(57)【要約】【課題】力率改善回路の出力電圧制御を、優れた応答性を保ちながら安定動作させることにより、高効率に電動機を駆動させること。【解決手段】信号補正部８ｂによって決定されるデューティー比の補正値は、特性変動やノイズ、電圧変動に対する過応答を抑制するために、最小限の値に設定する。また、信号加算部８ｃで加算される補正値は、信号補正部８ｂの補正値に比べ十分に大きく設定する。電圧周波数制御部８ａが直流電圧の変更を指示したときに、切替スイッチ８が信号加算加算部側に接続されることにより、出力電圧の変更速度を速くして、目標電圧に到達するまでの時間を短縮させる。【選択図】図１
2007244172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記整流手段によって生成される直流電圧を指令値に応じて昇圧を行いながら前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善手段と、前記力率改善手段による直流電圧を変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段及びインバータ手段の出力をデューティー信号により制御する制御手段と、前記力率改善手段の出力電圧を検知する直流電圧検出手段と、前記制御手段から出力される前記力率改善手段の制御信号を平滑された直流電圧に変換する制御信号平滑手段と、前記直流電圧検出手段の出力と前記制御信号平滑手段の出力の差分を取り前記力率改善手段へ指令値として供給する誤差増幅手段を備えた電動機駆動装置において、前記制御手段の内部に直流電圧および電動機周波数の指令値を出力する電圧周波数制御手段と、前記直流電圧検出手段の出力と前記電圧周波数制御手段の出力に基づき前記制御手段から出力されるデューティー信号のデューティー比の補正を行う信号補正手段と、前記信号補正手段によって決定されるデューティー比補正値に対して補正値の加算を行う信号加算手段と、前記電圧周波数制御手段の出力に基づいて前記信号補正手段の出力を前記信号加算手段へ入力させるか否かを切り替える切替手段を備え、前記電圧周波数制御手段が直流電圧の変更を指示したときに、前記切替手段を前記信号加算手段側に接続することにより、前記力率改善手段が目標とする直流電圧に到達するまでの間、直流電圧を変更する速度を速くすることを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項２】
交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記整流手段によって生成される直流電圧を指令値に応じて昇圧を行いながら前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善手段と、前記力率改善手段による直流電圧を変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段の出力をアナログ信号により、またインバータ手段の出力をデューティー信号により制御する制御手段と、前記力率改善手段の出力電圧を検知する直流電圧検出手段と、前記直流電圧検出手段と前記制御信号平滑手段の差分を取り前記力率改善手段へ指令値として供給する誤差増幅手段を備えた電動機駆動装置において、前記制御手段の内部に直流電圧および電動機周波数の指令値を出力する電圧周波数制御手段と、前記直流電圧検出手段の出力と前記電圧周波数制御手段の出力に基づき前記制御手段から出力されるアナログ電圧の補正を行う信号補正手段と、前記信号補正手段によって決定されるアナログ電圧補正値に対して補正値の加算を行う信号加算手段と、前記電圧周波数制御手段の出力に基づいて前記信号補正手段の出力を前記信号加算手段へ入力させるか否かを切り替える切替手段を備え、前記電圧周波数制御手段が直流電圧の変更を指示したときに、前記切替手段を前記信号加算手段側に接続することにより、前記力率改善手段が目標とする直流電圧に到達するまでの間、直流電圧を変更する速度を速くすることを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項３】
交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記整流手段によって生成される直流電圧を指令値に応じて昇圧を行いながら前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善手段と、前記力率改善手段による直流電圧を変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段の出力をアナログ信号により、またインバータ手段の出力をデューティー信号により制御する制御手段と、前記力率改善手段の出力電圧を検知する直流電圧検出手段を備えた電動機駆動装置において、前記制御手段の内部に直流電圧および電動機周波数の指令値を出力する電圧周波数制御手段と、前記直流電圧検出手段の出力と前記電圧周波数制御手段の出力に基づき前記制御手段から出力されるアナログ電圧を直流電圧の波形に対して相似に保ちながらアナログ電圧の補正を行う信号補正手段と、前記信号補正手段によって決定されるアナログ電圧補正値に対して補正値の加算を行う信号加算手段と、前記電圧周波数制御手段の出力に基づいて前記信号補正手段の出力を前記信号加算手段へ入力させるか否かを切り替える切替手段を備え、前記電圧周波数制御手段が直流電圧の変更を指示したときに、前記切替手段を前記信号加算手段側に接続すること
により、前記力率改善手段が目標とする直流電圧に到達するまでの間、直流電圧を変更する速度を速くすることを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項４】
前記切替手段は、直流電圧の変更から一定時間経過後に前記信号加算手段側への接続を解除することを特徴とする請求項１〜３に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記切替手段は、直流電圧を上昇させる場合にのみ前記信号加算手段側への接続を行うことを特徴とする請求項１〜４に記載の電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の運転を制御する電動機駆動装置であって、特に、力率改善回路の直流電圧可変機能を用いた電動機駆動装置、およびその電動機駆動装置を用いた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機駆動装置は、交流電源から入力した交流電圧を直流に変換する整流回路と、整流回路からの直流電圧を昇圧して力率を改善する力率改善回路と、力率改善回路で昇圧された直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサで平滑された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、力率改善回路を駆動する駆動回路と、インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、上記の各回路を制御する制御部で構成される。
【０００３】
電動機駆動装置からの出力電圧は電動機に供給され、その出力電圧の大きさ、周波数等に基づき電動機の運転を制御する。力率改善回路は、出力電流の波形を交流電源と相似な波形に整形することによる力率改善機能と直流電圧が昇圧された状態で保持させる昇圧機能の２つの役割がある。このうち昇圧機能については、電動機を効率良くかつ高回転させるために直流電圧を電動機の周波数に応じて変更することが要求される。
【０００４】
従来、直流電圧を所望の値に制御するためには、マイクロコンピュータに代表される制御器が用いられ、力率改善手段より出力される直流電圧と、電動機の周波数によって設定される目標直流電圧の差分に基づいて、制御信号の補正を行うことにより実現される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図３は特許文献１に記載された従来の電動機駆動装置を示すものである。図３に示されるとおり、電動機駆動装置は交流電源１からの交流電圧を整流回路２で直流電圧に変換し、平滑コンデンサ５により直流電圧のリップル成分は削除される。そして平滑化された直流電圧はインバータ回路６に入力され、電動機７は駆動されている。また、整流回路２と平滑コンデンサ５間にＩＧＢＴ４ａとダイオード４ｂと昇圧制御部４ｃとヒートシンク４ｄによって構成される力率改善回路４が設けられている。昇圧制御部４ｃには誤差増幅部１０が接続されており、直流電圧の値及び波形を伝達することが可能な直流電圧検出部１１の出力と、マイクロコンピュータ８から出力されるデューティー制御信号を信号平滑部９によって直流化された出力との差分を取った信号が入力されている。
【０００６】
マイクロコンピュータ８は、デューティー信号のデューティー比を変更することにより昇圧制御部４ｃへの電圧を変更し、直流電圧を目標とする直流電圧に制御する。マイクロコンピュータ８内部では、電圧周波数制御部８ａが電動機の周波数によって決定される目標直流電圧を信号補正部８ｂに伝達している。信号補正部８ｂは、目標直流電圧と直流電圧検出部１１の検出電圧の差分に応じて、制御信号のデューティー比に一定の補正値の加算または減算を行っている。
【特許文献１】特開２０００−１４１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、補正値が一定値であるため、定常動作時において出力電圧のオーバーシュートまたはアンダーシュートを抑制するためにデューティー比の補正量を少量に設定した場合、電源に重畳するノイズや瞬時停電により不安定になったり、目標電圧の変更に対して出力電圧の応答性が非常に悪化するという課題を有していた。
【０００８】
また、目標直流電圧と力率改善回路の出力直流電圧の差分が大きいほど補正量を大きく取ることが考えられるが、直流電圧の誤検知または瞬時停電による直流電圧の急激な変動が発生した際に補正量が大きく変化してしまい、力率改善回路の出力電圧の不安定化を招く課題を有してしまう。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、定常動作時における出力電圧の安定性と、目標電圧の変更時の応答性との両立を可能とした、高効率かつ応答性に優れた電動機の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】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電動機駆動装置は、交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記整流手段によって生成される直流電圧を指令値に応じて昇圧を行いながら前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善手段と、前記力率改善手段による直流電圧を変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段及びインバータ手段の出力をデューティー信号により制御する制御手段と、前記力率改善手段の出力電圧を検知する直流電圧検出手段と、前記制御手段から出力される前記力率改善手段の制御信号を平滑された直流電圧に変換する制御信号平滑手段と、前記直流電圧検出手段と前記制御信号平滑手段の差分を取り前記力率改善手段へ指令値として供給する誤差増幅手段と、前記制御手段の内部に直流電圧および電動機周波数の指令値を出力する電圧周波数制御手段と、前記直流電圧検出手段の出力と前記電圧周波数制御手段の出力に基づき前記制御手段から出力されるデューティー信号のデューティー比の補正を行う信号補正手段と、前記信号補正手段によって決定されるデューティー比補正値に対して補正値の加算を行う信号加算手段と、前記電圧周波数制御手段の出力に基づいて前記信号補正手段の出力を前記信号加算手段へ入力させるか否かを切り替える切替手段を備えたものである。
【００１１】
前記電圧周波数制御手段が直流電圧の変更を指示したときに、前記切替手段を前記信号加算手段側に接続することにより、前記力率改善手段が目標とする直流電圧に到達するまでの間、直流電圧を変更する速度を速くして応答性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電動機駆動装置は、定常動作時はデューティー比補正値を小さくすることにより、出力電圧のオーバーシュートまたはアンダーシュートを抑制することが可能となる。加えて、直流電圧に重畳するノイズや瞬時停電による直流電圧の変動によって生じる不要なデューティーの補正の影響を最小限に抑制することが可能となる。また、目標電圧変更時には、デューティー比補正値が加算されることにより、出力電圧の応答性の改善が可能となる。
【００１３】
よって、不要な電圧変動成分の抑制により電動機の回転が安定化することによるインバータ効率の向上や、出力電圧の応答性改善による電動機の性能向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記整流手段によって生成される直流電圧を指令値に応じて昇圧を行いながら前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善手段と、前記力率改善手段による直流電圧を変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段及びインバータ手段の出力をデューティー信号により制御する制御手段と、前記力率改善手段の出力電圧を検知する直流電圧検出手段と、前記制御手段から出力される前記力率改善手段の制御信号を平滑された直流電圧に変換する制御信号平滑手段と、前記直流電圧検出手段と前記制御信号平滑手段の差
分を取り前記力率改善手段へ指令値として供給する誤差増幅手段を備えた電動機駆動装置において、前記制御手段の内部に直流電圧および電動機周波数の指令値を出力する電圧周波数制御手段と、前記直流電圧検出手段の出力と前記電圧周波数制御手段の出力に基づき前記制御手段から出力されるデューティー信号のデューティー比の補正を行う信号補正手段と、前記信号補正手段によって決定されるデューティー比補正値に対して補正値の加算を行う信号加算手段と、前記電圧周波数制御手段の出力に基づいて前記信号補正手段の出力を前記信号加算手段へ入力させるか否かを切り替える切替手段を備え、前記電圧周波数制御手段が直流電圧の変更を指示したときに、前記切替手段を前記信号加算手段側に接続する。
【００１５】
これにより、定常動作時は補正量を少量として出力電圧のオーバーシュートやアンダーシュートを抑制する。加えて、直流電圧に重畳するノイズや瞬時停電による直流電圧の変動によって生じる不要なデューティーの補正の影響を最小限に抑制する。また、目標電圧変更時は前記力率改善手段が目標とする直流電圧に到達するまでの間、直流電圧を変更する速度を速くすることにより出力電圧の応答性を改善させる。これにより、不要な電圧変動成分の抑制によるインバータ効率の向上や、出力電圧の応答性改善による電動機の性能向上が可能となる。
【００１６】
第２の発明は、交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記整流手段によって生成される直流電圧を指令値に応じて昇圧を行いながら前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善手段と、前記力率改善手段による直流電圧を変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段の出力をアナログ信号により、またインバータ手段の出力をデューティー信号により制御する制御手段と、前記力率改善手段の出力電圧を検知する直流電圧検出手段と、前記直流電圧検出手段と前記制御信号平滑手段の差分を取り前記力率改善手段へ指令値として供給する誤差増幅手段を備えた電動機駆動装置において、前記制御手段の内部に直流電圧および電動機周波数の指令値を出力する電圧周波数制御手段と、前記直流電圧検出手段の出力と前記電圧周波数制御手段の出力に基づき前記制御手段から出力されるアナログ電圧の補正を行う信号補正手段と、前記信号補正手段によって決定されるアナログ電圧補正値に対して補正値の加算を行う信号加算手段と、前記電圧周波数制御手段の出力に基づいて前記信号補正手段の出力を前記信号加算手段へ入力させるか否かを切り替える切替手段を備え、前記電圧周波数制御手段が直流電圧の変更を指示したときに、前記切替手段を前記信号加算手段側に接続する。
【００１７】
これにより、通常動作時は補正量を少量として出力電圧のオーバーシュートやアンダーシュートを抑制する。加えて、直流電圧に重畳するノイズや瞬時停電による直流電圧の変動によって生じる不要なデューティーの補正の影響を最小限に抑制する。また、目標電圧変更時は前記力率改善手段が目標とする直流電圧に到達するまでの間、直流電圧を変更する速度を速くすることにより出力電圧の応答性を改善させる。さらに、制御手段のアナログ出力が遅延を発生させずに直接差動増幅手段に入力されることにより、電動機の停止に伴い力率改善手段を停止させる際の応答性が向上し、力率改善手段停止の応答遅れによる出力電圧のオーバーシュートを抑制する。これにより、不要な電圧変動成分の抑制によるインバータ効率の向上や、出力電圧の応答性改善による電動機の能力向上しながら、電動機停止時における電動機駆動装置の信頼性向上が可能となる。
【００１８】
第３の発明は、交流電源から入力した電圧を整流する整流手段と、前記整流手段によって生成される直流電圧を指令値に応じて昇圧を行いながら前記交流電源の入力電圧波形と入力電流波形を一致させる力率改善手段と、前記力率改善手段による直流電圧を変換し電動機に供給するインバータ手段と、前記力率改善手段の出力をアナログ信号により、またインバータ手段の出力をデューティー信号により制御する制御手段と、前記力率改善手段の出力電圧を検知する直流電圧検出手段を備えた電動機駆動装置において、
前記制御手段の内部に直流電圧および電動機周波数の指令値を出力する電圧周波数制御手段と、前記直流電圧検出手段の出力と前記電圧周波数制御手段の出力に基づき前記制御手段から出力されるアナログ電圧を直流電圧の波形に対して相似に保ちながらアナログ電圧の補正を行う信号補正手段と、前記信号補正手段によって決定されるアナログ電圧補正値に対して補正値の加算を行う信号加算手段と、前記電圧周波数制御手段の出力に基づいて前記信号補正手段の出力を前記信号加算手段へ入力させるか否かを切り替える切替手段を備え、前記電圧周波数制御手段が直流電圧の変更を指示したときに、前記切替手段を前記信号加算手段側に接続する。
【００１９】
これにより、通常動作時は補正量を少量として出力電圧のオーバーシュートやアンダーシュートを抑制する。加えて、直流電圧に重畳するノイズや瞬時停電による直流電圧の変動によって生じる不要なデューティーの補正の影響を最小限に抑制する。また、目標電圧変更時は前記力率改善手段が目標とする直流電圧に到達するまでの間、直流電圧を変更する速度を速くすることにより出力電圧の応答性を改善させる。さらに、前記制御手段から出力されるアナログ電圧は直流電圧の波形に対して相似とすることにより、誤差増幅手段の機能が制御手段に内蔵される。これにより、不要な電圧変動成分の抑制によるインバータ効率の向上や、出力電圧の応答性改善による電動機の能力向上しながら、誤差増幅手段を構成する回路部品が不要となったことによるコストの低減が可能となる。
【００２０】
第４の発明は、前記切替手段を、直流電圧の変更から一定時間経過後に前記信号加算手段側への接続を解除することにより、前記力率改善手段の出力電圧が目標直流電圧への到達を検知することが、断続的なノイズや回路部品およびマイクロコンピュータ等の応答遅れにより遅れた場合に発生する、オーバーシュートやアンダーシュートを抑制する。
これにより、電動機駆動装置の信頼性の向上が可能となる。
【００２１】
第５の発明は、前記切替手段を、直流電圧を上昇させる場合にのみ前記信号加算手段側への接続を行うことにより、電動機の周波数が目標電圧変更の閾値周辺で推移する際に、目標電圧の断続的な変更に伴って発生する前記力率改善手段の出力電圧のハンチングを抑制する。これにより、電動機駆動装置の周波数の安定化やうなり音の抑制が可能となる。
【００２２】
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。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における空気調和機の室外圧縮機駆動装置を示すものである。図１において、圧縮機駆動装置は交流電源１からの交流電圧を整流回路２で直流電圧に変換し、平滑コンデンサ５により直流電圧のリップル成分は削除される。そして平滑化された直流電圧はインバータ回路６に入力され、圧縮機７は駆動されている。また、整流回路２と平滑コンデンサ７間にＩＧＢＴ４ａとダイオード４ｂと昇圧制御部４ｃとヒートシンク４ｄと発振器４ｅによって構成される力率改善回路４が設けられている。
【００２４】
誤差増幅部１０が接続されており、直流電圧の値及び波形を伝達することが可能な直流電圧検出部１１の出力と、マイクロコンピュータ８から出力されるデューティー制御信号を信号平滑部９によって直流化された出力との差分を取った信号が入力されている。ここで、分圧することによって、直流電圧検出部１１の出力は信号平滑部９の直流化された出力とレベルを揃えてある。
【００２５】
マイクロコンピュータ８は、デューティー信号のデューティー比を変更することにより昇圧制御部４ｃへの電圧を変更し、直流電圧を目標とする直流電圧に制御する。マイクロコンピュータ８内部では、電圧周波数制御部８ａが電動機の周波数によって決定される目
標直流電圧を信号補正部８ｂに伝達している。信号補正部８ｂは、目標直流電圧と直流電圧検出部１１の検出電圧の差分に応じて、制御信号のデューティー比に一定の補正値の加算または減算を行っている。
【００２６】
また、デューティー比の補正は、信号加算部８ｃにおいても行われており、信号補正部８ｂによって決定される補正値が入力されると、補正値の加算が行われる。信号補正部８ｂの出力が信号加算部８ｃに接続されるか否かは、切替スイッチ８ｄによって決定される。切替スイッチ８は、電圧周波数制御部８ａが直流電圧の変更を指示したときに、信号加算部８ｃ側に接続される。
【００２７】
以上のように構成された空気調和機の室外圧縮機駆動装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２８】
圧縮機７が一定の周波数で動作している状態から周波数の上昇により出力電圧を上昇させた場合における、マイクロコンピュータが出力するデューティー比と出力電圧のシーケンスを図２に示す。
【００２９】
圧縮機７が一定の周波数で動作している状態において力率改善回路４の出力電圧は、誤差増幅部１０の出力信号によって目標電圧値になるよう制御される。誤差増幅部１０に入力される直流電圧検出部の出力信号は、負荷変動による直流電圧の変動をフィードバック制御により抑制する働きを果たす。また、信号平滑部９の出力は、マイクロコンピュータ８から出力されるデューティー比の補正に伴い変化し、出力電圧の目標電圧への合わせこみと、回路部品の温度特性や特性バラツキによって生じる出力電圧変動を抑制する役割を果たす。
【００３０】
図２に示すとおり、信号補正部８ｂによって決定されるデューティー比の補正値は、特性変動やノイズ、電圧変動に対する過応答を抑制するために、最小限の値に設定されている。これにより、出力電圧は安定した直流電圧を保ち、圧縮機駆動の高効率化を図れる。
【００３１】
上記の状態から、圧縮機７の周波数上昇により目標直流電圧の上昇が決定されたとき、マイクロコンピュータ８内部の切替スイッチ８ｄが、信号加算部８ｃ側に接続される。マイクロコンピュータ８から出力されるデューティー比の補正値は、信号加算部によって加算され、出力電圧の目標電圧への追従性が改善される。
【００３２】
図２に示すとおり、信号加算部８ｃで加算される補正値は、信号補正部８ｂの補正値に比べ十分に大きく設定される。また、信号加算部の補正値は、出力電圧と目標電圧との偏差に応じて可変としても良い。これにより、出力電圧変更の応答性が改善し、圧縮機の電圧飽和による不安定状態や能力不足を回避することが可能となる。
【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駆動装置は、電動機を優れた応答性を持ちながら高効率に電動機を駆動させることが可能となるので、燃料電池に代表される直流を電源とし、安定性と応答性が課題となることが想定される電気自動車等におけるブラシレスモータの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態における空気調和機の室外圧縮機駆動装置のブロック図
【図２】マイクロコンピュータが出力するデューティー比と出力電圧のシーケンス図
【図３】従来の電動機駆動装置のブロック図
【符号の説明】
【００３５】
１  交流電源
２  整流回路
３  リアクタ
４  力率改善回路
４ａ  ＩＧＢＴ
４ｂ  ダイオード
４ｃ  昇圧制御部
４ｄ  ヒートシンク
５  平滑コンデンサ
６  インバータ回路
７  電動機
８  マイクロコンピュータ
８ａ  電圧周波数補正部
８ｂ  信号補正部
８ｃ  信号加算部
８ｄ  切替スイッチ
９  信号平滑部
１０  誤差増幅部
１１  直流電圧検出部
１２  圧縮機
【図１】
2007244172.tif 000003
【図２】
2007244172.tif 000004
【図３】
2007244172.tif 000005