(57)【要約】  インバータ部（２）のスイッチング変化を高速にパルス検出すると共に、モータ残留電圧または位相を検出できる高速パルス（Ｖｐｕ）検出と残留電圧（Ｖｕｖ）または位相（Ｖｐｈｕｖ）検出の検出部を共通回路（４）として備え、回路構成を簡単化すると共に、低コスト化、装置の小型化を図ることができるインバータ装置とその出力電圧検出方法を提供する。  電圧検出部（３）と、前記電圧検出部（３）の出力である１相分の相電圧検出値と第１の基準電圧値（Ｖｒｅｆ１）との比較に基づいて高速パルス（Ｖｐｕ）を検出する回路（Ｕ３）と、前記電圧検出部（３）の出力である２相分の相電圧検出値に基づいて線間残留電圧（Ｖｕｖ）を検出する回路（Ｕ１）と、前記線間残留電圧（Ｖｕｖ）と第２の基準電圧値（Ｖｒｅｆ２）との比較に基づいて線間位相（Ｖｐｈｕｖ）を検出する回路と、で構成されたインバータ出力電圧検出回路（４）を備えた。
2009004888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力をインバータ部に供給する直流電源部と、半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子に並列に接続された還流ダイオードより構成され、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部と駆動制御対象であるモータとの間に接続され、前記インバータ部の相電圧を検出する電圧検出部と、を備えたインバータ装置において、
前記電圧検出部と、
前記電圧検出部の出力である１相分の相電圧検出値と第１の基準電圧値との比較に基づいて高速パルスを検出する回路と、
前記電圧検出部の出力である２相分の相電圧検出値に基づいて線間残留電圧または前記モータの誘起電圧を検出する回路と、
前記線間残留電圧と第２の基準電圧値との比較に基づいて線間位相を検出する回路と、で構成されたインバータ出力電圧検出回路を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記インバータ出力電圧検出回路が、前記相電圧検出値に基づいて、前記高速パルスおよび前記線間残留電圧ならびに前記線間位相を一括に検出することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記電圧検出部が、一方の端を前記インバータ部と前記モータとの間に接続し、他端を第２の抵抗器に接続した第１の抵抗器と、
一方の端を前記第１の抵抗器に接続し、他端を第３の抵抗器に接続した前記第２の抵抗器と、
一方の端を前記第２の抵抗器に接続し、他端を前記直流電源部のＮラインに接続した前記第３の抵抗器と、
アノードを前記インバータ部と前記モータとの間に接続し、カソードを前記第１の抵抗器と前記第２の抵抗器が接続された箇所に接続した高速ダイオードと、で構成されたことを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記高速パルスが、前記インバータ部における１相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の立上りまたは立下り過渡期に検出するものであることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記線間残留電圧または線間位相が、前記インバータ部における１相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の定常期に検出するものであることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項６】
直流電力をインバータ部に供給する直流電源部と、半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子に並列に接続された還流ダイオードより構成され、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部と駆動制御対象であるモータとの間に接続され、前記インバータ部の相電圧を検出する電圧検出部と、を備えたインバータ装置の出力電圧検出方法において、
前記電圧検出部の出力である１相分の相電圧検出値と第１の基準電圧値との比較に基づいて高速パルスを検出し、
前記電圧検出部の出力である２相分の相電圧検出値に基づいて線間残留電圧を検出し、
前記線間残留電圧と第２の基準電圧値との比較に基づいて線間位相を検出することを特徴とするインバータ装置の出力電圧検出方法。
【請求項７】
前記相電圧検出値に基づいて、前記高速パルスおよび前記線間残留電圧ならびに前記線間位相を一括に検出することを特徴とする請求項６記載のインバータ装置の出力電圧検出方法。
【請求項８】
前記高速パルスを、前記インバータ部における１相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の立上りまたは立下り過渡期に検出することを特徴とする請求項６記載のインバータ装置の出力電圧検出方法。
【請求項９】
前記線間残留電圧または線間位相を、前記インバータ部における１相分の前記半導体スッチング素子がオンオフ動作時の定常期に検出することを特徴とする請求項６記載のインバータ装置の出力電圧検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ出力電圧を高速に検出すると共に、モータ残留電圧または位相を検出するインバータ装置とその出力電圧検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１の従来技術は、「インバータにおける電圧検出回路に関する」ものであり、「インバータ出力電圧を直流入力電圧の略１／２でノイズの影響なく高速に検出し、誘導電動機の回転むらをなくすことができるインバータにおける電圧検出回路を提供すること」を目的としているものである（例えば、特許文献１参照）。
また、第２の従来技術は、「誘導電動機を可変速駆動する電力変換装置に関する」ものであり、「駆動制御対象である誘導電動機の回転数を検出することができる小形、低コストの電力変換装置を得ることを目的」としているものである（例えば、特許文献２参照）。【０００３】
第１の従来技術は、「インバータの直流電圧Ｖｄｃを１／２に分圧する分圧回路ＲU 、ＲX と、検出電源（ドライブ電源）Ｅ1 ＋Ｅ2 に逆並列に接続されインバータの出力電圧ＶAと分圧電圧ＶB が入力するダイオードブリッジＤU A 1 、ＤX A 1 、ＤU A 2 、ＤX A 2 と、出力電圧ＶA と分圧電圧ＶB とを比較するコンパレータＣＰと、電源Ｅ1＋Ｅ2 に抵抗Ｒ4を介して接続されコンパレータＣＰによりオン、オフ制御されるフォトカプラで構成」されており（図示しない）、「インバータ主回路の上アーム及び下アームのスイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦ」、すなわちインバータ出力電圧「を直流入力電圧の略１／２で高速に検出することができる」のである。【０００４】
一方、第２の従来技術は、「電圧極性検出回路５ａは分圧抵抗９と分圧抵抗９と直列に接続される抵抗１０と抵抗１０の両端電圧の極性を検出する極性判別用コンパレータ１１ａとから構成され」ており（図示しない）、「瞬時停電等により誘導電動機がフリーラン状態にあるとき、誘導電動機１次側に発生している残留電圧を」「任意の半導体スイッチング素子1素子をオンすることにより、フリーラン状態の誘導電動機の線間の電位を直流電圧部に対して確定させ、直流電圧部とモータ配線との間の電圧極性検出回路により、残留電圧極性を検出することができる」のである。
このように、第１または２の従来技術では、検出信号の応答性に相応した回路構成としている為、すなわち高速な検出を要するインバータ出力電圧検出を主目的とするものと、比較的高速な検出を要しない残留電圧または位相検出を主目的とするものとで分かれた回路構成で、それぞれを検出しているのである。
【特許文献１】特開平６−１２１５４４号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開２００６−２９６００８号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１または２の従来技術では、それぞれが異なる目的の電圧を検出する専用的な回路構成なため、両電圧、すなわちインバータ出力電圧を高速に検出すると共に、モータ残留電圧または位相を検出することができないという問題があった。
具体的には、第１の従来技術では、高速かつ高い電圧検出精度を得る為に、インバータ部のスイッチング変化に追従できる高速なパルス検出回路（１ｕｓ以下）が必要となり、ツェナーダイオードやダイオードを使用した電流変化を捉えたレベルシフト回路構成が一般的となっている。しかしながら、レベルシフト回路構成ではモータより発生するモータ残留電圧または位相を検出することができないという問題があった。
一方、第２の従来技術では、モータ残留電圧または位相を検出する為に、抵抗分圧比によるアナログレベルの検出回路を構成した場合、分圧抵抗の消費電力を大きくしないと高速なパルス検出ができず、高速なパルス検出をしようとすると回路面積が大きくなるという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、インバータ部のスイッチング変化を高速にパルス検出すると共に、モータ残留電圧または位相を検出できる高速パルス検出と残留電圧または位相検出の検出部を共通回路として備え、回路構成を簡単化すると共に、低コスト化、装置の小型化を図ることができるインバータ装置とその出力電圧検出方法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】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、直流電力をインバータ部に供給する直流電源部と、半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子に並列に接続された還流ダイオードより構成され、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部と駆動制御対象であるモータとの間に接続され、前記インバータ部の相電圧を検出する電圧検出部と、を備えたインバータ装置において、前記電圧検出部と、前記電圧検出部の出力である１相分の相電圧検出値と第１の基準電圧値との比較に基づいて高速パルスを検出する回路と、前記電圧検出部の出力である２相分の相電圧検出値に基づいて線間残留電圧を検出する回路と、前記線間残留電圧と第２の基準電圧値との比較に基づいて線間位相または前記モータの誘起電圧を検出する回路と、で構成されたインバータ出力電圧検出回路を備えたものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記インバータ出力電圧検出回路が、前記相電圧検出値に基づいて、前記高速パルスおよび前記線間残留電圧ならびに前記線間位相を一括に検出するものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記電圧検出部が、一方の端を前記インバータ部と前記モータとの間に接続し、他端を第２の抵抗器に接続した第１の抵抗器と、一方の端を前記第１の抵抗器に接続し、他端を第３の抵抗器に接続した前記第２の抵抗器と、一方の端を前記第２の抵抗器に接続し、他端を前記直流電源部のＮラインに接続した前記第３の抵抗器と、アノードを前記インバータ部と前記モータとの間に接続し、カソードを前記第１の抵抗器と前記第２の抵抗器が接続された箇所に接続した高速ダイオードと、で構成されたものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記高速パルスが、前記インバータ部における１相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の立上りまたは立下り過渡期に検出するものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記線間残留電圧または線間位相が、前記インバータ部における１相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の定常期に検出するものである。
請求項６に記載の発明は、直流電力をインバータ部に供給する直流電源部と、半導体スイッチング素子および前記半導体スイッチング素子に並列に接続された還流ダイオードより構成され、前記直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部と駆動制御対象であるモータとの間に接続され、前記インバータ部の相電圧を検出する電圧検出部と、を備えたインバータ装置の出力電圧検出方法において、前記電圧検出部の出力である１相分の相電圧検出値と第１の基準電圧値との比較に基づいて高速パルスを検出し、前記電圧検出部の出力である２相分の相電圧検出値に基づいて線間残留電圧を検出し、前記線間残留電圧と第２の基準電圧値との比較に基づいて線間位相を検出するのである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項６記載の発明における前記相電圧検出値に基づいて、前記高速パルスおよび前記線間残留電圧ならびに前記線間位相を一括に検出するのである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項６記載の発明における前記高速パルスを、前記インバータ部における１相分の前記半導体スイッチング素子がオンオフ動作時の立上りまたは立下り過渡期に検出するのである。
また、請求項９に記載の発明は、請求項６記載の発明における前記線間残留電圧または線間位相を、前記インバータ部における１相分の前記半導体スッチング素子がオンオフ動作時の定常期に検出するのである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１、２、６、７に記載の発明によると、簡単な回路構成の共通の回路で、インバータ部のスイッチング変化を高速にパルス検出できると共に、線間残留電圧または位相をも検出することができる。また、簡単な回路構成のため、低コスト化、装置の小型化を図ることができる。
また、請求項３に記載の発明によると、高速ダイオードの追加効果により、分圧抵抗器の消費電力が小さくても高速パルス検出および線間残留電圧または位相検出ができ、回路面積の最小化を図ることができる。
また、請求項４、５、８、９に記載の発明によると、半導体スイッチング素子のオンオフ動作に伴う全ての状況（過渡期、定常期）において、高速パルス検出、あるいは線間残留電圧または位相検出をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のインバータ装置における主要部分の概略構成図である。
【図２】図１における電圧検出部３の動作を示した図（Ｕ相）である。
【符号の説明】
【０００９】
１  直流電源部
２  インバータ部
３  電圧検出部
４  インバータ出力電圧検出回路
５  モータ
Ｖｐｎ  直流電圧
Ｖｐｕ  高速パルス
Ｑ１〜Ｑ６  スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
Ｒ１〜Ｒ９  分圧抵抗器
Ｄ１〜Ｄ３  高速応答用ダイオード
Ｉ１〜Ｉ４  電流ルート
Ｕ１  オペアンプ
Ｕ２〜３  コンパレータ
Ｖｒｅｆ１  電圧パルス生成用指令電圧
Ｖｒｅｆ２  位相検出用指令電圧
Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ  相電圧検出信号
Ｖｕｖ  残留電圧検出信号（線間電圧）
Ｖｐｈｕｖ  位相検出信号
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明のインバータ装置における主要部分の概略構成図である。図において、１は直流電源部、２はインバータ部、３は電圧検出部、４はインバータ出力電圧検出回路、５はインバータ装置で駆動するモータである。
本発明が従来技術と異なる部分は、インバータ部２とモータ５とを結ぶ出力ラインに、電圧検出部３を有したインバータ出力電圧検出回路４を構成し、高速なパルス検出と残留電圧または位相検出とを共通回路構成とした部分である。【００１２】
電圧検出部３が、各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）と直流電源部１のＮラインとの間に、直列に接続された３つの分圧抵抗（例えば、Ｕ相はＲ１、Ｒ２、Ｒ３）と、出力ラインに接続された分圧抵抗（例えば、Ｕ相はＲ１）と並列に出力ラインに接続された高速応答用ダイオード（例えば、Ｕ相はＤ１）を備える。Ｕ相を例に挙げれば、分圧抵抗Ｒ３の直流電源部１のＮラインに接続された側とは異なる他端の電圧を監視すれば、インバータ出力電圧を検出することができる。【００１３】
インバータ出力電圧検出回路４が、電圧検出部３とは別に、基準電圧Ｖｒｅｆ１（電圧パルス生成用指令電圧）とＵ相インバータ出力電圧Ｖｕとを比較するコンパレータＵ３と、Ｕ相インバータ出力電圧ＶｕとＶ相インバータ出力電圧Ｖｖとの差を演算するオペアンプＵ１と、オペアンプＵ１の出力と他の基準電圧Ｖｒｅｆ２（位相検出用指令電圧）とを比較するコンパレータＵ２とを備える。
なお、ここではＵ相を例に挙げたが、Ｖ相およびＷ相も同様に、１つのオペアンプと２つのコンパレータを備える。【００１４】
図２は、図１における電圧検出部３の動作を示した図（Ｕ相）である。インバータ装置がモータ５を駆動中、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ動作した時の立上り過渡期は、電流ルートＩ１を経路とした、高速応答用ダイオードＤ１の逆方向ＡＫ間（Ａはアノード、Ｋはカソード）端子容量、抵抗器Ｒ２、Ｒ３を経由し、高速な立上り応答のＵ相インバータ出力電圧Ｖｕを得ることができる。
また、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ動作した時の定常期は、電流ルートＩ２を経路とした、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を経由し、抵抗分圧比によるＵ相インバータ出力電圧Ｖｕを得ることができる。
また、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がＯＦＦ動作した時の定常期は、電流ルートＩ４を経路とした、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を経由し、抵抗分圧比によるＵ相インバータ出力電圧Ｖｕを得ることができる。【００１５】
また、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ動作し、スイッチング素子Ｑ４がＯＮ動作した時の立下り過渡期は、電流ルートＩ３を経路とした、抵抗器Ｒ３、Ｒ２、ダイオードＤ１の順方向を経由し、抵抗器をプルダウンすることによる高速な立下り応答のＵ相インバータ出力電圧Ｖｕを得ることができる。
また、還流モードの場合は、還流電流が流れ過ぎることにより、ダイオードＤ１と抵抗器Ｒ３を破損させないように、抵抗器Ｒ２にて還流電流を抑制させるのである。
このように電圧検出部３を構成することにより、過渡期における高速なパルス応答と定常期における抵抗分圧比によるＵ相インバータ出力電圧Ｖｕを得ることができる。
なお、ここではＵ相を例に挙げたが、Ｖ相およびＷ相も同様に、Ｖ相インバータ出力電圧Ｖｖ、Ｗ相インバータ出力電圧Ｖｗを得る。【００１６】
前述のようにインバータ装置がモータ５を駆動中、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ動作した時の立上り過渡期、定常期、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ動作し、スイッチング素子Ｑ４がＯＮ動作した時の立下り過渡期、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４がＯＦＦ動作した時の定常期にそれぞれ検出されたＵ相インバータ出力電圧Ｖｕは、電圧検出部３とは別に備えた、オペアンプＵ１、コンパレータＵ２、Ｕ３を用いて残留電圧Ｖｕｖ、位相Ｖｐｈｕｖ、高速パルスＶｐｕを検出するのである。
なお、Ｖ相およびＷ相も同様に、図示しないオペアンプおよびコンパレータを用いて、残留電圧Ｖｖｗ、Ｖｗｕ、位相Ｖｐｈｖｗ、Ｖｐｈｗｕ、高速パルスＶｐｖ、Ｖｐｗを検出する。【００１７】
残留電圧または位相を検出する必要性は、第２の従来技術（特許文献２参照）にも記載の通り、以下の通りである。
誘導電動機を可変速駆動する電力変換装置において、瞬時停電等の外的要因により誘導電動機がフリーラン状態になった後、電源回復した場合に、一旦停止してから再起動するのではなく、フリーラン状態の誘導電動機の回転数を検出し、電源回復後に、再起動条件が整ったときに、自動同期回転数引込みにより運転継続する自動再起動方法がある。
この際、誘導電動機の残留電圧を検出し、その残留電圧に基づいて誘導電動機の回転数または回転方向を検出して自動再起動を行なう、あるいは、誘導電動機の残留電圧の位相を検出し、フリーラン状態の期間にインバータ部の上アームあるいは下アームのスイッチング素子を同時に導通させる信号がオフされたときの短絡電流の極性が反転するタイミングにより誘導電動機の回転数または回転方向を検出して自動再起動を行なうのである。
したがって、自動再起動のためのフリーラン状態の誘導電動機の回転数または回転方向が検出するために、比較的高速な検出を必要としない残留電圧または位相を検出するのである。【００１８】
Ｕ、Ｖ、Ｗ相には、１２０度位相差をもったインバータ出力電圧（フリーラン状態時には誘起電圧）が発生するため、相間のインバータ出力電圧をオペアンプで差演算すれば、相間の残留電圧として検出することができる。また、オペアンプの出力（相間の残留電圧）と基準電圧（位相検出用指令電圧）とをコンパレータで比較すれば、相間の位相差の度合いを検出することができる。なお、ここでの基準電圧（位相検出用指令電圧）は、例えば、検出すべき位相差を電圧値換算した予め設定された値とすればよい。また、検出された残留電圧または位相に基づいて誘導電動機の回転数または回転方向を検出して自動再起動を行なう方法は、従来技術による方法を用いればよい。【００１９】
高速パルスを検出する必要性は、第１の従来技術（特許文献１参照）にも記載の通り、誘導電動機の回転むらをなくすためである。
スイッチング素子Ｑ１がＯＮ動作した時の立上り過渡期の各相のインバータ出力電圧と基準電圧（電圧パルス生成用指令電圧）とをコンパレータで比較すれば、容易に高速にパルス検出できる。なお、ここでの基準電圧（電圧パルス生成用指令電圧）は、例えば、検出すべき電圧値の予め設定された値とすればよく、スイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦを直流入力電圧の略１／２で高速に検出するのであれば、基準電圧（電圧パルス生成用指令電圧）を直流入力電圧の略１／２に相当する電圧値に換算したものとすればよい。また、検出された高速パルスに基づいて誘導電動機の回転むらをなくす方法は、従来技術による方法を用いればよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、インバータ装置におけるインバータ出力電圧を高速に検出すると共に、モータ残留電圧または位相を検出するインバータ装置とその出力電圧検出方法に関するものであるが、サーボ制御装置やロボット制御装置等、インバータ部分とモータとの間の出力構成は同じであるため、インバータ装置に限らずサーボ制御装置やロボット制御装置等、同様な出力構成を有する装置に適用することができる。
【図１】
2009004888.tif 000003
【図２】
2009004888.tif 000004
【国際調査報告】
2009004888.tif 000005
2009004888.tif 000006