JP2006246667A - 電動機駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一回転中の速度指令の変動量が大きな場合でも、電動機の安定駆動と一回転中の速度を一定に保持することを可能にした電動機駆動装置を提供すること。
【解決手段】交流電源１を直流に変換するコンバータ部２と、前記コンバータ部２が出力する直流電圧を可変電圧、可変周波数の交流に逆変換し電動機４を駆動させるインバータ部３と、キャリア周期でパルス幅変調を行い前記インバータ部３へ出力するＰＷＭ作成手段７と、前記電動機４の速度を検出し所定の速度にするためにＰＷＭ作成手段７へ指令を出力する速度制御手段５とを備え、前記電動機４一回転中の速度指令値の変化量により、キャリア周波数を変更するキャリア周波数可変手段６を設けたことを特徴とする電動機駆動装置で、電動機４一回転中の速度指令が変動する駆動状態でも安定した駆動を実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機に駆動制御技術に係り、電動機一回転中の速度指令値の変動量によりキャリア周波数を変更することにより、電動機一回転中の速度変動の抑制と安定駆動を実現させる駆動制御に関するものである。

図６は、従来の電動機駆動装置におけるキャリア周波数可変手段の動作チャートを示したものであり、電動機の回転数に応じてキャリア周波数を可変させる制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１４１５８７号公報

通常、電動機にかかる負荷により負荷トルクの変動は増減し、これによる速度変動を抑制するための速度指令の変動も大きくなる。図７に負荷が軽く一回転中の回転速度を一定に維持するための速度指令の変動が小さくなる場合の、理想的な速度指令を破線、速度制御手段からの実際の速度指令を実線で示す。従来の電動機駆動装置では図６に示すように、回転数に応じてキャリア周波数可変手段によりキャリア周波数を変動させるため、所定の回転数におけるキャリア周波数は固定され、速度制御手段からの速度指令はキャリア周期に同期して所定の変化量を設定する。

このときのキャリア周期をＴ１、キャリア周期Ｔ１に同期して変化させる速度指令の変化量をＶ１、一回転中の速度指令の変動をΔＶ１（＝Ｖｍａｘ１−Ｖｍｉｎ１）とする。このとき破線で示す理想速度指令と速度制御手段から実際に出力される速度指令との１キャリア中の最大差はＺ１となる。

次に、図８に負荷が重く一回転中の回転速度を一定に維持するための速度指令の変動が大きくなる場合の一回転中の回転速度を一定に維持するための理想的な速度指令を破線、速度指令手段からの実際の速度指令を実線で示す。このとき一回転中の速度指令の変動をΔＶ２（＝Ｖｍａｘ２−Ｖｍｉｎ２）（＞ΔＶ１）とした場合、キャリア周期Ｔ１に同期した速度指令変化量Ｖ１では、速度指令値がＶｍａｘ２、Ｖｍｉｎ２に到達するタイミングにそれぞれ遅れＴｄ１１、Ｔｄ１２が生じ、破線で示す理想速度指令と速度制御手段５から実際に出力される速度指令との１キャリア中の最大差はＺ２（＞Ｚ１）となる。

このように負荷変動に伴う速度変動の増減に対し従来の電動機駆動装置では一回転中の回転速度を一定に維持するための理想的な速度指令に十分追従した速度指令を出力することができないため、速度脈動のない回転、安定した駆動を実現することが困難になる。

以上のように従来の構成による駆動制御では、一回転中に速度指令の変動量が大きくなるような回転数において電動機の安定駆動や一回転中の速度を一定に保持することが出来ないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、一回転中の速度指令の変動量が大きな場合でも、電動機の安定駆動と一回転中の速度を一定に保持することを可能にした電動機駆動装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電動機駆動装置は、交流電源を直流に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部が出力する直流電圧を可変電圧、可変周波数の交流に逆変換し電動機を駆動させるインバータ部と、キャリア周期でパルス幅変調を行い前記インバータ部へ出力するＰＷＭ作成手段と、前記電動機の速度を検出し所定の速度にするためにＰＷＭ作成手段へ指令を出力する速度制御手段とを備え、前記電動機一回転中の速度指令値の変化量により、キャリア周波数を変更するキャリア周波数可変手段を設けたことを特徴とするもので、これにより電動機一回転中における速度指令値が大きく変動する、例えば電動機に１ピストンロータリコンプレッサを適用した場合においても、電動機の安定駆動と、一回転中の速度変動を抑制した電動機駆動装置を提供できる。

本発明によれば、一回転中の速度指令の変動量が大きな場合でも、電動機の安定駆動と一回転中の速度を一定に保持することを可能にした電動機駆動装置を提供できる。

第１の発明は、交流電源を直流に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部が出力する直流電圧を可変電圧、可変周波数の交流に逆変換し電動機を駆動させるインバータ部と、キャリア周期でパルス幅変調を行い前記インバータ部へ出力するＰＷＭ作成手段と、前記電動機の速度を検出し所定の速度にするためにＰＷＭ作成手段へ指令を出力する速度制御手段とを備え、前記電動機一回転中の速度指令値の変化量により、キャリア周波数を変更するキャリア周波数可変手段を設けたことを特徴とする電動機駆動装置で、電動機一回転中の速度指令が変動する駆動状態でも安定した駆動を実現することができる。

第２の発明は、第１の発明の野電動機駆動装置において、速度制御手段は、電動機一回転中の回転速度が一定となる速度指令を出力することを特徴としたもので、電動機一回転中の速度変動を抑制し低振動・低騒音な電動機の駆動を実現することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明の電動機駆動装置において、速度制御手段は、電動機一回転中の速度指令値の変化率により、１キャリア周期で変更可能な速度指令値の変化量を制御することを特徴としたもので、電動機一回転中の速度指令が大きく変動する駆動状態においても安定駆動と速度変動の抑制による低振動・低騒音を実現することができる。

第４の発明は、第１から第３の発明のいずれかの電動機駆動装置において、キャリア周波数可変手段は、電動機一回転中の速度制御手段からの速度指令値の変化率および速度制御手段により、１キャリア周期で変更可能な速度指令値の変化量によりキャリア周波数を変更することを特徴とするもので、電動機一回転中の速度指令が大きく変動する駆動状態でも安定した駆動と速度変動の抑制による低振動・低騒音を実現することができる。

第５の発明は、第１から第４の発明のいずれかの電動機駆動装置において、電動機に１ピストンロータリコンプレッサを適用することにより、グローバル市場で広く使用され安価でスタンダードとなっているコンプレッサにおいて、安定した駆動と低振動・低騒音を実現することができる。

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１）
図１は、本発明のキャリア周波数可変手段の動作チャートを示した図であり、図２は、本発明のキャリア周波数可変手段を具備し、電動機４に１ピストンロータリコンプレッサ
を適用した本発明の実施の形態における電動機駆動装置の構成図を示したものである。

図２において電動機４に１ピストンロータリコンプレッサを適用した電動機駆動装置は、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、供給された交流電源を直流に変換するダイオードブリッジなどの整流回路で構成されるコンバータ部２と、この直流電圧を可変電圧、可変周波数の交流に逆変換し１ピストンロータリコンプレッサを駆動させる複数のＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子で構成されるインバータ部３と、マイコンなどで構成されキャリア周期でパルス幅変調を行い、１ピストンロータリコンプレッサを正弦波駆動や矩形波駆動するために前記インバータ部へ出力するＰＷＭ作成手段７と、位置検出センサや電流センサ、誘起電圧検出により１ピストンロータリコンプレッサの回転速度を検出し所定の回転速度を実現するためにＰＷＭ作成手段７へ指令を出力する速度制御手段５と、図１に示すように１ピストンロータリコンプレッサ等の電動機一回転中の速度指令値の変化率によりキャリア周波数を変更するキャリア周波数可変手段６を有している。

以上のように構成された電動機駆動装置について、以下にその動作、作用を説明する。

図３は、本実施の形態における１ピストンロータリコンプレッサの負荷トルク特性と速度変動を示したものである。１ピストンロータリコンプレッサは図３に示すように一回転中における負荷トルクが大きく変動する。このため、モータトルクが負荷トルクを上回る場合には速度は加速し、逆に下回る場合には減速することにより一回転中の速度が大きく変動する。一回転中の速度を一定に保ち安定した駆動を実現させるためには、この速度変動を打消すように一回転中で変動させた速度指令を与える。

ここでまず電動機４に１ピストンロータリコンプレッサを適用した場合の従来の電動機駆動装置における一回転中の速度変動を抑制し一定の回転速度を維持するための動作について説明する。

本発明における電動機駆動装置では、負荷変動などにより一回転中の回転速度を一定に維持するための理想速度指令の脈動が変化した場合、その変化率を検出し１キャリア中に変化させる速度制御手段５からの速度指令変化量を調整する。

図４に負荷が重くなり一回転中の速度指令の変動がΔＶ２（＝Ｖｍａｘ２−Ｖｍｉｎ２）（＞ΔＶ１）になった場合の理想速度指令を破線、速度指令値検出手段８からの検出値によりキャリア周期Ｔ１に同期して変化させる速度指令の変化量をＶ２（＞Ｖ１）に調整して速度制御手段５より出力する実際の速度指令を実線で示す。これより従来の電動機駆動装置で生じていた１キャリア中の理想速度指令と速度制御手段５からの出力の最大差Ｚ３（＞Ｚ１）の改善は十分でないが、最大速度指令値Ｖｍａｘ２、最小速度指令値Ｖｍｉｎ２に到達するタイミングの遅れＴｄ１１、Ｔｄ１２を短縮することができる。

更に速度指令の変化率により、キャリア周波数可変手段６を用いキャリア周波数を調整する。図５に負荷が重くなり一回転中の速度指令の変動がΔＶ２（＝Ｖｍａｘ２−Ｖｍｉｎ２）（＞ΔＶ１）になった場合の理想速度指令を破線、速度指令の変化率により、キャリア周波数可変手段６を用いキャリア周波数を変更しキャリア周期Ｔ２（＜Ｔ１）、キャリア周期Ｔ２に同期した速度指令変化量Ｖ３（≦Ｖ１）に調整して速度制御手段５より出力する実際の速度指令を実線で示す。

これより従来の電動機駆動装置で生じていた最大速度指令値Ｖｍａｘ２、最小速度指令値Ｖｍｉｎ２に到達するタイミングの遅れＴｄ１１、Ｔｄ１２を短縮するとともに、理想速度指令と速度制御手段５から実際に出力される速度指令との１キャリア中の最大差もＺ
４（≦Ｚ１）と改善することができる。これにより負荷変動になどにより速度指令値が大きく変動するような場合においても一回転中の回転速度を一定に維持し、安定した駆動を実現することができる。

以上のように本実施の形態においては速度制御手段５から出力される速度指令値に変化率によりキャリア周波数を変更するキャリア周波数可変手段６、また、キャリア周期に変化させる速度指令値の変動量を変動させる速度制御手段５を備えることにより、電動機４にかかる負荷変動や、電動機４の種類が異なる場合においても電動機一回転中の回転速度を一定に維持するための変動する理想的な速度指令に対して、これに十分追従した速度指令値の出力を実現させ、速度変動がなく低振動・低騒音かつ安定した駆動を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる電動機駆動装置は、変動する速度指令に対して十分追従した速度指令値の出力を行うことができるため、回転速度の制御を行う電動機を備えたあらゆる機器への適用できる。

本発明の実施の形態１におけるキャリア周波数可変手段の動作チャート 同電動機駆動装置の構成図 同１ピストンロータリコンプレッサのトルク特性および速度特性図 同速度制御手段からの速度指令出力図 同速度制御手段からの他の速度指令出力図 従来のキャリア周波数可変手段の動作チャート 従来の電動機駆動装置における速度制御手段からの速度指令出力図 同速度制御手段からの他の速度指令出力図

符号の説明

１ 交流電源
２ コンバータ部
３ インバータ部
４ 電動機
５ 速度制御手段
６ キャリア周波数可変手段
７ ＰＷＭ作成手段

Claims (5)

1. 交流電源を直流に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部が出力する直流電圧を可変電圧、可変周波数の交流に逆変換し電動機を駆動させるインバータ部と、キャリア周期でパルス幅変調を行い前記インバータ部へ出力するＰＷＭ作成手段と、前記電動機の速度を検出し所定の速度にするためにＰＷＭ作成手段へ指令を出力する速度制御手段とを備え、前記電動機一回転中の速度指令値の変化量により、キャリア周波数を変更するキャリア周波数可変手段を設けたことを特徴とする電動機駆動装置。
2. 速度制御手段は、電動機一回転中の回転速度が一定となる速度指令を出力することを特徴とした請求項１記載の電動機駆動装置。
3. 速度制御手段は、電動機一回転中の速度指令値の変化率により、１キャリア周期で変更可能な速度指令値の変化量を制御することを特徴とした請求項１または２記載の電動機駆動装置。
4. キャリア周波数可変手段は、電動機一回転中の速度制御手段からの速度指令値の変化率および速度制御手段により、１キャリア周期で変更可能な速度指令値の変化量によりキャリア周波数を変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
5. 電動機に、１ピストンロータリコンプレッサを用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。

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