JP2008178232A

JP2008178232A - モータ駆動用インバータ制御方法

Info

Publication number: JP2008178232A
Application number: JP2007009827A
Authority: JP
Inventors: Motonobu Ikeda; 基伸池田; Tatsu Yagi; 達八木; Hirohito Maeda; 浩仁前田; Keisuke Shimatani; 圭介嶋谷
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】モータ２００が回転しているときであっても、上記回転の影響を避けつつオフセット量を把握して、インバータ電流ｉｄｃの検出誤差を回避し、スイッチング制御を行う。
【解決手段】モータ２００が、外部要因により、例えばモータ２００に設けられたファンが風を受けるなどして、モータ２００が回転すると、モータ２００に誘起電圧が発生する。この現象で平滑コンデンサ３１の充電が行われているときには企図しないインバータ電流ｉｄｃが流れる。このときにインバータ電流ｉｄｃのオフセットを得ても正しくオフセットを把握できない。よって当該充電が終了してからインバータ電流ｉｄｃのオフセットを得る。当該オフセットに基づいてスイッチング信号Ｔ１〜Ｔ６がインバータ１を制御し、以てモータ２００を駆動させる。
【選択図】図１

Description

この発明はモータを駆動するインバータを制御する方法に関する。

従来から、インバータによって直交変更された電力を用いてモータを駆動する技術が存在する。当該インバータは、高電位側入力線と低電位側入力線との間に直流電圧を受け、出力線からモータへと相毎に交流電流を出力する。そして当該インバータには通常、対をなすスイッチング素子が、高電位側入力線と低電位側入力線の間で、出力線が接続される点を介して直列に接続される。そしてこれらのスイッチング素子の各々には並列に、環流ダイオードが接続されている。上記直流電圧は平滑コンデンサによって支えられている。

このインバータによってモータの駆動を行うとき、モータとインバータとの間に流れる直流電流をモニタする。そして当該電流（以下「インバータ電流」と称す）に基づいて、またさらにはもちろんモータの回転速度にも基づいて、上記スイッチング素子のスイッチング制御が行われる。

特許第３７５７７４５号公報

インバータ電流によってスイッチング制御を行う場合、インバータ電流を正しく検出する必要がある。よってインバータ電流が流れていないはずの場合においてもインバータ電流として検出される値があれば、それはオフセット量として把握されるべきである。

しかしながら、モータがインバータ以外の要因で回転している場合、当該回転を原因としてインバータ電流が流れることがある。例えばモータにファンが設けられる場合、該ファンが風を受けて回転している場合にはモータが発生する誘起電圧によって、モータから環流ダイオードを介して平滑コンデンサが充電される。このときにインバータ電流が流れる。

このように誘起電圧に起因してインバータ電流が流れるときに、オフセット量を把握することは適切ではない。実際にインバータ電流が流れているからである。しかし、オフセット量を把握するために風が収まることを待つのであれば、適時にインバータ制御を行うことができない。またオフセット量の把握は一回のみ行うのではなく、インバータ制御を起動させる度に行うことが望ましい。またオフセット量を把握するときに、モータの回転を強制的に停止させることは別途に機械的な機構を必要とする。

上記の観点から、本発明は、モータが回転しているときであっても、上記回転の影響を避けつつオフセット量を把握して、インバータ電流の検出誤差を回避し、スイッチング制御を行うことを目的とする。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第１の態様は、モータ(200)を駆動するインバータ(1)を制御する方法であって、前記インバータは、平滑コンデンサ(31)の一端及び他端にそれぞれ接続される高電位側入力線(71)及び低電位側入力線(72)と、各々が、前記高電位側入力線と前記低電位側入力線との間で直列に接続されていずれも前記高電位側入力線から前記低電位側入力線への電流を流す一対のスイッチング素子(11,14;12,15;13,16)と、前記スイッチング素子の各々に並列に接続されて前記スイッチング素子が電流を流す方向とは逆に電流を流す環流ダイオード(D1,D4;D2,D5;D3,D6)を有する複数のレグと、各々の前記レグにおける前記一対のスイッチング素子同士の接続点と前記モータとを接続する出力線(81;82;83)とを備える。そして当該制御方法は、(a)前記高電位側入力線と前記低電位側入力線との間の線間電圧(Vdc)を得るステップ(S1)と、(b)前記モータが絶縁された状態での誘起電圧(Vm(v))を得るステップ(S2)と、(c)前記線間電圧が前記誘起電圧以上である場合に、前記高電位側入力線もしくは前記低電位側入力線に流れる直流電流(idc)の検出値(J)をオフセット量として採用するステップ(S4)と、を前記スイッチング素子の全てを非導通状態にして実行し、前記ステップ(a)(b)(c)の実行後に(d)前記オフセット量に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング制御を行うステップ(S5)を更に実行する。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第２の態様は、その第１の態様であって、前記ステップ(b)においては、(b1)前記モータの回転速度(v)から前記誘起電圧(Vm(v))を得るステップ(S23)が実行される。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第３の態様は、その第２の態様であって、前記ステップ(b)においては前記ステップ(b1)に先だって、(b2)前記モータの回転位置(θ)から前記モータの回転速度(v)を得るステップ(S22)が実行される。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第４の態様は、その第３の態様であって、前記ステップ(b)においては前記ステップ(b2)に先だって、(b3)前記モータの回転位置(θ)を得るステップ(S21)が実行される。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第５の態様は、その第１乃至第４の態様のいずれかであって、前記インバータは高電位側入力線及び前記低電位側入力線のいずれか一方に介挿された抵抗(r)を備え、前記ステップ(c)においては、前記抵抗の電圧降下(Vr)に基づいて前記直流電流(idc)の検出値(J)が求められる。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第６の態様は、その第５の態様であって、前記検出値(J)は前記抵抗の電圧降下(Vr)を入力するオペアンプ(61)から出力される。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第１の態様によれば、モータがインバータ以外の要因で回転している場合、例えばモータにファンが設けられ、当該ファンが風を受けて回転している場合にはモータから環流ダイオードを介して平滑コンデンサが充電される。よって平滑コンデンサが充電されてからオフセット量を把握することにより、上記回転の影響を避けつつ直流電流の検出誤差を回避してスイッチング制御を行うことができる。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第２の態様によれば、モータを実際に絶縁状態に置くことなく、誘起電圧を得ることができる。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第３の態様によれば、モータの回転速度を簡易に測定することができる。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第４の態様によれば、モータの回転速度を簡易に測定することができる。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第５の態様によれば、直流電流を簡易に測定することができる。

この発明にかかるモータ駆動用インバータ制御方法の第６の態様によれば、オフセットに基づく制御では、オペアンプのオフセットをも補正できる。

図１はこの発明にかかるインバータ制御方法を実行できる構成を例示する回路図である。

ダイオードブリッジ４は、三相電源線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から供給される三相交流を全波整流し、平滑回路３へ直流電圧を出力する。平滑回路３はリアクトル３２と平滑コンデンサ３１とでチョークインプット型のローパスフィルタを構成している。平滑コンデンサ３１の一端及び他端には、それぞれ高電位側入力線７１及び低電位側入力線７２が接続されている。入力線７１，７２の間の線間電圧Ｖｄｃは平滑コンデンサ３１によって支持されている。

平滑コンデンサ３１の出力は電流検出回路２に与えられる。電流検出回路２は平滑コンデンサ３１に対してリアクトル３２とは反対側に抵抗ｒを有しており、ここにおける電圧降下Ｖｒが測定される。電圧降下Ｖｒはインバータ電流ｉｄｃを求める根拠となる。

なお、リアクトル３２は高電位側入力線７１に、抵抗ｒは低電位側入力線７２に、それぞれ介挿されているが、リアクトル３２が低電位側入力線７２に、抵抗ｒが高電位側入力線７１に、それぞれ介挿されてもよい。

インバータ１は電流検出回路２に対して平滑回路３と反対側に設けられ、線間電圧Ｖｄｃと電圧降下Ｖｒとの和を入力する。但し、通常、抵抗ｒは小さく選定されて、線間電圧Ｖｄｃに対して電圧降下Ｖｒを無視することができる。

インバータ１は入力線７１，７２の間に接続されるレグの複数を備えている。図中Ｕ相と示されたレグは、直列に接続されていずれも高電位側入力線７１から低電位側入力線７２への電流を流す一対のスイッチング素子１１，１４と、スイッチング素子１１，１４の各々に並列に接続されてスイッチング素子１１，１４が電流を流す方向とは逆に電流を流す環流ダイオードＤ１，Ｄ４を有する。図中Ｖ相と示されたレグについても同様に、一対のスイッチング素子１２，１５と環流ダイオードＤ２，Ｄ５を有する。またＷ相と示されたレグについても同様に、一対のスイッチング素子１３，１６と環流ダイオードＤ３，Ｄ６を有する。

スイッチング素子１１，１４の接続点とモータ２００とは出力線８１で、スイッチング素子１２，１５の接続点とモータ２００とは出力線８２で、スイッチング素子１３，１６の接続点とモータ２００とは出力線８３で、それぞれ接続されている。

スイッチング素子１１〜１６は例えばバイポーラトランジスタであってもよいし、電界効果トランジスタであってもよいし、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであってもよい。これらのスイッチング動作は、スイッチング制御回路６によって行われる。例えば図示されない速度指令値と線間電圧Ｖｄｃ、インバータ電流ｉｄｃ及びモータ２００の回転位置（回転角）θに基づいて、スイッチング信号Ｔ１〜Ｔ６が生成される。スイッチング信号Ｔ１〜Ｔ６はそれぞれスイッチング素子１１〜１６に開閉を行わせる。

モータ２００の回転位置θは、公知の回転位置検出器２０１を用いることで検出できる。

スイッチング制御回路６は、電源線Ｌ２，Ｌ３から得られる単相交流に基づき、電源回路５から供給される電力Ｐによって動作する。

図２はスイッチング制御回路６の内部構成を例示するブロック図である。スイッチング制御回路６はオペアンプ６１、インタフェース６２、ＣＰＵ６３及び信号生成部６４を備えている。オペアンプ６１には電圧降下Ｖｒが入力され、検出値Ｊを出力する。検出値Ｊはインタフェース６２を介してＣＰＵ６３に入力される。また線間電圧Ｖｄｃ、回転位置θもインタフェース６２を介してＣＰＵ６３に入力される。ＣＰＵ６３は検出値Ｊからインバータ電流ｉｄｃを見積もり、これと線間電圧Ｖｄｃ、回転位置θ及び速度指令値（不図示）に基づいて信号生成部６４にスイッチング信号Ｔ１〜Ｔ６を生成させる。

図３はスイッチング制御回路６の動作を例示するフローチャートである。電源線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３へと電源を投入することにより、スイッチング制御回路６には電力Ｐが供給され、動作が開始する。この時点においてはまだスイッチング素子１１〜１６は全て非導通状態にある。

このようにスイッチング素子１１〜１６が非導通であるときに外部要因により、例えばモータ２００に設けられたファンが風を受けるなどして、モータ２００が回転すると、モータ２００に誘起電圧が発生する。そしてこれは環流ダイオードＤ１〜Ｄ６を流れ、平滑コンデンサ３１を充電する。この充電電流がインバータ電流ｉｄｃの検出値Ｊのオフセット値として誤認されることを回避することが必要となる。

よってまず、ステップＳ１において線間電圧Ｖｄｃを得る。線間電圧Ｖｄｃは公知の電圧測定手段によって平滑コンデンサ３１の両端電圧を測定すればよい。次にステップＳ２において、モータ２００がインバータ１と絶縁されていたならば発生させていたであろう誘起電圧Ｖｍ（ｖ）を得る。その求め方は後述する。

次にステップＳ３において、線間電圧Ｖｄｃが誘起電圧Ｖｍ（ｖ）以上であるか否かを判断する。当該判断が肯定的な場合には、モータ２００から平滑コンデンサ３１への充電は行われないので、抵抗ｒには電流が流れていないはずであり、オペアンプ６１が出力するインバータ電流ｉｄｃの検出値Ｊをオフセット量として採用する（ステップＳ４）。当該判断が否定的な場合には、ステップＳ１〜Ｓ３が繰り返し実行される。平滑コンデンサ３１が充電されると、風量が増大し続けない限り、ステップＳ３の判断はやがて肯定的になる。

ステップＳ４が実行されると、ステップＳ５において、オフセット量に基づいてスイッチング素子１１〜１６のスイッチング制御を行う。

ステップ２はステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を有している。ステップＳ２１では回転位置θを得る。ステップＳ２２では回転位置θを微分して回転速度ｖを得る。ステップＳ２３では回転速度ｖに基づいて誘起電圧Ｖｍ（ｖ）を求める。誘起電圧Ｖｍ（ｖ）の回転速度ｖに対する依存性はモータ２００に固有であるので、モータ２００をインバータ１に接続する前に既知にできる。

図４は回転速度ｖと、線間電圧Ｖｄｃと、誘起電圧Ｖｍ（ｖ）と、インバータ電流ｉｄｃの関係を示すグラフである。回転速度ｖが上昇すると、これに基づいて計算された誘起電圧Ｖｍ（ｖ）も上昇する。図４では誘起電圧Ｖｍ（ｖ）は実測値ではないので、一点鎖線で示している。誘起電圧Ｖｍ（ｖ）の上昇に伴い、インバータ電流ｉｄｃも流れる。これにより平滑コンデンサ３１が充電され、線間電圧Ｖｄｃも上昇する。そして回転速度ｖの上昇が止まり、誘起電圧Ｖｍ（ｖ）よりも線間電圧Ｖｄｃが高くなると、インバータ電流ｉｄｃも流れなくなる。

以上のように、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を実行することにより、平滑コンデンサ３１が充電されてからオフセット量を把握できるので、外部要因によって回転するモータ２００の影響を避けつつインバータ電流ｉｄｃの検出誤差を回避してスイッチング制御を行うことができる。

特に、ステップＳ２３において、モータの回転速度ｖから誘起電圧Ｖｍ（ｖ）を得るので、モータ２００を実際に絶縁状態に置くことなく、誘起電圧Ｖｍ（ｖ）を得ることができる。

またステップＳ２１，Ｓ２２においてモータ２００の回転位置θを得て、これからモータ２００の回転速度ｖを得るので、回転速度ｖを簡易に測定することができる。

また、抵抗ｒの電圧降下Ｖｒに基づいてインバータ電流ｉｄｃの検出値Ｊが求められるので、インバータ電流ｉｄｃを簡易に測定することができる。

また検出値Ｊは抵抗ｒの電圧降下Ｖｒを入力するオペアンプ６１から出力されるので、オフセットに基づく制御では、オペアンプ６１のオフセットをも補正できる。

この発明にかかるインバータ制御方法を実行できる構成を例示する回路図である。スイッチング制御回路の内部構成を例示するブロック図である。スイッチング制御回路の動作を例示するフローチャートである。モータの回転速度と、線間電圧と、誘起電圧と、インバータ電流の関係を示すグラフである。

符号の説明

２００モータ
１インバータ
３１平滑コンデンサ
７１高電位側入力線
７２低電位側入力線
１１〜１６スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６環流ダイオード
８１，８２，８３出力線

Claims

モータ(200)を駆動するインバータ(1)を制御する方法であって、
前記インバータは、
平滑コンデンサ(31)の一端及び他端にそれぞれ接続される高電位側入力線(71)及び低電位側入力線(72)と、
各々が、前記高電位側入力線と前記低電位側入力線との間で直列に接続されていずれも前記高電位側入力線から前記低電位側入力線への電流を流す一対のスイッチング素子(11,14;12,15;13,16)と、前記スイッチング素子の各々に並列に接続されて前記スイッチング素子が電流を流す方向とは逆に電流を流す環流ダイオード(D1,D4;D2,D5;D3,D6)を有する複数のレグと、
各々の前記レグにおける前記一対のスイッチング素子同士の接続点と前記モータとを接続する出力線(81;82;83)と
を備え、
(a)前記高電位側入力線と前記低電位側入力線との間の線間電圧(Vdc)を得るステップ(S1)と、
(b)前記モータが絶縁された状態での誘起電圧(Vm(v))を得るステップ(S2)と、
(c)前記線間電圧が前記誘起電圧以上である場合に、前記高電位側入力線もしくは前記低電位側入力線に流れる直流電流(idc)の検出値(J)をオフセット量として採用するステップ(S4)と、
を前記スイッチング素子の全てを非導通状態にして実行し、前記ステップ(a)(b)(c)の実行後に
(d)前記オフセット量に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング制御を行うステップ(S5)
を更に実行する、モータ駆動用インバータ制御方法。
前記ステップ(b)においては、
(b1)前記モータの回転速度(v)から前記誘起電圧(Vm(v))を得るステップ(S23)
が実行される、請求項１記載のモータ駆動用インバータ制御方法。
前記ステップ(b)においては前記ステップ(b1)に先だって、
(b2)前記モータの回転位置(θ)から前記モータの回転速度(v)を得るステップ(S22)
が実行される、請求項２記載のモータ駆動用インバータ制御方法。
前記ステップ(b)においては前記ステップ(b2)に先だって、
(b3)前記モータの回転位置(θ)を得るステップ(S21)
が実行される、請求項３記載のモータ駆動用インバータ制御方法。
前記インバータは高電位側入力線及び前記低電位側入力線のいずれか一方に介挿された抵抗(r)を備え、
前記ステップ(c)においては、前記抵抗の電圧降下(Vr)に基づいて前記直流電流(idc)の検出値(J)が求められる、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載のモータ駆動用インバータ制御方法。
前記検出値(J)は前記抵抗の電圧降下(Vr)を入力するオペアンプ(61)から出力される、請求項５記載のモータ駆動用インバータ制御方法。