電動機駆動装置
【課題】現行システムに対して必要最小限な装置を付加するだけで、装置の信頼性を低下させることなく電動機巻線抵抗の測定、電動機巻線温度測定及び電動機巻線過熱保護を行える電動機駆動装置を提供する。
【解決手段】演算処理装置ＣＰＵ４１により通電角度を固定し、演算処理装置ＣＰＵ４１からのＰＷＭ信号の時間幅を計測するとともに、電流検出素子６及び電流検出手段３１の検出結果、母線電圧検出手段１１によって検出された母線電圧及び前記計測したＰＷＭ時間幅に基づき電動機３の巻線抵抗を算出し、予め設定したＭＡＰによって巻線温度を推定する演算処理装置ＣＰＵ４２を付加的に設けた。
【解決手段】演算処理装置ＣＰＵ４１により通電角度を固定し、演算処理装置ＣＰＵ４１からのＰＷＭ信号の時間幅を計測するとともに、電流検出素子６及び電流検出手段３１の検出結果、母線電圧検出手段１１によって検出された母線電圧及び前記計測したＰＷＭ時間幅に基づき電動機３の巻線抵抗を算出し、予め設定したＭＡＰによって巻線温度を推定する演算処理装置ＣＰＵ４２を付加的に設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍空調装置・家電機器の電動機駆動等に利用する電動機駆動装置に関するものであり、特にテスターや温度センサを用いずに巻線抵抗・温度算出を行う機能を付加した電動機駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低廉・高性能な可変電圧・可変周波数インバータが実用化されるに従って、各種の可変速電動機駆動の応用分野が開拓されてきた。その中で、大トルク・大容量のインバータが求められるようになってきている。一方、駆動装置の高性能化とともに、装置の信頼性向上の観点から、電動機の過熱焼損保護に対する要求も年々高まってきている。
現在、電動機を駆動するために用いる電動機巻線抵抗は、テスターやミリオーム計等を用いて事前に手動で測定して制御定数として設定する方法の他に、センサレス制御技術の進化を受け推定シーケンスを付加して定数推定を自動的に行う方法等が提案されてきている。
また、電動機巻線温度計測・過熱焼損防止に関しては、バイメタルやサーミスタ等により直接巻線温度を計測して行う方法が一般に用いられ、例えば電動機固定子のスロット内にある電動機巻線の隙間にセンサを設置する等で温度計測が行われる。また、温度計測の場合も、巻線抵抗同様に推定・保護シーケンスを付加して定数推定を自動的に行う等の手法が提案されている。
【０００３】
例えば、コイルの両端電圧を測定し、予め設定した設定電圧と比較することによりコイルの状態を検知して過熱焼損保護を行う保護装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。
また、複数のインバータを並列運転した場合の誘導電動機一次・二次巻線抵抗値の推定を行うインバータ装置が開示されている（例えば特許文献２参照）。
また、３つの異なる周波数を用いて誘導電動機の一次・二次巻線抵抗値を含む電気的定数の各パラメータを推定する誘導電動機制御装置が開示されている（例えば特許文献３参照）。
また、試験電源の有効電力と無効電力を演算することにより誘導電動機の一次・二次巻線抵抗値を含む電気的定数の各パラメータを推定する誘導電動機制御装置が開示されている（例えば特許文献４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１７４０１９号公報（第４頁，第１図、第３図）
【特許文献２】特許第３３０２７９９号公報
【特許文献３】特許第３５２６８７６号公報（第７頁〜第８頁，図１〜図４）
【特許文献４】特許第３７７１２３９号公報（第１６頁〜第１７頁，図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜４で示される従来例では、電動機巻線抵抗の測定や、電動機巻線温度測定・電動機巻線の過熱保護は前記のように構成されているので、１システム内で行うものが多く、ユーザの要望等によって、電動機巻線の種別を変更する場合や・生産途中における電動機構成要素の素材変更を伴う場合や、システムの構成要素自体の変更を余儀なくされる場合（インバータ交換等）など、システムの小変更に対して設置上あるいは構造上の制約が多く、信頼性の確保が難しかった。
また、汎用インバータ等を用いて独自なシステム構築を行う場合、電動機巻線温度測定・電動機巻線の過熱保護を行う際に、上記と同様の問題により信頼性の確保が難しかった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、現行システムに対して必要最小限な装置を付加するだけで、装置の信頼性を低下させることなく電動機巻線抵抗の測定や、電動機巻線温度測定・電動機巻線の過熱保護を行える電動機駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電動機駆動装置は、直流電圧源と、電動機を駆動するインバータと、インバータを制御する第１の演算処理装置と、直流母線経路の電流を検出する電流検出手段と、直流母線経路の電圧を検出する母線電圧検出手段と、ＰＷＭ信号の時間幅を計測するとともに、電流検出手段の出力、母線電圧検出手段の検出結果及び計測したＰＷＭ時間幅に基づき電動機の巻線抵抗を算出する第２の演算処理装置と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、温度センサによらない手法で電動機巻線抵抗を検出するので、設置制約や構造制約の観点から直接の巻線抵抗・巻線温度のセンシングが困難な場合であっても、それほどコストアップせずに巻線抵抗を測定することができる。なお、この巻線抵抗測定が行われることにより、事前に得られた巻線抵抗と巻線温度の関係を用いて巻線温度を求めることが可能となり、ひいては電動機巻線の過度な温度上昇に対して瞬時に精度良く電動機巻線の過熱保護を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の具体的な実施の形態を説明する。
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る電動機駆動装置及びその方法について図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１における電動機駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。
図１に示す装置は、直流電圧源１、インバータ２、同期電動機３、直流母線経路に挿入された抵抗・カレントトランス等の電流検出素子６、母線電圧検出回路１１、ＰＷＭ信号のバッファ回路２１、電流検出回路３１、インバータを制御する演算処理装置であるＣＰＵ４１、電動機巻線抵抗・巻線温度を算出するための外部演算処理装置であるＣＰＵ４２、ＣＰＵ４１とＣＰＵ４２の通信回路４３とから構成される。なお、図１では直流電圧源１、インバータ２、直流母線経路に挿入された抵抗で構成された電流検出素子６、母線電圧検出回路１１、ＰＷＭ信号のバッファ回路２１、電流検出回路３１、ＣＰＵ４１、ＣＰＵ４２、を一枚の電子基板５１上に実装しているようにしているが、必要に応じて各ブロックを分けて、複数枚の基板構成としても良い。
インバータ２は、スイッチング素子４ａ〜４ｆ及びダイオード５ａ〜５ｆで構成される周知回路である。
ＰＷＭ信号のバッファ回路２１は、必要に応じてＰＷＭ論理を反転可能なバッファＩＣ等で構成される。
電流検出手段３１は、電流検出素子６を構成する抵抗の両端に発生した電圧をＣＰＵ等に取り込み電流換算できるようにするＡ／Ｄ変換器、増幅器等で構成される。母線電圧検出手段１１は、直流母線電圧をＣＰＵ等に取り込み電圧換算できるようにする抵抗・コンデンサ等から成る分圧回路、Ａ／Ｄ変換器、増幅器等で構成される。
【００１０】
図１の装置では、ＣＰＵ４１が電流検出素子６及び電流検出手段３１によって検出された電動機３の電流情報及び母線電圧検出手段１１によって検出された母線電圧情報に基づいて、電動機３を駆動するインバータ２の制御を行う。
図２はＣＰＵ４１によるインバータ２の制御を示す流れ図であり、電動機の電流情報Ｉｕ〜Ｉｗからインバータ２に出力するＰＷＭデューティを作成する過程の一例を示している。
本処理フローは、電流検出手段３１によって得られた電動機電流Ｉｕ〜Ｉｗから励磁電流Ｉγとトルク電流Ｉδを算出する励磁電流及びトルク電流を求める手段１０１ａと、励磁電流Ｉγとトルク電流Ｉδと周波数指令ｆ＊とから次回の電圧指令ベクトルＶγ＊及びＶδ＊を演算するγ軸電圧・δ軸電圧指令演算手段１０１ｂと、Ｖγ＊及びＶδ＊及び母線電圧Ｖｄｃからインバータの出力電圧Ｖｕ〜Ｖｗを算出する二相三相変換手段１０１ｃと、Ｖｕ〜ＶｗからインバータのＰＷＭ信号Ｔｕｐ〜Ｔｗｎを作成するＰＷＭ信号作成手段１０１ｄと、インバータ２のＰＷＭ信号Ｕｐ〜Ｗｎを発生するＰＷＭ信号発生手段１０１ｅとから構成される。
なお、これらの各手段はＣＰＵ４１によって実現される。
【００１１】
はじめに電流検出について説明する。インバータ２のスイッチング素子４ａ〜４ｆは、上下アームについていずれか一方がＯＮされるものであるから、スイッチングモードは、２3＝８通り存在する。本文では、各相の上アーム（４ａ〜４ｃ）を基準としたスイッチング状態の表記として、スイッチング素子ＯＮ状態を１、ＯＦＦ状態を０とし、各スイッチングモードの基本電圧ベクトルを次のように称する。
【００１２】
【数１】
【００１３】
基本電圧ベクトル発生区間において、電流検出素子６上を電動機電流が流れる。よってこのタイミングで電流検出手段３１（増幅器、ＡＤ変換器）によりＩｕ〜Ｉｗの情報を演算処理装置ＣＰＵ４１内で処理できる数値として三相分の電流情報を取得することができる。本例では、電動機制御に用いる電流検出手段として直流母線経路に挿入される抵抗素子（電流検出素子６）を利用する方法を示したが、電動機３とインバータ２の接続線等にカレントトランスを挿入して電動機電流検出を行うことで、三相電流情報を得ても良い。
【００１４】
Ｉｕ〜Ｉｗは、図２に示す励磁電流及びトルク電流を求める手段１０１ａにより、励磁電流（γ軸電流Ｉγ）及びトルク電流成分（δ軸電流Ｉδ）に変換される。具体的には、Ｉｕ〜Ｉｗを数２に示すような変換行列[Ｃ1]を用いることで行う。ただし、式中のθはインバータ回転角で、回転方向が時計回りの場合を示す。
【００１５】
【数２】
【００１６】
なお、パルスエンコーダ等の回転子位置を検出するセンサを用いる場合、回転子の電気角周波数とインバータの回転周波数はほぼ一致するので、回転子の電気角周波数と同一周波数でインバータが回転する座標系をｄｑ座標系と一般的に称する。また、パルスエンコーダ等の回転子位置を検出するセンサを用いない場合は、演算処理装置ＣＰＵ４１でｄｑ軸座標を正確に捉えることができず、実際にはｄｑ座標系と位相差Δθだけずれてインバータが回転している。このような場合を想定して、一般的にはインバータの出力電圧と同一周波数で回転する座標系をγδ座標系と称し、回転座標系とは区別して扱うこととしているが、本文の実施例ではセンサを用いない場合の例を示しているのでこの慣例を踏襲してγδを添え字としている。
【００１７】
次に、γ軸電圧・δ軸電圧指令演算手段１０１ｂにより、励磁電流Ｉγとトルク電流Ｉδと周波数指令ｆ＊から速度制御を含む各種ベクトル制御を行い、次回のγ軸電圧指令及びδ軸電圧指令Ｖγ*、Ｖδ*を求める。
【００１８】
その後、二相三相変換手段１０１ｃにより三相分の出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを得る。ここでは二相三相変換手段を用いる例を示しているが、Ｖγ*、Ｖδ*より得られる指令電圧ベクトルより空間ベクトル変調等を用いても良い。
ＰＷＭ信号作成手段１０１ｄは、出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが得られるようにＰＷＭ信号のＯＮ時間またはＯＦＦ時間Ｔｕｐ〜Ｔｗｎを演算する。これを受けて、ＰＷＭ信号発生手段１０１ｅによりＰＷＭ信号Ｕｐ〜Ｗｎを発生し、インバータ２のスイッチング素子４ａ〜４ｆを制御し、電動機３を駆動する。
【００１９】
次に、電動機巻線抵抗・温度検出について説明する。また、抵抗・温度検出は、従来のテスターや温度センサにより行わず、インバータのＰＷＭ制御を用いて、温度センサによらない手法で実施する。また、多種モータやモータ・インバータのシステム組合せ変更に対応するため、本検出に関する演算は外部演算処理装置であるＣＰＵ４２を用いる。インバータ２を制御するＣＰＵ４１の運転モード情報は通信回路４３を介してＣＰＵ４２に伝達される。電動機巻線抵抗・温度の検出は、上記運転モードが電圧ベクトル出力方向固定運転モード（三相電圧形インバータの出力電圧ベクトルの出力方向を所定の位相方向に固定するモード）である時に必要に応じて実施する。すなわち抵抗・温度の検出が必要なタイミングにおいて、外部演算処理装置ＣＰＵ４２から演算処理装置ＣＰＵ４１に対して、電圧ベクトル出力方向固定運転モードを要求し許可された後にＣＰＵ４２が電動機巻線抵抗・温度の検出を実施する。
【００２０】
図４に、電動機巻線抵抗・温度検出のフローを示す。
例として、二相変調を用いて通電角を固定してＵＶ相（二相）に通電する場合の電動機巻線抵抗・温度の検出について以下説明する。
【００２１】
ステップ１０１ａにて、外部演算処理装置であるＣＰＵ４２からＣＰＵ４１に対して通信回路４３を介して電圧ベクトル出力方向固定運転モードの要求信号を送信する（可能な場合には出力電圧ベクトルの位相角の指定も含めて要求する）。
ＣＰＵ４１がこの要求信号を受信すると、ステップ１０１ｂにて、ＣＰＵ４１から外部演算処理装置ＣＰＵ４２に対して電圧ベクトル出力方向固定運転モードの許可信号を送信する。
その後、ステップ２０１ａにてＣＰＵ４１は通電角固定で励磁を開始する。
以下、ＣＰＵ４１とＣＰＵ４２との間の通信により出力電圧ベクトルの位相角指定が可能で、位相角が３３０[ｄｅｇ]である場合の例を中心に説明する。
図５に、（ａ）二相変調を用いてＵＶ相通電する時の上アーム論理と（ｂ）電圧ベクトルの様子の一例を示す（概念図のため、図中のデュイーティ比は実際とは異なる）。この場合、Ｕ(＋)相とＶ(−)相に出力すれば良いことがベクトル図から分かる。
【００２２】
【数３】
【００２３】
【数４】
【数５】
【００２４】
【数６】
【００２５】
【数７】
【数８】
【００２６】
【数９】
【００２７】
図５（ａ）のようなＰＷＭでＵＶ相に通電し、過電流にかからないようにパルス幅を調整しながら所定時間経過すると、各部波形は図７のようになる。
図７は上からＵ相上アーム出力Ｕｐ、Ｖ相上アーム出力Ｖｐ、Ｗ相上アーム出力Ｗｐを示す。
【００２８】
図４のステップ２０１ｂにおいて、ＣＰＵ４２は電圧計測を行う。
ここで、電動機駆動に汎用インバータを用いる場合、ＣＰＵ４１から出力される出力電圧を正確に把握できない場合がある。そこで、システムの一部に汎用装置を用いた場合でもそれほどコストアップせずに精度良く出力電圧（平均値）を求めるために、ＰＷＭのパルス幅（デューティ）を外部の計測装置｛ここでは外部演算処理装置であるＣＰＵ４２｝を用いて測定する方法を考案した。
ＣＰＵ４２によりＶ4またはＶ5発生時のパルス幅（デューティ）、またはＶ0発生時のパルス幅（デューティ）を計測することで、直流電圧の印加比率を算出できる。すなわち、電動機巻線に印加される電圧を算出することが可能である。空間ベクトル変調では、通電角と各相のパルス幅（デューティ）の関係が一意に決まる。よって少なくとも１相のパルス幅（デューティ）情報が得られれば、母線電圧との比率で平均出力電圧換算が可能である（出力電圧ベクトルの位相角の指定が可能であれば、１相のパルス幅情報で確実に平均出力電圧の算出が行える）。
【００２９】
図８に、パルス幅（デューティ）計測の一例を示す。ここではＣＰＵ４１から出力されたＵ相上アームのＰＷＭ信号に関して、バッファ回路２１を経由した後の信号をＣＰＵ４２のＩ／Ｏポート等に入力する。ＣＰＵ４２は本パルス信号の立ち上がり、立ち下がりのエッジを検出し、ＣＰＵ４２内部に設定されたカウンタにてパルス幅計測を行う。計測はカウンタをスタートさせてから２回目以降の数値を用いる。図８では、パルスのエッジ方向の切替でカウントを終了・開始し、Ｕ相上アームのＯＮ幅をＡ、ＯＦＦ幅をＢとしてＣＰＵ４２内のメモリーに記憶することで、ＣＰＵ４２によって時間換算できる。
【００３０】
一般に民生機用インバータのＰＷＭは数ｋ〜数十ｋＨｚのキャリア周波数ｆｃでチョッピングして実施される。よって、数百ｍｓ〜数秒程度の時間連続あるいは所定間隔ごとに計測を行えば、相当数の計測母数となり、十分なサンプル数が確保できる。ＣＰＵ４２はパルスが安定に発生できる区間で、計測した複数の値の平均値を計算する等してＯＮ幅Ｔｏｎ・ＯＦＦ幅Ｔｏｆｆを求める。通常、ＰＷＭパルス発生時にはリンギング等のノイズが発生するので、明らかに誤検出していると判断できる場合には、他のデータとの数値比較等して算出に用いないことで検出精度が向上できる。この場合、ＣＰＵ４２はリンギングの発生時間とマージンの時間を含めた所定の時間経過後のデータを取り込むようにする。さらに、キャリア周波数ｆｃまたはキャリア周期Ｔｃ・デッドタイム等が既知の場合はＴｏｎ、Ｔｏｆｆのいずれか一方の計測で良い（一方の計測であってもデューティ換算可能である）。
【００３１】
また、ＣＰＵ４２はステップ３０１ｂにて、母線電圧検出回路１１を用いてＡ／Ｄ変換された検出回路出力ｘｄｃを取り込む。次に、ＣＰＵ４２はステップ３０１ｃにて、ｘｄｃを検出回路で定まるゲイン換算して母線電圧Ｖｄｃを求める。電動機巻線抵抗検出・巻線温度検出を高精度で行う必要がある際は、Ｖｄｃとｘｄｃの関係を事前に計測してゲイン換算に反映しておくことで、以下の直流電圧算出が精度良く行える。
【００３２】
次に、ＣＰＵ４２はステップ２０１ｃにて、ステップ２０１ｂにて求めたＴｏｎ・Ｔｏｆｆと、ステップ３０１ｃにて求めたＶｄｃから、数１０を用いて、ＵＶ巻線間に印加される直流電圧Ｅｄを算出する。ここで、ＴｃはＴｏｎ・Ｔｏｆｆの合計｛キャリア周期｝を示す。
【００３３】
【数１０】
【００３４】
一方、ＣＰＵ４２はステップ４０１ｂにおいて、電流検出素子６の両端電圧Ｖshの計測を行う。
電流検出は、電流検出素子６に電流が流れることで発生する両端電圧Ｖshを検出して行う。図５（ａ）の場合、Ｖ4またはＶ5発生時は電流検出素子６に電流が通電された状態での両端電圧Ｖsh（ＯＮ）が観測される。Ｖ4発生時のケースの電流経路を図９（ａ）に示し、Ｖ5発生時のケースの電流経路を図９（ｂ）に示す。
【００３５】
【数１１】
【００３６】
また、Ｖ0発生時は電流検出素子６に電流が通電されない状態での両端電圧Ｖsh（ＯＦＦ）が観測される。また、このケースの電流経路を図９（ｃ）に示す｛ゼロベクトル発生時には、ダイオード５ｄを通る経路でＵＶ相に電流が流れ続ける｝。従って、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗは図７に示すようにそれぞれプラス、マイナス、ゼロとなる。即ち、ＵＶ相を流れる電流は直流となる。そこで、インバータ２と電動機３の接続線の経路に直流成分を検出可能なカレントトランス（ＤＣＣＴ）を挿入することでもＵＶ相に流れる電流を検出できる。
なお、このとき電動機は誘導電動機であるため、回転しないで停止している。
【００３７】
上述のように、Ｖsh(ＯＮ)｛必要に応じてＶsh(ＯＦＦ)も｝を計測すればＵＶ相に通電される電流を算出することが可能である。
通常、Ｖshは微少信号であるので、電流検出手段３１は非反転増幅回路等でＶshを増幅し、さらにＡ／Ｄ変換してＣＰＵ４２内に取り込む。ＣＰＵ４２は取り込んだＶshを電流に換算する。
図１０に、ＶｓｈをＡ／Ｄ変換してＣＰＵ４２内に取り込む際の一例を示す。Ｕ相の上アーム信号のエッジ切替タイミング等で割込処理を行い、所定のタイミングでＡ／Ｄサンプルホールドを行い、データをＣＰＵ４２内の図示しないメモリーに記憶する。
【００３８】
また、図１１に、非反転増幅回路の一例を示す（Ｖrefはオフセットを持たせた場合の基準電位）。ＯＰアンプＩＣ１０１Ａの非反転入力端子Ｖ(＋)は増幅回路のゲインを考慮し数１２で表せる。またＶ(＋)は、数１３のようにＶrefと電流検出素子６両端電圧Ｖsh間の分圧でも表せる。これらより、Ｖshを数１４で表すことができる。これにより、図１０に示すように、電流検出素子６に通電中及び必要に応じて非通電中（本例では、Ｖrefが０[Ｖ]でない場合等）の情報をＣＰＵ４２内に取り込むことで、Ｖsh｛非通電中も計測した場合はＶrefも｝算出が可能となる。
【００３９】
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【００４０】
次にＣＰＵ４２はステップ４０１ｃにて、電流検出素子６の両端電圧に所定ゲインＧを乗ずることで、数１５に示すように直流電流を算出する。
【００４１】
【数１５】
【００４２】
ここで、定常時（通電から所定時間経過した後）の電圧方程式は、ＵＶ二相に通電し、２つのスイッチング素子を動作させるので、数１６で表せる。ここで、Ｒは１相の巻線抵抗値、Ｖce(sat)は１つのスイッチング素子のＯＮ電圧、ＩはＵＶ相に流れる電流値またはスイッチング素子のＯＮ区間に電流検出素子６に流れる電流値（図７のＶｓｈの電流換算値）を示す。
以上より、ＣＰＵ４２はステップ２０１ｄにて、数１７のように巻線抵抗値Ｒを算出する。
【００４３】
【数１６】
【数１７】
【００４４】
通常、直流母線の経路に挿入された電流検出素子６は、過電流検出に用いられる。上記直流電流の検出には、前述のＤＣＣＴを用いても良いが、抵抗素子で構成された電流検出素子６を用いて行うことで、それほどのシステムのコストＵＰ無しに、しかも少ない部品点数で電流検出回路を構成でき、電動機巻線抵抗の検出が可能となる。
また、外部演算処理装置（ＣＰＵ４２）を付加することで、汎用のインバータや汎用ＩＣを使用しても、モータ交換時等システム変更に対しても、高い精度で巻線抵抗検出を行うことが可能となる。
【００４５】
また、図１２に示すように、電動機巻線抵抗値と電動機巻線温度は、１次の線形特性を有する。
よってステップ２０１ｅにて、上記手法かあるいは抵抗・温度計測を事前に行うことにより、事前に測定した「巻線抵抗−巻線温度」特性のＭＡＰを作成しておき、必要時にこのＭＡＰを参照することで、検出された巻線抵抗から巻線温度を推定することが可能である。
【００４６】
次に、ステップ５０１ａで、ＣＰＵ４２からＣＰＵ４１に通信回路４３を介して電圧ベクトル出力方向固定運転モード終了要求を送信する。
最後に、ステップ５０１ｂで、ＣＰＵ４１からＣＰＵ４２に対して通信回路４３を介して電圧ベクトル出力方向固定運転モード終了連絡を送信し、一連のシーケンスを終了する。
【００４７】
以上、この実施の形態１によれば、巻線抵抗や温度の測定を行い、巻線が過熱状態であれば、運転停止など運転モードを調整することで、電動機巻線の過熱焼損を防止できるため信頼性の高い電動機駆動システムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施の形態１における電動機駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における各相電流からＰＷＭ信号を発生するフローの一例を示す図である。
【図３】実施の形態１におけるインバータ回転角と電圧ベクトルを示す図である。
【図４】実施の形態１における電動機巻線抵抗・巻線温度算出のフローの一例を示す流れ図である。
【図５】実施の形態１における（ａ）直流電圧印加時の上アーム論理と（ｂ）電圧ベクトルの様子（インバータ回転角３３０度付近への通電角固定励磁の場合の例）を示す説明図である。
【図６】図４の各相電圧の様子｛（ａ）はＶ4発生時、（ｂ）はＶ5発生時｝を示す説明図である。
【図７】実施の形態１における各相上アーム出力及び電流検出素子両端電圧及び各相電流の様子（インバータ回転角３３０度付近への通電角固定励磁の場合の例）を示す説明図である。
【図８】実施の形態１におけるパルス幅（デューティ）計測の一例を示すタイムチャートである。
【図９】実施の形態１における直流電圧印加時の電流経路の一例（インバータ回転角３３０度付近への通電角固定励磁の場合の例）を示す概念図である。
【図１０】ＶｓｈをＡ／Ｄ変換してＣＰＵ４２内に取り込む際の一例を示すタイムチャートである。
【図１１】実施の形態１による電流検出回路の一例を示す図である。
【図１２】実施の形態１による巻線抵抗と巻線温度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 直流電圧源、２ インバータ、３ 電動機、４ａ〜４ｆ スイッチング素子、５ａ〜５ｆ ダイオード、６ 電流検出素子、１１ 母線電圧検出回路、２１ バッファ回路、３１ 電流検出手段、４１ 演算処理装置、４２ 演算処理装置、４３ 通信回路、５１ 制御基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍空調装置・家電機器の電動機駆動等に利用する電動機駆動装置に関するものであり、特にテスターや温度センサを用いずに巻線抵抗・温度算出を行う機能を付加した電動機駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低廉・高性能な可変電圧・可変周波数インバータが実用化されるに従って、各種の可変速電動機駆動の応用分野が開拓されてきた。その中で、大トルク・大容量のインバータが求められるようになってきている。一方、駆動装置の高性能化とともに、装置の信頼性向上の観点から、電動機の過熱焼損保護に対する要求も年々高まってきている。
現在、電動機を駆動するために用いる電動機巻線抵抗は、テスターやミリオーム計等を用いて事前に手動で測定して制御定数として設定する方法の他に、センサレス制御技術の進化を受け推定シーケンスを付加して定数推定を自動的に行う方法等が提案されてきている。
また、電動機巻線温度計測・過熱焼損防止に関しては、バイメタルやサーミスタ等により直接巻線温度を計測して行う方法が一般に用いられ、例えば電動機固定子のスロット内にある電動機巻線の隙間にセンサを設置する等で温度計測が行われる。また、温度計測の場合も、巻線抵抗同様に推定・保護シーケンスを付加して定数推定を自動的に行う等の手法が提案されている。
【０００３】
例えば、コイルの両端電圧を測定し、予め設定した設定電圧と比較することによりコイルの状態を検知して過熱焼損保護を行う保護装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。
また、複数のインバータを並列運転した場合の誘導電動機一次・二次巻線抵抗値の推定を行うインバータ装置が開示されている（例えば特許文献２参照）。
また、３つの異なる周波数を用いて誘導電動機の一次・二次巻線抵抗値を含む電気的定数の各パラメータを推定する誘導電動機制御装置が開示されている（例えば特許文献３参照）。
また、試験電源の有効電力と無効電力を演算することにより誘導電動機の一次・二次巻線抵抗値を含む電気的定数の各パラメータを推定する誘導電動機制御装置が開示されている（例えば特許文献４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１７４０１９号公報（第４頁，第１図、第３図）
【特許文献２】特許第３３０２７９９号公報
【特許文献３】特許第３５２６８７６号公報（第７頁〜第８頁，図１〜図４）
【特許文献４】特許第３７７１２３９号公報（第１６頁〜第１７頁，図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜４で示される従来例では、電動機巻線抵抗の測定や、電動機巻線温度測定・電動機巻線の過熱保護は前記のように構成されているので、１システム内で行うものが多く、ユーザの要望等によって、電動機巻線の種別を変更する場合や・生産途中における電動機構成要素の素材変更を伴う場合や、システムの構成要素自体の変更を余儀なくされる場合（インバータ交換等）など、システムの小変更に対して設置上あるいは構造上の制約が多く、信頼性の確保が難しかった。
また、汎用インバータ等を用いて独自なシステム構築を行う場合、電動機巻線温度測定・電動機巻線の過熱保護を行う際に、上記と同様の問題により信頼性の確保が難しかった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、現行システムに対して必要最小限な装置を付加するだけで、装置の信頼性を低下させることなく電動機巻線抵抗の測定や、電動機巻線温度測定・電動機巻線の過熱保護を行える電動機駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電動機駆動装置は、直流電圧源と、電動機を駆動するインバータと、インバータを制御する第１の演算処理装置と、直流母線経路の電流を検出する電流検出手段と、直流母線経路の電圧を検出する母線電圧検出手段と、ＰＷＭ信号の時間幅を計測するとともに、電流検出手段の出力、母線電圧検出手段の検出結果及び計測したＰＷＭ時間幅に基づき電動機の巻線抵抗を算出する第２の演算処理装置と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、温度センサによらない手法で電動機巻線抵抗を検出するので、設置制約や構造制約の観点から直接の巻線抵抗・巻線温度のセンシングが困難な場合であっても、それほどコストアップせずに巻線抵抗を測定することができる。なお、この巻線抵抗測定が行われることにより、事前に得られた巻線抵抗と巻線温度の関係を用いて巻線温度を求めることが可能となり、ひいては電動機巻線の過度な温度上昇に対して瞬時に精度良く電動機巻線の過熱保護を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の具体的な実施の形態を説明する。
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る電動機駆動装置及びその方法について図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１における電動機駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。
図１に示す装置は、直流電圧源１、インバータ２、同期電動機３、直流母線経路に挿入された抵抗・カレントトランス等の電流検出素子６、母線電圧検出回路１１、ＰＷＭ信号のバッファ回路２１、電流検出回路３１、インバータを制御する演算処理装置であるＣＰＵ４１、電動機巻線抵抗・巻線温度を算出するための外部演算処理装置であるＣＰＵ４２、ＣＰＵ４１とＣＰＵ４２の通信回路４３とから構成される。なお、図１では直流電圧源１、インバータ２、直流母線経路に挿入された抵抗で構成された電流検出素子６、母線電圧検出回路１１、ＰＷＭ信号のバッファ回路２１、電流検出回路３１、ＣＰＵ４１、ＣＰＵ４２、を一枚の電子基板５１上に実装しているようにしているが、必要に応じて各ブロックを分けて、複数枚の基板構成としても良い。
インバータ２は、スイッチング素子４ａ〜４ｆ及びダイオード５ａ〜５ｆで構成される周知回路である。
ＰＷＭ信号のバッファ回路２１は、必要に応じてＰＷＭ論理を反転可能なバッファＩＣ等で構成される。
電流検出手段３１は、電流検出素子６を構成する抵抗の両端に発生した電圧をＣＰＵ等に取り込み電流換算できるようにするＡ／Ｄ変換器、増幅器等で構成される。母線電圧検出手段１１は、直流母線電圧をＣＰＵ等に取り込み電圧換算できるようにする抵抗・コンデンサ等から成る分圧回路、Ａ／Ｄ変換器、増幅器等で構成される。
【００１０】
図１の装置では、ＣＰＵ４１が電流検出素子６及び電流検出手段３１によって検出された電動機３の電流情報及び母線電圧検出手段１１によって検出された母線電圧情報に基づいて、電動機３を駆動するインバータ２の制御を行う。
図２はＣＰＵ４１によるインバータ２の制御を示す流れ図であり、電動機の電流情報Ｉｕ〜Ｉｗからインバータ２に出力するＰＷＭデューティを作成する過程の一例を示している。
本処理フローは、電流検出手段３１によって得られた電動機電流Ｉｕ〜Ｉｗから励磁電流Ｉγとトルク電流Ｉδを算出する励磁電流及びトルク電流を求める手段１０１ａと、励磁電流Ｉγとトルク電流Ｉδと周波数指令ｆ＊とから次回の電圧指令ベクトルＶγ＊及びＶδ＊を演算するγ軸電圧・δ軸電圧指令演算手段１０１ｂと、Ｖγ＊及びＶδ＊及び母線電圧Ｖｄｃからインバータの出力電圧Ｖｕ〜Ｖｗを算出する二相三相変換手段１０１ｃと、Ｖｕ〜ＶｗからインバータのＰＷＭ信号Ｔｕｐ〜Ｔｗｎを作成するＰＷＭ信号作成手段１０１ｄと、インバータ２のＰＷＭ信号Ｕｐ〜Ｗｎを発生するＰＷＭ信号発生手段１０１ｅとから構成される。
なお、これらの各手段はＣＰＵ４１によって実現される。
【００１１】
はじめに電流検出について説明する。インバータ２のスイッチング素子４ａ〜４ｆは、上下アームについていずれか一方がＯＮされるものであるから、スイッチングモードは、２3＝８通り存在する。本文では、各相の上アーム（４ａ〜４ｃ）を基準としたスイッチング状態の表記として、スイッチング素子ＯＮ状態を１、ＯＦＦ状態を０とし、各スイッチングモードの基本電圧ベクトルを次のように称する。
【００１２】
【数１】
【００１３】
基本電圧ベクトル発生区間において、電流検出素子６上を電動機電流が流れる。よってこのタイミングで電流検出手段３１（増幅器、ＡＤ変換器）によりＩｕ〜Ｉｗの情報を演算処理装置ＣＰＵ４１内で処理できる数値として三相分の電流情報を取得することができる。本例では、電動機制御に用いる電流検出手段として直流母線経路に挿入される抵抗素子（電流検出素子６）を利用する方法を示したが、電動機３とインバータ２の接続線等にカレントトランスを挿入して電動機電流検出を行うことで、三相電流情報を得ても良い。
【００１４】
Ｉｕ〜Ｉｗは、図２に示す励磁電流及びトルク電流を求める手段１０１ａにより、励磁電流（γ軸電流Ｉγ）及びトルク電流成分（δ軸電流Ｉδ）に変換される。具体的には、Ｉｕ〜Ｉｗを数２に示すような変換行列[Ｃ1]を用いることで行う。ただし、式中のθはインバータ回転角で、回転方向が時計回りの場合を示す。
【００１５】
【数２】
【００１６】
なお、パルスエンコーダ等の回転子位置を検出するセンサを用いる場合、回転子の電気角周波数とインバータの回転周波数はほぼ一致するので、回転子の電気角周波数と同一周波数でインバータが回転する座標系をｄｑ座標系と一般的に称する。また、パルスエンコーダ等の回転子位置を検出するセンサを用いない場合は、演算処理装置ＣＰＵ４１でｄｑ軸座標を正確に捉えることができず、実際にはｄｑ座標系と位相差Δθだけずれてインバータが回転している。このような場合を想定して、一般的にはインバータの出力電圧と同一周波数で回転する座標系をγδ座標系と称し、回転座標系とは区別して扱うこととしているが、本文の実施例ではセンサを用いない場合の例を示しているのでこの慣例を踏襲してγδを添え字としている。
【００１７】
次に、γ軸電圧・δ軸電圧指令演算手段１０１ｂにより、励磁電流Ｉγとトルク電流Ｉδと周波数指令ｆ＊から速度制御を含む各種ベクトル制御を行い、次回のγ軸電圧指令及びδ軸電圧指令Ｖγ*、Ｖδ*を求める。
【００１８】
その後、二相三相変換手段１０１ｃにより三相分の出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを得る。ここでは二相三相変換手段を用いる例を示しているが、Ｖγ*、Ｖδ*より得られる指令電圧ベクトルより空間ベクトル変調等を用いても良い。
ＰＷＭ信号作成手段１０１ｄは、出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが得られるようにＰＷＭ信号のＯＮ時間またはＯＦＦ時間Ｔｕｐ〜Ｔｗｎを演算する。これを受けて、ＰＷＭ信号発生手段１０１ｅによりＰＷＭ信号Ｕｐ〜Ｗｎを発生し、インバータ２のスイッチング素子４ａ〜４ｆを制御し、電動機３を駆動する。
【００１９】
次に、電動機巻線抵抗・温度検出について説明する。また、抵抗・温度検出は、従来のテスターや温度センサにより行わず、インバータのＰＷＭ制御を用いて、温度センサによらない手法で実施する。また、多種モータやモータ・インバータのシステム組合せ変更に対応するため、本検出に関する演算は外部演算処理装置であるＣＰＵ４２を用いる。インバータ２を制御するＣＰＵ４１の運転モード情報は通信回路４３を介してＣＰＵ４２に伝達される。電動機巻線抵抗・温度の検出は、上記運転モードが電圧ベクトル出力方向固定運転モード（三相電圧形インバータの出力電圧ベクトルの出力方向を所定の位相方向に固定するモード）である時に必要に応じて実施する。すなわち抵抗・温度の検出が必要なタイミングにおいて、外部演算処理装置ＣＰＵ４２から演算処理装置ＣＰＵ４１に対して、電圧ベクトル出力方向固定運転モードを要求し許可された後にＣＰＵ４２が電動機巻線抵抗・温度の検出を実施する。
【００２０】
図４に、電動機巻線抵抗・温度検出のフローを示す。
例として、二相変調を用いて通電角を固定してＵＶ相（二相）に通電する場合の電動機巻線抵抗・温度の検出について以下説明する。
【００２１】
ステップ１０１ａにて、外部演算処理装置であるＣＰＵ４２からＣＰＵ４１に対して通信回路４３を介して電圧ベクトル出力方向固定運転モードの要求信号を送信する（可能な場合には出力電圧ベクトルの位相角の指定も含めて要求する）。
ＣＰＵ４１がこの要求信号を受信すると、ステップ１０１ｂにて、ＣＰＵ４１から外部演算処理装置ＣＰＵ４２に対して電圧ベクトル出力方向固定運転モードの許可信号を送信する。
その後、ステップ２０１ａにてＣＰＵ４１は通電角固定で励磁を開始する。
以下、ＣＰＵ４１とＣＰＵ４２との間の通信により出力電圧ベクトルの位相角指定が可能で、位相角が３３０[ｄｅｇ]である場合の例を中心に説明する。
図５に、（ａ）二相変調を用いてＵＶ相通電する時の上アーム論理と（ｂ）電圧ベクトルの様子の一例を示す（概念図のため、図中のデュイーティ比は実際とは異なる）。この場合、Ｕ(＋)相とＶ(−)相に出力すれば良いことがベクトル図から分かる。
【００２２】
【数３】
【００２３】
【数４】
【数５】
【００２４】
【数６】
【００２５】
【数７】
【数８】
【００２６】
【数９】
【００２７】
図５（ａ）のようなＰＷＭでＵＶ相に通電し、過電流にかからないようにパルス幅を調整しながら所定時間経過すると、各部波形は図７のようになる。
図７は上からＵ相上アーム出力Ｕｐ、Ｖ相上アーム出力Ｖｐ、Ｗ相上アーム出力Ｗｐを示す。
【００２８】
図４のステップ２０１ｂにおいて、ＣＰＵ４２は電圧計測を行う。
ここで、電動機駆動に汎用インバータを用いる場合、ＣＰＵ４１から出力される出力電圧を正確に把握できない場合がある。そこで、システムの一部に汎用装置を用いた場合でもそれほどコストアップせずに精度良く出力電圧（平均値）を求めるために、ＰＷＭのパルス幅（デューティ）を外部の計測装置｛ここでは外部演算処理装置であるＣＰＵ４２｝を用いて測定する方法を考案した。
ＣＰＵ４２によりＶ4またはＶ5発生時のパルス幅（デューティ）、またはＶ0発生時のパルス幅（デューティ）を計測することで、直流電圧の印加比率を算出できる。すなわち、電動機巻線に印加される電圧を算出することが可能である。空間ベクトル変調では、通電角と各相のパルス幅（デューティ）の関係が一意に決まる。よって少なくとも１相のパルス幅（デューティ）情報が得られれば、母線電圧との比率で平均出力電圧換算が可能である（出力電圧ベクトルの位相角の指定が可能であれば、１相のパルス幅情報で確実に平均出力電圧の算出が行える）。
【００２９】
図８に、パルス幅（デューティ）計測の一例を示す。ここではＣＰＵ４１から出力されたＵ相上アームのＰＷＭ信号に関して、バッファ回路２１を経由した後の信号をＣＰＵ４２のＩ／Ｏポート等に入力する。ＣＰＵ４２は本パルス信号の立ち上がり、立ち下がりのエッジを検出し、ＣＰＵ４２内部に設定されたカウンタにてパルス幅計測を行う。計測はカウンタをスタートさせてから２回目以降の数値を用いる。図８では、パルスのエッジ方向の切替でカウントを終了・開始し、Ｕ相上アームのＯＮ幅をＡ、ＯＦＦ幅をＢとしてＣＰＵ４２内のメモリーに記憶することで、ＣＰＵ４２によって時間換算できる。
【００３０】
一般に民生機用インバータのＰＷＭは数ｋ〜数十ｋＨｚのキャリア周波数ｆｃでチョッピングして実施される。よって、数百ｍｓ〜数秒程度の時間連続あるいは所定間隔ごとに計測を行えば、相当数の計測母数となり、十分なサンプル数が確保できる。ＣＰＵ４２はパルスが安定に発生できる区間で、計測した複数の値の平均値を計算する等してＯＮ幅Ｔｏｎ・ＯＦＦ幅Ｔｏｆｆを求める。通常、ＰＷＭパルス発生時にはリンギング等のノイズが発生するので、明らかに誤検出していると判断できる場合には、他のデータとの数値比較等して算出に用いないことで検出精度が向上できる。この場合、ＣＰＵ４２はリンギングの発生時間とマージンの時間を含めた所定の時間経過後のデータを取り込むようにする。さらに、キャリア周波数ｆｃまたはキャリア周期Ｔｃ・デッドタイム等が既知の場合はＴｏｎ、Ｔｏｆｆのいずれか一方の計測で良い（一方の計測であってもデューティ換算可能である）。
【００３１】
また、ＣＰＵ４２はステップ３０１ｂにて、母線電圧検出回路１１を用いてＡ／Ｄ変換された検出回路出力ｘｄｃを取り込む。次に、ＣＰＵ４２はステップ３０１ｃにて、ｘｄｃを検出回路で定まるゲイン換算して母線電圧Ｖｄｃを求める。電動機巻線抵抗検出・巻線温度検出を高精度で行う必要がある際は、Ｖｄｃとｘｄｃの関係を事前に計測してゲイン換算に反映しておくことで、以下の直流電圧算出が精度良く行える。
【００３２】
次に、ＣＰＵ４２はステップ２０１ｃにて、ステップ２０１ｂにて求めたＴｏｎ・Ｔｏｆｆと、ステップ３０１ｃにて求めたＶｄｃから、数１０を用いて、ＵＶ巻線間に印加される直流電圧Ｅｄを算出する。ここで、ＴｃはＴｏｎ・Ｔｏｆｆの合計｛キャリア周期｝を示す。
【００３３】
【数１０】
【００３４】
一方、ＣＰＵ４２はステップ４０１ｂにおいて、電流検出素子６の両端電圧Ｖshの計測を行う。
電流検出は、電流検出素子６に電流が流れることで発生する両端電圧Ｖshを検出して行う。図５（ａ）の場合、Ｖ4またはＶ5発生時は電流検出素子６に電流が通電された状態での両端電圧Ｖsh（ＯＮ）が観測される。Ｖ4発生時のケースの電流経路を図９（ａ）に示し、Ｖ5発生時のケースの電流経路を図９（ｂ）に示す。
【００３５】
【数１１】
【００３６】
また、Ｖ0発生時は電流検出素子６に電流が通電されない状態での両端電圧Ｖsh（ＯＦＦ）が観測される。また、このケースの電流経路を図９（ｃ）に示す｛ゼロベクトル発生時には、ダイオード５ｄを通る経路でＵＶ相に電流が流れ続ける｝。従って、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗは図７に示すようにそれぞれプラス、マイナス、ゼロとなる。即ち、ＵＶ相を流れる電流は直流となる。そこで、インバータ２と電動機３の接続線の経路に直流成分を検出可能なカレントトランス（ＤＣＣＴ）を挿入することでもＵＶ相に流れる電流を検出できる。
なお、このとき電動機は誘導電動機であるため、回転しないで停止している。
【００３７】
上述のように、Ｖsh(ＯＮ)｛必要に応じてＶsh(ＯＦＦ)も｝を計測すればＵＶ相に通電される電流を算出することが可能である。
通常、Ｖshは微少信号であるので、電流検出手段３１は非反転増幅回路等でＶshを増幅し、さらにＡ／Ｄ変換してＣＰＵ４２内に取り込む。ＣＰＵ４２は取り込んだＶshを電流に換算する。
図１０に、ＶｓｈをＡ／Ｄ変換してＣＰＵ４２内に取り込む際の一例を示す。Ｕ相の上アーム信号のエッジ切替タイミング等で割込処理を行い、所定のタイミングでＡ／Ｄサンプルホールドを行い、データをＣＰＵ４２内の図示しないメモリーに記憶する。
【００３８】
また、図１１に、非反転増幅回路の一例を示す（Ｖrefはオフセットを持たせた場合の基準電位）。ＯＰアンプＩＣ１０１Ａの非反転入力端子Ｖ(＋)は増幅回路のゲインを考慮し数１２で表せる。またＶ(＋)は、数１３のようにＶrefと電流検出素子６両端電圧Ｖsh間の分圧でも表せる。これらより、Ｖshを数１４で表すことができる。これにより、図１０に示すように、電流検出素子６に通電中及び必要に応じて非通電中（本例では、Ｖrefが０[Ｖ]でない場合等）の情報をＣＰＵ４２内に取り込むことで、Ｖsh｛非通電中も計測した場合はＶrefも｝算出が可能となる。
【００３９】
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【００４０】
次にＣＰＵ４２はステップ４０１ｃにて、電流検出素子６の両端電圧に所定ゲインＧを乗ずることで、数１５に示すように直流電流を算出する。
【００４１】
【数１５】
【００４２】
ここで、定常時（通電から所定時間経過した後）の電圧方程式は、ＵＶ二相に通電し、２つのスイッチング素子を動作させるので、数１６で表せる。ここで、Ｒは１相の巻線抵抗値、Ｖce(sat)は１つのスイッチング素子のＯＮ電圧、ＩはＵＶ相に流れる電流値またはスイッチング素子のＯＮ区間に電流検出素子６に流れる電流値（図７のＶｓｈの電流換算値）を示す。
以上より、ＣＰＵ４２はステップ２０１ｄにて、数１７のように巻線抵抗値Ｒを算出する。
【００４３】
【数１６】
【数１７】
【００４４】
通常、直流母線の経路に挿入された電流検出素子６は、過電流検出に用いられる。上記直流電流の検出には、前述のＤＣＣＴを用いても良いが、抵抗素子で構成された電流検出素子６を用いて行うことで、それほどのシステムのコストＵＰ無しに、しかも少ない部品点数で電流検出回路を構成でき、電動機巻線抵抗の検出が可能となる。
また、外部演算処理装置（ＣＰＵ４２）を付加することで、汎用のインバータや汎用ＩＣを使用しても、モータ交換時等システム変更に対しても、高い精度で巻線抵抗検出を行うことが可能となる。
【００４５】
また、図１２に示すように、電動機巻線抵抗値と電動機巻線温度は、１次の線形特性を有する。
よってステップ２０１ｅにて、上記手法かあるいは抵抗・温度計測を事前に行うことにより、事前に測定した「巻線抵抗−巻線温度」特性のＭＡＰを作成しておき、必要時にこのＭＡＰを参照することで、検出された巻線抵抗から巻線温度を推定することが可能である。
【００４６】
次に、ステップ５０１ａで、ＣＰＵ４２からＣＰＵ４１に通信回路４３を介して電圧ベクトル出力方向固定運転モード終了要求を送信する。
最後に、ステップ５０１ｂで、ＣＰＵ４１からＣＰＵ４２に対して通信回路４３を介して電圧ベクトル出力方向固定運転モード終了連絡を送信し、一連のシーケンスを終了する。
【００４７】
以上、この実施の形態１によれば、巻線抵抗や温度の測定を行い、巻線が過熱状態であれば、運転停止など運転モードを調整することで、電動機巻線の過熱焼損を防止できるため信頼性の高い電動機駆動システムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施の形態１における電動機駆動装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における各相電流からＰＷＭ信号を発生するフローの一例を示す図である。
【図３】実施の形態１におけるインバータ回転角と電圧ベクトルを示す図である。
【図４】実施の形態１における電動機巻線抵抗・巻線温度算出のフローの一例を示す流れ図である。
【図５】実施の形態１における（ａ）直流電圧印加時の上アーム論理と（ｂ）電圧ベクトルの様子（インバータ回転角３３０度付近への通電角固定励磁の場合の例）を示す説明図である。
【図６】図４の各相電圧の様子｛（ａ）はＶ4発生時、（ｂ）はＶ5発生時｝を示す説明図である。
【図７】実施の形態１における各相上アーム出力及び電流検出素子両端電圧及び各相電流の様子（インバータ回転角３３０度付近への通電角固定励磁の場合の例）を示す説明図である。
【図８】実施の形態１におけるパルス幅（デューティ）計測の一例を示すタイムチャートである。
【図９】実施の形態１における直流電圧印加時の電流経路の一例（インバータ回転角３３０度付近への通電角固定励磁の場合の例）を示す概念図である。
【図１０】ＶｓｈをＡ／Ｄ変換してＣＰＵ４２内に取り込む際の一例を示すタイムチャートである。
【図１１】実施の形態１による電流検出回路の一例を示す図である。
【図１２】実施の形態１による巻線抵抗と巻線温度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 直流電圧源、２ インバータ、３ 電動機、４ａ〜４ｆ スイッチング素子、５ａ〜５ｆ ダイオード、６ 電流検出素子、１１ 母線電圧検出回路、２１ バッファ回路、３１ 電流検出手段、４１ 演算処理装置、４２ 演算処理装置、４３ 通信回路、５１ 制御基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧源と、
この直流電圧源の供給電力により電動機を駆動するインバータと、
ＰＷＭ信号を生成して前記インバータを制御する第１の演算処理装置と、
前記直流電圧源が接続される直流母線経路の電流を検出する電流検出手段と、
前記直流母線経路の電圧を検出する母線電圧検出手段と、
前記第１の演算処理装置からのＰＷＭ信号の時間幅を計測し、
前記電流検出手段の検出結果、前記母線電圧検出手段によって検出された母線電圧及び前記計測したＰＷＭ時間幅に基づき前記電動機の巻線抵抗を算出する第２の演算処理装置と、
を具備することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項２】
前記第１の演算処理装置は通電角度を所定の位置に固定して前記インバータを制御し、
前記第２の演算処理装置は、前記通電角度が所定の位置に固定された状態において前記電動機の巻線抵抗を算出することを特徴とする請求項１記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記第１の演算処理装置は２相変調で前記インバータを制御することを特徴とする請求項２記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記第２の演算処理装置は、少なくとも１相のＰＷＭパルス幅のＯＮ時間またはＯＦＦ時間を計測することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記第２の演算処理装置は、ＰＷＭパルス幅のＯＮ時間中またはＯＦＦ時間中に前記電流検出手段の検出結果を取り込むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記第２の演算処理装置は、ＰＷＭパルス幅のＯＮ時間中またはＯＦＦ時間中に所定時間経過後に前記電流検出手段の検出結果を取り込むことを特徴とする請求項５記載の電動機駆動装置。
【請求項７】
事前に得られた巻線抵抗と巻線温度の関係を記憶する記憶手段を備え、
前記第２の演算処理装置は、前記算出した電動機の巻線抵抗から前記記憶手段に記憶された巻線抵抗と巻線温度の関係を用いて前記電動機の巻線温度を求めることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動機駆動装置。
【請求項１】
直流電圧源と、
この直流電圧源の供給電力により電動機を駆動するインバータと、
ＰＷＭ信号を生成して前記インバータを制御する第１の演算処理装置と、
前記直流電圧源が接続される直流母線経路の電流を検出する電流検出手段と、
前記直流母線経路の電圧を検出する母線電圧検出手段と、
前記第１の演算処理装置からのＰＷＭ信号の時間幅を計測し、
前記電流検出手段の検出結果、前記母線電圧検出手段によって検出された母線電圧及び前記計測したＰＷＭ時間幅に基づき前記電動機の巻線抵抗を算出する第２の演算処理装置と、
を具備することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項２】
前記第１の演算処理装置は通電角度を所定の位置に固定して前記インバータを制御し、
前記第２の演算処理装置は、前記通電角度が所定の位置に固定された状態において前記電動機の巻線抵抗を算出することを特徴とする請求項１記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記第１の演算処理装置は２相変調で前記インバータを制御することを特徴とする請求項２記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記第２の演算処理装置は、少なくとも１相のＰＷＭパルス幅のＯＮ時間またはＯＦＦ時間を計測することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記第２の演算処理装置は、ＰＷＭパルス幅のＯＮ時間中またはＯＦＦ時間中に前記電流検出手段の検出結果を取り込むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記第２の演算処理装置は、ＰＷＭパルス幅のＯＮ時間中またはＯＦＦ時間中に所定時間経過後に前記電流検出手段の検出結果を取り込むことを特徴とする請求項５記載の電動機駆動装置。
【請求項７】
事前に得られた巻線抵抗と巻線温度の関係を記憶する記憶手段を備え、
前記第２の演算処理装置は、前記算出した電動機の巻線抵抗から前記記憶手段に記憶された巻線抵抗と巻線温度の関係を用いて前記電動機の巻線温度を求めることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動機駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２８９１１（Ｐ２０１０−２８９１１Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８４４６７（Ｐ２００８−１８４４６７）
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（０００００４４２２）日本建鐵株式会社 (152)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（０００００４４２２）日本建鐵株式会社 (152)
【Ｆターム（参考）】
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