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発明の名称 インバータの制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−97249(P2007−97249A)
公開日 平成19年4月12日(2007.4.12)
出願番号 特願2005−279709(P2005−279709)
出願日 平成17年9月27日(2005.9.27)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 甲田 篤志
要約 課題
電源条件が悪い環境下においてモータが頻繁に停止することを回避してモータの安定運転を継続できるインバータの制御装置を提供する。

解決手段
外部からの運転指令によってモータの回転数の目標設定を行なう回転数指令手段108と、交流電源の供給状態を判断する電源状態判断手段109と、電源状態判断手段109の判定に基づき、回転数指令手段108の回転数設定に優先してモータ104の回転数を制限する回転数決定手段110とを備え、電源状態判断手段109によって交流電源101の供給状態を判定し、回転数指令手段108による目標回転数に対して回転数の上限を制限することで、交流電源の供給能力が不安定である場合に、モータ104の運転が頻繁に停止することを回避してモータの安定運転を継続し得ることができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
交流電源に接続された整流回路と、複数個の駆動用スイッチング素子により構成され、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力で駆動されるモータの回転を制御する回転制御手段と、外部からの運転指令によって前記モータの回転数の目標設定を行なう回転数指令手段と、前記交流電源の状態を判断する電源状態判断手段と、前記電源状態判断手段の判定に基づき、前記回転数指令手段の回転数設定に優先してモータの回転数を制限する回転数決定手段を設けたインバータの制御装置。
【請求項2】
電源状態判断手段はインバータ回路の入力電圧から交流電源の供給電圧の状態を判断する請求項1に記載のインバータの制御装置。
【請求項3】
電源状態判断手段は運転停止中の商用交流電源の電圧から交流電源の供給電圧の状態を判断する請求項1に記載のインバータの制御装置。
【請求項4】
回転数設定手段は運転始動時に所定時間一定の低速回転運転周波数でモータを駆動し、電源状態判断手段は前記所定回転数で駆動中のインバータ回路の入力電圧から交流電源の供給電圧の状態を判断する請求項1に記載のインバータの制御装置。
【請求項5】
電源状態判定手段は運転開始前の商用交流電源の電圧と運転始動時に所定の回転運転周波数でモータを駆動させた時のインバータ回路の入力電圧とを比較判定し交流電源の供給電圧の状態を判断する請求項1に記載のインバータの制御装置。
【請求項6】
回転数決定手段はモータ運転中のインバータ回路の入力電圧に応じて回転数の制限範囲を選択する請求項1に記載のインバータの制御装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、交流電源を整流した直流電力を交流電力に変換し冷凍圧縮機等のモータを駆動するインバータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、この種のインバータの制御装置は、インバータ回路の入力電圧の電圧低下を検知し、パワースイッチング半導体の駆動を停止して電圧低下による破壊を防止するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
以下、図面を参照しながら上記従来のインバータの制御装置を説明する。
【0004】
図4は、特許文献1に記載された従来のインバータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【0005】
図4において、交流電源1に接続された整流回路2は、ダイオード20a、20bとコンデンサ21a、21bにより倍電圧整流回路を構成している。インバータ回路3は、通常、インテリジェントパワーモジュール(以下、IPMという)と呼ばれるパワースイッチング半導体とその駆動回路および保護手段により構成されている。IPMを構成するパワースイッチング半導体は、トランジスタと逆並列接続したダイオードよりなるスイッチング素子を6個用いて三相ブリッジ回路を構成し、三相交流電力をモータ4に加える。制御回路5は、モータ4の回転子の位置を検出する位置検知手段50と、インバータ回路3を制御してモータ4の回転を制御する回転制御手段51と、インバータ回路3の入力電圧を検出する電圧検知手段53と、電圧検知手段53の出力により電圧低下異常を検出する電圧低下検知手段55と、電圧低下検知手段55の出力信号によりインバータ回路3の出力を停止する出力禁止手段56により構成される。
【0006】
以上の様に構成されたインバータの制御装置の動作を説明する。
【0007】
交流電源1の交流電力は、整流回路2によって直流電力に変換される。整流回路2は、交流電源1の正弦波交流を直流に変換してインバータ回路3に電力を供給する。インバータ回路3は、制御回路5によりモータ4の回転子の位置に応じてIPMの導通を制御することにより、整流回路2の出力直流電力を三相交流電力に変換してモータ4を駆動する。
【0008】
位置検知手段50は、モータ4の三相巻線の非導通期間における誘起電圧から回転子の位置を検出して回転制御手段7にモータ4の回転子の位置を出力し、回転制御手段7は、設定された目標回転数に対して、位置検知手段50の信号に応じてインバータ回路3のIPMを駆動してモータ4の目標回転数に相当する三相120度矩形波交流を発生させてモータ4の運転を行なう。
【0009】
電圧検知手段53はインバータ回路3の入力電圧を検出し、検知電圧を電圧低下検知手段55に出力する。電圧低下検知手段55は、電圧検知手段53により検出したインバータ回路3の入力電圧に対して、電圧低下の変化率が所定値以上となった場合、出力禁止手段56に信号を出力する。その結果、出力禁止手段56はインバータ回路3の出力を停止させるよう回転制御手段51を駆動することで、インバータ回路3の入力電圧の瞬時電圧低下を高速に検知し、パワースイッチング半導体の駆動を停止して電圧低下による破壊を防止するように動作する。
【特許文献1】特開2000−334262号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、上記構成では、交流電源1から整流回路2に至るまでの配電線における電圧降下が大きいなどの悪環境条件でモータ4を駆動した場合、モータ4の電流によってインバータ回路3の入力電圧が変動する。モータ4を高速で運転するとモータ4の電流による電圧降下によってインバータ回路3の入力電圧が低下するため、電圧低下検知手段55が電圧低下異常信号を出力しモータ4が停止する。モータ4が停止すると、インバータ回路3の入力電圧が上昇し運転を再開するため、起動、停止を繰り返すこととなる。この様に負荷電流の変化によって電源の電圧降下による変動が大きな条件では、モータ4の運転状態によって電源電圧が不安定となりモータ4の安定運転が行なえない。
【0011】
本発明は上記課題を解決するもので、モータ4の安定運転を行なうことによって信頼性の高いインバータ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記従来の課題を解決するために、本発明は交流電源の供給状態によって、モータの運転回転範囲を決定するようにしたもので、インバータ回路の入力電圧の低下に対してモータ電流による電源の電圧降下による影響が及ばない回転数範囲で運転を継続できるのでモータの安定運転を行なうことができるという作用を有する。
【発明の効果】
【0013】
本発明は、電源の供給状態が不安定な条件でモータの運転の安定を図り信頼性の高いインバータ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
請求項1に記載の発明は、交流電源に接続された整流回路と、複数個の駆動用スイッチング素子により構成され直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力で駆動されるモータの回転を制御する回転制御手段と、外部からの運転指令によって前記モータの回転数の目標設定を行なう回転数指令手段と、前記交流電源の供給電圧の状態を判断する電源状態判断手段と、前記電源状態判断手段の判定に基づき前記回転数指令手段の回転数設定に優先してモータの回転数を制限する回転数決定手段を設けたもので、電源状態判断手段によって交流電源の供給状態を判定し、回転数指令手段による目標回転数に対して回転数の上限を制限するため、交流電源の供給能力が不安定である場合にモータの運転が頻繁に停止することを回避し、モータの運転状態が安定する効果を得ることができる。
【0015】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、電源状態判断手段はインバータ回路の入力電圧から商用交流電源の状態を検出するようにしたものであり、モータの運転状態の変化によって発生する交流電源の供給能力の変動の判断を簡略な回路構成によって行うことができる。
【0016】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、電源状態判断手段は運転停止中のインバータ回路の入力電圧を検出するようにしたものであり、交流電源の供給電圧が、モータ始動後の目標回転数に対する必要電圧に対して不足することで起動と停止を短時間で繰り返すことを避けることができる。
【0017】
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、回転数設定手段は運転始動時に一定時間、所定の回転数でモータを駆動し、電源状態判断手段は所定回転数で駆動中のインバータ回路の入力電圧を検出するようにしたもので、モータの運転によって生じる配電線路等における電圧降下によるインバータ回路の入力電圧の低下を予測して回転数範囲を制限し、モータの運転状態を安定することができる。
【0018】
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、運転始動時に一定時間、所定の回転数でモータを駆動し、運転停止中のインバータ回路の入力電圧と、所定回転数で駆動中のインバータ回路の入力電圧の変化より、モータ回転数の変化量とインバータ回路の入力電圧の電圧降下の大きさとの関係を求めるため、インバータ回路の入力電圧の低下の予測の精度を向上することができる。
【0019】
請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、回転数決定手段はモータ運転中のインバータ回路の入力電圧の変化に応じて回転数の制限範囲を選択するため、モータの運転中に交流電源の供給電圧が変動した場合、インバータ回路の入力電圧の変動に対して回転数範囲を補正しモータの運転を安定することができる。
【0020】
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りこの発明が限定されるものではない。
【0021】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるインバータの制御装置のブロック図である。
【0022】
図1において、交流電源101の交流電力は、整流回路102によって直流電力に変換される。整流回路102の出力直流電力はインバータ回路103により三相交流電力に変換されモータ104を駆動する。整流回路102は、ダイオード102a、102bとコンデンサ102c、102dにより倍電圧整流回路を構成している。インバータ回路3は、通常、インテリジェントパワーモジュール(以下、IPMという)と呼ばれるパワースイッチング半導体とその駆動回路および保護手段により構成されている。
【0023】
IPMを構成するパワースイッチング半導体は、トランジスタと逆並列接続したダイオードよりなるスイッチング素子を6個用いて三相ブリッジ回路を構成し、三相交流電力をモータ104に加えている。インバータ回路103は、制御回路105によりモータ104の回転子の位置に応じてIPMの導通を制御することにより、三相交流電力を発生させる。
【0024】
位置検知手段106は、モータ104の三相巻線の非導通期間における誘起電圧から回転子の位置を検出し、回転制御手段107は、位置検知手段106の信号に応じてIPMを駆動してモータ104の回転を制御する。
【0025】
制御回路105に対して外部から回転数指令を入力することによって回転数指令手段108は、モータ104の回転数の設定を行なう。
【0026】
また、電源状態判断手段109は、交流電源101からの交流電力の供給状態を判定して回転数決定手段110に判定結果を出力し、回転数決定手段110は、電源状態判断手段109の判定に基づき回転数指令手段108による目標回転数設定に優先してモータ104の回転数を決定して回転制御手段107を動作させる。電圧検出手段111は、インバータ回路103の入力電圧を検出し電源状態判断手段109に電圧値を出力する様に構成されている。
【0027】
以上の様に構成されたインバータの制御装置についてその動作を説明する。
【0028】
まず、モータ104の運転回転数を回転数指令手段108に対して入力する。回転数指
令手段108は、与えられた回転数を目標回転数として回転数決定手段110に対して出力する。回転数決定手段110は、モータ104の運転回転数が回転数指令手段108から入力された目標回転数となるように、回転制御手段107に運転回転数を出力する。
【0029】
モータ104の負荷電流に対して交流電源101の電源容量が小さく、インバータ103への交流電力の供給能力が不足している場合は、回転数指令手段108による目標回転数が増加した時、交流電源101は所定の電圧を維持出来なくなるためインバータ回路103の入力電圧が低下して電圧検知手段111の出力電圧は低下する。
【0030】
このように交流電源101の供給状態が不足している場合は、モータ104の出力増加による変化に対して交流電源101が必要とする交流電力を供給出来なくなるため、インバータ回路103の入力直流電力が不安定となり、インバータ回路103は不安定な入力による誤動作によってスイッチング素子が破損するのを防ぐためにIPMの保護動作によって三相交流電力の出力を停止してモータ104を停止するように動作する。モータ104の始動時にIPMの保護動作によってモータ104が停止した場合は、停止後にインバータ回路103の入力電圧が再び上昇するために、一定の周期で始動と停止を連続して行なうためモータの安定運転が不能となり信頼性に影響を及ぼすこととなる。
【0031】
一方、電源状態判断手段109はモータ104停止中におけるインバータ回路103の入力電圧を電圧検知手段111によって検出した結果が所定値以下の場合は、交流電源101の供給能力がモータ104の運転に対して始動後の目標回転数に対する必要電圧に対して不足しておりモータ104の安定運転が継続できないと判定して、モータ104の運転回転数を指令回転数より低い回転数に制限するように回転数決定手段110に信号を出力する。
【0032】
そして、回転数決定手段110はモータ104の出力を制限するために、回転数指令手段108によって設定された目標回転数に対して運転回転数の上限を設け、回転制御手段107は回転数が一定以上とならないようにインバータ回路103を駆動してモータ104の運転を行なう。
【0033】
したがって、交流電源101の供給能力が不足している場合にモータ104の指令回転数が増加した時に、IPMの保護動作によってモータ104の運転が頻繁に停止することを回避し、電源供給能力の範囲内においてモータ104の運転を継続することが出来るため、モータ104の運転状態を安定する効果を得ることができる。
【0034】
また、電源状態判断手段109は、電圧検知手段111からの出力信号を確認することによって、インバータ回路103の入力電圧の状態から交流電源101の供給能力の変動といった電源状態を、簡単な構成で判断することができる効果が得られる。
【0035】
また、回転数決定手段110によってモータ104の始動時の回転数に対して上限回転数の制限を設けるよう動作することで、商用交流電源の電圧不足によってモータ104が起動と停止を短時間で繰り返すことを避けることができるという効果が得られる。
【0036】
この様に本実施の形態によれば、モータ104の運転状態によってインバータ回路103の入力の変動が大きい電源条件の場合にモータ104が頻繁に停止することを避けることによって、モータ104の運転を安定して継続し得ることができる。
【0037】
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2におけるインバータの制御装置のブロック図、図3は同実施の形態におけるモータ回転数とインバータ入力電圧の関係を示す図である。
【0038】
図2において、交流電源201の交流電力は、整流回路202によって直流電力に変換される。整流回路202の出力直流電力はインバータ回路203により三相交流電力に変換されモータ204を駆動する。整流回路202は、ダイオード202a、202bとコンデンサ202c、202dにより倍電圧整流回路を構成している。インバータ回路203は、通常、インテリジェントパワーモジュール(以下、IPMという)と呼ばれるパワースイッチング半導体とその駆動回路および保護手段により構成されている。
【0039】
IPMを構成するパワースイッチング半導体は、トランジスタと逆並列接続したダイオードよりなるスイッチング素子を6個用いて三相ブリッジ回路を構成し、三相交流電力をモータ204に加えている。インバータ回路203は、制御回路205によりモータ204の回転子の位置に応じてIPMの導通を制御することにより、三相交流電力を発生させる。
【0040】
位置検知手段206は、モータ204の三相巻線の非導通期間における誘起電圧から回転子の位置を検出し、回転制御手段207は、位置検知手段206の信号に応じてIPMを駆動してモータ204の回転を制御する。
【0041】
制御回路205に対して外部から回転数指令を入力することによって回転数指令手段208は、モータ204の回転数の設定を行なう。
【0042】
また、電源状態判断手段209は、交流電源201からの交流電力の供給状態を判定して回転数決定手段210に判定結果を出力し、回転数決定手段210は、電源状態判断手段209の判定に基づき回転数指令手段208による目標回転数設定に優先してモータ204の回転数を決定して回転制御手段207を動作させる。
【0043】
電圧検出手段211は、インバータ回路203の入力電圧を検出し電源状態判断手段209に電圧値を出力する。電圧記憶手段212は、電圧検知手段211の検出電圧を保存して電源状態判断手段209に保存した電圧を出力する。回転数切換手段213は回転数指令手段208からの回転数に対して所定の時間モータ204の回転数を変更して回転制御手段207を駆動する様に構成されている。
【0044】
以上の様に構成されたインバータの制御装置についてその動作を説明する。
【0045】
なお、実施の形態1と同一の動作については詳細な説明を省略する。
【0046】
電圧検知手段211によって検出しているインバータ回路203の入力電圧は、インバータ回路203の三相交流電力の出力に応じて変動する。この変動の程度は、交流電源201の供給能力による電源条件だけでなく、整流回路202に至るまでの線路のインピーダンス等によっても変化し、モータ204の電流の増加に伴って線路における電圧降下も増加するためインバータ回路203の入力電圧は低下する。このため、インバータ回路203の入力電圧は図3に示すようにモータ204の停止中に最大値となり、回転数の上昇にともなって次第に低下する。
【0047】
電圧記憶手段212は、モータ204が始動前のインバータ回路203の入力電圧を保存し、回転数切換手段213は、モータ204を停止状態から始動する時に所定時間、低速の一定回転数で駆動するように回転数を設定し回転制御手段207に対してモータ204の回転数を出力する。
【0048】
電源状態判断手段209は、モータ204の始動後一定回転数で運転中の電圧検知手段211からの出力が所定値以下の場合、一定回転数運転の所定時間が経過した後、回転数指令手段208からの目標回転数に対して上限回転数を制限した回転数を回転数決定手段210に出力する。回転数決定手段210は、回転数指令手段208の目標回転数が、電源状態判断手段209からの回転数より高い場合は、電源状態判断手段209の信号によってモータ204の上限回転数を制限するように回転制御手段207を動作させる。また、モータ204の停止中における電圧記憶手段212の信号とモータ204の始動時に一定回転数で運転中の電圧検知手段211の信号によるインバータ回路203の入力電圧の変化が一定値以上の場合は、回転数決定手段210はモータ204の回転数の変化量に対するインバータ回路203の入力電圧の電圧降下を直線近似により推定し、モータ204が高速回転となった場合の電圧降下量が所定値以下とならないように回転数指令手段208からの目標回転数に対して上限を制限する。更に、回転数決定手段210によって回転数指令手段208からの目標回転数を制限している状態にてモータ204を運転中に、電圧検知手段211で検出したインバータ回路203の入力電圧が変化した場合、例えば、モータ204の運転中に商用電源の同一系統で他の機器が動作することで交流電源201の供給電圧が一時的に変動したような場合は、電圧検知手段211の出力に比例して電源状態判断手段209は運転回転数の上限を変化させて回転数決定手段210に対して回転数の制限を行なう。
【0049】
したがって、電源状態判断手段209は、モータ204の運転によって生じる配電線路等における電圧降下によるインバータ回路203の入力電圧の低下を予測して、モータ204の回転数の増加による負荷電流の変化によりインバータ回路203の入力電圧が低下することを避けることができ、電源電圧の下限に近い条件においてもモータ204の運転を継続し得ることが可能となる。
【0050】
また、モータ204の停止中における電圧検知手段211の信号と、モータ204の始動時に一定回転数で運転中の電圧検知手段211の信号によるインバータ回路203の入力電圧の変化によって、モータ204の回転数の変化量とインバータ回路203の入力電圧の電圧降下の大きさとの関係を求めることでインバータ回路203の入力電圧の低下の予測の精度を向上することができる。
【0051】
また、モータ204の運転中に商用電源の同一電源系統で他の機器が動作することで交流電源201の供給電圧が一時的に変動したような場合においてもインバータ回路203の入力電圧の変動に対して回転数範囲を補正することができる。
【0052】
この様に本実施の形態によれば、モータ204の運転状態によって負荷電流による配電線の電圧降下が変動する場合において、モータ204が頻繁に停止することを避けることができるため、モータ204の運転を安定して継続し得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0053】
以上のように、本発明にかかるインバータの制御装置は、電源条件が悪い環境下でモータの安定運転を継続し得ることが可能となるので、冷蔵庫、空調や自販機等の圧縮機モータのインバータ駆動装置の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】本発明の実施の形態1におけるインバータの制御装置のブロック図
【図2】本発明の実施の形態2におけるインバータの制御装置のブロック図
【図3】同実施の形態におけるモータ回転数とインバータ入力電圧の関係を示す図
【図4】従来のインバータの制御装置のブロック図
【符号の説明】
【0055】
101,201 交流電源
102,202 整流回路
103,203 インバータ回路
104,204 モータ
108,208 回転数指令手段
109,209 電源状態判断手段
110,210 回転数決定手段
111,211 電圧検知手段




 

 


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