JPWO2019069363A1

JPWO2019069363A1 - 電動機制御装置

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Publication number: JPWO2019069363A1
Application number: JP2019546434A
Authority: JP
Inventors: 康彦和田; 晃弘津村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2017-10-03
Publication date: 2020-10-15
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Abstract

この発明に係る電動機制御装置は、複数台が互いに並列に接続された電動機を駆動制御する電動機制御装置であって、電源からの電力を変換し、複数台の電動機に供給する電力変換装置と、オンまたはオフされて、電力変換装置と電動機との間を電気的に接続または切断する切替装置と、複数台の電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、切替装置および外部からの回転数指令値と電流検出手段の検出に係る電流値とに応じて、電力変換装置を制御する制御装置とを備え、制御装置は、各電動機において電動機を減速させる制御の開始タイミングが異なるように、切替装置をオフからオンにする制御を行うものである。

Description

この発明は、電力変換装置と並列接続した電動機の回転を制御する電動機制御装置に関する。

ＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）ブラシレスモータにファンを取り付けた送風機などの製品では、起動前、外風などの影響により、フリー回転状態となる。フリー回転とは、電力供給していないのに、モータが回転する状態である。このとき、モータが回転しているため、回転数に応じた誘起電圧が発生し、モータ電流が流れる。そこで、ＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）ブラシレスモータの構成例として、１台のインバータ装置に並列に接続された複数台のモータに関し、フリー回転状態のモータが、他のモータの負荷とならないように、インバータと各モータとを接続する三相線上に、スイッチを設置したものがある（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００７−２５９５５４号公報

前述した特許文献１に開示された方法では、各スイッチがオンの状態のときに、モータを減速させるブレーキ制御を実施した場合、過大な電流が流れてしまうおそれがある。そして、最悪の場合、モータが減磁するおそれがある。特に、ファンモータの場合は、ブレーキ制御を行っているときに、外風により、ファンが回される状況が発生するため、過大な電流が流れやすく、モータの減磁が発生しやすくなる。

この発明は、上記のような課題を解決するため、ブレーキ制御を行っているときに、モータに流れる電流を抑制することができる電動機制御装置を提供するものである。

この発明においては、制御装置が、切替装置をオンさせる時期を制御するようにしたので、各電動機のブレーキ制御の開始時期をずらすことができる。このため、電動機などに流れる実効値電流を抑制することができ、信頼性の高い電動機制御装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１における電動機制御装置０を中心とする送風システムの一構成例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る制御装置７の構成を示す図である。この発明の実施の形態１における、図１に示したインバータ５の一構成例を示すブロック図である。この発明の実施の形態１における制御装置７が行う制御手順のフローチャートを示す図である。この発明の実施の形態１における制御装置７が行うブレーキ処理ステップＳ７−３の詳細な手順のフローチャートを示す図である。この発明の実施の形態１における第１電動機１と第２電動機２とが起動処理を実行するまでのタイミングチャートを示す図である。この発明の実施の形態２における制御装置７が行うブレーキ処理ステップＳ７−３の詳細な手順のフローチャートを示す図である。この発明の実施の形態２における第１電動機１と第２電動機２とが起動処理を実行するまでのタイミングチャートを示す図である。この発明の実施の形態３における制御装置７が行うブレーキ処理ステップＳ７−３の詳細な手順のフローチャートを示す図である。この発明の実施の形態３における第１電動機１と第２電動機２とが起動処理を実行するまでのタイミングチャートを示す図である。この発明の実施の形態４におけるブレーキ処理ステップＳ７−３で入力されるブレーキパルスについて説明する図である。この発明の実施の形態４における第１電動機１と第２電動機２とが起動処理を実行するまでのタイミングチャートを示す図である。

以下、発明の実施の形態に係る電動機制御装置０について、図面などを参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通とすることとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、圧力および温度の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。そして、図面では、機器、素子などの各構成要素の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
実施の形態１について、図１〜図５を参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態１における電動機制御装置０を中心とする送風システムの一構成例を示す図である。図１に示すように、電動機制御装置０は、制御装置７および直流電圧を３相交流電圧に変換する１台のインバータ５を有する。インバータ５には、電動機制御装置０の制御対象となる第１電動機１および第２電動機２が並列接続されている。第１電動機１は、ファン３が取り付けられており、外風の影響で逆回転することもある。また、第２電動機２は、ファン４が取り付けられており、外風の影響で逆回転することもある。

第１電動機１は、３相電力線１０を介して、インバータ５と接続されている。第２電動機２は、３相電力線１０の途中から分岐した３相電力線１１を介して、インバータ５と接続されている。第１電動機１および第２電動機２のそれぞれは、図示していない回転子と固定子とを有する。固定子は、印加される３相電圧にしたがって、回転子の周囲に回転磁界を発生させる。インバータ５は、直流電源６からの電力に、直流−交流変換を行って、第１電動機１および第２電動機２に変換した電力を供給する電力変換装置である。インバータ５は、制御装置７からの信号に含まれる３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆに基づいて、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆの波形とキャリア波とを比較し、ＰＷＭ制御による電力変換を行う。直流電源６は、インバータ５を介して、第１電動機１および第２電動機２に電力を供給する直流電圧電源である。ここで、たとえば、図示しない整流回路を備え、外部の３相電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して出力する回路を、直流電源６としてもよい。

制御装置７には、後述するインバータ５の各相に設けられたシャント抵抗（８−１、８−２、８−３）（図３参照）から３相電圧降下ｄＶｕｖｗを含む信号が送られる。そして、制御装置７は、３相電圧降下ｄＶｕｖｗの値に基づいて、３相電流Ｉｕｖｗを復元する処理を行う。制御装置７は、たとえば、図示していない、電動機制御装置０外部の上位制御部から信号として送られる回転数指令値ω＿ｒｅｆと復元した３相電流Ｉｕｖｗとにより、インバータ５に、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆを出力し、インバータ５を駆動制御する。さらに、制御装置７は、復元した３相電流Ｉｕｖｗを用いて、第１電動機１および第２電動機２のベクトル制御を実行する処理を行う。また、制御装置７は、後述するリレー９に切替指示信号ＳＷを出力する処理を行う。切替指示信号ＳＷは、たとえば、リレー９に対して、オフ状態からオン状態への切り替えまたはオン状態からオフ状態への切り替えを指示する信号である。

図２は、この発明の実施の形態１に係る制御装置７の構成を示す図である。実施の形態１の制御装置７は、前述した処理を行うため、処理装置７１、記憶装置７２およびカウント計時装置７３を有している。記憶装置７２は、処理装置７１が処理を行う際に用いるデータを記憶する。また、カウント計時装置７３は、タイマなどを有し、処理装置７１が時間の判定に用いる計時を行う。

また、処理装置７１は、インバータ制御部７１Ａ、リレー切替部７１Ｂおよび回転数推定部７１Ｃを有している。インバータ制御部７１Ａは、回転数指令値ω＿ｒｅｆと３相電流Ｉｕｖｗとに基づいて、インバータ５に、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆを出力し、インバータ５の動作を制御する。また、リレー切替部７１Ｂは、リレー９に切替指示信号ＳＷを出力して、リレー９の動作を制御する。回転数推定部７１Ｃは、３相電流Ｉｕｖｗに基づいて、電動機の回転数を推定する。ここでは、回転数推定部７１Ｃは、特に、第１電動機１の回転数を推定する。

ここで、制御装置７は、たとえば、マイクロコンピュータなどで構成されているものとする。処理装置７１は、たとえば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などを有している。また、記憶装置７２は、たとえば、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性記憶装置（図示せず）およびハードディスク、データを長期的に記憶できるフラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置（図示せず）を有している。そして、記憶装置７２には、インバータ制御部７１Ａ、リレー切替部７１Ｂおよび回転数推定部７１Ｃが行う処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、処理装置７１がプログラムのデータに基づいて処理を実行して各部の処理を実現する。ただ、これに限定するものではなく、各装置を専用機器（ハードウェア）で構成してもよい。

リレー９は、３相電力線１１との経路上に設置されている切替装置である。リレー９は、制御装置７から切替指示信号ＳＷを受け取ると、切替指示信号ＳＷにしたがって、オンまたはオフして、３相電力線１０および３相電力線１１を介して、インバータ５と第２電動機２とを電気的に接続したり、切断したりする。

リレー９がオフ状態であるとき、第２電動機２がインバータ５と電気的に切断された状態になる。たとえば、第１電動機１および第２電動機２のそれぞれには、負荷となるファン３およびファン４が接続されている。そして、第２電動機２は、リレー９がオフ状態なら、第１電動機１と接続されていない。したがって、外風などの外乱トルクによって第２電動機２が回転しても、第２電動機２の回転で発生する回生電流の第１電動機１に対する影響を遮断することができる。

図３は、この発明の実施の形態１における、図１に示したインバータ５の一構成例を示すブロック図である。図３に示すように、インバータ５は、上下一対で各相に対応して設置された６個のスイッチング素子（５−１〜５−６）と、各スイッチング素子（５−１〜５−６）に並列に設けられた逆流防止素子（５−７〜５−１２）とを有する。インバータ５は、制御装置７から送られる３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆに応じて、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行い、直流電源６の直流電圧を３相の交流電圧に変換した電力を、少なくとも第１電動機１に供給する。ここで、スイッチング素子（５−４〜５−６）が同時にオンすることを下アーム短絡と称する。下アーム短絡により、第１電動機１または第２電動機２を減速させることが可能である。そして、下アーム短絡を行って、第１電動機１または第２電動機２を減速させる制御のことをブレーキ制御と定義する。ここでは、便宜的にスイッチング素子における対の関係を上下として記載するが、これは便宜的なものである。したがって、一対のスイッチング素子における物理的な配置関係が上下関係をなしている必要はない。

ここで、スイッチング素子（５−１〜５−６）および逆流防止素子（５−７〜５−１２）を構成する材料例について説明する。スイッチング素子（５−１〜５−６）および逆流防止素子（５−７〜５−１２）には、一般的には珪素（Ｓｉ）を材料とする半導体を用いるのが主流である。ただし、スイッチング素子（５−１〜５−６）および逆流防止素子（５−７〜５−１２）の基板材料として、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）系、ダイヤモンドなどに代表される半導体を材料とするワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。

ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子（５−１〜５−６）および逆流防止素子（５−７〜５−１２）は、耐電圧性および許容電流がともに高く、素子の小型化をはかることができる。小型化されたスイッチング素子（５−１〜５−６）および逆流防止素子（５−７〜５−１２）を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールを小型化することができる。また、ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子（５−１〜５−６）および逆流防止素子（５−７〜５−１２）は耐熱性も高く、インバータ５の放熱に必要な冷却機構（たとえば、放熱フィン、水冷機構など）を小型化することができる。また、冷却方式を簡素化（たとえば、水冷方式から構造が簡素な空冷方式への変更）することもできる。そのため、スイッチング素子（５−１〜５−６）および逆流防止素子（５−７〜５−１２）を組み込んだ半導体モジュールを、一層、小型化することができる。

さらに、ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子（５−１〜５−６）および逆流防止素子（５−７〜５−１２）は、電力損失が低く、電力変換効率が向上する。このため、高い変換効率で第１電動機１または第２電動機２を駆動させることができる。ここで、スイッチング素子（５−１〜５−６）および逆流防止素子（５−７〜５−１２）の両方がワイドバンドギャップ半導体を用いて形成されていることが望ましいが、いずれか一方の素子がワイドバンドギャップ半導体を用いて形成されていてもよい。

そして、インバータ５において、スイッチング素子５−４と直流電源６のマイナス電源側との間にシャント抵抗８−１が設けられている。また、スイッチング素子５−５と直流電源６のマイナス電源側との間にシャント抵抗８−２が設けられている。さらに、スイッチング素子５−６と直流電源６のマイナス電源側との間にシャント抵抗８−３が設けられている。そして、シャント抵抗（８−１〜８−３）をまとめて３相シャント抵抗８とする。ここでは、３相シャント抵抗８が電流検出手段となる。

インバータ５では、シャント抵抗８−１に流れた電流に応じたｕ相の降下電圧ｄＶｕを検出することができる。また、シャント抵抗８−２に流れた電流に応じたｖ相の降下電圧ｄＶｖを検出することができる。さらに、シャント抵抗８−３に流れた電流に応じたｗ相の降下電圧ｄＶｗを検出することができる。検出された各相の降下電圧（ｄＶｕ、ｄＶｖ、ｄＶｗ）に係る信号は、一括りにされて制御装置７に送られる。ここで、図示はしていないが、スイッチング素子（５−１〜５−３）と直流電源６のプラス電源側との間に、シャント抵抗８−１〜シャント抵抗８−３を設置するようにしてもよい。そして、スイッチング素子（５−１〜５−３）を同時にオンさせる上アーム短絡により、第１電動機１または第２電動機２を減速させることも可能である。

次に、図４、図５および図６を用いて、第１電動機１および第２電動機２に対して、制御装置７が行う制御の手順を説明する。図４は、この発明の実施の形態１における制御装置７が行う制御手順のフローチャートを示す図である。制御装置７は、リレーオフ処理ステップＳ７−１、回転数推定処理ステップＳ７−２、ブレーキ処理ステップＳ７−３および起動処理ステップＳ７−４の処理を順に実行する。まず、リレーオフ処理ステップＳ７−１では、制御装置７が、リレー９に、インバータ５と第２電動機２との電気的接続をオフさせる切替指示信号ＳＷを出力する。これにより、インバータ５と第２電動機２との電気的接続は切断される。

次に、回転数推定処理ステップＳ７−２では、制御装置７は、回転数推定用に設定された３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆを出力する。インバータ５は、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆに基づく電力変換を行う。制御装置７は、３相シャント抵抗８の検出に係る電流値から、第１電動機１における誘起電圧の位相および振幅のデータを得る。そして、制御装置７は、第１電動機１における誘起電圧の位相および振幅のデータに基づいて、第１電動機１の回転数を推定処理し、回転数推定値を導き出す。たとえば、第１電動機１が停止していれば、誘起電圧は０［Ｖ］となり、回転数は０［ｒ／ｍｉｎ］と推定される。

図５は、この発明の実施の形態１における制御装置７が行うブレーキ処理ステップＳ７−３の詳細な手順のフローチャートを示す図である。制御装置７は、リレー９がオフ状態のときに、ブレーキ制御に係る処理であるブレーキ処理ステップＳ７−３を実行する。ブレーキ処理ステップＳ７−３において、制御装置７は、３つの手順に基づく処理を行う。

まず、制御装置７は、ブレーキ処理ステップＳ７−３のステップＳ７−３−１に移行して、第１電動機１のブレーキ制御が行われたときからカウントを開始する。そして、カウント時間Ｋ１が、設定時間となる第一のブレーキ制御時間Ｘ１以上になったかどうかを判定する。第一のブレーキ制御時間Ｘ１以上になったものと判定すると、ステップＳ７−３−２に移行する。一方で、カウント時間Ｋ１が第一のブレーキ制御時間Ｘ１未満であると判定すると、再度、ステップＳ７−３−１を実行して、カウントを継続する。ここで、第一のブレーキ制御時間Ｘ１は、回転数推定処理ステップＳ７−２において推定した第１電動機１の回転数を参照して設定する。参照にあたっては、あらかじめ、実験によって、ある回転数からブレーキ制御を行って、回転数が０［ｒ／ｍｉｎ］になる参照時間をデータとして取得しておく。そして、参照時間のデータを用いて、第一のブレーキ制御時間Ｘ１を設定するとよい。

次に、ステップＳ７−３−２では、制御装置７が、リレー９に、インバータ５と第２電動機２との電気的接続をオンさせる切替指示信号ＳＷを出力する、リレーオン処理を行う。これにより、インバータ５と第２電動機２とが電気的接続される。

そして、制御装置７は、ステップＳ７−３−３の処理に移行して、第２電動機２のブレーキ制御が行われたときからカウントを開始する。制御装置７は、カウント時間Ｋ２が、あらかじめ設定された第二のブレーキ制御時間Ｘ２以上になったものと判定すると、ブレーキ処理ステップＳ７−３を終了する。一方で、制御装置７は、カウント時間Ｋ２が、第二のブレーキ制御時間Ｘ２未満であると判定すると、再度、ステップＳ７−３−３を実行して、カウントを継続する。ここで、第二のブレーキ制御時間Ｘ２は、あらかじめ、実験によって、第２電動機２の最高回転数からブレーキ制御を実行し、回転数が０［ｒ／ｍｉｎ］になる時間をデータとして取得しておく。そして、取得したデータを用いて、第二のブレーキ制御時間Ｘ２を設定するとよい。ブレーキ制御を第二のブレーキ制御時間Ｘ２行うことにより、第１電動機１および第２電動機２の回転数を０［ｒ／ｍｉｎ］にすることができる。

ブレーキ処理ステップＳ７−３が終了すると、制御装置７は、図４に示すように、起動処理ステップＳ７−４を行う。起動処理ステップＳ７−４において、制御装置７は、第１電動機１と第２電動機２とが正転して駆動するのに必要となる３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆを出力する。インバータ５は、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆに基づく電力変換を行う。第１電動機１と第２電動機２とは、回転数指令値ω＿ｒｅｆに応じて加速する。ここで、第１電動機１と第２電動機２とが同期電動機である場合は、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆを出力する前に、互いの磁極位置をあわせる同期引き込み動作を実行する。

図６は、この発明の実施の形態１における第１電動機１と第２電動機２とが起動処理を実行するまでのタイミングチャートを示す図である。以上のように、図４と図５とで説明した内容に関して、図６のタイミングチャートを用いて説明する。図６のタイミングチャートにおいて、１段目は、第１電動機１と第２電動機２との電動機回転数を表している。実線が第１電動機１の回転数を表し、点線が第２電動機２の回転数を表している。ここで、電動機回転数が０［ｒ／ｍｉｎ］以上のときを正転とし、０［ｒ／ｍｉｎ］未満のときを逆転と定義している。また、２段目は、第１電動機１と第２電動機２とに流れる実効値電流を表している。実線が第１電動機１の実効値電流であり、点線が第２電動機２の実効値電流を表している。３段目は、切替指示信号ＳＷによるリレー９の駆動状態を表している。次に、回転数推定処理ステップＳ７−２、ブレーキ処理ステップＳ７−３、起動処理ステップＳ７−４の期間に分けて、第１電動機１および第２電動機２の動作とリレー９の動作とを説明する。

回転数推定処理ステップＳ７−２期間（Ｔ１）
期間Ｔ１において、第１電動機１および第２電動機２は、両方ともフリー回転している。図６では、第１電動機１および第２電動機２は、逆転している。そして、各電動機が異なった回転数で動作している。第１電動機１は、第２電動機２より高い回転数で逆転している。一方、期間Ｔ１の前にリレーオフ処理ステップＳ７−１が行われたため、期間Ｔ１では、リレー９は、オフ状態である。このため、第１電動機１のみが、インバータ５と電気的に接続されている状態である。また、実効値電流は、フリー回転の回転数に応じた電流が流れている。第１電動機１は、第２電動機２より高い実効値電流が流れている。この期間において、第１電動機１に関する回転数推定処理ステップＳ７−２が実行され、誘起電圧から回転数が推定される。

ブレーキ処理ステップＳ７−３期間（期間Ｔ２と期間Ｔ３）
期間Ｔ２において、ステップＳ７−３−１にしたがったブレーキ制御が実行され、第１電動機１は、０［ｒ／ｍｉｎ］まで減速する。一方、第２電動機２は、リレー９がオフ状態であるため、インバータ５と電気的に接続されていない。したがって、第２電動機２については、フリー回転の状態が継続される。ステップＳ７−３−１に係るブレーキ制御が実行される際、第１電動機１には、一瞬、電流Ｃ１の実効値電流が流れるが、回転数の減少に伴って、実効値電流が小さくなる。一方、第２電動機２は、インバータ５と電気的に接続されていない状態なので、フリー回転数に応じた実効値電流が流れ続ける。

期間Ｔ３において、第１電動機１は、停止状態である。一方、ステップＳ７−３−２により、リレー９がオン状態となることで、第２電動機２は、インバータ５と電気的に接続される。ステップＳ７−３−３にしたがったブレーキ制御が実行され、第２電動機２は、ブレーキ制御により０［ｒ／ｍｉｎ］まで減速する。このとき、第１電動機１の実効値電流は、第１電動機１の回転数が０［ｒ／ｍｉｎ］なので、０［Ａ］である。また、第２電動機２は、ステップＳ７−３−３に係るブレーキ制御が実行される際、第２電動機２には、一瞬、電流Ｃ２の実効値電流が流れるが、回転数の減速に伴って、実効値電流が小さくなる。

起動処理ステップＳ７−４期間（Ｔ４）
第１電動機１および第２電動機２の回転数は、０［ｒ／ｍｉｎ］である。また、第１電動機１と第２電動機２の実効値電流は、０［Ａ］である。リレー９はオン状態である。

以上のように、実施の形態１の電動機制御装置０では、制御装置７は、ブレーキ処理ステップＳ７−３において、第１電動機１に対して最初に行われるブレーキ制御に係る第一のブレーキ制御時間Ｘ１経過後、リレーオン処理によりリレー９をオンするようにした。したがって、複数の電動機におけるブレーキ制御の開始タイミングを異ならせて、第１電動機１の実効値電流における電流Ｃ１の発生タイミングと第２電動機２の実効値電流における電流Ｃ２の発生タイミングとをずらすことが可能となる。このため、リレー９をオンした後において、第１電動機１および第２電動機２に流れる電流を抑制することができ、電動機制御装置０の信頼性が向上する効果を奏する。たとえば、回転数推定処理ステップＳ７−２直後にリレー９をオンし、第１電動機１において電流Ｃ１と第２電動機２において電流Ｃ２とが同タイミングで発生し、第１電動機１と第２電動機２との間に過大な電流が流れることを防止することができる。以上から、電動機の減磁を防止することができる。

また、制御装置７が、回転数推定処理ステップＳ７−２の結果に応じて、第１電動機１の第一のブレーキ制御時間Ｘ１を設定するようにした。このため、起動処理ステップＳ７−４を実行するまでの時間を短縮することができ、第１電動機１が減速途中でリレー９がオンすることを防止することができる。このことから、リレー９をオンした後の第１電動機１および第２電動機２に流れる電流を抑制することができるため、電動機制御装置０の信頼性が向上する効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態２の電動機制御装置０は、実施の形態１の電動機制御装置０と比較して、制御装置７のブレーキ処理ステップＳ７−３の処理の内容が異なる。機器構成および制御装置７におけるブレーキ処理ステップＳ７−３以外の処理については、実施の形態１で説明したことと同等である。以降、実施の形態２の電動機制御装置０における具体的な処理について、図７と図８とを用いて説明する。

図７は、この発明の実施の形態２における制御装置７が行うブレーキ処理ステップＳ７−３の詳細な手順のフローチャートを示す図である。実施の形態２に係るブレーキ処理ステップＳ７−３は、ステップＳ７−３−４とステップＳ７−３−２とステップＳ７−３−５とで構成されている。ステップＳ７−３−４では、制御装置７は、３相電流Ｉｕｖｗのいずれか１つの実効値電流Ｉ１が、第１電動機１のブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ１以下になると、ステップＳ７−３−２に移行する。一方で、制御装置７は、３相電流Ｉｕｖｗのいずれか１つの実効値電流Ｉ１が、第１電動機１のブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ１を超えると、再度、ステップＳ７−３−４を実行する。ここで、第１電動機１のブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ１は、第１電動機１がフリー回転状態で動作している実効電流値より低い値が望ましい。ここでは、ブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ１を、たとえば、０［Ａ］に設定する。

次に、ステップＳ７−３−２では、制御装置７が、リレーオン処理を行い、リレー９に切替指示信号ＳＷを出力する。ステップＳ７−３−５では、制御装置７は、３相電流Ｉｕｖｗのいずれか１つの実効値電流Ｉ２が、第２電動機２のブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ２以下になると、ブレーキ処理ステップＳ７−３を終了する。一方で、制御装置７は、３相電流Ｉｕｖｗのいずれか１つの実効値電流Ｉ２が、第２電動機２のブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ２を超えると、再度、ステップＳ７−３−５を実行する。第２電動機２のブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ２は、第２電動機２がフリー回転状態で動作している実効電流値より低い値が望ましい。ここでは、ブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ２を、たとえば、０［Ａ］に設定する。

図８は、この発明の実施の形態２における第１電動機１と第２電動機２とが起動処理を実行するまでのタイミングチャートを示す図である。ここでは、さらに、図７で説明した内容に関して、図８のタイミングチャートを用いて説明する。１段目と２段目と３段目とにおける波形が表している内容については、実施の形態１で説明したことと同様である。また、回転数推定処理ステップＳ７−２が行われる期間Ｔ１および起動処理ステップＳ７−４が行われる期間Ｔ４については、実施の形態１で説明したことと同様である。次に、図７のブレーキ処理ステップＳ７−３期間について、第１電動機１および第２電動機２の動作とリレー９の動作とを説明する。

ブレーキ処理ステップＳ７−３期間（Ｔ２とＴ３）
期間Ｔ２において、ステップＳ７−３−１に基づいたブレーキ制御が実行され、第１電動機１は、０［ｒ／ｍｉｎ］まで減速する。一方、第２電動機２は、リレー９がオフ状態であるため、インバータ５と電気的に接続されていない。したがって、第２電動機２については、フリー回転が継続される。ステップＳ７−３−１に係るブレーキ制御が実行される際、第１電動機１には、瞬時電流Ｃ１の実効値電流が流れるが、回転数の減少に伴って、実効値電流Ｉ１が第１電動機１のブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ１まで小さくなっていく。一方、第２電動機２の実効値電流は、インバータ５と電気的に接続されていない状態なので、フリー回転に応じた電流が流れ続ける。

期間Ｔ３において、第１電動機１の実効値電流が、第１電動機１のブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ１以下となる。一方、ステップＳ７−３−２により、リレー９がオン状態となることで、第２電動機２は、インバータ５と電気的に接続される。故に、第２電動機２は、ブレーキ制御により０［ｒ／ｍｉｎ］まで減速する。第１電動機１の実効値電流は、第１電動機１の回転数が０［ｒ／ｍｉｎ］なので、誘起電圧が発生せず、０［Ａ］である。また、第２電動機２は、ブレーキ制御が実行されるため、第２電動機２には、瞬時電流Ｃ２として流れるが、回転数の減速に伴って、実効値電流が第２電動機２のブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ２まで小さくなっていく。

以上のように、実施の形態２の電動機制御装置０によれば、制御装置７は、ブレーキ処理ステップＳ７−３において、第１電動機１の実効値電流Ｉ１とブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ１とを比較してブレーキ制御を実行するようにした。また、第２電動機２の実効値電流Ｉ２とブレーキ制御実効値電流閾値Ｙ２に基づいてブレーキ制御を実行するようにした。そのため、リレー９をオンに切り替える直前に突風が吹き、第１電動機１のフリー回転数が上昇してしまっても、リレー９がオンするタイミングを調整することができる。したがって、第１電動機１および第２電動機２に流れる電流を抑制することができ、電動機制御装置０の信頼性が向上する効果を奏する。

実施の形態３．
実施の形態３の電動機制御装置０は、実施の形態１の電動機制御装置０と比較して、制御装置７のブレーキ処理ステップＳ７−３の処理の内容が異なる。機器構成および制御装置７における他の制御構成は、実施の形態１で説明したことと同等である。以降、実施の形態３の電動機制御装置０における具体的な処理について、図９と図１０とを用いて説明する。

図９は、この発明の実施の形態３における制御装置７が行うブレーキ処理ステップＳ７−３の詳細な手順のフローチャートを示す図である。実施の形態３に係るブレーキ処理ステップＳ７−３は、ステップＳ７−３−１、ステップＳ７−３−６、ステップＳ７−３−２およびステップＳ７−３−３で構成されている。ここで、ステップＳ７−３−１、ステップＳ７−３−２およびステップＳ７−３−３は、実施の形態１において説明したことと同様の処理を行う。

制御装置７は、ステップＳ７−３−１において、カウント時間Ｋ１が、第一のブレーキ制御時間Ｘ１以上になると、ステップＳ７−３−６に移行する。ステップＳ７−３−６において、制御装置７は、直流励磁処理を行う。具体的には、制御装置７は、第１電動機１に直流電流が流れるような３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆの信号を、インバータ５に出力する。これにより、第１電動機１の回転数が０［ｒ／ｍｉｎ］になってから、任意に設定された時間、インバータ５から第１電動機１に直流電流が流れる。

図１０は、この発明の実施の形態３における第１電動機１と第２電動機２とが起動処理を実行するまでのタイミングチャートを示す図である。さらに、図９で説明した内容に関して、図１０のタイミングチャートを用いて説明する。１段目と２段目と３段目とにおける波形が表している内容については、実施の形態１で説明したことと同様である。図１０では、さらに、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆの発生状況を示した信号波形が４段目に示されている。また、回転数推定処理ステップＳ７−２が行われる期間Ｔ１および起動処理ステップＳ７−４が行われる期間Ｔ４については、実施の形態１で説明したことと同様である。次に、図９のブレーキ処理ステップＳ７−３期間について、第１電動機１および第２電動機２の動作とリレー９の動作とについて説明する。

ブレーキ処理ステップＳ７−３期間（Ｔ２とＴ３とＴ５）
ブレーキ処理ステップＳ７−３期間のうち、期間Ｔ２と期間Ｔ３における第１電動機１および第２電動機２の動作とリレー９の動作とについては、実施の形態１において説明した動作と同様である。実施の形態３においては、期間Ｔ２と期間Ｔ３との間に、制御装置７による直流励磁処理が行われる期間Ｔ５が追加されている。期間Ｔ５の長さは、特に限定するものではなく、任意に設定することができる。

期間Ｔ５において、制御装置７は、ステップＳ７−３−１の処理により、第１電動機１の回転数が０［ｒ／ｍｉｎ］になったと判定すると、ステップＳ７−３−６において、直流励磁処理を行う。このとき、制御装置７は、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆの信号を、インバータ５に出力する。直流励磁処理により、第１電動機１の固定子の巻線に直流電流が流れ、磁極が励磁されて、回転子が固定子に引き寄せられる。図１０に示すように、第１電動機１には、正の実効値電流が流れる。一方、第２電動機２の実効値電流は、インバータ５と電気的に接続されていない状態なので、フリー回転に応じた電流が流れ続ける。期間Ｔ５として設定した時間が経過すると、制御装置７は、ステップＳ７−３−２に移行して、リレー９をオンさせ、インバータ５と第２電動機２とが電気的接続される。

以上のように、実施の形態３の電動機制御装置０によれば、制御装置７は、ブレーキ処理ステップＳ７−３の途中で、第１電動機１に直流電流が流れるように、３相電圧指令値Ｖｕｖｗ＿ｒｅｆを発生し、インバータ５を制御するようにした。このため、回転子が固定子に引き寄せられた状態を保つようにし、第１電動機１が回転しないようにする。したがって、期間Ｔ５で、急激な突風により、フリー回転することを抑制することができ、期間Ｔ３に移行し、第２電動機２にブレーキ制御を行うタイミングで、第２電動機２に流れる瞬時電流Ｃ２が、過大になることを抑制することができる。故に、第１電動機１および第２電動機２に流れる電流を抑制することができ、電動機制御装置０の信頼性が向上する効果を奏する。

実施の形態４．
実施の形態４の電動機制御装置０は、実施の形態１の電動機制御装置０と比較して、制御装置７のブレーキ処理ステップＳ７−３の処理の内容が異なる。機器構成および制御装置７における他の制御構成は、実施の形態１で説明したことと同等である。以降、実施の形態４の電動機制御装置０における具体的な処理について、図１１と図１２とを用いて説明する。

図１１は、この発明の実施の形態４におけるブレーキ処理ステップＳ７−３で入力されるブレーキパルスについて説明する図である。ブレーキ制御を行う際、たとえば、実施の形態１の電動機制御装置０では、インバータ５の出力が、３相とも連続して短絡させるパルス、通称、ベタオン出力となるように、スイッチング素子（５−１〜５−６）を制御する。一方、実施の形態４の電動機制御装置０では、インバータ５の出力が、ベタオン出力前にパルス出力となるように、スイッチング素子（５−１〜５−６）を制御するものである。

図１２は、この発明の実施の形態４における第１電動機１と第２電動機２とが起動処理を実行するまでのタイミングチャートを示す図である。さらに、図１１で説明した内容に関して、図１２のタイミングチャートを用いて説明する。１段目と２段目と３段目とにおける波形が表している内容については、実施の形態１で説明したことと同様である。また、回転数推定処理ステップＳ７−２が行われる期間Ｔ１および起動処理ステップＳ７−４が行われる期間Ｔ４については、実施の形態１で説明したことと同様である。次に、図１２のブレーキ処理ステップＳ７−３期間について、第１電動機１および第２電動機２の動作とリレー９の動作とを説明する。

ブレーキ処理ステップＳ７−３期間（Ｔ２とＴ３）
期間Ｔ２において、ステップＳ７−３−１にしたがって、ブレーキ制御が実行され、第１電動機１は、０［ｒ／ｍｉｎ］まで減速する。一方、第２電動機２は、リレー９がオフ状態であるため、インバータ５と電気的に接続されていない。したがって、第２電動機２については、フリー回転が継続される。第１電動機１には、ブレーキ制御が実行されるため、第１電動機１には、瞬時電流Ｃ３として流れるが、回転数の減少に伴って小さくなっていく。一方、第２電動機２の実効値電流は、インバータ５と電気的に接続されていない状態なので、フリー回転に応じた電流が流れ続ける。

期間Ｔ３においては、第１電動機１は、停止状態である。一方、第２電動機２は、リレー９がオン状態となることで、インバータ５と電気的に接続される。したがって、第２電動機２は、ブレーキ制御により０［ｒ／ｍｉｎ］まで減速する。第１電動機１の実効値電流は、第１電動機１の回転数が０［ｒ／ｍｉｎ］なので、誘起電圧が発生せず、０［Ａ］である。また、第２電動機２は、ブレーキ制御が実行されるため、第２電動機２には、瞬時電流Ｃ４が流れるが、回転数の減速に伴って小さくなっていく。

以上のように、実施の形態４の電動機制御装置０によれば、制御装置７は、ブレーキ処理ステップＳ７−３におけるブレーキ制御時に、パルス状の出力を行った後に、ベタオン出力するブレーキ制御を行うようにした。故に、電動機が高速で回転しているときに、ベタオン出力することを防止することができ、ブレーキ制御を行う瞬間、リレー９がオン状態となった瞬間などに発生する電流を抑制することができる。このため、実施の形態１で発生する瞬時電流Ｃ１および瞬時電流Ｃ２よりも、実施の形態４で発生する瞬時電流Ｃ３と瞬時電流Ｃ４の方が小さくなる。したがって、第１電動機１および第２電動機２に流れる電流を抑制することができ、電動機制御装置０の信頼性が向上する効果を奏する。

実施の形態５．
前述した実施の形態１〜実施の形態４の電動機制御装置０においては、シャント抵抗（８−１〜８−３）を設置して、電流検出を行うようにしたが、これに限定するものではない。たとえば、３相電力線１０とリレー９と第２電動機２との間に、電流センサを電流検出手段として設置するようにしてもよい。そして、制御装置７が、電流センサの検出に係る電流に基づく制御を行う。

また、検出した電流に基づいて、リレーオン処理を行ったときに検出した電流に基づいて、インバータ５が行っているブレーキ制御を停止するようにしてもよい。リレー９をオンしたときに、ファン４が逆回転していると、第２電動機２からインバータ５側に過大な電流が流れ、インバータ５を構成する素子を損傷するおそれがある。制御装置７は、検出した電流が、保護を考慮してあらかじめ定められた設定値よりも大きいと判定すると、インバータ５のブレーキ制御を停止することで、スイッチング素子（５−１〜５−６）および逆流防止素子（５−７〜５−１２）を保護することができ、電動機制御装置０の信頼性が向上する効果を奏する。

また、実施の形態１〜実施の形態４の電動機制御装置０においては、制御装置７が回転数推定処理ステップ７−２を行い、推定して得られた回転数に基づくブレーキ制御を行うようにしたが、これに限定するものではない。検出された電流に基づいて、第一のブレーキ制御時間Ｘ１などを設定するようにしてもよい。

また、実施の形態１〜実施の形態４では、１台のインバータ５に対し、第１電動機１および第２電動機２の２台を並列接続した構成で説明したが、これに限定するものではない。３台以上となる複数台の電動機を並列接続するようにしてもよい。

０電動機制御装置、１第１電動機、２第２電動機、３，４ファン、５インバータ、５−１〜５−６スイッチング素子、５−７〜５−１２逆流防止素子、６直流電源、７制御装置、７１処理装置、７１Ａインバータ制御部、７１Ｂリレー切替部、７１Ｃ回転数推定部、７２記憶装置、７３カウント計時装置、８３相シャント抵抗、８−１〜８−３シャント抵抗、９リレー、１０，１１三相電力線。

Claims

複数台が互いに並列に接続された電動機を駆動制御する電動機制御装置であって、
電源からの電力を変換し、複数台の前記電動機に供給する電力変換装置と、
オンまたはオフされて、該電力変換装置と前記電動機との間を電気的に接続または切断する切替装置と、
複数台の前記電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記切替装置および外部からの回転数指令値と前記電流検出手段の検出に係る電流値とに応じて、前記電力変換装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、各電動機において前記電動機を減速させる制御の開始タイミングが異なるように、前記切替装置をオフからオンにする制御を行う電動機制御装置。
前記制御装置は、前記電流検出手段の検出に係る電流値から得られる前記電動機における誘起電圧の位相および振幅に応じて、前記電動機の回転数推定値を導き出す処理を行い、最初の前記電動機を減速させる制御を開始してから、前記回転数推定値に応じた設定時間が経過したと判定すると、前記切替装置をオフからオンにする請求項１に記載の電動機制御装置。
前記制御装置は、最初の前記電動機を減速させる制御を開始してから、前記電流検出手段の検出に係る電流値が、設定電流以下になったものと判定すると、前記切替装置をオフからオンにする請求項１に記載の電動機制御装置。
前記制御装置は、設定時間が経過したと判定した後、あらかじめ定められた時間、前記電力変換装置から前記電動機に直流電圧を印加して、前記切替装置をオフからオンにする請求項２または請求項３に記載の電動機制御装置。
前記電力変換装置は、前記電動機の各相に対応して上下一対のスイッチング素子を有し、
前記制御装置は、前記電力変換装置が有するすべての相の上側または下側の前記スイッチング素子をオンさせて、前記電動機を減速させる請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
前記制御装置は、前記電動機を減速させる際、すべての相の上側または下側の前記スイッチング素子のオフとオンとを繰り返すパルス状の信号を前記電力変換装置に出力した後、前記スイッチング素子を連続してオンさせる信号を前記電力変換装置に出力する請求項５に記載の電動機制御装置。
前記スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いた素子である請求項５または請求項６に記載の電動機制御装置。
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系またはダイヤモンドを材料とする請求項７に記載の電動機制御装置。
前記制御装置は、前記切替装置をオンしたときの前記電流検出手段の検出に係る電流に基づいて、前記電力変換装置の動作を停止する請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の電動機制御装置。