(57)【要約】【課題】インバータ制御により駆動するモータが、急停止したときに発生する回生電圧を、許容範囲内に収めることができるモータインバータ制御装置を提供すること。【解決手段】コンバータ部２とインバータ部４とを制御する制御部５を備え、制御部５は、コンバータ部２の昇圧電圧を調整する目標ＤＣ電圧調整部９と、モータの運転回転数を設定する運転回転数設定部７と、目標ＤＣ電圧限界上限設定部１０で設定される電圧値以下で、運転回転数設定部７により設定される回転数毎に予め設定され、目標ＤＣ電圧調整部９により調整できる最大制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧上限設定部１２と、インバータ部４が停止後から所定の時間内に、ＤＣ電圧検出部６が検出するＤＣ電圧の最大値に応じて、目標ＤＣ電圧上限設定部１２により設定される目標ＤＣ電圧上限設定値を補正する目標ＤＣ電圧上限設定補正部１３と、を備えるモータインバータ制御装置。【選択図】図１
2020018134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の電力を直流電力に変換し昇圧機能を有するコンバータ部と、
前記コンバータ部からの直流電力を、交流電力に変換して、モータに供給するインバータ部と、
前記コンバータ部と前記インバータ部とを制御する制御部と、
前記コンバータ部の出力電圧を検出するＤＣ電圧検出部と、を備え、
前記制御部は、
前記モータの運転回転数を設定する運転回転数設定部と、
所定の変調率になるように予め設定される上下限内で、前記モータの電流位相を調整する電流位相調整部と、
所定の変調率になるように、また、前記電流位相調整部により設定されるモータ電流位相ができるだけ小さくなるように、前記コンバータ部の昇圧電圧を調整する目標ＤＣ電圧調整部と、
装置毎に予め設定される前記目標ＤＣ電圧調整部により調整できる最大制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧限界上限設定部と、
装置毎に予め設定される前記目標ＤＣ電圧調整部により調整できる最小制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧限界下限設定部と、
前記目標ＤＣ電圧限界上限設定部で設定される電圧値以下で、前記運転回転数設定部により設定される回転数毎に予め設定され、前記目標ＤＣ電圧調整部により調整できる最大制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧上限設定部と、を有し、
前記目標ＤＣ電圧上限設定部は、
前記目標ＤＣ電圧調整部における設定値と等しくなる場合に、運転最大回転数で運転中に前記インバータ部を停止させ、停止後から所定の時間内に、前記ＤＣ電圧検出部が検出するＤＣ電圧の最大値が、所定の許容最大ＤＣ電圧以下となるよう設定されたモータインバータ制御装置において、
前記制御部は、前記インバータ部の停止後から所定の時間内に、前記ＤＣ電圧検出部が検出するＤＣ電圧の最大値に応じて、前記目標ＤＣ電圧上限設定部により設定される目標ＤＣ電圧上限設定値を補正する目標ＤＣ電圧上限設定補正部を備えることを特徴とするモータインバータ制御装置。
【請求項２】
前記目標ＤＣ電圧上限設定補正部は、前記インバータ部の停止後から所定の時間内に、前記ＤＣ電圧検出部が検出するＤＣ電圧の最大値が所定の許容最大ＤＣ電圧より小さい場合、停止時に前記目標ＤＣ電圧調整部により設定される目標ＤＣ電圧値に、所定の許容最大ＤＣ電圧と前記インバータ部の停止後から所定の時間内に前記ＤＣ電圧検出部で検出したＤＣ電圧の最大値との差分を加えたＤＣ電圧値が、前記インバータ部の停止時に前記運転回転数設定部で設定される回転数未満で、前記目標ＤＣ電圧上限設定部により設定される目標ＤＣ電圧上限設定値より大きくなる場合には、前記目標ＤＣ電圧上限設定部による目標ＤＣ電圧上限設定値を、停止時に前記目標ＤＣ電圧調整部により設定される目標ＤＣ電圧値に、所定の許容最大ＤＣ電圧と前記インバータ部の停止後から所定の時間内に前記ＤＣ電圧検出部で検出したＤＣ電圧の最大値との差分を加えたＤＣ電圧値に補正することを特徴とする請求項１記載のモータインバータ制御装置。
【請求項３】
前記目標ＤＣ電圧上限設定補正部は、前記インバータ部の停止後から所定の時間内に、前記ＤＣ電圧検出部が検出するＤＣ電圧の最大値が所定の許容最大ＤＣ電圧より大きい場合、停止時に前記目標ＤＣ電圧調整部により設定される目標ＤＣ電圧値に、前記インバータ部の停止後から所定の時間内に前記ＤＣ電圧検出部で検出したＤＣ電圧の最大値と所定の許容最大ＤＣ電圧との差分を減じたＤＣ電圧値が、前記インバータ部の停止時に前記運転回転数設定部で設定される回転数以上で、前記目標ＤＣ電圧上限設定部により設定される目標ＤＣ電圧上限設定値より小さくなる場合には、前記目標ＤＣ電圧上限設定部による目標ＤＣ電圧上限設定値を、停止時に前記目標ＤＣ電圧調整部により設定される目標ＤＣ電圧値に、前記インバータ部の停止後から所定の時間内に前記ＤＣ電圧検出部で検出したＤＣ電圧の最大値と所定の許容最大ＤＣ電圧との差分を減じたＤＣ電圧値に補正することを特徴とする請求項１に記載のモータインバータ制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記インバータ部を停止させる際、蓄積される前記インバータ部の停止回数に応じて予め設定される停止回転数を指示する指示停止回転数設定部と、前記インバータ部を停止させる際は、前記指示停止回転数設定部で設定される停止回転数と前記運転回転数設定部で設定される運転回転数とが一致するようにモータを運転させ、指示された停止回転数に運転回転数が到達後、前記インバータ部を停止させる停止回転数制御部と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータインバータ制御装置。
【請求項５】
前記指示停止回転数設定部は、停止回数に応じて予め設定される停止回転数が、低い回転数より順に設定されることを特徴とする請求項４に記載のモータインバータ制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記交流電源の電圧位相を演算する電圧位相演算部と、前記インバータ部を停止させる際は、前記電圧位相演算部による電圧位相が所定の電圧位相となるタイミングで停止させる停止電圧位相タイミング制御部と、を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータインバータ制御装置における直流電圧制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータインバータ装置における電圧調整の手順を示したフローチャートを、図１４に示す。まず、入力電流、モータ回転数、直流電圧の計測値を入力する（ステップＳＡ１）。
【０００３】
次に、図１５に示すような入力された入力電流Ｉａに基づき、電源高調波規制をクリアできる第１直流電圧指令Ｖｉ＊を決定する（ステップＳＡ２）。次に、図１６に示すような、入力されたモータ回転数ω＊に基づき、モータ駆動に必要となる第２直流電圧指令Ｖω＊を決定する（ステップＳＡ３）。
【０００４】
続いて、第１直流電圧指令Ｖｉ＊及び第２直流電圧指令Ｖω＊のうち、値の大きい方を直流電圧指令として選択する（ステップＳＡ４）。そして、選択された直流電圧指令に基づき直流電圧の調整を行う（ステップＳＡ５）。
【０００５】
このように、直流電圧を調整することで、圧縮機のモータの安定駆動と電源高調波規制のクリアを実現することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５９２５３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来のモータインバータ制御装置では、圧縮機のモータを効率よく駆動させるために、必要となる直流電圧を確保できる。しかしながら、圧縮機のモータを、高速回転数域で駆動中に異常発生などで急停止させた場合、回生電圧により部品耐圧を超えた直流電圧が、インバータ部の入力に印加されるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インバータ制御により駆動するモータが、急停止したときに発生する回生電圧を、許容範囲内に収めることができるモータインバータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のモータインバータ制御装置は、交流電源の電力を直流電力に変換し昇圧機能を有するコンバータ部と、前記コンバータ部からの直流電力を、交流電力に変換して、モータに供給するインバータ部と、前記コンバータ部と前記インバータ部とを制御する制御部と、前記コンバータ部の出力電圧を検出するＤＣ電圧検出部と、を備え、前記制御部は、前記モータの運転回転数を設定する運転回転数設定部と、所定の変調率になるように予め設定される上下限内で、前記モータの電流位相を調整する電流位相調整部と、所定の変調率になるように、また、前記電流位相調整部により設定されるモータ電流位相ができるだけ小さくなるように、前記コンバータ部の昇圧電圧を調整する目標ＤＣ電圧調整部と、装置毎に予め設定される前記目標ＤＣ電圧調整部により調整できる最大制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧限界上限設定部と、装置毎に予め設定され、前記目標ＤＣ電圧調整部により調整できる最小制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧限界下限設定部と、前記目標ＤＣ電圧限界上限設定部で設定される電圧値以下で、前記運転回転数設定部により設定される回転数毎に予め設定される前記目標ＤＣ電圧調整部により調整できる最大制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧上限設定部と、を有し、前記目標ＤＣ電圧上限設定部は、前記目標ＤＣ電圧調整部における設定値と等しくなる場合に、運転最大回転数で運転中に前記インバータ部を停止させ、停止後から所定の時間内に、前記ＤＣ電圧検出部が検出するＤＣ電圧の最大値が、所定の許容最大ＤＣ電圧以下となるよう設定されたモータインバータ制御装置において、前記制御部は、前記インバータ部の停止後から所定の時間内に、前記ＤＣ電圧検出部が検出するＤＣ電圧の最大値に応じて、前記目標ＤＣ電圧上限設定部により設定される目標ＤＣ電圧上限設定値を補正する目標ＤＣ電圧上限設定補正部を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
これにより、インバータ部が停止するときに発生する回生電圧を許容範囲に抑制しながら、できるだけ高いＤＣ電圧をインバータ部に印加し、モータを駆動するために必要となる弱め界磁量を極力小さくして、モータの損失を抑制するモータインバータ制御装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インバータ制御により駆動するモータが、急停止したときに発生する回生電圧を、許容範囲内に収めることができるモータインバータ制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータインバータ制御装置の構成図
【図２】同目標ＤＣ電圧上限設定値の補正を行う前のモータの回転数と、ＤＣ電圧、電流位相、変調率の関係を示す図
【図３】（ａ）同回生電圧が許容電圧以下のときの、ＤＣ電圧と時間との関係を示す図（ｂ）同回生電圧が許容電圧を超過したときの、ＤＣ電圧と時間との関係を示す図
【図４】同インバータ部を停止させたときの回生電圧が許容電圧以下のときの、目標ＤＣ電圧上限設定値の１回補正後の、モータの回転数と、ＤＣ電圧、電流位相、変調率の関係性を示す図
【図５】同インバータ部を停止させたときの回生電圧が許容電圧以下のときの、目標ＤＣ電圧上限設定値の２回補正後の、モータの回転数と、ＤＣ電圧、電流位相、変調率の関係を示す図
【図６】同インバータ部を停止させたときの回生電圧が許容電圧以下のときの、目標ＤＣ電圧上限設定値の理想的な補正後の、モータの回転数と、ＤＣ電圧、電流位相、変調率の関係を示す図
【図７】同インバータ部を停止させたときの回生電圧が許容電圧を超過したときの、目標ＤＣ電圧上限設定値の１回補正後の、モータの回転数と、ＤＣ電圧、電流位相、変調率の関係を示す図
【図８】同インバータ部を停止させたときの回生電圧が許容電圧を超過したときの、目標ＤＣ電圧上限設定値の理想的な補正後の、モータの回転数と、ＤＣ電圧、電流位相、変調率の関係を示す図
【図９】同目標ＤＣ電圧上限設定値の補正の必要ない場合の、モータの回転数と、ＤＣ電圧、電流位相、変調率の関係を示す図
【図１０】同モータインバータ制御装置における停止回数と指示停止回転数との関係を示す図
【図１１】同モータインバータ制御装置において、指示停止回転数と停止指示タイミングとの関係を示す図
【図１２】（ａ）同目標ＤＣ電圧上限設定値の補正を行う前のモータの回転数とＤＣ電圧の関係を示す図（ｂ）同目標ＤＣ電圧上限設定値の３回補正後のモータの回転数とＤＣ電圧の関係を示す図（ｃ）同目標ＤＣ電圧上限設定値の１回補正後のモータの回転数とＤＣ電圧の関係を示す図（ｄ）同目標ＤＣ電圧上限設定値の２回補正後のモータの回転数とＤＣ電圧の関係を示す図（ｅ）同目標ＤＣ電圧上限設定値の他の１回補正後のモータの回転数とＤＣ電圧の関係を示す図（ｆ）同目標ＤＣ電圧上限設定値の他の２回補正後のモータの回転数とＤＣ電圧の関係を示す図
【図１３】本発明の実施の形態１におけるモータインバータ制御装置の電圧位相とＤＣ電圧との関係を示す図
【図１４】従来のモータインバータ装置における電圧調整の手順のフローチャートを示す図
【図１５】従来のモータインバータ装置における入力電流に対する直流電圧指令を示す図
【図１６】従来のモータインバータ装置における回転数に対する直流電圧指令を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、交流電源の電力を直流電力に変換し昇圧機能を有するコンバータ部と、前記コンバータ部からの直流電力を、交流電力に変換して、モータに供給するインバータ部と、前記コンバータ部と前記インバータ部とを制御する制御部と、前記コンバータ部の出力電圧を検出するＤＣ電圧検出部と、を備え、前記制御部は、前記モータの運転回転数を設定する運転回転数設定部と、所定の変調率になるように予め設定される上下限内で、前記モータの電流位相を調整する電流位相調整部と、所定の変調率になるように、また、前記電流位相調整部により設定されるモータ電流位相ができるだけ小さくなるように、前記コンバータ部の昇圧電圧を調整する目標ＤＣ電圧調整部と、装置毎に予め設定される前記目標ＤＣ電圧調整部により調整できる最大制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧限界上限設定部と、装置毎に予め設定される前記目標ＤＣ電圧調整部により調整できる最小制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧限界下限設定部と、前記目標ＤＣ電圧限界上限設定部で設定される電圧値以下で、前記運転回転数設定部により設定される回転数毎に予め設定され、前記目標ＤＣ電圧調整部により調整できる最大制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧上限設定部と、を有し、前記目標ＤＣ電圧上限設定部は、前記目標ＤＣ電圧調整部における設定値と等しくなる場合に、運転最大回転数で運転中に前記インバータ部を停止させ、停止後から所定の時間内に、前記ＤＣ電圧検出部が検出するＤＣ電圧の最大値が、所定の許容最大ＤＣ電圧以下となるよう設定されたモータインバータ制御装置において、前記制御部は、前記インバータ部の停止後から所定の時間内に、前記ＤＣ電圧検出部が検出するＤＣ電圧の最大値に応じて、前記目標ＤＣ電圧上限設定部により設定される目標ＤＣ電圧上限設定値を補正する目標ＤＣ電圧上限設定補正部を備えることを特徴とするモータインバータ制御装置である。
【００１４】
これにより、運転状態と停止状態を繰り返すことで実測する回生電圧に基づいた目標ＤＣ電圧の上限設定を行うことができる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、前記目標ＤＣ電圧上限設定補正部は、前記インバータ部の停止後から所定の時間内に、前記ＤＣ電圧検出部が検出するＤＣ電圧の最大値が所定の許容最大ＤＣ電圧より小さい場合、停止時に前記目標ＤＣ電圧調整部により設定される目標ＤＣ電圧値に、所定の許容最大ＤＣ電圧と前記インバータ部の停止後から所定の時間内に前記ＤＣ電圧検出部で検出したＤＣ電圧の最大値との差分を加えたＤＣ電圧値が、前記インバータ部の停止時に前記運転回転数設定部で設定される回転数未満で、前記目標ＤＣ電圧上限設定部により設定される目標ＤＣ電圧上限設定値より大きくなる場合には、前記目標ＤＣ電圧上限設定部による目標ＤＣ電圧上限設定値を、停止時に前記目標ＤＣ電圧調整部により設定される目標ＤＣ電圧値に、所定の許容最大ＤＣ電圧と前記インバータ部の停止後から所定の時間内に前記ＤＣ電圧検出部で検出したＤＣ電圧の最大値との差分を加えたＤＣ電圧値に補正することを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、インバータ部が停止するときに発生する回生電圧を許容範囲内に抑制しながら、できるだけ高いＤＣ電圧をインバータ部に印加することができるため、モータを駆動するために必要となる弱め界磁量を極力小さくしてモータ損失を抑制することができる。
【００１７】
第３の発明は、第１の発明において、前記目標ＤＣ電圧上限設定補正部は、前記インバータ部の停止後から所定の時間内に、前記ＤＣ電圧検出部が検出するＤＣ電圧の最大値が所定の許容最大ＤＣ電圧より大きい場合、停止時に前記目標ＤＣ電圧調整部により設定される目標ＤＣ電圧値に、前記インバータ部の停止後から所定の時間内に前記ＤＣ電圧検出部で検出したＤＣ電圧の最大値と所定の許容最大ＤＣ電圧との差分を減じたＤＣ電圧値が、前記インバータ部の停止時に前記運転回転数設定部で設定される回転数以上で、前記目標ＤＣ電圧上限設定部により設定される目標ＤＣ電圧上限設定値より小さくなる場合には、前記目標ＤＣ電圧上限設定部による目標ＤＣ電圧上限設定値を、停止時に前記目標ＤＣ電圧調整部により設定される目標ＤＣ電圧値に、前記インバータ部の停止後から所定の時間内に前記ＤＣ電圧検出部で検出したＤＣ電圧の最大値と所定の許容最大ＤＣ電圧との差分を減じたＤＣ電圧値に補正することを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、インバータ部の入力部に接続されるコンデンサの容量が劣化等により減少した場合でも、装置の状態に合わせたＤＣ電圧をインバータ部に印加することができるため、回生電圧の増加を抑制することができる。
【００１９】
第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明において、前記制御部は、前記インバータ部を停止させる際、蓄積される前記インバータ部の停止回数に応じて予め設定される停止回転数を指示する指示停止回転数設定部と、前記インバータ部を停止させる際は、前記指示停止回転数設定部で設定される停止回転数と前記運転回転数設定部で設定される運転回転数とが一致するようにモータを運転させ、指示された停止回転数に運転回転数が到達後、前記インバータ部を停止させる停止回転数制御部と、を備えることを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、目標ＤＣ電圧上限設定補正部による目標ＤＣ電圧上限値の補正が特定の運転回転数に集中して行われることを防止し、広い回転数領域において、均一に行うことができる。
【００２１】
第５の発明は、第４の発明において、前記指示停止回転数設定部は、停止回数に応じて予め設定される停止回転数が、低い回転数より順に設定されることを特徴とするものである。
【００２２】
これにより、目標ＤＣ電圧上限設定値の補正を回生電圧の増加を抑制しながら行うことができる。
【００２３】
第６の発明は、第１〜第５のいずれかの発明において、前記制御部は、前記交流電源の電圧位相を演算する電圧位相演算部と、前記インバータ部を停止させる際は、前記電圧位相演算部による電圧位相が所定の電圧位相となるタイミングで停止させる停止電圧位相タイミング制御部と、を備えることを特徴とするものである。
【００２４】
これにより、交流電源の周波数の２倍の周波数で脈動するＤＣ電圧を考慮した回生電圧による目標ＤＣ電圧上限設定値の補正を行うことができる。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるモータインバータ制御装置の構成図である。
【００２７】
本発明の実施の形態におけるモータインバータ制御装置は、交流電源１の交流電力を、整流回路などを用いて直流電力に変換し、半導体スイッチ素子、リアクタや平滑用コンデンサなどで構成され昇圧機能を有するコンバータ部２と、このコンバータ部２からの直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する半導体スイッチ素子などで構成されるインバータ部４と、コンバータ部２とインバータ部４を制御するマイクロコンピュータなどで構成される制御部５と、コンバータ部２の出力電圧を検出する分圧抵抗などで構成されるＤＣ電圧検出部６と、を備えている。
【００２８】
そして、制御部５は、モータ３の運転回転数を設定する運転回転数設定部７と、所定の変調率になるように予め設定される上下限内でモータ３の電流位相を調整する電流位相調整部８と、所定の変調率になるように、また、電流位相調整部８により設定されるモータ電流位相ができるだけ小さくなるようにコンバータ部２の昇圧電圧を調整する目標ＤＣ電圧調整部９と、装置毎に予め設定される目標ＤＣ電圧調整部９により調整できる最大制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧限界上限設定部１０と、装置毎に予め設定される目標ＤＣ電圧調整部９により調整できる最小制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧限界下限設定部１１と、目標ＤＣ電圧限界上限設定部１０で設定される電圧値以下で運転回転数設定部７により設定される回転数毎に予め設定され、目標ＤＣ電圧調整部９により調整できる最大制限電圧を設定する目標ＤＣ電圧上限設定部１２と、を備えている。
【００２９】
なお、目標ＤＣ電圧上限設定部１２は、目標ＤＣ電圧調整部９における設定値と等しくなる場合に、運転最大回転数で運転中にインバータ部４を停止させ、停止後から所定の時間内にＤＣ電圧検出部６が検出するＤＣ電圧の最大値が所定の許容最大ＤＣ電圧以下となるように設定されている。
【００３０】
さらに、制御部５は、インバータ部４が停止後から所定の時間内に、ＤＣ電圧検出部６が検出するＤＣ電圧の最大値が所定の許容最大ＤＣ電圧より小さい場合、停止時に目標ＤＣ電圧調整部９により設定される目標ＤＣ電圧値に、所定の許容最大ＤＣ電圧とインバータ部４が停止後から所定の時間内にＤＣ電圧検出部６で検出したＤＣ電圧の最大値との差分を加えたＤＣ電圧値が、インバータ部４が停止時に運転回転数設定部７で設定される回転数未満で、目標ＤＣ電圧上限設定部１２により設定される目標ＤＣ電圧上限設定値より大きくなる場合は、目標ＤＣ電圧上限設定部１２による目標ＤＣ電圧上限設定値を、停止時に目標ＤＣ電圧調整部９により設定される目標ＤＣ電圧値に所定の許容最大ＤＣ電圧とインバータ部４が停止後から所定の時間内にＤＣ電圧検出部６で検出したＤＣ電圧の最大値との差分を加えたＤＣ電圧値に補正する目標ＤＣ電圧上限設定補正部１３を備えている。
【００３１】
また、目標ＤＣ電圧上限設定補正部１３は、インバータ部４が停止後から所定の時間内に、ＤＣ電圧検出部６が検出するＤＣ電圧の最大値が所定の許容最大ＤＣ電圧より大きい場合、停止時に目標ＤＣ電圧調整部９により設定される目標ＤＣ電圧値に、インバータ部４が停止後から所定の時間内にＤＣ電圧検出部６で検出したＤＣ電圧の最大値と所定の許容最大ＤＣ電圧との差分を減じたＤＣ電圧値が、インバータ部４が停止時に運転回転数設定部７で設定される回転数以上で、目標ＤＣ電圧上限設定部１２により設定される目標ＤＣ電圧上限設定値より小さくなる場合は、目標ＤＣ電圧上限設定部１２による目標ＤＣ電圧上限設定値を、停止時に目標ＤＣ電圧調整部９により設定される目標ＤＣ電圧値に、インバータ部４が停止後から所定の時間内にＤＣ電圧検出部６で検出したＤＣ電圧の最大値と所定の許容最大ＤＣ電圧との差分を減じたＤＣ電圧値に補正する。
【００３２】
さらに、制御部５は、インバータ部４を停止させる際、蓄積されるインバータ部４の停止回数に応じて予め低い回転数より順に設定される停止回転数を指示する指示停止回転数設定部１４と、インバータ部４を停止させる際、指示停止回転数設定部１４で設定される停止回転数と運転回転数設定部７で設定される運転回転数が一致するように、モータ３を運転させ、指示された停止回転数に運転回転数が到達後、インバータ部４を停止させる停止回転数制御部１５と、交流電源１の電圧位相を演算する電圧位相演算部１６と、インバータ部４を停止させる際、電圧位相演算部１６による電圧位相が所定の電圧位相となるタイミングで停止させる停止電圧位相タイミング制御部１７とを備えている。
【００３３】
以上のように構成されたモータインバータ制御装置において、以下に、その動作、作用を説明する。
【００３４】
図２は、上限電圧の補正を行う前のモータ３の回転数に対するＤＣ電圧、電流位相、変調率の関係性を示す。
【００３５】
ＤＣ電圧は、目標ＤＣ電圧限界下限設定部１１で設定される限界下限値Ｖｍｉｎ＿ｌｉｍ（望ましくは電源高調波規制をクリアできる値を設定）と、目標ＤＣ電圧限界上限設定部１０で設定される限界上限値Ｖｍａｘ＿ｌｉｍ以下で、目標ＤＣ電圧上限設定部１２で設定される上限電圧値Ｖ２との範囲内で、目標ＤＣ電圧調整部９により、変調率が所定の変調率σ１（望ましくは過変調となるように設定）となるように調整される。
【００３６】
上限電圧値Ｖ２は最大回転数ｒｐｓ＿ｍａｘにおいてインバータ部４を停止させたときの回生電圧が、許容電圧値以下となるように設定する。インバータ部４を停止させたときの回生電圧については、図３を用いて説明する。
【００３７】
図３は、インバータ部４を停止させた場合の、目標ＤＣ電圧調整部９による目標ＤＣ電圧設定を太い破線、ＤＣ電圧検出部６による検出ＤＣ電圧を太い実線で示す。
【００３８】
時間ｔ１でインバータ部４を停止させると、機械的な惰性運転により、時間ｔ１ａまでの短い時間において、モータ３が発電機として作用するため、回生により検出ＤＣ電圧が、停止前の目標ＤＣ電圧設定Ｖｄｃ＿１近傍から、Ｖｄｃ＿ｒｅ１まで上昇する。
【００３９】
このときの、上昇した最大となる検出ＤＣ電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１を回生電圧とする。装置の許容電圧を、Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔとし、図３（ａ）は、回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔ以下となる場合、図３（ｂ）は、回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔを超過する場合を示す。
【００４０】
よって、図２の最大回転数ｒｐｓ＿ｍａｘでは上限電圧Ｖ２設定でインバータ部４を停止させた場合でも、図３（ａ）に示すように回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔ以下となるように、上限電圧値Ｖ２を設定する。
【００４１】
望ましくはインバータ部４を停止させたときの回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が、許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔ以下となる中で、上限電圧値Ｖ２を可能な限り高く設定する。電流位相は下限値βｍｉｎ（望ましくは、モータがおよそ最大トルクを出力できる値に設定）と上限値βｍａｘの範囲内で、電流位相調整部８により変調率が所定の変調率σ１になるように調整される。
【００４２】
次に、設定される変調率σ１を狙った目標ＤＣ電圧調整部９と電流位相調整部８によるＤＣ電圧と電流位相の調整について説明する。回転数ｒｐｓ＿ｖｕｐ以下では、変調率をできるだけ高くして目標とする変調率σ１に近付けるため、目標ＤＣ電圧調整部９により、ＤＣ電圧は限界下限値Ｖｍｉｎ＿ｌｉｍが設定され、電流位相調整部８により電流位相は下限値βｍｉｎが設定され、回転数の上昇に伴って変調率は上昇する。
【００４３】
回転数ｒｐｓ＿ｖｕｐで変調率が設定される変調率σ１に到達すると、この変調率σ１を維持するために電流位相は、下限値βｍｉｎを維持しながら、目標ＤＣ電圧調整部９によりＤＣ電圧を上昇させる。回転数ｒｐｓ＿βｕｐ２で、目標ＤＣ電圧調整部９により、ＤＣ電圧設定が上限電圧値Ｖ２に到達すると、この回転数ｒｐｓ＿βｕｐ２以降では、変調率σ１を維持するために、電流位相調整部８により電流位相を増加させる。以上のように、目標ＤＣ電圧上限設定補正部１３による上限電圧値の補正前のＤＣ電圧、電流位相、変調率は設定される。
【００４４】
次に、最大回転数ｒｐｓ＿ｍａｘ未満となる回転数ｒｐｓ１でインバータ部４を停止させた場合の、目標ＤＣ電圧上限設定補正部１３による上限電圧値Ｖ２の補正について、図４を用いて説明する。
【００４５】
最大回転数ｒｐｓ＿ｍａｘでインバータ部４を停止させても、回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔ以下となるように上限電圧値Ｖ２を設定しているため、同一上限電圧値Ｖ２において、最大回転数ｒｐｓ＿ｍａｘより低い回転数ｒｐｓ１でインバータ部４を停止させた場合の回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１は、許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔに対してより余裕度を有することになる。
【００４６】
そのため、回転数ｒｐｓ１でインバータ部４を停止させた場合の、許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔに対する回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１との差分を補正量（Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔ―Ｖｄｃ＿ｒｅ１）とし、回転数ｒｐｓ１未満の回転数において、上限電圧値が補正値Ｖ３（＝Ｖ２＋Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔ―Ｖｄｃ＿ｒｅ１）より低くなる場合は、補正値Ｖ３で補正する。
【００４７】
ここで、上限電圧値の補正は、補正前の上限電圧値Ｖ２から補正値Ｖ３へ１度で補正しても良いし、補正値Ｖ３に所定の重み付けを持たせて補正回数を重ねる毎に、徐々に補正するようにしても構わない。そして、補正された上限電圧値は、次回の運転開始以降に有効となり、ＤＣ電圧、電流位相は目標ＤＣ電圧調整部９、電流位相調整部８により、以下のように設定される。
【００４８】
回転数ｒｐｓ＿ｖｕｐ以下では、変調率をできるだけ高くして変調率σ１に近付けるため、目標ＤＣ電圧調整部９によりＤＣ電圧は限界下限値Ｖｍｉｎ＿ｌｉｍが設定され、電流位相調整部８により電流位相は下限値βｍｉｎが設定され、回転数の上昇に伴って変調率は上昇する。
【００４９】
回転数ｒｐｓ＿ｖｕｐで変調率が設定される変調率σ１に到達すると、この変調率σ１を維持するために、電流位相は下限値βｍｉｎを維持しながら、目標ＤＣ電圧調整部９によりＤＣ電圧を上昇させる。回転数ｒｐｓ＿βｕｐ３で目標ＤＣ電圧調整部９によりＤＣ電圧設定が上限電圧値Ｖ３に到達すると、この回転数ｒｐｓ＿βｕｐ３以降では、変調率σ１を維持するために、電流位相調整部８により電流位相を増加させる。また、回転数ｒｐｓ１以降では、上限電圧値Ｖ３を補正前の上限電圧値Ｖ２に切り替えて、電流位相調整部８による電流位相の設定を行う。
【００５０】
以上のように、目標ＤＣ電圧上限設定補正部１３により、回転数ｒｐｓ１におけるインバータ部４の停止時の回生電圧による上限電圧値の補正を行うことで、回転数ｒｐｓ＿βｕｐ２から、回転数ｒｐｓ１までの運転領域において、電流位相を減少させ弱め界磁量を減少させることで、モータ損失を抑制しながら、回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔを超過しないようにすることができる。
【００５１】
さらに、最大回転数ｒｐｓ＿ｍａｘ未満となる回転数ｒｐｓ２でインバータ部４を停止させた場合の目標ＤＣ電圧上限設定補正部１３による上限電圧値Ｖ３の補正について、図５を用いて説明する。
【００５２】
同一上限電圧値Ｖ３において、回転数ｒｐｓ１より低い回転数ｒｐｓ２で、インバータ部４を停止させた場合の回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１は、許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔに対して、より余裕度を有することになる。そのため、回転数ｒｐｓ２でインバータ部４を停止させた場合の許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔに対する回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１との差分を補正量（Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔ―Ｖｄｃ＿ｒｅ１）とし、回転数ｒｐｓ２未満の回転数において、上限電圧値が補正値Ｖ１（＝Ｖ３＋Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔ―Ｖｄｃ＿ｒｅ１）より低くなる場合は補正値Ｖ１で補正する。
【００５３】
ここで、上限電圧値の補正は、補正前の上限電圧値Ｖ３から補正値Ｖ１へ１度で補正しても良いし、補正値Ｖ１に所定の重み付けを持たせて、補正回数を重ねる毎に徐々に補正するようにしても構わない。さらに、補正値Ｖ１が限界上限値Ｖｍａｘ＿ｌｉｍ以上となる場合は、限界上限値Ｖｍａｘ＿ｌｉｍで制限する。そして、補正された上限電圧値は、次回の運転開始以降に有効となりＤＣ電圧、電流位相は以下のように設定される。
【００５４】
回転数ｒｐｓ＿ｖｕｐ以下では、変調率をできるだけ高くして変調率σ１に近付けるため、目標ＤＣ電圧調整部９によりＤＣ電圧は限界下限値Ｖｍｉｎ＿ｌｉｍが設定され、電流位相調整部８により電流位相は下限値βｍｉｎが設定され、回転数の上昇に伴って変調率は上昇する。
【００５５】
回転数ｒｐｓ＿ｖｕｐで変調率が設定される変調率σ１に到達すると、この変調率σ１を維持するために、電流位相は下限値βｍｉｎを維持しながら、目標ＤＣ電圧調整部９によりＤＣ電圧を上昇させる。回転数ｒｐｓ＿βｕｐ１で目標ＤＣ電圧調整部９によりＤＣ電圧設定が限界上限値Ｖｍａｘ＿ｌｉｍで制限される上限電圧値Ｖ１に到達すると、この回転数ｒｐｓ＿βｕｐ１以降では、変調率σ１を維持するために、電流位相調整部８により電流位相を増加させる。また、回転数ｒｐｓ２から回転数ｒｐｓ１までは上限電圧値Ｖ３、回転数ｒｐｓ１以降では上限電圧値Ｖ２として電流位相調整部８による電流位相の設定を行う。
【００５６】
以上のように、目標ＤＣ電圧上限設定補正部１３により、回転数ｒｐｓ２におけるインバータ部４の停止時の回生電圧による上限電圧値の補正を行うことで、回転数ｒｐｓ＿βｕｐ３から回転数ｒｐｓ２までの運転領域において、電流位相をさらに減少させ弱め界磁量を減少させることで、モータ損失を抑制しながら、回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔを超過しないようにすることができる。
【００５７】
つまり、図４は、インバータ部４の１回目の停止後における上限電圧値の補正状態、図５は、インバータ部４の２回目の停止後における上限電圧値の補正状態を示すことになる。このように、停止状態と運転状態を繰り返すことで、上限電圧値の補正がインバータ部４の停止毎に行われ、最終的には、図６に示すような理想的な上限電圧値の補正状態に近づくことになる。
【００５８】
次に、図７に基づいて、インバータ部４を停止させたときの回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔを超過した場合の目標ＤＣ電圧上限設定補正部１３による上限電圧値の補正について説明する。
【００５９】
これは、コンバータ部２において、経年劣化などにより、構成部品のコンデンサの容量が減少して発生する場合などを想定している。
【００６０】
まず、回転数ｒｐｓ３でインバータ部４を停止させたときの回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が図３（ｂ）に示すように許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔを超過している場合は、超過している回生電圧と許容電圧の差分を補正量（Ｖｄｃ＿ｒｅ１―Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔ）とし、回転数ｒｐｓ３以降の上限電圧値が、補正値Ｖ５（＝Ｖ２―（Ｖｄｃ＿ｒｅ１―Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔ））より大きい場合には、補正値Ｖ５で補正する。
【００６１】
ここで、上限電圧値の補正は、補正前の上限電圧値Ｖ２から補正値Ｖ５へ１度に補正しても良いし、補正値Ｖ５に所定の重み付けを持たせて、補正回数を重ねる毎に、徐々に補正するようにしても構わない。
【００６２】
これにより、上限電圧値が下がるため次回以降の運転において、回転数ｒｐｓ３以降における電流位相は大きくなるが、インバータ部４を停止する際の回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１を抑制することができる。
【００６３】
そして、停止状態と運転状態を繰り返すことで、目標ＤＣ電圧上限設定補正部１３による上限電圧値の補正がインバータ部４の停止毎に行われるため、最終的には、図８に示すような理想的な上限電圧値の補正状態に近づくことになる。
【００６４】
ちなみに、最大回転数ｒｐｓ＿ｍａｘにおいて、上限電圧値を限界上限値Ｖｍａｘ＿ｌｉｍと等しくなるように設定した場合、インバータ部４を停止させたときの回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が、許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔ以下であれば、図９に示すように、上限電圧値の補正を行う必要はない。
【００６５】
次に、図６や図８に示すような、理想的な上限電圧値の補正を行うためのインバータ部４の停止方法における、指示停止回転数設定部１４及び停止回転数制御部１５について説明する。
【００６６】
図１０は、累積されるインバータ部４の停止回数に応じて、指示停止回転数設定部１４により設定される指示停止回転数を一覧表にしたものであり、例として、累積される停止回数を１０で剰余演算した結果が０から９に対し、指示停止回転数としてｓｔｏｐ０からｓｔｏｐ９を設定している。
【００６７】
また、図１１は、指示停止回転数設定部１４により設定される停止回転数で、インバータ部４を停止させるための停止回転数制御部１５による回転数の変化を示したものである。
【００６８】
まず、累積された停止回数を１０で剰余演算した結果が０となる場合は、指示停止回転数設定部１４で設定される指示停止回転数はｓｔｏｐ０となる。そのため、運転中に時間ｔ０で停止指示が発生した場合、時間ｔ０における運転回転数Ｄ０が指示停止回転数ｓｔｏｐ０と異なる場合は、停止回転数制御部１５により運転回転数を、Ｄ０からｓｔｏｐ０まで変化させた後に、時間ｔ１でインバータ部４を停止させ、累積停止回数をカウントアップする。
【００６９】
運転回転数Ｄ０と指示停止回転数ｓｔｏｐ０が一致する場合は、停止指示タイミングと同時にインバータ部４を停止させ（ｔ０＝ｔ１）、累積停止回数をカウントアップする。
【００７０】
次に、運転が再開され、時間ｔ２で停止指示が発生した場合、時間ｔ２における運転回転数Ｄ１が指示停止回転数ｓｔｏｐ１と異なる場合は、停止回転数制御部１５により運転回転数をＤ１からｓｔｏｐ１まで変化させた後に、時間ｔ３でインバータ部４を停止させ、累積停止回数をカウントアップする。
【００７１】
運転回転数Ｄ１と指示停止回転数ｓｔｏｐ１が一致する場合は、停止指示タイミングと同時にインバータ部４を停止させ（ｔ２＝ｔ３）、累積停止回数をカウントアップする。
【００７２】
このように、運転回転数Ｄ０からＤ９がほぼ同じ回転数となってしまうような運転状態であっても、この停止方法を繰り返すことで、インバータ部４が停止する毎に回転数ｓｔｏｐ０からｓｔｏｐ９までの決められた回転数領域内において、特定の回転数付近に集中することなく、上限電圧値を均一に補正することができる。
【００７３】
次に、上限電圧値の補正において回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔを超過する量を抑制する方法について説明する。
【００７４】
図１２は、回転数ｒ１、ｒ２、ｒ３の上限電圧値をＶｒ０から、それぞれＶｒ１、Ｖｒ２、Ｖｒ３へ３回補正することで、補正が完了する場合の過程を示したものである。図１２（ａ）は補正開始前、図１２（ｂ）は補正完了後の上限電圧値を示している。
【００７５】
まず、指示停止回転数設定部１４で設定される回転数が低い回転数より順に設定される場合について説明する。
【００７６】
この場合は、図１２（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｂ）の順に上限電圧値の補正を実施することになる。
【００７７】
まず、回転数ｒ１でインバータ部４を停止させ回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔを超過した場合、超過量に相当する上限電圧値のＶｒ０からＶｒ１への補正を行う（図１２（ｃ））。そして次に、回転数ｒ２でインバータ部４を停止させ回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔを超過した場合、超過量に相当する上限電圧値のＶｒ１からＶｒ２への補正を行う（図１２（ｄ））。そして最後に、回転数ｒ３でインバータ部４を停止させ回生電圧Ｖｄｃ＿ｒｅ１が許容電圧Ｖｄｃ＿ａｃｃｅｐｔを超過した場合、超過量に相当する上限電圧値のＶｒ２からＶｒ３への補正を行う（図１２（ｂ））。
【００７８】
これに対し、指示停止回転数設定部１４で設定される回転数が高い回転数より順に設定された場合は、図１２（ａ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｂ）の順に、上限電圧値の補正を実施することになる。
【００７９】
まず、回転数ｒ３でインバータ部４を停止させ回生電圧が許容電圧を超過した場合、超過量に相当する上限電圧値のＶｒ０からＶｒ３への補正を行う（図１２（ｅ））。そして次に、回転数ｒ２でインバータ部４を停止させ回生電圧が許容電圧を超過した場合、超過量に相当する上限電圧値のＶｒ０からＶｒ２への補正を行う（図１２（ｆ））。そして最後に、回転数ｒ１でインバータ部４を停止させ回生電圧が許容電圧を超過した場合、超過量に相当する上限電圧値のＶｒ０からＶｒ１への補正を行う（図１２（ｂ））。
【００８０】
このように最終的に、補正完了後の上限電圧値は図１２（ｂ）に示すように同じであっても、その補正を低い回転数から行うか、高い回転数から行うかという順序により許容電圧を超過する量が大きく異なることになる。例えば、図１２（ｃ）の超過量（Ｖｒ０―Ｖｒ１）と比較して、図１２（ｅ）の超過量（Ｖｒ０―Ｖｒ３）が大きくなる。
【００８１】
そのため、指示停止回転数設定部１４により設定する停止回転数を低い回転数より順に設定して、目標ＤＣ電圧上限設定補正部１３による上限電圧値の補正を行うことで、回生電圧が許容電圧を超過する量を最小限に抑制しながら上限電圧値の補正を実施できる。
【００８２】
最後に、交流電源１の電圧位相に対してインバータ部４を停止させるタイミングについて説明する。
【００８３】
図１３に、電圧位相演算部１６により交流電源１における交流電圧のゼロクロスタイミング等に基づいて演算される０ｄｅｇから３６０ｄｅｇまでの電圧位相とＤＣ電圧の脈動との関係を示す。
【００８４】
実際のＤＣ電圧は、交流電源１の電圧位相に同期して交流電源の２倍の周波数成分で脈動しているため、電圧位相により瞬時ＤＣ電圧は、ＤＣＶｍｉｎからＤＣＶｍａｘまで変化している。
【００８５】
そのため、インバータ部４を停止させて実測する回生電圧による上限電圧値の補正を行う際は、停止電圧位相タイミング制御部１７により決められた電圧位相タイミングで、あるいは、回生電圧が最も高くなる電圧位相タイミングでインバータ部４を停止させるようにする。これにより、瞬時ＤＣ電圧の違いによる回生電圧への影響を抑制した正確な上限電圧値の補正を実施することができる。
【００８６】
このように本発明では、インバータ部４が停止する毎に実測する回生電圧に応じて、上限電圧値の補正を行うため、回生電圧が許容電圧を超過しない範囲で、できるだけ高いＤＣ電圧を設定することが可能になり、弱め界磁量をできるだけ小さくして、モータ３の損失を抑制するモータ駆動を実現することができる。
【００８７】
また、上限電圧値の設定は、予め最大回転数における回生電圧のみ確認して設定しておけば、最大回転数以下の回転数における上限電圧値は、インバータ部４が停止する度に補正されるため容易に行うことができ、さらに、経年劣化などによりコンデンサ容量が減少した場合でも、回生電圧の許容電圧の超過を最小限に抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上のように、本発明にかかるモータインバータ制御装置は、モータが停止するときに発生する回生電圧を、許容範囲内に抑制することができるので、インバータ制御により駆動するモータを搭載した電気機器に適用できる。
【符号の説明】
【００８９】
１    交流電源
２    コンバータ部
３    モータ
４    インバータ部
５    制御部
６    ＤＣ電圧検出部
７    運転回転数設定部
８    電流位相調整部
９    目標ＤＣ電圧調整部
１０  目標ＤＣ電圧限界上限設定部
１１  目標ＤＣ電圧限界下限設定部
１２  目標ＤＣ電圧上限設定部
１３  目標ＤＣ電圧上限設定補正部
１４  指示停止回転数設定部
１５  停止回転数制御部
１６  電圧位相演算部
１７  停止電圧位相タイミング制御部
【図１】
2020018134.tif 000003
【図２】
2020018134.tif 000004
【図３】
2020018134.tif 000005
【図４】
2020018134.tif 000006
【図５】
2020018134.tif 000007
【図６】
2020018134.tif 000008
【図７】
2020018134.tif 000009
【図８】
2020018134.tif 000010
【図９】
2020018134.tif 000011
【図１０】
2020018134.tif 000012
【図１１】
2020018134.tif 000013
【図１２】
2020018134.tif 000014
【図１３】
2020018134.tif 000015
【図１４】
2020018134.tif 000016
【図１５】
2020018134.tif 000017
【図１６】
2020018134.tif 000018