モータ制御装置
【課題】本発明の課題は、インバータ停止時において、外力によってモータが回転させられた時の誘起電圧による過電圧を防止することにある。
【解決手段】モータ制御装置に、インバータ回路の起動指令が停止指令である時かつモータの回転数が所定値を超えた時に回転数を減速させる停止時速度制御手段を備えることによって、インバータ停止時においても外力によってモータが回転させられた場合、モータの回転数を減速させて誘起電圧による過電圧を防止することができる。
【解決手段】モータ制御装置に、インバータ回路の起動指令が停止指令である時かつモータの回転数が所定値を超えた時に回転数を減速させる停止時速度制御手段を備えることによって、インバータ停止時においても外力によってモータが回転させられた場合、モータの回転数を減速させて誘起電圧による過電圧を防止することができる。
【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係り、特に、インバータ制御を行うモータ制御装置であり、外力が加えられモータが回転した時に、モータの誘起電圧による過電圧を防止する技術を改良したモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコン室外機ファンモータ等のモータは、外風などの外力によってモータが回転させられることがある。モータが外力により回転させられると、モータが発電機として働き、以下に示した式で回転数に比例した電圧（誘起電圧）Ｅｏが発生する。
【０００３】
Ｅｏ＝Ｋｅ・ω （Ｋｅ：発電定数，ω：回転数）
ある発電定数Ｋｅのモータにおいて、外力が増加しモータの回転数が上がった場合、誘起電圧は回転数に伴って比例増加する。また、発電定数Ｋｅを大きくした場合も、同回転数における誘起電圧は大きくなる。誘起電圧が大きくなり使用素子の耐圧以上の高圧になった場合、過電圧による素子破壊が起こってしまう。そのため、過電圧を防止するためには、発電定数Ｋｅ、もしくは回転数ωのいずれかを抑える必要がある。
【０００４】
発電定数Ｋｅを小さくするとモータ効率が下がることから、発電定数Ｋｅを抑えることで過電圧を防止する方法は好ましくない。回転数ωを抑えて過電圧を防止する方法は、モータに制動力をかけることにより実現できる。
【０００５】
制動力をかける方法は様々な方法が提案されているが、大きく分けて機械的制動と電気的制動の２つの方法がある。但し、機械的制動は装置の小型化や低コスト化が困難であるため、近年は電気的制動への要望が強い。電気的制動を行う方法としては、特許文献１〜３に記載されているものが知られている。
【０００６】
特許文献１や特許文献２に記載されている方法は、モータからの回生エネルギーを検出し、インバータ制御により抑制することで、回生エネルギーによる過電圧を防止しつつ電気的制動をかけることができる方法である。ただし、これらの方法は、インバータ制御による駆動中のモータの減速・停止を行うためのものであり、駆動停止中のモータが外力により回転させられた様な場合は機能しない。
【０００７】
つまり、モータ駆動停止時にはインバータ回路の停止指令が出ているため、インバータ回路は駆動せず、モータに制動力をかけることができない。
【０００８】
また、特に、モータ制御装置に電源電圧が供給されていない時にモータが回転させられる様な場合は、モータ制御装置が作動しないため、インバータ制御自体を行うことができないという問題もある。
【０００９】
一方、特許文献３のように、モータ駆動停止時にも保護回路を備えることによって制動力をかける方法も提案されている。
【００１０】
図８は、保護回路を備えることにより過電圧を防止する機能を備えたモータ制御装置の説明図である。
【００１１】
該図に示す如く、モータ制御装置は、高圧直流電圧を生成する高圧直流電源２と、モータ３と、３相上下アームのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６と、それらに逆並列に接続された還流ダイオードＤ１〜Ｄ６と、下アームスイッチング素子のゲートに接続された保護回路Ｃ１〜Ｃ３とから概略構成されている。
【００１２】
電源電圧遮断時に外力によってモータが回転させられた場合、誘起電圧が一定以上になると保護回路の働きにより、下アームスイッチング素子をオンさせる。
【００１３】
これにより下アームスイッチング素子に電流が流れ、モータに制動力が働くようになっている。
【００１４】
ただし、上述の特許文献３のような方法では、過電圧は抑制されるが、電流の大きさに関らずスイッチング素子に通電させるため、回転数の上昇に伴って電流が増加し、過電流や温度上昇による素子破壊が起こる可能性があるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−２７５８８９号公報
【特許文献２】特開２００７−１３５４００号公報
【特許文献３】特開平１０−７０８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述のように、特許文献１，２の従来技術は、駆動中のモータに制動力をかけるものであり、インバータ回路の停止指令が出ている時には対応できない。
【００１７】
また、モータ制御装置に電源電圧が供給されていない状態では、インバータ制御自体を行うことができないため、インバータ制御による電気的制動を実施することができないという問題がある。
【００１８】
更に、特許文献３の従来技術は、インバータ回路の停止指令が出ている時でも制動力を発生させることができるが、スイッチング素子を常時オンさせるため、過電流や高温等の過電圧以外の要因による破壊が起こる可能性がある。
【００１９】
また、上記のような課題のため、現状では、エアコン室外機ファンモータのように、モータ駆動停止時に外力によりモータが回転させられる場合には、従来技術を適用することができず、モータの発電定数Ｋｅを抑えることによって過電圧を防止しており、モータ効率を上げられない要因となっている。
【００２０】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、インバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが回転させられた場合に、モータに制動力を発生させるインバータ制御が可能となるモータ制御装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明のモータ制御装置は、直流電圧を入力としたインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されたモータと、前記モータの回転位置を検出する回転位置検出部と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部とを備えたモータ制御装置において、前記回転位置検出部で検出したモータの回転位置からモータの回転数を演算する速度演算手段と、前記インバータ回路の起動指令を受信する起動指令受信手段と、前記起動指令受信手段で受信した指令が停止指令の時、かつ前記速度演算手段で演算した回転数が所定値を超えた時に前記回転数を減速させる停止時速度制御手段とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の他のモータ制御装置は、直流電圧を入力としたインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されたモータと、前記直流電圧を生成する直流電源と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記インバータ駆動回路の電源電圧を生成するインバータ駆動回路電源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電源から前記インバータ駆動回路へ供給する電源電圧が遮断もしくは低下した時に前記モータが外力により回転した場合、誘起電圧を直流電圧に整流した誘起直流電圧から前記インバータ駆動回路の電源電圧を生成する第２のインバータ駆動回路電源を備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の他のモータ制御装置は、直流電圧を入力としたインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されたモータと、前記直流電圧を生成する直流電源と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、前記インバータ制御部の電源電圧を生成するインバータ制御部電源とを備えたモータ制御装置において、前記インバータ制御部電源から前記インバータ制御部へ供給される電源電圧が遮断もしくは低下した時に前記モータが外力により回転した場合、誘起電圧を直流電圧に整流した誘起直流電圧から前記インバータ制御部の電源電圧を生成する第２のインバータ制御部電源を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の他のモータ制御装置は、直流電圧を入力としたインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されたモータと、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記インバータ駆動回路の電源電圧を生成するインバータ駆動回路電源と、前記インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、リレーと、前記リレーが開放していることにより前記インバータ駆動回路への電源電圧が供給されない時に前記モータが外力により回転させられた場合、前記リレーの開放を解除させるリレー開放解除手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の他のモータ制御装置は、直流電圧を入力としたインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されたモータと、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、前記インバータ制御部の電源電圧を生成するインバータ制御部電源と、リレーと、前記リレーが開放していることにより前記インバータ制御部への電源電圧が供給されない時に前記モータが外力により回転させられた場合、前記リレーの開放を解除させるリレー開放解除手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のモータ制御装置によれば、インバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが回転させられた場合に、モータに制動力を発生させるインバータ制御が可能となる効果がある。
【００２７】
さらに、回生エネルギーの抑制が可能となり、回生エネルギーによる過電圧を防止しつつモータに制動力を発生させることができる。
【００２８】
また、インバータ制御部やインバータ駆動部などに電源電圧が供給されていない場合でも、モータが外力等により回転させられた場合は電源電圧の供給を再開し、モータへ制動力を発生させるインバータ制御が可能になる。
【００２９】
また、素子破壊が起きない程度の電流・温度の範囲内でスイッチング素子動作の制御が可能となり、従来技術において発生する可能性のあった過電流や高温等の要因による破壊を防止しつつ、過電圧を抑制することができる。
【００３０】
さらに、過電圧を抑制することによって外力が加えられた時の過電圧破壊が起こりにくくなるため、同使用環境でも過電圧抑制を行っていない場合に比べて発電定数Ｋｅの大きなモータが採用可能となる。これにより、モータ効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のモータ制御装置の実施例１を示すブロック図。
【図２】本発明のモータ制御装置の実施例２を示すブロック図。
【図３】本発明のモータ制御装置の実施例３を示すブロック図。
【図４】本発明のモータ制御装置の実施例４を示すブロック図。
【図５】本発明のモータ制御装置の実施例５を示すブロック図。
【図６】本発明のモータ制御装置の実施例５における停止時モータ駆動回路電源の構成例を示した図。
【図７】本発明のモータ制御装置の実施例６を示すブロック図。
【図８】従来技術の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
インバータ回路の停止指令が出ているときでもモータが回転させられた場合に、モータに制動力を発生させるインバータ制御が可能なことを簡単な構成で実現できる。
【実施例１】
【００３３】
本発明の実施例１を、図１を用いて説明する。
【００３４】
図１において、インバータ回路１は、直流電源２から入力した直流電圧を交流電圧に変換してモータ３に出力する。インバータ回路１は、一般的に６個のスイッチング素子と、それらに逆並列に接続された還流ダイオードから構成されており、また、スイッチング素子にはＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタ，バイポーラトランジスタ等が用いられる。
【００３５】
インバータ駆動回路４は、インバータ制御部５から制御信号を入力し、その制御信号に対応したゲート電圧を各スイッチング素子のゲート部に印加することでインバータ回路１を駆動する。インバータ回路１とインバータ駆動回路４は、例えば、インバータ回路１とインバータ駆動回路４をワンチップに集積した高耐圧ワンチップインバータＩＣを用いてもよい。
【００３６】
インバータ制御部５は、マイクロコンピュータやＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）などで形成される。また、後述する速度演算手段５１，起動指令受信手段５３，停止時速度制御手段５２，制御信号出力部５４などは、マイクロコンピュータのソフトウェア処理やポートを利用することで、インバータ制御部５であるマイクロコンピュータ内部で実現することができる。
【００３７】
回転位置検出部６はモータ３の回転位置情報ＶＨを速度演算手段５１へ出力するようになっている。回転位置検出部６は、例えば、ホール素子やホールＩＣ等の位置センサー等が用いられ、モータ３の誘起電圧と所定の位置関係をもつ回転位置情報ＶＨを、電圧値として出力する。
【００３８】
速度演算手段５１は、受信した回転位置情報ＶＨからモータ３の回転数Ｎを演算し、停止時速度制御手段５２へ出力するようになっている。
【００３９】
また、インバータ回路１の起動指令Ｖｓｐを受信する起動指令受信手段５３が設けられており、起動指令受信手段５３は、起動指令Ｖｓｐが運転指令か停止指令かを伝える信号として起動指令信号Ｖｓを停止時速度制御手段５２へ出力する。
【００４０】
停止時速度制御手段５２は、起動指令信号Ｖｓが停止指令の時、かつモータ３の回転数Ｎが、予め設定しておいた回転数以上となった時にモータ３を減速させる電流指令値Ｉ*を制御信号出力部５４へ出力するようになっている。
【００４１】
また、起動指令信号Ｖｓが運転指令の場合は、インバータ制御部５による通常通りのインバータ制御を行う。起動指令信号Ｖｓが停止指令の時でモータ３の回転数Ｎが所定値より小さい場合は、インバータ回路１は停止状態を維持する。
【００４２】
制御信号出力部５４は、モータ３に電流指令値Ｉ*が出力されるように、例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号等の制御信号ＵＴ〜ＷＢをインバータ駆動回路４に出力する。
【００４３】
また、インバータ駆動回路４やインバータ制御部５，インバータ回路１などの本発明におけるいくつかの構成部が、モータ３に内蔵される形態となる場合もある。
【００４４】
以上のような構成により、インバータ回路に停止指令が出ている時でも、モータが外力等により回転させられた場合、インバータ制御によってモータに制動力を発生させることができる。
【００４５】
また、モータに制動力を発生させることで誘起電圧を抑制することができるため、外力によるモータ回転時の過電圧破壊を防止することが可能となる。
【００４６】
更に、過電圧を抑制することによって、同使用環境においても発電定数Ｋｅの大きなモータが採用可能となるため、モータ効率の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の実施例２を、図２を用いて説明する。
【００４８】
図２の構成は、図１の構成に加えてモータ電流情報検出部７が設置されており、また、停止時速度制御手段５２は、モータ電流検出手段５２１と、速度指令演算手段５２２と、速度制御手段５２３とから構成されている。それ以外の構成は図１と同じであり、実施例１と同様にインバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが外力等により回転させられた場合、インバータ制御によってモータに制動力を発生させることができる。
【００４９】
モータ電流情報検出部７は、例えば、電流センサーや抵抗等から構成され、モータに流れる電流を検出するための情報を電圧値として取得し、モータ電流情報ＶＩｍとしてモータ電流検出手段５２１へ出力するようになっている。モータ電流検出手段５２１は、このモータ電流情報ＶＩｍを演算することでモータ電流を検出し、モータ電流検出値Ｉｍとして速度指令演算手段５２２へ出力する。速度指令演算手段５２２は、モータ電流検出値Ｉｍが予め設定しておいた電流値を超えた場合、設定した電流値近傍となるようなモータの回転数を演算し、速度指令値Ｎ*として速度制御手段５２３に出力する。
【００５０】
この時の設定値を、スイッチング素子が過電流破壊を起こさない電流に設定することで、過電流破壊を防止することができる。
【００５１】
速度制御手段５２３は、速度指令値Ｎ*と回転数Ｎの偏差が零近傍となるように第１の電圧調整値Ｉｑ*を演算し、この第１の電圧調整値Ｉｑ*に基づいて制御信号出力部５４が制御信号ＵＴ〜ＷＢを出力する様になっており、これによりモータの回転数Ｎが速度指令値Ｎ*近傍になるよう制御される。
【００５２】
ここで、第１の電圧調整値Ｉｑ*はｑ軸電流（磁束と直交したモータ電流成分）の指令値であり、ｑ軸電流を調整することで制動力トルクを制御できる。
【００５３】
以上のような構成により、モータに制動力を発生させた時に流れる電流が過電流となることを防ぎ、モータ制動時のスイッチング素子等の過電流破壊を防止することができる。
【実施例３】
【００５４】
本発明の実施例３を、図３を用いて説明する。
【００５５】
図３の構成は、図１の構成に加えてモータ温度情報検出部８が設置されており、また、停止時速度制御手段５２は、モータ温度検出手段５２４と、速度指令演算手段５２２と、速度制御手段５２３とから構成されている。それ以外の構成は図１と同じであり、実施例１と同様にインバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが外力等により回転させられた場合、インバータ制御によってモータに制動力を発生させることができる。
【００５６】
本実施例では、実施例２におけるモータ電流と同様に、モータ温度を検出し、回転数を制御することによって温度を予め設定しておいた所定値以下に保つようになっている。
【００５７】
モータ温度情報検出部８は、例えば、熱電対やサーミスタ等の温度センサーから構成され、モータ温度を検出するための情報を電圧値として取得し、モータ温度情報ＶＴｍとしてモータ温度検出手段５２４へ出力するようになっている。
【００５８】
モータ温度検出手段５２４は、このモータ温度情報ＶＴｍを演算することでモータ温度を検出し、モータ温度検出値Ｔｍとして速度指令演算手段５２２へ出力する。
【００５９】
速度指令演算手段５２２は、モータ温度検出値Ｔｍが予め設定しておいた温度を超えた場合、設定した温度近傍となるようなモータの回転数を演算し、速度指令値Ｎ*として速度制御手段５２３に出力する。この時の設定値を、構成部品が高温によって破壊することのない温度に設定する。
【００６０】
速度制御手段５２３は、速度指令値Ｎ*と回転数Ｎの偏差が零近傍となるようにｑ軸電流指令値である第１の電圧調整値Ｉｑ*を演算し、この第１の電圧調整値Ｉｑ*に基づいて制御信号出力部５４が制御信号ＵＴ〜ＷＢを出力する様になっており、モータの回転数Ｎが速度指令値Ｎ*近傍になるよう制御される。
【００６１】
以上のような構成により、モータに制動力を発生させた時にモータが過剰な高温となることを防ぎ、スイッチング素子等の構成部の熱的破壊を防止できる。
【実施例４】
【００６２】
本発明の実施例４を、図４を用いて説明する。
【００６３】
図４の構成は、図１に加えて、直流電圧検出部９，回生エネルギー検出手段５５，回生エネルギー制御手段５６が設置されており、それ以外の構成は図１と同様である。
【００６４】
本発明をエアコン等の家電用モータへ適用した場合、直流電源２は、一般的に、商用の交流電源より得た交流電圧を整流する整流回路から構成される場合が多い。モータが外力等により回転させられて回生エネルギーが生じると、直流電源２の電圧は直流電源２が生成する電圧値以上の電圧に持ち上がる。
【００６５】
本実施例では、直流電圧検出部９は回生エネルギーを検出するため、情報として直流電源２の電圧値Ｖｄを検出し、回生エネルギー検出手段５５に出力するようになっている。
【００６６】
また、回生エネルギーを検出するために、例えば、直流電源２の直流電力値や直流電流値等の情報を取得する方法もある。
【００６７】
回生エネルギー検出手段５５は、直流電源２の電圧値Ｖｄから回生エネルギーを演算する。回生エネルギー検出手段５５によって演算された値は、回生エネルギー検出値Ｅｒとして回生エネルギー制御手段５６に出力されるようになっている。
【００６８】
回生エネルギー制御手段５６は、回生エネルギー検出値ＥＲが零近傍になるように第２の電圧調整値Ｉｄ*を演算し、この第２の電圧調整値Ｉｄ*は制御信号出力部５４へ出力される。
【００６９】
ここで、第２の電圧調整値Ｉｄ*は、ｄ軸電流（磁束と並行したモータ電流成分）の指令値であり、ｄ軸電流を調整することで回生エネルギーを制御できる。
【００７０】
また、実施例１と同様に、停止時速度制御手段５２から制御信号出力部５４に電流指令値として第１の電圧調整値Ｉｑ*が出力されており、例えば、実施例２のように、停止時速度制御手段５２を構成することによって、過電流を防止するようなｑ軸電流指令値が制御信号出力部５４へ出力される。
【００７１】
制御信号出力部５４は、受信した第１の電圧調整値Ｉｑ*と第２の電圧調整値Ｉｄ*に基づき制御信号ＵＴ〜ＷＢを出力する様になっている。
【００７２】
以上のような構成により、回生エネルギーＥＲが零近傍に制御されるため、誘起電圧による電源電圧の持ち上がりを防止するようにモータに制動力を発生させることができる。
【実施例５】
【００７３】
本発明の実施例５を、図５を用いて説明する。
【００７４】
図５の構成は、図１の構成に、インバータ駆動回路４に電源電圧を供給するインバータ駆動回路電源１０と、インバータ制御部５に電源電圧を供給するインバータ制御部電源１１と、第２のインバータ駆動回路電源１２と、第２のインバータ制御部電源１３と、逆流防止部１４，１５とが加えられており、それ以外の構成は図１と同様である。
【００７５】
第２のインバータ駆動回路電源１２は、インバータ駆動回路電源１０からインバータ駆動回路４への電源電圧の供給が遮断もしくは低下した場合、インバータ駆動回路４へ電源電圧を供給する手段として構成されている。
【００７６】
第２のインバータ駆動回路電源１２は、インバータ駆動回路電源１０と、インバータ回路１の直流電圧入力側と、インバータ駆動回路４に接続されており、インバータ駆動回路電源１０から電源電圧が供給されていない場合に、インバータ回路１の直流電圧入力側から供給される誘起直流電圧を基に所定の電圧を生成し、インバータ駆動回路４に供給することを特徴としている。
【００７７】
ここで、誘起直流電圧は、モータが外力によって回転させられた時に発生する誘起電圧を直流電圧に変換したものであり、本実施例において誘起直流電圧は、交流電圧である誘起電圧が、直流電源の一部として備えられる平滑コンデンサと、インバータ回路１に備えられた還流ダイオードの作用により自動的に直流電圧へと変換され、直流に変換する電源回路を新たに設けることなく得られるよう構成されている。
【００７８】
逆流防止部１４は、ダイオード等の整流素子、またはスイッチング素子やリレー等から構成され、第２のインバータ駆動回路電源１２の生成した電圧がインバータ駆動回路電源１０側へ逆流するのを防止する。
【００７９】
また、第２のインバータ制御部電源１３および逆流防止部１５は、上述したような第２のインバータ駆動回路電源１２と逆流防止部１４の場合と同様の構成とすることで、インバータ制御部電源１１からの電源電圧の供給が遮断もしくは低下した時にモータが回転させられた場合、インバータ制御部５に電源を供給する手段として構成することができる。
【００８０】
図６に第２のインバータ駆動回路電源１２の構成例を示す。
【００８１】
図６における第２のインバータ駆動回路電源１２は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２、ツェナーダイオードＤＺから構成されている。
【００８２】
インバータ駆動回路電源１０による電源電圧の供給がない場合、ＭＯＳトランジスタＭ１がオフする。この時、モータが外力により回転すると誘起直流電圧がかかり、ＭＯＳトランジスタＭ２がオンする。これにより、誘起直流電圧がＭＯＳトランジスタＭ２を介してインバータ駆動回路電源電圧として出力される。点ａの電位がツェナーダイオードＤＺの降伏電圧以上となると、インバータ駆動回路電源電圧として一定の直流電圧を出力する。ツェナーダイオードＤＺの降伏電圧は、インバータ駆動回路４の電源電圧として適切な値に設定すれば良い。また、このときのツェナーダイオードＤＺの降伏電圧をインバータ制御部５の電源電圧として適切な値に設定することにより、同様の構成で第２のインバータ制御部電源１３も実施可能である。
【００８３】
また、インバータ駆動回路電源１０から電源電圧が供給されている場合は、ＭＯＳトランジスタＭ１がオン、ＭＯＳトランジスタＭ２がオフすることにより電圧の出力が止まる構成となっており、第２のインバータ駆動回路電源１２は、インバータ駆動回路電源１０がインバータ駆動回路４へ電源電圧を供給している場合はインバータ駆動回路４への電源電圧の生成を行わない。
【００８４】
以上のように、第２のインバータ駆動回路電源１２を構成し、図５のモータ制御装置における第２のインバータ駆動回路電源１２に適用することにより、インバータ駆動回路電源１０の電源電圧が供給されていない時にモータが外力により回転させられても、インバータ駆動回路４への電源電圧を供給することができる。
【００８５】
図５におけるインバータ駆動回路４やインバータ制御部５の電源電圧を生成する方法は、直流電源２の生成する直流電圧をレベル変換して得る方法や、交流電源を整流して得る方法、インバータ駆動回路４とインバータ制御部５の電源電圧の一方からレベル変換してもう一方の電源電圧を得る方法など様々な方法がある。
【００８６】
例えば、一方の電源電圧をレベル変換してもう一方の電源電圧を生成する場合は、生成基となる電源電圧を生成する方の第２の電源のみ設置すれば良い。また、電源電圧の供給が遮断もしくは低下した場合、例えば、供給を遮断するリレーの位置や数などによって第２の電源の設置有無や設置位置が変わるが、いずれの場合においても、適宜第２の電源を設置することによって、外力によりモータが回転した場合にはインバータ駆動回路４とインバータ制御部５に電源電圧を供給することを可能にする。
【００８７】
また、インバータ駆動回路４やインバータ制御部５への電源電圧の供給が遮断もしくは低下する場合としては、電源電圧の供給が行われなくなるようにリレーが開放されている場合や、停電や故障などの異常時等がある。
【００８８】
また本実施例は、実施例１〜４と同様にインバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが外力等により回転させられた場合、インバータ制御によってモータに制動力を発生させる構成になっている。
【００８９】
本発明の実施形態によると、インバータ駆動回路電源１０やインバータ制御部電源１１から電源電圧が供給されていない場合でも、外力によるモータ回転時にはインバータ駆動回路４とインバータ制御部５に電源電圧を供給することができるため、モータに制動力を発生させることができる。
【実施例６】
【００９０】
本発明の実施例６を、図７を用いて説明する。
【００９１】
図７は、図１の構成に、インバータ駆動回路４に電源電圧を供給するインバータ駆動回路電源１０と、インバータ制御部５に電源電圧を供給するインバータ制御部電源１１と、リレーＲＹと、リレー開放解除手段５７とが加えられており、それ以外の構成は図１と同様である。
【００９２】
リレー開放解除手段５７は、モータの回転数Ｎと起動指令信号Ｖｓが入力されるように構成されており、起動指令Ｖｓｐが停止指令で、かつ回転数が一定値以上であれば、リレーＲＹの開放を解除するようにリレー開閉信号ＶＲを出力するようになっている。
【００９３】
これにより、インバータ駆動回路への電源電圧の供給が遮断されている時もモータが回転した場合は電源電圧の供給を再開することができる。
【００９４】
本実施例は、実施例１〜４と同様にインバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが外力等により回転させられた場合、インバータ制御によってモータに制動力を発生させる構成になっている。
【００９５】
本発明の実施形態によると、インバータ駆動回路電源１０からの電源電圧がリレーＲＹにより遮断されている場合にも、外力によるモータ回転時には遮断を解除しインバータ駆動回路４に電源電圧を供給することができるため、モータに制動力を発生させることができる。
【００９６】
また、リレー開放解除手段５７は、図７の構成のようにインバータ制御部５内部で実現できるが、例えば、起動指令Ｖｓｐを出力する上位司令部等によっても可能である。
【００９７】
また、本実施例における図７の構成では、リレーＲＹはインバータ駆動回路電源１０とインバータ駆動回路４の間に設けられているが、リレーＲＹを開放することによってインバータ駆動回路電源１０からインバータ駆動回路４への電源電圧の供給が行われなくなる場合は、リレーＲＹの位置はどこにあっても構わない。
【００９８】
また、本実施例のリレーＲＹはインバータ駆動回路４への電源電圧の供給を遮断するものであったが、インバータ制御部５への電源電圧供給を遮断するリレーに対しても同様の構成を適用することで、モータ回転時には電源電圧の供給を再開させることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１ インバータ回路
２ 直流電源
３ モータ
４ インバータ駆動回路
５ インバータ制御部
６ 回転位置検出部
７ モータ電流情報検出部
８ モータ温度情報検出部
９ 直流電圧検出部
１０ インバータ駆動回路電源
１１ インバータ制御部電源
１２ 第２のインバータ駆動回路電源
１３ 第２のインバータ制御部電源
１４，１５ 逆流防止部
５１ 速度演算手段
５２ 停止時速度制御手段
５３ 起動指令受信手段
５４ 制御信号出力部
５５ 回生エネルギー検出手段
５６ 回生エネルギー制御手段
５７ リレー開放解除手段
５２１ モータ電流検出手段
５２２ 速度指令演算手段
５２３ 速度制御手段
５２４ モータ温度検出手段
ＲＹ リレー
Ｍ１，Ｍ２ ＭＯＳトランジスタ
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
ＤＺ ツェナーダイオード
Ｓ１〜Ｓ６ スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６ 還流ダイオード
Ｃ１〜Ｃ３ 保護回路
Ｖｓｐ 起動指令
Ｖｓ 起動指令信号
ＶＨ 回転位置情報
Ｎ 回転数
Ｉ* 電流指令値
ＵＴ，ＶＴ，ＷＴ，ＵＢ，ＶＢ，ＷＢ 制御信号
ＶＩｍ モータ電流情報
Ｉｍ モータ電流検出値
Ｎ* 速度指令値
Ｉｑ* 第１の電圧調整値
ＶＴｍ モータ温度情報
Ｔｍ モータ温度検出値
Ｖｄ* 直流電源２の電圧値
Ｅｒ 回生エネルギー検出値
Ｉｄ* 第２の電圧調整値
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ制御装置に係り、特に、インバータ制御を行うモータ制御装置であり、外力が加えられモータが回転した時に、モータの誘起電圧による過電圧を防止する技術を改良したモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコン室外機ファンモータ等のモータは、外風などの外力によってモータが回転させられることがある。モータが外力により回転させられると、モータが発電機として働き、以下に示した式で回転数に比例した電圧（誘起電圧）Ｅｏが発生する。
【０００３】
Ｅｏ＝Ｋｅ・ω （Ｋｅ：発電定数，ω：回転数）
ある発電定数Ｋｅのモータにおいて、外力が増加しモータの回転数が上がった場合、誘起電圧は回転数に伴って比例増加する。また、発電定数Ｋｅを大きくした場合も、同回転数における誘起電圧は大きくなる。誘起電圧が大きくなり使用素子の耐圧以上の高圧になった場合、過電圧による素子破壊が起こってしまう。そのため、過電圧を防止するためには、発電定数Ｋｅ、もしくは回転数ωのいずれかを抑える必要がある。
【０００４】
発電定数Ｋｅを小さくするとモータ効率が下がることから、発電定数Ｋｅを抑えることで過電圧を防止する方法は好ましくない。回転数ωを抑えて過電圧を防止する方法は、モータに制動力をかけることにより実現できる。
【０００５】
制動力をかける方法は様々な方法が提案されているが、大きく分けて機械的制動と電気的制動の２つの方法がある。但し、機械的制動は装置の小型化や低コスト化が困難であるため、近年は電気的制動への要望が強い。電気的制動を行う方法としては、特許文献１〜３に記載されているものが知られている。
【０００６】
特許文献１や特許文献２に記載されている方法は、モータからの回生エネルギーを検出し、インバータ制御により抑制することで、回生エネルギーによる過電圧を防止しつつ電気的制動をかけることができる方法である。ただし、これらの方法は、インバータ制御による駆動中のモータの減速・停止を行うためのものであり、駆動停止中のモータが外力により回転させられた様な場合は機能しない。
【０００７】
つまり、モータ駆動停止時にはインバータ回路の停止指令が出ているため、インバータ回路は駆動せず、モータに制動力をかけることができない。
【０００８】
また、特に、モータ制御装置に電源電圧が供給されていない時にモータが回転させられる様な場合は、モータ制御装置が作動しないため、インバータ制御自体を行うことができないという問題もある。
【０００９】
一方、特許文献３のように、モータ駆動停止時にも保護回路を備えることによって制動力をかける方法も提案されている。
【００１０】
図８は、保護回路を備えることにより過電圧を防止する機能を備えたモータ制御装置の説明図である。
【００１１】
該図に示す如く、モータ制御装置は、高圧直流電圧を生成する高圧直流電源２と、モータ３と、３相上下アームのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６と、それらに逆並列に接続された還流ダイオードＤ１〜Ｄ６と、下アームスイッチング素子のゲートに接続された保護回路Ｃ１〜Ｃ３とから概略構成されている。
【００１２】
電源電圧遮断時に外力によってモータが回転させられた場合、誘起電圧が一定以上になると保護回路の働きにより、下アームスイッチング素子をオンさせる。
【００１３】
これにより下アームスイッチング素子に電流が流れ、モータに制動力が働くようになっている。
【００１４】
ただし、上述の特許文献３のような方法では、過電圧は抑制されるが、電流の大きさに関らずスイッチング素子に通電させるため、回転数の上昇に伴って電流が増加し、過電流や温度上昇による素子破壊が起こる可能性があるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−２７５８８９号公報
【特許文献２】特開２００７−１３５４００号公報
【特許文献３】特開平１０−７０８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述のように、特許文献１，２の従来技術は、駆動中のモータに制動力をかけるものであり、インバータ回路の停止指令が出ている時には対応できない。
【００１７】
また、モータ制御装置に電源電圧が供給されていない状態では、インバータ制御自体を行うことができないため、インバータ制御による電気的制動を実施することができないという問題がある。
【００１８】
更に、特許文献３の従来技術は、インバータ回路の停止指令が出ている時でも制動力を発生させることができるが、スイッチング素子を常時オンさせるため、過電流や高温等の過電圧以外の要因による破壊が起こる可能性がある。
【００１９】
また、上記のような課題のため、現状では、エアコン室外機ファンモータのように、モータ駆動停止時に外力によりモータが回転させられる場合には、従来技術を適用することができず、モータの発電定数Ｋｅを抑えることによって過電圧を防止しており、モータ効率を上げられない要因となっている。
【００２０】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、インバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが回転させられた場合に、モータに制動力を発生させるインバータ制御が可能となるモータ制御装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明のモータ制御装置は、直流電圧を入力としたインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されたモータと、前記モータの回転位置を検出する回転位置検出部と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部とを備えたモータ制御装置において、前記回転位置検出部で検出したモータの回転位置からモータの回転数を演算する速度演算手段と、前記インバータ回路の起動指令を受信する起動指令受信手段と、前記起動指令受信手段で受信した指令が停止指令の時、かつ前記速度演算手段で演算した回転数が所定値を超えた時に前記回転数を減速させる停止時速度制御手段とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の他のモータ制御装置は、直流電圧を入力としたインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されたモータと、前記直流電圧を生成する直流電源と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記インバータ駆動回路の電源電圧を生成するインバータ駆動回路電源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電源から前記インバータ駆動回路へ供給する電源電圧が遮断もしくは低下した時に前記モータが外力により回転した場合、誘起電圧を直流電圧に整流した誘起直流電圧から前記インバータ駆動回路の電源電圧を生成する第２のインバータ駆動回路電源を備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の他のモータ制御装置は、直流電圧を入力としたインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されたモータと、前記直流電圧を生成する直流電源と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、前記インバータ制御部の電源電圧を生成するインバータ制御部電源とを備えたモータ制御装置において、前記インバータ制御部電源から前記インバータ制御部へ供給される電源電圧が遮断もしくは低下した時に前記モータが外力により回転した場合、誘起電圧を直流電圧に整流した誘起直流電圧から前記インバータ制御部の電源電圧を生成する第２のインバータ制御部電源を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の他のモータ制御装置は、直流電圧を入力としたインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されたモータと、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記インバータ駆動回路の電源電圧を生成するインバータ駆動回路電源と、前記インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、リレーと、前記リレーが開放していることにより前記インバータ駆動回路への電源電圧が供給されない時に前記モータが外力により回転させられた場合、前記リレーの開放を解除させるリレー開放解除手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の他のモータ制御装置は、直流電圧を入力としたインバータ回路と、前記インバータ回路に接続されたモータと、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、前記インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、前記インバータ制御部の電源電圧を生成するインバータ制御部電源と、リレーと、前記リレーが開放していることにより前記インバータ制御部への電源電圧が供給されない時に前記モータが外力により回転させられた場合、前記リレーの開放を解除させるリレー開放解除手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のモータ制御装置によれば、インバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが回転させられた場合に、モータに制動力を発生させるインバータ制御が可能となる効果がある。
【００２７】
さらに、回生エネルギーの抑制が可能となり、回生エネルギーによる過電圧を防止しつつモータに制動力を発生させることができる。
【００２８】
また、インバータ制御部やインバータ駆動部などに電源電圧が供給されていない場合でも、モータが外力等により回転させられた場合は電源電圧の供給を再開し、モータへ制動力を発生させるインバータ制御が可能になる。
【００２９】
また、素子破壊が起きない程度の電流・温度の範囲内でスイッチング素子動作の制御が可能となり、従来技術において発生する可能性のあった過電流や高温等の要因による破壊を防止しつつ、過電圧を抑制することができる。
【００３０】
さらに、過電圧を抑制することによって外力が加えられた時の過電圧破壊が起こりにくくなるため、同使用環境でも過電圧抑制を行っていない場合に比べて発電定数Ｋｅの大きなモータが採用可能となる。これにより、モータ効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のモータ制御装置の実施例１を示すブロック図。
【図２】本発明のモータ制御装置の実施例２を示すブロック図。
【図３】本発明のモータ制御装置の実施例３を示すブロック図。
【図４】本発明のモータ制御装置の実施例４を示すブロック図。
【図５】本発明のモータ制御装置の実施例５を示すブロック図。
【図６】本発明のモータ制御装置の実施例５における停止時モータ駆動回路電源の構成例を示した図。
【図７】本発明のモータ制御装置の実施例６を示すブロック図。
【図８】従来技術の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
インバータ回路の停止指令が出ているときでもモータが回転させられた場合に、モータに制動力を発生させるインバータ制御が可能なことを簡単な構成で実現できる。
【実施例１】
【００３３】
本発明の実施例１を、図１を用いて説明する。
【００３４】
図１において、インバータ回路１は、直流電源２から入力した直流電圧を交流電圧に変換してモータ３に出力する。インバータ回路１は、一般的に６個のスイッチング素子と、それらに逆並列に接続された還流ダイオードから構成されており、また、スイッチング素子にはＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタ，バイポーラトランジスタ等が用いられる。
【００３５】
インバータ駆動回路４は、インバータ制御部５から制御信号を入力し、その制御信号に対応したゲート電圧を各スイッチング素子のゲート部に印加することでインバータ回路１を駆動する。インバータ回路１とインバータ駆動回路４は、例えば、インバータ回路１とインバータ駆動回路４をワンチップに集積した高耐圧ワンチップインバータＩＣを用いてもよい。
【００３６】
インバータ制御部５は、マイクロコンピュータやＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）などで形成される。また、後述する速度演算手段５１，起動指令受信手段５３，停止時速度制御手段５２，制御信号出力部５４などは、マイクロコンピュータのソフトウェア処理やポートを利用することで、インバータ制御部５であるマイクロコンピュータ内部で実現することができる。
【００３７】
回転位置検出部６はモータ３の回転位置情報ＶＨを速度演算手段５１へ出力するようになっている。回転位置検出部６は、例えば、ホール素子やホールＩＣ等の位置センサー等が用いられ、モータ３の誘起電圧と所定の位置関係をもつ回転位置情報ＶＨを、電圧値として出力する。
【００３８】
速度演算手段５１は、受信した回転位置情報ＶＨからモータ３の回転数Ｎを演算し、停止時速度制御手段５２へ出力するようになっている。
【００３９】
また、インバータ回路１の起動指令Ｖｓｐを受信する起動指令受信手段５３が設けられており、起動指令受信手段５３は、起動指令Ｖｓｐが運転指令か停止指令かを伝える信号として起動指令信号Ｖｓを停止時速度制御手段５２へ出力する。
【００４０】
停止時速度制御手段５２は、起動指令信号Ｖｓが停止指令の時、かつモータ３の回転数Ｎが、予め設定しておいた回転数以上となった時にモータ３を減速させる電流指令値Ｉ*を制御信号出力部５４へ出力するようになっている。
【００４１】
また、起動指令信号Ｖｓが運転指令の場合は、インバータ制御部５による通常通りのインバータ制御を行う。起動指令信号Ｖｓが停止指令の時でモータ３の回転数Ｎが所定値より小さい場合は、インバータ回路１は停止状態を維持する。
【００４２】
制御信号出力部５４は、モータ３に電流指令値Ｉ*が出力されるように、例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号等の制御信号ＵＴ〜ＷＢをインバータ駆動回路４に出力する。
【００４３】
また、インバータ駆動回路４やインバータ制御部５，インバータ回路１などの本発明におけるいくつかの構成部が、モータ３に内蔵される形態となる場合もある。
【００４４】
以上のような構成により、インバータ回路に停止指令が出ている時でも、モータが外力等により回転させられた場合、インバータ制御によってモータに制動力を発生させることができる。
【００４５】
また、モータに制動力を発生させることで誘起電圧を抑制することができるため、外力によるモータ回転時の過電圧破壊を防止することが可能となる。
【００４６】
更に、過電圧を抑制することによって、同使用環境においても発電定数Ｋｅの大きなモータが採用可能となるため、モータ効率の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の実施例２を、図２を用いて説明する。
【００４８】
図２の構成は、図１の構成に加えてモータ電流情報検出部７が設置されており、また、停止時速度制御手段５２は、モータ電流検出手段５２１と、速度指令演算手段５２２と、速度制御手段５２３とから構成されている。それ以外の構成は図１と同じであり、実施例１と同様にインバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが外力等により回転させられた場合、インバータ制御によってモータに制動力を発生させることができる。
【００４９】
モータ電流情報検出部７は、例えば、電流センサーや抵抗等から構成され、モータに流れる電流を検出するための情報を電圧値として取得し、モータ電流情報ＶＩｍとしてモータ電流検出手段５２１へ出力するようになっている。モータ電流検出手段５２１は、このモータ電流情報ＶＩｍを演算することでモータ電流を検出し、モータ電流検出値Ｉｍとして速度指令演算手段５２２へ出力する。速度指令演算手段５２２は、モータ電流検出値Ｉｍが予め設定しておいた電流値を超えた場合、設定した電流値近傍となるようなモータの回転数を演算し、速度指令値Ｎ*として速度制御手段５２３に出力する。
【００５０】
この時の設定値を、スイッチング素子が過電流破壊を起こさない電流に設定することで、過電流破壊を防止することができる。
【００５１】
速度制御手段５２３は、速度指令値Ｎ*と回転数Ｎの偏差が零近傍となるように第１の電圧調整値Ｉｑ*を演算し、この第１の電圧調整値Ｉｑ*に基づいて制御信号出力部５４が制御信号ＵＴ〜ＷＢを出力する様になっており、これによりモータの回転数Ｎが速度指令値Ｎ*近傍になるよう制御される。
【００５２】
ここで、第１の電圧調整値Ｉｑ*はｑ軸電流（磁束と直交したモータ電流成分）の指令値であり、ｑ軸電流を調整することで制動力トルクを制御できる。
【００５３】
以上のような構成により、モータに制動力を発生させた時に流れる電流が過電流となることを防ぎ、モータ制動時のスイッチング素子等の過電流破壊を防止することができる。
【実施例３】
【００５４】
本発明の実施例３を、図３を用いて説明する。
【００５５】
図３の構成は、図１の構成に加えてモータ温度情報検出部８が設置されており、また、停止時速度制御手段５２は、モータ温度検出手段５２４と、速度指令演算手段５２２と、速度制御手段５２３とから構成されている。それ以外の構成は図１と同じであり、実施例１と同様にインバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが外力等により回転させられた場合、インバータ制御によってモータに制動力を発生させることができる。
【００５６】
本実施例では、実施例２におけるモータ電流と同様に、モータ温度を検出し、回転数を制御することによって温度を予め設定しておいた所定値以下に保つようになっている。
【００５７】
モータ温度情報検出部８は、例えば、熱電対やサーミスタ等の温度センサーから構成され、モータ温度を検出するための情報を電圧値として取得し、モータ温度情報ＶＴｍとしてモータ温度検出手段５２４へ出力するようになっている。
【００５８】
モータ温度検出手段５２４は、このモータ温度情報ＶＴｍを演算することでモータ温度を検出し、モータ温度検出値Ｔｍとして速度指令演算手段５２２へ出力する。
【００５９】
速度指令演算手段５２２は、モータ温度検出値Ｔｍが予め設定しておいた温度を超えた場合、設定した温度近傍となるようなモータの回転数を演算し、速度指令値Ｎ*として速度制御手段５２３に出力する。この時の設定値を、構成部品が高温によって破壊することのない温度に設定する。
【００６０】
速度制御手段５２３は、速度指令値Ｎ*と回転数Ｎの偏差が零近傍となるようにｑ軸電流指令値である第１の電圧調整値Ｉｑ*を演算し、この第１の電圧調整値Ｉｑ*に基づいて制御信号出力部５４が制御信号ＵＴ〜ＷＢを出力する様になっており、モータの回転数Ｎが速度指令値Ｎ*近傍になるよう制御される。
【００６１】
以上のような構成により、モータに制動力を発生させた時にモータが過剰な高温となることを防ぎ、スイッチング素子等の構成部の熱的破壊を防止できる。
【実施例４】
【００６２】
本発明の実施例４を、図４を用いて説明する。
【００６３】
図４の構成は、図１に加えて、直流電圧検出部９，回生エネルギー検出手段５５，回生エネルギー制御手段５６が設置されており、それ以外の構成は図１と同様である。
【００６４】
本発明をエアコン等の家電用モータへ適用した場合、直流電源２は、一般的に、商用の交流電源より得た交流電圧を整流する整流回路から構成される場合が多い。モータが外力等により回転させられて回生エネルギーが生じると、直流電源２の電圧は直流電源２が生成する電圧値以上の電圧に持ち上がる。
【００６５】
本実施例では、直流電圧検出部９は回生エネルギーを検出するため、情報として直流電源２の電圧値Ｖｄを検出し、回生エネルギー検出手段５５に出力するようになっている。
【００６６】
また、回生エネルギーを検出するために、例えば、直流電源２の直流電力値や直流電流値等の情報を取得する方法もある。
【００６７】
回生エネルギー検出手段５５は、直流電源２の電圧値Ｖｄから回生エネルギーを演算する。回生エネルギー検出手段５５によって演算された値は、回生エネルギー検出値Ｅｒとして回生エネルギー制御手段５６に出力されるようになっている。
【００６８】
回生エネルギー制御手段５６は、回生エネルギー検出値ＥＲが零近傍になるように第２の電圧調整値Ｉｄ*を演算し、この第２の電圧調整値Ｉｄ*は制御信号出力部５４へ出力される。
【００６９】
ここで、第２の電圧調整値Ｉｄ*は、ｄ軸電流（磁束と並行したモータ電流成分）の指令値であり、ｄ軸電流を調整することで回生エネルギーを制御できる。
【００７０】
また、実施例１と同様に、停止時速度制御手段５２から制御信号出力部５４に電流指令値として第１の電圧調整値Ｉｑ*が出力されており、例えば、実施例２のように、停止時速度制御手段５２を構成することによって、過電流を防止するようなｑ軸電流指令値が制御信号出力部５４へ出力される。
【００７１】
制御信号出力部５４は、受信した第１の電圧調整値Ｉｑ*と第２の電圧調整値Ｉｄ*に基づき制御信号ＵＴ〜ＷＢを出力する様になっている。
【００７２】
以上のような構成により、回生エネルギーＥＲが零近傍に制御されるため、誘起電圧による電源電圧の持ち上がりを防止するようにモータに制動力を発生させることができる。
【実施例５】
【００７３】
本発明の実施例５を、図５を用いて説明する。
【００７４】
図５の構成は、図１の構成に、インバータ駆動回路４に電源電圧を供給するインバータ駆動回路電源１０と、インバータ制御部５に電源電圧を供給するインバータ制御部電源１１と、第２のインバータ駆動回路電源１２と、第２のインバータ制御部電源１３と、逆流防止部１４，１５とが加えられており、それ以外の構成は図１と同様である。
【００７５】
第２のインバータ駆動回路電源１２は、インバータ駆動回路電源１０からインバータ駆動回路４への電源電圧の供給が遮断もしくは低下した場合、インバータ駆動回路４へ電源電圧を供給する手段として構成されている。
【００７６】
第２のインバータ駆動回路電源１２は、インバータ駆動回路電源１０と、インバータ回路１の直流電圧入力側と、インバータ駆動回路４に接続されており、インバータ駆動回路電源１０から電源電圧が供給されていない場合に、インバータ回路１の直流電圧入力側から供給される誘起直流電圧を基に所定の電圧を生成し、インバータ駆動回路４に供給することを特徴としている。
【００７７】
ここで、誘起直流電圧は、モータが外力によって回転させられた時に発生する誘起電圧を直流電圧に変換したものであり、本実施例において誘起直流電圧は、交流電圧である誘起電圧が、直流電源の一部として備えられる平滑コンデンサと、インバータ回路１に備えられた還流ダイオードの作用により自動的に直流電圧へと変換され、直流に変換する電源回路を新たに設けることなく得られるよう構成されている。
【００７８】
逆流防止部１４は、ダイオード等の整流素子、またはスイッチング素子やリレー等から構成され、第２のインバータ駆動回路電源１２の生成した電圧がインバータ駆動回路電源１０側へ逆流するのを防止する。
【００７９】
また、第２のインバータ制御部電源１３および逆流防止部１５は、上述したような第２のインバータ駆動回路電源１２と逆流防止部１４の場合と同様の構成とすることで、インバータ制御部電源１１からの電源電圧の供給が遮断もしくは低下した時にモータが回転させられた場合、インバータ制御部５に電源を供給する手段として構成することができる。
【００８０】
図６に第２のインバータ駆動回路電源１２の構成例を示す。
【００８１】
図６における第２のインバータ駆動回路電源１２は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２、ツェナーダイオードＤＺから構成されている。
【００８２】
インバータ駆動回路電源１０による電源電圧の供給がない場合、ＭＯＳトランジスタＭ１がオフする。この時、モータが外力により回転すると誘起直流電圧がかかり、ＭＯＳトランジスタＭ２がオンする。これにより、誘起直流電圧がＭＯＳトランジスタＭ２を介してインバータ駆動回路電源電圧として出力される。点ａの電位がツェナーダイオードＤＺの降伏電圧以上となると、インバータ駆動回路電源電圧として一定の直流電圧を出力する。ツェナーダイオードＤＺの降伏電圧は、インバータ駆動回路４の電源電圧として適切な値に設定すれば良い。また、このときのツェナーダイオードＤＺの降伏電圧をインバータ制御部５の電源電圧として適切な値に設定することにより、同様の構成で第２のインバータ制御部電源１３も実施可能である。
【００８３】
また、インバータ駆動回路電源１０から電源電圧が供給されている場合は、ＭＯＳトランジスタＭ１がオン、ＭＯＳトランジスタＭ２がオフすることにより電圧の出力が止まる構成となっており、第２のインバータ駆動回路電源１２は、インバータ駆動回路電源１０がインバータ駆動回路４へ電源電圧を供給している場合はインバータ駆動回路４への電源電圧の生成を行わない。
【００８４】
以上のように、第２のインバータ駆動回路電源１２を構成し、図５のモータ制御装置における第２のインバータ駆動回路電源１２に適用することにより、インバータ駆動回路電源１０の電源電圧が供給されていない時にモータが外力により回転させられても、インバータ駆動回路４への電源電圧を供給することができる。
【００８５】
図５におけるインバータ駆動回路４やインバータ制御部５の電源電圧を生成する方法は、直流電源２の生成する直流電圧をレベル変換して得る方法や、交流電源を整流して得る方法、インバータ駆動回路４とインバータ制御部５の電源電圧の一方からレベル変換してもう一方の電源電圧を得る方法など様々な方法がある。
【００８６】
例えば、一方の電源電圧をレベル変換してもう一方の電源電圧を生成する場合は、生成基となる電源電圧を生成する方の第２の電源のみ設置すれば良い。また、電源電圧の供給が遮断もしくは低下した場合、例えば、供給を遮断するリレーの位置や数などによって第２の電源の設置有無や設置位置が変わるが、いずれの場合においても、適宜第２の電源を設置することによって、外力によりモータが回転した場合にはインバータ駆動回路４とインバータ制御部５に電源電圧を供給することを可能にする。
【００８７】
また、インバータ駆動回路４やインバータ制御部５への電源電圧の供給が遮断もしくは低下する場合としては、電源電圧の供給が行われなくなるようにリレーが開放されている場合や、停電や故障などの異常時等がある。
【００８８】
また本実施例は、実施例１〜４と同様にインバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが外力等により回転させられた場合、インバータ制御によってモータに制動力を発生させる構成になっている。
【００８９】
本発明の実施形態によると、インバータ駆動回路電源１０やインバータ制御部電源１１から電源電圧が供給されていない場合でも、外力によるモータ回転時にはインバータ駆動回路４とインバータ制御部５に電源電圧を供給することができるため、モータに制動力を発生させることができる。
【実施例６】
【００９０】
本発明の実施例６を、図７を用いて説明する。
【００９１】
図７は、図１の構成に、インバータ駆動回路４に電源電圧を供給するインバータ駆動回路電源１０と、インバータ制御部５に電源電圧を供給するインバータ制御部電源１１と、リレーＲＹと、リレー開放解除手段５７とが加えられており、それ以外の構成は図１と同様である。
【００９２】
リレー開放解除手段５７は、モータの回転数Ｎと起動指令信号Ｖｓが入力されるように構成されており、起動指令Ｖｓｐが停止指令で、かつ回転数が一定値以上であれば、リレーＲＹの開放を解除するようにリレー開閉信号ＶＲを出力するようになっている。
【００９３】
これにより、インバータ駆動回路への電源電圧の供給が遮断されている時もモータが回転した場合は電源電圧の供給を再開することができる。
【００９４】
本実施例は、実施例１〜４と同様にインバータ回路の停止指令が出ている時でも、モータが外力等により回転させられた場合、インバータ制御によってモータに制動力を発生させる構成になっている。
【００９５】
本発明の実施形態によると、インバータ駆動回路電源１０からの電源電圧がリレーＲＹにより遮断されている場合にも、外力によるモータ回転時には遮断を解除しインバータ駆動回路４に電源電圧を供給することができるため、モータに制動力を発生させることができる。
【００９６】
また、リレー開放解除手段５７は、図７の構成のようにインバータ制御部５内部で実現できるが、例えば、起動指令Ｖｓｐを出力する上位司令部等によっても可能である。
【００９７】
また、本実施例における図７の構成では、リレーＲＹはインバータ駆動回路電源１０とインバータ駆動回路４の間に設けられているが、リレーＲＹを開放することによってインバータ駆動回路電源１０からインバータ駆動回路４への電源電圧の供給が行われなくなる場合は、リレーＲＹの位置はどこにあっても構わない。
【００９８】
また、本実施例のリレーＲＹはインバータ駆動回路４への電源電圧の供給を遮断するものであったが、インバータ制御部５への電源電圧供給を遮断するリレーに対しても同様の構成を適用することで、モータ回転時には電源電圧の供給を再開させることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１ インバータ回路
２ 直流電源
３ モータ
４ インバータ駆動回路
５ インバータ制御部
６ 回転位置検出部
７ モータ電流情報検出部
８ モータ温度情報検出部
９ 直流電圧検出部
１０ インバータ駆動回路電源
１１ インバータ制御部電源
１２ 第２のインバータ駆動回路電源
１３ 第２のインバータ制御部電源
１４，１５ 逆流防止部
５１ 速度演算手段
５２ 停止時速度制御手段
５３ 起動指令受信手段
５４ 制御信号出力部
５５ 回生エネルギー検出手段
５６ 回生エネルギー制御手段
５７ リレー開放解除手段
５２１ モータ電流検出手段
５２２ 速度指令演算手段
５２３ 速度制御手段
５２４ モータ温度検出手段
ＲＹ リレー
Ｍ１，Ｍ２ ＭＯＳトランジスタ
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
ＤＺ ツェナーダイオード
Ｓ１〜Ｓ６ スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６ 還流ダイオード
Ｃ１〜Ｃ３ 保護回路
Ｖｓｐ 起動指令
Ｖｓ 起動指令信号
ＶＨ 回転位置情報
Ｎ 回転数
Ｉ* 電流指令値
ＵＴ，ＶＴ，ＷＴ，ＵＢ，ＶＢ，ＷＢ 制御信号
ＶＩｍ モータ電流情報
Ｉｍ モータ電流検出値
Ｎ* 速度指令値
Ｉｑ* 第１の電圧調整値
ＶＴｍ モータ温度情報
Ｔｍ モータ温度検出値
Ｖｄ* 直流電源２の電圧値
Ｅｒ 回生エネルギー検出値
Ｉｄ* 第２の電圧調整値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を入力としたインバータ回路と、該インバータ回路に接続されたモータと、該モータの回転位置を検出する回転位置検出部と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、該インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部とを備えたモータ制御装置において、
前記回転位置検出部で検出したモータの回転位置からモータの回転数を演算する速度演算手段と、前記インバータ回路の起動指令を受信する起動指令受信手段と、前記起動指令受信手段で受信した指令が停止指令の時、かつ前記速度演算手段で演算した回転数が所定値を超えた時に前記回転数を減速させる停止時速度制御手段とを有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に記載のモータ制御装置において、
前記停止時速度制御手段は、前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流検出値が所定値近傍となるように速度指令値を演算する速度指令演算手段と、前記速度指令演算手段の出力の速度指令値と前記回転数の偏差が零近傍となるように第１の電圧調整値を演算する速度制御手段とからなることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記停止時速度制御手段は、前記モータの温度を検出するモータ温度検出手段と、前記モータ温度検出手段で検出したモータ温度検出値が所定値近傍となるように速度指令値を演算する速度指令演算手段と、前記速度指令演算手段の出力の速度指令値と前記回転数の偏差が零近傍となるように第１の電圧調整値を演算する速度制御手段とからなることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のモータ制御装置において、
直流電力，直流電流、あるいは直流電圧の少なくとも一つを検出する回生エネルギー検出手段と、前記回生エネルギー検出手段からの検出値を用いて前記モータから前記直流電源に回生される電力が零近傍になるように第２の電圧調整値を制御する回生エネルギー制御手段を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
直流電圧を入力としたインバータ回路と、該インバータ回路に接続されたモータと、前記直流電圧を生成する直流電源と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、該インバータ駆動回路の電源電圧を生成するインバータ駆動回路電源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電源から前記インバータ駆動回路へ供給する電源電圧が遮断もしくは低下した時に前記モータが外力により回転した場合、誘起電圧を直流電圧に整流した誘起直流電圧から前記インバータ駆動回路の電源電圧を生成する第２のインバータ駆動回路電源を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
直流電圧を入力としたインバータ回路と、該インバータ回路に接続されたモータと、前記直流電圧を生成する直流電源と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、該インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、前記インバータ制御部の電源電圧を生成するインバータ制御部電源とを備えたモータ制御装置において、
前記インバータ制御部電源から前記インバータ制御部へ供給される電源電圧が遮断もしくは低下した時に前記モータが外力により回転した場合、誘起電圧を直流電圧に整流した誘起直流電圧から前記インバータ制御部の電源電圧を生成する第２のインバータ制御部電源を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載のモータ制御装置において、
前記第２のインバータ駆動回路電源が、前記インバータ駆動回路電源から前記インバータ駆動回路へ供給される電源電圧が遮断もしくは低下しているときのみ、前記インバータ駆動回路の電源電圧を生成することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
請求項６に記載のモータ制御装置において、
前記第２のインバータ制御部電源が、前記インバータ制御部電源から前記インバータ制御部へ供給される電源電圧が遮断もしくは低下しているときのみ、前記インバータ制御部の電源電圧を生成することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項９】
直流電圧を入力としたインバータ回路と、該インバータ回路に接続されたモータと、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、該インバータ駆動回路の電源電圧を生成するインバータ駆動回路電源と、前記インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、リレーと、該リレーが開放していることにより前記インバータ駆動回路への電源電圧が供給されない時に前記モータが外力により回転させられた場合、前記リレーの開放を解除させるリレー開放解除手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１０】
直流電圧を入力としたインバータ回路と、該インバータ回路に接続されたモータと、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、該インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、該インバータ制御部の電源電圧を生成するインバータ制御部電源と、リレーと、該リレーが開放していることにより前記インバータ制御部への電源電圧が供給されない時に前記モータが外力により回転させられた場合、前記リレーの開放を解除させるリレー開放解除手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１】
直流電圧を入力としたインバータ回路と、該インバータ回路に接続されたモータと、該モータの回転位置を検出する回転位置検出部と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、該インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部とを備えたモータ制御装置において、
前記回転位置検出部で検出したモータの回転位置からモータの回転数を演算する速度演算手段と、前記インバータ回路の起動指令を受信する起動指令受信手段と、前記起動指令受信手段で受信した指令が停止指令の時、かつ前記速度演算手段で演算した回転数が所定値を超えた時に前記回転数を減速させる停止時速度制御手段とを有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に記載のモータ制御装置において、
前記停止時速度制御手段は、前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段と、前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流検出値が所定値近傍となるように速度指令値を演算する速度指令演算手段と、前記速度指令演算手段の出力の速度指令値と前記回転数の偏差が零近傍となるように第１の電圧調整値を演算する速度制御手段とからなることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記停止時速度制御手段は、前記モータの温度を検出するモータ温度検出手段と、前記モータ温度検出手段で検出したモータ温度検出値が所定値近傍となるように速度指令値を演算する速度指令演算手段と、前記速度指令演算手段の出力の速度指令値と前記回転数の偏差が零近傍となるように第１の電圧調整値を演算する速度制御手段とからなることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のモータ制御装置において、
直流電力，直流電流、あるいは直流電圧の少なくとも一つを検出する回生エネルギー検出手段と、前記回生エネルギー検出手段からの検出値を用いて前記モータから前記直流電源に回生される電力が零近傍になるように第２の電圧調整値を制御する回生エネルギー制御手段を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
直流電圧を入力としたインバータ回路と、該インバータ回路に接続されたモータと、前記直流電圧を生成する直流電源と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、該インバータ駆動回路の電源電圧を生成するインバータ駆動回路電源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電源から前記インバータ駆動回路へ供給する電源電圧が遮断もしくは低下した時に前記モータが外力により回転した場合、誘起電圧を直流電圧に整流した誘起直流電圧から前記インバータ駆動回路の電源電圧を生成する第２のインバータ駆動回路電源を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
直流電圧を入力としたインバータ回路と、該インバータ回路に接続されたモータと、前記直流電圧を生成する直流電源と、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、該インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、前記インバータ制御部の電源電圧を生成するインバータ制御部電源とを備えたモータ制御装置において、
前記インバータ制御部電源から前記インバータ制御部へ供給される電源電圧が遮断もしくは低下した時に前記モータが外力により回転した場合、誘起電圧を直流電圧に整流した誘起直流電圧から前記インバータ制御部の電源電圧を生成する第２のインバータ制御部電源を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載のモータ制御装置において、
前記第２のインバータ駆動回路電源が、前記インバータ駆動回路電源から前記インバータ駆動回路へ供給される電源電圧が遮断もしくは低下しているときのみ、前記インバータ駆動回路の電源電圧を生成することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
請求項６に記載のモータ制御装置において、
前記第２のインバータ制御部電源が、前記インバータ制御部電源から前記インバータ制御部へ供給される電源電圧が遮断もしくは低下しているときのみ、前記インバータ制御部の電源電圧を生成することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項９】
直流電圧を入力としたインバータ回路と、該インバータ回路に接続されたモータと、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、該インバータ駆動回路の電源電圧を生成するインバータ駆動回路電源と、前記インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、リレーと、該リレーが開放していることにより前記インバータ駆動回路への電源電圧が供給されない時に前記モータが外力により回転させられた場合、前記リレーの開放を解除させるリレー開放解除手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１０】
直流電圧を入力としたインバータ回路と、該インバータ回路に接続されたモータと、前記インバータ回路を駆動するインバータ駆動回路と、該インバータ駆動回路に制御信号を送るインバータ制御部と、該インバータ制御部の電源電圧を生成するインバータ制御部電源と、リレーと、該リレーが開放していることにより前記インバータ制御部への電源電圧が供給されない時に前記モータが外力により回転させられた場合、前記リレーの開放を解除させるリレー開放解除手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１０３７０７（Ｐ２０１１−１０３７０７Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５６６３１（Ｐ２００９−２５６６３１）
【出願日】平成２１年１１月１０日（２００９．１１．１０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３３２７３）日立原町電子工業株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１０日（２００９．１１．１０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３３２７３）日立原町電子工業株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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