JPH03253294A - 電動機駆動装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、電動機を可変速駆動する電動機駆動装置に係
り、特にその脱調状態を検出する手段を備えた電動機駆
動装置に関する。

（従来の技術） この種の従来の駆動装置として、ブラシレスモータを可
変速駆動するものについて説明する。

ブラシレスモータにおいては、ステータコイルと永久磁
石形のロータとの相対的位置をホール素子等の位置検出
素子を用いずにステータコイルに生ずる誘起電圧を含む
端子電圧を利用して検出する方式が採用されるようにな
ってきている。

この従来例を第３図に示す。即ち、１は直流電源、２は
ブラシレスモータ３のステータコイル３Ｕ、３Ｖ及び３
Ｗに通電するためのインバータ回路、４，５及び６はス
テータコイル３Ｕ、３Ｖ及び３Ｗに生ずる誘起電圧を含
む端子電圧ＵＶ、ＶＶ及びＷＶを９０″移相させるフィ
ルタ回路、７はこれらのフィルタ回路４乃至６の出力信
号から中性点電圧ＮＶを得る検出回路、８，９及び１０
は一次遅れ要素たるフィルタ回路４．５及び６の出力信
号と中性点電圧ＮＶとを夫々比較する比較器、１１は制
御回路である。第４図は従来例の動作を示すタイムチャ
ートであり、今、これを参照してＵ相について考えてみ
る。ステータコイル３Ｕに生ずる端子電圧ＵＶ（第４図
（ａ）参照）には、インバータ回路２の転流時に対アー
ム還流ダイオードの導通によって生ずるスパイク状の電
圧成分カ含まれている。このスパイク状の電圧成分の影
響をなくすために、端子電圧ＵＶをフィルタ回路４によ
って９０°位相をシフトさせ、第４図（ｂ）で示すよう
な移相電圧ＤＵＶとする。その後、この移相電圧ＤＵＶ
と第４図（ｂ）に示す中性点電圧ＮＶとを比較器８によ
り比較し、第４図（ｃ）で示すように位置検出信号ＰＳ
Ｕを得る。

他のＶ及びＷ相についても同様であり、端子電圧ｖＶ及
びＷｖに基づいて比較器９及び１０から第４図（ｄ）及
び（ｅ）で示すように位置検出信号ＰＳｖ及びＰＳＷを
得る。これらの位置検出信号ＰＳＵ、ＰＳＶ及びｐｓｗ
は１８０ｍ通電の１２０６位相の異なる信号となり、こ
れらが制御回路１１に与えられることにより、その制御
回路１１は６つのドライブ信号を出力してインバータ回
路２のスイッチング素子たるトランジスタのベースに与
えるようになる。

しかし、上記構成では、端子電圧ＵＶ、ＶＶ及びＷｖに
含まれるスパイク状の電圧成分を除去するために９０″
遅れ位相特性を有するフィルタ回路４乃至６を設けてい
るので、フィルタ回路４乃至６の時定数が大きく、この
ため、急激な加減速に追従できない問題があり、又、低
速領域での位置検出が困難になる問題がある。更に、端
子電圧ＵＶ、ＶＶ及びＷＶに含まれるスパイク状の電圧
成分の大きさは、ステータコイル３Ｕ、３Ｖ及び３Ｗの
電流即ち負荷の大きさによって変化するので、負荷変動
が大きいとフィルタ回路４乃至６以降の信号波形に位相
誤差を生ずることになり、安定性に問題がある。

そこで、この問題を解決するためには、ステータコイル
の端子電圧を用いずにステータコイルに流れる電流に基
づいて制御する駆動装置が考えられる。

その駆動装置について説明する。

先ず、第５図に従って、全体の構成について述べる。２
１は３相の交流電源であり、その３相交流電圧は６個の
ダイオードを３相ブリツジ接続してなる全波整流回路２
２の交流入力端子に与えられるようになっている。この
全波整流回路２２の直流出力電圧はこれとともに直流電
源２３を構成する平滑用コンデンサ２４を介して直流母
線２５゜２６に与えられるようになっている。２７は６
個のスイッチング素子たるトランジスタを３相ブリツジ
接続してなるインバータ回路であり、その入力端子は直
流母線２５．２６間の直流電圧が与えられるようになっ
ている。２８は３相４極のブラシレスモータであり、こ
れは、Ｕ、Ｖ及びＷ相の固定子巻線２９Ｕ、２９Ｖ及び
２９Ｗを有する固定子２９と、永久磁石形の回転子３０
とを備えている。そして、固定子巻線２９Ｕ、２９Ｖ及
び２９Ｗはスター結線されていて、これらにインバータ
回路２７の出力端子からの交流出力電圧が供給されるよ
うになっている。３１はホールＣＴからなる電流検出器
であり、これはインバータ回路２７の直流側部分たる直
流母線２５に設けられている。３２は直流増幅回路であ
り、これは、電流検出器３１とともに電流検出手段３３
を構成するものである。そして、電流検出器３１により
検出された直流電流信号Ｉｄｃは、直流増幅回路３２を
介して力率演算手段たる力率演算回路３４の入力端子に
与えられるようになっている。この力率演算回路３４は
、直流電流信号Ｉｄｃに基づいて力率信号ΔＩｄｃ及び
電流変化量ΔＩｄｃ″を演算するもので、その力率信号
ΔＩｄｃ及び電流変化量ΔＩｄｃ＝は出力端子から信号
として出力されて電圧周波数（Ｖ／Ｆ）演算手段たるＶ
／Ｆ演算回路３５の入力端子に与えられるようになって
いる。このＶ／Ｆ演算回路３５は、力率信号ΔＩｄＣ９
電流変化量ΔＩｄｃ−及び図示しない設定器から与えら
れる速度指令値ω８に基づいて電圧信号Ｖ及び周波数信
号Ｆを演算するもので、これらは出力端子から出力され
てドライブ回路３６の入力端子に与えられるようになっ
ている。そして、ドライブ回路３６は、電圧信号Ｖ及び
周波数信号Ｆに基づいてＰＷＭ制御された６つのドライ
ブ信号を出力端子から出力してインバータ回路２７の６
個のトランジスタのベースに与えるようになっており、
これにより、ブラシレスモータ２８の回転子３０は速度
指令値ω１の示す回転速度で回転されるようになってい
る。

次に、その作用つき第６図をも参照して説明する。

第６図には、インバータ回路２７により力率制御を行な
わなかった場合における力率変化に対する電流検出手段
３３の直流電流信号Ｉｄｃの波形を示す。即ち、力率が
遅れた場合には、同図（ａ）を示すように、出力周波数
の１／６周期（電気角で６０”）毎に波形が変化し、そ
の変化は右上りとなる。反対に、力率が進んだ場合には
、同図（ｃ）で示すように、同周期毎に波形が変化し、
その変化は右下りとなる。そして、力率が略１になった
場合には、同図（ｂ）で示すように、はとんど変化のな
い波形となる。さこで、直流電流信号１ｄｃの波形が電
気角で６０°毎に繰返し変化することから、その電気角
６０″毎の時点（０’６０’　　　１２０°　　１８０
＠・・・３６０°）に着目し、その各時点の直前たるＡ
点の電流値Ｉａと直後たるＢ点の電流値１ｂとの差（Ｉ
ｂ−Ｉａ）を検出し、この差が零即ち電流値１ａ、Ｉｂ
が等しくなるように制御することで、第６図（ｂ）に示
す如く力率が略１となるようにブラシレスモータ２８を
運転させることができる。即ち、固定子巻線の端子電圧
から磁極位置を検出する従来のブラシレスモータの方式
と同等の運転を行なわせることができるのである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記のように構成された電動機駆動装置におい
ても、過電流保護を目的として電流検出手段を用いて制
御しているので、同期電動機のような電動機を駆動制御
しようとする場合、回転子の回転に関する情報を得るこ
とができず、例えば電動機に定格以上の負荷が与えられ
たり、電動機が拘束されたりして脱調状態に陥った時で
も脱調状態を適確に検出することができなかった。この
ことは、電動機を安定に駆動する上で大きな障害となっ
ていた。

そこで、本発明の目的は、上記問題点を鑑み、特別な検
出手段を用いることなく、脱調の検出が可能な電動機駆
動装置を提供することにある。

［発明の構成コ （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、電源から供給さ
れる交流電力を直流に変換するコンバータ手段と、この
コンバータ手段からの直流電力を任意の周波数を有する
交流電流に変換するインバータ手段とを有し、前記イン
バータ手段からの交流電力により電動機を可変速制御す
る電動機駆動装置において、前記インバータ手段の直流
電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段から
の検出信号を基に、力率を演算する力率演算手段と、こ
の力率演算手段からの出力信号と予め設定された基準値
とを基に、所定のＶ／Ｆ比になるように出力電圧を算出
する算出手段と、この算出手段からの出力信号と予め設
定された基準値とを基に脱調を検出する税調検出手段と
を備えた電動機駆動装置を提供する。

（作用） このように構成された電動機駆動装置によれば、電動機
に印加される電圧の周波数の所定電気角（例えば６０°
）毎の直前・直後に流れる直流電流の差を力率として得
、この直流電流差と予め設定された基準値とを基に、出
力電圧及び出力周波数を決定し、この決定した値を基に
脱調状態を検出することにより、特別にセンサーを設け
ることなく、脱調検出を行なうことができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

なお、本実施例の構成において、従来の構成と同一の部
分については同一符号を付し、その説明は省略する。

第１図に示す本実施例の電動機駆動装置は、同期電動機
を駆動する装置である。

まず、直流から交流に変換する直流リンク部に流れる電
流を電流センサ３１により検出し、電流検出手段３３へ
入力され、増幅及びサンプリンク及ホールド等により、
波形成形を行なう。

前述したように、力率の違いにより、第６図に示すよう
な電流波形となるため、力率が略１となるような運転を
するには、直流電流の差（１ｂ−Ｉａ）が零になるよう
に制御する必要がある。そこで、力率演算手段３４では
、この電流の差を力率として演算を行ない、Ｖ／Ｆ演算
手段３５へ出力する。

Ｖ／Ｆ演算手段３５では、上記力率の値と、外部からの
速度指令値ω１が人力され、指令値ω３により、周波数
に比例した出力電圧Ｖｏｕｔが決定され、これに力率略
１即ち電流差が零になるような演算、例えばＰＩ制御等
が施され、脱調検出手段４０へ出力される。

ここでは、速度指令値ω６も人力されており、速度に応
じて、前後で演算された電圧値が適切かどうか判定し、
脱調検出を行なう。

その動作について、第２図を用いながら述べる。

第２図は、横軸に出力周波数、縦軸に出力電圧をとった
電圧（Ｖ）７周波数（Ｆ）特性である。

第２図の実線のは、速度指令値ω１によって決まる周波
数に比例した出力電圧を示す基準Ｖ／Ｆパターンである
。この基準Ｖ／Ｆパターンに対し、力率演算された値が
加えられ、出力周波数に対する電圧Ｖｏｕｔが決まり、
後段のベースドライブ手段３６へ出力され、インバータ
回路２７を構成するスイッチング素子（図示せず）をコ
ントロールして電動機２８を駆動する。

例えば、第２図の出力周波数ｆ１では力率略１で運転す
るために、負荷に応じて、出力電圧を変化させる必要が
ある。負荷をつないでいない、いわゆる無負荷状態では
第２図の０点のような基準Ｖ／Ｆパターン■の電圧ＶＡ
よりも低い電圧ＶＣで運転することになる。逆に、負荷
が最大の時では、８点のような基準Ｖ／Ｆパターン■の
電圧ＶＡよりも高い電圧ＶＢで運転することになる。

（本実施例では、基準Ｖ／Ｆパターンを■のように設定
したが、これに限定する必要はない。）従って、出力周
波数ｆ１では、出力電圧範囲が第２図のＶＣ−ＶＢの間
となるはずである。しかしながら、回転子が何らかの原
因、例えば異物がはさまれ、拘束状態となると、脱調に
陥る。この時、本実施例の電流フィードバック制御では
、遅れ力率モードとなり、出力電圧を下げる方向へ進み
続け、ＶＣ以下となる。

そこで、出力周波数ｆ１に対して出力電圧の演算結果が
ＶＣより低くなったとき、脱調と判定することで、脱調
検出することができる。

また、拘束される寸前では、最大トルクを越え出力電圧
の値がＶＢより高くなるので、この時は脱調予測として
、判定することができる。

上述のように、脱調検出手段４０では、出力電圧Ｖｏｕ
ｔが速度指令値ω１によって決められる電圧範囲内にあ
るかどうかを判定し、脱調しかけているのか、既に脱調
に陥っているかを検出でき、範囲内であれば、運転を続
は脱調していた時は運転を停止するようになっている。

尚、上記実施例においては、負荷が最大の時の電圧を上
限値、無負荷の時の電圧を下限値としたが、これに限ら
ず、制御対象となる電動機の特性に合わせて電圧範囲を
任意に定めても良い。（例えば、計算が容易になるよう
に基準Ｖ／Ｆパターンの±２０％以内などと定めても良
い。）また、出力周波数に対する出力電圧範囲外になっ
た場合の処理方法として、−度でも範囲外に達したら脱
調とするのか、範囲外になった時の時間を計測して、出
力電圧が範囲外にある時間以上存在し続けたら脱調とす
るのか、その処理方法に限定されるものではない。

さらに、本実施例を実行する際、ハードウェア。

ソフトウェアどちらでも可能である。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば、出力周波数に対す
る出力電圧が出力周波数や負荷変動等によって決定され
る電圧範囲内に存在するか否かを判定することにより、
脱調状態の検出を行なうので、特別にセンサを設けるこ
となく税調状態の検出が可能となり、装置自体の大型化
、コストアップを招くことなく装置の機能向上が図れる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す概要構成図、第２図
は第１図に示した実施例の電圧（Ｖ）−周波数（Ｆ）特
性を示すグラフ、第３図及び第５図は、従来の電動機駆
動装置の概要構成図、第４図は、第３図に示した装置の
各部の信号波形図、第６図は、第５図に示した装置の力
率が異なる状態での直流電流信号の波形図である。 ０・・・脱調検出手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電源から供給される交流電力を直流に変換するコンバー
   タ手段と、このコンバータ手段からの直流電力を任意の
   周波数を有する交流電力に変換するインバータ手段を有
   し、前記インバータ手段からの交流電力により電動機を
   可変速制御する電動機駆動装置において、前記インバー
   タ手段の直流電流を検出する電流検出手段と、この電流
   検出手段からの検出信号を基に、力率を演算する力率演
   算手段と、この力率演算手段からの出力信号と予め設定
   された基準値とを基に、所定のＶ／Ｆ比になるように出
   力電圧を算出する算出手段と、この算出手段からの出力
   信号と予め設定された基準値とを基に脱調を検出する脱
   調検出手段とを具備することを特徴とする電動機駆動装
   置。