JPH04351496A - 誘導電動機の駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータを用いて誘
導電動機を駆動し、インバータの出力電圧と出力電流と
の位相差から誘導電動機の負荷状態を判定して、負荷状
態に応じて回転制御を行う誘導電動機の駆動装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】誘導電動機をインバータを用いて駆動す
る駆動装置としては図９に示すものがある。この駆動装
置では、３相交流電源ＡＣをダイオードブリッジＤＢで
全波整流すると共に、チョークコイルＬＦとコンデンサ
ＣＦからなる平滑回路２で平滑し、この整流平滑出力を
インバータ１により交流に変換して誘導電動機Ｍに供給
してある。そして、インバータ１は６個のＦＥＴ（以下
、トランジスタと呼ぶ）Ｑ１　〜Ｑ６　の夫々２個を直
列接続し、夫々の直列回路を並列接続したいわゆるフル
ブリッジ構成となっている。

【０００３】この種の駆動装置では、インバータ１の出
力電圧と出力電流との位相差から誘導電動機Ｍの負荷状
態を判定して、負荷状態に応じて回転制御を行うものが
あり、この駆動装置では上記位相差を検出するために、
出力電流の方向を検出して出力電流の零点（電流方向が
正負に切り換わる点）を求めていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のこの
種の誘導電動機Ｍの駆動装置では、インバータ１の出力
電流の方向を検出するために、ホール素子やシャント抵
抗などをインバータ１の出力線に直接に配置し、出力線
に流れる電流を直接に検出していた。しかしながら、ホ
ール素子を用いた場合、この素子自体が高価であり、コ
ストアップとなるという問題があり、またシャント抵抗
を用いた場合には、発熱対策が必要であり、また各相の
基準電位を異ならせねばならず、各相とも別電源を必要
とし、このため信号処理が面倒になるという問題があっ
た。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、簡単な信号処理により
出力電流の方向を検出することができ、しかも安価な誘
導電動機の駆動装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、電流方向検出手段が直列接続されたス
イッチング素子の接続点の電位から出力電流の方向を検
出している。なお、上記電流方向検出手段がデッドタイ
ム期間において直列接続されたスイッチング素子の接続
点の電位をサンプリングすることにより出力電流の方向
を検出するようにしてもよい。

【０００７】また、上記電流方向検出手段がデッドタイ
ム期間におけるスイッチング素子の接続点の電位の変化
を絶縁素子を介して検出すると、インバータなどからな
る主回路と回転制御を行う制御部との絶縁を施すことが
できて好ましい。

【０００８】

【作用】本発明は、インバータの直列接続されたスイッ
チング素子の接続点の入力側からみた電位が、スイッチ
ング素子のオン時とフライホイールダイオードのオン時
とで変動し、スイッチング素子及びフライホイールダイ
オードのいずれがオンであるかにより出力電流の方向が
示される点に着目し、電流方向検出手段がスイッチング
素子の接続点の電位から出力電流の方向を検出するよう
にしたものであり、上記スイッチング素子の接続点の電
位は入力側のいずれかの電位を基準として検出でき、こ
のため各相の基準電位を合わせて簡単な信号処理で出力
電流の方向の検出ができ、しかもホール素子などの高価
な素子を用いなくても出力電流の方向を検出できること
により、コストの低減が可能となるようにしたものであ
る。

【０００９】また、出力電流の方向は、デッドタイム期
間の直列接続されたスイッチング素子の接続点の電位に
現れ、その電位は直列接続された夫々のスイッチング素
子のいずれに接続されたフライホイールダイオードがオ
ンするかに応じて変化するので、これを検出することに
より出力電流の方向を検出することもできる。この場合
にも、各相の基準電位を合わせて簡単な信号処理で出力
電流の方向の検出ができ、ホール素子などの高価な素子
を不要とせず、コストの低減が可能となる。なお、この
電流方向検出手段で、デッドオフ期間におけるスイッチ
ング素子の接続点の電位の変化を絶縁素子を介して検出
すると、インバータなどからなる主回路と回転制御を行
う制御部との絶縁を施すことができる。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明の一実施例を示すもので、本
実施例の場合にはインバータ１を構成する２個のトラン
ジスタ（例えば、Ｑ１　，Ｑ２　）の接続点の電位が、
トランジスタ（Ｑ１　，Ｑ２　）のオン時点と、これら
トランジスタに夫々逆並列に接続されたフライホイール
ダイオード（以下、単にダイオードと呼び、トランジス
タＱ１　，Ｑ２　の場合にはＤ１　，Ｄ２　）のオン時
とで変化し、この変化は出力電流の方向を示す点に着目
し、上記直列接続されたトランジスタの接続点の電位を
検出することにより出力電流の方向を検出するようにし
たものである。

【００１１】この種の駆動装置では、各相の磁束変化を
正弦波状に変化させるために、次の構成の制御部３によ
りインバータ１の直列接続されたトランジスタのスイッ
チング制御を行っている（図３参照）。ここで、図３は
１組のトランジスタＱ１　，Ｑ２　の制御部３の構成を
示すもので、ＣＰＵからなる演算処理回路１１の出力を
Ｄ／Ａ変換回路１２でＤ／Ａ変換した出力を、三角波発
生回路１３の出力である三角波（図２（ａ）に示す）と
コンパレータ１４で比較して、トランジスタＱ１　，Ｑ
２　をオン，オフさせる基本信号となるパルス幅変調（
ＰＡＭ）されたパルス信号を作成する。つまりは、上記
制御部３では三角波キャリア変調方式を採用しており、
誘導電動機Ｍに印加される出力電圧が図２（ａ）の実線
で示す正弦波状になるようにしてある。このパルス信号
はオンディレイ回路１５を通すことにより、トランジス
タＱ１　，Ｑ２　を個別に駆動する駆動信号に変換され
る。夫々の各トランジスタＱ１　，Ｑ２　用の駆動信号
は図２（ｂ），（ｃ）に示す信号波形となり、オンディ
レイ回路１５ではトランジスタＱ１，Ｑ２　が同時オン
することによりインバータ１の入力端子間を短絡する（
つまりは、電源を短絡する）ことがないようにデッドタ
イムを上記駆動信号に付与してある。この駆動信号に応
じてドライブ回路１６がトランジスタＱ１　，Ｑ２　を
駆動する。

【００１２】ところで、この種の誘導電動機Ｍの駆動装
置において、図２（ａ）の実線で示す正弦波状の出力電
圧を誘導電動機Ｍに印加した場合、出力電流は同図中の
破線で示すように出力電圧よりも位相遅れを生じる。そ
こで、本実施例の駆動装置では上記位相差から誘導電動
機Ｍの負荷状態を判定して、負荷状態に応じて回転制御
を行い、適正な誘導電動機Ｍの回転制御を行う。このよ
うな回転制御を行う駆動装置は例えば特願昭１−３７９
３５号等で提案されている。但し、本実施例ではこの点
に関する詳細な説明は省略する。

【００１３】トランジスタＱ１　，Ｑ２　の直列回路の
接続点の電位の変化を図２（ｄ）に破線で示す。なお、
同図において図２（ｄ）中の平滑回路２の負極側（図中
の下側）の変化の状態は実線部に含まれている。ここで
、トランジスタＱ１　，Ｑ２　の接続点の電位を平滑回
路２の負極側の電位から見た場合、トランジスタＱ２　
がオンしている期間の上記接続点の電位は、平滑回路２
の負極側の電位に対して正方向の電位を示し、ダイオー
ドＤ２　がオンしている期間の上記接続点の電位は、平
滑回路２の負極側の電位に対して負方向の電位を示し、
ダイオードＤ２　がオンである場合にはインバータ１か
ら誘導電動機Ｍに流れ出す方向（以下、正方向と呼ぶ）
に電流が流れ、トランジスタＱ２　がオンのときにはイ
ンバータ１が誘導電動機Ｍから引き込む方向（以下、負
方向と呼ぶ）に電流が流れる。即ち、トランジスタＱ２
　とダイオードＤ２　のオン状態は夫々電流方向を示し
、いずれがオンであるかはトランジスタＱ１　，Ｑ２　
の接続点の電位に現れる。 そこで、本実施例では上記トランジスタＱ２　とダイオ
ードＤ１　とのオンによる電位差をトランジスタＱ１　
，Ｑ２　の接続点の電位から検出してある。

【００１４】図１に出力電流の方向を検出する電流方向
検出部４の具体構成を示す。本実施例では、トランジス
タＱ１　，Ｑ２　の接続点の電位を平滑回路２の負極の
電位と比較するコンパレータ４１と、このコンパレータ
４１の出力を平滑する信号処理回路４２とで構成してあ
り、トランジスタＱ１　，Ｑ２　の接続点と平滑回路２
の負極との間に抵抗Ｒ１　を介してツェナダイオードＺ
Ｄ１　を接続し、正電位がツェナ電圧以上にならないよ
うにして、過大な正電圧がコンパレータ４１に入力され
ることを防止してある。

【００１５】上記電流方向検出部４では、平滑回路２の
負極側の電位とを基準としてトランジスタＱ１　，Ｑ２
　の接続点の電位を比較し、平滑回路２の負極側の電位
よりも接続点の電位が低下した場合に、図２（ｅ）に示
すローレベルとなる信号を出力する。ここで、ダイオー
ドＤ２　がオンの期間である出力電流の方向が負である
場合に、コンパレータ４１の出力はパルス状の出力波形
となるので、この出力を信号処理回路４２で平滑して図
２（ｆ）に示す矩形波状の電流方向検出信号を得ている
。 なお、図２（ｆ）に示す電流方向検出信号の立上り及び
立下り時点が出力電流の零点を示すことになる。上記構
成の電流方向検出部４とすれば、各相における基準電位
を平滑回路２の負極側の電位として出力電流の方向を検
出できるので、簡単な信号処理により出力電流の方向を
検出することができる。しかも、ホール素子のような高
価な素子を用いる必要がないので、コストの低減が可能
となる。

【００１６】（実施例２）図３に本発明の他の実施例を
示す。本実施例の場合にはデッドタイム期間（直列接続
されたいずれのトランジスタＱ１　，Ｑ２　もオフであ
る期間）におけるトランジスタＱ１　，Ｑ２　の接続点
の電位が、いずれのダイオードＤ１　，Ｄ２　がオンし
ているかにより変化し、この電位の変化が出力電流の方
向を示す点に着目し、デッドタイム期間にトランジスタ
Ｑ１　，Ｑ２　の接続点の電位を検出して、出力電流の
方向を検出するようにしたものである。

【００１７】例えば、図４（ａ）に破線で示す出力電流
が正の期間におけるデッドタイム期間においては、ダイ
オードＤ２　がオンとなってトランジスタＱ１　のオン
によりインバータ１から誘導電動機Ｍに電流を流し込む
状態を維持し、この際のトランジスタＱ１　，Ｑ２　の
接続点の電位はほぼ平滑回路２の出力の負極側の電位ま
で引下げられる。逆に、出力電流が負の期間におけるデ
ッドタイム期間においては、ダイオードＤ１　がオンと
なってトランジスタＱ２　のオンによりインバータ１が
誘導電動機Ｍから電流を引き込む状態を維持し、この際
のトランジスタＱ１　，Ｑ２　の接続点の電位はほぼ平
滑回路２の出力の正極側の電位まで引上げられる。よっ
て、このデッドタイム期間におけるトランジスタＱ１　
，Ｑ２　の接続点の電位の変化を検出すれば、出力電流
の方向の変化を検出することができる。

【００１８】図３は本発明の具体的回路を示す図であり
、平滑回路２の出力電圧の中間電位を基準にしてトラン
ジスタＱ１　，Ｑ２　の接続点の電位の変動を検出する
電位検出回路４３と、オンディレイ回路１５の出力から
デッドタイムを検出するデッドタイム検出回路４４と、
デッドタイム検出回路４４からデッドタイム期間に相当
するデッドタイム信号が出力される期間に電位検出回路
４３の検出信号を出力するマルチプレクサ４５と、この
マルチプレクサ４５の出力を積分する積分回路４６と、
積分回路４６の出力から積分できなかった信号成分を除
去するフィルタ回路４７とで構成してある。ここで、上
記電位検出回路４３は、平滑回路２の出力を抵抗値の同
じ抵抗Ｒ２　，Ｒ３　で分圧して平滑回路２の出力電圧
の中間電位を得て、この中間電位を基準として（アース
電位として）トランジスタＱ１　，Ｑ２　の接続点の電
位を検出する。なお、トランジスタＱ１　，Ｑ２　の接
続点の電位はボリュームＶＲによりそのレベルを縮小し
てあり、バッファ４８を介してマルチプレクサ４５に入
力してある。また、デッドタイム検出回路４４は、オン
ディレイ回路１５の夫々の出力のナンドをとるナンドゲ
ート５０の出力を積分することにより、デッドタイムの
期間に出力される信号の立上りを若干遅らせ、マルチプ
レクサ４５により確実にデッドタイム期間に電位検出回
路４３の検出信号が出力されるようにしてある。

【００１９】本実施例の場合には、電位検出回路４３に
よりトランジスタＱ１　，Ｑ２　の接続点の電位を検出
し、この電位検出回路４３の検出信号をデッドタイム検
出回路４４のデッドタイム信号の出力期間にマルチプレ
クサ４５が出力する。従って、マルチプレクサ４５から
はダイオードＤ１　がオンしている期間の正のパルス状
の出力、及びダイオードＤ２　がオンしている期間の負
のパルス状の出力が得られる。この信号を積分回路４６
で積分し、積分した出力をバッファ４９を介してフィル
タ回路４７に入力して積分しきれなかった信号成分を除
去すると、図４（ｆ）に示す電流方向検出信号が得られ
る。本実施例の場合は、各相の電流方向検出部４がアー
ス電位を基準に出力電流の方向を検出でき、簡単な信号
処理により出力電流の方向を検出することができ、しか
もホール素子のような高価な素子を用いる必要がないの
で、コストの低減が可能となる。

【００２０】（実施例３）本実施例もデッドタイム期間
におけるトランジスタＱ１　，Ｑ２　の接続点の電位が
、いずれのダイオードＤ１，Ｄ２　がオンしているかに
より出力電流の方向を示す点に着目し、デッドタイム期
間にトランジスタＱ１　，Ｑ２　の接続点の電位を検出
して、出力電流の方向を検出するようにしたものであり
、本実施例の場合には上述の実施例と電流方向検出部４
の信号処理方法が異なる点に特徴がある。

【００２１】図５は本実施例の一例を示す具体回路であ
り、トランジスタＱ１　，Ｑ２　の接続点と平滑回路２
の出力の負極側との間に抵抗Ｒ４　を介してツェナダイ
オードＺＤ２　を接続し、このツェナダイオードＺＤ２
　の両端にフォトカプラ５１を接続し、フォトカプラ５
１の出力をデッドタイムを検出するナンドゲート５３の
出力をクロックとして動作するＤフリップフロップ５２
に入力してある。

【００２２】上記図５の回路で、図６（ｅ）に示すよう
にダイオードＤ２　及びトランジスタＱ２　がオンのと
きにハイレベル、ダイオードＤ２　及びトランジスタＱ
２　がオフのときにローレベルの出力がフォトカプラ５
１から出力される。Ｄフリップフロップ５２では、クロ
ック信号としてのナンドゲート５３出力であるデッドタ
イム信号の入力時に、上記フォトカプラ５１の出力がハ
イ，ローいずれであるかにより出力を反転し、図６（ｇ
）に示す電流方向検出信号を得る。つまりは、本実施例
においては、Ｄフリップフロップ５２によりデッドタイ
ム期間におけるいずれのダイオードＤ１　，Ｄ２　がオ
ンするかに応じて変化するトランジスタＱ１　，Ｑ２　
の接続点の電位の変化を検出するもので、上記実施例と
同様の効果を期待できる。

【００２３】なお、上述の場合にはトランジスタＱ２　
，ダイオードＤ２　のオン，オフ状態から出力電流の方
向を検出するようにしていたが、図７に示すようにトラ
ンジスタＱ１　及びダイオードＤ１　のオン，オフ状態
から出力電流の方向を検出するようにしてもよい。この
場合には、ツェナダイオードＺＤ２　をトランジスタＱ
１　の両端側に接続して、フォトカプラ５１からトラン
ジスタＱ１　及びダイオードＤ１　のオン，オフに応じ
た信号が出力されるようにし、Ｄフリップフロップ５２
の出力として反転出力を用いて電流方向検出信号を得て
いる。また、図８に示すように平滑回路２の出力の中間
電位を基準としてトランジスタＱ１　，Ｑ２　，ダイオ
ードＤ１　，Ｄ２　のオン状態を検出するようにしても
、同様にして出力電流の方向を検出することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上述のように、電流方向検出手
段が直列接続されたスイッチング素子の接続点の電位か
ら出力電流の方向を検出しているので、スイッチング素
子の接続点の電位を入力側のいずれかの電位を基準とし
て検出でき、このため各相の基準電位を合わせて簡単な
信号処理で出力電流の方向の検出ができ、しかもホール
素子などの高価な素子を用いなくても出力電流の方向を
検出できることにより、コストの低減が可能となる。

【００２５】また、上記電流方向検出手段がデッドタイ
ム期間において直列接続されたスイッチング素子の接続
点の電位をサンプリングすることにより出力電流の方向
を検出するようにしても、各相の基準電位を合わせて簡
単な信号処理で出力電流の方向の検出ができ、ホール素
子などの高価な素子を不要とせず、コストの低減が可能
となる。

【００２６】さらに、電流方向検出手段がデッドタイム
期間におけるスイッチング素子の接続点の電位の変化を
絶縁素子を介して検出すると、インバータなどからなる
主回路と回転制御を行う制御部との絶縁を施すことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電流方向検出部の回路図で
ある。

【図２】同上の動作説明図である。

【図３】他の実施例の電流方向検出部及び制御回路の回
路図である。

【図４】同上の動作説明図である。

【図５】さらに他の実施例の電流方向検出部の回路図で
ある。

【図６】同上の動作説明図である。

【図７】図５における電流方向検出部の他の構成を示す
回路図である。

【図８】図５における電流方向検出部のさらに他の構成
を示す回路図である。

【図９】誘導電動機の駆動装置の主回路の構成を示す回
路図である。

【符号の説明】

Ｍ　　誘導電動機 １　　インバータ ４　　電流方向検出部 Ｑ１　，Ｑ２　　　ＦＥＴ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フライホイールダイオードが夫々逆並
   列に接続された複数のスイッチング素子をブリッジ接続
   して形成されたインバータを用いて誘導電動機を駆動し
   、出力電流の方向を検出する電流方向検出手段を備え、
   この電流方向検出手段の出力に応じて誘導電動機の回転
   制御を行う誘導電動機の駆動装置であって、上記電流方
   向検出手段が直列接続されたスイッチング素子の接続点
   の電位から出力電流の方向を検出して成ることを特徴と
   する誘導電動機の駆動装置。
2. 【請求項２】　　上記電流方向検出手段がデッドタイム
   期間において直列接続されたスイッチング素子の接続点
   の電位をサンプリングすることにより出力電流の方向を
   検出して成る請求項１記載の誘導電動機の駆動装置。
3. 【請求項３】上記電流方向検出手段がデッドタイム期間
   におけるスイッチング素子の接続点の電位の変化を絶縁
   素子を介して検出して成る請求項２記載の誘導電動機の
   駆動装置。