JP2004336876A - 三相電圧形インバータ装置および三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法 - Google Patents
三相電圧形インバータ装置および三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】製造コストの低減および小型化を図った三相電圧形インバータ装置は、直流母線中に配されるシャント抵抗4の端子電圧をA/D変換する高速A/D変換回路50、相電流位相を検出する相電流位相演算手段51、力率角φを計算する相電流− 印加電圧位相差演算手段52、力率角φを一時的に格納するメモリ58、三相交流の印加電圧の振幅を設定する印加電圧振幅設定手段53、目標力率角を設定する目標力率角設定手段54、目標力率角に力率角φが合致する様にU、V、W指示値作成手段60へ指示する印加電圧位相設定手段55、U、V、W指示値56h、56i、56jを出力するU、V、W指示値作成手段60、120度電圧ベクトル優先によりPWMパルスを出力する三相PWM電圧発生手段56、およびキャリアkを出力するキャリア信号発生手段57を備える制御器5とを備え、三相同期モータをセンサレス制御することができる。
【選択図】 図12
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相電圧形インバータ装置および三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
特許文献1に記載のブラシレスDCモータの駆動装置は、三相電流線の一つに設けられモータ電流を検出するための交流電流検出器と、電流ゼロクロス時のモータ電圧位相を検出し、このモータ電圧位相を基準とするモータ電流位相を検出する電流位相検出手段と、このモータ電流位相が所望のモータ電流位相になるように、インバータ回路の電圧指令または周波数指令を演算する演算手段とを有し、演算結果に基づいてインバータ回路を制御している。
【0003】
【特許文献1】
特開平5− 236789号公報(第1頁〜第5頁、図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
(特許文献1の課題)
交流電流検出器100は、体格が大きく、高価であるので、駆動装置の大型化とコスト高を招く(図16参照)。
電流ゼロクロス時に、モータ電圧位相と相電流位相との位相差を検出する構成であるので、180度毎の位相検出となり、瞬時位相の検出ができない(図16参照)。
【0005】
本発明の第1の目的は、三相交流の相電流位相を任意のタイミングで検出することができる三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法の提供にある。
本発明の第2の目的は、三相交流の相電流位相を任意のタイミングで検出することができる小型で安価な三相電圧形インバータ装置の提供にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
[請求項1について]
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続されている。モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。母線電流検出手段は、直流電源の直流母線を流れる母線電流を検出する{図1の(a)参照}。
【0007】
駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミング201、202で検出した第1、第2の母線電流値を演算して、三相交流の一つの相の相電流位相を検出する{図1の(b)、(c)参照}。なお、図1の(c)の白丸は、U相、V相の現在の瞬時電流値を示す。
【0008】
三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、高価で体格が大きい交流電流検出器による相電流の検出を行わず、直流母線を流れる母線電流を、一つのシャント抵抗等による母線電流検出手段が検出する構成であるので、製造コストの低減および小型化に有利である。
【0009】
また、三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミング201、202で検出した第1、第2の母線電流値を演算して、三相交流の一つの相の相電流位相を検出する構成であるので、三相交流の一つの相の相電流位相を任意のタイミングで検出可能となる。なお、任意のタイミングで位相検出が可能であると、過渡運転時等のモータ制御性能の向上に有利である。
【0010】
なお、請求項1の三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、二相、三相変調と、60度、120度電圧ベクトル優先とのいずれの組み合わせでも、三相交流の一つの相の相電流位相が検出可能である。
【0011】
[請求項2について]
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続されている。モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。母線電流検出手段は、直流電源の直流母線を流れる母線電流を検出する。
【0012】
駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性に基づいて、三相交流の一つの相の相電流位相を検出する{図2の(a)、(b)参照}。なお、図2の(a)の白丸は、U相、V相の現在の瞬時電流値を示す。
【0013】
三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、高価で体格が大きい交流電流検出器による相電流の検出を行わず、直流母線を流れる母線電流を、一つのシャント抵抗等による母線電流検出手段が検出する構成であるので、製造コストの低減および小型化に有利である。
【0014】
三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性に基づいて、三相交流の一つの相の相電流位相を検出する構成であるので、三相交流の一つの相の相電流位相を0度〜360度の範囲で検出可能となる。なお、0度〜360度の範囲で位相検出が可能であると、過渡運転時等のモータ制御性能の向上に有利である。
また、一つのシャント抵抗等による母線電流検出手段の電流検出精度は、高くなくても良い。
【0015】
なお、請求項2の三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、二相、三相変調と、60度、120度電圧ベクトル優先とのいずれの組み合わせでも、三相交流の一つの相の相電流位相が検出可能である。
【0016】
なお、モータは、ロータに磁気的突極性を有するシンクロナスリラクタンスモータ(SynRM )、ロータに磁気的突極性と磁石を有するインテリアパーマネントマグネットモータ(IPM )、またはロータ表面に磁石を有するサーフェスパーマネントマグネットモータ(SPM )等を用いることができる。
【0017】
[請求項3について]
異なるスイッチングタイミングは、ゼロ電圧ベクトルV0、V7時を除く、連続する二つのスイッチングタイミング{図3(a)のV1、V2、V3、V4、V5、V6および図3の(c)参照}である。なお、図3の(a)において、(1,0,0)等の三桁のコードの1は、該当桁に対応する正側(上側)のトランジスタがオンで、負側(下側)のトランジスタがオフである状態を意味し、0は該当桁に対応する正側(上側)のトランジスタがオフで、負側(下側)のトランジスタがオンである状態を意味する。
【0018】
請求項3の三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法は、異なるスイッチングタイミングが時間的に連続しているので、相電流位相の検出誤差を低減できる。なお、この三相交流電流位相検出方法は、二相、三相変調と、60度、120度電圧ベクトル優先とのいずれの組み合わせでも、三相交流の一つの相の相電流位相が検出可能である。
【0019】
[請求項4について]
駆動信号出力手段は、所定の順序で所定の一相の半導体スイッチング素子の駆動を所定期間停止し、残り二相の半導体スイッチング素子を所定のPWM周期でPWM変調を行う二相変調制御であって、指令電圧ベクトルを挟み120度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成して駆動信号としての三相PWM電圧を発生させている(図4参照)。
【0020】
二相変調で、且つ120度電圧ベクトル優先させ、キャリアの山、谷をトリガにしてA/D変換することにより、二つの相電流が検出可能である(図5の二相変調参照)。
なお、三相変調では、キャリアの山、谷時同一相電流である(図5の三相変調)。
また、120度電圧ベクトル優先とは、120度以上位相が異なる二つ以上の電圧ベクトルを合成することである{図6の(a)、(c)、(d)参照}。
なお、通常の方式では、位相が60度異なる二つの電圧ベクトルを合成している{図6の(a)、(b)参照}。
なお、図7に示す様に、一相のみ位相をシフトさせたキャリアで変調して120度位相差電圧ベクトルを生成する。
【0021】
[請求項5について]
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続されている。三相同期モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。母線電流検出手段は、直流母線を流れる母線電流を検出する。駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
【0022】
相電流位相検出手段は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する。
相電流− 印加電圧位相差検出手段は、相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と、その任意の一相の相電流位相に対応する相の印加電圧位相との相電流− 印加電圧位相差を検出する。
例えば、相電流位相検出手段が検出する相電流位相がU相であれば、相電流− 印加電圧位相差検出手段は、U相の相電流位相(Iu)とU相の印加電圧位相(Vu)との差である力率角φを計算する(図8参照)。
【0023】
また、相電流位相検出手段が検出する相電流位相がV相であれば、相電流− 印加電圧位相差検出手段は、V相の相電流位相とV相の印加電圧位相との差である力率角を計算する。
これにより、三相同期モータのセンサレス制御に利用することができる。
【0024】
なお、異なるスイッチングタイミングは、ゼロ電圧ベクトル時を除く連続する二つの異なるスイッチングタイミングである構成(請求項3)が好適である。
また、二相変調制御で、且つ指令電圧ベクトルを挟み120度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成して、駆動信号としての三相PWM電圧を発生(請求項4)させても良い。
【0025】
[請求項6について]
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される。三相同期モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。母線電流検出手段は、直流母線を流れる母線電流を検出する。駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
【0026】
相電流位相検出手段は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する。
位相差検出手段は、相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と三相同期モータのロータ回転子位相との差を検出する。
【0027】
例えば、相電流位相検出手段が検出する相電流位相がU相(任意の一相)であれば、位相差検出手段が、U相(任意の一相)の相電流位相(Iu)と三相同期モータのロータ回転子位相{SIN(θ)}との差φ1 を検出する(図9参照)。これにより、上記差φ1 を三相同期モータのベクトル制御に利用することができる。
【0028】
[請求項7について]
相電流− 印加電圧位相差や、相電流位相とロータ回転子位相との差を、メモリへ上書き保存が可能な格納手段を設けている。
これにより、単一ベクトル時や短パルス長時などでも位相差(初期位相φ)をセンサレス制御やベクトル制御に利用可能となる。
【0029】
[請求項8について]
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続されている。三相同期モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。母線電流検出手段は、直流母線を流れる母線電流を検出する。駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
相電流位相検出手段は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する。
【0030】
相電流− 印加電圧位相差検出手段は、相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と、その任意の一相の相電流位相に対応する相の印加電圧位相との相電流− 印加電圧位相差を検出する。
例えば、相電流位相検出手段が検出する相電流位相がU相であれば、相電流− 印加電圧位相差検出手段は、U相の相電流位相とU相の印加電圧位相との差である力率角を計算する(図8参照)。また、相電流位相がV相であれば、V相の相電流位相とV相の印加電圧位相との差である力率角を計算する。
【0031】
印加電圧位相設定手段は、指令回転数および指令トルクに応じて設定された目標位相差に相電流− 印加電圧位相差検出手段が検出した相電流− 印加電圧位相差が合致する様に、三相の印加電圧の位相を設定する。
この三相電圧形インバータ装置は、瞬時の力率角が検出できるため、過渡応答に優れた、モータのセンサレス制御が可能となる。
【0032】
[請求項9について]
六個の半導体スイッチング素子は、正側アームおよび負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続されている。モータは、半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続している。駆動信号出力手段は、半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する。
母線電流検出手段は、一つのシャント抵抗等を用い、異なるスイッチングタイミングで直流母線を流れる母線電流を検出(第1、第2の母線電流値)し、この第1、第2の母線電流値から任意の二相の相電流値を取得する。
【0033】
この第1、第2の母線電流値を常時監視して任意の二相の相電流値の大小関係を判別し、その大小関係が逆転する時点を、残りの一相の相電流がゼロクロスする時期であると検出する(図10参照)。
残りの一相の相電流がゼロクロスする瞬間の印加電圧位相を検出することで力率角が求まり、力率角式センサレス駆動に利用できる。
【0034】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の第1実施例(請求項1、2、3、4、5、7、8に対応)に係る三相電圧形インバータ装置Aについて説明する。
三相電圧形インバータ装置Aは、図11〜図13に示す如く、直流電源1の直流母線11− 直流母線12間に、正側、負側アームを構成する様に三相ブリッジ接続されるスイッチング素子21〜26と、各相(U相、V相、W相)のステータ巻線を交流出力端子31、32、33に電気接続した三相同期モータ3と、直流母線12に配されるシャント抵抗4と、スイッチング素子21〜26をPWM制御する制御器5とを備え、自動車に組み付けられている。
【0035】
直流電源1は、車載バッテリである。
インバータ2を構成するスイッチング素子21〜26は、パワートランジスタであり、フライホイールダイオードを電気接続している。なお、パワーMOS・FETやIGBT等でも良い。
【0036】
三相同期モータ3は、ラジエータ用電動ファンモータである。なお、空調用の圧縮機を駆動するためのモータであっても良い。
シャント抵抗4は、低い抵抗値(数mΩ〜数Ω)を有する抵抗であり、過電流に対する安全対策と、直流母線12を流れる母線電流から相電流を検出するために配されている。
【0037】
制御器5は、高速A/D変換回路50、相電流位相演算手段51、相電流− 印加電圧位相差演算手段52、印加電圧振幅設定手段53、目標力率角設定手段54、印加電圧位相設定手段55、PWMパルスを出力する三相PWM電圧発生手段56、キャリアkを出力するキャリア信号発生手段57、メモリ58、およびU、V、W指示値作成手段60を備える。
【0038】
高速A/D変換回路50は、ゼロ電圧ベクトル(V0、V7)時を除く異なる二つのスイッチングタイミングでシャント抵抗4の端子電圧を高速A/D変換して第1、第2の母線電流値に換算する。なお、異なる二つのスイッチングタイミングで行う高速A/D変換は、マイクロコンピュータ内のタイマを、キャリアkの山または谷で起動し、タイマのタイムアップ時に行う。
【0039】
相電流位相演算手段51(相電流位相検出手段)は、ソフトウェアで構成され、上記第1、第2の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性に基づいて、三相交流の一つの相の相電流位相を下記に示す様に検出する{図2の(a)、(b)参照}。なお、図2の(a)の白丸は、U相、V相の現在の瞬時電流値を示す。
【0040】
(相電流位相の検出)
図2の(b)において、180度周期関数である太線のSIN/SIN(120)カーブは、SINカーブのU相の電流波形Iu÷SIN(120)カーブのV相の電流波形Ivである。
V相の電流極性がプラスであれば120度〜300度、マイナスであれば、300度〜360度、0度〜120度であることを判断し、SIN/SIN(120)カーブの情報を用いて更に高分解に相電流位相を検出する。なお、SIN/SIN(120)カーブの情報からの相電流位相の検出は、予めメモリに記憶させておいたマップに基づいて位相に変換して行う。
【0041】
相電流− 印加電圧位相差演算手段52(相電流− 印加電圧位相差検出手段)は、ソフトウェアで構成され、相電流位相演算手段51が検出した一つの相の相電流位相と、その相の相電流位相に対応する相の印加電圧位相との相電流− 印加電圧位相差を検出する。
【0042】
例えば、相電流位相演算手段51が検出する、一つの相の相電流位相がU相であれば、相電流− 印加電圧位相差演算手段52は、U相の相電流位相(Iu)とU相の印加電圧位相(Vu)との差である力率角φを計算する(図8参照)。この力率角φは、メモリ58へ格納手段(図示せず)により上書き保存される。
【0043】
印加電圧振幅設定手段53は、ソフトウェアで構成され、三相同期モータ3に通電する三相交流の印加電圧の振幅を、車載ECU6が出力する指令回転数61および指令トルク62に基づいて、予め定められた所定値に設定する。
【0044】
目標力率角設定手段54は、ソフトウェアで構成され、車載ECU6が出力する指令回転数61および指令トルク62に基づいて、目標力率角(目標位相差)を設定する。
印加電圧位相設定手段55は、ソフトウェアで構成され、目標力率角設定手段54が設定した目標力率角(目標位相差)に、相電流− 印加電圧位相差演算手段52が検出した力率角φ(相電流− 印加電圧位相差)が合致する様にU、V、W指示値作成手段60へ指示し、U、V、W指示値作成手段60が三相PWM電圧発生手段56へ、下記に示すU、V、W指示値56h、56i、56jを出力する。これにより、三相の印加電圧の位相と振幅が設定される。
【0045】
【数1】
【0046】
三相PWM電圧発生手段56(駆動信号出力手段)は、図13の(c)に示すブロック図の構成を有する。
図13の(c)において、56aはキャリア信号発生手段57が出力するキャリアkのキャリア位相を反転させるInverterであり、56b〜56gはキャリアkや位相が反転したキャリアを選択的にU、V、W相PWM信号発生手段56u、56v、56wに入力するための電子スイッチである。
一相のみ位相をシフトさせたキャリアで、U、V、W指示値56h、56i、56jを変調することにより120度位相差電圧ベクトルが生成される{図7の(b)、(c)参照}。
【0047】
これにより、所定の順序で所定の一相のスイッチング素子の駆動を所定期間停止し、残り二相のスイッチング素子を所定のPWM周期でPWM変調を行う二相変調制御であって、指令電圧ベクトルを挟み120度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成(120度電圧ベクトル優先)して駆動信号としてのPWMパルス(三相PWM電圧)を発生させることができる。
なお、120度電圧ベクトル優先とは、120度以上位相が異なる二つ以上の電圧ベクトルを合成したものである。
【0048】
本実施例の三相電圧形インバータ装置Aは、以下に示す利点を有する。
〔あ〕高価で体格が大きい交流電流検出器を用いて相電流の検出を行わず、一つのシャント抵抗4の端子電圧を高速A/D変換により直流母線12を流れる母線電流を検出する構成であるので、製造コストが安価で、且つ占有スペースを小さくすることができる。
【0049】
〔い〕高速A/D変換回路50が、一つのシャント抵抗4の端子電圧を、ゼロ電圧ベクトルV0、V7時を除く、連続する異なる二つのスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性に基づいて、三相交流の一つの相の相電流位相を検出する構成であるので、三相交流の一つの相の相電流位相を0度〜360度の範囲で検出可能であり、過渡運転時等のモータ制御性能の向上が図れる。なおシャント抵抗4の抵抗値の絶対精度は高くなくても良い。
また、異なる二つのスイッチングタイミングが連続しているので、相電流値の検出誤差は小さい。
【0050】
〔う〕所定の順序で所定の一相のスイッチング素子の駆動を所定期間停止し、残り二相のスイッチング素子を所定のPWM周期でPWM変調を行う二相変調制御であって、指令電圧ベクトルを挟み120度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成(120度電圧ベクトル優先)して駆動信号としてのPWMパルスを発生させているので、二つの相電流を検出するためのA/D変換のタイミングを、キャリアkの山や谷をトリガにすることで容易に決定することができる。
【0051】
〔え〕相電流− 印加電圧位相差演算手段52により、相電流位相とその相の印加電圧位相との差である、瞬時の力率角φが検出できるので、過渡応答に優れた、三相同期モータ3のセンサレス制御が可能となる。また、メモリ58へ格納手段により力率角φが上書き保存されるので、単一ベクトル時や短パルス長時などでも位相差(初期位相φ)を利用することが可能である。
【0052】
つぎに、本発明の第2実施例(請求項1、2、3、4、6、7に対応)に係る三相電圧形インバータ装置Bを、図11、図13、図14に基づいて説明する。
三相電圧形インバータ装置Bは、以下の構成が三相電圧形インバータ装置Aと異なる。
【0053】
制御器5は、高速A/D変換回路50、相電流位相演算手段51、位相差検出手段59、印加電圧振幅設定手段53、印加電圧位相設定手段55、PWMパルスを出力する三相PWM電圧発生手段56、キャリアkを出力するキャリア信号発生手段57、メモリ58、およびU、V、W指示値作成手段60を備える。
【0054】
高速A/D変換回路50、相電流位相演算手段51、三相PWM電圧発生手段56、キャリア信号発生手段57、およびメモリ58は、第1実施例のものと同様の構成を有し、同様に作動する。
【0055】
印加電圧振幅設定手段53は、ソフトウェアで構成され、三相同期モータ3に配設した回転数センサにより検出されるモータ回転数が、上位コントローラが出力する指令回転数ωに一致する様に、三相同期モータ3に通電する三相交流の印加電圧の振幅を設定する。
【0056】
位相差検出手段59は、ソフトウェアで構成され、三相同期モータ3に配設したロータ位置センサが送出するセンサ出力と、相電流位相演算手段51が検出した三相交流の一つの相の相電流位相とに基づいて、相電流位相とロータ回転子位相との差φ1 を検出する(図9参照)。この差φ1 は、メモリ58へ図示しない格納手段により上書き保存される。
【0057】
印加電圧位相設定手段55は、ソフトウェアで構成され、メモリ58に上書き保存される、相電流位相とロータ回転子位相との差φ1 が、上位コントローラが出力する指令電流位相αに一致する様にU、V、W指示値作成手段60へ指示し、U、V、W指示値作成手段60が三相PWM電圧発生手段56にU、V、W指示値56h、56i、56jを出力する。これにより、三相の印加電圧の位相と振幅が設定される。
【0058】
本実施例の三相電圧形インバータ装置Bは、上記〔あ〕、〔い〕、〔う〕に準じた効果以外に、以下に示す利点を有する。
〔お〕位相差検出手段59により、相電流位相とロータ回転子位相との差φ1 が検出されるので、三相同期モータ3のベクトル制御に利用することができる。また、メモリ58へ格納手段により、相電流位相とロータ回転子位相との差φ1 が上書き保存されるので、単一ベクトル時や短パルス長時などでも上記差φ1 を利用することが可能である。
【0059】
つぎに、本発明の第3実施例(請求項1、3、7、9に対応)に係る三相電圧形インバータ装置Cを、図11、図13、図15に基づいて説明する。
三相電圧形インバータ装置Cは、以下の構成が三相電圧形インバータ装置Aと異なる。
【0060】
制御器5は、高速A/D変換回路50、電流大小比較手段71、ゼロクロスタイミング判定手段72、メモリ73、力率角φ算出手段74、印加電圧振幅設定手段53、印加電圧位相設定手段55、PWMパルスを出力する三相PWM電圧発生手段56、キャリアkを出力するキャリア信号発生手段57、メモリ58、およびU、V、W指示値作成手段60を備える。
【0061】
高速A/D変換回路50、印加電圧振幅設定手段53、三相PWM電圧発生手段56、キャリア信号発生手段57、およびメモリ58は、第1実施例のものと同様の構成を有し、同様に作動する。
【0062】
電流大小比較手段71は、ソフトウェアで構成され、高速A/D変換回路50が二つのスイッチングタイミングで、シャント抵抗4の端子電圧を高速A/D変換して換算した、第1の相の相電流に対応する第1の母線電流値と、第2の相の相電流に対応する第2の母線電流値との大きさを常時比較する。
【0063】
ゼロクロスタイミング判定手段72は、ソフトウェアで構成され、第1、第2の母線電流値の大きさが逆転する時点を、残りの一相の相電流がゼロクロスするタイミングであると判定する。なお、メモリ73には、前回の符号が格納されている。
【0064】
力率角φ算出手段74は、ソフトウェアで構成され、ゼロクロス判定時に、ゼロクロスした瞬間の、一相の相電流位相とその一相の印加電圧位相との差を力率角φとして算出する。この力率角φは、メモリ58へ図示しない格納手段により上書き保存される。
【0065】
本実施例の三相電圧形インバータ装置Cは、上記〔あ〕、〔う〕に準じた効果以外に、以下に示す利点を有する。
〔か〕ゼロクロスタイミング判定手段72のゼロクロス判定時に、ゼロクロスした瞬間の、一相の相電流位相とその一相の印加電圧位相との差を力率角φとして力率角φ算出手段74が算出する構成であるので、力率角式センサレス駆動に利用できる。
【0066】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
a.請求項5、6、8の相電流位相検出手段は、母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性を用いて三相交流の相電流位相を検出する構成であっても良い。
【0067】
b.母線電流検出手段は、シャント抵抗4以外にホール素子等でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は請求項1の構成を説明するための三相電圧形インバータ装置の電気回路図、(b)は三相変調時における母線電流値の検出タイミングを示す説明図、(c)はU相、V相の電流位相を示す説明図である。
【図2】(a)は請求項2の構成を説明するためのU相、V相の電流位相Iu、Ivを示す説明図であり、(b)はU相の電流位相Iu、V相の電流位相Iv、およびU相/V相の電流位相Iu/Ivを示すグラフである。
【図3】(a)は請求項3の構成を説明するための電圧ベクトルV1〜V6における、正極側の各アームの状態、検出相電流Iu、およびコードの状態を示す説明図であり、(b)は電圧ベクトルV1〜V6の方向を示す説明図であり、(c)は三相変調時における母線電流値の検出タイミングを示す説明図である。
【図4】指令ベクトルを挟み、120度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成する様子を示す説明図である。
【図5】三相変調時(120度優先および60度優先)において、高DUTY時と低DUTY時におけるA/D変換タイミングの時期を記載したグラフ、および二相変調時(120度優先および60度優先)において、高DUTY時と低DUTY時におけるA/D変換タイミングの時期を記載したグラフである。
【図6】(a)はU相、V相、W相の端子電圧の位相を示すグラフであり、(b)は60度優先ベクトルによる三相変調の説明図であり、(c)、(d)は120度優先ベクトルによる三相変調の説明図である。
【図7】(a)〜(c)は、一相のみ位相をシフトさせたキャリアで変調して120度位相差電圧ベクトルを生成する方法を示す説明図である。
【図8】U相の相電流位相(Iu)とU相の印加電圧位相(Vu)との位相差(力率角φ)を示すグラフである。
【図9】相電流位相(Iu)と三相同期モータのロータ回転子位相{SIN(θ)}との差φ1 を示すグラフである。
【図10】第1、第2の母線電流値の大小関係が逆転する時点を求めるための説明図である。
【図11】本発明の第1〜第3実施例に係る三相電圧形インバータ装置のブロック図である。
【図12】本発明の第1実施例に係る三相電圧形インバータ装置の制御器内の構成を示すブロック図である。
【図13】120度位相電圧ベクトル生成を行う三相PWM電圧発生手段の説明図である。
【図14】本発明の第2実施例に係る三相電圧形インバータ装置の制御器内の構成を示すブロック図である。
【図15】本発明の第3実施例に係る三相電圧形インバータ装置の制御器内の構成を示すブロック図である。
【図16】特許文献1に係るブラシレスDCモータの駆動装置の説明図である。
【符号の説明】
A、B、C 三相電圧形インバータ装置
φ 力率角(相電流− 印加電圧位相差)
1 直流電源
3 三相同期モータ(モータ)
4 シャント抵抗(母線電流検出手段)
11、12 直流母線
21〜26 スイッチング素子(半導体スイッチング素子)
31〜33 交流出力端子
50 高速A/D変換回路(母線電流検出手段)
51 相電流位相演算手段(相電流位相検出手段)
52 相電流− 印加電圧位相差演算手段(相電流− 印加電圧位相差検出手段)
53 印加電圧振幅設定手段
55 印加電圧位相設定手段
56 三相PWM電圧発生手段(駆動信号出力手段)
58 メモリ
59 位相差検出手段
61 指令回転数
62 指令トルク
Claims (9)
- 正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続したモータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段とを有する三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法であって、
前記母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出することを特徴とする三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法。 - 正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続したモータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段とを有する三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法であって、
前記母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値に基づいて求めた、二相の相電流値の比および一つの相電流の極性を用いて三相交流の相電流位相を検出することを特徴とする三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法。 - 前記異なるスイッチングタイミングは、ゼロ電圧ベクトル時を除く、連続する二つのスイッチングタイミングであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法。
- 前記駆動信号出力手段は、所定の順序で所定の一相の半導体スイッチング素子の駆動を所定期間停止し、残り二相の半導体スイッチング素子を所定のPWM周期でPWM変調を行う二相変調制御であって、
指令電圧ベクトルを挟み120度位相が異なる二つの電圧ベクトルを合成して前記駆動信号としての三相PWM電圧を発生させることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法。 - 正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続した三相同期モータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、
前記母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する相電流位相検出手段と、
該相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と、その任意の一相の相電流位相に対応する相の印加電圧位相との相電流− 印加電圧位相差を検出する相電流− 印加電圧位相差検出手段とを備えることを特徴とする三相電圧形インバータ装置。 - 正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続した三相同期モータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、
前記母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する相電流位相検出手段と、
該相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と前記三相同期モータのロータ回転子位相との差を検出する位相差検出手段とを備えることを特徴とする三相電圧形インバータ装置。 - 相電流− 印加電圧位相差や、前記相電流位相と前記ロータ回転子位相との差を、メモリへ上書き保存が可能な格納手段を設けたことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の三相電圧形インバータ装置。
- 正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続した三相同期モータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段と、
前記母線電流検出手段が異なるスイッチングタイミングで検出した第1、第2の母線電流値を演算して三相交流の相電流位相を検出する相電流位相検出手段と、
該相電流位相検出手段が検出した任意の一相の相電流位相と、その任意の一相の相電流位相に対応する相の印加電圧位相との相電流− 印加電圧位相差を検出する相電流− 印加電圧位相差検出手段と、
指令回転数および指令トルクに応じて設定された目標位相差に前記相電流− 印加電圧位相差が合致する様に、三相の印加電圧の位相を設定する印加電圧位相設定手段とを備えることを特徴とする三相電圧形インバータ装置。 - 正側、負側アームを構成する様に、直流電源の直流母線間に三相ブリッジ接続される六個の半導体スイッチング素子と、
該半導体スイッチング素子の各交流出力端子に、各相のステータ巻線を接続したモータと、
直流母線を流れる母線電流を検出する母線電流検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の各制御端子に駆動信号を出力する駆動信号出力手段とを有する三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法であって、
前記母線電流検出手段が検出した母線電流に基づいて取得される、任意の二相の相電流値の大小関係が逆転する時点を、残りの一相の相電流がゼロクロスする時期であると検出する三相電圧形インバータ装置の三相交流電流位相検出方法。
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