JP2001231266A - インバータ駆動電動機装置 - Google Patents

インバータ駆動電動機装置

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JP2001231266A
JP2001231266A JP2000037359A JP2000037359A JP2001231266A JP 2001231266 A JP2001231266 A JP 2001231266A JP 2000037359 A JP2000037359 A JP 2000037359A JP 2000037359 A JP2000037359 A JP 2000037359A JP 2001231266 A JP2001231266 A JP 2001231266A
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秀明 加藤
Takashi Ogawa
高志 小川
Tetsuo Nomoto
哲男 野本
Yuichi Izawa
雄一 伊澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過電流保護の保持・解除を行う部分を簡便化
した合理的な構成のインバータ駆動電動機装置提供す
る。 【解決手段】 インバータ駆動電動機装置100はマイ
コン5・ドライブ回路4によりインバータ4を駆動して
モータ3を動作させている。電流検出用抵抗Rsで検出
したインバータ2の電流値が過電流になると過電流検出
回路6のコンパレータCpが過電流検出信号6Aをマイ
コン5に与えてドライブ回路4によりインバータ2の駆
動を停止する。過電流のときにコンパレータCpにヒス
テリヒス動作の往き側を動作させて過電流検出信号6A
を保持状態にする。インバータ2の停止後に生ずるモー
タ3の回生電流でコンパレータCpにヒステリヒス動作
の復り側を動作させて過電流検出信号6Aを保持状態を
解除する。この解除のみをマイコン5に行わせてもよ
い。過電流異常の保持と解除を行うための構成が不要に
なり構成を簡便化した合理的なインバータ駆動電動機装
置100を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、インバータの過
電流を保護する機能を設けたインバータ駆動電動機装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】こうしたインバータ駆動電動機装置20
0は、例えば、冷蔵装置・空調装置などの冷媒圧縮用圧
縮部、扇風機などの駆動源として使用され、電動機(以
下、モータという)には、DCブラシレスモータなどの
種々のモータが用いられており、例えば、図5のような
インバータ2によりモータ3を駆動するようにしたイン
バータ駆動電動機装置200の構成が周知である。な
お、以下の各図において、同一符号で示す部分は、いず
れかの図により説明する同一符号の部分と同一の機能を
もつ部分である。
【0003】図5において、マイコン5は、モータ3を
連続的に回転させるための制御信号をドライブ回路4に
与えて、ドライブ回路4を制御することにより、インバ
ータ2を駆動しており、インバータ2は、各電力用トラ
ンジスタ(以下、トランジスタという)TU・TV・T
W・TX・TY・TZにより、直流電源1を複数相、例
えば、3相の交流電源に変換してモータ3を駆動してい
る。
【0004】なお、トランジスタTU〜TZの駆動は、
回転子3Rの位置を検出する位置検出部分(図示せず)
からの信号をマイコン5に与えて、回転子3Rを同期回
転させるよう制御している。また、直流電源1は、例え
ば、交流電源(図示せず)、例えば、商用の交流電源を
所要の電圧に変圧して得られる交流電圧を整流平滑して
得られる直流電源である。
【0005】過電流検出回路6は、直流電源1からイン
バータ2に電流を供給している電流を検出する電流検出
素子、例えば、インバータ2の負極側の電路に配置した
電流検出用抵抗Rsによって検出した直流値が、所定量
を超えているか否か、すなわち、過電流か否かを検出す
る部分である。
【0006】過電流検出回路6は、過電流が検出された
ときは、過電流である旨の過電流検出信号6Aを過電流
異常保持回路7を介してマイコン5に与え、マイコン5
がドライブ回路4にインバータ2の駆動を停止するよう
に制御動作して、過電流保護動作が行われ、この過電流
保護動作によって、インバータ2の駆動が停止した後
に、マイコン5からの制御信号で異常解除回路8が過電
流異常保持回路7の異常保持を解除する。
【0007】なお、過電流異常保持回路7は、例えば、
フリップ・フロップ回路で構成してあり、また、異常解
除回路8は、例えば、保護用抵抗Rrを入力側に設けた
トランジスタTrによって上記のフリップ・フロップ回
路による異常の保持を解除させるように構成してある。
【0008】過電流検出回路6は、コンパレータCp、
回路用直流電源Vcc、過電流検出用抵抗R1・R2、
基準電圧用抵抗R3・R4などで構成されている。な
お、直流電源1は、例えば、電圧280V、回路用直流
電源Vccは電圧5〜15Vにしてあるので、直流電源
1と回路用電源Vccとを別個の電源にしているが、直
流電源1の電圧が低く、回路用直流電源Vccと同程度
の電圧で構成し得る場合には、直流電源1と回路用直流
電源Vccとを同一のもので構成してもよい。この場
合、過電流時に回路用直流電源Vccに相当する部分の
電圧を変動させないように構成しておく必要がある。
【0009】そして、過電流検出回路6の各部は、次の
ような動作条件に設定されている。なお、以下の数式に
おいて、Vccは回路用直流電源Vccの電圧を表して
おり、コンパレータCpの正端子、すなわち、+端子の
電圧Em1は、次の数式(1)のようになっている。
【0010】 Em1=Vcc・R4/(R3+R4) ……(1) また、電流検出用抵抗Rsに流れる電流Isを、矢印の
ように、インバータ2の負極回路側から直流電源1の負
極に向かって流れる方向を正方向とし、各抵抗値をR1
>>Rs、 R2>>Rsとした場合、コンパレータC
pの負端子、すなわち、−端子の電圧Em2は、次の数
式(2)のようになっている。 Em2=(−Is・Rs)+[(Vcc+Is・Rs)R2/(R1+R2)] =(R2・Vcc−R1・Rs・Is)/(R1+R2)……(2) したがって、Em1<Em2のときは、コンパレータC
pの出力、すなわち、過電流検出信号6Aは低レベルL
owになり、Em1 >Em2のときは、コンパレータ
Cpの出力、すなわち、過電流検出信号6Aは高レベル
Highになるように構成してあるので、例えば、図6
の[コンパレータ出力電圧]のような波形の過電流検出
信号6を出力する。
【0011】図6の各部動作波形は、インバータ2とモ
ータ3とを3相のDCブラシレスモータによる構成とし
た場合の動作例であって、インバータ2の各トランジス
タTU〜TZがモータ3の各固定子巻線3U・3V・3
Wに120°の位相分の通電を行う3相駆動を行う構成
になっており、図6の[通電相][トランジスタ駆動波
形]は、U相のトランジスタTUがON状態で通電して
おり、Y相のトランジスタTYがチョッピングによるO
N・OFFを行って細かいパルス状態の通電を行ってい
る状態での動作例である。
【0012】なお、この動作状での各トランジスタTU
〜TZの各電流状態は、図7〜図9の太い矢印線のよう
になっており、U相のトランジスタTUとY相のトラン
ジスタTYがともにON状態のときは、図7のように、
過電流検出抵抗Rsには上記の正方向の電流が流れ、U
相のトランジスタTUがON状態、Y相のトランジスタ
TUがOFF状態のときは、図8のように、V相のトラ
ンジスタTVに並列に接続した還流用のダイオードDV
を通るように電流が流れるため、過電流検出用抵抗Rs
には電流は流れない。
【0013】ここで、全てのトランジスタTU〜TZの
通電を停止した後にも、モータ3の固定子巻線3U・3
Vに蓄えられていたエネルギーが逆方向に流れ、これが
回生電流Irになって、図9のように、ダイオードDV
とX相のトランジスタTXに並列に接続した還流用のダ
イオードDXとを通る電流が流れるため、過電流検出抵
抗Rsには、上記の正方向とは反対に流れる負方向の電
流が流れることになる。
【0014】図6の[トランジスタ駆動波形]による通
電状態の場合、正常の状態では、 Em1<Em2 過電流検出信号6A=Low なるので、異常保持回路7は、図6の[異常保持回路]
における「正常」側のレベル、すなわち、低レベル側の
信号をマイコン5に与えており、マイコン5は、全ての
トランジスタTU〜TZを駆動する制御信号をドライブ
回路4に与えているので、全てのトランジスタTU〜T
Zが動作して、3相の交流電流をモータ3に与えてい
る。
【0015】そして、回転子3Rの位置検出信号が何ら
かの原因で得られなかった場合、直流電源1からインバ
ータ2に与えている電流値が、例えば、過電流によるト
ランジスタTU〜TZの過電流破損、回転子3Rの着磁
極の減磁など防止するための所定値になり、図6の[R
s電流と、過電流保護レベル]のように、例えば、「過
電流保護動作レベルIs1」に達する電流が過電流検出
抵抗Rsに流れた場合には、過電流検出用抵抗Rsの抵
抗R2側の電圧が所定値に下降して、コンパレータCp
での比較状態は、図6の[コンパレータ正負端子入力電
圧(重ね書き)][コンパレータ出力電圧]の状態にな
り、 Em1>Em2 異常検出信号6A=High になるので、異常保持回路7は、図6の[異常保護回
路]のように「異常」側のレベルの信号をマイコン5に
与えることなり、マイコン5は、全てのトランジスタT
U〜TZを駆動を停止する制御信号をドライブ回路4に
与えて、全てのトランジスタTU〜TZが動作し、各ト
ランジスタTU〜TZ自体としてはモータ3に電流を与
えない状態になる。
【0016】そして、モータ3に流れる電流は、図6の
[Rs電流と、過電流保護レベル]のように、電流値I
sn側に移行するので、過電流検出抵抗Rsに流れる電
流が「過電流保護動作レベルIs1」を下回り、コンパ
レータCpの過電流検出信号6Aは図6の[コンパレー
タ出力電圧]のようにLow側に戻るが、過電流異常保
持回路7は、図6の[異常保持回路]のように、「異
常」の状態を保持し続け、この保持は、マイコン5から
の制御によって異常解除回路8が解除動作を行ってとき
に解除されて、「正常」側に戻る。
【0017】ここで、図6の[Rs電流と、過電流保護
レベル]において、インバータ3の停止後の「回生電流
期間」が「−A」側に流れている部分は、上記のよう
に、インバータ3の固定子巻線各トランジスタTU〜T
Z自体としてはモータ3に電流を与ていないが、モータ
3の固定子巻線3U・3Vに蓄えられていたエネルギー
によって生ずる回生電流Irの部分である。つまり、こ
の回転状態では、モータ3が発電機と同様の発電動作を
行っていることになり、この発電動作による電流が回生
電流Irになって現れるものである。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
過電流検出回路のほかに、過電流異常保持回路や、この
保持を解除するための過電流異常解除回路を設けなけれ
ばらないので、構成が複雑になる装置を簡便安価に提供
できないほか、これらの過電流異常保持回路・過電流異
常解除回路での異常や故障も生ずるため、保守作業が複
雑になるなどの不都合がある。このため、こうした不都
合を無くした装置の提供が望まれているという課題があ
る。
【0019】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記のよう
な直流電源を交流電源に変換するインバータにより電動
機を駆動するとともに、上記のインバータに上記の直流
電源から供給している電流を検出して得られる検出電圧
と、所定の基準電圧とをコンパレータにより比較して過
電流を検出した出力にもとづいて上記のインバータの駆
動を停止する過電流保護動作の保持と解除とを行うイン
バータ駆動電動機装置において、
【0020】上記のコンパレータのヒステリヒス動作に
もとづいて、上記の保持、または、上記の保持と解除と
を行わせる保持解除手段を設ける第1の構成と、
【0021】この第1の構成において、上記の停止に行
った後の上記の電動機の回生電流が所定の負電流になっ
たときに上記のヒステリヒス動作のリセット動作にもと
づいて上記の解除を行うようにした第2の構成と、
【0022】上記の第1の構成において、上記の停止を
行った後の上記の電動機の回生電流によっては上記のヒ
ステリヒス動作のリセット動作を行わせずに、上記のイ
ンバータの駆動を制御するマイコンの制御にもとづいて
上記の解除を行うようにした第3の構成とにより上記の
課題を解決したものである。
【0023】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態として、上
記の図5の構成によるインバータ駆動電動機装置200
に、この発明を適用した実施例を図1〜図4により説明
する。図1〜図4において、図5〜図7と同一符号で示
す部分は図5〜図7の同一符号の部分と同一の機能をも
つ部分である。また、図1〜図4において、同一符号で
示す部分は、図1〜図4のいずれかにおいて説明する同
一符号の部分と同一の機能をもつ部分である。
【0024】
【実施例】〔第1実施例〕以下、図1・図2により第1
実施例を説明する。この第1実施例の構成は、概括的に
は、上記の第1の構成と第2の構成とを構成しているも
のであり、図5の従来技術の構成と異なる箇所は、次の
箇所である。
【0025】第1には、過電流異常保持回路7と異常解
除回路8とを除去して異常電流検出回路6とマイコン5
とにより、過電流異常保持回路7と異常解除回路8とに
代わる動作を行わせるようにした箇所である。
【0026】第2には、コンパレータCpの正端子、す
なわち、+端子と接地間にコンデンサC2を接続すると
ともに、+端子と出力端子との間に抵抗R5による帰還
回路を設け、さらに、コンパレータCpの負端子、すな
わち、−端子と接地間にコンデンサC1を接続すること
によって、コンパレータCpに図2のようなヒステリシ
ス動作を行わせるようにした箇所である。なお、コンパ
レータCpはオープンコレクタ出力回路形式のもので構
成してある。
【0027】つまり、具体的には、上記の数式(1)
(2)による条件は同一に設定してあり、コンパレータ
Cpの出力が低レベルLowであるときの+端子の入力
電圧Em1をEm1aとすると、 Em1a=Vcc(R4//R5)/[R3+(R4//R
5)] になる。
【0028】また、コンパレータCpの出力が高レベル
Highであるときの+端子の入力電圧Em1をEm1
bとすると、 Em1b=VccR4/(R3+ R4) になる。
【0029】そして、コンデンサC1・C2は、回路用
直流電源VccをコンパレータCpに与えた初期動作の
際に、コンパレータCpの出力が低レベルLowになる
ように設定するとともに、コンデンサC1・C2の容量
値を過電流保護動作時に各部動作に影響を与えないよう
な微少容量に設定してある。
【0030】また、抵抗R1〜R5は、図2の[Rs電
流と、過電流保護レベル]における過電流保護動作を行
う前の状態のように、電流検出抵抗Rsが検出している
電流Isが、過電流保護レベルIs1に対して、 Is<Is1 過電流検出信号A6=Low のときに、 Em1<Em2 になるように、次の数式(3)の条件に設定してある。
【0031】 {(R4//R5)/[R3+(R4//R5)]}<[R2/( R1 +R2)] …………(3) そして、Is1<Isになり、図2の[コンパレータ出
力電圧]のように、 過電流検出信号6A=High になって、一旦、過電流保護動作を行った後は、 Is=0 になっても、 Em1>Em2 の状態を維持させることにより、図2の[コンパレータ
正端子入力電圧]のように、 過電流検出信号6A=High の状態にして過電流保護動作を保持するように回路の定
数を設定してあるので、この状態では、次の数式(4)
の状態になる。
【0032】 [(R4/(R3+R4)]>[R2/(R1+ R2)] ……(4) この過電流保護動作が保持されている状態では、図2の
[Rs電流と、過電流保護レベル]のように、電流Is
が減少してゆき、電流Isがゼロになっても、そのまま
の状態を続け、図2の[Rs電流と、過電流保護レベ
ル]の過電流保護解除レベルIs2になると、つまり、 Em1 <Em2 になって、図2の[コンパレータ正端子入力電圧]のよ
うに、 過電流検出信号6A=Low に反転動作するように回路の定数を設定してある。した
がって、コンパレータCpでの比較状態は、図2の[コ
ンパレータ正負端子入力電圧(重ね書き)]のようにな
っている。
【0033】上記のように、コンパレータCpの−端子
に与えれる被比較入力のレベルが、一旦、第1の比較入
力のレベルを超えて、比較出力を反転させた比較出力を
行った後に、比較入力のレベルが被比較入力のレベルま
で下がっても、その比較出力を維持しており、さらに、
第2のレベルまで下がってときに、比較出力を元の比較
出力の状態に戻すような戻り動作、すなわち、リセット
動作を行わせることを、この発明では、コンパレータの
ヒステリヒス動作という。
【0034】そして、この第1実施例では、上記のコン
パレータCpのヒステリヒス動作におけるリセット動作
を行わせるための所定の電流値を、図2の[Rs電流
と、過電流保護レベル]の過電流保護解除レベルIs2
のように、マイコン5とドライバ回路4とによってイン
バータ2の駆動を停止した後に生ずるモータ3の回生電
流Irが所定の電流値Is2に設定しているものであ
る。
【0035】なお、この第1実施例では、上記のような
3相のDCブラシレスモータに適用して構成している
が、一般の誘導電動機のようなモータ3を近似正弦波型
のパルス幅変調電圧を出力するインバータ2で駆動して
いる場合の構成に適用して、同様に、過電流保護動作を
行わせ得ることは、当業者によれば、当然、実施し得る
範囲のことであるので、ここでは、説明を省略する。
【0036】〔第2実施例〕以下、図3・図4により第
2実施例を説明する。この第2実施例の構成は、概括的
には、上記の第1の構成と第3の構成とを構成している
ものであり、上記の第1上記のの構成と異なる箇所は、
異常解除回路8を追加するとともに、その解除動作をマ
イコン5の制御によって行うようにした箇所である。
【0037】図3において、装置の動作開始時に、マイ
コン5は、インバータを駆動する前に、回路用直流電源
Vccが所定の電圧値になったときに、異常解除回路8
を異常解除状態にリセット動作させることにより、過電
流検出回路6のコンパレータCpの出力、すなわち、過
電流検出信号6Aを低レベルLow側にリセット動作さ
せる。マイコン5は、こうした動作を行った後に、イン
バータ2を駆動する制御信号をドライブ回路4に与えて
インバータ2を駆動することにより、モータ3を連続的
に回転させる状態にする。
【0038】そして、過電流検出回路6は、上記の第1
実施例と同様に、過電流状態を検出してコンパレータC
pの過電流検出信号6Aを高レベルHighにした出力
をマイコン5に与えると、マイコン5がドライブ回路4
を制御してインバータ2の駆動を停止するように、過電
流保護動作の保持を行う。
【0039】しかし、コンパレータCpのヒステリヒス
動作におけるリセット動作を行えるリセット動作レベル
Is2Aを、図4の[Rs電流と、過電流保護レベル]
のリセット動作レベルのように、回生電流Irによる負
電流の最高値Isnよりも大きい負電流値にして、 |Is2A|>|Isn| になるように設定しているため、ヒステリヒス動作にお
けるリセット動作が行えない状態になるので、過電流保
護動作の保持を行った状態が持続されることになる。
【0040】つまり、図4の[異常保持回路]のよう
に、コンパレータCpの動作によっては、異常検出信号
6A=低レベルLowの状態には戻れない。したがっ
て、コンパレータCpでの比較状態は、図4の[コンパ
レータ正負端子入力電圧(重ね書き)]のようになって
いる。
【0041】そして、所定の時間、例えば、10秒の経
過をマイコン1に設けた時計回路(図示せず)が計時し
たときにマイコンから異常解除回路8に短いパルス状の
制御信号8Aを与えるか、または、マイコン5の操作部
(図示せず)を操作した信号にもとづいてマイコン5か
ら異常解除回路8に制御信号8Aを与え、異常解除回路
8によってコンパレータCpの+端子を接地させること
により、コンパレータCpのヒステリヒス動作のリセッ
ト動作を行わせるようにしている。
【0042】したがって、この第2実施例の構成は、イ
ンバータ2の駆動を停止した後のモータ3の回生電流I
rによってはコンパレータCpのヒステリヒス動作のリ
セット動作を行わせずに、インバータ2の駆動を制御す
るマイコン5の制御にもとづいて異常保持、すなわち、
過電流保護動作の保持を解除するように構成しているも
のである。
【0043】
【発明の効果】この発明によれば、以上のように、異常
検出回路に設けたコンパレータのヒステリヒス動作によ
って、過電流保護動作の保持、または、その保持と解除
を行わせているため、従来のような過電流異常保持回
路、または、過電流異常保持回路と異常解除回路を設け
る必要がないため、これらの回路の故障による保守作業
が不要になるほか、装置を簡便安価にして提供できるな
どの効果がある。
【図面の簡単な説明】
図面中、図1〜図4はこの発明の実施例を、また、図5
〜図9は従来技術を示し、各図の内容は次のとおりであ
る。
【図1】全体ブロック構成図
【図2】要部動作波形図
【図3】全体ブロック構成図
【図4】要部動作波形図
【図5】全体ブロック構成図
【図6】要部動作波形図
【図7】要部動作状態図
【図8】要部動作状態図
【図9】要部動作状態図
【符号の説明】
1 直流電源 2 インバータ 3 モータ 3R 回転子 3U・3V・3W 固定子巻線 4 ドライブ回路 5 マイコン 6 過電流検出回路 6 過電流検出信号 7 過電流異常保持回路 8 異常解除回路 200 インバータ駆動電動機装置 C1・C2 コンデンサ Cp コンパレータ DU〜DZ ダイオード Em1 +端子電圧 Em2 −端子電圧 Ir 回生電流 Is 電流 Is1 過電流保護動作レベル Isn 最大回生電流 Rr 保護用抵抗 Rs 電流検出用抵抗 R1・R2 過電流検出用抵抗 R3・R4 基準電圧用抵抗 R5 抵抗 TU〜TZ トランジスタ U U相 V V相 Vcc 回路用直流電源 W W相
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野本 哲男 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 伊澤 雄一 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源を交流電源に変換するインバー
    タにより電動機を駆動するとともに、前記インバータに
    前記直流電源から供給している電流を検出して得られる
    検出電圧と、所定の基準電圧とをコンパレータにより比
    較して過電流を検出した出力にもとづいて前記インバー
    タの駆動を停止する過電流保護動作の保持と解除とを行
    うインバータ駆動電動機装置であって、 前記コンパレータのヒステリヒス動作にもとづいて、前
    記保持、または、前記保持と解除とを行わせる保持解除
    手段を具備することを特徴とするインバータ駆動電動機
    装置。
  2. 【請求項2】 前記停止を行った後の前記電動機の回生
    電流が所定の負電流になったときに前記ヒステリヒス動
    作のリセット動作にもとづいて前記解除を行うことを特
    徴とする請求項1記載のインバータ駆動電動機装置。
  3. 【請求項3】 前記停止を行った後の前記電動機の回生
    電流によっては前記ヒステリヒス動作のリセット動作を
    行わせずに、前記インバータの駆動を制御するマイコン
    の制御にもとづいて前記解除を行うことを特徴とする請
    求項1記載のインバータ駆動電動機装置。
JP2000037359A 2000-02-14 2000-02-16 インバータ駆動電動機装置 Expired - Fee Related JP3530449B2 (ja)

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