JP6605153B2 - Drive device, motor system, and air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、負荷を駆動する駆動装置、モータシステムおよび空気調和機に関する。 The present invention relates to a drive device that drives a load, a motor system, and an air conditioner.
従来のモータ駆動装置は、インバータ回路から平滑コンデンサのマイナス側すなわち平滑コンデンサの負の電極に流れ込む電流を計測して過電流を検出していた。 A conventional motor driving device detects an overcurrent by measuring a current flowing from the inverter circuit to the negative side of the smoothing capacitor, that is, the negative electrode of the smoothing capacitor.
従来のモータ駆動装置は、インバータ回路の上アームのスイッチング素子に流れる電流の総和である第1の総和と、下アームのスイッチング素子に流れる電流の総和である第2の総和とが等しい場合、上アームおよび下アームのスイッチング素子を、過電流から保護することができる。 In the conventional motor drive device, when the first sum that is the sum of the currents flowing through the switching elements of the upper arm of the inverter circuit and the second sum that is the sum of the currents that flow through the switching elements of the lower arm are equal, The switching elements of the arm and lower arm can be protected from overcurrent.
しかしながら、第1の総和と第2の総和とが等しく無い場合、インバータ回路から平滑コンデンサの負極側に流れ込む電流を検出しても、上アームのスイッチング素子の過電流を正確に検出できない場合がある。特に、複数のインバータ回路を並列に接続して1つの負荷に電力を供給する場合、各インバータ回路間でのスイッチング素子のオンまたはオフのタイミングのずれおよび各スイッチング素子の特性のバラツキにより、各インバータ回路における第1の総和と第2の総和とは必ずしも等しくならない。 However, if the first sum and the second sum are not equal, even if the current flowing from the inverter circuit to the negative side of the smoothing capacitor is detected, the overcurrent of the switching element of the upper arm may not be detected accurately. . In particular, when a plurality of inverter circuits are connected in parallel and power is supplied to one load, each inverter circuit is affected by a difference in switching element on / off timing and a variation in characteristics of each switching element. The first sum and the second sum in the circuit are not necessarily equal.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ回路を構成するスイッチング素子に生じる過電流の検出精度を向上させることができる駆動装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a drive device that can improve the detection accuracy of overcurrent generated in switching elements constituting an inverter circuit.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる駆動装置は、負荷へ電力を出力する第1のインバータユニットと、第1のインバータユニットに並列に接続され、負荷へ電力を出力する第2のインバータユニットと、を備える。駆動装置は、さらに、第1のインバータユニットに並列に接続され、第1のインバータユニットに第1の直流電力を出力する第1の整流器と、第2のインバータユニットに並列に接続され、第2のインバータユニットに第2の直流電力を出力する第2の整流器と、を備える。第1のインバータユニットは、第1の整流器と並列に接続され、複数のスイッチング素子を備える第1のインバータ回路と、第1のインバータ回路と第1の整流器との間に配置され、第1のインバータ回路に並列に接続され、第1の正電極および第1の負電極を備える第1のコンデンサと、を備える。第1のインバータユニットは、さらに、第1の正電極と第1のインバータ回路との間に接続された第1の電流検出素子と、第1の負電極と第1のインバータ回路との間に接続された第2の電流検出素子と、を備える。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a drive device according to the present invention is connected in parallel to a first inverter unit that outputs power to a load and the first inverter unit, and supplies power to the load. A second inverter unit for outputting. The driving device is further connected in parallel to the first inverter unit, connected in parallel to the first rectifier that outputs the first DC power to the first inverter unit, and to the second inverter unit, And a second rectifier that outputs second DC power to the inverter unit. The first inverter unit is connected in parallel with the first rectifier and is arranged between the first inverter circuit including a plurality of switching elements, the first inverter circuit and the first rectifier, A first capacitor connected in parallel to the inverter circuit and including a first positive electrode and a first negative electrode. The first inverter unit further includes a first current detection element connected between the first positive electrode and the first inverter circuit, and between the first negative electrode and the first inverter circuit. And a connected second current detection element.
本発明にかかる駆動装置は、インバータ回路を構成するスイッチング素子に生じる過電流の検出精度を向上させることができるという効果を奏する。 The drive device according to the present invention has an effect of improving the detection accuracy of overcurrent generated in the switching elements constituting the inverter circuit.
以下に、本発明の実施の形態にかかる駆動装置、モータシステムおよび空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, a drive device, a motor system, and an air conditioner according to an embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるモータシステムの構成例を示す図である。図1に示すように、本実施の形態のモータシステム50は、モータ23とモータ駆動装置100とを備える。駆動装置であるモータ駆動装置100は、交流電源1から供給される交流電力を用いてモータ23を駆動する。以下では、本実施の形態の駆動装置が負荷であるモータを駆動する例を説明するが、本実施の形態の駆動装置により駆動される負荷はモータに限定されない。Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a motor system according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
モータ駆動装置100は、モジュール102aと、モジュール102aに並列に接続されるモジュール102bとを備える。モジュール102aは、交流電源1に接続される3つのコイル2aと、3つのコイル2aに接続される整流器3aと、整流器3aに並列に接続されるコンデンサである平滑コンデンサ4aと、平滑コンデンサ4aに並列に接続されるインバータ回路18aとを備える。さらに、モジュール102aは、インバータ回路18aを制御する制御器19aと、電流検出素子20a,21aとを備える。電流検出素子20aは、平滑コンデンサ4aの正側すなわち正電極とインバータ回路18aとの間に配置され、平滑コンデンサ4aからインバータ回路18aへ流れ込む電流を検出する。電流検出素子21aは、平滑コンデンサ4aの負側すなわち負電極とインバータ回路18aとの間に配置され、インバータ回路18aから平滑コンデンサ4aの負側へ流れ込む電流を検出する。
The
モジュール102bは、交流電源1に接続される3つのコイル2bと、3つのコイル2bに接続される整流器3bと、整流器3bに並列に接続されるコンデンサである平滑コンデンサ4bと、平滑コンデンサ4bに並列に接続されるインバータ回路18bとを備える。さらに、モジュール102bは、インバータ回路18bを制御する制御器19bと、電流検出素子20b,21bとを備える。電流検出素子20bは、平滑コンデンサ4bの正側すなわち正電極とインバータ回路18bとの間に配置され、平滑コンデンサ4bからインバータ回路18bへ流れ込む電流を検出する。電流検出素子21bは、平滑コンデンサ4bの負側すなわち負電極とインバータ回路18bとの間に配置され、インバータ回路18bから平滑コンデンサ4bの負側へ流れ込む電流を検出する。
The
コイル2aは、整流器3aと交流電源1との間に配置されればよく、モジュール102a内ではなく、モジュール102a外であってもよい。同様に、コイル2bは、整流器3bと交流電源1との間に配置されればよく、モジュール102b内ではなく、モジュール102b外であってもよい。
The
また、モジュール102aのうち、コイル2aおよび整流器3aを除いた部分、すなわち平滑コンデンサ4a、インバータ回路18a、制御器19aおよび電流検出素子20a,21aは第1のインバータユニットであるインバータユニット101aを構成する。同様に、モジュール102bのうち、コイル2bおよび整流器3bを除いた部分、すなわち平滑コンデンサ4b、インバータ回路18b、制御器19bおよび電流検出素子20b,21bは、第2のインバータユニットであるインバータユニット101bを構成する。
In the
整流器3aは、直列に接続された2つのダイオードを3組備える。直列に接続された2つのダイオードの各組は互いに並列に接続される。整流器3aを構成する各組のダイオードの間の接続点は、それぞれ異なるコイル2aに接続される。同様に、整流器3bは、直列に接続された2つのダイオードを3組備える。直列に接続された2つのダイオードの各組は互いに並列に接続される。整流器3bを構成する各組のダイオードの間の接続点は、それぞれ異なるコイル2bに接続される。なお、整流器3a,3bの構成は上述した例に限定されない。
The
インバータ回路18aは、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子6a,9aと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子7a,10aと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子8a,11aとを備える。スイッチング素子6aおよびスイッチング素子9a、スイッチング素子7aおよびスイッチング素子10a、スイッチング素子8aおよびスイッチング素子11aの各スイッチング素子対をそれぞれアームと呼ぶ。各アームは並列に接続される。インバータ回路18aの各アームの中点は、モータ23の対応する相の端子にそれぞれ接続される。スイッチング素子6aとスイッチング素子9aとの間の中点はモータ23のU相の端子に接続され、スイッチング素子7aとスイッチング素子10aとの間の中点はモータ23のV相の端子に接続され、スイッチング素子8aとスイッチング素子11aとの間の中点はモータ23のW相の端子に接続される。
The
インバータ回路18bは、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子6b,9bと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子7b,10bと、直列接続されたスイッチング素子対であるスイッチング素子8b,11bとを備える。スイッチング素子6bおよびスイッチング素子9b、スイッチング素子7bおよびスイッチング素子10b、スイッチング素子8bおよびスイッチング素子11bの各スイッチング素子対をそれぞれアームと呼ぶ。各アームは並列に接続される。インバータ回路18bの各アームの中点は、モータ23の対応する相の端子にそれぞれ接続される。スイッチング素子6bとスイッチング素子9bとの間の中点はモータ23のU相の端子に接続され、スイッチング素子7bとスイッチング素子10bとの間の中点はモータ23のV相の端子に接続され、スイッチング素子8bとスイッチング素子11bとの間の中点はモータ23のW相の端子に接続される。
The
スイッチング素子6a〜11a,6b〜11bは、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)またはMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)である。スイッチング素子6a〜11a,6b〜11bには、それぞれ並列に還流ダイオード12a〜17a,12b〜17bが接続される。
The
スイッチング素子6a〜11a,6b〜11bは、ワイドギャップ半導体により構成されてもよい。また、還流ダイオード12a〜17a,12b〜17bは、ワイドギャップ半導体により構成されてもよい。スイッチング素子6a〜11a,6b〜11b、および還流ダイオード12a〜17a,12b〜17bはワイドバンドギャップ半導体に限定されない。ワイドバンドギャップ半導体としては、GaN(窒化ガリウム)、SiC(シリコンカーバイド:炭化珪素)、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体を用いることで耐電圧性が高く、許容電流密度も高くなるため、モジュールの小型化が可能となる。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、放熱部の放熱フィンの小型化も可能になる。
The
図1に示すように、スイッチング素子6aとスイッチング素子9aとの間の中点と、スイッチング素子6bとスイッチング素子9bとの間の中点とは接続されている。また、スイッチング素子7aとスイッチング素子10aとの間の中点と、スイッチング素子7bとスイッチング素子10bとの間の中点とは接続されている。また、スイッチング素子8aとスイッチング素子11aとの間の中点と、スイッチング素子8bとスイッチング素子11bとの間の中点とは接続されている。すなわち、インバータ回路18aから出力される信号を伝送する配線と、インバータ回路18bから出力される信号を伝送する配線とは接続されている。なお、インバータ回路18aから出力される信号を伝送する配線と、インバータ回路18bから出力される信号を伝送する配線との間にリアクタをはじめとした素子が接続されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the midpoint between the switching
以下では、各アームの正側のスイッチング素子、すなわち平滑コンデンサ4a,4bの正電極に接続されるスイッチング素子を上側スイッチング素子と呼び、各アームの負側のスイッチング素子、すなわち平滑コンデンサ4a,4bの負電極に接続されるスイッチング素子を下側スイッチング素子とも呼ぶ。
Hereinafter, the switching element connected to the positive electrode of each arm, that is, the positive electrode of the smoothing
以上のように、モータ駆動装置100は、モータ23へ電力を出力するインバータユニット101aと、インバータユニット101aに並列に接続され、モータ23へ電力を出力するインバータユニット101bと、を備える。また、モータ駆動装置100は、インバータユニット101aに並列に接続され、インバータユニット101aに第1の直流電力を出力する第1の整流器である整流器3aと、インバータユニット101bに並列に接続され、インバータユニット101bに第2の直流電力を出力する第2の整流器である整流器3bと、を備える。
As described above, the
インバータユニット101aは、整流器3aと並列に接続され、複数のスイッチング素子を備える第1のインバータ回路であるインバータ回路18aと、インバータ回路18aと整流器3aとの間に配置され、インバータ回路18aに並列に接続され、第1の正電極および第1の負電極を備える第1のコンデンサである平滑コンデンサ4aと、を備える。インバータユニット101aは、さらに、第1の正電極とモータ23との間に接続された第1の電流検出素子である電流検出素子20aと、第1の負電極とモータ23との間に接続された第2の電流検出素子である電流検出素子21aと、を備える。
The inverter unit 101a is connected in parallel with the
具体的には、本実施の形態では、電流検出素子20aは、平滑コンデンサ4aの正電極とインバータ回路18aとの間に接続され、電流検出素子21aは、平滑コンデンサ4aの負電極とインバータ回路18aとの間に接続される。また、本実施の形態では、モータ駆動装置100により駆動される負荷は複数の相端子を有するモータ23であり、インバータ回路18aは、モータ23の複数の相端子に接続される。
Specifically, in the present embodiment, the
インバータ回路18a内のスイッチング素子6a〜11aは、制御器19aから出力されるPWM(Pulse Width Modulation)信号によりオンまたはオフとなるよう制御される。インバータ回路18b内のスイッチング素子6b〜11bは、制御器19bから出力されるPWM信号によりオンまたはオフとなるよう制御される。例えば、制御器19aは、図示しないモータ電流計測部により計測されたモータ電流と速度指令とに基づいてベクトル制御により出力電圧を算出し、算出した出力電圧と図示しない電圧計測部により計測された平滑コンデンサ4aの両端電圧とに基づいて各スイッチング素子に対応するPWM信号を生成する。制御器19bも同様にPWM信号を生成する。制御器19a,19bにおけるPWM信号の生成方法については、上述した方法に限らずどのような方法を用いてもよい。
The
ここで、インバータ回路における過電流の検出について説明する。本実施の形態では、制御器19aは、電流検出素子20a,21aによる電流の検出値に基づいてインバータ回路18aにおける過電流を検出する。同様に、制御器19bは、電流検出素子20b,21bによる電流の検出値に基づいてインバータ回路18bにおける過電流を検出する。図2は、スイッチング素子6a,6b,10a,10b,11a,11bがオンとなっている状態の電流の流れの一例を示す図である。電流検出素子20aを流れる電流をIa1とし、スイッチング素子6a,10a,11aを流れる電流をそれぞれIa2,Ia3,Ia4とし、電流検出素子21aを流れる電流をIa5とする。電流検出素子20bを流れる電流をIb1とし、スイッチング素子6b,10b,11bを流れる電流をそれぞれIb2,Ib3,Ib4とし、電流検出素子21bを流れる電流をIb5とする。
Here, detection of overcurrent in the inverter circuit will be described. In the present embodiment, the
Ia2=Ia3+Ia4が成り立つ場合には、過電流検出のための電流検出素子に電流検出素子21aだけを用いても、スイッチング素子6aを過電流から保護することができる。しかしながら、スイッチング素子の特性バラツキおよび各スイッチング素子のオンおよびオフのタイミングのずれなどの影響により、Ia2≠Ia3+Ia4となることがある。Ia2>Ia3+Ia4となった場合、電流検出素子21aだけを用いて過電流を検出すると、スイッチング素子6aの保護ができないことがある。そこで、本実施の形態では、インバータ回路18aの過電流検出のために、インバータ回路18aに流れ込む電流を検出する電流検出素子20aとインバータ回路18aから流れ出す電流を検出する電流検出素子21aとを設けており、これにより過電流によるスイッチング素子の故障を防止する。
When Ia2 = Ia3 + Ia4 holds, the switching
同様に、インバータ回路18bの過電流検出のために、インバータ回路18bに流れ込む電流を検出する電流検出素子20bとインバータ回路18bから流れ出す電流を検出する電流検出素子21bとを設け、過電流によるスイッチング素子の故障を防止する。
Similarly, in order to detect an overcurrent of the
特に、本実施の形態のように、2つのインバータ回路18a,18bを並列に接続して駆動する場合、一方のインバータ回路から他方のインバータ回路へ電流が流れ込む場合がある。このような場合、インバータ回路から流れ出す電流を検出する電流検出素子だけでは過電流が検出できないことがある。
In particular, when the two
図3は、スイッチング素子10bが短絡故障している状態で、スイッチング素子7a,7b,9a,9b,11a,11bがオンとなっている状態の電流の流れの一例を示す図である。スイッチング素子7bを流れる電流は、本来はスイッチング素子9bおよびスイッチング素子11bに流れるはずであるが、スイッチング素子10bが短絡故障している場合、スイッチング素子10bへ流れる。また、スイッチング素子7aを流れる電流は、本来はスイッチング素子9aおよびスイッチング素子11aに流れるはずであるが、スイッチング素子10bが短絡故障している場合、インバータ回路18bへ回り込みスイッチング素子10bに流れる。このように、スイッチング素子10bが短絡故障している場合、スイッチング素子9a,11aがオンであるにも関わらず、スイッチング素子9a,11aには電流が流れない。したがって、インバータ回路18aの電流検出素子21aには電流が流れず、電流検出素子20aに電流が流れる。このため、電流検出素子20aがない場合、制御器19aは過電流を検出することができず、インバータ回路18aには過電流による故障が生じる。本実施の形態では、電流検出素子20aを設けることにより、上述した例においても、過電流を検出することができる。したがって、制御器19aは、過電流を検出するとインバータ回路18aを停止させることで過電流による破壊を防止することができる。ここで電流検出素子20a,20b,21a,21bの入力電流に対する、検出信号電圧の応答時間、すなわち電流を検出して検出値として電流値に対応する電圧の信号を出力するまでに時間は10μs以内とする。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a current flow in a state in which the
また、図2に示した各スイッチング素子の状態においてスイッチング素子6aがオープン故障したとする。この場合の応急運転として、スイッチング素子6bを用いてモータの一相、この例ではU相の上アームを制御する場合、電流検出素子20bによってスイッチング素子6aの過電流保護を実施することができる。
Further, it is assumed that the switching
図4は、本実施の形態の制御器19aにおけるインバータ回路18aの異常判定処理の一例を示すフローチャートである。制御器19aは、例えば、モータ駆動装置100の運転開始前に異常判定処理を実施する。また、制御器19aは、運転中に一定周期ごとに図4に示す異常判定処理を実施してもよい。一定周期は、例えば、制御器19aが用いる基準クロックのクロック周期とすることができる。制御器19aは、電流検出素子20aによる電流の検出値である第1の電流検出値が第1の閾値より大きいか否かを判断する(ステップS1)。第1の電流検出値が第1の閾値より大きい場合(ステップS1 Yes)、第1のインバータ回路であるインバータ回路18aを停止させ(ステップS3)、異常判定処理を終了する。具体的には、ステップS3では、制御器19aは、インバータ回路18aへのPWM信号の出力を停止させる。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of an abnormality determination process of the
第1の電流検出値が第1の閾値以下の場合(ステップS1 No)、制御器19aは、電流検出素子21aによる電流の検出値である第2の電流検出値が第2の閾値より大きいか否かを判断する(ステップS2)。第2の閾値は、第1の閾値と同じであってよいし、第1の閾値と異なっていてもよい。第2の電流検出値が第2の閾値より大きい場合(ステップS2 Yes)、制御器19aは、処理をステップS3へ進める。
If the first current detection value is less than or equal to the first threshold value (step S1 No), the
第2の電流検出値が第2の閾値以下の場合(ステップS2 No)、第1の電流検出値および第2の電流検出値が第3の閾値未満であるか否かを判断する(ステップS4)。第1の電流検出値および第2の電流検出値が第3の閾値未満である場合、制御器19aは、第3の閾値は、第1の閾値より小さく、第2の閾値より小さい値であり、電流が流れていないことを示す小さい値に設定される。
When the second current detection value is equal to or smaller than the second threshold value (No in step S2), it is determined whether the first current detection value and the second current detection value are less than the third threshold value (step S4). ). When the first current detection value and the second current detection value are less than the third threshold value, the
第1の電流検出値および第2の電流検出値が第3の閾値未満である場合(ステップS4 Yes)、制御器19aは、各スイッチング素子の駆動信号すなわちPWM信号が、電流が流れる設定であるか否かを判断する(ステップS5)。電流が流れない設定とは、インバータ回路18aの全てのスイッチング素子のPWM信号がオフであることを示す値である場合である。電流が流れる設定とは、上側スイッチング素子のうちの1つ以上と下側スイッチング素子のうちの1つ以上とがオンとなるようにPWM信号が設定されている状態である。
When the first current detection value and the second current detection value are less than the third threshold value (Yes in step S4), the
各スイッチング素子の駆動信号すなわちPWM信号が、電流が流れる設定である場合(ステップS5 Yes)、制御器19aは、オンとなるべきスイッチング素子のいずれかがオープン故障であると判断し(ステップS6)、異常判定処理を終了する。オンとなるべきスイッチング素子とは、対応するPWM信号がオンの値を示しているスイッチング素子である。なお、オープン故障であると判断した後、制御器19aは、オンとするスイッチング素子を変更して第1の電流検出値および第2の電流検出値が第3の閾値未満であるか否かを判断することを繰り返してオープン故障しているスイッチング素子を特定するようにしてもよい。
When the drive signal of each switching element, that is, the PWM signal is set to allow current to flow (Yes in step S5), the
第1の電流検出値および第2の電流検出値が第3の閾値以上の場合(ステップS4 No)、制御器19aは、異常判定処理を終了する。制御器19bも制御器19aと同様に、インバータ回路18bの異常判定処理を実施する。
When the first current detection value and the second current detection value are greater than or equal to the third threshold (No in step S4), the
また、制御器19aは、過電流を検出した場合、制御器19bへその旨通知してもよい。制御器19bは、この通知を受けるとインバータ回路18bを停止させてもよい。また、制御器19aは、オープン故障を検出した場合、制御器19bへその旨通知してもよい。制御器19bも同様に、過電流を検出した場合、制御器19aへその旨通知してもよく、オープン故障を検出した場合、制御器19aへその旨通知してもよい。
Further, when the
ここで、本実施の形態の制御器19a,19bのハードウェア構成について説明する。制御器19a,19bは、処理回路により実現される。この処理回路は、専用のハードウェアである処理回路であってもよいし、プロセッサを備える制御回路であってもよい。また、複数の処理回路により構成されてもよい。専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものである。
Here, the hardware configuration of the
制御器19a,19bを実現する処理回路がプロセッサを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は例えば図5に示す構成の制御回路200である。図5は、本実施の形態の制御回路200の構成例を示す図である。制御回路200は、プロセッサ201とメモリ202を備える。プロセッサは、CPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、DSP(Digital Signal Processor)ともいう)等である。メモリは、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリー、等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等が該当する。
When the processing circuit for realizing the
制御器19a,19bを実現する処理回路がプロセッサを備える制御回路200である場合、プロセッサ201が、メモリ202に記憶された制御部12の処理が記述されたプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ202は、プロセッサ201が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。
When the processing circuit that implements the
なお、制御器19a,19bは1つの制御器により実現されてもよい。また、図1に示した構成例では、インバータユニット101aおよびインバータユニット101bが、それぞれ平滑コンデンサの正側と負側の両方に電流検出素子を備えるようにした。しかしながら、これに限定されず、インバータユニット101aおよびインバータユニット101bのうち一方が平滑コンデンサの正側と負側の両方に電流検出素子を備え、他方が平滑コンデンサの正側と負側のうちのいずれか一方を備えてもよい。また、以上の例では、3相のインバータ回路を例に説明したが、インバータ回路の相数は3相に限定されない。
The
なお、図1に示した例では、モジュールを2つとしているが、3つ以上のモジュールが並列に接続されていてもよい。3つ以上のモジュールの全てが、平滑コンデンサの正側とモータ23との間と、平滑コンデンサの負側とモータ23との間の両方に電流検出素子を備えていてもよいし、一部のモジュールが、平滑コンデンサの正側とモータ23との間と、平滑コンデンサの負側とモータ23との間うちいずれか一方に電流検出素子を備えていてもよい。例えば、モジュールが3つの場合、少なくとも2つのモジュールが、平滑コンデンサの正側とモータ23との間と、平滑コンデンサの負側とモータ23との間の両方に電流検出素子を備えていればよい。
In the example shown in FIG. 1, two modules are used, but three or more modules may be connected in parallel. All of the three or more modules may include current detecting elements both between the positive side of the smoothing capacitor and the
本実施の形態では、整流器をインバータユニットごとに備えている。複数のインバータユニットで整流器を共用する場合、インバータユニットを増設した場合に整流器自体を交換する必要がある。本実施の形態では、インバータユニットごとに整流器を備えているため、インバータユニットを増設する場合、既存の整流器およびインバータユニットはそのまま用いて新たに整流器およびインバータユニットを追加すればよい。特に、整流器とインバータユニットをモジュール化しておけば、インバータユニットの増設が容易となる。また、インバータユニットが故障した場合、モジュール単位で新たなものを入れ替えればよいため、保守のための費用および工数を抑制することができる。 In the present embodiment, a rectifier is provided for each inverter unit. When a rectifier is shared by a plurality of inverter units, it is necessary to replace the rectifier itself when the number of inverter units is increased. In this embodiment, since each inverter unit is provided with a rectifier, when adding an inverter unit, the existing rectifier and inverter unit may be used as they are, and a new rectifier and inverter unit may be added. In particular, if the rectifier and the inverter unit are modularized, it is easy to add an inverter unit. Further, when the inverter unit breaks down, it is only necessary to replace a new one in units of modules, so that maintenance costs and man-hours can be suppressed.
以上のように、本実施の形態では、並列に接続される複数のインバータユニットのうちの少なくとも1つが平滑コンデンサの正側とモータ23との間と、平滑コンデンサの負側とモータ23との間の両方に電流検出素子を備え、他のインバータユニットは平滑コンデンサの負側とモータ23との間または平滑コンデンサの正側とモータ23の間のうち少なくとも1か所に電流検出素子を備えるようにした。このため、インバータ回路を構成するスイッチング素子に生じる過電流の検出精度を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, at least one of the plurality of inverter units connected in parallel is between the positive side of the smoothing capacitor and the
実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2にかかるモータシステム50aの構成例を示す図である。図6に示すように、モータシステム50aは、モータ駆動装置100aとモータ23とを備える。モータ駆動装置100aは、モジュール105aおよび105bを備える。モジュール105aは、整流器3aに並列に接続される。モジュール105aは、電流検出素子20aの替わりに電流検出素子26a,27a,28aを備え、制御器19aの替わりに制御器29aを備える以外は、実施の形態1のモジュール102bと同様である。モジュール105bは、電流検出素子20bの替わりに電流検出素子26b,27b,28bを備え、制御器19bの替わりに制御器29bを備える以外は、実施の形態1のモジュール102aと同様である。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、図6ではモジュールを2つとしているが、3つ以上のモジュールが並列に接続されていてもよい。以下、実施の形態1と異なる点を説明する。Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a
電流検出素子26aは、スイッチング素子6aとスイッチング素子9aとの間の中点とモータ23との間に設けられる。電流検出素子27aは、スイッチング素子7aとスイッチング素子10aとの間の中点とモータ23との間に設けられる。電流検出素子28aは、スイッチング素子8aとスイッチング素子11aとの間の中点とモータ23との間に設けられる。電流検出素子26bは、スイッチング素子6bとスイッチング素子9bとの間の中点とモータ23との間に設けられる。電流検出素子27bは、スイッチング素子7bとスイッチング素子10bとの間の中点とモータ23との間に設けられる。電流検出素子28bは、スイッチング素子8bとスイッチング素子11bとの間の中点とモータ23との間に設けられる。
The
すなわち、本実施の形態の第1の電流検出素子である電流検出素子26a,27a,28aは、インバータ回路18aとモータ23との間に接続され、第2の電流検出素子である電流検出素子21aは、平滑コンデンサ4aの負電極とインバータ回路18aとの間に接続される。
That is, the
これにより、インバータ回路18aのスイッチング素子6aおよびスイッチング素子9aのいずれか一方とモータ23とに電流が流れる場合、電流検出素子26aにより電流を検出することができる。スイッチング素子7aおよびスイッチング素子10aのいずれか一方とモータ23とに電流が流れる場合、電流検出素子27aにより電流を検出することができる。スイッチング素子8aおよびスイッチング素子11aのいずれか一方とモータ23とに電流が流れる場合、電流検出素子28aにより電流を検出することができる。
Thereby, when a current flows through either the
同様に、インバータ回路18bのスイッチング素子6bおよびスイッチング素子9bのいずれか一方とモータ23とに電流が流れる場合、電流検出素子26bにより電流を検出することができる。スイッチング素子7bおよびスイッチング素子10bのいずれか一方とモータ23とに電流が流れる場合、電流検出素子27bにより電流を検出することができる。スイッチング素子8bおよびスイッチング素子11bのいずれか一方とモータ23とに電流が流れる場合、電流検出素子28bにより電流を検出することができる。
Similarly, when a current flows through either the
制御器29aは、実施の形態1の電流検出素子20aによる検出値の替わりに、電流検出素子26a,27a,28aによる検出値を用いて、実施の形態1の制御器19aと同様に異常検出処理を実施する。制御器29bは、実施の形態1の電流検出素子20bによる検出値の替わりに、電流検出素子26b,27b,28bによる検出値を用いて、実施の形態1の制御器19bと同様に異常検出処理を実施する。電流検出素子26a,27a,28aおよび電流検出素子26b,27b,28bをモータ側電流検出素子とも呼ぶ。
The
なお、インバータユニット104aおよびインバータユニット104bのうちの1つはモータ側電流検出素子を設けなくてもよい。その場合、モータ側電流検出素子を設けないインバータユニットは、平滑コンデンサの正側とモータ23との間と、平滑コンデンサの負側とモータ23との間のうちの少なくとも一方に電流検出素子を備える。また、インバータユニットが3つ以上の場合には、少なくとも2つは、モータ側電流検出素子と平滑コンデンサの正側とモータ23との間と、平滑コンデンサの負側とモータ23との間のうちの少なくとも一方に電流検出素子を備える。
Note that one of the
インバータ回路18aのスイッチング素子6aおよびスイッチング素子9aの両方が同時にオンになると短絡電流が流れるため、制御器29aは、正常時においてはスイッチング素子6aおよびスイッチング素子9aが同時にオンとならないように制御する。しかしながら、スイッチング素子6aおよびスイッチング素子9aのうちいずれか一方が短絡故障した場合に、他方のスイッチング素子がオンとなった場合は過電流が流れることになる。この場合、電流検出素子26a,27a,28aにより過電流を検出することができないが、平滑コンデンサ4aの負側にインバータ回路18aから流れ込む電流を計測する電流検出素子21aにより過電流を検出することができる。図6では、平滑コンデンサ4aの負側にインバータ回路18aから流れ込む電流を計測する電流検出素子21aを設けているが、電流検出素子21aの替わりに図1の電流検出素子20aすなわち平滑コンデンサ4aの正側からインバータ回路18aへ流れる電流を検出する電流検出素子を備えてもよい。
When both the
また、制御器29a,29bが、モータ電流に基づいてPWM信号を生成する場合、モータ電流を計測する電流検出素子が電流検出素子26a,27a,28a、電流検出素子26b,27b,28bの機能を兼ねるようにしてもよい。過電流検出用の電流検出素子を兼ねることができる。ここで電流検出素子26a,27a,28a、電流検出素子26b,27b,28bの入力電流に対する、検出信号電圧の応答時間は10μs以内とする。制御器29a,29bのハードウェア構成は、実施の形態1の制御器19a,19bのハードウェア構成と同様である。
When the
以上のように、本実施の形態では、インバータ回路の各アームの中点とモータ23との間に電流検出素子を設けるとともに、平滑コンデンサ4aの負側にインバータ回路18aから流れ込む電流を計測する電流検出素子を備えるようにした。これにより、実施の形態1と同様に、インバータ回路を構成するスイッチング素子に生じる過電流の検出精度を向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, a current detection element is provided between the midpoint of each arm of the inverter circuit and the
実施の形態3.
図7は、本発明の実施の形態2にかかるモータシステム50bの構成例を示す図である。図7に示すように、モータシステム50bは、モータ駆動装置100bとモータ23とを備える。図7に示すように、モータ駆動装置100bは、モジュール102a,102b,102cを備える。モジュール102cの構成は、モジュール102a、モジュール102bと同様である。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態1と異なる点を説明する。なお、図7では、制御器の図示を省略しているが、モータ駆動装置100bは制御器を備える。Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a
図7に示すように、本実施の形態のモータシステム50bでは、インバータ回路18aの各アームの中点に接続される配線を短絡させて、モータ23のU相に接続し、インバータ回路18bの各アームの中点に接続される配線を短絡させて、モータ23のV相に接続し、インバータ回路18cの各アームの中点に接続される配線を短絡させて、モータ23のW相に接続する。
As shown in FIG. 7, in the
制御器は、U相に対応するPWM信号をインバータ回路18aのスイッチング素子へ出力し、V相に対応するPWM信号をインバータ回路18bのスイッチング素子へ出力し、W相に対応するPWM信号をインバータ回路18cのスイッチング素子へ出力する。
The controller outputs a PWM signal corresponding to the U phase to the switching element of the
このような構成のモータ駆動装置100bにおいても、制御器は、実施の形態1と同様に、平滑コンデンサの正側とモータ23との間と、平滑コンデンサの負側とモータ23との間の両方に電流検出素子を備えることにより、インバータ回路を構成するスイッチング素子に生じる過電流の検出精度を向上させることができる。なお、3つのモジュールのうち、2つが実施の形態1と同様に、平滑コンデンサの正側とモータ23との間と、平滑コンデンサの負側とモータ23との間の両方に電流検出素子を備えればよく、他のモジュールは、平滑コンデンサの正側とモータ23との間と、平滑コンデンサの負側とモータ23との間のうち少なくとも1か所に電流検出素子を備えればよい。
Also in the
実施の形態4.
図8は、本発明の実施の形態4の空気調和機の構成例を示す図である。本実施の形態の空気調和機は、実施の形態1で述べたモータ23およびモータ駆動装置100を備える。なお、空気調和機は、実施の形態1で述べたモータ駆動装置100の替わりに実施の形態2で述べたモータ駆動装置100aまたは実施の形態3で述べたモータ駆動装置100bを備えてもよい。本実施の形態の空気調和機は、実施の形態2のモータ23を内蔵した圧縮機81、四方弁82、室外熱交換器83、膨張弁84、室内熱交換器85が冷媒配管86を介して取り付けられた冷凍サイクルすなわち冷凍サイクル装置を有して、セパレート形空気調和機を構成している。モータ23は、モータ駆動装置100により制御される。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of an air conditioner according to
圧縮機81内部には冷媒を圧縮する圧縮機構87とこれを動作させるモータ23が設けられ、圧縮機81から室外熱交換器83と室内熱交換器85間を冷媒が循環することで冷暖房などを行う冷凍サイクルが構成されている。なお、図8に示した構成は、空気調和機だけでなく、冷蔵庫、冷凍庫等の冷凍サイクルを備える機器に適用可能である。
The
また、上述した実施の形態では、圧縮機のモータとしてモータ23を用い、モータ23をモータ駆動装置100により駆動する例を説明したが、空気調和機における送風機のモータとしてモータ23を用い、モータ23をモータ駆動装置100により駆動してもよい。また、送風機およびモータ駆動装置100の両方のモータとしてモータ23を用い、モータ23をモータ駆動装置100により駆動してもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
1 交流電源、2a,2b,2c コイル、3a,3b,3c 整流器、4a,4b,4c 平滑コンデンサ、6a〜11a,6b〜11b,6c〜11c スイッチング素子、12a〜17a,12b〜17b,12c〜17c 還流ダイオード、23 モータ、18a,18b,18c インバータ回路、19a,19b,29a,29b 制御器、20a,21a,20b,21b,20c,21c,26a〜28a,26b〜28b 電流検出素子、50,50a,50b モータシステム、100,100a,100b モータ駆動装置、102a,102b,102c,105a,105b モジュール、101a,101b,101c,104a,104b インバータユニット。
1 AC power supply, 2a, 2b, 2c coil, 3a, 3b, 3c rectifier, 4a, 4b, 4c smoothing capacitor, 6a-11a, 6b-11b, 6c-11c switching element, 12a-17a, 12b-17b,
Claims (7)
前記負荷へ電力を出力する第1のインバータユニットと、
前記第1のインバータユニットに並列に接続され、前記負荷へ電力を出力する第2のインバータユニットと、
前記第1のインバータユニットに並列に接続され、前記第1のインバータユニットに第1の直流電力を出力する第1の整流器と、
前記第2のインバータユニットに並列に接続され、前記第2のインバータユニットに第2の直流電力を出力する第2の整流器と、
を備え、
前記第1のインバータユニットは、
前記第1の整流器と並列に接続され、複数のスイッチング素子を備える第1のインバータ回路と、
前記第1のインバータ回路と前記第1の整流器との間に配置され、前記第1のインバータ回路に並列に接続され、第1の正電極および第1の負電極を備える第1のコンデンサと、
前記第1の正電極と前記第1のインバータ回路との間に接続された第1の電流検出素子と、
前記第1の負電極と前記第1のインバータ回路との間に接続された第2の電流検出素子と、
を備えた駆動装置。 A drive device for driving a load,
A first inverter unit that outputs power to the load;
A second inverter unit connected in parallel to the first inverter unit and outputting power to the load;
A first rectifier connected in parallel to the first inverter unit and outputting a first DC power to the first inverter unit;
A second rectifier connected in parallel to the second inverter unit and outputting a second DC power to the second inverter unit;
With
The first inverter unit includes:
A first inverter circuit connected in parallel with the first rectifier and comprising a plurality of switching elements;
A first capacitor disposed between the first inverter circuit and the first rectifier, connected in parallel to the first inverter circuit, and comprising a first positive electrode and a first negative electrode;
A first current detection element connected between the first positive electrode and the first inverter circuit ;
A second current detection element connected between the first negative electrode and the first inverter circuit ;
A drive device comprising:
前記第1のインバータ回路は、前記モータの前記複数の相端子に接続される請求項1に記載の駆動装置。 The load is a motor having a plurality of phase terminals,
The drive device according to claim 1, wherein the first inverter circuit is connected to the plurality of phase terminals of the motor.
前記第2の電流検出素子は、前記第1のコンデンサの負電極と前記第1のインバータ回路との間に接続される請求項1または2に記載の駆動装置。 The first current detection element is connected between a positive electrode of the first capacitor and the first inverter circuit;
The drive device according to claim 1, wherein the second current detection element is connected between a negative electrode of the first capacitor and the first inverter circuit.
前記第2の電流検出素子は、前記第1のコンデンサの負電極と前記第1のインバータ回路との間に接続される請求項1または2に記載の駆動装置。 The first current detection element is connected between the first inverter circuit and the load,
The drive device according to claim 1, wherein the second current detection element is connected between a negative electrode of the first capacitor and the first inverter circuit.
前記駆動装置により駆動されるモータと、
を備えるモータシステム。 A driving device according to any one of claims 1 to 5;
A motor driven by the driving device;
A motor system comprising:
前記駆動装置により駆動されるモータを備えた圧縮機と、
を備える空気調和機。 A driving device according to any one of claims 1 to 5;
A compressor including a motor driven by the driving device;
Air conditioner equipped with.
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