(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ出力の各相の電流を検出し、各相の電流検出値として出力する電流検出器と、
前記電流検出器からの各相の電流検出値から各相の電流実効値を求める実効値検出器と、
前記実効値検出器で求められた各相の電流実効値を他相の電流実効値と比較することにより異常が発生した相を検出する実効値比較器と、
前記実効値比較器で検出された相の電流検出値の代わりに、他相の電流検出値から推定された電流推定値を用いて運転を行うように切り替える切替器とを備えて成るインバータ制御装置。
【請求項２】
インバータ出力の各相の電流を検出し、各相の電流検出値として出力する電流検出器と、
前記インバータに入力される直流電流を検出する直流電流検出器と、
前記インバータに入力される直流電圧を検出する直流電圧検出器と、
前記直流電流検出器で検出された直流電流と前記直流電圧検出器で検出された直流電圧とを乗算して直流電力を求める直流電力推定器と、
前記インバータ出力の各相の交流電圧を検出し、各相の電圧検出値として出力する交流電圧検出器と、
前記交流電圧検出器で検出された各相の電圧検出値に前記電流検出器で検出された各相の電流検出値をそれぞれ乗算して各相の瞬時電力値を求める交流各相電力検出器と、
前記交流電圧検出器で検出された各相の電圧検出値に前記電流検出器で検出された他相の電流検出値から推定された各相の電流推定値をそれぞれ乗算することにより各相の瞬時電力推定値を求める交流各相電力推定器と、
前記交流各相電力検出器で求められた各相の瞬時電力値の１つを、前記交流各相電力推定器で求められた各相の瞬時電力推定値のうちの対応する相の瞬時電力推定値で置き換える処理を各相について行って相数分の交流推定電力を求める交流電力推定器と、
前記交流電力推定器で求められた相数分の交流推定電力と前記直流電力推定器で求められた直流電力とを比較して一致する交流推定電力を求め、この求めた交流推定電力に含まれる瞬時電力推定値に対応する相を異常が発生した相として検出する電力比較器と、
前記電力比較器で検出された相の電流検出値の代わりに、他相の電流検出値から推定された電流推定値を用いて運転を行うように切り替える切替器とを備えて成るインバータ制御装置。
【請求項３】
インバータからモータに供給される各相のモータ電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器で検出された各相のモータ電流の１つを、他相のモータ電流から推定されたモータ電流推定値で置き換える処理を各相について行って相数分の組合せを求める交流電流推定器と、
前記交流電流推定器で求められた相数分の組合せに係る電流と前記モータの回転数および負荷定数とから該モータのトルク電流を相数分求めるベクトル変換器と、
前記インバータに入力される直流電流を検出する直流電流検出器と、
前記直流電流検出器で検出された直流電流と前記ベクトル変換器で求められた相数分のトルク電流とを比較して一致するトルク電流を求め、この求めたトルク電流に含まれるモータ電流推定値に対応する相を異常が発生した相として検出するベクトル電流比較器と、
前記トルク電流比較器で検出された相のモータ電流の代わりに、他相のモータ電流から推定されたモータ電流推定値を用いて運転を行うように切り替える切替器とを備えて成るインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータの出力電流の検出値を用いてモータを制御するインバータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインバータ制御装置を図７，図８に示す。図７に示すように、従来のインバータ制御装置は、モータ９を駆動するために、平滑コンデンサ２と、直流電圧をスイッチングするスイッチング素子３と、インバータの直流側の電圧（平滑コンデンサ２の両端電圧）を検出する直流電圧検出器４と、インバータ交流部の各相の電流を検出する電流検出器５と、インバータ交流部の各相の電圧を検出する電圧検出器６と、電流検出器５の電流検出値が電流指令値に追従するようにスイッチング素子３をゲート制御する制御装置７と、直流電圧検出器４、電流検出器５及び電圧検出器６の検出値が保護レベル以上になった場合にスイッチング素子３のゲート出力を停止させ、スイッチング素子３の保護を行う保護装置８と、インバータの交流部の電流検出器５の出力する各相の電流検出値を監視し、過電流判定基準値を超える電流検出値を示す相が１相でもあれば過電流検出信号を保護装置８に出力する過電流検出器１１を備えている。
【０００３】
また図８のインバータ制御装置は、Ｕ，Ｖ，Ｗ３相のうち例えばＵ，Ｗの２相のみに電流検出器５を設け、過電流検出器１１Ｂでは残りのＶ相１相については他の２相Ｕ，Ｗ相の電流検出値から推定し、これら各相の電流検出値を監視し、過電流判定基準値を超える電流検出値を示す相が１相でもあれば過電流検出信号を保護装置８に出力するようにしたものである。これは電流検出器の使用台数を削減することにより小形軽量化とコストダウンを図るためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来のインバータ制御装置では、３台又は２台の電流検出器５のうちのいずれか１台が異常になれば保護判定を正しく行えなくなり、スイッチング素子３の保護が行えずにスイッチング素子３を破壊に至らしめてしまう問題点があった。
【０００５】
本発明は、電流検出器からの各相の電流検出値による過電流検出に加え、他の相から求めた電流推定値によって最大値に対する過電流推定を行うことで、電流検出器の１台に異常が発生しても、スイッチング素子の保護を正しく行うことができるインバータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明はまた、電流検出器が異常になった相を特定し、異常になった電流検出器の電流検出値の代わりに他の相の電流検出値を用いて該当相の電流推定値を得、これを用いることで運転を電流検出器の１台に異常が発生しても運転継続することができるインバータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のインバータ制御装置は、インバータ出力の各相の電流を検出し、各相の電流検出値として出力する電流検出器と、電流検出器からの各相の電流検出値から各相の電流実効値を求める実効値検出器と、実効値検出器で求められた各相の電流実効値を他相の電流実効値と比較することにより異常が発生した相を検出する実効値比較器と、実効値比較器で検出された相の電流検出値の代わりに、他相の電流検出値から推定された電流推定値を用いて運転を行うように切り替える切替器とを備えて成る。
【００１０】
請求項１の発明のインバータ制御装置では、異常検出した時点のインバータの出力の各相の電流実効値を実効値検出器によって求め、実効値比較器が各相の電流実効値の大きさを比較し、他の相との偏差が最も大きい相の電流検出器に異常が発生したと判断する。そして、切替器が電流検出器が異常になった相の電流検出値の代わりに、該当相の電流検出値を他相の電流検出値から電流推定を行った電流推定値に切り替える。これにより、ある相の電流検出器に異常が発生しても、健全な相の電流検出器から求めた異常が発生した相の電流推定値と正常な相の電流検出値とを用いて運転する。
【００１３】
請求項２の発明のインバータ制御装置は、インバータ出力の各相の電流を検出し、各相の電流検出値として出力する電流検出器と、インバータに入力される直流電流を検出する直流電流検出器と、インバータに入力される直流電圧を検出する直流電圧検出器と、直流電流検出器で検出された直流電流と直流電圧検出器で検出された直流電圧とを乗算して直流電力を求める直流電力推定器と、インバータ出力の各相の交流電圧を検出し、各相の電圧検出値として出力する交流電圧検出器と、交流電圧検出器で検出された各相の電圧検出値に電流検出器で検出された各相の電流検出値をそれぞれ乗算して各相の瞬時電力値を求める交流各相電力検出器と、交流電圧検出器で検出された各相の電圧検出値に電流検出器で検出された他相の電流検出値から推定された各相の電流推定値をそれぞれ乗算することにより各相の瞬時電力推定値を求める交流各相電力推定器と、交流各相電力検出器で求められた各相の瞬時電力値の１つを、交流各相電力推定器で求められた各相の瞬時電力推定値のうちの対応する相の瞬時電力推定値で置き換える処理を各相について行って相数分の交流推定電力を求める交流電力推定器と、交流電力推定器で求められた相数分の交流推定電力と直流電力推定器で求められた直流電力とを比較して一致する交流推定電力を求め、この求めた交流推定電力に含まれる瞬時電力推定値に対応する相を異常が発生した相として検出する電力比較器と、電力比較器で検出された相の電流検出値の代わりに、他相の電流検出値から推定された電流推定値を用いて運転を行うように切り替える切替器とを備えて成る。
【００１４】
請求項２の発明のインバータ制御装置では、インバータ直流電圧とインバータ直流電流を乗算することでインバータ直流電力を求め、このインバータ直流電力値と、インバータ交流電圧値に電流検出値を乗算した各相瞬時電力検出値と、インバータ交流電圧値と他相の電流検出値から求めたインバータ電流推定値との積から求めた各相瞬時電力推定値とから、各相瞬時電力値に１つの相を瞬時電力推定値に代えた全相の和により瞬時電力の組合せを作成する。そして異常検出した時には、このインバータ出力側から求めた瞬時電力の組合せのうち、インバータ直流電力と一致する組合せがあればそれを求め、この組合せに電流推定値を用いた相の電流検出値を他相の電流検出値から電流推定を行った電流推定値に切り替えて運転を継続する。これにより、ある相の電流検出器に異常が発生しても、健全な相の電流検出器から求めた異常が発生した相の電流推定値と正常な相の電流検出値とを用いて運転する。
【００１５】
請求項３の発明のインバータ制御装置は、インバータからモータに供給される各相のモータ電流を検出する電流検出器と、電流検出器で検出された各相のモータ電流の１つを、他相のモータ電流から推定されたモータ電流推定値で置き換える処理を各相について行って相数分の組合せを求める交流電流推定器と、交流電流推定器で求められた相数分の組合せに係る電流とモータの回転数および負荷定数とから該モータのトルク電流を相数分求めるベクトル変換器と、インバータに入力される直流電流を検出する直流電流検出器と、直流電流検出器で検出された直流電流とベクトル変換器で求められた相数分のトルク電流とを比較して一致するトルク電流を求め、この求めたトルク電流に含まれるモータ電流推定値に対応する相を異常が発生した相として検出するベクトル電流比較器と、トルク電流比較器で検出された相のモータ電流の代わりに、他相のモータ電流から推定されたモータ電流推定値を用いて運転を行うように切り替える切替器とを備えて成る。
【００１６】
請求項３の発明のインバータ制御装置では、交流電流推定器により、インバータの各相のモータ電流のうちの１相を他相のモータ電流により推定したモータ電流推定値に代えたモータ電流の組合せ作成し、ベクトル変換器により、このモータ電流の組合せとモータの回転数と負荷定数とからモータのトルク電流を求め、トルク電流比較器により、インバータの直流電流検出値とモータトルク電流とを比較し、一致するモータ電流の組合せを求める。そして切替器により、一致した組合せに電流推定値を用いた相の電流検出器を他相の電流検出値から電流推定を行った電流推定値に切り替える。これにより、ある相の電流検出器に異常が発生しても、健全な相の電流検出器から求めた異常が発生した相の電流推定値と正常な相の電流検出値とを用いて運転する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の構成図である。なお、図１において、従来例で示した図７，図８の回路構成要素と共通する要素については同一の符号を用いて示してある。
【００１８】
第１の実施の形態は、モータ９として３相モータを制御するインバータ制御装置である。このインバータ制御装置は、スイッチング素子３の出力各相の電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを検出する電流検出器５と、各相の電流検出値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷにより過電流検出を行う過電流検出器１１と、他相の電流検出値から過電流推定を行う推定過電流検出器１２と、過電流検出器１１及び推定過電流検出器１２の過電流検出結果からスイッチング素子の保護動作を行う保護装置８から構成されている。
【００１９】
次に、上記構成のインバータ制御装置の動作について説明する。電流検出器５は各相の電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを検出する。本実施の形態の特徴をなす推定過電流検出器１２は、電流検出値の２相の負和ＩＵ*＝−（ＩＶ＋ＩＷ），ＩＶ*＝−（ＩＵ＋ＩＷ），ＩＷ*＝−（ＩＵ＋ＩＶ）を整流器にて整流した値を出力する。過電流検出器１１は、電流検出値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを整流し、これら電流検出値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷと推定過電流検出器１２からの電流推定値ＩＵ*，ＩＶ*，ＩＷ*とを合算した値を過電流基準値と比較し、過電流基準値を超える出力がある場合に過電流検出信号ＯＣを出力する。保護装置８は、過電流検出器１１から過電流検出信号ＯＣを受けると、スイッチング素子３のゲート出力を停止させスイッチング素子３の保護を行う。
【００２０】
本実施の形態によれば、ある相の電流検出器に異常が発生して、例えば出力がなくなる断線モードで故障した場合でも、他の健全な電流検出器による電流検出値を用いて異常が発生した相の電流値を推定し、健全な相の電流検出値と異常が発生した相の電流推定値を用いて過電流を判定し、スイッチング素子３の保護を行うことができる。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施の形態のインバータ制御装置について、図２及び図３を用いて説明する。図２に示すように、第２の実施の形態のインバータ制御装置は、図１に示した第１の実施形態のインバータ制御装置に対し、波形保存器１３、実効値検出器１４、実効値比較器１５、センサ切替器１６を追加的に備えたことを特徴とする。
【００２２】
波形保存器１３は、インバータ基本周波数１周期分の電流検出値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの値を保存する。実効値検出器１４は、波形保存器１３の値を用いて推定過電流検出器１２及び過電流検出器１１が異常を検出した時点から前の１周期間の電流実効値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを求める。実効値比較器１５は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電流実効値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷと各他相の電流実効値と比較して偏差を求め、この偏差の絶対値が他の２相における偏差よりも大きい相を検出し、その相の電流検出器を異常と判断し、センサ切替器１６に切替信号３０を出力する。
【００２３】
センサ切替器１６は図３に示す構成であり、実効値比較器１５からの信号３０を受けて、電流検出器３が異常になった相（例えば、Ｕ相とする）の電流検出値ＩＵの代わりに、他相Ｖ，Ｗの電流検出値ＩＶ，ＩＷから求めた電流推定値ＩＵ*と正常と判断した残りの２相の電流検出値ＩＶ，ＩＷとを用いて運転するように切り替える。
【００２４】
本実施の形態によれば電流センサの１相が異常になった場合でも、他相から求めた電流推定値を使うことで運転を再開することができる。
【００２５】
次に、本発明の第３の実施の形態のインバータ制御装置を、図４に基づいて説明する。本実施の形態のインバータ制御装置は、図１に示した第１の実施の形態のインバータ制御装置に対し、第２の実施の形態と同様のセンサ切替器１６と共に、周波数検出器１７及び周波数比較器１８を備えたことを特徴とする。
【００２６】
周波数検出器１７は、電流検出器５の出力する電流検出信号ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの電流波形を各相のＰＬＬに入力し、周波数ＦＵ，ＦＶ，ＦＷを求める。周波数比較器１８は、制御装置７から出力された周波数の指令値Ｆと周波数検出器１７が求めた周波数ＦＵ，ＦＶ，ＦＷとを比較し、偏差の絶対値が設定値を超えた相を異常と判断し、センサ切替器１６に対して切替信号３０を出力する。
【００２７】
センサ切替器１６は第２の実施の形態と同様に図３の構成であり、周波数比較器１８から切替信号３０を受けると、電流検出器３が異常になった相の電流検出値の代わりに、他相の電流検出値から求めた電流推定値と正常と判断した残りの２相の電流検出値とを用いて運転を継続するように切り替える。
【００２８】
本実施の形態によれば、電流センサの１相が異常になった場合でも、他相から求めた電流推定値を使うことで運転を継続することができる。
【００２９】
次に、本発明の第４の実施の形態のインバータ制御装置について、図５を用いて説明する。本実施の形態のインバータ制御装置は、図１に示した第１の実施の形態のインバータ制御装置に対し、第２の実施の形態と同様のセンサ切替器１６と共に、直流電力推定器１９、交流各相電力検出器２０、交流各相電力推定器２１、交流電力推定器２２、電力比較器２３、直流電流検出器２４を備えたことを特徴とする。
【００３０】
直流電流検出器２４は、インバータ３の直流電流Ｉdcを検出する。直流電圧検出器４は、インバータ３の直流部の電圧Ｖdcを検出する。直流電力推定器１９は、インバータ直流電流Ｉdcとインバータ直流電圧Ｖdcとを乗算することでインバータ瞬時電力Ｐdcを求める。
【００３１】
交流電圧検出器６は、インバータ電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを検出する。交流各相電力検出器２０は、インバータ電圧検出値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷに電流検出値ＩＵ，ＩＶ，ＩＷをそれぞれ乗算し各相の瞬時電力値ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを求める。交流各相電力推定器２１は、インバータ電圧検出値と他相の電流検出値から求めたインバータ電流推定値との積から求めた各相瞬時電力推定器ＰＵ*，ＰＶ*，ＰＷ*を求める。
【００３２】
交流電力推定器２２は、２相の瞬時電力値に残りの１相の電力推定値を加えた値を３相の組合せ毎に、つまり、合計で３個の組合せＰac1＝［ＰＵ*＋ＰＶ＋ＰＷ］，Ｐac2＝［ＰＵ＋ＰＶ*＋ＰＷ］，Ｐac3＝［ＰＵ＋ＰＶ＋ＰＷ*］を求める。電力比較器２３は、このインバータ３の交流出力側から求めた瞬時電力の合計値Ｐac1，Ｐac2，Ｐac3それぞれとインバータ３の直流部から求めた瞬時電力Ｐdcとを比較して一致する組合せを求め、一致する組合せがあればその推定値相の電流検出器５を異常と判断し、切替信号３０をセンサ切替器１６に出力する。
【００３３】
センサ切替器１６は第２の実施の形態と同様に図３の構成であり、電力比較器２２から切替信号３０を受けると、一致した組合せに用いた相の電流検出値を電流推定値に切り替えることで運転を継続する。
【００３４】
本実施の形態によれば、上述の第３の実施の形態と同様に、１相の電流検出器５に異常が発生しても、他相から求めた電流推定値を使うことで運転を継続することができる。
【００３５】
次に、本発明の第５の実施の形態のインバータ制御装置について、図６を用いて説明する。本実施の形態のインバータ制御装置は、図１に示した第１の実施の形態のインバータ制御装置に対し、第２の実施の形態と同様のセンサ切替器１６、第３の実施の形態と同様の直流電流検出器２４と共に、モータ９に対する速度センサ２５、交流電流推定器２６、ベクトル変換器２７及びトルク電流比較器２８を備えたことを特徴とする。
【００３６】
交流電流推定器２６は、モータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷに対して、他相のモータ電流から求めたモータ電流推定値ＩＵ*，ＩＶ*，ＩＷ*の１個を置き換えた組合せ、Ｉo1＝［ＩＵ*，ＩＶ，ＩＷ］，Ｉo2＝［ＩＵ，ＩＶ*，ＩＷ］，Ｉo3＝［ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ*］を作成する。
【００３７】
ベクトル変換器２７は、Ｉo1，Ｉo2，Ｉo3各々に速度センサ２５から出力されるモータの回転数とモータ定数とを用いてトルク電流Ｉq1，Ｉq2，Ｉq3を求める。トルク電流比較器２８は、このトルク電流Ｉq1，Ｉq2，Ｉq3と直流電流検出器２４の直流電流検出値Ｉdcとを比較して一致する組合せを求めることで、電流推定値を用いた相をセンサ異常とする。
【００３８】
センサ切替器１６は第２の実施の形態と同様に図３に示す構成であり、トルク電流比較器２８からの切替信号３０を受けると、一致した組合せに用いた相の電流検出値を電流推定値に切り替えることで運転を継続する。
【００３９】
本実施の形態によれば、上述の第３及び第４の実施の形態と同様に、１相の電流検出器５に異常が発生しても、他相から求めた電流推定値を使うことで運転を継続することができる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電流検出器が異常になった場合においてもスイッチング素子の保護を行うことができる。
【００４１】
請求項２〜５の発明によれば、電流検出器の１相が異常になった場合でも、他相から求めた電流推定値を使うことで運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の回路ブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の回路ブロック図。
【図３】第２の実施の形態におけるセンサ切替器の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の回路ブロック図。
【図５】本発明の第４の実施の形態の回路ブロック図。
【図６】本発明の第５の実施の形態の回路ブロック図。
【図７】従来例の回路ブロック図。
【図８】他の従来例の回路ブロック図。
【符号の説明】
２  平滑コンデンサ
３  インバータ（スイッチング素子）
４  直流電圧検出器
５  電流検出器
６  電圧検出器
７  制御装置
８  保護装置
９  モータ
１１  過電流検出器
１２  推定過電流検出器
１３  波形保存器
１４  実効値検出器
１５  実効値比較器
１６  センサ切替器
１７  周波数検出器
１８  周波数比較器
１９  直流電力推定器
２０  交流各相電力検出器
２１  交流各相電力推定器
２２  交流電力推定器
２３  電力比較器
２４  直流電流検出器
２５  速度センサ
２６  交流電流推定器
２７  ベクトル変換器
２８  トルク電流比較器
【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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【図８】
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