JP2008295280A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転が可能であるとともに、電圧が低い電源の利用が可能であり、かつ回生もし易くする。
【解決手段】バッテリ１０の出力側に駆動時にバッテリ１０の電圧を昇圧する第１の昇降圧チョッパ部を設けるとともに、第１の昇降圧チョッパ部の出力側に回生時にインバータ部２０からの電圧を昇圧する第２の昇降圧チョッパ部を設け、第２の昇降圧チョッパ部の出力側に１２０度通流形電流形インバータ部２０を設け、インバータ部２０の出力側にモータ３８を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータ駆動装置に関し、特に電源の直流電圧が低い場合でも回生エネルギを多くすることができるものに関するものである。

従来のモータ駆動装置として特許文献１があり、図７はその回路図である。図において、１は三相交流電源、２は三相ダイオードブリッジ整流回路、３はスイッチング素子３ａと、リアクトル３ｂと、ダイオード３ｃとからなる降圧チョッパ部、４はスイッチング動作により交流モータ（ＰＭモータ）５に三相電力を供給する電圧形三相フルブリッジインバータ部、６は降圧チョッパ部３に対して逆並列に接続された回生電力バイパス用ダイオード、７は交流モータ５の誘起電圧を入力として、交流モータ５の力率がほぼ１となるようにインバータ部４にスイッチング指令を出すインバータ部制御回路、８は降圧チョッパ部３の出力端子間に設けられた小容量のコンデンサ、９は始動回路、３９は平滑用の電解コンデンサである。インバータ部制御回路７は、交流モータ５の相電圧を検出する抵抗分圧回路７ａと、抵抗分圧回路７ａにより検出された相電圧を入力とする積分器７ｂと、積分器７ｂの出力の正負を判別するコンパレータ７ｃと、コンパレータ７ｃの判別結果を入力とするフォトカプラ７ｄと、フォトカプラ７ｄからの信号を入力としてスイッチング指令を出力する論理回路７ｅとからなり、論理回路７ｅにおいては、相電圧と相電流とが同相となるようにインバータ部４に対するスイッチング指令を出力する。なお、積分器７ｂは電圧波形に含まれるノイズを除去する。

又、スイッチング素子３ａをスイッチングさせるためのチョッパ制御回路は、電流指令値とリアクトル３ｂの電流との差を減算器３ｄにより演算し、この演算結果をＰＩ制御部３ｅに入力し、コンパレータ３ｆにより所定の周波数の基準信号とＰＩ制御部３ｅからの出力信号との大小比較を行い、比較結果信号をスイッチング指令としてスイッチング素子３ａに供給する。この結果、始動時に交流モータ５に過電流が流れるのを抑制できる。

特許文献１に示された図７のモータ駆動装置においては、インバータ部４の入力側に降圧チョッパ部３を組み込むとともに、降圧チョッパ部３と逆並列に回生電力バイパス用ダイオード６を接続し、さらにインバータ部４を１２０度通流とし、擬似電流形として制御しているので、電流形インバータと電圧形インバータの双方の特性を得ることができ、また交流モータ５の力率をほぼ１にしているので、回生電力バイパス用ダイオード６の導通期間を短縮することができ、電流形インバータの波形に近づけることができ、高調波成分が低減され、電圧波形が正弦波に近くなり、一層の高効率化、低騒音化が達成できる。

一方、非特許文献１は、特許文献１の方式を車載用電動アシスト過給器用インバータに拡張したものであり、降圧チョッパ（擬似電流形）とセンサレス駆動に特化しているため、バッテリ１２Ｖから昇圧させる機能などについては、未検討であり、７２Ｖ直流電源を前提とした回路構成となっている。
特許第３２７８１８８号公報 野口季彦、外３名、平成１７年電気学会産業応用部門大会１−１０２「擬似電流形インバータを用いた超高速ＰＭモータのセンサレス運転特性の改善」

図７のモータ駆動装置においては、降圧チョッパ部３のリアクトル３ｂに流れる電流を検出して任意にフィードバック制御し、それを直流電流源とするとともに、後段のインバータ部４は擬似電流形として、１２０度通流方式で交流モータ５を駆動している。しかしながら、三相交流電源１から整流回路２を介して整流し、電解コンデンサ３９により平滑化した直流電圧源を基にして降圧チョッパ部３を動作させる構成としているので、交流モータ５の誘起電圧に基づくエネルギを回生利用することは考慮されていない。そのため、電解コンデンサ３９の端子電圧よりリアクトル３ｂの出力端子電圧の方が低い場合には、回生電力バイパス用ダイオード６は導通しないので、交流モータ５の誘起電圧が低い場合にはエネルギを回生できない。又、図７の回路構成では、インバータ部４の直流電圧が低い場合、交流モータ５の端子電圧もインバータ部４の直流電圧より低くないと、制御できないので、交流モータ５の端子電圧も低くなる。このような場合に出力を確保するためには、大きなモータ電流が必要となり、モータ電流が増えると、交流モータ５の巻線が太くなり、製造が困難になるとともに、インバータ部４も大形になり、損失も大きくなる。これを防ぐために、電源の電圧を高くする方法もあるが、車載用モータの場合、電源として１２Ｖまたは２４Ｖの鉛バッテリが使用されているので、電源の電圧を高くするとこのバッテリ電源を使用できなくなり、別置の高電圧バッテリの搭載が必要となり、部品点数の削減とコスト低減が図れないという問題があった。

又、一般的に、高速モータの駆動時には、インバータ部の出力周波数が非常に高くなり、高速モータを制御する場合、回転センサを設けることができず、センサレス制御が必要となり、ＣＰＵの演算時間が増大する。また、高出力周波数に対応するには、ＰＷＭ制御の場合にはキャリア周波数を高くする必要がある。また、高速モータは遠心力を小さくするために小径とするので、巻線コイルも小径となり、巻線のリアクトルＬも小さくなるが、Ｌが小さいモータを駆動するには、キャリア周波数を高くする必要があり、高キャリア周波数でのセンサレスＰＷＭ駆動には、ＣＰＵ能力から限界があった。

さらに、交流モータ５の端子電圧はインバータ部４の直流側電圧より低い。このため、回生時には昇圧することになるが、昇圧率が高いと損失が大きく、実際にはあまり回生できなかった。

一方、非特許文献１は、特許文献１の入力部をバッテリ等の直流電圧源に置き換え、車載用電動アシスト過給器の超高速センサレスドライブに適用した場合である。そして、チョッパ回路部を双方向運転、即ち電源側から見て降圧チョッパ、負荷側から見て昇圧チョッパとすることにより、力行、回生の２象限運転を可能としたものである。ただし、この方式では交流モータの誘起電圧に対して十分高い７２Ｖの直流電圧源があることを前提としており、車載用で考えられる１２Ｖのバッテリである場合には、それより十分低い誘起電圧の交流モータが必要となり、実用面、製作面から見て極めて困難である。従って、１２Ｖのバッテリを搭載する車載電動アシスト過給器の用途では、一度昇圧した後に降圧チョッパで擬似電流形の制御をする方式が無難である。いずれにせよ、非特許文献１では、昇圧動作については、触れられていない。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、高速回転が可能であるとともに、車載バッテリの利用も可能であり、かつ定格電圧が高い交流モータを使用することにより、モータ製造が容易でインバータ部を小形化することができ、回生範囲を広げることができるモータ駆動装置を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係るモータ駆動装置は、直流電源と、モータの駆動時に該直流電源の電圧を昇圧してインバータ部の直流電力とする第１の昇降圧チョッパ部と、このインバータ部の直流電力を多相の交流電力に変換して前記モータを駆動すると共に、多相の交流電力を直流電力に変換してモータの電力を回生する１２０度通流するインバータ部と、モータの回生時にインバータ部の直流電圧を昇圧して前記直流電源に電力回生する第２の昇降圧チョッパ部とを備えたものである。

請求項２に係るモータ駆動装置は、モータの駆動時に電気的に接続される外部直流電源の電圧を昇圧してインバータ部の直流電力とする第1の昇降圧チョッパ部と、このインバータ部の直流電力を多相の交流電力に変換して前記モータを駆動すると共に、多相の交流電力を直流電力に変換してモータの電力を回生する１２０度通流するインバータ部と、モータの回生時にインバータ部の直流電圧を昇圧して前記外部直流電源に電力回生する第2の昇降圧チョッパ部とを備えたものである。

請求項３に係るモータ駆動装置は、前記１２０度通流するインバータ部が、電流形であるものである。

請求項４に係るモータ駆動装置は、第２の昇降圧チョッパ部のリアクトルとインバータ部の直流正側との間にアノードを接続し、第２の昇降圧チョッパ部のコンデンサの正側にカソードを接続して、インバータ部のゲート遮断時にインバータ部の電圧上昇を抑制するダイオードを備えたものである。

請求項５に係るモータ駆動装置は、直流電源の電圧を昇圧する必要が無いモータの低速運転領域においては、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作を停止させるものである。

請求項６に係るモータ駆動装置は、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作を開始させるモータ回転数、モータ電流、モータ端子電圧、モータ温度、インバータ部の直流電圧のうち、少なくとも１つ以上を設定し、モータ回転数の指令値又は検出値又は推定値、もしくはモータ電流の指令値又は検出値、もしくはモータ端子電圧の指令値又は検出値、もしくはモータ温度の検出値、もしくはインバータ部の直流電圧検出値がこの設定値以上になった場合に、第１の昇降圧チョッパ部を起動させ、第１の昇降圧チョッパ部で昇圧した直流電圧が所定電圧となるようにフィードバック制御を開始するものである。

請求項７に係るモータ駆動装置は、モータ回転数の検出値、指令値、推定値、又はモータ電流の検出値、指令値又はモータ温度の検出値、モータの端子電圧の検出値、指令値、インバータ部の直流電圧検出値のうち、少なくとも１つ以上の値に応じて第１の昇降圧チョッパ部の昇圧する直流電圧の指令値を設定し、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧した直流電圧がこの指令値となるようにフィードバック制御するものである。

請求項８に係るモータ駆動装置は、モータの回転数が上昇し、モータの誘起電圧が第１の昇降圧チョッパ部の昇圧直流電圧より高くなった場合には、第１の昇降圧チョッパ部の動作を停止させるものである。

以上のようにこの発明の請求項１によれば、インバータ部を１２０度通流形のインバータ部としており、オンオフの切替の回数が少なくて済むので、高速回転を行うモータの制御に適している。又、モータの駆動時に第１の昇降圧チョッパ部によりバッテリの電圧をモータ負荷を十分に駆動できる直流電圧に昇圧してから、第２の昇降圧チョッパ部と１２０度通流インバータからなる擬似電流形インバータでモータを駆動しているので、高速回転時にバッテリ電圧を超える誘起電圧が発生した場合でも、回生運転だけでなく、力行運転も可能となる。又、モータの端子電圧も高くすることができ、大電流は不必要で巻線を太くする必要もなくなり、モータは製造容易でインバータ部を小形で損失の少ないものとすることができ、もちろん別置の高電圧バッテリの搭載も不要となる。又、第１の昇降圧チョッパ部により駆動時にバッテリの電圧を昇圧しており、定格電圧が高いモータを使用することができるので、誘起電圧の高いところからの回生ができるようになり、回生がし易くなった。又、スイッチング素子のオンオフ制御により、バッテリ電圧より低い電圧でのモータの回転が可能となった。

請求項２によれば、第1の昇降圧チョッパ部によりモータ駆動時に電気的に接続される外部直流電源の電圧を昇圧しているので、請求項１と同様な効果を奏する。

請求項３によれば、インバータ部を電流形とすることにより、電圧値からトルク制御する電圧形に比べて、電流値からのトルク制御となり、制御応答が速くなり、高速回転するモータの駆動に適する。

請求項４によれば、第２の昇降圧チョッパ部と逆並列にダイオードを接続し、このダイオードによりインバータ部のゲート遮断時に第２の昇降圧チョッパ部の出力を第１の昇降圧チョッパ部の出力側にバイパスしており、インバータ部の電圧の上昇を抑制し、構成する各スイッチング素子の破損を防止することができる。

請求項５によれば、直流電源の電圧を昇圧する必要が無いモータの低速運転領域においては、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作を停止させており、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作に必要なスイッチング素子とリアクトルの短絡電流とが不必要となり、部分負荷効率を向上させることができる。

請求項６によれば、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作を開始させるモータ回転数、モータ電流、モータ端子電圧、モータ温度、インバータ部の直流電圧のうち少なくとも１つ以上を設定し、モータの回転数の指令値又は検出値又は推定値、もしくはモータ電流の指令値又は検出値、もしくはモータ端子電圧の指令値又は検出値、もしくはモータ温度の検出値、もしくはインバータ部の直流電圧検出値がこの設定値以上になった場合に、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧直流電圧が所定電圧となるようにフィードバック制御を開始するようにしており、モータの低速回転領域では第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作が行われないので、部分負荷効率が向上し、高速回転領域では十分にモータを駆動することができるとともに、フィードバック制御により効率を向上させることができる。

請求項７によれば、モータの回転数検出値、指令値、推定値又はモータ電流の検出値、指令値、又はモータ温度の検出値、モータの端子電圧の検出値、指令値、インバータ部の直流電圧検出値のうち、少なくとも１つ以上の値に応じて第１の昇降圧チョッパ部の昇圧する直流電圧の指令値を設定し、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧した直流電圧がこの指令値となるようにフィードバック制御しており、モータ回転数又はモータ電流、モータ温度、モータ端子電圧、インバータ部の直流電圧に応じて第１の昇降圧チョッパ部の昇圧する直流電圧の指令値を設定しており、モータの回転数又はモータ電流、温度、モータの端子電圧、インバータ部の直流電圧に応じて昇圧する直流電圧指令値が時々刻々変化しており、必要以上に昇圧して部分負荷効率を悪化させることを防止することができるとともに、低速域から高速域までフィードバック制御により効率を向上することができる。

請求項８によれば、モータの誘起電圧が第１の昇降圧チョッパ部の昇圧した直流電圧より高くなった場合には、力行運転は不可能であるが、電力回生運転は第１の昇降圧チョッパ部を介して直流電源に対して行われる。このため、直流電源に対して過大な回生電流が流れ、直流電源が過電流故障を引き起こす恐れがある。そこで、第１の昇降圧チョッパ部の動作を停止させ、直流電源の回生過電流による破損を防止する。

実施最良形態１
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施最良形態１による高速モータ駆動装置の回路図を示し、１０はバッテリ、Ｃ１はバッテリ１０と並列に接続されたコンデンサ、Ｌ１はバッテリ１０と直列に接続されたリアクトル、１１はバッテリ１０に対してリアクトルＬ１を介して並列に接続されたスイッチング素子、１２はスイッチング素子１１に対して逆並列に接続された環流ダイオード、１３はリアクトルＬ１に直列に接続されたスイッチング素子、１４はスイッチング素子１３に逆並列に接続された環流ダイオード、Ｃ２は直列に接続されたスイッチング素子１１，１３に対して並列に接続されたコンデンサ、１５はスイッチング素子１３に直列に接続されたスイッチング素子、１６はスイッチング素子１５と逆並列に接続された環流ダイオード、１７はスイッチング素子１５を介してコンデンサＣ２に並列に接続されたスイッチング素子、１８はスイッチング素子１７と逆並列に接続された環流ダイオード、Ｌ２及び１９はスイッチング素子１５に直列に接続されたリアクトル及び電流検出器であり、リアクトルＬ２の出力はスイッチング素子２１〜２６の三相ブリッジインバータ部２０に出力され、インバータ部２０の三相出力は交流モータ３８に供給される。インバータ部２０は、１２０度通流形の電流形インバータであり、６個のスイッチング素子２１〜２６とこれに逆並列に接続された環流用のダイオード２７〜３２とから構成される。

３３は交流モータ３８の相電圧を検出する抵抗分圧回路、３５は積分する積分器、３６は積分器３５の出力の正負を判別するコンパレータであり、コンパレータ３６はインバータ部２０のスイッチング素子２１〜２６のゲートドライブ回路３７にスイッチング指令を出し、相電圧と相電流とが同相となるようにする。

次に、前記構成の動作について説明する。まず、駆動時においては、スイッチング素子１１のオンによりバッテリ１０からの直流電圧によりリアクトルＬ１に電流を流し、リアクトルＬ１にエネルギを蓄え、その後にスイッチング素子１１をオフすると、リアクトルＬ１に蓄えられたエネルギにより昇圧し、環流ダイオード１４を介してコンデンサＣ２に充電されるので、直流電圧Ｖｄｃが高くても充電は可能である。このとき、コンデンサＣ２の電圧が一定になるようにスイッチング素子１１をオンオフして、電圧制御（ＡＶＲ）を行う。

又、スイッチング素子１５をオンしてリアクトルＬ２に電流を流し、リアクトルＬ２にエネルギを蓄える。ここで、スイッチング素子１５をオフすると、リアクトルＬ２に蓄えられたエネルギにより環流ダイオード１８及びインバータ２０の導通している何れか二つのスイッチング素子を介してリアクトルＬ２に電流が流れ続ける。この電流を電流検出器１９により検出し、あるいは交流モータ３８の回転速度を検出または回転速度をゲート信号に基づく波形から推定し、この電流又は回転速度が目標値になるようにスイッチング素子１５をオンオフ制御し、電流制御（ＡＣＲ）又は速度制御（ＡＳＲ）する。

インバータ部２０は、リアクトルＬ２からの直流電流が入力され、これを三相交流電流に変換し、交流モータ３８に対して出力する。抵抗分圧回路３３は交流モータ３８の相電圧を検出し、積分器３５により積分し、コンパレータ３６により積分器３５の出力の正負を判定し、この判定結果をゲートドライブ回路３７に入力し、インバータ部２０を構成する６個のスイッチング素子２１〜２６を交流モータ３８の磁極位置に従って図２に示すようなタイミングでオンオフ駆動し、１２０度通流形の擬似電流形インバータとして動作させる。図２において、（ａ）は各相の誘起電圧、（ｂ）は各相の電機子電流、（ｃ）は各相の鎖交磁束、（ｄ）は各相の磁束位相パルス、（ｅ）はゲート信号、（ｆ）は６つの導通モードを示す。

次に、回生時の動作について説明する。回生時においては、交流モータ３８は回転数に比例した誘起電圧を発生する。この時、スイッチング素子１７をオンすると、環流ダイオード２７〜３２の何れかを通ってリアクトルＬ２に電流が流れ、リアクトルＬ２にエネルギが蓄えられる。ここで、スイッチング素子１７をオフすると、リアクトルＬ２に蓄えられたエネルギによりインバータ部２０の直流電圧が昇圧され、環流ダイオード１６を介して電流が流れ、コンデンサＣ２に充電される。このため、モータ３８の誘起電圧が低くてもコンデンサＣ２への充電は可能である。スイッチング素子１７により電流が一定となるように電流制御（ＡＣＲ）、交流モータ３８の速度制御（ＡＳＲ）、又は電力が一定となるように電力制御（ＡＰＲ）が行われる。この時、モータ３８からの回生電力により、直流電圧Ｖｄｃが上昇した分だけバッテリ１０へ電力が回生される。

又、バッテリ１０へ電力が回生される時は、スイッチング素子１３をオンする。この時、リアクトルＬ１に電流が流れてエネルギが蓄えられるので、スイッチング素子１３をオフすると、リアクトルＬ１のエネルギにより環流ダイオード１２を介して電流が流れ続け、スイッチング素子１３のオンオフにかかわらず、連続した充電電流が流れる。以上までの説明の通り、リアクトルＬ１、スイッチング素子１１，１３、及びダイオード１２，１４により第１の昇降圧チョッパ部を構成する。又、スイッチング素子１５，１７、リアクトルＬ２、及び環流ダイオード１６，１８により第２の昇降圧チョッパ部が構成される。

実施最良形態１においては、インバータ部２０を１２０度通流形の電流形インバータ部としており、オンオフの切替の回数が少なくて済むので、高速の交流モータ３８の制御に適している。又、駆動時に第１の昇降圧チョッパ部によりバッテリ１０の電圧を昇圧しているので、例えば１２Ｖ系の電圧が低い自動車用バッテリ１０の場合に、バッテリ電圧より高い電圧が必要であっても、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作によりモータ負荷を十分駆動できる直流電圧に昇圧してから、第２の昇降圧チョッパ部と１２０度通流形インバータ部２０とにより交流モータ３８を駆動しており、ＰＭモータのように誘起電圧を伴うモータにおいて、高速回転時にバッテリ１０の電圧を超える誘起電圧が発生した場合であっても、回生運転だけでなく、力行運転も可能となる。又、インバータ部２０の直流電圧及び交流モータ３８の端子電圧を高くすることができるので、交流モータ３８の巻線を細くすることができ、交流モータ３８の製作が容易になるとともに、インバータ部２０の小形化も可能となり、電圧の低いバッテリでも定格電圧の高いモータの駆動が可能となる。又、第１の昇降圧チョッパ部により駆動時にバッテリの電圧を昇圧しており、定格が高いモータを使用することができるので、誘起電圧の高いところからの回生ができるようになり、回生し易い回路となった。

さらに、インバータ部２０を電流形としており、電圧値からトルク制御する電圧形に比べて、電流値からのトルク制御となり、制御応答が速くなり、高速回転するモータの駆動に適する。さらに、第２の昇降圧チョッパ部の降圧動作（スイッチング素子１５のオンオフ制御）によりバッテリ電圧より低い電圧でのモータ３８の回転が可能となる。

実施最良形態２
図３はこの発明の実施最良形態２によるモータの駆動装置の回路図を示し、Ｄ１は第２の昇圧チョッパ部と逆並列に接続されたダイオードであり、そのアノードはリアクトルＬ２とインバータ部２０の直流正側との間に接続され、そのカソードはコンデンサＣ２の正側に接続される。その他の構成は実施最良形態１と同様である。このダイオードＤ１により、インバータ部２０のゲ−ト遮断時にリアクトルＬ２に蓄えられたエネルギをコンデンサＣ２に流しており、インバータ部２０の電圧上昇を抑制することができ、インバータ部２０の直流電圧Ｖｄｃの上昇を抑制することができ、インバータ部２０を構成する各スイッチング素子２１〜２６の損傷を防止することができる。その他の効果は実施最良形態１と同様である。

なお、前記各実施最良形態においては、直流電源として、バッテリを用いたが、その他の外部直流電源を用いても良い。

実施最良形態３
図４は実施最良形態３によるモータ駆動装置の回路図を示し、描き方を変えただけであり、回路としては実施最良形態１，２のものと同様のものであって、動作も同様である。ただし、インバータ部２０のゲート制御回路及び第２の昇降圧チョッパ部のリアクトルＬ２の電流制御回路等は図示省略しており、ゲート制御回路は図１及び図３に示したものと同様のものである。実施最良形態１，２においては、第１の昇降圧チョッパ部により交流モータ３８を高速回転域まで十分駆動できる直流電圧Ｖｄｃを昇圧させており、高速回転域でも力行、回生動作が可能であった。一方、ＰＭモータ等の低速回転域において、交流モータ３８の誘起電圧がバッテリ１０の電圧より十分低い場合には、昇圧運転動作をしなくても、バッテリ１０の電圧で力行回生運転が可能である。このような場合、即ちバッテリ１０の電圧以上に昇圧する必要がない低速運転領域では、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作を停止させる。具体的には、スイッチング素子１３を常時オンさせるとともに、スイッチング素子１１を常時オフとし、直流電圧Ｖｄｃをバッテリ１０の電圧と一致させる。

実施最良形態３においては、交流モータ３８の誘起電圧がバッテリ１０の電圧より十分低い低速回転領域では、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作を停止させており、昇圧動作に必要なスイッチング素子１１とバッテリ１０からリアクトルＬ１に流れる短絡電流が不要となり、部分負荷効率が向上する。又、スイッチング素子１３は常時オンしているので、駆動時ばかりでなく、回生時においても、電流を流すことができる。

実施最良形態４
交流モータ３８の誘起電圧又は駆動トルクがバッテリ１０の電圧以上に必要な場合には、第１の昇降圧チョッパ部でバッテリ１０の直流電圧を昇圧させる必要がある。そこで、交流モータ３８の負荷に合わせて、予め第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作を開始させる交流モータ３８の回転数、電流、端子電圧、温度、インバータ部の直流電圧のうち、少なくとも１つ以上を設定しておく。即ち、図５に示すように、交流モータ３８の回転数の指令値又は検出値又は推定値、もしくはモータ電流の指令値又は検出値、もしくはモータ端子電圧の指令値又は検出値、もしくはモータ温度の検出値、もしくはインバータ部の直流電圧検出値と設定値とをチョッパ動作判定部４０に入力し、回転数、電流、端子電圧、温度、インバータ部の直流電圧の検出値等が設定値以上となった場合には、チョッパ動作判定部４０から第１の昇降圧チョッパ部で昇圧する直流電圧Ｖｄｃの指令値を出力させ、この指令値を直流電圧Ｖｄｃの検出値と共に電圧フィードバック制御手段４１に入力し、指令値が検出値と一致するように第１の昇降圧チョッパ部のスイッチング素子１１のゲートにオンオフ指令を出し、直流電圧Ｖｄｃをフィードバック制御して、交流モータ３８を十分駆動可能な固定電圧値に制御する。モータ駆動装置の回路構成は、図４に示す通りである。

実施最良形態４においては、交流モータ３８の低速回転領域では第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作が行われないので、部分負荷効率が向上し、高速回転領域では第１の昇降圧チョッパ部で昇圧した直流電圧Ｖｄｃのフィードバック制御を開始するようにしており、昇圧した直流電圧Ｖｄｃで交流モータ３８を十分に駆動可能な固定電圧値にすることができるとともに、高速回転領域でも効率を向上することができる。

実施最良形態５
実施最良形態５は、第１の昇降圧チョッパ部で昇圧した直流電圧Ｖｄｃの指令値を交流モータ３８の回転数の検出値、指令値、推定値又はモータ電流の検出値、指令値又はモータ温度の検出値、モータの端子電圧の検出値、指令値、インバータ部の直流電圧検出値のうち、少なくとも１つ以上の値に応じて設定するようにした。実施最良形態５においても、モータ駆動装置の回路構成は図４の通りであり、これに加えて図６に示す制御を行う。即ち、交流モータ３８の回転数の検出値、指令値、推定値又はモータ電流の検出値、指令値又はモータ温度の検出値、モータの端子電圧の検出値、指令値、インバータ部の直流電圧の検出値のうち、少なくとも１つ以上の値を電圧指令生成部４２に入力し、電圧指令生成部４２は入力された値に応じて、第１の昇降圧チョッパ部で昇圧した直流電圧Ｖｄｃの指令値を設定し、この指令値を直流電圧Ｖｄｃの検出値と共に電圧フィードバック制御手段４３に入力し、指令値が検出値と一致するように、第１の昇降圧チョッパ部のスイッチング素子１１のゲートにオンオフ指令を出し、直流電圧Ｖｄｃをフィードバック制御する。例えば、交流モータ３８の端子電圧を検出し、この端子電圧より若干高い電圧を第１の昇降圧チョッパ部の昇圧直流電圧Ｖｄｃの電圧指令値とし、電圧制御（ＡＶＲ）を行うので、スイッチング素子１１又は１７、もしくはダイオード１２，１８に流れる電流を低減でき、駆動装置の損失低減ができる。交流モータ３８の誘起電圧は検出しなくても交流モータ３８の回転数から推定してもよい。

実施最良形態５においては、交流モータ３８の回転数、モータ電流、モータ温度、モータの端子電圧、インバータ部の直流電圧に応じて第１の昇降圧チョッパ部で昇圧する直流電圧Ｖｄｃの指令値が時々刻々変化しており、必要以上に昇圧して部分負荷効率を悪化させることを防止することができるとともに、フィードバック制御により低速領域から高速領域まで効率を向上させることができる。

実施最良形態６
実施最良形態６においても、モータ駆動装置の回路構成は図４の通りである。交流モータ３８の回転数が上昇し、交流モータ３８の誘起電圧が第１の昇降圧チョッパ部で昇圧した直流電圧Ｖｄｃより高くなった場合、力行運転はもはや不可能であるが、回生運転については１２０度通流インバータ部２０の制御や第２の昇降圧チョッパ部の直流電流制御に関係なく、インバータ部２０の環流ダイオード２７〜３２を介して回生電流が流れる。このとき、第１の昇降圧チョッパ部が運転状態であると、その回生電流が第１の昇降圧チョッパ部のスイッチング素子１３を介してバッテリ１０に回生される。ただし、この回生電流は第２の昇降圧チョッパ部の電流制御には無関係であり、交流モータ３８の漏れ抵抗値と、誘起電圧と第１の昇降圧チョッパ部で昇圧する直流電圧Ｖｄｃとの電位差で決定される値である。従って、この電位差が大きく、交流モータ３８の漏れ抵抗値が非常に小さい場合には、過大な回生電流がバッテリ１０に回生され、バッテリ１０が過電流による破損を引き起こす。そこで、実施最良形態６においては、交流モータ３８の回転数が上昇し、交流モータ３８の誘起電圧が第１の昇降圧チョッパ部ｄ昇圧した直流電圧Ｖｄｃより高くなった場合には、第１の昇降圧チョッパ部のスイッチング素子１３を強制的にオフする。これにより、回生過電流はバッテリ１０に流れなくなり、バッテリ１０の破損を防止することができる。なお、交流モータ３８の誘起電圧は直接検出してもよいし、回転数から誘起電圧を推定してもよい。

実施最良形態６においては、交流モータ３８の高回転領域で誘起電圧が昇圧直流電圧より大きくなった場合でも、回生過電流によるバッテリ１０の破損を防止することができる。

この発明の実施最良形態１によるモータ駆動装置の回路構成図である。 実施最良形態１によるモータ駆動装置の動作波形図である。 実施最良形態２によるモータ駆動装置の回路構成図である。 実施最良形態３によるモータ駆動装置の回路構成図である。 実施最良形態４による第１の昇圧チョッパ部の制御ブロック図である。 実施最良形態５による第１の昇圧チョッパ部の制御ブロック図である。 特許文献１に示された従来のモータ駆動装置の回路構成図である。

符号の説明

１０…バッテリ
１１，１３，１５，１７，２１〜２６…スイッチング素子
１２，１４，１６，１８，２７〜３２…環流ダイオード
２０…インバータ部
３８…交流モータ
４０，４２…電圧指令生成部
４１，４３…電圧フィードバック制御手段
Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２…リアクトル
Ｄ１…ダイオード

Claims (8)

1. 直流電源と、モータの駆動時に該直流電源の電圧を昇圧してインバータ部の直流電力とする第１の昇降圧チョッパ部と、このインバータ部の直流電力を多相の交流電力に変換して前記モータを駆動すると共に、多相の交流電力を直流電力に変換してモータの電力を回生する１２０度通流するインバータ部と、モータの回生時にインバータ部の直流電圧を昇圧して前記直流電源に電力回生する第２の昇降圧チョッパ部とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
2. モータの駆動時に電気的に接続される外部直流電源の電圧を昇圧してインバータ部の直流電力とする第1の昇降圧チョッパ部と、このインバータ部の直流電力を多相の交流電力に変換して前記モータを駆動すると共に、多相の交流電力を直流電力に変換してモータの電力を回生する１２０度通流するインバータ部と、モータの回生時にインバータ部の直流電圧を昇圧して前記外部直流電源に電力回生する第2の昇降圧チョッパ部とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。
3. 前記１２０度通流するインバータ部は、電流形であることを特徴とする請求項１または２記載のモータ駆動装置。
4. 第２の昇降圧チョッパ部のリアクトルとインバータ部の直流正側との間にアノードを接続し、第２の昇降圧チョッパ部のコンデンサの正側にカソードを接続して、インバータ部のゲート遮断時にインバータ部の電圧上昇を抑制するダイオードを備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のモータ駆動装置。
5. 直流電源の電圧を昇圧する必要が無いモータの低速運転領域においては、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作を停止させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のモータ駆動装置。
6. 第１の昇降圧チョッパ部の昇圧動作を開始させるモータ回転数、モータ電流、モータ端子電圧、モータ温度、インバータ部の直流電圧のうち、少なくとも１つ以上を設定し、モータ回転数の指令値又は検出値又は推定値、もしくはモータ電流の指令値又は検出値、もしくはモータ端子電圧の指令値又は検出値、もしくはモータ温度の検出値、もしくはインバータ部の直流電圧検出値がこの設定値以上になった場合に、第１の昇降圧チョッパ部を起動させ、第１の昇降圧チョッパ部で昇圧した直流電圧が所定電圧となるようにフィードバック制御を開始することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のモータ駆動装置。
7. モータ回転数の検出値、指令値、推定値、又はモータ電流の検出値、指令値又はモータ温度の検出値、モータ端子電圧の検出値、指令値、インバータ部の直流電圧検出値のうち、少なくとも１つ以上の値に応じて第１の昇降圧チョッパ部の昇圧する直流電圧の指令値を設定し、第１の昇降圧チョッパ部の昇圧した直流電圧がこの指令値となるようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のモータ駆動装置。
8. モータの回転数が上昇し、モータの誘起電圧が第１の昇降圧チョッパ部の昇圧直流電圧より高くなった場合には、第１の昇降圧チョッパ部の動作を停止させることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のモータ駆動装置。

Images