JP4114697B2 - インバータ制御方法 - Google Patents

Description

この発明はインバータの制御方法に関し、特にインバータに流れる電流の異常を検出する技術に関する。

インバータでモータなどの回転機器を駆動する場合、物理的な障害、例えば当該回転機器の負荷が過大となったり、回転機器自体において潤滑油の固着などにより、当該回転機器の回転数が著しく低下したりする状況があり得る。その顕著な状態としてモータロックが知られている。

当該モータロックに対処する技術を開示するものとして、特許文献１，２を挙げる。特許文献１に記載された技術では、モータに流れる電流が基準値を超えるとモータへの定電圧供給を所定期間だけ停止する。特許技術２に記載された技術では、予め設定していた時間に亘ってモータの同じ磁極が継続して検出されるとロック状態として検出する。

なお、電流指令が電流上限値を超えないように回転速度を制御する垂下制御について特許文献３を挙げる。

実開平６−７０４４１号公報 特開２００５−２４５０７５号公報 特開２００２−１３８９６６号公報

モータを制御するインバータにはスイッチング素子、例えばＩＧＢＴが用いられている。スイッチング素子は、その小型化、コストの低減の趨勢から、許容される熱耐力が小さくなっている。

このような状況下で、上記従来技術を用いた場合、スイッチング素子化、ひいてはインバータを保護するにおいて下記問題点がある。

モータに流れる電流が単純な基準値を超えるか否かという判定を行う場合、スイッチング素子の保護を厚くするには当該基準値を下げることになる。回転速度が非常に低い場合には、同一のスイッチング素子及び同じモータ巻線に電流が流れる時間が長くなるので、当該基準値を下げる必要がある。しかしながら、高速回転を行う場合には当該基準値を超えないとモータが運転できず、当該基準値がモータの運転領域を妨害することとなってしまう。

また予め設定していた時間に亘ってモータの同じ磁極が継続して検出された場合にロック状態と判定すれば、起動時においても同様の判定がなされ、誤動作の原因となる。

この発明は上記の問題点に鑑みて成されたもので、モータの運転領域を妨害することなく、回転速度が低い領域での運転領域を逸脱したインバータの動作（入力電流の過多）をより厳しく判定することができ、以てインバータの保護を厚くすることを目的とする。

この発明にかかるインバータ制御方法は、直流電圧（Ｖ_DC）を入力して多相電流（ｉ_M）を多相モータ（６）に供給するインバータ（４）の制御方法である。そして（ａ）前記多相モータの回転速度（Ｒｏｔ）及び前記インバータへの入力電流（ｉ_INV）の電流値を検出するステップ（Ｓ１０，Ｓ１１）と、（ｂ）前記回転速度が第１の速度閾値（Ｒ_TH1）未満である場合に、前記電流値が第１の電流閾値（Ｉ_TH1）以上であることを以て前記インバータの動作が異常であると判定するステップ（Ｓ２１，Ｓ２２）と、（ｃ）前記回転速度が前記第１の速度閾値以上である場合に、前記電流値が、前記第１の電流閾値よりも大きい第２の電流閾値（Ｉ_TH2）以上であることを以て前記インバータの動作が異常であると判定するステップ（Ｓ２１，Ｓ２３）とを備える。

そして、前記多相モータの運転領域（Ｄ）は、前記回転速度に対する前記電流値の上限値（Ｉ_U）を用いて表され、前記上限値は、前記回転速度（Ｒｏｔ）が第２の速度閾値（Ｒ_TH2）未満である場合には一定値（Ｉ_U0）を採り、前記回転速度が前記第２の速度閾値以上である場合には前記回転速度の上昇に従って上昇し、前記第１の速度閾値（Ｒ_TH1）は前記第２の速度閾値未満であり、前記第１の電流閾値（Ｉ_TH1）は前記一定値よりも大きい。

多相モータの運転領域においては、回転速度が減少するほど多相モータ及びインバータに流れる電流に許される上限値が減少する。よってこの発明にかかるインバータ制御方法によれば、運転領域を妨害することなく、回転速度が低い領域での運転領域を逸脱したインバータの動作（入力電流の過多）をより厳しく判定することができ、以てインバータの保護を厚くすることができる。

回転速度が低い場合には大きな入力電流は必要ないので、運転領域における電流値の上限値は小さな一定値に設定することができる。よってこの発明にかかるインバータ制御方法のように、運転領域において電流値の上限値が漸増し始める第２の速度閾値よりも小さな第１の速度閾値において第１の電流閾値を小さく設定することができ、以てモータロック等の回転速度の不足時におけるインバータの保護を厚くすることができる。

図１はこの発明にかかるインバータの制御方法を適用可能な回路を例示する回路図である。電源線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３には三相交流電圧が印加される。当該三相交流電圧はダイオードブリッジ１によって整流され、チョークコイル２を介してコンデンサ３を充電する。コンデンサ３は直流電圧Ｖ_DCを保持する。

インバータ４は、直流電圧Ｖ_DCを入力して三相電流ｉ_Mを三相モータ６に供給する。三相モータ６の回転位置θは、例えば位置センサ（図示せず）を用いて検出され、電気信号としてマイクロコンピュータ８に入力する。

インバータ４に入力する電流ｉ_INVは、インバータ４とコンデンサ３とを接続する一対の母線の一方に介在する抵抗５の電圧降下から求められる。具体的には抵抗５はコンデンサ３とインバータ４とを接続する負側の母線に介在し、その両端に生起する電圧が増幅器７によって電圧Ｖｉとして出力され、マイコン８に入力する。

マイコン８は回転位置θの時間変化からモータ６の回転速度Ｒｏｔを求め、また電圧Ｖｉからインバータの入力電流ｉ_INVを求める。そして回転速度Ｒｏｔ、入力電流ｉ_INV、回転指令Ωに基づいて、スイッチング信号Ｃ_SWを生成する。インバータ４のスイッチング素子のスイッチングはスイッチング信号Ｃ_SWに基づいて行われる。

図２は本実施の形態におけるインバータの制御方法を説明するグラフであり、横軸にはモータ６の回転速度Ｒｏｔを、縦軸にはインバータ４の入力電流ｉ_INVを、それぞれ採っている。

運転領域Ｄは、回転速度Ｒｏｔに対する入力電流ｉ_INVの上限値Ｉ_Uを用いて表される。即ち回転速度Ｒｏｔでモータ６が回転している場合、通常は入力電流ｉ_INVが上限値Ｉ_U以下となる。この運転領域Ｄ内では特許文献３で例示されるような垂下制御が可能となる。

通常、モータ６は回転速度Ｒｏｔが上昇するほど、その運転に必要な入力電流ｉ_INVは非線形で増大する。よって上限値Ｉ_Uはこの現象を近似して、回転速度Ｒｏｔが速度閾値Ｒ_TH2未満である場合には一定値Ｉ_U0を採り、これ以上である場合には回転速度Ｒｏｔの上昇に従って上昇する。

さて入力電流ｉ_INVが過大となることを以て異常を判定すべく、電流閾値Ｉ_THを設定する。電流閾値Ｉ_THは、回転速度Ｒｏｔが速度閾値Ｒ_TH1未満であれば電流閾値Ｉ_TH1を採り、速度閾値Ｒ_TH1以上であれば電流閾値Ｉ_TH2を採る。電流閾値Ｉ_THは運転領域Ｄを妨害しないように、上限値Ｉ_Uよりも大きく設定される。

図３はこの発明の実施の形態にかかるインバータの制御方法を例示するフローチャートであり、インバータの入力電流ｉ_INVの異常を判定する。当該フローチャートはマイクロコンピュータ８によって実行される。

ステップＳ１０において、モータ６の回転位置θ及び増幅器７が出力する電圧Ｖｉをマイコン８へと入力する。そしてステップＳ１１において、これらからモータ６の回転速度Ｒｏｔ及びインバータの入力電流ｉ_INVを演算して求める。ステップＳ１０、Ｓ１１は、通常のモータ６の運転制御においても実行されるので、特に電流の異常を判定するルーチンのために別個に設ける必要はない。

ステップＳ２１では回転速度Ｒｏｔが速度閾値Ｒ_TH1未満であるか否かを判断する。そして肯定的判断が得られた場合にはステップＳ２２へ、否定的判断が得られた場合にはステップＳ２３へ、それぞれ処理が進む。ステップＳ２２では入力電流ｉ_INVが閾値Ｉ_TH1以上であるか否かを判断する。そして肯定的判断が得られた場合にはステップＳ３へ処理が進み、否定的判断が得られた場合には図示しないメインルーチンへと処理が復帰する。

ステップＳ３へ処理が進むということは、インバータ４への入力電流ｉ_INVが過大であって、その動作に異常が生じていることを示し、ステップＳ３において電流異常処理ルーチンが実行される。電流異常処理ルーチンとしては、スイッチング信号Ｃ_SWを用いてインバータ４の動作を停止させること、を例示することができる。

ステップＳ２３では入力電流ｉ_INVが閾値Ｉ_TH2以上であるか否かを判断する。そして肯定的判断が得られた場合にはステップＳ３へ処理が進み、否定的判断が得られた場合には図示しないメインルーチンへと処理が復帰する。

モータ６の運転領域Ｄにおいては、回転速度Ｒｏｔが減少するほどモータ６に流れる電流に許される上限値Ｉ_Uが減少する。よって電流閾値Ｉ_THとして、回転速度Ｒｏｔが小さい場合には小さい電流閾値Ｉ_TH1を、回転速度Ｒｏｔが大きい場合には大きい電流閾値Ｉ_TH2を、それぞれ設定することにより、運転領域Ｄを妨害することなく、回転速度Ｒｏｔが低い領域での運転領域Ｄを逸脱したインバータ４の動作（入力電流ｉ_INVの過多）をより厳しく判定することができ、以てインバータ４の保護を厚くすることができる。入力電流ｉ_INVの過多を厳しく判定することは、モータの過熱を回避する点でも望ましい。

なお、電流閾値を決定する速度閾値Ｒ_TH1は、運転領域Ｄを規定する速度閾値Ｒ_TH2未満であり、電流閾値Ｉ_TH1は一定値Ｉ_U0よりも大きいことが望ましい。

例えば速度閾値Ｒ_TH1，Ｒ_TH2はそれぞれ１００ｒｐｍ，２００ｒｐｍであり、例えば電流閾値Ｉ_TH1，Ｉ_TH2、一定値Ｉ_U0はそれぞれ２アンペア、５アンペア、１アンペアである。

回転速度Ｒｏｔが低い場合には入力電流ｉ_INVは大きい必要がなく、運転領域Ｄにおける入力電流ｉ_INVの上限値Ｉ_uは小さな一定値Ｉ_U0に設定することができる。よって運転領域Ｄを規定する上限値Ｉ_uが回転速度Ｒｏｔの増加と共に漸増し始めるような速度閾値Ｒ_TH2よりも小さな速度閾値Ｒ_TH1において電流閾値Ｉ_TH1を小さく設定することができる。これによりモータロック等の回転速度Ｒｏｔが不足しているときにおけるインバータ４の保護を厚くすることができる。

上記説明では電流閾値Ｉ_TH1，Ｉ_TH2が一定値を採る場合を例示したが、本発明はこの場合に限られない。例えば電流閾値Ｉ_TH1よりも電流閾値Ｉ_TH2が大きい関係を保ちつつも、両者が回転速度Ｒｏｔに対して一定でなくてもよい。例えば電流閾値Ｉ_TH1，Ｉ_TH2は回転速度Ｒｏｔの増大に対して線形、あるいは高次曲線的に増加してもよい。

この発明にかかるインバータの制御方法を適用可能な回路を例示する回路図である。 本実施の形態におけるインバータの制御方法を説明するグラフである。 この発明の実施の形態にかかるインバータの制御方法を例示するフローチャートである。

符号の説明

４ インバータ
６ 三相モータ
Ｄ 運転領域
ｉ_M 三相電流
Ｉ_TH1，Ｉ_TH2 電流閾値
Ｉ_U 上限値
Ｉ_U0 一定値
Ｒｏｔ 回転速度
Ｒ_TH1，Ｒ_TH2 速度閾値
Ｖ_DC 直流電圧

Claims (1)

1. 直流電圧（Ｖ_DC）を入力して多相電流（ｉ_M）を多相モータ（６）に供給するインバータ（４）の制御方法であって、
   （ａ）前記多相モータの回転速度（Ｒｏｔ）及び前記インバータへの入力電流（ｉ_INV）の電流値を検出するステップ（Ｓ１０，Ｓ１１）と、
   （ｂ）前記回転速度が第１の速度閾値（Ｒ_TH1）未満である場合に、前記電流値が第１の電流閾値（Ｉ_TH1）以上であることを以て前記インバータの動作が異常であると判定するステップ（Ｓ２１，Ｓ２２）と、
   （ｃ）前記回転速度が前記第１の速度閾値以上である場合に、前記電流値が、前記第１の電流閾値よりも大きい第２の電流閾値（Ｉ_TH2）以上であることを以て前記インバータの動作が異常であると判定するステップ（Ｓ２１，Ｓ２３）と
   を備え、
   前記多相モータの運転領域（Ｄ）は、前記回転速度に対する前記電流値の上限値（Ｉ _U ）を用いて表され、
   前記上限値は、
   前記回転速度（Ｒｏｔ）が第２の速度閾値（Ｒ _TH2 ）未満である場合には一定値（Ｉ _U0 ）を採り、
   前記回転速度が前記第２の速度閾値以上である場合には前記回転速度の上昇に従って上昇し、
   前記第１の速度閾値（Ｒ _TH1 ）は前記第２の速度閾値未満であり、前記第１の電流閾値（Ｉ _TH1 ）は前記一定値よりも大きいインバータ制御方法。

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