(57)【要約】  【課題】  負荷変動が大きい場合でも効率良く動作させることができる電動機の電源装置を提供する。  【解決手段】電動機の運転状況に応じて、制御回路では、電源装置の昇圧回路及びインバータ回路を制御する。具体的には、直流電圧が指令値に追従するように昇圧回路にＰＡＭ信号を出力し、電動機５が指令の速度で運転するようにインバータ回路４にＰＷＭ信号を出力する。さらに、電動機の負荷変動が所定値よりも大きいときに昇圧回路３へのＰＡＭ信号の出力をゼロにするか、あるいは抑えるので、電動機に供給する電圧が大きくなり過ぎず、電動機を効率良く動作させ得る。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から供給された交流電力を整流する整流回路と、該整流回路で整流された直流電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧回路で昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して電動機に供給するインバータ回路と、前記電動機の運転状況から前記昇圧回路及びインバータ回路を制御する制御回路とを備え、前記電動機の負荷変動を検出する負荷検出手段が設けられ、前記制御回路は、直流電圧が指令値に追従するように前記昇圧回路にパルス振幅変調信号を出力すると共に、前記電動機が指令の速度で運転するようにインバータ回路にパルス幅変調信号を出力し、さらに、前記負荷検出手段からの信号により前記電動機の負荷変動が所定値よりも大きいときに、前記昇圧回路へのパルス振幅変調信号の出力を抑えることを特徴とする電動機の駆動制御装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記電動機の負荷変動が所定値よりも大きいときに前記昇圧回路へのパルス振幅変調信号の出力を停止することを特徴とする請求項１に記載の電動機の駆動制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電動機により駆動される圧縮機を含む冷凍サイクルを有し、各種運転モードを実行可能な空気調和機において、前記制御回路は、暖房運転から除霜運転に切り換えるときに、前記昇圧回路へのパルス振幅変調信号の出力を抑えることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータを用いた電動機の駆動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータを用いた電動機の駆動装置として、特許文献１には、交流電源から電力を、一旦、この交流電源の電圧よりも高い電圧の直流電力に変換し、この直流電力をインバータにより交流電力に変換して電動機に供給することにより、広範囲にわたる回転速度制御を行なうようにした電動機の駆動制御装置が開示されている。
【０００３】
この電動機の駆動制御装置においては、電動機の回転速度に応じて、供給する電圧が設定電圧になるよう、昇圧回路を昇圧する方策が採用されている。
【特許文献１】特開２００１−３１４０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、例えば、空気調和機の圧縮機用電動機に見られるように、暖房運転から除霜運転に切り換えた場合など、負荷が急激に軽くなる場合がある。このような場合、インバータ回路に供給される直流電圧が上昇してしまい、インバータ回路の回路破壊が起こる危険性がある。
【０００５】
電源装置の破壊を防止するため、従来の電動機の駆動制御装置では、電動機をオフにして対応していたが、本来的な故障でもなく、電動機が急に停止するのは使用者に不安感を与えることになるため、その改善が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記に鑑み、負荷変動が大きい場合でも効率良く動作させることができる電動機の駆動制御装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、交流電源から供給された交流電力を整流する整流回路と、該整流回路で整流された直流電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、該昇圧回路で昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して電動機に供給するインバータ回路と、前記電動機の運転状況から前記昇圧回路及びインバータ回路を制御する制御回路とを備え、前記電動機の負荷変動を検出する負荷検出手段が設けられ、前記制御回路は、直流電圧が指令値に追従するように前記昇圧回路にパルス振幅変調信号を出力すると共に、前記電動機が指令の速度で運転するようにインバータ回路にパルス幅変調信号を出力し、さらに、前記負荷検出手段からの信号により前記電動機の負荷変動が所定値よりも大きいときに、前記昇圧回路へのパルス振幅変調信号の出力を抑える（出力をゼロにすることも含む）ことを特徴とする。
【０００８】
また、このような電源装置を搭載した電動機によって駆動される圧縮機と、該圧縮機を含む冷凍サイクルとを有し、各種運転モードを実行可能な空気調和機において、制御回路は、暖房運転から除霜運転に切り換えるときに、前記昇圧回路へのパルス振幅変調信号の出力を抑えることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によると、電動機にかかる負荷が軽くなることが予想される場合、例えば、空気調和機において、暖房運転から除霜運転に切り換えた場合、ＰＡＭ制御（パルス振幅変調制御）をオフし、インバータ回路に対して、設定電圧に向け、徐々に電圧を上昇させる制御を行う。
【００１０】
また、負荷が軽くなるのを予測できない場合、例えば、冷凍サイクルの冷媒回収運転などのように、電動機の回転速度の変化が小さいときに、インバータ回路に供給される電流が所定値よりも大きく低下したときは、ＰＡＭ制御をオフする。なお、ＰＡＭ制御をオフする代わりに、危険のないレベルまでＰＡＭ出力を抑えるよう制御することもできる。
【００１１】
電動機の負荷変動は負荷検出手段により検出する。負荷変動は、運転モード指令信号により検出することができる。例えば、暖房運転から除霜運転へのモード切換信号により検出することができる。また、負荷変動は、電動機に供給される電流により検出することができる。この検出電流により、電動機にかかる負荷が大きく変動して負荷が軽減された場合、制御回路は、ＰＡＭ制御をオフにし、インバータ回路に対して電動機の回転速度に応じたＰＷＭ制御を実行する。
【発明の効果】
【００１２】
以上のとおり、本発明によれば、電動機にかかる負荷が所定値よりも低下した場合でもＰＡＭ制御を停止ないし抑えるので、電動機に供給する電圧が大きくなりすぎず、電動機を効率良く動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態である電動機の駆動装置を図面に基づいて説明する。図１は本発明による電動機の駆動回路図、図２は電動機の制御ブロック図、図３は制御フローチャート、図４は目標電圧と実際の直流電圧との関係図である。
【００１４】
本実施形態における電動機の駆動制御装置は、図１に示すように、交流電源１から供給された交流電力を整流回路２、昇圧回路３、インバータ回路４を通して可変電圧、可変周波数の交流電力に変換し、この変換された交流電力を電動機５に供給する。
【００１５】
電動機(３相誘導電動機)５は、制御回路６に入力される速度指令値ＮＲに応じて可変速駆動制御される。
【００１６】
整流回路２は、交流電源１から供給される交流電圧を整流して昇圧回路３に直流電圧を出力するもので、ダイオードブリッジなどから構成される。
【００１７】
昇圧回路３は、インダクタンス素子、スイッチング素子及びダイオードを備える。トランジスタ等のスイッチング素子をオンすることにより、インダクタンス素子の出力側の回路を短絡してインダクタンス素子に直流電流を流し、エネルギーをインダクタンス素子に蓄えた後、スイッチング素子をオフし、これによりインダクタンス素子に発生した電圧を入力直流電圧に加算してコンデンサＣ１に充電させ、入力直流電圧を昇圧して出力する。
【００１８】
昇圧回路３では、スイッチング素子のオン・オフの時間比(以下、デューティ又は通流率という)を制御することにより、交流側入力電流が正弦波状に制御され、力率を改善することができ、さらに、交流側入力電流の大きさ(絶対値)を制御して直流電圧を制御する。この制御をＰＡＭ（ＰＡＭ：Pulse  Amplitude  Modulation、パルス振幅変調）制御という。
【００１９】
インバータ回路４は、昇圧回路３から供給される直流電圧をパルス幅変調することにより、再び任意の周波数の交流電力に変換し、電動機５に供給する働きをする。つまり、電動機５の各相の端子は、インバータ回路４の中でスイッチング素子を介して直流電源の正側と負側にそれぞれ接続されており、各相のスイッチング素子のオン／オフ動作により、電動機５の端子間に交互に反転して直流電圧が印加されることになり、電動機５に交流電力が供給されることになる。
【００２０】
電動機５は、インバータ回路４から供給された交流電力の周波数及び電流に応じて任意の回転数及びトルクで回転し、負荷を駆動する。
【００２１】
制御回路６は、磁極位置検出センサ７等から得られる回転信号Ｓ４により電動機５の回転速度を検出する。制御回路６では、速度指令値ＮＲに一致するようにインバータ駆動信号Ｓ２を出力する。このインバータ駆動信号Ｓ２は、インバータ回路４のスイッチング素子をオン／オフする信号で、ＰＷＭ信号により変調されており、この変調度によりインバータ回路４の出力電圧Ｖまたはインバータ出力電流を制御する(以下これをＰＷＭ制御という。ＰＷＭ：Pulse  Wide  Modulation)。
【００２２】
また、制御回路６では、直流電圧検出器８により検出した直流電圧検出信号Ｓ３が、電圧指令値ＶＲに一致するように、直流電圧制御部１４から昇圧回路駆動信号Ｓ１を出力する。この昇圧回路駆動信号Ｓ１は、昇圧回路３のスイッチング素子をオン／オフして、直流電圧を制御する。
【００２３】
制御回路６は、図２に示すように、回転信号Ｓ４から電動機５の回転数を演算し、速度検出値Ｎを出力する速度演算部１１と、速度演算部で演算した速度検出値Ｎと速度指令値ＮＲとにより、インバータ回路４への通流率指令値及び昇圧回路３への電圧指令値Ｖを出力する速度制御部１２と、通電率指令値ＤＲからインバータ回路４を駆動するためのインバータ駆動信号Ｓ２を出力する通流率作成部１３と、電圧指令値ＶＲに従って昇圧回路３のスイッチング素子を駆動し、直流電圧を制御する直流電圧制御部１４とを備える。また、電動機５の負荷を検出する負荷検出手段１０として、インバータ４への入力電流を検出する。この電流検出信号Ｓ５は、速度演算部１１に入力され、負荷に応じた速度演算が行われる。
【００２４】
速度制御部１２は、速度検出値Ｎと速度指令値ＮＲとから速度偏差値Ｎｅを算出する。算出された速度偏差値Ｎｅの信号は通流率指令部１６または電圧指令部１７に入力される。通流率指令部１６では、算出された速度偏差値Ｎｅから通流率指令値ＤＲを算出する。電圧指令部１７では、速度偏差値Ｎｅから電圧指令値ＶＤＲを算出する。
【００２５】
図４は目標電圧と実際の直流電圧との関係を示すグラフである。図４において、◆は目標電圧、■は実際の直流電圧を示す。図4において、１００Ｖ機種は昇圧回路によりＤＣ２８０Ｖを作りだすことが出来る。２００Ｖ機種は全波整流により２８０Ｖを作り出すことができる。また、電動機の負荷により電動機に供給される直流電圧は変化する。以上の事項を前提とすれば、まず、制御回路６では、制御により指示回転数と目標電圧の指令がなされる。
【００２６】
そして、目標電圧に対して電動機に供給される直流電圧が高くなれば、昇圧回路への制御出力を単位時間当たり単位ＤＵＴＹ下降させる。目標電圧に対して電動機に供給される直流電圧が低ければ、昇圧回路への制御出力を単位時間当たり単位ＤＵＴＹを上昇させる。
【００２７】
また、上記制御動作において、電動機５にかかる負荷が軽くなることが予想される場合、例えば、暖房運転から除霜運転に切り換えた場合、電動機５にかかる負荷が軽減されることにより、同じ通流率を維持すると直流電圧が大きく上昇することになる。
【００２８】
そこで、暖房運転から除霜運転に切り換える場合、直流電圧制御部１４からのＰＡＭ制御信号をオフにする。そして、設定電圧に向け、インバータ回路４を制御して、徐々に電圧を上昇させる制御を行う。
【００２９】
また、負荷が軽くなるのを予測できない場合、例えば、冷凍サイクルの冷媒回収運転などのように圧縮機用の電動機の回転速度の変化がないのに、インバータ回路４に供給される電流が大きく低下するときは、ＰＡＭ制御をオフする。
【００３０】
あるいは、ＰＡＭ制御をオフする代わりに、危険のないレベル（例えば、ある程度、圧縮機の回転数が高く、目標電圧を２８０Ｖで制御していた場合、目標電圧を２２０Ｖ〜２５０Ｖ）までＰＡＭ出力を抑えるよう制御することもできる。
【００３１】
このような負荷変動の検出は、例えば、暖房運転から除霜運転への運転モードの切換え信号を制御回路に入力することで可能となる。また、図１に示すように、電源回路に負荷変動を検出する負荷検出手段１０を設け、負荷検出手段１０からの電流検出信号により負荷変動を検出することもできる。
【００３２】
このように、電動機にかかる負荷が低下した場合、昇圧回路へのＰＡＭ出力を抑えるので、電動機に供給する電圧が大きくなりすぎず、回路や電動機に負担をかけることがない。そのため、電源回路の保護動作により、電動機が強制的に停止されることはなく、電動機の負荷変動が大きい場合でも、電動機を効率良く動作させることができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正・変更を加えることができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による電動機駆動装置の制御回路図
【図２】電動機制御装置を示す制御ブロック図
【図３】図２の制御フローチャート
【図４】目標電圧と実際の直流電圧との関係図
【符号の説明】
【００３５】
１      交流電源
２      整流回路
３      昇圧回路
４      インバータ回路
５      電動機
６      制御装置
８      直流電圧検出器
１１    速度演算部
１２    速度制御部
１３    通流率作成部
１４    直流電圧制御部
１６    通流率指令部
１７    電圧指令部
【図１】
2008306777.tif 000003
【図２】
2008306777.tif 000004
【図３】
2008306777.tif 000005
【図４】
2008306777.tif 000006