WO2019244194A1 - 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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Definitions
- Patent Document 1 describes a control method in a power converter in which two permanent magnet synchronous motors are connected in parallel.
- one or more aspects of the present invention have been made in view of the above, and operate a normal motor when a motor among two or more motors becomes abnormal due to disturbance or the like.
- the purpose is to be able to keep it.
- a motor driving device includes an inverter (n is an integer of 2 or more) having a permanent magnet in a rotor, the inverter being capable of driving the n motors, A connection switching unit that switches a connection state between at least one of the motors and the inverter between connection and disconnection, and connects the n motors to the inverter, When driving the motor with the inverter, if an abnormality is detected in the at least one motor, the connection switching unit switches the connection state to the disconnection, the inverter, the The apparatus is characterized in that the n motors except one motor are driven.
- the motor in the abnormal state is separated to operate the normal motor. You can keep it going.
- FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a motor drive device according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration of a control unit according to the first embodiment.
- (A)-(c) is a figure showing operation
- FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a first use example of the motor drive device according to the first embodiment;
- FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a second example of use of the motor drive device according to the first embodiment;
- FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a third example of use of the motor drive device according to the first embodiment;
- FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a motor drive device according to a second embodiment.
- FIG. 9 is a functional block diagram illustrating a configuration of a control unit according to Embodiment 2.
- FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a first example of use of the motor drive device according to the second embodiment
- FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a second example of use of the motor drive device according to the second embodiment
- FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a third example of use of the motor drive device according to the second embodiment
- FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a heat pump device according to a third embodiment.
- FIG. 13 is a Mollier chart showing states of refrigerant in the heat pump device according to Embodiment 3.
- FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example in which three motors are connected to an inverter.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a motor drive device according to the first embodiment.
- This motor drive device is for driving the first and second permanent magnet synchronous motors 41 and 42.
- the “permanent magnet synchronous motor” may be simply referred to as “motor”.
- the illustrated motor driving device includes a rectifier 2, a smoothing unit 3, an inverter 4, an inverter current detecting unit 5, a motor current detecting unit 6, an input voltage detecting unit 7, a connection switching unit 8, a control unit 10, And
- Rectifier 2 rectifies AC power from AC power supply 1 to generate DC power.
- the smoothing unit 3 is configured by a capacitor or the like, and smoothes DC power from the rectifier 2 and supplies the DC power to the inverter 4.
- the AC power supply 1 is a single-phase power supply in the example of FIG. 1, but may be a three-phase power supply. If the AC power supply 1 has three phases, a three-phase rectifier is also used as the rectifier 2.
- an aluminum electrolytic capacitor having a large capacitance is often used as the capacitor of the smoothing unit 3, but a long-life film capacitor may be used. Further, the configuration may be such that a harmonic current of a current flowing through the AC power supply 1 is suppressed by using a capacitor having a small capacitance.
- a reactor (not shown) may be inserted between the AC power supply 1 and the smoothing unit 3 for suppressing a harmonic current or improving a power factor.
- the inverter 4 receives the voltage of the smoothing unit 3 as input, and outputs three-phase AC power whose frequency and voltage value are variable.
- a first motor 41 and a second motor 42 are connected in parallel to the output of the inverter 4.
- the connection switching unit 8 includes a single opening / closing unit 9 in the illustrated example.
- the opening and closing unit 9 can connect and disconnect the second motor 42 and the inverter 4, and can switch the number of motors that are simultaneously operated by opening and closing the opening and closing unit 9.
- an IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
- MOSFET Metal Oxide Semiconductor Connector Field Effect Transistor
- a free-wheeling diode (not shown) may be connected in parallel to the semiconductor switching element in order to suppress a surge voltage due to switching of the semiconductor switching element.
- a parasitic diode of the semiconductor switching element may be used as the free wheel diode.
- the same function as that of the freewheeling diode can be realized by turning the MOSFET ON at the timing of circulation.
- the material constituting the semiconductor switching element is not limited to silicon Si, and it is possible to use a wide band gap semiconductor such as silicon carbide SiC, gallium nitride GaN, gallium oxide Ga 2 O 3, or diamond, and use a wide band gap semiconductor. This makes it possible to realize low loss and high-speed switching.
- an electromagnetic contactor such as a mechanical relay or a contactor may be used instead of the semiconductor switching element.
- any device having the same function may be used.
- the opening / closing unit 9 is provided between the second motor 42 and the inverter 4, but may be provided between the first motor 41 and the inverter 4.
- Two opening / closing sections may be provided, one opening / closing section may be provided between the first motor 41 and the inverter 4, and another opening / closing section may be provided between the second motor 42 and the inverter 4.
- the connection switching section 8 is configured by the two opening / closing sections.
- the inverter current detector 5 detects a current flowing through the inverter 4.
- the inverter current detector 5 the resistance R u, which are respectively connected in series to the three switching elements of the lower arm of the inverter 4, R v, the voltage across V Ru of R w, V Rv, the V Rw Based on this, the current (inverter current) i u_all , iv_all and i w_all of each phase of the inverter 4 is obtained .
- the motor current detector 6 detects the current of the first motor 41.
- the motor current detector 6 includes three current transformers that detect currents of three phases (phase currents) i u_m , iv_m , and i w_m , respectively.
- the input voltage detection unit 7 detects an input voltage (DC bus voltage) Vdc of the inverter 4.
- the control unit 10 operates the inverter 4 based on the current value detected by the inverter current detection unit 5, the current value detected by the motor current detection unit 6, and the voltage value detected by the input voltage detection unit 7. Output a signal to cause
- the inverter current detection unit 5 detects the current of each phase of the inverter 4 by using three resistors connected in series to the switching element of the lower arm of the inverter 4.
- the current of each phase of the inverter 4 may be detected by a resistor connected between the common connection point of the switching elements of the arm and the negative electrode of the capacitor as the smoothing unit 3.
- a motor current detector for detecting the current of the second motor 42 may be provided.
- a Hall element may be used for detecting the motor current, and a configuration for calculating the current from the voltage across the resistor may be used.
- a current transformer or a Hall element may be used instead of the configuration for calculating the current from the voltage across the resistor.
- the control unit 10 can be realized by a processing circuit.
- the processing circuit may be constituted by dedicated hardware, may be constituted by software, or may be constituted by a combination of hardware and software.
- the control unit 10 is configured by a microcomputer or a DSP (Digital Signal Processor) having a CPU (Central Processing Unit).
- DSP Digital Signal Processor
- FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the control unit 10.
- the control unit 10 includes an operation command unit 101, a subtraction unit 102, coordinate conversion units 103 and 104, speed estimation units 105 and 106, integration units 107 and 108, a voltage command generation unit 109, Pulsation compensation control unit 110, coordinate conversion unit 111, PWM signal generation unit 112, and motor abnormality detection unit 113.
- the operation command unit 101 generates and outputs a motor rotation speed command value ⁇ m * . Operation command unit 101 also generates and outputs a switching control signal S w for controlling the connection switching section 8.
- the subtraction unit 102 subtracts the phase current i u_m , iv_m , i w_m of the first motor 41 from the phase current i u_all , iv_all , i w_all of the inverter 4 detected by the inverter current detection unit 5.
- Coordinate conversion unit 103 uses the first phase estimates of the motor 41 (magnetic pole position estimation value) theta m below, the phase current i u_M of the first motor 41, i v_m, stationary three-phase coordinates i w_m and coordinate conversion to the rotating two-phase coordinate system from the system, dq axis current i D_M of the first motor 41, determine the i q_m.
- Coordinate conversion unit 104 uses the second phase estimate of the motor 42 (magnetic pole position estimation value) theta sl below, the phase current i U_sl the second motor 42, i V_sl, stationary three-phase coordinates i W_sl
- the dq-axis currents id_sl and iq_sl of the second motor 42 are obtained by performing coordinate transformation from the system to the rotating two-phase coordinate system.
- First motor speed estimation unit 105 the dq-axis current i d_m, i q_m and below the dq-axis voltage command value v d *, obtains the rotational speed estimation value omega m of the first motor 41 based on v q * .
- the second motor speed estimation unit 106 the dq-axis current i d_sl, i q_sl and below the dq-axis voltage command value v d *, v the rotational speed estimation value of the second motor 42 based on q * omega Find sl .
- Integrating unit 107 by integrating the rotational speed estimation value omega m of the first motor 41, determine the phase estimate theta m of the first motor 41. Similarly, the integrator 108 calculates the phase estimation value ⁇ sl of the second motor 42 by integrating the rotation speed estimation value ⁇ sl of the second motor 42.
- a method disclosed in Japanese Patent No. 4672236 can be used for estimating the rotation speed and the phase, but any method can be used as long as the rotation speed and the phase can be estimated. Is also good. Further, a method of directly detecting the rotation speed or the phase may be used.
- Voltage command generation unit 109 based on the dq-axis current i D_M of the first motor 41, and i Q_m, a rotational speed estimation value omega m of the first motor 41, the pulsation compensation current command value i sl below *
- the dq-axis voltage command values v d * , v q * are calculated.
- Coordinate conversion unit 111 the phase estimate theta m of the first motor 41, dq-axis voltage command value v d *, v from the q *, determined the applied voltage phase theta v, based on the applied voltage phase theta v,
- the dq-axis voltage command values v d * , v q * are coordinate-transformed from the rotating two-phase coordinate system to the stationary three-phase coordinate system, and the voltage command values v u * , v v * , v w on the stationary three-phase coordinate system.
- Ask for * the phase estimate theta m of the first motor 41, dq-axis voltage command value v d *, v from the q *, determined the applied voltage phase theta v, based on the applied voltage phase theta v.
- the dq-axis voltage command values v d * , v q * are coordinate-transformed from the rotating two-phase coordinate system to the stationary three-phase
- the phase angle theta f proceeds obtained by obtained by adding the phase estimate theta m of the first motor 41.
- FIG. 3A shows an example of the phase estimation value ⁇ m , the advance phase angle ⁇ f , and the applied voltage phase ⁇ v , and the voltage command values v u * , v v * , v w obtained by the coordinate conversion unit 111 An example of * is shown in FIG.
- PWM signal generating unit 112 the input voltage V dc, the voltage command values v u *, v v *, v w * and the PWM signal UP as shown in FIG. 3 (c), VP, WP , UN, VN, WN Generate The PWM signals UP, VP, WP, UN, VN, WN are supplied to the inverter 4 and used for controlling the switching elements.
- the inverter 4 is provided with a drive circuit (not shown) that generates drive signals for driving the switching elements of the corresponding arms based on the PWM signals UP, VP, WP, UN, VN, and WN.
- the inverter 4 By controlling ON / OFF of the switching element of the inverter 4 based on the PWM signals UP, VP, WP, UN, VN, and WN, the inverter 4 outputs an AC voltage having a variable frequency and voltage value. It can be applied to the first motor 41 and the second motor 42.
- the voltage command values v u * , v v * , and v w * are sine waves in the example shown in FIG. 3B, but the voltage command value may be a value obtained by superimposing a third harmonic. Any waveform can be used as long as the first motor 41 and the second motor 42 can be driven.
- the voltage command generation unit 109 dq axis current i D_M, if a configuration for generating a voltage command based only on the i Q_m and rotational speed estimate omega m of the first motor 41, the While the first motor 41 is appropriately controlled, the second motor 42 only operates according to the voltage command value generated for the first motor 41 and is not directly controlled. In state.
- the first motor 41 and second motor 42 is operated in a state with the error in the phase estimates theta m and phase estimates theta sl, error becomes conspicuous particularly at low speeds.
- error occurs, current pulsation of the second motor 42 occurs, and there is a possibility that loss of the second motor 42 may be deteriorated due to step-out of the second motor 42 or heat generation due to an excessive current. Further, there is a possibility that the circuit is interrupted in response to the excessive current, the motor stops, and the load cannot be driven.
- Pulsation compensation control unit 110 is provided in order to solve such a problem, and the q-axis current i Q_sl the second motor 42, the phase estimates theta m of the first motor 41, the The pulsation compensation current command value isl * for suppressing the current pulsation of the second motor 42 is output using the phase estimation value ⁇ sl of the second motor 42.
- Pulsation compensation current command value i sl * has a phase estimate theta m of the first motor 41, and a phase estimate theta sl of the second motor 42, the first motor 41 and second motor 42 The phase relationship is determined, and based on the determination result, the pulsation of the q-axis current iq_sl corresponding to the torque current of the second motor 42 is determined to be suppressed.
- Voltage command generation section 109 performs a proportional integral calculation on a deviation between rotation number command value ⁇ m * of first motor 41 from operation command section 101 and estimated rotation number ⁇ m of first motor 41. Thus, the q-axis current command value Iq_m * of the first motor 41 is obtained.
- the d-axis current of the first motor 41 is an exciting current component, and by changing its value, the current phase is controlled and the first motor 41 is driven by the stronger magnetic flux or the weaker magnetic flux. It becomes possible.
- the pulsation compensation current command value mentioned earlier i sl * by reflecting the d-axis current command value I D_M of the first motor 41 *, to control the current phase, thereby pulsating It is possible to achieve suppression.
- the voltage command generator 109 the above-described manner obtained dq axis current command value I d_m *, I q_m * and, dq axis current i D_M obtained by the coordinate transformation unit 103, i q_m and the dq-axis voltage based on The command values v d * and v q * are obtained.
- a d-axis voltage command value v d * is obtained by performing a proportional integral operation on a deviation between the d-axis current command value I d_m * and the d-axis current id_m, and the q-axis current command value I q_m * and the q-axis
- a q-axis voltage command value v q * is obtained by performing a proportional integral operation on the deviation from the current iq_m .
- the voltage command generation unit 109 and the pulsation compensation control unit 110 may have any configuration as long as similar functions can be realized.
- the first motor 41 and the second motor 42 can be driven by one inverter 4 so that the second motor 42 does not generate pulsation. .
- the motor abnormality detection unit 113 detects abnormality of at least one of the first motor 41 and the second motor 42. First, the abnormality of the first motor 41 appears as an abnormality of the rotation speed of the first motor 41, and the abnormality of the second motor 42 appears as an abnormality of the rotation speed of the second motor 42. The unit 113 may detect the abnormality of the first motor 41 and the second motor 42 by monitoring the rotation speed of the first motor 41 and the rotation speed of the second motor 42.
- the motor abnormality detection unit 113 if the difference between the rotation speed of the first motor 41 and the rotation speed of the second motor 42 exceeds a predetermined threshold, the motor abnormality detection unit 113 Alternatively, it can be determined that an abnormality has occurred in the second motor 42. Specifically, the motor abnormality detecting section 113 is obtained from a first motor speed estimation unit 105, the rotation speed and the estimated value omega m of the first motor 41, obtained from the second motor speed estimation unit 106, If the difference from the estimated rotational speed ⁇ sl of the second motor 42 exceeds a predetermined threshold value, it is determined that an abnormality has occurred in the first motor 41 or the second motor 42. be able to.
- the motor abnormality detection unit 113 determines the difference between the rotation speed command value ⁇ m * from the operation command unit 101 and the rotation speed estimated value ⁇ m of the first motor 41, and the rotation from the operation command unit 101. By calculating the difference between the number command value ⁇ m * and the rotational speed estimation value ⁇ sl of the second motor 42, it is possible to detect that the motor having the larger difference has an abnormality. That is, when the difference between the rotation speed of the first motor 41 and the rotation speed of the second motor 42 is larger than a predetermined threshold, the motor abnormality detection unit 113 is instructed by the operation instruction unit 101. It can be detected that there is an abnormality in the motor with the larger deviation from the rotation speed.
- the motor abnormality detection unit 113 determines that the first motor 41 is abnormal, and When the deviation of the rotation speed of the second motor 42 is larger than a predetermined threshold value, it can be determined that an abnormality has occurred in the second motor 42. Specifically, the motor abnormality detection unit 113, from the first obtained from the motor speed estimation unit 105, the deviation of the rotational speed estimation value omega m of the first motor 41, second motor speed estimation unit 106 And the deviation of the estimated rotational speed ⁇ sl of the second motor 42 is calculated, and when the calculated deviation is larger than a predetermined threshold value, the abnormality of the motor whose deviation is calculated is detected. can do.
- the motor abnormality detection unit 113 can detect that there is an abnormality in the motor whose deviation amount from the rotation speed commanded by the operation command unit 101 has become larger than a predetermined threshold value. Specifically, motor abnormality detecting section 113 obtains rotation speed estimated value ⁇ m of first motor 41 obtained from first motor speed estimation section 105 and rotation speed command value ⁇ m from operation command section 101. Compared with * , when these differences are larger than the threshold value, the abnormality of the first motor 41 can be detected. Further, the motor abnormality detection unit 113 calculates the rotation speed estimation value ⁇ sl of the second motor 42 obtained from the second motor speed estimation unit 106 and the rotation speed command value ⁇ m * from the operation command unit 101. In comparison, when these differences are larger than the threshold value, an abnormality of the second motor 42 can be detected.
- the threshold here is desirably the rotational speed command value ⁇ m * .
- the abnormality of the first motor 41 is the abnormality of the current output from the inverter 4 to the first motor 41
- the abnormality of the second motor 42 is the abnormality of the current output from the inverter 4 to the second motor 42. Therefore, the motor abnormality detection unit 113 can detect the abnormality of the first motor 41 and the second motor 42 by monitoring the current output from the inverter 4. For example, when an overcurrent is detected from the phase current i u_m , iv_m , iw_m of the first motor 41, in other words, the phase abnormality i u_m , iv_m of the first motor 41 is performed.
- the motor abnormality detection unit 113 detects the overcurrent from the phase currents i u_sl , iv_sl , i w_sl of the second motor 42, in other words, the phase currents i u_sl , iv_sl of the second motor 42.
- Iw_sl exceeds a predetermined threshold value, it can be detected that the second motor 42 is abnormal.
- phase currents i u — sl , iv — sl , and i w — sl of the second motor 42 are obtained from the inverter currents i u — all , iv — all , and i w — all from the phase currents i u — m , i of the first motor 41. It can be obtained by subtracting v_m and iw_m .
- the motor abnormality detection unit 113 When detecting an abnormality, notifies the operation command unit 101 of the motor in which the abnormality has been detected by sending an abnormality signal indicating the motor in which the abnormality is detected to the operation command unit 101.
- the operation command unit 101 when an abnormality is detected in the first motor 41, the operation command unit 101 sends the inverter stop signal inv stop to the PWM signal generation unit 112 to stop the switching of the inverter 4. .
- the operation command section 101 when an abnormality is detected in the second motor 42 so as to open the closing part 9, and sends the switching control signal S w in the connection switching section 8. Thereby, the normal operation of the first motor 41 is continued.
- FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a first application example of the motor drive device according to the first embodiment.
- the motor drive device of the first embodiment is used in an outdoor unit of an air conditioner as a refrigeration cycle application device. As shown, one inverter 4 is connected to a first fan motor 41 # 1 and a second fan motor 42 # 1, and another inverter 11 is connected to a compressor motor 12. ing.
- the control unit 10 stops the inverter 4.
- the control unit 10 opens the opening / closing unit 9 and stops the second fan motor 42 # 1.
- the controller 10 increases the rotation speed of the compressor motor 12 while increasing the rotation speed of the first fan motor 41 # 1.
- the heat exchange efficiency is increased, and even if only the normal first fan motor 41 # 1 is continuously operated, the air conditioning temperature is not largely changed as compared to before the stop of the second fan motor 42 # 1. It becomes possible. Further, even if the rotation speed of the first fan motor 41 # 1 reaches the limit at the maximum rotation speed, the heat exchange efficiency can be increased by increasing the rotation speed of the compressor motor 12.
- FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a second application example of the motor drive device according to the first embodiment.
- the motor drive device of the first embodiment is used for an outdoor unit of an air conditioner.
- the first compressor motor 41 # 2 and the second compressor motor 42 # 2 are connected to one inverter 4, and the fan motor 13 is connected to another inverter 11. ing. It is assumed that another inverter 11 is also controlled by the control unit 10 by a known technique.
- the first motor 41 shown in FIG. 1 is used as a first compressor motor 41 # 2
- the second motor 42 is used as a second compressor motor 42 # 2. Have been.
- the control unit 10 stops the inverter 4.
- the control unit 10 opens the opening / closing unit 9 and stops the second compressor motor 42 # 2.
- the control unit 10 increases the rotation speed of the fan motor 13 while increasing the rotation speed of the first compressor motor 41 # 2.
- the heat exchange efficiency is increased, and even if only the normal first compressor motor 41 # 2 is continuously operated, the air conditioning temperature is not largely changed as compared to before the stop of the second compressor motor 42 # 2. It becomes possible. Further, even if the rotation speed of the first compressor motor 41 # 2 reaches its limit at the maximum rotation speed, the heat exchange efficiency can be increased by increasing the rotation speed of the fan motor 13.
- FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a third application example of the motor drive device according to the first embodiment.
- the motor drive device of the first embodiment is used for an outdoor unit of an air conditioner.
- one inverter 4 is connected to a first fan motor 41 # 1 and a second fan motor 42 # 1.
- the first compressor fan motor 41 # 2 and the second compressor motor 42 # 2 are connected to one inverter 4 #.
- the inverter 4 # has the same configuration as the inverter 4 shown in FIG. 1, and is controlled by the control unit 10 similarly to the inverter 4 in FIG.
- the first motor 41 shown in FIG. 1 is used as a first fan motor 41 # 1
- the second motor 42 is used as a second fan motor 42 # 1.
- a third motor similar to the first motor 41 of FIG. 1 is connected to the inverter 4 #, and this third motor is used as the first compressor motor 41 # 2.
- a fourth motor similar to the second motor 42 of FIG. 1 is connected to the inverter 4 #, and this fourth motor is used as the second compressor motor 42 # 2. Have been.
- N (N is an integer of 2 or more) motors are connected to one inverter 4, and each of the motors is driven according to a rotation speed command value indicating a rotation speed M (M is a positive integer). It is assumed that it is rotating. In such a case, when an abnormality is detected in A motors (A is a positive integer and less than N) out of the N motors, the operation command unit 101 disconnects the motor in which the abnormality is detected. Then, the normal driving of the motor is continued to increase the rotation speed.
- the operation command unit 101 calculates the rotation speed command value ⁇ m * of the (NA) motors that are operating normally by (M ⁇ N) ⁇ (NA). . However, if the value calculated by (M ⁇ N) ⁇ (NA) exceeds the maximum rotation speed of one motor, the operation command unit 101 sets the maximum rotation speed of the motor to The number command value is ⁇ m * .
- the opening and closing unit 9 shown in FIG. 1 When the opening / closing section 9 is in the open state, the inverter 4 outputs a voltage only to the first motor 41, and therefore only the first motor 41 is rotationally driven.
- the second motor 42 which is a synchronous motor, is in a stopped state, and therefore, there is a possibility that the second motor 42 cannot follow the AC voltage output from the inverter 4 and cannot be started. is there.
- the operation command unit 101 closes the opening / closing unit 9 by sufficiently lowering the rotation speed of the first motor 41, or closes the opening / closing unit 9 by stopping the first motor 41 once, and By starting the motor 42, the second motor 42 can be restarted.
- the operation command unit 101 instructs the voltage command generation unit 109 to open or close the opening / closing unit 9 in a state where the rotation speed of the second motor 42 is sufficiently reduced (including stoppage).
- the operation command unit 101 instructs the voltage command generation unit 109 to open or close the opening / closing unit 9 in a state where the rotation speed of the second motor 42 is sufficiently reduced (including stoppage).
- the current flowing through the second motor 42 is controlled to zero or a value close to zero, in other words, in a state where the current flowing through the second motor 42 is equal to or less than a predetermined threshold value.
- the voltage command generator 109 in response to an instruction from the operation command section 101, dq axis current command value I D_M *, as I q_m * indicates zero, dq-axis voltage command value v d *, v
- the current flowing through the second motor 42 can be controlled to zero or a value close to zero.
- FIG. 7 is a schematic diagram showing a motor drive device according to the second embodiment.
- the illustrated motor driving device includes a rectifier 2, a smoothing unit 3, an inverter 4, an inverter current detection unit 5, a motor current detection unit 6, an input voltage detection unit 7, a connection switching unit 15, a control unit 16
- the motor drive device shown in FIG. 7 is configured similarly to the motor drive device shown in FIG. 1 except for the connection switching unit 15 and the control unit 16.
- the connection switching unit 15 includes two opening / closing units 9 and 14.
- the opening / closing section 9 is the same as that of the first embodiment, and can connect and disconnect the second motor 42 and the inverter 4.
- the opening / closing unit 14 can connect and disconnect the first motor 41 and the inverter 4. The number of motors that are simultaneously operated by opening and closing the opening and closing units 9 and 14 can be switched.
- FIG. 8 is a functional block diagram illustrating the configuration of the control unit 16.
- the control unit 16 includes an operation command unit 201, a subtraction unit 102, coordinate conversion units 103 and 104, speed estimation units 105 and 106, integration units 107 and 108, a voltage command generation unit 109, Pulsation compensation control unit 110, coordinate conversion unit 111, PWM signal generation unit 112, and motor abnormality detection unit 113.
- the control unit 16 shown in FIG. 8 is configured similarly to the control unit 10 shown in FIG.
- the operation command unit 201 generates and outputs a motor rotation speed command value ⁇ m * .
- the operation command unit 201 also generates and outputs switching control signals Sw1 and Sw2 for controlling the connection switching unit 15. For example, when the motor abnormality detection unit 113 detects an abnormality of the first motor 41 while driving the first motor 41 and the second motor 42, the operation command unit 201 switches connection.
- the switching control signal Sw1 is sent to the unit 15 to open the opening / closing unit 14.
- the operation command unit 201 switches connection.
- the switching control signal Sw2 is sent to the unit 15 to open the opening / closing unit 9.
- the operation command unit 201 disconnects the first motor 41 by the connection switching unit 15 and disconnects the second motor 42 when the second motor 42 is normal. It is also possible to keep only the second motor 42 running.
- FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a first application example of the motor drive device according to the second embodiment.
- the motor drive device according to the second embodiment is used for an outdoor unit of an air conditioner. As shown, one inverter 4 is connected to a first fan motor 41 # 1 and a second fan motor 42 # 1, and another inverter 11 is connected to a compressor motor 12. ing.
- the control unit 16 controls the inverter 11 by the control unit 16.
- the control of the inverter 11 by the control unit 16 is performed only by connecting one compressor motor 12 to the inverter 11, so that a known technique may be used.
- the first motor 41 shown in FIG. 7 is used as a first fan motor 41 # 1
- the second motor 42 is used as a second fan motor 42 # 1. I have.
- the control unit 16 When an abnormality is detected in the first fan motor 41 # 1, the control unit 16 opens the opening / closing unit 14 and stops the first fan motor 41 # 1. In this case, the control unit 16 increases the rotation speed of the compressor motor 12 while increasing the rotation speed of the second fan motor 42 # 1. When an abnormality is detected in the second fan motor 42 # 1, the control unit 16 opens the opening / closing unit 9 and stops the second fan motor 42 # 1. In this case, the control unit 16 increases the rotation speed of the compressor motor 12 while increasing the rotation speed of the first fan motor 41 # 1.
- the first fan motor 41 # 1 or the second fan It is possible to prevent the air-conditioning temperature from largely changing compared to before the motor 42 # 1 is stopped. Further, even if the rotation speed of the second fan motor 42 # 1 or the first fan motor 41 # 1 reaches the limit at the maximum rotation speed, the heat exchange efficiency is increased by increasing the rotation speed of the compressor motor 12. Can be.
- FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a second application example of the motor drive device according to the second embodiment.
- the motor drive device of the second embodiment is used for an outdoor unit of an air conditioner.
- the first compressor motor 41 # 2 and the second compressor motor 42 # 2 are connected to one inverter 4, and the fan motor 13 is connected to another inverter 11. ing. It is assumed that another inverter 11 is also controlled by the control unit 16 by a known technique.
- the first motor 41 shown in FIG. 7 is used as a first compressor motor 41 # 2
- the second motor 42 is used as a second compressor motor 42 # 2. Have been.
- the control unit 16 when an abnormality is detected in the first compressor motor 41 # 2, the control unit 16 opens the opening / closing unit 14 and stops the first compressor motor 41 # 2. In this case, the controller 16 increases the rotation speed of the fan motor 13 while increasing the rotation speed of the second compressor motor 42 # 2.
- the control unit 16 opens the opening / closing unit 9 and stops the second compressor motor 42 # 2. In this case, the control unit 16 increases the rotation speed of the fan motor 13 while increasing the rotation speed of the first compressor motor 41 # 2.
- the first compressor motor 41 # 2 or the second It is possible to prevent the air conditioning temperature from largely changing compared to before the stop of the second compressor motor 42 # 2. Further, even if the rotation speed of the first compressor motor 41 # 2 or the second compressor motor 42 # 2 reaches the limit at the maximum rotation speed, the heat exchange efficiency is increased by increasing the rotation speed of the fan motor 13. be able to.
- FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a third application example of the motor drive device according to the second embodiment.
- the motor drive device of the second embodiment is used for an outdoor unit of an air conditioner.
- one inverter 4 is connected to a first fan motor 41 # 1 and a second fan motor 42 # 1.
- the first compressor fan motor 41 # 2 and the second compressor motor 42 # 2 are connected to one inverter 4 #.
- the inverter 4 # has the same configuration as the inverter 4 shown in FIG. 7, and is controlled by the control unit 16 similarly to the inverter 4 in FIG.
- the first motor 41 shown in FIG. 7 is used as a first fan motor 41 # 1
- the second motor 42 is used as a second fan motor 42 # 1.
- a third motor similar to the first motor 41 of FIG. 7 is connected to the inverter 4 #, and this third motor is used as the first compressor motor 41 # 2.
- a fourth motor similar to the second motor 42 of FIG. 7 is connected to the inverter 4 #, and this fourth motor is used as the second compressor motor 42 # 2. Have been.
- FIG. 12 is a circuit configuration diagram of the heat pump device 900 according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a Mollier diagram showing the state of the refrigerant in heat pump apparatus 900 shown in FIG.
- the horizontal axis represents the specific enthalpy
- the vertical axis represents the refrigerant pressure.
- the heat pump device 900 includes a compressor 901, a heat exchanger 902, an expansion mechanism 903, a receiver 904, an internal heat exchanger 905, an expansion mechanism 906, and a heat exchanger 907 which are sequentially connected by piping, Is provided with a main refrigerant circuit 908 that circulates.
- a main refrigerant circuit 908 In the main refrigerant circuit 908, a four-way valve 909 is provided on the discharge side of the compressor 901, so that the circulation direction of the refrigerant can be switched.
- the heat exchanger 907 has a first portion 907a and a second portion 907b, to which valves (not shown) are connected, and the flow of the refrigerant is controlled according to the load of the heat pump device 900. For example, when the load of the heat pump device 900 is relatively large, the refrigerant flows through both the first portion 907a and the second portion 907b, and when the load of the heat pump device 900 is relatively small, the first portion 907a The refrigerant flows only into one of the second portion 907b and the second portion 907b, for example, only the first portion 907a.
- Fans 910a and 910b are provided near the first portion 907a and the second portion 907b, respectively, corresponding to the respective portions.
- Fans 910a and 910b are driven by separate motors, respectively.
- the motors 41 and 42 described in the first or second embodiment are used for driving the fans 910a and 910b, respectively.
- the heat pump device 900 includes an injection circuit 912 that connects the space between the receiver 904 and the internal heat exchanger 905 to the injection pipe of the compressor 901 by piping.
- the expansion circuit 911 and the internal heat exchanger 905 are sequentially connected to the injection circuit 912.
- a water circuit 913 through which water circulates is connected to the heat exchanger 902. Note that a device that uses water, such as a water heater, a radiator, and a radiator such as floor heating, is connected to the water circuit 913.
- the heat pump device 900 during the heating operation will be described.
- the four-way valve 909 is set in the solid line direction.
- this heating operation includes not only heating used for air conditioning but also heating of water for hot water supply.
- the gas-phase refrigerant (point 1 in FIG. 13) which has become high temperature and high pressure in the compressor 901 is discharged from the compressor 901 and liquefied by heat exchange in the heat exchanger 902 which is a condenser and a radiator (FIG. 13). Point 2). At this time, the water circulating in the water circuit 913 is heated by the heat radiated from the refrigerant, and is used for heating, hot water supply, and the like.
- the liquid-phase refrigerant liquefied in the heat exchanger 902 is decompressed by the expansion mechanism 903, and becomes a gas-liquid two-phase state (point 3 in FIG. 13).
- the refrigerant in the gas-liquid two-phase state by the expansion mechanism 903 exchanges heat with the refrigerant sucked into the compressor 901 by the receiver 904, and is cooled and liquefied (point 4 in FIG. 13).
- the liquid-phase refrigerant liquefied by the receiver 904 branches and flows into the main refrigerant circuit 908 and the injection circuit 912.
- the liquid-phase refrigerant flowing through the main refrigerant circuit 908 undergoes heat exchange with the refrigerant flowing through the injection circuit 912, which has been decompressed by the expansion mechanism 911 and is in a gas-liquid two-phase state, in the internal heat exchanger 905, and is further cooled (FIG. 13). Point 5).
- the liquid-phase refrigerant cooled by the internal heat exchanger 905 is decompressed by the expansion mechanism 906 to be in a gas-liquid two-phase state (point 6 in FIG. 13).
- the refrigerant in the gas-liquid two-phase state by the expansion mechanism 906 is heat-exchanged with outside air in a heat exchanger 907 serving as an evaporator, and is heated (point 7 in FIG. 13). Then, the refrigerant heated by the heat exchanger 907 is further heated by the receiver 904 (point 8 in FIG. 13), and is sucked into the compressor 901.
- the refrigerant flowing through the injection circuit 912 is decompressed by the expansion mechanism 911 (point 9 in FIG. 13), and is heat-exchanged by the internal heat exchanger 905 (point 10 in FIG. 13).
- the refrigerant in the gas-liquid two-phase state (injection refrigerant) heat-exchanged in the internal heat exchanger 905 flows into the compressor 901 from the injection pipe of the compressor 901 in the gas-liquid two-phase state.
- the refrigerant (point 8 in FIG. 13) drawn from the main refrigerant circuit 908 is compressed and heated to an intermediate pressure (point 11 in FIG. 13).
- the injection refrigerant (point 10 in FIG. 13) joins the refrigerant (point 11 in FIG. 13) compressed and heated to the intermediate pressure, and the temperature decreases (point 12 in FIG. 13).
- the cooled refrigerant (point 12 in FIG. 13) is further compressed and heated to high temperature and high pressure and discharged (point 1 in FIG. 13).
- the opening of the expansion mechanism 911 is fully closed. That is, when the injection operation is performed, the opening degree of the expansion mechanism 911 is larger than a certain value, but when the injection operation is not performed, the opening degree of the expansion mechanism 911 is smaller than the certain value. .
- the opening degree of the expansion mechanism 911 is electronically controlled by a control unit including a microcomputer or the like.
- the four-way valve 909 is set in the direction of the broken line. Note that this cooling operation includes not only cooling used for air conditioning but also cooling of water, freezing of food, and the like.
- the gas-phase refrigerant (point 1 in FIG. 13) which has become high temperature and high pressure in the compressor 901 is discharged from the compressor 901 and liquefied by heat exchange in a heat exchanger 907 which is a condenser and a radiator (FIG. 13).
- Point 2 The liquid-phase refrigerant liquefied by the heat exchanger 907 is decompressed by the expansion mechanism 906 to be in a gas-liquid two-phase state (point 3 in FIG. 13).
- the refrigerant in the gas-liquid two-phase state by the expansion mechanism 906 undergoes heat exchange in the internal heat exchanger 905, and is cooled and liquefied (point 4 in FIG. 13).
- the refrigerant in the gas-liquid two-phase state by the expansion mechanism 906 and the liquid-phase refrigerant liquefied in the internal heat exchanger 905 are decompressed by the expansion mechanism 911 to be in the gas-liquid two-phase state.
- Heat is exchanged with the refrigerant (point 9 in FIG. 13).
- the liquid-phase refrigerant (point 4 in FIG. 13) subjected to heat exchange in the internal heat exchanger 905 branches and flows into the main refrigerant circuit 908 and the injection circuit 912.
- the liquid-phase refrigerant flowing through the main refrigerant circuit 908 undergoes heat exchange with the refrigerant drawn into the compressor 901 by the receiver 904, and is further cooled (point 5 in FIG. 13).
- the liquid-phase refrigerant cooled by the receiver 904 is decompressed by the expansion mechanism 903 to be in a gas-liquid two-phase state (point 6 in FIG. 13).
- the refrigerant in the gas-liquid two-phase state by the expansion mechanism 903 undergoes heat exchange in the heat exchanger 902 serving as an evaporator and is heated (point 7 in FIG. 13).
- the water circulating in the water circuit 913 is cooled by absorbing heat of the refrigerant, and is used for cooling, cooling, freezing, and the like.
- the refrigerant heated by the heat exchanger 902 is further heated by the receiver 904 (point 8 in FIG. 13), and is sucked into the compressor 901.
- the refrigerant flowing through the injection circuit 912 is decompressed by the expansion mechanism 911 (point 9 in FIG. 13), and is heat-exchanged by the internal heat exchanger 905 (point 10 in FIG. 13).
- the refrigerant in the gas-liquid two-phase state (injection refrigerant) heat-exchanged in the internal heat exchanger 905 flows from the injection pipe of the compressor 901 in the gas-liquid two-phase state.
- the compression operation in the compressor 901 is the same as in the heating operation.
- the opening degree of the expansion mechanism 911 is fully closed as in the heating operation so that the refrigerant does not flow into the injection pipe of the compressor 901.
- the heat exchanger 902 has been described as a heat exchanger such as a plate heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and water circulating in the water circuit 913.
- the heat exchanger 902 is not limited to this, and may exchange heat between the refrigerant and the air.
- the water circuit 913 may be a circuit in which another fluid circulates, instead of a circuit in which water circulates.
- the heat exchanger 907 has the first portion 907a and the second portion 907b, but it is also conceivable that the heat exchanger 902 has two portions instead or in addition.
- the heat exchanger 902 exchanges heat between the refrigerant and the air
- the above-mentioned two parts may each have a fan, and these fans may be configured to be driven by separate motors. .
- the compressor 901 includes the first part (first compression mechanism) and the second part (second part). 2 compression mechanism).
- first compression mechanism first compression mechanism
- second part second part
- the first portion and the second portion Is controlled so that only one of the parts, for example, only the first part, performs the compression operation.
- the first portion and the second portion of the compressor 901 are provided with separate motors for driving them.
- the motors 41 and 42 described in the first or second embodiment are used for driving the first portion and the second portion, respectively.
- At least one of the heat exchangers 902 and 907 has two parts, and at least one of the heat exchangers 902 and 907 is provided with two fans.
- at least one of the heat exchangers 902 and 907 may have a plurality of portions, and a fan is provided for each portion, and a motor is provided for each fan. Configurations are possible. In such a case, it is possible to drive a plurality of motors with one inverter by using the motor driving device described in Embodiment 1 or 2.
- the compressor 901 may have a plurality of parts, and a configuration in which a motor is provided corresponding to each part is conceivable. In such a case, it is possible to drive a plurality of motors with one inverter by using the motor driving device described in Embodiment 1 or 2.
- connection switching unit 8 is configured by a plurality of opening / closing units.
- FIG. 14 is a schematic diagram illustrating an example in which three motors are connected to the inverter 4. As shown in FIG. 14, a first motor 41, a second motor 42, and a third motor 43 are connected to the inverter 4. An opening / closing section 17 similar to the opening / closing section 9 is provided between the third motor 43 and the inverter 4. Therefore, the connection switching unit 18 includes two opening / closing units 9 and 17.
- control unit 19 stops the inverter 4 when an abnormality is detected in the first motor 41, and when the abnormality is detected in the second motor 42, 4 and the drive of the second motor 42 is stopped. If an abnormality is detected in the third motor 43, the connection between the third motor 43 and the inverter 4 is cut off. Then, the driving of the third motor 43 is stopped.
- an inverter connected to n motors each having a permanent magnet in the rotor and capable of driving the n motors, and at least one motor out of the n motors and the inverter
- a motor drive device including a connection switching unit that switches a connection state between connection and disconnection, when n motors are connected to an inverter and n motors are driven by the inverter, at least 1 If an abnormality is detected in one of the motors, the connection switching unit switches the connection state to disconnection, and the inverter drives n motors except for at least one motor so that no abnormality occurs. The operation of the motor can be continued.
- the inverter when driving the n motors excluding at least one motor, the inverter increases the rotation speed as compared with the case where the n motors are driven, thereby reducing the power of the stopped motor. It can be supplemented by another motor.
- the inverter can supplement the power of the stopped motor by another motor by allocating the rotation speed driven by the stopped motor to another motor. However, if the rotation speed of the stopped motor is allocated to another motor and then the rotation speed of the other motor exceeds the maximum rotation speed of the motor, the inverter operates at the maximum rotation speed. Driving the motor can prevent the motor from malfunctioning.
- the inverter drives the other motor at the maximum rotation speed, so that the power of the stopped motor can be supplemented by the other motor. it can.
- control unit that controls the inverter and the connection switching unit determines that the difference between the estimated rotation speed that is the estimated value of the rotation speed of a certain motor and the command rotation speed that is the command value of the rotation speed of the certain motor is the first rotation speed.
- the threshold value is larger than the threshold value, the abnormality of the motor can be reliably detected by detecting the abnormality of the certain motor.
- control unit that controls the inverter and the connection switching unit, when the deviation of the estimated rotation speed, which is the estimated value of the rotation speed of a certain motor, is larger than a predetermined second threshold value, , The abnormality of the motor can be reliably detected.
- control unit that controls the inverter and the connection switching unit detects an abnormality of the certain motor when the current value of at least one phase current of the certain motor is larger than a predetermined third threshold value.
- the abnormality of the motor can be reliably detected.
- connection switching unit is made of a wide band gap semiconductor, thereby realizing low loss and high speed switching.
- connection switching unit is configured by an electromagnetic contactor, it can be realized with a simple configuration.
- the switching element or free-wheeling diode that constitutes the inverter is made of a wide band gap semiconductor, so that it is possible to realize low loss and high-speed switching.
- the refrigeration cycle application device includes the motor driving device described in Embodiment 1 or 2, in the refrigeration cycle application device, the motor in which an abnormality has occurred is stopped, and the drive of a motor in which an abnormality has not occurred continues. can do.
- the heat exchanger of the refrigeration cycle applied equipment has n parts, and each of the n motors is provided corresponding to each of the n parts, and according to the load of the refrigeration cycle applied equipment.
- a portion performing the heat exchange operation among the n portions is switched, and each of the n motors is driven by the inverter when the corresponding heat exchanger portion performs the heat exchange operation.
- n motors are used to rotate the n fans provided corresponding to the n portions, so that the fan in which the abnormality has occurred is stopped, and the abnormality has not occurred. The driving of the fan can be continued.
- the refrigeration cycle application device has n compressors, and each of the n motors is provided corresponding to each of the n compressors.
- each of the n motors is driven by the inverter when each of the n compressors performs the compression operation, It is possible to stop the compressor in which the abnormality has occurred, and to continue driving the compressor in which the abnormality has not occurred.
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Abstract
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(41,42)に接続され、n台のモータ(41,42)を駆動可能なインバータ(4)と、n台のモータ(41,42)の内の少なくとも1台のモータ(42)とインバータ(4)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(8)とを備え、n台のモータ(41,42)をインバータ(4)に接続して、n台のモータ(41,42)をインバータ(4)で駆動している際に、少なくとも1台のモータ(42)に異常が検知された場合には、接続切替部(8)は、接続状態を切断に切り替え、インバータ(4)は、少なくとも1台のモータ(42)を除くn台のモータ(41)を駆動する。
Description
モータ駆動装置及び冷凍サイクル適用機器に関する。
従来から、単一のインバータにて、2台以上のモータを駆動する技術がある。例えば、特許文献1には、2台の永久磁石同期電動機を並列に接続した電力変換器における制御方法が記載されている。
従来の技術では、2台以上のモータの内、あるモータが外乱等により異常状態になった場合に、正常状態のモータも動作を停止させる必要がある。
そこで、本発明の1又は複数の態様は、上記に鑑みてなされたものであって、2台以上のモータの内、あるモータが外乱等により異常状態になった場合に、正常なモータを動作させ続けることができるようにすることを目的とする。
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台のモータの内の少なくとも1台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、前記少なくとも1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、前記少なくとも1台のモータを除く前記n台のモータを駆動することを特徴とする。
本発明の1又は複数の態様によれば、2台以上のモータの内、あるモータが外乱等により異常状態になった場合に、異常状態となったモータを切り離すことで、正常なモータを動作させ続けることができる。
以下に添付図面を参照し、実施の形態にかかるモータ駆動装置、及びそれを備えた冷凍サイクル適用機器について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
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。
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。
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8と、制御部10とを備える。
整流器2は、交流電源1からの交流電力を整流して直流電力を生成する。
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。
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。
なお、交流電源1は、図1の例では単相であるが、三相電源でもよい。交流電源1が三相であれば、整流器2としても三相の整流器が用いられる。
平滑部3のコンデンサとしては、一般的には静電容量の大きなアルミ電解コンデンサを用いることが多いが、長寿命であるフィルムコンデンサを用いてもよい。さらに静電容量の小さなコンデンサを用いることで、交流電源1に流れる電流の高調波電流を抑制するよう構成してもよい。
また、交流電源1から平滑部3までの間に高調波電流の抑制又は力率の改善のためにリアクトル(図示せず)を挿入してもよい。
インバータ4は、平滑部3の電圧を入力とし、周波数及び電圧値が可変の三相交流電力を出力する。
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。
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。
接続切替部8は、図示の例では単一の開閉部9から成る。開閉部9は、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り、開閉部9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。
インバータ4を構成する半導体スイッチング素子としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられることが多い。
なお、半導体スイッチング素子のスイッチングによるサージ電圧を抑制する目的で環流ダイオード(図示せず)を半導体スイッチング素子に並列に接続した構成としてもよい。
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。
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。
半導体スイッチング素子を構成する材料は、ケイ素Siに限定されず、ワイドバンドギャップ半導体である炭化ケイ素SiC、窒化ガリウムGaN、酸化ガリウムGa2O3又はダイヤモンド等を用いることが可能であり、ワイドバンドギャップ半導体を用いることで、低損失化及び高速スイッチング化を実現することが可能となる。
開閉部9としては、半導体スイッチング素子の代わりに、機械的なリレー又はコンタクタ等の電磁接触器を用いてもよい。要するに、同様の機能を有するものであれば何を用いてもよい。
図示の例では、第2のモータ42とインバータ4との間に開閉部9を設けているが、第1のモータ41とインバータ4との間に設けてもよい。2つの開閉部を設け、1つの開閉部を第1のモータ41とインバータ4との間に設け、他の開閉部を第2のモータ42とインバータ4との間に設けてもよい。2つの開閉部が設けられる場合には、2つの開閉部により接続切替部8が構成される。
インバータ電流検出部5は、インバータ4に流れる電流を検出する。図示の例では、インバータ電流検出部5は、インバータ4の3つの下アームのスイッチング素子にそれぞれ直列に接続された抵抗Ru,Rv,Rwの両端電圧VRu,VRv,VRwに基づいて、インバータ4のそれぞれの相の電流(インバータ電流)iu_all、iv_all、iw_allを求める。
モータ電流検出部6は、第1のモータ41の電流を検出する。モータ電流検出部6は、3つの相の電流(相電流)iu_m、iv_m、iw_mをそれぞれ検出する3つのカレントトランスを含む。
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。
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。
制御部10は、インバータ電流検出部5で検出された電流値、モータ電流検出部6で検出された電流値、及び、入力電圧検出部7で検出された電圧値に基づいて、インバータ4を動作させるための信号を出力する。
なお、上記の例では、インバータ電流検出部5が、インバータ4の下アームのスイッチング素子に直列に接続された3つの抵抗により、インバータ4のそれぞれの相の電流を検出するが、代わりに、下アームのスイッチング素子の共通接続点と平滑部3としてのコンデンサの負側電極との間に接続された抵抗により、インバータ4のそれぞれの相の電流を検出するものであってもよい。
また、第1のモータ41の電流を検出するモータ電流検出部6に加えて、第2のモータ42の電流を検出するモータ電流検出部を設けてもよい。
モータ電流の検出には、カレントトランスを用いる代わりに、ホール素子を用いてもよく、抵抗の両端電圧から電流を算出する構成を用いてもよい。
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。
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。
制御部10は、処理回路で実現可能である。処理回路は、専用のハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアで構成されていてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合せで構成されていてもよい。ソフトウェアで構成される場合、制御部10は、CPU(Central Processing Unit)を備えたマイクロコンピュータ又はDSP(Digital Signal Processor)等で構成される。
図2は、制御部10の構成を示す機能ブロック図である。
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。
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。
運転指令部101は、モータの回転数指令値ωm
*を生成して出力する。運転指令部101はまた、接続切替部8を制御するための切替制御信号Swを生成して出力する。
減算部102は、インバータ電流検出部5で検出されたインバータ4の相電流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、第2のモータ42の相電流iu_sl,iv_sl,iw_slを求める。
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。
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。
座標変換部103は、後述の第1のモータ41の位相推定値(磁極位置推定値)θmを用いて、第1のモータ41の相電流iu_m,iv_m,iw_mを静止三相座標系から回転二相座標系に座標変換して、第1のモータ41のdq軸電流id_m,iq_mを求める。
座標変換部104は、後述の第2のモータ42の位相推定値(磁極位置推定値)θslを用いて、第2のモータ42の相電流iu_sl,iv_sl,iw_slを静止三相座標系から回転二相座標系に座標変換して、第2のモータ42のdq軸電流id_sl,iq_slを求める。
第1のモータ速度推定部105は、dq軸電流id_m、iq_m及び後述のdq軸電圧指令値vd
*、vq
*に基づいて第1のモータ41の回転数推定値ωmを求める。
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、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。
積分部107は、第1のモータ41の回転数推定値ωmを積分することで、第1のモータ41の位相推定値θm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。
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。
なお、回転数及び位相の推定には、例えば特許第4672236号明細書に示されている方法を用いることができるが、回転数及び位相が推定可能な方法であればどのような方法を用いてもよい。また、回転数又は位相を直接検出する方法を用いてもよい。
電圧指令生成部109は、第1のモータ41のdq軸電流id_m,iq_mと、第1のモータ41の回転数推定値ωmと、後述の脈動補償電流指令値isl
*とに基づいて、dq軸電圧指令値vd
*,vq
*を算出する。
座標変換部111は、第1のモータ41の位相推定値θmと、dq軸電圧指令値vd
*,vq
*とから、印加電圧位相θvを求め、印加電圧位相θvに基づき、dq軸電圧指令値vd
*,vq
*を回転二相座標系から静止三相座標系に座標変換して、静止三相座標系上の電圧指令値vu
*,vv
*,vw
*を求める。
印加電圧位相θvは、例えば、dq軸電圧指令値vd
*,vq
*から
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。
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。
位相推定値θm、進み位相角θf、及び印加電圧位相θvの例が図3(a)に示され、座標変換部111で求められる電圧指令値vu
*,vv
*,vw
*の例が図3(b)に示されている。
PWM信号生成部112は、入力電圧Vdcと、電圧指令値vu
*,vv
*,vw
*とから図3(c)に示されるPWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNを生成する。
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。
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。
インバータ4には、PWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNに基づいて、それぞれ対応するアームのスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成する、図示しない駆動回路が設けられている。
上記のPWM信号UP,VP,WP,UN,VN,WNに基づいてインバータ4のスイッチング素子のON/OFFを制御することで、インバータ4から周波数及び電圧値が可変の交流電圧を出力させ、第1のモータ41及び第2のモータ42に印加することができる。
電圧指令値vu
*,vv
*,vw
*は、図3(b)に示される例では正弦波であるが、電圧指令値は、三次高調波を重畳させたものであってもよく、第1のモータ41及び第2のモータ42を駆動することが可能であればどのような波形のものであってもよい。
図2に戻り、電圧指令生成部109が、dq軸電流id_m,iq_m及び第1のモータ41の回転数推定値ωmのみに基づいて電圧指令を生成する構成であるとすれば、第1のモータ41が適切に制御される一方、第2のモータ42は、第1のモータ41のために生成された電圧指令値に応じて動作するだけであり、直接的には制御されていない状態にある。
そのため、第1のモータ41及び第2のモータ42は、位相推定値θm及び位相推定値θslに誤差を伴う状態で動作し、特に低速域で誤差が顕著に現れる。
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。
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。
脈動補償制御部110は、このような問題を解決するために設けられたものであり、第2のモータ42のq軸電流iq_slと、第1のモータ41の位相推定値θmと、第2のモータ42の位相推定値θslとを用いて、第2のモータ42の電流脈動を抑制するための脈動補償電流指令値isl
*を出力する。
脈動補償電流指令値isl
*は、第1のモータ41の位相推定値θmと、第2のモータ42の位相推定値θslとから、第1のモータ41と第2のモータ42との位相関係を判定し、その判定結果に基づいて、第2のモータ42のトルク電流に該当するq軸電流iq_slの脈動を抑制するように定められる。
電圧指令生成部109は、運転指令部101からの第1のモータ41の回転数指令値ωm
*と第1のモータ41の回転数推定値ωmとの偏差に対して比例積分演算を行って、第1のモータ41のq軸電流指令値Iq_m
*を求める。
一方、第1のモータ41のd軸電流は、励磁電流成分であり、その値を変化させることで、電流位相を制御すること、及び、第1のモータ41を強め磁束又は弱め磁束で駆動させることが可能となる。その特性を利用し、先に述べた脈動補償電流指令値isl
*を、第1のモータ41のd軸電流指令値Id_m
*に反映させることで、電流位相を制御し、これにより脈動の抑制を図ることが可能である。
電圧指令生成部109は、上記のようにして求めたdq軸電流指令値Id_m
*,Iq_m
*と、座標変換部103で求めたdq軸電流id_m,iq_mとに基づいてdq軸電圧指令値vd
*,vq
*を求める。即ち、d軸電流指令値Id_m
*とd軸電流id_mとの偏差に対して比例積分演算を行ってd軸電圧指令値vd
*を求め、q軸電流指令値Iq_m
*とq軸電流iq_mとの偏差に対して比例積分演算を行ってq軸電圧指令値vq
*を求める。
なお、電圧指令生成部109及び脈動補償制御部110については同様の機能を実現可能であれば、どのような構成のものであってもよい。
以上のような制御を行うことで、第1のモータ41と第2のモータ42とを、第2のモータ42に脈動が生じないように、1台のインバータ4で駆動することが可能となる。
モータ異常検知部113は、第1のモータ41及び第2のモータ42の少なくとも何れか一方の異常を検知する。
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。
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の回転数と、第2のモータ42の回転数との差が、予め定められた閾値を超えている場合には、第1のモータ41又は第2のモータ42に異常が発生していると判断することができる。具体的には、モータ異常検知部113は、第1のモータ速度推定部105から得られる、第1のモータ41の回転数推定値ωmと、第2のモータ速度推定部106から得られる、第2のモータ42の回転数推定値ωslとの差が、予め定められた閾値を超えている場合に、第1のモータ41又は第2のモータ42に異常が発生していると判断することができる。この場合、モータ異常検知部113は、運転指令部101からの回転数指令値ωm
*と、第1のモータ41の回転数推定値ωmとの差分、及び、運転指令部101からの回転数指令値ωm
*と、第2のモータ42の回転数推定値ωslとの差分を算出することで、その差分が大きい方のモータに異常があると検知することができる。すなわち、モータ異常検知部113は、第1のモータ41の回転数と、第2のモータ42の回転数との差が予め定められた閾値よりも大きい場合に、運転指令部101から指令された回転数からの乖離量が多い方のモータ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1のモータ41の回転数の偏差が、予め定められた閾値よりも大きい場合には、第1のモータ41が異常であると判断し、第2のモータ42の回転数の偏差が、予め定められた閾値よりも大きい場合には、第2のモータ42に異常が発生したと判断することができる。具体的には、モータ異常検知部113は、第1のモータ速度推定部105から得られる、第1のモータ41の回転数推定値ωmの偏差と、第2のモータ速度推定部106から得られる、第2のモータ42の回転数推定値ωslの偏差とを算出し、算出された偏差が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、その偏差が算出されたモータの異常を検知することができる。
さらに、モータ異常検知部113は、運転指令部101から指令された回転数からの乖離量が予め定められた閾値よりも大きくなったモータに異常があると検知することができる。具体的には、モータ異常検知部113は、第1のモータ速度推定部105から得られる、第1のモータ41の回転数推定値ωmと、運転指令部101からの回転数指令値ωm
*とを比較して、これらの差分が閾値よりも大きい場合に、第1のモータ41の異常を検知することができる。また、モータ異常検知部113は、第2のモータ速度推定部106から得られる、第2のモータ42の回転数推定値ωslと、運転指令部101からの回転数指令値ωm
*とを比較して、これらの差分が閾値よりも大きい場合に、第2のモータ42の異常を検知することができる。ここでの閾値は、回転数指令値ωm
*であることが望ましい。
次に、第1のモータ41の異常は、インバータ4から第1のモータ41に出力される電流の異常、第2のモータ42の異常は、インバータ4から第2のモータ42に出力される電流の異常となって表れるため、モータ異常検知部113は、インバータ4から出力される電流を監視することで、第1のモータ41及び第2のモータ42の異常を検知することもできる。
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。
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。
モータ異常検知部113は、異常を検知した場合には、異常が検知されたモータを示す異常信号を運転指令部101に送ることで、異常が検知されたモータを運転指令部101に通知する。
実施の形態1では、運転指令部101は、第1のモータ41で異常が検知された場合には、インバータ停止信号invstopをPWM信号生成部112に送ることで、インバータ4のスイッチングを停止させる。
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。
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。
図4は、実施の形態1のモータ駆動装置の第1の利用例を示す概略図である。
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。
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。
なお、別のインバータ11も制御部10により制御されているものとする。制御部10によるインバータ11の制御は、インバータ11に1つの圧縮機モータ12が接続されているだけであるため、周知の技術が用いられればよい。
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。
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1のファンモータ41#1に異常が検知された場合、制御部10は、インバータ4を停止する。
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。
図5は、実施の形態1のモータ駆動装置の第2の利用例を示す概略図である。
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1の圧縮機モータ41#2に異常が検知された場合、制御部10は、インバータ4を停止する。
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。
図6は、実施の形態1のモータ駆動装置の第3の利用例を示す概略図である。
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。
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。
なお、インバータ4#も、図1に示されているインバータ4と同様に構成されており、図1のインバータ4と同様に、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、図6では、インバータ4#に、図1の第1のモータ41と同様の第3のモータが接続されており、この第3のモータが第1の圧縮機モータ41#2として利用されている。さらに、図6では、インバータ4#に、図1の第2のモータ42と同様の第4のモータが接続されており、この第4のモータが、第2の圧縮機モータ42#2として利用されている。
ここで、一台のインバータ4にN台(Nは、2以上の整数)のモータが接続されており、それぞれのモータが回転数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ものとする。このような場合に、N台のモータのうちA台(Aは、正の整数で、N未満)のモータで異常が検知されると、運転指令部101は、異常が検知されたモータを切り離して、正常なモータの駆動を続けて、その回転数を上昇させる。
このような状況では、運転指令部101は、正常に駆動している(N-A)台のモータの回転数指令値ωm
*を、(M×N)÷(N-A)で算出する。但し、(M×N)÷(N-A)で算出される値が、1台のモータの最大回転数を超えている場合には、運転指令部101は、そのモータの最大回転数を回転数指令値ωm
*とする。
例えば、図5に示されている第1の利用例で説明すると、1000rpmで回転している第2のファンモータ42#1で異常が検知された場合、運転指令部101は、正常な第1のファンモータ41#1に、(1000×2)÷(2-1)=2000rpmを示す回転数指令値ωm
*を与える。但し、第1のファンモータ41#1の最大回転数が1800rpmである場合には、運転指令部101は、第1のファンモータ41#1に、1800rpmを示す回転数指令値ωm
*を与える。
続いて、図1に示されている開閉部9の動作について説明する。
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。
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。
次に、開閉部9を閉状態とし、第1のモータ41と第2のモータ42とを駆動している場合に、開閉部9を開状態として第1のモータ41のみを運転する動作について説明する。
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。
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。
例えば、電圧指令生成部109は、運転指令部101からの指示に応じて、dq軸電流指令値Id_m
*,Iq_m
*がゼロを示すようにして、dq軸電圧指令値vd
*,vq
*を求めることで、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することができる。
実施の形態2.
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。
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。
接続切替部15は、2つの開閉部9,14から成る。
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。
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8は、制御部16の構成を示す機能ブロック図である。
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。
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。
運転指令部201は、モータの回転数指令値ωm
*を生成して出力する。運転指令部201はまた、接続切替部15を制御するための切替制御信号Sw1,Sw2を生成して出力する。
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。
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。
これにより、運転指令部201は、第1のモータ41で異常が検知された場合でも、第2のモータ42が正常であった場合、第1のモータ41を接続切替部15で切り離して、第2のモータ42のみを動かし続けることも可能となる。
図9は、実施の形態2のモータ駆動装置の第1の利用例を示す概略図である。
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。
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。
なお、別のインバータ11も制御部16により制御されているものとする。制御部16によるインバータ11の制御は、インバータ11に1つの圧縮機モータ12が接続されているだけであるため、周知の技術が用いられればよい。
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。
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。
第1のファンモータ41#1に異常が検知された場合、制御部16は、開閉部14を開放して、第1のファンモータ41#1を停止する。この場合、制御部16は、第2のファンモータ42#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。
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。
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。
以上により、熱交換効率を大きくし、正常である第2のファンモータ42#1又は第1のファンモータ41#1だけを動かし続けても、第1のファンモータ41#1又は第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2のファンモータ42#1又は第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。
図10は、実施の形態2のモータ駆動装置の第2の利用例を示す概略図である。
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。
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。
ここで、第1の圧縮機モータ41#2に異常が検知された場合、制御部16は、開閉部14を開放して、第1の圧縮機モータ41#2を停止する。この場合、制御部16は、第2の圧縮機モータ42#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。
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。
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。
以上により、熱交換効率を大きくし、正常である第2の圧縮機モータ42#2又は第1の圧縮機モータ41#2だけを動かし続けても、第1の圧縮機モータ41#2又は第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又は第2の圧縮機モータ42#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。
図11は、実施の形態2のモータ駆動装置の第3の利用例を示す概略図である。
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。
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。
なお、インバータ4#も、図7に示されているインバータ4と同様に構成されており、図7のインバータ4と同様に、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、図11では、インバータ4#に、図7の第1のモータ41と同様の第3のモータが接続されており、この第3のモータが第1の圧縮機モータ41#2として利用されている。さらに、図11では、インバータ4#に、図7の第2のモータ42と同様の第4のモータが接続されており、この第4のモータが、第2の圧縮機モータ42#2として利用されている。
実施の形態3.
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。
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。
ヒートポンプ装置900は、圧縮機901と、熱交換器902と、膨張機構903と、レシーバ904と、内部熱交換器905と、膨張機構906と、熱交換器907とが配管により順次接続され、冷媒が循環する主冷媒回路908を備える。なお、主冷媒回路908において、圧縮機901の吐出側には、四方弁909が設けられ、冷媒の循環方向が切り替え可能となっている。
熱交換器907は第1の部分907a及び第2の部分907bを有し、これらには図示しない弁が接続されており、ヒートポンプ装置900の負荷に応じて冷媒の流れが制御される。例えば、ヒートポンプ装置900の負荷が比較的大きいときは、第1の部分907a及び第2の部分907bの双方に冷媒が流され、ヒートポンプ装置900の負荷が比較的小さいときは、第1の部分907a及び第2の部分907bの一方のみ、例えば、第1の部分907aにのみ冷媒が流される。
第1の部分907a及び第2の部分907bには、それらの近傍に、それぞれの部分に対応してファン910a及び910bが設けられている。ファン910a及び910bは、それぞれ別個のモータによって駆動される。例えば、実施の形態1又は2で説明したモータ41及び42がそれぞれファン910a及び910bの駆動に用いられる。
さらに、ヒートポンプ装置900は、レシーバ904と内部熱交換器905との間から、圧縮機901のインジェクションパイプまでを配管により繋ぐインジェクション回路912を備える。インジェクション回路912には、膨張機構911、内部熱交換器905が順次接続される。
熱交換器902には、水が循環する水回路913が接続される。なお、水回路913には、給湯器、ラジエータ、床暖房等の放熱器等の水を利用する装置が接続される。
まず、ヒートポンプ装置900の暖房運転時の動作について説明する。暖房運転時には、四方弁909は実線方向に設定される。なお、この暖房運転は、空調で使われる暖房だけでなく、給湯のための水の加熱をも含む。
圧縮機901で高温高圧となった気相冷媒(図13の点1)は、圧縮機901から吐出され、凝縮器であり放熱器となる熱交換器902で熱交換されて液化する(図13の点2)。このとき、冷媒から放熱された熱により、水回路913を循環する水が温められ、暖房、給湯等に利用される。
熱交換器902で液化された液相冷媒は、膨張機構903で減圧され、気液二相状態になる(図13の点3)。膨張機構903で気液二相状態になった冷媒は、レシーバ904で圧縮機901へ吸入される冷媒と熱交換され、冷却されて液化される(図13の点4)。レシーバ904で液化された液相冷媒は、主冷媒回路908と、インジェクション回路912とに分岐して流れる。
主冷媒回路908を流れる液相冷媒は、膨張機構911で減圧され気液二相状態となったインジェクション回路912を流れる冷媒と内部熱交換器905で熱交換されて、さらに冷却される(図13の点5)。内部熱交換器905で冷却された液相冷媒は、膨張機構906で減圧されて気液二相状態になる(図13の点6)。膨張機構906で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器907で外気と熱交換され、加熱される(図13の点7)。
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。
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。
一方、インジェクション回路912を流れる冷媒は、上述したように、膨張機構911で減圧されて(図13の点9)、内部熱交換器905で熱交換される(図13の点10)。内部熱交換器905で熱交換された気液二相状態の冷媒(インジェクション冷媒)は、気液二相状態のまま圧縮機901のインジェクションパイプから圧縮機901内へ流入する。
圧縮機901では、主冷媒回路908から吸入された冷媒(図13の点8)が、中間圧まで圧縮、加熱される(図13の点11)。
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)。
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)。
なお、インジェクション運転を行わない場合には、膨張機構911の開度を全閉にする。つまり、インジェクション運転を行う場合には、膨張機構911の開度がある値よりも大きくなっているが、インジェクション運転を行わない場合には、膨張機構911の開度を上記のある値より小さくする。これにより、圧縮機901のインジェクションパイプへ冷媒が流入しない。
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。
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。
次に、ヒートポンプ装置900の冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時には、四方弁909は破線方向に設定される。なお、この冷房運転は、空調で使われる冷房だけでなく、水の冷却、食品の冷凍等をも含む。
圧縮機901で高温高圧となった気相冷媒(図13の点1)は、圧縮機901から吐出され、凝縮器であり放熱器となる熱交換器907で熱交換されて液化する(図13の点2)。熱交換器907で液化された液相冷媒は、膨張機構906で減圧され、気液二相状態になる(図13の点3)。膨張機構906で気液二相状態になった冷媒は、内部熱交換器905で熱交換され、冷却され液化される(図13の点4)。内部熱交換器905では、膨張機構906で気液二相状態になった冷媒と、内部熱交換器905で液化された液相冷媒を膨張機構911で減圧させて気液二相状態になった冷媒(図13の点9)とを熱交換させている。内部熱交換器905で熱交換された液相冷媒(図13の点4)は、主冷媒回路908と、インジェクション回路912とに分岐して流れる。
主冷媒回路908を流れる液相冷媒は、レシーバ904で圧縮機901に吸入される冷媒と熱交換されて、さらに冷却される(図13の点5)。レシーバ904で冷却された液相冷媒は、膨張機構903で減圧されて気液二相状態になる(図13の点6)。膨張機構903で気液二相状態になった冷媒は、蒸発器となる熱交換器902で熱交換され、加熱される(図13の点7)。このとき、冷媒が吸熱することにより、水回路913を循環する水が冷やされ、冷房、冷却、冷凍等に利用される。
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。
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。
一方、インジェクション回路912を流れる冷媒は、上述したように、膨張機構911で減圧されて(図13の点9)、内部熱交換器905で熱交換される(図13の点10)。内部熱交換器905で熱交換された気液二相状態の冷媒(インジェクション冷媒)は、気液二相状態のまま圧縮機901のインジェクションパイプから流入する。
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。
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。
なお、インジェクション運転を行わない際には、暖房運転時と同様に、膨張機構911の開度を全閉にして、圧縮機901のインジェクションパイプへ冷媒が流入しないようにする。
また、上記の例では、熱交換器902は、冷媒と、水回路913を循環する水とを熱交換させるプレート式熱交換器のような熱交換器であるとして説明した。熱交換器902は、これに限らず、冷媒と空気とを熱交換させるものであってもよい。
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。
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。
上記の例では、熱交換器907が第1の部分907a及び第2の部分907bを有するが、代わりに、又はそれに加えて、熱交換器902が2つの部分を有する構成とすることも考えられる。そして、熱交換器902が冷媒と空気とを熱交換させるものである場合、上記の2つの部分がそれぞれファンを有し、これらのファンが別個のモータで駆動される構成とされることもある。
以上、熱交換器902又は907が2つの部分を有する構成について説明したが、代わりに、又はそれに加えて、圧縮機901が第1の部分(第1の圧縮機構)及び第2の部分(第2の圧縮機構)を有する構成とすることも考えられる。その場合、ヒートポンプ装置900の負荷が比較的大きいときには、第1の部分及び第2の部分の双方が圧縮動作を行い、ヒートポンプ装置900の負荷が比較的小さいときは、第1の部分及び第2の部分の一方のみ、例えば、第1の部分のみが圧縮動作を行うように制御される。
このような構成の場合、圧縮機901の第1の部分及び第2の部分には、それらを駆動する別個のモータが設けられる。例えば、実施の形態1又は2で説明したモータ41及び42がそれぞれ第1の部分及び第2の部分の駆動に用いられる。
以上、熱交換器902及び907の少なくとも一方が2つの部分を有し、熱交換器902及び907の少なくとも一方に対しファンが2台設けられている場合について述べたが、熱交換器が3以上の部分を有する構成も考えられる。一般化して言えば、熱交換器902及び907の少なくとも一方は複数の部分を有することがあり、それぞれの部分に対応してファンが設けられ、それぞれのファンに対応してモータが設けられている構成が考えられる。そのような場合、実施の形態1又は2で説明したモータ駆動装置を用いることで、複数のモータを1台のインバータで駆動することが可能である。
また、圧縮機901が2つの部分を有する場合について述べたが、圧縮機901が3以上の部分を有する構成も考えられる。一般化して言えば、圧縮機901は複数の部分を有することがあり、それぞれの部分に対応してモータが設けられている構成が考えられる。そのような場合、実施の形態1又は2で説明したモータ駆動装置を用いることで、複数のモータを1台のインバータで駆動することが可能である。
以上に記載した実施の形態1では、図1に示されているように、インバータ4に2台のモータが接続されているが、3台以上のモータがインバータ4に接続されていてもよい。3台以上のモータをインバータ4に接続する場合、開閉部9と同様の開閉部を全てのモータの各々とインバータ4との間に設けてもよい。代わりに、一部のモータに対してのみ、その各々とインバータ4との間に開閉部9と同様の開閉部を設けてもよい。これらの場合、複数の開閉部により接続切替部8が構成される。
図14は、インバータ4に3台のモータが接続された場合の一例を示す概略図である。
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。
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。
制御部19は、例えば、第1のモータ41に異常が検知された場合には、インバータ4を停止させ、第2のモータ42に異常が検知された場合には、第2のモータ42とインバータ4との接続を切断して、第2のモータ42の駆動を停止し、第3のモータ43に異常が検知された場合には、第3のモータ43とインバータ4との接続を切断して、第3のモータ43の駆動を停止する。
以上のように、各々回転子に永久磁石を有するn台のモータに接続され、そのn台のモータを駆動可能なインバータと、そのn台のモータの内の少なくとも1台のモータと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を備えるモータ駆動装置において、n台のモータをインバータに接続して、n台のモータをインバータで駆動している際に、少なくとも1台のモータに異常が検知された場合に、接続切替部は、接続状態を切断に切り替え、インバータは、少なくとも1台のモータを除くn台のモータを駆動することにより、異常の発生していないモータについては、運転を継続することができる。
また、インバータは、少なくとも1台のモータを除くn台のモータを駆動する場合には、n台のモータを駆動する場合よりも、回転数を大きくすることにより、停止されたモータの動力を、他のモータで補うことができる。
また、インバータは、停止したモータで駆動していた回転数を、他のモータに割り振ることで、停止されたモータの動力を、他のモータで補うことができる。
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。
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。
また、インバータは、あるモータを停止して、他のモータを駆動する場合には、他のモータを最大回転数で駆動することで、停止されたモータの動力を、他のモータで補うことができる。
また、あるモータの回転数と、他のモータの回転数との差分が、予め定められた第1の閾値よりも大きい場合に、そのあるモータに異常が検知されるようにすることで、モータの異常を確実に検知することができる。
例えば、インバータ及び接続切替部を制御する制御部は、あるモータの回転数の推定値である推定回転数と、そのあるモータの回転数の指令値である指令回転数との差分が、第1の閾値よりも大きい場合に、そのあるモータの異常を検知することで、モータの異常を確実に検知することができる。
また、インバータ及び接続切替部を制御する制御部は、あるモータの回転数の推定値である推定回転数の偏差が、予め定められた第2の閾値よりも大きい場合に、そのあるモータの異常を検知することで、モータの異常を確実に検知することができる。
さらに、インバータ及び接続切替部を制御する制御部は、あるモータの少なくとも1つの相電流の電流値が、予め定められた第3の閾値よりも大きい場合に、そのあるモータの異常を検知することで、モータの異常を確実に検知することができる。
なお、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で、低損失化及び高速スイッチング化を実現することが可能となる。
また、接続切替部は、電磁接触器で構成されることで、簡易な構成で実現することができる。
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で、低損失化及び高速スイッチング化を実現することが可能となる。
冷凍サイクル適用機器が、実施の形態1又は2に記載されたモータ駆動装置を備えることで、冷凍サイクル適用機器において、異常の発生したモータを停止し、異常の発生していないモータの駆動を継続することができる。
ここで、冷凍サイクル適用機器の熱交換器がn個の部分を有し、n台のモータの各々がn個の部分の各々に対応して設けられており、冷凍サイクル適用機器の負荷に応じて、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、n台のモータの各々は、対応する、熱交換器の部分が熱交換動作を行うときにインバータにより駆動されるようにすることで、冷凍サイクル適用機器において、異常の発生したモータを停止して、異常の発生していないモータの駆動を継続することができる。
なお、n台のモータは、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で、異常の発生したファンを停止して、異常の発生していないファンの駆動を継続することができる。
冷凍サイクル適用機器がn個の圧縮機を有し、n台のモータの各々がn個の圧縮機の各々に対応して設けられており、冷凍サイクル適用機器の負荷に応じて、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、n台のモータの各々は対応する、n個の圧縮機の各々が圧縮動作を行うときにインバータにより駆動されるようにすることで、異常の発生した圧縮機を停止して、異常の発生していない圧縮機の駆動を継続することができる。
1 交流電源、 2 整流器、 3 平滑部、 4 インバータ、 5 インバータ電流検出部、 6 モータ電流検出部、 7 入力電圧検出部、 8,15,18 接続切替部、 9,9#,14,17 開閉部、 10,16,19 制御部、 41~43 モータ、 101,201 運転指令部、 102 減算部、 103,104 座標変換部、 105 第1のモータ速度推定部、 106 第2のモータ速度推定部、 107,108 積分部、 109 電圧指令生成部、 110 脈動補償制御部、 111 座標変換部、 112 PWM信号生成部、 113 モータ異常検知部、 900 ヒートポンプ装置、 901 圧縮機、 902 熱交換器、 903,906,911 膨張機構、 904 レシーバ、 905 内部熱交換器、 907 熱交換器、 907a 第1の部分、 907b 第2の部分、 908 主冷媒回路、 909 四方弁、 910a,910b ファン、 912 インジェクション回路、 913 水回路。
Claims (16)
- 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台のモータの内の少なくとも1台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、前記少なくとも1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、前記少なくとも1台のモータを除く前記n台のモータを駆動すること
を特徴とするモータ駆動装置。 - 前記インバータは、前記少なくとも1台のモータを除く前記n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。 - 前記インバータは、前記少なくとも1台のモータを駆動していた回転数を、前記少なくとも1台のモータを除く前記n台のモータに割り振ること
を特徴とする請求項2に記載のモータ駆動装置。 - 前記インバータは、前記少なくとも1台のモータを駆動していた回転数を割り振った後の、前記少なくとも1台のモータを除く前記n台のモータの回転数が最大回転数を超える場合には、前記少なくとも1台のモータを除く前記n台のモータを前記最大回転数で駆動すること
を特徴とする請求項3に記載のモータ駆動装置。 - 前記インバータは、前記少なくとも1台のモータを除く前記n台のモータを駆動する場合には、前記n台のモータの最大回転数で駆動すること
を特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 - 前記少なくとも1台のモータの回転数と、前記少なくとも1台のモータを除く前記n台のモータの回転数との差分である第1の差分が、予め定められた第1の閾値よりも大きい場合に、前記少なくとも1台のモータに異常が検知されること
を特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載のモータ駆動装置。 - 前記インバータ及び前記接続切替部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記少なくとも1台のモータの回転数の推定値である推定回転数と、前記少なくとも1台のモータの回転数の指令値である指令回転数との差分である第2の差分が、前記第1の閾値よりも大きい場合に、前記少なくとも1台のモータの異常を検知すること
を特徴とする請求項6に記載のモータ駆動装置。 - 前記インバータ及び前記接続切替部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記少なくとも1台のモータの回転数の推定値である推定回転数の偏差が、予め定められた第2の閾値よりも大きい場合に、前記少なくとも1台のモータの異常を検知すること
を特徴とする請求項6に記載のモータ駆動装置。 - 前記インバータ及び前記接続切替部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記少なくとも1台のモータの少なくとも1つの相電流の電流値が、予め定められた第3の閾値よりも大きい場合に、前記少なくとも1台のモータの異常を検知すること
を特徴とする請求項6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9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9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11の何れか一項に記載のモータ駆動装置。 - 請求項1から12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13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14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13に記載の冷凍サイクル適用機器。
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