WO2006025233A1 - 電動機駆動装置およびそれを用いた空気調和機 - Google Patents

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Kazuhiro Harada
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/027—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an over-current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor driving apparatus that drives an electric motor such as a brushless DC motor mounted mainly in an air conditioner or the like at an arbitrary rotation speed.
  • FIG. 5 shows a conventional system configuration for driving an electric motor using this type of IC.
  • the conventional motor drive device includes an IC 52, a fixed resistor 54, a drive signal generation unit 55, an inverter 56, a driver 57, and a first current protection unit 58.
  • the brushless motor 53 is controlled by the IC 52.
  • the IC 52 includes an inverter 56, a driver 57, and a first current protection unit 58.
  • the inverter 56 has three series circuits in which a pair of switching elements are connected in series in a relationship between the upstream side and the downstream side of the current. A DC voltage output from the DC power source 51 is applied to these series circuits via the fixed resistor 54.
  • the drive signal generation unit 55 is a PWM (Pulse Width Modulation) signal to achieve the target speed of the brushless motor 53 with three phase wires Y-connected around the neutral point. Is generated. Then, this PWM signal is amplified by the driver 57 and the inverter 56 is controlled.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the voltage at both ends of the fixed resistor 54 connected between the negative side of the DC power supply 51 and the inverter 56 is prevented. Is detected by the first current protection unit 58. If the voltage value at both ends exceeds the reference voltage value Vrefl preset in the first current protection unit 58, the first current protection unit 58 Shut off the output of driver 57. At the same time, error information is output. The drive signal generator 55 immediately shuts off the drive signal when abnormality information is input. The drive signal continues to be cut off even if abnormal information is not input.
  • the present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a small and inexpensive electric motor drive device that can reliably protect an inverter without frequently stopping the electric motor.
  • an electric motor drive device includes an inverter that drives a three-phase electric motor, a driver that amplifies a drive signal and transmits the drive signal, and an external resistor connected to the bus of the inverter Detects the current flowing through the inverter, and shuts off the driver output when the preset first reference value is exceeded, and at the same time outputs the first fault information, and the inverter
  • the second current protection unit that outputs the second abnormality information when the current flowing in the current exceeds the second reference value set smaller than the first reference value, and the drive signal generation unit that generates the drive signal
  • the drive signal generator blocks the drive signal immediately when the first error information is input, and continues to block the drive signal even if the first error information is no longer input. Information entered In this case, the drive signal is shut off immediately and the drive signal is output again when the second error information is not input To do.
  • the motor drive device flows to the inverter by an inverter that drives the three-phase motor, a driver that amplifies the drive signal and transmits the drive signal, and an external resistor connected to the bus of the inverter.
  • the output of the driver is shut off at the same time as the first current protection unit that outputs the first abnormality information, and the current flowing through the inverter is the first
  • the drive signal generator immediately shuts off the drive signal when the first abnormality information is input, and outputs the drive signal again when the first abnormality information is not input, and the second abnormality information is input. If the drive signal is immediate The drive signal is cut off even if the second error information is not input.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment and a second embodiment of an electric motor drive device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing protection of the inverter in the first embodiment according to the motor drive device of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing protection of the inverter in the second embodiment according to the electric motor drive device of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of an air conditioner equipped with an electric motor drive device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional electric motor drive device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment.
  • the motor drive device includes an IC 2, a fixed resistor 4, a drive signal generation unit 5, an inverter 6, a driver 7, a first current protection unit 8, and a second current protection unit 9.
  • the brushless motor 3 is controlled by IC2.
  • I C2 includes an inverter 6, a driver 7, and a first current protection unit 8.
  • the inverter 6 has three series circuits in which a pair of switching elements are connected in series in a relationship between the upstream side and the downstream side of the current. A DC voltage output from the DC power supply 1 is applied to these series circuits via the fixed resistor 4.
  • the drive signal generation unit 5 generates a PWM signal for realizing the target speed of the brushless motor 3 having three phase wires Y-connected around the neutral point. Then, the signal is amplified by the driver 7 and the inverter 6 is controlled.
  • the value of the current flowing through the inverter 6 is detected by converting it to the voltage value across the fixed resistor 4 connected between the negative side of the DC power source 1 and the inverter 6.
  • the first current protection unit 8 cuts off the output of the driver 7 and simultaneously outputs the first abnormality information.
  • the drive signal generator 5 immediately cuts off the drive signal when the first abnormality information is input. After that, even if the first abnormality information is no longer input, the drive signal is kept off to prevent the inverter 6 from being destroyed.
  • the electric motor driving device shown in FIG. 1 is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the value of the current flowing through the inverter 6 is converted into a voltage value at both ends of the fixed resistor 4 connected between the negative side of the DC power source 1 and the inverter 6 and detected.
  • the first current protection unit 8 cuts off the output of the driver 7 and outputs the first abnormality information at the same time.
  • the drive signal generator 5 immediately cuts off the drive signal when the first abnormality information is input. After that, when the first abnormality information is no longer input, the drive signal is output again to prevent the inverter 6 from being destroyed without frequently stopping the brushless motor.
  • Sarakuko if the voltage value across the fixed resistor 4 exceeds the reference voltage value Vref 2 of the second current protector 9 set to a value greater than the reference voltage value Vrefl, the second The current protection unit 9 outputs the second abnormality information.
  • the drive signal generator 5 immediately cuts off the drive signal when the second abnormality information is input. After that, even if the second abnormality information is not input, the drive signal is kept shut off to prevent the inverter 6 from being destroyed.
  • FIG. 4 is a block diagram of an air conditioner equipped with an electric motor drive device according to the present invention.
  • the air conditioner 41 includes a DC power supply 44, an electric motor drive device 42, a brushless motor 43, and a fan 45.
  • the DC power supply 44 supplies electric power to the motor drive device 42.
  • the electric motor drive device 42 controls the air flow rate of the fan 45 through the brushless motor 43.
  • the fan does not stop frequently even if the load of the fan 45 in the air conditioner 41 becomes large due to a change in the ambient temperature or the like. Stable operation can be maintained.
  • the electric motor drive device does not require the use of an inverter with sufficient thermal capacity or a large heat sink attached to the inverter, so that a small and inexpensive system can be configured.
  • the inverter can be reliably protected without frequently stopping the motor, and it is useful for an electric motor driving device that drives an electric motor such as a brushless DC motor at an arbitrary rotational speed.

Abstract

　電動機駆動装置において、インバータ（６）に流れる電流を検出し、第１の電流保護部（８）に予め設定された基準電圧値Ｖｒｅｆ１を超えた時にはドライバ（７）の出力を遮断すると同時に第１の異常情報を出力し、これにより駆動信号生成部（５）が駆動信号を即時遮断してインバータ（６）の破壊を防止する。また、基準電圧値Ｖｒｅｆ１より小さい値に設定された第２の電流保護部（９）の基準電圧値Ｖｒｅｆ２を超えた場合、第２の異常情報を出力し、これにより駆動信号生成部（５）が駆動信号を即時遮断するが、その後第２の異常情報が入力されなくなると駆動信号を再び出力することで、ブラシレスモータ（３）を頻繁に停止させることなくインバータ（６）の破壊を防止する。

Description

明 細 書
電動機駆動装置およびそれを用いた空気調和機
技術分野
[0001] 本発明は、主に空気調和機等に搭載されるブラシレス DCモータ等の電動機を任 意の回転数で駆動する電動機駆動装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、空気調和機におけるファンモータなどの電動機を駆動する装置においては、 地球環境保護の観点力も消費電力を低減する必要性が大きくなつている。その中で 、省電力の技術の一つとして、ブラシレス DCモータのような効率の高い電動機を任 意の周波数で駆動するインバータなどが広く一般に使用されている。さらに、駆動装 置としては、小型化のため、インバータと駆動信号伝達用のドライバと過電流保護装 置が一体となった ICが使用されている。
[0003] 図 5にこの種の ICを用 、た電動機を駆動するための従来のシステム構成を示す。
図 5において、従来の電動機駆動装置は、 IC52、固定抵抗器 54、駆動信号生成部 55、インバータ 56、ドライバ 57、第 1の電流保護部 58を備える。ブラシレスモータ 53 は、 IC52により制御される。 IC52は、インバータ 56とドライバ 57と第 1の電流保護部 58で構成される。インバータ 56は一対のスイッチング素子が電流の上流側と下流側 の関係に直列接続された直列回路を 3つ有する。そして、これら直列回路に、直流電 源 51から出力される DC電圧が固定抵抗器 54を介して印加される。
[0004] 駆動信号生成部 55は、中性点を中心に Y結線された 3つの相卷線を備えたブラシ レスモータ 53の目標速度を実現するための PWM (Pulse Width Modulation, パルス幅変調)信号を生成する。そして、この PWM信号をドライバ 57で増幅し、イン バータ 56を制御する。
[0005] また、インバータ 56に過電流が流れ、インバータ 56が破壊されることを防止するた め、直流電源 51のマイナス側とインバータ 56の間に接続された固定抵抗器 54の両 端の電圧が第 1の電流保護部 58により検出される。両端の電圧値が第 1の電流保護 部 58に予め設定された基準電圧値 Vreflを超えた場合、第 1の電流保護部 58はド ライバ 57の出力を遮断する。同時に、異常情報を出力する。また、駆動信号生成部 5 5は異常情報が入力された場合は駆動信号を即時遮断する。そして、異常情報が入 力されなくなっても駆動信号を遮断し続けている。
[0006] 以上のような回路構成にて、ブラシレスモータ 53の駆動制御を行っている。この技 術内容は、例えば、特開平 9-294392号公報に開示されている。
[0007] し力しながら、このような従来の駆動において、 1回しか流れない過電流を想定して 過電流保護の動作する電流値を設定すると、インバータ 56に流れる電流が過電流 保護の動作する電流値以下であっても、連続あるいは繰り返し流れ続けた場合に、ィ ンバータ 56が過熱し破壊することがある。このため、熱的に十分余裕のあるインバー タを使用するあるいは、インバータに大きな放熱器を取り付ける必要があり、装置の 大型化やコストアップを招くという課題があった。
[0008] また逆に、連続ある!/、は繰り返し流れ続ける電流で熱破壊しな 、値に過電流保護 の動作する電流値を設定すると、電動機の始動時や加速中など一時的に発生する 熱破壊の恐れのない 1回あるいは数回の過電流でも駆動信号生成部の出力の遮断 を保持してしま!/ヽ、電動機が停止してしまうと!ヽぅ課題があった。
発明の開示
[0009] 本発明は上記の課題を解決するもので、電動機を頻繁に停止させることなく確実に インバータを保護できる小型で安価な電動機駆動装置を提供することを目的とする。
[0010] 上記課題を解決するために本発明に係る電動機駆動装置は、 3相電動機を駆動 するインバータと、駆動信号を増幅しインバータに伝達するドライバと、インバータの 母線に接続された外付け抵抗によりインバータに流れる電流を検出し、予め設定さ れた第 1の基準値を超えていた場合にドライバの出力を遮断すると同時に第 1の異 常情報を出力する第 1の電流保護部と、インバータに流れる電流が第 1の基準値より 小さく設定された第 2の基準値を超えていた場合に第 2の異常情報を出力する第 2の 電流保護部と、駆動信号を生成する駆動信号生成部とから構成され、駆動信号生成 部は第 1の異常情報が入力された場合は駆動信号を即時遮断し、第 1の異常情報が 入力されなくなっても駆動信号を遮断し続け、第 2の異常情報が入力された場合は 駆動信号を即時遮断し、第 2の異常情報が入力されなくなると駆動信号を再び出力 する。
[0011] また、本発明に係る電動機駆動装置は、 3相電動機を駆動するインバータと、駆動 信号を増幅しインバータに伝達するドライバと、インバータの母線に接続された外付 け抵抗によりインバータに流れる電流を検出し、予め設定された第 1の基準値を超え ていた場合にドライバの出力を遮断すると同時に第 1の異常情報を出力する第 1の 電流保護部と、インバータに流れる電流が第 1の基準値より大きく設定された第 2の 基準値を超えていた場合に第 2の異常情報を出力する第 2の電流保護部と、駆動信 号を生成する駆動信号生成部とから構成され、駆動信号生成部は第 1の異常情報が 入力された場合は駆動信号を即時遮断し、第 1の異常情報が入力されなくなると駆 動信号を再び出力し、第 2の異常情報が入力された場合は駆動信号を即時遮断し、 第 2の異常情報が入力されなくなっても駆動信号を遮断し続ける。
[0012] 本発明の電動機駆動装置によれば、電動機を頻繁に停止させることなく確実にイン バータを保護できる小型で安価な電動機駆動装置を実現することが可能となる。 図面の簡単な説明
[0013] [図 1]図 1は本発明の電動機駆動装置の実施の形態 1及び実施の形態 2の構成を示 すブロック図である。
[図 2]図 2は本発明の電動機駆動装置に係る第 1の実施の形態におけるインバータ の保護を表す図である。
[図 3]図 3は本発明の電動機駆動装置に係る第 2の実施の形態におけるインバータ の保護を表す図である。
[図 4]図 4は本発明に係る電動機駆動装置を備えた空気調和機のブロック図である。
[図 5]図 5は従来の電動機駆動装置の構成を表すブロック図である。
符号の説明
[0014] 1 直流電源
2 IC
3 ブラシレスモータ
4 固定抵抗器
5 駆動信号生成部 6 インバータ
7 ドライバ
8 第 1の電流保護部
9 第 2の電流保護部
発明を実施するための最良の形態
[0015] (実施の形態 1)
以下本発明の実施の形態 1について図面を参照して説明する。図 1は本実施の形 態 1の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態 1に係る電動機駆動装置 は、 IC2、固定抵抗器 4、駆動信号生成部 5、インバータ 6、ドライバ 7、第 1の電流保 護部 8、第 2の電流保護部 9を備える。ブラシレスモータ 3は、 IC2により制御される。 I C2は、インバータ 6とドライバ 7と第 1の電流保護部 8で構成される。インバータ 6は一 対のスイッチング素子が電流の上流側と下流側の関係に直列接続された直列回路 を 3つ有する。そして、これら直列回路に、直流電源 1から出力される DC電圧が固定 抵抗器 4を介して印加される。
[0016] 駆動信号生成部 5は、中性点を中心に Y結線された 3つの相卷線を備えたブラシレ スモータ 3の目標速度を実現するための PWM信号を生成する。そして、ドライバ 7で 増幅し、インバータ 6を制御する。
[0017] 次にインバータの保護について図 2を用いて説明する。インバータ 6に流れる電流 値が直流電源 1のマイナス側とインバータ 6の間に接続された固定抵抗器 4の両端の 電圧値に変換されて検出される。この電圧値が第 1の電流保護部 8に予め設定され た基準電圧値 Vreflを超えた場合、第 1の電流保護部 8はドライバ 7の出力を遮断し 、同時に第 1の異常情報を出力する。駆動信号生成部 5は第 1の異常情報が入力さ れた場合は駆動信号を即時遮断する。その後第 1の異常情報が入力されなくなって も駆動信号を遮断し続けて、インバータ 6の破壊を防止して 、る。
[0018] さら〖こ、固定抵抗器 4の両端の電圧値が、基準電圧値 Vreflより小さい値に設定さ れた第 2の電流保護部 9の基準電圧値 Vref 2を超えた場合、第 2の電流保護部 9は 第 2の異常情報を出力する。駆動信号生成部 5は第 2の異常情報が入力された場合 は駆動信号を即時遮断する。その後第 2の異常情報が入力されなくなると駆動信号 を再び出力する。
[0019] このような動作により、ブラシレスモータを頻繁に停止させることなくインバータ 6の 破壊を防止している。
[0020] (実施の形態 2)
次に本発明に係る実施の形態 2におけるインバータの保護について、図 1および図 3を用いて説明する。図 1に示される電動機駆動装置は、実施の形態 1と同様なので 説明を省略する。インバータ 6に流れる電流値が直流電源 1のマイナス側とインバー タ 6の間に接続された固定抵抗器 4の両端の電圧値に変換されて検出される。この電 圧値が第 1の電流保護部 8に予め設定された基準電圧値 Vreflを超えた場合、第 1 の電流保護部 8はドライバ 7の出力を遮断し、同時に第 1の異常情報を出力する。駆 動信号生成部 5は第 1の異常情報が入力された場合は駆動信号を即時遮断する。そ の後第 1の異常情報が入力されなくなると駆動信号を再び出力することにより、ブラシ レスモータを頻繁に停止させることなくインバータ 6の破壊を防止している。
[0021] さら〖こ、固定抵抗器 4の両端の電圧値が、基準電圧値 Vreflより大きい値に設定さ れた第 2の電流保護部 9の基準電圧値 Vref 2を超えた場合、第 2の電流保護部 9は 第 2の異常情報を出力する。駆動信号生成部 5は第 2の異常情報が入力された場合 は駆動信号を即時遮断する。その後第 2の異常情報が入力されなくなっても駆動信 号を遮断し続けて、インバータ 6の破壊を防止している。
[0022] 以上のような構成により、電動機を頻繁に停止させることなく確実にインバータを保 護できる小型で安価な電動機駆動装置を実現して!/、る。
[0023] (実施の形態 3)
図 4は、本発明に係る電動機駆動装置を備えた空気調和機のブロック図である。図 4において、空気調和機 41は、直流電源 44、電動機駆動装置 42、ブラシレスモータ 43、ファン 45を備える。直流電源 44は、電動機駆動装置 42に電力を供給する。電 動機駆動装置 42は、ブラシレスモータ 43を介してファン 45の送風量を制御する。
[0024] 本発明に係る電動機駆動装置 42の過電流を保護する制御により、周囲温度の変 化等で空気調和機 41内のファン 45の負荷が大きくなつてもファンが頻繁に停止する ことなく安定した動作を維持することができる。 産業上の利用可能性
本発明に係る電動機駆動装置は、熱的に十分余裕のあるインバータを使用するあ るいは、インバータに大きな放熱器を取り付ける必要がな 、ので小型で安価なシステ ムを構成できる。また、電動機を頻繁に停止させることなく確実にインバータを保護で きるもので、ブラシレス DCモータなどの電動機を任意の回転数で駆動する電動機駆 動装置等に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 3相電動機を駆動するインバータと、
駆動信号を増幅し前記インバータに伝達するドライバと、
前記インバータの母線に接続された外付け抵抗により前記インバータに流れる電流 を検出し、予め設定された第 1の基準値を超えていた場合に前記ドライバの出力を遮 断すると同時に第 1の異常情報を出力する第 1の電流保護部と、
前記インバータに流れる電流が前記第 1の基準値より小さく設定された第 2の基準値 を超えていた場合に第 2の異常情報を出力する第 2の電流保護部と、
駆動信号を生成する駆動信号生成部とから構成され、
前記駆動信号生成部は第 1の異常情報が入力された場合は駆動信号を即時遮断し 、第 1の異常情報が入力されなくなっても駆動信号を遮断し続け、第 2の異常情報が 入力された場合は駆動信号を即時遮断し、第 2の異常情報が入力されなくなると駆 動信号を再び出力することを特徴とする
電動機駆動装置。
[2] 3相電動機を駆動するインバータと、
駆動信号を増幅し前記インバータに伝達するドライバと、
前記インバータの母線に接続された外付け抵抗により前記インバータに流れる電流 を検出し、予め設定された第 1の基準値を超えていた場合に前記ドライバの出力を遮 断すると同時に第 1の異常情報を出力する第 1の電流保護部と、
前記インバータに流れる電流が前記第 1の基準値より大きく設定された第 2の基準値 を超えていた場合に第 2の異常情報を出力する第 2の電流保護部と、
駆動信号を生成する駆動信号生成部とから構成され、
前記駆動信号生成部は第 1の異常情報が入力された場合は駆動信号を即時遮断し 、第 1の異常情報が入力されなくなると駆動信号を再び出力し、第 2の異常情報が入 力された場合は駆動信号を即時遮断し、第 2の異常情報が入力されなくなっても駆 動信号を遮断し続けることを特徴とする
電動機駆動装置。
[3] 請求項 1または 2記載の電動機駆動装置を用いたことを特徴とする 空気調和機。
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