JP4062260B2 - 2相変調モータ制御装置 - Google Patents
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Description
一般的な3相交流モータのPWM制御は3相変調であるが、モータ電流が相電圧ではなく相間電圧により決定されること利用して、相間電圧を確保しつつ各相電圧を所定期間毎にインバータのスイッチング素子を常時オンすることにより、1相毎に高位電源レベル又は低位電源レベルに電気角π/3(60度)だけ順次固定してインバータのスイッチング損失を低減できる2相変調が、1987年3月の社団法人電気学会発行の書物「半導体電力変換回路」の第110、111、125頁等に解説が述べられている。以下、上記2相変調方式をπ/3固定方式又は固定相60度切り替え方式と呼ぶものとする。
(全体構成)
このモータ装置の構成をブロック図である図1に示す。1は直流電源、2は駆動装置、3は3相同期モータ、4、5は相電流を検出する二つの電流センサ、6はモータ回転角を検出するモータ回転位置検出手段である。駆動装置2は、スイッチング素子のPWM制御により直流電源1から給電された直流電力を3相交流電力に変換して3相同期モータ3に供給するインバータ7と、このインバータ7の各スイッチング素子を断続制御する制御回路8とからなる。インバータ7は、IGBTとフライホイルダイオードとを並列接続した素子ユニットを合計6ユニットもつ。各IGBTは、高電位側の上アーム素子と低電位側の下アーム素子とに分類される。スイッチング素子としてIGBTの代わりにMOSトランジスタを用いてもよいことはもちろんである。この種の3相インバータの構成と動作とは周知であるため、これ以上の説明は省略する。
(制御回路8の基本的な構成及び動作)
制御回路8の構成及び基本動作を図2を参照して説明する。図2は制御回路8の機能構成を示すブロック回路図である。
(2相変調電圧指令発生手段84の説明)
次に、本発明の特徴をなす2相変調電圧指令発生手段84を図2を参照して以下に説明する。2相変調電圧指令発生手段84は、2相変調方式切替判定手段87、固定相判定手段88、電圧指令演算手段89からなる。
(2相変調方式切替判定手段87の説明)
2相変調方式切替判定手段87は、2π/3固定方式の2相変調方式とπ/3固定方式の2相変調方式とを運転条件において切り替えるものである。この実施例では、入力されるトルク指令trq*とモータ回転数Nmotとを予め記憶する図8に示すマップに代入して2π/3固定方式とπ/3固定方式との切り替えを行う。図8は、トルク指令を縦軸、回転数を横軸とするモータ出力の二次元平面上の運転範囲を示し、原点を含む領域が2π/3固定方式で運転する領域、その外側の領域がπ/3固定方式で運転する領域を示す。図8では、回生象限である第2、第4象限の2π/3固定方式の領域は、力行象限である第1、第3象限の2π/3固定方式の領域より大きく設定されている。これは、回生象限では力行象限に比べて絶対値が同一のトルクであっても相電圧指令が小さくなる傾向にあるためである。
(固定相判定手段88の説明)
固定相判定手段88では、2π/3固定方式及びπ/3固定方式から選択された現在の固定方式に従って、相電圧指令の固定を行う。上アーム固定の2π/3固定方式は、図4に示すように3相電圧指令U*,V*,W*の内、最大となる相電圧指令を1(Duty100%)に固定し、3相の相間電圧が正弦波となるように残りの2相の相電圧指令をシフトさせる。下アームの2π/3固定方式は、図5に示すように3相電圧指令U*,V*,W*の内、最小となる相電圧指令を0(Duty0%)に固定し、3相の相間電圧が正弦波となるように残りの2相の相電圧指令をシフトさせる。π/3固定方式は、図6に示すように3相電圧指令U*,V*,W*の内、極性の異なる1相の相電圧指令をその極性に合わせて1(Duty100%)または0(Duty0%)に固定し、残りの2相の相電圧指令をシフトさせる。例えば、U*>0 かつV*,W*<0の時には、U*を1(Duty100%)に固定し、V*とW*はU*との相間電圧を保持するようシフトさせる。U*<0 かつV*,W*>0の時には、U*を0(Duty0%)に固定し、V*とW*はU*との相間電圧を保持するようにシフトさせる。V*,W*も同様に行う。
(変形態様1)
インバータ停止時には、図10に示すようにインバータの3個の下アーム素子をすべてオンし、3個の上アーム素子をすべてオフさせることが好ましい。このようにすれば、上述した図7に示すブートストラップ回路において、すべての下アーム素子101のオンにより上アーム素子102を駆動する上アーム素子駆動用ドライバ回路100を駆動するためのコンデンサ103が下アーム素子駆動ドライバ回路用電源104の電圧VNにより急速に充電されることができ、次のインバータの駆動を早期に行うことができる。
(変形態様2)
インバータ始動直後においては、図11に示すようにコンデンサ103の充電のために所定時間だけ、インバータの3個の下アーム素子をすべてオンし、3個の上アーム素子をすべてオフさせることが好ましい。このようにすれば、上述した図7に示すブートストラップ回路において、すべての下アーム素子101のオンにより上アーム素子102を駆動する上アーム素子駆動用ドライバ回路100を駆動するためのコンデンサ103が下アーム素子駆動ドライバ回路用電源104の電圧VNにより急速に充電されることができ、次のインバータの駆動を早期に行うことができる。始動直後においても同じである。
(変形態様3)
その他、図12に示すように、なんらかの手段によりインバータやモータの異常を検出した場合には、図7に示すブートストラップ回路において、すべての下アーム素子101をオフし、すべての 上アーム素子102をオフすることが好ましい。このようにすれば、ブートストラップ回路のコンデンサ103すなわち上アーム素子駆動用電源の放電によりインバータの上アーム素子102のオンが不能となり、インバータの動作禁止の安全性が一層確実となる。
2 モータ駆動装置
3 モータ(3相同期モータ)
4 電流センサ
5 電流センサ
6 モータ回転位置検出手段
7 インバータ
8 制御回路
81 モータ回転数演算手段
82 軸電流発生手段
83 相電圧指令発生手段
84 相変調電圧指令発生手段
85 信号発生手段
86 スイッチングゲートドライバ
87 相変調方式切替判定手段
88 固定相判定手段
89 電圧指令演算手段
100 上アーム素子駆動用ドライバ回路
101 下アーム素子
102 上アーム素子
103 コンデンサ
104 下アーム素子駆動ドライバ回路用電源
Claims (9)
- 3相交流モータに印加する3相電圧の各相電圧を所定期間毎に順番に固定する2相変調方式において、
前記3相交流モータのq軸電流iq及びd軸電流idにより定められる座標点が、前記q軸電流iq及びd軸電流idにより決定される電流の二次元平面上の原点を含む所定領域内にある場合に各相電圧を電気角2π/3期間毎に順番に固定する2相変調方式を採用し、前記座標点が前記所定領域外にある場合に各相電圧を電気角π/3期間毎に順番に固定するπ/3固定方式を採用することを特徴とする2相変調方式。 - 3相交流モータに印加する3相電圧の各相電圧を所定期間毎に順番に固定する2相変調方式において、
前記3相交流モータのトルク及び回転数により定められる座標点が、前記トルク及び回転数により決定されるモータ出力の二次元平面上の原点を含む所定領域内にある場合に各相電圧を電気角2π/3期間毎に順番に固定する2相変調方式を採用し、前記座標点が前記所定領域外にある場合に各相電圧を電気角π/3期間毎に順番に固定するπ/3固定方式を採用することを特徴とする2相変調方式。 - 請求項2記載の2相変調方式において、
前記モータ出力の二次元平面は、正回転力行象限、正回転回生象限、逆回転力行象限及び逆回転回生象限により構成され、
回転数の大きさ及び向きが等しい場合に、トルクに対する前記しきい値(絶対値)は、力行象限よりも回生象限において大きく設定されることを特徴とする2相変調方式。 - 請求項2記載の2相変調方式において、
前記所定領域の形状は、正回転力行象限と、逆回転力行象限とで略回転対称とされ、前記所定領域の形状は、正回転回生象限と逆回転回生象限とで略回転対称とされることを特徴とする2相変調方式。 - 請求項1乃至4のいずれか記載の2相変調方式において、
前記インバータの上アーム素子はブートストラップ回路により駆動され、
前記2π/3固定方式は、固定される前記相電圧を出力する上アーム素子と下アーム素子とのペアのうち、前記上アーム素子をオフ固定し、前記下アーム素子をオン固定して実施する2相変調方式。 - 請求項1乃至5のいずれか記載の2相変調方式において、
前記インバータの上アーム素子はブートストラップ回路により駆動され、
前記3相交流モータに前記3相電圧を出力するインバータの始動直後に、すべての上アーム素子をオフし、すべての下アーム素子をオンすることを特徴とする2相変調方式。 - 請求項1乃至6のいずれか記載の2相変調方式において、
前記インバータの上アーム素子はブートストラップ回路により駆動され、
前記3相交流モータに前記3相電圧を出力するインバータの停止に際して、すべての上アーム素子をオフし、すべての下アーム素子をオンして待機状態とすることを特徴とする2相変調方式。 - 請求項1乃至7のいずれか記載の2相変調方式において、
前記インバータの上アーム素子はブートストラップ回路により駆動され、
前記3相交流モータに前記2相変調された3相電圧を出力するインバータが異常であることを検出した場合に、すべての上アーム素子をオンし、すべての下アーム素子をオフした状態として駆動禁止状態とすることを特徴とする2相変調方式。 - 請求項1乃至8のいずれか記載の2相変調方式において、
前記3相交流モータは、自動車用走行モータであることを特徴とする2相変調方式。
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