(57)【要約】【課題】出力電圧が交流電源周波数の２倍周波数で脈動する平滑手段を備えた電動機制御装置において、電動機停止時における電圧・電流の跳ね上がりの抑制を実現させる。【解決手段】平滑手段の出力電圧を検出する電圧検出手段と、平滑手段の出力電圧脈動の位相を検出する位相検出手段と、前記電圧検出手段と位相検出手段の検出値により電動機停止指令を出力する停止指令出力手段を備えることにより、通常の電動機停止時および交流電源異常時における緊急停止時において電圧・電流の跳ね上がりを抑制するタイミングでの電動機停止を実現させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を入力し整流する整流手段と、前記整流手段の出力電圧を平滑化し平滑電圧として出力する平滑手段と、前記平滑電圧を交流電圧に変換する直交変換手段と、前記直交変換手段を駆動制御する駆動制御手段と、前記平滑電圧を検出する電圧検出手段と、前記平滑電圧の脈動の位相を検出する位相検出手段と、前記電圧検出手段と位相検出手段との検出値に基づき前記直交変換手段に停止指令を出力する停止指令出力手段とを備えた電動機制御装置。
【請求項２】
前記位相検出手段は、前記電圧検出手段の検出電圧値の最大値、最小値あるいは交流電源のゼロクロスの少なくとも１つから前記平滑電圧の脈動の位相を検出する請求項１記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記停止指令出力手段は、前記直交変換手段に停止指令を出力する場合、前記平滑電圧が最小値となる脈動の位相近傍で前記駆動制御手段が前記直交変換手段を停止させる指令を出力する請求項１または２記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記停止指令出力手段は、前記平滑電圧の脈動が最大値となる位相近傍の電圧値が、前回の前記平滑電圧の脈動の最大値となる位相近傍の電圧値より著しく低下している場合に、駆動制御手段が直交変換手段を停止させる指令を出力する請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記平滑手段は、コンデンサとリアクタとを有し、前記コンデンサと前記リアクタとの共振周波数が前記交流電源の周波数の４０倍以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記平滑手段を構成するコンデンサにフィルムコンデンサを用いた請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
電動機と、前記電動機を制御する請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機制御装置とを備えた空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流手段の出力端子に著しく小容量のコンデンサ、リアクタで構成される平滑手段を接続する電動機制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、家電機器や産業機器に広く一般的に用いられている電動機制御装置における平滑手段を構成するコンデンサは、整流後の電圧リプルを除去するため大容量のコンデンサが用いられている（例えば、非特許文献１参照）。このため電動機停止時における回生電圧による跳ね上がり電圧は該大容量コンデンサにより吸収抑制し、また、電源異常による電源電圧急変に対して直接電動機側へ影響が及ぶことを抑制していた。
【非特許文献１】インバータドライブハンドブック編集委員会編「インバータドライブハンドブック」日刊工業新聞社出版、１９９５年初版
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、整流手段の出力端子に著しく小容量のコンデンサ、リアクタで構成される平滑手段を接続し、その出力電圧が交流電源周波数の２倍周波数で大きく脈動するような電動機制御装置による駆動では、平滑手段の出力端に並列接続されるコンデンサ容量が小さいため、電動機停止時に回生電圧による電圧の跳ね上がりが生じ、平滑手段の出力脈動電圧が最大値となる位相近傍で電動機を停止させると、回生電圧による跳ね上がり電圧により部品の定格を越える電圧に達する。
【０００４】
更に電源電圧の異常により電源電圧が急激に低下した場合、電動機電流が跳ね上がり部品や電動機の定格を越える電流に達するという課題を有する。
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するもので電動機停止時における回生電圧、電動機電流の跳ね上がりを抑制した電動機駆動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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明の電動機制御装置は、交流電圧を入力し整流する整流手段と、前記整流手段の出力電圧を平滑化し平滑電圧として出力する平滑手段と、前記平滑電圧を交流電圧に変換する直交変換手段と、前記直交変換手段を駆動制御する駆動制御手段と、前記平滑電圧を検出する電圧検出手段と、前記平滑電圧の脈動の位相を検出する位相検出手段と、前記電圧検出手段と位相検出手段との検出値に基づき前記直交変換手段に停止指令を出力する停止指令出力手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電動機制御装置は、小容量の平滑コンデンサで構成される平滑手段を用いた電動機制御装置において、電動機停止時の電圧・電流の跳ね上がりを抑制した電動機駆動を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
第１の発明は、交流電圧を入力し整流する整流手段と、前記整流手段の出力電圧を平滑化し平滑電圧として出力する平滑手段と、前記平滑電圧を交流電圧に変換する直交変換手段と、前記直交変換手段を駆動制御する駆動制御手段と、前記平滑電圧を検出する電圧検出手段と、前記平滑電圧の脈動の位相を検出する位相検出手段と、前記電圧検出手段と位相検出手段との検出値に基づき前記直交変換手段に停止指令を出力する停止指令出力手段
とを備えたものである。
【０００９】
これにより、平滑手段から出力させる脈動電圧の位相と電圧値を検出し、回生電圧・電動機電流の跳ね上がりを抑制可能なタイミングで電動機駆動の停止を実現させることが出来る。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記位相検出手段は、前記電圧検出手段の検出電圧値の最大値、最小値あるいは交流電源のゼロクロスの少なくとも１つから前記平滑電圧の脈動の位相を検出することにより、平滑手段から出力される脈動電圧の位相を正確に検出し、回生電圧・電動機電流の跳ね上がりを抑制するタイミングで電動機の停止を実現させることが出来る。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記停止指令出力手段は、前記直交変換手段に停止指令を出力する場合、前記平滑電圧が最小値となる脈動の位相近傍で前記駆動制御手段が前記直交変換手段を停止させる指令を出力することにより、停止時の回生電圧による電圧の跳ね上がり抑制を実現することが出来る。
【００１２】
第４の発明は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記停止指令出力手段は、前記平滑電圧の脈動が最大値となる位相近傍の電圧値が、前回の前記平滑電圧の脈動の最大値となる位相近傍の電圧値より著しく低下している場合に、駆動制御手段が直交変換手段を停止させる指令を出力することにより、瞬時停電や電源遮断のような電源電圧異常時において回生電圧・電動機電流の跳ね上がり抑制を実現することが出来る。
【００１３】
第５の発明は、第１から第４のいずれかにおいて、前記平滑手段は、コンデンサとリアクタとを有し、前記コンデンサと前記リアクタとの共振周波数が前記交流電源の周波数の４０倍以上であることにより、整流手段への入力電流の電源高調波特性の高性能化を実現させることが出来る。
【００１４】
第６の発明は、第１から第５のいずれかにおいて、前記平滑手段を構成するコンデンサにフィルムコンデンサを用いることにより、温度による寿命特性への影響を気にせず使用環境を選択することが出来る。
【００１５】
第７の発明は、第１から第６のいずれかの電動機制御装置を空気調和機に備えることにより、平滑手段を構成するコンデンサおよびリアクタの小容量化による装置サイズの小型化・軽量化、低コスト化と、小容量化により発生するうなり音を抑制した駆動を実現させることが出来る。
【００１６】
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。
【００１７】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における電動機制御装置の制御ブロック図を示したものである。該電動機制御装置は、単相交流電源である商用電源などの交流電源１より電力を供給され、交流電源１から供給された交流電圧を全波整流するダイオードブリッジで構成された整流手段２と、整流手段２の出力電圧を受け、交流電源１の供給交流電圧の２倍周波数で大きく脈動（脈拍のような、周期的・律動的な動きのこと）する平滑電圧として出力する平滑手段３と、平滑手段３の出力する平滑電圧を電動機５の駆動のために所望の交流電圧に変換する半導体スイッチング素子により構成される直交変換手段４と、直交変換手段を駆動制御するための駆動制御手段６と、平滑手段３の出力する平滑電圧を検出する電圧検出手段７と、電圧検出手段７による検出値の最大値、最小値あるいは交流電源１の供
給交流電圧のゼロクロス（供給交流電圧が０Ｖになる時点）より平滑手段３から出力される脈動電圧の位相を検出する位相検出手段８と、電圧検出手段７および位相検出手段８の検出値により駆動制御手段６から直交変換手段４を停止させる指令を出力させる停止指令出力手段９を有している。
【００１８】
ここで、平滑手段３は共振周波数が交流電源１の供給電圧の周波数の４０倍以上になるように設定された小容量のコンデンサと該コンデンサへの突入充放電電流のピーク値を下げるためのリアクタを有している。
【００１９】
なお、平滑手段３を構成するリアクタは交流電源１と平滑手段３を構成するコンデンサの間に挿入するため、整流手段２の前後どちらでも構わない。
【００２０】
以上のように構成された電動機制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。
【００２１】
まず、平滑手段３から出力される脈動電圧波形を図２に示す。ここで脈動電圧の最大・最小値をそれぞれＶｍａｘ、Ｖｍｉｎとし、そのときのタイミングをそれぞれｔ＿ｍａｘ、ｔ＿ｍｉｎとする。ここで、隣り合うｔ＿ｍａｘ間あるいはｔ＿ｍｉｎ間の時間を脈動電圧周期とする（本実施の形態ではｔ＿ｍｉｎ間の時間を脈動電圧周期として以降説明を行うが、ｔ＿ｍａｘ間を脈動電圧周期としてもよい。また交流電源のゼロクロス間を脈動電圧周期としてもよい）。
【００２２】
更にＶｔｈ（Ｖｍｉｎ＜Ｖｔｈ＜Ｖｍａｘ）を設定し、脈動電圧位相Ｐｈａｓｅ１＜θ＜Ｐｈａｓｅ２間の脈動電圧ＶｄｃはＶｄｃ＞Ｖｔｈとなるようにする。
【００２３】
ここで交流電源１に周波数５０Ｈｚの商用電源を用いた場合、平滑手段３を構成するリアクタとコンデンサの値は、その共振周波数ｆｃ＝１／（２π×√(Ｌ１×Ｃ１)）が交流電源１の供給電圧の周波数の４０倍以上、すなわち２０００Ｈｚ以上になるように設定する。このためリアクタンス値０.５ｍＨ、キャパシタンス値１０μＦのリアクタとコンデンサを用いることでｆｃ（＝２２５０Ｈｚ）＞４０×交流電源１の供給電圧の周波数（５０Ｈｚ）とする。このように平滑手段３のコンデンサ容量を著しく小さくすることで交流電源１の供給電圧の周波数の２倍周波数で大きく脈動（リップル率８０％以上）することになる。つまりこの場合、ｔ＿ｍｉｎ間（あるいはｔ＿ｍａｘ間）は１０ｍｓｅｃとなり、脈動電圧はこの１０ｓｅｃを１周期として脈動することになる。
【００２４】
次に電動機の停止時における電圧・電流の跳ね上がり抑制の動作について図３から図１０を用いて説明を行う。
【００２５】
まず、平滑手段３を構成するコンデンサ容量が著しく小容量で出力電圧が大きく脈動するような電動機制御装置では、電動機５を停止させる際、停止タイミングｔ０を脈動電圧値がＶｔｈを越える脈動電圧位相（Ｐｈａｓｅ１＜θ＜Ｐｈａｓｅ２）に設定すると図３に示すように停止時の回生電圧により跳ね上がり電圧Ｖｍａｘ１が大きくなり直交変換手段４を構成するパワーデバイスなど部品の定格値を超える可能性がある。
【００２６】
そこで電動機５を停止させる際、駆動制御装置６から直交変換手段４への停止指令を、脈動電圧値が設定するＶｔｈより低くなる脈動電圧位相（Ｐｈａｓｅ１＜θ＜Ｐｈａｓｅ２以外の位相θ)で電動機を停止させる指令を出力させるように停止指令出力手段９によりタイミングを調整することにより、図４に示すように回生電圧による跳ね上がり電圧Ｖｍａｘ２（＜Ｖｍａｘ１）を抑制することが出来る。
【００２７】
次に交流電源１に異常が生じた場合についての説明を行う。まず、交流電源１側におい
て瞬間的な停電などが生じた場合、平滑手段３を構成するコンデンサ容量が著しく小容量となる電動機制御装置では、図５に示すタイミングｔ１からの歪みのように平滑手段３の出力電圧に直接的に表れ、その影響が電動機５側に伝わり停止に至ることがある。
【００２８】
この場合、図６に示すようにＶｔｈを超える電圧値（タイミングｔ０）で停止した場合、回生電圧による跳ね上がり電圧Ｖｍａｘ１が大きくなり直交変換手段４を構成するパワーデバイスなど部品の定格値を超える可能性がある。
【００２９】
そこで図７に示すように脈動電圧位相Ｐｈａｓｅ１＜θ＜Ｐｈａｓｅ２間の電圧値がＶｔｈより低下した場合、停止指令出力手段９により電動機５を停止させる指令を出力する、つまり図７においてＰｈａｓｅ１において停止指令を停止指令出力手段９から出力することで回生電圧による跳ね上がり電圧Ｖｍａｘ２（＜Ｖｍａｘ１）を抑制することが出来る。
【００３０】
次に交流電源１側において電源遮断などが生じ、電力供給が急に絶たれた場合、平滑手段３の出力電圧波形は図８に示すようになる。このような電圧が直交変換手段４に印加される場合、電動機５が停止するまでの間に電動機５に流れる電流が図９に示すようにＩｍａｘ１まで跳ね上がり、直交変換手段４を構成するパワーデバイスや電動機５の定格値を超える可能性がある。
【００３１】
そこで図１０に示すように脈動電圧位相Ｐｈａｓｅ１＜θ＜Ｐｈａｓｅ２間の電圧値がＶｔｈより低下した場合、停止指令出力手段９により電動機５を停止させる指令を出力する、つまり図１０においてＰｈａｓｅ１において停止指令を停止指令出力手段９から出力することで電動機５に流れる電流の跳ね上がりＩｍａｘ２（＜Ｉｍａｘ１）を抑制することが出来る。
【００３２】
以上のように本実施の形態においては平滑手段３から出力される脈動電圧の電圧位相と電圧値を検知し、電動機５の停止のタイミングを制御することにより、通常の停止時および交流電源１の異常による緊急停止時において電圧・電流の跳ね上がりの抑制を実現させることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかる電動機制御装置は、電動機の停止時における電圧・電流の跳ね上がりを抑制することが出来るため、使用する部品の定格値を必要最小限に設定することができ、装置の低コスト化・小型化が可能であるため、装置の低コスト化・小型化が求められるあらゆる電動機制御装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態における電動機制御装置の制御ブロック図
【図２】本発明の実施の形態における平滑手段の脈動出力電圧波形図
【図３】本発明の実施の形態における停止時における平滑手段の出力電圧波形例１図
【図４】本発明の実施の形態における停止時における平滑手段の出力電圧波形例２図
【図５】本発明の実施の形態における停止時における平滑手段の出力電圧波形例３図
【図６】本発明の実施の形態における停止時における平滑手段の出力電圧波形例４図
【図７】本発明の実施の形態における停止時における平滑手段の出力電圧波形例５図
【図８】本発明の実施の形態における停止時における平滑手段の出力電圧波形例６図
【図９】本発明の実施の形態における停止時における電動機の電流波形例１図
【図１０】本発明の実施の形態における停止時における電動機の電流波形例２図
【符号の説明】
【００３５】
１  交流電源
２  整流手段
３  平滑手段
４  直交変換手段
５  電動機
６  駆動制御手段
７  電圧検出手段
８  位相検出手段
９  停止指令出力手段
【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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【図９】
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【図１０】
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