JP2020188665A - 信号生成装置、モータシステム、信号生成方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】瞬間的な電圧降下が発生した場合であっても、モータに対して所望の制御を継続することのできる信号生成装置を提供する。【解決手段】信号生成装置は、コンバータからインバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であるか否かを判定する判定部と、前記判定部がコンバータから前記インバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であると判定した場合に、前記インバータに供給される電圧を昇圧させる制御信号を生成する生成部と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、信号生成装置、モータシステム、信号生成方法及びプログラムに関する。

モータシステムでは、可能な限りモータの回転を継続させることが要求される場合がある。
特許文献１には、関連する技術として、電力負荷の変動に応じて母線電圧指令値を変化させてモータを駆動させる技術が開示されている。

特開２０１４−０５７５２１号公報

ところで、瞬間的な電圧降下が発生した場合、モータシステムにおけるインバータへ供給される電圧が低下する場合がある。この場合、モータに対して所望の制御を継続することができない（いわゆる、脱調状態となる）可能性がある。
そのため、瞬間的な電圧降下が発生した場合であっても、モータに対して所望の制御を継続することのできる技術が求められている。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる信号生成装置、モータシステム、信号生成方法及びプログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、信号生成装置は、コンバータからインバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であるか否かを判定する判定部と、前記判定部がコンバータから前記インバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であると判定した場合に、前記インバータに供給される電圧を昇圧させる制御信号を生成する生成部と、を備える。

本発明の第２の態様によれば、第１の態様における信号生成装置は、前記制御信号を前記コンバータに出力する制御部、を備えるものであってもよい。

本発明の第３の態様によれば、モータシステムは、第１の態様または第２の態様における信号生成装置と、前記コンバータと、を備える。

本発明の第４の態様によれば、信号生成方法は、インバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であるか否かを判定することと、前記インバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であると判定した場合に、前記インバータに供給される電圧を昇圧させる制御信号を生成することと、を含む。

本発明の第５の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、インバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であるか否かを判定することと、前記インバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であると判定した場合に、前記インバータに供給される電圧を昇圧させる制御信号を生成することと、を実行させる。

本発明によれば、瞬間的な電圧降下が発生した場合であっても、モータに対して所望の制御を継続することができる。

本発明の一実施形態によるモータシステムの構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態によるインバータの構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態による制御装置の構成の一例を示す図である。 本発明の一実施形態によるモータシステムの処理フローの一例を示す図である。 本発明の別の実施形態によるモータシステムの構成の一例を示す図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
本発明の一実施形態によるモータシステム１の構成について説明する。
モータシステム１は、図１に示すように、交流電源１０、コンバータ２０、インバータ３０、モータ４０、電圧検出装置５０、制御装置６０（信号生成装置の一例）を備える。
モータシステム１は、インバータ３０へ供給される電圧が低下した、または、インバータ３０へ供給される電圧が低下すると判定した場合に、インバータ３０へ供給される電圧を昇圧し、インバータ３０へ供給される電圧の低下を抑制するシステムである。
例えば、モータシステム１は、空気調和システムで使用されるモータシステムである。

交流電源１０は、発電所などから供給される電力に基づく電源である。そのため、瞬間的な電圧降下が発生した場合、交流電源１０の出力電圧は低下する。

コンバータ２０は、図１に示すように、整流回路２０１、スイッチング回路２０２、平滑コンデンサ２０３を備える。
整流回路２０１は、ダイオード２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄを備える。整流回路２０１は、交流電源１０から供給される交流電力を直流電力に変換し、スイッチング回路２０２へ出力する。

スイッチング回路２０２は、リアクタ２０２ａ、ダイオード２０２ｂ、スイッチング素子２０２ｃを備える。リアクタ２０２ａは、第１端子、第２端子を備える。ダイオード２０２ｂは、アノード端子、カソード端子を備える。スイッチング素子２０２ｃは、第１端子、第２端子、第３端子を備える。スイッチング素子２０２ｃは、制御装置６０から第１端子が受ける制御信号ｓｉｇ１に応じて、オン状態となる期間とオフ状態となる期間とが切り替わることにより、第２端子から第３端子に流れる電流を制御し、スイッチング回路２０２に流れる電流の値を変化させる。スイッチング素子２０２ｃとしては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が挙げられる。スイッチング素子２０２ｃが例えばＭＯＳＦＥＴである場合、スイッチング素子２０２ｃの第１端子はゲート端子であり、第２端子はソース端子であり、第３端子はドレイン端子である。
スイッチング回路２０２は、平滑コンデンサ２０３へ電流を流し、インバータ３０に入力される電圧を生成する回路である。スイッチング回路２０２は、インバータ３０に供給される電圧が低下した場合に、その電圧を昇圧させる。

平滑コンデンサ２０３は、第１端子、第２端子を備える。平滑コンデンサ２０３は、スイッチング回路２０２から電流を取得する。

インバータ３０は、制御装置６０が行う制御に基づいて、コンバータ２０から受ける電力からモータ４０を駆動する三相交流電力を生成する。

例えば、インバータ３０は、図２に示すように、６つのトランジスタスイッチ３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６を備える回路である。６つのトランジスタスイッチ３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６のそれぞれが、制御装置６０が出力する制御信号ｓｉｇ２に基づいてオン状態とオフ状態とで切り替わることによって、インバータ３０は、三相交流電圧を生成する。この場合の制御信号ｓｉｇ２は、例えば、６つのトランジスタスイッチ３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６のそれぞれに応じたＰＷＭ信号である。
インバータ３０は、生成した三相交流電力をモータ４０に出力する。

モータ４０は、インバータ３０が出力する三相交流電力によって動作するモータである。モータ４０は、例えば、コンプレッサモータである。

電圧検出装置５０は、所定の短い時間間隔ごとに、コンバータ２０の出力電圧を検出する装置である。電圧検出装置５０は、検出したコンバータ２０の出力電圧値を示す情報ｉｎｆ１を制御装置６０に出力する。例えば、情報ｉｎｆ１は、コンバータ２０の出力電圧そのものである。

制御装置６０は、図３に示すように、記憶部６０１、第１制御部６０２（判定部の一例、生成部の一例）、第２制御部６０３を備える。
記憶部６０１は、制御装置６０が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。

第１制御部６０２は、電圧検出装置５０から受ける情報ｉｎｆ１に基づいて、インバータ３０へ供給される電圧の値を取得する。
第１制御部６０２は、取得した電圧の値に基づいて、制御信号ｓｉｇ１を生成する。そして、第１制御部６０２は、生成した制御信号ｓｉｇ１をコンバータ２０へ出力する。

例えば、第１制御部６０２は、取得した電圧の値が所定のしきい値以下である場合に、インバータ３０へ供給される電圧が低下する前の標準的な電圧を昇圧の上限値として、インバータ３０へ供給される電圧を昇圧させる制御信号ｓｉｇ１を生成する。所定のしきい値とは、インバータ３０が生成する交流電圧ではモータ４０を制御できなくなる（すなわち、脱調する）程度まで低下したインバータ３０に供給される電圧にマージンを持たせた電圧（すなわち、制御できなくなる前の電圧）のことである。そして、第１制御部６０２は、生成した制御信号ｓｉｇ１をスイッチング回路２０２へ出力する。この場合、第１制御部６０２がインバータ３０へ供給される電圧を昇圧させる制御を行う度に、制御信号ｓｉｇ１は、昇圧の程度を徐々に抑える制御信号となる。
また、第１制御部６０２は、取得した電圧の値が所定のしきい値を超えている場合には、インバータ３０へ供給される標準的な電圧を出力させる制御信号ｓｉｇ１を生成する。そして、第１制御部６０２は、生成した制御信号ｓｉｇ１をスイッチング回路２０２へ出力する。

第２制御部６０３は、電圧検出装置５０から受ける情報ｉｎｆ１に基づいて、インバータ３０へ供給される電圧の値を取得する。
第２制御部６０３は、取得した電圧の値に基づいて、制御信号ｓｉｇ２を生成する。そして、第２制御部６０３は、生成した制御信号ｓｉｇ２をインバータ３０へ出力する。

なお、第２制御部６０３は、インバータ３０へ供給される電圧がわかれば、その電圧からモータ４０に供給する交流電圧をどのように生成すればよいか、すなわち、インバータ３０をどのように制御すればよいかがわかる。そのため、第２制御部６０３は、取得した電圧の値に基づいて、制御信号ｓｉｇ２を生成することができる。

次に、本発明の一実施形態によるモータシステム１の処理について説明する。
ここでは、図４に示すモータシステム１の処理フローについて説明する。

電圧検出装置５０は、所定の短い時間間隔ごとに、検出したインバータ３０へ供給される出力の値を示す情報ｉｎｆ１を制御装置６０に出力する。

第１制御部６０２は、電圧検出装置５０から情報ｉｎｆ１を受ける。第１制御部６０２は、受けた情報ｉｎｆ１に基づいて、インバータ３０へ供給される電圧の値を取得する（ステップＳ１）。
第１制御部６０２は、取得した電圧の値に基づいて、制御信号ｓｉｇ１を生成する。そして、第１制御部６０２は、生成した制御信号ｓｉｇ１をコンバータ２０へ出力する。

具体的には、第１制御部６０２は、取得した電圧の値と所定のしきい値とを比較する。第１制御部６０２は、取得した電圧の値が所定のしきい値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。
第１制御部６０２は、取得した電圧の値が所定のしきい値以下であると判定した場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、インバータ３０へ供給される電圧が低下する前の標準的な電圧を昇圧の上限値として、インバータ３０へ供給される電圧を昇圧させる制御信号ｓｉｇ１を生成する（ステップＳ３）。そして、第１制御部６０２は、生成した制御信号ｓｉｇ１をスイッチング回路２０２へ出力する（ステップＳ４）。
また、第１制御部６０２は、取得した電圧の値が所定のしきい値を超えていると判定した場合（ステップＳ２においてＮＯ）、インバータ３０へ供給される標準的な電圧を出力させる制御信号ｓｉｇ１を生成する（ステップＳ５）。そして、第１制御部６０２は、ステップＳ４の処理を行う。

また、第２制御部６０３は、電圧検出装置５０から受ける情報ｉｎｆ１に基づいて、インバータ３０へ供給される電圧の値を取得する。
第２制御部６０３は、取得した電圧の値に基づいて、制御信号ｓｉｇ２を生成する（ステップＳ６）。そして、第２制御部６０３は、生成した制御信号ｓｉｇ２をインバータ３０へ出力する（ステップＳ７）。

以上、本発明の一実施形態によるモータシステム１について説明した。
制御装置６０（信号生成装置の一例）において、第１制御部６０２（判定部の一例、生成部の一例）は、コンバータ２０からインバータ３０に供給される電圧が所定のしきい値以下であるか否かを判定する。第１制御部６０２は、コンバータ２０からインバータ３０に供給される電圧が所定のしきい値以下であると判定した場合に、インバータ３０に供給される電圧を昇圧させる制御信号ｓｉｇ１を生成する。
このように制御装置６０が制御信号ｓｉｇ１を生成することによって、モータシステム１は、コンバータ２０からインバータ３０へ供給される電圧を昇圧させることができる。その結果、瞬間的な電圧降下が発生した場合であっても、モータ４０に対して所望の制御を継続することができる。

なお、本発明の一実施形態によるモータシステム１では、電圧検出装置５０がインバータ３０に供給される電圧を検出して、第１制御部６０２が電圧検出装置５０の検出結果に基づいて瞬間的な電圧降下が発生したか否かを判定するものとして説明した。しかしながら、本発明の別の実施形態によるモータシステム１では、図５に示すように、電圧検出装置５０が交流電源１０の出力電圧を検出して、第１制御部６０２が電圧検出装置５０の検出結果に基づいて瞬間的な電圧降下が発生したか否かを判定するものであってもよい。この場合も、本発明の一実施形態によるモータシステム１と同様に、インバータ３０が生成する交流電圧ではモータ４０を制御できなくなる（すなわち、脱調する）程度まで低下したインバータ３０に供給される電圧にマージンを持たせた電圧（すなわち、制御できなくなる前の電圧）を所定のしきい値として設定すればよい。なお、電圧検出装置５０の検出箇所が異なるため、本発明の一実施形態における所定のしきい値と本発明の別の実施形態における所定のしきい値とは、値が異なるものであってよい。

なお、スイッチング回路２０２は、ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行い、交流電源１０が出力する電圧（すなわち、系統電圧）の位相と、モータシステム１の入力電流の位相とを近づける目的、及び、モータシステム１の入力電流の歪み率を低減する（例えば、高調波成分を抑制する）目的で、多くのモータシステムにおいて（特に、空気調和システムで使用される多くのモータシステムにおいて）設けられている回路である。本発明の別の実施形態によるモータシステム１では、スイッチング回路２０２が、上記目的（位相を近づける目的及び高調波成分を抑制する目的）でモータシステムに予め設けられている場合には、そのスイッチング回路２０２は、上記目的の動作と並行してインバータ３０に供給される電圧を昇圧するものであってよい。
このようにすれば、新たなスイッチング回路２０２を追加する必要がない。

なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。

本発明の実施形態における記憶部６０１、その他の記憶装置（レジスタ、ラッチを含む）のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部６０１、その他の記憶装置のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。

本発明の実施形態について説明したが、上述の制御装置６０、第１制御部６０２、第２制御部６０３、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。
図６は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ５は、図６に示すように、ＣＰＵ６、メインメモリ７、ストレージ８、インターフェース９を備える。
例えば、上述の制御装置６０、第１制御部６０２、第２制御部６０３、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ５に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ８に記憶されている。ＣＰＵ６は、プログラムをストレージ８から読み出してメインメモリ７に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ６は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ７に確保する。

ストレージ８の例としては、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ８は、コンピュータ５のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース９または通信回線を介してコンピュータ５に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ５に配信される場合、配信を受けたコンピュータ５が当該プログラムをメインメモリ７に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ８は、一時的でない有形の記憶媒体である。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
なお、コンピュータ５は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）などのカスタムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、及びこれらに類する処理装置を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ａｒｒａｙ Ｌｏｇｉｃ）、ＧＡＬ（Ｇｅｎｅｒｉｃ Ａｒｒａｙ Ｌｏｇｉｃ）、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。この場合、ＣＰＵ６によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、種々の省略、種々の置き換え、種々の変更を行ってよい。

１・・・モータシステム
５・・・コンピュータ
６・・・ＣＰＵ
７・・・メインメモリ
８・・・ストレージ
９・・・インターフェース
１０・・・交流電源
２０・・・コンバータ
３０・・・インバータ
４０・・・モータ
５０・・・電圧検出装置
６０・・・制御装置
２０１・・・整流回路
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ・・・ダイオード
２０２・・・スイッチング回路
２０２ａ・・・リアクタ
２０２ｂ・・・ダイオード
２０２ｃ・・・スイッチング素子
２０３・・・平滑コンデンサ
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６・・・トランジスタスイッチ

Claims (5)

1. コンバータからインバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部がコンバータから前記インバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であると判定した場合に、前記インバータに供給される電圧を昇圧させる制御信号を生成する生成部と、
   を備える信号生成装置。
2. 前記制御信号を前記コンバータに出力する制御部、
   を備える請求項１に記載の信号生成装置。
3. 請求項1または請求項２に記載の信号生成装置と、
   前記コンバータと、
   を備えるモータシステム。
4. インバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であるか否かを判定することと、
   前記インバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であると判定した場合に、前記インバータに供給される電圧を昇圧させる制御信号を生成することと、
   を含む信号生成方法。
5. コンピュータに、
   インバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であるか否かを判定することと、
   前記インバータに供給される電圧が所定のしきい値以下であると判定した場合に、前記インバータに供給される電圧を昇圧させる制御信号を生成することと、
   を実行させるプログラム。

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