JP2009100587A - 電動機の制御装置およびその制御方法 - Google Patents

電動機の制御装置およびその制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2009100587A
JP2009100587A JP2007270952A JP2007270952A JP2009100587A JP 2009100587 A JP2009100587 A JP 2009100587A JP 2007270952 A JP2007270952 A JP 2007270952A JP 2007270952 A JP2007270952 A JP 2007270952A JP 2009100587 A JP2009100587 A JP 2009100587A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
value
voltage
neutral point
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007270952A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasushi Takeyama
泰 竹山
Takaaki Karikomi
卓明 苅込
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2007270952A priority Critical patent/JP2009100587A/ja
Publication of JP2009100587A publication Critical patent/JP2009100587A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

【課題】PWM信号を早く生成することができる電動機の制御装置およびその制御方法を提供することにある。
【解決手段】
本制御装置では、インバータ1の1相のデューティー比をある位相で0%または100%に固定する2相変調を実施する中性点電圧加算部107を備える。また、中性点電圧加算部107は、3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]のうち電圧指令値の最大相Vmax_phaseおよび最小相Vmin_phaseを判定する相判定部1071を備える。また、最大相Vmax_phaseの電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]と、最小相Vmin_phaseの電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]とを比較する比較部1072を備える。更に、比較部1072の比較結果に基づいて、中性点電圧Vcを演算する演算部1073を備えている。
【選択図】図5

Description

本発明は、2相変調方式の電動機の制御装置およびその制御方法に関する。
従来、インバータにおけるスイッチング損失を低減させるためにインバータのある相のデューティー比をある位相で0%または100%に固定する2相変調方式のインバータ制御装置がある(特許文献1参照)。当該インバータ制御装置では、2相変調を実施しても、各相の電圧指令値が電源電圧を超えないように制御している。すなわち、電流指令値ベクトルと電圧指令値ベクトルから位相差を演算し、当該位相差に基づいて、2相変調を実施する期間を決定している。
特開平8−340691号公報
しかしながら、従来のインバータ制御装置では、電流指令値ベクトルと電圧指令値ベクトルから位相差を演算していることから、計算処理負荷が増大し、PWM信号の生成に時間がかかるといった問題があった。
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、PWM信号を早く生成することができる電動機の制御装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
上記目的達成のため、本発明に係る電動機の制御装置では、インバータの1相のデューティー比をある位相で0%または100%に固定する2相変調をするため、3相電圧指令値に中性点電圧を加算する中性点電圧加算手段を備える。中性点電圧加算手段は、3相電圧指令値のうち電圧指令値が最大となる最大相および最小となる最小相を判定する相判定手段と、3相電流における最大相の電流絶対値と、最小相の電流絶対値とを比較する比較手段を備える。また、中性点電圧加算手段は、上記比較手段の比較結果に基づいて、中性点電圧を演算する演算手段を備えることを特徴としている。
本発明により、位相差を演算しないので、PWM信号を早く生成することができる。
本発明に係る電動機の制御装置を含む装置の一例として、直流電源の直流電力をPWM変調することにより3相電力をモーターに供給するインバータを備えるインバータシステムについて説明する。以下に、本発明の第1乃至第4の実施形態に係るインバータシステムについて、図1乃至図13を参照して説明する。
(第1の実施形態)
(インバータシステムの構成)
以下、図1を参照して、インバータシステムの構成と動作について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るインバータシステムの概略構成図、図2は、図1に示すインバータシステムの構成を示すブロック図である。本インバータシステムは、図1および図2に示すように、インバータ1、電流センサ2、電動機であるモーター3、レゾルバ4および制御装置であるモーターコントローラ10を主に備える。
ここで、インバータ1は、直流電源B、U相スイッチング素子Tu+、Tu−、V相スイッチング素子Tv+、Tv−、W相スイッチング素子Tw+、Tw−を備える。更に、U相還流素子Du+、Du−、V相還流素子Dv+、Dv−、W相還流素子Dw+、Dw−を備える。そして、インバータ1は、モーターコントローラ10のU相PWM信号tu[%]、V相PWM信号tv[%]、W相PWM信号tw[%]に基づいて、直流電源Bから供給された直流電力を3相電力に変換してモーター3に出力する。モーター3は、インバータ1から供給された3相電力に応じたトルクを発生する。電流センサ2は、モーター3に流れる3相電流iu[A]、iv[A]、iw[A]を検出する。なお、3相電流iu[A]、iv[A]、iw[A]には、iu+iv+iw=0の関係があり、3相のうち2相を検出すれば他の1相は演算によって求められる。これから、電流センサ2は、U相電流iu[A]およびV相電流iv[A]を検出する。
モーターコントローラ10は、演算装置(CPU)を内蔵し、微分部101、θ演算部102、3相−dq変換部103、電流MAP部104、電圧指令値演算手段である電流制御部105を備える。更に、変換手段であるdq−3相変換部106、中性点電圧加算手段である中性点電圧加算部107、PWM信号生成手段であるPWM生成部108を備える。ここで、θ演算部102は、レゾルバ4からの検出信号から、モーター電気角度θ[rad]を演算する。微分部101は、下記(数1)式に示すように、θ演算部102で演算されたモーター電気角度θ[rad]を微分して、モーター角周波数ω[rad/s]を演算する。
Figure 2009100587
電流MAP部104は、トルク指令値T[N・m]、モーター角周波数ω[rad/s]に基づいて、予め格納されたMAPを参照する。そして、d軸電流指令値id[A]、q軸電流指令値iq[A]を求める。
3相−dq変換部103は、下記(数2)式に示すように、モーター電気角度θ[rad]により、U相電流iu[A]およびV相電流iv[A]をd軸電流id[A]およびq軸電流iq[A]に2相変換する。
Figure 2009100587
電流制御部105は、下記(数3)式および(数4)式に示す演算を行う。すなわち、d軸電流指令値id[A]と実際のd軸電流id[A]との偏差(id−id)からd軸電圧指令値vd[V]を演算する。また、q軸電流指令値iq[A]と実際のq軸電流iq[A]との偏差(iq−iq)からq軸電圧指令値vq[V]を演算する。
Figure 2009100587
Figure 2009100587
但し、(数3)式および(数4)式において、Kpd:d軸比例ゲイン、Kpq:q軸比例ゲイン、Kid:d軸積分ゲイン、Kiq:q軸積分ゲイン、s:ラプラス演算子、ωc:電流応答のカットオフ角周波数[rad/s]である。また、Ld:d軸インダクタンス[H]、Lq:q軸インダクタンス[H]、Ra:電機子抵抗[Ω]である。
dq−3相変換部106は、下記(数5)式に示す演算を行う。すなわち、モーター電気角度θ[rad]により、d軸電圧指令値vd[V]およびq軸電圧指令値vq[V]を3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]に変換する。
Figure 2009100587
中性点電圧加算部107は、下記(数6)式に示す演算を行う。すなわち、中性点電圧Vc[V]およびU相電圧指令値vu[V]から中性点電圧加算後U相電圧指令値vu’[V]を演算する。同様に、中性点電圧Vc[V]およびV相電圧指令値vv[V]から中性点電圧加算後V相電圧指令値vv’[V]を演算する。また、中性点電圧Vc[V]およびW相電圧指令値vw[V]から中性点電圧加算後W相電圧指令値vw’[V]を演算する。
Figure 2009100587
PWM生成部108は、下記(数7)式に示すように、中性点電圧加算後U相電圧指令値vu’[V]および直流電源Bの電圧である直流電圧値Vdc[V]から、U相PWM信号(on duty)tu[%]を演算する。そして、U相PWM信号tu[%]に基づいて、U相スイッチング素子Tu+、Tu−の開閉動作を制御する。同様に、中性点電圧加算後V相電圧指令値vv’[V]および直流電圧値Vdc[V]から、V相PWM信号(on duty)tv[%]を演算する。そして、V相PWM信号tv[%]に基づいて、V相スイッチング素子Tv+、Tv−の開閉動作を制御する。
また、中性点電圧加算後W相電圧指令値vw’[V]および直流電圧値Vdc[V]から、W相PWM信号(on duty)tw[%]を演算する。そして、W相PWM信号tw[%]に基づいて、W相スイッチング素子Tw+、Tw−の開閉動作を制御する。
Figure 2009100587
上記のように求められたPWM信号(on duty)tu[%]、tv[%]、tw[%]によって、インバータ1が制御され、モーター3がトルク指令値T[N・m]で指示された所望のトルクで駆動される。このようにして、モーター3に対して電流フィードバックによるベクトル制御が行なわれる。
(中性点電圧加算部107の動作と内部構造)
次に、中性点電圧加算部107の動作について、図3を参照して説明する。第1の実施形態に係るインバータシステムでは、インバータ1の3相のうちの1相のデューティー比をある位相で0%または100%に固定する2相変調を実施している。(数6)式に示したように、中性点電圧加算部107は、3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]の全てに同じ中性点電圧Vc[V]を加算する。各相に同じ中性点電圧Vc[V]を加算しているため、各相の差分となる相間電圧は中性点電圧Vc[V]を加算する前と同じになる。したがって、モーター3の相電流も中性点電圧Vc[V]を加算しても変化が無く、中性点電圧Vc[V]を加算する前と同じとなる。よって、モーター3の制御に影響を与えることなく、中性点電圧加算後3相電圧指令値vu’[V]、vv’[V]、vw’[V]を変化させることができる。すなわち、PWM信号(on duty)tu[%]、tv[%]、tw[%]を変化させることができる。そこで、中性点電圧Vc[V]を変化させて、インバータ1の3相のうちの1相のデューティー比をある位相で0%または100%に固定している。
更に、インバータ1の3相のうちの1相のデューティー比を固定する位相を最適化することで、インバータ1におけるスイッチング損失が最小になる2相変調を実施することができる。図3は、スイッチング損失が最小となる2相変調とスイッチング損失が最大となる2相変調における電圧電流波形を示す図である。図3(a)はスイッチング損失が最小になる場合、図3(b)はスイッチング損失が最大になる場合である。図3(a)に示すように、電流の絶対値が大きい相のデューティー比が0%または100%になるように中性点電圧Vc[V]を変化させることで、スイッチング損失が最小になる2相変調を実現している。この場合、電流の絶対値が大きい相を判定することで、2相変調を実施する期間、すなわち、上記1相おける固定しておく位相を決定する。
従来のインバータ制御装置では、電流指令値ベクトルと電圧指令値ベクトルから、電流位相と電圧位相の差である位相差を演算し、当該位相差に基づいて、2相変調を実施する期間を決定している。しかしながら、従来のインバータ制御装置では、上記位相差を演算しているので、計算処理負荷が増大し、PWM信号(on duty)tu[%]、tv[%]、tw[%]の生成に時間かかっていた。そこで、第1の実施形態に係る中性点電圧加算部107では、後述するように、上記位相差を演算することなく、2相変調を実施する期間、すなわち、上記1相における固定しておく位相を決定している。これから、計算処理負荷を低減させ、演算時間を短縮し、PWM信号(on duty)tu[%]、tv[%]、tw[%]を早く生成している。なお、図3(b)に示すように、電流の絶対値が小さい相のデューティー比が0%または100%になるように中性点電圧Vc[V]を変化させることで、スイッチング損失が最大になる2相変調を実現することも可能である。
次に、中性点電圧加算部107の内部構造について、図4を参照して説明する。図4は、図2に示す中性点電圧加算部107の内部ブロック図である。図4に示すように、中性点電圧加算部107は、相判定手段である相判定部1071と、比較手段である比較部1072と、演算手段である演算部1073とを備える。相判定部1071は、3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]のうち電圧指令値が最大となる相(以下、最大相とする。)Vmax_phaseを判定する。更に、上記電圧指令値が最小となる相(以下、最小相とする。)Vmin_phaseを判定する。更に、比較部1072の比較結果に基づいて、演算部1073に中性点電圧Vc[V]を演算させる。
比較部1072は、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]と、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]を比較する。すなわち、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]が最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]より大きいか否か判定する。ここで、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]は、3相電流iu[A]、iv[A]、iw[A]における最大相Vmax_phaseの電流値の絶対値である。例えば、最大相Vmax_phaseがU相であった場合、|iu|[A]である。同様に、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]は、3相電流iu[A]、iv[A]、iw[A]における最小相Vmin_phaseの電流値の絶対値である。例えば、最小相Vmin_phaseがW相であった場合、|iw|[A]である。そして、ある位相における固定する1相を決定する。演算部1073は、比較部1072の比較結果に基づいて、中性点電圧Vc[V]を演算する。また、U相電流iu[A]およびV相電流iv[A]からW相電流iw[A]を演算する。
(中性点電圧加算部107で実行される制御方法)
次に、第1の実施形態に係る中性点電圧加算部107で実行される制御方法について、図5を参照して説明する。図5は、図2に示す中性点電圧加算部107で実行される制御方法を示すフローチャートである。本制御方法は、図5に示すフローチャートのプログラムを中性点電圧加算部107に組み込み実現している。図5に示すように、相判定部1071は、3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]のうち電圧指令値が最大の相Vmax_phaseを判定する(ステップS101)。次に、相判定部1071は、3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]のうち電圧指令値が最小の相Vmin_phaseを判定する(ステップS102)。次に、相判定部1071は、U相電流iu[A]およびV相電流iv[A]からW相電流iw[A]を演算部1073に演算させる(ステップS103)。
次に、相判定部1071は、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]が最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]より大きいか否か比較部1072に判定させる(ステップS104)。最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]が最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]より大きくないと判定した場合(ステップS104:No)、ステップS105の制御処理に移行する。この場合、ある位相における0%または100%に固定する上記1相を最小相に決定する。ステップS105の制御処理において、相判定部1071は、演算部1073に中性点電圧Vc[V]を演算させる。演算部1073は、上記の場合、インバータ出力電圧の最小値V_min[V]と最小相の電圧指令値V(Vmin_phase)[V]との偏差(V_min−V(Vmin_phase))を中性点電圧Vc[V]とする。なお、インバータ出力電圧の最小値V_min[V]は、直流電源Bの電圧である直流電圧値Vdc[V]が一定であることから、−Vdc/2[V]となる。
一方、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]が最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]より大きいと判定した場合(ステップS104:Yes)、ステップS106の制御処理に移行する。この場合、ある位相における0%または100%に固定する上記1相を最大相に決定する。ステップS106の制御処理において、相判定部1071は、演算部1073に中性点電圧Vc[V]を演算させる。演算部1073は、上記の場合、インバータ出力電圧の最大値V_max[V]と最大相の電圧指令値V(Vmax_phase)[V]との偏差(V_max−V(Vmax_phase))を中性点電圧Vc[V]とする。なお、インバータ出力電圧の最大値V_max[V]は、直流電圧値Vdc[V]が一定であることから、Vdc/2[V]となる。
次に、相判定部1071は、中性点電圧加算後3相電圧指令値vu’[V]、vv’[V]、vw’[V]を演算部1073に演算させる。具体的には、(数6)式に示したように、演算部1073は、3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]の全てに同じ中性点電圧Vc[V]を加算する。その後、中性点電圧加算部107は、中性点電圧加算後3相電圧指令値vu’[V]、vv’[V]、vw’[V]をPWM生成部108に出力する。以降、ステップS101乃至S107の制御処理を順次、繰り返し実行する。
このようにして、電圧位相、電流位相および電圧位相と電流位相の差である位相差を演算することなく、ある位相における固定する1相を決定する。当該1相のデューティー比が上記位相で0%または100%になるように、中性点電圧Vc[V]を演算している。これから、計算処理負荷を低減させ、演算時間を短縮し、PWM信号(on duty)tu[%]、tv[%]、tw[%]を高速に生成できる。また、ステップS101乃至S107の制御処理を順次、繰り返し実行することで、図3(a)に示した電圧電流波形を自動的に実現できる。よって、モーター3の制御に影響を与えることなく、インバータ1におけるスイッチング損失が最小になる2相変調を自動的に高速に実施できる。
以上より、第1の実施形態に係るインバータシステムでは、インバータ1の3相のうちの1相のデューティー比をある位相で0%または100%に固定する2相変調を実施する。モーターコントローラ10は、モーター角周波数ω[rad/s]、トルク指令値T[N・m]および3相電流iu[A]、iv[A]、iw[A]に基づいて、3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]を求める。また、モーターコントローラ10は、3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]全てに同じ中性点電圧Vc[V]を加算する中性点電圧加算部107を備える。更に、中性点電圧Vc[V]を加算した後の3相電圧指令値vu’[V]、vv’[V]、vw’[V]に基づいて、インバータ1を制御するPWM信号tu[%]、tv[%]、tw[%]を生成するPWM生成部108を備える。
また、中性点電圧加算部107は、3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]のうち電圧指令値が最大となる相Vmax_phaseおよび最小となる相Vmin_phaseを判定する相判定部1071を備える。更に、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]と、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]とを比較する比較部1072を備える。比較部1072は、ある位相で0%または100%に固定する1相を決定する。また、比較部1072の比較結果に基づいて、中性点電圧Vc[V]を演算する演算部1073を備えている。これから、電圧位相と電流位相の差である位相差を演算することなく、ある位相で0%または100%に固定する1相を決定でき、中性点電圧Vc[V]を演算できる。よって、計算処理負荷を低減させ、演算時間を短縮し、PWM信号(on duty)tu[%]、tv[%]、tw[%]を早く生成することができる。
また、演算部1073は、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]が最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]より大きいと比較部1072が判定した場合、次のように演算する。すなわち、演算部1073は、インバータ出力電圧の最大値V_max[V]と最大相の電圧指令値V(Vmax_phase)[V]との偏差(V_max−V(Vmax_phase))を中性点電圧Vc[V]とする。一方、演算部1073は、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]が最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]より大きくないと比較部1072が判定した場合、次のように演算する。すなわち、演算部1073は、インバータ出力電圧の最小値V_min[V]と最小相の電圧指令値V(Vmin_phase)[V]との偏差(V_min−V(Vmin_phase))を中性点電圧Vc[V]とする。これから、図3(a)に示した電圧電流波形を自動的に実現できる。よって、モーター3の制御に影響を与えることなく、インバータ1におけるスイッチング損失が最小になる2相変調を自動的に高速に実施できる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係るインバータシステムについて、第1の実施形態に係るインバータシステムと異なる点を中心に図6および図7を参照して説明する。また、第2の実施形態に係るインバータシステムについて、第1の実施形態に係るインバータシステムと同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。第2の実施形態に係るインバータシステムは、第1の実施形態とほとんど同じである。第2の実施形態に係るインバータシステムが、第1の実施形態に係るインバータシステムと異なる点は、モーターコントローラの中性点電圧加算手段である中性点電圧加算部207が異なる点だけである。
次に、第2の実施形態に係る中性点電圧加算部207の内部構造について、図6を参照して説明する。図6は、本発明の第2の実施形態に係る中性点電圧加算部207の内部ブロック図である。図6に示すように、中性点電圧加算部207は、第1の実施形態と同様に、相判定手段である相判定部2071と、比較手段である比較部2072と、演算手段である演算部2073とを備えている。相判定部2071は、第1の実施形態と同様に、最大相Vmax_phaseを判定する。更に、第1の実施形態と同様に、最小相Vmin_phaseを判定する。更に、比較部2072の比較結果に基づいて、演算部2073に中性点電圧Vc[V]を演算させる。比較部2072は、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]と、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]を比較する。第1の実施形態と異なり、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]が最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]より大きいか否か判定する。そして、ある位相における固定する1相を決定する。演算部2073は、比較部2072の比較結果に基づいて、中性点電圧Vc[V]を演算する。また、U相電流iu[A]およびV相電流iv[A]からW相電流iw[A]を演算する。
(中性点電圧加算部207で実行される制御方法)
次に、第2の実施形態に係る中性点電圧加算部207で実行される制御方法について、図7を参照して説明する。図7は、図6に示す中性点電圧加算部207で実行される制御方法を示すフローチャートである。本制御方法は、図7に示すフローチャートのプログラムを、第2の実施形態に係る中性点電圧加算部207に組み込み実現している。図7に示すように、ステップS201乃至S203の制御処理は、図5に示したステップS101乃至S103の制御処理と全く同じである。次に、相判定部2071は、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]が最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]より大きいか否か比較部2072に比較させる(ステップS204)。最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]が最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]より大きくないと判定した場合(ステップS204:No)、ステップS205の制御処理に移行する。この場合、ある位相における0%または100%に固定する上記1相を最小相に決定する。一方、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]が最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]より大きいと判定した場合(ステップS204:Yes)、ステップS206の制御処理に移行する。この場合、ある位相における0%または100%に固定する上記1相を最大相に決定する。
次に、図7に示したように、図5に示したステップS105乃至S107の制御処理と全く同じ制御処理であるステップS205乃至S207の制御処理を実行する。以降、ステップS201乃至S207の制御処理を順次、繰り返し実行する。このようにして、電圧位相、電流位相および電圧位相と電流位相の差である位相差を演算することなく、ある位相における固定する1相を決定する。当該1相のデューティー比が上記位相で0%または100%になるように、中性点電圧Vc[V]を演算している。これから、計算処理負荷を低減させ、演算時間を短縮し、PWM信号(on duty)tu[%]、tv[%]、tw[%]を高速に生成できる。また、ステップS201乃至S207の制御処理を順次、繰り返し実行することで、図3(b)に示した電圧電流波形を自動的に実現できる。よって、モーター3の制御に影響を与えることなく、インバータ1におけるスイッチング損失が最大になる2相変調を自動的に高速に実施できる。
以上より、演算部2073は、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]が最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]より大きいと比較部2072が判定した場合、次のように演算する。すなわち、演算部2073は、インバータ出力電圧の最大値V_max[V]と最大相の電圧指令値V(Vmax_phase)[V]との偏差(V_max−V(Vmax_phase))を中性点電圧Vc[V]とする。一方、演算部2073は、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]が最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]より大きくないと比較部2072が判定した場合、次のように演算する。すなわち、演算部2073は、インバータ出力電圧の最小値V_min[V]と最小相の電圧指令値V(Vmin_phase)[V]との偏差(V_min−V(Vmin_phase))を中性点電圧Vc[V]とする。
これから、第1の実施形態と同様に、計算処理負荷を低減させ、演算時間を短縮し、PWM信号(on duty)tu[%]、tv[%]、tw[%]を早く生成することができる。また、図3(b)に示した電圧電流波形を自動的に実現できる。よって、モーター3の制御に影響を与えることなく、インバータ1におけるスイッチング損失が最大になる2相変調を自動的に高速に実施できる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係るインバータシステムについて、第1の実施形態に係るインバータシステムと異なる点を中心に図8乃至図10を参照して説明する。また、第3の実施形態に係るインバータシステムについて、第1の実施形態に係るインバータシステムと同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図8は、本発明の第3の実施形態に係るインバータシステムの構成を示す図である。図8に示すように、第3の実施形態に係るインバータシステムは、第1の実施形態とほとんど同じである。第3の実施形態に係るインバータシステムが、第1の実施形態に係るインバータシステムと異なる点は、変換手段であるdq−3相変換部306の出力と、中性点電圧加算手段である中性点電圧加算部307が異なる点だけである。第3の実施形態に係るモーターコントローラ30では、dq−3相変換部306から中性点電圧加算部307へdq軸電圧指令値vd[V]、vq[V]および3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]を出力する。
次に、第3の実施形態に係る中性点電圧加算部307の内部構造について、図9を参照して説明する。図9は、図8に示す中性点電圧加算部307の内部ブロック図である。図9に示すように、中性点電圧加算部307は、第1の実施形態と同様に、相判定手段である相判定部3071と、比較手段である比較部3072と、演算手段である演算部3073とを備えている。相判定部3071は、第1の実施形態と異なり、dq−3相変換部306から中性点電圧加算部307へ出力されたd軸電圧指令値vd[V]およびq軸電圧指令値vq[V]から電圧位相を演算部3073に演算させる。上記電圧位相から最大相Vmax_phaseおよび最小相Vmin_phaseを判定する。更に、比較部3072の比較結果に基づいて、演算部3073に中性点電圧Vc[V]を演算させる。
比較部3072は、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]と、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]を比較する。第1の実施形態と同様に、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]が最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]より大きいか否か判定する。そして、ある位相における固定する1相を決定する。演算部3073は、上記のように、d軸電圧指令値vd[V]およびq軸電圧指令値vq[V]から電圧位相を演算する。また、比較部3072の比較結果に基づいて、中性点電圧Vc[V]を演算する。更に、U相電流iu[A]およびV相電流iv[A]からW相電流iw[A]を演算する。
(中性点電圧加算部307で実行される制御方法)
次に、第3の実施形態に係る中性点電圧加算部307で実行される制御方法について、図10を参照して説明する。図10は、図8に示す中性点電圧加算部307で実行される制御方法を示すフローチャートである。本制御方法は、図10に示すフローチャートのプログラムを、第3の実施形態に係る中性点電圧加算部307に組み込み実現している。図10に示すように、相判定部3071は、dq−3相変換部306から中性点電圧加算部307へ出力されたd軸電圧指令値vd[V]およびq軸電圧指令値vq[V]から電圧位相を演算部3073に演算させる(ステップS301)。次に、相判定部3071は、上記電圧位相から最大相Vmax_phaseおよび最小相Vmin_phaseを判定する(ステップS302)。次に、図10に示したように、図5に示したステップS103乃至S107の制御処理と全く同じ制御処理であるステップS303乃至S307の制御処理を実行する。以降、ステップS301乃至S307の制御処理を順次、繰り返し実行する。
このようにして、電流位相および電圧位相と電流位相の差である位相差を演算することなく、ある位相における固定する1相を決定する。当該1相のデューティー比が上記位相で0%または100%になるように、中性点電圧Vc[V]を演算している。これから、第1の実施形態と同様の効果を取得できる。
以上より、第3の実施形態に係るモーターコントローラ30は、d軸電圧指令値vd[V]とq軸電圧指令値vq[V]を求める電流制御部105を備える。当該電流制御部105は、モーター角周波数ω[rad/s]、トルク指令値T[N・m]および3相電流iu[A]、iv[A]、iw[A]に基づいて、d軸電圧指令値vd[V]とq軸電圧指令値vq[V]を求める。また、モーターコントローラ30は、d軸電圧指令値vd[V]とq軸電圧指令値vq[V]を3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]に変換するdq−3相変換部306を備える。更に、相判定部3071は、d軸電圧指令値vd[V]およびq軸電圧指令値vq[V]から演算された電圧位相から最大相Vmax_phaseおよび最小相Vmin_phaseを判定している。このようにしても、第1の実施形態と同様の効果を取得できる。
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態に係るインバータシステムについて、第2の実施形態に係るインバータシステムと異なる点を中心に図11乃至図13を参照して説明する。また、第4の実施形態に係るインバータシステムについて、第2の実施形態に係るインバータシステムと同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。図11は、本発明の第4の実施形態に係るインバータシステムの構成を示す図である。図11に示すように、第4の実施形態に係るインバータシステムは、第2の実施形態とほとんど同じである。第4の実施形態に係るインバータシステムが、第2の実施形態に係るインバータシステムと異なる点は、変換手段であるdq−3相変換部406の出力と、中性点電圧加算手段である中性点電圧加算部407が異なる点だけである。第4の実施形態に係るモーターコントローラ40では、dq−3相変換部406から中性点電圧加算部407へdq軸電圧指令値vd[V]、vq[V]および3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]を出力する。
次に、第4の実施形態に係る中性点電圧加算部407の内部構造について、図12を参照して説明する。図12は、図11に示す中性点電圧加算部407の内部ブロック図である。図12に示すように、中性点電圧加算部407は、第2の実施形態と同様に、相判定手段である相判定部4071と、比較手段である比較部4072と、演算手段である演算部4073とを備えている。相判定部4071は、第2の実施形態と異なり、dq−3相変換部406から中性点電圧加算部407へ出力されたd軸電圧指令値vd[V]およびq軸電圧指令値vq[V]から電圧位相を演算部4073に演算させる。上記電圧位相から最大相Vmax_phaseおよび最小相Vmin_phaseを判定する。更に、比較部4072の比較結果に基づいて、演算部4073に中性点電圧Vc[V]を演算させる。
比較部4072は、最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]と、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]を比較する。第2の実施形態と同様に、最小相の電流値の絶対値|I(Vmin_phase)|[A]が最大相の電流値の絶対値|I(Vmax_phase)|[A]より大きいか否か判定する。そして、ある位相における固定する1相を決定する。演算部4073は、上記のように、d軸電圧指令値vd[V]およびq軸電圧指令値vq[V]から電圧位相を演算する。また、比較部4072の比較結果に基づいて、中性点電圧Vc[V]を演算する。更に、U相電流iu[A]およびV相電流iv[A]からW相電流iw[A]を演算する。
(中性点電圧加算部407で実行される制御方法)
次に、第4の実施形態に係る中性点電圧加算部407で実行される制御方法について、図13を参照して説明する。図13は、図11に示す中性点電圧加算部407で実行される制御方法を示すフローチャートである。本制御方法は、図13に示すフローチャートのプログラムを、第4の実施形態に係る中性点電圧加算部407に組み込み実現している。図13に示すように、相判定部4071は、dq−3相変換部406から中性点電圧加算部407へ出力されたd軸電圧指令値vd[V]およびq軸電圧指令値vq[V]から電圧位相を演算部4073に演算させる(ステップS401)。次に、相判定部4071は、上記電圧位相から最大相Vmax_phaseおよび最小相Vmin_phaseを判定する(ステップS402)。次に、図13に示したように、図7に示したステップS203乃至S207の制御処理と全く同じ制御処理であるステップS403乃至S407の制御処理を実行する。以降、ステップS401乃至S407の制御処理を順次、繰り返し実行する。
このようにして、電流位相および電圧位相と電流位相の差である位相差を演算することなく、ある位相における固定する1相を決定する。当該1相のデューティー比が上記位相で0%または100%になるように、中性点電圧Vc[V]を演算している。これから、第2の実施形態と同様の効果を取得できる。
以上より、第4の実施形態に係るモーターコントローラ40は、d軸電圧指令値vd[V]とq軸電圧指令値vq[V]を求める電流制御部105を備える。当該電流制御部105は、モーター角周波数ω[rad/s]、トルク指令値T[N・m]および3相電流iu[A]、iv[A]、iw[A]に基づいて、d軸電圧指令値vd[V]とq軸電圧指令値vq[V]を求める。また、第4の実施形態に係るモーターコントローラ40は、d軸電圧指令値vd[V]とq軸電圧指令値vq[V]を3相電圧指令値vu[V]、vv[V]、vw[V]に変換するdq−3相変換部406を備える。更に、相判定部4071は、d軸電圧指令値vd[V]およびq軸電圧指令値vq[V]から演算された電圧位相から最大相Vmax_phaseおよび最小相Vmin_phaseを判定している。このようにしても、第2の実施形態と同様の効果を取得できる。
なお、以上に述べた実施形態は、本発明の実施の一例であり、本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、第1乃至第4の実施形態に係るモーターコントローラでは、微分部101、θ演算部102、3相−dq変換部103および電流MAP部104を含んでいるが、特にこれに限定されるものでなく、含まなくても良い。微分部101、θ演算部102、3相−dq変換部103および電流MAP部104を備える他の装置と伝送できれば良い。
また、第1および第2の実施形態に係るモーターコントローラでは、電流制御部105およびdq−3相変換部106を含んでいるが、特にこれに限定されるものでなく、含まなくても良い。電流制御部105およびdq−3相変換部106を備える他の装置と伝送できれば良い。
また、第3および第4の実施形態に係るモーターコントローラでは、dq−3相変換部から中性点電圧加算部へd軸電圧指令値vd[V]およびq軸電圧指令値vq[V]を出力しているが、特にこれに限定されるものでなく、電流制御部105から出力しても良い。
また、第1乃至第4の実施形態に係る中性点電圧加算部で実行される制御方法において、W相電流iw[A]を毎回演算しているが、特にこれに限定されるものでなく、必要な場合のみ演算しても良い。すなわち、最大相Vmax_phaseおよび最小相Vmin_phaseのどちらもW相でない場合、W相電流iw[A]を演算しないようにしても良い。
本発明の第1の実施形態に係るインバータシステムの概略構成図 図1に示すインバータシステムの構成を示すブロック図 スイッチング損失が最小となる2相変調とスイッチング損失が最大となる2相変調における電圧電流波形を示す図 図2に示す中性点電圧加算部の内部ブロック図 図2に示す中性点電圧加算部で実行される制御方法を示すフローチャート 本発明の第2の実施形態に係る中性点電圧加算部の内部ブロック図 図6に示す中性点電圧加算部で実行される制御方法を示すフローチャート 本発明の第3の実施形態に係るインバータシステムの構成を示す図 図8に示す中性点電圧加算部の内部ブロック図 図8に示す中性点電圧加算部で実行される制御方法を示すフローチャート 本発明の第4の実施形態に係るインバータシステムの構成を示す図 図11に示す中性点電圧加算部の内部ブロック図 図11に示す中性点電圧加算部で実行される制御方法を示すフローチャート
符号の説明
1 インバータ、2 電流センサ、3 電動機であるモーター、4 レゾルバ、
10、30、40 制御装置であるモーターコントローラ、
101 微分部、102 θ演算部、103 3相−dq変換部、
104 電流MAP部、105 電圧指令値演算手段である電流制御部、
106、306、406 変換手段であるdq−3相変換部、
107、207、307,407 中性点電圧加算手段である中性点電圧加算部、108 PWM信号生成手段であるPWM生成部、
1071、2071、3071、4071 相判定手段である相判定部、
1072、2072、3072、4072 比較手段である比較部、
1073、2073、3073、4073 演算手段である演算部、
トルク指令値、id d軸電流指令値、iq q軸電流指令値、
vd d軸電圧指令値、vq q軸電圧指令値、vu U相電圧指令値、
vv V相電圧指令値、vw W相電圧指令値、
vu’* 中性点電圧加算後U相電圧指令値、
vv’ 中性点電圧加算後V相電圧指令値、
vw’ 中性点電圧加算後W相電圧指令値、tu U相PWM信号、
tv V相PWM信号、tw W相PWM信号、iu U相電流、
iv V相電流、iw W相電流、id d軸電流、iq q軸電流、
θ モーター電気角度、ω モーター角周波数、Vc 中性点電圧、
B 直流電源、Tu+、Tu− U相スイッチング素子、
Tv+、Tv− V相スイッチング素子、
Tw+、Tw− W相スイッチング素子、
Du+、Du− U相還流素子、Dv+、Dv− V相還流素子、
Dw+、Dw− W相還流素子、
Vmax_phase 最大相、Vmin_phase 最小相、
V_max インバータ出力電圧の最大値、
V_min インバータ出力電圧の最小値、
V(Vmax_phase) 最大相の電圧指令値、
V(Vmin_phase) 最小相の電圧指令値、
|I(Vmax_phase)| 最大相の電流値の絶対値、
|I(Vmin_phase)| 最小相の電流値の絶対値

Claims (5)

  1. インバータの3相のうちの1相のデューティー比をある位相で0%または100%に固定する2相変調を実施するために、電動機の角周波数、トルク指令値および前記電動機に流れる3相電流に基づいて求められた3相電圧指令値全てに同じ中性点電圧を加算する中性点電圧加算手段と、
    前記中性点電圧を加算した後の3相電圧指令値に基づいて、前記インバータを制御するPWM信号を生成するPWM信号生成手段と、を備える電動機の制御装置であって、
    前記中性点電圧加算手段は、前記3相電圧指令値のうち電圧指令値が最大となる最大相および最小となる最小相を判定する相判定手段と、
    前記3相電流における前記最大相の電流値の絶対値と、前記3相電流における前記最小相の電流値の絶対値とを比較し、前記固定する前記1相を決定する比較手段と、
    前記比較手段の比較結果に基づいて、前記中性点電圧を演算する演算手段とを備えることを特徴とする電動機の制御装置。
  2. 前記演算手段は、前記最大相の前記電流値の前記絶対値が前記最小相の前記電流値の前記絶対値より大きいと前記比較手段が判定した場合、前記インバータの出力電圧の最大値と前記最大相の電圧指令値の偏差を前記中性点電圧とし、
    前記最大相の前記電流値の前記絶対値が前記最小相の前記電流値の前記絶対値より大きくないと前記比較手段が判定した場合、前記インバータの前記出力電圧の最小値と前記最小相の電圧指令値の偏差を前記中性点電圧とすることを特徴とする請求項1に記載の電動機の制御装置。
  3. 前記演算手段は、前記最小相の前記電流値の前記絶対値が前記最大相の前記電流値の前記絶対値より大きいと前記比較手段が判定した場合、前記インバータの出力電圧の最大値と前記最大相の電圧指令値の偏差を前記中性点電圧とし、
    前記最小相の前記電流値の前記絶対値が前記最大相の前記電流値の前記絶対値より大きくないと前記比較手段が判定した場合、前記インバータの前記出力電圧の最小値と前記最小相の電圧指令値の偏差を前記中性点電圧とすることを特徴とする請求項1に記載の電動機の制御装置。
  4. 前記電動機の前記角周波数、前記トルク指令値および前記3相電流に基づいて、d軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を求める電圧指令値演算手段と、
    前記d軸電圧指令値および前記q軸電圧指令値を前記3相電圧指令値に変換する変換手段とを備え、
    前記相判定手段は、前記d軸電圧指令値および前記q軸電圧指令値から演算された電圧位相から前記最大相および前記最小相を判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電動機の制御装置。
  5. 中性点電圧加算手段の相判定手段により、電動機の角周波数、トルク指令値および前記電動機に流れる3相電流に基づいて求められた3相電圧指令値のうち電圧指令値が最大となる最大相および最小となる最小相を判定し、
    前記中性点電圧加算手段の比較手段により、前記3相電流における前記最大相の電流値の絶対値と、前記3相電流における前記最小相の電流値の絶対値とを比較し、インバータの3相のうち、デューティー比をある位相で0%または100%に固定する1相を決定し、
    前記中性点電圧加算手段の演算手段により、前記比較手段の比較結果に基づいて、中性点電圧を演算し、前記3相電圧指令値全てに同じ前記中性点電圧を加算し、
    PWM信号生成手段により、前記中性点電圧を加算した後の3相電圧指令値に基づいて、前記インバータを制御するPWM信号を生成することを特徴とする電動機の制御方法。
JP2007270952A 2007-10-18 2007-10-18 電動機の制御装置およびその制御方法 Pending JP2009100587A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007270952A JP2009100587A (ja) 2007-10-18 2007-10-18 電動機の制御装置およびその制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007270952A JP2009100587A (ja) 2007-10-18 2007-10-18 電動機の制御装置およびその制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009100587A true JP2009100587A (ja) 2009-05-07

Family

ID=40703084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007270952A Pending JP2009100587A (ja) 2007-10-18 2007-10-18 電動機の制御装置およびその制御方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009100587A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3163745A4 (en) * 2014-06-30 2018-02-28 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Motor control device and electric power steering system using said motor drive circuit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3163745A4 (en) * 2014-06-30 2018-02-28 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Motor control device and electric power steering system using said motor drive circuit
US10374531B2 (en) 2014-06-30 2019-08-06 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Motor control device and electric power steering system using said motor drive circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5133834B2 (ja) 交流電動機の制御装置
JP4329855B2 (ja) 交流モータの制御装置および交流モータの制御方法
JP6260502B2 (ja) モータ制御装置
WO2008047438A1 (fr) Contrôleur vectoriel d'un moteur synchrone à aimant permanent
US8847527B2 (en) Control system for a rotary machine
JP2011120322A (ja) 電動機駆動装置の制御装置
JP2005218197A (ja) モータ制御装置
WO2012017766A1 (ja) 制御装置
JP2011254641A (ja) 電動機の制御装置および電動機制御システム
JP6414771B2 (ja) モータ制御装置及びモータ制御方法
JP2006254572A (ja) 同期電動機の制御方法および制御装置
JP2010200430A (ja) 電動機の駆動制御装置
JP2012138982A (ja) モータ制御装置及び電気機器
JP6358834B2 (ja) ベクトル制御装置、それを組み込んだインバータ及びそれを組み込んだインバータとモータとのセット装置
JP2010063221A (ja) モータ制御装置
JP2018042315A (ja) インバータ制御装置
JP5678837B2 (ja) 回転機の制御装置
JP5326444B2 (ja) 回転機の制御装置
JP7073799B2 (ja) モータ制御方法、及び、モータ制御装置
JP2009100587A (ja) 電動機の制御装置およびその制御方法
JP6680104B2 (ja) モータの制御装置、及び、制御方法
JP5408918B2 (ja) モータの制御方法および制御装置
WO2020012644A1 (ja) 電動パワーステアリング装置の制御装置
JP7376765B2 (ja) 同期電動機の制御装置
JP2011072190A (ja) 交流電動機の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100928

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20101013

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20101028

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120626

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20121030