(57)【要約】【課題】  より簡単な構成で、商用交流電力の電圧変動に起因したモータの脱調及び過電流保護回路の作動を効果的に防止することができる、モータ制御装置を提供すること。【解決手段】  駆動制御部３０は、デューティ比の大きさに応じた出力電圧Ｖａを出力ライン３８に出力するＤ／Ａ変換部３３と、出力ライン３８から入力される入力電圧Ｖｂの大きさに応じたデューティ比を表す信号を出力する電圧指令入力部３４と、電圧指令入力部３４から出力された信号により表されるデューティ比に基づいて、インバータ回路２０に備えられる複数のスイッチング素子に駆動信号を出力する転流制御部３６と、インバータ直流電圧Ｖ０が予め定められた閾値電圧Ｖｔｈよりも大きいときに、電圧指令入力部３４に入力される入力電圧ＶｂがＤ／Ａ変換部３３から出力ライン３８に出力された出力電圧Ｖａよりも小さくなるように、出力電圧Ｖａを分圧する分圧器３７と、を備える。【選択図】  図２
2017063532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から供給される交流電力により駆動されるモータを制御するためのモータ制御装置であって、
商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換する直流変換器と、
複数のスイッチング素子を備えるとともに、前記直流変換器により変換された直流電力が入力され、前記複数のスイッチング素子が駆動することによって、入力された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を前記モータに供給するインバータ回路と、
前記複数の前記スイッチング素子の駆動を制御する駆動制御部と、
を備え、
前記駆動制御部は、
所定のデューティ比を表す信号が入力されるとともに、入力された信号により表されるデューティ比の大きさに応じた出力電圧を出力ラインに出力するＤ／Ａ変換部と、
前記出力ラインを介して前記Ｄ／Ａ変換部に接続され、前記出力ラインから入力される入力電圧の大きさに応じたデューティ比を表す信号を出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部から出力された信号により表されるデューティ比に基づいて、前記複数のスイッチング素子に駆動信号を出力する転流制御部と、
前記直流変換器から前記インバータ回路に入力される直流電力の電圧が予め定められた閾値電圧よりも大きい場合に、前記Ａ／Ｄ変換部に入力される入力電圧が前記Ｄ／Ａ変換部から前記出力ラインに出力された出力電圧よりも小さくなるように、前記出力電圧を分圧する分圧器と、
を備える、モータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記分圧器は、
前記出力ラインの途中に接続された分圧ラインと、
一つの入力端子及び一対の出力端子を有し、前記一対の出力端子の一方が前記分圧ラインに接続されるトランジスタと、
前記分圧ラインの途中に介装される分圧側抵抗器と、
前記出力ラインの途中の部分であって、前記分圧ラインが接続される部分の上流側の部分に介装される出力側抵抗器と、
正極入力部、負極入力部、及び出力部を有し、前記出力部が前記トランジスタの前記入力端子に接続される比較器と、
を含み、
前記比較器の前記正極入力部には、前記直流変換器から前記インバータ回路に入力される直流電力の電圧を表す電圧が入力され、前記負極入力部には、前記閾値電圧を表す電圧が入力される、モータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電源から供給される交流電力（以下、商用交流電力と言う場合もある）を利用して例えば永久磁石同期モータ等のモータを駆動させる場合、商用交流電力を一旦直流電力に変換し、変換した直流電力を、モータの駆動に適した大きさの交流電力に変換する必要がある。このため、モータの駆動を制御するためのモータ制御装置には、直流変換器及びインバータ回路（交流変換器）が備えられる。直流変換器によって商用交流電力が直流電力に変換される。直流変換器により変換された直流電力は、インバータ回路に入力される。そして、インバータ回路にて、直流電力が所望の大きさの交流電力に変換される。
【０００３】
また、商用交流電力の電圧（以下、商用電源電圧と言う場合もある）は、所定の範囲内、例えば±１０％の範囲内で変動する。電圧が増加方向に変動した場合、直流変換器によって変換されてインバータ回路に入力される直流電力の電圧（以下、インバータ直流電圧と言う場合もある）も大きくなる。すると、インバータ回路からモータに供給される電力（以下、モータ供給電力と言う場合もある）が大きくなる。モータ供給電力が大きくなると、モータ回転速度が増加する。モータ回転速度が増加して最大回転速度を上回ると、脱調を起こす可能性が高まる。また、モータ供給電力が大きくなると、モータの焼損を防止するための過電流保護回路が作動してモータの駆動が停止する虞もある。このような不具合は、発生しないことが望ましい。
【０００４】
特許文献１は、モータ制御装置に備えられる転流制御回路（ＰＷＭ信号作成器）の入力側に電圧指令制限器が設けられたモータ制御装置を開示する。この電圧指令制限器は、インバータ回路から出力される出力パルスの電圧値とパルス幅との積が所定の値以上であるときに、その時点のパルス幅を最大値に固定するように構成される。パルス幅を所定の最大値に固定してモータ供給電力及びモータ回転速度を制限することにより、モータに過電流が供給されること及びモータの脱調が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−７９０３２号公報
【発明の概要】
【０００６】
（発明が解決しようとする課題）
特許文献１に示される電圧指令制限器は、電圧振幅位相演算器、電圧位相制限器、電圧指令値作成器等を要するため、これらを適切に動作させるための複雑な制御ロジックの構築及び多くの演算処理が必要となり、それ故に制御構成が複雑化する。
【０００７】
本発明は、より簡単な構成で、商用交流電力の電圧変動に起因したモータの脱調及び過電流保護回路の作動を効果的に防止することができる、モータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
（課題を解決するための手段）
本発明は、商用電源（Ｃ）から供給される交流電力により駆動されるモータ（１００）を制御するためのモータ制御装置（１）であって、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換する直流変換器（１０）と、複数のスイッチング素子（ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ）を備えるとともに、直流変換器により変換された直流電力が入力され、複数のスイッチング素子が駆動することによって、入力された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータに供給するインバータ回路（２０）と、複数のスイッチング素子の駆動を制御する駆動制御部（３０）と、を備え、駆動制御部は、所定のデューティ比を表す信号が入力されるとともに、入力された信号により表されるデューティ比の大きさに応じた出力電圧（Ｖａ）を出力ライン（３８）に出力するＤ／Ａ変換部（３３）と、出力ラインを介してＤ／Ａ変換部に接続され、出力ラインから入力される入力電圧（Ｖｂ）の大きさに応じたデューティ比を表す信号を出力するＡ／Ｄ変換部（３４）と、Ａ／Ｄ変換部から出力された信号により表されるデューティ比に基づいて、複数のスイッチング素子に駆動信号を出力する転流制御部（３６）と、直流変換器からインバータ回路に入力される直流電力の電圧（Ｖ０）が予め定められた閾値電圧（Ｖｔｈ）よりも大きい場合に、Ａ／Ｄ変換部に入力される入力電圧がＤ／Ａ変換部から出力ラインに出力された出力電圧よりも小さくなるように、出力電圧を分圧する分圧器（３７）と、を備える、モータ制御装置を提供する。
【０００９】
この場合、分圧器は、出力ラインの途中に接続された分圧ライン（３７１）と、一つの入力端子（ゲート又はベース）及び一対の出力端子（ドレイン及びソース、又は、エミッタ及びコレクタ）を有し、一対の出力端子の一方が分圧ラインに接続されるトランジスタ（３７２）と、分圧ラインの途中に介装される分圧側抵抗器（３７４）と、出力ラインの途中の部分であって、分圧ラインが接続される部分の上流側の部分に介装される出力側抵抗器（３７５）と、正極入力部（３７３ａ）、負極入力部（３７３ｂ）、及び出力部（３７３ｃ）を有し、出力部がトランジスタの入力端子に接続される比較器（３７３）と、を含むとよい。そして、比較器の正極入力部には、直流変換器からインバータ回路に入力される直流電力の電圧を表す電圧が入力され、負極入力部には、閾値電圧を表す電圧が入力されるとよい。ここで、上記において「出力ラインの途中の部分であって、分圧ラインが接続される部分の上流側の部分」とは、出力ラインの途中の部分であって、分圧ラインが接続される部分と、出力ラインの端部のうちＤ／Ａ変換部が接続される端部との間の部分を意味する。
【００１０】
本発明によれば、商用交流電力が、直流変換器により直流電力に変換される。この直流電力はインバータ回路に入力されるとともに、インバータ回路により交流に変換される。そして、インバータ回路により変換された交流がモータに供給される。これによりモータが駆動する。このとき、インバータ回路に備えられる複数のスイッチング素子の動作が、駆動制御部により制御される。
【００１１】
駆動制御部においては、インバータ回路の複数のスイッチング素子の動作を指示するために得られた所定のデューティ比を表すデジタル信号が、Ｄ／Ａ変換部によってデューティ比の大きさに応じたアナログ信号である電圧に変換（Ｄ／Ａ変換）されるとともに、変換された電圧が出力ラインに出力電圧として出力される。また、Ａ／Ｄ変換部は、出力ラインから電圧を入力するとともに、入力した電圧（入力電圧）を、その大きさに応じたデューティ比を表すデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）する。そして、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号により表されたデューティ比に基づいて、転流制御部が、インバータ回路の複数のスイッチング素子に駆動信号を出力する。こうして、インバータ回路に備えられる複数のスイッチング素子の動作が制御される。
【００１２】
ここで、電圧変動により直流変換器に入力される商用電源電圧が増加すると、直流変換器により直流に変換されてインバータ回路に入力される直流電力の電圧、すなわちインバータ直流電圧（Ｖ０）も増加する。そして、インバータ直流電圧（Ｖ０）が予め定められた閾値電圧（Ｖｔｈ）よりも大きくなった場合には、分圧器が作動し、Ｄ／Ａ変換部から出力ラインに出力（印加）された出力電圧が分圧器によって分圧される。分圧器による分圧により、Ａ／Ｄ変換部に入力される入力電圧（Ａ／Ｄ変換部に印加される電圧）が、Ｄ／Ａ変換部から出力ラインに出力される出力電圧よりも小さくされる。このためＡ／Ｄ変換部にて変換されるデジタル信号により表されるデューティ比の大きさは、Ｄ／Ａ変換部にて出力電圧に変換されるディーティー比の大きさよりも小さくされる。デューティ比の大きさが小さくされる結果、インバータ回路を介してモータに供給される電力も小さくされる。
【００１３】
このように、本発明によれば、商用電源電圧が増加方向に変動してインバータ直流電圧が大きくなったときに、分圧器を作動させてデューティ比を小さくすることによりモータ供給電力が小さくされる。このため、商用交流電力の電圧変動、特に電圧増加に起因した、モータの回転速度の増加を抑制し、また、過電流の発生を防止することができる。その結果、モータの脱調、及び、過電流保護回路の作動によるモータの駆動停止、等の不具合の発生を防止できる。また、上記不具合の発生を防止するために、本発明においては、分圧ライン、トランジスタ、比較器、出力側抵抗器、分圧側抵抗器により構成される分圧器を駆動制御部に付加するだけでよく、特に複雑な制御ロジックを構築することを要しない。よって、簡単な構成で、商用交流電力の電圧変動に起因したモータの脱調及び過電流保護回路の作動を効果的に防止することができる。
【００１４】
本発明において、「閾値電圧」は、インバータ直流電圧がその電圧よりも大きい場合にモータが脱調を起こす可能性が高まり、また、モータの過電流保護回路が作動してモータの駆動が停止する虞があるような電圧、として、予め設定される電圧である。
【００１５】
また、本発明において、比較器の正極入力部に入力（印加）される電圧について、「直流変換器からインバータ回路に入力される直流電力の電圧（インバータ直流電圧）を表す値」とは、直接的又は間接的にインバータ直流電圧を表すことができる電圧という意味である。この場合、後述する実施形態で示すように、インバータ直流電圧そのものを正極入力部に入力してもよいし、所定の基準電圧からのインバータ直流電圧の変動電圧を正極入力部に入力してもよい。さらに、インバータ直流電圧に何等かの相関関係、例えば比例関係を有する電圧、或いは、所定の基準電圧からのインバータ直流電圧の変動電圧に何等かの相関関係、例えば比例関係を有する電圧を、正極入力部に入力してもよい。
【００１６】
さらに、本発明において、比較器の負極入力部に入力（印加）される電圧について、「閾値電圧を表す電圧」とは、直接的又は間接的に閾値電圧を表すことができる電圧という意味である。この場合、後述する実施形態で示すように、閾値電圧そのものを、或いは閾値電圧に何等かの相関関係を有する電圧を、負極入力部に入力してもよいし、閾値電圧と所定の基準電圧との差を負極入力部に入力してもよい。ただし、比較器の負極入力部に入力される「閾値電圧を表す電圧」は、比較器の正極入力部に入力される電圧が負極入力部に入力される電圧よりも大きくなる場合に、インバータ直流電圧が閾値電圧よりも大きくなるように、正極入力部に入力される電圧の種類に応じて設定される必要がある。
【００１７】
本発明に係るモータ制御装置は、永久磁石同期モータの駆動制御に適している。特に、一定の範囲内での回転速度の変動が許容されるシステムに用いられるモータ、つまり、厳密な速度制御を必要としないモータの駆動制御に好適である。例えば、空気調和装置の室外機に取り付けられるファンを駆動するためのモータ、或いは、ガスエンジンを用いた空気調和装置に備えられるガスエンジンを冷却するための冷却回路に設けられる冷却水ポンプを駆動するためのモータに、本発明に係るモータ制御装置が好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係るモータ制御装置の構成の一例を示す図である。
【図２】制御装置の機能ブロック図である。
【図３】出力電圧Ｖａ及び入力電圧Ｖｂと、デューティ比との対応関係を示す図である。
【図４】インバータ直流電圧が、商用電源電圧の変動により２８２Ｖ〜３２０Ｖまで連続的に増加した場合における、デューティ比Ｄ、モータ供給電流Ｉ、及び、モータ回転速度Ｒの推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るモータ制御装置の構成の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るモータ制御装置１は、商用電源Ｃから供給される交流電力（商用交流電力）により駆動されるモータの一例としての永久磁石同期モータ１００を制御するためのモータ制御装置である。
【００２０】
このモータ制御装置１は、直流変換器１０と、インバータ回路２０と、駆動制御部３０とを備える。直流変換器１０は、例えばダイオードブリッジ等により構成される整流器１１と、平滑コンデンサ１２とを有する。整流器１１は商用電源Ｃに接続され、商用電源Ｃから入力される交流電力を直流電力に整流（全波整流又は半波整流）する。平滑コンデンサ１２は、整流器１１のプラス側出力端子１１ａに接続されたプラスライン１３と、整流器１１のマイナス側出力端子１１ｂに接続されたマイナスライン１４とを接続する接続ライン１５に介装されており、整流器１１から出力された直流を平滑化する。
【００２１】
インバータ回路２０は、直流変換器１０に接続される。インバータ回路２０は、複数のスイッチング素子ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬを備える。本実施形態において、これらのスイッチング素子ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により構成される。インバータ回路２０は、スイッチング素子ＵＨとＵＬが直列接続されたＵスイッチ直列回路と、スイッチング素子ＶＨとＶＬが直列接続されたＶスイッチ直列回路と、スイッチング素子ＷＨとＷＬが直列接続されたＷスイッチ直列回路が、並列接続されることにより構成される。スイッチング素子ＵＨ，ＶＨ，ＷＨを構成する各電界効果トランジスタのドレイン側は、直流変換器１０の整流器１１のプラス側出力端子１１ａにプラスライン１３を介して接続される。スイッチング素子ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを構成する各電界効果トランジスタのソース側は、直流変換器１０の整流器１１のマイナス側出力端子１１ｂにマイナスライン１４を介して接続される。
【００２２】
永久磁石同期モータ１００は、図示しない回転子と、Ｕ相固定子コイルＵｃｏｉｌと、Ｖ相固定子コイルＶｃｏｉｌと、Ｗ相固定子コイルＷｃｏｉｌとを有する三相ブラシレスモータである。各固定子コイルの一端は星型結線され、他端はそれぞれインバータ回路２０に接続される。具体的には、Ｕ相固定子コイルＵｃｏｉｌが、インバータ回路２０のスイッチング素子ＵＨ（電界効果トランジスタ）のソースとスイッチング素子ＵＬ（電界効果トランジスタ）のドレインとの間を結ぶ配線部分ＵＰに接続され、Ｖ相固定子コイルＶｃｏｉｌが、インバータ回路２０のスイッチング素子ＶＨ（電界効果トランジスタ）のソースとスイッチング素子ＶＬ（電界効果トランジスタ）のドレインとの間を結ぶ配線部分ＶＰに接続され、Ｗ相固定子コイルＷｃｏｉｌが、インバータ回路２０のスイッチング素子ＷＨ（電界効果トランジスタ）のソースとスイッチング素子ＷＬ（電界効果トランジスタ）のドレインとの間を結ぶ配線部分ＷＰに接続される。
【００２３】
各スイッチング素子を構成する電界効果トランジスタのゲートは駆動制御部３０に電気的に接続される。駆動制御部３０から各スイッチング素子を構成する電界効果トランジスタのゲートに制御信号が出力されることにより、各スイッチング素子のスイッチング作動（駆動）が制御（例えばデューティ制御）される。
【００２４】
駆動制御部３０は、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ＣＰＵなどからなるマイクロコンピュータにより構成され、インバータ回路２０に備えられる複数のスイッチング素子の駆動を制御することによって、永久磁石同期モータ１００を駆動制御する。図２は、駆動制御部３０の機能ブロック図である。図２に示すように、駆動制御部３０は、駆動指示部３１と、絶縁回路３２と、Ｄ／Ａ変換部３３と、電圧指令入力部３４（Ａ／Ｄ変換部）と、ロータ位置検出部３５と、転流制御部３６と、分圧器３７（分圧回路とも言う）とを有する。
【００２５】
駆動指示部３１は、永久磁石同期モータ１００を用いたシステムから要求される永久磁石同期モータ１００の回転速度に基づいて、インバータ回路２０に備えられる複数のスイッチング素子のスイッチング作動のデューティ比（オンデューティ比）を演算し、演算したデューティ比を表すデジタル信号を出力する。絶縁回路３２は、駆動指示部３１から出力されたデジタル信号を絶縁する。
【００２６】
Ｄ／Ａ変換部３３は、絶縁回路３２を介して駆動指示部３１からデジタル信号を入力し、入力したデジタル信号を、そのデジタル信号により表されるデューティ比に応じたアナログ信号としての出力電圧Ｖａに変換し、変換した出力電圧Ｖａを出力する。図３は、Ｄ／Ａ変換部３３に入力されるデジタル信号により表されるデューティ比［％］と、出力電圧Ｖａ［Ｖ］との対応関係を示す図である。図３に示すように、デューティ比が大きくなるほど、それに比例して、出力電圧Ｖａも大きくなる。本実施形態では、デューティ比が０％のときにおける出力電圧Ｖａは０Ｖであり、デューティ比が１００％のときにおける出力電圧Ｖａは例えば５Ｖである。従って、例えばデューティ比が６０％であるとき、出力電圧Ｖａは、例えば３Ｖである。
【００２７】
また、図２に示すように、Ｄ／Ａ変換部３３に出力ライン３８が接続される。Ｄ／Ａ変換部３３は出力電圧Ｖａを出力ライン３８に出力（印加）する。この出力ライン３８を介して電圧指令入力部３４がＤ／Ａ変換部３３に接続される。電圧指令入力部３４は、出力ライン３８からアナログ信号としての電圧（入力電圧Ｖｂ）を入力する。つまり、電圧指令入力部３４に入力電圧Ｖｂが印加される。また、電圧指令入力部３４は、入力電圧Ｖｂを、それに応じたデューティ比を表すデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を出力する。すなわち、電圧指令入力部３４は、Ａ／Ｄ変換部である。電圧指令入力部３４に入力される入力電圧Ｖｂと、電圧指令入力部３４から出力されるデジタル信号により表されるデューティ比との対応関係も、図３に示す図により表される。すなわち、入力電圧Ｖｂが大きくなるほど、それに比例して、電圧指令入力部３４から出力されるデジタル信号により表されるデューティ比の大きさも大きくなる。例えば、入力電圧Ｖｂが２Ｖであるとき、出力されるデジタル信号により表されるデューティ比は例えば４０％であり、入力電圧Ｖｂが３Ｖであるとき、出力されるデジタル信号により表されるデューティ比は例えば６０％である。
【００２８】
出力電圧Ｖａと入力電圧Ｖｂが同じである場合、出力電圧Ｖａに対応するデューティ比と入力電圧Ｖｂに対応するデューティ比は同じである。一方、出力電圧Ｖａと入力電圧Ｖｂが異なる場合、出力電圧Ｖａに対応するデューティ比と入力電圧Ｖｂに対応するデューティ比は異なる。例えば、入力電圧Ｖｂが出力電圧Ｖａよりも小さい場合、入力電圧Ｖｂに対応するデューティ比は、出力電圧Ｖａに対応するデューティ比よりも小さい。
【００２９】
ロータ位置検出部３５は、永久磁石同期モータ１００の回転子の電気角を検出又は推定する。本実施形態では、ロータ位置検出部３５にて、電気角が推定される。この場合、例えば、特許文献１に記載された方法を用いて電気角を推定することができる。或いは、永久磁石同期モータ１００の各通電相に無通電期間を設け、その無通電期間における非通電相に現れるモータの誘起電圧（モータのセンサレス制御で１２０°通電）のゼロクロス点の位置に基づいて、電気角を推定することができる。
【００３０】
転流制御部３６は、電圧指令入力部３４からデジタル信号を入力するとともに、ロータ位置検出部３５から推定電気角を入力する。そして、入力されたデジタル信号により表されるデューティ比に従ってインバータ回路２０の各スイッチング素子が切換作動（駆動）するように、デューティ比に基づいて各スイッチング素子に駆動信号を出力する。
【００３１】
分圧器３７は、分圧ライン３７１と、バイポーラトランジスタ３７２と、比較器３７３（コンパレータ）と、分圧側抵抗器３７４と、出力側抵抗器３７５とを有する。分圧ライン３７１は、その一方端にて出力ライン３８の途中の部分に接続される。この分圧ライン３７１の他方端にバイポーラトランジスタ３７２が接続される。
【００３２】
バイポーラトランジスタ３７２は、ベース（入力端子）、エミッタ及びコレクタ（一対の出力端子）を有する。分圧ライン３７１の他方端は、バイポーラトランジスタ３７２のコレクタに接続される。バイポーラトランジスタ３７２のエミッタは接地（グランド）される。
【００３３】
比較器３７３は、正極入力部３７３ａと、負極入力部３７３ｂと、出力部３７３ｃとを有する。正極入力部３７３ａには、直流変換器１０から出力されてインバータ回路２０に入力される直流電力の電圧、すなわちインバータ直流電圧Ｖ０が入力（印加）される。負極入力部３７３ｂには、予め設定された閾値電圧Ｖｔｈが入力（印加）される。閾値電圧Ｖｔｈは、商用電源電圧の実効値の√２倍よりも大きい電圧であるのがよい。例えば、商用電源電圧が２００Ｖ（実効値）である場合、閾値電圧Ｖｔｈは、２８２Ｖよりも大きい電圧であるのがよい。この閾値電圧Ｖｔｈは、インバータ直流電圧Ｖ０がその電圧よりも大きい場合に、永久磁石同期モータ１００の回転速度が速くなり過ぎて脱調を起こす可能性が高まるような電圧、或いは、永久磁石同期モータ１００の過電流保護回路が作動するような電圧、として、予め設定される。
【００３４】
比較器３７２は、正極入力部３７３ａに入力されたインバータ直流電圧Ｖ０と負極入力部３７３ｂに入力された閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、その比較結果に応じた電圧を出力部３７３ｃから出力する。具体的には、出力部３７３ｃからは、インバータ直流電圧Ｖ０と閾値電圧Ｖｔｈとの差ΔＶ（＝Ｖ０−Ｖｔｈ）が正であるときに、所定の大きさの電圧、すなわちＨｉレベルの電圧が出力される。一方、差ΔＶが負であるときには、出力部３７３ｃからは、電圧は出力されない（すなわち０Ｖの電圧が出力される）か、或いは非常に小さい電圧が出力される。つまり、Ｌｏレベルの電圧が出力される。この出力部３７３ｃは、バイポーラトランジスタ３７２のベースに接続される。
【００３５】
また、分圧ライン３７１の途中に、分圧側抵抗器３７４が介装される。さらに、出力ライン３８の途中の部分であって、分圧ライン３７１の接続ポイントよりも上流側、すなわち、分圧ライン３７１の接続ポイントとＤ／Ａ変換部３３に接続されている端部との間の部分に、出力側抵抗器３７５が介装される。
【００３６】
次に、このような構成のモータ制御装置１の作動について説明する。商用電源Ｃから供給される交流電力は、直流変換器１０の整流器１１に入力される。この整流器１１にて、交流電力が直流電力に変換され、さらに平滑コンデンサ１２により平滑化される。平滑化された直流電力はインバータ回路２０に入力される。インバータ回路２０に入力された直流電力は、インバータ回路２０に備えられる複数のスイッチング素子が駆動制御部３０の転流制御部３６から出力される駆動信号に基づいて作動することにより、交流電力に変換される。そして、インバータ回路２０により変換された交流電力が、永久磁石同期モータ１００に供給される。これにより、永久磁石同期モータ１００が駆動する。
【００３７】
また、駆動制御部３０においては、駆動指示部３１にて出力されたデューティ比を表すデジタル信号が絶縁回路３２を経由してＤ／Ａ変換部３３に入力される。Ｄ／Ａ変換部３３は、入力したデジタル信号により表されるデューティ比に対応した出力電圧Ｖａを出力ライン３８に出力する。一方、電圧指令入力部３４は、出力ライン３８から入力電圧Ｖｂを入力し、入力電圧Ｖｂに対応したデューティ比を表すデジタル信号を転流制御部３６に出力する。転流制御部３６は、入力したデジタル信号により表されるデューティ比でインバータ回路２０に備えられる複数のスイッチング素子がスイッチング作動（駆動）するように、各スイッチング素子に駆動信号を出力する。これによりインバータ回路２０が適切な交流を永久磁石同期モータ１００に供給する。
【００３８】
ところで、商用電源電圧は、所定の範囲、一般的には±１０％の範囲内で変動する。従って、商用電源電圧がＡＣ２００Ｖ（実効値）である場合、ＡＣ１８０Ｖ〜ＡＣ２２０Ｖ（実効値）の範囲内で、電圧が変動する。
【００３９】
また、交流が直流に変換された場合、変換後の直流の電圧は、変換前の交流電圧の実効値の√２倍の大きさにされる。例えば、ＡＣ２００Ｖ（実効値）の交流は、ＤＣ２８２Ｖの直流に変換される。ここで、変動幅が±１０％であるＡＣ２００Ｖ（実効値）の交流を直流に変換すると、変換後の直流の電圧の変動幅は、約２５０Ｖ〜約３２０Ｖになる。
【００４０】
本実施形態における永久磁石同期モータ１００の定格電圧がＤＣ２８２Ｖであるとする。電圧変動により例えばＤＣ３２０Ｖの直流がインバータ回路２０に供給された場合、永久磁石同期モータ１００は、定格電圧よりもかなり大きな電圧で駆動されることになる。この場合、要求されたデューティ比に基づいてインバータ回路２０を制御すると、定格電圧よりも大きい電圧分の電力が余分に永久磁石同期モータ１００に供給されて、永久磁石同期モータ１００の回転速度が増加し、脱調が起きる可能性が高まる。また、回転数（回転速度）制御よりも速い回転数（回転速度）の変動（増加）があった場合、永久磁石同期モータ１００に供給される電流が過多（つまりモータ供給電流が過多）となり、過電流保護回路が作動して永久磁石同期モータ１００の駆動が停止される虞もある。この点に関し、本実施形態では、インバータ直流電圧Ｖ０が大きくなった場合、分圧器３７が作動してインバータ回路２０から永久磁石同期モータ１００に供給される電力を制限することにより、上記した不具合の発生が防止される。これにつき、以下に説明する。
【００４１】
本実施形態においては、駆動制御部３０に備えられるＤ／Ａ変換部３３と電圧指令入力部３４とを接続する出力ライン３８に分圧器３７が接続されている。従って、この分圧器３７が作動した場合、Ｄ／Ａ変換部３３から出力ライン３８に出力（印加）された出力電圧Ｖａが分圧される。そして、分圧された電圧が、電圧指令入力部３４に入力（印加）される。つまり、分圧された電圧が、入力電圧Ｖｂである。
【００４２】
分圧器３７の分圧比は、出力ライン３８に介装された出力側抵抗器３７５の抵抗値と、出力ライン３８の途中の部分に接続された分圧ライン３７１に介装された分圧側抵抗器３７４の抵抗値とに依存する。ここで、出力側抵抗器３７５の抵抗値をＲ１、分圧側抵抗器３７４の抵抗値をＲ２とする。この場合、分圧器３７により分圧された電圧、すなわち電圧指令入力部３４の入力電圧Ｖｂは、以下の式（１）により求められる。
Ｖｂ＝Ｖａ（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））      （１）
【００４３】
また、分圧器３７に備えられる比較器３７３の負極入力部３７３ｂに印加される閾値電圧Ｖｔｈが、例えば３１０Ｖであるとする。また、上述したように、比較器３７３の正極入力部３７３ａに印加される電圧Ｖ０は、直流変換器１０にて変換されてインバータ回路２０に入力される直流の電圧、すなわちインバータ直流電圧である。ここで、２００Ｖの交流電力が直流変換器１０に入力した場合、インバータ直流電圧Ｖ０が２８２Ｖになる。この場合、比較器３７３の正極入力部３７３ａに入力されるインバータ直流電圧Ｖ０が負極入力部３７３ｂに入力される閾値電圧Ｖｔｈよりも小さいため、出力部３７３ｃからはＬｏレベルの電圧（例えば０Ｖ）が出力される。
【００４４】
出力部３７３ｃから出力される電圧がＬｏレベル（例えば０Ｖ）であるとき、出力部３７３ｃに接続されているバイポーラトランジスタ３７２のベース電圧もＬｏレベル（例えば０Ｖ）である。この場合、バイポーラトランジスタ３７２は作動しない（ターンオフする）。このためバイポーラトランジスタ３７２のエミッタ−コレクタ間に電流が流れず、そのため分圧ライン３７１にも電流は流れない。つまり、分圧器３７は作動しない。
【００４５】
分圧ライン３７１に電流が流れないということは、分圧ライン３７１に介装されている分圧側抵抗器３７４の抵抗値Ｒ２が無限大であるということに等しい。この場合、上記式（１）において、Ｒ２を無限大とするＶｂの極値を求めると、その極値はＶａである。つまり、入力電圧Ｖｂは出力電圧Ｖａに等しい。このため、電圧指令入力部３４は、駆動指示部３１により出力されたデューティ比と同じデューティ比を表す信号を転流制御部３６に出力する。従って、転流制御部３６は、駆動指示部３１に指示されたデューティ比に従って複数のスイッチング素子が駆動するように、デューティ比に基づいて各スイッチング素子の駆動を制御する。これにより、永久磁石同期モータ１００は、駆動指示部３１の要求通りの回転速度で回転する。
【００４６】
これに対し、商用電源電圧が増加方向に変動して、例えばＡＣ２２０Ｖの交流が直流変換器に入力されたとする。この場合、直流変換器１０にて変換されてインバータ回路２０に入力される直流電力の電圧は約３２０Ｖである。つまり、インバータ直流電圧Ｖ０が３２０Ｖである。すると、比較器３７３の正極入力部３７３ａに入力されるインバータ直流電圧Ｖ０（３２０Ｖ）が、比較器３７３の負極入力部３７３ｂに入力される閾値電圧Ｖｔｈ（３１０Ｖ）よりも大きくなり、比較器３７３の出力部３７３ｃから、Ｈｉレベルの電圧（例えば１０Ｖの電圧）が出力される。
【００４７】
このため、バイポーラトランジスタ３７２のベースにＨｉレベルの電圧が印加され、それによりバイポーラトランジスタ３７２が作動する（ターンオンする）。すると、バイポーラトランジスタ３７２のエミッタ−コレクタ間に電流が流れ、さらに、バイポーラトランジスタ３７２のコレクタに接続されている分圧ライン３７１にも電流が流れる。つまり、分圧器３７が作動する。
【００４８】
この場合、分圧器３７によって出力電圧Ｖａが分圧される。分圧された電圧、すなわち入力電圧Ｖｂは、式（１）により、Ｖａ×（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））にされる。例えば、Ｒ１が１Ω、Ｒ２が２Ωである場合、入力電圧Ｖｂは、出力電圧Ｖａの２／３の大きさにされる。この例からわかるように、分圧器３７が作動すると、入力電圧Ｖｂが出力電圧Ｖａよりも小さくされる。
【００４９】
このように、インバータ直流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合に分圧器３７が作動して、入力電圧Ｖｂが出力電圧Ｖａよりも小さくなるように出力電圧Ｖａが分圧される。このため、電圧指令入力部３４は、出力電圧Ｖａよりも小さい入力電圧Ｖｂに対応するデューティ比を表すデジタル信号を転流制御部３６に出力する。この場合、転流制御部３６に入力されるデジタル信号により表されるデューティ比は、駆動指示部３１から出力されたデューティ比と比較して、出力電圧Ｖａが分圧されている分だけ小さくされている。よって、デューティ比が小さくされた分だけ永久磁石同期モータ１００に供給される電力が小さくされるとともに、永久磁石同期モータ１００の回転速度が抑えられて、脱調及び過電流保護回路の作動による駆動停止、等の不具合の発生が、防止される。
【００５０】
図４は、インバータ直流電圧Ｖ０が、商用電源電圧の変動により２８２Ｖ〜３２０Ｖまで連続的に増加した場合における、転流制御部３６に入力されるデジタル信号により表されるデューティ比Ｄ、永久磁石同期モータ１００への供給電流（モータ供給電流）Ｉ、及び、永久磁石同期モータ１００の回転速度（モータ回転速度）Ｒの推移を示すグラフである。ここで、グラフの横軸は時刻Ｔである。また、駆動指示部３１から出力されるデューティ比は６０％（固定）であり、閾値電圧Ｖｔｈは、２８２Ｖよりも高く且つ３２０Ｖよりも低い値（例えば３１０Ｖ）である。また、モータ供給電流Ｉが最大電流Ｉｍａｘを超えた場合、過電流保護回路が作動して永久磁石同期モータ１００の駆動が停止する。また、モータ回転速度Ｒが最大速度Ｒｍａｘを超えた場合、永久磁石同期モータ１００が脱調する可能性が高まる。また、出力側抵抗器３７５の抵抗値は例えば１Ω、分圧側抵抗器３７４の抵抗値は例えば２Ωとする。
【００５１】
図４に示すように、時刻Ｔ０よりも前の時点においては、インバータ直流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖｔｈよりも小さい。この場合、出力電圧Ｖａは分圧されないので、入力電圧Ｖｂは出力電圧Ｖａに等しい。このため、電圧指令入力部３４から転流制御部３６に入力されるデジタル信号により表されるデューティ比Ｄは、駆動指示部３１から出力されるデューティ比と同じ６０％である。また、モータ供給電流Ｉ及びモータ回転速度Ｒはインバータ直流電圧Ｖ０の増加に伴い増加する。しかしながら、時刻Ｔ０以前においては、モータ供給電流Ｉは最大電流Ｉｍａｘ未満であり、且つ、モータ回転速度Ｒは最大速度Ｒｍａｘ未満である。
【００５２】
時刻Ｔ０において、インバータ直流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖｔｈに達する。そして、時刻Ｔ０以後においては、インバータ直流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくなるので、バイポーラトランジスタ３７２がターンオンして分圧器３７が作動する。分圧器３７の作動により出力電圧Ｖａが分圧されるため、入力電圧Ｖｂは出力電圧Ｖａよりも小さくされる。具体的には、式（１）より、入力電圧Ｖｂは出力電圧Ｖａの２／３にされる。このため、電圧指令入力部３４から転流制御部３６に入力されるデューティ比Ｄも、駆動指示部３１から出力されるデューティ比の２／３、すなわち４０％にされる。
【００５３】
上記のようにしてデューティ比が小さくされた結果、時刻Ｔ０の時点を境にモータ供給電流Ｉ及びモータ回転速度Ｒが不連続的に減少する。時刻Ｔ０以後においては、インバータ直流電圧Ｖ０の増加に伴ってモータ供給電流Ｉは増加するが、時刻Ｔ０の時点を境にモータ供給電流Ｉが減少しているので、その後にモータ供給電流Ｉが増加しても、モータ供給電流Ｉが最大電流Ｉｍａｘを超えることはない。同様に、時刻Ｔ０以後においては、インバータ直流電圧Ｖ０の増加に伴ってモータ回転速度Ｒは増加するが、時刻Ｔ０の時点を境にモータ回転速度Ｒが減少しているので、その後にモータ回転速度Ｒが増加しても、モータ回転速度ＲがＲｍａｘを超えることはない。なお、デューティ比は、時刻Ｔ０以後は４０％で一定である。
【００５４】
一方、時刻Ｔ０の時点で分圧器３７が作動しない場合、時刻Ｔ０以後も、デューティ比は６０％である。この場合、インバータ直流電圧Ｖ０が２８２Ｖから３２０まで増加するにつれて、モータ供給電流Ｉ及びモータ回転速度Ｒは単調増加する。分圧器３７が作動しない場合における、時刻Ｔ０以後のデューティ比Ｄ、モータ供給電流Ｉ及びモータ回転速度Ｒの推移が、図４のグラフにおいて点線で示される。図４の点線で示す部分からわかるように、分圧器３７が作動しない場合、時刻Ｔ１の時点でモータ回転速度Ｒが最大速度Ｒｍａｘに達する。このため、脱調が起きる可能性が高まる。また、時刻Ｔ２の時点でモータ供給電流Ｉが最大電流Ｉｍａｘに達する。このため、過電流保護回路が作動して、永久磁石同期モータ１００の駆動が停止する。本実施形態では、上記したように時刻Ｔ０以後に分圧器３７が作動してデューティ比が小さくされるため、上記のような不具合の発生が防止されるのである。
【００５５】
以上のように、本実施形態に係るモータ制御装置１に備えられる駆動制御部３０は、駆動指示部３１から指示されたデューティ比を表す信号が入力されるとともに、入力された信号により表されるデューティ比の大きさに応じた出力電圧Ｖａを出力ライン３８に出力するＤ／Ａ変換部３３と、出力ライン３８を介してＤ／Ａ変換部３３に接続され、出力ライン３８から入力される入力電圧Ｖｂの大きさに応じたデューティ比を表す信号を出力する電圧指令入力部３４と、電圧指令入力部３４から出力された信号により表されるデューティ比に基づいて、インバータ回路２０に備えられる複数のスイッチング素子（電界効果トランジスタ）に駆動信号を出力する転流制御部３６と、直流変換器１０からインバータ回路２０に入力されるインバータ直流電圧Ｖ０が予め定められた閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合に、電圧指令入力部３４に入力される入力電圧ＶｂがＤ／Ａ変換部３３から出力ライン３８に出力された出力電圧Ｖａよりも小さくなるように、出力電圧Ｖａを分圧する分圧器３７と、を備える。
【００５６】
また、分圧器３７は、出力ライン３８の途中に接続された分圧ライン３７１と、ベース、コレクタ、及びエミッタを有し、コレクタが分圧ライン３７１に接続されるバイポーラトランジスタ３７２と、分圧ライン３７１の途中に介装される分圧側抵抗器３７４と、出力ライン３８の途中の部分であって、分圧ライン３７１が接続される部分の上流側の部分（分圧ライン３７１が接続されている部分と、Ｄ／Ａ変換部３３が接続されている端部との間の部分）に介装される出力側抵抗器３７５と、正極入力部３７３ａ、負極入力部３７３ｂ、及び出力部３７３ｃを有し、出力部３７３ｃがバイポーラトランジスタ３７２のベースに接続される比較器３７３と、を含む。そして、比較器３７３の正極入力部３７３ａには、直流変換器により変換された直流電力の電圧（インバータ直流電圧）Ｖ０が入力され、負極入力部３７３ｂには、閾値電圧Ｖｔｈが入力される。
【００５７】
本実施形態によれば、電圧変動によって商用電源電圧が大きくなった場合に、分圧器３７を作動させることにより、インバータ回路２０に備えられる複数のスイッチング素子のデューティ比を小さくして、モータ供給電力を小さくすることができる。このため、商用電源の電圧変動、特に電圧増加に起因した、永久磁石同期モータ１００の回転速度の過度の増加、及び過電流の発生を防止することができる。その結果、永久磁石同期モータ１００の脱調、及び、過電流保護回路の作動による駆動停止、等の不具合の発生を防止できる。また、本実施形態によれば、分圧ライン３７１、バイポーラトランジスタ３７２、比較器３７３、分圧側抵抗器３７４、及び出力側抵抗器３７５により構成された分圧器３７をモータ制御装置１の駆動制御部３０に付加するだけで、複雑な制御ロジックを構築することなく、上記した不具合の発生を防止することができる。よって、簡単な構成で、永久磁石同期モータ１００の脱調及び過電流保護回路の作動を防止することができるモータ制御装置１を提供することができる。
【００５８】
また、図２に示す駆動制御部３０の構成のうち、駆動指示部３１、絶縁回路３２、及びＤ／Ａ変換部３３は、例えばメインマイコン内に内蔵することができる。一方、電圧指令入力部３４、ロータ位置検出部３５、及び転流制御部３６は、一つの制御ＩＣとしてパッケージ化されている場合がある。このような場合、本実施形態によれば、メインマイコンと制御ＩＣとを接続する出力ライン３８に、つまり制御ＩＣの入力側に、分圧器３７を付加するという非常に簡単な構成により、商用電源の電圧変動に起因した永久磁石同期モータ１００の脱調及び過電流保護回路の作動を防止することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態では、比較器３７３の正極入力部３７３ａにインバータ直流電圧Ｖ０を入力し、負極入力部３７３ｂに閾値電圧Ｖｔｈを入力した例を示したが、比較器３７３の正極入力部３７３ａには、インバータ直流電圧Ｖ０が直接的又は間接的に表されるような電圧を印加してもよい。また、比較器３７３の負極入力部３７３ｂには、閾値電圧Ｖｔｈが直接的又は間接的に表されるような電圧を印加してもよい。また、上記実施形態では、閾値電圧Ｖｔｈが３１０Ｖである例を示したが、閾値電圧Ｖｔｈは、インバータ直流電圧Ｖ０がその電圧よりも大きい場合にモータの回転速度が過度に速くなってモータが脱調を起こす可能性が高まり、また、モータの過電流保護回路が作動してモータの駆動が停止する虞があるような電圧、として、適宜設定することができる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１…モータ制御装置、１０…直流変換器、１１…整流器、１２…平滑コンデンサ、２０…インバータ回路、３０…制御装置、３１…駆動指示部、３３…Ｄ／Ａ変換部、３４…電圧指令入力部（Ａ／Ｄ変換部）、３６…転流制御部、３７…分圧器、３７１…分圧ライン、３７２…バイポーラトランジスタ、３７３…比較器、３７３ａ…正極入力部、３７３ｂ…負極入力部、３７３ｃ…出力部、３７４…分圧側抵抗器、３７５…出力側抵抗器、３８…出力ライン、１００…永久磁石同期モータ（モータ）、Ｃ…商用電源、ＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬ…スイッチング素子、Ｖ０…インバータ直流電圧、Ｖａ…出力電圧、Ｖｂ…入力電圧、Ｖｔｈ…閾値電圧
【図１】
2017063532.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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