(57)【要約】  インバータ装置１は、コンバータ回路部１１、インバータ回路部１２及び電流検出部１３を備える。インバータ装置１は、電流検出部１３により検出された出力電流に基づいて周波数指令値を算出する算出部１４及び算出部１４により算出された周波数指令値に基づいてパルス信号を出力するパルス信号出力部１５を備える。算出部１４は、算出部２１及び算出部２２を備える。算出部２１は、負荷トルク及びモータ特性から目標周波数を推定し、推定した目標周波数を目標とする第１の周波数指令値を算出する。算出部２２は、電流検出部１３により検出された出力電流に基づいて検出したトルク電流を、出力電流に基づいて算出したトルク電流制限値に追従させるための第２の周波数指令値を算出する。目標周波数と第１の周波数指令値との偏差が判定値以下となったときに、パルス信号出力部１５への出力を第１の周波数指令値から第２の周波数指令値に切り替える。
2018011863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を負荷に供給するインバータ回路部と、
前記インバータ回路部の出力電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された出力電流に基づいて、周波数指令値を算出する算出部と、
前記算出部により算出された周波数指令値に基づいて、パルス信号を出力するパルス信号出力部と、
を備え、
前記算出部は、
目標周波数を推定し、推定した前記目標周波数を目標とする第１の周波数指令値を算出する第１の算出部と、
前記電流検出部により検出された出力電流に基づいて検出したトルク電流を前記出力電流に基づいて算出したトルク電流制限値に追従させるための第２の周波数指令値を算出する第２の算出部と、
を備え、
前記目標周波数と前記第１の周波数指令値との偏差が判定値以下となったときに、前記パルス信号出力部への出力を前記第１の周波数指令値から前記第２の周波数指令値に切り替えること
を特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記第１の算出部は、
モータトルクに基づいて算出した負荷トルクに基づいて、前記目標周波数を推定することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記第２の算出部は、前記トルク電流及び前記トルク電流制限値に基づいて、前記負荷の加速を中断するか、前記負荷の加速を再開するかを判断し、その判断結果に基づいて前記第２の周波数指令値を算出することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項４】
直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を負荷に供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路部の出力電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された出力電流に基づいて周波数指令値を算出する算出部と、
前記周波数指令値に基づいて前記インバータ回路にパルス信号を出力する出力部と、
を備え、
第１の期間では前記パルス信号の出力周波数は一定の割合で上昇し、前記第１の期間の後の第２の期間では前記出力周波数の上昇率が減少し、前記第２の期間の後の第３の期間では前記出力周波数は前記負荷の大きさに対応した周波数と等しいこと
を特徴とするインバータ装置。
【請求項５】
前記第２の期間では、前記上昇率が連続的に減少していること
を特徴とする請求項４に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記第１の期間は、出力周波数が０の時点から開始すること
を特徴とする請求項４に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置は、電圧と周波数とを調整することにより、昇降機、クレーン、立体駐車場及び印刷機械等の昇降速度を制御している。【０００３】
特許文献１には、ウインチの索条を巻きとったり、巻き戻したりするための誘導電動機が過トルク状態になることを抑制するインバータ装置が開示されている。特許文献１のインバータ装置は、ＰＩ制御によってインバータ主回路が制御され、トルク電流検出回路によって検出されたトルク電流が設定レベルを超えて過トルク状態になったときには、速度検出器から出力された誘導電動機の速度に基づいて、インバータで生成する交流電圧の周波数と電圧とを決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１９１６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のインバータ装置は、ＰＩ制御と、誘導電動機の速度に基づいて周波数を決定する制御とを切換えるため、出力周波数を周波数指令値に十分追従させることが困難な場合があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、負荷変動が生じても、負荷の大きさに対応した周波数に調整することができるインバータ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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係るインバータ装置は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路部、コンバータ回路部により変換された直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を負荷に供給するインバータ回路部、インバータ回路部の出力電流を検出する電流検出部、電流検出部により検出された出力電流に基づいて、周波数指令値を算出する算出部と、算出部により算出された周波数指令値に基づいて、パルス信号を出力するパルス信号出力部と、を備える。算出部は、第１の算出部及び第２の算出部を備える。第１の算出部は、負荷の大きさに対応した目標周波数を推定し、推定した目標周波数を目標とする第１の周波数指令値を算出する。第２の算出部は、電流検出部により検出された出力電流に基づいて検出したトルク電流を出力電流に基づいて算出したトルク電流制限値に追従させるための第２の周波数指令値を算出する。目標周波数と第１の周波数指令値との偏差が判定値以下となったときに、パルス信号出力部への出力を第１の周波数指令値から第２の周波数指令値に切り替える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、負荷変動が生じても、負荷の大きさに対応した周波数に調整することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係るインバータ装置の構成図
【図２】実施の形態に係る目標周波数推定部による目標周波数の推定手順についての説明に供する図
【図３】実施の形態に係るトルク電流制限値と出力周波数との関係を示す図
【図４】実施の形態に係る算出部の動作説明に供するフローチャート
【図５】実施の形態に係るインバータ装置の動作説明に供する図
【図６】第１の算出部から第２の算出部による制御に切り替わった以降のインバータ装置の動作説明に供する図
【図７】第２の算出部のみを使用して出力周波数を上昇させたときの出力周波数とトルク電流を示す図
【図８】実施の形態に係る算出部のハードウェア構成の一例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係るインバータ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
図１は、本実施の形態に係るインバータ装置１の構成を示す図である。図２は、本実施の形態に係る目標周波数推定部による目標周波数の推定手順についての説明に供する図である。図３は、本実施の形態に係るトルク電流制限値とインバータ回路部１２が出力する出力電圧の周波数（以下「出力周波数」と称する）との関係を示す図である。
【００１２】
インバータ装置１は、交流電源２から出力される交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧を再び交流電圧に変換し、変換した交流電圧をモータ３に印加する。モータ３は、昇降機、クレーン、立体駐車場及び印刷機械といったモータ搭載機器の昇降に用いられる。インバータ装置１は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路部１１と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路部１２と、インバータ回路部１２の出力電流を検出する電流検出部１３と、周波数指令値を算出する算出部１４と、パルス信号を出力するパルス信号出力部１５とを備える。
【００１３】
コンバータ回路部１１とインバータ回路部１２との間には、コンバータ回路部１１により変換された直流電圧を平滑する平滑コンデンサ１６が挿入されている。インバータ装置１は、メモリ１７を備えている。詳細は後述するが、メモリ１７は、トルク電流制限基準値、モータ３の定格周波数であるモータ定格周波数、モータ３の定格トルクであるモータ定格トルク、モータ３が使用される装置のイナーシャ値である装置全体のイナーシャ値、及び、周波数の推定誤差を補正するための推定誤差補正項を保持している。
【００１４】
インバータ回路部１２は、パルス信号出力部１５から出力されたパルス信号に基づいて、コンバータ回路部１１により変換された直流電圧を負荷であるモータ３に対応した周波数の交流電圧に変換し、変換後の交流電圧をモータ３に印加する。具体的には、インバータ回路部１２は、可変電圧可変周波数（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＶＶＶＦ）制御によって交流電圧の周波数と印加電圧とを制御する。
【００１５】
電流検出部１３は、インバータ回路部１２から出力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の相電流を検出する。なお、当該相電流の総称を出力電流と称する。
【００１６】
算出部１４は、電流検出部１３により検出された出力電流に基づいて、周波数指令値を生成する。なお、算出部１４の詳細な構成については後述する。
【００１７】
パルス信号出力部１５は、算出部１４により生成された周波数指令値に基づいて、パルス信号をインバータ回路部１２に出力する。パルス信号は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）された信号である。
【００１８】
ここで、算出部１４の構成について説明する。算出部１４は、モータトルクを算出し、負荷トルクを算出し、目標周波数を推定し、目標周波数に応じた周波数指令値を生成する第１の算出部である算出部２１と、トルク電流を検出し、トルク電流制限値を算出し、負荷の加速を中断するか、負荷の加速を再開するかを判断し、判断結果に基づいて周波数指令値を生成する第２の算出部である算出部２２と、周波数指令値に基づいて、パルス信号出力部１５への出力を算出部２１から算出部２２に切り替えるスイッチ２３と、パルス信号出力部１５への出力を算出部２１から算出部２２への切り替えのタイミングを判断する第１の判断部である判断部２４と、を備える。
【００１９】
次に、算出部２１の構成について説明する。算出部２１は、モータトルクを算出するモータトルク算出部３１と、負荷トルクを算出する負荷トルク算出部３２と、目標周波数を推定する目標周波数推定部３３と、推定した目標周波数に到達させるための周波数指令値を生成する周波数指令値算出部３４と、を備える。
【００２０】
モータトルク算出部３１は、一定加速中に電流検出部１３にて検出された出力電流に基づいて、モータトルクを算出する。ここで、モータトルクの算出式の一例は、以下の（１）式の通りである。
【００２１】
【数１】
2018011863.tif 000003
【００２２】
上記（１）式は、ベクトル制御方式を採用した制御系で用いられる算出式の一例である。なお、ベクトル制御方式とは、励磁電流とトルク電流の双方を独立して制御する方式である。（１）式において、ｉ１ｑは制御系にフィードバックされるトルク電流であり、Φ２は制御系にフィードバックされる磁束である。また、ｉ１ｑ（１００％）は定格電流であり、Φ２（１００％）は定格磁束である。なお、トルク電流は、電流検出部１３により検出された出力電流に対しｄｑ座標変換を行うことで求めることができる。
【００２３】
上記（１）式には励磁電流は表れていないが、励磁電流を制御する場合には、以下の（２）式を用いることができる。
【００２４】
【数２】
2018011863.tif 000004
【００２５】
上記（２）式において、ｉ１ｑは制御系にフィードバックされるトルク電流であり、ｉ１ｄは制御系にフィードバックされる励磁電流である。また、Ｌｄ、Ｌｑはモータ定数、φｆは誘起電圧定数、Ｐはモータ極数である。
【００２６】
負荷トルク算出部３２は、モータトルク算出部３１にて算出されたモータトルク、メモリ１７から読みだしたモータ３が搭載された装置のイナーシャ値、及び、一定加速中の加速度を使用し、以下の（３）式に代入して負荷トルクを算出する。
【００２７】
負荷トルク
＝モータトルク−(装置全体のイナーシャ値×一定加速中の加速度）          …（３）
【００２８】
ここで、負荷トルクは、（３）式からも分かるように、加速度が０であっても負荷を保持するために必要なトルクである。負荷トルクは、負荷の大きさに応じて定まる。
【００２９】
目標周波数推定部３３は、負荷トルク算出部３２にて算出された負荷トルクと、メモリ１７から読みだしたモータ定格周波数及びモータ定格トルクに基づくモータトルク特性によって、目標周波数を推定する。ここで、目標周波数とは、駆動開始初期において、負荷トルクとモータトルク特性に基づいて算出部２１により上記（３）式を用いて推定される周波数である。
【００３０】
周波数指令値算出部３４は、推定した目標周波数に基づいて算出した周波数指令値をスイッチ２３に出力する。
【００３１】
図２には、一般的なモータトルク特性が示されている。図２に示されるように、定出力領域でのモータトルクは、出力周波数に対して反比例の関係があり、この関係は、以下の（４）式で表すことができる。
【００３２】
定出力領域のモータトルク
＝モータ定格トルク×モータ定格周波数／出力周波数  …（４）
【００３３】
ここで、一定速中のモータトルクは、（３）式において加速度が零である場合に相当する。このため、一定速中のモータトルク＝負荷トルクである。したがって、目標周波数は、以下の（５）式により求めることができる。
【００３４】
目標周波数
＝モータ定格トルク×モータ定格周波数／負荷トルク  …（５）
【００３５】
次に、算出部２２の構成について説明する。算出部２２は、トルク電流を検出するトルク電流検出部４１と、トルク電流制限値を算出するトルク電流制限値算出部４２と、負荷の加速を中断するか、負荷の加速を再開するかを判断する第２の判断部である判断部４３と、周波数指令値を算出する周波数指令値算出部４４と、を備える。
【００３６】
トルク電流検出部４１は、電流検出部１３により検出された出力電流に基づいて、トルク電流を検出する。具体的には、トルク電流検出部４１は、電流検出部１３により検出された出力電流に基づいて、ｄｑ座標変換を行い、トルク電流を検出する。
【００３７】
トルク電流制限値算出部４２は、トルク電流制限値を算出する。図３には、出力周波数に対するトルク電流制限値の特性が示されている。図３にも示されるように、トルク電流制限値は、出力周波数に対して反比例の関係があり、この関係は、以下の（６）式で表すことができる。
【００３８】
トルク電流制限値
＝トルク電流制限基準値×モータ定格周波数／出力周波数  …（６）
【００３９】
トルク電流制限値算出部４２は、メモリ１７から読み出したトルク電流制限基準値及びモータ定格周波数と、周波数指令値算出部４４から入力された周波数指令値とを上記（６）に代入して、トルク電流制限値を算出する。なお、トルク電流制限値は、モータ３の磁束の減少に従って小さくなる値である。
【００４０】
判断部４３は、トルク電流及びトルク電流制限値に基づいて、負荷の加速を中断するか、負荷の加速を再開するかを判断する。具体的には、判断部４３は、トルク電流がトルク電流制限値以上の場合には、加速を中断する信号を周波数指令値算出部４４に出力し、トルク電流がトルク電流制限値未満の場合には、加速を再開する信号を周波数指令値算出部４４に出力する。
【００４１】
周波数指令値算出部４４は、判断部４３の判断結果に基づいて、周波数指令値を算出する。具体的には、周波数指令値算出部４４は、加速を中断する信号を受領した場合には、前回の周波数指令値を維持し、加速を再開する信号を受領した場合には、周波数指令値を増加させる。周波数指令値算出部４４は、算出した周波数指令値をパルス信号出力部１５に出力する。
【００４２】
スイッチ２３は、目標周波数推定部３３から出力された目標周波数及び周波数指令値算出部３４から出力された周波数指令値に基づき、パルス信号出力部１５に出力する周波数指令値を、算出部２１が算出した周波数指令値から、算出部２２が算出した周波数指令値へと切り替える。
【００４３】
次に、周波数指令値の切り替えを含む、算出部１４における一連の処理の流れについて、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。図４は、本実施の形態に係る算出部１４の動作説明に供するフローチャートである。なお、算出部２１の周波数指令値算出部３４が算出した周波数指令値と、算出部２２の周波数指令値算出部４４が算出した周波数指令値とを文言のみで区別するときは、算出部２１の周波数指令値算出部３４が算出した周波数指令値を「第１の周波数指令値」と称し、算出部２２の周波数指令値算出部４４が算出した周波数指令値を「第２の周波数指令値」と称する。
【００４４】
まず、ステップＳＴ１において、算出部１４は、一定加速度における周波数指令値をパルス信号出力部１５に出力する。このとき、モータ３には電流が流れ、モータ３は、一定加速度で加速する。
【００４５】
ステップＳＴ２において、モータトルク算出部３１は、一定加速中に電流検出部１３にて検出された出力電流に基づいて、モータトルクを算出する。
【００４６】
ステップＳＴ３において、負荷トルク算出部３２は、モータトルク算出部３１にて算出されたモータトルクに基づいて、負荷トルクを算出する。
【００４７】
ステップＳＴ４において、目標周波数推定部３３は、負荷トルク算出部３２にて算出された負荷トルクに基づいて、目標周波数を推定する。
【００４８】
ステップＳＴ５において、周波数指令値算出部３４は、目標周波数推定部３３が推定した目標周波数を目標にして、一定の時間間隔で一定の割合で増加させた第１の周波数指令値を、スイッチ２３を介してパルス信号出力部１５に出力する。これにより、モータ３は目標周波数を目標に加速して行く。
【００４９】
ステップＳＴ６において、判断部２４は、第１の周波数指令値と目標周波数とを比較し、第１の周波数指令値が「目標周波数から裕度を差し引いた値」未満である場合には（ステップＳＴ６、Ｎｏ）、ステップＳＴ５の処理を継続する。なお、これらステップＳＴ５，ＳＴ６の処理は、算出部２１の出力がスイッチ２３を介してパルス信号出力部１５に出力されている状態を表している。
【００５０】
一方、ステップＳＴ６において、判断部２４は、第１の周波数指令値が「目標周波数から裕度を差し引いた値」以上である場合には（ステップＳＴ６、Ｙｅｓ）、ステップＳＴ７の処理に移行して、ステップＳＴ７からステップＳＴ１２の処理を行う。なお、ステップＳＴ７からステップＳＴ１２の処理は、算出部２２の出力がスイッチ２３を介してパルス信号出力部１５に出力されている状態を表している。
【００５１】
なお、上記ステップＳＴ６の判定処理では、第１の周波数指令値が「目標周波数から裕度を差し引いた値」以上であるか否かを判定したが、目標周波数と第１の周波数指令値との偏差が裕度以下であるか否かを判定することと等価である。この場合、目標周波数と第１の周波数指令値との偏差が裕度を超えているときはステップＳＴ５の処理を継続し、目標周波数と第１の周波数指令値との偏差が裕度以下となったときにステップＳＴ７の処理に移行して、ステップＳＴ７からステップＳＴ１２の処理を行う。
【００５２】
また、上記ステップＳＴ６の判定処理では、第１の周波数指令値が「目標周波数から裕度を差し引いた値」に等しいときにはステップＳＴ７の処理を実行するようにしているが、ステップＳＴ５の処理を実行するようにしてもよい。すなわち、第１の周波数指令値が「目標周波数から裕度を差し引いた値」に等しいか否かの判定は、“Ｙｅｓ”、“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。
【００５３】
また、ステップＳＴ６の処理において、判定に用いる裕度は、メモリ１７に保持されている推定誤差補正項に相当する。推定誤差補正項は、負荷の大きさに対応した周波数の推定誤差を補正することが目的であり、装置の置かれる環境又は検出精度を考慮して決定することができる。
【００５４】
ステップＳＴ７からステップＳＴ１２の処理は、算出部２２の処理である。まず、ステップＳＴ７において、トルク電流検出部４１は、電流検出部１３により検出された出力電流に基づいて、トルク電流を検出する。
【００５５】
ステップＳＴ８において、トルク電流制限値算出部４２は、トルク電流制限基準値、モータ定格周波数及び第２の周波数指令値に基づいて、トルク電流制限値を算出する。トルク電流制限値の算出式は（６）式に示した通りであり、トルク電流制限値算出部４２は、時々刻々と変化するトルク電流制限値を判断部４３に出力する。なお、算出部２２の出力、すなわち第２の周波数指令値がパルス信号出力部１５に出力されていない場合でも、算出部２２自体は動作している。
【００５６】
ステップＳＴ９において、判断部４３は、トルク電流がトルク電流制限値以上かどうかを判断する。トルク電流がトルク電流制限値以上であると判断した場合（ステップＳＴ９、Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１０に進む。一方、トルク電流がトルク電流制限値以上ではない、すなわちトルク電流がトルク電流制限値未満であると判断した場合（ステップＳＴ９、Ｎｏ）、ステップＳＴ１１に進む。
【００５７】
ステップＳＴ１０において、判断部４３は、加速を中断する信号を周波数指令値算出部４４に出力する。
【００５８】
ステップＳＴ１１において、判断部４３は、加速を再開する信号を周波数指令値算出部４４に出力する。
【００５９】
ステップＳＴ１０，ＳＴ１１の処理によって、トルク電流は、トルク電流制限値に追従するように変化する。
【００６０】
ステップＳＴ１２において、周波数指令値算出部４４は、判断部４３の判断結果に基づいて、第２の周波数指令値を算出する。
【００６１】
なお、上記ステップＳＴ９の判定処理では、トルク電流がトルク電流制限値に等しいときにはステップＳＴ１０の処理を実行するようにしているが、ステップＳＴ１１の処理を実行するようにしてもよい。すなわち、トルク電流がトルク電流制限値に等しいか否かの判定は、“Ｙｅｓ”、“Ｎｏ”の何れで判定してもよい。
【００６２】
ここまで、インバータ装置１の内部の動作について説明した。ここからは、モータ３から見たインバータ装置１の動作について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、本実施の形態に係るインバータ装置１の動作説明に供する図である。図５の上段部には、目標周波数に向けて上昇して行く出力周波数の時間変化を示し、図５の下段部には、負荷トルク電流と加速電流の和であるトルク電流の時間変化を示している。なお、以下の説明では、図５にも示すように、時刻ｔ３において、スイッチ２３により、パルス信号出力部１５に出力する周波数指令値が算出部２２による周波数指令値に切り替わるものとする。また、図６は、算出部２１から算出部２２による制御に切り替わった以降のインバータ装置１の動作説明に供する図である。なお、以下の説明では、図６にも示すように、加速を中断する信号が時刻ｔ３１に入力され、加速を再開する信号が時刻ｔ３２に入力されたものとする。
【００６３】
図５において、時刻ｔ０で加速を開始し、一定加速度で加速することにより、出力周波数は上昇する。次に、一定加速中の時刻ｔ１〜ｔ２間において、算出部２１により、目標周波数が推定される。その後は、目標周波数を目標に周波数指令値が生成され一定加速を続ける。そして、時刻ｔ３において、スイッチ２３によりパルス信号出力部１５に出力する周波数指令値（第１の周波数指令値）が算出部２２による周波数指令値（第２の周波数指令値）に切り替わる。なお、このときの時刻ｔ３は、図４のフローチャートにおけるステップＳＴ６の判定処理で“Ｙｅｓ”と判定された時刻を意味する。
【００６４】
上述の通り、時刻ｔ３以降は、算出部２２の処理になる。算出部２２の処理になるため、時刻ｔ３からトルク電流制限値によるリミット処理が働く。判断部４３は、トルク電流がトルク電流制限値以上になった場合には、加速を中断する。図５の下段部の波形に示すように、トルク電流は、加速が中断されたことによって、加速トルク電流の分だけ減少する。
【００６５】
判断部４３は、トルク電流が減少したことにより、トルク電流がトルク電流制限値未満になった場合には、加速を再開する。出力周波数は、加速の再開によって上昇する。
【００６６】
加速の中断又は再開により、トルク電流は、トルク電流制限値に追従するように推移して行く。
【００６７】
図６には、加速の中断と再開の様子が示されている。算出部２２において、周波数指令値算出部４４は、判断部４３からの信号が入力されていないとき、及び、加速を再開する信号が入力されているときには、図６に示すように、算出部２２による、負荷の大きさに対応した周波数に到達するまで、一定の時間間隔で一定の割合で増加させた周波数指令値をパルス信号出力部１５に出力する。ここで、図６中のＡは、加速を中断させずに負荷の大きさに対応した周波数まで増加させていったときの周波数指令値の変化を示している。一方、図６中のＢは、加速の中断と再開を行って負荷の大きさに対応した周波数まで増加させていったときの周波数指令値の波形を示している。なお、図６中の時刻ｔ３１，ｔ３２は、図５中の時刻ｔ３，ｔ４間に位置する時刻である。
【００６８】
周波数指令値算出部４４は、時刻ｔ３１において、判断部４３から加速を中断する信号が入力された場合、出力周波数を増加させないように、同じ値の周波数指令値をパルス信号出力部１５に出力する。周波数指令値算出部４４は、時刻ｔ３２において、判断部４３から加速を再開する信号が入力された場合、出力周波数を増加させるため、一定の割合で増加させた周波数指令値をパルス信号出力部１５に出力する。
【００６９】
図５に戻り、加速トルク電流がなくなり、加速を中断してもトルク電流が減少しなくなった場合には、出力周波数が上昇しなくなる。つまり、出力周波数が一定になった周波数が負荷の大きさに対応した周波数である。周波数指令値算出部４４は、出力周波数が負荷の大きさに対応した周波数に到達した場合、当該出力周波数を維持するように一定の周波数指令値をパルス信号出力部１５に出力し続ける。
【００７０】
インバータ装置１は、トルク電流がトルク電流制限値以上となった場合に、加速を中断して出力周波数を一定にして、加速トルクを小さくしてトルク電流を減少させ、また、トルク電流がトルク電流制限値未満になった場合に、加速を再開して出力周波数を上昇することにより、最終的に、トルク電流をトルク電流制限値と同一にする。
【００７１】
よって、インバータ装置１は、たとえ算出部２１により推定された目標周波数に誤差がある場合でも、スイッチ２３により、算出部２２に切り替えることにより正確に負荷の大きさに対応した周波数に調整することができる。図５の上段部には、目標周波数に誤差がある場合の例示であり、目標周波数ではない周波数に収束している様子が示されている。なお、収束した時刻ｔ４と加速を開始した時刻ｔ０との時間差であるｔ４−ｔ０が、収束時間Ｔ１となる。このように、本実施の形態に係るインバータ装置は、加速中の負荷変動の影響を受けずに、負荷に対応した出力周波数に調整することが可能となる。
【００７２】
このように、本実施の形態に係るインバータ装置１は、第１の期間ではパルス信号の出力周波数は一定の割合で上昇し、第１の期間の後の第２の期間では出力周波数の上昇率が減少し、第２の期間の後の第３の期間では出力周波数は負荷の大きさに対応した周波数と等しい状態となる。ここで、第１の期間はｔ０からｔ３の間の期間で、第２の期間はｔ３からｔ４の間の期間で、第３の期間はｔ４以降の期間を示す。また、負荷の大きさに対応した周波数と等しい状態とは、インバータ装置１の制御できる範囲で出力周波数が負荷の大きさに対応した周波数と等しければよい。
【００７３】
次に、算出部２１と算出部２２を併用する効果について、図５及び図７を使用して説明する。図７は、算出部２２のみを使用して出力周波数を上昇させたときの出力周波数とトルク電流を示す図である。図５と同様に、図７の上段部には、負荷の大きさに対応した周波数に向けて上昇して行く出力周波数の時間変化を示し、図７の下段部には、トルク電流の時間変化を示している。
【００７４】
算出部２２のみを使用して出力周波数を上昇させた場合、図７の上段部に示すように、負荷の大きさに対応した周波数に向けて上昇して行く。このとき、図７の下段部に示すように、トルク電流は、加速の開始事項である時刻ｔ０から、トルク電流制限値を超えないように制限される。
【００７５】
図７に示すように、時刻ｔ５以降は、トルク電流制限値による制限によって加速トルク電流が減少して行く。図７の上段部には、時刻ｔ６のときに、負荷の大きさに対応した周波数に収束している様子が示されている。収束した時刻ｔ６と加速を開始した時刻ｔ０との時間差であるｔ６−ｔ０が、収束時間Ｔ２となる。ここで、算出部２１と算出部２２を併用したときの収束時間Ｔ１と、算出部２２のみを使用したときの収束時間Ｔ２とを比較すると、図５と図７の比較からも明らかなように、Ｔ１＜Ｔ２である。すなわち、算出部２１と算出部２２を併用することにより、目標値までの収束時間を短縮することができている。
【００７６】
このように、本実施の形態では図５に示すように、第１の周波数指令値から第２の周波数指令値への切り替わり点までの間、出力周波数は一定の割合で上昇するが、少なくともｔ１からｔ２の間の区間のみ一定の割合で上昇すれば良い。ただし、図７との比較のように、目標値までの収束時間を短縮するためには、図５のように出力周波数が０の時点から第１の周波数指令値から第２の周波数指令値への切り替わり点までの間、一定の割合で上昇することが望ましい。つまり、第１の期間は、少なくともｔ１からｔ２とすればよいが、収束時間を短縮する観点からはｔ０からｔ３とすることが望ましい。
【００７７】
また、図６は、第２の期間中の周波数指令値を示している。図６のように、周波数指令値は、トルク電流がトルク電流制限値に追従するように推移することによって、図５の第２の期間中の出力周波数の上昇率が連続的に減少、すなわち緩やかに減少する。
【００７８】
また、特許文献１のように過トルク状態と判断したときのみ、誘導電動機の速度に基づいて周波数を決定し、その他の状態ではＰＩ制御を実施した場合、ＰＩ制御期間中に、周波数が指令値に対してオーバーシュートアンダーシュートを繰り返しながら一定周波数に到達するため、出力周波数が周波数指令値に十分追随しない問題が生じる。一方、本実施の形態を用いれば、トルク電流をトルク電流制限値に追随させるように第２の周波数指令値を算出するため、出力周波数が周波数指令値に追随し、オーバーシュートやアンダーシュートを抑制することができる。
【００７９】
また、特許文献１は、トルク電流があらかじめ設定したレベルを超えた時にＰＩ制御から、検出速度から決定した周波数指令値による制御に切り替えるため、目標周波数より負荷の大きさに対応した周波数が大きくなるような場合、すなわちトルクが軽くなるように変動した場合には適用が困難である。一方、本実施の形態を用いれば、負荷トルクの変動あるいは誤差が大きくなる場合でも、小さくなる場合にも適用することができる。
【００８０】
また、特許文献１のように過トルク状態のときに、誘導電動機の速度に基づいて周波数を決定する場合、速度検出器が必要であるが、本実施の形態を用いれば、速度検出器を用いない場合にも適用できる。
【００８１】
なお、上述した本実施の形態に係る算出部１４は、図８に示すように、演算を行うＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１により読みとられるプログラムが保存されるＲＯＭ１０２と、ＲＯＭ１０２に保存されているプログラムが展開されるＲＡＭ１０３と、信号の入出力を行うインタフェース１０４とから構成されてもよい。算出部１４の各構成要素は、プログラム化され、ＲＯＭ１０２に保存されている。インタフェース１０４は、電流検出部１３から出力信号が入力され、パルス信号出力部１５に出力周波数を出力する。
【００８２】
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に保存されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをＲＡＭ１０３に展開し、電流検出部１３から入力された出力信号と、メモリ１７に保存されているデータとに基づいて演算を行い、上述した出力周波数を算出する。ＣＰＵ１０１によって算出された出力周波数は、インタフェース１０４を介してパルス信号出力部１５に出力される。
【００８３】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１  インバータ装置、２  交流電源、３  モータ、１１  コンバータ回路部、１２  インバータ回路部、１３  電流検出部、１４  算出部、１５  パルス信号出力部、１６  平滑コンデンサ、１７  メモリ、２１  算出部（第１の算出部）、２２  算出部（第２の算出部）、２３  スイッチ、２４  判断部（第１の判断部）、３１  モータトルク算出部、３２  負荷トルク算出部、３３  目標周波数推定部、３４  周波数指令値算出部、４１  トルク電流検出部、４２  トルク電流制限値算出部、４３  判断部（第２の判断部）、４４  周波数指令値算出部、１０１  ＣＰＵ、１０２  ＲＯＭ、１０３  ＲＡＭ、１０４  インタフェース。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月26日(2016.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を負荷に供給するインバータ回路部と、
前記インバータ回路部の出力電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された出力電流に基づいて、周波数指令値を算出する算出部と、
前記算出部により算出された周波数指令値に基づいて、パルス信号を出力するパルス信号出力部と、
を備え、
前記算出部は、
目標周波数を推定し、推定した前記目標周波数を目標とする第１の周波数指令値を算出する第１の算出部と、
前記電流検出部により検出された出力電流に基づいて検出したトルク電流を前記出力電流に基づいて算出したトルク電流制限値に追従させるための第２の周波数指令値を算出する第２の算出部と、
を備え、
前記目標周波数と前記第１の周波数指令値との偏差が判定値以下となったときに、前記パルス信号出力部への出力を前記第１の周波数指令値から前記第２の周波数指令値に切り替えること
を特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記第１の算出部は、
モータトルクに基づいて算出した負荷トルクに基づいて、前記目標周波数を推定することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記第２の算出部は、前記トルク電流及び前記トルク電流制限値に基づいて、前記負荷の加速を中断するか、前記負荷の加速を再開するかを判断し、その判断結果に基づいて前記第２の周波数指令値を算出することを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項４】
直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を負荷に供給するインバータ回路部と、
前記インバータ回路部の出力電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された出力電流に基づいて周波数指令値を算出する算出部と、
前記周波数指令値に基づいて前記インバータ回路部にパルス信号を出力する出力部と、
を備え、
第１の期間では前記パルス信号の出力周波数は一定の割合で上昇し、前記第１の期間の後の第２の期間では前記出力周波数の上昇率が減少し、前記第２の期間の後の第３の期間では前記出力周波数は前記負荷の大きさに対応した周波数と等しいこと
を特徴とするインバータ装置。
【請求項５】
前記第２の期間では、前記上昇率が連続的に減少していること
を特徴とする請求項４に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記第１の期間は、出力周波数が０の時点から開始すること
を特徴とする請求項４に記載のインバータ装置。
【国際調査報告】
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