング)に移行する(S11)。この移行後、主制御部40は、上記S1の判定に戻る。なお、S5とS10の一定時間t1,t2は互いに同じ時間でよく、できるだけ短い時間にすることが望ましい。機械式のリレー12,13の場合、励磁電流による付勢と消勢から実際にリレー接点12a,13aが開閉するまでに10~30msecの遅延がある、これを考慮すると上記一定時間t1,t2は50msec~100msec程度が望ましい。 During execution of this pseudo neutral point operation, the main control unit 40 turns off the relays 12 and 13 (S9). Then, after a certain period of time t2 longer than the time required for the relay contacts 12a and 13a to actually open after the relays 12 and 13 are turned off (YES in S10), the main control unit 40 switches to the pseudo neutral point. After finishing the operation, the control shifts to the open winding mode control (linked switching of the inverters 20 and 30) (S11). After this transition, the main control unit 40 returns to the determination of S1. The fixed times t1 and t2 of S5 and S10 may be the same, and it is desirable to set them as short as possible. In the case of the mechanical relays 12, 13, there is a delay of 10 to 30 msec from the activation and deactivation of the excitation current to the actual opening and closing of the relay contacts 12a, 13a. About 50msec to 100msec is desirable.

[2]第2実施形態
第2実施形態の構成を図6に示す。
モータ1Mの相巻線Luの他端と相巻線Lvの他端との相互間にリレー接点12aが接続され、そのリレー接点12aに対し、素子のオン時には双方向に電流が流れることができるように半導体素子型の補助スイッチSW1,SW2の直列回路が並列に接続されている。モータ1Mの相巻線Lvの他端と相巻線Lwの他端との相互間にリレー接点13aが接続され、そのリレー接点13aに対し、リレー接点12aと同様に素子のオン時には双方向に電流が流れることができるように半導体素子型の補助スイッチSW3,SW4の直列回路が並列に接続されている。なお、リレー接点12a,13aと相巻線Lu,Lv,Lwとの間の通電路は、第1実施形態の通電路14u,14v,14wよりインピーダンス値が小さくてよい。このため、リレー接点12a,13aと相巻線Lu,Lv,Lwとの間の通電路としては短い、例えば10cm程度の長さの配線の使用が可能となり、モータ駆動装置が小形化できる。
[2] Second Embodiment FIG. 6 shows the configuration of the second embodiment.
A relay contact 12a is connected between the other end of the phase winding Lu and the other end of the phase winding Lv of the motor 1M, and current can flow bidirectionally through the relay contact 12a when the element is turned on. A series circuit of semiconductor element type auxiliary switches SW1 and SW2 is connected in parallel. A relay contact 13a is connected between the other end of the phase winding Lv of the motor 1M and the other end of the phase winding Lw. A series circuit of semiconductor element type auxiliary switches SW3 and SW4 are connected in parallel to allow current to flow. Conducting paths between the relay contacts 12a, 13a and the phase windings Lu, Lv, Lw may have smaller impedance values than the conducting paths 14u, 14v, 14w of the first embodiment. Therefore, it is possible to use a short wire, for example, about 10 cm long, as the conducting path between the relay contacts 12a, 13a and the phase windings Lu, Lv, Lw, and the size of the motor driving device can be reduced.

補助スイッチSW1,SW2およびスイッチ素子SW3,SW4は、オン時に双方向に電流を流し、オフ時にはいずれの方向にも電流を流さなくすることができれば、どのような回路構成でもよい。例えば、全波整流器の出力端間に1個のスイッチ素子を設ける構成でもよい。 The auxiliary switches SW1 and SW2 and the switch elements SW3 and SW4 may have any circuit configuration as long as they allow current to flow in both directions when turned on and prevent current from flowing in either direction when turned off. For example, a configuration in which one switch element is provided between the output terminals of the full-wave rectifier may be used.

リレー12,13は、コントローラ4により、同期した状態でオン(付勢)とオフ(消勢)が制御される。リレー12,13がオンされるとリレー接点12a,13aが閉成し、相巻線Luの他端と相巻線Lvの他端がリレー接点12aを介して相互接続されるとともに、相巻線Lvの他端と相巻線Lwの他端がリレー接点13aを介して相互接続され、相巻線Lu,Lv,Lwがスター結線状態となる。リレー12,13が消勢されるとリレー接点12a,13aが開放し、相巻線Lu,Lv,Lwが非接続状態つまり電気的に分離したオープン巻線状態となる。 The relays 12 and 13 are synchronously controlled to be on (energized) and off (deenergized) by the controller 4 . When the relays 12 and 13 are turned on, the relay contacts 12a and 13a are closed, the other end of the phase winding Lu and the other end of the phase winding Lv are interconnected through the relay contact 12a, and the phase winding The other end of Lv and the other end of phase winding Lw are interconnected via relay contact 13a, and phase windings Lu, Lv, and Lw are in a star connection state. When the relays 12, 13 are deenergized, the relay contacts 12a, 13a are opened, and the phase windings Lu, Lv, Lw are in a non-connected state, that is, an electrically separated open winding state.

コントローラ4は、モータ3の回転速度Nが上位の外部装置から指令される目標回転速度Ntとなるようリレー接点12a,13aの開閉およびインバータ20,30のスイッチングをPWM制御するもので、主制御部40、電流検出部41、リレー駆動部42、リレー12,13、および補助SW駆動部43を含む。補助SW駆動部43は、主制御部40からの指令に応じて補助スイッチSW1~SW4を駆動する。 The controller 4 PWM-controls the opening and closing of the relay contacts 12a and 13a and the switching of the inverters 20 and 30 so that the rotational speed N of the motor 3 becomes the target rotational speed Nt commanded by the external device of the higher order. 40 , current detector 41 , relay driver 42 , relays 12 and 13 , and auxiliary SW driver 43 . The auxiliary SW driving section 43 drives the auxiliary switches SW1 to SW4 according to commands from the main control section 40. FIG.

主制御部40は、第1実施形態と同じく、オープン巻線モードとスター結線モードをモータ電流Iu,Iv,Iwの値などに応じて選択的に設定するとともに、オープン巻線モードからスター結線モードへの切替えおよびスター結線モードからオープン巻線モードへの切替えに際し、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evwが零となるよう、インバータ30における各上側スイッチ素子と各下側スイッチ素子とをオン,オフデューティ50%で交互にオン,オフする疑似中性点動作を実行する。 As in the first embodiment, the main control unit 40 selectively sets the open winding mode and the star connection mode according to the values of the motor currents Iu, Iv, and Iw, and switches from the open winding mode to the star connection mode. When switching from the star connection mode to the open winding mode, each upper switch element and each lower switch element in the inverter 30 are arranged so that the line voltages Euv and Evw applied to the relay contacts 12a and 13a are zero. is turned on and off alternately with a 50% duty cycle.

また、主制御部40は、第1実施形態と同じく、インバータ20,30の各直列回路における上側スイッチ素子および下側スイッチ素子が共にオフするデッドタイムtdを確保する。 Further, the main control unit 40 ensures the dead time td in which both the upper switching element and the lower switching element in each series circuit of the inverters 20 and 30 are turned off, as in the first embodiment.

とくに、主制御部40は、第2実施形態の特徴として、オープン巻線モードからスター結線モードへ移行する際の疑似中性点動作の実行中、補助スイッチSW1~SW4をオンする。その後、主制御部40は、補助スイッチSW1~SW4をオンした状態でリレー12,13をオンし、そのオンからリレー接点12a,13aが閉成するまでに要する時間よりも長い一定時間t1が経過した後、補助スイッチSW1~SW4をオフする。さらに、主制御部40は、スター結線モードからオープン巻線モードへ移行する際の疑似中性点動作の実行中、あらかじめ補助スイッチSW1~SW4をオンした状態でリレー12,13をオフし、そのオフからリレー接点12a,13aが開放するまでに要する時間よりも長い一定時間t2が経過した後、補助スイッチSW1~SW4をオフする。 In particular, as a feature of the second embodiment, the main control unit 40 turns on the auxiliary switches SW1 to SW4 during the pseudo-neutral point operation when shifting from the open winding mode to the star connection mode. After that, the main control unit 40 turns on the relays 12 and 13 with the auxiliary switches SW1 to SW4 turned on, and a fixed time t1 longer than the time required from turning on until the relay contacts 12a and 13a are closed elapses. After that, the auxiliary switches SW1 to SW4 are turned off. Further, the main control unit 40 turns off the relays 12 and 13 while the auxiliary switches SW1 to SW4 are turned on in advance during the pseudo-neutral point operation when shifting from the star connection mode to the open winding mode. After a certain time t2 longer than the time required for the relay contacts 12a and 13a to open after turning off, the auxiliary switches SW1 to SW4 are turned off.

つぎに、コントローラ4の主制御部40が実行する主要な制御を図7のフローチャートを参照しながら説明する。 Next, main control executed by the main control section 40 of the controller 4 will be described with reference to the flowchart of FIG.

オープン巻線モード時(S21のYES)、主制御部40は、スター結線モードへの切替えが必要か否かを監視する(S22)。スター結線モードへの切替えが不要な場合(S22のNO)、主制御部40は、上記S21の判定に戻る。 In the open winding mode (YES in S21), the main control unit 40 monitors whether switching to the star connection mode is necessary (S22). If switching to the star connection mode is unnecessary (NO in S22), the main control unit 40 returns to the determination of S21.

スター結線モードへの切替えが必要な場合(S22のYES)、主制御部40は、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evwが零となるよう、インバータ30における上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+と下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-とをオン,オフデューティ50%で交互にオン,オフする疑似中性点動作を実行する(S23)。 If switching to the star connection mode is required (YES in S22), the main control unit 40 switches the upper switch elements Tu+, Tv+ in the inverter 30 so that the line voltages Euv, Evw applied to the relay contacts 12a, 13a become zero. , Tw+ and the lower switch elements Tu−, Tv−, Tw− are alternately turned on and off at an on/off duty of 50% (S23).

この疑似中性点動作の実行中、主制御部40は、図8に示すように、まず補助スイッチSW1~SW4をオンし(S24)、その後、リレー12,13をオンする(S25)。このリレー12,13のオンからリレー接点12a,13aが閉成するまでに要する時間よりも長い一定時間t1の経過後(S26のYES)、主制御部40は、補助スイッチSW1~SW4をオフし(S27)、このオフ後に疑似中性点動作を終了してスター結線モードの制御(インバータ20の単独スイッチング)に移行する(S28)。この移行後、主制御部40は、上記S21の判定に戻る。 During execution of this pseudo neutral point operation, as shown in FIG. 8, the main control unit 40 first turns on the auxiliary switches SW1 to SW4 (S24) and then turns on the relays 12 and 13 (S25). After a certain time t1 longer than the time required for the relay contacts 12a and 13a to close after turning on the relays 12 and 13 (YES in S26), the main control unit 40 turns off the auxiliary switches SW1 to SW4. (S27) After this turn-off, the quasi-neutral point operation is ended, and control of the star connection mode (single switching of the inverter 20) is shifted to (S28). After this transition, the main control unit 40 returns to the determination of S21.

疑似中性点動作の実行中に、リレー接点12a,13aの閉成前にリレー接点12a,13aのそれぞれ両端が補助スイッチSW1~SW4のオンによって短絡されるので、リレー接点12a,13aが閉成する時にはリレー接点12a,13aに線間電圧Euv,Evwが加わらない状態となっている。したがって、この実施形態においても各上側スイッチ素子および各下側スイッチ素子のそれぞれ両端電圧であるコレクタ・エミッタ間電圧Vceの急峻な変化を抑制し、コレクタ・ゲート間容量、ゲート・エミッタ間容量を介した高周波ノイズによるインバータ20もしくはインバータ30におけるスイッチ素子の破壊を抑止することができる。 Since both ends of the relay contacts 12a and 13a are short-circuited by turning on the auxiliary switches SW1 to SW4 before the relay contacts 12a and 13a are closed during execution of the quasi-neutral point operation, the relay contacts 12a and 13a are closed. At this time, the line voltages Euv and Evw are not applied to the relay contacts 12a and 13a. Therefore, in this embodiment as well, a sharp change in the collector-emitter voltage Vce, which is the voltage across each upper switching element and each lower switching element, is suppressed, and the collector-gate capacitance and the gate-emitter capacitance Therefore, it is possible to prevent the switching elements of the inverter 20 or the inverter 30 from being destroyed by the high-frequency noise.

スター結線モード時(S21のNO)、主制御部40は、オープン巻線モードへの切替えが必要か否かを監視する(S29)。オープン巻線モードへの切替えが不要な場合(S29のNO)、主制御部40は、上記S21の判定に戻る。 During the star connection mode (NO in S21), the main control unit 40 monitors whether switching to the open winding mode is necessary (S29). If switching to the open winding mode is unnecessary (NO in S29), the main control unit 40 returns to the determination of S21.

オープン巻線モードへの切替えが必要な場合(S29のYES)、主制御部40は、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evwが零となるよう、インバータ30における上側スイッチ素子Tu+,Tv+,Tw+と下側スイッチ素子Tu-,Tv-,Tw-とをオン,オフデューティ50%で交互にオン,オフする疑似中性点動作を実行する(S30)。 If switching to the open winding mode is required (YES in S29), the main control unit 40 switches the upper switch elements Tu+, A quasi-neutral point operation is executed in which Tv+, Tw+ and the lower switching elements Tu-, Tv-, Tw- are alternately turned on and off at an on/off duty of 50% (S30).

この疑似中性点動作の実行中、主制御部40は、図9に示すように、まず補助スイッチSW1~SW4をオンし(S31)、その後、リレー12,13をオフする(S32)。このリレー12,13のオフからリレー接点12a,13aが開放するまでに要する時間よりも長い一定時間t2の経過後(S33のYES)、主制御部40は、インバータ20,30のいずれのスイッチ素子もデットタイム期間中でないタイミングで補助スイッチSW1~SW4をオフし(S34)、このオフ後に疑似中性点動作を終了してオープン巻線モードの制御(インバータ20,30の連係スイッチング)に移行する(S35)。この移行後、主制御部40は、上記S21の判定に戻る。 During execution of this pseudo neutral point operation, as shown in FIG. 9, the main control section 40 first turns on the auxiliary switches SW1 to SW4 (S31) and then turns off the relays 12 and 13 (S32). After a certain time t2, which is longer than the time required for the relay contacts 12a and 13a to open after the relays 12 and 13 are turned off (YES in S33), the main control unit 40 switches the switch elements of the inverters 20 and 30. Also, the auxiliary switches SW1 to SW4 are turned off at a timing that is not during the dead time period (S34). (S35). After this transition, the main control unit 40 returns to the determination of S21.

以上のように半導体の補助スイッチを介してモータ電流が流れるのは一時的であり、スター結線モードに切替えが完了し、その後の安定運転中には、モータ電流がリレー12,13だけを流れるため、運転中の高効率が維持できる。さらに補助スイッチの発熱も低く抑えることができ、放熱のための大きいヒートシンクなどは不要である。 As described above, the motor current flows through the semiconductor auxiliary switch only temporarily, and after the switching to the star connection mode is completed, the motor current flows only through the relays 12 and 13 during stable operation. , high efficiency can be maintained during operation. Furthermore, the heat generated by the auxiliary switch can be suppressed to a low level, and a large heat sink for heat dissipation is not required.

上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The above embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, rewrites, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications are included in the scope of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and their equivalents.

2…駆動回路、3…オープン巻線モータ、Lu,Lv,Lw…相巻線、4…コントローラ、12,13…リレー(開閉器)、12a,13a…リレー接点(開閉接点)、14u,14v,14w…通電路、Zu,Zv,Zw…インピーダンス成分、20…インバータ(第1インバータ)、30…インバータ(第2インバータ)、40…主制御部 2 Drive circuit 3 Open winding motor Lu, Lv, Lw Phase winding 4 Controller 12, 13 Relay (switch) 12a, 13a Relay contact (switching contact) 14u, 14v , 14w... energizing path, Zu, Zv, Zw... impedance component, 20... inverter (first inverter), 30... inverter (second inverter), 40... main control section

Claims (8)

互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータのモータ駆動装置であって、
上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の一端に接続される第1インバータと、
上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の他端に接続される第2インバータと、
前記各相巻線の他端の相互間に接続された機械式の開閉接点を有する開閉器と、
前記開閉器の作動に際し、前記第2インバータにおける前記各上側スイッチ素子と前記各下側スイッチ素子とを交互にオン,オフする疑似中性点動作を実行するコントローラと、
を備え、
前記各相巻線の他端と前記開閉接点との接続間の通電路は、前記第1および第2インバータにおける前記スイッチ素子の両端電圧の急峻な変化を抑制してそのスイッチ素子の破壊を抑止するインピーダンス値を有する、
ことを特徴とするモータ駆動装置。
A motor drive device for a motor having a plurality of phase windings that are not connected to each other,
a first inverter including a plurality of series circuits of an upper switching element and a lower switching element, wherein an interconnection point of the upper switching element and the lower switching element in the series circuit is connected to one end of each phase winding;
a second inverter including a plurality of series circuits of an upper switching element and a lower switching element, wherein an interconnection point of the upper switching element and the lower switching element in the series circuit is connected to the other end of each phase winding;
a switch having a mechanical switching contact connected between the other ends of the windings of each phase;
a controller for executing a quasi-neutral point operation of alternately turning on and off each of the upper switching elements and the lower switching elements in the second inverter when the switch is operated;
with
The current path between the other end of each phase winding and the switching contact suppresses abrupt changes in the voltage across the switch element in the first and second inverters, thereby suppressing destruction of the switch element. having an impedance value of
A motor drive device characterized by:
前記各上側スイッチ素子および前記各下側スイッチ素子は、それぞれのスイッチ素子本体に逆並列接続された還流ダイオードを含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
each of the upper switch elements and each of the lower switch elements includes a freewheeling diode connected in anti-parallel to the respective switch element body,
2. The motor driving device according to claim 1, wherein:
前記コントローラは、前記第1および第2インバータの前記各直列回路における上側スイッチ素子および下側スイッチ素子が共にオフするデッドタイムを確保する、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
The controller ensures a dead time in which both the upper switching element and the lower switching element in the series circuits of the first and second inverters are turned off.
2. The motor driving device according to claim 1, wherein:
前記通電路は、前記インピーダンス値を有する長さの配線である、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
The conducting path is a wire having a length having the impedance value,
2. The motor driving device according to claim 1, wherein:
前記配線は、長さが15cm~60cmである、
ことを特徴とする請求項4に記載のモータ駆動装置。
The wire has a length of 15 cm to 60 cm,
5. The motor driving device according to claim 4, characterized in that:
前記インピーダンス値は、2.0mΩ以上かつ5.0mΩ以下である、
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載のモータ駆動装置。
the impedance value is 2.0 mΩ or more and 5.0 mΩ or less;
6. The motor driving device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
前記通電路は、流れる電流の周波数に比例して前記インピーダンス値が変化する電線または空芯コイルである、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
The conducting path is an electric wire or an air-core coil in which the impedance value changes in proportion to the frequency of the flowing current,
2. The motor driving device according to claim 1, wherein:
前記コントローラは、前記開閉接点の開放により前記各相巻線の他端を非接続状態として前記第1および第2インバータを互いに連係してスイッチングするオープン巻線モード、及び前記開閉接点の閉成により前記各相巻線の他端を相互接続して前記第1インバータをスイッチングするスター結線モードを、選択的に設定する、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
The controller operates in an open winding mode in which the other end of each phase winding is disconnected by opening the switching contacts to switch the first and second inverters in cooperation with each other, and by closing the switching contacts. selectively setting a star connection mode in which the other ends of the phase windings are interconnected to switch the first inverter;
2. The motor driving device according to claim 1, wherein:
JP2022548302A 2020-09-09 2020-09-09 motor drive Active JP7338071B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/034191 WO2022054181A1 (en) 2020-09-09 2020-09-09 Motor drive device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2022054181A1 JPWO2022054181A1 (en) 2022-03-17
JP7338071B2 true JP7338071B2 (en) 2023-09-04

Family

ID=80631797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022548302A Active JP7338071B2 (en) 2020-09-09 2020-09-09 motor drive

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7338071B2 (en)
CN (1) CN116235405A (en)
WO (1) WO2022054181A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010193702A (en) 2009-01-21 2010-09-02 Kazuo Kawabe Apparatus and method for controlling induction motor
WO2019026282A1 (en) 2017-08-04 2019-02-07 三菱電機株式会社 Electric motor drive device and air conditioner
JP2020102918A (en) 2018-12-20 2020-07-02 三菱電機株式会社 Motor driving device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010193702A (en) 2009-01-21 2010-09-02 Kazuo Kawabe Apparatus and method for controlling induction motor
WO2019026282A1 (en) 2017-08-04 2019-02-07 三菱電機株式会社 Electric motor drive device and air conditioner
JP2020102918A (en) 2018-12-20 2020-07-02 三菱電機株式会社 Motor driving device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022054181A1 (en) 2022-03-17
CN116235405A (en) 2023-06-06
JPWO2022054181A1 (en) 2022-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6256597B2 (en) Inverter control device
JP4942967B2 (en) Inverter device and refrigeration cycle device
CN110383677B (en) Motor drive device and refrigeration cycle applicable equipment
US20100013422A1 (en) Motor driving apparatus and control method thereof
US9698709B2 (en) Motor driving device
JP6237671B2 (en) Power converter
US8390241B2 (en) Motor drive based on III-nitride devices
JP6241453B2 (en) Motor drive device
EP3534533B1 (en) Air conditioner
JPWO2008149523A1 (en) Power converter
US20160079904A1 (en) Drive unit employing gallium nitride switches
WO2016207969A1 (en) Inverter with charging capability
JP2016073052A (en) Switching controller
US9590554B2 (en) Electric power converter
JP4300209B2 (en) Inverter device
US10978982B2 (en) Method and device for operating an electronically commutated electrical machine in the event of a fault
JP7338071B2 (en) motor drive
JP2005328668A (en) Drive circuit of self arc-extinguishing semiconductor device
US10011178B1 (en) DC inverter having reduced switching loss and reduced voltage spikes
JP2008043003A (en) Gate drive unit of voltage-driven type semiconductor element
JP2011041348A (en) Power converter
JP2010178579A (en) Semiconductor apparatus
JP5499850B2 (en) Inverter discharge control device
JP5101001B2 (en) Inverter device
WO2024042598A1 (en) Motor driving device and cooling cycle device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221012

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: 20230808

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230823

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7338071

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150