(57)【要約】【課題】インバータに印加される電圧状態、インバータが駆動するモータに要求されるトルク状態によらず、インバータの出力限界内で回転数制御により制御されたモータ駆動を実現させる。【解決手段】インバータに印加される電圧を検出するインバータ印加電圧検出部６と、回転数指示部９からの指示回転数でモータを駆動させるために必要な指示電圧を演算する指示電圧演算部１０と、検出されたインバータ印加電圧と演算された指示電圧を比較する電圧比較部１１と、電圧比較部に結果により回転数指示部からの指示回転数を制限する回転数指示制限部１２を備えることで、インバータ印加電圧、モータへの要求トルクによらずインバータの出力限界内での回転数制御により制御されたモータ駆動を実現させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータにより駆動されるモータをコントロールする制御演算部と、前記インバータ印加電圧検出部とを備え、前記制御演算部には、前記モータの駆動回転数を指示する回転数指示部と、前記モータが前記回転数指示部からの指示回転数にて動作するのに必要な指示電圧を演算する指示電圧演算部と、前記インバータ印加電圧検出部の検出電圧値と前記指示電圧演算部により演算される指示電圧値の大きさを比較する電圧比較部と、前記電圧比較部からの電圧比較結果により前記回転数指示部による回転数指示を制限する回転数指示制限部を設けたモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項２】
前記回転数指示制限部は、所定時間内において前記インバータ印加電圧検出部により検出される検出電圧値の所定割合より前記指示電圧演算部により演算される指示電圧値が大きいと、前記電圧比較部により判断される積算時間が所定割合を超過した場合に、モータ駆動回転数指示を下げる、またはモータ駆動を停止させることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項３】
前記回転数指示制限部は、交流電源１／４周期を整数倍した時間内における前記電圧比較部からの比較結果によりモータ駆動回転数指示を制限することを特徴とする請求項１または２記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【請求項４】
交流電源を入力とする整流部を備え、前記インバータは前記整流部の出力直流電力を交流電力に変換する構成とし、かつ、前記整流部はダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジの直流出力側に設けられたインバータ印加電圧検出部と、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続されるリアクタと、前記インバータの直流母線間に接続されるコンデンサで構成され、かつ更に前記整流部を構成する前記リアクタと前記コンデンサとの共振周波数を交流電源周波数の４０倍よりも大きくなるように前記リアクタおよび前記コンデンサの組み合わせを決定することを特徴とする請求項１から３の少なくとも１項に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置センサレスベクトル制御を適用し、モータを駆動するインバータに印加される電圧値と、指示回転数でモータを駆動させるために必要な指示電圧値によりモータを駆動させる指示回転数を制限するモータ駆動用インバータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、位置センサレスベクトル制御を適用したモータ駆動用インバータ装置に関しては、数多くの公知例が存在する。
【０００３】
例えば、図４は、特許文献１に記載されるこの種の位置センサレスベクトル制御を適用した従来のモータ駆動用インバータ装置の概略構成を示すブロック図である。
【０００４】
位置センサレスベクトル制御では、モータを指示回転数で駆動させるために必要となる指示電圧値を演算し、この指示電圧値に基づいてインバータを動作させる。
【０００５】
図５は、位置センサレスベクトル制御を適用したモータ駆動用インバータ制御装置において、モータ駆動回転数に対するモータに要求されるトルクとの関係、およびその要求されるトルクを出力させるモータ駆動を実現するための指示電圧値との関係を模式的に示したものである。
【０００６】
一般にモータ駆動回転数の上昇に伴い要求トルクは高くなり、要求トルクの増加に伴い指示電圧値は高くなる。
【０００７】
このようなモータ駆動用インバータ制御装置では、図６に示すようにインバータの入出力を考えると入力より出力が小さくなる範囲で動作させることを前提にしているため、モータへの要求トルクがインバータの出力限界を超過した場合、つまりインバータから出力させる指示電圧値がインバータに印加される電圧値を超えるような場合、モータ駆動回転数は指示回転数に到達することができずモータ回転数を制御することができない。
【特許文献１】特開２０００−３７０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このため前記従来のモータ駆動用インバータ制御装置では、インバータの出力限界を超過したトルクをモータが要求された場合、モータ回転数を制御できなくなり、要求トルクの増加に対して脱調などの異常停止を招いてしまうという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するものでモータ回転数に制限を加えることでインバータの出力限界内でモータの回転数制御駆動を行わせ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、本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、インバータに印加される電圧とインバータの出力指示電圧値により回転数指示部からのモータ駆動回転数を制限する回転数指示制限部を備えたものである。
【００１１】
これによりインバータに印加される電圧、モータに要求されるトルクによらずインバータの出力限界内、つまり指示回転数に従ったモータ回転数制御が可能な範囲でのモータ駆
動を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、インバータに印加される電圧状態、モータに要求されるトルク・負荷状態によらずインバータの出力限界内つまり指示回転数に従ったモータ回転数制御が可能な範囲でのモータ駆動を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第１の発明は、インバータにより駆動されるモータをコントロールする制御演算部と、前記インバータ印加電圧検出部とを備え、前記制御演算部には、前記モータの駆動回転数を指示する回転数指示部と、前記モータが前記回転数指示部からの指示回転数にて動作するのに必要な指示電圧を演算する指示電圧演算部と、前記インバータ印加電圧検出部の検出電圧値と前記指示電圧演算部により演算される指示電圧値の大きさを比較する電圧比較部と、前記電圧比較部からの電圧比較結果により前記回転数指示部による回転数指示を制限する回転数指示制限部を設けることにより、インバータに印加される電圧状態、モータに要求されるトルク・負荷状態によらず回転数指示部からの回転数指示に従ったモータ回転数制御を行うことが出来る。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明のモータ駆動用インバータ制御装置において、前記回転数指示制限部は、所定時間内において前記インバータ印加電圧検出部により検出される検出電圧値の所定割合より前記指示電圧演算部により演算される指示電圧値が大きいと、前記電圧比較部により判断される積算時間が所定割合を超過した場合に、モータ駆動回転数指示を下げる、またはモータ駆動を停止させることにより、脈動電圧がインバータに印加されるような場合においても回転数指示部からの回転数指示に従ったモータ回転数制御を行うことが出来る。
【００１５】
第３の発明は、第１または第２の発明のモータ駆動用インバータ制御装置において、前記回転数指示制限部は、交流電源１／４周期を整数倍した時間内における前記電圧比較部からの比較結果によりモータ駆動回転数指示を制限することにより、交流電源の２倍周波で脈動する電圧がインバータに印加されるような場合においても回転数指示部からの回転数指示に従ったモータ回転数制御を行うことが出来る。
【００１６】
第４の発明は、第１から第３のいずれかのモータ駆動用インバータ制御装置において、交流電源を入力とする整流部を備え、前記インバータは前記整流部の出力直流電力を交流電力に変換する構成とし、かつ、前記整流部はダイオードブリッジと、前記ダイオードブリッジの直流出力側に設けられたインバータ印加電圧検出部と、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続されるリアクタと、前記インバータの直流母線間に接続されるコンデンサで構成され、かつ更に前記整流部を構成する前記リアクタと前記コンデンサとの共振周波数を交流電源周波数の４０倍よりも大きくなるように前記リアクタおよび前記コンデンサの組み合わせを決定することにより、整流部への入力電流の電源高調波特性の高性能化を実現させることが出来る。
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ駆動用インバータ制御装置のブロック図を示したものである。該モータ駆動用インバータ制御装置は、単相交流電源である商用電源などの交流電源１により電力を供給され、供給された交流電圧を整流・平滑するダイオードブリッジ４、コンデンサ５、リアクタ３と平滑後の出力電圧を検出するインバータ印
加電圧検出部６を備えた整流部２と、前記整流部２からの出力電圧をモータ駆動のために所望の交流電圧に変換する半導体スイッチング素子により構成されるインバータ７と、前記インバータ７の動作をコントロールするため、モータ駆動回転数を指示する回転数指示部９と、前記回転数指示部９からの指示回転数でモータ８を駆動させるために必要な指示電圧値を演算する指示電圧演算部１０と、前記インバータ印加電圧検出部６の検出電圧値と前記指示電圧演算部１０により演算される指示電圧値を比較する電圧比較部１１と、電圧比較部１１による比較結果により前記回転数指示部９より指示される回転数に制限を加える回転数指示制限部１２を備えた制御演算部１３を有している。
【００１９】
以上のように構成されたモータ駆動用インバータ制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。
【００２０】
図２はインバータに一定の電圧が印加される場合のインバータ出力限界の判別と、モータ駆動回転数の制限について示したものである。
【００２１】
モータ８を駆動させる回転数指示部９からの指示回転数をｒｐｓ＿ｃ、モータ８の実回転数をｒｐｓ＿ｓ、インバータ印加電圧検出部６により検出された電圧をＶｉｎｖ、判別を行うためＶｉｎｖの所定割合の電圧値をＶｔｈ、指示電圧演算部１０により演算される指示電圧をＶｏｕｔとし、電圧比較部１１によりインバータ印加電圧を元にしたＶｔｈと指示電圧Ｖｏの比較を行う。Ｖｔｈ＜Ｖｏの場合、判別フラグをＬｏｗ、Ｖｔｈ≧Ｖｏの場合、判別フラグをＨｉとする。また、判別を行う時間をＴ、この時間Ｔのうち判別フラグがＬｏｗとなる積算時間をＴＬＳＵＭとし、積算時間ＴＬＳＵＭが判別時間Ｔの所定割合の時間Ｔｔｈを超過した場合にインバータ７の出力限界であると判別し、回転数指示制限部１２により回転数指示部９からの指示回転数ｒｐｓ＿ｃを制限する。
【００２２】
ここで、簡単のためＶｉｎｖとＶｔｈは同値、ＴｔｈはＴの半分とし、Ｖｉｎｖ、Ｖｏｕｔの検出、演算周期は例えばインバータ７を動作させるキャリア周期毎に行うものとする。
【００２３】
まず、時間ｔ０からｔ１、ｔ１からｔ２では常にＶｏｕｔはＶｔｈ未満、ＴＬＳＵＭはゼロとなるため、ＴＬＳＵＭはＴｔｈを超過することなく、指示回転数ｒｐｓ＿ｃに従った（ｒｐｓ＿ｃ≒ｒｐｓ＿ｓ）モータ回転数制御を実現できる。
【００２４】
次に時間ｔ２からｔ３ではＶｏｕｔがＶｔｈを上回る積算時間ＴＬＳＵＭがＴｔｈを超過し、指示回転数ｒｐｓ＿ｃと実回転数ｒｐｓ＿ｓに差が生じモータ駆動の回転数制御が成立しなくなる。このような場合は、回転数指示制限部１２により回転数指示部９からの指示回転数ｒｐｓ＿ｃをｒｐｓ１からｒｐｓ２へ制限する。
【００２５】
回転数指示部９からの指示回転数ｒｐｓ＿ｃを回転数指示制限部１２によりｒｐｓ１からｒｐｓ２へ制限された時間ｔ３からｔ４において、ＶｏｕｔがＶｔｈを上回る積算時間ＴＬＳＵＭがＴｔｈを超過するような場合は、更に回転数指示制限部１２により回転数指示部９からの指示回転数ｒｐｓ＿ｃをｒｐｓ２からｒｐｓ３へ制限する。
【００２６】
そして時間ｔ４からｔ５に示すようにＶｏｕｔがＶｔｈを上回る積算時間ＴＬＳＵＭがＴｔｈ未満となるまで回転数指示の制限を行うことで指示回転数に従ったモータ駆動（ｒｐｓ＿ｃ≒ｒｐｓ＿ｓ）を実現させる。
【００２７】
次に整流部２を構成するリアクタ３、コンデンサ５の値を電源高調波特性の高性能化を実現できる値に設定し、インバータ７に印加される電圧が交流電源周波数の２倍周波で脈動する場合について図３に示す。この場合も一定電圧印加の場合と同様に作用する。
【００２８】
交流電源１に交流電源周波数５０Ｈｚの商用電源を用いた場合、電源高調波特性の高性能化を図るため整流部２を構成するリアクタ３とコンデンサ５の値は、共振周波数ｆｃ＝１／（２π＊√（Ｌ１＊Ｃ１））が交流電源周波数の４０倍以上、すなわち２０００Ｈｚ以上になるように設定する。このため例えばリアクタンス値０．５ｍＨ、キャパシタンス値１０μＦのリアクタ３とコンデンサ５を用いることでｆｃ（＝２２５０Ｈｚ）＞４０＊交流電源周波数（５０Ｈｚ）とする。このように設定されたリアクタ３とコンデンサ５を備えた整流部２の出力電圧つまりインバータに印加される電圧（Ｖｉｎｖ＝Ｖｔｈ）は交流電源周波数の２倍周波で脈動する。
【００２９】
ここでＶｔｈとＶｏｕｔの比較よりインバータ７の出力限界の判別を行う周期Ｔは例えば交流電源の半周期（１０ｍｓｅｃ）とする。
【００３０】
まず、時間ｔ０からｔ１、ｔ１からｔ２ではＶｏｕｔがＶｔｈを上回る積算時間ＴＬＳＵＭはＴｔｈ未満となるため、指示回転数ｒｐｓ＿ｃに従った（ｒｐｓ＿ｃ≒ｒｐｓ＿ｓ）モータ回転数制御を実現できる。
【００３１】
次に時間ｔ２からｔ３ではＶｏｕｔがＶｔｈを上回る積算時間ＴＬＳＵＭがＴｔｈを超過し、指示回転数ｒｐｓ＿ｃと実回転数ｒｐｓ＿ｓに差が生じモータ駆動の回転数制御が成立しなくなる。このような場合は、回転数指示制限部１２により回転数指示部９からの指示回転数ｒｐｓ＿ｃをｒｐｓ１からｒｐｓ２へ制限する。
【００３２】
回転数指示部９からの指示回転数ｒｐｓ＿ｃを回転数指示制限部１２によりｒｐｓ１からｒｐｓ２へ制限された時間ｔ３からｔ４において、ＶｏｕｔがＶｔｈを上回る積算時間ＴＬＳＵＭがＴｔｈを超過するような場合は、更に回転数指示制限部１２により回転数指示部９からの指示回転数ｒｐｓ＿ｃをｒｐｓ２からｒｐｓ３へ制限する。
【００３３】
そして時間ｔ４からｔ５に示すようにＶｏｕｔがＶｔｈを上回る積算時間ＴＬＳＵＭがＴｔｈ未満となるまで回転数指示の制限を行うことで指示回転数に従ったモータ駆動（ｒｐｓ＿ｃ≒ｒｐｓ＿ｓ）を実現させる。
【００３４】
このようにＶｏｕｔがＶｔｈを上回る積算時間ＴＬＳＵＭがＴｔｈを超過する場合、回転数指示制限部１２により回転数指示部９からの指示回転数ｒｐｓ＿ｃを制限することで、インバータ７に印加される電圧状態によらず、インバータ７の出力限界内でのモータ駆動を実現させる。
【００３５】
以上のように本実施の形態においては、インバータ７に印加される電圧とインバータ７の出力指示電圧値により回転数指示部９からのモータ駆動回転数を制限する回転数指示制限部１２を備えることで、インバータ７に印加される電圧、モータ８に要求されるトルクによらずインバータ７の出力限界内つまり回転数指示部９からの指示回転数に従ったモータ回転数制御が可能な範囲でのモータ駆動を行うことが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明にかかるモータ駆動用インバータ制御装置は、インバータに印加される電圧状態によらず、インバータの出力限界内でのモータ駆動を実現させるため、様々なモータ駆動用インバータ制御装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータ駆動用インバータ制御装置の制御ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における各状態遷移１を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における各状態遷移２を示す図
【図４】従来のモータ駆動用インバータ制御装置の制御ブロック図
【図５】モータ回転数とトルク、指示電圧の一般的な関係図
【図６】インバータの入出力の関係を示す概念図
【符号の説明】
【００３８】
１  交流電源
２  整流部
３  リアクタ
４  ダイオードブリッジ
５  コンデンサ
７  インバータ
８  モータ
９  回転数指示部
１０  指示電圧演算部
１１  電圧比較部
１２  回転数指示制限部
１３  制御演算部
【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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