JP7551005B2

JP7551005B2 - 電動機駆動装置及び空気調和機

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Publication number: JP7551005B2
Application number: JP2023563450A
Authority: JP
Inventors: 彰典石原; 慎一郎浦; 智一木; 岳秋飯田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2024-09-13
Anticipated expiration: 2041-11-26
Also published as: WO2023095292A1; US20240429788A1; JPWO2023095292A1

Description

本開示は、インバータスイッチング回路、スナバ回路及び電流検出器を有する電動機駆動装置と空気調和機とに関する。

従来、インバータ回路のスイッチング部に並列に接続されたスナバ回路を有する電動機駆動装置が知られている。例えば、交流電源を整流して平滑する回路を有すると共に、平滑コンデンサとスイッチング素子との間に配置されたスナバ回路を有するインバータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平３－２５３２６５号公報

しかしながら、従来のスナバ回路では、スイッチング素子が吸収しきれないスイッチングノイズが電流検出器に流入してしまい、ノイズ成分が重畳し、電流検出器が高精度な電流検知を行うことができないという課題がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、平滑コンデンサに接続されている電流検出器が平滑コンデンサに接続されている部位を流れる電流を精度よく検出する電動機駆動装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る電動機駆動装置は、直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、正極側が平滑コンデンサの正極側に接続されていて負極側が平滑コンデンサの負極側に接続されている複数のインバータスイッチング回路と、平滑コンデンサの正極側と複数のインバータスイッチング回路の各々の正極側とを接続する第１配線と、平滑コンデンサの負極側と複数のインバータスイッチング回路の各々の負極側とを接続する第２配線とを有する。本開示に係る電動機駆動装置は、第１配線と第２配線とに接続されている第１スナバ回路と、平滑コンデンサの正極側又は負極側に接続されている第１配線又は第２配線に含まれている部位を流れる電流を検出する電流検出器と、平滑コンデンサの正極側と負極側とのうちの電流検出器が接続されている側と複数のインバータスイッチング回路の各々の正極側と負極側とのうちの電流検出器が接続されている側とに接続されている複数のコンデンサ又は複数の第２スナバ回路とを更に有する。

本開示に係る電動機駆動装置は、平滑コンデンサに接続されている電流検出器が平滑コンデンサに接続されている部位を流れる電流を精度よく検出することができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る電動機駆動装置の構成を示す図実施の形態１の変形例に係る電動機駆動装置の構成を示す図実施の形態２に係る電動機駆動装置の構成を示す図実施の形態３に係る電動機駆動装置の構成を示す図実施の形態３の変形例に係る電動機駆動装置の構成を示す図実施の形態４に係る電動機駆動装置の構成を示す図実施の形態１から実施の形態４までに係る電動機駆動装置が有するコンデンサが置き換えられる第２スナバ回路の構成を示す図実施の形態２に係る電動機駆動装置が有するインバータ制御部がプロセッサによって実現される場合のプロセッサを示す図実施の形態２に係る電動機駆動装置が有するインバータ制御部が処理回路によって実現される場合の処理回路を示す図実施の形態５に係る空気調和機の構成を示す図

以下に、実施の形態に係る電動機駆動装置及び空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電動機駆動装置１の構成を示す図である。電動機駆動装置１は、交流電源５０から交流電力が供給され、交流電力を負荷６０に供給する装置であって、交流電源５０から供給される交流電力を整流する整流回路２を有する。図１には、交流電源５０及び負荷６０も示されている。

電動機駆動装置１は、整流回路２によって得られる直流電圧を平滑する平滑コンデンサ３と、インバータスイッチング回路４とを更に有する。平滑コンデンサ３は、平滑後の直流の電力をインバータスイッチング回路４に供給する。インバータスイッチング回路４は、例えばインテリジェントパワーモジュールによって構成される。インバータスイッチング回路４の正極側は平滑コンデンサ３の正極側に接続されており、インバータスイッチング回路４の負極側は平滑コンデンサ３の負極側に接続されている。インバータスイッチング回路４は、平滑コンデンサ３から供給される直流の電力を交流の電力に変換し、変換によって得られる交流電力を負荷６０に供給する。

電動機駆動装置１は、平滑コンデンサ３の正極側とインバータスイッチング回路４の正極側とを接続する第１配線５と、平滑コンデンサ３の負極側とインバータスイッチング回路４の負極側とを接続する第２配線６とを更に有する。第１配線５は「Ｐライン５」と記載される場合があり、第２配線６は「Ｎライン６」と記載される場合がある。電動機駆動装置１は、第１配線５と第２配線６とに接続されている第１スナバ回路７を更に有する。インバータスイッチング回路４及び第１スナバ回路７の各々は、Ｐライン５とＮライン６とに接続されている。つまり、第１スナバ回路７は、インバータスイッチング回路４と並列に配置されている。

電動機駆動装置１は、平滑コンデンサ３の負極側に接続されている第２配線６に含まれている部位３ｂを流れる電流を検出する電流検出器８を更に有する。電流検出器８は、Ｎライン６を流れる電流を検出する。電動機駆動装置１は、平滑コンデンサ３の負極側とインバータスイッチング回路４の負極側とに接続されているコンデンサ９を更に有する。コンデンサ９は、Ｎライン６に含まれている部位３ｂと部位４ｂとに接続されている。コンデンサ９は、例えばセラミックコンデンサである。

上述の構成により、実施の形態１に係る電動機駆動装置１は、インバータスイッチング回路４のスイッチングなどで生じるサージなどに起因する高周波成分をコンデンサ９でバイパスさせることによって電流検出器８への高周波成分の流入を抑制することができる。更に言うと、電動機駆動装置１は、インバータスイッチング回路４のスイッチングなどで生じるサージなどに起因する高周波成分を第１スナバ回路７により抑制するが、抑制しきれなかった高周波成分をコンデンサ９によってバイパスさせ、それにより電流検出器８への高周波成分の流入を抑制することができる。したがって、電動機駆動装置１において、平滑コンデンサ３に接続されている電流検出器８は、平滑コンデンサ３に接続されている部位３ｂを流れる電流を精度よく検出することができる。

実施の形態１に係る電動機駆動装置１では、比較的小型のコンデンサ９を使用することができるため、コンデンサ９の設置場所の制約が少なく、コンデンサ９で高周波成分を抑制することができるため、第１スナバ回路７を小型化することができる。

図２は、実施の形態１の変形例に係る電動機駆動装置１Ａの構成を示す図である。電動機駆動装置１Ａは、電動機駆動装置１が有するすべての構成要素を有する。電動機駆動装置１Ａと電動機駆動装置１とでは、電流検出器８及びコンデンサ９が配置されている場所が異なる。

電動機駆動装置１Ａでは、電流検出器８は、平滑コンデンサ３の正極側に接続されている第１配線５に含まれている部位３ａを流れる電流を検出する。電流検出器８は、Ｐライン５を流れる電流を検出する。コンデンサ９は、平滑コンデンサ３の正極側とインバータスイッチング回路４の正極側とに接続されている。コンデンサ９は、Ｐライン５に含まれている部位３ａと部位４ａとに接続されている。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る電動機駆動装置１Ｂの構成を示す図である。電動機駆動装置１Ｂは、実施の形態１に係る電動機駆動装置１が有する整流回路２、平滑コンデンサ３、インバータスイッチング回路４、第１配線５、第２配線６、第１スナバ回路７及び電流検出器８を有する。実施の形態２では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

電動機駆動装置１Ｂは、グランドに接続されていてインバータスイッチング回路４を制御するインバータ制御部１０と、インバータ制御部１０の電源であるインバータ制御電源１１と、インバータスイッチング回路４の負極側とグランドとに接続されているコンデンサ１２とを更に有する。コンデンサ１２は、Ｎライン６に含まれている部位４ｂとインバータ制御電源１１のグランド側の部位１１ｂとに接続されている。コンデンサ１２は、例えばセラミックコンデンサである。

実施の形態２に係る電動機駆動装置１Ｂでは、電流検出器８とインバータスイッチング回路４とが比較的離れているため、電流検出器８とインバータスイッチング回路４との間と、電流検出器８とインバータ制御部１０との間とに、電流検出器８の設置場所の制約に起因する配線インダクタンス１３が発生する。しかしながら、電動機駆動装置１Ｂの構成により、インバータスイッチング回路４のスイッチングなどで生じるサージなどに起因する高周波成分をコンデンサ１２で吸収し、配線インダクタンス１３による影響を抑制することができる。その結果、電動機駆動装置１Ｂは、電流検出器８への高周波成分の流入を抑制することができる。したがって、電動機駆動装置１Ｂにおいて、平滑コンデンサ３に接続されている電流検出器８は、平滑コンデンサ３に接続されている部位３ｂを流れる電流を精度よく検出することができる。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３に係る電動機駆動装置１Ｃの構成を示す図である。電動機駆動装置１Ｃは、実施の形態１に係る電動機駆動装置１が有する整流回路２、平滑コンデンサ３、第１配線５、第２配線６、第１スナバ回路７及び電流検出器８を有する。実施の形態３では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

電動機駆動装置１Ｃは、電動機駆動装置１が有するインバータスイッチング回路４の代わりに、第１インバータスイッチング回路４１、第２インバータスイッチング回路４２及び第３インバータスイッチング回路４３を有する。第１インバータスイッチング回路４１、第２インバータスイッチング回路４２及び第３インバータスイッチング回路４３の各々は、正極側が平滑コンデンサ３の正極側に接続されているインバータスイッチング回路である。第１インバータスイッチング回路４１、第２インバータスイッチング回路４２及び第３インバータスイッチング回路４３は、複数のインバータスイッチング回路の例である。

実施の形態３の第１配線５は、平滑コンデンサ３の正極側と、第１インバータスイッチング回路４１、第２インバータスイッチング回路４２及び第３インバータスイッチング回路４３の各々の正極側とを接続している。実施の形態３の第２配線６は、平滑コンデンサ３の負極側と、第１インバータスイッチング回路４１、第２インバータスイッチング回路４２及び第３インバータスイッチング回路４３の各々の負極側とを接続している。

電動機駆動装置１Ｃは、電動機駆動装置１が有するコンデンサ９の代わりに、第１コンデンサ９１、第２コンデンサ９２及び第３コンデンサ９３を有する。第１コンデンサ９１、第２コンデンサ９２及び第３コンデンサ９３は、複数のコンデンサの例である。第１コンデンサ９１、第２コンデンサ９２及び第３コンデンサ９３の各々は、例えばセラミックコンデンサである。第１コンデンサ９１、第２コンデンサ９２及び第３コンデンサ９３の各々は、平滑コンデンサ３の負極側と第１インバータスイッチング回路４１、第２インバータスイッチング回路４２及び第３インバータスイッチング回路４３の各々の負極側とに接続されている。

第１コンデンサ９１は、Ｎライン６に含まれている部位３ｂに接続されている配線３ｂ０に含まれている部位３ｂ１と、Ｎライン６に含まれている部位４１ｂとに接続されている。第１インバータスイッチング回路４１の負極側は、部位４１ｂに接続されている。第２コンデンサ９２は、配線３ｂ０に含まれている部位３ｂ２と、Ｎライン６に含まれている部位４２ｂとに接続されている。第２インバータスイッチング回路４２の負極側は、部位４２ｂに接続されている。第３コンデンサ９３は、配線３ｂ０に含まれている部位３ｂ３と、Ｎライン６に含まれている部位４３ｂとに接続されている。第３インバータスイッチング回路４３の負極側は、部位４３ｂに接続されている。

第１インバータスイッチング回路４１が負荷６０のＵ相に接続され、第２インバータスイッチング回路４２が負荷６０のＶ相に接続され、第３インバータスイッチング回路４３が負荷６０のＷ相に接続された場合を想定する。この場合、実施の形態３に係る電動機駆動装置１Ｃは、第１インバータスイッチング回路４１、第２インバータスイッチング回路４２及び第３インバータスイッチング回路４３の各々のスイッチングなどで生じるサージなどに起因する高周波成分を各相に接続された第１コンデンサ９１、第２コンデンサ９２及び第３コンデンサ９３でバイパスさせることによって、電流検出器８への高周波成分の流入を抑制することができる。

更に言うと、電動機駆動装置１Ｃは、第１インバータスイッチング回路４１、第２インバータスイッチング回路４２及び第３インバータスイッチング回路４３のスイッチングなどで生じるサージなどに起因する高周波成分を第１スナバ回路７により抑制するが、抑制しきれなかった高周波成分を第１コンデンサ９１、第２コンデンサ９２及び第３コンデンサ９３によってバイパスさせ、それにより電流検出器８への高周波成分の流入を抑制することができる。したがって、電動機駆動装置１Ｃにおいて、平滑コンデンサ３に接続されている電流検出器８は、平滑コンデンサ３に接続されている部位３ｂを流れる電流を精度よく検出することができる。

図５は、実施の形態３の変形例に係る電動機駆動装置１Ｄの構成を示す図である。電動機駆動装置１Ｄは、電動機駆動装置１Ｃが有するすべての構成要素のうちの配線３ｂ０以外の構成要素を有する。電動機駆動装置１Ｄと電動機駆動装置１Ｃとでは、電流検出器８、第１コンデンサ９１、第２コンデンサ９２及び第３コンデンサ９３が配置されている場所が異なる。

電動機駆動装置１Ｄでは、電流検出器８は、平滑コンデンサ３の正極側に接続されている第１配線５に含まれている部位３ａを流れる電流を検出する。電流検出器８は、Ｐライン５を流れる電流を検出する。第１コンデンサ９１は、Ｐライン５に含まれている部位３ａに接続されている配線３ａ０に含まれている部位３ａ１と、Ｐライン５に含まれている部位４１ａとに接続されている。第１インバータスイッチング回路４１の正極側は、部位４１ａに接続されている。第２コンデンサ９２は、配線３ａ０に含まれている部位３ａ２と、Ｐライン５に含まれている部位４２ａとに接続されている。第２インバータスイッチング回路４２の正極側は、部位４２ａに接続されている。第３コンデンサ９３は、配線３ａ０に含まれている部位３ａ３と、Ｐライン５に含まれている部位４３ａとに接続されている。第３インバータスイッチング回路４３の正極側は、部位４３ａに接続されている。

実施の形態４．
図６は、実施の形態４に係る電動機駆動装置１Ｅの構成を示す図である。電動機駆動装置１Ｅは、実施の形態３に係る電動機駆動装置１Ｃが有する整流回路２、平滑コンデンサ３、第１インバータスイッチング回路４１、第２インバータスイッチング回路４２、第３インバータスイッチング回路４３、第１配線５、第２配線６、第１スナバ回路７及び電流検出器８を有する。実施の形態４では、実施の形態３との相違点を主に説明する。

電動機駆動装置１Ｅは、グランドに接続されていて第１インバータスイッチング回路４１、第２インバータスイッチング回路４２及び第３インバータスイッチング回路４３を制御するインバータ制御部１０Ｅと、インバータ制御部１０Ｅの電源であるインバータ制御電源１１とを更に有する。

電動機駆動装置１Ｅは、第１インバータスイッチング回路４１の負極側とグランドとに接続されている第４コンデンサ１２１と、第２インバータスイッチング回路４２の負極側とグランドとに接続されている第５コンデンサ１２２と、第３インバータスイッチング回路４３の負極側とグランドとに接続されている第６コンデンサ１２３とを更に有する。第４コンデンサ１２１、第５コンデンサ１２２及び第６コンデンサ１２３は、複数のコンデンサの例である。第４コンデンサ１２１、第５コンデンサ１２２及び第６コンデンサ１２３の各々は、例えばセラミックコンデンサである。

第４コンデンサ１２１は、Ｎライン６に含まれている部位４１ｂとインバータ制御電源１１のグランド側の部位１１ｂとに接続されている。第５コンデンサ１２２は、Ｎライン６に含まれている部位４２ｂとインバータ制御電源１１のグランド側の部位１１ｂとに接続されている。第６コンデンサ１２３は、Ｎライン６に含まれている部位４３ｂとインバータ制御電源１１のグランド側の部位１１ｂとに接続されている。

第１インバータスイッチング回路４１が負荷６０のＵ相に接続され、第２インバータスイッチング回路４２が負荷６０のＶ相に接続され、第３インバータスイッチング回路４３が負荷６０のＷ相に接続された場合を想定する。この場合、実施の形態４に係る電動機駆動装置１Ｅは、第１インバータスイッチング回路４１、第２インバータスイッチング回路４２及び第３インバータスイッチング回路４３の各々のスイッチングなどで生じるサージなどに起因する高周波成分に対して、配線インダクタンス１３による影響を負荷６０のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各々に接続された第４コンデンサ１２１、第５コンデンサ１２２及び第６コンデンサ１２３で吸収する。その結果、電動機駆動装置１Ｅは、電流検出器８への高周波成分の流入を抑制することができる。したがって、電動機駆動装置１Ｅにおいて、平滑コンデンサ３に接続されている電流検出器８は、平滑コンデンサ３に接続されている部位３ｂを流れる電流を精度よく検出することができる。

なお、実施の形態１から実施の形態４までの電動機駆動装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅが有するコンデンサ９、コンデンサ１２、第１コンデンサ９１、第２コンデンサ９２、第３コンデンサ９３、第４コンデンサ１２１、第５コンデンサ１２２及び第６コンデンサ１２３の各々は、図７に示される第２スナバ回路７０に置き換えられてもよい。図７は、実施の形態１から実施の形態４までに係る電動機駆動装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅが有するコンデンサ９、コンデンサ１２、第１コンデンサ９１、第２コンデンサ９２、第３コンデンサ９３、第４コンデンサ１２１、第５コンデンサ１２２及び第６コンデンサ１２３の各々が置き換えられる第２スナバ回路７０の構成を示す図である。

図８は、実施の形態２に係る電動機駆動装置１Ｂが有するインバータ制御部１０がプロセッサ８１によって実現される場合のプロセッサ８１を示す図である。つまり、インバータ制御部１０の機能は、メモリ８２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ８１によって実現されてもよい。プロセッサ８１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。図８には、メモリ８２も示されている。

インバータ制御部１０の機能がプロセッサ８１によって実現される場合、当該機能は、プロセッサ８１と、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせとによって実現される。ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ８２に格納される。プロセッサ８１は、メモリ８２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、インバータ制御部１０の機能を実現する。

インバータ制御部１０の機能がプロセッサ８１によって実現される場合、電動機駆動装置１Ｂは、インバータ制御部１０によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ８２を有する。メモリ８２に格納されるプログラムは、インバータ制御部１０の機能をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

メモリ８２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性若しくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等である。

図９は、実施の形態２に係る電動機駆動装置１Ｂが有するインバータ制御部１０が処理回路８３によって実現される場合の処理回路８３を示す図である。つまり、インバータ制御部１０は、処理回路８３によって実現されてもよい。処理回路８３は、専用のハードウェアである。処理回路８３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものである。

インバータ制御部１０の複数の機能について、当該複数の機能の一部がソフトウェア又はファームウェアで実現され、当該複数の機能の残部が専用のハードウェアで実現されてもよい。このように、インバータ制御部１０の複数の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。

実施の形態４に係る電動機駆動装置１Ｅが有するインバータ制御部１０Ｅは、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサによって実現されてもよい。当該メモリは、メモリ８２と同様のメモリである。当該プロセッサは、プロセッサ８１と同様のプロセッサである。インバータ制御部１０Ｅは、処理回路によって実現されてもよい。当該処理回路は、処理回路８３と同様の処理回路である。

実施の形態５．
図１０は、実施の形態５に係る空気調和機の構成を示す図である。当該空気調和機は、実施の形態１に係る電動機駆動装置１と、交流電源５０と、圧縮機２０１と、四方弁３０１と、室外機熱交換器４０１と、冷媒配管５０１と、膨張弁６０１と、室内機熱交換器７０１とを有する。電動機駆動装置１は、実施の形態１の変形例に係る電動機駆動装置１Ａ、実施の形態２に係る電動機駆動装置１Ｂ、実施の形態３に係る電動機駆動装置１Ｃ、実施の形態３の変形例に係る電動機駆動装置１Ｄ、又は実施の形態４に係る電動機駆動装置１Ｅに置き換えられてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、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、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ電動機駆動装置、２整流回路、３平滑コンデンサ、３ａ０，３ｂ０配線、４インバータスイッチング回路、５第１配線、６第２配線、７第１スナバ回路、８電流検出器、９，１２コンデンサ、１０，１０Ｅインバータ制御部、１１インバータ制御電源、１３配線インダクタンス、４１第１インバータスイッチング回路、４２第２インバータスイッチング回路、４３第３インバータスイッチング回路、５０交流電源、６０負荷、７０第２スナバ回路、８１プロセッサ、８２メモリ、８３処理回路、９１第１コンデンサ、９２第２コンデンサ、９３第３コンデンサ、１２１第４コンデンサ、１２２第５コンデンサ、１２３第６コンデンサ、２０１圧縮機、３０１四方弁、４０１室外機熱交換器、５０１冷媒配管、６０１膨張弁、７０１室内機熱交換器。

Claims

直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、
正極側が前記平滑コンデンサの正極側に接続されていて負極側が前記平滑コンデンサの負極側に接続されている複数のインバータスイッチング回路と、
前記平滑コンデンサの正極側と前記複数のインバータスイッチング回路の各々の正極側とを接続する第１配線と、
前記平滑コンデンサの負極側と前記複数のインバータスイッチング回路の各々の負極側とを接続する第２配線と、
前記第１配線と前記第２配線とに接続されている第１スナバ回路と、
前記平滑コンデンサの正極側又は負極側に接続されている前記第１配線又は前記第２配線に含まれている部位を流れる電流を検出する電流検出器と、
前記平滑コンデンサの正極側と負極側とのうちの前記電流検出器が接続されている側と前記複数のインバータスイッチング回路の各々の正極側と負極側とのうちの前記電流検出器が接続されている側とに接続されている複数のコンデンサ又は複数の第２スナバ回路と
を備える電動機駆動装置。
請求項１に記載の電動機駆動装置と、
圧縮機と、
四方弁と、
室外機熱交換器と、
冷媒配管と、
膨張弁と、
室内機熱交換器と
を備える空気調和機。