电动机驱动装置以及冷却装置的制作方法

1.本公开涉及一种电动机驱动装置以及冷却装置。


背景技术：

2.电动机驱动装置中，为了在电源电压不同的各国使用，存在包括如下所述的功率转换器的电动机驱动装置，其中，无论输入电压如何，上述功率转换器都输出规定的电压以及频率的电力(例如参照专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本公开专利公报特开2002－98086号公报


技术实现要素：

6.－发明要解决的技术问题－
7.例如，对于在200v的商用电源下使用的电动机而言，为了使其成本最小化，将其设计为进行弱磁通控制。假设在200v级的电源地区和400v级的电源地区都使用该电动机，则在400v级的电源地区使用时，在功率转换装置中需要进行弱磁通控制，其中，无论输入电压如何，上述功率转换装置都输出规定的电压以及频率的电力。换言之，在400v级的电源地区使用时，会流动与200v级的电源地区相同的电动机电流，从而电动机、功率转换器的损失会比200v级电源地区增加。
8.本公开的目的在于，在400v级的电源条件下驱动电动机的电动机驱动装置中，抑制电动机电流。
9.－用以解决技术问题的技术方案－
10.本公开的第一方面发明涉及一种电动机驱动装置，其特征在于，所述电动机驱动装置包括电动机30、功率转换装置10以及控制装置40，所述功率转换装置10将400伏级的交流电源的电压转换为有效值比所述电压的有效值低的电压后向所述电动机30供给，所述控制装置40控制由所述功率转换装置10向所述电动机30供给的电压，所述功率转换装置10构成为，通过开关元件su、sv、sw、sx、sy、sz的开关动作来转换电压，如果将所述电动机30中的d轴电感定义为ld、将所述电动机30的交链磁通定义为将安装有所述电动机30的设备中的所述电动机30的最大输出定义为pmax，则所述电动机30构成为，在有效值电压vx＝200伏的情况下，的值大于pmax，所述控制装置40包括向所述电动机30施加比有效值电压vx高的有效值电压的控制模式。
11.在第一方面发明中，即使在对电动机30施加200v以上的有效值电压的情况下，也不需要进行弱磁通控制。换言之，在400v级的电源条件下驱动电动机的电动机驱动装置中，能够抑制电动机电流。
12.本公开的第二方面发明是第一方面发明的基础上的电动机驱动装置，其特征在于，所述电动机30是q轴电感lq大于d轴电感ld的嵌入磁体结构的同步电动机。
13.在第二方面发明中，通过嵌入磁体结构的同步电动机，实现的值大于pmax的电动机30。
14.本公开的第三方面发明是第一或第二方面发明的基础上的电动机驱动装置，其特征在于，所述控制装置40以所述电动机30中的同相的绕组之间的电压、所述电动机30中的异相的绕组之间的电压、以及所述电动机30中的各相的绕组与地线之间的电压小于所述电动机30中的开始局部放电的电压的方式，控制所述开关动作。
15.在第三方面发明中，可靠地防止电动机30中的局部放电。
16.本公开的第四方面发明涉及一种冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括制冷剂回路60，所述制冷剂回路60进行制冷循环，其中，通过使用了第一至第三方面发明中任一方面发明的电动机驱动装置50的压缩机61，制冷剂进行循环，从而进行所述制冷循环，所述冷却装置通过被冷却体与所述制冷剂之间的热交换来冷却被冷却体。
17.在第四方面发明中，在冷却装置中，能够抑制电动机电流。
18.本公开的第五方面发明是第四方面发明的基础上的冷却装置，其特征在于，在所述制冷剂回路60设置有热交换器63和流路66，所述热交换器63设置于所述压缩机的喷出侧，所述流路66使所述制冷剂绕过所述热交换器63流动，在所述流路的中途设置有阀67。
19.在第五方面发明中，能够通过调整阀67的开度来调整冷却装置的冷却能力。
20.本公开的第六方面发明是第四或第五方面发明的基础上的冷却装置，其特征在于，所述被冷却体是液体。
附图说明
21.图1示出机油冷却装置的构成。
22.图2是示出功率转换装置的构成的框图。
23.图3示出200v机的运转区。
24.图4示出400v机的运转区。
具体实施方式
25.(实施方式)
26.本公开的电动机驱动装置用于驱动制冷剂回路的压缩机用电动机。该制冷剂回路设于机油冷却装置。机油冷却装置控制机床等的机油的温度。
27.图1示出本公开所涉及的机油冷却装置1的构成。机油冷却装置1包括制冷剂回路60、冷却油回路70、功率转换装置10、以及控制装置40。
28.＜制冷剂回路＞
29.如图1所示，制冷剂回路60包括压缩机61、储液器62、冷凝器63、膨胀阀64、蒸发器65、以及旁通阀67。在制冷剂回路60中，上述的构成要素按照如图1所示的方式连接。制冷剂回路60是闭合回路。制冷剂作为载热体封入到制冷剂回路60中。在制冷剂回路60中，伴随着压缩机61的运转，制冷剂进行循环。通过制冷剂的循环，在制冷剂回路60中，进行制冷循环。
30.压缩机61对制冷剂进行压缩。压缩机61包括电动机30。关于电动机30的构成，以后详述。若驱动电动机30，则压缩机61将制冷剂压缩后喷出。压缩机61能够采用所谓的涡旋式压缩机、旋转式压缩机等各种压缩机。在压缩机61，电动机30暴露于制冷剂中。储液器62用
于将液态制冷剂和气态制冷剂处于混合在一起的状态下的制冷剂分离成液态制冷剂和气态制冷剂。
31.冷凝器63是使制冷剂与空气进行热交换的热交换器。在冷凝器63的附近，设置有风扇68。蒸发器65是使制冷剂与所述机床的机油进行热交换的热交换器。膨胀阀64是所谓的电子膨胀阀。对膨胀阀64的开度能够进行连续的控制。
32.在该制冷剂回路60，设置有使制冷剂绕过冷凝器63流动的旁通流路66。在旁通流路66的中途设置有旁通阀67。旁通阀67是电动阀。对旁通阀67的开度能够进行连续的控制。
33.＜冷却油回路＞
34.冷却油回路70包括热交换器71、以及泵72。冷却油回路70包括将热交换器71与机床相连的管道。泵72设置于管道的中途。泵72使机油(被冷却体)在机床与热交换器71之间循环。热交换器71使蒸发器65的制冷剂与机油进行热交换。
35.＜功率转换装置＞
36.图2是示出功率转换装置10的构成的框图。功率转换装置10构成为，通过开关元件的开关动作来转换电压。如图2所示，功率转换装置10包括交直流转换电路11、直流链路部12、以及直交流转换电路13。
37.交直流转换电路11与三相的交流电源20连接。在该例子中，交流电源20是400v的商用电源。交直流转换电路11对来自交流电源20的电源电压进行全波整流。交直流转换电路11包括六个二极管d1～d6。上述的二极管d1～d6连结成桥状。
38.直流链路部12具有电容器c。电容器c与交直流转换电路11的输出节点连接。直流链路部12根据交直流转换电路11的输出(被进行了全波整流后的电源电压)生成直流电压。电容器c使交直流转换电路11的输出平滑化。电容器c例如能够采用电解电容器。
39.直交流转换电路13通过开关动作将由直流链路部12生成的直流电压转换为三相交流电压。直交流转换电路13向电动机30供给通过开关动作而得到的三相交流电压。
40.直交流转换电路13具有六个开关元件su、sv、sw、sx、sy、sz和六个续流二极管du、dv、dw、dx、dy、dz。六个开关元件su、sv、sw、sx、sy、sz连结成桥状。详细说明如下，直交流转换电路13包括三个开关臂(switching leg)。开关臂是两个开关元件相互串联连接而构成的。
41.在三个开关臂的每一个开关臂中，上臂的开关元件su、sv、sw与下臂的开关元件sx、sy、sz之间的中点分别连结在电动机30的各相的线圈(u相、v相、w相的线圈)上。各开关元件su、sv、sw、sx、sy、sz分别与一个续流二极管du、dv、dw、dx、dy、dz反向并联连接。
42.＜电动机＞
43.电动机30是ipm电动机(interior permanent magnet motor，内置式永磁电动机)。进一步详细而言，电动机30是q轴电感lq大于d轴电感ld的嵌入磁体结构的同步电动机。
44.在此，将电动机30中的d轴电感定义为ld，将电动机30的交链磁通定义为将安装有电动机30的设备中的电动机30的最大输出定义为pmax。
45.pmax的值根据设有电动机30的设备(在此为机油冷却装置1)需要何种程度的输出而发生变化。(向电动机30施加的电压和电流的最大范围下得到的电动机30的转矩)
×
(转速的上限值)即为最大输出pmax。向电动机30施加的电压越低，最大输出pmax就越小。在此，
在被供给200v级地区的最低电源电压(有效值)即200v时，功率转换装置10在不会过热且能够连续地运转的电流下所得到的最大的输出(转矩
×
转速)即为最大输出pmax。
46.本实施方式的电动机30构成为，在有效值电压vx＝200伏的情况下，本实施方式的电动机30构成为，在有效值电压vx＝200伏的情况下，的值大于pmax(参照下述的式1)。
[0047][0048]
＜控制装置＞
[0049]
控制装置40包括微型计算机和存储器件，该存储器件中存放有使该微型计算机工作的程序(均省略图示)。由控制装置40、电动机30以及功率转换装置10构成电动机驱动装置50。
[0050]
控制装置40对功率转换装置10向电动机30供给的三相交流电压进行控制。在该例子中，控制装置40控制功率转换装置10，来将400伏级的交流电源20的电压转换为有效值比该电压的有效值低的电压。换言之，功率转换装置10使交流电源20的电压降低。
[0051]
作为控制装置40对功率转换装置10向电动机30供给的电压进行控制的控制模式，包括下面的两种模式。第一个控制模式(以下称为第一控制模式)是对电动机30进行最大效率控制的控制模式。第二个控制模式(以下称为第二控制模式)是对电动机30进行弱磁通控制的控制模式。
[0052]
无论是第一控制模式还是第二控制模式，控制装置40都以(i)电动机30中的同相的绕组之间的电压、(ii)电动机30中的异相的绕组之间的电压、(iii)电动机30中的各相的绕组与地线之间的电压小于电动机30中的开始局部放电的电压的方式，控制功率转换装置10中的开关动作。
[0053]
作为一例，通过使开关元件su、sv、sw、sx、sy、sz的开关速度变慢，能够降低电动机30中的各电压。例如，如果使开关速度变慢，则直交流转换电路13中的损失会增加。另一方面，施加在电动机30上的压力越高，局部放电的开始电压就越高。于是，在施加于压缩机61内的电动机30上的制冷剂的压力在阈值以下的情况下设为较慢的开关速度，在施加于电动机30上的制冷剂的压力大于阈值的情况下切换为较快的开关速度。这样一来，能够抑制直交流转换电路13中的损失增加，并且使与局部放电相关的电压(参照(i)～(iii))小于局部放电开始电压。可以与施加在电动机30上的制冷剂的压力成正比地加快开关速度。作为其他的例子，通过控制装置40改变直交流转换电路13所输出的电压矢量的排列，这样也能够降低电动机30中的电压。
[0054]
＜机油冷却装置的运转＞
[0055]
在电动机驱动装置50，根据机油冷却装置1的交货地的电源电压的不同，对电动机30的控制有所不同。下面，分成交流电源20为400v级(例如380v、400v、415v、440v、460v、480v等商用电源)的情况和200v级(例如200v、220v、230v、240v的商用电源)的情况，说明电动机驱动装置50的运转。
[0056]
下面，为了便于说明，将在400v级的交流电源下使用的机油冷却装置1称为400v机，将在200v级的交流电源下使用的机油冷却装置1称为200v机。在400v机和200v机中，使用相同规格的电动机30。换言之，400v机的电动机30和200v机的电动机30都满足式1。需要说明的是，200v机的直交流转换电路13并不需要具有输出200v以上的电压的能力。
[0057]
－200v级的交流电源条件下的运转－
[0058]
图3示出200v机的运转区。在图3的上部的曲线图中，横轴表示电动机30的旋转速度，纵轴表示直交流转换电路13的输出电压(单位：v)。在图3的下部的曲线图中，横轴表示电动机30的旋转速度，纵轴表示电动机电流。
[0059]
当在200v级的电源下使用机油冷却装置1的情况下，在直交流转换电路13的输出电压在200v以下、且达到可进行最大效率控制的旋转速度(下面，称为阈值旋转速度rt)的运转区，进行最大效率控制(第一控制模式)。
[0060]
在旋转速度大于阈值旋转速度rt的运转区，控制装置40对电动机30进行弱磁通控制(第二控制模式)。由此，电动机电流会与旋转速度大致成正比地增加(参照图3)，然而包括功率转换装置10在内的机油冷却装置1的成本则降低。
[0061]
－400v级的交流电源条件下的运转－
[0062]
图4示出400v机的运转区。在图4的上部的曲线图中，横轴表示电动机30的旋转速度，纵轴表示直交流转换电路13的输出电压(单位：v)。在图4的下部的曲线图中，横轴表示电动机30的旋转速度，纵轴表示电动机电流。
[0063]
在交流电源20是400v级的商用电源的情况下，控制装置40对电动机30只进行最大效率控制(第一控制模式)。例如，即使直交流转换电路13的输出电压超过200v，也实施第一控制模式。在该例子中，直到380v左右的电压为止，都实施第一控制模式。
[0064]
如上所述，控制装置40包括向电动机30施加比有效值电压vx(＝200v)高的有效值电压的控制模式。即使超过200v也不需要进行弱磁通控制，是因为电动机30的构成满足式1之故。
[0065]
在本公开中，将(过电流保护的阈值)/(得到pmax时的电动机电流的有效值)命名为电流比r。为了不使电动机30的磁体退磁，本公开的电动机驱动装置50包括在电动机电流的瞬时值超过了阈值的情况下使其停止的过电流保护机构。在本公开中，在400v级的交流电源条件下运转时不进行弱磁通控制。因此，在本公开中，电动机电流减小，电流比r达到2.68(＝380v/200v
×
√2)以上。
[0066]
－旁通阀的控制－
[0067]
根据机油的温度不同，存在欲将机油冷却装置1的冷却能力抑制得较低的情况。作为抑制冷却能力的方法，可以考虑降低电动机30的旋转速度。在该情况下，也可以想到要求压缩机61工作的工作点会根据所要求的冷却能力的不同而脱离压缩机61的可运转区域。在此，“可运转区域”意味着不会破坏压缩机61并且稳定地实施无传感器控制的区域。“无传感器控制”，是一种不使用传感器就推断电动机30的转子的旋转方向位置，基于该推断对电动机30进行控制的技术。
[0068]
如上所述，在要求压缩机61工作的工作点脱离可运转区域的情况下，控制装置40利用其它方法抑制冷却能力。在本实施方式中，控制装置40控制旁通阀67。具体而言，在要求压缩机61工作的工作点脱离可运转区域的情况下，控制装置40使旁通阀67的开度增加。由此，抑制机油冷却装置1的冷却能力。在要求压缩机61工作的工作点不脱离可运转区域的情况下，控制装置40使旁通阀67的开度减少。由此，机油冷却装置1中的冷却能力増大。
[0069]
综上所述，本实施方式中，包括电动机30、功率转换装置10以及控制装置40，所述功率转换装置10将400伏级的交流电源的电压转换为有效值比所述电压的有效值低的电压
后向所述电动机30供给，所述控制装置40控制由所述功率转换装置10向所述电动机30供给的电压。
[0070]
电动机驱动装置的特征在于，所述功率转换装置10构成为，通过开关元件su、sv、sw、sx、sy、sz的开关动作来转换电压，如果将所述电动机30中的d轴电感定义为ld，将所述电动机30的交链磁通定义为将安装有所述电动机30的设备中的所述电动机30的最大输出定义为pmax，则所述电动机30构成为，在有效值电压vx＝200伏的情况下，的值大于pmax，所述控制装置40包括向所述电动机30施加比有效值电压vx高的有效值电压的控制模式。
[0071]
＜本实施方式的效果＞
[0072]
在电动机驱动装置50中，电动机30的规格满足式1。如果满足式1，则在对电动机30施加200v以上的有效值电压的情况下，也不需要进行弱磁通控制。换言之，在电动机驱动装置50中，在400v级的电源条件下驱动电动机的电动机驱动装置中，能够抑制电动机电流。如果能够抑制电动机电流，则能够实现直交流转换电路13用冷却装置(开关元件su、sv、sw、sx、sy、sz用散热器等)、电动机用冷却部件的小型化。
[0073]
电动机30还能用于200v机。通过对400v机的电动机电流的抑制，直交流转换电路13用冷却部件、电动机用冷却部件得以小型化。因此，即使将直交流转换电路13用冷却部件、电动机30用冷却部件用于200v机，也不会增加制造成本。由此，能够在200v机和400v机中通用的元器件会增多，能够降低机油冷却装置1的制造成本。
[0074]
在400v级的电源地区中，电源的电压不稳定、电压容易降低的地区较多。功率转换装置向电动机供给的三相交流的有效值电压的最大值与所输入的400v级的交流电源的电压成正比。如果交流电源的电压降低，则向电动机供给的三相交流的有效值电压的最大值就会降低。
[0075]
例如，假设vx＝380v而设计面向400v级的电源地区的电动机的情况下，随着400v级的交流电源的电压从380v开始降低，电动机的输出就会降低。如果电动机的输出降低，则无法得到最大输出pmax。
[0076]
另一方面，在本公开的方式中，电动机30在有效值电压vx＝200v的条件下能够得到最大输出pmax。在本公开的方式中，即使交流电源20的电压降低，也在不进行弱磁通控制的范围内能够得到最大输出pmax，即使在功率转换装置10不会过热且能够连续运转的电流范围内进行弱磁通控制时也能够得到最大输出pmax。在本公开中，能够扩大可稳定地运转的电源的电压范围。换言之，在本公开中，能够减小低电压异常的阈值。需要说明的是，低电压异常的阈值是，用于在电源的电压降低时异常停止的阈值。
[0077]
在本公开中，电流比r达到2.68(＝380v/200v
×
√2)以上。由此，在本公开中，不会出现电动机电流增加至过电流保护的阈值的情况。换言之，在本公开中，很少出现因过电流保护而停止运转的情况。
[0078]
本公开能够在400v地区使pmax时的电流比r达到2.68。这样一来，能够使电流峰值增加直到电流比r接近1为止，因此能够增加瞬间转矩来抑制压缩机的振动。
[0079]
在电动机驱动装置50中，通过控制装置40，可靠地防止局部放电。换言之，在本实施方式中，在通常运转下，不发生绝缘击穿。
[0080]
在机油冷却装置1，能够通过旁通阀67调整冷却能力，因此，能够使压缩机61的工
作点(换言之电动机30的工作点)可靠地收敛于可运转区域内。
[0081]
(其他实施方式)
[0082]
电动机驱动装置50也可以用于机油冷却装置1以外的装置中。例如，也可以用于居室、仓库、运输用集装箱等的空调装置中。换言之，被冷却体并不限于机油(液体)。
[0083]
制冷剂回路60和冷却油回路70的构成是示例。
[0084]
以上，对实施方式以及变形例进行了说明，然而应该可以理解，在不脱离权利要求书的主旨和范围的情况下，可以对实施方式或技术方案进行多种变更。只要不破坏本公开的对象的功能，也可以对以上的实施方式以及变形例进行适当的组合或替换。
[0085]
－产业实用性－
[0086]
综上所述，本公开对于电动机驱动装置以及冷却装置有用。
[0087]
－符号说明－
[0088]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
机油冷却装置(冷却装置)
[0089]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
功率转换装置
[0090]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电动机
[0091]
40
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制装置
[0092]
50
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电动机驱动装置
[0093]
60
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
制冷剂回路
[0094]
61
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
压缩机
[0095]
63
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷凝器(热交换器)
[0096]
66
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
旁通流路(流路)
[0097]
67
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
旁通阀(阀)