特許 7254160 モータ可変周波数駆動システム及びマルチエアコン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-30

(45)【発行日】2023-04-07

(54)【発明の名称】モータ可変周波数駆動システム及びマルチエアコン

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20230331BHJP

   H02P 21/22 20160101ALI20230331BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20230331BHJP

【ＦＩ】

H02P27/06

H02P21/22

H02M7/48 E

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021504368

(86)(22)【出願日】2019-05-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-11-25

(86)【国際出願番号】 CN2019089190

(87)【国際公開番号】W WO2020038038

(87)【国際公開日】2020-02-27

【審査請求日】2021-01-26

(31)【優先権主張番号】201810950544.2

(32)【優先日】2018-08-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】517416385

【氏名又は名称】広東美的暖通設備有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＧＤ ＭＩＤＥＡ ＨＥＡＴＩＮＧ ＆ ＶＥＮＴＩＬＡＴＩＮＧ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＣＯ．，ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｐｅｎｇｌａｉ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｒｏａｄ，Ｂｅｉｊｉａｏ，Ｓｈｕｎｄｅ Ｆｏｓｈａｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５２８３１１，Ｃｈｉｎａ

(73)【特許権者】

【識別番号】512237419

【氏名又は名称】美的集団股▲フン▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＤＥＡ ＧＲＯＵＰ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｂ２６－２８Ｆ， Ｍｉｄｅａ Ｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｎｏ．６ Ｍｉｄｅａ Ａｖｅｎｕｅ， Ｂｅｉｊｉａｏ， Ｓｈｕｎｄｅ， Ｆｏｓｈａｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５２８３１１ Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100205785

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼橋 史生

(74)【代理人】

【識別番号】100203297

【弁理士】

【氏名又は名称】橋口 明子

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100135301

【弁理士】

【氏名又は名称】梶井 良訓

(72)【発明者】

【氏名】周 超

(72)【発明者】

【氏名】小倉 健

(72)【発明者】

【氏名】▲錢▼ 雄

【審査官】谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１８１３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０３６４７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

Ｈ０２Ｐ ２１／２２

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

三相交流入力と、
三相交流入力に接続され、前記三相交流入力を直流出力に変換するための整流モジュールと、
前記直流出力の出力端の間に設けられるフィルムコンデンサと、
インバータの入力端が前記直流出力の出力端に接続され、前記インバータの出力端が三相交流モータに接続されるインバータと、
前記インバータに接続され、前記インバータを制御する制御指令を生成するためのベクトル制御モジュールと、
前記フィルムコンデンサ両端の直流バス電圧を収集するためのＡ／Ｄサンプリングモジュールと、
前記Ａ／Ｄサンプリングモジュールに接続され、前記直流バス電圧に対して定常処理を行い、前記ベクトル制御モジュールに補償パラメータを出力するための定常処理モジュールと、を含み、
前記定常処理モジュールは、
ローパスフィルタの一端が前記Ａ／Ｄサンプリングモジュールに接続され、前記直流バス電圧に対してローパスフィルタリングを行うためのローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタと並列に設けられ、ハイパスフィルタの一端が前記Ａ／Ｄサンプリングモジュールに接続され、前記直流バス電圧に対してハイパスフィルタリングを行うためのハイパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの他端、及び前記ハイパスフィルタの他端にそれぞれ接続され、補償指令を出力するためのトルク指令補正ユニットと、を含み、
前記ベクトル制御モジュールは、さらに、前記インバータに前記制御指令を出力するためのＳＶＰＷＭユニットを含み、
前記定常処理モジュールは、前記直流バス電圧における高周波成分を抽出し、相殺する高周波成分処理ユニットであって、高周波成分処理ユニットの一端が前記Ａ／Ｄサンプリングモジュールに接続され、高周波成分処理ユニットの他端が前記ＳＶＰＷＭユニットに接続され、前記ＳＶＰＷＭユニットから出力された前記制御指令を校正するための高周波成分処理ユニットをさらに含む、
ことを特徴とするモータ可変周波数駆動システム。

【請求項2】

前記ベクトル制御モジュールは、
入力された電圧と電流に基づいて前記モータの回転数を推定し、前記回転数をフィードバック回転数指令として決定するための回転数推定ユニットと、
モータに対する回転数制御指令と前記フィードバック回転数指令との差を初期指令に変換して、前記初期指令と前記補償指令に基づいて調整指令を生成するための回転数調整器と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ可変周波数駆動システム。

【請求項3】

前記ベクトル制御モジュールは、さらに、
入力された三相電流I_a、I_b及びI_cを三相静止座標系から二相静止座標系電流I_{α_fbk}とI_{β_fbk}に変換するためのＣｌａｒｋｅ座標変換ユニットと、
I_{α_fbk}とI_{β_fbk}を二相静止座標系から二相回転座標系でのフィードバック電流I_{d_fbk}とI_{q_fbk}に変換するためのＰａｒｋ座標変換ユニットと、を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ可変周波数駆動システム。

【請求項4】

前記三相交流モータが永久磁石同期モータである場合、
前記回転数推定ユニットは第１の回転数推定ユニットであり、前記第１の回転数推定ユニットの入力端が収集された前記モータのI_d、I_q、U_d及びU_qを受信することに用いられ、モータのI_d、I_q、U_d及びU_qに基づいて推定回転数を出力し、前記推定回転数をフィードバック回転数指令として決定する、
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ可変周波数駆動システム。

【請求項5】

前記補償指令をトルク補償指令とし、前記初期指令をトルク初期指令とすることで、前記調整指令をトルク制御指令として決定し、前記ベクトル制御モジュールは、さらに、
最大トルク電流比ユニットの入力端が前記トルク制御指令を入力するために用いられ、前記最大トルク電流比ユニットの出力端が二相回転座標系でのトルク電流制御指令I_{d_ref}とI_{q_ref}を出力するための最大トルク電流比ユニットをさらに含む、
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ可変周波数駆動システム。

【請求項6】

前記三相交流モータが交流非同期モータである場合、
前記回転数推定ユニットは第２の回転数推定ユニットであり、前記第２の回転数推定ユニットの入力端が収集された前記モータのI_α、I_β、U_α及びU_βを受信することに用いられ、モータのI_α、I_β、U_α及びU_βに基づいて推定回転数を出力し、前記推定回転数とスリップ回転数との和を前記フィードバック回転数指令として決定する、
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ可変周波数駆動システム。

【請求項7】

前記補償指令をトルク電流補償指令とし、前記初期指令をトルク電流初期指令とすることで、前記調整指令をトルク電流制御指令I_{d_ref}とI_{q_ref}として決定する、
ことを特徴とする請求項６に記載のモータ可変周波数駆動システム。

【請求項8】

前記ベクトル制御モジュールは、
電流調整器の入力端がI_{d_ref}とI_{d_fbk}との差、及びI_{q_ref}とI_{q_fbk}との差をそれぞれ入力し、前記電流調整器の出力端が前記ＳＶＰＷＭユニットに制御電圧V_dとV_qを出力するための電流調整器をさらに含む、
ことを特徴とする請求項５または７に記載のモータ可変周波数駆動システム。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一項に記載のモータ可変周波数駆動装置を含む、
ことを特徴とするマルチエアコン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、モータの分野に関し、具体的には、モータ可変周波数駆動システム、マルチエアコン、永久磁石モータ駆動システム、永久磁石同期モータ及びコンピュータ可読記憶媒体に関する。

【0002】

「関連出願の相互参照」
本願は、出願番号が２０１８１０９５０５４４．２であり、２０１８年８月２０日に中国特許庁に出願された中国特許出願の優先権を主張し、その内容全体が援用により本願に組み込まれる。
本願は、モータの分野に関し、具体的には、モータ可変周波数駆動システム、マルチエアコン、永久磁石モータ駆動システム、永久磁石同期モータ及びコンピュータ可読記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0003】

従来の三相入力三相出力のＡＣ－ＤＣ－ＡＣハイパワーモータ可変周波数駆動システムは、モータを可変電圧可変周波数に達させるように、入力側から独立して出力側に可変電圧と可変周波数を提供することができ、その入力ＡＣ交流側は、費用便益のために、通常ダイオードブリッジ整流器で構成され、その出力ＡＣ交流側は典型的なＰＷＭインバータで構成され、２つのＡＣ側間のＤＣ－Ｌｉｎｋは大容量電解コンデンサを介して互いに接続され、このＤＣ－Ｌｉｎｋの大容量電解コンデンサは周波数と電圧の異なる２つのＡＣ側の電気量のデッカプリングに重要な役割を果たす。

【0004】

関連技術では、このような周波数変換器のＤＣ－Ｌｉｎｋの電解コンデンサ自体は体積が大きく、他の素子を大きなサージ電流から保護するように、不可欠な予備充電回路を必要とし、このような構造により、モータ可変周波数駆動システム全体がかなり大きく、重くて高価になる。

【0005】

また、電解コンデンサは駆動システムにおける他の電子部品より寿命がはるかに短く、電解コンデンサの寿命はモータのモータ可変周波数駆動システム全体の寿命を決定することができるため、電解コンデンサの寿命及び容量減衰はモータ可変周波数駆動システムの寿命に大きな影響を与える。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記技術的問題の少なくとも１つを解決するために、本願の１つの目的はモータ可変周波数駆動システムを提供することにある。

【0007】

本願の別の目的はマルチエアコンを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本願の第１の態様の技術的解決手段にて提供されるモータ可変周波数駆動システムは、三相交流入力と、三相交流入力に接続され、三相交流入力を直流出力に変換するための整流モジュールと、直流出力の出力端の間に設けられるフィルムコンデンサと、インバータの入力端が直流出力の出力端に接続され、インバータの出力端が三相交流モータに接続されるインバータと、インバータに接続され、インバータを制御する制御指令を生成するためのベクトル制御モジュールと、フィルムコンデンサ両端の直流バス電圧を収集するためのＡ／Ｄサンプリングモジュールと、Ａ／Ｄサンプリングモジュールに接続され、直流バス電圧に対して定常処理を行い、ベクトル制御モジュールに補償パラメータを出力するための定常処理モジュールと、を含む。

【0009】

当該技術的解決手段において、通常、フィルムコンデンサを用いてＤＣ－Ｌｉｎｋにおける大容量電解コンデンサを代替することにより、両側の三相入力と三相出力との間における異なる周波数と電圧のデカップリングの要求を満たし、周波数変換器全体の体積を小さくし、製造コストを低減することに役立ち、定常処理モジュールを設けることにより、大容量電解コンデンサの除去によるシステムの安定性と制御性の低下を補い、モータ可変周波数駆動システムの性能を低下させることなく、制御の安定性を保証することができる。

【0010】

ただし、定常処理モジュールは制御アルゴリズムによって実現することができる。

【0011】

また、本願にて提供される上記実施例におけるモータ可変周波数駆動システムは、さらに、以下の付加的な技術的特徴を有する。

【0012】

上記技術的解決手段において、定常処理モジュールは、ローパスフィルタの一端がＡ／Ｄサンプリングモジュールに接続され、直流バス電圧に対してローパスフィルタリングを行うためのローパスフィルタと、ローパスフィルタと並列に設けられ、ハイパスフィルタの一端がＡ／Ｄサンプリングモジュールに接続され、直流バス電圧に対してハイパスフィルタリングを行うためのハイパスフィルタと、ローパスフィルタの他端、及びハイパスフィルタの他端にそれぞれ接続され、補償指令を出力するためのトルク指令補正ユニットと、を含む。

【0013】

当該技術的解決手段において、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタをそれぞれ設けることにより、Ａ／Ｄサンプリングモジュールによって収集されるフィルムコンデンサの両端の電圧信号に対してフィルタリングを行い、それにより、交流リップル率を低下させることで、整流器によって整流された直流電源出力をより安定にし、さらに、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタによってフィルタリングされた電圧信号をトルク指令補正ユニットに入力することにより、元のトルク指令またはトルク電流指令に、直流バス電圧側の定数から求められた共振角周波数を含む高周波の角周波数の電圧成分に対応する補正値を加え、それにより、振動などにより直流バス電圧V_dcが上昇した場合には、トルクを増加させることによりインバータの出力を増加させて直流バス電圧V_dcの上昇を抑制し、直流バス電圧V_dcが低下した場合には、トルクを小さくすることによりインバータの出力を低下させて直流バス電圧V_dcの低下を抑制することで、直流バス電圧の安定性を向上させることができる。

【0014】

ただし、モータの種類によってトルク指令補正ユニットが出力する補正指令は異なり、トルクに対する補償であってもよいし、電流に対する補償であってもよい。

【0015】

上記いずれかの技術的解決手段において、ベクトル制御モジュールは、さらに、インバータに制御指令を出力するためのＳＶＰＷＭユニットを含み、定常処理モジュールは、高周波成分処理ユニット一端がＡ／Ｄサンプリングモジュールに接続され、高周波成分処理ユニットの他端がＳＶＰＷＭユニットに接続され、ＳＶＰＷＭユニットから出力された制御指令を校正するための高周波成分処理ユニットをさらに含む。

【0016】

当該技術的解決手段において、直流バス電圧V_dcにおける実際の共振電圧成分の振幅が減少するタイミングは電圧上昇を示し、振幅が増加するタイミングは電圧低下を示すため、高周波成分処理ユニットをさらに設けることにより、高周波成分処理ユニットを用いて直流バス電圧V_dcにおける高周波成分を抽出及び処理し、処理してＳＶＰＷＭユニットに入力することにより、電圧から変調率への変換時に表し、それにより、システムの安定性を改善させ、さらに、トルク指令補正ユニットと組み合わせて、トルク指令の補正アルゴリズム及びV_dc高周波成分の抽出及び再処理アルゴリズムにより、回路トポロジーの変更によるモータ制御システムの安定性と制御性への影響を低減する。

【0017】

具体的には、三相入力の電解コンデンサレス周波数変換器は三相ＡＣ入力１（電源及び配線のインピーダンスを含む）を含み、整流モジュールは６つの三相非可制御ダイオードを含み、整流モジュールによって整流された後に小容量フィルムコンデンサを通し、フィルムコンデンサの容量が小さいため、ＤＣ－Ｌｉｎｋ側の可変周波数I_dc波形に含まれる高調波電流を吸収するように設計するしかなく、電源周波数の６倍の周波数のリップル電圧成分を吸収することはできなく、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、トルク指令補正ユニット及び高周波成分処理ユニットを設けることにより、変動する直流バス電圧V_dcによる不安定傾向を相殺し、それにより、モータ制御システム全体の動作の安定性を向上させる。

【0018】

また、ＳＶＰＷＭユニットは６つのＰＷＭ波を出力し、６つのＰＷＭ波が光結合型分離回路を経て、駆動回路を経て、インバータのパワートランジスタのオンオフを制御することにより、モータの回転を駆動する。

【0019】

上記いずれかの技術的解決手段において、ベクトル制御モジュールは、入力された電圧と電流に基づいてモータの回転数を推定し、回転数をフィードバック回転数指令として決定するための回転数推定ユニットと、モータに対する回転数制御指令とフィードバック回転数指令との差を初期指令に変換して、初期指令と補償指令に基づいて調整指令を生成するための回転数調整器と、を含む。

【0020】

当該技術的解決手段において、回転数推定ユニットを設けることにより、モータ運転中のモータの回転数を推定し、それにより、モータの回転数をフィードバック回転数として、ユーザから入力された制御回転数とともに回転数調整器に入力することができ、回転数調整器を設けることにより、回転数ループを開ループ状態にさせ、回転数調整器の出力を指令補正モジュールから出力された補償指令と結び付けて共にモータトルクの設定値とする。

【0021】

上記いずれかの技術的解決手段において、ベクトル制御モジュールは、さらに、入力された三相電流I_a、I_b及びI_cを三相静止座標系から二相静止座標系電流I_{α_fbk}とI_{β_fbk}に変換するためのＣｌａｒｋｅ座標変換ユニットと、I_{α_fbk}とI_{β_fbk}を二相静止座標系から二相回転座標系でのフィードバック電流I_{d_fbk}とI_{q_fbk}に変換するためのＰａｒｋ座標変換ユニットと、を含む。

【0022】

当該技術的解決手段において、Ｃｌａｒｋｅ座標変換ユニット及びＰａｒｋ座標変換ユニットをそれぞれ設けることにより、電流を三相静止座標系から二相回転座標系でのフィードバック電流に変換する。

【0023】

上記いずれかの技術的解決手段において、三相交流モータが永久磁石同期モータである場合、回転数推定ユニットは第１の回転数推定ユニットであり、第１の回転数推定ユニットの入力端が収集されたモータのI_d、I_q、U_d及びU_qを受信することに用いられ、モータのI_d、I_q、U_d及びU_qに基づいて推定回転数を出力し、推定回転数をフィードバック回転数指令として決定する。

【0024】

当該技術的解決手段において、モータの種類により、回転数推定モジュールの推定方式も異なり、モータが永久磁石同期モータである場合、回転数推定モジュールには二相回転座標系での電流と電圧が入力されることで、入力されたパラメータに基づいて推定回転数を決定し、スイッチの回転数ループにフィードバックする。

【0025】

上記いずれかの技術的解決手段において、補償指令をトルク補償指令とし、初期指令をトルク初期指令とすることで、調整指令をトルク制御指令として決定し、ベクトル制御モジュールは、最大トルク電流比ユニットの入力端がトルク制御指令を入力するために用いられ、最大トルク電流比ユニットの出力端が二相回転座標系でのトルク電流制御指令I_{d_ref}とI_{q_ref}を出力するための最大トルク電流比ユニットをさらに含む。

【0026】

当該技術的解決手段において、永久磁石同期モータにおいて、最大トルク電流比ユニット（ＭＴＰＡ）を設けることにより、入力されたトルク制御指令に基づいて直軸制御電流I_{d_ref}と横軸制御電流I_{q_ref}を得て、電流調整器に入力してＳＶＰＷＭユニットの制御電圧を得る。

【0027】

上記いずれかの技術的解決手段において、三相交流モータが交流非同期モータである場合、回転数推定ユニットは第２の回転数推定ユニットであり、第２の回転数推定ユニットの入力端が収集されたモータのI_α、I_β、U_α及びU_βを受信することに用いられ、モータのI_α、I_β、U_α及びU_βに基づいて推定回転数を出力し、推定回転数とスリップ回転数との和をフィードバック回転数指令として決定する。

【0028】

当該技術的解決手段において、モータが交流非同期モータである場合、回転数推定モジュールには二相静止座標系での電流と電圧が入力されることで、入力されたパラメータに基づいて推定回転数を決定し、スリップ回転数と結び付けてスイッチの回転数リングにフィードバックする。

【0029】

上記いずれかの技術的解決手段において、補償指令をトルク電流補償指令とし、初期指令をトルク電流初期指令とすることで、調整指令をトルク電流制御指令I_{d_ref}とI_{q_ref}として決定する。

【0030】

当該技術的解決手段において、モータが交流非同期モータである場合、ＭＴＰＡ制御は不要であり、指令補正モジュールの出力I_qCompを速度調整器の出力I_qOriginalに加算してI_{q_ref}とし、I_{q_ref}と結び付けてトルク電流制御指令とする。

【0031】

上記いずれかの技術的解決手段において、ベクトル制御モジュールは、電流調整器の入力端がI_{d_ref}とI_{d_fbk}との差、及びI_{q_ref}とI_{q_fbk}との差をそれぞれ入力し、電流調整器の出力端がＳＶＰＷＭユニットに制御電圧V_dとV_qを出力するための電流調整器をさらに含む。

【0032】

当該技術的解決手段において、電流調整器を設けることにより制御電圧V_dとV_qを生成することで、V_dとV_qを入力することによりＳＶＰＷＭユニットにおける電圧変調を実現し、ＳＶＰＷＭユニットが６つの変調信号を出力することによりインバータにおけるパワートランジスタのオンオフを制御する。

【0033】

上記いずれかの技術的解決手段において、ベクトル制御モジュールは、さらに、フィードバック回転数指令を角度指令に変換し、Ｐａｒｋ座標変換ユニットに入力するための積分ユニットを含む。

【0034】

本願の第２の態様の技術的解決手段にて提供されるマルチエアコンは、本願の第１の態様のいずれか１つの技術的解決手段に記載のモータ可変周波数駆動システムを含む。

【発明の効果】

【0035】

本願の実施例にて提供される１つまたは複数の技術的解決手段は、少なくとも以下の技術的効果または利点を有する。

【0036】

（１）本願による三相入力の電解コンデンサレス周波数変換器のハードウェアトポロジーからＤＣ－Ｌｉｎｋにおける膨大で、重くて高価な電解コンデンサを除去し、小容量で、信頼性が高いフィルムコンデンサに変更することで、全体の電気制御ハードウェアのコストを大幅に低減する。

【0037】

（２）本願による三相入力の電解コンデンサレス周波数変換器のハードウェアトポロジーから電解コンデンサに対して初期充電を行うための回路及びＰＴＣサーミスタを除去することで、ハードウェアのコストをさらに低減することができる。

【0038】

（３）本願による三相入力の電解コンデンサレス周波数変換器は、永久磁石同期モータＰＭＳＭに適用するだけでなく、また、交流非同期モータＡＣＭにも適用する。

【0039】

（４）本願による三相入力の電解コンデンサレス周波数変換器のＤＣ－Ｌｉｎｋにおけるコンデンサ容量が関連技術における電解コンデンサ周波数変換器の１％以下に低下した後、トルク補償ユニットを設けることにより、電解コンデンサレスによるモータ制御システムの安定性の問題を抑制して、可変周波数駆動システムの安定性を保証する。

【0040】

（５）本願による三相入力の電解コンデンサレス周波数変換器のＤＣ－Ｌｉｎｋにおけるコンデンサ容量が従来の周波数変換器の１％以下に低下した後、高周波成分処理ユニットを設けることにより、直流バス電圧V_dcの高周波成分を抽出し、再処理することで、直流電圧の変化に応じてインバータに対する出力制御指令を校正して、出力制御指令に対する制御を実現することができる。

【0041】

本願の付加的な態様及び利点は、以下の説明部分において明らかになり、または、本願の実施によって了解される。
本願の上記及び／または付加的な態様及び利点は、以下の図面と結び付けた実施例に対する説明において明らかになり、容易に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】本願の１つの実施例によるモータ可変周波数駆動システムを示す模式的なブロック図である。

【図2】本願の別の実施例によるモータ可変周波数駆動システムを示す模式的なブロック図である。

【図3】本願の１つの実施例によるモータ可変周波数駆動システムにおける直流バス電圧を示す曲線図である。

【図4】本願の１つの実施例によるモータ可変周波数駆動システムにおける直軸制御電流及び直軸フィードバック電流を示す曲線図である。

【発明を実施するための形態】

【0043】

本願の上記目的、特徴及び利点をより明確に理解するために、以下、図面及び具体的な実施形態を参照しながら本願についてさらに詳細に説明する。なお、矛盾しない限り、本願の実施例及び実施例における特徴は互いに組み合わせることができる。

【0044】

以下の説明において、本願を十分に理解するために、多くの具体的な詳細を説明するが、本願は、さらに、ここで説明された以外の他の方式を用いて実施することができ、したがって、本願の保護範囲は以下に開示された具体的な実施例に限定されるものではない。

【0045】

以下、図１及び図２を参照しながら、本願のいくつかの実施例によるモータ可変周波数駆動システムについて説明する。

【0046】

図１及び図２に示すように、本願の実施例によるモータ可変周波数駆動システムは、三相交流入力１０２と、三相交流入力１０２に接続され、三相交流入力１０２を直流出力に変換するための整流モジュール１０４と、直流出力の出力端の間に設けられるフィルムコンデンサ１０６と、インバータ１０８であって、インバータ１０８の入力端が直流出力の出力端に接続され、インバータ１０８の出力端が三相交流モータに接続されるものと、インバータ１０８に接続され、インバータ１０８を制御する制御指令を生成するためのベクトル制御モジュール１１０と、フィルムコンデンサ１０６の両端の直流バス電圧を収集するためのＡ／Ｄサンプリングモジュール１１２と、Ａ／Ｄサンプリングモジュール１１２に接続され、直流バス電圧に対して定常処理を行い、ベクトル制御モジュール１１０に補償パラメータを出力するための定常処理モジュール１１４と、を含む。

【0047】

当該実施例では、フィルムコンデンサ１０６を用いてＤＣ－Ｌｉｎｋにおける大容量電解コンデンサを代替することにより、両側の三相入力と三相出力との間における異なる周波数と電圧のデカップリングの要求を満たし、周波数変換器全体の体積を小さくし、製造コストを低減することに役立ち、定常処理モジュール１１４を設けることにより、大容量電解コンデンサの除去によるシステムの安定性と制御性の低下を補い、モータ可変周波数駆動システムの性能を低下させることなく、制御の安定性を保証することができる。

【0048】

ただし、定常処理モジュール１１４は制御アルゴリズムによって実現することができる。

【0049】

図１及び図２に示すように、上記実施例では、定常処理モジュール１１４は、ローパスフィルタ１１４２（ＬＰＦ）であって、ローパスフィルタ１１４２の一端がＡ／Ｄサンプリングモジュール１１２に接続され、直流バス電圧に対してローパスフィルタリングを行うためのものと、ハイパスフィルタ１１４４（ＨＰＦ）であって、ローパスフィルタ１１４２に並列に設けられ、ハイパスフィルタ１１４４の一端がＡ／Ｄサンプリングモジュール１１２に接続され、直流バス電圧に対してハイパスフィルタリングを行うためのものと、ローパスフィルタ１１４２の他端、及びハイパスフィルタ１１４４の他端にそれぞれ接続され、補償指令を出力するためのトルク指令補正ユニット１１４６と、を含む。

【0050】

当該実施例では、ローパスフィルタ１１４２、ハイパスフィルタ１１４４をそれぞれ設けることにより、Ａ／Ｄサンプリングモジュール１１２によって収集されたフィルムコンデンサ１０６の両端の電圧信号に対してフィルタリングを行い、それにより、交流リップル率を低下させることで、整流器によって整流された直流電源出力をより安定にし、さらに、ローパスフィルタ１１４２及びハイパスフィルタ１１４４によってフィルタリングされた電圧信号をトルク指令補正ユニット１１４６に入力することにより、元のトルク指令またはトルク電流指令に、直流バス電圧側の定数から求められた共振角周波数を含む高周波の角周波数の電圧成分に対応する補正値を加え、それにより、振動などにより直流バス電圧V_dcが上昇した場合には、トルクを増加させることによりインバータ１０８の出力を増加させて直流バス電圧V_dcの上昇を抑制し、直流バス電圧V_dcが低下した場合には、トルクを小さくすることによりインバータ１０８の出力を低下させて直流バス電圧V_dcの低下を抑制することで、直流バス電圧の安定性を向上させることができる。

【0051】

ただし、モータの種類によってトルク指令補正ユニット１１４６が出力する補正指令は異なり、トルクに対する補償であってもよいし、電流に対する補償であってもよい。

【0052】

図１及び図２に示すように、上記いずれかの実施例では、ベクトル制御モジュール１１０は、さらに、ＳＶＰＷＭ（Ｓｐａｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、空間ベクトルパルス幅変調）ユニット１１０２であって、インバータ１０８に制御指令を出力するためのＳＶＰＷＭユニット１１０２を含み、定常処理モジュール１１４は、さらに、高周波成分処理ユニット１１４８であって、高周波成分処理ユニット１１４８の一端がＡ／Ｄサンプリングモジュール１１２に接続され、高周波成分処理ユニット１１４８の他端がＳＶＰＷＭユニット１１０２に接続され、ＳＶＰＷＭユニット１１０２から出力された制御指令を校正するためのものを含む。

【0053】

当該実施例では、直流バス電圧V_dcにおける実際の共振電圧成分の振幅が減少するタイミングは電圧上昇を示し、振幅が増加するタイミングは電圧低下を示すため、高周波成分処理ユニット１１４８をさらに設けることにより、高周波成分処理ユニット１１４８を用いて直流バス電圧V_dcにおける高周波成分を抽出及び処理し、処理してＳＶＰＷＭユニット１１０２に入力することにより、電圧から変調率への変換時に表し、それにより、システムの安定性を改善させ、さらに、トルク指令補正ユニット１１４６と組み合わせて、トルク指令の補正アルゴリズム及びV_dc高周波成分の抽出及び再処理アルゴリズムにより、回路トポロジーの変更によるモータ制御システムの安定性と制御性への影響を低減する。

【0054】

具体的には、三相入力の電解コンデンサレス周波数変換器は三相ＡＣ入力１（電源及び配線のインピーダンスを含む）を含み、整流モジュール１０４は６つの三相非可制御ダイオードｊを含み、整流モジュール１０４によって整流された後、１０４２Ｐｏｕｔと１０４４Ｎｏｕｔとの間に到達して６倍の電源周波数リップルの波形になり、図３に示すように、小容量のフィルムコンデンサ１０６を通し、フィルムコンデンサ１０６の容量が小さいため、ＤＣ－Ｌｉｎｋ側の可変周波数I_dc波形に含まれる高調波電流を吸収するように設計するしかなく、電源周波数の６倍の周波数のリップル電圧成分を吸収することはできなく、ハイパスフィルタ１１４４、ローパスフィルタ１１４２、トルク指令補正ユニット１１４６及び高周波成分処理ユニット１１４８を設けることにより、変動する直流バス電圧V_dcによる不安定傾向を相殺し、それにより、モータ制御システム全体の動作の安定性を向上させる。

【0055】

また、ＳＶＰＷＭユニット１１０２は６つのＰＷＭ波を出力し、６つのＰＷＭ波が光結合型分離回路を経て、駆動回路を経て、インバータ１０８のオンオフを制御することにより、モータの回転を駆動する。

【0056】

図４に示すように、ハイパスフィルタ１１４４、ローパスフィルタ１１４２、トルク指令補正ユニット１１４６及び高周波成分処理ユニット１１４８を含む定常処理モジュール１１４を設けることにより、モータの設定回転数とフィードバック回転数とをほぼ一致させ、モータの実角度と推定角度とをほぼ一致させることができ、それにより、その調速性能を確保することができる。

【0057】

図１及び図２に示すように、上記いずれかの実施例では、ベクトル制御モジュール１１０は、入力された電圧と電流に基づいてモータの回転数を推定し、回転数をフィードバック回転数指令として決定するための回転数推定ユニットと、モータに対する回転数制御指令とフィードバック回転数指令との差を初期指令に変換して、初期指令と補償指令に基づいて調整指令を生成するための回転数調整器１１０６（ＡＳＲ）と、を含む。

【0058】

当該実施例では、回転数推定ユニットを設けることにより、モータ運転中のモータの回転数を推定し、それにより、モータの回転数をフィードバック回転数として、ユーザから入力された制御回転数とともに回転数調整器１１０６に入力することができ、回転数調整器１１０６を設けることにより、回転数ループを開ループ状態にさせ、回転数調整器１１０６の出力を指令補正モジュールから出力された補償指令と結び付けて共にモータトルクの設定値とする。

【0059】

図１及び図２に示すように、上記いずれかの実施例では、ベクトル制御モジュール１１０は、さらに、入力された三相電流I_a、I_b及びI_cを三相静止座標系から二相静止座標系電流I_{α_fbk}とI_{β_fbk}に変換するためのＣｌａｒｋｅ座標変換ユニット１１０８と、I_{α_fbk}とI_{β_fbk}を二相静止座標系から二相回転座標系でのフィードバック電流I_{d_fbk}とI_{q_fbk}に変換するためのＰａｒｋ座標変換ユニット１１１０と、を含む。

【0060】

当該実施例では、Ｃｌａｒｋｅ座標変換ユニット１１０８及びＰａｒｋ座標変換ユニット１１１０をそれぞれ設けることにより、電流を三相静止座標系から二相回転座標系でのフィードバック電流に変換する。

【0061】

図１に示すように、上記いずれかの実施例では、三相交流モータが永久磁石同期モータ２０２（ＰＭＳＭ）である場合、回転数推定ユニットは第１の回転数推定ユニット１１０４ａであり、第１の回転数推定ユニット１１０４ａ（ＰＭＳＭ回転数推定ユニット）の入力端が収集されたモータのI_d、I_q、U_d及びU_qを受信することに用いられ、モータのI_d、I_q、U_d及びU_qに基づいて推定回転数を出力し、推定回転数をフィードバック回転数指令として決定する。

【0062】

当該実施例では、モータの種類により、回転数推定モジュールの推定方式も異なり、モータが永久磁石同期モータ２０２である場合、回転数推定モジュールには二相回転座標系での電流と電圧が入力されることで、入力されたパラメータに基づいて推定回転数を決定し、スイッチの回転数ループにフィードバックする。

【0063】

図１に示すように、上記いずれかの実施例では、補償指令をトルク補償指令とし、初期指令をトルク初期指令とすることで、調整指令をトルク制御指令として決定し、ベクトル制御モジュール１１０は、さらに、最大トルク電流比ユニット１１１２であって、最大トルク電流比ユニット１１１２の入力端がトルク制御指令を入力するために用いられ、最大トルク電流比ユニット１１１２の出力端が二相回転座標系でのトルク電流制御指令I_{d_ref}とI_{q_ref}を出力するためのものを含む。

【0064】

当該実施例では、永久磁石同期モータ２０２において、最大トルク電流比ユニット１１１２（ＭＴＰＡ）を設けることにより、入力されたトルク制御指令に基づいて直軸制御電流I_{d_ref}と横軸制御電流I_{q_ref}を得て、電流調整器１１１４に入力してＳＶＰＷＭユニット１１０２の制御電圧を得る。

【0065】

図２に示すように、上記いずれかの実施例では、三相交流モータが交流非同期モータ２０４である場合、回転数推定ユニットは第２の回転数推定ユニット１１０４ｂ（ＡＣＭ回転数推定ユニット）であり、第２の回転数推定ユニット１１０４ｂの入力端が収集されたモータのI_α、I_β、U_α及びU_βを受信することに用いられ、モータのI_α、I_β、U_α及びU_βに基づいて推定回転数を出力し、推定回転数とスリップ回転数との和をフィードバック回転数指令として決定する。

【0066】

当該実施例では、モータが交流非同期モータ２０４（ＡＣＭ）である場合、回転数推定モジュールには二相静止座標系での電流と電圧が入力されることで、入力されたパラメータに基づいて推定回転数を決定し、スリップ回転数と結び付けてスイッチの回転数リングにフィードバックする。

【0067】

図２に示すように、上記いずれかの実施例では、補償指令をトルク電流補償指令とし、初期指令をトルク電流初期指令とすることで、調整指令をトルク電流制御指令I_{d_ref}とI_{q_ref}として決定する。

【0068】

当該実施例では、モータが交流非同期モータ２０４である場合、ＭＴＰＡ制御は不要であり、指令補正モジュールの出力I_qCompを速度調整器の出力I_qOriginalに加算してI_{q_ref}とし、I_{q_ref}と結び付けてトルク電流制御指令とする。

【0069】

図１及び図２に示すように、上記いずれかの実施例では、ベクトル制御モジュール１１０は、さらに、電流調整器１１１４（ＡＣＲ）であって、電流調整器１１１４の入力端がI_{d_ref}とI_{d_fbk}との差、及びI_{q_ref}とI_{q_fbk}との差をそれぞれ入力し、電流調整器１１１４の出力端がＳＶＰＷＭユニット１１０２に制御電圧V_dとV_qを出力するためのものを含む。

【0070】

当該実施例では、電流調整器１１１４を設けることにより制御電圧V_dとV_qを生成することで、V_dとV_qを入力することによりＳＶＰＷＭユニット１１０２における電圧変調を実現し、ＳＶＰＷＭユニット１１０２が６つの変調信号を出力することによりインバータ１０８におけるパワートランジスタのオンオフを制御する。

【0071】

図１及び図２に示すように、上記いずれかの実施例では、ベクトル制御モジュール１１０は、さらに、フィードバック回転数指令を角度指令に変換し、Ｐａｒｋ座標変換ユニット１１１０に入力するための積分ユニット１１１６を含む。

【0072】

本願の実施例によるマルチエアコンは、上記いずれかの実施例に記載のモータ可変周波数駆動装置を含む。

【0073】

本願において、「第１」、「第２」、「第３」の用語は、単に説明を目的とするためのものであり、相対的な重要性を指示または暗示すると理解してはいけない。明確な限定がない限り、「複数」の用語とは、２つ、またはそれ以上を意味する。「取付け」、「連結」、「接続」、「固定」などの用語は広い意味を有するものとして理解さるべきであり、例えば、「接続」とは、固定して接続されていてもよいし、取り外し可能に接続されていても、または一体として接続されていてもよく、「連結」とは、直接連結されていてもよいし、中間の媒介を介して間接的に連結されていてもよい。当業者であれば、具体的な場合に応じて本願における上記の用語の意味を理解することができる。

【0074】

なお、本願の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」などの用語で指示された方位または位置関係は図面に示す方位または位置関係に基づくものであり、単に本願の説明の便宜上及び説明の簡素化の観点から記載されたものであるが、その対象となる装置またはユニットは必ず特定の方位において、特定の方位で構成及び操作されなければならないことを指示または暗示するものではなく、よって、本願を限定するものとして理解されるべきではない。

【0075】

本明細書の説明において、「一実施例」、「いくつかの実施例」、「具体的な実施例」などの用語の説明とは、当該実施例または例と合わせて説明された具体的な特徴、構成、材料または特性が、本願の少なくとも１つの実施例または例に含まれることを意味している。本明細書において、上記用語に対する例示的な説明は、必ずしも同じ実施例または例に対するものではない。また、説明された具体的な特徴、構成、材料または特性は、いずれか１つまたは複数の実施例または例において適切に結合することができる。

【0076】

以上は、単なる本願の好適な実施例であり、本願を限定するものではなく、当業者であれば、本願に対して様々な変更及び変化を行うことができる。本願の精神と原則内で行われる任意の修正、同等の置換、及び改善などは、いずれも本願の保護範囲内に含まれるべきである。

【符号の説明】

【0077】

１０２ 三相交流入力
１０４ 整流モジュール
１０６ フィルムコンデンサ
１０８ インバータ
１１０ ベクトル制御モジュール
１１２ Ａ／Ｄサンプリングモジュール
１１４ 定常処理モジュール
１１４２ ローパスフィルタ
１１４４ ハイパスフィルタ
１１４６ 指令補正ユニット
１１０２ ＳＶＰＷＭユニット
１１４８ 高周波成分処理ユニット
１１０４ａ ＰＭＳＭ回転数推定ユニット
１１０４ｂ ＡＣＭ回転数推定ユニット
１１０６ 回転数調整器
１１０８ Ｃｌａｒｋｅ座標変換ユニット
１１１０ Ｐａｒｋ座標変換ユニット
１１１２ 最大トルク電流比ユニット
１１４ 電流調整器
１１６ 積分ユニット
１０４２ Ｐｏｕｔ
１０４４ Ｎｏｕｔ
２０２ 永久磁石同期モータ
２０４ 交流非同期モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】