JP2009055781A - Motor driving controller, air conditioner, ventilation fan, and heat-pump water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ファンを回転させるモータを駆動するモータ駆動制御装置並びにそれを搭載した空気調和機、換気扇及びヒートポンプタイプの給湯機に関するものである。 The present invention relates to a motor drive control device that drives a motor that rotates a fan, and to an air conditioner, a ventilation fan, and a heat pump type water heater equipped with the motor drive control device.
従来の空気調和機においては、外風によりファンが回転し、当該ファンの回転により発生するモータの起電力から、モータ及び駆動回路の保護するものとして、リレーなどの開閉装置を用いモータと駆動回路を切り離す方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In a conventional air conditioner, a motor and a drive circuit using a switching device such as a relay are used to protect the motor and the drive circuit from the electromotive force of the motor that is generated by the rotation of the fan when the fan rotates. Is disclosed (for example, see Patent Document 1).
また、外風による室外機の起電力発生時に、圧縮機を駆動し起電力を消費し駆動回路の破壊を防止する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, a method is disclosed in which, when an electromotive force is generated in an outdoor unit due to outside wind, the compressor is driven to consume the electromotive force and prevent the drive circuit from being destroyed (see, for example, Patent Document 2).
さらに電流検出値が保護レベルを超えたときスイッチング素子をオフ状態に復帰させて起動を停止し、モータ及び駆動回路の保護する方法について開示されている(例えば、特許文献3参照)。 Furthermore, a method is disclosed in which when the detected current value exceeds the protection level, the switching element is returned to the off state to stop the start-up, and the motor and the drive circuit are protected (see, for example, Patent Document 3).
また、駆動回路のうち、整流回路出力の電解コンデンサの容量を低減しコストや駆動回路の重量を低減する方法について開示されている(例えば、特許文献4参照)。 In addition, a method for reducing the capacity of an electrolytic capacitor output from a rectifier circuit in a drive circuit to reduce cost and weight of the drive circuit is disclosed (for example, see Patent Document 4).
従来の技術においては、外風によりファンが回転し、当該ファンの回転により発生するモータの起電力から、モータ及び駆動回路を保護するため、リレーなどの開閉装置を用いモータと駆動回路とを切り離しているので、開閉手段の追加では回路のコストアップを招き、また、停電等の発生時においては開閉手段への電源供給が間欠的な接点の開閉が発生し接点寿命の確保が困難であるという課題があった。また、接点寿命の問題においては、半導体を用いることも考えられるが、耐圧が必要となることから、やはり保護のために追加する回路がコストアップとなるという課題があった。 In the conventional technology, the fan and the drive circuit are separated by using a switching device such as a relay in order to protect the motor and the drive circuit from the electromotive force of the motor generated by the rotation of the fan due to the outside wind. Therefore, the addition of switching means will increase the cost of the circuit, and in the event of a power failure, the power supply to the switching means will intermittently open and close contacts, making it difficult to ensure contact life There was a problem. Further, in the problem of contact life, it may be possible to use a semiconductor. However, since a withstand voltage is required, there is a problem that a circuit added for protection also increases the cost.
また、圧縮機を駆動させ起電力による回生電圧を抑制する従来技術においては、圧縮機の駆動系が保護動作に入っているタイミングに外風が発生した場合、回生電圧の抑制ができないという課題があった。 Further, in the conventional technology that drives the compressor and suppresses the regenerative voltage due to the electromotive force, there is a problem that the regenerative voltage cannot be suppressed when outside wind occurs at the timing when the drive system of the compressor enters the protection operation. there were.
また、圧縮機において近年技術開発が活発化している、整流回路出力の電解コンデンサの容量を低減する技術を駆動回路に適用する場合には、特に、回生による直流電圧の上昇速度が増加し圧縮機との強調による、駆動回路耐圧破壊の抑止が難しくなるという課題があった。 In addition, when the technology for reducing the capacity of the electrolytic capacitor of the output of the rectifier circuit, which has been actively developed in recent years, is applied to the drive circuit, the rate of increase of the DC voltage due to regeneration increases, and the compressor There is a problem that it becomes difficult to prevent the breakdown of the breakdown voltage of the drive circuit.
また、スイッチング素子を全てオフ状態にすることで保護する場合は、駆動回路のスイッチング素子の耐圧が必要となり、コストアップとなる。逆にスイッチング素子の耐圧を下げようとすれば、モータの起電力を低下させる必要があり、その場合通常運転時のモータ電流が増加し、定常運転時の回路およびモータ損失が増加するという課題があり、近年、地球温暖化対策の観点から、空気調和機に求められる損失の低減が大きな課題となっている。 Further, when protection is performed by turning off all the switching elements, the withstand voltage of the switching elements of the drive circuit is required, resulting in an increase in cost. Conversely, if the breakdown voltage of the switching element is to be lowered, it is necessary to lower the electromotive force of the motor. In this case, the motor current during normal operation increases, and the circuit and motor loss during steady operation increase. In recent years, from the viewpoint of global warming countermeasures, the reduction of losses required for air conditioners has become a major issue.
さらに、モータの起電力を低下させる場合、モータ巻き線のターン数も制限され、巻き線インダクタンス値が小さくなり、インバータで駆動した場合、巻き線電流の時間変化di/dtが大きくなる。この急激な電流変化によりモータの騒音や電磁ノイズが増加するという課題があった。 Further, when the electromotive force of the motor is reduced, the number of turns of the motor winding is limited, the winding inductance value becomes small, and when driven by an inverter, the time change di / dt of the winding current becomes large. There has been a problem that motor noise and electromagnetic noise increase due to this rapid current change.
また、外風によってモータが回転することにより発生するモータの誘起電圧が、駆動回路の耐圧を越えた場合、パワー素子や電解コンデンサ等の大型部品の破壊につながる。これにより駆動回路の修理費用が発生したり、部品交換や修理が完了するまで空気調和機などが使えないといった、使用者に不快感を与えることがあるという課題があった。 Further, when the induced voltage of the motor generated by the rotation of the motor by the external wind exceeds the withstand voltage of the drive circuit, large components such as power elements and electrolytic capacitors are destroyed. As a result, there has been a problem that the user may feel uncomfortable that the repair cost of the drive circuit is generated or the air conditioner cannot be used until the parts replacement and repair are completed.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、外風によりファンが回転して、当該ファンの回転により発生するモータの起電力からモータ駆動制御装置を保護することができ、モータ巻き線のターン数を増加させることができ、モータ電流を低減することができるモータ駆動制御装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can protect a motor drive control device from an electromotive force of a motor generated by rotation of the fan due to rotation of the fan by outside wind. Thus, a motor drive control device capable of increasing the number of turns of the motor winding and reducing the motor current is obtained.
本発明に係るモータ駆動制御装置は、ファンを回転させるモータを駆動するモータ駆動制御装置であって、直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印可するインバータ回路と、前記インバータ回路を制御して前記モータの運転を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、外風により前記ファンが回転し、当該ファンの回転により発生する前記モータの起電力が所定の値を超えたとき、前記インバータ回路のスイッチパターンを切り替え、前記モータの巻き線に短絡電流を流すものである。 A motor drive control device according to the present invention is a motor drive control device that drives a motor that rotates a fan, and converts an DC voltage into an AC voltage and applies the AC voltage to the motor, and controls the inverter circuit. Control means for controlling the operation of the motor, and the control means rotates when the fan is rotated by outside wind, and when the electromotive force of the motor generated by the rotation of the fan exceeds a predetermined value, The switch pattern of the inverter circuit is switched, and a short-circuit current is passed through the winding of the motor.
この発明は、外風によりファンが回転し、当該ファンの回転により発生するモータの起電力が所定の値を超えたとき、インバータ回路のスイッチパターンを切り替えることにより、ファンの回転により発生するモータの起電力から、モータ駆動制御装置を保護することができるので、モータ巻き線のターン数を増加させることができ、モータ電流を低減することができる。 According to the present invention, when the fan rotates due to the outside wind and the electromotive force of the motor generated by the rotation of the fan exceeds a predetermined value, the switch pattern of the inverter circuit is switched to change the motor generated by the rotation of the fan. Since the motor drive control device can be protected from the electromotive force, the number of turns of the motor winding can be increased, and the motor current can be reduced.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る空気調和機の概略構成図である。図1において、実施の形態1に係る空気調和機は、冷凍サイクルを構成する圧縮機103、四方弁104、室外熱交換器105、膨張弁106、室内熱交換器107、室外ファン108及び室内ファン109を備えている。さらに空気調和機は、商用電源1に接続され、圧縮機103のモータ駆動を行う圧縮機インバータ102、室外ファン108を回転させるモータ7(後述)を駆動するモータ駆動制御装置110、室内ファン109の速度制御回路112、空気調和機全体の制御する空気調和機制御部113、赤外リモコンの受光部114、装置の異常を使用者に伝える異常表示部115、使用者が操作を行うための赤外リモコン116により構成されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an air conditioner according to
図2は本発明の実施の形態1に係る空気調和機の室外機の概略構成図である。図2において、室外機117の左側部と後背部に室外熱交換器105が配置され、右側部に圧縮機103が配置される。そして、室外熱交換器105の内側に室外ファン108が設けられている。室外ファン108は、プロペラファン108Fと、モータ駆動制御装置110により駆動されるモータ7(後述)とにより構成されており、プロペラファン108Fを回転することにより、図2に示すA及びB矢印方向から外気を吸い込みC矢印方向に吐出することによって室外熱交換器105の熱交換を促進するように構成されている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the outdoor unit of the air-conditioning apparatus according to
つまり、モータ駆動制御装置110は、通常運転時には、図2に示すA及びB矢印方向からC矢印方向へ風を発生させる回転方向(正方向)にプロペラファン108Fを回転させて室外熱交換器105の冷却を行う。即ちモータ7が正方向に回転するようにモータトルクを発生させる。
尚、室外機117は、屋外に設置される。
That is, during normal operation, the motor
The outdoor unit 117 is installed outdoors.
図3は本発明の実施の形態1に係るモータ駆動制御装置の回路図である。図3において、モータ駆動制御装置110は、整流回路2と、直流電圧を交流電圧に変換してモータに印可するインバータ回路5と、インバータ回路5を制御してモータ7の運転を制御する制御手段であるセンサレス制御手段および制動制御手段10と、電流検出手段11と、母線電圧検出手段13とにより構成され、商用電源1から供給される電力により駆動される3相の同期電動機(以下、「モータ」という)7の運転を制御するものである。
FIG. 3 is a circuit diagram of the motor drive control apparatus according to
商用電源1は、日本の一般家庭の場合、100V50Hz又は60Hzの単相交流が一般的に使用されている。また、一部の家庭用や業務用や海外では200V以上の単相・三相交流が使われることがある。
As for the
整流回路2は、全波整流回路となっており、商用電源1の交流電圧を直流電圧に変換する。本実施の形態1では単相200Vの全波整流回路について説明する。商用電源1がAC200VではDC280〜250Vへ変換する。この整流回路2は、4個の半導体スイッチ素子の整流ダイオード3a〜3dをブリッジ接続して構成される。更に、電解コンデンサ4により平滑している。尚、電解コンデンサ4は、電解コンデンサに限らず、その他のコンデンサでも良い。
The
インバータ回路5は、整流回路2で整流された直流電圧出力が入力され、後述するセンサレス制御手段および制動制御手段10の動作によりPWM制御を行い、入力された直流電圧を任意電圧、任意周波数の3相交流に変換する。このインバータ回路5は、例えばトランジスタ等の半導体によるスイッチング素子6a〜6fを各々ブリッジ接続して構成される。尚、本実施の形態1ではスイッチング素子6としてMOSFETを使用する。また、各々のスイッチング素子6a〜6fには並列に逆電流方向に高速ダイオードが内蔵されている。この内蔵されている高速ダイオードはスイッチング素子6a〜6fがオフしたとき還流電流を流す働きをする。さらに、インバータ回路5には、スイッチング素子6の各アームの電流を電圧に変換するシャント抵抗12が設けられている。母線電圧検出手段13は、制御電源を有しており、高圧の母線電圧から、低圧の定電圧を得たり、インバータの母線電圧を検出し、センサレス制御手段および制動制御手段10へ出力する。
The
モータ7は、6スロット4極の3相同期電動機(ブラシレスDCモータ:BLDCM)であり、室外機117のプロペラファン108Fを駆動する。このモータ7は、三相の巻線8を有し、各々の巻線8の、一方の端子が共通端子となる3相巻線を有している固定子(図示せず)と、マグネット付きの回転子9からなる。また、モータ7の各端子は、それぞれインバータ回路5の出力端子に接続されている。また、このモータ7が搭載される空気調和機(搭載製品)の最大外風条件時、例えば外風が30m/sのときに、線間電圧(後述)が当該モータ駆動制御装置110の耐圧以上、例えば350V以上となる起電力を発生するモータ7を用いる。
尚、回転子9は本発明におけるロータに相当し、マグネットは本発明における永久磁石に相当し、固定子は本発明におけるステータに相当する。
The
The
電流検出手段11は、インバータ回路5のシャント抵抗12a,12b,12cにより電圧に変換したインバータ回路5の各アームの電流を、増幅・レベルシフトを行いセンサレス制御手段および制動制御手段10に各アーム電流を出力するものである。
The current detection means 11 amplifies and level-shifts the current of each arm of the
センサレス制御手段および制動制御手段10は、電流検出手段11から得られる各アーム電流から、インバータ回路5のスイッチング素子6のスイッチング時間を決定することでPWM(パルス幅変調:Pulse Width Modulation)を行い、モータ7の各巻線8に電圧を印加し、巻線8の巻線電流を制御することで、回転子9に同期した回転磁界を発生し、モータ7を駆動制御する。また、センサレス制御手段および制動制御手段10は、後述する動作により、インバータ回路5を制御し、モータ7の巻線8に短絡電流を流して、母線電圧の上昇を抑制するとともに、電気制動(短絡ブレーキ)を作用させる。
このような構成において、外風により室外機117のプロペラファン108Fが回転し、このプロペラファン108Fの回転により発生するモータ7の起電力について図4により説明する。
The sensorless control means and the braking control means 10 perform PWM (Pulse Width Modulation) by determining the switching time of the
In such a configuration, the
図4は本発明の実施の形態1に係る室外ファン回転数とモータ線間電圧との関係を示した図である。図4において、縦軸はモータ7の起電力により発生する線間電圧(母線電圧)を示し、横軸は室外機117のプロペラファン108Fの回転数を示している。図3に示したように、例えばモータ7の運転停止時など、インバータ回路5のスイッチング素子6a〜6fが全てOFFの場合、インバータ回路5は三相の全波整流回路になる。このような回路において、外風などにより室外機117のプロペラファン108Fが回転すると、モータ7の回転子9が回転駆動されて起電力が誘起される。そして、インバータ回路5を介して、モータ7の線間電圧が電解コンデンサ4の端子間印可され、モータ7の線間電圧ピーク値と電解コンデンサ4の両端の母線電圧とが同じになる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the outdoor fan rotation speed and the motor line voltage according to
図4に示すように、従来のモータでは、例えば、ファンモータの最大外風条件30m/sにおいてモータの回転数は4000rpmとなり線間電圧としては350Vとなっていた。このように従来のモータは、電解コンデンサ4の耐圧350Vを超えないようになっていた。そのため実運転域の最大回転数1300rpmにおいて、線間電圧は114Vしか発生しなかった。
As shown in FIG. 4, in the conventional motor, for example, under the maximum outside wind condition of 30 m / s of the fan motor, the rotation speed of the motor is 4000 rpm and the line voltage is 350V. As described above, the conventional motor does not exceed the withstand voltage 350 V of the
一方、本実施の形態1に係るモータ7は、最大外風条件時に線間電圧が電解コンデンサ4の耐圧以上となる起電力を発生するモータ7を用いる。このようなモータ7を用いることにより、図4の太線に示すように、例えば、実運転域の最大回転数1300rpm時の母線電圧の最小値250Vとなる。このため、外風時は1820rpm時に電解コンデンサ4の耐圧350Vに到達する。
On the other hand, the
そこで、本発明の実施の形態1では、センサレス制御手段および制動制御手段10は、母線電圧検出手段13が検出した母線電圧が所定の値を超えたとき、例えば、350Vとなったとき又は350Vを越えない所定の値のとき、母線電圧が電解コンデンサ4の耐圧以下の値となるように、インバータ回路5のスイッチパターンを切り替え、モータ7の巻線8に短絡電流を流して母線電圧の上昇を抑制する。つまり、インバータ回路5のスイッチパターンとして、スイッチング素子6b,6d,6fの各スイッチをon、かつ、スイッチング素子6a,6c,6eの各スイッチをoff、若しくは、スイッチング素子6b,6d,6fの各スイッチをoff、かつ、スイッチング素子6a,6c,6eの各スイッチをonとする。すなわちスイッチパターンとしてゼロベクトルを出力することで、モータ7の各巻線8を短絡し、モータ7に短絡電流を流す。
Therefore, in the first embodiment of the present invention, the sensorless control unit and the
このような動作により、モータ7の各線間は短絡状態となり、外風による回転により発生するモータ起電力に起因する線間電圧は、電解コンデンサ4の両端に印可されないので、母線電圧の上昇を抑制し、電解コンデンサ4の耐圧を超えることはない。
By such an operation, the lines of the
ここで、外風によるプロペラファン108Fの回転方向は、正逆双方向が考えられる。
外風が室外ファン108から室外熱交換器105の方向(以下「逆方向の外風」)の場合、通常運転時と逆方向にモータ7が回転する。一方、室外熱交換器105から外風が室外ファン108の方向(以下「正方向の外風」)の場合、通常運転時と同方向にモータ7が回転する。尚、本実施の形態においては、室外機117に風圧シャッター等の外風流入を防止する手段を設けていない。このため、逆方向の外風と正方向の外風とが同一の風速で吹いた場合、逆方向の外風の方が室外機117への流入量が多く、モータ7の回転数は、正方向の回転数に比べて逆方向の回転数が高くなる。
Here, the direction of rotation of the
When the outside wind is in the direction from the
逆方向の外風によりモータ7が逆方向に回転した場合、上記の短絡電流により、回転方向にブレーキトルクを発生させることができ、誘起電圧のモータ駆動制御装置110への印加を低減できる。また、正方向の外風によりモータ7が正方向に回転した場合、逆転方向のトルクを発生させることができ、誘起電圧のモータ駆動制御装置110への印加を低減できる。
このように、短絡ブレーキの場合、単一のスイッチ動作で、外風による回転トルクの逆方向にブレーキトルクを発生させることができるため、外風による発生トルクの正逆方向を判断する手段等を有しなくても、誘起電圧のモータ駆動制御装置110への印加を低減できる。
When the
Thus, in the case of a short-circuit brake, since a brake torque can be generated in the reverse direction of the rotational torque due to the external wind with a single switch operation, means for determining the forward and reverse direction of the torque generated by the external wind, etc. Even if not, application of the induced voltage to the motor
次に、モータ7の減磁について説明する。
外風による発生トルクに起因する短絡電流は、外風量が増加するほど増加する。また、連続で外風が吹き続けた場合、インバータ回路5により発生されるトルクに起因して発熱し、モータ内部の温度が上昇する。
Next, demagnetization of the
The short circuit current resulting from the torque generated by the outside wind increases as the outside wind amount increases. Further, when the outside wind continues to blow continuously, heat is generated due to the torque generated by the
この場合、最大外風条件以上の外風時のモータ7の短絡電流とモータ内部温度上昇とによるモータ7の減磁が懸念されるので、以下のような関係を満たすモータ7を用いる。
In this case, since there is a concern about the demagnetization of the
モータ7の短絡電流は以下の式に従う。
I=A・K・N/{R2+(2πfL)2}1/2 …(式1)
f=P・N/60 …(式2)
Imax=60・A・K/(P・L) …(式3)
I:短絡電流
K:誘起電圧定数
L:巻き線インダクタンス
R:巻き線抵抗
f:モータの誘起電圧の電気周波数
A:比例定数
N:モータの回転数
P:モータの極対数
Imax:短絡電流最大値
式1、式2において、回転数Nを無限大にした場合、短絡時の最大電流Imaxの値は、式3に示すように、起電圧定数Kと、モータの極対数Pと、巻き線インダクタンスLとにより規定される。このため、短絡電流の最大値Imaxが減磁電流以下となるような関係を満たすモータ7を用いる。これによりモータ7の減磁の懸念はない。尚、本実施の形態1では極対数を2としたが、巻き線の関係でインダクタンス値や、誘起電圧定数に変更の自由が無い場合、極対数を2以上の大きな値とすることで対策可能である。
The short circuit current of the
I = A · K · N / {R 2 + (2πfL) 2 } 1/2 (Formula 1)
f = P · N / 60 (Formula 2)
Imax = 60 · A · K / (P · L) (Formula 3)
I: Short-circuit current K: Induced voltage constant L: Winding inductance R: Winding resistance f: Electric frequency of induced voltage of motor A: Proportional constant N: Number of motor rotations P: Number of pole pairs of motor Imax: Maximum value of short-circuit current In
このように短絡電流は回転数が上昇しても短絡電流最大値を超えないため、際限なくモータが減磁することは無く、モータとしての機能は失われることは無い。 Thus, since the short circuit current does not exceed the maximum value of the short circuit current even if the rotational speed increases, the motor will not be demagnetized indefinitely and the function as a motor will not be lost.
以上のように本実施の形態1においては、母線電圧が所定の値を超えたとき、インバータ回路5のスイッチパターンを切り替え、モータ7の巻線8に短絡電流を流して母線電圧の上昇を抑制するので、モータ7の起電力に起因するモータ駆動制御装置110の耐圧破壊を、特にリレー等の高価な開閉手段を追加することなしに防止することができる。また、半導体素子であるスイッチング素子6のスイッチングにより、短絡ブレーキをかけるため、接点寿命の心配も無い。
As described above, in the first embodiment, when the bus voltage exceeds a predetermined value, the switch pattern of the
また、モータ駆動制御装置110の回路破壊を回避できるので、回路の修理費用の発生や、修理や部品交換のための空気調和機の機能停止を回避できる。これにより、使用者に不快感を与えることがない。
In addition, since the circuit breakage of the motor
また、モータ駆動制御装置110の動作のみで耐圧の保護が可能なため、圧縮機インバータ102が保護動作で停止した場合でもモータ駆動制御装置110の保護が可能である。
Further, since the withstand voltage can be protected only by the operation of the motor
また、本実施の形態1では、図4に示されるように、実運転域の最大回転数1300rpmにおいて、モータ7の線間電圧を250Vとすることができる。このため従来のモータと比べ、同一出力時のモータの電流は117/250と、1/2以下とすることができる。インバータ回路5のスイッチング素子6a〜6fのオン損失はFET側では電流の2乗に比例し、ダイオード側では電流に比例する。またスイッチング損失も電流に依存する特性がある。さらにシャント抵抗12における損失も電流の2乗に比例するため、同一の出力で同一のインバータ回路5を用いた場合、本実施の形態1では従来のモータに比べ、インバータ損失を大きく低減することが可能となる。
In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the line voltage of the
また、インバータ損失の低減によりスイッチング素子6の放熱条件も緩和され、従来技術で放熱フィンや過熱保護回路が必要であった場合、放熱フィンの削減や過熱保護回路削減による低コスト化の効果がある。
Further, the heat dissipation condition of the
また、本実施の形態1では同一のロータやステータを用い、巻線8のターン数を増加させ、モータ7の起電力を増加することが可能となる。巻線8のインダクタンスは巻線8のターン数の2乗に比例するので、線間電圧比から計算すると4倍となる。そのためインバータ回路5で駆動した場合、巻き線電流の時間変化di/dtを1/4低減できる。よって電流変化により発生するモータ7の騒音を低減する効果も得られる。風路圧損となるため防音が不能なファンモータにおいて本効果は有効である。またdi/dtの低減により、電磁ノイズの発生も低減できるといった効果もある。さらにdi/dtの低減によりインバータ駆動時の電流リップルも低減し、モータ7の高周波鉄損も低減するといった効果もある。
In the first embodiment, the same rotor or stator is used, the number of turns of the winding 8 is increased, and the electromotive force of the
また、従来の技術では外風時に開閉手段でモータを開列した場合、最大外風条件30m/sにおいてモータの端子電圧は769Vにも達し、開閉手段や、モータと開閉手段をつなぐ結線やコネクタの耐圧が必要となり、著しく高価となってしまうが、本実施の形態1ではこれを回避できる。 Further, in the conventional technology, when the motor is opened by the opening / closing means during the outside wind, the motor terminal voltage reaches 769 V under the maximum outside wind condition of 30 m / s, and the opening / closing means, the connection between the motor and the opening / closing means, and the connector The withstand voltage is required and is extremely expensive, but this can be avoided in the first embodiment.
また、空気調和機において、室外機117のプロペラファン108Fはプラスチック製であるため、外風で回転数が増加し限界回転数を超えた場合遠心力で破壊する。この限界点も最大外風条件近傍にあるため、従来技術にあるようにモータの開列や、インバータの停止により駆動回路を保護できたとしても、羽根の破壊耐力を確保することが課題となる。本実施の形態1では、耐圧以上の母線電圧が生じたとき、つまりモータ7の回転数が所定値を超えたとき、短絡ブレーキをかけ続けるため、同一の外風風速に対しプロペラファン108Fの到達回転数が、正逆双方向のブレーキトルクを発生しないモータ開列やインバータ停止に比べ低減できるため、同一のプロペラファン108Fを用いた場合、破壊に至る外風耐量が増加するといった効果もある。
Further, in the air conditioner, since the
尚、本実施の形態1では、短絡ブレーキをインバータ回路5の各スイッチング素子6をON/OFFのみで動作させたが、間欠的にスイッチしたり、PWMを用いスイッチングしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the first embodiment, the short-circuit brake is operated only by turning each switching
尚、本実施の形態1では、短絡電流の最大値Imaxが減磁電流以下となるような関係を満たすモータ7を用いたが、このようなモータを用いることが、モータの設計制約上対応不能な場合、回転子9が有する永久磁石の減磁耐力を上げる方法もある。
通常、モータ7の減磁特性は磁石温度に大きく依存する。以下、温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石と、温度上昇に対し保磁力が上昇する永久磁石とに分けて説明する。
In the first embodiment, the
Usually, the demagnetization characteristic of the
図12は温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石のBH特性を示す図である。図10においては、例えばネオジウムやサマリウムなどを含む希土類磁石等の温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石のBH特性を示している。
図10に示すように、例えば、常温の20℃における保磁力は約1100kA/mであるのに対し、100℃における保磁力は約370kA/mとなり、上記の温度上昇により保磁力は約1/3に低下することになる。しかしながら、一般的にネオジウムやサマリウムなどを含む希土類磁石は容積あたりの磁束密度が高く、同一の出力に対し巻き線電流による界磁の発生量を少なくでき、巻き線抵抗による銅損が少なく低損失で高効率のモータを得ることができる。
このような永久磁石を有するモータ7を用いることで、外風時においては短絡ブレーキをかけて母線電圧の上昇を抑制し、通常運転時においては運転電流を低減することができ、高効率化を図ることができる。
FIG. 12 is a diagram showing the BH characteristics of a permanent magnet whose coercive force decreases with increasing temperature. FIG. 10 shows the BH characteristics of a permanent magnet whose coercive force decreases with increasing temperature of a rare earth magnet containing, for example, neodymium or samarium.
As shown in FIG. 10, for example, the coercive force at 20 ° C. at room temperature is about 1100 kA / m, whereas the coercive force at 100 ° C. is about 370 kA / m. Will drop to 3. However, in general, rare earth magnets containing neodymium, samarium, etc. have high magnetic flux density per volume, which can reduce the amount of field generation due to winding current for the same output, and reduce copper loss due to winding resistance and low loss. A highly efficient motor can be obtained.
By using such a
また、本実施の形態におけるモータ7は、図1及び図2に示したように、プロペラファン108Fに取り付けられるため、外風が室外機117内に流入した際、モータ7の外郭、例えば回転軸と平行方向に風が流れる。
このため、プロペラファン108Fのファンボスに穴をあけたり(図示せず)、ファンボスがモータ7を覆わないような構造(図示せず)とする。さらに、モータ7の外部にフィンをつける(図示せず)。このような放熱構造とすることで、外風時におけるモータ7と空気との熱交換量が増え、外風時の短絡電流に起因して発熱するモータ7を冷却することができ、モータ7の温度上昇を低減できる。
尚、プロペラファン108Fのファンボス穴、プロペラファン108Fのファンボスがモータ7を覆わない構造、又はモータ7外部のフィンは、本発明における放熱手段に相当する。
In addition, as shown in FIGS. 1 and 2, the
For this reason, a hole is formed in the fan boss of the
Note that the fan boss hole of the
図13は短絡ブレーキ時のモータ内部の温度上昇を示す図である。図11においては、短絡ブレーキ時にモータ7を高速回転させ、回転子9付近のモータ内部温度が飽和するまで上昇した際の飽和温度値を測定した結果を示している。
上述したプロペラファン108Fやモータ7の放熱対策を行うことで、図11に示すように、外風時に想定される最高到達回転数以上においても、モータ7の飽和温度は減磁温度に至っていない。
このように放熱構造とすることでモータ7の温度上昇を低減できる。即ち、モータ7の構造部品を介してモータ7外郭と熱接触がある回転子9および永久磁石の温度も低減でき、永久磁石の保磁力の低下を抑制し、モータ7の減磁耐力を向上させることが可能である。
さらに冷却の効果を増すためには、前記構造品を熱抵抗の少ない、モールド樹脂や金属とし、接触面積を増加させることが有効である。
FIG. 13 is a diagram showing a temperature rise inside the motor during short-circuit braking. FIG. 11 shows the result of measuring the saturation temperature value when the
By taking measures against heat dissipation of the
Thus, the temperature increase of the
In order to further increase the cooling effect, it is effective to increase the contact area by using a mold resin or metal having a low thermal resistance as the structure.
図14は温度上昇に対し保磁力が上昇する永久磁石のBH特性を示す図である。図12においては、例えばフェライト磁石等の温度上昇に対し保磁力が増加する永久磁石のBH特性を示している。
図12に示すように、例えば、−60℃における保磁力は約160kA/mであるのに対し、100℃における保磁力は約320kA/mとなり、温度上昇により保磁力は約2倍に増加する。
フェライト磁石等の温度上昇に対し保磁力が増加する永久磁石を用いた回転子9を用いた場合、短絡ブレーキ電流による温度上昇時には減磁耐力が上がる。
このため、上述したような放熱対策を施すことなく、通常運転時の巻き線電流を低減することができ、インバータ回路5の損失を低減し、空気調和機の高効率化やインバータ回路5の放熱フィンのサイズを小さくすることができる。
ただし、永久磁石の温度は、キュリー温度とならないように放熱設計をする必要がある。
FIG. 14 is a diagram showing the BH characteristics of a permanent magnet whose coercive force increases with increasing temperature. FIG. 12 shows the BH characteristics of a permanent magnet whose coercive force increases with increasing temperature, such as a ferrite magnet.
As shown in FIG. 12, for example, the coercive force at −60 ° C. is about 160 kA / m, whereas the coercive force at 100 ° C. is about 320 kA / m, and the coercive force increases about twice as the temperature rises. .
When the
For this reason, the winding current during normal operation can be reduced without taking measures for heat dissipation as described above, the loss of the
However, it is necessary to design the heat dissipation so that the temperature of the permanent magnet does not become the Curie temperature.
尚、本実施の形態1では、永久磁石を用いた回転子9を有するモータ7の場合を説明したが、モータ7は、永久磁石をステータに用いるようにしても良い。
図15はステータ内に永久磁石を用いたモータ構造図である。図13に示すように、回転子には電磁鋼板からなるロータコア61を用い、永久磁石62をステータコア63に内包する構造である。このような構造としたことで、巻き線電流により発生した磁束は、主に磁気抵抗の低いステータコア63側を通過し、永久磁石62に過大な磁束がかかることは無い。このような構造のモータ7とすることで、減磁耐力を上げることができ、短絡ブレーキ電流による減磁電流が設計制約とならず、空気調和機の損失を低減することができる。
In the first embodiment, the case of the
FIG. 15 is a structural diagram of a motor using a permanent magnet in the stator. As shown in FIG. 13, a rotor core 61 made of an electromagnetic steel plate is used as a rotor, and a permanent magnet 62 is included in a stator core 63. With such a structure, the magnetic flux generated by the winding current passes mainly through the stator core 63 side having a low magnetic resistance, and an excessive magnetic flux is not applied to the permanent magnet 62. With the
実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2に係るモータ駆動制御装置の回路図である。図5において、本実施の形態2におけるモータ駆動制御装置110は、上記実施の形態1のモータ駆動制御装置110の構成に加え、配線131により接続され、モータ7の起電力による電力を消費する負荷手段であるブレーキ抵抗器130と、ブレーキ抵抗器130への通電を制御する半導体スイッチ素子15とを備えている。
FIG. 5 is a circuit diagram of a motor drive control device according to
その他の構成は、上記実施の形態1と同様である。また、室外機117のプロペラファン108Fの回転数と、モータ7の起電力により発生する線間電圧(母線電圧)との関係も上記実施の形態1の図4により説明した動作と同様である。さらに、本実施の形態2に係るモータ7も、上記実施の形態1と同様に、図4の太線に示したような、最大外風条件時に線間電圧が電解コンデンサ4の耐圧以上となる起電力を発生するモータ7を用いる。
Other configurations are the same as those of the first embodiment. The relationship between the rotation speed of the
このような構成により本発明の実施の形態2では、例えば、モータ7の運転停止中に、外風などにより室外機117のプロペラファン108Fが回転すると、モータ7の回転子9が回転駆動されて起電力が誘起される。そして、インバータ回路5を介して、モータ7の線間電圧が電解コンデンサ4の端子間印可され、母線電圧が上昇する。このときセンサレス制御手段および制動制御手段10は、母線電圧検出手段13が検出した母線電圧が所定の値を超えたとき、例えば、350Vとなったとき又は350Vを越えない所定の値のとき、インバータ回路5のスイッチパターンとしてゼロベクトル以外のスイッチパターンを出力する。そして、半導体スイッチ素子15をon若しくはPWM動作させて、ブレーキ抵抗器130に回生電流を流す。
With this configuration, in
このような動作により、モータ7の巻線8に回生電流が流れ、モータ7の回生制動を行うとともに、モータ起電力に起因する回生電力をブレーキ抵抗器130で消費することで、母線電圧の上昇を抑制し、電解コンデンサ4の耐圧を超えることはない。
By such an operation, a regenerative current flows through the winding 8 of the
以上のように本実施の形態2においては、母線電圧が所定の値を超えたとき、ブレーキ抵抗器130に回生電流を流して母線電圧の上昇を抑制するので、モータ7の起電力に起因するモータ駆動制御装置110の耐圧破壊を、特にリレー等の高価な開閉手段を追加することなしに防止することができる。また、半導体素子であるスイッチング素子6のスイッチングにより、短絡ブレーキをかけるため、接点寿命の心配も無い。
As described above, in the second embodiment, when the bus voltage exceeds a predetermined value, the regenerative current is supplied to the
また、モータ駆動制御装置110の動作のみで耐圧の保護が可能なため、圧縮機インバータ102が保護動作で停止した場合でもモータ駆動制御装置110の保護が可能である。
Further, since the withstand voltage can be protected only by the operation of the motor
また、本実施の形態2では、図4に示されるように、実運転域の最大回転数1300rpmにおいて、モータ7の線間電圧を250Vとすることができる。このため従来のモータと比べ、同一出力時のモータの電流は117/250と、1/2以下とすることができる。インバータ回路5のスイッチング素子6a〜6fのオン損失はFET側では電流の2乗に比例し、ダイオード側では電流に比例する。またスイッチング損失も電流に依存する特性がある。さらにシャント抵抗12における損失も電流の2乗に比例するため、同一の出力で同一のインバータ回路5を用いた場合、本実施の形態2では従来のモータに比べ、インバータ損失を大きく低減することが可能となる。
In the second embodiment, as shown in FIG. 4, the line voltage of the
また、本実施の形態2では同一のロータやステータを用い、巻線8のターン数を増加させ、モータ7の起電力を増加することが可能となる。巻線8のインダクタンスは巻線8のターン数の2乗に比例するので、線間電圧比から計算すると4倍となる。そのためインバータ回路5で駆動した場合、巻き線電流の時間変化di/dtを1/4低減できる。よって電流変化により発生するモータ7の騒音を低減する効果も得られる。風路圧損となるため防音が不能なファンモータにおいて本効果は有効である。またdi/dtの低減により、電磁ノイズの発生も低減できるといった効果もある。さらにdi/dtの低減によりインバータ駆動時の電流リップルも低減し、モータ7の高周波鉄損も低減するといった効果もある。
In the second embodiment, the same rotor and stator are used, the number of turns of the winding 8 is increased, and the electromotive force of the
また、従来の技術では外風時に開閉手段でモータを開列した場合、最大外風条件30m/sにおいてモータの端子電圧は769Vにも達し、開閉手段や、モータと開閉手段をつなぐ結線やコネクタの耐圧が必要となり、著しく高価となってしまうが、本実施の形態2ではこれを回避できる。 Further, in the conventional technology, when the motor is opened by the opening / closing means during the outside wind, the motor terminal voltage reaches 769 V under the maximum outside wind condition of 30 m / s, and the opening / closing means, the connection between the motor and the opening / closing means, and the connector Although the withstand voltage is required and becomes extremely expensive, the second embodiment can avoid this.
また、空気調和機において、室外機117のプロペラファン108Fはプラスチック製であるため、外風で回転数が増加し限界回転数を超えた場合遠心力で破壊する。この限界点も最大外風条件近傍にあるため、従来技術にあるようにモータの開列や、インバータの停止により駆動回路を保護できたとしても、羽根の破壊耐力を確保することが課題となる。本実施の形態2では、耐圧以上の母線電圧が生じたとき、つまりモータ7の回転数が所定値を超えたとき、回生ブレーキをかけ続けるため、同一の外風風速に対しプロペラファン108Fの到達回転数が、ブレーキトルクを発生しないモータ開列やインバータ停止に比べ低減できるため、同一のプロペラファン108Fを用いた場合、破壊に至る外風耐量が増加するといった効果もある。
Further, in the air conditioner, since the
尚、本実施の形態2では、回生ブレーキ時にインバータ回路5のスイッチング素子6のスイッチング動作ONをさせなかったが、これに限らず、スイッチング素子6をスイッチングしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the second embodiment, the switching operation of the
実施の形態3.
上記実施の形態1では、モータ7の巻線8に短絡電流を流して短絡ブレーキをかけるとともに母線電圧の上昇を抑制し、上記実施の形態2では、ブレーキ抵抗器130に回生電流を流して回生ブレーキをかけるとともに母線電圧の上昇を抑制したが、本実施の形態3では、短絡ブレーキと回生ブレーキとを併用する。
In the first embodiment, a short-circuit current is supplied to the winding 8 of the
本実施の形態3に係るモータ駆動制御装置110の構成は、上記実施の形態2の構成と同様である。また、本実施の形態3に係るモータ7も、上記実施の形態1及び2と同様な起電力を発生するモータ7を用いる。そして、本実施の形態3では、上記実施の形態1又は2と同様の動作により、母線電圧が所定の値を超えたとき、インバータ回路5のスイッチパターンとしてゼロベクトル又はゼロベクトル以外のパターンを適宜切り替える。これにより、モータ7の巻線8に短絡電流を流して短絡ブレーキをかける動作と、ブレーキ抵抗器130に回生電流を流して回生ブレーキをかける動作とを切り替えることが可能となる。このような動作により、上記実施の形態1又は2と同様の効果が得られることは言うまでもない。
The configuration of motor
実施の形態4.
図6は本発明の実施の形態4に係るモータ駆動制御装置の回路図である。図6において、本実施の形態4に係るモータ7は、各相の巻線8の双方の端子が、それぞれインバータ回路5の出力端子に接続されている。そして、本実施の形態4に係るインバータ回路5は、モータ7の巻線8の各相の両端毎にスイッチング素子6を有する。つまり、図6に示すように、インバータ回路5は、モータ7の各巻線8の片方側に接続されるスイッチング素子6a〜6fと、各巻線8の他端側に接続されるスイッチング素子6a’〜6b’とを有し、各々ブリッジ接続している。このように、本実施の形態4では半導体のスイッチング素子6としては12個使用し、6アームとする。尚、本実施の形態4でもスイッチング素子6としてMOSFETを使用している。また、各々のスイッチング素子6a〜6f’には、並列に逆電流方向に高速ダイオードが内蔵されている。この内蔵されている高速ダイオードはスイッチング素子6a〜6f’がオフしたとき還流電流を流す働きをする。
さらに、本実施の形態4に係るモータ7は、最大外風条件時の回転より生じる各巻線8の相電圧が、電解コンデンサ4の耐圧以下となるようなモータ、例えば、最大外風条件30m/sにおいて、モータ7の回転数が4000rpmとなった場合、相電圧が350Vとなるモータを用いる。
FIG. 6 is a circuit diagram of a motor drive control apparatus according to
Furthermore, the
その他の構成は、上記実施の形態1と同様である。また、室外機117のプロペラファン108Fの回転数と、モータ7の起電力により発生する線間電圧(母線電圧)との関係も上記実施の形態1の図4により説明した動作と同様である。
Other configurations are the same as those of the first embodiment. The relationship between the rotation speed of the
このような構成により本発明の実施の形態4では、モータ7は各相巻線8毎に、インバータ回路5に接続しているので、例えば、モータ7の運転停止中に、最大外風条件において、室外機117のプロペラファン108Fが回転しても、母線電圧は電解コンデンサ4の耐圧(350V)を超えることはない。
With this configuration, in the fourth embodiment of the present invention, the
さらに、モータ7は各相巻線8毎にインバータ回路5に接続しているので、各巻線8に誘起される電圧(相電圧)が電解コンデンサ4の端子間印可される。これにより、例えば、実運転域の最大回転数1300rpmにおいて、図4に示したように、従来モータの線間電圧114Vに対し、本実施の形態4に係るモータ7の線間電圧に相当する電圧(巻線8の相電圧)は、その1.73倍(sqrt3倍)の約197V発生する。
Further, since the
以上のように本実施の形態4においては、インバータ回路5はモータ7の巻線8の各相の両端毎にスイッチング素子6を有しているので、従来のモータと比べ、同一出力時のモータ起電力を1.73倍(sqrt3倍)とし、モータ7の電流を1.73分の1(1/sqrt3)とすることができる。例えば実運転域の最大回転数1300rpmにおいて、同一出力時のモータの電流を114/197とすることができる。インバータ回路5のスイッチング素子6a〜6f’のオン損失はFET側では電流の2乗に比例し、ダイオード側では電流に比例する。またスイッチング損失も電流に依存する特性がある。さらにシャント抵抗12における損失も電流の2乗に比例するため、同一の出力で同一のインバータ回路5を用いた場合、本実施の形態4では従来のモータに比べ、インバータ損失を大きく低減することが可能となる。
As described above, in the fourth embodiment, since the
また、本実施の形態4では、モータ7の起電力に起因するモータ駆動制御装置110の耐圧破壊を、特にリレー等の高価な開閉手段を追加することなしに防止することができる。
In the fourth embodiment, breakdown of the motor
また、モータ駆動制御装置110の動作のみで耐圧の保護が可能なため、圧縮機インバータ102が保護動作で停止した場合でもモータ駆動制御装置110の保護が可能である。
Further, since the withstand voltage can be protected only by the operation of the motor
また、本実施の形態4では同一のロータやステータを用い、巻線8のターン数を増加させ、モータ7の起電力を増加することが可能となる。巻線8のインダクタンスは巻線8のターン数の2乗に比例するので、線間電圧比から計算すると3倍となる。そのためインバータ回路5で駆動した場合、巻き線電流の時間変化di/dtを1/3低減できる。よって電流変化により発生するモータ7の騒音を低減する効果も得られる。風路圧損となるため防音が不能なファンモータにおいて本効果は有効である。またdi/dtの低減により、電磁ノイズの発生も低減できるといった効果もある。さらにdi/dtの低減によりインバータ駆動時の電流リップルも低減し、モータ7の高周波鉄損も低減するといった効果もある。
In the fourth embodiment, the same rotor or stator is used, the number of turns of the winding 8 is increased, and the electromotive force of the
また、従来の技術では外風時に開閉手段でモータを開列した場合、最大外風条件30m/sにおいてモータの端子電圧は769Vにも達し、開閉手段や、モータと開閉手段をつなぐ結線やコネクタの耐圧が必要となり、著しく高価となってしまうが、本実施の形態4ではこれを回避できる。 Further, in the conventional technology, when the motor is opened by the opening / closing means during the outside wind, the motor terminal voltage reaches 769 V under the maximum outside wind condition of 30 m / s, and the opening / closing means, the connection between the motor and the opening / closing means, and the connector Although the withstand voltage is required and becomes extremely expensive, the fourth embodiment can avoid this.
また、本実施の形態4では、短絡電流又は回生電流によるブレーキ動作を行わないため、短絡電流又は回生電流によるモータ7の減磁に対する設計制約が無い。
Moreover, in this
実施の形態5.
図7〜図9は本発明の実施の形態5に係るモータ駆動制御装置の回路図である。図7〜図9において、本実施の形態5に係るモータ7は、三相の巻線8を有し、各相の巻線8の片側の端子が、それぞれインバータ回路5の出力端子に接続されている。そして、巻線8のもう一方の端子はそれぞれ開閉手段81に接続されている。この開閉手段81を用いることにより、巻線8のΔ結線とY結線との切り替え、又はインバータ回路5と巻線8との開列が可能である。即ち、この開閉手段81により、モータ7の巻線8をY結線とΔ結線とに切り替える切替手段、及び巻線8片側の接続を切り離す開閉手段を構成している。
さらに、本実施の形態5に係るモータ7は、最大外風条件時の回転より生じる各巻線8の相電圧が、電解コンデンサ4の耐圧以下となるようなモータ、例えば、最大外風条件30m/sにおいて、モータ7の回転数が4000rpmとなった場合、相電圧が350Vとなるモータを用いる。
7 to 9 are circuit diagrams of the motor drive control device according to the fifth embodiment of the present invention. 7 to 9, the
Further, the
その他の構成は、上記実施の形態1と同様である。また、室外機117のプロペラファン108Fの回転数と、モータ7の起電力により発生する線間電圧(母線電圧)との関係も上記実施の形態1の図4により説明した動作と同様である。このような構成により本発明の実施の形態5では、巻線8のY結線とΔ結線との切り替え、又は巻線8とインバータ回路5との開列を行う。
Other configurations are the same as those of the first embodiment. The relationship between the rotation speed of the
まず、Y結線とΔ結線との切り替えについて、図7及び図8を用いて説明する。
図7に示すように、例えばモータ7の運転中においては、センサレス制御手段および制動制御手段10は、開閉手段81を動作させて、モータ7の巻線をY結線に切り替える。この場合は、従来モータと同じ接続になる。
First, switching between Y connection and Δ connection will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
As shown in FIG. 7, for example, during operation of the
一方、図8に示すように、例えばモータ7の運転停止中においては、センサレス制御手段および制動制御手段10は、開閉手段81を動作させて、モータ7の巻線をΔ結線に切り替える。この場合、外風による回転によりモータ起電力が発生すると、各巻線8に誘起される相電圧が電解コンデンサ4の端子間に印可される。したがって、インバータ回路5の電解コンデンサ4の端子間にかかる電圧は、Y結線時の1/1.73(1/sqrt3)とすることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, for example, when the operation of the
これにより、例えば、最大外風条件30m/sにおいて、モータ7の回転数が4000rpmとなった場合、モータ7の相電圧が350Vとなるモータを用いることができ、例えば、実運転域の最大回転数1300rpmにおいて、Y結線時の線間電圧114Vに対し、Δ結線時の相電圧は、その1.73倍(sqrt3倍)の約197V発生することが可能となる。さらに、Δ結線時において、最大外風条件により室外機117のプロペラファン108Fが回転しても、母線電圧は電解コンデンサ4の耐圧(350V)を超えることはない。
As a result, for example, when the rotational speed of the
次に、巻線8とインバータ回路5との開列について説明する。
図9に示すように、例えばモータ7の運転停止中においては、センサレス制御手段および制動制御手段10は、開閉手段81を動作させて、各相の巻線8を開列し、インバータ回路5の端子に、外風時のモータ起電力による電圧を印加させない。このように、モータ7の巻線8とインバータ回路5とを開列すれば、電解コンデンサ4の端子間(母線電圧)には、モータ7の起電力による電圧は印加されない。
Next, the opening of the winding 8 and the
As shown in FIG. 9, for example, when the operation of the
以上のように本実施の形態5においては、例えば、モータ7の運転停止時に、図8又は図9に示すように、開閉手段81を動作させて、Δ結線又は巻線8の開列を行うことにより、図7に示すように、Y結線時の状態に比べ、外風に起因する起電力によるインバータ回路5の端子間への印加電圧を、低減若しくは無くすことができる。
As described above, in the fifth embodiment, for example, when the operation of the
また、本実施の形態5では、インバータ回路5の電解コンデンサ4の端子間にかかる電圧は、Y結線時の1/1.73(1/sqrt3)とすることができるので、モータの巻線8のターン数を1.73倍以上とすることができ、モータ電流の低減可能となる。
In the fifth embodiment, the voltage applied between the terminals of the
また、モータ7の巻線8をΔ結線に切り替えることで、Y結線と比べ、同一出力時のモータ起電力を1.73倍(sqrt3倍)とし、モータ7の電流を1.73分の1(1/sqrt3)とすることができる。例えば実運転域の最大回転数1300rpmにおいて、同一出力時のモータの電流を114/197とすることができる。インバータ回路5のスイッチング素子6a〜6fのオン損失はFET側では電流の2乗に比例し、ダイオード側では電流に比例する。またスイッチング損失も電流に依存する特性がある。さらにシャント抵抗12における損失も電流の2乗に比例するため、同一の出力で同一のインバータ回路5を用いた場合、本実施の形態5では従来のモータに比べ、インバータ損失を大きく低減することが可能となる。
Further, by switching the winding 8 of the
また、モータ駆動制御装置110の開閉手段81の動作のみで耐圧の保護が可能なため、圧縮機インバータ102が保護動作で停止した場合でもモータ駆動制御装置110の保護が可能である。
Further, since the breakdown voltage can be protected only by the operation of the opening / closing means 81 of the motor
また、本実施の形態5では同一のロータやステータを用い、巻線8のターン数を増加させ、モータ7の起電力を増加することが可能となる。巻線8のインダクタンスは巻線8のターン数の2乗に比例するので、線間電圧比から計算すると3倍となる。そのためインバータ回路5で駆動した場合、巻き線電流の時間変化di/dtを1/3低減できる。よって電流変化により発生するモータ7の騒音を低減する効果も得られる。風路圧損となるため防音が不能なファンモータにおいて本効果は有効である。またdi/dtの低減により、電磁ノイズの発生も低減できるといった効果もある。さらにdi/dtの低減によりインバータ駆動時の電流リップルも低減し、モータ7の高周波鉄損も低減するといった効果もある。
In the fifth embodiment, the same rotor or stator is used, the number of turns of the winding 8 is increased, and the electromotive force of the
また、本実施の形態5では、短絡電流又は回生電流によるブレーキ動作を行わないため、短絡電流又は回生電流によるモータ7の減磁に対する設計制約が無い。
Moreover, in this
実施の形態6.
上記実施の形態1〜5では、インバータ回路5の動作など、電気的に駆動回路を保護する方法について述べてきたが、本実施の形態6に係るモータ駆動制御装置110は、上記実施の形態1〜5の構成に加え、モータの回転負荷を増加させる機械式制動手段や、プロペラファン108Fの回転を停止させるストッパを更に備える。
In the first to fifth embodiments, the method of electrically protecting the drive circuit such as the operation of the
このような構成により、本実施の形態6では、外風によりプロペラファン108Fが回転し、当該プロペラファン108Fの回転により発生するモータ7の起電力が所定の値を超えたとき、機械式制動手段を動作させ、モータ7の起電力を低下させる。また、モータ7の運転停止時に、ストッパを動作させ、プロペラファン108Fの回転によるモータ7の起電力を生じさせないように動作する。このような動作により、外風による回転に起因するモータ起電力の発生を抑制することができ、上述した実施の形態1〜5の効果と同様に、モータ7の巻線8のターン数アップによる効果を得ても良いことは言うまでもない。
With this configuration, in the sixth embodiment, when the
尚、上述した機械式制動手段及びストッパは、何れか一方のみを備えても良いし、併用しても良い。また、上述した実施の形態1〜5の何れの構成おいても機械式制動手段及びストッパを併用して、母線電圧の上昇を抑制することができるのは言うまでもない。 Note that only one of the mechanical braking means and the stopper described above may be provided, or may be used in combination. Needless to say, in any of the configurations of the first to fifth embodiments described above, it is possible to suppress an increase in the bus voltage by using the mechanical braking means and the stopper together.
実施の形態7.
上記実施の形態1〜5では、インバータ回路5の動作など、電気的に駆動回路を保護する方法について述べてきたが、本実施の形態6に係るモータ駆動制御装置110は、上記実施の形態1〜5の構成に加え、風速に応じプロペラファン108Fの形状を変形させ、当該プロペラファン108Fの回転力を低下させるファン形状変形手段や、風路に設けられ、プロペラファン108Fの回転力を低下させる風路形状変形手段であるダンパーシャッターを更に備える。
In the first to fifth embodiments, the method of electrically protecting the drive circuit such as the operation of the
このような構成により、本実施の形態7では、外風によりプロペラファン108Fが回転し、当該プロペラファン108Fの回転により発生するモータ7の起電力が所定の値を超えたとき、ファン形状変形手段又は/及びダンパーシャッターを動作させ、モータ7の起電力を低下させる。このような動作により、外風による回転に起因するモータ起電力の発生を抑制することができ、上述した実施の形態1〜5の効果と同様に、モータ7の巻線8のターン数アップによる効果を得ても良いことは言うまでもない。
With this configuration, in the seventh embodiment, when the
尚、上述したファン形状変形手段及びダンパーシャッターは、何れか一方のみを備えても良いし、併用しても良い。また、上述した実施の形態1〜5の何れの構成おいてもファン形状変形手段及びダンパーシャッターを併用して、母線電圧の上昇を抑制することができるのは言うまでもない。更に、上記実施の形態6で説明した、機械式制動手段及びストッパを併用して、母線電圧の上昇を抑制することができるのは言うまでもない。 Note that the fan shape deforming means and the damper shutter described above may be provided with either one or both of them. Needless to say, in any of the configurations of the first to fifth embodiments described above, the fan shape deforming means and the damper shutter can be used together to suppress an increase in the bus voltage. Furthermore, it goes without saying that the increase of the bus voltage can be suppressed by using the mechanical braking means and the stopper described in the sixth embodiment.
実施の形態8.
上記実施の形態1〜5では、モータ7とモータ駆動制御装置110とがそれぞれ別の場所に配置された場合について述べたが、モータ駆動制御装置110を構成する各手段の全部又は一部が、モータ7に内蔵されても同様の効果が得られる。このような構成とすることにより、インバータ回路5のスイッチング素子6や、ブレーキ抵抗器130、回生電流を制御する半導体スイッチ素子15などの発熱を、モータ7内に放熱できるため、放熱対策費用を低減できる効果がある。
In the first to fifth embodiments, the case where the
実施の形態9.
図10は本発明の実施の形態9に係る換気扇の断面を模式的に示した概略構成図である。図10において、換気扇200は、金属筐体201、シロッコファン202、換気扇グリル203と、金属製の電気品BOX204とにより構成される。この換気扇200は、天井壁220に取り付けられる。そして、この換気扇200のシロッコファン202は、上述した実施の形態1〜8のモータ7のロータシャフト71が接続され、上述した実施の形態1〜8で説明したモータ駆動制御装置110により回転駆動される。このような構成により、換気扇200のシロッコファン202が外風により回転した場合においても、上述した実施の形態1〜8と同様の効果を得られることは言うまでもない。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram schematically showing a cross section of a ventilation fan according to
尚、本実施の形態9においても、上記実施の形態1と同様に、モータ7の有する永久磁石の減磁耐力を向上させるようにしても良い。つまり、モータ7は、温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石を有するロータを備え、モータが有する熱を放熱する放熱手段を備えるようにしても良い。又はモータ7は、温度上昇に対し保磁力が増加する永久磁石を有するロータを備えるようにしても良い。また、モータ7は、永久磁石をステータに用いるようにしても良い。このような構成により、上記実施の形態1と同様の効果を得られることは言うまでもない。
In the ninth embodiment, similarly to the first embodiment, the demagnetization resistance of the permanent magnet of the
実施の形態10.
図11は本発明の実施の形態10に係るヒートポンプタイプの給湯機の概略構成図である。図11において、ヒートポンプタイプの給湯機は、圧縮機301、加熱熱交換器302、絞り部303及び吸熱熱交換器304とこれらを順次接続する循環配管307並びに吸熱熱交換器304用の送風ファン305、吸熱熱交換器304の出口側に設置された吸熱熱交換部温度センサ311から構成されている。さらに貯湯タンク306は循環配管308により加熱熱交換器302と接続され、加熱熱交換器302内部を通る循環配管308で熱交換され、加熱された湯が貯湯タンク306の上部より貯湯される。貯湯タンク306には給水管309から給水される。そして、このヒートポンプタイプの給湯機の送風ファン305は、上述した実施の形態1〜8のモータ7に接続され、上述した実施の形態1〜8で説明したモータ駆動制御装置110により回転駆動される。このような構成により、ヒートポンプタイプの給湯機の送風ファン305が外風により回転した場合においても、上述した実施の形態1〜8と同様の効果を得られることは言うまでもない。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a heat pump type hot water supply apparatus according to
尚、本実施の形態10においても、上記実施の形態1と同様に、モータ7の永久磁石の減磁耐力を向上させるようにしても良い。つまり、モータ7は、温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石を有するロータを備え、モータが有する熱を放熱する放熱手段を備えるようにしても良い。又はモータ7は、温度上昇に対し保磁力が増加する永久磁石を有するロータを備えるようにしても良い。また、モータ7は、永久磁石をステータに用いるようにしても良い。このような構成により、上記実施の形態1と同様の効果を得られることは言うまでもない。
In the tenth embodiment, the demagnetization resistance of the permanent magnet of the
1 商用電源、2 整流回路、3 整流ダイオード、4 電解コンデンサ、5 インバータ回路、6 スイッチング素子、7 モータ、8 巻線、9 回転子、10 センサレス制御手段および制動制御手段、11 電流検出手段、12 シャント抵抗、13 母線電圧検出手段、15 半導体スイッチ素子、61 ロータコア、62 永久磁石、63 ステータコア、64 ステータ巻き線、71 ロータシャフト、81 開閉手段、102 圧縮機インバータ、103 圧縮機、104 四方弁、105 室外熱交換器、106 膨張弁、107 室内熱交換器、108 室外ファン、108F プロペラファン、109 室内ファン、110 モータ駆動制御装置、112 速度制御回路、113 空気調和機制御部、114 受光部、115 異常表示部、116 赤外リモコン、117 室外機、130 ブレーキ抵抗器、131 配線、200 換気扇、201 金属筐体、202 シロッコファン、203 換気扇グリル、204 電気品BOX、220 天井壁、301 圧縮機、302 加熱熱交換器、303 絞り部、304 吸熱熱交換器、305 送風ファン、306 貯湯タンク、307 循環配管、308 循環配管、309 給水管、311 吸熱熱交換部温度センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (27)
直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印可するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御して前記モータの運転を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
外風により前記ファンが回転し、当該ファンの回転により発生する前記モータの起電力が所定の値を超えたとき、前記インバータ回路のスイッチパターンを切り替え、前記モータの巻き線に短絡電流を流すことを特徴とするモータ駆動制御装置。 A motor drive control device for driving a motor for rotating a fan,
An inverter circuit for converting a DC voltage into an AC voltage and applying it to the motor;
Control means for controlling the operation of the motor by controlling the inverter circuit,
The control means includes
When the fan rotates due to outside wind and the electromotive force of the motor generated by the rotation of the fan exceeds a predetermined value, the switch pattern of the inverter circuit is switched and a short-circuit current is caused to flow through the winding of the motor. A motor drive control device.
前記制御手段は、
前記インバータ回路の下側又は上側のスイッチング素子のうち、片側のスイッチング素子を全てオンにし、他方側のスイッチング素子を全てオフにして、前記モータの巻き線に短絡電流を流すことを特徴とする請求項1記載のモータ駆動制御装置。 The inverter circuit has a switching element bridge-connected,
The control means includes
The switching element on the lower side or the upper side of the inverter circuit is all turned on, the switching elements on the other side are all turned off, and a short-circuit current is caused to flow through the winding of the motor. Item 2. The motor drive control device according to Item 1.
直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印可するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御して前記モータの運転を制御する制御手段と、
前記モータの起電力による電力を消費する負荷手段と
を備え、
前記制御手段は、
外風により前記ファンが回転し、当該ファンの回転により発生する前記モータの起電力が所定の値を超えたとき、前記インバータ回路のスイッチパターンを切り替え、前記負荷手段に回生電流を流すことを特徴とするモータ駆動制御装置。 A motor drive control device for driving a motor for rotating a fan,
An inverter circuit for converting a DC voltage into an AC voltage and applying it to the motor;
Control means for controlling the operation of the motor by controlling the inverter circuit;
Load means for consuming electric power from the electromotive force of the motor,
The control means includes
When the fan is rotated by outside wind and the electromotive force of the motor generated by the rotation of the fan exceeds a predetermined value, the switch pattern of the inverter circuit is switched and a regenerative current is supplied to the load means. A motor drive control device.
前記制御手段は、
前記母線電圧が所定の値を超えたとき、
前記インバータ回路のスイッチパターンを切り替え、前記母線電圧の上昇を抑制することを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載のモータ駆動制御装置。 A bus voltage detecting means for detecting a bus voltage input to the inverter circuit;
The control means includes
When the bus voltage exceeds a predetermined value,
The motor drive control device according to claim 1, wherein a switch pattern of the inverter circuit is switched to suppress an increase in the bus voltage.
前記母線電圧が、当該モータ駆動制御装置の耐圧以下となるように、前記インバータ回路のスイッチパターンを切り替え、前記母線電圧の上昇を抑制することを特徴とする請求項8記載のモータ駆動制御装置。 The control means includes
The motor drive control device according to claim 8, wherein a switch pattern of the inverter circuit is switched to suppress an increase in the bus voltage so that the bus voltage is equal to or lower than a withstand voltage of the motor drive control device.
直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印可するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御して前記モータの運転を制御する制御手段と
を備え、
前記インバータ回路は、前記モータの巻き線の各相の両端毎にスイッチング素子を有し、
前記制御手段は、
前記スイッチング素子のスイッチパターンを制御して、前記モータの運転を制御することを特徴とするモータ駆動制御装置。 A motor drive control device for driving a motor for rotating a fan,
An inverter circuit for converting a DC voltage into an AC voltage and applying it to the motor;
Control means for controlling the operation of the motor by controlling the inverter circuit,
The inverter circuit has a switching element at each end of each phase of the motor winding,
The control means includes
A motor drive control device that controls the operation of the motor by controlling a switch pattern of the switching element.
直流電圧を交流電圧に変換して前記モータに印可するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御して前記モータの運転を制御する制御手段と、
前記制御手段により制御され、前記モータの巻き線をY結線とΔ結線とに切り替える切替手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記モータの運転停止時に、前記モータの巻き線をΔ結線に切り替えることを特徴とするモータ駆動制御装置。 A motor drive control device for driving a three-phase motor for rotating a fan,
An inverter circuit for converting a DC voltage into an AC voltage and applying it to the motor;
Control means for controlling the operation of the motor by controlling the inverter circuit;
Switching means controlled by the control means and switching the winding of the motor to Y connection and Δ connection;
The control means includes
A motor drive control device that switches the winding of the motor to a Δ connection when the motor is stopped.
前記制御手段は、
前記モータの運転停止時に、前記開閉手段を動作させ、前記モータの巻き線の片側の接続を前記インバータ回路と切り離すことを特徴とする請求項10又は11記載のモータ駆動制御装置。 An opening / closing means for opening / closing a connection on at least one side of the connection between the windings of the motor;
The control means includes
12. The motor drive control device according to claim 10, wherein when the operation of the motor is stopped, the opening / closing means is operated to disconnect one side of the winding of the motor from the inverter circuit.
前記制御手段は、
外風により前記ファンが回転し、当該ファンの回転により発生する前記モータの起電力が所定の値を超えたとき、前記機械式制動手段を動作させ、前記モータの起電力を低下させることを特徴とする請求項1〜13の何れかに記載のモータ駆動制御装置。 Mechanical braking means for increasing the rotational load of the motor,
The control means includes
When the fan is rotated by outside air and the electromotive force of the motor generated by the rotation of the fan exceeds a predetermined value, the mechanical braking means is operated to reduce the electromotive force of the motor. The motor drive control device according to claim 1.
前記制御手段は、
前記モータの運転停止時に、前記ストッパを動作させ、前記ファンの回転による前記モータの起電力を生じさせないことを特徴とする請求項1〜14の何れかに記載のモータ駆動制御装置。 A stopper for stopping the rotation of the fan;
The control means includes
The motor drive control device according to claim 1, wherein when the operation of the motor is stopped, the stopper is operated so as not to generate an electromotive force of the motor due to rotation of the fan.
前記制御手段は、
外風により前記ファンが回転し、当該ファンの回転により発生する前記モータの起電力が所定の値を超えたとき、前記ファン形状変形手段を動作させ、前記モータの起電力を低下させることを特徴とする請求項1〜15の何れかに記載のモータ駆動制御装置。 Fan shape deformation means for reducing the rotational force of the fan is further provided,
The control means includes
When the fan is rotated by outside wind and the electromotive force of the motor generated by the rotation of the fan exceeds a predetermined value, the fan shape deforming means is operated to reduce the electromotive force of the motor. The motor drive control device according to any one of claims 1 to 15.
前記制御手段は、
外風により前記ファンが回転し、当該ファンの回転により発生する前記モータの起電力が所定の値を超えたとき、前記風路形状変形手段を動作させ、前記モータの起電力を低下させることを特徴とする請求項1〜16の何れかに記載のモータ駆動制御装置。 It further comprises air path shape deforming means for reducing the rotational force of the fan,
The control means includes
When the fan is rotated by outside wind and the electromotive force of the motor generated by the rotation of the fan exceeds a predetermined value, the air path shape deforming means is operated to reduce the electromotive force of the motor. The motor drive control device according to claim 1, wherein the motor drive control device is a motor drive control device.
請求項1〜17の何れかに記載のモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする空気調和機。 A motor that rotates the fan;
An air conditioner comprising the motor drive control device according to claim 1.
請求項1〜17の何れかに記載のモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする換気扇。 A motor that rotates the fan;
A ventilation fan comprising the motor drive control device according to claim 1.
請求項1〜17の何れかに記載のモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とするヒートポンプタイプの給湯機。 A motor that rotates the fan;
A heat pump type water heater comprising the motor drive control device according to claim 1.
前記モータは、温度上昇に対し保磁力が低下する永久磁石を有するロータを備えたことを特徴とする請求項18記載の空気調和機。 A heat dissipating means for dissipating the heat of the motor;
The air conditioner according to claim 18, wherein the motor includes a rotor having a permanent magnet whose coercive force decreases with increasing temperature.
前記モータを駆動するモータ駆動制御装置と、
前記モータが有する熱を放熱する放熱手段と
を備えたことを特徴とする空気調和機。 A motor having a permanent magnet whose coercive force decreases with respect to a temperature rise, and a motor that rotates the fan;
A motor drive control device for driving the motor;
An air conditioner comprising a heat radiating means for radiating heat of the motor.
前記モータを駆動するモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする空気調和機。 A motor having a permanent magnet whose coercive force increases with respect to temperature rise, and a motor that rotates the fan;
An air conditioner comprising a motor drive control device for driving the motor.
前記モータを駆動するモータ駆動制御装置と
を備えたことを特徴とする空気調和機。 A motor including a stator having a permanent magnet and rotating a fan;
An air conditioner comprising a motor drive control device for driving the motor.
外風により前記ファンが回転し、当該ファンの回転により発生する前記モータの起電力に起因する前記モータの熱を、前記外風により放熱し、
前記モータの内部温度が、前記永久磁石の減磁温度を超えないことを特徴とする請求項21又は24記載の空気調和機。 The heat dissipation means is
The fan is rotated by the outside wind, the heat of the motor due to the electromotive force of the motor generated by the rotation of the fan is radiated by the outside wind,
The air conditioner according to claim 21 or 24, wherein an internal temperature of the motor does not exceed a demagnetizing temperature of the permanent magnet.
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