JP2008167557A - Motor control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、少なくとも1つの回転子を備え、少なくとも2つの周波数成分の交流電流を重畳して駆動する交流モータの制御方法に関するものである。 The present invention relates to a method for controlling an AC motor that includes at least one rotor and that is driven by superposing AC currents of at least two frequency components.
従来、少なくとも1つの回転子を備え、少なくとも2つの周波数成分の交流電流を重畳して駆動する交流モータの制御方法が知られており(例えば、特許文献1参照)、このモータ制御方法では、矩形波電圧パルスを振幅方向に重ね、複合電流を制御している。
しかしながら、上述した従来のモータ制御方法においては、矩形波電圧パルスを振幅方向に重ねるために、電力変換器をマルチレベルのインバータで構成する必要があり、インバータのスイッチ数が増加し、装置のコスト・サイズの増大を伴う問題があった。また、直流電圧を振幅方向で分割した矩形波になるため、直流電圧値を線間に印加している時間比率が短くなり、電圧利用率が低下するという問題もあった。 However, in the conventional motor control method described above, in order to superimpose rectangular wave voltage pulses in the amplitude direction, it is necessary to configure the power converter with a multi-level inverter, which increases the number of inverter switches and increases the cost of the apparatus.・ There was a problem with increasing size. In addition, since the rectangular voltage is obtained by dividing the DC voltage in the amplitude direction, the time ratio in which the DC voltage value is applied between the lines is shortened, and there is a problem that the voltage utilization rate is lowered.
本発明の目的は上述した問題点を解消して、通常の2レベルインバータを用いても、矩形波電圧による複合電流の制御を可能とし、電圧利用率を向上させ、モータの出力を増加させることができるモータ制御方法を提供しようとするものである。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to enable control of a composite current by a rectangular wave voltage even when a normal two-level inverter is used, to improve the voltage utilization rate and to increase the output of the motor. It is intended to provide a motor control method capable of
本発明のモータ制御方法は、少なくとも1つの回転子を備え、少なくとも2つの周波数成分の交流電流を重畳して駆動する交流モータの制御方法において、交流電流のいずれかの周波数の電気角1周期内に、複数の矩形波相電圧パルスを生成し、複数の矩形波相電圧パルスの位相と幅とを操作し、前記電気角周波数成分の交流電流と、その複数次数の周波数成分の交流電流とを制御することを特徴とするものである。 The motor control method of the present invention is an AC motor control method that includes at least one rotor and is driven by superimposing alternating currents of at least two frequency components. In addition, a plurality of rectangular wave phase voltage pulses are generated, the phase and width of the plurality of rectangular wave phase voltage pulses are manipulated, and the alternating current of the electrical angular frequency component and the alternating current of the frequency component of the plurality of orders are obtained. It is characterized by controlling.
本発明のモータ制御方法では、マルチレベルインバータを用いずとも、複数パルスの幅と位相を操作することによって、基本周波数によるトルクと複数次数成分によるトルクのそれぞれを制御することが可能になる。また、複数パルス駆動により、PWMによる複合電流制御や、電源電圧よりも低い電圧を用いるマルチレベルインバータと比較して、電源電圧の利用率を向上することができ、同じ電源電圧でありながら、最大出力を増加することができる。さらに、PWMに対しては、スイッチング損失を低減して、効率を向上することができる。 In the motor control method of the present invention, it is possible to control each of the torque based on the fundamental frequency and the torque based on the multi-order component by manipulating the width and phase of the plurality of pulses without using the multi-level inverter. Also, by using multiple pulses, the utilization rate of power supply voltage can be improved compared to multi-level inverters using composite current control by PWM or a voltage lower than the power supply voltage. The output can be increased. Furthermore, for PWM, the switching loss can be reduced and the efficiency can be improved.
また、本発明のモータ制御方法の好適例としては、生成する矩形波相電圧パルスの数が2つであり、2つの矩形波相電圧パルスの位相と幅とを操作し、前記電気角周波数成分の交流電流と、その2倍の周波数成分の交流電流とを制御するよう構成することができる。このように構成することで、マルチレベルインバータを用いずとも、2パルスの幅と位相とを操作することによって、基本波周波数によるトルクと2次成分によるトルクのそれぞれを制御することが可能になる。また、2パルス駆動により、PWMによる複合電流制御や、電源電圧よりも低い電圧を用いるマルチレベルインバータと比較して、電源電圧の利用率を向上することができ、同じ電源電圧でありながら、最大出力を増加することができる。さらに、PWMに対しては、スイッチング損失を低減して、効率を向上することができる。 As a preferred example of the motor control method of the present invention, the number of rectangular wave phase voltage pulses to be generated is two, the phase and width of the two rectangular wave phase voltage pulses are manipulated, and the electric angular frequency component And an alternating current having a frequency component twice that of the alternating current can be controlled. With this configuration, it is possible to control each of the torque due to the fundamental frequency and the torque due to the secondary component by manipulating the width and phase of the two pulses without using a multi-level inverter. . Also, by using two-pulse drive, compared to multi-level inverters that use complex current control by PWM or a voltage lower than the power supply voltage, the power supply voltage utilization rate can be improved. The output can be increased. Furthermore, for PWM, the switching loss can be reduced and the efficiency can be improved.
さらに、本発明のモータ制御方法の好適例としては、2つの矩形波相電圧パルスのそれぞれの幅と位相とを制御する手段を備え、トルク指令値と回転速度とから、矩形波相電圧パルスの幅と位相とを求めるよう構成することができる。このように構成することで、トルク指令値や回転速度が変化する場合に、パルス幅と位相とを操作することによって、トルク指令値を実現することができる。 Furthermore, as a preferred example of the motor control method of the present invention, a means for controlling the width and phase of each of the two rectangular wave phase voltage pulses is provided, and the rectangular wave phase voltage pulse is calculated from the torque command value and the rotation speed. It can be configured to determine the width and phase. With this configuration, when the torque command value and the rotation speed change, the torque command value can be realized by manipulating the pulse width and the phase.
さらにまた、本発明のモータ制御方法の好適例としては、2つの矩形波相電圧パルスが、高電位と低電位との時間を均等にしたパルス電圧であるよう構成することができる。このように構成することで、相電流に不要なオフセットを発生させず、損失やトルクリプルを生じさせずにすむ。 Furthermore, as a preferred example of the motor control method of the present invention, the two rectangular wave phase voltage pulses can be configured to be pulse voltages in which the times of the high potential and the low potential are equalized. With this configuration, unnecessary offset is not generated in the phase current, and loss and torque ripple are not generated.
また、本発明のモータ制御方法の好適例としては、2つの矩形波相電圧パルスが、高電位と低電位との時間を均等にしたパルス電圧であるよう構成することができる。このように構成することで、均等なパルス電圧でも、インバータの回路や不均衡によって、相電流にオフセットが生じるようなときに、不要なオフセット電流を生じさせずにすむ。 As a preferred example of the motor control method of the present invention, the two rectangular wave phase voltage pulses can be configured to be pulse voltages in which the times of the high potential and the low potential are equalized. With this configuration, even when the pulse voltage is uniform, an unnecessary offset current is not generated when an offset occurs in the phase current due to an inverter circuit or imbalance.
さらに、本発明のモータ制御方法の好適例としては、相電流のオフセットを検出する手段と、補正パルス幅を演算するオフセット電流制御手段とを備え、オフセット電流制御手段は、検出オフセット電流値を0になるように補正パルス幅を演算し、前記高電位と低電位との時間を均等にしたパルス電圧と補正パルス幅とから、補正したパルス電圧指令を出力するよう構成することができる。このように構成することで、相電流オフセットを生じさせずにすむ。 Furthermore, as a preferred example of the motor control method of the present invention, a phase current offset detecting means and an offset current control means for calculating a correction pulse width are provided. The offset current control means sets the detected offset current value to 0. Thus, the corrected pulse width is calculated so that the corrected pulse voltage command is output from the pulse voltage and the corrected pulse width obtained by equalizing the time of the high potential and the low potential. With this configuration, it is not necessary to generate a phase current offset.
さらにまた、本発明のモータ制御方法の好適例としては、PWM電圧パルスと、前記回転子の1つの電気角周期内に、2つの矩形波相電圧パルス、もしくは、1つの矩形波相電圧パルスのいずれかの電圧パルスを、前記交流モータに供給するよう構成することができる。このように構成することで、PWM駆動よりも2パルス駆動を用いて、電圧利用率を向上させ、モータの出力を向上させることができる。また、DC電流の上限リミッタを超過しないように、2パルス駆動から1パルス駆動へ切り替えることにより、DC電圧・電流の制約のもと、電圧利用率を向上させて、モータの出力を最大限に用いることが可能となる。 Furthermore, as a preferred example of the motor control method of the present invention, a PWM voltage pulse and two rectangular wave phase voltage pulses or one rectangular wave phase voltage pulse within one electrical angle period of the rotor are used. Any voltage pulse may be provided to the AC motor. With this configuration, it is possible to improve the voltage utilization rate and improve the motor output by using two-pulse driving rather than PWM driving. In addition, by switching from 2-pulse drive to 1-pulse drive so as not to exceed the DC current upper limit limiter, the voltage utilization rate is improved and the motor output is maximized under the constraints of DC voltage and current. It can be used.
また、本発明のモータ制御方法の好適例としては、PWM電圧パルス指令と矩形波相電圧パルス指令とを選択して電圧パルス指令を出力する手段と、前記電圧パルス指令にデッドタイムを付加する手段とを備え、電力変換装置を、デッドタイムを付加した電圧パルス指令に基づいて駆動するよう構成することができる。このように構成することで、どのようなパルスの立ち上がり・立ち下がり時にも、必ずデッドタイムを付加し、上下アームの短絡を防止することができる。 Further, as a preferred example of the motor control method of the present invention, means for selecting a PWM voltage pulse command and a rectangular wave phase voltage pulse command and outputting the voltage pulse command, and means for adding a dead time to the voltage pulse command The power converter can be configured to be driven based on a voltage pulse command with a dead time added. With this configuration, it is possible to always add a dead time and prevent a short circuit between the upper and lower arms at any rise or fall of a pulse.
さらに、本発明のモータ制御方法の好適例としては、PWM電圧パルス指令と矩形波相電圧パルス指令とを選択して電圧パルス指令を出力する手段は、ロータの回転速度と、トルク指令値とから、電圧パルス指令を選択して出力するよう構成することができる。このように構成することで、駆動方法の切り替え条件を求め、モータに多大な電流が流れるよなことなく、電圧利用効率向上を得ることができる。また、未然に、DC電流の上限リミッタを超過しないように、2パルス駆動から1パルス駆動へ切り替えることができる。 Further, as a preferred example of the motor control method of the present invention, the means for selecting the PWM voltage pulse command and the rectangular wave phase voltage pulse command and outputting the voltage pulse command is based on the rotational speed of the rotor and the torque command value. The voltage pulse command can be selected and output. With this configuration, it is possible to obtain the driving method switching condition and to improve the voltage utilization efficiency without causing a large current to flow through the motor. Further, it is possible to switch from 2-pulse driving to 1-pulse driving so as not to exceed the upper limiter of DC current.
さらにまた、本発明のモータ制御方法の好適例としては、相電圧指令値を生成する電流制御手段を備え、PWM電圧パルス指令は、前記相電圧指令値をPWMキャリア周波数で変調して生成するモータ制御装置であって、PWM電圧パルス指令と矩形波相電圧パルス指令とを選択して電圧パルス指令を出力する手段は、前記相電圧指令値のピークと、予め設定した相電圧しきい値を超過した際に矩形波相電圧パルス指令を選択するよう構成することができる。このように構成することで、バッテリ電圧が変動するような場合であっても、2つの周波数を制御する相電圧指令値ピークと、バッテリ電圧で決まる上限値との比較を行って、各次数成分の電圧値が大きく変化することなく、すなわち、大きな電流変動を伴わずに切り替えを行うことができる。 Furthermore, as a preferred example of the motor control method of the present invention, the motor includes current control means for generating a phase voltage command value, and the PWM voltage pulse command is generated by modulating the phase voltage command value with a PWM carrier frequency. A control device for selecting a PWM voltage pulse command and a rectangular wave phase voltage pulse command and outputting a voltage pulse command exceeds a peak of the phase voltage command value and a preset phase voltage threshold value. In this case, a rectangular wave phase voltage pulse command can be selected. With this configuration, even if the battery voltage fluctuates, the phase voltage command value peak for controlling the two frequencies is compared with the upper limit value determined by the battery voltage, and each order component Can be switched without a large change in voltage value, that is, without a large current fluctuation.
また、本発明のモータ制御方法の好適例としては、交流モータは、1つの回転子を備え、前記回転子の電気角周波数と、その2倍の周波数成分の誘起電圧を生じる交流モータであるよう構成することができる。このように構成することで、磁石磁束に基本波成分と2次成分とを含むモータであるため、それぞれの磁束の方向を基準として、基本波周波数の電圧と2次成分の電圧とを2つの駆動は電圧パルスで生成し、それぞれの周波数成分でトルク制御することができる。 Further, as a preferred example of the motor control method of the present invention, the AC motor is an AC motor that includes one rotor and generates an induced voltage having an electrical angular frequency of the rotor and a frequency component twice that of the rotor. Can be configured. With this configuration, since the magnet magnetic flux includes a fundamental wave component and a secondary component, the fundamental frequency frequency and the secondary component voltage are divided into two voltages with reference to the direction of each magnetic flux. The drive is generated by voltage pulses, and torque control can be performed with each frequency component.
以下、図面を参照して、本発明のモータ制御方法の実施態様を説明する。 Hereinafter, embodiments of the motor control method of the present invention will be described with reference to the drawings.
<本発明のモータ制御方法の対象となるモータについて>
図1(a)、(b)はそれぞれ本発明のモータ制御方法の対象となるモータの一例を説明するための図である。図1(a)、(b)に示す例において、モータ1は、円筒形状のステータ2とステータ2の内側に設けた円筒形状のロータ3とを、所定のギャップを保って同軸状に形成して構成されている。ステータ2は、複数(ここでは18スロット)の電磁鋼板等からなるステータティース2−1を組み合わせて構成されている。また、各ステータティース2−1に対し、軸方向にコイル2−2を巻回している。ロータ3は、外側の3極対の磁石3−1と内側の6極対の磁石3−2とを重ね合わせて構成されている。
<Regarding the Motor Targeted by the Motor Control Method of the Present Invention>
FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining an example of a motor that is an object of the motor control method of the present invention. In the example shown in FIGS. 1A and 1B, a
図1(a)に示す例において、3極対の磁石3−1と6極対の磁石3−2とを重ね合わせたロータ3の径方向に異極同士重なっている部分を鋼板4(好ましくはエアギャップ)に置き換えるとともに、3極対の磁石3−1と6極対の磁石3−2とが径方向に同極同士重なっている部分を、極性毎に一方の磁極の磁石5と他方の磁極の磁石6と置き換えることで、モータ1のロータ3を構成している。
In the example shown in FIG. 1 (a), a portion of the
図2は本発明のモータ制御方法の対象となるモータの他の例を説明するための図である。図2に示す例において、モータ1は、1個の円環状のステータ2と、その半径方向内方および外方にそれぞれ互いに同軸上にて回転自在に配置されたインナーロータ3Iとアウターロータ3Oとよりなる三重構造とし、これらをハウジング7内に収納して構成されている。
FIG. 2 is a diagram for explaining another example of a motor that is an object of the motor control method of the present invention. In the example shown in FIG. 2, the
図1(a)、(b)に示す例および図2に示す例とも、図1(a)、(b)に示す例では外側の磁石および内側の磁石のそれぞれに対応した電流を複合した複合電流を、図2に示す例ではインナーロータおよびアウターロータ内の磁石のそれぞれに対応した電流を複合した複合電流を、1つのステータに給電することで、ロータを回転させることができる。 In both the example shown in FIGS. 1A and 1B and the example shown in FIG. 2, in the example shown in FIGS. 1A and 1B, a composite in which currents corresponding to the outer magnet and the inner magnet are combined is combined. In the example shown in FIG. 2, the rotor can be rotated by supplying a single stator with a combined current obtained by combining the currents corresponding to the magnets in the inner rotor and the outer rotor.
<第1実施例>
図3は本発明のモータ制御方法の第1実施例を説明するための回路・ブロック図である。図3に示す例において、三相交流モータ51へ電力を供給するインバータ52を、平滑コンデンサ53を介して直流電源54と接続する。このインバータ52の各スイッチのゲート駆動指令を生成するのが、モータ制御器100であり、トルク指令値T*を入力とし、検出した相電流iu、iwと位置センサ(PS)61から得たロータ位相をもとに、制御演算を行う。ここで三相交流モータ51は、例えば図1(a)、(b)に示すように、永久磁石同期モータであり、誘起電圧波形には、基本波周波数と2次周波数とを含んでいる。
<First embodiment>
FIG. 3 is a circuit / block diagram for explaining the first embodiment of the motor control method of the present invention. In the example shown in FIG. 3, an
相電流は電流センサ60a、60bにて検出を行う。三相交流をそれぞれ検出しても良いが、三相交流の和が0となるという条件を用いれば、二相を検出すれば、残る一相は推定ができる。また、位置センサ61から得た位相を用いて、位相・速度演算器106にて、電気角θと機械的な回転角速度ωmを演算する。
The phase current is detected by
モータトルク制御器102は、トルク指令値T*、回転角速度ωmおよびインバータの直流電圧Vdcを入力として、電流指令値id1*、iq1*、id2*、iq2*を生成する。ここで、電流指令値は、電気角周波数に同期して回転するdq座標系における電流指令であり、モータの基本波電流に相当するのがid1*、iq1*であって、2次高調波電流に相当するのが、id2*、iq2*である。この電流指令値は、トルク指令値T*のトルクを実現できる電流指令値の組み合わせの中で、モータ・インバータの効率を最大とする組み合わせを選択し、Vdc、ωm、T*の3次元のマップとして記録しておく。それら用意されたマップの中間値となる値を参照した場合には、線形補完をすることによって、出力値を演算する。また、このモータトルク制御器102は、高回転時のパルス駆動でのパルス指令と、PWM駆動とパルス駆動の切替を選択する切替信号とを出力する。パルス駆動の詳細は後に述べる。 The motor torque controller 102 receives the torque command value T *, the rotational angular velocity ωm, and the DC voltage Vdc of the inverter, and generates current command values id1 *, iq1 *, id2 *, iq2 *. Here, the current command value is a current command in the dq coordinate system that rotates in synchronization with the electrical angular frequency, and id1 * and iq1 * correspond to the fundamental wave current of the motor, and the second harmonic current. These correspond to id2 * and iq2 *. For this current command value, a combination that maximizes the efficiency of the motor / inverter is selected from among current command value combinations that can realize the torque command value T *, and a three-dimensional map of Vdc, ωm, and T * is selected. Record as. When referring to a value that is an intermediate value of the prepared maps, an output value is calculated by performing linear interpolation. Further, the motor torque controller 102 outputs a pulse command in pulse driving at high rotation and a switching signal for selecting switching between PWM driving and pulse driving. Details of the pulse drive will be described later.
電流変換101では、基本波・二次高調波それぞれの電気角に同期した回転座標に、相電流を座標変換し、id1、iq1、id2、iq2を得る。これらの電流値と電流指令値とを用いて、電流制御器103で、各相の相電圧指令値vu*、vv*、vw*を演算する。この基本波と高調波の電流制御方法については、特許第3775290号などの高調波電流制御を用いることによって、相電圧指令値を演算することができる。これら相電圧指令値は、直流電圧Vdcを用いて規格化し、変調率mu*、mv*、mw*を以下のように演算する。
mu*=2vu*/Vdc
mv*=2vv*/Vdc
mw*=2vw*/Vdc
In the
mu * = 2vu * / Vdc
mv * = 2vv * / Vdc
mw * = 2vw * / Vdc
これら変調率は、駆動パルス生成器105に入力し、PWMパルスを生成する。駆動パルス生成器105のうち、U相の詳細を図4に示す。図4に示す例において、変調率指令mu*は、PWMパルス生成器151にて、設定したキャリア周波数の三角波と比較し、インバータのP側スイッチの駆動指令UP1とN側の指令UN1を生成する。この駆動指令は、キャリア周波数のパルス波形となる。
These modulation factors are input to the
一方で、矩形波パルス生成器152では、パルス指令信号を入力し、図5に示すような電気角周波数内に2つ、もしくは1つのパルス波形を駆動指令UP2、UN2として生成する。パルス指令は、それぞれのパルスの中心位置となる位相P1、P2と、そのパルスの幅a、bとを入力して、電気角θと比較するための位相x1、x2、x3、x4を演算する。
x1=P1−a/2
x2=P1+a/2
x3=P2−b/2
x4=P2+b/2
On the other hand, the rectangular
x1 = P1-a / 2
x2 = P1 + a / 2
x3 = P2-b / 2
x4 = P2 + b / 2
図6に示すように、これらの演算結果とθとを比較し、UP2を生成する。x1、x3でパルスをHレベルにし、x2、x4でパルスをLレベルにする。このパルス幅a、bの和はπになるように操作し、x1=x2のような場合には、x3、x4で生成されるパルスのみになるため、電気角1周期に現れるパルスは1つになる。また、UN2はUP2と反転した信号として生成する。同様にして、V相、W相の駆動指令を生成する。 As shown in FIG. 6, these calculation results are compared with θ to generate UP2. The pulse is set to H level at x1 and x3, and the pulse is set to L level at x2 and x4. The sum of the pulse widths a and b is operated to be π. When x1 = x2, only the pulses generated at x3 and x4 are present, so one pulse appears in one cycle of electrical angle. become. UN2 is generated as a signal inverted from UP2. Similarly, V-phase and W-phase drive commands are generated.
図5に示した2パルスでは、電気角θの基本波周波数成分と、その2次周波数成分を含む。このaとbの幅が等しくなるように操作すると、電気角θの2次周波数成分が最も大きく、そのほか、偶数次の周波数成分を含むことになる。また、どちらか一方のパルス幅を0にすると、電気角θの基本波周波数成分を最も大きくすることができ、そのほか、奇数次周波数成分を含むことになる。このaとbの幅の和はπとしていることから、これらの比率によって、基本波周波数成分と2次周波数成分との幅の比率を操作することができる。また、この2つのパルスの位相P1、P2を操作することによって、基本波周波数・2次周波数成分の電圧位相を制御することができる。 The two pulses shown in FIG. 5 include a fundamental frequency component of the electrical angle θ and its secondary frequency component. If the operation is performed so that the widths of a and b are equal, the secondary frequency component of the electrical angle θ is the largest, and in addition, the even-order frequency component is included. When either one of the pulse widths is set to 0, the fundamental frequency component of the electrical angle θ can be maximized, and in addition, an odd-order frequency component is included. Since the sum of the widths of a and b is π, the ratio of the widths of the fundamental frequency component and the secondary frequency component can be manipulated by these ratios. Further, by manipulating the phases P1 and P2 of these two pulses, the voltage phase of the fundamental frequency / secondary frequency component can be controlled.
パルスの幅bとP2位相とを操作したときの基本波周波数成分の位相δ1の変化を図7に示した。bの幅を変化させることで、δ1はP2に対して非線形に変化するようになるが、図7の位相の範囲では、P2に対して単調減少の関係となる。また、2次周波数成分の位相は、P1の位相の±π/2の関係となり、P1を操作することで制御することができる。前述の関係ではb>aの幅であり、このように、2パルスのうち、パルス幅の大きなパルスの位相を操作することによって、基本波周波数成分の電圧振幅を制御することとなる。一方で、パルス幅の小さなパルスの位相を操作すれば、2次周波数の電圧位相を制御することができ、その幅を制御することで、2次周波数の電圧振幅を制御することができる。 FIG. 7 shows changes in the phase δ1 of the fundamental frequency component when the pulse width b and the P2 phase are manipulated. By changing the width of b, δ1 changes non-linearly with respect to P2. However, in the phase range of FIG. Further, the phase of the secondary frequency component has a relation of ± π / 2 of the phase of P1, and can be controlled by operating P1. In the above relationship, the width is b> a, and thus, the voltage amplitude of the fundamental frequency component is controlled by manipulating the phase of the pulse having a larger pulse width of the two pulses. On the other hand, if the phase of a pulse having a small pulse width is manipulated, the voltage phase of the secondary frequency can be controlled, and the voltage amplitude of the secondary frequency can be controlled by controlling the width.
永久磁石同期モータでは、d軸を磁石磁束の方向にとり、電圧ベクトルがq軸に対してなす角度δ(図8参照)を操作することで、トルクを制御できることが知られている。δを0〜π/2の範囲で正方向に増加させていけば、トルクを増加させることができ、また、逆にδを負方向に操作することで、負のトルクを増加させることができる。本実施例のモータは図1(a)、(b)に示すように、磁石磁束に基本波成分と2次成分を含むモータであるため、それぞれの磁束の方向を基準として、同期する回転座標系を設ければ、基本波周波数の電圧と2次成分の電圧とで、それぞれの周波数成分でトルクを制御することができる。モータトルク制御器102は、トルク指令値をもとに、これらのパルス指令信号である幅と位相とを生成する。 In a permanent magnet synchronous motor, it is known that the torque can be controlled by taking the d axis in the direction of the magnetic flux and operating the angle δ (see FIG. 8) formed by the voltage vector with respect to the q axis. If δ is increased in the positive direction in the range of 0 to π / 2, the torque can be increased, and conversely, by operating δ in the negative direction, the negative torque can be increased. . As shown in FIGS. 1A and 1B, the motor of this embodiment is a motor that includes a fundamental wave component and a secondary component in the magnetic flux of the magnet. Therefore, the rotational coordinates that are synchronized based on the direction of each magnetic flux. If a system is provided, the torque can be controlled by the frequency component of the fundamental frequency and the voltage of the secondary component. The motor torque controller 102 generates the width and phase as these pulse command signals based on the torque command value.
このため、本発明により、マルチレベルインバータを用いずとも、2パルスの幅と位相とを操作することによって、基本波周波数によるトルクと2次成分によるトルクのそれぞれを制御することが可能になる。2パルス駆動により、PWMによる複合電流制御や、電源電圧よりも低い電圧を用いるマルチレベルインバータと比較して、電源電圧の利用率を向上することができ、同じ電源電圧でありながら、最大出力を増加することができる。また、PWMに対しては、スイッチング損失を低減して、効率を向上することができる。本発明により、2パルス電圧をモータに印加した場合の相電流波形を図9に示す。図9のように、基本波電流と2次電流とを複合した電流に制御できていることがわかる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to control each of the torque due to the fundamental frequency and the torque due to the secondary component by manipulating the width and phase of two pulses without using a multi-level inverter. The two-pulse drive can improve the power supply voltage utilization rate compared to the composite current control by PWM and the multi-level inverter that uses a voltage lower than the power supply voltage. Can be increased. Also, for PWM, the switching loss can be reduced and the efficiency can be improved. FIG. 9 shows a phase current waveform when a two-pulse voltage is applied to the motor according to the present invention. As can be seen from FIG. 9, the current can be controlled to be a composite current of the fundamental wave current and the secondary current.
また、2パルス駆動、1パルス駆動、PWM駆動をモータトルク制御器102にて切替信号を出力する。モータトルクトルク制御器102は、図10に示したようなマップデータを予めもっておき、トルク指令値とモータの回転速度とを入力として、各モードの切り替えを行う。このように切り替えを行うことで、PWM駆動よりも2パルス駆動を用いて、電圧利用率を向上させ、モータの出力を向上することができる。また、2パルス駆動時には、相電流の2次高調波に起因したDC電流脈動も生じるため、DC電流の上限リミッタを超過しないように、2パルス駆動から1パルス駆動に切り替える。1パルス駆動は、パルス幅指令a、bのうちb=0とすることで行うため、1パルス駆動用のパルス生成手段は持たずによい。このように駆動することによって、DC電圧・電流の制約の元、電圧利用率を向上させて、モータの出力を最大限に用いることが可能となる。 Further, the motor torque controller 102 outputs a switching signal for 2-pulse driving, 1-pulse driving, and PWM driving. The motor torque torque controller 102 has map data as shown in FIG. 10 in advance, and switches between the modes with the torque command value and the motor rotation speed as inputs. By performing switching in this way, the voltage utilization factor can be improved and the output of the motor can be improved by using two-pulse driving rather than PWM driving. In addition, during two-pulse driving, DC current pulsation due to the second harmonic of the phase current also occurs, so that switching from two-pulse driving to one-pulse driving is performed so as not to exceed the upper limiter of DC current. Since one-pulse driving is performed by setting b = 0 among the pulse width commands a and b, it is not necessary to have pulse generation means for one-pulse driving. By driving in this way, it becomes possible to improve the voltage utilization factor under the limitation of the DC voltage / current and to use the output of the motor to the maximum.
各駆動方法の切り替えは、図4に示す例のように、ゲート信号選択153におけるゲート選択によって行い、その選択出力後、デッドタイム生成154にて、各パルスの立ち上がり時間を設定したデッドタイム時間分遅延させることで、上下アームの短絡を防止する。PWM駆動、矩形波駆動それぞれにデータタイム生成回路を設けた場合には、切り替え時の上下短絡を防止できないが、本発明の構成のように、各駆動方法を選択した後にデッドタイム生成を行うことによって、どのようなパルスの立ち上がり・立ち下がり時にも、必ずデッドタイムを付加し、上下アームの短絡を防止することができる。
Switching of each driving method is performed by gate selection in the
<第2実施例>
図11は本発明のモータ制御方法の第2実施例を説明するための回路・ブロック図である。第2実施例では、第1実施例との差異のみを説明する。図11に示す例においては、アウターロータとインナーロータとを持ち、その間のステータは6相の巻線が施されているモータ51b(図2の例を参照)を対象としている。この6相のモータ51bをインバータ52bで駆動する。モータ制御器100bは、アウターロータの位相θ1およびインナーロータの位相θ2を、位置センサ61a、61bで検出する。また、6相の相電流を検出し、座標変換を行って、dq座標における電流制御をPWM駆動時に行う。なお、本実施例では、6相モータを3相巻線の二組の構成にすることで、3相での第1実施例と同様に、3相中1相を推定することで、相電流センサ60a、60b、60c、60dの4つでよい。
<Second embodiment>
FIG. 11 is a circuit / block diagram for explaining a second embodiment of the motor control method of the present invention. In the second embodiment, only differences from the first embodiment will be described. In the example shown in FIG. 11, the
インナーロータの電気角速度とアウターロータの電気角速度とが2:1のとき、第1実施例と同様に、アウターロータの回転に同期した電気角1周期内に、2パルスの電圧を生成する。このとき、パルス幅の広いほうのパルスをアウターロータのトルク制御に用い、その位相と幅を操作する。また、インナーロータのトルク制御には、パルス幅の細いほうのパルスを用いる。これらのパルス幅は、両ロータに供給する電圧の比率を、パルスの幅の比率にする。このような2パルス駆動を行うことによって、6相インバータをマルチレベル化することもなく、電圧利用率と効率を向上させたモータ駆動が可能になる。 When the electrical angular velocity of the inner rotor and the electrical angular velocity of the outer rotor are 2: 1, two pulses of voltage are generated within one electrical angle cycle synchronized with the rotation of the outer rotor, as in the first embodiment. At this time, the pulse having the wider pulse width is used for torque control of the outer rotor, and its phase and width are manipulated. In addition, the pulse with the narrower pulse width is used for torque control of the inner rotor. These pulse widths set the ratio of the voltage supplied to both rotors to the ratio of the pulse width. By performing such two-pulse driving, it is possible to drive the motor with improved voltage utilization and efficiency without making the six-phase inverter multi-level.
<第3実施例>
図12は本発明のモータ制御方法の第3実施例を説明するための回路・ブロック図である。第3実施例でも、第1実施例との差異のみを説明する。図12に示す例において、LPF(ローパスフィルタ)107では、各相毎に検出した相電流に含まれるDC成分を抽出する。補正パルス演算108では、抽出したDC成分iu0とiw0を元に、DC成分電流指令値を0として、PI制御を行ってDC成分制御パルスとしてのU相補正パルスvu0*、V相補正パルスvv0*を演算する。
<Third embodiment>
FIG. 12 is a circuit / block diagram for explaining a third embodiment of the motor control method of the present invention. In the third embodiment, only differences from the first embodiment will be described. In the example shown in FIG. 12, an LPF (low-pass filter) 107 extracts a DC component included in the phase current detected for each phase. In the correction pulse calculation 108, the DC component current command value is set to 0 based on the extracted DC components iu0 and iw0, PI control is performed, and the U-phase correction pulse vu0 * and the V-phase correction pulse vv0 * as the DC component control pulse are performed. Is calculated.
この補正パルスvu0*、vv0*は、パルス幅を示す値である。この補正パルスは、モータトルク制御器から出力される2つのパルス幅の指令a、bのうち、パルス幅の広いほうにa=a+vu0*として加算する。ただし、図13に示すように、パルス幅の指令は、補正後のaも0以下にならないようにリミッタ111を設ける。このようにして生成されたパルス幅a、bを用いて、2パルスを生成する。一例を図14に示す。 The correction pulses vu0 * and vv0 * are values indicating the pulse width. The correction pulse is added as a = a + vu0 * to the wider one of the two pulse width commands a and b output from the motor torque controller. However, as shown in FIG. 13, the limiter 111 is provided so that the corrected pulse width a is not 0 or less. Two pulses are generated using the pulse widths a and b generated in this manner. An example is shown in FIG.
<第4実施例>
図15は本発明のモータ制御方法の第4実施例を説明するための回路・ブロック図である。第4実施例でも、第1実施例との差異のみを説明する。図15に示す例において、モータ制御器100dの電流制御器103dでは、モータ51の各次数成分のdq座標上での電流指令値id1*、iq1*、id2*、iq2*と、検出した電流値id1、iq1、id2、iq2とを入力として、各相の相電圧指令値vu*、vv*、vw*を演算する。
<Fourth embodiment>
FIG. 15 is a circuit / block diagram for explaining a fourth embodiment of the motor control method of the present invention. In the fourth embodiment, only differences from the first embodiment will be described. In the example shown in FIG. 15, in the current controller 103d of the motor controller 100d, the current command values id1 *, iq1 *, id2 *, iq2 * on the dq coordinates of each order component of the
電流制御器103dの詳細を図16に示す。各電流指令値と検出した電流値との差を求め、PI制御器201〜204に入力し、それぞれ制御電圧を演算する。また、演算部205、206において、電流指令値と電気角速度から、モータのインダクタンス値、誘起電圧定数のパラメータを用いて、速度起電力項をフィードフォワード的に演算する。この出力vd1f、vq1f、vd2f、vq2fは、それぞれのPI制御器の出力に加算して、3相交流への座標変換器207、208で、それぞれ3相交流へ変換し、各相毎に相電圧指令値をkさんして、vu*、vv*、vw*を演算する。
Details of the current controller 103d are shown in FIG. The difference between each current command value and the detected current value is obtained and input to the
また、演算したvd1f、vq1f、vd2f、vq2fを、相電圧ピーク値Vpkのピーク演算器209に入力する。vd1f、vq1fから、基本波の電圧位相と振幅を演算し、vd2f、vq2fから、二次高調波の電圧位相と振幅を演算した後に、それらの位相差と振幅から、相電圧のピーク値Vpkを演算する。このVpkを切替信号生成器210に入力して、バッテリ電圧Vdcの半分Vdc/2の値と比較して、Vpkが超過した場合には2パルス駆動に切り替えし、超過しない場合にはPWM駆動に切り替える。
Further, the calculated vd1f, vq1f, vd2f, and vq2f are input to the
このように切り替えを行うことで、バッテリ電圧が変動するような場合であっても、2つの周波数を制御する相電圧指令値ピークと、バッテリ電圧で決まる上限値との比較を行って、各次数成分の電圧値が大きく変化することなく、すなわち、大きな電流変動を伴わずに切り替えを行うことができる。また、PI制御のようなフィードバック制御の結果の相電圧指令値を切り替えの判別に用いるのではなく、電流指令値と回転速度とからフィードフォワード的に演算することで、定常状態の相電圧指令値に近い値を演算することができる。これによって、トルク指令値の過渡変化時に、相電圧指令値のピーク値が過渡的に大きくなってしまう場合にも、不要にPWM駆動と2パルス駆動の切り替えを発生させることもない。 By switching in this way, even when the battery voltage fluctuates, the phase voltage command value peak for controlling the two frequencies is compared with the upper limit value determined by the battery voltage, and each order Switching can be performed without a large change in the voltage value of the component, that is, without a large current fluctuation. Further, the phase voltage command value obtained as a result of feedback control such as PI control is not used for switching determination, but is calculated in a feed-forward manner from the current command value and the rotation speed, so that the steady-state phase voltage command value is obtained. A value close to can be calculated. Thus, even when the peak value of the phase voltage command value becomes transiently large when the torque command value changes transiently, switching between PWM driving and two-pulse driving does not occur unnecessarily.
本発明のモータ制御方法によれば、マルチレベルインバータを用いずとも、複数パルスの幅と位相を操作することによって、基本周波数によるトルクと複数次数成分によるトルクのそれぞれを制御することが可能になる。そのため、通常の2レベルインバータを用いても、矩形波電圧による複合電流の制御を可能とし、電圧利用率を向上させ、モータの出力を増加させることができるモータ制御方法を提供することができる。 According to the motor control method of the present invention, it is possible to control each of the torque based on the fundamental frequency and the torque based on the multi-order component by manipulating the width and phase of the plurality of pulses without using the multi-level inverter. . Therefore, even if a normal two-level inverter is used, it is possible to provide a motor control method that can control a composite current by a rectangular wave voltage, improve a voltage utilization factor, and increase a motor output.
1 モータ
2 ステータ
2−1 スタータティース
2−2 コイル
3 ロータ
3−1、3−2、5、6 磁石
3I インナーロータ
3O アウターロータ
4 鋼板
7 ハウジング
51 三相交流モータ
52 インバータ
53 平滑コンデンサ
54 直流電源
60a、60b、60c、60d 電流センサ
61、61a、61b 位置センサ
100、100b、100c、100d モータ制御器
101、101b、101c、101d 電流変換
102、102b、102c、102d モータトルク制御器
103、103b、103c、103d 電流制御器
104、104b、104c、104d 変調率演算器
105、105b、105c、105d 駆動パルス生成器
106、106b、106c、106d 位相・速度演算器
107 LPF
108 補正パルス演算
151 PWMパルス生成器
152 矩形波パルス生成器
153 デッドタイム生成
201〜204 PI制御器
205、206 演算部
207、208 座標変換器
209 ピーク演算器
210 切替信号生成器
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108
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010233308A (en) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Nissan Motor Co Ltd | Synchronous motor |
WO2012137300A1 (en) | 2011-04-05 | 2012-10-11 | トヨタ自動車株式会社 | Control apparatus for electric motor, electric vehicle provided with same, and method for controlling electric motor |
KR101393903B1 (en) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤 | Motor control device and air conditioner using the same |
JP2019110725A (en) * | 2017-12-20 | 2019-07-04 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | motor |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11356015A (en) * | 1998-06-10 | 1999-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | Dynamoelectric machine |
JP2002204595A (en) * | 2001-01-09 | 2002-07-19 | Nissan Motor Co Ltd | Composite current supply device |
JP2003299399A (en) * | 2002-04-01 | 2003-10-17 | Nissan Motor Co Ltd | Control method of electric rotating machine |
JP2004242424A (en) * | 2003-02-06 | 2004-08-26 | Yaskawa Electric Corp | Permanent magnet motor |
JP2005192303A (en) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Nissan Motor Co Ltd | Drive method of rotating electric machine |
JP2006320039A (en) * | 2005-05-10 | 2006-11-24 | Toyota Motor Corp | Controller of motor drive system |
-
2006
- 2006-12-27 JP JP2006353166A patent/JP5135794B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11356015A (en) * | 1998-06-10 | 1999-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | Dynamoelectric machine |
JP2002204595A (en) * | 2001-01-09 | 2002-07-19 | Nissan Motor Co Ltd | Composite current supply device |
JP2003299399A (en) * | 2002-04-01 | 2003-10-17 | Nissan Motor Co Ltd | Control method of electric rotating machine |
JP2004242424A (en) * | 2003-02-06 | 2004-08-26 | Yaskawa Electric Corp | Permanent magnet motor |
JP2005192303A (en) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Nissan Motor Co Ltd | Drive method of rotating electric machine |
JP2006320039A (en) * | 2005-05-10 | 2006-11-24 | Toyota Motor Corp | Controller of motor drive system |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010233308A (en) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Nissan Motor Co Ltd | Synchronous motor |
WO2012137300A1 (en) | 2011-04-05 | 2012-10-11 | トヨタ自動車株式会社 | Control apparatus for electric motor, electric vehicle provided with same, and method for controlling electric motor |
US9020731B2 (en) | 2011-04-05 | 2015-04-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control apparatus for electric motor, electrically-powered vehicle including the control apparatus, and method for controlling electric motor |
KR101393903B1 (en) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | 히타치 어플라이언스 가부시키가이샤 | Motor control device and air conditioner using the same |
JP2019110725A (en) * | 2017-12-20 | 2019-07-04 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | motor |
JP7141824B2 (en) | 2017-12-20 | 2022-09-26 | 三星電子株式会社 | motor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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