JP5677180B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インバータ装置に関する。

インバータ装置は単体または複数台で上位の制御装置に組み込まれて用いられる。この場合、上位の制御装置またはユーザに対してインバータ装置の動作状態または負荷（モータ）の運転状態を知らせるため、一般的にディジタルおよびアナログの出力端子を備えている。また、インバータ装置への指令を入力するため、ディジタルおよびアナログの入力端子を備えている。アナログ出力端子には、外部の表示器例えば電流計、電圧計などが接続され、出力電流や出力周波数を表示できるようになっている。

多くのモータでは、モータの温度を監視するためにサーミスタが取り付けられている。そのため、インバータ装置にもサーミスタの入力端子を備えるのが一般的である。インバータ装置は、この入力端子に接続されたサーミスタの抵抗値に基づいてモータの温度を検出し、ある一定の温度を閾値としてインバータ出力を停止することでモータの過熱保護を行う機能を有している。

特開２００７−２０１８４６号公報

インバータ装置は、省スペース化の要望によって小型化が進んでおり、それに伴い入力端子や出力端子などの制御端子の数を削減しなければならない状況にある。切替スイッチを使用して端子の機能を切り替えて端子数を減らすことは容易であるが、切替スイッチを設けることによりインバータ装置のコストアップにつながる。また、切替スイッチの設置場所はプリント基板を設計する上で大きな制約となるため、インバータ装置の小型化の妨げとなる。

そこで、切替スイッチを設けることなく制御端子の数を削減し小型化が図れるインバータ装置を提供する。

実施形態のインバータ装置は、出力電流を変更可能なアナログ出力回路と、前記アナログ出力回路の出力電流を外部に出力するアナログ出力端子と、前記アナログ出力回路の基準電位を規定する基準電位端子と、前記アナログ出力端子と前記基準電位端子との間に設けられた電圧検出部と、を備え、前記アナログ出力端子と前記基準電位端子との間に接続される外部機器に対し、運転状態または動作状態に応じた電流を出力可能に構成されている。さらに、当該インバータ装置は、前記アナログ出力端子と前記基準電位端子との間に前記外部機器に替えて接続されたセンサに対し前記アナログ出力端子から出力したアナログ出力電流を流すことにより、当該センサに生じる電圧を前記電圧検出部により検出し、その検出電圧に基づいて保護動作を行う。

第１の実施形態を示すインバータ装置の構成図 第２の実施形態を示すインバータ装置の構成図 第３の実施形態を示すインバータ装置の構成図 第３の実施形態の制御内容を示すフローチャート 第４の実施形態における図４相当図 第５の実施形態における図４相当図

（第１の実施形態）
インバータ装置の構成を示す図１を参照しながら第１の実施形態を説明する。インバータ装置１は、直流電圧をスイッチングして交流電圧に変換するインバータ主回路２を備えており、このインバータ主回路２はマイクロコンピュータ３（以下、マイコン３と称す）によって制御されるようになっている。

さらに、インバータ装置１は、上位の制御装置またはユーザすなわち外部に対してインバータ装置１の動作状態または負荷例えばモータの運転状態を知らせるため、ディジタルおよびアナログの出力端子とディジタルおよびアナログの出力回路を備えている。また、インバータ装置１への指令を外部から入力するため、ディジタルおよびアナログの入力端子とディジタルおよびアナログの入力回路を備えている。

図１には、これらの入出力端子および入出力回路のうちアナログ出力回路４、アナログ出力端子５およびアナログ出力回路４の基準電位（グランド電位）を規定する基準電位端子６を示している。アナログ出力回路４は、マイコン３からの出力電流指令に比例した電流を出力する。インバータ装置１は、この種のアナログ出力回路４とアナログ出力端子５を１組または複数組備えている。アナログ出力端子５と基準電位端子６との間には、外部機器例えば電流計７（図中、破線で示す）が接続され、出力電流や出力周波数を表示できるようになっている。

多くのモータには、モータの温度を監視するためにサーミスタが取り付けられている。そこで、インバータ装置１は、温度センサであるＰＴＣサーミスタ８に生じる電圧を検出し、その検出電圧に基づいて保護動作を行う機能を有している。本実施形態のインバータ装置１は、サーミスタの専用入力端子を備えておらず、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間に、上記電流計７に替えてサーミスタ８を接続するようになっている。そして、サーミスタ８に生じる電圧を検出するため、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間に抵抗９ａ、９ｂからなる電圧検出部９を備えている。電圧検出部９において分圧されて出力される検出電圧は、Ａ／Ｄ変換器１０において基準電位端子６の電位を基準としてディジタル出力値に変換され、マイコン３に読み込まれる。

次に、本実施形態の作用を説明する。マイコン３は、ユーザにより設定されたパラメータの値に基づいて、アナログ出力端子５を通常のアナログ出力端子として用いるか、或いはサーミスタ入力端子として用いるかを判断する。通常のアナログ出力端子として用いるように設定されている場合には、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間に外部機器例えば電流計７が接続される。マイコン３は、別のパラメータで選択された出力電流や出力周波数などの表示対象の値を、例えば０−２０ｍＡの電流スケールとなるようにスケーリング処理した後アナログ出力回路４に指令する。アナログ出力回路４は、この出力電流指令に比例した電流（運転状態または動作状態に応じた電流）を出力する。

一方、サーミスタ入力端子として用いるように設定されている場合には、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間に電流計７に替えてＰＴＣサーミスタ８が接続される。マイコン３は、サーミスタ８の抵抗値を算出するに際し、検出電圧の誤差が小さく且つ自己発熱が小さくなるように決定した電流出力をアナログ出力回路４に指令し、アナログ出力回路４はこの出力電流指令に比例した電流を出力する。そして、信号処理手段としてのマイコン３は、Ａ／Ｄ変換器１０を制御し、Ａ／Ｄ変換器１０から出力されるディジタル変換値を入力してサーミスタ８の抵抗値を算出する。

マイコン３からの指令でアナログ出力端子５から電流Ｉ１を流したときにサーミスタ８の両端に生じる電圧をＶ１とすると、サーミスタ８の抵抗値Ｒthermは（１）式のようになる。
Ｒtherm＝Ｖ１／Ｉ１ …（１）
検出用分圧抵抗９ａ、９ｂの抵抗値をそれぞれＲａ、Ｒｂとすると、Ａ／Ｄ変換器１０の入力電圧Ｖ２は（２）式となる。
Ｖ２＝Ｖ１・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ） …（２）
これら（１）式と（２）式より、以下の（３）式が導出される。
Ｒtherm＝（Ｖ２・（Ｒａ＋Ｒｂ）／Ｒｂ）／Ｉ１ …（３）

抵抗値Ｒａ、Ｒｂは既知であり、電流値Ｉ１はマイコン３自らが指令した出力電流値であるため、マイコン３は、入力したディジタル変換値から電圧Ｖ２を得た後、（３）式に従って抵抗値Ｒthermを算出することができる。マイコン３は、得られた抵抗値Ｒthermを予め設定されている過熱保護のための参照値Ｒrefと比較し、抵抗値Ｒthermが参照値Ｒref以上になったと判断するとインバータ主回路２の動作を停止しモータの過熱保護を行う。また、ＰＴＣサーミスタ８の温度−抵抗特性をテーブル等によりマイコン３の記憶手段（メモリ）に予め記憶させておけば、マイコン３はモータの温度を算出できるので、その算出温度に基づいてモータの過熱保護動作を行うこともできる。

このように本実施形態のインバータ装置１は、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間の電圧を検出する電圧検出部９と、その検出電圧を入力とするＡ／Ｄ変換器１０を備え、マイコン３に抵抗値の算出機能を持たせている。これにより、電流計などの外部機器が接続されてアナログ出力端子として用いられる端子５をサーミスタ入力端子としても利用することが可能となり、端子数の削減によるインバータ装置１の小型化を図ることができる。

この場合、物理的な切替スイッチを用いることなく、１つの制御端子の機能をアナログ出力端子とサーミスタ入力端子とに切り替えることができるので、切替スイッチを設けることによるコストアップを回避することができる。また、切替スイッチを用いないので、プリント基板上の部品のレイアウト設計やパターン設計が容易になるとともに、プリント基板のサイズひいてはインバータ装置１を小型化できる。

（第２の実施形態）
インバータ装置の構成を示す図２を参照しながら第２の実施形態を説明する。図２において、図１に示した構成と実質的に同一部分には同一符号を付している。このインバータ装置１１も、上位の制御装置またはユーザに対して動作状態または運転状態を知らせるため、種々の入出力端子および入出力回路を備えている。図２には、アナログ出力回路１２、アナログ出力端子５および基準電位端子６を示している。

アナログ出力回路１２は、マイコン３からの出力電圧指令に比例した電圧を出力する。インバータ装置１１は、この種のアナログ出力回路１２とアナログ出力端子５を１組または複数組備えている。アナログ出力回路１２とアナログ出力端子５との間には短絡保護用の出力抵抗１３が接続されている。この出力抵抗１３は、端子５がサーミスタ入力端子として機能する場合には必要であるが、端子５がアナログ出力端子として機能する場合には必ずしも必要でない。アナログ出力端子５と基準電位端子６との間には、外部機器例えば電圧計１４（図中、破線で示す）が接続され、出力電流や出力周波数を表示できるようになっている。

インバータ装置１１は、ＰＴＣサーミスタ８に生じる電圧を検出し、その検出電圧に基づいて保護動作を行う機能を有している。インバータ装置１１は、サーミスタの専用入力端子を備えておらず、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間に、上記電圧計１４に替えてサーミスタ８を接続するようになっている。そして、出力抵抗１３との直列回路においてサーミスタ８に生じる分圧電圧Ｖ４を検出するため、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間に電圧検出部１５を備えている。この電圧検出部１５は、過熱保護の閾値となる参照電圧Ｖrefを生成する参照電圧生成回路１６と、検出電圧Ｖ４と参照電圧Ｖrefとを比較する比較器１７を有している。論理積回路１８は、比較器１７から出力される過熱保護信号Ｓａ（過熱検出時にＬレベル）とマイコン３から出力される駆動信号Ｓｄとの論理積信号をインバータ主回路２に与えるようになっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。マイコン３は、ユーザにより設定されたパラメータの値に基づいて、アナログ出力端子５を通常のアナログ出力端子として用いるか、或いはサーミスタ入力端子として用いるかを判断する。通常のアナログ出力端子として用いるように設定されている場合には、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間に外部機器例えば電圧計１４が接続される。マイコン３は、別のパラメータで選択された出力電流や出力周波数などの表示対象の値を、例えば０−１０Ｖの電圧スケールとなるようにスケーリング処理した後アナログ出力回路１２に指令する。アナログ出力回路１２は、この出力電圧指令に比例した電圧Ｖ３（運転状態または動作状態に応じた電圧）を出力する。なお、電圧検出部１５の動作は停止しており、電圧検出部１５から出力される過熱保護信号ＳａはＨレベルとされている。

一方、サーミスタ入力端子として用いるように設定されている場合には、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間に電圧計１４に替えてＰＴＣサーミスタ８が接続される。マイコン３は、後述する規定の電圧出力をアナログ出力回路１２に指令し、アナログ出力回路１２はこの出力電圧指令に比例した電圧Ｖ３を出力する。サーミスタ８の抵抗値をＲtherm、出力抵抗１３の抵抗値をＲｃとすると、サーミスタ８の両端に生じる電圧Ｖ４は（４）式のようになる。
Ｖ４＝Ｖ３・Ｒtherm／（Ｒtherm＋Ｒｃ） …（４）

抵抗値Ｒｃは既知であり、電圧値Ｖ３はマイコン３自らが指令した出力電圧値であるため、サーミスタ８の両端に生じる電圧Ｖ４はサーミスタ８の抵抗値Ｒthermに依存して変化することが分かる。そこで、端子５をサーミスタ入力端子として用いる場合に、アナログ出力回路１２の出力電圧Ｖ３を規定値として予めマイコン３に入力しておく。そして、サーミスタ８の温度特性に基づいてモータの過熱保護が必要となる温度に対応した抵抗値を（４）式に適用し、算出された電圧Ｖ４を参照電圧Ｖrefとする。

モータの温度が上昇してアナログ出力端子５と基準電位端子６との間の電圧Ｖ４が上記参照電圧Ｖref以上になると、電圧検出部１５の比較器１７の出力が反転してＬレベルの過熱保護信号Ｓａを出力する。その結果、駆動信号Ｓｄの論理レベルにかかわらず、論理積回路１８の出力信号はインバータ主回路２の動作を停止させ、モータの過熱保護が行われる。

このように本実施形態のインバータ装置１１は、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間の電圧を検出し、参照電圧Ｖrefと比較して過熱保護信号Ｓａを出力する電圧検出部１５を備え、その過熱保護信号Ｓａを用いてソフトウェアによる演算を介さずに直接的に過熱保護動作を行う構成を備えている。これにより、電圧計などの外部機器が接続されてアナログ出力端子として用いられる端子５をサーミスタ入力端子としても利用することが可能となり、端子数の削減によるインバータ装置１１の小型化を図ることができる。また、第１の実施形態と同様に、切替スイッチを設けることによるコストアップを回避でき、プリント基板上の部品のレイアウト設計やパターン設計が容易になるとともに、プリント基板のサイズを小型化できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について、図３および図４を参照しながら説明する。図３では、図１および図２に示した構成と実質的に同一部分には同一符号を付している。
一般に、Ａ／Ｄ変換器およびマイコンに入力可能な電圧の範囲は、これらＡ／Ｄ変換器およびマイコンの仕様によって決定される。このため、検出対象となるサーミスタなどセンサの特性によっては、検出電圧つまりＡ／Ｄ変換器に入力される電圧が、Ａ／Ｄ変換器の入力可能な範囲を外れることがある。そこで、この第３の実施形態では、ユーザが制御パラメータを設定し、信号処理手段は、この制御パラメータに基づいてアナログ出力回路の出力値を調整する。これにより、検出対象となるセンサ例えばサーミスタの特性によって変化する検出電圧を、Ａ／Ｄ変換器およびマイコンに入力可能な電圧の範囲内に調整する。

具体的には、図３に示すように、インバータ装置１９も、上位の制御装置またはユーザに対して動作状態または運転状態を知らせるため、種々の入力端子および入出力回路を備えている。本実施形態では、インバータ装置１９は、図１に示すインバータ装置１と同様に電圧検出部９およびＡ／Ｄ変換器１０を備えている。また、図２に示すインバータ装置１１と同様にアナログ出力回路１２および出力抵抗１３を備えている。そして、インバータ装置１、１１と同様に信号処理手段としてのマイコン３も備えている。また、本実施形態の場合、Ａ／Ｄ変換器１０には例えば０−５Ｖの電圧が入力可能となっている。

さらに、マイコン３には、不揮発性記憶装置２０および操作パネル２１が接続されている。不揮発性記憶装置２０は、例えばＥＥＰＲＯＭなどで構成されて、検出対象となるセンサの特性データ例えばＰＴＣサーミスタの温度−抵抗特性のテーブルや、Ａ／Ｄ変換器１０の入力範囲などが記憶されている。また、操作パネル２１は、詳細は図示しないが、
液晶ディスプレイやブザーなどの報知部およびタッチパネルやボタンなどの入力部から構成されている。

また、図２に示すインバータ装置１１と同様に、アナログ出力回路１２は例えばＤ／Ａ変換器で構成され、マイコン３からの出力電圧指令に比例した電圧を出力する。そして、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間には、外部機器例えば電圧計１４（図３中、破線で示す）が接続され、出力電流や出力周波数を表示できるようになっている。アナログ出力端子５を通常のアナログ出力端子として用いるように設定されている場合には、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間に外部機器例えば電圧計１４が接続され、サーミスタ入力端子として用いるように設定されている場合には、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間にＰＴＣサーミスタ８が接続される。

ここで、アナログ出力端子５をサーミスタ入力端子として用いた場合、アナログ出力回路１２からの出力を電圧Ｖ５とし、検出用分圧抵抗９ａ、９ｂの抵抗値をそれぞれＲａ、Ｒｂとし、出力抵抗１３の抵抗値をＲｃとすると、ＰＴＣサーミスタ８の両端に生じる電圧Ｖ６は（５）式で表わされる。

また、電圧検出部９で検出される検出電圧Ｖ７即ちＡ／Ｄ変換器１０の入力電圧Ｖ７は（６）式となる。

これら（５）式および（６）式から、アナログ出力回路１２の出力電圧Ｖ５と、Ａ／Ｄ変換器１０の入力電圧Ｖ７との関係を表す以下の（７）式が導出される。

次に、マイコン３の制御内容について図４を参照しながら説明する。
まず、ユーザは、ステップＳ１およびステップＳ２において、操作パネル２１の入力部を操作し、マイコン３に対して制御パラメータを設定する。具体的には、ステップＳ１では、制御パラメータとして参照抵抗値ＲrefＨを設定する。この参照抵抗値ＲrefＨは、過熱保護動作の要否判断の閾値となるＰＴＣサーミスタ８の抵抗値であり、アナログ出力端子５に接続されるＰＴＣサーミスタ８の特性に合わせて設定される。また、ユーザは、抵抗値に代えて過熱保護の要否判断の閾値となる温度を入力してもよい。この場合、マイコン３は、入力された温度に基づいて、記憶手段（メモリ）や不揮発性記憶装置２０に予め記憶されているＰＴＣサーミスタ８の温度−抵抗特性から参照抵抗値ＲrefＨとなる抵抗値を算出する。次に、ステップＳ２において、ユーザは、制御パラメータとしてアナログ出力回路１２の出力値として出力電圧Ｖ５を設定する。

ステップＳ１およびステップＳ２において、ユーザにより制御パラメータとして参照抵抗値ＲrefＨおよび出力電圧Ｖ５が設定されると、マイコン３は、ステップＳ３において、これら制御パラメータに基づいて（７）式から参照電圧ＶrefＨを算出する。この参照電圧ＶrefＨは、過熱保護動作の要否判断の閾値であり、アナログ出力回路１２の出力値が出力電圧Ｖ５であってＰＴＣサーミスタ８の抵抗値Ｒthermが参照抵抗値ＲrefＨとなったときに、Ａ／Ｄ変換器１０へ入力される電圧値である。この場合、（７）式においてＶ７＝ＶrefＨ、Ｒtherm＝ＲrefＨとして、参照電圧ＶrefＨを算出する。例えば、ＲrefＨ＝Ｒa＝Ｒｂ＝Ｒｃ＝１００Ωとすると、Ｖ５＝３０ＶのときはＶrefＨ＝６Ｖとなり、Ｖ５＝２０ＶのときはＶrefＨ＝４Ｖとなる。

次に、ステップＳ４およびステップＳ５において、ステップＳ３で算出された参照電圧ＶrefＨが、Ａ／Ｄ変換器１０の入力可能な範囲内であるかを判断する。この場合、Ａ／Ｄ変換器１０の入力の上限値を５Ｖとし、下限値を０．５Ｖとしている。ここで、ＰＴＣサーミスタ８の温度および抵抗値Ｒthermは、ほぼ比例関係にある。このため、モータの過熱保護動作が必要となる温度が高くなると、過熱保護動作の要否判断の閾値となるＰＴＣサーミスタ８の参照抵抗値ＲrefＨも大きい値になる。

また、（７）式によると、Ｖ７＝ＶrefＨ、Ｒtherm＝ＲrefＨである場合に、アナログ出力回路１２の出力電圧Ｖ５が一定であれば、参照電圧ＶrefＨは参照抵抗値ＲrefＨが大きくなるのに伴い上昇する。そのため、出力電圧Ｖ５の設定に対して参照抵抗値ＲrefＨが大きい値の場合には、参照電圧ＶrefＨは、Ａ／Ｄ変換器１０の入力上限値５Ｖを超えてしまうことがある。この場合、マイコン３は、電圧検出部９で検出される検出電圧Ｖ７が参照電圧ＶrefＨを超えても過熱保護動作を行うことができない。そのため、このように参照電圧ＶrefＨがＡ／Ｄ変換器１０の入力上限値５Ｖを超えるような設定がされた場合は、アナログ出力回路１２の出力電圧Ｖ５を低下させて、参照電圧ＶrefＨをＡ／Ｄ変換器１０の入力上限値５Ｖ以下にする必要がある。

同様に、出力電圧Ｖ５の設定に対して参照抵抗値ＲrefＨが小さい場合には、参照電圧ＶrefＨは、Ａ／Ｄ変換器１０の入力下限値０．５Ｖを下回ってしまうことがある。この場合も、マイコン３は、検出電圧Ｖ７が参照電圧ＶrefＨを超えても過熱保護動作を行うことができない。そのため、このように参照電圧ＶrefＨがＡ／Ｄ変換器１０の入力下限値０．５Ｖを下回るような設定がされた場合は、アナログ出力回路１２の出力電圧Ｖ５を上昇させて、参照電圧ＶrefＨをＡ／Ｄ変換器１０の入力下限値０．５Ｖ以上にする必要がある。

ここで、（７）式によれば、Ｖ７＝ＶrefＨ、Ｒtherm＝ＲrefＨである場合に、参照抵抗値ＲrefＨが一定であれば、参照電圧ＶrefＨは出力電圧Ｖ５に比例する。そのため、参照電圧ＶrefＨがＡ／Ｄ変換器１０の入力範囲から外れている場合は、出力電圧Ｖ５を再設定することで、参照電圧ＶrefＨをＡ／Ｄ変換器１０の入力範囲に収めるように調整することができる。

つまり、ステップＳ４において参照電圧ＶrefＨが５Ｖ以上であれば（ステップＳ４でＹＥＳ）、ステップＳ６へ移行する。この場合、出力電圧Ｖ５を下げることで参照電圧ＶrefＨを入力上限５Ｖ以下に引き下げることができる。そのため、ステップＳ６では、例えば「Ｖ５を低下させるように再設定して下さい」などの表示を操作パネル２１の液晶ディスプレイに表示させて、ユーザに対して出力電圧Ｖ５が低下するように再設定を促す。そして、ステップＳ２へ移行し、ユーザによって出力電圧Ｖ５の再設定が行われる。

一方、ステップＳ４において参照電圧ＶrefＨが５Ｖ以上でなければ（ステップＳ４でＮＯ）、ステップＳ５へ移行する。ステップＳ５において参照電圧ＶrefＨが０．５Ｖ以下であれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、ステップＳ７へ移行する。この場合、出力電圧Ｖ５を上げることで、参照電圧ＶrefＨを入力下限０．５Ｖ以上に引き上げることができる。そのため、ステップＳ７では、例えば「Ｖ５を上昇させるように再設定して下さい」などの表示を操作パネル２１の液晶ディスプレイに表示させて、ユーザに対して出力電圧Ｖ５が上昇するように再設定を促す。そして、ステップＳ２へ移行し、ユーザによって出力電圧Ｖ５の再設定が行われる。この設定は、参照電圧ＶrefＨが０.５Ｖ以上かつ５Ｖ以下になるまで繰り返される。

ステップＳ２からステップＳ７において、出力電圧Ｖ５が０．５Ｖ以上かつ５Ｖ以下に設定されると（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ８へ移行する。ステップＳ８では、インバータ主回路２の動作を停止するか否かを判断する。この場合、図示しない停止スイッチが押されたことや停止信号の検出などを条件として、インバータ主回路２の停止要因有りを判断すると（ステップＳ８でＹＥＳ）、ステップＳ１３へ移行してインバータ主回路２の動作を停止する。一方、前記停止要因無しを判断した場合（ステップＳ８でＮＯ）は、ステップＳ９へ移行して、アナログ出力回路１２から電圧Ｖ５を出力する。
なお、ステップＳ６およびステップＳ７において、ユーザに対して再設定を促す旨を、文字メッセージではなく数値やアルファベットによるコードで表示させてもよい。或いは、音声などで報知する構成としてもよい。

次に、ステップＳ１０において、電圧検出部９で検出される検出電圧Ｖ７をＡ／Ｄ変換器１０を介して読み込む。そして、ステップＳ１１において、検出電圧Ｖ７と参照電圧ＶrefＨとを比較し、検出電圧Ｖ７が参照電圧ＶrefＨ以上でなければ（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ８へ移行してインバータ主回路２の動作を継続する。また、検出電圧Ｖ７が参照電圧ＶrefＨ以上であれば（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１２へ移行して、負荷であるモータが過熱状態にあることを検出する。そして、ステップＳ１３へ移行して、過熱保護動作としてインバータ主回路２の動作を停止する。

このように本実施形態のインバータ装置１９は、アナログ出力端子５と基準電位端子６との間に電圧計１４に替えてＰＴＣサーミスタ８を接続することができる。これによれば、上記各実施形態と同様に物理的な切替スイッチが不要となり、切替スイッチを設けることによるコストアップの回避や、プリント基板上の部品のレイアウト設計やパターン設計が容易化、また、プリント基板のサイズひいてはインバータ装置１９の小型化が図られる。

また、マイコン３は、電圧検出部９で検出される検出電圧Ｖ７がＡ／Ｄ変換器に入力可能な電圧の範囲内となるように、ユーザに対して制御パラメータ即ちアナログ出力回路１２の出力電圧Ｖ５の再設定を促すようにした。これによれば、ユーザが、アナログ出力端子５に接続されたセンサの特性に対応する制御パラメータを設定することで、異なる特性を有するセンサの使用が可能となる。

さらに、ユーザは、制御パラメータとして過熱保護動作の要否判断の閾値となるＰＴＣサーミスタ８の参照抵抗値ＲrefＨおよびアナログ出力回路１２の出力電圧Ｖ５を設定する。そして、マイコン３は、これら参照抵抗値ＲrefＨおよび出力電圧Ｖ５から、検出電圧Ｖ７に対して過熱保護動作の要否判断の閾値となる参照電圧ＶrefＨを算出する。これによれば、ユーザは、制御パラメータとして参照抵抗値ＲrefＨおよび出力電圧Ｖ５を設定すればよいため、参照電圧ＶrefＨを算出する必要がなく、制御パラメータの設定が容易になる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について、図５を参照しながら説明する。図５において、図４に示した内容と実質的に同一部分には同一符号を付している。
この第４の実施形態は、制御パラメータとして参照抵抗値ＲrefＨおよび参照電圧ＶrefＨが設定され、これら参照抵抗値ＲrefＨおよび参照電圧ＶrefＨに基づいて出力電圧Ｖ５を算出する点において、第３の実施形態と異なっている。

具体的には、図５に示すように、まずユーザは、ステップＳ２１において、操作パネル２１の入力部を操作し、マイコン３に対して制御パラメータを設定する。ここでは、制御パラメータとして参照抵抗値ＲrefＨおよび参照電圧ＶrefＨを設定する。このときユーザは、Ａ／Ｄ変換器１０の入力範囲である０．５−５Ｖを目安として参照電圧ＶrefＨを設定する。

次に、ステップＳ２２において、マイコン３は、参照電圧ＶrefＨがＡ／Ｄ変換器１０の入力範囲である０．５−５Ｖの範囲内に設定されているか否かを判断する。参照電圧ＶrefＨがＡ／Ｄ変換器１０の入力範囲外である場合（ステップＳ２２でＮＯ）は、ステップＳ２４へ移行する。ステップＳ２４では、例えば「ＶrefＨを再設定して下さい」などの表示を操作パネル２１の液晶パネルに表示させて、ユーザに対して参照電圧ＶrefＨがＡ／Ｄ変換器１０の入力範囲内に設定されるように再設定を促す。そして、ステップ２１へ移行して、ユーザが参照電圧ＶrefＨの再設定を行う。この場合も、文字メッセージではなく、数値やアルファベットによるコードを表示させてもよい。或いは音声などで報知する構成としてもよい。

ステップＳ２２において、参照電圧ＶrefＨがＡ／Ｄ変換器１０の入力範囲内に設定されている場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）は、ステップＳ２３へ移行する。ステップＳ２３では、参照抵抗値ＲrefＨおよび参照電圧ＶreｆＨに基づいて、（７）式から、Ｖ７＝ＶrefＨ、Ｒtherm＝ＲrefＨとして、アナログ出力回路１２の出力電圧Ｖ５を算出する。そして、第３の実施形態と同様に、ステップＳ８からステップＳ１３を実行する。

この第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様の作用効果が得られる。さらに、ユーザは、Ａ／Ｄ変換器１０の入力範囲内を目安にして参照電圧ＶrefＨを設定すればよい。そのため、再設定を繰返すことが少なくなり、設定作業が容易となる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態について、図６を参照しながら説明する。図６において、図４および図５に示した内容と実質的に同一部分には同一符号を付している。
この第５の実施形態は、モータなどの負荷の過熱状態を検出することに加えて、負荷の温度を計測するセンサの短絡状態および断線状態を検出する点について、上記各実施形態と異なっている。

具体的には、図６に示すように、ステップＳ３１では、マイコン３は、制御パラメータとして、参照抵抗値ＲrefＨに加えて断線抵抗値ＲrefＯおよび短絡抵抗値ＲrefＬを設定する。マイコン３は、不揮発性記憶装置２０などに記憶されているテーブルなどから、アナログ出力端子５に接続されたＰＴＣサーミスタ８の仕様に対応する断線抵抗値ＲrefＯ、参照抵抗値ＲrefＨ、短絡抵抗値ＲrefＬのデータを読み込む。

ここで、断線抵抗値ＲrefＯは、ＰＴＣサーミスタ８の断線状態を示す抵抗値であり、マイコン３は、実際に検出したＰＴＣサーミスタ８の抵抗値Ｒthermが断線抵抗値ＲrefＯ以上となった場合に、ＰＴＣサーミスタ８が断線したと判断する。この場合、断線抵抗値ＲrefＯは、ＲrefＨ≦ＲrefＯの範囲で設定される。また、短絡抵抗値ＲrefＬは、ＰＴＣサーミスタ８の短絡状態を示す抵抗値であり、マイコン３は、実際に検出したＰＴＣサーミスタ８の抵抗値Ｒthermが短絡抵抗値ＲrefＬ以下となった場合に、ＰＴＣサーミスタ８が短絡したと判断する。この場合、短絡抵抗値ＲrefＬは、ＲrefＬ≦ＲrefＨの範囲で設定される。なお、これらの制御パラメータ即ち断線抵抗値ＲrefＯ、参照抵抗値ＲrefＨ、短絡抵抗値ＲrefＬは、ユーザが直接入力してもよい。

次に、ステップＳ３２において、Ａ／Ｄ変換器１０の入力上限である５Ｖおよび断線抵抗値ＲrefＯに基づいて、アナログ出力回路１２の出力電圧Ｖ５を決定する。具体的には、（７）式より、ＶrefＯ＝５Ｖ、Ｒtherm＝ＲrefＯとして、出力電圧Ｖ５を算出する。
これは、断線抵抗値ＲrefＯ、参照抵抗値ＲrefＨ、短絡抵抗値ＲrefＬのうち、断線抵抗値ＲrefＯが最も大きい抵抗値を示すからである。つまり、ＰＴＣサーミスタ８の抵抗値Ｒthermが断線抵抗値ＲrefＯのときにＡ／Ｄ変換器１０へ入力される断線電圧ＶrefＯは、参照抵抗値ＲrefＨのときの参照電圧ＶrefＨ、および短絡抵抗値ＲrefＬのときの短絡電圧ＶrefＬに比べて大きい。したがって、断線電圧ＶrefＯがＡ／Ｄ変換器１０の入力範囲内にあればよい。

ステップＳ３３では、ステップＳ３１で設定した参照抵抗値ＲrefＨおよびステップＳ３２で算出したアナログ出力回路１２の出力電圧Ｖ５から、参照電圧ＶrefＨを決定する。具体的には、（７）式より、Ｖ７＝ＶrefＨ、Ｒtherm＝ＲrefＨとして、出力電圧Ｖ５に基づいて、参照電圧ＶrefＨを算出する。
同様に、ステップＳ３４では、ステップＳ３１で設定した短絡抵抗値ＲrefＬおよびステップＳ３２で算出した出力電圧Ｖ５から、短絡電圧ＶrefＬを決定する。具体的には、（７）より、Ｖ７＝ＶrefＬ、Ｒtherm＝ＲrefＬとして、出力電圧Ｖ５に基づいて、短絡電圧ＶrefＬを算出する。

次に、マイコン３は、ステップＳ８へ移行して、第３および第４の実施形態と同様にインバータ主回路２の停止要因の有無を判断する。前記停止要因有りと判断した場合（ステップＳ８でＹＥＳ）は、ステップＳ１３へ移行してインバータ主回路２の動作を停止する。一方、前記停止要因無しを判断した場合（ステップＳ８でＮＯ）は、ステップＳ９へ移行して、アナログ出力回路１２から電圧Ｖ５を出力する。

次に、ステップＳ１０において、電圧検出部９で検出される検出電圧Ｖ７をＡ／Ｄ変換器１０を介して読み込む。そして、ステップＳ３５において、検出電圧Ｖ７と短絡電圧ＶrefＬとを比較し、検出電圧Ｖ７が短絡電圧ＶrefＬ以下であれば（ステップＳ３５でＹＥＳ）、ステップＳ３７へ移行してＰＴＣサーミスタ８が短絡したことを検出する。その後ステップＳ１３へ移行して短絡時の保護動作としてインバータ主回路２の動作を停止する。

ステップＳ３５において、検出電圧Ｖ７が短絡電圧ＶrefＬ以下でなければ（ステップＳ３５でＮＯ）、ＰＴＣサーミスタ８の短絡は無いと判断して、ステップＳ３６へ移行する。ステップＳ３６では、検出電圧Ｖ７と断線電圧ＶrefＯとを比較し、検出電圧７が断線電圧ＶrefＯ以上であれば（ステップＳ３６でＹＥＳ）、ステップＳ３８へ移行してＰＴＣサーミスタ８が断線したことを検出する。その後ステップＳ１３へ移行して断線時の保護動作としてインバータ主回路２の動作を停止する。
ステップＳ３６において、検出電圧Ｖ７が断線電圧ＶrefＯ以上でなければ（ステップＳ３６でＮＯ）、ＰＴＣサーミスタ８の断線は無いと判断して、ステップＳ１１へ移行する。以降のステップＳ１１〜Ｓ１３は、第３および第４の実施形態と同様に実行される。

このように、本実施形態の構成によれば、上記各実施形態と同様に物理的な切替スイッチが不要となる。したがって、切替スイッチを設けることによるコストアップの回避や、プリント基板上の部品のレイアウト設計やパターン設計が容易化、また、プリント基板のサイズひいてはインバータ装置１９の小型化が図られる。
さらに、マイコン３は、負荷が過熱状態にある場合に加えて、サーミスタ８が短絡状態または断線状態にある場合も検出してインバータ主回路２の動作を停止する。このため、より安全で信頼性の高いインバータ装置を提供することができる。
また、マイコン３は、接続されるＰＴＣサーミスタ８の特性に合わせて、制御パラメータを自動的に調整するため、ユーザの利便性が向上する。

（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態に加えて以下のような構成を採用してもよい。
第１の実施形態において、電流を出力するアナログ出力回路４に替えて電圧Ｖ３を出力するアナログ出力回路１２を採用し、そのアナログ出力回路１２とアナログ出力端子５との間に出力抵抗１３を接続する構成としてもよい。この場合、電圧検出部９は、出力抵抗１３との直列回路においてサーミスタ８に生じる分圧電圧Ｖ４を検出し、検出用分圧抵抗９ａ、９ｂで分圧された電圧Ｖ５をＡ／Ｄ変換器１０に入力する。マイコン３は、既知である抵抗値Ｒａ、Ｒｂ、マイコン３自らが指令した電圧Ｖ３およびディジタル変換値から得た電圧Ｖ５を用いて、サーミスタ８の抵抗値Ｒthermを算出することができる。

第２〜第５の実施形態において、電圧を出力するアナログ出力回路１２に替えて電流Ｉ１を出力するアナログ出力回路４を採用する構成としてもよい。この場合、サーミスタ８の温度特性に基づいて、モータの過熱保護が必要となる温度に対応したサーミスタ８の抵抗値に電流Ｉ１を乗じて得られる電圧を参照電圧Ｖrefまたは参照電圧ＶrefＨとすればよい。

第２〜第５の実施形態において、出力抵抗１３に対して並列にＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチを備え、端子５をアナログ出力端子として用いる場合にはマイコン３により当該スイッチをオンとし、サーミスタ入力端子として用いる場合にはオフとするとよい。この構成によれば、端子５をアナログ出力端子として用いる場合の抵抗１３の電圧降下の影響を排除でき、接続される外部機器に対しマイコン３の指令通りの正確な電圧を出力することができる。

センサとしてＰＴＣサーミスタ８を例に説明したが、ＮＴＣサーミスタなどその他の特性を持つサーミスタであっても同様に適用できる。また、電気的に抵抗性または容量性の出力インピーダンスを持つセンサであれば、他の種類のセンサであっても適用可能である。容量性の出力インピーダンスを持つセンサに対しては、アナログ出力回路から例えばステップ波形またはパルス波形を持つ電流または電圧を出力し、電圧検出部により検出された検出電圧の変化率（電圧の傾き）に基づいてセンサの容量ひいては物理量を検出し、保護動作を行うことができる。

以上説明した実施形態によれば、切替スイッチを使用することなく、１つの端子を、外部機器に対して運転状態または動作状態に応じた電流または電圧を出力するためのアナログ出力端子および保護動作を行うためのセンサ入力端子として用いることができるので、制御端子数を削減できインバータ装置を小型化できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１、１１、１９はインバータ装置、３はマイクロコンピュータ（信号処理手段）、５はアナログ出力端子、６は基準電位端子、７、１４は外部機器、８はサーミスタ（センサ）、９、１５は電圧検出部、１０はＡ／Ｄ変換器、１３は出力抵抗を示す。

Claims (7)

1. 出力電流を変更可能なアナログ出力回路と、
   前記アナログ出力回路の出力電流を外部に出力するアナログ出力端子と、
   前記アナログ出力回路の基準電位を規定する基準電位端子と、
   前記アナログ出力端子と前記基準電位端子との間に設けられた電圧検出部と、を備え、
   前記アナログ出力端子と前記基準電位端子との間に接続される外部機器に対し、運転状態または動作状態に応じた電流を出力可能なインバータ装置において、
   前記アナログ出力端子と前記基準電位端子との間に前記外部機器に替えて接続されたセンサに対し前記アナログ出力端子から出力したアナログ出力電流を流すことにより、当該センサに生じる電圧を前記電圧検出部により検出し、その検出電圧に基づいて保護動作を行うことを特徴とするインバータ装置。
2. 出力電圧を変更可能なアナログ出力回路と、
   前記アナログ出力回路の出力電圧を外部に出力するアナログ出力端子と、
   前記アナログ出力回路の基準電位を規定する基準電位端子と、
   前記アナログ出力回路と前記アナログ出力端子との間に接続された出力抵抗と、
   前記アナログ出力端子と前記基準電位端子との間に設けられた電圧検出部と、を備え、
   前記アナログ出力端子と前記基準電位端子との間に接続される外部機器に対し、運転状態または動作状態に応じた電圧を出力可能なインバータ装置において、
   前記アナログ出力端子と前記基準電位端子との間に前記外部機器に替えて接続されたセンサに対し前記アナログ出力端子から出力したアナログ出力電圧を印加することにより、当該センサに生じる分圧電圧を前記電圧検出部により検出し、その検出電圧に基づいて保護動作を行うことを特徴とするインバータ装置。
3. 前記電圧検出部により検出された電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記アナログ出力回路の出力値を制御し、且つ、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるディジタル変換値が入力される信号処理手段と、を備え、
   前記信号処理手段は、前記アナログ出力端子と前記基準電位端子との間にセンサが接続された状態で、前記アナログ出力回路の出力値と前記ディジタル変換値とに基づいて前記センサの抵抗値を算出することを特徴とする請求項１または２記載のインバータ装置。
4. 前記電圧検出部により検出された電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記アナログ出力回路の出力値を制御し、且つ、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるディジタル変換値が入力される信号処理手段と、を備え、
   前記信号処理手段は、前記電圧検出部で検出される電圧が前記Ａ／Ｄ変換器に入力可能な電圧の範囲内となるように、ユーザにより設定される制御パラメータに基づいて前記アナログ出力回路の出力値を調整することを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載のインバータ装置。
5. 前記信号処理手段は、前記制御パラメータとして、前記保護動作の要否判断の閾値となる前記センサの参照抵抗値と、前記アナログ出力回路の出力値と、が設定され、これら参照抵抗値および出力値に基づいて前記Ａ／Ｄ変換器に入力される電圧に対する前記保護動作の要否判断の閾値となる参照電圧値を算出することを特徴とする請求項４記載のインバータ装置。
6. 前記信号処理手段は、前記制御パラメータとして、前記保護動作の要否判断の閾値となる前記センサの参照抵抗値と、前記Ａ／Ｄ変換器に入力される電圧に対する前記保護動作の要否判断の閾値となる参照電圧値と、が設定され、これら参照抵抗値および参照電圧値に基づいて、前記アナログ出力回路の出力値を算出することを特徴とする請求項４記載のインバータ装置。
7. 前記信号処理手段は、前記制御パラメータとして、前記センサの断線を示す断線抵抗値と、前記センサの短絡を示す短絡抵抗値と、前記保護動作の要否判断の閾値となる前記センサの参照抵抗値と、が設定されるとともに、前記Ａ／Ｄ変換器に入力可能な電圧の範囲を予め記憶し、前記Ａ／Ｄ変換器に入力可能な電圧の上限値および前記断線抵抗値に基づいて前記アナログ出力回路の出力値を決定し、該出力値および前記短絡抵抗値に基づいて前記Ａ／Ｄ変換器に入力される電圧に対する前記センサの短絡を検出する閾値となる短絡検出値を算出し、前記出力値および前記参照抵抗値に基づいて前記Ａ／Ｄ変換器に入力される電圧に対する前記保護動作の要否判断の閾値となる参照電圧値を算出することを特徴とする請求項４記載のインバータ装置。

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