JP2006033991A

JP2006033991A - パルス幅変調方式によるモータ駆動方法

Info

Publication number: JP2006033991A
Application number: JP2004208652A
Authority: JP
Inventors: Koji Yasui; 孝次安井
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】本発明は、三角波から外れる電圧指令の電圧レベルをシフトすることにより、高効率のモータ駆動を行うことを目的とする。
【解決手段】本発明によるパルス幅変調方式によるモータ駆動方法は、三相の電圧指令(30,31,32)の中の何れかの電圧レベルが三角波(20)から外れた場合、前記電圧レベルを前記三角波から外れないようにシフトさせる方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス幅変調方式によるモータ駆動方法に関し、特に、三角波から各相電圧指令の電圧レベルが外れた場合、外れないように電圧レベルをシフトさせ、常に三角波との比較を可能とし、三相とも常に比較できる範囲に移動させ、効率的な運転を行うための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の三相三角波比較パルス幅変調（ＰＷＭ）方式によるモータ駆動方法としては、特許文献１にも開示されているように、図２及び図３で示される構成が採用されていた。
図２において、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相の駆動コイル１、２、３に流れる電流を正弦波状に制御する必要があり、そのために各駆動コイル１、２、３に一対設けられた合計６個のトランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのオン・オフを制御してＵ，Ｖ，Ｗ相の各駆動コイルに適切な電圧を印加しなければならない。そのため、従来は、図３で示すパルス幅変調方式（以下、ＰＷＭ方式と云う）によるパルス信号を用いた駆動方式を採用していた。

すなわち、前述の方式では各相すなわち各駆動コイル１、２、３のハイアーム側のトランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨとローアーム側のトランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬとは互いにオン・オフが逆となっており、ＰＷＭ方式の１サイクルのうち、区間Ｍでは各相ともハイアーム側のトランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨがオンしているので、各Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電圧差は零となり、電流が流れることはない。

次に、図３の区間Ｎでは、Ｕ，Ｖ相はハイアーム側のトランジスタＵＨ，ＶＨがオンであり、Ｗ相はローアーム側のトランジスタＷＬがオンしているので、Ｕ，Ｖ相とＷ相とにＶｃｃの電圧差が生じ、Ｕ，Ｖ相からＷ相へ電流が流れる。次に、区間Ｏでは、Ｕ相はハイアーム側のトランジスタＵＨがオン、Ｖ，Ｗ相はローアーム側のトランジスタＶＬ，ＷＬがオンであるため、Ｕ相とＶ，Ｗ相とにＶｃｃの電圧差が生じＵ相からＶ，Ｗ相へ電流が流れる。

次に、区間Ｐでは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ともローアーム相のトランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬがオンであるため、Ｕ，Ｖ，Ｗ相には電圧差はなく、電流は流れない。

また、ＰＷＭ方式では、１サイクルの周期Ｔが短いため、区間ＭｈＰの動きにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ相には平均してＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（０＜Ｖｗ＜Ｖｖ＜Ｖｕ）の電圧が印加された状態と等価になり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗはその電圧差に対応して流れることになる。この場合には、ｉｕ＞０，ｉｖ＝０，ｉｗ＜０となり、この電圧ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは前述の区間Ｍ，Ｐのように各相Ｕ，Ｖ，Ｗの電圧差が零（０）の区間においても、各駆動コイル１、２、３のインダクタンスの働きにより電流は流れ続けようとする。すなわち、区間ＭではトランジスタＵＨ，ＷＨに並列に設けられたフライホイルダイオードＤＷＨによりＵＨ−Ｕ−Ｗ−ＤＷＨの循環ループにより流れる。また、区間ＰではトランジスタＵＬのフライホイルダイオードＤＵＬによりＤＵＬ−Ｕ−Ｗ−ＷＬの循環ループにより流れ続ける。

前記パルス信号を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相パルス信号１０、１１、１２は、図４に示されるように、周知の三角波発生回路から予め得られた三角波２０に対してＵ相、Ｖ相、Ｗ相電圧指令３０、３１、３２を比較させて得られ、この各相電圧指令３０、３１、３２が、図２のＨｉアーム側とＬｏアーム側の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのオン／オフを切換えることにより、モータ駆動が行なわれる。

例えば、図５は図４のＡ点での電流の流れを示しており、Ｕ相、Ｖ相駆動コイル１、２に電流が流れ、図６は図４のＢ点での電流の流れを示しており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相駆動コイル１、２、３に電流が流れている状態を示している。

前述の図４に開示された三角波２０に対する各電圧指令３０〜３１は、その電圧レベルが一定の場合であるが、図７のように、正弦波状に変化する場合も、各電圧指令３０〜３２の電圧レベルと三角波２０との比較が行われる。

特開平６−１６５５７３号公報

従来、用いられていたＰＷＭによるモータ駆動方法は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、図８で示されるように、三角波２０の波高値に対して各相電圧指令３０，３１，３２の中、例えば、Ｕ相電圧指令３０が三角波２０の範囲Ａでは、Ｕ相電圧指令３０の電圧が大きすぎて、三角波２０との比較が不能となり、その分、電圧の利用効率も低下し、モータ駆動の効率も低下することになっていた。

本発明によるパルス幅変調方式によるモータ駆動方法は、三相のＵ相、Ｖ相、及びＷ相電圧指令を三角波と比較して得られたＵ相、Ｖ相、及びＷ相パルス信号を用い、三相の各駆動コイルを切換励磁し、モータを前記各パルス信号により駆動するようにしたパルス幅変調方式によるモータ駆動方法において、前記三相のＵ相、Ｖ相、及びＷ相電圧指令の中の何れかの電圧レベルが前記三角波から外れた場合、前記電圧レベルを前記三角波から外れないようにシフトさせる方法であり、また、前記電圧レベルが前記三角波から外れる場合は、前記電圧レベルが前記三角波以上の場合と、前記電圧レベルが前記三角波以下の場合とした方法である。

本発明によるパルス幅変調方式によるモータ駆動方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、三角波と比較できないような大きい電圧レベルの電圧指令の場合でも、三角波を越える分、下側に又は上側にシフトさせることで正確に比較することができ、電圧の利用効率も向上し、高効率のモータ駆動を行うことができる。

本発明は、三角波から各相電圧指令の電圧レベルが外れた場合、外れないように電圧レベルを上下にシフトさせ、常に三角波との比較を可能とし、三相とも常に比較できる範囲に移動させ、効率的な運転を行うことを目的とする。

以下、図面と共に本発明によるパルス幅変調方式によるモータ駆動方法の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例で説明した各電圧指令と三角波との比較によるパルス幅変調方式による図２から図７に示す構成及び方法については、本発明に対してもそのまま適用し援用するものとし、図１においても従来例と同一部分には同一符号を付して説明する。

前述の図２から図７で示されるパルス幅変調方式によるモータ駆動方法において、前述したように、図８に示されるＵ相電圧指令３０が三角波２０の上側を越えた電圧レベルであった場合、図１で示されるように、この上側を越えた分Ａ、すなわち、この越えた分Ａに相当する三角波２０の１山分だけ電圧レベルを下げると、他のＶ相電圧指令３１及びＷ相電圧指令３２も同時に下がり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の三角波２０との比較が行われる。

従って、Ｕ相電圧指令３０の電圧レベルが三角波２０の上側を越えたような場合でも、三相の電圧指令３０，３１，３２と三角波２０との比較を確実に行い、ＰＷＭ方式による駆動をスムーズに行うことができる。
また、図１では、Ｕ相電圧指令３０の電圧レベルが三角波２０を越えた場合について述べたが、前述の状態とは逆に、Ｗ相電圧指令３２が三角波２０の下側を越えた場合には、図１とは逆に、三相の電圧指令３０、３１，３２を上側へ上げることによって三角波２０との比較を行うことができる。尚、前述の電圧レベルの上下シフトは、図示しない制御部によって行われるように構成されている。

本発明は、モータのＰＷＭ駆動方式に限ることなく、例えば、各種信号波形の処理にも適用可能である。

本発明によるパルス幅変調方式によるモータ駆動方法を示す波形図である。本発明及び従来のパルス幅変調方式によるモータ駆動方法の要部の回路構成図である。図２の各トランジスタの駆動タイミングチャートである。図２における三角波と電圧指令との比較状態を示す波形図である。図４のＡ点での各駆動コイルへの電流の流れを示す構成図である。図４のＢ点での各駆動コイルへの電流の流れを示す構成図である。図４の電圧指令を可変とした場合の波形図である。図７の電圧指令と三角波との比較において、一部の電圧指令が三角波の上側から外れた場合を示す波形図である。

符号の説明

１、２、３駆動コイル
１０、１１、１２Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相パルス信号
２０三角波
３０、３１、３２Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電圧指令

Claims

三相のＵ相、Ｖ相、及びＷ相電圧指令(30,31,32)を三角波(20)と比較して得られたＵ相、Ｖ相、及びＷ相パルス信号(10,11,12)を用い、三相の各駆動コイル(1,2,3)を切換励磁し、モータを前記各パルス信号(10,11,12)により駆動するようにしたパルス幅変調方式によるモータ駆動方法において、
前記三相のＵ相、Ｖ相、及びＷ相電圧指令(30,31,32)の中の何れかの電圧レベルが前記三角波(20)から外れた場合、前記電圧レベルを前記三角波から外れないようにシフトさせることを特徴とするパルス幅変調方式によるモータ駆動方法。
前記電圧レベルが前記三角波(20)から外れる場合は、前記電圧レベルが前記三角波(20)以上の場合と、前記電圧レベルが前記三角波(20)以下の場合であることを特徴とする請求項１記載のパルス幅変調方式によるモータ駆動方法。