WO2021117090A1 - Motor drive device and air-conditioning device - Google Patents
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- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
Definitions
- the present invention relates to a motor drive device for driving a motor and an air conditioner.
- the outdoor unit of the air conditioner is equipped with a motor drive device that drives the motor.
- the motor drive device described in Patent Document 1 uses a converter circuit that rectifies an AC power supply, a booster circuit that boosts the voltage output from the converter circuit by using the function of a capacitor, and a boosted voltage to drive the motor. It is equipped with an inverter circuit.
- the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a motor drive device capable of miniaturizing a capacitor that stores electric charges during boosting while using a boosting circuit.
- the motor drive device of the present invention has a converter circuit that rectifies an AC power supply, a first capacitor that stores the charge output from the converter circuit, and a first capacitor.
- a booster circuit that boosts the voltage output from the converter circuit by charging the capacitor, and an inverter circuit that drives the motor using the voltage supplied from the first capacitor are provided.
- N is a number larger than 1
- the capacity of the first capacitor when the booster circuit boosts the voltage output from the converter circuit by N times is the first capacity
- the capacity of the second capacitor Assuming that the capacity is the second capacity, the first capacity is smaller than the second capacity and is 1/N or more of the second capacity.
- the motor drive device has an effect that the capacitor that stores electric charge at the time of boosting can be miniaturized while using the boosting circuit.
- the figure which shows the structure of the air conditioner which concerns on embodiment The figure which shows the structure of the motor drive device which concerns on embodiment
- the figure which shows the structure of the motor drive device which does not have a booster circuit The figure which shows the schematic waveform of the capacitor output voltage of the motor drive device which does not have a booster circuit.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an air conditioner according to an embodiment.
- the air conditioner 100 includes an indoor unit 1, an outdoor unit 4, and a display device 8.
- the air conditioner 100 is a separate type air conditioner in which the indoor unit 1 and the outdoor unit 4 are separated.
- An indoor control device 2 and an indoor fan 3 are provided in the indoor unit 1.
- An outdoor fan 5, an outdoor control device 6, a compressor 7, and a motor 14 are provided in the outdoor unit 4.
- the indoor control device 2 is connected to the outdoor control device 6 and the display device 8.
- the indoor control device 2 controls the indoor unit 1, and the indoor fan 3 circulates the indoor air.
- the outdoor control device 6 controls the outdoor unit 4, and the outdoor fan 5 supplies air to the outdoor unit 4.
- the compressor 7 compresses the refrigerant to change the temperature of the air.
- the display device 8 displays information such as the operation of the air conditioner 100.
- the display device 8 is visible to the user of the air conditioner 100.
- the outdoor unit 4 includes a motor 14 for operating the compressor 7, and the outdoor control device 6 includes a motor drive device 200 for driving the motor 14.
- FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a motor drive device according to an embodiment.
- the motor drive device 200 includes a bridge diode 10, a booster circuit 11, a charge storage unit 12, and an inverter circuit 13.
- the motor drive device 200 is configured by arranging a bridge diode 10, a booster circuit 11, a charge storage unit 12, and an inverter circuit 13 on a substrate.
- the bridge diode 10 is connected to the AC power supply 9 and the charge storage unit 12, and the charge storage unit 12 is connected to the booster circuit 11 and the inverter circuit 13. Further, the inverter circuit 13 is connected to the booster circuit 11, the charge storage unit 12, and the motor 14.
- the bridge diode 10 has the function of a converter circuit, and rectifies the three-phase AC voltage applied from the AC power supply 9 and converts it into a DC voltage. In the bridge diode 10, six diodes are bridge-connected. When the AC voltage applied from the AC power supply 9 is single-phase, four diodes are bridge-connected to the bridge diode 10.
- the booster circuit 11 is a circuit that boosts the voltage output from the bridge diode 10 to, for example, twice the voltage. That is, an example of the booster circuit 11 is a voltage doubler circuit.
- the booster circuit 11 may boost the voltage output from the bridge diode 10 to a voltage that is a multiple other than twice, such as 1.5 times or 4 times. That is, the booster circuit 11 may boost the voltage several times as long as it boosts the voltage to a voltage larger than the voltage output from the bridge diode 10.
- the booster circuit 11 includes a reactor 11a, a switching element 11b which is a switching element on the positive electrode side, a switching element 11c which is a switching element on the negative electrode side, a diode 11d, and a diode 11e.
- the switching element 11b is the first switching element
- the switching element 11c is the second switching element.
- the diode 11d is the first diode
- the diode 11e is the second diode.
- the booster circuit 11 does not have to have the reactor 11a.
- the reactor 11a is connected to the positive electrode side output of the bridge diode 10.
- the anode side of the diode 11d is connected to the reactor 11a via the connection point 21 on the positive electrode side. Further, the diode 11d is connected to the charge storage unit 12 via the connection point 23 on the positive electrode side on the cathode side.
- the cathode side of the diode 11e is connected to the negative electrode side output of the bridge diode 10 via the connection point 22 on the negative electrode side. Further, the anode side of the diode 11e is connected to the charge storage unit 12 via the connection point 24 on the negative electrode side.
- the connection point 21 is the first connection point, and the connection point 22 is the second connection point.
- a switching element 11b and a switching element 11c are connected in series between the connection point 21 and the connection point 22. Specifically, the switching element 11b on the positive electrode side is connected to the connection point 21 and the connection point 25, and the switching element 11c on the negative electrode side is connected to the connection point 22 and the connection point 25. That is, the switching element 11b is connected to the anode side of the diode 11d via the connection point 21, and the switching element 11c is connected to the cathode side of the diode 11e via the connection point 22.
- the charge storage unit 12 stores the charge sent from the booster circuit 11.
- the charge storage unit 12 has a capacitor 12a which is a smoothing electrolytic capacitor on the positive electrode side and a capacitor 12b which is a smoothing electrolytic capacitor on the negative electrode side.
- the capacitor 12a and the capacitor 12b are connected in series between the connection point 23 and the connection point 24.
- the capacitor 12a on the positive electrode side is connected to the connection point 23 and the connection point 26, and the capacitor 12b on the negative electrode side is connected to the connection point 24 and the connection point 26.
- the connection point 23 is connected to the cathode side of the diode 11d and the inverter circuit 13, and the connection point 24 is connected to the anode side of the diode 11e and the inverter circuit 13. That is, the capacitor 12a is connected to the positive electrode side output of the booster circuit 11 via the connection point 23, and the capacitor 12b is connected to the negative electrode side output of the booster circuit 11 via the connection point 24.
- the connection point 26 is connected to the connection point 25.
- the charge output from the booster circuit 11 is stored in the capacitors 12a and 12b, and the stored charge is supplied to the inverter circuit 13, so that the voltage output from the bridge diode 10 is boosted. It is supplied to the inverter circuit 13 in this state.
- the diodes 11d and 11e are held by the capacitors 12a and 12b so that the electric charge stored in the capacitors 12a and 12b does not return to the booster circuit 11.
- the inverter circuit 13 converts the DC voltage smoothed by the charge storage unit 12 into an AC voltage and applies it to the motor 14. In this way, power is supplied to the motor 14 from the charge storage unit 12 via the inverter circuit 13.
- the inverter circuit 13 is a circuit in which a plurality of transistors and diodes are connected in parallel and made into a three-phase bridge. Specifically, the inverter circuit 13 has three legs, and each leg is connected in parallel between the generatrix on the positive electrode side and the generatrix on the negative electrode side.
- the first leg is a circuit unit in which a U-phase upper arm switching element and a U-phase lower arm switching are connected in series.
- the second leg is a circuit unit in which a V-phase upper arm switching element and a V-phase lower arm switching are connected in series.
- the third leg is a circuit unit in which a W-phase upper arm switching element and a W-phase lower arm switching are connected in series.
- the bus on the positive electrode side of the inverter circuit 13 is connected to the connection point 23, and the bus on the negative electrode side of the inverter circuit 13 is connected to the connection point 24.
- the AC power supply 9 is a three-phase power supply in FIG. 2, the AC power supply 9 may be a single-phase power supply.
- the bridge diode 10 which is a converter circuit is configured to match the single-phase power supply.
- An example of the motor 14 is a three-phase motor.
- the outdoor control device 6 of the outdoor unit 4 drives the outdoor fan 5 and the compressor 7, and the indoor control device 2 receives the signal sent from the outdoor control device 6 and receives the signal sent from the outdoor control device 6, and the indoor fan 3 To harmonize the air in the room.
- the bridge diode 10 full-wave rectifies the AC power supply 9, and the booster circuit 11 boosts the voltage. Then, the charge storage unit 12 smoothes the full-wave rectified and boosted voltage. Further, in the outdoor control device 6, the inverter circuit 13 drives the motor 14 by converting the boosted and smoothed DC voltage into an AC voltage and applying it to the motor 14.
- FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a motor drive device not provided with a booster circuit.
- the motor drive device 201 includes a bridge diode 10, a charge storage unit 12X, and an inverter circuit 13. That is, the motor drive device 201 does not include the booster circuit 11 as compared with the motor drive device 200.
- the bridge diode 10 is connected to the AC power supply 9, the charge storage unit 12X and the inverter circuit 13, and the inverter circuit 13 is connected to the charge storage unit 12X and the motor 14.
- the positive electrode side output of the bridge diode 10 is connected to the inverter circuit 13 via the positive electrode side connection point 31. Further, the output on the negative electrode side of the bridge diode 10 is connected to the inverter circuit 13 via the connection point 32 on the negative electrode side.
- the charge storage unit 12X stores the charge output from the bridge diode 10.
- the charge storage unit 12X has a capacitor 12c which is a smoothing electrolytic capacitor on the positive electrode side and a capacitor 12d which is a smoothing electrolytic capacitor on the negative electrode side.
- the capacitor 12c and the capacitor 12d are connected in series between the connection point 31 and the connection point 32.
- the positive electrode side capacitor 12c is connected to the connection point 31 and the negative electrode side capacitor 12d
- the negative electrode side capacitor 12d is connected to the connection point 32 and the positive electrode side capacitor 12c. That is, the capacitor 12c is connected to the positive electrode side output of the bridge diode 10 and the positive electrode side bus of the inverter circuit 13 via the connection point 31.
- the capacitor 12d is connected to the negative electrode side output of the bridge diode 10 and the negative electrode side bus wire of the inverter circuit 13 via the connection point 32.
- the capacitances of the capacitors 12c and 12d are the sizes required when the booster circuit 11 is not arranged. Conventionally, even when the booster circuit is arranged in the motor drive device 201, the capacitors 12c and 12d having a large capacity have been adopted as they are. In the present embodiment, while arranging the booster circuit 11 in the motor drive device 200, the first capacitance of the capacitors 12a and 12b, which are the first capacitors, is used as the second capacitance of the capacitors 12c and 12d, which are the second capacitors. The capacity is smaller than the capacity. For example, when the booster circuit 11 boosts the voltage output from the bridge diode 10 to twice the voltage, the capacitance of the capacitors 12a and 12b is half the capacitance of the capacitors 12c and 12d.
- FIG. 4 is a diagram showing a schematic waveform of a capacitor output voltage of a motor drive device not provided with a booster circuit.
- FIG. 5 is a diagram showing a schematic waveform of a capacitor output voltage of the motor drive device according to the embodiment.
- the voltage waveform 52 shown by the broken line is the voltage waveform obtained by full-wave rectification
- the voltage waveform 42 shown by the solid line is the voltage waveform (capacitor output voltage) after being smoothed by the capacitors 12c and 12d.
- the voltage waveform 51 shown by the broken line is the voltage waveform obtained by full-wave rectification
- the voltage waveform 41 shown by the solid line is the voltage waveform after being smoothed by the capacitors 12c and 12d.
- the voltage smoothed by the charge storage unit 12X becomes the voltage waveform 42 shown in FIG. 4, in order to maintain 80V or avoid dropping to 80V or less. In order to do so, the ripple needs to be small.
- the output voltage of the AC power supply 9 via the bridge diode 10 is converted into a voltage with a peak voltage of 200 V by the booster circuit 11.
- the voltage smoothed by the charge storage unit 12 of the motor drive device 200 becomes the voltage waveform 41 shown in FIG. 5, and 80 V can be obtained as the input voltage to the inverter circuit 13 even with a large ripple.
- the capacity of the capacitor can be calculated by the following formula (1).
- C is the capacity of the capacitor
- P is the output power of the capacitor
- t is the discharge time of the capacitor
- V0 is the charge voltage to the capacitor
- V1 is the discharge voltage of the capacitor.
- the capacitors 12a and 12b and the capacitors 12c and 12d output the power.
- the power P, the discharge time t, and the discharge voltage V1 are the same.
- the charging voltage V0 of the capacitors 12a and 12b when the booster circuit 11 is provided is twice the charging voltage V0 of the capacitors 12c and 12d when the booster circuit 11 is not provided.
- the charging voltage V0 of the capacitors 12a and 12b is the first charging voltage
- the charging voltage V0 of the capacitors 12c and 12d is the second charging voltage.
- the booster circuit 11 is arranged and the capacities of the capacitors 12a and 12b are smaller than those of the capacitors 12c and 12d when the booster circuit 11 is not arranged.
- the booster circuit 11 boosts the voltage output from the bridge diode 10 to a voltage N times that of N
- the capacitance of the capacitors 12a and 12b is 1/1N of the capacitance of the capacitors 12c and 12d. I will leave it as.
- the capacitances of the capacitors 12a and 12b can be reduced according to the magnitude of the boosting by the booster circuit 11.
- the capacitance of the capacitors 12a and 12b may be any capacitance as long as it is 1/N or more of the capacitance of the capacitors 12c and 12d and smaller than the capacitance of the capacitors 12c and 12d.
- an example of the capacitances of the capacitors 12a and 12b is a capacitance satisfying (1 / N) ⁇ C2 ⁇ C1 ⁇ C2.
- the external dimensions of the capacitors 12a and 12b can be made smaller than the external dimensions of the capacitors 12c and 12d.
- the capacitors 12c and 12d having a large capacity are used as they are, so that the outer shapes of the capacitors 12c and 12d remain large.
- the peak voltage value of the AC power supply 9 and the input voltage value to the inverter circuit 13 described in the present embodiment are examples, and any other value may be applied to the motor drive device 200. ..
- the capacitors 12a and 12b are electrolytic capacitors
- the capacitors 12a and 12b may be film capacitors instead of electrolytic capacitors.
- the capacitors 12a and 12b can have a small capacity, a necessary capacity can be secured even when the capacitors 12a and 12b are used as a film capacitor or the like.
- the motor drive device 200 of the present embodiment is not used to switch the switching elements 11b and 11c at high speed depending on the type of load such as the motor 14. Therefore, in the motor drive device 200, heat generation and noise of the switching elements 11b and 11c do not increase depending on the type of load. Therefore, the life of the switching elements 11b and 11c is not shortened.
- the capacitance of the capacitors 12a and 12b when the booster circuit 11 doubles the voltage output from the bridge diode 10 with N as a number larger than 1 is the case where there is no booster circuit. It is half of the capacity. Therefore, in the motor drive device 200, the capacitors 12a and 12b that store electric charges at the time of boosting can be miniaturized while using the booster circuit 11.
- small-capacity capacitors 12a and 12b can be used, not only smoothing electrolytic capacitors but also film capacitors and the like can be applied.
- the configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
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Abstract
Description
本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置および空気調和機に関する。 The present invention relates to a motor drive device for driving a motor and an air conditioner.
空気調和機の室外機は、モータを駆動するモータ駆動装置を備えている。特許文献1に記載のモータ駆動装置は、交流電源を整流するコンバータ回路と、コンデンサの機能を用いてコンバータ回路から出力された電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧された電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路とを備えている。
The outdoor unit of the air conditioner is equipped with a motor drive device that drives the motor. The motor drive device described in
しかしながら、上記特許文献1の技術では、昇圧回路を用いる場合であっても、昇圧回路を用いない場合と同じ容量のコンデンサを用いて電荷を蓄えているので、昇圧の際に電荷を蓄えるコンデンサを小型化することができなかった。
However, in the technique of
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、昇圧回路を用いつつ、昇圧の際に電荷を蓄えるコンデンサを小型化することができるモータ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 motor drive device capable of miniaturizing a capacitor that stores electric charges during boosting while using a boosting circuit.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、交流電源を整流するコンバータ回路と、コンバータ回路から出力された電荷を蓄える第1のコンデンサと、第1のコンデンサを充電することで、コンバータ回路から出力された電圧を昇圧する昇圧回路と、第1のコンデンサから供給される電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路と、を備える。Nを1よりも大きな数として昇圧回路がコンバータ回路から出力された電圧をN倍に昇圧する場合の第1のコンデンサの容量を第1の容量とし、昇圧回路が無い場合の第2のコンデンサの容量を第2の容量とすると、第1の容量は、第2の容量よりも小さく、かつ第2の容量のN分の1以上である。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the motor drive device of the present invention has a converter circuit that rectifies an AC power supply, a first capacitor that stores the charge output from the converter circuit, and a first capacitor. A booster circuit that boosts the voltage output from the converter circuit by charging the capacitor, and an inverter circuit that drives the motor using the voltage supplied from the first capacitor are provided. When N is a number larger than 1, the capacity of the first capacitor when the booster circuit boosts the voltage output from the converter circuit by N times is the first capacity, and when there is no booster circuit, the capacity of the second capacitor Assuming that the capacity is the second capacity, the first capacity is smaller than the second capacity and is 1/N or more of the second capacity.
本発明にかかるモータ駆動装置は、昇圧回路を用いつつ、昇圧の際に電荷を蓄えるコンデンサを小型化することができるという効果を奏する。 The motor drive device according to the present invention has an effect that the capacitor that stores electric charge at the time of boosting can be miniaturized while using the boosting circuit.
以下に、本発明の実施の形態にかかるモータ駆動装置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, the motor drive device and the air conditioner according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
実施の形態.
図1は、実施の形態にかかる空気調和機の構成を示す図である。空気調和機100は、室内機1と、室外機4と、表示装置8とを備えている。空気調和機100は、室内機1と室外機4とが分かれたセパレートタイプの空気調和機である。
Embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an air conditioner according to an embodiment. The
室内機1内には、室内制御装置2と、室内ファン3とが設けられている。室外機4内には、室外ファン5と、室外制御装置6と、圧縮機7と、モータ14とが設けられている。室内制御装置2は、室外制御装置6および表示装置8に接続されている。
An
室内制御装置2は、室内機1を制御し、室内ファン3は、室内の空気を循環させる。室外制御装置6は、室外機4を制御し、室外ファン5は、室外機4に空気を供給する。圧縮機7は、冷媒を圧縮して空気の温度を変化させる。
The
表示装置8は、空気調和機100の運転等の情報を表示する。表示装置8は、空気調和機100の使用者によって目視可能となっている。室外機4は、圧縮機7を動作させるモータ14を備えており、室外制御装置6は、モータ14を駆動するモータ駆動装置200を備えている。
The
図2は、実施の形態にかかるモータ駆動装置の構成を示す図である。モータ駆動装置200は、ブリッジダイオード10と、昇圧回路11と、電荷蓄積部12と、インバータ回路13とを備えている。モータ駆動装置200は、基板上に、ブリッジダイオード10、昇圧回路11、電荷蓄積部12、およびインバータ回路13が配置されることで構成されている。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a motor drive device according to an embodiment. The
ブリッジダイオード10は、交流電源9および電荷蓄積部12に接続されており、電荷蓄積部12は、昇圧回路11およびインバータ回路13に接続されている。また、インバータ回路13は、昇圧回路11、電荷蓄積部12、およびモータ14に接続されている。
The
ブリッジダイオード10は、コンバータ回路の機能を有しており、交流電源9から印加される三相交流電圧を整流して直流電圧に変換する。ブリッジダイオード10では、6個のダイオードがブリッジ接続されている。なお、交流電源9から印加される交流電圧が単相である場合、ブリッジダイオード10は、4個のダイオードがブリッジ接続される。
The
昇圧回路11は、ブリッジダイオード10から出力される電圧を、例えば2倍の電圧に昇圧する回路である。すなわち、昇圧回路11の例は、倍電圧回路である。なお、昇圧回路11は、ブリッジダイオード10から出力される電圧を1.5倍、4倍等の2倍以外の倍数の電圧に昇圧してもよい。すなわち、昇圧回路11は、ブリッジダイオード10から出力される電圧より大きな電圧に昇圧するのであれば、何倍に昇圧してもよい。
The
昇圧回路11は、リアクタ11aと、正極側のスイッチング素子であるスイッチング素子11bと、負極側のスイッチング素子であるスイッチング素子11cと、ダイオード11dと、ダイオード11eとを有している。スイッチング素子11bが第1のスイッチング素子であり、スイッチング素子11cが第2のスイッチング素子である。また、ダイオード11dが第1のダイオードであり、ダイオード11eが第2のダイオードである。なお、昇圧回路11は、リアクタ11aを有していなくてもよい。
The
リアクタ11aは、ブリッジダイオード10の正極側出力に接続されている。ダイオード11dは、アノード側が、正極側の接続点21を介してリアクタ11aに接続されている。また、ダイオード11dは、カソード側が正極側の接続点23を介して電荷蓄積部12に接続されている。
The
ダイオード11eは、カソード側が、負極側の接続点22を介してブリッジダイオード10の負極側出力に接続されている。また、ダイオード11eは、アノード側が、負極側の接続点24を介して電荷蓄積部12に接続されている。接続点21が第1の接続点であり、接続点22が第2の接続点である。
The cathode side of the
接続点21と接続点22との間には、スイッチング素子11bと、スイッチング素子11cとが直列に接続されている。具体的には、正極側のスイッチング素子11bが、接続点21および接続点25に接続され、負極側のスイッチング素子11cが接続点22および接続点25に接続されている。すなわち、スイッチング素子11bは、接続点21を介してダイオード11dのアノード側に接続され、スイッチング素子11cは、接続点22を介してダイオード11eのカソード側に接続されている。
A
電荷蓄積部12は、昇圧回路11から送られてくる電荷を蓄える。電荷蓄積部12は、正極側の平滑電解コンデンサであるコンデンサ12aと、負極側の平滑電解コンデンサであるコンデンサ12bとを有している。
The
電荷蓄積部12では、コンデンサ12aとコンデンサ12bとが、接続点23と接続点24との間に直列に接続されている。具体的には、正極側のコンデンサ12aが、接続点23および接続点26に接続され、負極側のコンデンサ12bが接続点24および接続点26に接続されている。接続点23は、ダイオード11dのカソード側およびインバータ回路13に接続されており、接続点24は、ダイオード11eのアノード側およびインバータ回路13に接続されている。すなわち、コンデンサ12aは、接続点23を介して昇圧回路11の正極側出力に接続され、コンデンサ12bは、接続点24を介して昇圧回路11の負極側出力に接続されている。接続点26は、接続点25に接続されている。
In the
モータ駆動装置200では、昇圧回路11から出力された電荷がコンデンサ12a,12bに蓄えられ、蓄えられた電荷がインバータ回路13に供給されることで、ブリッジダイオード10から出力された電圧が昇圧された状態でインバータ回路13に供給される。この場合において、ダイオード11d,11eは、コンデンサ12a,12bに蓄えられた電荷が昇圧回路11に戻らないよう、コンデンサ12a,12bで保持させる。
In the
インバータ回路13は、電荷蓄積部12によって平滑された直流電圧を交流電圧に変換してモータ14に印加する。このように、モータ14へは、電荷蓄積部12からインバータ回路13を介して電源が供給される。
The
インバータ回路13は、複数のトランジスタとダイオードをそれぞれ並列に接続し、かつ三相ブリッジにした回路である。具体的には、インバータ回路13は、3つのレグを有しており、各レグが、正極側の母線と負極側の母線との間で並列に接続されている。第1のレグは、U相の上アームスイッチング素子と、U相の下アームスイッチングとが直列に接続された回路部である。第2のレグは、V相の上アームスイッチング素子と、V相の下アームスイッチングとが直列に接続された回路部である。第3のレグは、W相の上アームスイッチング素子と、W相の下アームスイッチングとが直列に接続された回路部である。インバータ回路13の正極側の母線は、接続点23に接続されており、インバータ回路13の負極側の母線は、接続点24に接続されている。
The
なお、図2では、交流電源9を三相電源としているが、交流電源9は、単相電源でもよい。交流電源9が単相電源である場合、コンバータ回路であるブリッジダイオード10は、単相電源に合わせた構成とされる。モータ14の一例は、三相モータである。
Although the
次に、空気調和機100の動作について説明する。空気調和機100では、室外機4の室外制御装置6が、室外ファン5および圧縮機7を駆動し、室内制御装置2が、室外制御装置6から送られてくる信号を受信して室内ファン3を駆動して室内の空気調和を行う。
Next, the operation of the
また、室外制御装置6では、ブリッジダイオード10が交流電源9を全波整流し、昇圧回路11が昇圧を行う。そして、電荷蓄積部12が全波整流および昇圧された電圧を平滑する。さらに、室外制御装置6では、インバータ回路13が、昇圧および平滑された直流電圧を交流電圧に変換してモータ14に印加することでモータ14を駆動する。
Further, in the
図3は、昇圧回路を備えていないモータ駆動装置の構成を示す図である。図3に示すようにモータ駆動装置201は、ブリッジダイオード10と、電荷蓄積部12Xと、インバータ回路13とを備えている。すなわち、モータ駆動装置201は、モータ駆動装置200と比較して、昇圧回路11を備えていない。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a motor drive device not provided with a booster circuit. As shown in FIG. 3, the
モータ駆動装置201では、ブリッジダイオード10が、交流電源9、電荷蓄積部12Xおよびインバータ回路13に接続されており、インバータ回路13が、電荷蓄積部12Xおよびモータ14に接続されている。
In the
ブリッジダイオード10の正極側出力は、正極側の接続点31を介してインバータ回路13に接続されている。また、ブリッジダイオード10の負極側出力は、負極側の接続点32を介してインバータ回路13に接続されている。
The positive electrode side output of the
電荷蓄積部12Xは、ブリッジダイオード10から出力された電荷を蓄える。電荷蓄積部12Xは、正極側の平滑電解コンデンサであるコンデンサ12cと、負極側の平滑電解コンデンサであるコンデンサ12dとを有している。
The
電荷蓄積部12Xでは、コンデンサ12cとコンデンサ12dとが、接続点31と接続点32との間に直列に接続されている。具体的には、正極側のコンデンサ12cが、接続点31および負極側のコンデンサ12dに接続され、負極側のコンデンサ12dが接続点32および正極側のコンデンサ12cに接続されている。すなわち、コンデンサ12cは、接続点31を介してブリッジダイオード10の正極側出力およびインバータ回路13の正極側の母線に接続されている。コンデンサ12dは、接続点32を介してブリッジダイオード10の負極側出力およびインバータ回路13の負極側の母線に接続されている。
In the
コンデンサ12c,12dの容量は、昇圧回路11が配置されない場合に要求される大きさである。従来、モータ駆動装置201に昇圧回路を配置した場合であっても、容量の大きなコンデンサ12c,12dをそのまま採用していた。本実施の形態では、モータ駆動装置200に昇圧回路11を配置しつつ、第1のコンデンサであるコンデンサ12a,12bの第1の容量を、第2のコンデンサであるコンデンサ12c,12dの第2の容量よりも小容量としている。例えば、昇圧回路11が、ブリッジダイオード10から出力される電圧を2倍の電圧に昇圧する場合、コンデンサ12a,12bの容量は、コンデンサ12c,12dの容量の2分の1である。
The capacitances of the
つぎに、モータ駆動装置200の電荷蓄積部12でのコンデンサ12a,12bによる電圧の平滑処理、およびモータ駆動装置201の電荷蓄積部12Xでのコンデンサ12c,12dによる電圧の平滑処理について説明する。図4は、昇圧回路を備えていないモータ駆動装置の、コンデンサ出力電圧の概略的な波形を示す図である。図5は、実施の形態にかかるモータ駆動装置の、コンデンサ出力電圧の概略的な波形を示す図である。
Next, the voltage smoothing process by the
図4では、破線で示した電圧波形52が全波整流された電圧波形であり、実線で示した電圧波形42がコンデンサ12c,12dで平滑された後の電圧波形(コンデンサ出力電圧)である。また、図5では、破線で示した電圧波形51が全波整流された電圧波形であり、実線で示した電圧波形41がコンデンサ12c,12dで平滑された後の電圧波形である。ここでは、モータ駆動装置200,201において、交流電源9の出力がピーク電圧100Vであり、インバータ回路13への入力電圧が80Vである場合について説明する。
In FIG. 4, the
昇圧回路を有さないモータ駆動装置201においては、電荷蓄積部12Xで平滑された電圧は、図4に示した電圧波形42となり、80Vを維持するために、あるいは80V以下に低下するのを回避するために、リプルを小さくする必要がある。
In the
昇圧回路11を有するモータ駆動装置200においては、ブリッジダイオード10を介した交流電源9の出力電圧は、昇圧回路11によってピーク電圧200Vの電圧に変換される。そして、モータ駆動装置200の電荷蓄積部12で平滑された電圧は、図5に示した電圧波形41となり、大きなリプルでもインバータ回路13への入力電圧として80Vを得ることができる。
In the
コンデンサの容量は、以下の式(1)により求めることができる。式(1)において、Cはコンデンサの容量、Pはコンデンサの出力電力、tはコンデンサにおける放電時間、V0はコンデンサへの充電電圧、V1はコンデンサの放電電圧である。 The capacity of the capacitor can be calculated by the following formula (1). In the formula (1), C is the capacity of the capacitor, P is the output power of the capacitor, t is the discharge time of the capacitor, V0 is the charge voltage to the capacitor, and V1 is the discharge voltage of the capacitor.
昇圧回路を有さないモータ駆動装置201と、昇圧回路11を有するモータ駆動装置200とで、インバータ回路13およびモータ14が同じであるとすると、コンデンサ12a,12bとコンデンサ12c,12dとで、出力電力P、放電時間t、放電電圧V1は同じとなる。ところが、昇圧回路11を有する場合のコンデンサ12a,12bの充電電圧V0は、昇圧回路を有さない場合のコンデンサ12c,12dの充電電圧V0の2倍となる。コンデンサ12a,12bの充電電圧V0が第1の充電電圧であり、コンデンサ12c,12dの充電電圧V0が第2の充電電圧である。
Assuming that the
式(1)より、出力電力P、放電時間t、放電電圧V1が同じで、充電電圧V0が2倍になった場合、電解コンデンサの容量は2分の1に小さくなる。これにより、昇圧回路11を有するモータ駆動装置200では、コンデンサ12a,12bの容量を、昇圧回路を有さないモータ駆動装置201のコンデンサ12c,12dの容量よりも小容量にすることができる。
From equation (1), when the output power P, the discharge time t, and the discharge voltage V1 are the same and the charging voltage V0 is doubled, the capacity of the electrolytic capacitor is reduced to half. As a result, in the
このように、本実施の形態では、モータ駆動装置200において、昇圧回路11を配置するとともに、昇圧回路11を配置しない場合のコンデンサ12c,12dよりもコンデンサ12a,12bの容量を小さくしている。例えば、Nを1よりも大きな数として昇圧回路11がブリッジダイオード10から出力される電圧をN倍の電圧に昇圧する場合、コンデンサ12a,12bの容量をコンデンサ12c,12dの容量のN分の1としておく。これにより、昇圧回路11による昇圧の大きさに応じて、コンデンサ12a,12bの容量を小さくすることができる。なお、コンデンサ12a,12bの容量は、コンデンサ12c,12dの容量のN分の1以上であり、かつコンデンサ12c,12dの容量よりも小さければ何れの容量であってもよい。コンデンサ12a,12bの容量をC1とし、コンデンサ12c,12dの容量をC2とした場合、コンデンサ12a,12bの容量の例は、(1/N)×C2≦C1<C2を満たす容量である。
As described above, in the present embodiment, in the
コンデンサの外形は容量に比例して大きくなるため、コンデンサが小容量になることで、コンデンサを小型化することが可能となる。したがって、コンデンサ12a,12bの外形寸法は、コンデンサ12c,12dの外形寸法よりも小さくすることができる。
Since the outer shape of the capacitor increases in proportion to the capacitance, it is possible to reduce the size of the capacitor by reducing the capacitance of the capacitor. Therefore, the external dimensions of the
従来、モータ駆動装置201に昇圧回路を配置した場合であっても、容量の大きなコンデンサ12c,12dをそのまま採用していたのでコンデンサ12c,12dの外形は大きなままであった。
Conventionally, even when the booster circuit is arranged in the
なお、本実施の形態で説明した交流電源9のピーク電圧の値、インバータ回路13への入力電圧の値等は一例であり、モータ駆動装置200へは、他のいかなる値を適用してもよい。
The peak voltage value of the
なお、本実施の形態では、コンデンサ12a,12bが電解コンデンサである場合について説明したが、コンデンサ12a,12bを電解コンデンサではなく、フィルムコンデンサとしてもよい。本実施の形態では、コンデンサ12a,12bを小容量にできるので、コンデンサ12a,12bをフィルムコンデンサ等とした場合であっても必要な容量を確保することができる。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施の形態のモータ駆動装置200は、モータ14等の負荷の種類によっては、スイッチング素子11b,11cを高速にスイッチングさせるといった使い方はしない。このため、モータ駆動装置200では、負荷の種類によってスイッチング素子11b,11cの発熱およびノイズが大きくなるようなことはない。したがって、スイッチング素子11b,11cの寿命が短くなることはない。
Further, the
このように実施の形態では、Nを1よりも大きな数として昇圧回路11がブリッジダイオード10から出力された電圧を2倍に昇圧する場合のコンデンサ12a,12bの容量が、昇圧回路が無い場合の容量の2分の1である。したがって、モータ駆動装置200において、昇圧回路11を用いつつ、昇圧の際に電荷を蓄えるコンデンサ12a,12bを小型化することができる。
As described above, in the embodiment, the capacitance of the
また、小容量のコンデンサ12a,12bを使用できるので、平滑電解コンデンサに限らず、フィルムコンデンサ等を適用することができる。
Further, since small-
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 shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
1 室内機、2 室内制御装置、3 室内ファン、4 室外機、5 室外ファン、6 室外制御装置、7 圧縮機、8 表示装置、9 交流電源、10 ブリッジダイオード、11 昇圧回路、11a リアクタ、11b,11c スイッチング素子、11d,11e ダイオード、12,12X 電荷蓄積部、12a,12b,12c,12d コンデンサ、13 インバータ回路、14 モータ、21~26,31,32 接続点、41,42,51,52 電圧波形、100 空気調和機、200,201 モータ駆動装置。 1 indoor unit, 2 indoor control device, 3 indoor fan, 4 outdoor unit, 5 outdoor fan, 6 outdoor control device, 7 compressor, 8 display device, 9 AC power supply, 10 bridge diode, 11 booster circuit, 11a reactor, 11b , 11c switching element, 11d, 11e diode, 12, 12X charge storage unit, 12a, 12b, 12c, 12d capacitor, 13 inverter circuit, 14 motor, 21-26, 31, 32 connection point, 41, 42, 51, 52 Voltage waveform, 100 air conditioner, 200, 201 motor drive.
Claims (7)
前記コンバータ回路から出力された電荷を蓄える第1のコンデンサと、
前記第1のコンデンサを充電することで、前記コンバータ回路から出力された電圧を昇圧する昇圧回路と、
前記第1のコンデンサから供給される電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路と、
を備え、
Nを1よりも大きな数として前記昇圧回路が前記コンバータ回路から出力された電圧をN倍に昇圧する場合の前記第1のコンデンサの容量を第1の容量とし、前記昇圧回路が無い場合の第2のコンデンサの容量を第2の容量とすると、
前記第1の容量は、前記第2の容量よりも小さく、かつ前記第2の容量のN分の1以上であるモータ駆動装置。 A converter circuit that rectifies AC power and
A first capacitor that stores the electric charge output from the converter circuit,
A booster circuit that boosts the voltage output from the converter circuit by charging the first capacitor, and a booster circuit.
An inverter circuit that drives a motor using the voltage supplied from the first capacitor,
With
When N is a number larger than 1, the capacity of the first capacitor when the booster circuit boosts the voltage output from the converter circuit by N times is set as the first capacity, and when there is no booster circuit, the first capacity is the first. Assuming that the capacity of the second capacitor is the second capacity,
A motor drive device in which the first capacity is smaller than the second capacity and is at least 1/N of the second capacity.
請求項1に記載のモータ駆動装置。 The first capacitor is an electrolytic capacitor.
The motor drive device according to claim 1.
請求項1に記載のモータ駆動装置。 The first capacitor is a film capacitor.
The motor drive device according to claim 1.
請求項1から3の何れか1つに記載のモータ駆動装置。 The booster circuit is a voltage doubler circuit that doubles the voltage output from the converter circuit.
The motor drive device according to any one of claims 1 to 3.
前記コンバータ回路の正極出力側にアノードが接続された第1のダイオードと、
前記コンバータ回路の負極出力側にカソードが接続された第2のダイオードと、
前記第1のダイオードのアノードと前記正極出力側とを接続する第1の接続点を介して前記正極出力側に接続された第1のスイッチング素子と、
前記第2のダイオードのカソードと前記負極出力側とを接続する第2の接続点を介して前記負極出力側に接続された第2のスイッチング素子と、
を有する、
請求項1から4の何れか1つに記載のモータ駆動装置。 The booster circuit
A first diode having an anode connected to the positive electrode output side of the converter circuit,
A second diode whose cathode is connected to the negative electrode output side of the converter circuit,
A first switching element connected to the positive electrode output side via a first connection point connecting the anode of the first diode and the positive electrode output side, and
A second switching element connected to the negative electrode output side via a second connection point connecting the cathode of the second diode and the negative electrode output side, and
Have,
The motor drive device according to any one of claims 1 to 4.
前記コンバータ回路の正極出力側と前記第1の接続点との間にリアクタが接続されている、
請求項5に記載のモータ駆動装置。 The booster circuit
A reactor is connected between the positive electrode output side of the converter circuit and the first connection point.
The motor drive device according to claim 5.
前記モータ駆動装置により駆動されるモータを有した圧縮機と、
を備える空気調和機。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 6.
A compressor having a motor driven by the motor drive device, and
Air conditioner equipped with.
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