(57)【要約】【課題】永久磁石同期電動機が高速フリーラン中で前記永久磁石同期電動機の端子電圧がインバータ装置の直流充電部の電圧よりも高い場合でも、前記インバータ装置の回路を保護して前記永久磁石同期電動機を始動できる制御装置を提供する。【解決手段】直流平滑部と、直流充電部と、スイッチング素子と還流ダイオードにより構成される変換電力出力部により構成され、電磁接触器を閉じることにより永久磁石同期電動機と電気的に導通状態となるインバータ装置において、前記直流充電部と前記変換電力出力部の間の直流電流が流れる回路の高電位側の回路に直列に抵抗を接続し、スイッチをオンすると前記変換電力出力部から前記直流充電部に向かう直流電流が流れる回路が成立するトランジスタを前記抵抗に並列に接続し、前記直流充電部から前記変換電力出力部に向かう方向を順方向として動作するダイオードを前記抵抗に並列に接続した回路を具備することを特徴とする。【選択図】図１
2012130187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流平滑部と、直流充電部と、並列に接続されたスイッチング素子と還流ダイオードにより構成される変換電力出力部と、電流検出器と、直流電圧検出器により構成され、電磁接触器を閉じることにより永久磁石同期電動機と電気的に導通状態となり、前記電流検出器が検出する電流検出値と前記直流電圧検出器が検出する電圧検出値を用いて前記永久磁石同期電動機の回転子磁極位置および回転速度を推定する回転子磁極位置および速度推定器を有し、電流指令値と前記電流検出値と前記電圧検出値と前記回転子磁極位置および速度推定器が推定する回転子磁極位置推定値と回転速度推定値を用いて弱め界磁制御を行う弱め界磁制御器を有し、前記電流検出値と前記電圧検出値と前記回転子磁極位置推定値と前記回転速度推定値と前記弱め界磁制御器が出力する弱め界磁制御電流指令値を用いて前記変換電力出力部のスイッチング素子を操作するスイッチング信号を出力する電流制御器を有するインバータ装置において、前記直流充電部と前記変換電力出力部の間の直流電流が流れる回路の高電位側の回路に直列に抵抗を接続し、スイッチをオンすると前記変換電力出力部から前記直流充電部に向かう直流電流が流れる回路が成立するトランジスタを前記抵抗に並列に接続し、前記直流充電部から前記変換電力出力部に向かう方向を順方向として動作するダイオードを前記抵抗に並列に接続した回路を具備することを特徴とする保護回路付きインバータ装置。
【請求項２】
前記永久磁石同期電動機が高速フリーラン中で、前記永久磁石同期電動機の回転により生じる起電力により前記永久磁石同期電動機の端子電圧が前記直流充電部よりきわめて高い状態において、前記トランジスタをオフした後に前記電磁接触器を閉じて前記永久磁石同期電動機と電気的に導通状態となり、前記電流検出値と前記電圧検出値を用いて前記回転子磁極位置および速度推定器が前記回転子磁極位置推定値および前記回転速度推定値を演算し、その後前記電流指令値と前記電流検出値と前記電圧検出値と前記回転子磁極位置推定値と前記回転速度推定値を用いて前記弱め界磁制御器が前記弱め界磁制御を開始し、その後前記トランジスタをオンし、前記電流検出値と前記電圧検出値と前記弱め界磁制御器が出力する弱め界磁電流指令値を用いて前記電流制御器が前記スイッチング信号を出力し前記永久磁石同期電動機の運転を開始する機能を具備することを特徴とする請求項１に記載の保護回路付きインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速フリーラン中の永久磁石同期電動機を始動するインバータ装置の保護回路に関するもので、直流充電部の回路素子および変換電力出力部の回路素子を破損から保護し、安全に始動する制御装置を提案するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２に従来技術のブロック図を示し、この図に基づいて従来技術を説明する。
【０００３】
インバータ装置２は、直流平滑部１２と直流充電部３と変換電力出力部４と電流検出器１４と直流電圧検出器１５により構成され、電磁接触器１３を閉じることにより永久磁石同期電動機１と電気的に導通状態となる。
【０００４】
直流平滑部１２は、三相交流電源１１から入力される交流電力を整流して直流電力を出力する。直流充電部３は、前記の整流された直流電力を充電する。変換電力出力部４は並列に接続されたスイッチング素子と還流ダイオードで構成され、電流制御器９から入力されるスイッチング信号により前記スイッチング素子を動作させ、前記直流電力を任意の電力に変換して永久磁石同期電動機１に供給する。
【０００５】
電流検出器１４は永久磁石同期電動機１の各相の電流を検出する。直流電圧検出器１５は直流充電部３の直流電圧を検出する。
【０００６】
回転子磁極位置および速度推定器８は、電流検出器１４が検出する電流検出値および直流電圧検出器１５が検出する電圧検出値を用いて永久磁石同期電動機１の回転子磁極位置および回転速度を推定する。
【０００７】
回転子磁極位置および速度推定器８が推定する回転速度推定値が所定の値より高い場合、弱め界磁制御器１７は電流指令値１６と前記電流検出値と前記電圧検出値と前記回転速度推定値と回転子磁極位置および速度推定器８が推定する回転子磁極位置推定値を用いて永久磁石同期電動機１の端子電圧を抑制するように弱め界磁制御を行い、弱め界磁電流指令値を電流制御器９に出力する。前記回転速度推定値が前記所定の値より低い場合、弱め界磁制御器１７は前記弱め界磁制御を行わず、前記弱め界磁電流指令値は電流指令値１６と等しい。
【０００８】
電流制御器９は前記弱め界磁電流指令値と前記電流検出値と前記電圧検出値と前記回転子磁極位置推定値と前記回転速度推定値を用いて電圧指令を生成し、該電圧指令から変換電力出力部４のスイッチング素子を操作するスイッチング信号を出力する。
【０００９】
以下に、始動の手順について説明する。
【００１０】
電磁接触器１３を閉じてインバータ装置２と永久磁石同期電動機１を導通状態とする。
【００１１】
回転子磁極位置および速度推定器８は、電流検出器１４が検出する電流検出値および直流電圧検出器１５が検出する電圧検出値を用いて永久磁石同期電動機１の回転子磁極位置および回転速度を推定する。
【００１２】
回転子磁極位置および回転速度の推定法には、たとえば、特許文献１および特許文献２記載のような手法がある。
【００１３】
永久磁石同期電動機１が高速フリーランしており、永久磁石同期電動機１の回転により生じる起電力により永久磁石同期電動機１の端子電圧が直流充電部３の電圧よりきわめて高い状態において、永久磁石同期電動機１からインバータ装置２の回路に過大な電流が流れる。
【００１４】
このとき、前記の過大な電流が変換電力出力部４の還流ダイオードを流れ、変換電力出力部４の回路素子または直流充電部３の回路素子を焼損などにより破損する恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１０−１１５７１号公報
【特許文献２】特開２００２−５８２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
解決しようとする問題点は、永久磁石同期電動機が高速フリーラン中で該永久磁石同期電動機の端子電圧が直流充電部よりきわめて高い場合、電磁接触器を閉じて前記永久磁石同期電動機とインバータ装置が導通状態となったとき、変換電力出力部の回路素子または直流充電部の回路素子に過大な電流が流れることにより焼損するなど破損する恐れがある点である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１の発明によれば、直流平滑部と、直流充電部と、並列に接続されたスイッチング素子と還流ダイオードにより構成される変換電力出力部と、電流検出器と、直流電圧検出器により構成され、電磁接触器を閉じることにより永久磁石同期電動機と電気的に導通状態となり、前記電流検出器が検出する電流検出値と前記直流電圧検出器が検出する電圧検出値を用いて前記永久磁石同期電動機の回転子磁極位置および回転速度を推定する回転子磁極位置および速度推定器を有し、電流指令値と前記電流検出値と前記電圧検出値と前記回転子磁極位置および速度推定器が推定する回転子磁極位置推定値と回転速度推定値を用いて弱め界磁制御を行う弱め界磁制御器を有し、前記電流検出値と前記電圧検出値と前記回転子磁極位置推定値と前記回転速度推定値と前記弱め界磁制御器が出力する弱め界磁制御電流指令値を用いて前記変換電力出力部のスイッチング素子を操作するスイッチング信号を出力する電流制御器を有するインバータ装置において、前記直流充電部と前記変換電力出力部の間の直流電流が流れる回路の高電位側の回路に直列に抵抗を接続し、スイッチをオンすると前記変換電力出力部から前記直流充電部に向かう直流電流が流れる回路が成立するトランジスタを前記抵抗に並列に接続し、前記直流充電部から前記変換電力出力部に向かう方向を順方向として動作するダイオードを前記抵抗に並列に接続した回路を具備することを特徴とする保護回路付きインバータ装置。
【００１８】
請求項２の発明によれば、前記永久磁石同期電動機が高速フリーラン中で、前記永久磁石同期電動機の回転により生じる起電力により前記永久磁石同期電動機の端子電圧が前記直流充電部よりきわめて高い状態において、前記トランジスタをオフした後に前記電磁接触器を閉じて前記永久磁石同期電動機と電気的に導通状態となり、前記電流検出値と前記電圧検出値を用いて前記回転子磁極位置および速度推定器が前記回転子磁極位置推定値および前記回転速度推定値を演算し、その後前記電流指令値と前記電流検出値と前記電圧検出値と前記回転子磁極位置推定値と前記回転速度推定値を用いて前記弱め界磁制御器が前記弱め界磁制御を開始し、その後前記トランジスタをオンし、前記電流検出値と前記電圧検出値と前記弱め界磁制御器が出力する弱め界磁電流指令値を用いて前記電流制御器が前記スイッチング信号を出力し前記永久磁石同期電動機の運転を開始する機能を具備することを特徴とする請求項１に記載の保護回路付きインバータ装置。
【００１９】
本発明は、上記の課題を解決するため、直流充電部と変換電力出力部の間の直流電流が流れる回路の高電位側の回路に直列に抵抗を接続し、スイッチをオンすると前記変換電力出力部から前記直流充電部に向かう直流電流が流れる回路が成立するトランジスタを前記抵抗に並列に接続し、前記直流充電部から前記変換電力出力部に向かう方向を順方向として動作するダイオードを前記抵抗に並列に接続した回路を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、永久磁石同期電動機が高速フリーラン中であっても、インバータ装置の回路の破損を防ぎ、安全に始動することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施方法を示した説明図である。（実施例１）
【図２】従来の技術を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明装置の一実施例のブロック図である。図２の従来技術と異なるのは、直流回路部の高電位側に直列に接続された抵抗５と、抵抗５に並列に接続されスイッチをオンすると変換電力出力部４から直流充電部３に向かう直流電流が流れる経路が成立するトランジスタ６と、抵抗５に並列に接続され直流充電部３から変換電力出力部４に向かう方向を順方向として動作するダイオード７と、トランジスタ６のスイッチを操作する信号を出力する保護回路１０である。
【００２４】
以下に、始動時の動作について説明する。
【００２５】
トランジスタ６をオフし、変換電力出力部４のスイッチング素子を全てオフした状態で電磁接触器１３オンする。
【００２６】
永久磁石同期電動機１が高速フリーラン中で、永久磁石同期電動機１の端子電圧が直流充電部３の電圧より高い場合、永久磁石同期電動機１の端子から抵抗５に電流が流れ、電圧降下により変換電力出力部４と直流充電部３へ流れる電流を制限する。これにより、変換電力出力部４の回路素子および直流充電部３の回路素子に過大な電流が流れるのを防止する。
【００２７】
回転子磁極位置および速度推定器８は、電流検出器１４が検出する電流検出値および直流電圧検出器１５が検出する電圧検出値を用いて永久磁石同期電動機１の回転子磁極位置および回転速度を推定する。
【００２８】
回転子磁極位置および速度推定器８が推定する回転速度推定値が所定の値より高い場合、弱め界磁制御器１７は電流指令値１６と前記電流検出値と前記電圧検出値と前記回転速度推定値と回転子磁極位置および速度推定器８が推定する回転速度推定値を用いて弱め界磁制御を行い、弱め界磁電流指令値を電流制御器９に出力する。
【００２９】
永久磁石同期電動機１の端子電圧は前記弱め界磁制御により抑制され、前記電流検出値が所定の値より小さくなれば、保護回路１０はトランジスタ６をオンする。
【００３０】
電流制御器９は前記電流検出値と前記電圧検出値と前記回転子磁極位置推定値と前記回転速度推定値と前記弱め界磁電流指令値を用いて電圧指令を生成し、該電圧指令から変換電力出力部４のスイッチング素子を操作するスイッチング信号を出力する。
【００３１】
よって、本発明は、高速フリーラン中の永久磁石同期電動機１を始動する際に変換電力出力部４の回路素子および直流充電部３の回路素子が過大な電流により破損することを防止するという課題を解決することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
高速フリーラン中の永久磁石同期電動機を始動する際、インバータ装置の回路の破損を簡便に防ぐことができる。
【符号の説明】
【００３３】
１    永久磁石同期電動機
２    インバータ装置
２１  インバータ装置
３    直流充電部
４    変換電力出力部
５    抵抗
６    トランジスタ
７    ダイオード
８    回転子磁極位置および速度推定器
９    電流制御器
１０  保護装置
１１  三相交流電源
１２  直流平滑部
１３  電磁接触器
１４  電流検出器
１５  直流電圧検出器
１６  電流指令値
１７  弱め界磁制御器
【図１】
2012130187.tif 000003
【図２】
2012130187.tif 000004