(57)【要約】【課題】チャージポンプ動作による正母線側のドライブ電源を過電流を流すことなく、短い時間で充電を完了してインバータを起動する。【解決手段】インバータ主回路を構成するスイッチング素子と逆並列接続した整流素子を２個直列接続し、直列接続した接続点をインバータ出力とするアームを複数組み備え、スイッチング素子に駆動用の通電信号を出力すると共に、起動指令が与えられるとチャージポンプ動作を開始するベースドライブ回路と、チャージポンプ動作の時間と、設定された時間を比較し、チャージポンプ動作の時間が前記設定された時間以上になるとチャージポンプ動作を停止するための充電時間タイマを備えたインバータ装置の起動方法において、駆動回路の電源を確立するためのチャージポンプ動作中に、各アームの電流値が所定の第１閾値以上になった場合、電流値が増加しないようチャージポンプ動作を停止し、電流値が第１閾値より小さい第２閾値以下になった場合、再度チャージポンプ動作を開始するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の正極、負極間にインバータ主回路を構成するスイッチング素子と逆並列接続した整流素子を２個直列接続し、前記直列接続した接続点をインバータ出力とするアームを複数組み備え、前記スイッチング素子に駆動用の通電信号を出力すると共に、起動指令が与えられるとチャージポンプ動作を開始するベースドライブ回路と、チャージポンプ動作の時間と、設定された時間を比較し、前記チャージポンプ動作の時間が前記設定された時間以上になるとチャージポンプ動作を停止するための充電時間タイマを備えたインバータ装置の起動方法において、
駆動回路の電源を確立するためのチャージポンプ動作中に、各アームの電流値が所定の第１閾値以上になった場合、前記電流値が増加しないようチャージポンプ動作を停止し、前記電流値が前記第１閾値より小さい第２閾値以下になった場合、再度チャージポンプ動作を開始することを特徴とするインバータ装置の起動方法。
【請求項２】
前記電流値が前記第１閾値より小さい第２閾値以下になった場合、チャージポンプの動作指令電圧デューティを初期設定よりも下げて設定しチャージポンプ動作を開始することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置の起動方法。
【請求項３】
前記充電時間タイマで充電時間を計測する代わりに、前記チャージポンプの前記動作指令電圧デューティの内のＯＮ時間または電流値とＯＮ時間との積算値に基づき充電完了を判断することを特徴とする請求項２記載のインバータ装置の起動方法。
【請求項４】
前記充電時間タイマで充電時間を計測する代わりに、充電による積算値と、放電による減算値に基づき充電完了を判断することを特徴とする請求項２記載のインバータ装置の起動方法。
【請求項５】
直流電源の正極、負極間にインバータ主回路を構成するスイッチング素子と逆並列接続した整流素子を２個直列接続し、前記直列接続した接続点をインバータ出力とするアームを複数組み備え、前記スイッチング素子に駆動用の通電信号を出力すると共に、起動指令が与えられるとチャージポンプ動作を開始するベースドライブ回路と、チャージポンプ動作の時間と、設定された時間を比較し、前記チャージポンプ動作の時間が前記設定された時間以上になるとチャージポンプ動作を停止するための充電時間タイマを備えたインバータ装置において、
駆動回路の電源を確立するためのチャージポンプ動作中に、各アームの電流値が所定の第１閾値以上になった場合、前記電流値が増加しないようチャージポンプ動作を停止し、前記電流値が前記第１閾値より小さい第２閾値以下になった場合、再度チャージポンプ動作を開始することを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置のドライブ電源を安全に短時間で確立する起動に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来のインバータ装置は、各スイッチング素子のドライブ電源を個別に備えるが、小型化、低コスト化を目的として、負母線側のスイッチング素子用の電源から正母線側のドライブ電源を作り出すチャージポンプ回路を備えた方式が一般化している。
正母線側のドライブ電源を作り出す際に、チャージポンプ動作時のオン、オフ時間を調整する事でドライブ電源のコンデンサ充電電流を抑制して、電流抑制抵抗を省略する方式もある（例えば、特許文献１参照）。
このチャージポンプ動作によるドライブ電源を作成する方式では、モータの始動前に正母線側のドライブ電源を充電する必要があるが、通常の電源投入からの場合ではなく、停電、異常停止などから復帰して、モータが停止していない状態でチャージポンプ動作を行うと、モータ起電力による大電流が流れる問題があり、そのため、完全に停止する時間をあらかじめ決めておき、ある一定時間が経過後にチャージポンプ動作を行う方法もある。（例えば、特許文献２参照）。
このように、従来のインバータ装置の起動方法では、正母線側のドライブ電源をチャージポンプ動作で充電する際に、オン、オフのデューティを調整して充電電流を制限したり、モータが完全に止まるのを待ってチャージポンプ動作を行い、モータ大電流を防いだりしている。
図５は、インバータ装置の構成を示す図である。図において、１は整流装置、２は平滑コンデンサ、３１から３３はチャージポンプ回路、３０１から３０３は負母線側ゲート電源、３１１から３１３は逆流防止ダイオード、３２１から３２３は過電流を抑制する抑制抵抗、
３３１から３３３は電解コンデンサ、４１から４３はスイッチング素子を直列接続した各アーム、４０１から４０６はスイッチング素子、４１１から４１６はフリーホイールダイオード、４２１から４２３は電流検出抵抗、５はモータ、である。
図６は、従来の処理手順を示すフローチャートである。起動指令が入ると（ＳＴ１）、チャージポンプ動作を行い、負母線側のドライブ電源より、正母線側のコンデンサへ充電動作を行い、チャージポンプ動作開始パルスを出力する（ＳＴ２）。電解コンデンサ３３１〜３３３の充電完了までチャージポンプ動作を一定時間が経過するまで待つ（ＳＴ３）。充電完了後モータを始動する（ＳＴ４）。この時にモータ側の回転が停止していなかった場合、永久磁石形同期電動機では同期電動機の電機子巻線に発生する誘起電圧が主回路スイッチング素子の同通で相間短絡状態となり各アーム電流（出力電流）が増加し、図７に示すようにチャージポンプ動作のスイッチングにあわせて大電流が発生してしまう。図７はチャージポンプ動作指令と主回路スイッチング素子４０１〜１０６の各アームに流れるアーム電流の様子を示す図である。
【特許文献１】特開２００１−１７８１４７公報
【特許文献２】特開平１１−３１８０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のインバータ装置の起動方法では、充電抵抗を外し、オン・オフのデューティで調整するには電流の立ち上がりが急峻になり、結果として周期を早く（スイッチング周波数を高く）しなければならず、スイッチング素子の制限や、スイッチングロスの問題があり無制限にスイッチング周波数を高くすることはできはできない。
一方、モータが回転している場合、起電力による大電流を防ぐために完全に停止するまである一定時間待機すると、結果として再起動までに時間がかかってしまうという問題があった。
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、チャージポンプ動作による正母線側のドライブ電源を充電する際に、モータの接続された主回路スイッチングトランジスタ各アームの電流値がある設定値以上に上がらないようにチャージポンプ動作を停止、またはデューティを調節し、大電流が流れないようにするとともに、短い時間で充電を完了してインバータを起動するインバータ装置とその起動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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１と５に記載の発明は、駆動回路の電源を確立するためのチャージポンプ動作中に、各アームの電流値が増加しないようチャージポンプ動作を停止し、電流値が減少した際に再度チャージポンプ動作を行う手順をとったのである。
また、請求項２に記載の発明は、駆動回路の電源を確立するためのチャージポンプ動作において、各アームの電流値が増加した場合に、チャージポンプ動作のデューティ比をより低い割合でオン時間を設定し、各アームの電流が設定値以上にならないようにドライブ電源を充電する手順をとったのである。
また、請求項３、４に記載の発明は、各アームの電流が設定値以上にならないようにドライブ電源を充電する手順において、充電がある一定時間以上たった場合に通常運転に切り替えたり、充電時間と停止時間の積算、減算値より正確に充電が完了したことを確認して通常運転に移行するという手順をとったのである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１と５に記載の発明によると、駆動回路の電源を確立するためのチャージポンプ動作中に、各アームの電流値が増加しないようチャージポンプ動作を停止し、安全にドライブ電源を充電することができる。
また、請求項２に記載の発明によると、駆動回路の電源を確立するためのチャージポンプ動作において、各アームの電流値が増加した場合に、チャージポンプ動作のデューティ比をより低い割合でオン時間を設定し、各アームの電流が設定値以上にならないようにドライブ電源を充電することができる。
また、請求項３、４に記載の発明によると、各アームの電流が設定値以上にならないようにドライブ電源を充電する手順において、充電がある一定時間以上たった場合に通常運転に切り替えたり、充電時間と停止時間の積算、減算値より正確に充電が完了したことを確認して通常運転に移行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００７】
図５は、一般的なインバータ装置の構成を示す図である。
図において、１は整流装置、２は平滑コンデンサ、３１から３３はチャージポンプ回路、３０１から３０３は負母線側ゲート電源、３１１から３１３は逆流防止ダイオード、３２１から３２３は抑制抵抗、３３１から３３３は電解コンデンサ、４１から４３はスイッチング素子を直列接続した各アーム、４０１から４０６はスイッチング素子、４１１から４１６はフリーホイールダイオード、４２１から４２３は電流検出抵抗、５はモータである。
正母線側ドライブ電源は、負母線側のスイッチング素子のオン時に３０１の電源より３３１の電解コンデンサが充電され、その電圧で正母線側のドライブ電源を作り出すことができる。
図１はインバータ装置において、始動時に各アームに設定値以上の電流が流れないようにする本発明の処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
はじめにステップ1（ＳＴ１）で起動指令が入力されると、ステップ２（ＳＴ２）でチャージポンプ動作を開始し、パルス電圧を出力する。この時に各アームに接続された電流検出抵抗によるアーム電流、または出力に接続された電流検出器などで出力電流を検出し、ステップ３（ＳＴ３）において検出した値と、設定された電流の第1の閾値I１を比較する。ステップ３（ＳＴ３）で設定値以下の正常な値であればチャージポンプ動作を継続しステップ４（ＳＴ４）へ進む。また、ステップ３（ＳＴ３）で電流値が第1の閾値I１以上であった場合は、チャージポンプ動作を停止し、電流値が第２の閾値I２以下になるまで待機状態とし、ステップ６（ＳＴ６）へ進む。ステップ４（ＳＴ４）で充電時間タイマにおいて、チャージポンプ動作の時間Ｔｏと、設定された時間Ｔ１を比較し、チャージポンプ動作の時間Ｔｏが設定された時間Ｔ１以上になるとチャージポンプ動作を停止し、通常運転に切り替わり、モータを駆動させる。一方、チャージポンプ動作の時間Ｔｏが設定された時間Ｔ１未満の場合はステップ２（ＳＴ２）へ戻る。ステップ３（ＳＴ３）で各アーム電流（出力電流）が第1の閾値Ｉ１を超えた場合、チャージポンプ動作を停止しステップ６へ進む。ステップ６でアーム電流が次のスキャン時に第２の閾値Ｉ２（Ｉ２＜Ｉ１）以下に下がらなかった場合、チャージポンプ動作の停止状態を維持するステップ７を介してステップ３へ戻る。ステップ６において、次のスキャンにて第２の閾値Ｉ２以下に下がった場合には、ステップ２（ＳＴ２）へ戻り、チャージポンプ動作を再開する。
図２は、ステップ３（ＳＴ３）で各アーム電流が閾値Ｉ１を超えステップ６へ進み、ステップ６で各アーム電流が閾値Ｉ２を超えた場合チャージポンプ動作を停止し、待機状態ステップ７（ＳＴ７）とする様子を示している。
【０００８】
このように、各アーム電流（出力電流）を監視しながら、設定値以上にならないようにチャージポンプ動作を行う事で、安全に、短時間でドライブ電源の充電を完了し、通常運転に移る事ができる。
【実施例２】
【０００９】
図３は、実施例１に対して、インバータ装置において、始動時に各アームに設定値以上の電流が流れないようにした処理手順を示すフローチャートである。実施例１との違いは、ステップ８（ＳＴ８）を追加した部分のみであり、その他は図１の実施例１と同一である。
ステップ６（ＳＴ６）において、設定された電流値が第２の閾値I２以下になり、チャージポンプ動作に復帰する際に、ステップ８（ＳＴ８）で最初に設定されたデューティより下げた値を設定し、オン時間を短くする事で各アーム電流（出力電流）が設定値を再度超えることを防ぐようにしたものである。つまりステップ６（ＳＴ６）において各アーム電流が第２の閾値I２（Ｉ２＜Ｉ１）より小さければチャージポンプのデューティを下げＯＮ時間を短く設定してステップ２（ＳＴ２）へ戻る。一方、ステップ６（ＳＴ６）において各アーム電流が第２の閾値I２（Ｉ２＜Ｉ１）より大きいならばチャージポンプ動作を停止し、ステップ３へ戻る。
この時の動作を図４に示す。ステップ３（ＳＴ３）で各アーム電流（出力電流）が第1の閾値Ｉ１を超えた場合、チャージポンプ動作を停止し、次のスキャン時に第２の閾値Ｉ２以下に下がらなかった場合、チャージポンプ動作の停止状態を維持する。ステップ６（ＳＴ６）で次のスキャンにて第２の閾値Ｉ２以下に下がった場合には、チャージポンプ動作を再開するが、この時に最初に設定されたデューティより下げた値を設定（ＳＴ８）し、オン時間を短くする事で各アーム電流（出力電流）が設定値を再度超えることを防止している。
【実施例３】
【００１０】
図１、図３に示すフローチャートにおいて、ステップ４で充電時間タイマの設定値Ｔ１とチャージポンプ動作の時間Ｔｏを比較し、通常運転に切り替えているが、ここでの比較に、流れた電流の時間である通電時間を基に比較したり、電流値を積算したもの（時間と電流の大きさの積）を用いて判断したり、また、充電による電流積算値と、スイッチングをＯＦＦしていた間の放電による減算値を考慮して、最終的に規定値まで充電できたか判断する事で、より正確に、短時間で充電を完了し、通常運転に切り替わりモータを駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の方法を示すフローチャート
【図２】実施例１の動作を示す図
【図３】実施例２の方法を示すフローチャート
【図４】実施例２の動作を示す図
【図５】インバータ装置の構成を示す図
【図６】従来の方法の処理手順を示すフローチャート
【図７】従来の動作を示す図
【符号の説明】
【００１２】
１  整流装置
２  平滑コンデンサ
３１〜３３  チャージポンプ回路
３０１〜３０３  負母線側ゲート電源
３１１〜３１３  逆流防止ダイオード
３２１〜３２３  抑制抵抗
３３１〜３３３  電解コンデンサ
４１〜４３  スイッチング素子を直列接続した各アーム
４０１〜４０６  スイッチング素子
４１１〜４１６  フリーホイールダイオード
４２１〜４２３  電流検出抵抗
５  モータ
【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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