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JP7516284B2 - Motor Drive Unit - Google Patents
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Description

本発明は、互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータを駆動するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device that drives a motor having multiple phase windings that are not connected to each other.

空気調和機等の熱源機器の冷凍サイクル装置に搭載される圧縮機の駆動モータとして、複数の相巻線を有する永久磁石同期モータが使用される。また、複数の相巻線を互いに非接続状態とした構成のオープン巻線モータ(Open-Winding Motor)が知られている。 Permanent magnet synchronous motors with multiple phase windings are used as drive motors for compressors installed in refrigeration cycle devices of heat source equipment such as air conditioners. In addition, open-winding motors, which have multiple phase windings that are not connected to each other, are also known.

このオープン巻線モータ(モータと略称する)を駆動するモータ駆動装置は、モータの各相巻線の一端への通電を制御する第1インバータ、モータの各相巻線の他端への通電を制御する第2インバータ、各相巻線の他端の相互間に接続される開閉器を備え、この開閉器の閉成により各相巻線をスター結線(星形結線ともいう)して第1インバータをPWM(パルス幅変調)により単独でスイッチングするスター結線モード、および上記開閉器の開放により各相巻線を非接続状態として第1および第2インバータを互いに連係してPWMスイッチングするオープン巻線モードを、選択的に設定する。オープン巻線モードの設定によりモータを高回転数で駆動することができ、低回転数域でのスター結線モードの設定によりモータを高効率で駆動することができ、よって高回転数から低回転数まで幅広い運転範囲にわたりモータをできるだけ効率よく駆動することが可能となる。これにより、モータの運転範囲の拡大とモータ駆動装置の効率向上を両立させることができる。 The motor drive device for driving this open winding motor (abbreviated as motor) includes a first inverter that controls the current supply to one end of each phase winding of the motor, a second inverter that controls the current supply to the other end of each phase winding of the motor, and a switch connected between the other ends of each phase winding. The device selectively sets a star connection mode in which the phase windings are star-connected (also called star-shaped connection) by closing the switch and the first inverter is switched independently by PWM (pulse width modulation), and an open winding mode in which the phase windings are disconnected and the first and second inverters are linked to each other and PWM-switched by opening the switch. The open winding mode setting allows the motor to be driven at a high rotation speed, and the star connection mode setting in the low rotation speed range allows the motor to be driven with high efficiency, making it possible to drive the motor as efficiently as possible over a wide operating range from high to low rotation speeds. This allows both an expansion of the operating range of the motor and an improvement in the efficiency of the motor drive device to be achieved.

スター結線モード時、上記開閉器を通して各相巻線に電流が流れる。運転中の効率向上のため、この電流に対する抵抗をできるだけ小さくするよう機械式の開閉接点を有するリレーが上記開閉器として使用される。ただし、モータの駆動中にリレーの開閉接点に電圧が加わった状態でその開閉接点を開閉すると、開閉接点の両端間にサージ電圧やアーク放電が発生したり、高周波電流が流れるなどの不具合を生じる可能性があり、リレーの寿命に悪影響を与えるとともに、場合によってはインバータの駆動回路やスイッチ素子が破壊に至る可能性もある。 In star connection mode, current flows through each phase winding through the above-mentioned switch. To improve efficiency during operation, relays with mechanical open/close contacts are used as the above-mentioned switch to minimize resistance to this current. However, if the open/close contacts of the relay are opened and closed while a voltage is applied to the open/close contacts while the motor is running, this can cause problems such as surge voltages and arc discharges occurring between both ends of the open/close contacts and high-frequency currents flowing, which can have a negative effect on the life of the relay and, in some cases, can even destroy the inverter drive circuit and switch elements.

対策として、モータの駆動中にリレーを切替える場合、第2インバータのPWMスイッチングの変調率を0%まで変化させて各相巻線の線間電圧(リレーの開閉接点の両端間の電圧)を0にする疑似中性点動作を実行し、その疑似中性点動作の実行中にリレーの開閉接点を開閉する制御が知られている。 As a countermeasure, when switching the relay while the motor is running, a pseudo-neutral point operation is performed in which the modulation rate of the PWM switching of the second inverter is changed to 0% to set the line voltage of each phase winding (the voltage between both ends of the relay's open/close contacts) to zero, and the relay's open/close contacts are opened and closed while this pseudo-neutral point operation is being performed.

特許第4804381号公報Patent No. 4804381 特開2019-62726号公報JP 2019-62726 A

各インバータのスイッチングに際しては、各インバータの構成要素である正側のスイッチ素子および負側のスイッチ素子の同時オンによる短絡を防ぐため、いずれか一方の素子がオンする前に両方のスイッチ素子が共にオフするいわゆるデッドタイムが設定される。 When switching each inverter, in order to prevent a short circuit caused by the positive and negative switch elements, which are components of each inverter, being turned on at the same time, a so-called dead time is set in which both switch elements are turned off before either element is turned on.

このデッドタイムは、上述の疑似中性点動作中も実行されるため、疑似中性点動作の実行中であっても、このデッドタイムの影響で実際は線間電圧が0とならない期間がごく短時間、散発的に発生する。本発明者らの試験によると、きわめて稀であるが、疑似中性点動作中に線間電圧が0となっていないタイミングでリレー接点の開閉接点が開閉する可能性が、ある程度の確率で発生することが分かった。要するに、疑似中性点動作の実行だけでは上記したサージ電圧、アーク放電、高周波電流などの不具合を十分には回避できない。 Because this dead time is also executed during the pseudo-neutral point operation described above, even when the pseudo-neutral point operation is being executed, there are very short and sporadic periods during which the line voltage is not actually zero due to the effect of this dead time. According to tests conducted by the inventors, it was found that, although extremely rare, there is a certain probability that the relay contacts will open and close at a timing when the line voltage is not zero during pseudo-neutral point operation. In short, merely executing the pseudo-neutral point operation cannot fully avoid the above-mentioned problems such as surge voltage, arc discharge, and high-frequency current.

本発明の実施形態の目的は、疑似中性点動作の実行中に線間電圧が0とならない期間を短縮または解消できるモータ駆動装置を提供することである。 The objective of an embodiment of the present invention is to provide a motor drive device that can shorten or eliminate the period during which the line voltage is not zero while performing pseudo-neutral point operation.

本発明の第1実施形態のモータ駆動装置は、互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータのモータ駆動装置であって;上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の一端に接続される第1インバータと;上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の他端に接続される第2インバータと;前記各相巻線の他端の相互間に接続された機械式の開閉接点を有する開閉器と;前記開閉接点の開放により前記各相巻線の他端を非接続状態として前記第1および第2インバータを互いに連係してPWMスイッチングするオープン巻線モード、および前記開閉接点の閉成により前記各相巻線の他端を相互接続して前記第1インバータを単独でPWMスイッチングするスター結線モードを、選択的に設定するコントローラと;を備える。コントローラは、前記開閉器の作動に際し、前記第2インバータのPWMスイッチングの変調率を0%とする疑似中性点動作を実行するとともに、前記第1および第2インバータのPWMスイッチングのキャリア周波数を低下する。 The motor drive device of the first embodiment of the present invention is a motor drive device for a motor having a plurality of phase windings that are not connected to each other, comprising: a first inverter including a plurality of series circuits of upper and lower switch elements, where the interconnection points of the upper and lower switch elements in these series circuits are connected to one end of each of the phase windings; a second inverter including a plurality of series circuits of upper and lower switch elements, where the interconnection points of the upper and lower switch elements in these series circuits are connected to the other ends of the phase windings; a switch having a mechanical opening and closing contact connected between the other ends of the phase windings; and a controller that selectively sets an open winding mode in which the other ends of the phase windings are not connected by opening the opening and closing contacts, and the first and second inverters are linked to each other and PWM switched, and a star connection mode in which the other ends of the phase windings are connected to each other by closing the opening and closing contacts, and the first inverter is PWM switched independently. When the switch is operated, the controller performs a pseudo-neutral point operation that sets the modulation rate of the PWM switching of the second inverter to 0% and lowers the carrier frequency of the PWM switching of the first and second inverters.

本発明の第2実施形態のモータ駆動装置は、互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータのモータ駆動装置であって;上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の一端に接続される第1インバータと;上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の他端に接続される第2インバータと;前記各相巻線の他端の相互間に接続された機械式の開閉接点を有する開閉器と;前記開閉接点の開放により前記各相巻線の他端を非接続状態として前記第1および第2インバータを互いに連係してPWMスイッチングするオープン巻線モード、および前記開閉接点の閉成により前記各相巻線の他端を相互接続して前記第1インバータを単独でPWMスイッチングするスター結線モードを、選択的に設定するコントローラと;を備える。コントローラは、前記開閉器の作動に際し、前記第2インバータのPWMスイッチングの変調率を0%とする疑似中性点動作を実行するとともに、その第2インバータのPWMスイッチングのオン,オフデューティを減少側または増加側に所定値だけシフトする。 The motor drive device of the second embodiment of the present invention is a motor drive device for a motor having a plurality of phase windings that are not connected to each other, comprising: a first inverter including a plurality of series circuits of upper and lower switch elements, where the interconnection points of the upper and lower switch elements in these series circuits are connected to one end of each of the phase windings; a second inverter including a plurality of series circuits of upper and lower switch elements, where the interconnection points of the upper and lower switch elements in these series circuits are connected to the other ends of the phase windings; a switch having a mechanical opening and closing contact connected between the other ends of the phase windings; and a controller that selectively sets an open winding mode in which the other ends of the phase windings are disconnected by opening the opening and closing contacts, and the first and second inverters are linked to each other and PWM switched, and a star connection mode in which the other ends of the phase windings are interconnected by closing the opening and closing contacts, and the first inverter is PWM switched independently. When the switch is operated, the controller executes a pseudo-neutral point operation that sets the modulation rate of the PWM switching of the second inverter to 0%, and shifts the on/off duty of the PWM switching of the second inverter to the decreasing or increasing side by a predetermined value.

図1は第1実施形態および第2実施形態の構成を示す回路ブロック図。FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of a first embodiment and a second embodiment. 図2は第1実施形態の制御を示すフローチャート。FIG. 2 is a flowchart showing the control of the first embodiment. 図3は第1実施形態における各リレーの動作およびモータ電流の変化を示すタイムチャート。FIG. 3 is a time chart showing the operation of each relay and changes in motor current in the first embodiment. 図4は第1実施形態における各スイッチ素子のコレクタ・エミッタ間電圧、線間電圧、零軸電流がキャリア周波数の低下により変わる様子を示すタイムチャート。FIG. 4 is a time chart showing how the collector-emitter voltage, line voltage, and zero-axis current of each switch element change with a decrease in carrier frequency in the first embodiment. 図5は図4のキャリア周波数の低下に伴い生じる零軸電流、モータ電流、線間電圧の関係を示す波形図。5 is a waveform diagram showing the relationship between the zero-axis current, the motor current, and the line voltage that occurs with the decrease in the carrier frequency of FIG. 4. 図6は図4のキャリア周波数の低下がない場合の零軸電流、モータ電流、線間電圧の関係を参考として示す波形図。FIG. 6 is a waveform diagram showing, for reference, the relationship between the zero-axis current, the motor current, and the line voltage when there is no reduction in the carrier frequency as shown in FIG. 図7は第2実施形態の制御を示すフローチャート。FIG. 7 is a flowchart showing the control of the second embodiment. 図8は第2実施形態における通常の各インバータのPWMスイッチングの変調率、線間電圧、モータ電流、零軸電流の関係を示す波形図。FIG. 8 is a waveform diagram showing the relationship between the modulation factor of PWM switching of each normal inverter, the line voltage, the motor current, and the zero axis current in the second embodiment. 図9は図8の第2インバータのPWMスイッチングの変調率の低下に伴い生じる線間電圧、モータ電流、零軸電流の関係を示す波形図。9 is a waveform diagram showing the relationship between the line voltage, the motor current, and the zero axis current that occurs with a decrease in the modulation factor of the PWM switching of the second inverter in FIG. 8. 図10は図9の第2インバータのPWMスイッチングの変調率が0%まで低下した際の線間電圧、モータ電流、零軸電流の関係を示す波形図。10 is a waveform diagram showing the relationship between the line voltage, the motor current, and the zero axis current when the modulation rate of the PWM switching of the second inverter in FIG. 9 drops to 0%. 図11は図10の状態において第2インバータのPWMスイッチングのオン,オフデューティを増加側にシフトした際の線間電圧、モータ電流、零軸電流の関係を示す波形図。11 is a waveform diagram showing the relationship between the line voltage, the motor current, and the zero axis current when the on/off duty of the PWM switching of the second inverter is shifted to the increasing side in the state of FIG. 10. 図12は図11の状態において第2インバータのPWMスイッチングを停止した際の線間電圧、モータ電流、零軸電流の関係を示す波形図。12 is a waveform diagram showing the relationship between the line voltage, the motor current, and the zero-axis current when the PWM switching of the second inverter is stopped in the state of FIG. 11. 図13は図11の一部を時間的に拡大して示す波形図。FIG. 13 is a waveform diagram showing a part of FIG. 11 in a time-enlarged manner. 図14は図8または図9の一部を時間的に拡大して示す波形図。FIG. 14 is a waveform diagram showing a part of FIG. 8 or FIG. 9 in a time-enlarged manner.

[1]第1実施形態
図1に示すように、3相商用交流電源1にモータ駆動回路2が接続され、そのモータ駆動回路2にモータ3およびコントローラ4が接続されている。
[1] First embodiment
As shown in FIG. 1, a motor drive circuit 2 is connected to a three-phase commercial AC power supply 1 , and a motor 3 and a controller 4 are connected to the motor drive circuit 2 .

モータ3は、互いに非接続状態の複数の相巻線Lu,Lv,Lwを有し、空気調和機等の熱源機器の冷凍サイクル用圧縮機を駆動する三相永久磁石同期モータであり、相巻線Lu,Lv,Lwのそれぞれ両端となる6つの端子を備えるいわゆるオープン巻線モータ(Open-Winding Motor)である。 Motor 3 is a three-phase permanent magnet synchronous motor that has multiple phase windings Lu, Lv, and Lw that are not connected to each other and drives a compressor for a refrigeration cycle of a heat source device such as an air conditioner. It is a so-called open-winding motor that has six terminals at both ends of each of the phase windings Lu, Lv, and Lw.

モータ駆動回路2は、3相商用交流電源1に接続され、その3相交流電圧を直流電圧に変換し出力するコンバータ10、このコンバータ10の出力端からオープン巻線モータ1Mの相巻線Lu,Lv,Lwのそれぞれ一端となる3つの端子への通電を制御するインバータ(第1インバータ)20、およびコンバータ10の出力端からオープン巻線モータ1Mの相巻線Lu,Lv,Lwのそれぞれ他端となる3つの端子への通電を制御するインバータ(第2インバータ)30を含む。コンバータ10をインバータ20,30の共通の直流電源とするDCリンク共通方式を採用している。コンバータ10は全波整流器やPWMコンバータ等である。 The motor drive circuit 2 includes a converter 10 connected to a three-phase commercial AC power source 1, which converts the three-phase AC voltage into a DC voltage and outputs it, an inverter (first inverter) 20 that controls the current flow from the output end of the converter 10 to three terminals that are one end of each of the phase windings Lu, Lv, and Lw of the open winding motor 1M, and an inverter (second inverter) 30 that controls the current flow from the output end of the converter 10 to three terminals that are the other ends of each of the phase windings Lu, Lv, and Lw of the open winding motor 1M. A DC link common system is adopted in which the converter 10 is used as a common DC power source for the inverters 20 and 30. The converter 10 is a full-wave rectifier, a PWM converter, or the like.

インバータ20は、上側スイッチ素子Tuaと下側スイッチ素子Tubを直列接続しコンバータ10の出力電圧が印加されるU相直列回路、上側スイッチ素子Tvaと下側スイッチ素子Tvbを直列接続しコンバータ10の出力電圧が印加されるV相直列回路、上側スイッチ素子Twaと下側スイッチ素子Twbを直列接続しコンバータ10の出力電圧が印加されるW相直列回路を含む三相インバータである。これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点Xu,Xv,Xwが相巻線Lu,Lv,Lwの一端にそれぞれ接続される。 The inverter 20 is a three-phase inverter including a U-phase series circuit in which the upper switch element Tua and the lower switch element Tub are connected in series and to which the output voltage of the converter 10 is applied, a V-phase series circuit in which the upper switch element Tva and the lower switch element Tvb are connected in series and to which the output voltage of the converter 10 is applied, and a W-phase series circuit in which the upper switch element Twa and the lower switch element Twb are connected in series and to which the output voltage of the converter 10 is applied. The interconnection points Xu, Xv, and Xw of the upper and lower switch elements in these series circuits are connected to one end of the phase windings Lu, Lv, and Lw, respectively.

インバータ30も、インバータ20と同じく、上側スイッチ素子Tuaと下側スイッチ素子Tubを直列接続しコンバータ10の出力電圧が印加されるU相直列回路、上側スイッチ素子Tvaと下側スイッチ素子Tvbを直列接続しコンバータ10の出力電圧が印加されるV相直列回路、上側スイッチ素子Twaと下側スイッチ素子Twbを直列接続しコンバータ10の出力電圧が印加されるW相直列回路を含む三相インバータである。インバータ30の直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点Yu,Yv,Ywが相巻線Lu,Lv,Lwの他端にそれぞれ接続される。 Like inverter 20, inverter 30 is a three-phase inverter including a U-phase series circuit in which upper switch element Tua and lower switch element Tub are connected in series and to which the output voltage of converter 10 is applied, a V-phase series circuit in which upper switch element Tva and lower switch element Tvb are connected in series and to which the output voltage of converter 10 is applied, and a W-phase series circuit in which upper switch element Twa and lower switch element Twb are connected in series and to which the output voltage of converter 10 is applied. The interconnection points Yu, Yv, and Yw of the upper and lower switch elements in the series circuit of inverter 30 are connected to the other ends of the phase windings Lu, Lv, and Lw, respectively.

これらインバータ20,30の各スイッチ素子は、例えばIGBTであり、それぞれのスイッチ素子本体に逆並列接続された還流ダイオード(フリー・ホイール・ダイオードともいう)Dを含む。IGBTに限らず、MOS-FET等の他の半導体スイッチ素子を用いてもよい。 Each switch element of these inverters 20, 30 is, for example, an IGBT, and includes a freewheel diode (also called a freewheel diode) D connected in inverse parallel to the main body of each switch element. The switch elements are not limited to IGBTs, and other semiconductor switch elements such as MOS-FETs may also be used.

インバータ20,30は、U相直列回路・V相直列回路・W相直列回路をブリッジ接続した主回路と、この主回路のスイッチ素子を駆動する駆動回路やスイッチ素子を保護する過電流保護回路などの周辺回路とを、単一のパッケージに収納したモジュールいわゆるIPM(Intelligent Power Module)が用いられる。なお、全ての各スイッチ素子および駆動回路をディスクリート部品として構成してもよい。インバータ20,30はそれぞれ三相インバータであるが、単相インバータを三個使用してインバータ20,30をそれぞれ構成してもよい。 The inverters 20 and 30 are modules that house in a single package a main circuit in which a U-phase series circuit, a V-phase series circuit, and a W-phase series circuit are bridge-connected, and peripheral circuits such as a drive circuit that drives the switch elements of the main circuit and an overcurrent protection circuit that protects the switch elements, called an IPM (Intelligent Power Module). Note that all switch elements and drive circuits may be configured as discrete components. The inverters 20 and 30 are each a three-phase inverter, but each inverter 20 and 30 may be configured using three single-phase inverters.

モータ1Mの相巻線Luの他端と相巻線Lvの他端の相互間に、機械式の開閉接点を有する開閉器である例えばリレー12の常開形の開閉接点(リレー接点という)12aが接続されている。モータ1Mの相巻線Lvの他端と相巻線Lwの他端の相互間に、機械式の開閉接点を有する開閉器である例えばリレー13の常開形の開閉接点(リレー接点という)13aが接続されている。リレー12,13は、モータ1Mの相巻線Lu,Lv,Lwの他端側を共通接続して、モータ1Mをスター結線状態に変更するために設けられるものであり、リレー12,13が短絡する相巻線は、相巻線Luの他端と相巻線Lwの他端と、相巻線Luの他端と相巻線Lvの他端間でも良い。これらリレー12,13は、コントローラ4により、励磁電流の供給によるオン(付勢)と励磁電流の遮断によるオフ(消勢)が、互いに同期するタイミングで実行される。2つの常開接点を有する1つのリレーをリレー12,13に代えて用いる構成としてもよい。 Between the other end of the phase winding Lu and the other end of the phase winding Lv of the motor 1M, a normally open switching contact (referred to as a relay contact) 12a of a switch having a mechanical switching contact, for example, a relay 12 is connected. Between the other end of the phase winding Lv and the other end of the phase winding Lw of the motor 1M, a normally open switching contact (referred to as a relay contact) 13a of a switch having a mechanical switching contact, for example, a relay 13 is connected. The relays 12 and 13 are provided to commonly connect the other ends of the phase windings Lu, Lv, and Lw of the motor 1M to change the motor 1M to a star connection state, and the phase windings that are short-circuited by the relays 12 and 13 may be between the other end of the phase winding Lu and the other end of the phase winding Lw, or between the other end of the phase winding Lu and the other end of the phase winding Lv. These relays 12 and 13 are turned on (energized) by supplying an excitation current and turned off (deenergized) by cutting off the excitation current at mutually synchronized timing by the controller 4. A single relay having two normally open contacts may be used in place of the relays 12 and 13.

リレー12,13がオンするとリレー接点12a,13aが閉成し、相巻線Luの他端と相巻線Lvの他端が相互接続されるとともに、相巻線Lvの他端と相巻線Lwの他端が相互接続されて、相巻線Lu,Lv,Lwがスター結線状態となる。リレー12,13がオフするとリレー接点12a,13aが開放し、相巻線Lu,Lv,Lwが非接続状態つまり電気的に分離したオープン巻線状態となる。このオープン巻線状態では、リレー接点12aに相巻線Lu,Lvの線間電圧Euvが加わり、リレー接点13aに相巻線Lv,Lwの線間電圧Evw加わり、リレー接点12a,13aの直列回路に相巻線Lw,Luの線間電圧Ewuが加わる。 When relays 12 and 13 are turned on, relay contacts 12a and 13a are closed, and the other end of phase winding Lu is interconnected with the other end of phase winding Lv, and the other end of phase winding Lv is interconnected with the other end of phase winding Lw, resulting in a star-connected state of phase windings Lu, Lv, and Lw. When relays 12 and 13 are turned off, relay contacts 12a and 13a are opened, and phase windings Lu, Lv, and Lw are in a non-connected state, i.e., an electrically separated open winding state. In this open winding state, the line voltage Euv of phase windings Lu and Lv is applied to relay contact 12a, the line voltage Evw of phase windings Lv and Lw is applied to relay contact 13a, and the line voltage Ewu of phase windings Lw and Lu is applied to the series circuit of relay contacts 12a and 13a.

インバータ20と相巻線Lu,Lv,Lwの一端との間の3つの通電ラインに電流センサ11u,11v,11wが配置され、これら電流センサの出力信号がコントローラ4に送られる。電流センサ11u,11v,11wは、相巻線Lu,Lv,Lwに流れる電流(モータ電流という)Iu,Iv,Iwを検知する。 Current sensors 11u, 11v, and 11w are arranged on three current lines between the inverter 20 and one end of the phase windings Lu, Lv, and Lw, and the output signals of these current sensors are sent to the controller 4. The current sensors 11u, 11v, and 11w detect the currents (called motor currents) Iu, Iv, and Iw that flow through the phase windings Lu, Lv, and Lw.

コントローラ4は、モータ3の回転速度Nが上位の外部制御器50から指令される目標回転速度Ntとなるようリレー接点12a,13aの開閉およびインバータ20,30のPWM(パルス幅変調)によるスイッチング(PWMスイッチングという)を制御するもので、主制御部40、電流検出部41、リレー駆動部42、タイマー43,PWM信号生成部44,キャリア周波数切替部45を含む。外部制御器50は、例えば空気調和機の制御器である。 The controller 4 controls the opening and closing of the relay contacts 12a, 13a and the switching by PWM (pulse width modulation) (called PWM switching) of the inverters 20, 30 so that the rotation speed N of the motor 3 becomes the target rotation speed Nt commanded by the higher-level external controller 50, and includes a main control unit 40, a current detection unit 41, a relay drive unit 42, a timer 43, a PWM signal generation unit 44, and a carrier frequency switching unit 45. The external controller 50 is, for example, a controller for an air conditioner.

電流検出部41は、電流センサ11u,11v,11wで検知されるモータ電流Iu,Iv,Iwのそれぞれの瞬時値を検出する。リレー駆動部42は、主制御部40からの指令に応じてリレー12,13を付勢および消勢する。PWM信号生成部44は、外部制御器50から指令される上記目標回転速度Ntおよび主制御部40からの指令などに応じてU相PWMスイッチング用の駆動信号(U相上側駆動信号・U相下側駆動信号),V相PWMスイッチング用の駆動信号(V相上側駆動信号・V相下側駆動信号),W相PWMスイッチング用の駆動信号(W相上側駆動信号・W相下側駆動信号)を生成する。キャリア周波数切替部45は、PWM信号生成部44のPWMスイッチングのキャリア周波数を主制御部40からの指令に応じて切替えることが可能である。 The current detection unit 41 detects the instantaneous values of the motor currents Iu, Iv, and Iw detected by the current sensors 11u, 11v, and 11w. The relay drive unit 42 energizes and deenergizes the relays 12 and 13 in response to a command from the main control unit 40. The PWM signal generation unit 44 generates drive signals for U-phase PWM switching (U-phase upper drive signal and U-phase lower drive signal), drive signals for V-phase PWM switching (V-phase upper drive signal and V-phase lower drive signal), and drive signals for W-phase PWM switching (W-phase upper drive signal and W-phase lower drive signal) in response to the target rotation speed Nt commanded by the external controller 50 and commands from the main control unit 40. The carrier frequency switching unit 45 can switch the carrier frequency of the PWM switching of the PWM signal generation unit 44 in response to a command from the main control unit 40.

主制御部40は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路により構成され、電流検出部41の検出結果に基づいてモータ3の回転速度Nを推定(検出)するとともに、PWM信号生成部44で生成される上記各駆動信号に応じてインバータ20,30の各スイッチ素子をオン,オフ駆動する。 The main control unit 40 is composed of a microcomputer and its peripheral circuits, and estimates (detects) the rotation speed N of the motor 3 based on the detection result of the current detection unit 41, and drives each switch element of the inverters 20 and 30 on and off according to each of the drive signals generated by the PWM signal generation unit 44.

主制御部40は、リレー接点12a,13aの開放により相巻線Lu,Lv,Lwの他端を非接続状態としてインバータ20,30を互いに連係してPWMスイッチングするオープン巻線モード、及びリレー接点12a,13aの閉成により相巻線Lu,Lv,Lwの他端を相互接続してインバータ20を単独でPWMスイッチングするスター結線モードを、上記推定した回転速度Nおよび外部制御器50からのモード指令などに応じて選択的に設定する。例えば、モータ回転数Nが低くてモータ電流Iu,Iv,Iwが所定値未満となる低負荷時はスター結線モードを設定し、モータ回転数Nが上昇してモータ電流Iu,Iv,Iwの値が所定値以上となる高負荷時はオープン巻線モードを設定する。これによりモータの運転範囲全域で高効率が得られる。 The main control unit 40 selectively sets the open winding mode in which the other ends of the phase windings Lu, Lv, and Lw are disconnected by opening the relay contacts 12a and 13a, and the inverters 20 and 30 are linked together to perform PWM switching, and the star connection mode in which the other ends of the phase windings Lu, Lv, and Lw are interconnected by closing the relay contacts 12a and 13a, and the inverter 20 is PWM switched independently, depending on the estimated rotation speed N and the mode command from the external controller 50. For example, the star connection mode is set when the motor rotation speed N is low and the motor currents Iu, Iv, and Iw are below a predetermined value under low load, and the open winding mode is set when the motor rotation speed N increases and the motor currents Iu, Iv, and Iw are equal to or greater than a predetermined value under high load. This allows high efficiency to be achieved over the entire operating range of the motor.

主制御部40は、インバータ20,30の各直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子のオン,オフ駆動に際し、一方のスイッチ素子がオンすると他方のスイッチ素子はオフする相補的動作を行う。この際、直列接続された上側スイッチ素子および下側スイッチ素子が同時にオンしないように、いずれかのスイッチ素子をオフからオンに変更する際には両スイッチ素子が共にオフするデッドタイムtdを確保する。 When driving the upper and lower switch elements in each series circuit of the inverters 20 and 30 on and off, the main control unit 40 performs a complementary operation in which when one switch element is turned on, the other switch element is turned off. In this case, when changing one of the switch elements from off to on, a dead time td is ensured during which both switch elements are turned off, so that the upper and lower switch elements connected in series are not turned on at the same time.

主制御部40は、リレー接点12a,13aの開閉作動に際し、その閉動作前にリレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evw,Ewuが0となるよう、インバータ30のPWMスイッチングの変調率を0%へと変更してインバータ30における各上側スイッチ素子と各下側スイッチ素子とを所定のオン,オフデューティたとえばオン,オフデューティ50%で交互にオン,オフする疑似中性点動作を実行する。 When relay contacts 12a, 13a are opened or closed, the main control unit 40 changes the modulation rate of the PWM switching of the inverter 30 to 0% so that the line voltages Euv, Evw, Ewu applied to the relay contacts 12a, 13a become 0 before the closing operation, and executes a pseudo-neutral point operation in which each upper switch element and each lower switch element in the inverter 30 are alternately turned on and off with a predetermined on/off duty, for example, an on/off duty of 50%.

主制御部40は、この疑似中性点動作を実行に伴い、キヤリア周波数切替部45を制御することでインバータ20,30のPWMスイッチングのキャリア周波数を通常の値(第2所定値)たとえば5KHzより低い値(第1所定値)たとえば4KHzに低下させる。 When the main control unit 40 executes this pseudo neutral point operation, it controls the carrier frequency switching unit 45 to lower the carrier frequency of the PWM switching of the inverters 20, 30 to a value (first predetermined value) that is lower than the normal value (second predetermined value), for example 5 KHz, for example 4 KHz.

つぎに、主制御部40が実行する主要な制御を図2のフローチャート、図3・図4のタイムチャート、および図5・図6の波形図を参照しながら説明する。フローチャート中のステップS1,S2…については単にS1,S2…と略称する。 Next, the main controls executed by the main control unit 40 will be explained with reference to the flowchart in FIG. 2, the time charts in FIG. 3 and FIG. 4, and the waveform diagrams in FIG. 5 and FIG. 6. Steps S1, S2, etc. in the flowchart will be abbreviated simply as S1, S2, etc.

モータ3の駆動中、主制御部40は、オープン巻線モードからスター結線モードへの切替えが必要か否かを確認するとともに(S1)、スター結線モードからオープン巻線モードへの切替えが必要か否かを確認する(S10)。 While the motor 3 is being driven, the main control unit 40 checks whether it is necessary to switch from the open winding mode to the star connection mode (S1), and checks whether it is necessary to switch from the star connection mode to the open winding mode (S10).

オープン巻線モードからスター結線モードへの切替えが必要な場合(S1のYES)、主制御部40は、インバータ20の出力電圧がそれまでの2倍となるようインバータ20のPWMスイッチングの変調率を増加方向へ徐々に変更するとともに、インバータ30の出力電圧が0となるようインバータ30のPWMスイッチングの変調率を0%へと徐々に変更し(S2)、これら変更の完了を確認する(S3)。 If it is necessary to switch from the open winding mode to the star connection mode (YES in S1), the main control unit 40 gradually increases the modulation rate of the PWM switching of the inverter 20 so that the output voltage of the inverter 20 becomes twice as high as before, and gradually changes the modulation rate of the PWM switching of the inverter 30 to 0% so that the output voltage of the inverter 30 becomes 0 (S2), and confirms that these changes are complete (S3).

インバータ30のPWMスイッチングの変調率を0%へと変更することにより、インバータ30における各上側スイッチ素子と各下側スイッチ素子とをオン,オフデューティ50%で交互にオン,オフする疑似中性点動作が実行される。これにより、線間電圧Euv,Evw,Ewuが0に近づく。 By changing the modulation rate of the PWM switching of the inverter 30 to 0%, a pseudo-neutral point operation is performed in which each upper switch element and each lower switch element in the inverter 30 are alternately turned on and off with an on/off duty of 50%. This causes the line voltages Euv, Evw, and Ewu to approach 0.

上記変調率の変更が完了したとき(S3のYES)、主制御部40は、疑似中性点動作に入ったとの判断の下に、インバータ20,30のPWMスイッチングのキャリア周波数を通常の5KHzより低い4KHzに低下する(S4)。 When the above change in modulation rate is complete (YES in S3), the main control unit 40 determines that pseudo-neutral point operation has been entered and reduces the carrier frequency of the PWM switching of the inverters 20, 30 to 4 KHz, lower than the normal 5 KHz (S4).

このキャリア周波数の低下後、主制御部40は、リレー12,13をオン(付勢)する(S5)。そして、このリレー12,13のオンから実際にリレー接点12a,13aが閉成するまでに要する時間よりも長い一定時間t1がタイマー43の計時により経過した後(S6のYES)、主制御部40は、キャリア周波数切替部45を制御してインバータ20,30のPWMスイッチングのキャリア周波数を上記4KHzから通常の5KHzに戻す(S7)。続いて、主制御部40は、インバータ30のスイッチングを停止し(S8)、かつインバータ20の単独のPWMスイッチングを開始し(S9)、これによりスター結線モードへと移行する。この移行後、主制御部40は、上記S1,S10の判定に戻る。 After this reduction in carrier frequency, the main control unit 40 turns on (energizes) the relays 12 and 13 (S5). Then, after a certain time t1, which is longer than the time required from when the relays 12 and 13 are turned on until the relay contacts 12a and 13a actually close, has elapsed as measured by the timer 43 (YES in S6), the main control unit 40 controls the carrier frequency switching unit 45 to return the carrier frequency of the PWM switching of the inverters 20 and 30 from the above 4 KHz to the normal 5 KHz (S7). Next, the main control unit 40 stops the switching of the inverter 30 (S8) and starts the independent PWM switching of the inverter 20 (S9), thereby transitioning to the star connection mode. After this transition, the main control unit 40 returns to the judgments of S1 and S10 above.

上記疑似中性点動作の実行中、例えば図1に実線矢印で示すように、相巻線Lu,Lvからインバータ30の相互接続点Yu,Yvに向かってモータ電流Iu,Ivが流れ、インバータ30の相互接続点Ywから相巻線Lwに向かってモータ電流Iwが流れるタイミングにおいて、インバータ20,30のPWMスイッチングのキャリア周波数が通常の5KHz(キャリア周期Tが200μsec)のままであれば、リレー接点12aに加わる線間電圧Euvは0となるが、リレー接点13aに加わる線間電圧Evwは図4に示すように上側スイッチ素子と下側スイッチ素子が共にオフするデッドタイムtdの期間で0とならない。 During the execution of the pseudo-neutral point operation, for example, as shown by the solid arrows in FIG. 1, at the timing when motor currents Iu and Iv flow from phase windings Lu and Lv to interconnection points Yu and Yv of inverter 30 and motor current Iw flows from interconnection point Yw of inverter 30 to phase winding Lw, if the carrier frequency of the PWM switching of inverters 20 and 30 remains at the normal 5 KHz (carrier period T is 200 μsec), the line voltage Euv applied to relay contact 12a will be 0, but the line voltage Evw applied to relay contact 13a will not be 0 during the dead time td when both the upper and lower switch elements are off, as shown in FIG. 4.

この理由は、モータ電流Iu,Ivの流れ方向とモータ電流Iwの流れ方向とが異なること、および上側スイッチ素子Tua,Tva,Twaおよび下側スイッチ素子Tub,Tvb,Twbのいずれかの還流ダイオードDを通って電流経路が形成されることで、上側スイッチ素子Twaの両端電圧(コレクタ・エミッタ間電圧)Vwaと下側スイッチ素子Twbの両端電圧(コレクタ・エミッタ間電圧)Vwbとで定まる相互接続点Ywの電位と、上側スイッチ素子Tua,Tvaのそれぞれ両端電圧(コレクタ・エミッタ間電圧Vua,Vva)と下側スイッチ素子Tub,Tvbのそれぞれ両端電圧(コレクタ・エミッタ間電圧)Vub,Vvbとで定まる相互接続点Yu,Yvの電位とが、デッドタイムtdの期間だけ互いに異なる値となるからである。 The reason for this is that the flow direction of the motor currents Iu and Iv is different from the flow direction of the motor current Iw, and a current path is formed through the freewheeling diode D of either the upper switch element Tua, Tva, Twa or the lower switch element Tub, Tvb, Twb, so that the potential of the interconnection point Yw, which is determined by the voltage (collector-emitter voltage) Vwa across the upper switch element Twa and the voltage (collector-emitter voltage) Vwb across the lower switch element Twb, and the potential of the interconnection points Yu and Yv, which are determined by the voltages (collector-emitter voltages Vua and Vva) across the upper switch elements Tua and Tva and the voltages (collector-emitter voltages) Vub and Vvb across the lower switch elements Tub and Tvb, respectively, have different values only during the dead time td.

仮に、線間電圧Evwが0とならないタイミングとリレー接点13aが閉成するタイミングとが偶然に重なると、線間電圧Evwが0Vまで急激に下降することにより、リレー接点13aの両端間に放電が生じたり、リレー接点13a間に存在する微小な容量成分を通して急峻な高周波電流が流れる。すなわち、インバータ30における上側スイッチ素子Tvaおよび下側スイッチ素子TwbであるIGBTの出力容量(Output Capacitance)すなわちコレクタ・エミッタ間容量が充電されることで、上側スイッチ素子Tvaおよび下側スイッチ素子Twbがオフであるにもかかわらず、上側スイッチ素子Tvaおよび下側スイッチ素子Twbのそれぞれ両端電圧が通常のスイッチング動作時の何倍もの速さで急増する。このとき、上側スイッチ素子Tvaおよび下側スイッチ素子Twbのそれぞれコレクタ・ゲート間寄生容量を通して高周波電流が流れる。 If the timing when the line voltage Evw is not 0 coincides with the timing when the relay contact 13a is closed, the line voltage Evw will suddenly drop to 0V, causing a discharge between both ends of the relay contact 13a, or a steep high-frequency current will flow through the small capacitance component between the relay contact 13a. That is, the output capacitance (output capacitance) of the IGBTs, which are the upper switch element Tva and the lower switch element Twb in the inverter 30, i.e., the collector-emitter capacitance, is charged, and even though the upper switch element Tva and the lower switch element Twb are off, the voltages at both ends of the upper switch element Tva and the lower switch element Twb rapidly increase several times faster than during normal switching operation. At this time, a high-frequency current flows through the collector-gate parasitic capacitance of the upper switch element Tva and the lower switch element Twb.

この高周波電流は、上側スイッチ素子Tvaおよび下側スイッチ素子Twbのそれぞれゲート・エミッタ間寄生容量を通ってそれぞれのエミッタ側へと流れていく。その際、上側スイッチ素子Tvaおよび下側スイッチ素子Twbのそれぞれゲート・エミッタ間電圧に高周波ノイズが重畳する。下側スイッチ素子Tvbおよび上側スイッチ素子Twaにおいてはそれぞれの両端電圧が通常のスイッチングの何倍もの速さで急減し、上記と同様の原理にて各スイッチ素子のゲート部に高周波ノイズが重畳する。これらの高周波ノイズのレベルが高かったり、あるいはその高周波ノイズの発生頻度が高いと、各スイッチ素子を駆動する駆動回路の誤動作や、その駆動回路の発振による熱破壊やゲート部の過電圧破壊に至る可能性がある。以上は線間電圧Evwの例で説明したが、この現象はいずれの相間においても発生する。 This high-frequency current flows through the parasitic capacitance between the gate and emitter of each of the upper switch element Tva and the lower switch element Twb to the emitter side. At that time, high-frequency noise is superimposed on the gate-emitter voltage of each of the upper switch element Tva and the lower switch element Twb. In the lower switch element Tvb and the upper switch element Twa, the voltage across each of them suddenly decreases several times faster than normal switching, and high-frequency noise is superimposed on the gate of each switch element by the same principle as above. If the level of this high-frequency noise is high or the frequency of occurrence of the high-frequency noise is high, it may cause malfunction of the drive circuit that drives each switch element, or lead to thermal destruction due to oscillation of the drive circuit or overvoltage destruction of the gate. The above was explained using the example of the line voltage Evw, but this phenomenon occurs between any phases.

ここで、オープン巻線モードにおいては、インバータ20とインバータ30の同相(コモンモード)電圧の差分で発生する零軸電圧がモータ3に印加されることで各相に同相(コモンモード)で流れる成分である零軸電流Ioが流れる。この零軸電流Ioは、モータ電流Iu,Iv,Iwの各相に同じ方向で、かつ同じ値として重畳する。この零軸電流Ioは、インバータ20,30のPWMスイッチングのキャリア周波数が低いほど大きな値となる。 In the open winding mode, a zero-axis voltage generated by the difference between the in-phase (common mode) voltages of inverters 20 and 30 is applied to motor 3, causing a zero-axis current Io, which is a component that flows in phase (common mode) in each phase. This zero-axis current Io is superimposed on each phase of motor currents Iu, Iv, and Iw in the same direction and with the same value. The lower the carrier frequency of the PWM switching of inverters 20 and 30, the larger the value of this zero-axis current Io.

そこで、疑似中性点動作の実行中、モータ電流Iu,Iv,Iwが上記同様に図1の実線矢印の方向に流れるタイミングにおいて、インバータ20,30のPWMスイッチングのキャリア周波数が通常の5KHzより低い4KHz(キャリア周期Tが250μsec)とすれば、図1に破線矢印で示すように、インバータ30の相互接続点Yu,Yv,Ywから相巻線Lu,Lv,Lwに向かって流れる零軸電流Ioのリプル成分が通常の5KHz時より増加する。このとき、相巻線Lwに向かう零軸電流Ioは実線矢印で示すモータ電流Iwと流れ方向が同じであり、相巻線Lu,Lvに向かう零軸電流Io,Ioは実線矢印で示すモータ電流Iu,Ivと流れ方向が逆でしかもモータ電流Iu,Ivの値より上記リプル成分の増加分だけ大きくなる。 Therefore, during pseudo-neutral point operation, if the carrier frequency of the PWM switching of the inverters 20 and 30 is 4 KHz (carrier period T is 250 μsec), lower than the normal 5 KHz, at the timing when the motor currents Iu, Iv, and Iw flow in the direction of the solid arrows in Figure 1 as described above, as shown by the dashed arrows in Figure 1, the ripple component of the zero-axis current Io flowing from the interconnection points Yu, Yv, and Yw of the inverter 30 to the phase windings Lu, Lv, and Lw increases compared to the normal 5 KHz. At this time, the zero-axis current Io flowing toward the phase winding Lw has the same flow direction as the motor current Iw shown by the solid arrow, and the zero-axis currents Io and Io flowing toward the phase windings Lu and Lv have the opposite flow direction to the motor currents Iu and Iv shown by the solid arrows, and are larger than the value of the motor currents Iu and Iv by the increase in the ripple component.

この時点の零軸電流Io,モータ電流Iu,Iv,Iw、線間電圧Evwの関係、および時間的に拡大した線間電圧Evwの波形を図5に示す。すなわち、キャリア周波数を低下したことにより、モータ電流Iu,Iv,Iwより大きい零軸電流Ioがモータ電流Iu,Iv,Iwに対し支配的に流れる。この零軸電流Ioのリプル成分がモータ電流Iu、Iv、Iwの基本波成分よりも大きい場合、モータ電流Iu、Iv、Iwの流れ方向が一致し、疑似中性点動作の実行中に、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならない期間の発生を防ぐことができる、あるいは、線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならない期間を短縮することができる。 Figure 5 shows the relationship between the zero-axis current Io, motor currents Iu, Iv, Iw, and line voltage Evw at this point, and the waveform of the line voltage Evw expanded over time. In other words, by lowering the carrier frequency, the zero-axis current Io, which is larger than the motor currents Iu, Iv, Iw, flows dominantly relative to the motor currents Iu, Iv, Iw. When the ripple component of this zero-axis current Io is larger than the fundamental component of the motor currents Iu, Iv, Iw, the flow directions of the motor currents Iu, Iv, Iw are the same, and the occurrence of a period in which the line voltages Euv, Evw, Ewu applied to the relay contacts 12a, 13a are not zero during the execution of the pseudo-neutral point operation can be prevented, or the period in which the line voltages Euv, Evw, Ewu are not zero can be shortened.

線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならない期間を短縮すれば、線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならない期間とリレー接点12a,13aの閉成のタイミングとが重なる確率を低減することができる。これにより、リレー接点12a,13aの両端間にサージ電圧やアーク放電が発生したり、高周波電流が流れるなどの不具合を生じる可能性を低くできる。よってインバータ20,30の各スイッチ素子が破壊に至る可能性も低くなる。 By shortening the period during which the line voltages Euv, Evw, and Ewu are not zero, it is possible to reduce the probability that the period during which the line voltages Euv, Evw, and Ewu are not zero will overlap with the timing of closing the relay contacts 12a and 13a. This reduces the possibility of problems such as the occurrence of surge voltages or arc discharges between both ends of the relay contacts 12a and 13a, or the flow of high-frequency current. This also reduces the possibility of the switch elements of the inverters 20 and 30 being destroyed.

ちなみに、キャリア周波数を低下させない場合は、図6に示すように、零軸電流Ioがそれほど大きくならないので、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evwが0とならない期間が長期に渡って発生する。 Incidentally, if the carrier frequency is not reduced, as shown in Figure 6, the zero-axis current Io does not become very large, so there is a long period of time during which the line voltages Euv and Evw applied to the relay contacts 12a and 13a do not become zero.

なお、キャリア周波数を低減することに加え、例えばリレー接点12a,13aの配線長を所定以上に長くしてリレー接点12a,13aの通電路に所定のインピーダンス成分を持たせる構成を採用すれば、たとえ線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならない期間とリレー接点12a,13aの閉成のタイミングとが重なっても、リレー接点12a,13aの両端間にサージ電圧やアーク放電が発生したり高周波電流が流れるなどの不具合を解消することができる。 In addition to reducing the carrier frequency, if a configuration is adopted in which the wiring length of the relay contacts 12a, 13a is made longer than a predetermined length to give the current path of the relay contacts 12a, 13a a predetermined impedance component, it is possible to eliminate problems such as surge voltages and arc discharges occurring between both ends of the relay contacts 12a, 13a and high-frequency currents flowing, even if the period during which the line voltages Euv, Evw, and Ewu do not become zero overlaps with the timing of closing the relay contacts 12a, 13a.

一方、スター結線モードからオープン巻線モードへの切替えが必要な場合(S1のNO,S10のYES)、主制御部40は、インバータ20の出力電圧がそれまでの1/2倍となるようインバータ20のPWMスイッチングの変調率を減少方向へ徐々に変更するとともに、インバータ30の出力電圧が0となるようインバータ30のPWMスイッチングを変調率0%で開始し(S11)、上記変調率の変更の完了を確認する(S12)。インバータ30のPWMスイッチングを変調率0%で開始することにより、インバータ30においてオン,オフデューティ50%の疑似中性点動作が開始となる。 On the other hand, if it is necessary to switch from star connection mode to open winding mode (NO in S1, YES in S10), the main control unit 40 gradually decreases the modulation rate of the PWM switching of the inverter 20 so that the output voltage of the inverter 20 becomes 1/2 of what it was before, starts the PWM switching of the inverter 30 at a modulation rate of 0% so that the output voltage of the inverter 30 becomes 0 (S11), and confirms the completion of the change in the modulation rate (S12). By starting the PWM switching of the inverter 30 at a modulation rate of 0%, a pseudo-neutral point operation with an on/off duty of 50% is started in the inverter 30.

上記変調率の変更が完了したとき(S3のYES)、主制御部40は、疑似中性点動作に入ったとの判断の下に、インバータ20,30のPWMスイッチングのキャリア周波数を通常の5KHzから上記4KHzに低下する(S13)。 When the change in modulation rate is complete (YES in S3), the main control unit 40 determines that pseudo-neutral point operation has been entered and reduces the carrier frequency of the PWM switching of the inverters 20, 30 from the normal 5 KHz to the above 4 KHz (S13).

このキャリア周波数の低下後、主制御部40は、リレー12,13をオフする(S14)。そして、このリレー12,13のオフから実際にリレー接点12a,13aが開放するまでに要する時間よりも長い一定時間t2がタイマー43の計時により経過した後(S15のYES)、主制御部40は、インバータ20,30のPWMスイッチングのキャリア周波数を上記4KHzから上記5KHzに戻す(S16)。続いて、主制御部40は、インバータ20,30の出力電圧が上記S11による変更前のインバータ20の出力電圧と同じ(1倍)となるようインバータ20,30のPWMスイッチングの変調率を徐々に変更し(S17)、その変更の完了を確認する(S18)。変更が完了すると(S18のYES)、主制御部40は、疑似中性点動作が終了したとの判断の下に、インバータ20,30の連係のPWMスイッチングを開始し(S19)、これによりオープン巻線モードに移行する。この移行後、主制御部40は、上記S1,S10の判定に戻る。 After this carrier frequency is lowered, the main control unit 40 turns off the relays 12 and 13 (S14). Then, after a certain time t2, which is longer than the time required from turning off the relays 12 and 13 until the relay contacts 12a and 13a actually open, has elapsed as measured by the timer 43 (YES in S15), the main control unit 40 returns the carrier frequency of the PWM switching of the inverters 20 and 30 from the above 4 KHz to the above 5 KHz (S16). Next, the main control unit 40 gradually changes the modulation rate of the PWM switching of the inverters 20 and 30 so that the output voltage of the inverters 20 and 30 becomes the same (1x) as the output voltage of the inverter 20 before the change in S11 (S17), and confirms the completion of the change (S18). When the change is completed (YES in S18), the main control unit 40, upon determining that the pseudo neutral point operation has ended, starts the PWM switching of the inverters 20 and 30 in conjunction (S19), thereby transitioning to the open winding mode. After this transition, the main control unit 40 returns to the judgments in S1 and S10 above.

このオープン巻線モードへの移行に際しても、疑似中性点動作を実行しかつキャリア周波数を低下することにより、モータ電流Iu,Iv,Iwより大きい零軸電流Ioがモータ電流Iu,Iv,Iwに対し支配的に流れる。これにより、疑似中性点動作の実行中に、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evwが0とならない期間の発生を防ぐことができる、あるいは発生期間を短縮できる。 Even when transitioning to this open winding mode, by performing pseudo-neutral point operation and lowering the carrier frequency, the zero-axis current Io, which is larger than the motor currents Iu, Iv, and Iw, flows predominantly relative to the motor currents Iu, Iv, and Iw. This makes it possible to prevent or shorten the occurrence of periods during which the line voltages Euv and Evw applied to the relay contacts 12a and 13a do not become zero while the pseudo-neutral point operation is being performed.

線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならない期間を短縮できるので、線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならない期間とリレー接点12a,13aの開放のタイミングとが重なる確率を低減することができる。これにより、リレー接点12a,13aの両端間にサージ電圧やアーク放電が発生したり高周波電流が流れるなどの不具合を生じる可能性が低くなり、よってインバータ20,30の各スイッチ素子が破壊に至る可能性も低くなる。 The period during which the line voltages Euv, Evw, and Ewu are not zero can be shortened, reducing the probability that the period during which the line voltages Euv, Evw, and Ewu are not zero will overlap with the timing of opening the relay contacts 12a and 13a. This reduces the possibility of problems such as surge voltages or arc discharges occurring between both ends of the relay contacts 12a and 13a or high-frequency currents flowing, and therefore reduces the possibility of each switch element of the inverters 20 and 30 being destroyed.

上記一定時間t1,t2は互いに同じ時間でよく、かつ、できるだけ短い時間にすることが望ましい。機械式のリレー12,13の場合、励磁電流による付勢と消勢から実際にリレー接点12a,13aが開閉するまでに10~30msecの遅延がある。これを考慮すると、一定時間t1,t2は50msec~100msec程度が望ましい。 The above-mentioned fixed times t1 and t2 may be the same, and it is desirable to make them as short as possible. In the case of mechanical relays 12 and 13, there is a delay of 10 to 30 msec from the energization and deenergization by the excitation current until the relay contacts 12a and 13a actually open and close. Taking this into consideration, it is desirable for the fixed times t1 and t2 to be around 50 msec to 100 msec.

なお、機械式のリレー接点12a,13aに代えて半導体スイッチ素子を用いた場合、その半導体スイッチ素子のオンタイミングをμsec単位で制御することが可能である。このため、上記した問題は発生しないが、半導体スイッチ素子はリレーに較べるとオン抵抗が大きく、しかもスター結線時は半導体スイッチ素子に常に電流が流れるため、損失が大きくなり、放熱対策を施さねばならなくなる等の課題がある。
本実施形態では、抵抗が非常に小さい機械式のリレー接点12a,13aを用いるので、損失がほぼ発生せず、放熱対策も不要である。
If a semiconductor switch element is used instead of the mechanical relay contacts 12a, 13a, it is possible to control the ON timing of the semiconductor switch element in units of μsec. Therefore, the above problem does not occur, but the semiconductor switch element has a larger ON resistance than a relay, and since a current always flows through the semiconductor switch element during star connection, there are problems such as large losses and the need to take measures against heat dissipation.
In this embodiment, since the mechanical relay contacts 12a, 13a having extremely low resistance are used, almost no loss occurs and no heat dissipation measures are required.

[2]第2実施形態
第2実施形態は、主制御部40の機能が第1実施形態と少し異なり、その他の構成は第1実施形態の図1と同じである。その同一部分の説明については省略する。
主制御部40は、リレー接点12a,13aの開閉作動に際し、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evw,Ewuが0となるよう、インバータ30のPWMスイッチングの変調率を0%へと変更してインバータ30における各上側スイッチ素子と各下側スイッチ素子とを所定のオン,オフデューティたとえば50%で交互にオン,オフする疑似中性点動作を実行する。
[2] Second embodiment
In the second embodiment, the function of the main control unit 40 is slightly different from that of the first embodiment, but the other configurations are the same as those of the first embodiment shown in Fig. 1. A description of the same parts will be omitted.
When the relay contacts 12a, 13a are opened and closed, the main control unit 40 changes the modulation rate of the PWM switching of the inverter 30 to 0% so that the line voltages Euv, Evw, Ewu applied to the relay contacts 12a, 13a become 0, thereby executing a pseudo-neutral point operation in which each upper switch element and each lower switch element in the inverter 30 are alternately turned on and off with a predetermined on/off duty, for example, 50%.

主制御部40は、疑似中性点動作の実行によって線間電圧Euv,Evw,Ewuが0に近づいたところで、インバータ30のオン,オフデューティを通常の50%から減少側(または増加側)に所定値たとえば3%だけシフトする。さらに、主制御部40は、キャリア周波数切替部45を制御してインバータ20,30のPWMスイッチングのキャリア周波数を通常の第2所定値たとえば5KHzより高い第3所定値たとえば6KHzに上昇する。 When the line voltages Euv, Evw, and Ewu approach 0 due to the execution of the pseudo neutral point operation, the main control unit 40 shifts the on/off duty of the inverter 30 from the normal 50% to the decreasing (or increasing) side by a predetermined value, for example, 3%. Furthermore, the main control unit 40 controls the carrier frequency switching unit 45 to increase the carrier frequency of the PWM switching of the inverters 20 and 30 to a third predetermined value, for example, 6 KHz, which is higher than the normal second predetermined value, for example, 5 KHz.

主制御部40が実行する主要な制御を図7のフローチャート、および図8~図13の波形図を参照しながら説明する。フローチャートにおいて、第1実施形態の図2と同一部分には同一符号を付している。 The main control executed by the main control unit 40 will be explained with reference to the flowchart in FIG. 7 and the waveform diagrams in FIG. 8 to FIG. 13. In the flowchart, the same parts as those in FIG. 2 of the first embodiment are given the same reference numerals.

オープン巻線モードにおいて、インバータ20,30のPWMスイッチングの変調率、線間電圧Euv,Evw,Ewu、モータ電流Iu,Iv,Iw、零軸電流Ioの関係は図8に示す状態となる。零軸電流Ioを1つだけ示しているが、実際にはこの零軸電流Ioが各相巻線Lu,Lv,Lwに流れる。 In the open winding mode, the relationship between the modulation rate of the PWM switching of the inverters 20 and 30, the line voltages Euv, Evw, and Ewu, the motor currents Iu, Iv, and Iw, and the zero-axis current Io is as shown in FIG. 8. Although only one zero-axis current Io is shown, in reality this zero-axis current Io flows through each phase winding Lu, Lv, and Lw.

オープン巻線モードからスター結線モードへの切替えが必要となった場合(S1のYES)、主制御部40は、モータ3の回転数を概ね維持するために、インバータ20の出力電圧がそれまでの2倍となるようインバータ20のPWMスイッチングの変調率を増加方向に徐々に変更するとともに、インバータ30の出力電圧が0となるようインバータ30のPWMスイッチングの変調率を0%へと徐々に変更し(S2)、これら変更の完了を確認する(S3)。 When it becomes necessary to switch from the open winding mode to the star connection mode (YES in S1), in order to roughly maintain the rotation speed of the motor 3, the main control unit 40 gradually increases the modulation rate of the PWM switching of the inverter 20 so that the output voltage of the inverter 20 becomes twice as high as before, and gradually changes the modulation rate of the PWM switching of the inverter 30 to 0% so that the output voltage of the inverter 30 becomes 0 (S2), and confirms that these changes are complete (S3).

これら変調率が変化する過程でのインバータ20,30のPWMスイッチングの変調率、線間電圧Euv,Evw,Ewu、モータ電流Iu,Iv,Iw、零軸電流Ioの関係を図9に示す。モータ電流Iu,Iv,Iwの0レベルを中心とする振幅および零軸電流Ioの0レベルを中心とする振幅が図8の場合より増えている。 Figure 9 shows the relationship between the modulation rate of the PWM switching of inverters 20 and 30, line voltages Euv, Evw, Ewu, motor currents Iu, Iv, Iw, and zero-axis current Io during the process in which these modulation rates change. The amplitudes of motor currents Iu, Iv, Iw centered on the 0 level and the amplitude of zero-axis current Io centered on the 0 level are increased compared to the case of Figure 8.

上記変調率の変更が完了したとき(S3のYES)、主制御部40は、疑似中性点動作に入ったとの判断の下に、インバータ30のオン,オフデューティをそれまでの50%から47%にシフトするとともに、インバータ30のPWMスイッチングのキャリア周波数を通常の5KHzより高い6KHzに上昇させる(S4´)。オン,オフデューティをシフトしても、線間電圧を0にするための疑似中性点動作は続くことに変わりはない。 When the above modulation rate change is complete (YES in S3), the main control unit 40 determines that pseudo-neutral point operation has been entered and shifts the on/off duty of the inverter 30 from 50% to 47%, while raising the carrier frequency of the inverter 30's PWM switching to 6 KHz, higher than the normal 5 KHz (S4'). Even if the on/off duty is shifted, the pseudo-neutral point operation to make the line voltage zero continues.

この時点におけるインバータ20,30のPWMスイッチングの変調率、線間電圧Euv,Evw,Ewu、モータ電流Iu,Iv,Iw、零軸電流Ioの関係を図10に示す。インバータ30のオン,オフデューティを47%にシフトしたことにより、相巻線Lu,Lv,Lwからインバータ30の相互接続点Yu,Yv,Ywに向かって零軸電流Io,Io,Ioが流れるとともに、その零軸電流Io,Io,Ioが振幅を増しながらその振幅全体が当初の0レベルを中心とするところから正レベル側へ徐々にシフトしていく。 The relationship between the modulation rate of the PWM switching of inverters 20 and 30, the line voltages Euv, Evw, and Ewu, the motor currents Iu, Iv, and Iw, and the zero-axis current Io at this point is shown in Figure 10. By shifting the on/off duty of inverter 30 to 47%, zero-axis currents Io, Io, and Io flow from phase windings Lu, Lv, and Lw to interconnection points Yu, Yv, and Yw of inverter 30, and the zero-axis currents Io, Io, and Io increase in amplitude, with the entire amplitude gradually shifting from the initial 0 level to the positive level side.

この零軸電流Ioの振幅のシフトに伴い、モータ電流Iu,Iv,Iwも振幅を増しながらその振幅全体が当初の0レベルを中心とするところから正レベル側へ徐々にシフトしていく。このモータ電流Iu,Iv,Iwのシフトが進むのに伴い、線間電圧Euv,Evw,Ewuが0に近づいていく。そして、図11に示すように、零軸電流Ioの振幅全体が0レベルから十分に離れたところで、モータ電流Iu,Iv,Iwの振幅全体も0レベルから十分に離れ、これにより線間電圧Euv,Evw,Ewuの発生を防ぐことができる、あるいは発生期間をほぼ0とできる。 As the amplitude of the zero-axis current Io shifts, the motor currents Iu, Iv, and Iw also increase in amplitude, gradually shifting from the initial 0 level to the positive level. As the motor currents Iu, Iv, and Iw shift, the line voltages Euv, Evw, and Ewu approach 0. Then, as shown in FIG. 11, when the entire amplitude of the zero-axis current Io is sufficiently far from the 0 level, the entire amplitudes of the motor currents Iu, Iv, and Iw are also sufficiently far from the 0 level, which makes it possible to prevent the generation of the line voltages Euv, Evw, and Ewu, or to reduce their generation period to almost zero.

こうして、線間電圧Euv,Evw,Ewuがほぼ0となるころ、主制御部40は、リレー12,13をオンする(S5)。このS5の処理のタイミングを図11中に矢印で示している。 When the line voltages Euv, Evw, and Ewu become approximately 0, the main control unit 40 turns on relays 12 and 13 (S5). The timing of this process in S5 is indicated by the arrow in Figure 11.

リレー12,13のオンから実際にリレー接点12a,13aが閉成するまでに要する時間よりも長い一定時間t1がタイマー43の計時により経過した後(S6のYES)、主制御部40は、オン,オフデューティの47%へのシフトを解除してオン,オフデューティを通常の50%に戻すとともに、インバータ30のPWMスイッチングのキャリア周波数を上記6KHzから通常の5KHzに戻す(S7´)。続いて、主制御部40は、インバータ30のスイッチングを停止し(S8)、かつインバータ20の単独のPWMスイッチングを開始し(S9)、これによりスター結線モードへと移行する。 After a certain time t1, which is longer than the time required from when relays 12, 13 are turned on until relay contacts 12a, 13a actually close, has elapsed as measured by timer 43 (YES in S6), the main control unit 40 cancels the shift to 47% on/off duty and returns the on/off duty to the normal 50%, and returns the carrier frequency of the PWM switching of inverter 30 from the above 6 KHz to the normal 5 KHz (S7'). Next, the main control unit 40 stops switching of inverter 30 (S8) and starts independent PWM switching of inverter 20 (S9), thereby transitioning to star connection mode.

この時点におけるインバータ20,30のPWMスイッチングの変調率、線間電圧Euv,Evw,Ewu、モータ電流Iu,Iv,Iw、零軸電流Ioの関係を図12に示す。上記S8の処理のタイミングを図12中に矢印で示している。 The relationship between the modulation rate of the PWM switching of the inverters 20 and 30, the line voltages Euv, Evw, and Ewu, the motor currents Iu, Iv, and Iw, and the zero-axis current Io at this point is shown in Figure 12. The timing of the processing in S8 above is indicated by an arrow in Figure 12.

以上のように、疑似中性点動作の実行中、インバータ30のオン,オフデューティを通常の50%から47%にシフトすることにより、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならない期間を短縮または解消できる。 As described above, by shifting the on/off duty of the inverter 30 from the normal 50% to 47% during pseudo-neutral point operation, the period during which the line voltages Euv, Evw, and Ewu applied to the relay contacts 12a and 13a do not become zero can be shortened or eliminated.

線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならない期間を短縮または解消できるので、線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならないままリレー接点12a,13aが閉成してしまう確率を低減することができる。これにより、リレー接点12a,13aの両端間にサージ電圧やアーク放電が発生したり高周波電流が流れるなどの不具合を生じる可能性が低くなり、よってインバータ20,30の各スイッチ素子が破壊に至る可能性も低くなる。 The period during which the line voltages Euv, Evw, and Ewu are not zero can be shortened or eliminated, reducing the probability that the relay contacts 12a and 13a will close before the line voltages Euv, Evw, and Ewu are not zero. This reduces the possibility of problems such as surge voltages or arc discharges occurring between both ends of the relay contacts 12a and 13a or high-frequency currents flowing, and therefore reduces the possibility of each switch element of the inverters 20 and 30 being destroyed.

なお、インバータ20,30が過電流保護回路を内蔵したIPMである場合、オン,オフデューティのシフトによって零軸電流Ioの振幅が増した際に、その過電流保護回路が動作してしまう可能性がある。この不要な動作を防ぐため、上記S4´の処理において、オン,オフデューティをシフトするのに伴い、インバータ30のPWMスイッチングのキャリア周波数を通常の5KHzより高い6KHzに上昇している。キャリア周波数を通常の5KHzより高い6KHzに上昇させることにより、零軸電流Ioのリプル成分が減少する。これにより、過電流保護回路の不要な動作を回避することができる。 If the inverters 20, 30 are IPMs with built-in overcurrent protection circuits, there is a possibility that the overcurrent protection circuits will operate when the amplitude of the zero-axis current Io increases due to a shift in the on/off duty. To prevent this unnecessary operation, in the process of S4' above, the carrier frequency of the PWM switching of the inverter 30 is increased to 6 KHz, higher than the normal 5 KHz, as the on/off duty is shifted. By increasing the carrier frequency to 6 KHz, higher than the normal 5 KHz, the ripple component of the zero-axis current Io is reduced. This makes it possible to avoid unnecessary operation of the overcurrent protection circuits.

図11のように、零軸電流Ioの振幅全体が0レベルから十分に離れた波形、モータ電流Iu,Iv,Iwの振幅全体も0レベルから十分に離れた波形、これにより線間電圧Euv,Evw,Ewuが0となる波形の一部を時間的に拡大して示したのが図13であり、線間電圧が発生している期間は存在しない。これに対し、図8や図9のようにオン,オフデューティのシフトがないときの波形の一部を時間的に拡大して示したのが図14であり、線間電圧が発生する期間が存在している。 As shown in Figure 11, the entire amplitude of the zero-axis current Io is sufficiently far from the 0 level, and the entire amplitude of the motor currents Iu, Iv, and Iw is also sufficiently far from the 0 level. As a result, Figure 13 shows an enlarged portion of the waveform where the line voltages Euv, Evw, and Ewu are 0, and there is no period during which line voltages are generated. In contrast, Figure 14 shows an enlarged portion of the waveform when there is no on-off duty shift, as in Figures 8 and 9, and there is a period during which line voltages are generated.

なお、オン,オフデューティをシフトすることに加え、例えばリレー接点12a,13aの配線長を所定以上に長くしてリレー接点12a,13aの通電路に所定のインピーダンス成分を持たせる構成を採用すれば、たとえ線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならない期間とリレー接点12a,13aの閉成のタイミングとが重なっても、リレー接点12a,13aの両端間にサージ電圧やアーク放電が発生したり高周波電流が流れるなどの不具合を生じる可能性を確実に解消することができる。 In addition to shifting the on/off duty, if a configuration is adopted in which the wiring length of the relay contacts 12a, 13a is made longer than a predetermined length to give the current path of the relay contacts 12a, 13a a predetermined impedance component, even if the period in which the line voltages Euv, Evw, and Ewu are not zero overlaps with the timing of closing the relay contacts 12a and 13a, it is possible to reliably eliminate the possibility of problems such as the generation of surge voltages or arc discharges between both ends of the relay contacts 12a and 13a or the flow of high-frequency current.

一方、スター結線モードからオープン巻線モードへの切替えが必要な場合(S1のNO,S10のYES)、主制御部40は、インバータ20の出力電圧がそれまでの1/2倍となるようインバータ20のPWMスイッチングの変調率を減少方向へ徐々に変更するとともに、インバータ30の出力電圧が0となるようインバータ30のPWMスイッチングを変調率0%で開始し(S11)、上記変調率の変更の完了を確認する(S12)。インバータ30のPWMスイッチングを変調率0%で開始することにより、インバータ30においてオン,オフデューティ50%の疑似中性点動作が開始となる。 On the other hand, if it is necessary to switch from star connection mode to open winding mode (NO in S1, YES in S10), the main control unit 40 gradually decreases the modulation rate of the PWM switching of the inverter 20 so that the output voltage of the inverter 20 becomes 1/2 of what it was before, starts the PWM switching of the inverter 30 at a modulation rate of 0% so that the output voltage of the inverter 30 becomes 0 (S11), and confirms the completion of the change in the modulation rate (S12). By starting the PWM switching of the inverter 30 at a modulation rate of 0%, a pseudo-neutral point operation with an on/off duty of 50% is started in the inverter 30.

上記変調率の変更が完了したとき(S3のYES)、主制御部40は、疑似中性点動作に入ったとの判断の下に、インバータ30のオン,オフデューティをそれまでの50%から47%にシフトするとともに、インバータ30のPWMスイッチングのキャリア周波数を通常の5KHzより高い6KHzに上昇する(S13´)。 When the above modulation rate change is complete (YES in S3), the main control unit 40 determines that pseudo-neutral point operation has been entered and shifts the on/off duty of the inverter 30 from 50% to 47%, and increases the carrier frequency of the PWM switching of the inverter 30 to 6 KHz, higher than the normal 5 KHz (S13').

このキャリア周波数の低下後、主制御部40は、リレー12,13をオフする(S14)。そして、このリレー12,13のオフから実際にリレー接点12a,13aが開放するまでに要する時間よりも長い一定時間t2がタイマー43の計時により経過した後(S15のYES)、主制御部40は、オン,オフデューティの47%へのシフトを解除してオン,オフデューティを通常の50%に戻すとともに、インバータ30のPWMスイッチングのキャリア周波数を上記6KHzから通常の5KHzに戻す(S16´)。 After this carrier frequency drop, the main control unit 40 turns off the relays 12 and 13 (S14). Then, after a certain time t2 has elapsed as measured by the timer 43, which is longer than the time required from when the relays 12 and 13 are turned off until the relay contacts 12a and 13a actually open (YES in S15), the main control unit 40 cancels the shift of the on/off duty to 47% and returns the on/off duty to the normal 50%, and returns the carrier frequency of the PWM switching of the inverter 30 from the above 6 KHz to the normal 5 KHz (S16').

続いて、主制御部40は、インバータ20,30の出力電圧が上記S11による変更前のインバータ20の出力電圧と同じ(1倍)となるようインバータ20,30のPWMスイッチングの変調率を徐々に変更し(S17)、その変更の完了を確認する(S18)。変更が完了すると(S18のYES)、主制御部40は、疑似中性点動作が終了したとの判断の下に、インバータ20,30の連係のPWMスイッチングを開始し(S19)、これによりオープン巻線モードに移行する。この移行後、主制御部40は、上記S1,S10の判定に戻る。 Then, the main control unit 40 gradually changes the modulation rate of the PWM switching of the inverters 20, 30 so that the output voltage of the inverters 20, 30 becomes the same (1x) as the output voltage of the inverter 20 before the change in S11 (S17), and confirms the completion of the change (S18). When the change is completed (YES in S18), the main control unit 40, upon determining that the pseudo neutral point operation has ended, starts PWM switching of the inverters 20, 30 in conjunction (S19), thereby transitioning to the open winding mode. After this transition, the main control unit 40 returns to the determinations in S1 and S10 above.

このオープン巻線モードへの移行に際しても、疑似中性点動作の実行中、インバータ30のオン,オフデューティを通常の50%から47%にシフトするので、リレー接点12a,13aに加わる線間電圧Euv,Evw,Ewuが0とならない期間を短縮または解消できる。 Even when switching to this open winding mode, the on/off duty of the inverter 30 is shifted from the normal 50% to 47% while the pseudo-neutral point operation is being performed, shortening or eliminating the period during which the line voltages Euv, Evw, and Ewu applied to the relay contacts 12a and 13a do not become zero.

なお、インバータ30のオン,オフデューティを減少側にシフトしたが、増加側の例えば53%にシフトしてもよい。オン,オフデューティを53%にシフトした場合、インバータ30の相互接続点Yu,Yv,Ywから相巻線Lu,Lv,Lwに向かって零軸電流Ioが流れ、その零軸電流Ioが振幅を増しながらその振幅全体が当初の0レベルを中心とするところから負レベル側へ徐々にシフトしていく。この零軸電流Ioの振幅のシフトに伴い、モータ電流Iu,Iv,Iwも振幅を増しながらその振幅全体が当初の0レベルを中心とするところから負レベル側へ徐々にシフトしていく。このモータ電流Iu,Iv,Iwのシフトが進むのに伴い、線間電圧Euv,Evw,Ewuが0に近づいていく。 Although the on-off duty of the inverter 30 has been shifted to the decreasing side, it may be shifted to the increasing side, for example, to 53%. When the on-off duty is shifted to 53%, the zero-axis current Io flows from the interconnection points Yu, Yv, Yw of the inverter 30 to the phase windings Lu, Lv, Lw, and while the zero-axis current Io increases in amplitude, the entire amplitude gradually shifts from the initial 0 level center to the negative level. As the amplitude of the zero-axis current Io shifts, the motor currents Iu, Iv, Iw also increase in amplitude and gradually shift from the initial 0 level center to the negative level. As the shift of the motor currents Iu, Iv, Iw progresses, the line voltages Euv, Evw, Ewu approach 0.

上記各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The above embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The new embodiments and modifications may be implemented in various other forms, and various omissions, rewrites, and modifications may be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications are within the spirit of the invention and are included in the scope of the claims and their equivalents.

2…駆動回路、3…オープン巻線モータ、Lu,Lv,Lw…相巻線、4…コントローラ、12,13…リレー(開閉器)、12a,13a…リレー接点(開閉接点)、20…インバータ(第1インバータ)、30…インバータ(第2インバータ)、40…主制御部 2...Drive circuit, 3...Open winding motor, Lu, Lv, Lw...Phase windings, 4...Controller, 12, 13...Relay (switch), 12a, 13a...Relay contact (switch contact), 20...Inverter (first inverter), 30...Inverter (second inverter), 40...Main control unit

Claims (4)

互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータのモータ駆動装置であって、
上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の一端に接続される第1インバータと、
上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の他端に接続される第2インバータと、
前記各相巻線の他端の相互間に接続された機械式の開閉接点を有する開閉器と、
前記開閉接点の開放により前記各相巻線の他端を非接続状態として前記第1および第2インバータを互いに連係してPWMスイッチングするオープン巻線モード、および前記開閉接点の閉成により前記各相巻線の他端を相互接続して前記第1インバータを単独でPWMスイッチングするスター結線モードを、選択的に設定するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記開閉器の作動に際し、前記第2インバータのPWMスイッチングの変調率を0%とする疑似中性点動作を実行するとともに、前記第1および第2インバータのPWMスイッチングのキャリア周波数を低下する、
モータ駆動装置。
A motor drive device for a motor having a plurality of phase windings that are not connected to each other,
a first inverter including a plurality of series circuits each including an upper switch element and a lower switch element, the interconnection points between the upper switch elements and the lower switch elements in each of the series circuits being connected to one end of each of the phase windings;
a second inverter including a plurality of series circuits each including an upper switch element and a lower switch element, the interconnection points between the upper switch elements and the lower switch elements in the series circuits being connected to the other end of each of the phase windings;
a switch having a mechanical switching contact connected between the other ends of the phase windings;
a controller that selectively sets an open winding mode in which the other ends of the phase windings are disconnected by opening the switching contacts and the first and second inverters are linked to each other and PWM switched, and a star connection mode in which the other ends of the phase windings are connected to each other by closing the switching contacts and the first inverter is independently PWM switched;
Equipped with
When the switch is operated, the controller executes a pseudo-neutral point operation in which a modulation rate of the PWM switching of the second inverter is set to 0%, and reduces a carrier frequency of the PWM switching of the first and second inverters.
Motor drive device.
互いに非接続状態の複数の相巻線を有するモータのモータ駆動装置であって、
上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の一端に接続される第1インバータと、
上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の直列回路を複数含み、これら直列回路における上側スイッチ素子と下側スイッチ素子の相互接続点が前記各相巻線の他端に接続される第2インバータと、
前記各相巻線の他端の相互間に接続された機械式の開閉接点を有する開閉器と、
前記開閉接点の開放により前記各相巻線の他端を非接続状態として前記第1および第2インバータを互いに連係してPWMスイッチングするオープン巻線モード、および前記開閉接点の閉成により前記各相巻線の他端を相互接続して前記第1インバータを単独でPWMスイッチングするスター結線モードを、選択的に設定するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記開閉器の作動に際し、前記第2インバータのPWMスイッチングの変調率を0%とする疑似中性点動作を実行するとともに、その第2インバータのPWMスイッチングのオン,オフデューティを減少側または増加側に所定値だけシフトする、
モータ駆動装置。
A motor drive device for a motor having a plurality of phase windings that are not connected to each other,
a first inverter including a plurality of series circuits each including an upper switch element and a lower switch element, the interconnection points between the upper switch elements and the lower switch elements in each of the series circuits being connected to one end of each of the phase windings;
a second inverter including a plurality of series circuits each including an upper switch element and a lower switch element, the interconnection points between the upper switch elements and the lower switch elements in the series circuits being connected to the other end of each of the phase windings;
a switch having a mechanical switching contact connected between the other ends of the phase windings;
a controller that selectively sets an open winding mode in which the other ends of the phase windings are disconnected by opening the switching contacts and the first and second inverters are linked to each other and PWM switched, and a star connection mode in which the other ends of the phase windings are connected to each other by closing the switching contacts and the first inverter is independently PWM switched;
Equipped with
When the switch is operated, the controller executes a pseudo neutral point operation in which the modulation rate of the PWM switching of the second inverter is set to 0%, and shifts the on/off duty of the PWM switching of the second inverter to a decreasing or increasing side by a predetermined value.
Motor drive device.
前記コントローラは、前記シフトに伴い、前記第1および第2インバータのPWMスイッチングのキャリア周波数を上昇する、
請求項2に記載のモータ駆動装置。
The controller increases a carrier frequency of PWM switching of the first and second inverters in accordance with the shift.
The motor drive device according to claim 2 .
前記モータは熱源機器の冷凍サイクル用圧縮機を駆動するモータである、
請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
The motor is a motor that drives a compressor for a refrigeration cycle of a heat source device.
The motor drive device according to any one of claims 1 to 3.
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