WO2016135889A1

WO2016135889A1 - モータ駆動制御装置及び空気調和機

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Publication number: WO2016135889A1
Application number: PCT/JP2015/055422
Authority: WO
Inventors: 智一木
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-09-01
Also published as: JP6282378B2; JPWO2016135889A1

Abstract

　効果的に発熱量の抑制及びリアクトル体積の削減を行うことを可能なモータ駆動制御装置を得ることを目的とし、三相交流電源１に接続されて交流を直流に変換して整流する整流器２と、三相交流電源１と整流器２の間で検出電流値を出力する電流検出部３と、整流器２の後段に設けられた第１のリアクトル４と、第１のリアクトル４に並列に設けられた第２のリアクトル５と、入力された検出電流値と設定電流値との大小関係を比較して比較結果に従って指令信号を出力するリレー制御部１１と、指令信号が入力されて第１のリアクトル４と第２のリアクトル５が並列接続されるか否かの切り替えを行うリレー６と、整流器２で整流された電圧を平滑するコンデンサ７と、整流器２から出力された直流を交流に変換してモータ９に出力するインバータ回路１０と、インバータ回路１０を駆動するインバータ制御回路８とを備えるモータ駆動制御装置２０とする。

Description

モータ駆動制御装置及び空気調和機

　本発明は、入力電流値の違いによりリアクトルの接続構成を変更するモータ駆動制御装置及び空気調和機に関する。

　従来、交流電源とモータとの間に配されてこのモータを駆動制御するモータ駆動制御装置は、電源協調、力率改善及び高調波抑制を目的としてリアクトルを備えることが一般的である。このリアクトルは、入力電流値が小さい場合にはインダクタンス値を大きくすることを要するためリアクトル体積が増大してしまい、入力電流値が大きい場合にはインダクタンス値を大きくすることを要しないものの、抵抗成分による発熱の抑制が必要となり、発熱の抑制のために巻線を太くし、又は巻数を増大させるとリアクトル体積が増大してしまう。すなわち、入力電流値の大小にかかわらず、リアクトル体積を小さくすることが困難である。

　このような問題に対して、一例である特許文献１には、２つのリアクトルを使用し、電流設定値によってこれら２つのリアクトルの接続構成を変更することで、最適な高調波対策を行うとともに小型のリアクトルを使用可能として発熱量を抑制しつつリアクトル体積を小さくする技術が開示されている。

特開平１０－３１１６４６号公報

　しかしながら、上記従来の技術によれば、発熱量を抑制しつつリアクトル体積を小さくすることが可能であるものの、２つのリアクトルを並列接続するか否かを切り替えているに過ぎない。そのため、発熱量の抑制及びリアクトル体積の削減のいずれにおいても改善の余地がある、という問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、入力電流値により、効果的に発熱量の抑制及びリアクトル体積の削減を行うことが可能なモータ駆動制御装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動制御装置は、交流電源に接続されて交流を直流に変換して整流する整流器と、前記整流器の前段に設けられて入力電流を検出して検出電流値を出力する電流検出部と、前記整流器の後段に設けられた第１のリアクトルと、前記第１のリアクトルに並列に設けられた第２のリアクトルと、前記電流検出部の検出電流値が入力されて、この検出電流値と設定電流値との大小関係を比較して比較結果に従って指令信号を出力するリレー制御部と、前記指令信号が入力されて前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルが並列接続されるか否かの切り替えを行うリレーと、前記整流器で整流された電圧を平滑するコンデンサと、前記整流器から出力された直流を交流に変換してモータに出力するインバータ回路と、前記インバータ回路を駆動するインバータ制御回路とを備えることを特徴とする。

　本発明によれば、入力電流値により、効果的に発熱量の抑制及びリアクトル体積の削減を行うことが可能であるという効果を奏する。

実施の形態１に係るモータ駆動制御装置及びその周辺の構成の一例を示す図実施の形態２に係るモータ駆動制御装置及びその周辺の構成の一例を示す図実施の形態３に係るモータ駆動制御装置及びその周辺の構成の一例を示す図実施の形態３に係るモータ駆動制御装置及びその周辺の構成の一例を示す図

　以下に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置及び空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置及びその周辺の構成の一例を示す図である。図１に示すモータ駆動制御装置２０は、三相交流電源１に接続されて交流を直流に変換して整流する整流器２と、三相交流電源１と整流器２の間に設けられて入力電流を検出して検出電流値を出力する電流検出部３と、整流器２の後段に設けられた第１のリアクトルであるリアクトル４と、第１のリアクトルであるリアクトル４に並列に設けられた第２のリアクトルであるリアクトル５と、電流検出部３の検出電流値が入力されて、この検出電流値と設定電流値との大小関係を比較して比較結果に従って指令信号を出力するリレー制御部１１と、指令信号が入力されてリアクトル４とリアクトル５が並列接続されるか否かの切り替えを行うリレー６と、整流器２で整流された電圧を平滑するコンデンサ７と、整流器２から出力された直流を交流に変換してモータ９に出力するインバータ回路１０と、インバータ回路１０を駆動するインバータ制御回路８とを備える。ここで、モータ駆動制御装置２０には、空気調和機の室外機に設けられて室外機内の圧縮機を駆動するモータ駆動制御装置及び冷蔵庫に設けられて冷蔵庫内の圧縮機を駆動するモータ駆動制御装置を例示することができる。なお、インバータ回路１０には複数のスイッチング素子が設けられており、インバータ制御回路８からの指令信号によりこれらのスイッチング素子のオンオフを制御することでインバータ制御回路８からの指令信号に従った交流を出力することができる。

　図１において、リレー制御部１１に入力された電流検出部３の検出電流値が設定電流値未満である場合には、リレー制御部１１はリレー６をオフさせてリアクトル５が接続されないように制御し、リアクトル４のみを用いて三相交流電源１からの入力電流の高調波を抑制する。また、電流検出部３の検出電流値が設定電流値以上である場合には、リレー制御部１１はリレー６をオンさせることでリアクトル４とリアクトル５とを並列接続させて、インダクタンス値を低下させつつ、入力電流をリアクトル４とリアクトル５に分散させることで、リアクトル４，５に含まれる抵抗成分による発熱を抑制することができる。なお、ここで設定電流値は、予めリレー制御部１１内のメモリに記録された値である。

　このように、リアクトル４，５を並列接続可能な構成とし、リアクトル４，５に含まれる抵抗成分による発熱を抑制することができる。そのため、リアクトル４，５を小型化することが可能である。

　以上説明した本実施の形態１によれば、合成インダクタンス値を下げるとともに流れる電流を分流することで発熱を抑制することができるためリアクトルの体積を小さくすることができる。

実施の形態２．
　実施の形態１においては、モータ駆動制御装置に２つのリアクトルを設け、これらが並列接続可能な構成を説明したが本発明はこれに限定されるものではない。本実施の形態２においては、２つのリアクトルが直列接続された構成について説明する。

　図２は、実施の形態２に係るモータ駆動制御装置及びその周辺の構成の一例を示す図である。図２に示すモータ駆動制御装置２０ａでは、リアクトル４の後段にリレー６ａが設けられ、電流検出部３の検出電流値が入力されてリレー６ａを制御するリレー制御部１１ａが設けられ、リレー６ａは、リアクトル４に直列にリアクトル５ａが接続されるか否かを切り替える。具体的には、リレー６ａが端子６ａ１側に接続されるとリアクトル４はリアクトル５ａと直列接続され、リレー６ａが端子６ａ２側に接続されるとリアクトル５ａはリアクトル４と直列接続されない。その他の構成は実施の形態１の図１と同じである。

　図２においては、電流検出部３の検出電流値が設定電流値未満である場合には、リレー制御部１１ａは、リアクトル４の出力がリアクトル５ａに直列接続されるようにリレー６ａを端子６ａ１側に切り替える。また、電流検出部３の検出電流値が設定電流値以上である場合には、リレー制御部１１ａは、リアクトル４の出力がリアクトル５ａを介することなくインバータ回路１０に接続されるようにリレー６ａを端子６ａ２側に切り替える。リアクトル４とリアクトル５ａを直列接続すると、インダクタンス値を増加させることができる。

　このように、リアクトル４，５ａを直列接続可能な構成とし、インダクタンス値を増加させることが可能である。そのため、リアクトル４，５ａを小型化することが可能である。

　以上説明した本実施の形態２によれば、直列合成インダクタンスによってインダクタンス値を高くすることができるため小型のリアクトルを用いることができ、リアクトルの体積を小さくすることができる。

実施の形態３．
　実施の形態１，２においては、モータ駆動制御装置に２つのリアクトルを設け、これらが並列接続される構成または直列接続される構成を説明したが本発明はこれらに限定されるものではない。本実施の形態３においては、２つのリアクトルが直列接続も並列接続も可能な構成について説明する。

　図３は、実施の形態３に係るモータ駆動制御装置及びその周辺の構成の一例を示す図である。図３に示すモータ駆動制御装置２０ｂでは、リアクトル４と並列に第１のリレーであるリレー６が設けられ、リアクトル４の後段に第２のリレーであるリレー６ａが設けられ、電流検出部３の検出電流値が入力されてリレー６，６ａを制御するリレー制御部１１ｂが設けられ、リレー６は、リアクトル４に並列にリアクトル５ａが接続されるか否かを切り替え、リレー６ａは、リアクトル４に直列にリアクトル５ａが接続されるか否かを切り替える。その他の構成は実施の形態１の図１と同じである。

　図３においては、電流検出部３の検出電流値が設定電流値未満である場合には、リレー制御部１１ｂは、リレー６をオフし、リレー６ａをリアクトル５ａと接続されるように端子６ａ１側に切り替えることによりリアクトル４とリアクトル５ａとを直列接続可能である。また、電流検出部３の検出電流値が設定電流値以上である場合には、リレー制御部１１ｂは、リレー６をオンし、リレー６ａをインバータ回路１０に接続されるように端子６ａ２側に切り替えることによりリアクトル４とリアクトル５ａとを並列接続可能である。電流検出部３の検出電流値が設定電流値未満であるときにはリアクトル４とリアクトル５ａとを直列接続させることで、リアクトル４とリアクトル５ａが小型でもインダクタンス値を大きくすることができる。電流検出部３の検出電流値が設定電流値以上であるときにはリアクトル４とリアクトル５ａとを並列接続させて電流を分流することで、発熱を抑制することができる。そのため、リアクトル４，５ａを小型化することが可能である。

　以上説明したように図３の構成によれば、２つのリアクトルが並列接続するか又は直列接続するか切り替えることができ、入力電流値により、効果的に発熱量の抑制及びリアクトル体積の削減を行うことが可能である。ただし、本発明は図３に示す構成に限定されず、２つのリレーを独立に制御してもよい。

　図４は、図３の変形例であって、本実施の形態３に係るモータ駆動制御装置及びその周辺の構成の一例を示す図である。図４に示すモータ駆動制御装置２０ｃには、図３におけるリレー制御部１１ｂに代えてリレー制御部１１ｃが設けられている。図３に示す構成では、リレー６をオフする場合にはリレー６ａは端子６ａ１に接続し、リレー６をオンする場合にはリレー６ａは端子６ａ２に接続するが、図４に示す構成では、リレー６とリレー６ａは独立に制御することが可能であるため、リレー６をオフし、且つリレー６ａを端子６ａ２に接続することも可能であるし、リレー６をオンし、且つリレー６ａを端子６ａ１に接続することも可能である。リレー６をオフし、且つリレー６ａを端子６ａ２に接続すると、リアクトル４のみを用いて三相交流電源１からの入力電流の高調波を抑制する。リレー６をオンし、且つリレー６ａを端子６ａ１に接続すると、リアクトル５ａのみを用いて三相交流電源１からの入力電流の高調波を抑制する。

　以上説明したように図４の構成によれば、２つのリアクトルが並列接続するか又は直列接続するかのみならず、２つのリアクトルのうち一方のみを接続することができ、入力電流値により、インダクタンス値を４段階で調整することが可能である。したがって、より効果的に発熱量の抑制及びリアクトル体積の削減を行うことが可能である。

　ここで、リアクトル４のインダクタンス値をＬ４とし、リアクトル５ａのインダクタンス値をＬ５とすると、リアクトル４とリアクトル５ａを直列接続したときの合成インダクタンス値ＬｓはＬ４＋Ｌ５であり、リアクトル４とリアクトル５ａを並列接続したときの合成インダクタンス値ＬｐはＬ４・Ｌ５／（Ｌ４＋Ｌ５）である。従って、一例として、Ｌ４＞Ｌ５とすると、Ｌｓ＞Ｌ４＞Ｌ５＞Ｌｐである。そのため、電流が小さいときにはリアクトル４とリアクトル５ａを直列接続してＬｓとし、電流が大きくなるにつれて、段階的に、リアクトル４のみを接続したＬ４、リアクトル５ａのみを接続したＬ５、リアクトル４とリアクトル５ａを並列接続してインダクタンス値を大きくしてＬｐへと切り替えることが可能である。なお、リアクトル４とリアクトル５ａを直列接続する場合には、リレー６をオフしてリレー６ａを端子６ａ１に接続し、リアクトル４のみを接続する場合には、リレー６をオフしてリレー６ａを端子６ａ２に接続し、リアクトル５ａのみを接続する場合には、リレー６をオンしてリレー６ａを端子６ａ１に接続し、リアクトル４とリアクトル５ａを並列接続する場合には、リレー６をオンしてリレー６ａを端子６ａ２に接続すればよい。

　なお、以上説明した実施の形態１から実施の形態４にかかるモータ駆動制御装置は、一例として空気調和機の圧縮機を駆動するモータに適用される。

　なお、以上説明した実施の形態１から実施の形態４にかかるモータ駆動制御装置においてリレーの一例は電子リレーであり、コンデンサの一例は電解コンデンサであるが、これらに限定されるものではない。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　三相交流電源、２　整流器、３　電流検出部、４，５，５ａ　リアクトル、６，６ａ　リレー、６ａ１，６ａ２　端子、７　コンデンサ、８　インバータ制御回路、９　モータ、１０　インバータ回路、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　リレー制御部、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ　モータ駆動制御装置。

Claims

　交流電源に接続されて交流を直流に変換して整流する整流器と、
　前記交流電源と前記整流器の間に設けられて入力電流を検出して検出電流値を出力する電流検出部と、
　前記整流器の後段に設けられた第１のリアクトルと、
　前記第１のリアクトルに並列に設けられた第２のリアクトルと、
　前記電流検出部の検出電流値が入力されて、この検出電流値と設定電流値との大小関係を比較して比較結果に従って指令信号を出力するリレー制御部と、
　前記指令信号が入力されて前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルが並列接続されるか否かの切り替えを行うリレーと、
　前記整流器で整流された電圧を平滑するコンデンサと、
　前記整流器から出力された直流を交流に変換してモータに出力するインバータ回路と、
　前記インバータ回路を駆動するインバータ制御回路とを備えることを特徴とするモータ駆動制御装置。
　前記リレー制御部が出力する前記指令信号は、
　前記検出電流値が前記設定電流値未満であるときには、前記リレーをオフする指令であり、
　前記検出電流値が前記設定電流値以上であるときには、前記リレーをオンし、前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルを並列接続させる指令信号であることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
　交流電源に接続されて交流を直流に変換して整流する整流器と、
　前記交流電源と前記整流器の間に設けられて入力電流を検出して検出電流値を出力する電流検出部と、
　前記整流器の後段に設けられた第１のリアクトルと、
　前記第１のリアクトルに直列に設けられた第２のリアクトルと、
　前記電流検出部の検出電流値が入力されて、この検出電流値と設定電流値との大小関係を比較して比較結果に従って指令信号を出力するリレー制御部と、
　前記指令信号が入力されて前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルが直列接続されるか否かの切り替えを行うリレーと、
　前記整流器で整流された電圧を平滑するコンデンサと、
　前記整流器から出力された直流を交流に変換してモータに出力するインバータ回路と、
　前記インバータ回路を駆動するインバータ制御回路とを備えることを特徴とするモータ駆動制御装置。
　前記リレー制御部が出力する前記指令信号は、
　前記検出電流値が前記設定電流値未満であるときには、前記リレーが前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルとを直列接続させる指令信号であり、
　前記検出電流値が前記設定電流値以上であるときには、前記リレーが前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルとを直列接続させることなく前記第１のリアクトルのみで動作させる指令信号であることを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動制御装置。
　交流電源に接続されて交流を直流に変換して整流する整流器と、
　前記交流電源と前記整流器の間に設けられて入力電流を検出して検出電流値を出力する電流検出部と、
　前記整流器の後段に設けられた第１のリアクトルと、
　前記第１のリアクトルに並列に設けられた第２のリアクトルと、
　前記電流検出部の検出電流値が入力されて、この検出電流値と設定電流値との大小関係を比較して比較結果に従って指令信号を出力するリレー制御部と、
　前記指令信号が入力されて前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルが並列接続されるか否かの切り替えを行う第１のリレーと、
　前記指令信号が入力されて前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルが直列接続されるか否かの切り替えを行う第２のリレーと、
　前記整流器で整流された電圧を平滑するコンデンサと、
　前記整流器から出力された直流を交流に変換してモータに出力するインバータ回路と、
　前記インバータ回路を駆動するインバータ制御回路とを備えることを特徴とするモータ駆動制御装置。
　前記リレー制御部が出力する前記指令信号は、
　前記検出電流値が前記設定電流値未満であるときには、前記第１のリレーをオフし、且つ前記第２のリレーが前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルとを直列接続させる指令信号であり、
　前記検出電流値が前記設定電流値以上であるときには、前記第１のリレーをオンし、前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルを並列接続させ、且つ前記第２のリレーが前記第１のリアクトルと前記第２のリアクトルとを直列接続させることなく前記第１のリアクトルのみで動作させる指令信号であることを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動制御装置。
　前記リレー制御部が、前記第１のリレー及び前記第２のリレーを独立に制御することを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動制御装置。
　前記リレーは電子リレーであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のモータ駆動制御装置。
　前記コンデンサは電解コンデンサであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のモータ駆動制御装置。
　圧縮機と、
　前記モータにより前記圧縮機を動作させる請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のモータ駆動制御装置とを備えることを特徴とする空気調和機。