WO2019026257A1

WO2019026257A1 - 電動機システムおよび電動機システムを備える室外機

Info

Publication number: WO2019026257A1
Application number: PCT/JP2017/028308
Authority: WO
Inventors: 宏昭鈴木; 誠谷川; 加藤　崇行; 友美東川; 照佳村松; 貴寛平田; 泰明江村
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-02-07

Abstract

電動機システム（１００）は、複数の固定子巻線を有する電動機（４）と、複数の固定子巻線の結線状態を切り替える結線切替装置（１０）を有する第１の基板（２）と、結線切替装置を制御する制御装置（９）、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置（６）、および直流電力を電動機へ印加する電力に変換するインバータ装置（７）を有する第２の基板（３）と、を備えることを特徴とする。

Description

電動機システムおよび電動機システムを備える室外機

　本発明は、圧縮機の電動機の結線仕様を切り替える装置を備える電動機システムおよび電動機システムを備える室外機に関する。

　圧縮機の電動機の結線仕様を切り替える装置（以下、結線切替装置と略す）を備える電動機システムが知られている。結線切替装置は、メカリレー、または半導体リレーを用いて電動機の結線接続を切り替える装置である。特許文献１には、電動機の結線状態を、スター結線とデルタ結線との間で切り替え可能な結線切替装置が開示されている。特許文献１に記載の結線切替装置は、制御基板上にあるマイクロコンピュータによって制御される。

特開２００８－２２８５１３号公報

　しかしながら、上記従来の技術によれば、結線切替装置には、電動機に印加される電流が流れる。この電流によって発生するノイズは、制御基板上のマイクロコンピュータなどの制御装置に、誤動作を発生させるなどの影響を及ぼす可能性がある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電動機に印加される電流によって発生する制御装置におけるノイズを抑制する電動機システム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、本発明に係る電動機システムは、複数の固定子巻線を有する電動機と、複数の固定子巻線の結線状態を切り替える結線切替装置とを有する第１の基板を備える。本発明に係る電動機システムは、さらに、結線切替装置を制御する制御装置、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置、および直流電力を電動機へ印加する電力に変換するインバータ装置を有する第２の基板を備える。

　本発明に係る電動機システムは、電動機に印加される電流によって発生する制御装置におけるノイズを抑制する効果を奏する。

実施の形態１にかかる電動機システムの基板の配置例を示す図実施の形態１にかかる電動機システムの構成例を示す図実施の形態１の制御回路の構成例を示す図実施の形態２にかかる電動機システムの構成例を示す図実施の形態３にかかる電動機システムの構成例を示す図実施の形態４にかかる電動機システムの基板の配置例を示す図実施の形態５にかかる電動機システムの基板の配置例を示す図実施の形態６にかかる電動機システムの構成例を示す図

　以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機システムおよび電動機システムを備える室外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にかかる電動機システムの基板の配置例を示す図である。本実施の形態では、電動機システム１００が、空気調和機における室外機１に搭載される例を説明する。室外機１は、電動機システム１００、圧縮機４０、ファン、および熱交換器を備える。なお、ファンおよび熱交換器は図示されていない。制御基板２は、室外機１の運転を制御する基板である。制御基板２は第１の基板とも称される。サブ基板３は、電動機４の結線仕様を切り替えるための結線切替装置が実装される基板である。サブ基板３は第２の基板とも称される。電動機４は、圧縮機４０の内部に設けられ駆動時に冷媒を圧縮させる。

　図２は、実施の形態１にかかる電動機システムの構成例を示す図である。電動機システム１００は、制御基板２と、サブ基板３と、電動機４とを備える。制御基板２は、コンバータ装置６と、インバータ装置７と、電源生成装置８と、制御装置９とを備える。サブ基板３は、結線切替装置１０を備える。制御基板２およびサブ基板３に実装される各装置は印刷配線板に実装されている。また、図２には交流電源５が図示されており、電動機システム１００は、交流電源５から電源を供給されている。

　電動機４は、三相誘導電動機であり、固定子巻線１１ａ、固定子巻線１１ｂおよび固定子巻線１１ｃを備える。固定子巻線１１ａ、固定子巻線１１ｂおよび固定子巻線１１ｃを区別せず示すときは、固定子巻線１１と称する。固定子巻線１１ａ、固定子巻線１１ｂおよび固定子巻線１１ｃは、三相誘導電動機における巻線部の中性点において各相に対応する巻線に切り離されたものに相当し、固定子巻線１１ａ、固定子巻線１１ｂおよび固定子巻線１１ｃからは中性点からそれぞれ引き出し線が引き出されている。各引き出し線は、結線切替装置１０に接続される。

　交流電源５は、家庭用のコンセントなどから供給される交流の電源である。コンバータ装置６は、交流電源５から供給される交流電力を、主回路電源となる直流電力に変換し、主回路電源をインバータ装置７および電源生成装置８へ供給する。インバータ装置７は、コンバータ装置６から供給される直流電力を、電動機４の駆動指令に応じた周波数および電圧の大きさの交流電力に変換する。電源生成装置８は、コンバータ装置６から供給される直流電力から、制御装置９に供給する電源を生成する。制御装置９は、サブ基板３に搭載される結線切替装置１０を制御するマイクロコンピュータである。また制御装置９は、インバータ装置７にインバータ駆動信号を送信し、インバータ装置７に内蔵される６個のスイッチング素子のオン、オフの制御を行う。結線切替装置１０は、電動機４の固定子巻線１１の結線の仕様を切り替える装置である。

　結線切替装置１０は、結線切替リレー１２ａ～１２ｃおよび結線切替リレー１３ａ～１３ｃを備える。これらのオン、オフを切り替えることによって、結線切替装置１０は、固定子巻線１１の結線の仕様を切り替える。結線切替リレー１２ａ、結線切替リレー１２ｂおよび結線切替リレー１２ｃを区別せず示すときは、結線切替リレー１２と称する。結線切替リレー１３ａ、結線切替リレー１３ｂおよび結線切替リレー１３ｃを区別せず示すときは、結線切替リレー１３と称する。

　結線切替装置１０が、デルタ結線とスター結線の切り替えをする動作の例を説明する。スター結線は、デルタ結線に比べ小さい電流で大きなトルクを出すことができる。このため、結線切替装置１０は、電動機４の運転始動時の低速すなわち電動機４の回転速度があらかじめ定められた値以下の時は、固定子巻線１１ａ、固定子巻線１１ｂおよび固定子巻線１１ｃの結線接続をスター結線に切り替える。また、運転始動完了後の電動機４が高速すなわち電動機４の回転速度があらかじめ定められた値を超えている時は、結線切替装置１０は、固定子巻線１１ａ、固定子巻線１１ｂおよび固定子巻線１１ｃの結線接続をデルタ結線に切り替える。

　制御装置９は、結線切替装置１０に備わる結線切替リレー１２および結線切替リレー１３を制御することで、固定子巻線１１ａ、固定子巻線１１ｂおよび固定子巻線１１ｃの結線を切り替える。図２では、結線切替リレー１２がオンの状態であり、結線切替リレー１３がオフの状態である。結線切替リレー１２がオンの状態であり、結線切替リレー１３がオフの状態である場合、固定子巻線１１ａ、固定子巻線１１ｂおよび固定子巻線１１ｃの結線の状態は、スター結線である。また、結線切替リレー１２がオフの状態であり、結線切替リレー１３がオンの状態である場合、固定子巻線１１ａ、固定子巻線１１ｂおよび固定子巻線１１ｃの結線の状態は、デルタ結線である。

　制御装置９は、各処理を行う電子回路である処理回路により実現される。本処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリ及びメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central　Processing　Unit、中央演算装置）などのプロセッサを備える制御回路であってもよい。ここでメモリとは、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどが該当する。この制御回路は、例えば、図３に示す構成の制御回路４００である。

　図３に示すように制御回路４００は、プロセッサ４００ａと、メモリ４００ｂと、を備える。制御装置９が、図３に示す制御回路４００により実現される場合、プロセッサ４００ａがメモリ４００ｂに記憶された、各処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ４００ｂは、プロセッサ４００ａが実施する各処理におけるメモリとしても使用される。

　コンバータ装置６、インバータ装置７および結線切替装置１０は強電回路である。強電回路とは、国際電気標準会議（International　Electrotechnical　Commission，IEC）のＩＥＣ－６０３３５規格において定められている、４２．４Ｖを超える電圧の回路のことである。また、弱電回路は、４２．４Ｖ以下の電圧の回路のことである。本実施の形態において、制御基板２およびサブ基板３には、強電回路が実装されており、大電流が流れる。大電流とは、制御装置９に流れる電流に比べて大きな電流であり、例えば、３０Ａ以上の電流を示す。大電流を流すためには銅箔を厚くする必要があるため、制御基板２およびサブ基板３の印刷配線は厚い銅箔である。また、電源生成装置８および制御装置９は弱電回路である。

　本実施の形態にかかる一連の動作の説明をする。制御装置９は、回転速度およびトルクといった駆動指令に応じて、インバータ駆動信号であるＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）信号を生成し、インバータ装置７に内蔵される６個のスイッチング素子のオン、オフの制御を行う。この制御装置９の制御によって、電動機４は、駆動指令に応じた交流電圧が印加される。

　ＰＷＭ信号は、各スイッチング素子のオン、オフをすることを示すパルス状の信号である。具体的なＰＷＭ信号の生成方法は、どのような方法が用いられてもよく、一般的な電動機制御におけるＰＷＭ信号の生成方法を用いることができる。

　以上のように、制御装置９の制御によって電動機４には、インバータ装置７から結線切替装置１０を経て、電流が流れる。また、電動機４への電流印可経路は、インバータ装置７と電動機４との間に配置された結線切替装置１０によって切り替わる。このため、結線切替装置１０には、電動機４に印加される電流が流れる。この電流によって発生する磁気結合に起因するノイズは、制御基板２上の電源生成装置８および制御装置９に誤動作を発生させるなどの影響を及ぼす可能性がある。なお、磁気結合とは、ファラデーの電磁誘導の法則に従って生じる現象であって、一方の配線に流れる電流が変化すると、配線の周囲にある導体に電流が流れる現象である。

　本実施の形態では図２のように、結線切替装置１０が、制御装置９を含む制御基板２とは別の基板であるサブ基板３に実装される。また、図１に示すように、サブ基板３を制御基板２から５ｃｍ程度離れた位置に固定する。このため、電源生成装置８および制御装置９は、結線切替装置１０に流れる電流によって発生するノイズの影響を受けにくくなる。また、この構成はインバータ装置７から出力される電流が疑似正弦波の電流の場合に特に効果が得られる。疑似正弦波の電流は、直流電流および正弦波電流に比べ単位時間当たりの電流の変化が大きい電流である。電流の変化が大きい電流の方がよりノイズを発生させる。このため、疑似正弦波の電流の場合、制御装置９は、この電流によって発生するノイズによる影響をより受けやすくなるため、特に本実施の形態の効果が得られる。

実施の形態２．
　次に、本発明の実施の形態２の回路構成について説明する。本実施の形態の室外機１の基板の配置は、実施の形態１と同様である。また、実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

　図４は、実施の形態２にかかる電動機システムの構成例を示す図である。コンバータ装置６およびインバータ装置７は強電回路である。このため、コンバータ装置６とインバータ装置７とをサブ基板３に実装することで、制御基板２から大電流の流れる回路を除去する。つまり、電動機システム１００ａは、コンバータ装置６とインバータ装置７とがサブ基板３に実装される点で、コンバータ装置６とインバータ装置７とが制御基板２に実装される電動機システム１００とは異なる。本実施の形態では、制御基板２は、弱電回路である電源生成装置８および制御装置９を備えることとなるため、強電回路であるコンバータ装置６、インバータ装置７および結線切替装置１０を備えていない。このため、本実施の形態の制御基板２は、強電回路が実装される場合に比べ、印刷配線に使用する銅箔を薄くすることができる。したがって、制御基板２が実装される際に用いられる基材を、強電回路が実装される場合に用いられる基材より薄い銅箔の基材とすることができ、強電回路が実装される場合よりコストを抑制することができる。

実施の形態３．
　本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態の電動機システムは、サブ基板３を備えていない。本実施の形態では、実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

　図５は、実施の形態３にかかる電動機システムの構成例を示す図である。図５に示すように、電動機システム１００ｂは、結線切替装置１０が電動機４の中に組み込まれる。この配置にすることで、実施の形態１のような、サブ基板３に実装された結線切替装置１０と電動機４とを接続する時に必要な、設置される基板が異なる装置同士を接続する配線を不要とすることができる。また、結線切替装置１０が制御基板２と離れて設置できることになり、電動機４に印加される電流によって発生するノイズが、制御基板２に影響を及ぼすことを抑制することができる。結線切替装置１０と電動機４との基板が異なる装置同士を接続する配線を削減し、結線切替装置１０を電動機４の中に組み込むことにより配線を短くすることで、サブ基板３および配線の製造コストを抑制することができる。また、結線切替装置１０が、電動機４のケースの外側に取り付けられる端子ボックスに組み込まれるような場合も、結線切替装置１０が電動機４の中に組み込まれる場合と同様の効果を得ることができる。端子ボックスとはインバータ装置７と電動機４とを接続する端子を格納する箱である。なお、結線切替装置１０が電動機４のケースの外側に取り付けられる端子ボックスに組み込まれる形態については図示しない。

実施の形態４．
　本発明の実施の形態４について説明する。図６は、実施の形態４にかかる電動機システムの基板の配置例を示す図である。図６に示すように、室外機１ａは、制御基板２に直接サブ基板３を実装する。直接実装するとは、基板間を配線で接続せず、基板間をはんだなどで接続することをいう。電動機システム１００ｃの構成をとることで、基板間を接続するための配線をなくすことができる。よって、電動機４に印加される電流によって発生するノイズが制御基板２に及ぼす影響を抑制することができることに加えて、配線を削減することで、配線の製造コストを抑制することができる。なお、制御基板２およびサブ基板３に設置する装置は、実施の形態１の装置または実施の形態２の装置のどちらでもよい。

実施の形態５．
　本発明の実施の形態５について説明する。図７は、実施の形態５にかかる電動機システムの基板の配置例を示す図である。実施の形態４では、制御基板２にサブ基板３を実装する形態を採用しているが、室外機１ｂの電動機システム１００ｄは、図７のようにサブ基板３に制御基板２を実装する形態である。本実施の形態においても、電動機４に印加される電流によって発生するノイズが制御基板２に及ぼす影響を抑制することができることに加えて、基板間を接続するための配線をなくすことができ、配線を削減することで、配線の製造コストを抑制することができる。

　なお、制御基板２およびサブ基板３に設置する装置は、実施の形態１の装置または実施の形態２の装置のどちらでもよいが、実施の形態２の制御基板２は弱電回路であるため、強電回路と比較して印刷配線を薄くできる。したがって、実施の形態２の制御基板２は重量が軽くなり、製品に固定したときの振動による影響を低減することができるため、本実施の形態では実施の形態２の制御基板２のほうが望ましい。

実施の形態６．
　本発明の実施の形態６について説明する。図８は、実施の形態６にかかる電動機システムの構成例を示す図である。実施の形態１および実施の形態２では、結線切替装置１０などの強電系回路をサブ基板３に実装することで、磁気結合によるノイズの発生を抑制する構成を説明したが、制御基板２で十分なノイズ対策が可能であれば、図８の電動機システム１００ｅに示す様に、全てを１枚の基板上に纏めて実装する事も出来る。よって、この構成にすることにより、制御基板２とサブ基板３とを接続する為に必要だった配線を削減することができるので、配線の製造コストを削減することができる。

　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。

　１，１ａ，１ｂ　室外機、２　制御基板、３　サブ基板、４　電動機、５　交流電源、６　コンバータ装置、７　インバータ装置、８　電源生成装置、９　制御装置、１０　結線切替装置、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　固定子巻線、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ　結線切替リレー、４０　圧縮機、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ　電動機システム、４００　制御回路、４００ａ　プロセッサ、４００ｂ　メモリ。

Claims

　複数の固定子巻線を有する電動機と、
　前記複数の固定子巻線の結線状態を切り替える結線切替装置を有する第１の基板と、
　前記結線切替装置を制御する制御装置、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置、および前記直流電力を前記電動機へ印加する電力に変換するインバータ装置を有する第２の基板と、
　を備えることを特徴とする電動機システム。
　複数の固定子巻線を有する電動機と、
　前記複数の固定子巻線の結線状態を切り替える結線切替装置、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置、および前記直流電力を前記電動機へ印加する電力に変換するインバータ装置を有する第１の基板と、
　前記結線切替装置を制御する制御装置を有する第２の基板と、
　を備えることを特徴とする電動機システム。
　複数の固定子巻線を有する電動機と、
　前記電動機内に組み込まれて、前記複数の固定子巻線の結線状態を切り替える結線切替装置と、
　を備えることを特徴とする電動機システム。
　前記第１の基板に前記第２の基板を配線なく直接実装することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機システム。
　前記第２の基板に前記第１の基板を配線なく直接実装することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機システム。
　複数の固定子巻線を有する電動機と、
　前記複数の固定子巻線の結線状態を切り替える結線切替装置および前記結線切替装置を制御する制御装置を有する第１の基板と、
　前記第１の基板は電動機に印加される電流によって発生するノイズの発生を抑制する機能を備えることを特徴とする電動機システム。
　圧縮機と、
　請求項１から６のいずれか１つに記載の電動機システムと、
　を備えることを特徴とする室外機。