JP2014143782A

JP2014143782A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2014143782A
Application number: JP2013009167A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Nagano; 桂佑長野; Akira Sakai; 顕酒井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】モータ起動時のノイズによる過電流誤検出を防止し、不要なモータ停止を抑制することが可能なモータ制御装置を得ること。
【解決手段】商用交流電力を直流電力に変換するコンバータ部３０と、コンバータ部３０から出力される直流電力を所望のモータ駆動用交流電力に変換するインバータ部４０と、インバータ部４０に流れる電流を検出する電流検出部５０と、インバータ部４０を駆動する駆動回路１１と、電流検出部５０から出力される電流検出信号に基づいてインバータ部４０に流れる電流の電流値判定を行い、該電流値判定において過電流を検出した場合に、駆動回路１１の制御を停止して、インバータ部４０の駆動を停止させる制御マイコン８と、を備え、モータ２０の起動から所定期間が経過するまでの間と、モータ２０の起動から所定期間が経過した後とにおいて、電流値判定を行う頻度を切り替えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

従来のモータ制御装置では、モータの通常運転時においてモータ駆動用の電圧型インバータ（以下、単に「インバータ」という）に流れる電流を監視し、過電流を検出した場合には、インバータの出力を遮断してモータを停止する処理を行っている。

何らかの要因でインバータを構成する半導体スイッチが短絡破壊を起こしている状態でインバータを起動すると、その半導体スイッチと同一相の他の健全な半導体スイッチも、モータの起動時、つまり、インバータの起動時に過電流で破損する虞がある。このため、例えば、モータの起動前に、インバータを構成する上アームの半導体スイッチと下アームの半導体スイッチとをそれぞれ異なる所定期間にオンさせ、その所定期間に流れる電流を監視して、半導体スイッチの短絡状態を検出するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開平１１−１２２９４１号公報

例えば、冷蔵庫等に用いられる圧縮機モータを駆動制御する場合、圧縮機の起動直後から所定の期間は、圧縮機モータの起動に伴うノイズが発生し易い。上記従来技術を含む従来のモータ制御装置では、この圧縮機モータの起動に伴うノイズがインバータを制御するマイコンに混入することにより、マイコンが過電流を誤検出して圧縮機を駆動するモータが停止する虞がある、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ起動時のノイズによる過電流誤検出を防止し、不要なモータ停止を抑制することが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるモータ制御装置は、商用交流電力を所望のモータ駆動用交流電力に変換してモータに供給するモータ制御装置であって、前記商用交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部から出力される直流電力を所望のモータ駆動用交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部に流れる電流を検出する電流検出部と、前記インバータ部を駆動する駆動回路と、前記電流検出部から出力される電流検出信号に基づいて前記インバータ部に流れる電流の電流値判定を行い、該電流値判定において過電流を検出した場合に、前記駆動回路の制御を停止して、前記インバータ部の駆動を停止させる制御マイコンと、を備え、前記制御マイコンは、前記モータの起動から所定期間が経過するまでの間と、前記モータの起動から所定期間が経過した後とにおいて、前記電流値判定を行う頻度を切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、モータ起動時のノイズによる過電流誤検出を防止し、不要なモータ停止を抑制することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかるモータ制御装置の一構成例を示す図である。図２は、実施の形態にかかるモータ制御装置における制御フローチャートである。図３は、実施の形態にかかるモータ制御装置におけるモータ起動後の電流値判定タイミングチャートである。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかるモータ制御装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、実施の形態にかかるモータ制御装置の一構成例を示す図である。図１では、実施の形態にかかるモータ制御装置１００は、交流電源７から供給される商用交流電力を所望のモータ駆動用交流電力に変換してモータ２０に供給する構成例を示している。

図１に示すように、実施の形態にかかるモータ制御装置１００は、交流電源７から供給される商用交流電力を直流電力に変換するコンバータ部３０と、コンバータ部３０から出力される直流電力を所望のモータ駆動用交流電力に変換するインバータ部４０と、インバータ部４０に流れる電流を検出する電流検出部５０と、インバータ部４０を駆動する駆動回路１１と、外部からの信号および電流検出部５０から出力される電流値情報を含む電圧信号である電流検出信号に基づき、駆動回路を制御する制御マイコン８とを備えている。

コンバータ部３０は、整流ダイオード１４および平滑用コンデンサ１５を含み構成される。なお、コンバータ部３０の構成はこれに限らず、交流電源７から供給される商用交流電力を直流電力に変換する構成であればよく、このコンバータ部３０の構成により本発明が限定されるものではない。

インバータ部４０は、各スイッチ素子１〜６とその各スイッチ素子１〜６に逆並列に接続された各還流ダイオード２１〜２６とからなる上段側の各半導体スイッチ４１〜４３および下段側の各半導体スイッチ４４〜４６がブリッジ接続され構成される。なお、図１に示す例では、モータ２０は三相モータであり、半導体スイッチ４１および半導体スイッチ４４、半導体スイッチ４２および半導体スイッチ４５、および半導体スイッチ４３および半導体スイッチ４６の三相分の各上下アームを備える例を示したが、インバータ部４０の構成はこれに限らず、例えば、モータ２０が二相同期モータである場合には、二相分の各上下アームを備える構成であってもよく、このインバータ部４０の構成により本発明が限定されるものではない。

電流検出部５０は、電流検出用抵抗１０と、電流検出用抵抗１０の電圧値に基づく電流検出信号を出力する電流検出回路１３を備えている。なお、電流検出部５０の構成はこれに限らず、抵抗のみで構成されていてもよいし、ＣＴ（カレントトランス）および増幅回路を組み合わせた構成であってもよく、この電流検出部５０の構成により本発明が限定されるものではない。

制御マイコン８は、電流検出部５０から出力される電流検出信号を制御マイコン８の演算タイミングで監視して電流値判定を行い、過電流が流れたことを検出した場合、例えば、電圧信号である電流検出信号に含まれる電流値情報から、電流値が所定値を超えたことを検出した場合に、駆動回路１１の制御を停止して、インバータ部４０の駆動を停止させる。

上述したように、例えば、冷蔵庫等に用いられる圧縮機モータを駆動制御する場合、圧縮機モータの起動直後から所定の期間は、圧縮機モータの起動に伴うノイズが発生し易い。このモータ２０の起動に伴うノイズがインバータ部４０を制御する制御マイコン８の電流検出信号入力に混入することにより、制御マイコン８が過電流を誤検出してモータが停止する虞がある。したがって、本実施の形態では、モータ２０の起動から所定期間が経過するまでの間と、モータ２０の起動から所定期間が経過した後とにおいて、電流値判定頻度を切り替える。より具体的には、モータ２０の起動から所定期間が経過するまでの間は、モータ２０の起動から所定期間が経過した後よりも電流値判定頻度を少なくする。これにより、モータ２０の起動に伴うノイズによる過電流誤検出を防止し、不要なモータ２０の停止を抑制することが可能となる。

なお、上記説明では、制御マイコン８において電流値判定を行い、電流検出部５０から出力される電流検出信号に含まれる電流値情報から、電流値が所定値を超えた場合に、過電流が流れたものとして駆動回路１１の制御を停止させる例について説明したが、電流検出部５０において電流値判定を行い、電流値が所定値を超えた場合に、過電流が流れたものとして過電流検出信号を出力し、制御マイコン８がこの過電流検出信号を検出した場合に、駆動回路１１の制御を停止させるようにしてもよい。

つぎに、実施の形態にかかるモータ制御装置の動作について、図１〜図３を参照して説明する。図２は、実施の形態にかかるモータ制御装置における制御フローチャートである。また、図３は、実施の形態にかかるモータ制御装置におけるモータ起動後の電流値判定タイミングチャートである。

交流電源７から商用交流電力が供給され、外部からの起動信号を受信すると（ステップＳＴ１０１）、制御マイコン８は、モータ２０の起動前、つまり、駆動回路１１によるインバータ部４０の駆動制御を開始する前に、まず、インバータ部４０の各上下アームを構成する各半導体スイッチ４１〜４６の短絡状態検出を行う（ステップＳＴ１０２）。この各半導体スイッチ４１〜４６の短絡状態検出手法としては、例えば、上アームの全ての半導体スイッチを所定期間オンさせ、下アームの全ての半導体スイッチをオフさせたときに流れる電流を監視して、半導体スイッチ４１〜４６の短絡状態（つまり、過電流）を検出するようにしてもよいし、各半導体スイッチ４１〜４６を１つずつ順番に所定期間オンさせたときに流れる電流を監視して、半導体スイッチ４１〜４６の短絡状態を検出するようにしてもよく、この半導体スイッチ４１〜４６の短絡状態検出手法により本発明が限定されるものではない。

ステップＳＴ１０２において過電流を検出した場合には、何らかの要因でインバータ部４０を構成する各半導体スイッチ４１〜４６の何れか１つ以上が短絡破壊を起こしているものとして（ステップＳＴ１０２；Ｙｅｓ）、駆動回路１１によるインバータ部４０の駆動制御を禁止し、モータ２０の起動禁止処理を行い（ステップＳＴ１０３）、本制御処理を終了する。

ステップＳＴ１０２において過電流を検出しなかった場合には、インバータ部４０を構成する各半導体スイッチ４１〜４６が全て健全であるものとして（ステップＳＴ１０２；Ｎｏ）、時刻ｔ０において駆動回路１１によるインバータ部４０の駆動制御を開始し、モータ２０を起動する（ステップＳＴ１０４）。

ここで、制御マイコン８は、モータ２０の起動時刻ｔ０から所定期間Ｘ１が経過するまでの間、制御マイコン８の演算タイミングに対し、電流値判定を行わない演算タイミングをマスクするマスク時間をＴ１に設定する（ステップＳＴ１０５）。

図３に示す例では、マスク時間Ｔ１を演算周期ｔの制御マイコン８の演算タイミングを３回マスクするように設定している。つまり、モータ２０の起動時刻ｔ０から所定期間Ｘ１が経過するまでの間においては、制御マイコン８の演算タイミングの４回中１回、つまり、制御マイコン８の演算周期ｔに対し、１／４の頻度で電流値判定を実施する。

その後、制御マイコン８は、モータ２０の起動時刻ｔ０から所定期間Ｘ１が経過したか否かを判定し（ステップＳＴ１０６）、モータ２０の起動時刻ｔ０から所定期間Ｘ１が経過するまでの間（ステップＳＴ１０６；Ｎｏ）、ステップＳＴ１０６を繰り返す。

モータ２０の起動時刻ｔ０から所定期間Ｘ１が経過すると（ステップＳＴ１０６；Ｙｅｓ）、制御マイコン８は、制御マイコン８の演算タイミングに対し、電流値判定を行わない演算タイミングをマスクするマスク時間をＴ２に設定して（ステップＳＴ１０７）、本制御処理を終了する。

図３に示す例では、マスク時間Ｔ２を演算周期ｔの制御マイコン８の演算タイミングを１回マスクするように設定している。つまり、モータ２０の起動時刻ｔ０から所定期間Ｘ１の経過後においては、制御マイコン８の演算タイミングの２回中１回、つまり、制御マイコン８の演算周期ｔに対し、１／２の頻度で電流値判定を実施する。

このように、モータ２０の起動から所定期間が経過するまでの間は、モータ２０の起動から所定期間が経過した後よりも電流値判定を行う頻度を少なくすることにより、モータ２０の起動に伴うノイズによる過電流誤検出を防止し、不要なモータ２０の停止を抑制することが可能となる。

なお、モータ２０の起動時刻ｔ０から所定期間Ｘ１が経過するまでの間におけるマスク時間Ｔ１、およびモータ２０の起動時刻ｔ０から所定期間Ｘ１の経過後におけるマスク時間Ｔ２は、何れもインバータ部４０を構成する各半導体スイッチ４１〜４６の短絡耐量を超えない範囲で設定する必要があるのは言うまでもない。

以上説明したように、実施の形態のモータ制御装置によれば、モータの起動から所定期間が経過するまでの間と、モータの起動から所定期間が経過した後とにおいて、電流値判定頻度を切り替えるようにし、モータの起動から所定期間が経過するまでの間は、モータの起動から所定期間が経過した後よりも電流値判定を行う頻度を少なくするようにしたので、モータの起動に伴うノイズによる過電流誤検出を防止し、不要なモータの停止を抑制することが可能となる。

なお、上述した実施の形態では、モータの起動から所定期間が経過するまでの間に発生するモータの起動に伴うノイズの影響を考慮して、モータの起動から所定期間が経過するまでの間は、電流値判定を行う頻度を少なくするようにしたが、モータの起動直後よりも起動から所定時間経過後にノイズが多くなるケースでは、モータの起動から所定時間経過後において電流値判定を行う頻度をモータの起動から所定期間が経過するまでの間に電流値判定を行う頻度よりも少なくするのが好ましい。なお、この場合でも、モータの起動から所定期間が経過するまでの間におけるマスク時間Ｔ１、およびモータの起動から所定期間経過後におけるマスク時間Ｔ２を、何れもインバータ部を構成する各半導体スイッチの短絡耐量を超えない範囲で設定する必要があるのは言うまでもない。

また、上述した実施の形態では、電源投入時における制御フローチャートを用いて説明したが、モータの運転制御において、モータ起動後に通常運転に移行後モータを停止し、モータへの通電を再開する際にも適用可能であることは言うまでもない。

さらに、上述した実施の形態では、冷蔵庫等に用いられる圧縮機モータを一例として挙げ、この圧縮機モータを駆動制御する場合、圧縮機モータの起動直後から所定の期間は、圧縮機モータの起動に伴うノイズが発生し易いことを述べたが、上述した実施の形態のモータ制御装置の適用範囲はこれに限らず、エアコン等の他の一般家庭用機器に適用することも可能であるし、実施の形態に示す構成を有するより一般的なモータ制御装置として広く適用可能であることは言うまでもない。

また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、モータ駆動用のインバータに流れる過電流検出機能を有するモータ制御装置に有用であり、特に、冷蔵庫やエアコン等の一般家庭用機器の圧縮機モータに適している。

１〜６スイッチ素子、７交流電源、８制御マイコン、１０電流検出用抵抗、１１駆動回路、１３電流検出回路、１４整流ダイオード、１５平滑用コンデンサ、２０モータ、２１〜２６還流ダイオード、３０コンバータ部、４０インバータ部、４１〜４６半導体スイッチ、５０電流検出部、１００モータ制御装置。

Claims

商用交流電力を所望のモータ駆動用交流電力に変換してモータに供給するモータ制御装置であって、
前記商用交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、
前記コンバータ部から出力される直流電力を所望のモータ駆動用交流電力に変換するインバータ部と、
前記インバータ部に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記インバータ部を駆動する駆動回路と、
前記電流検出部から出力される電流検出信号に基づいて前記インバータ部に流れる電流の電流値判定を行い、該電流値判定において過電流を検出した場合に、前記駆動回路の制御を停止して、前記インバータ部の駆動を停止させる制御マイコンと、
を備え、
前記制御マイコンは、
前記モータの起動から所定期間が経過するまでの間と、前記モータの起動から所定期間が経過した後とにおいて、前記電流値判定を行う頻度を切り替える
ことを特徴とするモータ制御装置。
前記制御マイコンは、前記モータの起動から所定期間が経過するまでの間に前記電流値判定を行う頻度が前記モータの起動から所定期間が経過した後に前記電流値判定を行う頻度よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記制御マイコンは、前記モータの起動前において、前記インバータ部を構成する各半導体スイッチの短絡状態検出を行い、前記各半導体スイッチのうちの何れかの短絡を検出した場合に、前記駆動回路による前記インバータ部の駆動制御を禁止し、前記モータの起動禁止処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記制御マイコンは、前記各半導体スイッチの短絡を検出しなかった場合に、前記駆動回路による前記インバータ部の駆動制御を開始し、前記モータを起動することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。