JP2009100559A - モータ駆動用インバータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置センサレスベクトル制御を適用したモータ駆動用インバータ制御装置において、推定演算された実回転数が実際のモータ回転数と一致しない場合でもモータ回転駆動状態を正しく判断し、異常なモータ回転駆動状態でモータ回転駆動が継続することを防止する。
【解決手段】起動直後を除き、モータ回転数より導出される推定誘起電圧値および指示電流値の上下限値の少なくとも一方を超過する場合にモータ回転駆動状態が無回転である、あるいは実回転数推定演算部からの推定演算結果が所定の上下限値の少なくとも一方を超過する場合にモータが異常回転であると判断するモータ回転判定部を備え、異常なモータ回転駆動状態での運転継続を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置センサレスベクトル制御を適用し、磁極位置を推定演算により導出するモータ駆動用インバータ装置において、モータの回転数が許容外の異常な場合、あるいはモータが回転していない状態を回転している状態と誤認識している場合に回転駆動動作を継続させることを防止することを目的とする。

従来、位置センサレスベクトル制御を適用したモータ駆動用インバータ装置に関しては、数多くの公知例が存在する。例えば、図６は、特許文献１に記載されるこの種の位置センサレスベクトル制御を適用した従来のモータ駆動用インバータ装置の概略構成を示すブロック図である。

位置センサレスベクトル制御ではモータの磁極位置を推定演算により算出するため必ずしも推定演算される回転数は実際の回転数と一致しない。
特開２０００−３７０９８号公報

このため前記従来のモータ駆動用インバータ制御装置では、実際にはモータが回転していない状態でも、回転駆動していると誤って推定演算された場合、推定演算される回転数のみではモータの回転駆動状態を正しく判定できないという課題を有していた。

本発明は、前記課題を解決するもので推定演算される実回転数に限らず、推定演算結果からもモータの回転駆動状態を判定することで、モータ回転駆動状態の誤認識をなくすことを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、指示回転数より導出されるそれぞれのしきい値に対して推定演算される誘起電圧値、指示電流値、実回転数からモータの回転駆動状態を判定するモータ回転判定部を備えたものである。

これにより演算される推定実回転数が実際と異なることがある位置センサレスベクトル制御を適用したモータ駆動用インバータ制御装置において、モータ回転駆動状態の誤認識をなくすことを目的とする。

本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、演算される推定実回転数が実際と異なることがある位置センサレスベクトル制御において、正しいモータ回転駆動状態の判定を実現することが出来る。

第１の発明は、交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータとモータと前記インバータに印加される電圧を検出する電圧検出部と前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と前記インバータの動作をコントロールする制御演算部とを備え、前記制御演算部には、前記モータの指示回転数を設定する指示回転数設定部と、前記モータ回転の際に発生する誘起電圧を推定演算する誘起電圧推定演算部と、前記誘
起電圧推定演算部における誘起電圧の推定演算結果が前記指示回転数設定部で設定される指示回転数より導出される上下限値の少なくとも一方を超過する場合に前記モータが無回転であると判断するモータ回転判定部を設けたものである。

これにより、推定演算される実回転数でモータ回転駆動状態を判定できない場合に、推定演算される誘起電圧値により実際のモータ回転駆動状態を判定することが出来る。

第２の発明は、交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータとモータと前記インバータに印加される電圧を検出する電圧検出部と前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と前記インバータの動作をコントロールする制御演算部とを備え、前記制御演算部には、前記モータの指示回転数を設定する指示回転数設定部と、前記モータが所定の回転数にて動作するのに必要なトルク量となる指示電流を演算する指示電流演算部と、前記指示電流演算部における指示電流の演算結果が前記指示回転数設定部で決められる指示回転数によって導出される上下限値の少なくとも一方を超過する場合に前記モータが無回転であると判断するモータ回転判定部を設けたものである。

これにより、推定演算される実回転数でモータ回転駆動状態を判定できない場合に、演算される指示電流値により実際のモータ回転駆動状態を判定することが出来る。

第３の発明は、交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータとモータと前記インバータに印加される電圧を検出する電圧検出部と前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と前記インバータの動作をコントロールする制御演算部とを備え、前記制御演算部には、前記モータの指示回転数を設定する指示回転数設定部と、前記モータの実回転数を推定演算する実回転数推定演算部と、前記実回転数推定演算部における実回転数の推定演算結果が所定の上下限値の少なくとも一方を超過する場合に前記モータが異常回転であると判断するモータ回転判定部を設けたものである。

これにより、少なくとも推定演算される実回転数に基づいたモータ回転駆動状態を判定することが出来る。

第４の発明は、第１から第３のいずれか１つの発明のモータ駆動用インバータ制御装置において、起動直後の任意の期間では前記モータ回転判別部による判定を行わないというものである。これにより、より安定した推定演算結果に基づいたモータ回転駆動状態の判定が出来る。

第５の発明は、第１から第４のいずれか１つの発明のモータ駆動用インバータ制御装置において、前記モータ回転判定部により前記モータ回転数が所定の上下限値の少なくとも一方を超過する、あるいは無回転であると判定された場合、前記インバータの動作を停止するというものである。これにより、異常状態での回転駆動動作の継続を防止することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態におけるモータ駆動用インバータ制御装置の制御ブロック図を示したものである。

該モータ駆動用インバータ制御装置は、単相交流電源である商用電源などの交流電源１より電力を供給される。整流回路２はダイオードブリッジで構成され、供給された交流電
圧を整流する。

インバータ３は半導体スイッチング素子により構成され、整流回路２からの出力電圧をモータ４の駆動のために所望の交流電圧に変換する。電圧検出部６はインバータ３に印加される電圧を検出する。電流検出部５はモータ４に流れる電流を検出する。

誘起電圧推定演算部８は、電圧検出部６、電流検出部５からの検出値に基づきモータ４の推定誘起電圧を演算する。実回転数推定演算部９は、誘起電圧推定演算部８の推定演算結果に基づきモータ４の推定実回転数を演算する。指示回転数設定部１０はモータ４の指示回転数を設定する。

指示電流演算部１１は、指示回転数設定部１０からの回転数指示値と実回転数推定演算部９によって演算される推定実回転数とを用いてインバータ３がモータ４を駆動するために必要な指示電流値を演算する。モータ回転判定部１２は、誘起電圧推定演算部８、指示電流演算部１１、実回転数推定演算部９による算出値からモータ回転駆動状態を判定する。

なお、誘起電圧推定演算部８と実回転数推定演算部９と指示回転数設定部１０と指示電流演算部１１とモータ回転判定部１２とから、電流検出部５、電圧検出部６からの検出値に基づきインバータ３の動作をコントロールする制御演算部７が構成される。また、制御演算部７はマイクロコンピュータやシステムＬＳＩ等により構成可能である。

ここで、電流検出部５はモータ４の相電流を直接電流センサなどで検出することに限らず、インバータ３の母線電流からの推定検出を含む。

以上のように構成されたモータ駆動用インバータ制御装置について、以下にその動作、作用を説明する。

まず、モータ４の回転数異常について説明する。

図２は指示回転数（実際の回転数と一致することを前提とする）と推定実回転数の関係を示す。ここで指示回転数と推定実回転数が常に一致する場合、許容される最小回転数をＲｐｓ＿ｍｉｎ、最大回転数をＲｐｓ＿ｍａｘとすると、停止時から回転駆動した場合の過渡時を除き、斜線領域が正常なモータ回転駆動状態を示すことになる。

つまり推定実回転数が斜線領域内か斜線領域外かによりモータ回転数異常の有無を判定することができ、異常時にはモータ回転駆動を停止させる、あるいは停止させたのち再起動させる、更には複数回再起動の後、完全停止させ異常判定を行うなどの処置をとることが出来る。

しかしながら、位置センサレスベクトル制御を適用し得られた推定実回転数は必ず実際の回転数と一致するわけではない。例えば、実際のモータ回転数が正常領域内にあるにも関わらず、推定実回転数が正常領域外の値を示す場合、実際のモータ回転数が正常領域外にあるにも関わらず、推定実回転数が正常領域内の値を示す場合がある。

特に後者では異常状態の判定漏れにつながるが、モータが実際にＲｐｓ＿ｍｉｎ未満あるいはＲｐｓ＿ｍａｘ以上で回転駆動していればモータ最大電流値の検出など一般的な別の手段を用いて異常を判定することが出来る。

しかしながら、推定実回転数が正常領域内の値を示しているにも関わらず、実際のモー
タがＲｐｓ＿ｍｉｎ未満で無回転の場合、異常を判定できずにモータがロックした状態で回転駆動状態を継続してしまう。

上記異常状態を判定するための方法について、図３〜図５を用いて説明する。

まず、図３は指示回転数に対する推定誘起電圧値を示したものである。演算が正しく行われている場合、モータ特性に従い斜線領域に示すようにモータ回転数の上昇に伴い推定誘起電圧値は増加する。このため指示回転数の上下限値が分かれば、推定誘起電圧値においても上下限値の少なくとも一方を設定することが出来る。

次に、図４は指示回転数に対する指示電流値を示したものである。モータの使用負荷範囲、指示回転数の上下限値が分かれば、演算が正しく行われている場合の指示電流値は斜線領域のように示され、上下限値の少なくとも一方を設定することが出来る。

上記制限値を設けることで、実際のモータ駆動状態がロック状態（無回転）にも関わらず推定実回転数がＲｐｓ＿ｍｉｎ以上、Ｒｐｓ＿ｍａｘ未満の場合、推定演算値が正常値から逸脱するため、推定実回転数以外の推定誘起電圧値、指示電流値により、モータ回転判定部１２はモータ回転駆動状態を判定することが出来る。

また、この制限値は、モータ諸特性やＲｐｓ＿ｍａｘ、Ｒｐｓ＿ｍｉｎが不明な場合、少なくとも下限値に「ゼロ」を設定することが出来る。

ただし、起動直後にモータ回転駆動状態の判定は行わない。図５は起動時のモータ電流波形を示したものである。時間ｔ１で起動させた場合、時間ｔ２でモータ電流波形が収束するための時間が必要となる。

これはモータ停止状態からモータ回転駆動状態へ移行する場合、モータ回転数、必要トルクなどの変化量が大きいため、位置センサレスベクトル制御のようなフィードバック制御系において推定演算結果が安定するために時間を要するためである。このため演算値を用いた正確なモータ回転駆動状態の判定を行うために、上記期間におけるモータ回転駆動状態の判定を避ける。

以上のように本実施の形態においては、モータ４の推定実回転数、推定誘起電圧値、指示電流値よりモータ４の回転駆動状態を判定するモータ回転判定部１２を備えることで、モータロック（モータ無回転）状態を判定し、速やかに回転駆動停止措置をとることが出来る。

以上のように、本発明にかかるモータ駆動用インバータ制御装置は、モータロック（モータ無回転）状態を判定することが出来るため、安定した駆動状態を求められるあらゆるモータ駆動用インバータ制御装置に適用できる。

本発明の実施の形態におけるモータ駆動用インバータ制御装置の制御ブロック図 本発明の実施の形態における指示回転数と推定実回転数の関係例を示す図 本発明の実施の形態における指示回転数に対する推定誘起電圧値の関係例示す図 本発明の実施の形態における指示回転数に対する指示電流値の関係例示す図 本発明の実施の形態における起動時のモータ電流の波形図 従来のモータ駆動用インバータ制御装置の制御ブロック図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流回路
３ インバータ
４ モータ
５ 電圧検出部
６ 電流検出部
７ 制御演算部
８ 誘起電圧推定演算部
９ 実回転数推定演算部
１０ 指示回転数設定部
１１ 指示電流演算部
１２ モータ回転判定部
１３ 制御演算部

Claims (5)

1. 交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータとモータと前記インバータに印加される電圧を検出する電圧検出部と前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と前記インバータの動作をコントロールする制御演算部とを備え、
   前記制御演算部には、前記モータの指示回転数を設定する指示回転数設定部と、前記モータ回転の際に発生する推定誘起電圧を演算する誘起電圧推定演算部と、前記指示回転数設定部で設定される指示回転数より上下限値を導出する指示電流演算部と、前記誘起電圧推定演算部における推定誘起電圧の演算結果が前記指示回転数設定部で設定される指示回転数より導出される上下限値の少なくとも一方を超過する場合に前記モータが無回転であると判断するモータ回転判定部とを設けたモータ駆動用インバータ制御装置。
2. 交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータとモータと前記インバータに印加される電圧を検出する電圧検出部と前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と前記インバータの動作をコントロールする制御演算部とを備え、
   前記制御演算部には、前記モータの指示回転数を設定する指示回転数設定部と、前記モータが所定の回転数にて動作するのに必要なトルク量となる指示電流を演算する指示電流演算部と、前記指示電流演算部における指示電流の演算結果が前記指示回転数設定部で決められる指示回転数によって導出される上下限値の少なくとも一方を超過する場合に前記モータが無回転であると判断するモータ回転判定部とを設けたモータ駆動用インバータ制御装置。
3. 交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータとモータと前記インバータに印加される電圧を検出する電圧検出部と前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と前記インバータの動作をコントロールする制御演算部とを備え、
   前記制御演算部には、前記モータの指示回転数を設定する指示回転数設定部と、前記モータの推定実回転数を演算する実回転数推定演算部と、前記実回転数推定演算部における推定実回転数の演算結果が所定の上下限値の少なくとも一方を超過する場合に前記モータが異常回転であると判断するモータ回転判定部とを設けたモータ駆動用インバータ制御装置。
4. 起動直後の任意の期間では前記モータ回転判別部による判定を行わないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。
5. 前記モータ回転判定部において前記モータ回転数が所定の上下限値の少なくとも一方を超過する、あるいは無回転であると判定された場合、前記インバータの動作を停止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ駆動用インバータ制御装置。