JP2006296117A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、低コスト、高信頼性のインバータ装置を提供することを目的としたものである。
【解決手段】本発明のインバータ装置は、通信部２６から入力される直流電圧データと、Ａ／Ｄ変換器２４からの直流電圧のＡ／Ｄ値とを比較し、補正値を求める補正部２２と、ここで求めた補正値を保存する記憶部２７を備えることで、電圧検出部２１の誤差を補正し、正確な値にできる。これにより、電圧検出部２１に可変抵抗が不要となり、その調整も不要となるため、小型、低コスト、高信頼性のインバータ装置が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源電圧を検出し、それを自らの制御やシステムの制御に使用するインバータ装置に関するものである。

従来のこの種のインバータ装置は、直流電圧を検出するために、抵抗を用いて分圧し、その電圧値をＡ／Ｄ変換している（例えば、特許文献１参照）。
その分圧電圧値に精度が必要な場合は、分圧抵抗のばらつきを吸収するために、可変抵抗を用いて分圧電圧の微調整をしている。

図４において、直流電源１の直流電圧は、電圧検出部１２１の分圧抵抗１２１Ａと分圧抵抗１２１Ｂ及び可変抵抗１２１Ｃで分圧され、Ａ／Ｄ変換器２４へ入力される。Ａ／Ｄ変換器２４の出力は、制御データ変換部２５へ送られる。コントローラ１０３からのモータ４の回転数などを指令するためのデジタル通信信号１３１は、コントローラ１０３とのデジタル通信を行うためインバータ装置１０２に備えられている通信部１２６を経由し、制御部２８へ入力される。

制御部２８は、このデジタル通信信号１３１及び制御データ変換部２５からのデータに基づき、モータ駆動部２３を制御する。
特開平１１−１８９０３２号公報（第８頁、第８図）

しかしながら、前記従来の構成においては、精度良く直流電圧値を検出するために可変抵抗を用いて電圧の微調整を行う必要がある。そのため、調整工数アップやコストアップ、さらにはサイズアップになってしまう課題を有していた。また、車に搭載された時のような環境下では、振動による可変抵抗の設定値変化、腐食ガス等による可変抵抗の接触不良等、信頼性の面でも課題を有していた。更に、電圧検出部とＡ／Ｄ変換器で構成されるＡ／Ｄ変換部の故障と想定される不具合が発生した場合において、故障箇所の究明はインバータ装置を分解調査して実施しなければならず、多大な時間がかかっていた。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、低コスト、サイズの小型化、信頼性向上、Ａ／Ｄ変換部の故障検出を可能とするインバータ装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために本発明のインバータ装置は、通信部から入力される直流電圧データとＡ／Ｄ変換部からのＡ／Ｄ値を比較演算し、当該比較演算結果を補正値として記憶部に保存し、交流電流を出力する時には、その補正値でＡ／Ｄ変換部からのＡ／Ｄ値を補正部にて補正し、正確なＡ／Ｄ値を求めるようにしたものである。

これにより、電圧検出部に可変抵抗を用いなくても検出誤差は補正部で補正されるため、制御データ変換部へは正確なＡ／Ｄ値が入力されることになり、調整工数、コスト、サイズの低減が可能となる。また、可変抵抗を使用せず、可変抵抗にまつわる不具合は発生しないため信頼性の向上が可能となる。さらに、記憶部に保存されている補正値と新たに作成する補正値とを比較することで、Ａ／Ｄ変換部の故障を簡単に検出することができる。

本発明のインバータ装置は、電圧検出部に可変抵抗を用いず正確に直流電圧を検出できるため、調整工数、コスト、サイズの低減及び、信頼性の向上が可能となる。

さらに、記憶部に保存されている補正値と新たに作成する補正値とを比較することで、Ａ／Ｄ変換部部の故障も簡単に検出することができる。

第１の発明は、通信部から入力される直流電圧データと、Ａ／Ｄ変換部からのＡ／Ｄ値とを比較し、補正値を求め、当該補正値を記憶部に保存することにより、電圧調整用の可変抵抗が不要となり、調整工数、コスト、サイズの低減、及び、信頼性を向上させることができる。

第２の発明は、第１の発明において、直流電源の直流電圧を定格電圧としてＡ／Ｄ変換部に入力し、当該定格電圧に相当する直流電圧データを通信部から入力して補正値を求めることにより、定格電圧付近の電圧検出精度を高くできる。

第３の発明は、第１の発明において、作動範囲の最大電圧をＡ／Ｄ変換部に入力し、当該最大電圧に相当する直流電圧データを通信部から入力して補正値を求めることにより、電圧検出範囲全域に渉り電圧検出精度を高くできる。

第４の発明は、、第１または２の発明において、調整検査時に行うことで調整検査の工数を低減し、精度を向上できる。

第５の発明は、第１乃至４の発明において、Ａ／Ｄ変換部からの複数回のＡ／Ｄ値を平均した値をＡ／Ｄ値として使用することにより、ノイズの多い環境下でも精度良く電圧検出を行うことができる。

第６の発明は、第１乃至５の発明において、補正値が所定の範囲外の値となった場合にはＡ／Ｄ変換部の不良と判断することにより、不良品の流出を防ぐことができ、信頼性を向上させることができる。

第７の発明は、第１乃至５の発明において、補正値を保存した後、再度、同一条件で補正値を求めてそれまで保存されていた補正値との比較を行い、その差が所定の範囲外の値となった場合にはＡ／Ｄ変換部の不良と判断することで、市場での故障検出を簡単に行うことができる。

第８の発明は、第１乃至７の発明において、車輌に搭載されることで、車両が要求する、小型、低コスト、高品質、高いサービス性を最大限に満たすことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態におけるインバータ装置のシステムの３つのモードのそれぞれの流れを表したブロック図で、図１は補正値決定モードのブロック図で、直流電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部からのＡ／Ｄ値と、通信部から入力される直流電圧の電圧値に相当する直流電圧データとを比較演算し、補正値を決定して記憶するまでの流れを表したものである。インバータ装置の調整検査時が主に該当する。

図２は通常運転モードのブロック図で、通信部から入力されるデータに基づき、直流電圧をスイッチングして交流電流を出力する通常運転時の流れを表したものであり、図３は故障診断モードのブロック図で、補正値を記憶部に保存した後、再度、同一条件で補正値を求め、それまで保存されていた補正値との比較を行い、その差が所定の範囲外の値となった場合にはＡ／Ｄ変換部の不良と判断する故障診断の流れを表したものである。各モードにおいて、機能していない部分は、破線で示している。

図１〜図３において、インバータ装置２のＡ／Ｄ変換部は、電圧検出部２１とＡ／Ｄ変換器２４とから構成されている。インバータ装置２は、直流電源から供給された直流電圧を電圧検出部２１で分圧しＡ／Ｄ変換器２４に入力する。Ａ／Ｄ変換器２４では、電圧検出部２１からの分圧電圧をＡ／Ｄ変換し、補正部２２へ出力する。ここで、通信部２６、Ａ／Ｄ変換器２４、補正部２２、記憶部２７、制御データ変換部２５及び制御部２８はデータ書き換え可能なフラッシュマイコン及びそのプログラムで構成している。

図１に示す補正値決定モードについて、動作および作用を説明する。

コントローラ３から、デジタル通信信号３１における補正値決定モード信号がインバータ装置２の通信部２６に送られる。通信部２６は補正部２２に対し、補正値決定モードを実行するよう指令する。この場合、直流電源１の電圧は、例えば定格電圧（３００Ｖ）となるよう、正確に調整しておく。この電圧が電圧検出部２１に印加されると、電圧検出部２１とＡ／Ｄ変換器２４によってＡ／Ｄ変換されたＡ／Ｄ値が補正部２２に送られる。補正部２２では、このＡ／Ｄ値を１０回読み込み平均化した値を実際のＡ／Ｄ値（例えば３Ａ０Ｈ）として扱う。

しかし、電圧検出部２１には可変抵抗がないため、電圧検出部２１の分圧抵抗２１Ａと分圧抵抗２１Ｂとのばらつき調整されておらず、このＡ／Ｄ値（３Ａ０Ｈ）には誤差が含まれている。

コントローラ３からは、デジタル通信信号３１における補正値決定モード信号に続き、直流電圧データ（前記３００Ｖに相当する３ＡＡＨ）がインバータ装置２の通信部２６に送られる。この直流電圧データ（３ＡＡＨ）は、誤差のない正確な直流電圧（３００Ｖ）が電圧検出部２１に印加され、電圧検出部２１の分圧抵抗２１Ａと分圧抵抗２１Ｂがともにばらつきのないセンター値として、またＡ／Ｄ変換器２４は正常と仮定したとき、Ａ／Ｄ変換器２４から出力されるべき理論上のＡ／Ｄ値を表している。

通信部２６は、この直流電圧データを補正部２２に送る。補正部２２では、通信部２６からの直流電圧データ（３ＡＡＨ）とＡ／Ｄ変換器２４からのＡ／Ｄ値（３Ａ０Ｈ）を入力し、直流電圧データ（３ＡＡＨ）と実際のＡ／Ｄ値（３Ａ０Ｈ）との比（（直流電圧データ）／（実際のＡ／Ｄ値））を演算し、補正値とする。

この時、この補正値の値が直流電圧データ（３ＡＡＨ）の±３％を超えている場合は、Ａ／Ｄ変換部を構成する電圧検出部２１、または、Ａ／Ｄ変換器２４に異常があると判断し、コントローラ３に異常を知らせる信号を送信する。補正値が直流電圧データ（３ＡＡＨ）の±３％以内であれば、正常と判断し、上記演算した補正値を、記憶部２７に送る。記憶部２７では、それまで記憶されていた補正値を、送られてきた新しい補正値に書き換える。

尚、直流電源１の電圧は、定格電圧としたが、これに限るものではなく、インバータ装置２の作動範囲内最大電圧の電圧値等でもよい。また、直流電圧データを、直流電圧の理論上のＡ／Ｄ値（３ＡＡＨ）としたが、これに限るものではなく、直流電圧の理論上のＡ
／Ｄ値（３ＡＡＨ）と１対１に対応する信号として、通信部２６もしくは補正部２２などで、３ＡＡＨに変換するようにしてもよい。

次に、図２に示す通常運転モードについて動作、作用を説明する。

コントローラ３から、デジタル通信信号３２における通常運転モード信号がインバータ装置２に送られる。通信部２６は補正部２２に対し、通常運転モードを実行するよう指令する。この場合、通常運転時であり、直流電源１の電源電圧は特定できないが、例えば３００Ｖであるとする。

この直流電圧が電圧検出部２１に印加されると、電圧検出部２１とＡ／Ｄ変換器２４によってＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ値（３Ａ０Ｈ）が補正部２２に送られる。このＡ／Ｄ値は、前述の如く理論値からずれている。補正部２２では、このＡ／Ｄ値を１０回読み込み平均化した値を実際のＡ／Ｄ値（３Ａ０Ｈ）として扱う。そして、補正部２２は、平均化されたＡ／Ｄ値（３Ａ０Ｈ）と記憶部２７で記憶されている補正値との積を求めＡ／Ｄ値を補正し、３ＡＡＨとする。そして、制御データ変換部２５へ補正されて正確に３００Ｖを表現するＡ／Ｄ値３ＡＡＨを送る。

制御部２８では、制御データ変換部２５からのデータ及びコントローラ３からのデジタル通信信号３２におけるモータ４の回転数を指令する回転数データに基づいてモータ４を制御する。

図３に示す故障診断モードについて動作、作用を説明する。前述の図１に示す補正値決定モードと同じように、直流電源１の電圧を定格電圧（３００Ｖ）に設定しておく。

コントローラ３から、デジタル通信信号３３における故障診断モード信号がインバータ装置２に送られる。通信部２６は補正部２２に対し故障診断モードを実行するよう指令する。そして、補正部２２は、補正値決定モードと同じ手順により、補正値を演算する。ここで、記憶部２７が既に記憶している補正値との比較を行い、その差が±３％以上であれば、電圧検出部２１またはＡ／Ｄ変換器２４の故障と判断し、コントローラ３へ故障を知らせるデータを送信する。

尚、上記実施の形態において、通常運転モードにおいて、回転数データに基づいてモータを制御するとしたが、回転数データに限らず、出力電力指令データ、出力電流指令データ、出力トルク指令データ等でもよい。通常運転モードにおいて、補正部は、平均化されたＡ／Ｄ値と記憶部で記憶されている補正値との積を求めることでＡ／Ｄ値の補正を行うとしたが、この補正は行わず、補正値を故障診断モードだけに使うようにしても良い。また、補正値決定モードにおいて、電圧検出部または、Ａ／Ｄ変換器の異常有無判断だけに使うようにしても良い。

各モード信号と直流電圧データ、回転数データはシリアル信号であり、通信線を少なくできる。同一の通信部を用いることで、別途通信部を設ける必要がない。また、通信部２６、Ａ／Ｄ変換器２４、補正部２２、制御データ変換部２５及び制御部２８については、マスクマイコンで構成し、記憶部２７についてはＥＥＰＲＯＭで構成しても良い。

以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、電圧検出部に可変抵抗を用いず正確な直流電圧を検出できるため、調整工数、コスト、サイズの低減及び、信頼性の向上が可能となるので、産業用、各種移動体用にも好適である。

本発明の実施の形態１におけるインバータ装置の補正値決定モード時のシステムの流れを表したブロック図 本発明の実施の形態１におけるインバータ装置の通常運転モード時のシステムの流れを表したブロック図 本発明の実施の形態１におけるインバータ装置の故障診断モード時のシステムの流れを表したブロック図 従来のインバータ装置のシステムの流れを表したブロック図

符号の説明

１ 直流電源
２ インバータ装置
３ コントローラ
４ モータ
２１ 電圧検出部
２１Ａ 分圧抵抗Ａ
２１Ｂ 分圧抵抗Ｂ
２１Ｃ 可変抵抗
２２ 補正部
２３ モータ駆動部
２４ Ａ／Ｄ変換部
２５ 制御データ変換部
２６ 通信部
２７ 記憶部
２８ 制御部

Claims (8)

1. デジタル信号用の通信部から入力されるデータに基づき、直流電圧をスイッチングして交流電流を出力するインバータ装置において、前記直流電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部を備え、前記Ａ／Ｄ変換部からのＡ／Ｄ値と、前記通信部から入力される前記直流電圧の電圧値に相当する直流電圧データとを比較演算し、当該比較演算結果を補正値として記憶部に保存することを特徴とするインバータ装置。
2. 前記直流電圧の電圧値を、前記インバータ装置の定格電圧の電圧値に一致させて、前記補正値を求めることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記直流電圧の電圧値を、前記インバータ装置の作動範囲内最大電圧の電圧値に一致させて、前記補正値を求めることを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
4. 前記インバータ装置の調整検査時に、前記補正値を求めることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のインバータ装置。
5. 前記Ａ／Ｄ変換部からの複数回の出力を平均化してＡ／Ｄ値とすることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
6. 前記補正値が所定の範囲外の値となった場合には、Ａ／Ｄ変換部の不良と判断することを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
7. 前記補正値を前記記憶部に保存した後、再度、同一条件で補正値を求め、それまで保存されていた補正値との比較を行い、その差が所定の範囲外の値となった場合には、Ａ／Ｄ変換部の不良と判断することを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
8. 車輌に搭載されることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。