JPH0515185A

JPH0515185A - 電動機の駆動装置

Info

Publication number: JPH0515185A
Application number: JP3187031A
Authority: JP
Inventors: Toru Inoue; 井上　　徹; Shinichi Iizuka; 慎一飯塚; Shigeru Kishi; 繁岸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 1993-01-22

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷過渡時での立上り特性を改善し、過負荷
状態へのオーバシュートや回転速度の大幅な変動を抑制
する。【構成】温度検出回路１２からの電動機６の温度を表
わす温度情報Ｄは加算回路１３に供給され、過負荷判定
値発生回路８からの過負荷判定値Ｂを補正して温度に応
じた過負荷判定値Ｂ′を作成する。比較回路９は、抵抗
５に流れる負荷電流が過負荷判定値Ｂ′よりも大きいと
き、過負荷状態と判定してＰＷＭ信号発生回路１０を制
御し、電動機６を減速させる。この場合、過負荷判定値
Ｂ′は温度が低い程大きい。また、ＰＷＭ信号発生回路
１０は温度情報Ｄに応じた回転速度変化率を設定し、電
動機６の温度が高い程回転速度変化率が小さくなるよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和装置などに用
いて好適な電動機の駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気調和装置における電動機の駆
動装置としては、たとえば特開昭６２−３７０９３号公
報や特開昭５９−１４９７８２号公報に記載されるよう
に、半導体コミュテータ回路（インバータ部ともいう）
を備え、冷凍サイクルにおける圧縮機の電動機の回転数
を可変として、過負荷状態とならないようにこの電動機
の回転数を制御するようにしている。以下、これを図４
によって説明する。但し、同図において、１は交流電
源、２は整流回路、３は平滑コンデンサ、４は半導体コ
ミュテータ回路、５は電流検出用の抵抗、６は電動機、
７は増幅回路、８は過負荷判定値発生回路、９は比較回
路、１０はＰＷＭ（パルス幅変調）信号発生回路、１１
はドライブ回路である。

【０００３】交流電源１からの交流電圧は整流回路２で
整流され、平滑用コンデンサ３で平滑されて直流電圧と
なる。この直流電圧は半導体コミュテータ回路４に印加
される。一方、ＰＷＭ信号発生回路１０は指定された回
転数に対応した周期のＰＷＭ信号を発生し、このＰＷＭ
信号がドライブ回路１１を介して半導体コミュテータ回
路４に供給される。半導体コミュテータ回路４では、平
滑コンデンサ３から印加される直流電圧に応じた大きさ
の直流電流がこのＰＷＭ信号でゲートされて３相の駆動
電流が生成され、電動機６に供給される。電動機６はこ
の駆動電流の大きさとデューティ比（通電比）に応じた
回転数で回転する。したがって、ＰＷＭ信号のデューテ
ィ比に応じて電動機６の回転数は可変となる。

【０００４】ところで、かかる空気調和装置において
は、起動時から運転負荷（空気調和装置の運転時での交
流電源１の負荷）が過剰とならないように、すなわち過
負荷状態とならないように、電動機６の回転速度が次の
ようにして制御される。

【０００５】空気調和装置の運転負荷は交流電源１の交
流電圧と交流電流Ｉ（ｉｎ）の積に比例し、交流電流Ｉ
（ｉｎ）を検出することによって運転負荷が検出できる
が、抵抗５に流れる直流電流Ｉ（Ｒ）がこの交流電流Ｉ
（ｉｎ）に比例することから、直流電流Ｉ（Ｒ）によっ
て運転負荷が検出される。すなわち、この直流電流Ｉ
（Ｒ）によって抵抗５に生ずる電圧は運転負荷に応じた
ものであり、この電圧は、増幅回路７で増幅された後、
比較回路９に供給される。一方、過負荷判定値発生回路
８は過負荷状態の下限での増幅回路７の出力電圧値に等
しい電圧の過負荷判定値Ｂを出力する。比較回路９は増
幅回路７の出力電圧Ａとこの過負荷判定値Ｂとを比較
し、この出力電圧Ａが過負荷判定値Ｂを越えたとき、過
負荷判定信号Ｃを出力する。ＰＷＭ信号発生回路１０は
この過負荷判定信号ＣによってＰＷＭ信号のデューティ
比を変化させ、これによって電動機６の回転速度が低下
する。増幅回路７の出力電圧Ａが過負荷判定値Ｂ以下の
ときには、比較回路９は過負荷判定信号Ｃを出力せず、
ＰＷＭ信号発生回路１０は指定回転数に対応したデュー
ティ比のＰＷＭ信号を発生する。これにより、電動機６
の回転速度は、その回転数が指定回転数となるように、
上昇していく。

【０００６】次に、図５を用いて起動時からの運転負
荷、電動機６の回転速度の変化を説明する。起動指令が
あると、電動機６は起動してその回転数が指令回転速度
となるように上昇していき、これとともに運転負荷も上
昇していく。そして、運転負荷が過負荷判定値運転負荷
（過負荷判定値Ｂに対する運転負荷）に達すると、上記
のように比較回路９が過負荷判定信号Ｃを発生すること
により、電動機６の回転速度は低下していく。しかし、
冷凍サイクルの応答遅れのため、運転負荷はこの回転速
度に即座に応答せず、電動機６の回転速度が低下し始め
ても運転負荷はそのまま上昇し続け、過負荷状態のオー
バシュートが生ずる。そして、しばらくして運転負荷は
低下し始める。この運転負荷のオーバシュートを極力抑
えるために、起動時の電動機のこの減速での回転速度変
化率（１秒間で変化する１分間当りの回転数）は、通常
−１５０ｍｉｎ~¹／秒程度と大きく設定される。

【０００７】運転負荷が低下して過負荷判定値運転負荷
となると、これから安定状態に移ることになるが、比較
回路９から過負荷判定信号Ｃが出力されなくなり、電動
機６の回転速度は指定回転速度の方へ上昇していく。運
転負荷は応答遅れのためにさらに低下してから上昇し、
過負荷判定値運転負荷になると電動機６は減速させられ
る。以下、かかる動作が繰り返され、運転負荷が過負荷
判定値を中心に上下するように電動機６の回転速度が制
御される。このときの電動機６の増減速での回転速度変
化率は、安定時の冷凍サイクルの応答に合せて、通常±
１０ｍｉｎ~¹／秒程度と小さく設定され、回転速度の変
動が小さくなるようにしている。

【０００８】ここで、過負荷判定値運転は、安定時に負
荷が過負荷状態で安定しないように設定される。空気調
和機の運転負荷は、冷凍サイクルの応答遅れの（温度変
化が遅い）ため、変化が遅く、起動時と安定時とで電動
機の温度差は大きい。同一電圧を印加した場合、起動時
の電動機の温度が低いときには、その巻線抵抗の抵抗値
が小さく流れる電流が大きく、また、負荷が軽いため、
電動機の回転数の変化範囲が広い。電動機の温度が高い
ときには、その逆となる。そこで、過負荷判定値を電動
機の温度が低い場合に対して設定すると、このときに抵
抗５に流れる大きな電流の上限に対して過負荷判定値が
決められることになり、これは空気調和装置では過負荷
状態の下限をオーバしたものとなる。このために、安定
時では、運転負荷が過負荷判定運転負荷に安定化するか
ら、常に過負荷状態となる。そこで、通常、過負荷判定
値負荷は電動機の温度が高い安定時で過負荷状態の下限
よりも低いものに設定されるのである。

【０００９】以上は運転負荷に対する駆動動作である
が、従来の全体駆動動作を示すと、図６のようになる。
同図において、回転速度指令が発せられると（ステップ
６０１）、電動機の回転速度（現回転速度）が検出され
（ステップ６０２）、指令された回転速度（指令回転速
度）との偏差が演算される（ステップ６０３）。ここ
で、現回転速度＞指令回転速度とすると、回転速度変化
率を通常の−１０ｍｉｎ~¹／秒とし（ステップ６０
４）、電動機を減速させる。現回転速度＝現回転速度で
通常負荷の場合には（ステップ６０６）、回転速度変化
率に設定されるが（ステップ６０７）、増減速度は行な
われない。現回転速度＜指令回転速度で通常負荷の場合
には（ステップ６０８）、このとき設定されている回転
速度変化率で増速が行なわれる（ステップ６０９）。現
回転速度≦指令回転速度で上記のように過負荷が検出さ
れると（ステップ６０６，６０８）、上記のように、回
転速度変化率を過負荷に設定して（ステップ６１０）減
速が行なわれる（ステップ６１１）。但し、起動時の過
負荷発生による最初の減速は、上記の大きな回転速度変
化率−１５０ｍｉｎ~¹／秒程度で行なわれる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術では、過負荷判定値は、負荷安定時で過負荷状態とな
らないように、低く設定されているため、起動時などの
負荷過渡時においては、この過負荷判定値が低くなりす
ぎ、運転範囲が狭く抑制され、可能な最大限運転範囲を
利用できずに立上り特性が劣化する。

【００１１】すなわち、図４における交流電源１からの
交流電流Ｉ（ｉｎ）と抵抗５に流れる直流電流Ｉ（Ｒ）
は比例関係にあるが、温度が高い負荷安定時では、これ
ら電流Ｉ（ｉｎ）、Ｉ（Ｒ）の関係が図７の直線ａで表
わされるとすると、温度が低い負荷過渡時では、これよ
り勾配が緩やかな直線ｂで表わされる。図７において、
過負荷状態限界の交流電流Ｉ（ｉｎ）をＩ（ｉｎ）₀ と
すると、Ｉ（ｉｎ）＞Ｉ（ｉｎ）₀ のとき、過負荷状態
となる。また、温度が高い負荷安定時で過負荷状態とな
らない最大の直流電流Ｉ（Ｒ）は直線ａがＩ（ｉｎ）₀
と交叉するときの値であり、これをＩ（Ｒ）Ｈという。
温度が低い負荷過渡時で過負荷状態とならない直流電流
Ｉ（Ｒ）は直線ｂがＩ（ｉｎ）₀ と交叉するときの値で
あり、これをＩ（Ｒ）Ｌという。ここでは、Ｉ（ｉｎ）
Ｈ＜Ｉ（ｉｎ）Ｌである。

【００１２】上記従来の技術では、過負荷判定値ＢはＩ
（Ｒ）Ｈと設定される。そこで、起動時においては、直
流電流Ｉ（Ｒ）は直線ｂに沿って変化するが（これが、
図５の起動時での運転負荷の変化に相当する）、この場
合の直流電流Ｉ（Ｒ）は、オーバシュートを考慮に入れ
ないと、過負荷判定値Ｉ（Ｒ）Ｈよりも大きくなり得
ず、このときの交流電流Ｉ（ｉｎ）は過負荷状態になら
ない最大のＩ（ｉｎ）₀よりも小さいＩ（ｉｎ）₁ とな
る。つまり、（Ｉ（ｉｎ）₀ −Ｉ（ｉｎ）₁ ）に相当す
るパワーが利用されないことになる。

【００１３】このことは、起動時において、過負荷判定
値Ｉ（Ｒ）Ｈは小さすぎるものであり、これによって、
図５についてみれば、電動機６の回転速度の変化可能範
囲が狭くなり、立上り特性が低くなってしまう。なお、
過負荷判定値をＩ（Ｒ）Ｌとすると、図７から明らかな
ように、起動時には最大限のパワーが利用できて立上り
特性が良くなるが、負荷安定時には、直線ａとＩ（Ｒ）
Ｌとが交叉する点で安定化し、過負荷状態となる。

【００１４】以上のように、従来技術では、過負荷判定
値が負荷安定時について設定されるため、負荷過渡時で
の立上り特性が低いという問題があった。また、電動機
の回転速度の上昇中に、図５に示すように、運転負荷の
オーバシュートが生ずるが、以上のように過負荷判定値
が小さい場合、これを抑制しようとすると、回転速度を
急激に減速させなければならないことから、回転速度の
大幅な低下やハンチング現象が生じ、安定した運転がな
されないという問題もあった。

【００１５】本発明の目的は、かかる問題を解消するも
のであって、最適な負荷状態での安定運転を維持して負
荷過渡時での立上り特性の改善、オーバシュートおよび
アンダーシュートの抑制を実現可能とした電動機の駆動
装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電動機の温度を検出する第１の手段と、
検出される該温度に応じて過負荷判定値を変化させる第
２の手段とを設ける。また、本発明は、検出される該温
度に応じて該電動機の回転速度変化率を異ならせる。

【００１７】

【作用】起動時など電動機の温度が低いときには、過負
荷判定値は大きく、過負荷状態とならずに運転負荷の変
化範囲を大きくすることができる。このために、運転範
囲を充分拡げることができ、立上り特性が大幅に改善さ
れる。また、電動機の回転速度変化率は温度が高くなる
につれて小さくなる。このため、起動時などでは、電動
機の回転速度が上昇するにつれて、その温度が上昇する
から、回転速度変化率は緩やかに変化するようになる。
そして、運転負荷が過負荷判定値運転負荷に達すると、
回転速度変化率は負となり、電動機は緩やかに減速状態
となっているために、運転負荷もこれに追従して変化
し、運転負荷の過負荷状態へのオーバシュートが充分抑
圧されることになる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面によって説明す
る。図１は本発明による電動機の駆動装置の一実施例を
示すブロック図であって、１２は温度検出回路、１３は
加算回路であり、図５に対応する部分には同一符号をつ
けて重複する説明を省略する。

【００１９】同図において、温度検出回路１２は電動機
６の温度を検出し、温度情報Ｄを出力する。検出される
電動機６の温度とは電動機６の巻線の温度であり、これ
を直接検出してもよいが、ケースの外郭など巻線の温度
変化を検出できる個所での温度を検出してもよい。この
温度情報Ｄは加算回路１３に供給され、過負荷判定値発
生回路８からの過負荷判定値Ｂに加算されてこの過負荷
判定値Ｂが補正される。加算回路１３から出力される補
正後の過負荷判定値Ｂ′は、正の比例定数をＫ（この比
例定数は温度検出回路１２の検出位置などによって決ま
る）、温度検出回路１２で検出される電動機６の温度
（検出温度）をＴ、電動機６の基準温度をＴ₀ （但し、
Ｉ₀ ＞Ｔ）とすると、Ｂ′＝Ｂ＋ｋ・（Ｔ−Ｔ₀ ） ……（１）である。この補正後の過負荷判定値Ｂ′が比較回路９で
増幅回路７の出力電圧Ａと比較され、図５で説明したよ
うに、この比較結果に応じてＰＷＭ信号発生回路が制御
される。

【００２０】空気調和装置においては、運転負荷は冷凍
サイクルの状態（起動時、安定運転など）に応じて異な
る。そして、電動機６の巻線抵抗はその温度に比例し、
その温度は、冷凍サイクルの過渡時で低く、安定時で高
い。このために、巻線抵抗の温度を検出することによ
り、冷凍サイクルの状態（すなわち運転負荷）を検出す
ることができる。

【００２１】そこで、図２に示すように、冷凍サイク
ル、従って、電動機６が起動時などの過渡状態にあると
きには、電動機６の温度Ｔは低いため、補正後の過負荷
判定値Ｂ′は大きく、電動機６の運転が行なわれてその
温度Ｔが上昇するにつれて補正後の過負荷判定値Ｂ′は
低下していき、負荷安定時には、温度が略一定となって
補正後の過負荷判定値Ｂ′は略一定となる。

【００２２】ここで、図７を参照すると、この補正後の
過負荷判定値Ｂ′が、負荷過渡状態ではＩ（Ｒ）Ｌとな
り、負荷安定状態ではＩ（Ｒ）Ｈとなるように、上記式
（１）における過負荷判定値Ｂおよび比例定数Ｋが設定
される。過負荷判定値Ｂを従来と同様の負荷安定時につ
いて設定されたものとしてもよい。

【００２３】以上により、負荷過渡時では、パワーを最
大限に使用して運転範囲を最大限に利用でき、従って、
電動機６の立上り特性が大幅に改善されるし、負荷安定
時では、パワーを最大限に使用して過負荷状態とならな
い最適な負荷状態で運転が可能となる。

【００２４】図１に戻って、温度検出回路１２からの温
度情報Ｄは、また、ＰＷＭ信号発生回路１０に供給さ
れ、温度Ｔに応じて電動機６の回転速度変化率を制御す
る。いま、電動機６の基準回転速度変化率をＶ、正の比
例定数をｋ′とすると、温度Ｔによる補正後の回転速度
変化率Ｖ′は、Ｖ′＝Ｖ＋ｋ′・（Ｔ₀ −Ｔ） ……（２）とする。この補正後の回転速度変化率Ｖ′は温度Ｔが低
い程大きく、温度Ｔが高い程小さいが、±１５０〜±１
０ｍｉｎ~¹／秒程度の範囲で変化するようにする。ま
た、この補正後の回転速度変化率Ｖ′は、比較回路９か
ら過負荷判定信号Ｃが供給されるときと現回転速度＞指
令回転速度のとき負、現回転速度＝指令回転速度のとき
零、これら以外のとき正とする。

【００２５】そこで、図２において、電動機６が起動す
ると、現回転速度＜指令回転速度であって、かつ温度Ｔ
は基準温度Ｔ₀ より充分低いから、電動機６は正の大き
な回転速度変化率Ｖ′で指令回転速度の方へ増速する
が、温度Ｔの上昇とともに回転速度変化率Ｖ′は減少し
ていく。これとともに運転負荷が上昇し、負荷安定時よ
りも高められている過負荷判定値負荷に達すると、比較
回路９から過負荷判定信号Ｃが出力され、回転速度変化
率Ｖ′は正から負に変わって電動機６の回転速度の上昇
は非常に緩やかとなる。このために、運転負荷は電動機
６の回転速度に追従して変化することになり、運転負荷
の過負荷判定値運転負荷からのオーバシュートはわずか
なものとなって、運転負荷が過負荷判定値運転負荷に達
してから短時間で電動機６が減速することともに、直ち
に運転負荷は過負荷判定値負荷よりも小さくなり、過負
荷状態へのオーバシュートが大幅に抑制されることにな
る。

【００２６】また、このように運転負荷が過負荷判定値
よりも小さくなったときには、電動機６の回転速度変化
率は比較的小さくなっているので、電動機６の回転速度
はそれほど低下していないし、ハンチング現象が防止で
き、安定した回転状態で安定時の運転に入ることにな
る。安定時においては、図４〜図６に示した従来技術と
同様である。

【００２７】図３は以上の動作を示すものである。同図
において、ステップ３０１は加算回路１３での処理であ
り、ステップ３０２は比較回路９での判定処理である。
このステップ３０２の判定処理で過負荷状態であるとき
には、ＰＷＭ信号発生回路１０において、回転速度変化
率を検出温度に応じた負荷とし（ステップ３０５）、電
動機６を減速させる（ステップ３０７）。過負荷状態で
ないときには、電動機６の回転速度が検出され（ステッ
プ３０３）、指定回転速度に対するこの検出された現回
転速度の偏差（＝指定回転速度−現回転速度）に応じて
（ステップ３０４）、回転速度変化率の検出温度に応じ
た大きさと正負が設定される（ステップ３０６，３０
５）。

【００２８】以上述べたように、電動機の温度から冷凍
サイクルの状態を検知し、過負荷判定、及び回転数変化
率の設定を行なうので、立上り時の運転範囲を拡大でき
て、過負荷状態へのオーバシュートや回転速度の大幅な
変動を抑制することが可能である。また、過負荷判定値
の演算における比例定数、回転速度変化率の演算におけ
る比例定数等を変えることにより様々な運転負荷に対応
することができるので、融通性の高い制御が行なえるこ
とになる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷過渡時での立上り特性が大幅に改善されるととも
に、オーバシュートや回転速度の大幅な変動を抑制する
ことができ、出力変動の少ない運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動機の駆動装置の一実施例を示
すブロック図である。

【図２】図１に示した実施例での過負荷判定値運転負
荷、運転負荷、電動機の回転速度、電動機の温度の変化
を示す図である。

【図３】図１に示した実施例の動作を示すフローチャー
トである。

【図４】従来の電動機の駆動装置の一例を示すブロック
図である。

【図５】図４に示した従来例での過負荷判定値運転負
荷、運転負荷、電動機の回転速度の変化を示す図であ
る。

【図６】図４に示した従来例での動作を示すフローチャ
ートである。

【図７】過負荷判定値の設定方法を示す図である。

【符号の説明】

１交流電源２整流回路３平滑コンデンサ４インバータ部５電流検出用の抵抗６電動機８過負荷判定値発生回路９比較回路１０ＰＷＭ信号発生回路１２温度検出回路１３加算回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電圧が印加される半導体コミュテー
タ回路で電動機の駆動電流を形成し、運転負荷を検出す
る第１の手段と、検出された該運転負荷を過負荷判定値
と比較し比較結果に応じて半導体コミュテータ回路から
出力される該駆動電流を変化させる第２の手段とを備
え、該第２の手段で過負荷状態であることが検出された
とき、該電動機の回転速度を低下させるようにした電動
機の駆動装置において、該電動機の温度を検出する第３の手段と、検出された該温度に応じて前記過負荷判定値を補正する
第４の手段とを設け、前記第２の手段が前記運転負荷と
比較する過負荷判定値を該第４の手段で補正された過負
荷判定値とすることを特徴とする電動機の駆動装置。
【請求項２】請求項１において、前記第２の手段は前
記第３の手段の検出出力に応じて制御され、前記電動機
の温度に応じて前記電動機の回転速度変化率を異ならせ
ることを特徴とする電動機の駆動装置。
【請求項３】空気調和機の電動機を駆動することを特
徴とする請求項１または２記載の電動機の駆動装置。