(57)【要約】【課題】インバータ駆動回路のドライブ信号が停止した際の、圧縮機モータ等の惰性運転時の回生により、商用電源を整流し、それを平滑する平滑キャパシタの両端の、直流電圧が過昇圧され、コンデンサ等の素子のサージ耐圧を超える問題があった。【解決手段】制御器回路やインバータ駆動回路の電源をつくる電圧変換器を平滑キャパシタに接続し、インバータ駆動回路からドライブ信号の出力が停止し、三相同期モータが惰性運転の時、回生により平滑キャパシタに発生する直流電圧を直流電圧検出器で検出し、ある設定値を超えたらインバータ回路の下アームを全相オンさせ、誘起電圧をショートし、平滑キャパシタに発生した直流電圧は電圧変換器を介して制御器回路やインバータ駆動回路、モータ内部のインピーダンスにて消費させることで直流電圧が素子のサージ耐圧を超えることを抑制する。【選択図】  図１
2012249397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を直流に整流するダイオードと、
前記ダイオードに接続され、整流した電圧の脈動を平滑する平滑キャパシタと、
前記平滑キャパシタから出力される直流電圧に接続され、三相同期モータを駆動するインバータと、
前記直流電圧に接続され、回路電源電圧を生成する電圧変換器と、
前記電圧変換器に接続され前記インバータを駆動するインバータ駆動回路と、
前記電圧変換器に接続され前記インバータを制御する制御器と、
を備えたモータ制御装置において、
前記インバータ駆動回路からドライブ信号の出力が停止し、三相同期モータが惰性運転の時、
前記インバータの下アームの全相をオンすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記直流電圧を検出する直流電圧検出器
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記直流電圧検出器で検出された直流電圧が、ある設定値を超えた場合に、
前記インバータの下アームの全相をオンすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記三相同期モータの位置検出器を備え、
前記位置検出器で検出された前記三相同期モータの回転数が、ある設定値を超えていた場合に、
前記インバータの下アームの全相をオンすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記インバータの母線電流を検出する母線電流検出器を備え、
前記母線電流検出器で検出された母線電流に基づいて計算したタイミングで、
前記インバータの下アームの全相をオンすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記三相同期モータのモータ電流を検出するモータ電流検出器を備え、
前記モータ電流検出器で検出されたモータ電流に基づいて計算したタイミングで、
前記インバータの下アームの全相をオンすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
請求項３〜６の何れかにおいて、
前記インバータの下アームを、ある設定値にてオフすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記インバータの下アームをオフしたら、ある設定値で再びオンすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記インバータの下アームのオンとオフの繰り返しを１Ｈｚ〜１００ｋＨｚで行うことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１０】
請求項８において、
前記インバータの下アームのオンとオフの繰り返しを固定周波数、または１Ｈｚ〜１００ｋＨｚで行うと共に、オンとオフのデューティー比の可変を行うことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１１】
請求項２において、
前記インバータの上アームが故障しオフしない場合は、下アームは全相オフし、上アームを全相オンすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１２】
請求項３〜６の何れかにおいて、
前記インバータの上アームが故障しオフしない場合は、下アームは全相オフし、前記インバータの上アームを全相オンした後、ある設定値にてオフすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記インバータの上アームをオフしたら、ある設定値で再びオンすることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記インバータの上アームのオンとオフの繰り返しを１Ｈｚ〜１００ｋＨｚで行うことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１５】
請求項１３において、
前記インバータの上アームのオンとオフの繰り返しを固定周波数、または１Ｈｚ〜１００ｋＨｚで行うと共に、オンとオフのデューティー比の可変を行うことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１６】
前記三相同期モータの負荷として圧縮機をつけたことを特徴とする請求項２〜１５の何れかに記載のモータ制御装置。
【請求項１７】
請求項２〜１６の何れかに記載のモータ制御装置を室外機に搭載した空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ駆動回路が停止した際の、圧縮機モータ等の惰性運転時の回生による、直流電圧の過昇圧を抑制する機能を備えたモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の室外機に設けられる圧縮機モータを回転状態から停止する際、インバータ駆動回路を停止、すなわち、ドライブ信号を出力しない状態に制御しても、慣性により、モータが回っている事がある。これを惰性運転と呼んでいる。
【０００３】
圧縮機モータ等の惰性運転において“モータの誘起電圧＞直流電圧”になると、回生により、直流電圧が過昇圧してしまう。
【０００４】
そこで、特許文献１では、負荷とスイッチを直列に繋いだダイナミックブレーキ回路を、平滑キャパシタに対して並列に組み込み、ブレーキを行う際に、前記スイッチをオンすることにより、回生エネルギーを負荷で消費し、直流電圧の過昇圧を抑制する方式が提案されている。
【０００５】
特許文献２ではダイナミックブレーキ回路はないが、ベクトル制御においてｄ軸電流とｑ軸電流でトルクを制御しながら、トルクへの寄与が低いｄ軸電流を増やして、回生エネルギーを消費することで、直流電圧の過昇圧を抑制しながらモータの急停止，急減速ができる方式が提案されている。
【０００６】
また、公知の制御技術として、モータを通常停止させる時に、回生エネルギーにより直流電圧が過昇圧されない回転数まで減速したのちに停止する制御が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−７６１９１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３５４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
インバータ駆動回路のドライブ信号が停止した際の、圧縮機モータ等の惰性運転時の回生により、商用電源を整流し、それを平滑する平滑キャパシタの両端の、直流電圧が過昇圧され、コンデンサ等の素子のサージ耐圧を超える問題があった。
【０００９】
家庭用の空気調和機において、圧縮機モータの低入力，低回転時のシステム効率向上がＡＰＦ向上につながる。そのため、圧縮機モータが低回転時の入力電流を少なくすれば良く、圧縮機モータの誘起電圧定数を大きくすればよい。
【００１０】
しかしながら、誘起電圧定数を大きくすると、圧縮機モータの惰性運転時において“モータの誘起電圧＞直流電圧”となり、回生により直流電圧が過昇圧し、キャパシタのサージ耐圧を超え、素子の破壊、または寿命が短くなり、信頼性が確保できない問題があった。
【００１１】
また、特許文献１ではダイナミックブレーキ回路を付加するため、回路規模の大型化や、価格の上昇につながる。
【００１２】
また、特許文献２ではセンサレスのベクトル制御にて、減速の制御を行うため、減速時にモータの位置情報を常に検出する必要がある。
【００１３】
また、公知の制御技術として、通常停止を行う際に、減速レートにより、過昇圧が起こらない、ある回転数まで圧縮機モータを減速させてから停止させる制御が知られているが、特許文献２及び、公知の制御技術共に、“モータの誘起電圧＞直流電圧”とならない回転数まで減速させる制御が必要であり、いわゆる異常時等のシステム緊急停止において、直流電圧が過昇圧されてしまう、そのため過渡的な短時間負荷に耐えられる素子の選定が必要となり、回路規模の大型化や、価格の上昇につながる。
【００１４】
本発明の目的は、三相同期モータが惰性運転している時の回生による直流電圧の過昇圧を防止して、信頼性の高いモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、制御器回路やインバータ駆動回路の電源をつくる電圧変換器を平滑キャパシタに接続し、インバータ駆動回路からドライブ信号の出力が停止し、三相同期モータが惰性運転の時、回生により平滑キャパシタに発生する直流電圧を直流電圧検出器で検出し、ある設定値を超えたらインバータ回路の下アームを全相オンさせ、誘起電圧をショートし、平滑キャパシタに発生した直流電圧は電圧変換器を介して制御器回路や、インバータ駆動回路や、ファンモータ駆動回路や、ファンモータや、ファンモータに接続されたファンの負荷や、圧縮機モータの内部インピーダンスにて消費させることで直流電圧が素子のサージ耐圧を超えることを抑制する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡単な回路で直流電圧の過昇圧を抑制でき、信頼性の高いモータの制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１を示す回路構成図。
【図２】直流電圧抑制制御有無での回転数，直流電圧の関係を示す図。
【図３】実施例２を示す回路構成図。
【図４】実施例３を示す回路構成図。
【図５】実施例４を示す回路構成図。
【図６】空気調和器。
【図７】空気調和器の室外機。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のモータ制御装置について、具体的に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は実施例１を示す回路構成図である。本実施例の制御装置は、商用電源１と、商用電源１を直流電圧に整流するダイオードスタック２と、ダイオードスタック２で整流された直流電圧の脈動を抑制する平滑キャパシタ３と、平滑キャパシタ３から供給される直流電圧を三相交流に変換するインバータ４と、制御対象である三相同期モータ５と、三相同期モータ５の負荷である圧縮機６と、インバータ４を制御する制御器７と、制御器７の信号からインバータ４を駆動するドライブ信号を出力するインバータ駆動回路８と、ダイオードスタック２の直流電圧からインバータ駆動回路８の電源とファンモータ駆動回路１０４の電源と制御器７の電源をつくる電圧変換器９と、ダイオードスタック２の直流電圧を検出する直流電圧検出器１０と、平滑キャパシタ３から供給される直流電圧を、ファンモータを駆動するための三相交流に変換するファンモータ用インバータ１０１と、制御対象であるファンモータ１０２、ファンモータ１０２の負荷であるファン１０３、ファンモータ用インバータ１０１を駆動するファンモータ駆動回路１０４からなる。
【００２０】
次にインバータ駆動回路８からドライブ信号の出力が停止し、三相同期モータ５が惰性運転の時、直流電圧の抑制制御方法について図２を用いて説明する。図２は縦軸にインバータ駆動回路８から出力されるドライブ信号、三相同期モータ５の回転数、平滑キャパシタ３の直流電圧を示し、横軸に時間を示し、（ａ）は直流電圧抑制制御無の場合、（ｂ）が直流電圧抑制制御有の場合を示している。
【００２１】
三相同期モータ５が惰性運転時において“モータの誘起電圧＞直流電圧”のとき、インバータ駆動回路８からドライブ信号の出力が停止し、三相同期モータ５が惰性運転になると、図２の（ａ）のように三相同期モータ５の線間電圧が平滑キャパシタ３の両端の直流電圧を超え、インバータ４の還流ダイオードを通して平滑キャパシタ３に充電され、直流電圧が過昇圧し、Ａの電圧に達する。Ａの電圧が素子の耐圧を超えた場合、制御器の故障、または寿命が短くなるなど、信頼性の低下が懸念である。
【００２２】
これに対して（ｂ）の直流電圧抑制制御有の場合、制御器７内の直流電圧抑制制御開始判定器６０１は直流電圧抑制制御を開始する直流電圧Ｂを記憶しており、直流電圧検出器１０から検出した直流電圧が電圧Ｂを超えた場合に直流電圧抑制信号発生器６０２に直流電圧抑制制御開始を伝達する。直流電圧抑制信号発生器６０２はインバータ４の下アームのみオンする。こうすることにより誘起電圧はインバータ４の下アームのスイッチング素子にショートされ、ブレーキトルクとなる。
【００２３】
発生した電流は三相同期モータ５の内部インピーダンスにより消費され、平滑キャパシタ３に充電されることはなくなる。平滑キャパシタ３に蓄えられた直流電圧の電力は電圧変換器９を通して制御器７とインバータ駆動回路８とファンモータ駆動回路１０４と、ファンモータ駆動回路１０４のドライブ信号により駆動するファンモータ用インバータ１０１と、制御対象であるファンモータ１０２と、ファンモータ１０２の負荷であるファン１０３により消費され、直流電圧が低下する。
【００２４】
つまり、インバータ駆動回路８からドライブ信号の出力が停止し、三相同期モータ５が惰性運転のとき、インバータ４の下アームの全相をオンすることで、回生による直流電圧の過昇圧を抑制する。
【００２５】
直流電圧抑制制御開始判定器６０１は直流電圧の抑制制御を停止する電圧Ｃを記憶しており、この停止電圧Ｃより直流電圧が下がると、直流電圧抑制信号発生器６０２に制御停止を伝達する。直流電圧抑制信号発生器６０２はインバータ４の下アームをオフする。
【００２６】
ここでモータの惰性運転が続いており、“モータの誘起電圧＞直流電圧”の状態が続いていれば、また直流電圧は上昇し、直流電圧抑制制御開始電圧を超えれば、再び制御器７はインバータ４の下アームをオンし、直流電圧が直流電圧抑制制御停止電圧まで下がれば、制御器７はインバータ４の下アームをオフする。
【００２７】
三相同期モータ５の惰性運転が続いている間、このように間欠的に直流電圧抑制制御が行われ、直流電圧は安全な範囲内に制御される。このように制御する利点はインバータ４の下アームをオンし続けることによる三相同期モータ５の巻き線の温度上昇、インバータ４の下アームの素子の温度上昇を抑えられることにある。
【００２８】
また、インバータ４の下アームをオンしつづけても三相同期モータ５、素子の温度に問題がないことを確認している場合は一度インバータ４の下アームをオンしたらオフする必要はない。
【００２９】
また、この下アームのオンオフを１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの周波数で行ってもよく、固定周波数にしてもよい。また、デューティー比を可変させてもよい。
【００３０】
また、インバータ４の上アームが故障し、オフ状態にならない時、下アームをオンすると、ショート状態になるため、下アームはオフし、上アームをオンさせてもよい。
【００３１】
また、三相同期モータ５の惰性運転が続いている間に、素子の耐圧に対して、直流電圧を十分に抑制することができ、素子の最大耐圧に対して余裕を持った使い方をすることができた場合、素子の寿命を伸ばすことができるため、信頼性の向上ができる。さらに直流電圧を抑制することができれば、過昇圧に対応した素子から、信頼性を保ちつつ、耐圧が小さい素子を用いたり、回路規模を小さくすることができるため価格低減ができる。
【実施例２】
【００３２】
図３は実施例２を示す回路構成図である。実施例１と違う点は三相同期モータ５のロータ位置を検出する手段として位置検出回路１１と、位置検出回路１１の信号をもとに回転数と回転方向を算出する回転数，回転方向演算器６０３を追加してある。
【００３３】
インバータ駆動回路８からドライブ信号の出力が停止し、三相同期モータ５が惰性運転の時、位置検出回路１１で三相同期モータ５の誘起電圧を検出できる。誘起電圧情報により回転数，回転方向演算器６０３は、惰性運転時の回転数を演算する。三相同期モータ５の回転数と直流電圧は比例関係にあり、その係数は誘起電圧定数とよばれている。従って図２における直流電圧抑制制御開始電圧Ｂに相当する回転数Ｂ′は計算できる。惰性運転時の回転数が回転数Ｂ′を超えていたら直流電圧抑制制御を行う。インバータ４の下アームを全相オンすれば、直流電圧は平滑キャパシタ３の容量と電圧変換器９を通る電力によって決まる時定数で減少する。従ってこの平滑キャパシタ３の放電時定数の２〜１０倍の時間がたってから直流電圧抑制制御を停止させればよい。
【００３４】
インバータ４の下アームをオンしつづけても三相同期モータ５、素子の温度に問題がないことを確認している場合は一度インバータ４の下アームをオンしたらオフする必要はない。
【００３５】
またこの下アームのオンオフを高速で行ってもよい。
【００３６】
図３では位置検出回路として誘起電圧を検出する抵抗を例に挙げたが、ホール素子を用いてロータ位置を検出してもよい。
【実施例３】
【００３７】
図４は実施例３を示す回路構成図である。実施例２と違う点は母線電流検出器１２をもち、母線電流検出器１２からの信号を演算する母線電流演算器６０４が追加されている。
【００３８】
インバータ駆動回路８からドライブ信号の出力が停止し、三相同期モータ５が惰性運転の時、三相同期モータ５の線間電圧が平滑キャパシタ３の直流電圧を超え、インバータ４の還流ダイオードを通して平滑キャパシタ３に充電される。このとき電流は三相同期モータ５の線間電圧が平滑キャパシタ３の直流電圧を超えたときにだけ流れるため、母線電流を積分すれば、平滑キャパシタ３にどれだけ充電したか計算できる。母線電流の積分値がある設定値を超えたときに直流電圧抑制制御を開始し、平滑キャパシタ３の放電時定数の２〜１０倍の時間がたってから直流電圧抑制制御を停止させる。
【００３９】
インバータ４の下アームをオンしつづけても三相同期モータ５、素子の温度に問題がないことを確認している場合は一度インバータ４の下アームをオンしたらオフする必要はない。またこの下アームのオンオフを高速で行ってもよい。
【００４０】
また母線電流は三相同期モータ５の線間電圧が平滑キャパシタ３の直流電圧を超えたときにだけ流れるため、母線電流のピークを検出すれば回転数が検出できる。よって回路構成は図４でありながら実施例２を実現できる。
【実施例４】
【００４１】
図５は実施例４を示す回路構成図である。実施例３と違う点はモータ電流検出器１３をもち、モータ電流検出器１３からの信号を演算するモータ電流演算器６０５が追加されている。
【００４２】
インバータ駆動回路８からドライブ信号の出力が停止し、三相同期モータ５が惰性運転の時、三相同期モータ５の線間電圧が平滑キャパシタ３の直流電圧を超え、インバータ４の還流ダイオードを通して平滑キャパシタ３に充電される。このとき電流は三相同期モータ５の線間電圧が平滑キャパシタ３の直流電圧を超えたときにだけ流れるため、モータ電流を積分すれば、平滑キャパシタ３にどれだけ充電したか計算できる。モータ電流の積分値がある設定値を超えたときに直流電圧抑制制御を開始し、平滑キャパシタ３の放電時定数の２〜１０倍の時間がたってから直流電圧抑制制御を停止させる。
【００４３】
インバータ４の下アームをオンしつづけても三相同期モータ５、素子の温度に問題がないことを確認している場合は一度インバータ４の下アームをオンしたらオフする必要はない。
【００４４】
またこの下アームのオンオフを高速で行ってもよい。
【００４５】
またモータ電流は三相同期モータ５の線間電圧が平滑キャパシタ３の直流電圧を超えたときにだけ流れるため、モータ電流のピークを検出すれば回転数が検出できる。よって回路構成は図５でありながら実施例２を実現できる。
【００４６】
図５ではモータ電流検出手段として電流センサを例に挙げているが、下アーム素子とグラウンドの間にシャント抵抗を挿入してもよい。
【実施例５】
【００４７】
本実施例によるモータ制御装置を搭載する機器として好適な例として空気調和機について図６，図７を用いて説明する。
【００４８】
空気調和機７０１は室外機７０２を接続配管７０３を介して、室内機７０４へと接続されている。空気調和機７０１の操作は、リモートコントローラ７０５から送信されたデータを室内機送受信部７０６で受信し、室内機７０４によって室内空気を調和させる。室外機７０２はモータ制御装置７０７とリアクタ７０９を介して、圧縮機６を駆動させる。冷房・除湿・デフロスト運転時は、圧縮機６にて圧縮された冷媒は、熱交換器７０８を通り、接続配管７０３を介して室内機７０４へと冷媒を運び運転を行う。熱交換器７０８は三相同期モータ５によって、圧縮機６を駆動し送風することで熱交換される。
【００４９】
インバータ駆動回路８からドライブ信号の出力が停止し、三相同期モータ５が惰性運転の時、“モータの誘起電圧＞直流電圧”となった場合、回生により直流電圧が過昇圧し、モータ制御装置７０７の、例えば平滑キャパシタ３（図示せず）の故障にいたる。従って実施例１〜４で説明した直流電圧抑制制御が必要となり、この実施例１〜４のモータ駆動制御を用いたときに発生する最大直流電圧を考慮し、素子選定を行う。
【符号の説明】
【００５０】
１  商用電源
２  ダイオードスタック
３  平滑キャパシタ
４  インバータ
５  三相同期モータ
６  圧縮機
７  制御器
８  インバータ駆動回路
９  電圧変換器
１０  直流電圧検出器
１１  位置検出回路
１２  母線電流検出器
１３  モータ電流検出器
１０１  ファンモータ用インバータ
１０２  ファンモータ
１０３  ファン
１０４  ファンモータ駆動回路
６０１  直流電圧抑制制御開始判定器
６０２  直流電圧用抑制信号発生器
６０３  回転数，回転方向演算器
６０４  母線電流演算器
６０５  モータ電流演算器
７０１  空気調和機
７０２  室外機
７０３  接続配管
７０４  室内機
７０５  リモートコントローラ
７０６  室内機送受信部
７０７  モータ制御装置
７０８  熱交換器
７０９  リアクタ
【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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