JP7308052B2 - 制御装置、モータシステム、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
特許文献1には、関連する技術として、回生電力が発生したときに放電用スイッチング素子をオン状態にして、抵抗Rdで放電させる技術が開示されている。
そのため、モータにおいて回生電力が発生した場合に、その回生電力に起因する電子部品における不具合の発生を低減させる技術が求められている。
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、圧縮機50、第1電圧検出部60、第2電圧検出部70、制御装置80を備える。
モータシステム1は、モータ40が空転し、回生電力を発生させたときに、その回生電力を抵抗によって熱として消費させることによって、電子部品における不具合の発生を低減させるシステムである。
モータシステム1は、例えば、空気調和機の圧縮機などで使用されるモータシステムである。
ブリッジ回路201は、交流電力を直流電力に整流する回路である。例えば、ブリッジ回路201は、図2に示すように、ダイオード2011、2012、キャパシタ2013、2014、抵抗2015、2016、スイッチング素子2017、2018、電力消費素子2019a、2019b、2019c、2019dを備える。
電力消費素子2019bは、抵抗2019b1、スイッチ2019b2を備える。
電力消費素子2019cは、抵抗2019c1、スイッチ2019c2を備える。
電力消費素子2019dは、抵抗2019d1、スイッチ2019d2を備える。
抵抗2019a1、2019b1、2019c1、2019d1のそれぞれは、モータ40で発生した回生電力を熱として消費する抵抗である。
なお、コンバータ20などの発熱の大きい電子部品には、その発熱を放熱するための放熱フィンが設けられている場合が多い。コンバータ20は、図2に示すように、放熱フィン204を備えるものであってもよい(なお、図2における放熱フィン204は、コンバータ20全体を覆っており、放熱フィン204がコンバータ20全体の熱を放熱しているイメージを示すものである。)。このように、放熱フィンが設けられている場合には、回生電力を熱として消費する抵抗2019a1、2019b1、2019c1、2019d1をその放熱フィンに接触させて設けられるものであってもよい。抵抗2019a1、2019b1、2019c1、2019d1が放熱フィンに接触させて設けられる場合、抵抗2019a1、2019b1、2019c1、2019d1で発生する熱を効率的に放熱することができる。そのため、抵抗2019a1、2019b1、2019c1、2019d1が放熱フィンに接触させて設けられる場合、放熱フィンに接触していない抵抗に比べてより多くの回生電力を熱として消費できるように抵抗値を設定することができる。その結果、放熱フィン204に接触させて設けられる電力消費素子における抵抗の数は、放熱フィンに接触していない抵抗の数に比べて少なくすることができる。
スイッチ2019b2は、回生電力が発生する前にオン状態になることで、抵抗2019b1をダイオード2012に並列に接続させるスイッチである。
スイッチ2019c2は、回生電力が発生する前にオン状態になることで、抵抗2019c1を寄生ダイオード2017bに並列に接続させるスイッチである。
スイッチ2019d2は、回生電力が発生する前にオン状態になることで、抵抗2019d1を寄生ダイオード2018bに並列に接続させるスイッチである。
スイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2は、例えば、機械式スイッチ、トランジスタスイッチなどである。
キャパシタ203は、ブリッジ回路201が出力する直流電力を平滑化するキャパシタである。キャパシタ203によって、電圧値の変動の少ない直流電圧がコンバータ20からインバータ30へ供給される。キャパシタ203は、例えば、電解コンデンサである。
例えば、コンバータ20は、制御装置80が出力する制御信号sig2に基づいてスイッチング素子2017、2018がオン状態とオフ状態の間で切り替わることにより、交流電源10から供給される交流電力から直流電力を生成する。なお、制御信号sig2は、例えば、スイッチング素子2017、2018をオン状態とオフ状態の間で切り替えるPWM(Pulse Width Modulation)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。
記憶部804は、制御装置80が行う処理に必要な種々の情報を記憶する。
第1制御部801は、取得した電圧の波形に基づいて、コンバータ20がインバータ30へ供給する直流電圧を生成するための制御信号sig2を生成する。第1制御部801は、生成した制御信号sig2をコンバータ20に出力する。
第2制御部802は、取得した電圧の値に基づいて、インバータ30がモータ40へ供給する三相交流電圧を生成するための制御信号sig3を生成する。第2制御部802は、生成した制御信号sig3をインバータ30に出力する。
コンパレータ803aは、参照電圧源803bが出力する電圧と情報inf2とを比較する。参照電圧源803bが出力する電圧は、所定のしきい値と同一の電圧値を示す電圧である。
コンパレータ803aは、情報inf2が参照電圧源803bの出力する電圧以下である場合、スイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2をオフ状態にする制御信号sig1を、スイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2に出力する。
また、コンパレータ803aは、情報inf2が参照電圧源803bの出力する電圧を超えている場合、スイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2をオン状態にする制御信号sig1を、スイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2に出力する。
また、スイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2が、Lowレベルの制御信号が供給されたときにオン状態になるスイッチである場合、図7に示すように、図5に示すコンパレータ803aの入力端子の接続を入れ替えるものであってもよい。なお、Highレベルの制御信号が供給されたときにオン状態になるスイッチと、Lowレベルの制御信号が供給されたときにオン状態になるスイッチとの違いが、種類の違いの一例である。
また、上述のように、第3制御部803がコンパレータ803a、参照電圧源803bを備える場合には、コンパレータ803aがリアルタイムで直接出力する制御信号sig1によってスイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2を制御する。そのため、コンピュータを使用する場合に比べて、より速くスイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2を制御することができるという効果が得られる。
ここでは、図8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。
なお、スイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2は、Highレベルの制御信号が供給されたときにオン状態になり、Lowレベルの制御信号が供給されたときにオフ状態になるものとする。また、第3制御部803は、図5に示すコンパレータ803a、参照電圧源803bを備えるものとする。
第1制御部801は、取得した電圧の波形に応じて、コンバータ20がインバータ30へ供給する電圧を生成するための制御信号sig2を生成する(ステップS4)。第1制御部801は、生成した制御信号sig2をコンバータ20に出力する(ステップS5)。
第2制御部802は、取得した電圧の値に基づいて、制御信号sig3を生成する(ステップS8)。第2制御部802は、生成した制御信号sig3をインバータ30に出力する(ステップS9)。
第3制御部803は、第2電圧検出部70から情報inf2を受ける。コンパレータ803aは、参照電圧源803bが出力する電圧と情報inf2とを比較(具体的には、情報inf2が参照電圧源803bの出力する電圧を超えているか比較)する(ステップS12)。参照電圧源803bが出力する電圧は、所定のしきい値と同一の電圧値を示す電圧である。
また、コンパレータ803aは、情報inf2が参照電圧源803bの出力する電圧を超えている場合(ステップS12においてYES)、スイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2をオン状態にする制御信号sig1を、スイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2に出力する(ステップS14)。
モータ40を駆動するインバータ30と、インバータ30に直流電圧を供給するコンバータ20とを備えるモータシステム1において、制御装置80が備える第3制御部803(制御部の一例)は、インバータ30に供給される直流電圧の値が所定のしきい値を超えているか否かに基づいて、コンバータ20において交流電力を直流電力に整流する複数の整流素子(ダイオード2011、2012、寄生ダイオード2017b、2018b)のうちの少なくとも1つに、抵抗(抵抗2019a1、2019b1、2019c1、2019d1)を並列に接続させるように設けられたスイッチ(スイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2)の開閉を制御する。
このように第3制御部803がスイッチを制御することによって、モータ40において回生電力が発生した場合に、スイッチ2019a2、2019b2、2019c2、2019d2のそれぞれは、回生電力が発生する前にオン状態になることで、モータ40において回生電力が発生し、その回生電力がコンバータ20に供給される場合であっても、抵抗2019a1、2019b1、2019c1、2019d1のそれぞれでその回生電力を熱として消費させることができる。そのため、ダイオード2011、2012、キャパシタ2013、2014、抵抗2015、2016、スイッチング素子2017、2018それぞれに供給される回生電力を低減させることができる。その結果、コンバータ20が備えるモータにおいて回生電力が発生した場合に、その回生電力に起因する電子部品における不具合の発生を低減させることができる。
図9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9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80、第1制御部801、第2制御部802、第3制御部803、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。
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・・・圧縮機
60・・・第1電圧検出部
70・・・第2電圧検出部
80・・・制御装置
201・・・ブリッジ回路
202・・・リアクタ
203、2013、2014・・・キャパシタ
301、302、303、304、305、306・・・トランジスタスイッチ
801・・・第1制御部
802・・・第2制御部
803・・・第3制御部
803a・・・コンパレータ
803b・・・参照電圧源
803c・・・反転回路
804・・・記憶部
2011、2012・・・ダイオード
2015、2016、2019a1、2019b1、2019c1、2019d1・・・抵抗
2017、2018・・・スイッチング素子
2017a、2018a・・・トランジスタ部
2017b、2018b・・・寄生ダイオード
2019a、2019b、2019c、2019d・・・電力消費素子
2019a2、2019b2、2019c2、2019d2・・・スイッチ
Claims (8)
- モータを駆動するインバータと、前記インバータに直流電圧を供給するコンバータとを備えるモータシステムに設けられる制御装置であって、
前記直流電圧の値が所定のしきい値を超えているか否かに基づいて、前記コンバータにおいて交流電力を直流電力に整流する複数の整流素子のうちの少なくとも1つの整流素子それぞれの両端間に、抵抗が並列に接続されるように設けられたスイッチの開閉を制御する制御部、
を備える制御装置。 - 前記制御部は、
前記直流電圧が所定のしきい値以下である場合に、前記スイッチが開状態になるように前記スイッチを制御し、前記直流電圧が前記所定のしきい値を超えている場合に、前記スイッチが閉状態になるように前記スイッチを制御する、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記制御部は、
前記直流電圧と前記所定のしきい値とを比較するコンパレータ、
を備える請求項2に記載の制御装置。 - 前記制御部は、
前記スイッチの種類に基づいて、前記コンパレータが出力する出力信号を反転させる反転回路、
を備える請求項3に記載の制御装置。 - 請求項1から請求項4の何れか一項に記載の制御装置と、
前記コンバータにおいて交流電力を直流電力に整流する複数の整流素子のうちの少なくとも1つの整流素子それぞれの両端間に、抵抗が並列に接続されるように設けられたスイッチと、
を備えるモータシステム。 - 前記コンバータが発生する熱を放熱させる放熱フィンと、
前記放熱フィンに接触させて設けられる前記抵抗と、
を備える請求項5に記載のモータシステム。 - モータを駆動するインバータと、前記インバータに直流電圧を供給するコンバータとを備えるモータシステムに設けられる制御装置による制御方法であって、
前記直流電圧の値が所定のしきい値を超えているか否かに基づいて、前記コンバータにおいて交流電力を直流電力に整流する複数の整流素子のうちの少なくとも1つの整流素子それぞれの両端間に、抵抗が並列に接続されるように設けられたスイッチの開閉を制御すること、
を含む制御方法。 - モータを駆動するインバータと、前記インバータに直流電圧を供給するコンバータとを備えるモータシステムに設けられる制御装置のコンピュータに、
前記直流電圧の値が所定のしきい値を超えているか否かに基づいて、前記コンバータにおいて交流電力を直流電力に整流する複数の整流素子のうちの少なくとも1つの整流素子それぞれの両端間に、抵抗が並列に接続されるように設けられたスイッチの開閉を制御すること、
を実行させるプログラム。
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