(57)【要約】【課題】  安価なインバータ装置を用いて、誘導電動機の回転制御を精度良く行うことを目的とする。【解決手段】  制御入力端子Ｔ２の電圧レベルに応じた回転速度で誘導電動機３を駆動するインバータ装置２に対し、速度制御信号ＤＳ２を供給するインバータ装置２の制御装置であって、誘導電動機３の駆動目標値ＴＧが設定される目標設定手段２０と、計測された誘導電動機３の回転検出信号ＳＳ２及び上記駆動目標値ＴＧに基づいて制御量ＣＶを求めるフィードバック処理部２１と、求められた制御量ＣＶに基づいて、速度制御信号ＤＳ２としてパルス信号を生成するパルス変調回路２２とを備え、上記パルス変調回路２２が、上記制御量ＣＶに基づくＰＷＭ変調を行うとともに、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈ以下の場合には上記制御量ＣＶに基づくＰＡＭ変調を行う。【選択図】  図２
2005143165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御入力端子の電圧レベルに応じた回転速度で誘導電動機を駆動するインバータ装置に対し、速度制御信号を供給するインバータ装置の制御装置であって、
誘導電動機の駆動目標値が設定される目標設定手段と、
計測された誘導電動機の駆動状態及び上記駆動目標値に基づいて制御量を求めるフィードバック演算手段と、
求められた制御量に基づいて、上記速度制御信号としてパルス信号を生成するパルス生成手段とを備え、
上記パルス生成手段が、上記制御量に基づくパルス幅変調を行うとともに、上記制御量が所定の閾値以下の場合には上記制御量に基づくパルス振幅変調を行うことを特徴とするインバータ装置の制御装置。
【請求項２】
上記パルス発生手段が、三角波信号を生成する三角波発生回路と、
三角波信号及び上記制御量の差分を増幅し、上記制御量が上記閾値を超える場合に出力が飽和する増幅回路とを有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の制御装置。
【請求項３】
上記パルス生成手段により生成されたパルス信号を出力する出力回路を備え、
上記出力回路が、パルス信号を通過させ、直流成分を遮断するカップリングコンデンサと、
カップリングコンデンサの出力側端子をインバータ装置の制御入力端子の入力範囲外の電圧レベルに維持する手段からなることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置の制御装置に係り、更に詳しくは、汎用のインバータ装置を制御装置を用いて制御し、誘導電動機を駆動するモータ駆動システムの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機は、三相交流によって駆動されるモータであり、その構造が簡単であることから、小型かつ安価であるとともに、耐久性や保守性にも優れ、家庭用機器のみならず工業用機器にも広く使用されている。
【０００３】
この様な誘導電動機を使用するモータ駆動システムでは、通常、インバータ装置を用いて誘導電動機を駆動している。インバータ装置は、商用電源から所望の三相交流電源を生成する装置であり、三相交流電源の周波数を変化させれば、誘導電動機の回転速度を制御することができる。また、供給電力を変化させることにより、誘導電動機の回転トルクを制御することができる。
【０００４】
誘導電動機の速度制御を行うシステムの場合、誘導電動機の回転速度を計測する回転センサと、ＰＩＤ制御を行うための制御装置が用いられる。制御装置は、回転センサにより計測された回転速度に基づいて速度制御信号を生成し、この速度制御信号がインバータ装置へ入力される。つまり、誘導電動機、回転センサ、制御装置及びインバータ装置からなる閉ループ回路を利用してフィードバック制御が行われる。
【０００５】
このようなモータ駆動システムが、大量生産品（例えばエアコン）に組み込まれる場合であれば、製造コストを抑制するため、製品ごとにインバータ装置及び制御装置が一体として設計される場合が少なくない。これに対し、工業用機器に組み込まれるモータ駆動システムの場合には、設計コストが重要となることから、インバータ装置には市販の比較的安価な汎用装置が使用され、適切な制御装置と組み合わせて使用される場合が多い。
【０００６】
現在では、汎用のインバータ装置として種々の製品が市販されているため、この種のインバータ装置であれば比較的安価に入手できる。ところが、安価に入手可能なインバータ装置は、そのほとんどが１００ｒｐｍ以上の高速回転制御を行うためのものであり、この様なインバータ装置を用いて低速回転制御を行おうとした場合、当該低速回転に対応する速度制御信号の信号レベルがインバータ装置の入力感度よりも低くなり、十分な低速回転制御を行うことはできないという問題があった。例えば、一般的なインバータ装置を用いて、１ｒｐｍ程度の低速回転を行わせることはできなかった。
【０００７】
また、汎用のインバータ装置には、速度制御信号として制御入力端子へデジタル信号を入力する方式、アナログ信号を入力する方式などがあるが、アナログ信号方式が最も一般的であり、安価に入手することができる。しかしながら、アナログ信号方式の場合、速度制御信号に雑音が重畳されると、誘導電動機の回転速度を変動させてしまうという問題があった。特に、低速回転制御を行おうとする場合であれば、速度制御信号のＳ／Ｎ比が低下し、雑音による影響を受けやすくなるという欠点を有していた。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２６８９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、比較的安価なインバータ装置を用いて、誘導電動機の回転制御を精度良く行うことを目的とする。特に、誘導電動機の回転速度がアナログ電圧として与えられるインバータ装置を用いて、より広範囲の回転速度制御を行うことを目的とする。
【００１０】
また、誘導電動機をより低速で回転させることができるインバータ装置の制御装置を提供することを目的とする。更に、インバータ装置への速度制御信号に重畳するノイズの影響を低減したインバータ装置の制御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】
【００１１】
本発明によるインバータ装置の制御装置は、制御入力端子の電圧レベルに応じた回転速度で誘導電動機を駆動するインバータ装置に対し、速度制御信号を供給するインバータ装置の制御装置であって、誘導電動機の駆動目標値が設定される目標設定手段と、計測された誘導電動機の駆動状態及び上記駆動目標値に基づいて制御量を求めるフィードバック演算手段と、求められた制御量に基づいて、上記速度制御信号としてパルス信号を生成するパルス生成手段とを備え、上記パルス生成手段が、上記制御量に基づくパルス幅変調を行うとともに、上記制御量が所定の閾値以下の場合には上記制御量に基づくパルス振幅変調を行うように構成される。
【００１２】
この様な構成によれば、速度制御信号の電圧レベルに応じた回転速度で誘導電動機を駆動するインバータ装置に対し、速度制御信号としてパルス幅変調信号を供給することによって、電圧レベルを低下させることなく回転速度を制御することができる。このため、電圧レベルを供給する場合に比べ、より広範囲の速度制御を行うことができる。また、制御量が所定値以下の場合には、パルス振幅変調を行うことにより、更に広範囲の速度制御を行うことができる。
【００１３】
また、本発明によるインバータ装置の制御装置は、上記パルス発生手段が、三角波信号を生成する三角波発生回路と、三角波信号及び制御量の差分を増幅し、制御量が上記閾値を超える場合に出力が飽和する増幅回路とを有する。この様な構成により、簡単な回路構成で、制御量が閾値を超える場合には、パルス幅変調を行う一方、閾値以下の場合には、パルス幅変調及びパルス振幅変調を行うことができる。
【００１４】
さらに、本発明によるインバータ装置の制御装置は、上記構成に加えて、上記パルス生成手段により生成されたパルス信号を出力する出力回路を備え、上記出力回路が、パルス信号を通過させ、直流成分を遮断するカップリングコンデンサと、カップリングコンデンサの出力側端子をインバータ装置の制御入力端子の入力範囲外の電圧レベルに維持する手段からなる。この様な構成により、ノイズの影響を抑制することができ、高い精度で速度制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電圧レベルが入力されるインバータ装置の制御入力端子に、パルス幅変調及びパルス振幅変調されたパルス信号を供給することにより、比較的安価なインバータ装置を用いて、誘導電動機の回転制御を精度良く行うことができる。特に、従来よりも低速の回転制御を実現することができる。
【００１６】
また、簡単な回路構成により、パルス幅変調及びパルス振幅変調を行うことにより、インバータ装置の制御装置を安価に提供することができる。さらに、カップリングコンデンサを用いて、速度制御信号に重畳するノイズを抑制することにより、高精度の回転制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明によるインバータ装置の制御装置を含むシステムの一構成例を示したブロック図であり、誘導電動機を駆動するモータ駆動システムが示されている。このモータ駆動システムは、インバータ装置２、誘導電動機３、回転センサ４及び制御装置５により構成される。
【００１８】
インバータ装置２は、誘導電動機３へ三相交流電源を供給する誘導電動機３の駆動装置である。誘導電動機３の回転速度は、供給電源の周波数によって決まるため、インバータ装置２は、三相交流電源の周波数を調整して、誘導電動機３の回転速度を制御している。この回転速度制御は、外部から入力される速度制御信号ＤＳ２に基づいて行われる。
【００１９】
回転センサ４は、誘導電動機３の回転軸と連動するロータリーエンコーダからなり、誘導電動機３の動作状態を計測している。ここでは、２相式のエンコーダを用いて、回転方向を示す正逆転検出信号ＳＳ１と、回転角に応じたパルスからなる回転検出信号ＳＳ２を生成し、制御装置５へ出力している。
【００２０】
制御装置５は、回転センサ４の検出信号ＳＳ１及びＳＳ２に基づいて、正逆転制御信号ＤＳ１及び速度制御信号ＤＳ２を生成し、インバータ装置２へ供給している。正逆転制御信号ＤＳ１は、誘導電動機３の正転又は逆転を指定する駆動制御信号である。また、速度制御信号ＤＳ２は、誘導電動機３の回転速度を指定する駆動制御信号である。
【００２１】
このモータ駆動システムが、例えば、工場内で使用される工業用機器に組み込まれる場合、通常、インバータ装置２及び誘導電動機３は近接して配置される。これに対し、ユーザインターフェースを備えた制御装置５は、操作性及び視認性を考慮して、インバータ装置２から離れた位置に設置される場合が少なくない。ところが、インバータ装置２、誘導電動機３間の配線に比べ、インバータ装置２、制御装置５間の配線はノイズによる影響を受け易い。このため、インバータ装置２、制御装置５間の信号伝送については何らかのノイズ対策が必要となる。
【００２２】
次に、インバータ装置２について更に詳しく説明する。インバータ装置２は、制御入力端子Ｔ１，Ｔ２を有し、制御入力端子Ｔ１から正逆転制御信号ＤＳ１が入力され、制御入力端子Ｔ２から速度制御信号ＤＳ２が入力され、これらの駆動制御信号ＤＳ１，ＤＳ２に基づいて、所望の三相交流を生成している。
【００２３】
制御入力端子Ｔ１，Ｔ２は、ともに０Ｖ〜５Ｖの直流電圧が入力されるアナログ入力端子である。正逆転制御信号ＤＳ１は正転又は逆転を示す２段階の電圧レベルからなり、制御入力端子Ｔ１には、例えば０Ｖ又は５Ｖが入力される。一方、速度制御信号ＤＳ２は、速度を示す多段階の電圧レベルからなる。この場合、制御入力端子Ｔ２は、外来ノイズによる影響を考慮する必要があり、通常、所定値未満の電圧レベルには反応せず、また、急峻なパルス状のレベル変動にも反応しない。例えば、１００ｍＶ未満の入力レベルには反応しない場合であれば、０Ｖ〜５Ｖについて５０段階の電圧レベルが入力可能である。
【００２４】
このインバータ装置２は、コンバータ回路１０、インバータ回路１１及び内部コントローラ１２からなり、これらの回路１０〜１２が金属筐体に収容された汎用機器である。コンバータ回路１０は、外部から供給される交流電源（ここでは商用電源）を直流電源に変換する回路であり、図示しないダイオードブリッジや平滑コンデンサ等からなる。インバータ装置２に対し、外部から直流電源が供給される場合にはコンバータ回路１０は必要ない。
【００２５】
インバータ回路１１は、上記直流電源を交流電源に変換する回路である。このインバータ回路１１は、半導体スイッチング素子１３及び環流ダイオード１４により構成されたインバータブリッジからなり、半導体スイッチング素子１３をオンオフ制御することにより、パルス信号からなる三相交流電源を生成している。
【００２６】
内部コントローラ１２は、コンバータ回路１０及びインバータ回路１１を制御している。つまり、正逆転制御信号ＤＳ１に基づいて、インバータ回路１１内の各半導体スイッチング素子１３のスイッチング順序を決定し、速度制御信号ＤＳ２に基づいて、スイッチング周期を決定している。また、回転速度に応じて最適な回転トルクが得られるように、誘導電動機３への供給電力を制御している。例えば、速度制御信号ＤＳ２や供給電流の計測値に基づいて、インバータ回路１１のパルス幅を変化させるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御、あるいは、コンバータ回路１０の出力電圧を変化させるＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御を行っている。
【００２７】
図２は、図１の制御装置５の詳細な構成例を示したブロック図である。この制御装置５は、ユーザ操作と、検出信号ＳＳ１及びＳＳ２に基づいて、駆動制御信号ＤＳ１及びＤＳ２を生成し、インバータ装置２へ出力する装置であり、目標設定部２０、ＦＢ（Feed Back）制御部２１及びパルス変調回路２２により構成される。
【００２８】
目標設定部２０は、誘導電動機３の駆動量、駆動速度などを目標値ＴＧとしてユーザが設定入力する回路ブロックであり、ジョグダイヤル２００、逓倍回路２０１、偏差カウンタ２０２、カウンタ表示回路２０３及び切替スイッチ２０４からなる。
【００２９】
ジョグダイヤル２００は、ユーザが誘導電動機３の回転方向及び回転角を設定するための操作入力手段であり、２相式のロータリーエンコーダが用いられる。ジョグダイヤル２００の出力パルスは、逓倍回路２０１においてパルス数が逓倍され、偏差カウンタ２０２に入力される。例えば、逓倍回路２０１においてパルス数が１倍、１０倍又は１００倍に逓倍される。この逓倍率はユーザによって予め指定される。
【００３０】
偏差カウンタ２０２は、逓倍回路２０１から出力されるパルス数を計数し、ユーザが設定入力した目標値ＴＧとして保持する。また、切替スイッチ２０４がオン状態の場合、回転検出信号ＳＳ２のパルス数を計数し、上記目標値ＴＧから減算する。すなわち、偏差カウンタ２０２は、ジョグダイヤル２００及び回転センサ４のそれぞれから出力されたパルス数の差を保持している。
【００３１】
つまり、ユーザがジョグダイヤル２００を用いて目標値ＴＧを入力すれば、当該目標値ＴＧが偏差カウンタ２０２にセットされる。そして、その後に誘導電動機３が回転すれば当該目標値ＴＧが減少し、ゼロになると誘導電動機３が停止する。従って、この場合の目標値ＴＧは、誘導電動機３の駆動量（角度又は回転数）を意味する。なお、偏差カウンタ２０２が、ジョグダイヤル２００及び回転センサ４からの出力パルスを計数する際には、それぞれの回転方向を考慮して行っている。カウンタ表示回路２０３は、偏差カウンタ２０２の目標値ＴＧを表示する表示手段である。
【００３２】
一方、切替スイッチ２０４がオフ状態の場合、偏差カウンタ２０２に対し、回転検出信号ＳＳ２が入力されず、ユーザの入力値が常に目標値ＴＧとして偏差カウンタ２０２に保持される。従って、この場合の目標値ＴＧは、誘導電動機３の駆動速度（回転速度）を意味する。つまり、ユーザは、切替スイッチ２０４をオンオフ操作することにより、目標値ＴＧとして駆動量及び駆動速度のいずれを入力するのかを選択することができる。
【００３３】
ＦＢ制御部２１は、フィードバック制御のための演算処理を行う回路ブロックであり、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）コンバータ２１０及び２１３と、Ｆ／Ｖ（Frequency/Voltage）変換回路２１４からなる。
【００３４】
ＰＩＤ処理回路２１１は、偏差カウンタ２０２の目標値ＴＧと、計測された誘導電動機３の回転量及び回転速度とに基づいて演算処理を行って、制御量ＣＶを生成するアナログ演算回路であり、比例（Proportion）、積分（Integration）及び微分（Differentiation）を適宜に組み合わせた線形演算処理が行われる。この様にして求められた制御量ＣＶは、パルス変調回路２２へ出力される。
【００３５】
偏差カウンタ２０２の目標値ＴＧは、Ｄ／Ａコンバータ２１０によりアナログ信号に変換され、ＰＩＤ処理回路２１１へ入力される。また、誘導電動機３の計測回転量及び計測回転速度は、回転センサの検出信号ＳＳ１，ＳＳ２に基づいて生成される。すなわち、回転検出信号ＳＳ２の周波数がＦ／Ｖ変換回路２１４においてアナログ電圧信号に変換され、計測回転速度としてＰＩＤ処理回路２１１へ入力される。また、回転検出信号ＳＳ２は、図示しないカウンタ及びＤ／Ａコンバータにより計数され、アナログ信号に変換された後、計測回転量としてＰＩＤ処理回路２１１へ入力される。
【００３６】
パルス変調回路２２は、制御量ＣＶに基づいてＰＷＭ変調されたパルス信号を生成し、速度制御信号ＤＳ２として、インバータ装置２の制御入力端子Ｔ２へ供給する。この速度制御信号ＤＳ２は、予め定められた一定のパルス周期を有し、そのパルス幅が制御量ＣＶに基づいて変化するパルス信号である。誘導電動機３の回転速度を上げる場合には、制御量ＣＶを増大させ、速度制御信号ＤＳ２のデューティ比（＝パルス幅／パルス周期）を増大させる。逆に、回転速度を下げる場合には、制御量ＣＶを減少させ、速度制御信号ＤＳ２のデューティ比を減少させる。
【００３７】
速度制御信号ＤＳ２をＰＷＭ変調信号として生成し、インバータ装置２へ入力することにより、回転速度にかかわらず速度制御信号ＤＳ２の信号レベル（つまりパルス振幅）を一定にすることができる。このため、インバータ装置２が反応可能な電圧レベルを下回ることにより、制御入力端子Ｔ２に直流電圧を供給する方法では実現できなかった細かな速度制御が可能になる。また、ノイズに埋もれて制御できないような低回転で駆動することも可能となり、最低回転速度を引き下げることができる。なお、ＰＷＭ変調信号のパルス振幅は、制御入力端子Ｔ２の最大入力レベル（例えば５Ｖ）にしておくことが望ましい。
【００３８】
更に、このパルス変調回路２２は、制御量ＣＶが所定の閾値ＣＶｔｈ以下の場合には、制御量ＣＶに基づいてＰＡＭ変調も行っている。つまり、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈを超えている場合には、振幅が一定のＰＷＭ変調が行われる一方、閾値ＣＶｔｈ以下の場合には、ＰＷＭ変調及びＰＡＭ変調がともに行われ、制御量ＣＶが小さくなるほど、速度制御信号ＤＳ２の振幅及びデューティ比がともに減少する。
【００３９】
速度制御信号ＤＳ２としてＰＷＭ変調信号を用いてインバータ装置２を制御する場合、誘導電動機３の回転速度を低下させていくと、パルス幅が小さくなり過ぎて、インバータ装置２が反応しなくなる。これに対し、ＰＷＭ変調に加えてＰＡＭ変調を行えば、同じ回転速度で誘導電動機３を駆動する場合に、パルス幅がより広い速度制御信号ＤＳ２を用いることができる。従って、低速度領域において、ＰＷＭ変調及びＰＡＭ変調を適切に組み合わせることによって、最低回転速度を更に引き下げることが可能となる。
【００４０】
図３の（ａ）〜（ｃ）は、図２のパルス変調回路２２の変調動作の一例を示した図である。図中の（ａ）は、制御量ＣＶに対する速度制御信号ＤＳ２のパルス幅の関係を示した図である。この図では、パルス幅が、制御量ＣＶに比例して変化している。Ｗ０はインバータ装置２が反応するパルス幅の最小値であり、このときの制御量ＣＶがＣＶ０である。
【００４１】
図中の（ｂ）は、制御量ＣＶに対するパルス振幅の関係を示した図である。この図では、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈを超えている場合、パルス振幅は最大値５Ｖに固定されているが、閾値ＣＶｔｈ以下の場合には、パルス振幅は制御量ＣＶに比例して変化している。この閾値ＣＶｔｈは、ＣＶ０よりも大きな値となるように予め決定される。
【００４２】
図中の（ｃ）は、制御量ＣＶに対する速度制御信号ＤＳ２の電力の関係を示した図である。制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈ以下の場合、パルス幅及びパルス振幅を減少させていることから、速度制御信号ＤＳ２として、制御入力端子Ｔ２へ同じ電力を供給する場合、パルス幅のより広いパルス信号として供給することができる。
【００４３】
インバータ装置２が反応する速度制御信号ＤＳ２の最小パルス幅Ｗ０と、最小電圧レベルは、ともにインバータ装置２によって異なると考えられる。このため、閾値ＣＶｔｈや図３の（ａ）及び（ｂ）のグラフの傾きは、インバータ装置２ごとに適当な値に予め調整しておく必要がある。
【００４４】
本実施の形態によれば、制御装置５が、インバータ装置２に対し、誘導電動機３の回転数を指示する速度制御信号ＤＳ２をＰＷＭ変調信号として生成し、電圧レベルが入力されるインバータ装置２の制御入力端子Ｔ２へ供給している。このため、速度制御信号ＤＳ２に重畳される外来ノイズの影響を受けにくくすることができる。また、低速回転の場合であっても、速度制御信号ＤＳ２の振幅レベルは一定であるため、本来、インバータ装置２の入力感度以下となる低回転速度で誘導電動機３を駆動することが可能になる。
【００４５】
また、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈ以下の場合、ＰＷＭ変調に加えてＰＡＭ変調を行ったパルス信号を速度制御信号ＤＳ２としてインバータ装置２の制御入力端子Ｔ２へ供給している。このため、より一層低い回転速度で誘導電動機３を駆動することが可能になる。
【００４６】
この様にして、アナログ入力端子を有する安価な汎用インバータ装置を用いて、アナログ入力では実現できなかった超低速回転（例えば１ｒｐｍ）を実現することが可能になる。また、ノイズによる影響を抑制したモータ駆動システムを提供することができる。つまり、インバータ装置を新たに設計したり、高価なインバータ装置を用いることなく、高性能のモータ駆動システムを構築することができ、この様なモータ駆動システムを安価に提供することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈ以下の場合に、ＰＷＭ変調及びＰＡＭ変調をともに行う場合について説明したが、閾値ＣＶｔｈ以下の場合に、パルス幅を一定とし、ＰＡＭ変調のみを行ってもよい。つまり、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈを超えている場合にはＰＷＭ変調を行い、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈ以下の場合にはＰＡＭ変調を行ってもよい。
【００４８】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２によるインバータ装置の制御装置について、その要部の一構成例を示した回路図であり、パルス変調回路２２及び出力回路２３が示されている。このパルス変調回路２２は、図２（実施の形態１）のパルス変調回路２２に相当するが、その出力段には出力回路２３が設けられている点で図２の場合とは異なる。
【００４９】
パルス変調回路２２は、矩形波発生回路２２１、三角波発生回路２２２及びコンパレータ回路２２３からなる。矩形波発生回路２２１で発生された矩形波信号は、三角波発生回路２２２において三角波信号に変換され、コンパレータ回路２２３で制御量ＣＶと比較され、速度制御信号ＤＳ２となる。
【００５０】
矩形波発生回路２２１は、ＮＥ５５５などのタイマー回路Ｑ１からなる。抵抗Ｒ１，Ｒ２及びコンデンサＣ１，Ｃ２は、いずれもタイマー回路Ｑ１を発振動作させるための素子であり、これらの値によって矩形波信号の特性が決定される。特に、可変抵抗Ｒ２は、パルス周期とデューティ比を決定するためのものであり、振動などの外力による影響を受けにくいポテンシャル抵抗器が用いられている。
【００５１】
三角波発生回路２２２は、オペアンプＱ２を用いた積分回路からなり、上記矩形波信号を積分して三角波信号（ノコギリ波信号）に変換する。オペアンプＱ２の反転入力端子には、抵抗Ｒ３を介して矩形波信号が入力されるとともに、抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ３の並列回路を介して、オペアンプＱ２の出力が帰還される。非反転入力端子には、ツェナーダイオードＺＤ及び分圧抵抗Ｒ５，Ｒ６により生成された基準電圧が入力されている。
【００５２】
コンパレータ回路２２３は、オペアンプＱ３からなる増幅回路であり、反転入力端子及び非反転入力端子の電位差を増幅して速度制御信号ＤＳ２を生成している。このオペアンプＱ３は、両入力端子に入力されるレベル差に比べて十分に大きな増幅率を有しており、飽和状態で使用される場合にはコンパレータとして機能する。つまり、その出力レベルが最大値又は最小値に振り切れる状態で使用され、高さが一定で制御量ＣＶに応じた幅を有する台形形状のパルスが出力される。
【００５３】
ただし、両入力端子のレベル差が小さく、オペアンプＱ３が飽和状態に達しない場合には、制御量ＣＶに応じた幅及び高さを有する三角波が出力される。つまり、オペアンプＱ３が飽和状態となる場合の制御量ＣＶを閾値ＣＶｔｈとすれば、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈを超えている場合には、ＰＷＭ変調が行われて台形形状のパルスが出力され、閾値ＣＶｔｈ以下の場合には、ＰＷＭ変調及びＰＡＭ変調が行われて三角形状のパルスが出力される。
【００５４】
出力回路２３は、カップリングコンデンサＣ４、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１３及びシャントレギュレータＳＨからなる。カップリングコンデンサＣ４は、直流成分を遮断する一方、速度制御信号ＤＳ２を通過させるハイパスフィルタであり、パルス変調回路２２と、インバータ装置２との間に直列に接続されている。カップリングコンデンサＣ４のインバータ装置２側の端子、つまり、速度制御信号ＤＳ２の出力端子は、シャントレギュレータＳＨにより負電圧が印加されている。また、抵抗Ｒ１１を介して安定した基準電圧（ここではグランド）に接続されている。
【００５５】
シャントレギュレータＳＨは、インバータ装置２の共通電圧端子（０Ｖ及び−１５Ｖ）により駆動され、負の基準電圧（ここでは−２．５Ｖ）を生成する回路である。この基準電圧は、抵抗Ｒ１１及びＲ１２により分圧され、速度制御信号ＤＳ２の出力端子に印加される。
【００５６】
一般にインバータ装置２は強いノイズを出力していることが知られている。実際に５Ｖの制御入力端子について計測してみると、最大１００ｍＶ、平均的には２０ｍＶ〜５０ｍＶ程度のノイズが観測された。一方、インバータ装置２の制御入力端子Ｔ２は、正の電圧レベルのみに反応する。このため、出力端子を−５０ｍＶ以下、より望ましくは−１００ｍＶ以下とすれば、ノイズの影響を抑制することができる。
【００５７】
抵抗Ｒ１１は、比較的小さな抵抗値を有する終端抵抗であり、直流的にオープンとなるインバータ装置２との配線に混入したノイズ成分を逃がし、その影響を抑制している。
【００５８】
つまり、速度制御信号ＤＳ２をパルス信号化し、カップリングコンデンサＣ２を介して出力するとともに、インバータ装置２の制御入力端子の直流電圧を安定した負電圧に固定している。このため、外来ノイズが混入した場合でも、その影響を受けにくくすることができる。
【００５９】
図５の（ａ）〜（ｄ）は、図４のパルス変調回路２２の動作の一例を示した図である。図中の（ａ）は、矩形波発生回路２２１で生成される矩形波信号が示されている。この矩形波信号は周期、振幅及びパルス幅が一定の信号である。図中の（ｂ）には、三角波発生回路２２２で生成される三角波信号が示されている。この三角波信号は（ａ）の矩形波信号を積分して得られる信号である。
【００６０】
図中の（ｃ）には、コンパレータ回路２２３において生成されるパルス変調信号が示されている。オペアンプＱ３の増幅率が十分に大きいことから、三角波信号が制御量ＣＶより高レベルであれば最大レベルに振り切れて、概ね矩形形状のパルスからなる。図中の（ｄ）には、出力回路２３から出力されるパルス変調信号、つまり、速度制御信号ＤＳ２が示されている。パルスがない期間の電圧レベルは−１００ｍＶであり、この部分にノイズが重畳しても、インバータ装置２が誤動作することはない。
【００６１】
図６の（ａ）〜（ｄ）は、制御量ＣＶを変化させた場合の速度制御信号ＤＳ２の一例を示した図である。（ａ）には、制御量ＣＶが最も大きい場合における速度制御信号ＤＳ２が示され、（ｂ），（ｃ）の順で制御量ＣＶが小さくなり、（ｄ）では制御量ＣＶが最も小さい場合が示されている。
【００６２】
（ａ），（ｂ）には、ともに制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈを超えている場合の速度制御信号ＤＳ２が示されている。いずれの場合も、高さが一定で、制御量ＣＶに応じた幅を有する台形形状のパルスからなる。従って、閾値ＣＶｔｈを超えている領域では、ＰＷＭ変調が行われている。
【００６３】
（ｃ）には、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈである場合の速度制御信号ＤＳ２信号が示されており、（ａ）及び（ｂ）の場合と高さは同じであるが、三角形状のパルスからなる。（ｄ）には、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈ以下の場合の速度制御信号ＤＳ２信号が示されており、（ｃ）の場合と比較すれば、制御量ＣＶに比例して、高さ及び幅が小さくなっている。従って、閾値ＣＶｔｈ以下の領域では、ＰＷＭ変調及びＰＡＭ変調が行われている。
【００６４】
本実施の形態によれば、三角波信号及び制御量ＣＶを比較して、速度制御信号ＤＳ２を生成する際、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈを超えた場合に出力レベルが飽和する差分演算器を用いている。このため、簡単な回路構成により、制御量ＣＶが閾値ＣＶｔｈを超えている場合にはＰＷＭ変調を行い、閾値ＣＶｔｈ以下の場合にはＰＷＭ変調及びＰＡＭ変調を行うパルス変調回路２２を実現することができる。
【００６５】
また、本実施の形態によれば、パルス変調信号からなる速度制御信号ＤＳ２が、カップリングコンデンサＣ４を介して、インバータ装置２へ出力されるとともに、その出力端子をインバータ装置２の最低入力電圧レベルよりも低い電圧レベルにしている。つまり、インバータ装置２の制御入力端子Ｔ２を本来の入力範囲外のレベルにすることにより、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【００６６】
なお、速度制御信号ＤＳ２の周波数、デューティ比などの諸特性や、ＰＡＭ変調を行う閾値ＣＶｔｈは、当該モータ駆動システムに使用されるインバータ装置２の制御入力端子Ｔ２の入力特性に応じて適切な値となるように予め決定しておく必要がある。
【００６７】
つまり、速度制御信号ＤＳ２のパルス幅、振幅及び周期は、インバータ装置２の感度に応じて予め決定するとともに、パルス変調回路２２において、ＰＷＭ変調及びＰＡＭ変調を組み合わせることによって、インバータ装置２の感度範囲内で、より広範囲の速度制御を実現可能としている。
【００６８】
特に、ノイズ環境下で使用されるインバータ装置２の場合、速度制御信号ＤＳ２の制御入力端子Ｔ２には、高周波信号及び低レベル信号を除去するノイズ除去回路を有すると考えられるが、このようなインバータ装置を用いて、ノイズの影響を低減しつつ、広範囲の速度制御を可能にすることができる。
【００６９】
また、上記の各本実施の形態では、インバータ装置２へ速度制御信号を供給する制御装置５の例について説明したが、本発明は、その他の汎用機器の制御装置にも適用することができる。すなわち、アナログ電圧レベルが入力される制御入力端子を備えた様々な機器、特に、ノイズ環境下で使用される工業用機器を制御する制御装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明によるインバータ装置の制御装置を含むシステムの一構成例を示したブロック図である。
【図２】図１の制御装置５の詳細な構成例を示したブロック図である。
【図３】図２のパルス変調回路２２の変調動作の一例を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態２によるインバータ装置の制御装置について、その要部の一構成例を示した回路図である。
【図５】図４のパルス変調回路２２の動作の一例を示した図である。
【図６】制御量ＣＶを変化させた場合の速度制御信号ＤＳ２の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００７１】
２  インバータ装置
３  誘導電動機
４  回転センサ
５  制御装置
１０  コンバータ回路
１１  インバータ回路
１２  内部コントローラ
２０  目標設定部
２１  ＦＢ制御部
２２  パルス変調回路
２３  出力回路
２００  ジョグダイヤル
２０１  逓倍回路
２０２  偏差カウンタ
２０３  カウンタ表示回路
２０４  切替スイッチ
２１０  Ｄ／Ａコンバータ
２１１  ＰＩＤ処理回路
２１４  Ｆ／Ｖ変換回路
２２１  矩形波発生回路
２２２  三角波発生回路
２２３  コンパレータ回路
Ｃ４  カップリングコンデンサ
ＣＶ  制御量
ＣＶｔｈ  閾値
ＤＳ１  正逆転制御信号
ＤＳ２  速度制御信号
ＳＳ１  正逆転検出信号
ＳＳ２  回転検出信号
ＳＨ  シャントレギュレータ  
Ｔ１，Ｔ２  制御入力端子
ＴＧ  目標値
【図１】
2005143165.tif 000003
【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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