JP2009247099A - Device for driving three-phase alternating-current synchronous motors - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三相交流同期電動機の駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a drive device for a three-phase AC synchronous motor.
従来、三相交流電動機の駆動装置では、例えば、特許文献１に示すように、６個のトランジスタと６個のダイオードから構成されるインバータ回路と、電流検出センサと、インバータ回路を制御する制御回路とを備るものがある。
Conventionally, in a drive device for a three-phase AC motor, for example, as shown in
具体的には、インバータ回路は、直列接続された一対のトランジスタが３組、正極側母線と負極側母線との間に並列接続されて構成されており、さらに１つのトランジスタ毎にこのトランジスタに対してダイオードが１つずつ並列接続されている。 Specifically, the inverter circuit is composed of three pairs of series-connected transistors connected in parallel between the positive side bus and the negative side bus, and each transistor is further connected to this transistor. One diode is connected in parallel.
ステータコイルの中性点とインバータ回路の負極側母線との間には、直流電源が接続されている。ステータコイルの中性点とインバータ回路の正極側母線との間には、コンデンサが接続されている。 A DC power source is connected between the neutral point of the stator coil and the negative side bus of the inverter circuit. A capacitor is connected between the neutral point of the stator coil and the positive side bus of the inverter circuit.
このため、６個のトランジスタがスイッチング動作することにより、正極側母線と負極側母線との間の電圧差に基づいてステータコイルに三相交流電流を出力することができ，前記電位差に基づいてステータコイルから回転磁界が発生する。これに伴い、ロータが回転磁界に同期して回転することになる。 For this reason, when the six transistors perform the switching operation, it is possible to output a three-phase alternating current to the stator coil based on the voltage difference between the positive side bus and the negative side bus, and the stator based on the potential difference. A rotating magnetic field is generated from the coil. Along with this, the rotor rotates in synchronization with the rotating magnetic field.
ここで、６個のトランジスタのうち負極側母線のトランジスタがオンしたときには、ステータコイルに電流が流れるため、ステータコイルには、電流に基づいて磁気エネルギーが蓄えられる。負極側母線のトランジスタがオフしたときには、前記磁気エネルギーに基づいた充電電流が、ステータコイルから正極側母線側のダイオードおよび正極側母線を通してコンデンサに流れる。 Here, when the negative-side bus transistor among the six transistors is turned on, a current flows through the stator coil, so that magnetic energy is stored in the stator coil based on the current. When the transistor on the negative bus is turned off, a charging current based on the magnetic energy flows from the stator coil to the capacitor through the diode on the positive bus and the positive bus.
以上により、６個のトランジスタをスイッチング動作させることにより、三相交流電動機を駆動しつつ、コンデンサに電荷を蓄えることになる。
本発明者は、上述の三相同期電動機の駆動装置において、電流検出センサによりインバータ回路とステータコイルとの間に流れる電流を検出して、この検出電流値に基づいて三相交流同期電動機のロータの位置情報を推定して、この推定回転数に基づいて三相交流電動機のロータの回転数を制御することを検討したところ、次のような問題点が有ることが分かった。 The present inventor detects the current flowing between the inverter circuit and the stator coil by the current detection sensor in the above-described three-phase synchronous motor drive device, and based on the detected current value, the rotor of the three-phase AC synchronous motor When the position information of the three-phase AC motor was controlled based on the estimated rotation speed, the following problems were found.
すなわち、電流検出センサの検出電流には、上述の充電電流がステータコイルに流れる三相交流電流に重畳されている。充電電流は高周波成分や直流成分を含んでいる。したがって、電流検出センサの検出電流は、三相交流電流に直流成分や高周波成分が重畳されたものとなる。 That is, the above-described charging current is superimposed on the detected current of the current detection sensor on the three-phase alternating current flowing through the stator coil. The charging current includes a high frequency component and a direct current component. Therefore, the detection current of the current detection sensor is obtained by superimposing a DC component or a high-frequency component on the three-phase AC current.
このため、電流検出センサの検出電流を用いてロータの位置情報を推定しても、この推定位置情報として精度良い位置情報を得ることができない。したがって、三相交流電動機のロータの回転数を精度良く制御できないばかりか，不安定となり停止してしまうことがある。 For this reason, even if the position information of the rotor is estimated using the detection current of the current detection sensor, it is not possible to obtain accurate position information as the estimated position information. Therefore, the rotational speed of the rotor of the three-phase AC motor cannot be accurately controlled, and may become unstable and stop.
本発明は上記点に鑑みて、三相交流電動機のロータの回転を精度良く制御するようにした三相同期電動機の駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a drive device for a three-phase synchronous motor that accurately controls the rotation of the rotor of the three-phase AC motor.
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、スター結線されたステータコイル（１）から発生する回転磁界によりロータを回転させる三相交流同期電動機の駆動装置であって、
直列接続された一対のスイッチング素子を多数組有し、正極側母線（２２）と負極側母線（２１）との間に前記一対のスイッチング素子が多数組、並列接続されているインバータ回路（２０）と、
コンデンサ（３０）と、を備え、
前記インバータ回路を構成する前記複数の前記スイッチング素子がスイッチング動作することにより、電源装置（３）の出力電圧と前記コンデンサ（３０）の出力電圧とに基づいて三相交流電流を前記ステータコイル（１）に出力して前記ステータコイル（１）から前記回転磁界を発生させ、かつ前記スイッチング素子をバイパスしてコンデンサ側に流れる充電電流に基づいて前記コンデンサ（３０）を充電するようになっており、
前記インバータ回路（２０）と前記ステータコイルとの間に流れる三相交流電流を検出する電流検出手段（４５）と、
前記電流検出手段により検出された三相固定座標系の三相交流電流を二相座標系の電流に変換することにより、当該三相交流電流に含まれる前記充電電流の成分を除いた二相座標系の電流を求める座標変換手段（Ｓ１１０）と、
前記座標変換手段により求められた二相座標系の電流に基づいて前記ロータの位置情報を推定する推定手段（Ｓ１３０）と、
前記推定手段により推定されたロータの位置情報に基づいて、前記ロータの回転を制御するように前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させる制御手段（Ｓ１４０）と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a driving device for a three-phase AC synchronous motor for rotating a rotor by a rotating magnetic field generated from a star-connected stator coil (1),
An inverter circuit (20) having a large number of a pair of switching elements connected in series and a large number of the pair of switching elements being connected in parallel between the positive bus (22) and the negative bus (21) When,
A capacitor (30),
The plurality of switching elements constituting the inverter circuit perform a switching operation, so that a three-phase alternating current is supplied to the stator coil (1) based on the output voltage of the power supply device (3) and the output voltage of the capacitor (30). ) To generate the rotating magnetic field from the stator coil (1), and to charge the capacitor (30) based on a charging current flowing to the capacitor side, bypassing the switching element,
Current detection means (45) for detecting a three-phase alternating current flowing between the inverter circuit (20) and the stator coil;
By converting the three-phase alternating current of the three-phase fixed coordinate system detected by the current detecting means into the current of the two-phase coordinate system, the two-phase coordinates excluding the charging current component included in the three-phase alternating current Coordinate conversion means (S110) for obtaining a current of the system;
Estimation means (S130) for estimating position information of the rotor based on the current of the two-phase coordinate system obtained by the coordinate conversion means;
Control means (S140) for switching the plurality of switching elements to control the rotation of the rotor based on the rotor position information estimated by the estimation means.
これにより、充電電流の成分を除いた二相座標系の電流に基づいてロータの位置情報を推定するので、ロータの位置情報を精度良く推定することができる。これに加えて、この推定されたロータの位置情報に基づいて、ロータの回転を制御するので、ロータの回転を精度良く制御することができる。 Thereby, since the position information of the rotor is estimated based on the current of the two-phase coordinate system excluding the component of the charging current, the position information of the rotor can be estimated with high accuracy. In addition, since the rotation of the rotor is controlled based on the estimated position information of the rotor, the rotation of the rotor can be controlled with high accuracy.
なお、二相座標系とは、回転座標系と二相固定座標系とを含む座標系のことである。 The two-phase coordinate system is a coordinate system including a rotating coordinate system and a two-phase fixed coordinate system.
請求項２に係る発明では、前記座標変換手段は、前記三相交流電流における全ての相の交流電流を用いて前記二相座標系の電流に変換することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that the coordinate conversion means converts the alternating current of all phases in the three-phase alternating current into the current of the two-phase coordinate system.
請求項３に係る発明では、前記座標変換手段により求められた二相座標系の電流を三相固定座標系の三相交流電流を変換する逆変換手段（Ｓ１２０）を備え、
前記推定手段は、前記逆変換手段により求められた三相固定座標系の三相交流電流に基づいて前記ロータの位置情報を推定することを特徴とする。
In the invention which concerns on Claim 3, it comprises the inverse transformation means (S120) which transforms the current of the two-phase coordinate system obtained by the coordinate transformation means into the three-phase alternating current of the three-phase fixed coordinate system,
The estimation means estimates position information of the rotor based on a three-phase alternating current in a three-phase fixed coordinate system obtained by the inverse conversion means.
請求項４に係る発明では、前記座標変換手段により求められた二相座標系の電流から当該電流に含まれる高周波成分を取り除く高周波成分除去手段（１１５）と、
前記高周波成分除去手段により高周波成分が取り除かれた二相座標系の電流を三相固定座標系の三相交流電流を変換する逆変換手段（１２０）と、を備え、
前記推定手段は、前記逆変換手段により求められた三相固定座標系の三相交流電流に基づいて前記ロータの位置情報を推定することを特徴とする。
In the invention according to
Inversion means (120) for converting the current of the two-phase coordinate system from which the high-frequency component has been removed by the high-frequency component removing means to the three-phase alternating current of the three-phase fixed coordinate system,
The estimation means estimates position information of the rotor based on a three-phase alternating current in a three-phase fixed coordinate system obtained by the inverse conversion means.
これにより、高周波成分が取り除かれた三相固定座標系の三相交流電流に基づいてロータの位置情報を推定することになる。このため、ロータの位置情報をさらに精度良く推定することができる。 Thus, the position information of the rotor is estimated based on the three-phase alternating current of the three-phase fixed coordinate system from which the high-frequency component has been removed. For this reason, the position information of the rotor can be estimated with higher accuracy.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
（第１実施形態）
図１に本発明に係る三相交流同期電動機の駆動装置の第１実施形態を示す。図１は駆動装置の回路構成と三相交流同期電動機の一部の構成とを示す。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of a three-phase AC synchronous motor driving apparatus according to the present invention. FIG. 1 shows a circuit configuration of a driving device and a partial configuration of a three-phase AC synchronous motor.
駆動装置１０は、直流電圧に基づいて三相交流電流を三相交流同期電動機に出力して三相交流同期電動機を駆動する。三相交流同期電動機の回転軸には、例えば、圧縮機構等の負荷が接続されている。
The
三相交流同期電動機は、例えば永久磁石が埋め込まれたロータ（図示省略）と、ロータに回転磁界を与えるステータコイル１を備える。ステータコイル１は、Ｕ相コイル１ａ、Ｖ相コイル１ｂ、およびＷ相コイル１ｃがスター結線されて中性点１ｘを有するものである。
The three-phase AC synchronous motor includes, for example, a rotor (not shown) in which permanent magnets are embedded, and a
本実施形態では、三相交流同期電動機は、ロータの位置情報を検出するセンサが取り付けられていない構成になっている。 In this embodiment, the three-phase AC synchronous motor has a configuration in which a sensor for detecting rotor position information is not attached.
高電圧バッテリ３は、ステータコイル１の中性点１ｘとグランドとの間に配置されている。高電圧バッテリ３とグランドとの間には、電源スイッチ５のスイッチ素子５ａは配置されている。電源スイッチ５は、低電圧バッテリ４の正極端子と電子制御装置７との間を開閉するスイッチ素子５ｂを備える。スイッチ素子５ａ、５ｂは、使用者の操作により互いに連動して開閉する。低電圧バッテリ４の出力電圧は、高電圧バッテリ３の出力電圧より低く設定されている。
The high voltage battery 3 is disposed between the neutral point 1x of the
駆動装置１０は、インバータ回路２０、コンデンサ３０、電流センサ４０、電圧センサ４５、および制御回路５０を備える。
The
インバータ回路２０は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６、およびダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６から構成されている。
The
スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４は負極側母線２１と正極側母線２２との間に直列接続され、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ５は負極側母線２１と正極側母線２２との間で直列接続され、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６は負極側母線２１と正極側母線２２との間で直列接続されている。負極側母線２１は、グランドに接続されている。
The switching elements SW1 and SW4 are connected in series between the
スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４の共通接続点Ｔ１は、Ｗ相コイル１ｃに接続され、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ５の共通接続点Ｔ２は、Ｖ相コイル１ｂに接続され、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６の共通接続点Ｔ３は、Ｕ相コイル１ａに接続されている。
The common connection point T1 of the switching elements SW1 and SW4 is connected to the W-phase coil 1c, the common connection point T2 of the switching elements SW2 and SW5 is connected to the V-
インバータ回路２０は、スイッチング素子ＳＷ１、…ＳＷ６がスイッチング動作することにより、高電圧バッテリ３の出力電圧とコンデンサ３０の出力電圧に基づいて三相の正弦波電流をステータコイル１に出力する。
The
なお、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２…ＳＷ６としては、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等の半導体スイッチング素子が用いられている。 As the switching elements SW1, SW2,... SW6, for example, semiconductor switching elements such as insulated gate bipolar transistors are used.
ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のうち対応するスイッチング素子に逆並列になるように配置されている。 The diodes D1, D2, D3, D4, D5, and D6 are disposed so as to be in antiparallel to the corresponding switching element among the switching elements SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, and SW6.
コンデンサ３０は、高圧バッテリ３とともに出力電圧をインバータ回路２０に与える。コンデンサ３０のプラス電極は、インバータ回路２０の正極側母線２２に接続されている。コンデンサ３０のマイナス電極は、ステータコイル１の中性点１ｘに接続されている。
The
電流センサ４０は、インバータ回路２０とステータコイル１との間に流れる電流として、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ、およびＷ相電流ｉｗをそれぞれ検出する。Ｕ相電流ｉｕは、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ６の共通接続点Ｔ１からＵ相コイル１ａに流れる電流である。Ｖ相電流ｉｖは、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ５の共通接続点Ｔ２からＶ相コイル１ｂに流れる電流である。Ｗ相電流ｉｗは、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ４の共通接続点Ｔ３からＷ相コイル１ｃに流れる電流である。
なお、図中電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗの電流の流れる方向は、それぞれ各矢印の方向を正とする。 In the figure, the directions of the currents iu, 1v, and iw flow in the respective arrows.
電圧センサ４５は、高圧バッテリ３の出力電圧を検出するセンサである。
The
制御回路５０は、マイクロコンピュータ、メモリ、アナログ／デジタル変換器等から構成され、後述するように電圧センサ４５の検出電圧および電流センサ４０の検出電流値に基づいて三相交流同期電動機の回転数を制御する。
The
次に、本実施形態の作動について図２を参照して説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
図２は制御回路５０のモータ制御処理を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing the motor control process of the
まず、電源スイッチ５が使用者により操作されて電源オンされると、スイッチ素子５ａが高圧バッテリ３とグランドとの間を接続し、さらにスイッチ素子５ｂが低電圧バッテリ４と電子制御装置７との間を接続する。
First, when the
すると、電子制御装置７は、スイッチ素子５ｂの閉成後に制御回路５０に対して制御開始を指令する。制御回路５０は、電子制御装置７から制御開始の指令を受けると、図２のフローチャートにしたがって、コンピュータプログラムの実行を開始する。コンピュータプログラムは繰り返し実行される。
Then, the electronic control unit 7 commands the
まず、ステップＳ１００で電流センサ４０から電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗを読み込む。
First, in step S100, currents iu, 1v, and iw are read from the
ここで、電流ｉｕには、図３に示すように、正弦波電流ｉｕｓに後述する充電電流ｉｋが重畳している。電流１ｖには、正弦波電流ｉｖｓに充電電流ｉｋが重畳している。電流ｉｗは、正弦波電流ｉｗｓには、充電電流ｉｋが重畳している。このため、次の関係式（１）、（２）、（３）が成り立つ。 Here, as shown in FIG. 3, a charging current ik (to be described later) is superimposed on the current iu, as shown in FIG. The charging current ik is superimposed on the sine wave current ivs in the current 1v. In the current iw, the charging current ik is superimposed on the sine wave current iws. For this reason, the following relational expressions (1), (2), and (3) hold.
ｉｕ＝ｉｕｓ＋ｉｋ……（１）
ｉｖ＝ｉｖｓ＋ｉｋ……（２）
ｉｗ＝ｉｗｓ＋ｉｋ……（３）
正弦波電流ｉｕｓ、ｉｖｓ、ｉｗｓは、後述するようにステータコイル１から回転磁界を発生させるためにインバータ回路２０からコイル１ａ、１ｂ、１ｃにそれぞれ出力される交流電流である。正弦波電流ｉｕｓ、ｉｖｓ、ｉｗｓは、図４に示すように、電流値零を中心として電流値が振幅する三相の正弦波電流である。
iu = iuus + ik (1)
iv = ivs + ik (2)
iw = iws + ik (3)
The sinusoidal currents ius, ivs, and iws are alternating currents output from the
そこで、ステップＳ１１０に移行して、三相固定座標系の電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗから二相固定座標系の電流に変換して充電電流ｉｋを除去する。 Therefore, the process proceeds to step S110, where the current iu, 1v, iw in the three-phase fixed coordinate system is converted to the current in the two-phase fixed coordinate system to remove the charging current ik.
具体的には、電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗを次の数１の式に代入して二相固定座標系の交流電流ｉα、ｉβを求める。これに伴い、電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗに含まれる充電電流ｉｋを取り除いた二相固定座標系の電流ｉα、ｉβを求めることができる。
Specifically, the currents iu, 1v, iw are substituted into the
ここで、充電電流ｉｋを取り除くメカニズムについて説明する。
Here, a mechanism for removing the charging current ik will be described.
上記関係式（１）、（２）、（３）を上記数１の式に代入すると、電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗに含まれる充電電流ｉｋがそれぞれ打ち消し合って、交流電流ｉα、ｉβは、電流ｉｕｓ、ｉｖｓ、ｉｗｓだけの関係式になる。
Substituting the above relational expressions (1), (2), and (3) into the
これにより、電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗを三相固定座標から二相固定座標系の交流電流に変換することにより、二相固定座標系の交流電流ｉα、ｉβ（図５参照）を求めることができる。 Thus, by converting the currents iu, 1v, and iw from the three-phase fixed coordinates to the alternating current of the two-phase fixed coordinate system, the alternating currents iα and iβ (see FIG. 5) of the two-phase fixed coordinate system can be obtained. .
次に、ステップＳ１２０で、交流電流ｉα、ｉβを三相固定座標系の三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａに逆変換する。具体的には、交流電流ｉα、ｉβを次の数２の式に代入して三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａを求める。三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａは、図６に示すように、電流値零を中心として電流値が振幅する三相の正弦波電流である。 Next, in step S120, the alternating currents iα and iβ are inversely converted into the three-phase alternating currents iua, iva and iwa in the three-phase fixed coordinate system. Specifically, the three-phase alternating currents iua, iva, and iwa are obtained by substituting the alternating currents iα and iβ into the following equation (2). As shown in FIG. 6, the three-phase alternating currents iua, iva, and iwa are three-phase sine wave currents having a current value whose amplitude is centered on a current value of zero.
次に、ステップＳ１３０で、三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａがそれぞれ零になるタイミングを求めて、このタイミングに基づいてロータの位置情報を推定する。さらに、この推定された位置情報に基づいてロータの回転数（以下、推定回転数という）を推定する。
Next, in step S130, timings at which the three-phase alternating currents iua, iva, and iwa respectively become zero are obtained, and rotor position information is estimated based on these timings. Further, the rotational speed of the rotor (hereinafter referred to as estimated rotational speed) is estimated based on the estimated position information.
次に、ステップＳ１４０において、周知の三角波比較ＰＷＭ方式によりロータの回転数を制御する。 Next, in step S140, the rotational speed of the rotor is controlled by a known triangular wave comparison PWM method.
すなわち、電子制御装置７から指令される目標回転数に推定回転数を近づけるように三相の指令信号を生成し、この三相の指令信号と搬送波としての三角波信号とを比較する。そして、この比較に基づいてスイッチング信号を生成し、この生成されたスイッチング信号をインバータ回路２０に出力する。これにより、スイッチング素子ＳＷ１、…ＳＷ６がスイッチング動作する。
That is, a three-phase command signal is generated so as to bring the estimated rotational speed closer to the target rotational speed commanded from the electronic control unit 7, and the three-phase command signal is compared with a triangular wave signal as a carrier wave. Then, a switching signal is generated based on the comparison, and the generated switching signal is output to the
これにより、コンデンサ３０の出力電圧と高圧バッテリ３の出力電圧とに基づく三相の正弦波電流が、インバータ回路２０の共通接続点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３からをステータコイル１に出力される。このため、ステータコイル１には回転磁界が発生する。これに伴い、ステータコイル１から発生した回転磁界にロータが同期して回転する。
As a result, a three-phase sine wave current based on the output voltage of the
ここで、負極側母線２１側のスイッチング素子ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６のスイッチング動作に伴って、コンデンサ３０に電荷が蓄積される。
Here, charges are accumulated in the
例えば、スイッチング素子ＳＷ４がオンしているときには、中性点１ｘ側からＷ相コイル１ｃおよびスイッチング素子ＳＷ４を通してグランドに電流が流れる。このとき、Ｗ相コイル１ｃに磁気エネルギーが蓄積される。その後、スイッチング素子ＳＷ４がオフすると、Ｗ相コイル１ｃの磁気エネルギーに基づいた電流がダイオードＤ１を通して正極側母線２２側に流れる。
For example, when the switching element SW4 is on, a current flows from the neutral point 1x side to the ground through the W-phase coil 1c and the switching element SW4. At this time, magnetic energy is accumulated in the W-phase coil 1c. Thereafter, when the switching element SW4 is turned off, a current based on the magnetic energy of the W-phase coil 1c flows to the positive-
すなわち、スイッチング素子ＳＷ４がオフすると、Ｗ相コイル１ｃ側から電流がスイッチング素子ＳＷ１をバイパスして正極側母線２２側に流れる。この電流は、充電電流としてコンデンサ３０に流れ、コンデンサ３０に電荷を蓄積することになる。
In other words, when switching element SW4 is turned off, a current flows from W-phase coil 1c side to positive-
その後、ステップＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０のそれぞれの処理を繰り返す。 Then, each process of step S100, S110, S120, S130, S140 is repeated.
これにより、電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗを読み込む処理と、電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗから充電電流ｉｋを除去して三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａを求める処理と、三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａからロータの位置情報を推定する処理と、このロータの位置情報に基づいてロータの回転数を制御する処理とをそれぞれ繰り返すことになる。したがって、ロータの実際の回転数が目標回転数に近づくようになる。 As a result, the process of reading the currents iu, 1v, iw, the process of obtaining the three-phase AC currents iua, iva, iwa by removing the charging current ik from the currents iu, 1v, iw, and the three-phase AC currents iua, iva, The process of estimating rotor position information from iwa and the process of controlling the rotational speed of the rotor based on the rotor position information are repeated. Therefore, the actual rotational speed of the rotor approaches the target rotational speed.
以上説明した本実施形態によれば、電流センサ４０により検出された三相固定座標系の電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗを二相固定座標系の交流電流に変換して、充電電流ｉｋを取り除いた二相固定座標系の二相の交流電流ｉα、ｉβを求める。これに加えて、交流電流ｉα、ｉβを三相固定座標系の三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａに逆変換する。そして、三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａに基づいてロータの位置情報を推定する。
According to the present embodiment described above, the two-phase fixed coordinate system currents iu, 1v, iw detected by the
したがって、充電電流ｉｋが除去された三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａに基づいて、ロータの位置情報を推定しているので、ロータの正確な位置情報を求めることができる。そして、このように求められたロータの正確な位置情報に基づいてロータの回転数を制御するので、ロータの回転数を精度良く制御することができる。 Therefore, since the position information of the rotor is estimated based on the three-phase alternating currents iua, iva, and iwa from which the charging current ik has been removed, accurate position information of the rotor can be obtained. And since the rotation speed of a rotor is controlled based on the exact position information of the rotor calculated | required in this way, the rotation speed of a rotor can be controlled accurately.
上述の第１の実施形態では、電流センサ４０により検出された三相固定座標系の電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗを、二相座標系の電流としての二相固定座標系の交流電流に変換して、充電電流ｉｋを取り除いた例を示したが、これに代えて、電流センサ４０により検出された三相固定座標系の電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗを、二相座標系の電流としての回転座標系の電流に変換して、充電電流ｉｋを取り除いてもよい。
In the first embodiment described above, the currents iu, 1v, iw of the three-phase fixed coordinate system detected by the
この場合、上述の如く三相固定座標系の電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗを二相固定座標系の交流電流に変換して充電電流ｉｋを取り除く場合と同じメカニズムにより、充電電流ｉｋを取り除くことができる。 In this case, the charging current ik can be removed by the same mechanism as the case where the current iu, 1v, iw of the three-phase fixed coordinate system is converted to the alternating current of the two-phase fixed coordinate system and the charging current ik is removed as described above. .
また、三相固定座標系の電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗを二相固定座標系の交流電流に変換して、この変化された二相固定座標系の交流電流を回転座標系の電流に変換してもよい。
（第２実施形態）
次に、三相固定座標系の電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗに含まれる高周波成分を除去する本第２実施形態を示す。
Also, the currents iu, 1v, iw in the three-phase fixed coordinate system are converted into alternating currents in the two-phase fixed coordinate system, and the changed alternating currents in the two-phase fixed coordinate system are converted into currents in the rotating coordinate system. Also good.
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment for removing high-frequency components contained in the currents iu, 1v, iw of the three-phase fixed coordinate system will be described.
本実施形態の制御回路のモータ制御処理を図７のフローチャートに示す。図７において、図２と同一符号は、同一ステップを示し、その説明を省略する。 The motor control process of the control circuit of this embodiment is shown in the flowchart of FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same steps, and the description thereof is omitted.
本実施形態の制御回路は、ステップＳ１１０において三相固定座標系の電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗから二相固定座標系の電流ｉα、ｉβに変換して充電電流ｉｋの成分を除去した後に、ステップＳ１１５において信号処理により二相固定座標系の電流ｉα、ｉβから高周波成分を取り除く処理を行う。 The control circuit of this embodiment converts the currents iu, 1v, iw of the three-phase fixed coordinate system into the currents iα, iβ of the two-phase fixed coordinate system in step S110 and removes the component of the charging current ik. In FIG. 5, processing for removing high-frequency components from the currents iα and iβ of the two-phase fixed coordinate system is performed by signal processing.
次に、ステップＳ１２０で、交流電流ｉα、ｉβを三相固定座標系の三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａに逆変換する。このため、上記第１の実施形態に比べて三相交流電流に含まれる高周波成分が少ない三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａ（図８参照）を求めることができる。 Next, in step S120, the alternating currents iα and iβ are inversely converted into the three-phase alternating currents iua, iva and iwa in the three-phase fixed coordinate system. For this reason, it is possible to obtain three-phase alternating currents iua, iva, and iwa (see FIG. 8) with less high-frequency components included in the three-phase alternating current than in the first embodiment.
その後、ステップＳ１３０で、三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａに基づいてロータの位置情報を推定する。その後、ステップＳ１４０において、この推定された位置情報に基づいてロータの回転数を制御する。 Thereafter, in step S130, the rotor position information is estimated based on the three-phase alternating currents iua, iva, and iwa. Thereafter, in step S140, the rotational speed of the rotor is controlled based on the estimated position information.
以上説明した本実施形態によれば、三相固定座標系の電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗから充電電流ｉｋの成分を除去することに加えて、二相固定座標系の電流ｉα、ｉβから高周波成分を取り除く処理を行う。したがって、上記第１の実施形態に比べて、高周波成分が少ない三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａに基づいてロータの位置情報を推定する。このため、ロータの位置情報を精度良く推定することができる。これに伴い、ロータの回転数を精度良く制御することができる。 According to the present embodiment described above, in addition to removing the components of the charging current ik from the currents iu, 1v, iw of the three-phase fixed coordinate system, the high-frequency component is derived from the currents iα, iβ of the two-phase fixed coordinate system. Perform the removal process. Therefore, the rotor position information is estimated based on the three-phase alternating currents iua, iva, and iwa that have fewer high-frequency components than in the first embodiment. For this reason, the position information of the rotor can be estimated with high accuracy. Accordingly, the rotational speed of the rotor can be controlled with high accuracy.
（第３の実施形態）
上述の第２実施形態では、二相固定座標系の電流ｉα、ｉβから高周波成分を取り除く処理を行う例を示したが、これに代えて、図９に示すようにしてもよい。
(Third embodiment)
In the second embodiment described above, an example of performing processing for removing high-frequency components from the currents iα and iβ of the two-phase fixed coordinate system has been described, but instead, this may be as shown in FIG.
図９は制御回路のモータ制御処理を示すフローチャートである。図９において、図２と同一符号は、同一ステップを示し、その説明を省略する。 FIG. 9 is a flowchart showing motor control processing of the control circuit. 9, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same steps, and the description thereof is omitted.
この場合、制御回路は、ステップＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０の処理を終了後、ステップ１２５において、三相固定座標系の交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａを回転座標系のｉｄ、ｉｑに変換する。回転座標系の交流電流ｉｄ、ｉｑは、ロータを基準とする座標である。 In this case, after finishing the processing of steps S100, S110, and S120, the control circuit converts the alternating currents iua, iva, and iwa of the three-phase fixed coordinate system into ids and iq of the rotating coordinate system in step 125. The alternating currents id and iq in the rotating coordinate system are coordinates based on the rotor.
次のステップ１２６において、回転座標系の交流電流ｉｄ、ｉｑから高周波成分を取り除いて回転座標系の交流電流ｉｄ’、ｉｑ’を求める。次のステップ１２７において、交流電流ｉｄ’、ｉｑ’を三相固定座標系の交流電流ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂに変換する。その後、ステップＳ１３０で、三相交流電流ｉｕｂ、ｉｖｂ、ｉｗｂに基づいてロータの位置情報を推定する。次のステップＳ１４０において、この推定された位置情報に基づいてロータの回転数を制御する。 In the next step 126, high-frequency components are removed from the alternating currents id and iq in the rotating coordinate system to obtain alternating currents id 'and iq' in the rotating coordinate system. In the next step 127, the alternating currents id 'and iq' are converted into alternating currents iub, ivb and iwb in a three-phase fixed coordinate system. After that, in step S130, the rotor position information is estimated based on the three-phase alternating currents iub, ivb, iwb. In the next step S140, the rotational speed of the rotor is controlled based on the estimated position information.
以上説明した本実施形態によれば、三相固定座標系の交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａを回転座標系のｉｄ、ｉｑに変換した後、この回転座標系の交流電流ｉｄ、ｉｑから高周波成分を取り除く処理を行う。これにより、上述の第２実施形態と同様、高周波成分が少ない三相交流電流ｉｕａ、ｉｖａ、ｉｗａに基づいてロータの位置情報を推定する。このため、ロータの位置情報を精度良く推定することができる。 According to the embodiment described above, after the alternating currents iua, iva, and iwa of the three-phase fixed coordinate system are converted into id and iq of the rotating coordinate system, the high-frequency component is obtained from the alternating currents id and iq of the rotating coordinate system. Perform the removal process. As a result, as in the second embodiment described above, the rotor position information is estimated based on the three-phase alternating currents iua, iva, and iwa that have few high-frequency components. For this reason, the position information of the rotor can be estimated with high accuracy.
（他の実施形態）
上述の各実施形態では、コンデンサ３０をステータコイル１の中性点１ｘと正極側母線２２との間に配置した例を示したが、これに限らず、負極側母線２１と正極側母線２２との間にコンデンサ３０を配置してもよい。この場合、ステータコイル１の中性点１ｘと正極側母線２２との間に高電圧バッテリ３を配置してもよい。
(Other embodiments)
In each of the above-described embodiments, the example in which the
上述の各実施形態では、三相固定座標系の電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗから二相固定座標系の電流に変換して充電電流ｉｋを除去した例を示したが、これに代えて、充電電流ｉｋを除去する座標変換であるならば、三相固定座標系の電流ｉｕ、１ｖ、ｉｗをＮ（＞４）相固定座標系の電流に変換するようにしてもよい。 In each of the above-described embodiments, the example in which the charging current ik is removed by converting the currents iu, 1v, iw of the three-phase fixed coordinate system into the current of the two-phase fixed coordinate system has been described. If the coordinate conversion is to remove ik, the currents iu, 1v, iw in the three-phase fixed coordinate system may be converted into the current in the N (> 4) phase fixed coordinate system.
１ ステータコイル
１ａ Ｕ相コイル
１ｂ Ｖ相コイル
１ｃ Ｗ相コイル
１ｘ 中性点
３ 高電圧バッテリ
５ 電源スイッチ
１０ 駆動装置
２０ インバータ回路
２１ 負極側母線
２２ 正極側母線
３０ コンデンサ
４０ 電流センサ
４５ 電圧センサ
５０ 制御回路
ＳＷ１ スイッチング素子
Ｄ１ ダイオード
1
Claims (4)
直列接続された一対のスイッチング素子を多数組有し、正極側母線（２２）と負極側母線（２１）との間に前記一対のスイッチング素子が多数組、並列接続されているインバータ回路（２０）と、
コンデンサ（３０）と、を備え、
前記インバータ回路を構成する前記複数の前記スイッチング素子がスイッチング動作することにより、電源装置（３）の出力電圧と前記コンデンサ（３０）の出力電圧とに基づいて三相交流電流を前記ステータコイル（１）に出力して前記ステータコイル（１）から前記回転磁界を発生させ、かつ前記スイッチング素子をバイパスしてコンデンサ側に流れる充電電流に基づいて前記コンデンサ（３０）を充電するようになっており、
前記インバータ回路（２０）と前記ステータコイルとの間に流れる三相交流電流を検出する電流検出手段（４５）と、
前記電流検出手段により検出された三相固定座標系の三相交流電流を二相座標系の電流に変換することにより、当該三相交流電流に含まれる前記充電電流の成分を除いた二相座標系の電流を求める座標変換手段（Ｓ１１０）と、
前記座標変換手段により求められた二相座標系の電流に基づいて前記ロータの位置情報を推定する推定手段（Ｓ１３０）と、
前記推定手段により推定されたロータの位置情報に基づいて、前記ロータの回転を制御するように前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させる制御手段（Ｓ１４０）と、
を備えることを特徴とする三相交流同期電動機の駆動装置。 A driving device for a three-phase AC synchronous motor that rotates a rotor by a rotating magnetic field generated from a star-connected stator coil (1),
An inverter circuit (20) having a large number of a pair of switching elements connected in series and a large number of the pair of switching elements being connected in parallel between the positive bus (22) and the negative bus (21) When,
A capacitor (30),
The plurality of switching elements constituting the inverter circuit perform a switching operation, so that a three-phase alternating current is supplied to the stator coil (1) based on the output voltage of the power supply device (3) and the output voltage of the capacitor (30). ) To generate the rotating magnetic field from the stator coil (1), and to charge the capacitor (30) based on a charging current flowing to the capacitor side, bypassing the switching element,
Current detection means (45) for detecting a three-phase alternating current flowing between the inverter circuit (20) and the stator coil;
By converting the three-phase alternating current of the three-phase fixed coordinate system detected by the current detecting means into the current of the two-phase coordinate system, the two-phase coordinates excluding the charging current component included in the three-phase alternating current Coordinate conversion means (S110) for obtaining a current of the system;
Estimation means (S130) for estimating position information of the rotor based on the current of the two-phase coordinate system obtained by the coordinate conversion means;
Control means (S140) for switching the plurality of switching elements to control the rotation of the rotor based on the rotor position information estimated by the estimation means;
A drive device for a three-phase AC synchronous motor, comprising:
前記推定手段は、前記逆変換手段により求められた三相固定座標系の三相交流電流に基づいて前記ロータの位置情報を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の三相交流同期電動機の駆動装置。 Inverse conversion means (S120) for converting the current in the two-phase coordinate system obtained by the coordinate conversion means into the three-phase alternating current in the three-phase fixed coordinate system,
3. The three-phase AC according to claim 1, wherein the estimation unit estimates position information of the rotor based on a three-phase AC current of a three-phase fixed coordinate system obtained by the inverse conversion unit. Synchronous motor drive device.
前記高周波成分除去手段により高周波成分が取り除かれた二相座標系の電流を三相固定座標系の三相交流電流を変換する逆変換手段（１２０）と、を備え、
前記推定手段は、前記逆変換手段により求められた三相固定座標系の三相交流電流に基づいて前記ロータの位置情報を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の三相交流同期電動機の駆動装置。
High-frequency component removal means (115) for removing a high-frequency component contained in the current from the current of the two-phase coordinate system obtained by the coordinate conversion means;
Inversion means (120) for converting the current of the two-phase coordinate system from which the high-frequency component has been removed by the high-frequency component removing means to the three-phase alternating current of the three-phase fixed coordinate system,
3. The three-phase AC according to claim 1, wherein the estimation unit estimates position information of the rotor based on a three-phase AC current of a three-phase fixed coordinate system obtained by the inverse conversion unit. Synchronous motor drive device.
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