JP2010110214A - Drive unit of synchronous electric motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To start a synchronous electric motor while controlling the charging state of a capacitor 30 prior to the drive of the three-phase AC synchronous electric motor. <P>SOLUTION: In a drive unit of the three-phase synchronous electric motor, a rotor is synchronized with a rotating magnetic field generated from a stator coil by using an initial state synchronization control part 53B prior to the execution of a normal drive control part 56, and the charging state of the capacitor 30 is controlled. Accordingly, a large current is prevented from flowing to the capacitor immediately after the start of the execution of the normal drive control part 56. Accompanied by this, the execution of the normal drive control part 56 can be started in a state that an output voltage of the capacitor is stabilized without causing an effect that the operation state of the three-phase synchronous electric motor becomes unstable. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ステータコイルがスター結線されている同期電動機を制御する同期電動機の駆動装置に関するものである。   The present invention relates to a synchronous motor drive device that controls a synchronous motor in which a stator coil is star-connected.

従来、この種の駆動装置では、例えば、特許文献1に示すように、6個のトランジスタと6個のダイオードから構成されるインバータ回路と、このインバータ回路を制御する制御回路とを備えるものがある。   Conventionally, this type of drive device includes, for example, an inverter circuit composed of six transistors and six diodes, and a control circuit that controls the inverter circuit, as shown in Patent Document 1. .

具体的には、インバータ回路は、直列接続された一対のトランジスタが3組、正極側母線と負極側母線との間に並列接続されて構成されており、さらに1つのトランジスタ毎にこのトランジスタに対してダイオードが1つずつ並列接続されている。   Specifically, the inverter circuit is composed of three pairs of series-connected transistors connected in parallel between the positive side bus and the negative side bus, and each transistor is further connected to this transistor. One diode is connected in parallel.

ステータコイルの中性点とインバータ回路の負極側母線との間には、直流電源が接続されている。ステータコイルの中性点とインバータ回路の正極側母線との間には、コンデンサが接続されている。このため、正極側母線と負極側母線との間には、直流電源から発生する電源電圧とコンデンサから発生する電圧とを合わせた電圧差が生じる。   A DC power source is connected between the neutral point of the stator coil and the negative side bus of the inverter circuit. A capacitor is connected between the neutral point of the stator coil and the positive side bus of the inverter circuit. For this reason, a voltage difference in which the power supply voltage generated from the DC power supply and the voltage generated from the capacitor are combined is generated between the positive bus and the negative bus.

制御回路は、6個のトランジスタをスイッチング動作させることにより、正極側母線と負極側母線との間の電圧差に基づいて三相交流同期電動機に三相交流電流を出力する。したがって、直流電源から発生する電源電圧よりも大きな電圧により、三相交流同期電動機を運転することができる。   The control circuit outputs a three-phase alternating current to the three-phase alternating current synchronous motor based on the voltage difference between the positive side bus and the negative side bus by switching the six transistors. Therefore, the three-phase AC synchronous motor can be operated with a voltage larger than the power supply voltage generated from the DC power supply.

ここで、6個のトランジスタのうち負極側母線のトランジスタがオンしたときには、ステータコイルに電流が流れるため、ステータコイルには、電流に基づいて磁気エネルギーが蓄えられる。   Here, when the negative-side bus transistor among the six transistors is turned on, a current flows through the stator coil, so that magnetic energy is stored in the stator coil based on the current.

負極側母線のトランジスタがオフしたときには、前記磁気エネルギーに基づいた電流が、ステータコイルから正極側母線側のダイオードおよび正極側母線を通してコンデンサに電流が流れる。したがって、6個のトランジスタをスイッチング動作させることにより、ステータコイルに三相交流電流を流しつつ、コンデンサに電荷を蓄えることになる。   When the transistor on the negative side bus is turned off, a current based on the magnetic energy flows from the stator coil to the capacitor through the diode on the positive side bus and the positive side bus. Therefore, by switching the six transistors, charges are stored in the capacitor while a three-phase alternating current is passed through the stator coil.

特開2002−10654号公報JP 2002-10654 A

上述の駆動装置では、コンデンサに電荷が蓄えられていない状態で、インバータ回路の制御を開始する場合に、負極側母線のトランジスタがオンからオフに移行すると、ステータコイルから正極側母線側のダイオードおよび正極側母線を通してコンデンサに大きな突入電流が流れる。これに伴い、コンデンサの出力電圧が大きく変動する。   In the drive device described above, when the control of the inverter circuit is started in a state where no electric charge is stored in the capacitor, when the transistor on the negative side bus transitions from on to off, the diode on the positive side bus from the stator coil and A large inrush current flows to the capacitor through the positive bus. Along with this, the output voltage of the capacitor greatly fluctuates.

したがって、インバータ回路から三相交流同期電動機に出力される交流電流が不安定になり、三相交流同期電動機に振動を生じる可能性がある。   Therefore, the AC current output from the inverter circuit to the three-phase AC synchronous motor becomes unstable, and vibration may occur in the three-phase AC synchronous motor.

本発明は上記点に鑑みて、同期電動機の運転に先だって、コンデンサの充電状態を制御する同期電動機の駆動装置を提供することを目的とする。   In view of the above points, an object of the present invention is to provide a driving device for a synchronous motor that controls a charging state of a capacitor prior to the operation of the synchronous motor.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、スター結線されたステータコイルから発生する回転磁界によりロータを回転させる同期電動機の駆動装置であって、
直列接続された一対のスイッチング素子を多数組有し、正極側母線と負極側母線との間に前記一対のスイッチング素子が多数組、並列接続されているインバータ回路と、
コンデンサと、
前記インバータ回路を構成する複数の前記スイッチング素子をスイッチング動作させることにより、電源装置の出力電圧と前記コンデンサの出力電圧とに基づいて交流電流を前記ステータコイルに出力して前記ステータコイルから前記回転磁界を発生させる通常運転制御手段と、
前記通常運転制御手段の実行開始に先立って、前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、前記ステータコイルから発生させる回転磁界に前記ロータを同期させて、かつ前記コンデンサの充電状態を制御する初期状態同期制御手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a driving device for a synchronous motor that rotates a rotor by a rotating magnetic field generated from a star-connected stator coil,
An inverter circuit having a large number of a pair of switching elements connected in series, and a large number of the pair of switching elements between the positive side bus and the negative side bus, connected in parallel;
A capacitor,
By switching the plurality of switching elements constituting the inverter circuit, an alternating current is output to the stator coil based on the output voltage of the power supply device and the output voltage of the capacitor, and the rotating magnetic field is output from the stator coil. Normal operation control means for generating
Prior to the start of execution of the normal operation control means, the plurality of switching elements are switched to synchronize the rotor with a rotating magnetic field generated from the stator coil and to control the charge state of the capacitor And state synchronization control means.

これにより、通常運転制御手段の実行開始に先立って、コンデンサの充電状態を制御することができる。   Thereby, the charge state of the capacitor can be controlled prior to the start of execution of the normal operation control means.

請求項2に記載の発明では、前記複数のスイッチング素子のそれぞれにはダイオードが逆並列に配置されており、
前記複数のスイッチング素子は、前記正極側母線に接続された正極側母線側のスイッチング素子と、前記負極側母線側に接続された負極側母線側のスイッチング素子とから構成されており、
前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子のオフに伴って、残りの母線側のスイッチング素子に逆並列に配置された前記ダイオードを通して前記ステータコイルと前記コンデンサとの間に流れる電流に基づいて前記コンデンサの充電状態を制御することを特徴とする。
In the invention according to claim 2, a diode is disposed in antiparallel to each of the plurality of switching elements,
The plurality of switching elements are composed of a positive-side bus-side switching element connected to the positive-side bus and a negative-side bus-side switching element connected to the negative-side bus side,
The initial state synchronization control means includes a positive-side bus-side switching element and a negative-side bus-side switching element, on the bus-side to which one of the positive electrode and the negative electrode of the power supply device is connected. The charging state of the capacitor is controlled based on the current flowing between the stator coil and the capacitor through the diode arranged in antiparallel with the remaining switching element on the bus side when the switching element is turned off. Features.

請求項3に記載の発明では、前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記残りの母線側のスイッチング素子をオフした状態で、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、前記インバータ回路から出力される交流電流に基づいて前記ステータコイルからの回転磁界を発生させることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the initial state synchronization control means turns off the remaining bus-side switching elements among the positive-side bus-side switching elements and the negative-side bus-side switching elements. Then, by rotating the switching element on the bus side to which one of the positive electrode and the negative electrode of the power supply device is connected, the rotation from the stator coil based on the alternating current output from the inverter circuit A magnetic field is generated.

請求項4に記載の発明では、前記インバータ回路において、前記一対のスイッチング素子は3組、並列接続されており、
前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側の3つのスイッチング素子において、オンさせる2つのスイッチング素子を順に変更することによって、ステータコイルから回転磁界を発生させることをことを特徴とする。
In the invention according to claim 4, in the inverter circuit, the pair of switching elements is connected in parallel in three sets,
The initial state synchronization control means includes a positive-side bus-side switching element and a negative-side bus-side switching element, on the bus-side to which one of the positive electrode and the negative electrode of the power supply device is connected. In the three switching elements, a rotating magnetic field is generated from the stator coil by sequentially changing the two switching elements to be turned on.

請求項5に記載の発明では、前記初期状態同期制御手段は、オンさせる2つのスイッチング素子を所定オン時間オンさせる第1の手段と、前記2つのスイッチング素子を所定オフ時間オフさせる第2の手段と、を備え、前記第1の手段により前記2つのスイッチング素子を所定オン時間オンさせ、この後、前記第2の手段により前記2つのスイッチング素子を所定オフ時間オフさせることを、繰り返すことによって前記コンデンサの充電を行うことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the invention, the initial state synchronization control means includes a first means for turning on two switching elements to be turned on for a predetermined on time, and a second means for turning off the two switching elements for a predetermined off time. The two switching elements are turned on for a predetermined on time by the first means, and then the two switching elements are turned off for a predetermined off time by the second means, by repeating The capacitor is charged.

請求項6に記載の発明では、前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子をオンさせているときに前記ステータコイルに流れる電流を制限電流以下にすることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, the initial state synchronization control means includes any one of a positive electrode and a negative electrode of the power supply device among the switching element on the positive side bus side and the switching element on the negative side bus side. The current flowing through the stator coil when the switching element on the bus side to which either one is connected is turned on is set to be equal to or less than a limit current.

請求項7に記載の発明では、前記初期状態同期制御手段は、前記コンデンサの出力電圧が一定電圧に到達したと判定されるまで前記充電状態の制御を実施することを特徴とする。   The invention according to claim 7 is characterized in that the initial state synchronization control means controls the state of charge until it is determined that the output voltage of the capacitor has reached a constant voltage.

請求項8に記載の発明では、前記初期状態同期制御手段は、前記コンデンサの出力電圧が一定電圧に到達し、かつ前記コンデンサの温度が所定以上であると判定するまで前記充電状態の制御を実施することを特徴とする。   In the invention according to claim 8, the initial state synchronization control means controls the state of charge until it is determined that the output voltage of the capacitor reaches a constant voltage and the temperature of the capacitor is equal to or higher than a predetermined value. It is characterized by doing.

請求項9に記載の発明では、前記コンデンサのプラス電極は、前記正極側母線に接続され、前記コンデンサのマイナス電極は、前記負極側母線と前記ステータコイルの中性点とのうちいずれか一方に接続されており、
前記電源装置のプラス電極は、前記中性点に接続され、前記電源装置のマイナス電極は、前記負極側母線に接続されていることを特徴とする。
In the invention according to claim 9, the positive electrode of the capacitor is connected to the positive side bus, and the negative electrode of the capacitor is connected to either the negative side bus or the neutral point of the stator coil. Connected,
The positive electrode of the power supply device is connected to the neutral point, and the negative electrode of the power supply device is connected to the negative side bus.

請求項10に記載の発明では、前記コンデンサのプラス電極は、前記正極側母線と前記ステータコイルの中性点とのうちいずれか一方に接続され、前記コンデンサのマイナス電極は、前記負極側母線に接続されており、
前記電源装置のプラス電極は、前記正極側母線に接続され、前記電源装置のマイナス電極は、前記中性点に接続されていることを特徴とする。
In the invention according to claim 10, the positive electrode of the capacitor is connected to one of the positive side bus and the neutral point of the stator coil, and the negative electrode of the capacitor is connected to the negative side bus. Connected,
The positive electrode of the power supply device is connected to the positive-side bus, and the negative electrode of the power supply device is connected to the neutral point.

請求項11に記載の発明では、前記通常運転制御手段の実行開始前で、かつ前記初期状態同期制御手段の実行終了後に、前記ロータの回転速度を一定速度まで上昇させる電流を前記インバータ回路から前記ステータコイルに出力させるように前記インバータ回路を構成する前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させる強制転流制御手段を備えることを特徴とする。   In the invention according to claim 11, the current for increasing the rotational speed of the rotor to a constant speed is supplied from the inverter circuit before the execution of the normal operation control means and after the execution of the initial state synchronization control means. Forcible commutation control means for switching the plurality of switching elements constituting the inverter circuit so as to be output to a stator coil is provided.

請求項12に記載の発明では、前記インバータ回路から前記ステータコイルに流れる電流を検出する電流センサを備え、
前記通常運転制御手段は、前記電流センサにより検出された電流に基づいて前記ロータの回転数を推定するとともに、この推定された回転数に基づいて前記ロータの回転数を目標回転数に近づけるように前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させることを特徴とする。
The invention according to claim 12 includes a current sensor for detecting a current flowing from the inverter circuit to the stator coil,
The normal operation control means estimates the rotational speed of the rotor based on the current detected by the current sensor, and causes the rotational speed of the rotor to approach the target rotational speed based on the estimated rotational speed. The plurality of switching elements are switched.

本発明の第1実施形態における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drive device of the three-phase alternating current synchronous motor in 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態におけるコンデンサの出力電圧の変化およびU相電流の変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the change of the output voltage of the capacitor in a 1st embodiment, and the change of U phase current. 図1の駆動装置の制御判定部の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of the control determination part of the drive device of FIG. 図1の制御判定部の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of the control determination part of FIG. 図1の同期制御部の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of the synchronous control part of FIG. 第1実施形態の変形例における同期制御部の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of the synchronous control part in the modification of 1st Embodiment. 本発明の第1実施形態の変形例における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drive device of the three-phase alternating current synchronous motor in the modification of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の変形例における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drive device of the three-phase alternating current synchronous motor in the modification of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の変形例における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drive device of the three-phase alternating current synchronous motor in the modification of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drive device of the three-phase alternating current synchronous motor in 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態における位置決め制御部の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of the positioning control part in 2nd Embodiment. 本発明の第3実施形態における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drive device of the three-phase alternating current synchronous motor in 3rd Embodiment of this invention. 第3実施形態におけるコンデンサの出力電圧の変化およびU相電流の変化を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the change of the output voltage of a capacitor in a 3rd embodiment, and the change of U phase current. 第3実施形態における初期状態位置決め制御部の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of the initial state positioning control part in 3rd Embodiment. 本発明の第4実施形態における三相交流同期電動機の駆動装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drive device of the three-phase alternating current synchronous motor in 4th Embodiment of this invention.

以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態のうち第4実施形態が特許請求の範囲に記載した発明の実施形態であり、それ以外の実施形態は参考例を示すものである。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below. In addition, 4th Embodiment is embodiment of the invention described in the claim among embodiment shown below, and other embodiment shows a reference example.

(第1実施形態)
図1に本発明に係る三相交流同期電動機の駆動装置の第1実施形態を示す。図1は駆動装置の回路構成と三相交流同期電動機の一部の構成とを示す。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of a three-phase AC synchronous motor driving apparatus according to the present invention. FIG. 1 shows a circuit configuration of a driving device and a partial configuration of a three-phase AC synchronous motor.

駆動装置10は、直流電圧に基づいて三相交流電流を三相交流同期電動機に出力して三相交流同期電動機を駆動する。三相交流同期電動機の回転軸には、例えば圧縮機構等の負荷が接続されている。   The drive device 10 outputs a three-phase alternating current to the three-phase alternating current synchronous motor based on the direct current voltage to drive the three-phase alternating current synchronous motor. For example, a load such as a compression mechanism is connected to the rotating shaft of the three-phase AC synchronous motor.

三相交流同期電動機は、例えば永久磁石が埋め込まれたロータ(図示省略)と、ロータに回転磁界を与えるステータコイル1を備える。ステータコイル1は、U相コイル1a、V相コイル1b、およびW相コイル1cがスター結線されて中性点1xを有するものである。   The three-phase AC synchronous motor includes, for example, a rotor (not shown) in which permanent magnets are embedded, and a stator coil 1 that applies a rotating magnetic field to the rotor. The stator coil 1 has a neutral point 1x in which a U-phase coil 1a, a V-phase coil 1b, and a W-phase coil 1c are star-connected.

本実施形態では、三相交流同期電動機は、ロータの位置情報を検出するセンサが取り付けられていない構成になっている。   In this embodiment, the three-phase AC synchronous motor has a configuration in which a sensor for detecting rotor position information is not attached.

高電圧バッテリ3は、ステータコイル1の中性点1xとグランドとの間に配置されている電源装置である。高電圧バッテリ3とグランドとの間には、電源スイッチ5のスイッチ素子5aが配置されている。電源スイッチ5は、低電圧バッテリ4の正極端子と電子制御装置7との間を開閉するスイッチ素子5bを備える。スイッチ素子5a、5bは、使用者の操作により互いに連動して開閉する。低電圧バッテリ4の出力電圧は、高電圧バッテリ3の出力電圧より低く設定されている。   The high voltage battery 3 is a power supply device arranged between the neutral point 1x of the stator coil 1 and the ground. A switch element 5a of the power switch 5 is disposed between the high voltage battery 3 and the ground. The power switch 5 includes a switch element 5 b that opens and closes between the positive terminal of the low-voltage battery 4 and the electronic control device 7. The switch elements 5a and 5b open and close in conjunction with each other by a user operation. The output voltage of the low voltage battery 4 is set lower than the output voltage of the high voltage battery 3.

駆動装置10は、インバータ回路20、コンデンサ30、電流センサ40、および制御回路50を備える。インバータ回路20は、高電圧バッテリ3の出力電圧とコンデンサ30のプラス電極とマイナス電極との間の電圧差とに基づいて三相交流電流をステータコイル1に出力する。   The drive device 10 includes an inverter circuit 20, a capacitor 30, a current sensor 40, and a control circuit 50. The inverter circuit 20 outputs a three-phase alternating current to the stator coil 1 based on the output voltage of the high voltage battery 3 and the voltage difference between the plus electrode and the minus electrode of the capacitor 30.

具体的には、インバータ回路20は、スイッチング素子SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、およびダイオードD1、D2、D3、D4、D5、D6から構成されている。   Specifically, the inverter circuit 20 includes switching elements SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6, and diodes D1, D2, D3, D4, D5, D6.

スイッチング素子SW1、SW4は負極側母線21と正極側母線22との間に直列接続され、スイッチング素子SW2、SW5は負極側母線21と正極側母線22との間で直列接続され、スイッチング素子SW3、SW6は負極側母線21と正極側母線22との間で直列接続されている。負極側母線21は、グランドに接続されている。   The switching elements SW1 and SW4 are connected in series between the negative electrode bus 21 and the positive electrode bus 22, and the switching elements SW2 and SW5 are connected in series between the negative electrode bus 21 and the positive electrode bus 22, and the switching elements SW3, SW3, The SW 6 is connected in series between the negative side bus 21 and the positive side bus 22. The negative electrode side bus 21 is connected to the ground.

スイッチング素子SW1、SW4の共通接続点はW相コイル1cに接続され、スイッチング素子SW2、SW5の共通接続点はV相コイル1bに接続され、スイッチング素子SW3、SW6の共通接続点はU相コイル1aに接続されている。   The common connection point of the switching elements SW1 and SW4 is connected to the W-phase coil 1c, the common connection point of the switching elements SW2 and SW5 is connected to the V-phase coil 1b, and the common connection point of the switching elements SW3 and SW6 is the U-phase coil 1a. It is connected to the.

なお、スイッチング素子SW1、SW2…SW6としては、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタや電界効果型トランジスタ等の半導体スイッチング素子が用いられている。   As the switching elements SW1, SW2,... SW6, for example, semiconductor switching elements such as insulated gate bipolar transistors and field effect transistors are used.

ダイオードD1、D2、D3、D4、D5、D6は、スイッチング素子SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6のうち対応するスイッチング素子に逆並列になるように配置されている。例えば、ダイオードD1は、スイッチング素子SW1に逆並列になるように配置されている。ダイオードD1、D2…D6は、それぞれ対応するスイッチング素子をバイパスして電流を流す。   The diodes D1, D2, D3, D4, D5, and D6 are disposed so as to be in antiparallel to the corresponding switching element among the switching elements SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, and SW6. For example, the diode D1 is disposed in antiparallel with the switching element SW1. The diodes D1, D2,..., D6 pass current by bypassing the corresponding switching elements.

コンデンサ30は、高電圧バッテリ3とともに出力電圧をインバータ回路20に与える。コンデンサ30のプラス電極は、インバータ回路20の正極側母線22に接続されている。コンデンサ30のマイナス電極は、ステータコイル1の中性点1xに接続されている。   The capacitor 30 provides an output voltage to the inverter circuit 20 together with the high voltage battery 3. The plus electrode of the capacitor 30 is connected to the positive side bus 22 of the inverter circuit 20. The negative electrode of the capacitor 30 is connected to the neutral point 1x of the stator coil 1.

電流センサ40は、U相電流iu、V相コイルiv、およびW相電流iwをそれぞれ検出する。U相電流iuは、スイッチング素子SW3、SW6の共通接続点からU相コイル1aに流れる電流である。   Current sensor 40 detects U-phase current iu, V-phase coil iv, and W-phase current iw. The U-phase current iu is a current that flows from the common connection point of the switching elements SW3 and SW6 to the U-phase coil 1a.

V相電流ivは、スイッチング素子SW2、SW5の共通接続点からV相コイル1bに流れる電流である。W相電流iwは、スイッチング素子SW1、SW4の共通接続点からW相コイル1cに流れる電流である。   The V-phase current iv is a current that flows from the common connection point of the switching elements SW2 and SW5 to the V-phase coil 1b. The W-phase current iw is a current that flows from the common connection point of the switching elements SW1 and SW4 to the W-phase coil 1c.

なお、図中電流iu、iv、iwの電流の流れる方向は、それぞれ各矢印の方向を正とする。   In the figure, the directions of the currents iu, iv, and iw flow are positive in the directions of the arrows.

制御回路50は、制御入出力部51、制御判定部52、初期状態制御部53、同期制御部54、強制転流制御部55、および通常運転制御部56を備える。   The control circuit 50 includes a control input / output unit 51, a control determination unit 52, an initial state control unit 53, a synchronization control unit 54, a forced commutation control unit 55, and a normal operation control unit 56.

制御入出力部51は、制御部53、54、55、56から出力される出力信号をインバータ回路20に出力する。制御入出力部51は、電流センサ40の検出信号を制御部53、54、55、56のそれぞれに出力する。   The control input / output unit 51 outputs an output signal output from the control units 53, 54, 55, 56 to the inverter circuit 20. The control input / output unit 51 outputs the detection signal of the current sensor 40 to each of the control units 53, 54, 55, and 56.

制御判定部52は、初期状態制御部53、同期制御部54、強制転流制御部55、および通常運転制御部56をそれぞれ実行させる。   The control determination unit 52 causes the initial state control unit 53, the synchronization control unit 54, the forced commutation control unit 55, and the normal operation control unit 56 to be executed.

次に、本実施形態の作動について図2を参照して説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.

図2(a)はコンデンサ30の出力電圧の変化を示すタイミングチャート、図2(b)はU相電流iuの変化を示すタイミングチャートである。   FIG. 2A is a timing chart showing changes in the output voltage of the capacitor 30, and FIG. 2B is a timing chart showing changes in the U-phase current iu.

まず、電源スイッチ5が使用者により操作されて電源オン(図2中電源ONと記す)されると、スイッチ素子5aが高電圧バッテリ3とグランドとの間を接続し、さらにスイッチ素子5bが低電圧バッテリ4と電子制御装置7との間を接続する。   First, when the power switch 5 is operated by the user and turned on (denoted as power supply ON in FIG. 2), the switch element 5a connects the high voltage battery 3 and the ground, and the switch element 5b is low. The voltage battery 4 and the electronic control device 7 are connected.

すると、電子制御装置7は、スイッチ素子5bの閉成後一定期間待機してから駆動装置10に対して制御開始を指令する。駆動装置10の制御判定部52は、電子制御装置7から制御開始の指令を受けると、図3のフローチャートにしたがって、コンピュータプログラムの実行を開始する。   Then, the electronic control device 7 commands the drive device 10 to start control after waiting for a certain period after the switch element 5b is closed. When receiving a control start command from the electronic control device 7, the control determination unit 52 of the drive device 10 starts executing the computer program according to the flowchart of FIG.

まず、制御判定部52は、ステップS100で初期状態制御部53に対して制御を実行させる。その後、ステップS110で同期制御部54に対して制御を実行させる。   First, the control determination unit 52 causes the initial state control unit 53 to execute control in step S100. Thereafter, in step S110, the synchronization control unit 54 is controlled.

その後、ステップS120で強制転流制御部55に対して制御を実行させた後、ステップS130で通常運転制御部56に対して制御を実行させる。   Thereafter, the forced commutation controller 55 is controlled in step S120, and then the normal operation controller 56 is controlled in step S130.

以下、初期状態制御部53、同期制御部54、強制転流制御部55、および通常運転制御部56のそれぞれの制御処理について別々に説明する。   Hereinafter, each control process of the initial state control unit 53, the synchronization control unit 54, the forced commutation control unit 55, and the normal operation control unit 56 will be described separately.

(初期状態制御部53)
初期状態制御部53は、図4のフローチャートにしたがって、制御処理を実行する。
(Initial state control unit 53)
The initial state control unit 53 executes control processing according to the flowchart of FIG.

まず、ステップS200においてスイッチング素子SW4、SW5、SW6をオンさせる。   First, in step S200, the switching elements SW4, SW5, and SW6 are turned on.

これに伴い、高電圧バッテリ3のプラス電極側から電流がU相コイル1aおよびスイッチング素子SW6を通してグランド側に流れる。このため、U相コイル1aには、電流に基づいて磁気エネルギーが蓄積される。   Accordingly, a current flows from the positive electrode side of the high voltage battery 3 to the ground side through the U-phase coil 1a and the switching element SW6. For this reason, magnetic energy is accumulated in the U-phase coil 1a based on the current.

なお、本実施形態では、スイッチング素子SW4、SW5、SW6が、特許請求の範囲に記載の「電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子」に相当する。   In the present embodiment, the switching elements SW4, SW5, and SW6 correspond to the “switching element on the bus side to which one of the positive electrode and the negative electrode of the power supply device is connected” recited in the claims. .

また、高電圧バッテリ3のプラス電極側から電流がV相コイル1bおよびスイッチング素子SW5を通してグランド側に流れる。さらに、高電圧バッテリ3のプラス電極側から電流がW相コイル1cおよびスイッチング素子SW4を通してグランド側に流れる。   Further, current flows from the positive electrode side of the high voltage battery 3 to the ground side through the V-phase coil 1b and the switching element SW5. Furthermore, a current flows from the positive electrode side of the high voltage battery 3 to the ground side through the W-phase coil 1c and the switching element SW4.

このため、U相コイル1a場合と同様に、V相コイル1bおよびW相コイル1cには、それぞれ、磁気エネルギーが蓄積される。   For this reason, similarly to the case of the U-phase coil 1a, magnetic energy is accumulated in the V-phase coil 1b and the W-phase coil 1c, respectively.

次のステップS210で、電流センサ40で検出される相電流iu、iv、iwに基づいて、相電流iu、iv、iwのそれぞれの絶対値|iu|、|iv|、|iw|が制限電流A以下であるか否かを判定する。ここで、制限電流Aは、三相交流同期電動機に流すことが可能な最大電流より所定値だけ小さい電流である。最大電流は、三相交流同期電動機に発火が生じない程度でステータコイル1に流すことができる電流の最大値である。   In the next step S210, based on the phase currents iu, iv, iw detected by the current sensor 40, the absolute values | iu |, | iv |, | iw | It is determined whether it is A or less. Here, the limit current A is a current that is smaller by a predetermined value than the maximum current that can flow through the three-phase AC synchronous motor. The maximum current is the maximum value of current that can be passed through the stator coil 1 to the extent that ignition does not occur in the three-phase AC synchronous motor.

そして、ステップS210において、絶対値|iu|、|iv|、|iw|のそれぞれが制限電流A以下であるときには、YESと判定する。   In step S210, if each of the absolute values | iu |, | iv |, | iw |

この場合、ステップS220において、スイッチング素子SW4、SW5、SW6をそれぞれオンしてから所定時間(以下、所定オン時間という)以上経過したか否かを判定する。所定オン時間(図4中所定ON時間と記す)は、予め決められた時間である。   In this case, in step S220, it is determined whether or not a predetermined time (hereinafter referred to as a predetermined on-time) has elapsed since the switching elements SW4, SW5, and SW6 were turned on. The predetermined ON time (denoted as the predetermined ON time in FIG. 4) is a predetermined time.

このとき、スイッチング素子SW4、SW5、SW6をオンしてから経過した時間が所定オン時間よりも短いときには、ステップS220でNOと判定して、ステップS210、S220の判定処理を繰り返す。   At this time, when the time elapsed since the switching elements SW4, SW5, and SW6 are turned on is shorter than the predetermined on-time, NO is determined in step S220, and the determination processes in steps S210 and S220 are repeated.

その後、スイッチング素子SW4、SW5、SW6をオンしてから所定オン時間以上経過すると、ステップS220でYESと判定してステップS230に進む。   Thereafter, when a predetermined on time or more has elapsed since the switching elements SW4, SW5, and SW6 were turned on, YES is determined in step S220, and the process proceeds to step S230.

また、上述のステップS210において、絶対値|iu|、|iv|、|iw|のうちいずれか1つが制限電流Aより大きいときには、NOと判定してステップS230に進む。   If any one of the absolute values | iu |, | iv |, | iw | is greater than the limit current A in step S210 described above, the determination is NO and the process proceeds to step S230.

このようにステップS230に進むと、スイッチング素子SW1、SW2、SW3がオフしている状態で、スイッチング素子SW4、SW5、SW6をオフさせる。   When the process proceeds to step S230 as described above, the switching elements SW4, SW5, and SW6 are turned off while the switching elements SW1, SW2, and SW3 are turned off.

このとき、スイッチング素子SW4のオフに伴って、磁気エネルギーに基づく電流がW相コイル1cからダイオードD1、および正極側母線22を通してコンデンサ30に流れる。すなわち、W相コイル1c側から電流がスイッチング素子SW1をバイパスしてコンデンサ30側に流れる。   At this time, a current based on the magnetic energy flows from the W-phase coil 1c to the capacitor 30 through the diode D1 and the positive bus 22 along with the switching element SW4 being turned off. That is, current flows from the W-phase coil 1c side to the capacitor 30 side, bypassing the switching element SW1.

スイッチング素子SW5のオフに伴って、磁気エネルギーに基づく電流がV相コイル1bからダイオードD2、および正極側母線22を通してコンデンサ30に流れる。すなわち、V相コイル1b側から電流がスイッチング素子SW2をバイパスしてコンデンサ30側に流れる。   With the switching element SW5 turned off, a current based on magnetic energy flows from the V-phase coil 1b to the capacitor 30 through the diode D2 and the positive side bus 22. That is, current flows from the V-phase coil 1b side to the capacitor 30 side, bypassing the switching element SW2.

スイッチング素子SW6のオフに伴って、磁気エネルギーに基づく電流がU相コイル1aからダイオードD3、および正極側母線22を通してコンデンサ30に流れる。すなわち,U相コイル1а側から電流がスイッチング素子SW3をバイパスしてコンデンサ30側に流れる。   With the switching element SW6 turned off, a current based on magnetic energy flows from the U-phase coil 1a to the capacitor 30 through the diode D3 and the positive electrode bus 22. That is, current flows from the U-phase coil 1a side to the capacitor 30 side, bypassing the switching element SW3.

このようにコイル1a、1b、1c側からコンデンサ30に電流が流れ、この電流によりコンデンサ30に電荷が蓄積される。すなわち、スイッチング素子SW4、SW5、SW6のスイッチング動作によりコンデンサ30が充電されることになる。   In this way, current flows from the coils 1a, 1b, and 1c to the capacitor 30, and electric charges are accumulated in the capacitor 30 by this current. That is, the capacitor 30 is charged by the switching operation of the switching elements SW4, SW5, and SW6.

なお、本実施形態ではスイッチング素子SW1、SW2、SW3が、特許請求の範囲に記載の「残りの母線側のスイッチング素子」に相当する。ダイオードD1、D2、D3が特許請求の範囲に記載の「残りの母線側のスイッチング素子に逆並列に配置された前記ダイオード」に相当する。   In the present embodiment, the switching elements SW1, SW2, and SW3 correspond to “remaining bus-side switching elements” recited in the claims. The diodes D1, D2, and D3 correspond to “the diodes arranged in reverse parallel to the switching elements on the remaining busbars” recited in the claims.

次に、ステップS240において、スイッチング素子SW4、SW5、SW6をオフしてから所定時間(以下、所定オフ時間という)以上経過したか否かを判定する。所定オフ時間(図4中所定OFF時間と記す)は、予め決められた時間である。   Next, in step S240, it is determined whether or not a predetermined time (hereinafter referred to as a predetermined off time) has elapsed since the switching elements SW4, SW5, and SW6 were turned off. The predetermined off time (denoted as the predetermined OFF time in FIG. 4) is a predetermined time.

このとき、スイッチング素子SW4、SW5、SW6をオフしてから経過した時間が所定オフ時間よりも短いときには、ステップS240でNOと判定して、ステップS240の判定処理を繰り返す。その後、スイッチング素子SW4、SW5、SW6をオフしてから所定オフ時間以上経過すると、ステップS240でYESと判定する。   At this time, when the time elapsed since switching elements SW4, SW5, and SW6 are turned off is shorter than the predetermined off time, it is determined as NO in step S240, and the determination process in step S240 is repeated. Thereafter, when a predetermined OFF time or more has elapsed since the switching elements SW4, SW5, SW6 were turned off, YES is determined in step S240.

次に、ステップS250で、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値以上であるか否かを判定する。具体的には、初期状態制御部53の制御の実行を開始後一定時間以上経過したか否かを判定する。   Next, in step S250, it is determined whether or not the output voltage of the capacitor 30 is equal to or higher than the target voltage value. Specifically, it is determined whether or not a certain period of time has elapsed after the execution of the control of the initial state control unit 53 is started.

初期状態制御部53の制御の実行を開始後経過した時間が一定時間より短いときには、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値未満であるとしてステップS250でNOと判定して、ステップS200に戻る。   When the elapsed time after starting the execution of the control of the initial state control unit 53 is shorter than the predetermined time, it is determined that the output voltage of the capacitor 30 is less than the target voltage value in step S250, and the process returns to step S200.

このため、初期状態制御部53の制御の実行を開始後一定時間以上経過するまで、ステップS210、S220、S230、S240の各処理を繰り返す。このため、スイッチング素子SW4、SW5、SW6のスイッチング動作によりコンデンサ30が充電される。このため、コンデンサ30の出力電圧は、図2(a)に示すように、徐々に上昇する。   For this reason, each process of steps S210, S220, S230, and S240 is repeated until a predetermined time or more elapses after the execution of the control of the initial state control unit 53 is started. For this reason, the capacitor 30 is charged by the switching operation of the switching elements SW4, SW5, and SW6. For this reason, the output voltage of the capacitor 30 gradually increases as shown in FIG.

その後、初期状態制御部53の制御の実行を開始後一定時間以上経過すると、ステップS250において、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値以上であるとしてYESと判定する。すなわち、コンデンサ30の充電状態の制御が完了したとして、初期状態制御部53の制御が終了する。   Thereafter, when a predetermined time or more has elapsed after the execution of the control of the initial state control unit 53 is started, it is determined as YES in step S250 because the output voltage of the capacitor 30 is equal to or higher than the target voltage value. That is, assuming that the control of the charging state of the capacitor 30 is completed, the control of the initial state control unit 53 ends.

(同期制御部54)
同期制御部54は、図5のフローチャートにしたがって、制御処理を実行する。
(Synchronous control unit 54)
The synchronization control unit 54 executes control processing according to the flowchart of FIG.

まず、ステップS300において、周知の三角波比較PWM方式によって、三相交流電流をステータコイル1に出力させるようにスイッチング素子SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6のスイッチング出力を設定する。   First, in step S300, switching outputs of the switching elements SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, and SW6 are set so that a three-phase alternating current is output to the stator coil 1 by a known triangular wave comparison PWM method.

すなわち、三相交流電流をステータコイル1に出力させるようにスイッチング素子SW1、SW2…SW6に対してそれぞれオン、或いはオフを設定することになる。   That is, the switching elements SW1, SW2,... SW6 are turned on or off so that the three-phase alternating current is output to the stator coil 1.

ここで、前記三相交流電流は、その波高値が初期値から半周期(電気角180deg)毎に所定値大きくなる電流である。波高値の初期値としては、回転磁界に基づいてロータに生じる回転トルクが三相交流同期電動機の負荷側に生じるトルクよりも十分に小さくなる値に設定されている。   Here, the three-phase alternating current is a current whose peak value increases by a predetermined value every half cycle (electrical angle 180 deg) from the initial value. The initial value of the peak value is set to a value at which the rotational torque generated in the rotor based on the rotating magnetic field is sufficiently smaller than the torque generated on the load side of the three-phase AC synchronous motor.

次に、ステップS310で三相交流電流の実効値を求め、この三相交流電流の実効値が一定値以上であるか否かを判定する。このとき、三相交流電流の実効値が一定値未満であるときには、ステップS310においてNOと判定してステップS310に戻る。   Next, in step S310, an effective value of the three-phase alternating current is obtained, and it is determined whether or not the effective value of the three-phase alternating current is a certain value or more. At this time, when the effective value of the three-phase alternating current is less than a certain value, NO is determined in step S310 and the process returns to step S310.

その後、三相交流電流の実効値が一定値以上になるまでステップS300、S310の処理を繰り返す。これに伴い、正極側母線22側のスイッチング素子SW1、SW2、SW3と負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6とをスイッチング動作させる。   Thereafter, the processes in steps S300 and S310 are repeated until the effective value of the three-phase alternating current becomes a certain value or more. Accordingly, the switching elements SW1, SW2, SW3 on the positive side bus 22 side and the switching elements SW4, SW5, SW6 on the negative side bus 21 side are switched.

このため、スイッチング素子SW1、SW4の共通接続点とスイッチング素子SW2、SW5の共通接続点とスイッチング素子SW3、SW6の共通接続点とから、コンデンサ30の出力電圧と高電圧バッテリ3の出力電圧とに基づいて三相交流電流がステータコイル1に出力される。   For this reason, the output voltage of the capacitor 30 and the output voltage of the high-voltage battery 3 are determined from the common connection point of the switching elements SW1 and SW4, the common connection point of the switching elements SW2 and SW5, and the common connection point of the switching elements SW3 and SW6. Based on this, a three-phase alternating current is output to the stator coil 1.

これに伴い、ステータコイル1から回転磁界が発生する。したがって、ロータが回転磁界に同期して回転することになる。   Along with this, a rotating magnetic field is generated from the stator coil 1. Therefore, the rotor rotates in synchronization with the rotating magnetic field.

ここで、負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6のオフに伴って、初期状態制御部53の制御の場合と同様に、コンデンサ30に電荷が蓄積される。   Here, as the switching elements SW4, SW5, and SW6 on the negative-side bus 21 side are turned off, charges are accumulated in the capacitor 30 as in the case of the control of the initial state control unit 53.

本実施形態では、一定時間における正極側母線22側のスイッチング素子SW1、SW2、SW3のオン時間とオフ時間の比率(以下、正極側比率H1という)と、一定時間における負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6のオン時間とオフ時間の比率(負極側比率H2という)は、後述するように、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値を維持するように設定されている。   In the present embodiment, the ratio of the ON time and the OFF time of the switching elements SW1, SW2, SW3 on the positive side bus 22 side in a certain time (hereinafter referred to as positive side ratio H1) and the switching on the negative side bus 21 side in the certain time. The ratio of the on time to the off time of the elements SW4, SW5, SW6 (referred to as the negative electrode side ratio H2) is set so that the output voltage of the capacitor 30 maintains the target voltage value, as will be described later.

その後、三相交流電流の実効値が一定値以上になるとステップS310でYESと判定してステップS320に移行する。このステップS320では、最初にステップS300でスイッチング素子SW1、SW2…SW6のスイッチング出力を設定してから電気角720deg以上、三相交流電流をステータコイル1に出力したか否かを判定する。   Thereafter, when the effective value of the three-phase alternating current becomes a certain value or more, YES is determined in step S310, and the process proceeds to step S320. In step S320, it is first determined whether or not a three-phase alternating current has been output to the stator coil 1 for an electrical angle of 720 degrees or more since the switching outputs of the switching elements SW1, SW2,.

ここで、ステータコイル1に出力した三相交流電流が電気角720deg未満であるときには、ステップS320でNOと判定してステップS300に戻る。このため、ステップS320でNOと判定される限り、ステップS300の処理とステップS310のYES判定処理を繰り返す。   Here, when the three-phase alternating current output to the stator coil 1 is less than the electrical angle of 720 deg, NO is determined in step S320, and the process returns to step S300. Therefore, as long as NO is determined in step S320, the process of step S300 and the YES determination process of step S310 are repeated.

したがって、図2(b)に示すように、波高値が半周期毎に大きくなる三相交流電流がステータコイル1に出力されることになる。なお、図2ではU相電流だけを示す。   Therefore, as shown in FIG. 2B, a three-phase alternating current whose peak value increases every half cycle is output to the stator coil 1. In FIG. 2, only the U-phase current is shown.

その後、最初にステップS300でスイッチング素子SW1、SW2…SW6のスイッチング出力を設定してからステータコイル1に出力した三相交流電流が電気角720deg以上になると、ステップS320でYESと判定すると、同期制御部54の制御が終了する。   After that, when the three-phase alternating current output to the stator coil 1 is set to an electrical angle of 720 degrees or more after first setting the switching outputs of the switching elements SW1, SW2,... SW6 in step S300, if YES is determined in step S320, synchronous control is performed. The control of the unit 54 ends.

次に、本実施形態の正極側比率H1、負極側比率H2について説明する。   Next, the positive electrode side ratio H1 and the negative electrode side ratio H2 of this embodiment will be described.

正極側母線22側のスイッチング素子SW1、SW2、SW3がオンしているとき、コンデンサ30からスイッチング素子SW1、SW2、SW3に電流が流れる。したがって、コンデンサ30に蓄積された電荷が減ることになる。   When the switching elements SW1, SW2, and SW3 on the positive side bus 22 side are on, current flows from the capacitor 30 to the switching elements SW1, SW2, and SW3. Therefore, the electric charge accumulated in the capacitor 30 is reduced.

負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6がオンしているときにコイル1a、1b、1cの磁気エネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6がオフしているとき、コイル1a、1b、1cの磁気エネルギーに基づいてコンデンサ30に電荷が蓄積される。   When the switching elements SW4, SW5, and SW6 on the negative side bus 21 side are on, the magnetic energy of the coils 1a, 1b, and 1c is accumulated. When the switching elements SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, and SW6 are turned off, charges are accumulated in the capacitor 30 based on the magnetic energy of the coils 1a, 1b, and 1c.

したがって、スイッチング素子SW1、SW2…SW6のスイッチング動作に伴って、コンデンサ30に対する電荷の蓄積と放電が繰り返されることになる。   Therefore, accumulating and discharging electric charges on the capacitor 30 are repeated with the switching operation of the switching elements SW1, SW2,.

ここで、コンデンサ30から放電される電荷量は、正極側母線22側のスイッチング素子SW1、SW2、SW3のオン時間により決まる。   Here, the amount of charge discharged from the capacitor 30 is determined by the ON time of the switching elements SW1, SW2, and SW3 on the positive side bus 22 side.

コンデンサ30に蓄積される電荷量は、負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6のオン時間、およびスイッチング素子SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6のオフ時間によって決まる。   The amount of charge accumulated in the capacitor 30 is determined by the ON time of the switching elements SW4, SW5, SW6 on the negative bus 21 side and the OFF time of the switching elements SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6.

そこで、本実施形態の正極側比率H1および負極側比率H2は、一定時間において、コンデンサ30から放電される電荷量と、コンデンサ30に蓄積される電荷量とが同等になるように設定されている。   Therefore, the positive electrode side ratio H1 and the negative electrode side ratio H2 of the present embodiment are set so that the amount of charge discharged from the capacitor 30 and the amount of charge stored in the capacitor 30 are equal to each other for a fixed time. .

これにより、同期制御部54は、スイッチング素子SW1、SW2…SW6をスイッチング動作させることにより、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値を維持することができる。   Thus, the synchronization control unit 54 can maintain the target voltage value of the output voltage of the capacitor 30 by switching the switching elements SW1, SW2,... SW6.

(強制転流制御部55)
強制転流制御部55は、回転磁界の角速度ωを一定角速度ωdまで速くする制御を実施する。
(Forced commutation controller 55)
The forced commutation control unit 55 performs control to increase the angular velocity ω of the rotating magnetic field to a constant angular velocity ωd.

具体的には、強制転流制御部55は、三相交流電流をステータコイル1に出力させるように、正極側母線22側のスイッチング素子SW1、SW2、SW3と負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6とをスイッチング動作させる。   Specifically, the forced commutation control unit 55 switches the switching elements SW1, SW2, and SW3 on the positive side bus 22 side and the switching element SW4 on the negative side bus 21 side so that the stator coil 1 outputs a three-phase alternating current. , SW5 and SW6 are switched.

このとき、強制転流制御部55は、スイッチング素子SW1、SW2…SW6のそれぞれをスイッチング動作させることにより、三相交流電流の角速度ωを同期制御部54の場合より徐々に速くする。具体的には、三相交流電流の角速度ωを一定の角速度ωdまで半周期毎に速くさせる。   At this time, the forced commutation control unit 55 performs the switching operation of each of the switching elements SW1, SW2,... SW6, thereby gradually increasing the angular velocity ω of the three-phase alternating current as compared with the case of the synchronization control unit 54. Specifically, the angular velocity ω of the three-phase alternating current is increased every half cycle to a constant angular velocity ωd.

これに伴い、ロータがステータコイル1から発生した回転磁界に同期して回転する。このとき、ステータコイル1から発生した回転磁界は徐々に速くなる。したがって、ロータの回転速度が一定速度Sdまで徐々に速くなる。   Accordingly, the rotor rotates in synchronization with the rotating magnetic field generated from the stator coil 1. At this time, the rotating magnetic field generated from the stator coil 1 gradually becomes faster. Therefore, the rotational speed of the rotor is gradually increased to the constant speed Sd.

ここで、負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6がスイッチング動作する際に、負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6のオフに伴って、初期状態制御部53の制御の場合と同様に、コンデンサ30に電荷が蓄積される。
(通常運転制御部56)
通常運転制御部56は、インバータ回路20のスイッチング素子SW1、SW2…SW6のそれぞれをスイッチング動作させて三相交流電流をステータコイル1に出力する。
Here, when the switching elements SW4, SW5, SW6 on the negative side bus 21 side perform the switching operation, the control of the initial state control unit 53 is performed with the switching elements SW4, SW5, SW6 on the negative side bus 21 side being turned off. As in the case, charges are accumulated in the capacitor 30.
(Normal operation control unit 56)
The normal operation control unit 56 switches each of the switching elements SW1, SW2,... SW6 of the inverter circuit 20 and outputs a three-phase alternating current to the stator coil 1.

通常運転制御部56は、三相交流電流の角速度ωが一定角速度ωd以上である状態を維持して、電子制御装置から指令される目標角速度に三相交流電流の角速度ωzを近づけるように正極側母線22側のスイッチング素子SW1、SW2、SW3と負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6とをスイッチング動作させる。   The normal operation control unit 56 maintains the state in which the angular velocity ω of the three-phase alternating current is equal to or higher than the constant angular velocity ωd, and brings the angular velocity ωz of the three-phase alternating current closer to the target angular velocity commanded from the electronic control device. The switching elements SW1, SW2, SW3 on the bus 22 side and the switching elements SW4, SW5, SW6 on the negative side bus 21 are switched.

具体的には、通常運転制御部56は、電流センサ40の検出電流iu、iv、iwが、それぞれ零になるタイミングを求め、このタイミングに基づいてロータの位置を推定して、この推定されたロータの位置に基づいてロータの角速度ωsを推定する。   Specifically, the normal operation control unit 56 obtains timings at which the detection currents iu, iv, and iw of the current sensor 40 become zero, estimates the rotor position based on the timings, and estimates the estimated position. The angular velocity ωs of the rotor is estimated based on the position of the rotor.

さらに、通常運転制御部56は、電子制御装置から指令される目標角速度ωmに、推定角速度ωsを近づけるようにスイッチング素子SW1、SW2、SW3…SW6のそれぞれをスイッチング動作させる。   Further, the normal operation control unit 56 causes each of the switching elements SW1, SW2, SW3,... SW6 to perform a switching operation so that the estimated angular velocity ωs approaches the target angular velocity ωm commanded from the electronic control device.

これにより、ステータコイル1から発生する回転磁界の角速度ωが目標角速度ωmに近づく。このため、ロータの角速度が目標角速度ωmに近づくことになる。以上により、三相交流同期電動機のロータの速度を制御することができる。   As a result, the angular velocity ω of the rotating magnetic field generated from the stator coil 1 approaches the target angular velocity ωm. For this reason, the angular velocity of the rotor approaches the target angular velocity ωm. As described above, the speed of the rotor of the three-phase AC synchronous motor can be controlled.

ここで、負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6がオフしたときには、初期状態制御部53の制御の場合と同様に、コンデンサ30に電荷が蓄積される。   Here, when the switching elements SW4, SW5, and SW6 on the negative-side bus 21 side are turned off, charges are accumulated in the capacitor 30 as in the case of the control of the initial state control unit 53.

以上説明した本実施形態によれば、通常運転制御部56の実行に先立って、初期状態制御部53がコンデンサ30に電荷を蓄積してコンデンサ30の充電状態を制御することができる。このため、通常運転制御部56の実行開始直後にコンデンサに大電流が流れることが抑制される。これに伴い、三相交流同期電動機の動作状態が不安定になることなく、コンデンサ30の出力電圧が安定した状態で通常運転制御部56の実行を開始することができる。このため、三相交流同期電動機の速度制御を精度良く行うことができる。   According to the present embodiment described above, prior to the execution of the normal operation control unit 56, the initial state control unit 53 can accumulate charges in the capacitor 30 and control the charged state of the capacitor 30. For this reason, it is suppressed that a large current flows through the capacitor immediately after the execution of the normal operation control unit 56 is started. Accordingly, the operation of the normal operation control unit 56 can be started in a state where the output voltage of the capacitor 30 is stable without the operation state of the three-phase AC synchronous motor becoming unstable. For this reason, the speed control of the three-phase AC synchronous motor can be performed with high accuracy.

初期状態制御部53は、ステップS210において、|iu|、|iv|、|iw|のうちいずれか1つが制限電流Aより大きいときには、スイッチング素子SW4、SW5、SW6をオフさせる。このため、コンデンサ30に大電流が流れることを抑制できる。したがって、コンデンサの出力電圧を安定した状態に維持できる。   In step S210, the initial state control unit 53 turns off the switching elements SW4, SW5, SW6 when any one of | iu |, | iv |, | iw | For this reason, it is possible to suppress a large current from flowing through the capacitor 30. Therefore, the output voltage of the capacitor can be maintained in a stable state.

本実施形態では、電子制御装置7は、スイッチ素子5bの閉成後一定期間待機してから駆動装置10に対して制御開始を指令する。このため、スイッチ素子5bの閉成に伴ってコンデンサ30の出力電圧が変動するものの、その電圧変動が収まって電圧が安定した後に駆動装置10の初期状態制御部53の制御を開始することができる。   In the present embodiment, the electronic control device 7 commands the drive device 10 to start control after waiting for a certain period after the switch element 5b is closed. For this reason, although the output voltage of the capacitor 30 fluctuates with the closing of the switch element 5b, the control of the initial state control unit 53 of the driving device 10 can be started after the voltage fluctuation is settled and the voltage is stabilized. .

同期制御部54は、ステータコイル1から発生させる回転磁界にロータを同期して回転させる際に、負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6をスイッチング動作させるため、上述の如く、コンデンサ30に電荷を蓄積させることができる。   As described above, the synchronization control unit 54 performs the switching operation of the switching elements SW4, SW5, SW6 on the negative-side bus 21 side when rotating the rotor in synchronization with the rotating magnetic field generated from the stator coil 1. It is possible to accumulate charges in

ここで、同期制御部54は、ステータコイル1から発生させる回転磁界にロータを同期して回転させる際に、初期値から波高値が半周期毎に所定値大きくなる三相交流電流をステータコイル1に出力する。このため、ステータコイル1から発生する回転磁界に基づく回転トルクは、三相交流電流の波高値の上昇に伴って、徐々に大きくなる。このため、ロータに振動を起こすことなくロータを回転させることができる。   Here, when the rotor is rotated in synchronization with the rotating magnetic field generated from the stator coil 1, the synchronization control unit 54 generates a three-phase alternating current in which the peak value is increased by a predetermined value every half cycle from the initial value. Output to. For this reason, the rotational torque based on the rotating magnetic field generated from the stator coil 1 gradually increases as the peak value of the three-phase alternating current increases. For this reason, the rotor can be rotated without causing vibration in the rotor.

ここで、三相交流電流の波高値の初期値として、上述の如く、回転磁界に基づいてロータに生じる回転トルクが三相交流同期電動機の負荷側に生じるトルクよりも十分に小さくなる値に設定されている。このため、ロータに振動が生じ難くなる。   Here, as described above, the initial value of the peak value of the three-phase alternating current is set to a value where the rotational torque generated in the rotor based on the rotating magnetic field is sufficiently smaller than the torque generated on the load side of the three-phase alternating current synchronous motor. Has been. For this reason, vibration is less likely to occur in the rotor.

次に、強制転流制御部55が回転磁界の角速度ωを一定角速度ωdまで速くする理由について説明する。   Next, the reason why the forced commutation controller 55 increases the angular velocity ω of the rotating magnetic field to the constant angular velocity ωd will be described.

通常運転制御部56は、ロータの角速度ωsを推定するために、電流センサ40の検出電流が零になる毎にそのタイミングT(1)、T(2)、…T(n)、T(n+1)、…T(m)を求める。   The normal operation control unit 56 estimates the angular velocity ωs of the rotor every time the current detected by the current sensor 40 becomes zero, the timing T (1), T (2),... T (n), T (n + 1). ), ... T (m) is obtained.

このため、例えば、n回目のタイミングT(n)と(n+1)回目のタイミングT(n+1)との間の時間が長いと、ロータの角速度ωを制御する際に遅延が生じる。したがって、三相交流同期電動機のロータの速度を良好に制御することができない。   For this reason, for example, if the time between the nth timing T (n) and the (n + 1) th timing T (n + 1) is long, a delay occurs in controlling the rotor angular velocity ω. Therefore, the speed of the rotor of the three-phase AC synchronous motor cannot be controlled well.

したがって、通常運転制御部56は、回転磁界の角速度ωが一定角速度ωd以上である状態を維持してロータの回転数の制御することにより、ロータの速度制御の精度を確保することができる。   Therefore, the normal operation control unit 56 can ensure the accuracy of the rotor speed control by maintaining the state where the angular velocity ω of the rotating magnetic field is equal to or higher than the constant angular velocity ωd and controlling the rotational speed of the rotor.

上述の第1実施形態では、同期制御部54は、インバータ回路20から三相交流電流を720deg以上ステータコイル1に出力させた例を示したが、これに限らず、電気角90deg以上であれば、どのような電気角分の三相交流電流をステータコイル1に出力させるようにしてもよい。   In the first embodiment described above, the example in which the synchronization control unit 54 outputs the three-phase alternating current from the inverter circuit 20 to the stator coil 1 by 720 degrees or more is not limited to this, but if the electrical angle is 90 degrees or more. A three-phase alternating current for any electrical angle may be output to the stator coil 1.

ここで、インバータ回路20から三相交流電流は、電気角360degの整数倍分、ステータコイル1に出力させることが好ましい。これは、コンデンサ30が目標電圧からずれた状態で同期制御部54の制御が終了することを避けるためである。   Here, the three-phase alternating current from the inverter circuit 20 is preferably output to the stator coil 1 by an integral multiple of the electrical angle of 360 deg. This is to prevent the control of the synchronization control unit 54 from ending when the capacitor 30 deviates from the target voltage.

上述の第1実施形態では、同期制御部54は、波高値が徐々に所定値大きく三相交流電流をステータコイル1に出力させる例を示したが、これに限らず、同期制御部54は、波高値が一定である三相交流電流をステータコイル1に出力させてもよい。   In the first embodiment described above, the synchronization control unit 54 has shown an example in which the peak value is gradually increased by a predetermined value to output a three-phase alternating current to the stator coil 1, but the present invention is not limited to this. A three-phase alternating current having a constant peak value may be output to the stator coil 1.

上述の第1実施形態では、同期制御部54は、正極側母線22側のスイッチング素子SW1、SW2、SW3と負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6をスイッチング動作させて交流電流をステータコイル1に出力させる例を示したが、これに限らず、同期制御部54は、正極側母線22側のスイッチング素子SW1、SW2、SW3をオフした状態で負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6をスイッチング動作させて交流電流をステータコイル1に出力させてもよい。   In the first embodiment described above, the synchronization control unit 54 performs switching operation of the switching elements SW1, SW2, and SW3 on the positive side bus 22 side and the switching elements SW4, SW5, and SW6 on the negative side bus 21 side to convert the alternating current into the stator. Although the example which outputs to the coil 1 was shown, not only this but the synchronous control part 54 is switching element SW4 by the side of the negative electrode side bus 21 in the state which turned off switching element SW1, SW2, SW3 by the side of the positive electrode side bus 22. The alternating current may be output to the stator coil 1 by switching the SW5 and SW6.

この場合、まず、図6(a)に示すように、スイッチング素子SW4、SW5をそれぞれオンさせる。このため、高電圧バッテリ3からV相コイル1b、およびW相コイル1cにそれぞれ電流が流れる。このとき、V相コイル1bに発生する磁界とW相コイル1cに発生する磁界との合成磁界が生じる。   In this case, first, as shown in FIG. 6A, the switching elements SW4 and SW5 are respectively turned on. For this reason, current flows from the high voltage battery 3 to the V-phase coil 1b and the W-phase coil 1c, respectively. At this time, a combined magnetic field of the magnetic field generated in the V-phase coil 1b and the magnetic field generated in the W-phase coil 1c is generated.

次に、スイッチング素子SW4をオフして、図6(b)に示すように、スイッチング素子SW5、SW6をそれぞれオンさせる。このため、高電圧バッテリ3からV相コイル1b、およびU相コイル1aにそれぞれ電流が流れる。このとき、V相コイル1bに発生する磁界とU相コイル1aに発生する磁界との合成磁界が生じる。   Next, the switching element SW4 is turned off, and the switching elements SW5 and SW6 are turned on as shown in FIG. 6B. For this reason, current flows from the high voltage battery 3 to the V-phase coil 1b and the U-phase coil 1a. At this time, a combined magnetic field of the magnetic field generated in the V-phase coil 1b and the magnetic field generated in the U-phase coil 1a is generated.

その後、スイッチング素子SW5をオフして、図6(c)に示すように、スイッチング素子SW4、SW6をそれぞれオンさせる。このため、高電圧バッテリ3からW相コイル1c、およびU相コイル1aにそれぞれ電流が流れる。このとき、W相コイル1cに発生する磁界とU相コイル1aに発生する磁界との合成磁界が生じる。   Thereafter, the switching element SW5 is turned off, and the switching elements SW4 and SW6 are turned on as shown in FIG. 6C. Therefore, current flows from high voltage battery 3 to W-phase coil 1c and U-phase coil 1a. At this time, a combined magnetic field of the magnetic field generated in the W-phase coil 1c and the magnetic field generated in the U-phase coil 1a is generated.

その後、図6(a)に示すように、スイッチング素子SW4、SW5をそれぞれオンさせる。   Thereafter, as shown in FIG. 6A, the switching elements SW4 and SW5 are turned on.

このようにオンさせる2つのスイッチング素子が、スイッチング素子SW4、SW5→スイッチング素子SW5、SW6→スイッチング素子SW4、SW6→スイッチング素子SW4、SW5の順に変更されることになる。   The two switching elements to be turned on in this way are changed in the order of the switching elements SW4, SW5 → switching element SW5, SW6 → switching element SW4, SW6 → switching element SW4, SW5.

ここで、オンさせる2つのスイッチング素子の変更に伴って、合成磁界が時計回りに回転することになる。これに伴い、ロータが合成磁界に同期して時計回りに回転することになる。   Here, with the change of the two switching elements to be turned on, the combined magnetic field rotates clockwise. Along with this, the rotor rotates clockwise in synchronization with the combined magnetic field.

上述の第1実施形態では、初期状態制御部53がコンデンサ30の出力電圧が目標電圧値に到達したと判定するまで制御を実施した例を示したが、これに代えて、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値に到達し、かつコンデンサ30の温度を検出する温度センサを用いてコンデンサ30の温度が所定以上であると判定するまで初期状態制御部53がその制御を実施してもよい。   In the first embodiment described above, an example is shown in which the control is performed until the initial state control unit 53 determines that the output voltage of the capacitor 30 has reached the target voltage value. Until the target voltage value is reached and the temperature of the capacitor 30 is determined to be equal to or higher than a predetermined value by using a temperature sensor that detects the temperature of the capacitor 30.

例えば、コンデンサ30として電解コンデンサを用いた場合において、コンデンサ30の温度が極めて低いときには、コンデンサ30の内部抵抗が極めて小さくなる。このため、コンデンサ30の温度が極めて低い状態で、通常運転制御部56の制御を実施すると、コンデンサ30に大電流が流れる可能性がある。   For example, when an electrolytic capacitor is used as the capacitor 30, when the temperature of the capacitor 30 is extremely low, the internal resistance of the capacitor 30 becomes extremely small. For this reason, if the normal operation control unit 56 is controlled while the temperature of the capacitor 30 is extremely low, a large current may flow through the capacitor 30.

これに対し、初期状態制御部53が、上述の如く、コンデンサ30の出力電圧が一定電圧に到達し、かつコンデンサ30の温度が所定以上であると判定するまで初期状態制御部53がその制御を実施すれば、コンデンサ30として電解コンデンサを用いた場合でも、通常運転制御部56の制御を実施する際にコンデンサ30に大電流が流れることを抑制できる。   On the other hand, as described above, the initial state control unit 53 controls the output until it determines that the output voltage of the capacitor 30 reaches a constant voltage and the temperature of the capacitor 30 is equal to or higher than a predetermined value. If implemented, even when an electrolytic capacitor is used as the capacitor 30, it is possible to prevent a large current from flowing through the capacitor 30 when the control of the normal operation control unit 56 is performed.

ここで、温度センサを用いないで、初期状態制御部53の制御を実施した時間等を用いてコンデンサ30の温度を推定してもよい。   Here, the temperature of the capacitor 30 may be estimated using the time when the control of the initial state control unit 53 is performed without using the temperature sensor.

上述の第1実施形態では、コンデンサ30のプラス電極が正極側母線22に接続されて、コンデンサ30のマイナス電極がステータコイル1の中性点1xに接続された例を示したが、これに限らず、図7に示すように、コンデンサ30のプラス電極を正極側母線22に接続し、コンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。   In the first embodiment described above, an example in which the positive electrode of the capacitor 30 is connected to the positive bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 is connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 has been described. Instead, as shown in FIG. 7, the positive electrode of the capacitor 30 may be connected to the positive side bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21.

上述の第1実施形態では、高電圧バッテリ3のプラス電極がステータコイル1の中性点1xに接続され、高電圧バッテリ3のマイナス電極が負極側母線21に接続された例を示したが、これに代えて、図8、図9に示すように、高電圧バッテリ3のプラス電極を正極側母線22に接続して、かつ高電圧バッテリ3のマイナス電極をステータコイル1の中性点1xに接続してもよい。   In the first embodiment described above, an example in which the plus electrode of the high voltage battery 3 is connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 and the minus electrode of the high voltage battery 3 is connected to the negative side bus 21 is shown. Instead, as shown in FIGS. 8 and 9, the positive electrode of the high voltage battery 3 is connected to the positive bus 22 and the negative electrode of the high voltage battery 3 is connected to the neutral point 1x of the stator coil 1. You may connect.

この場合、図8に示すように、コンデンサ30のプラス電極を正極側母線22に接続し、かつコンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。あるいは、図9に示すように、コンデンサ30のプラス電極をステータコイル1の中性点1xに接続し、かつコンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。   In this case, as shown in FIG. 8, the positive electrode of the capacitor 30 may be connected to the positive side bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21. Alternatively, as shown in FIG. 9, the plus electrode of the capacitor 30 may be connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 and the minus electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21.

このように、高電圧バッテリ3を正極側母線22とステータコイル1の中性点1xとの間に接続した駆動装置10では、コンデンサ30を充電するためにスイッチング素子SW1、SW2…SW6を制御する処理が上述の第1実施形態とは異なるものの、当該処理を除いた制御部53、54、55、56の各処理は、上述の第1実施形態と実質的に同様である。   As described above, in the driving device 10 in which the high voltage battery 3 is connected between the positive bus 22 and the neutral point 1x of the stator coil 1, the switching elements SW1, SW2,... SW6 are controlled to charge the capacitor 30. Although the process is different from that of the first embodiment, the processes of the control units 53, 54, 55, and 56 excluding the process are substantially the same as those of the first embodiment.

以下、高電圧バッテリ3を正極側母線22とステータコイル1の中性点1xとの間に接続した駆動装置10においてコンデンサ30を充電するための処理について説明する。   Hereinafter, a process for charging the capacitor 30 in the driving device 10 in which the high voltage battery 3 is connected between the positive side bus 22 and the neutral point 1x of the stator coil 1 will be described.

この場合、負極側母線21側のスイッチング素子に代えて、正極側母線22側のスイッチング素子をスイッチング動作させる。   In this case, the switching element on the positive side bus 22 side is switched in place of the switching element on the negative side bus 21 side.

例えば、負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6をオフにした状態で、正極側母線22側のスイッチング素子SW1、SW2、SW3のうち例えばスイッチング素子SW1をオンすると、高電圧バッテリ3のプラス電極側から電流がW相コイル1cを通して高電圧バッテリ3のマイナス電極に流れる。これにより、W相コイル1cには磁気エネルギーが蓄積される。   For example, when the switching element SW1 on the positive side bus 22 side is turned on, for example, when the switching element SW1 on the positive side bus 22 side is turned on with the switching elements SW4, SW5, SW6 on the negative side bus 21 side turned off, Current flows from the positive electrode side to the negative electrode of the high-voltage battery 3 through the W-phase coil 1c. Thereby, magnetic energy is accumulated in the W-phase coil 1c.

その後、スイッチング素子SW1をオフすると、W相コイル1cに蓄積された磁気エネルギーに基づく電流がコンデンサ30のマイナス電極からダイオードD4を通してW相コイル1cに流れる。すなわち、スイッチング素子SW1のオフに伴って、コンデンサ30のマイナス電極からスイッチング素子SW4をバイパスしてW相コイル1cに流れる電流により、コンデンサ30に電荷が蓄積されることになる。   Thereafter, when the switching element SW1 is turned off, a current based on the magnetic energy accumulated in the W-phase coil 1c flows from the negative electrode of the capacitor 30 to the W-phase coil 1c through the diode D4. That is, as the switching element SW1 is turned off, electric charge is accumulated in the capacitor 30 due to the current flowing through the W-phase coil 1c bypassing the switching element SW4 from the negative electrode of the capacitor 30.

以上のように、正極側母線22側のスイッチング素子SW1をスイッチング動作させることにより、W相コイル1cに蓄積された磁気エネルギーに基づいてコンデンサ30に電荷を蓄積してコンデンサ30を充電することができる。   As described above, by switching the switching element SW1 on the positive side bus 22 side, the capacitor 30 can be charged by accumulating charges in the capacitor 30 based on the magnetic energy accumulated in the W-phase coil 1c. .

なお、高電圧バッテリ3を正極側母線22とステータコイル1の中性点1xとの間に接続した駆動装置10の場合には、スイッチング素子SW1、SW2、SW3が、特許請求の範囲に記載の「電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子」に相当し、スイッチング素子SW4、SW5、SW6が、特許請求の範囲に記載の「残りの母線側のスイッチング素子」に相当する。
(第2実施形態)
上述の第1実施形態では、強制転流制御部の制御に先立って、同期制御部によりステータコイルから発生させる回転磁界にロータを同期させる例を示したが、これに代えて、強制転流制御部の制御に先立って、ステータコイルから発生させる磁界によりロータの位置決め行う本第2実施形態を示す。
In the case of the driving device 10 in which the high voltage battery 3 is connected between the positive bus 22 and the neutral point 1x of the stator coil 1, the switching elements SW1, SW2, SW3 are described in the claims. This corresponds to the “switching element on the bus side to which one of the positive electrode and the negative electrode of the power supply device is connected”, and the switching elements SW4, SW5, SW6 are described in the claims. It corresponds to a “switching element”.
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the example in which the rotor is synchronized with the rotating magnetic field generated from the stator coil by the synchronization control unit prior to the control of the forced commutation control unit has been shown, but instead, the forced commutation control is performed. The second embodiment in which the rotor is positioned by the magnetic field generated from the stator coil prior to the control of the part is shown.

図10に本実施形態の駆動装置の回路構成を示す。図10において、図1と同一符号は、同一のものを示し、その説明を省略する。   FIG. 10 shows a circuit configuration of the drive device of this embodiment. 10, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components, and the description thereof is omitted.

本実施形態の駆動装置では、図1の同期制御部54に代えて、位置決め制御部54Aが用いられている。   In the drive device of this embodiment, a positioning control unit 54A is used instead of the synchronization control unit 54 of FIG.

以下、位置決め制御部54Aの制御処理について図11を参照して説明する。   Hereinafter, the control process of the positioning control unit 54A will be described with reference to FIG.

位置決め制御部54Aは、図11のフローチャートにしたがって、制御処理を実行する。   The positioning control unit 54A executes control processing according to the flowchart of FIG.

まず、ステップS300Aにおいて、ステータコイル1のV相コイル1bとW相コイル1cに電流を出力させるようにスイッチング素子SW4、SW5のスイッチング出力を設定する。すなわち、電流をステータコイル1に出力させるようにスイッチング素子SW4、SW5をそれぞれオン、或いはオフをさせることになる。   First, in step S300A, the switching outputs of the switching elements SW4 and SW5 are set so that current is output to the V-phase coil 1b and the W-phase coil 1c of the stator coil 1. That is, the switching elements SW4 and SW5 are turned on or off so that current is output to the stator coil 1, respectively.

当該電流は、高圧電源3のプラス電極→中性点1x→V相コイル1b→スイッチング素子SW5の順に流れ、さらに中性点1xからW相コイル1cを経由してスイッチング素子SW4側に流れる電流である。   The current flows in the order of the positive electrode of the high-voltage power source 3 → the neutral point 1x → the V-phase coil 1b → the switching element SW5, and further flows from the neutral point 1x to the switching element SW4 via the W-phase coil 1c. is there.

さらに、電流は、その波高値が初期値から半周期(電気角180deg)毎に所定値大きくなる電流である。波高値の初期値としては、磁界に基づいてロータに生じる回転トルクが三相交流同期電動機の負荷側に生じるトルクよりも十分に小さくなる値に設定されている。   Furthermore, the current is a current whose peak value increases by a predetermined value every half cycle (electrical angle 180 deg) from the initial value. The initial value of the peak value is set to a value at which the rotational torque generated in the rotor based on the magnetic field is sufficiently smaller than the torque generated on the load side of the three-phase AC synchronous motor.

次に、ステップS310で電流の実効値が一定値以上であるか否かを判定する。このとき、交流電流の実効値が一定値未満であるときには、ステップS310においてNOと判定してステップS300Aに戻る。   Next, in step S310, it is determined whether or not the effective value of the current is a certain value or more. At this time, when the effective value of the alternating current is less than a certain value, NO is determined in step S310 and the process returns to step S300A.

その後、交流電流の実効値が一定値以上になるまでステップS300Aの処理を繰り返す。これに伴い、スイッチング素子SW4、SW5をスイッチング動作させる。   Thereafter, the process of step S300A is repeated until the effective value of the alternating current reaches a certain value or more. Accordingly, the switching elements SW4 and SW5 are switched.

このため、ステータコイル1のV相コイル1bとW相コイル1cに電流が流れる。これに伴い、ステータコイル1のV相コイル1bとW相コイル1cから磁界が発生する。したがって、ロータがV相コイル1bとW相コイル1cから発生する磁界に引き合う。これにより、ロータの位置が決まる。   For this reason, current flows through the V-phase coil 1 b and the W-phase coil 1 c of the stator coil 1. Accordingly, a magnetic field is generated from the V-phase coil 1b and the W-phase coil 1c of the stator coil 1. Therefore, the rotor attracts the magnetic field generated from the V-phase coil 1b and the W-phase coil 1c. This determines the position of the rotor.

ここで、負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5のオフに伴って、初期状態制御部53の制御の場合と同様に、コンデンサ30に電荷が蓄積される。   Here, as the switching elements SW4 and SW5 on the negative-side bus 21 side are turned off, charges are accumulated in the capacitor 30 as in the case of the control of the initial state control unit 53.

本実施形態では、一定時間における正極側母線22側のスイッチング素子SW3の正極側比率H1と、一定時間における負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5の負極側比率H2は、上述の第1実施形態と同様に、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値を維持するように設定されている。   In the present embodiment, the positive electrode side ratio H1 of the switching element SW3 on the positive electrode side bus 22 side in a certain time and the negative electrode side ratio H2 of the switching elements SW4 and SW5 on the negative electrode side bus 21 side in a certain time are as described in the first embodiment. Similar to the embodiment, the output voltage of the capacitor 30 is set to maintain the target voltage value.

その後、交流電流の実効値が一定値以上になるとステップS310でYESと判定して、位置決め制御部54Aの制御が終了する。   Thereafter, when the effective value of the alternating current becomes a certain value or more, it is determined YES in step S310, and the control of the positioning control unit 54A is finished.

以上説明した本実施形態によれば、位置決め制御部54Aは、ステータコイル1のV相コイル1bとW相コイル1cから発生させる磁界によりロータの位置を決める際に、負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5をスイッチング動作させるため、上述の如く、コンデンサ30に電荷を蓄積させることができる。   According to the present embodiment described above, the positioning control unit 54A determines the position of the rotor by the magnetic field generated from the V-phase coil 1b and the W-phase coil 1c of the stator coil 1, and the switching element on the negative-side bus 21 side. Since the switches SW4 and SW5 are switched, charges can be accumulated in the capacitor 30 as described above.

本実施形態の位置決め制御部54Aは、ステータコイル1のV相コイル1bとW相コイル1cから磁界を発生させる際に、波高値が徐々に大きくなる電流をV相コイル1cとW相コイル1cに出力する。このため、ロータを磁界が発生する方向に引き合わせるためのトルクが徐々に大きくなる。これに加えて、波高値の初期値としては、磁界に基づいてロータに生じる回転トルクが三相交流同期電動機の負荷側に生じるトルクよりも十分に小さくなる値に設定されている。したがって、ロータに振動を起こすことなくロータの位置を決めることができる。   When the magnetic field is generated from the V-phase coil 1b and the W-phase coil 1c of the stator coil 1, the positioning control unit 54A of the present embodiment supplies a current that gradually increases in peak value to the V-phase coil 1c and the W-phase coil 1c. Output. For this reason, the torque for attracting the rotor in the direction in which the magnetic field is generated gradually increases. In addition to this, the initial value of the peak value is set to a value at which the rotational torque generated in the rotor based on the magnetic field is sufficiently smaller than the torque generated on the load side of the three-phase AC synchronous motor. Therefore, the position of the rotor can be determined without causing vibration in the rotor.

上述の第2実施形態では、V相コイル1bとW相コイル1cに電流を流すことにより発生する磁界にロータを引き合わせてロータの位置決めを行う例を示したが、これに限らず、その他の相に電流を流してロータの位置決めを行ってもよい。   In the second embodiment described above, an example in which the rotor is positioned by attracting the rotor to a magnetic field generated by flowing a current through the V-phase coil 1b and the W-phase coil 1c has been described. The rotor may be positioned by passing an electric current through the phases.

上述の第2実施形態では、コンデンサ30のプラス電極が正極側母線22に接続されて、コンデンサ30のマイナス電極がステータコイル1の中性点1xに接続された例を示したが、これに限らず、コンデンサ30のプラス電極を正極側母線22に接続し、コンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。   In the second embodiment described above, an example in which the positive electrode of the capacitor 30 is connected to the positive bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 is connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 has been described. Alternatively, the positive electrode of the capacitor 30 may be connected to the positive side bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21.

上述の第2実施形態では、高電圧バッテリ3のプラス電極がステータコイル1の中性点1xに接続され、高電圧バッテリ3のマイナス電極が負極側母線21に接続された例を示したが、これに代えて、高電圧バッテリ3のプラス電極を正極側母線22に接続して、かつ高電圧バッテリ3のマイナス電極をステータコイル1の中性点1xに接続してもよい。   In the second embodiment described above, an example in which the plus electrode of the high voltage battery 3 is connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 and the minus electrode of the high voltage battery 3 is connected to the negative side bus 21 is shown. Alternatively, the positive electrode of the high voltage battery 3 may be connected to the positive bus 22 and the negative electrode of the high voltage battery 3 may be connected to the neutral point 1x of the stator coil 1.

この場合、コンデンサ30のプラス電極を正極側母線22に接続し、かつコンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。あるいは、コンデンサ30のプラス電極をステータコイル1の中性点1xに接続し、かつコンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。   In this case, the positive electrode of the capacitor 30 may be connected to the positive side bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21. Alternatively, the plus electrode of the capacitor 30 may be connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 and the minus electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21.

このように、高電圧バッテリ3を正極側母線22とステータコイル1の中性点1xとの間に接続した駆動装置10では、コンデンサ30を充電するためにスイッチング素子SW1、SW2…SW6を制御する処理が上述の第2実施形態とは異なるものの、当該処理を除いた制御部53、54A、55、56の各処理は、上述の第2実施形態と実質的に同様である。   As described above, in the driving device 10 in which the high voltage battery 3 is connected between the positive bus 22 and the neutral point 1x of the stator coil 1, the switching elements SW1, SW2,... SW6 are controlled to charge the capacitor 30. Although the process is different from that of the second embodiment, the processes of the control units 53, 54A, 55, and 56 excluding the process are substantially the same as those of the second embodiment.

(第3実施形態)
上述の第2実施形態では、強制転流制御部に先だって、コンデンサの充電状態を制御する初期状態制御部とロータの位置決めを行う位置決め制御部とを実行させる例を示したが、これに代えて、コンデンサの充電状態を制御しつつロータの位置決めを行う初期状態位置決め制御部を実行させる本第3実施形態を示す。
(Third embodiment)
In the second embodiment described above, an example is shown in which the initial state control unit that controls the charging state of the capacitor and the positioning control unit that positions the rotor are executed prior to the forced commutation control unit. The third embodiment in which an initial state positioning control unit for positioning the rotor while controlling the charged state of the capacitor is executed will be described.

図12に本実施形態の駆動装置の回路構成を示す。図12において、図10と同一符号は、同一のものを示し、その説明を省略する。   FIG. 12 shows a circuit configuration of the drive device of the present embodiment. In FIG. 12, the same reference numerals as those in FIG. 10 denote the same components, and a description thereof will be omitted.

本実施形態の駆動装置では、図7の初期状態制御部53と位置決め制御部54Aに代えて、初期状態位置決め制御部53Aが用いられている。   In the drive device of the present embodiment, an initial state positioning control unit 53A is used instead of the initial state control unit 53 and the positioning control unit 54A of FIG.

以下、初期状態位置決め制御部53Aの制御処理について図13、図14を参照して説明する。図13(a)はコンデンサ30の出力電圧の変化を示すタイミングチャート、図13(b)はU相電流iuの変化を示すタイミングチャートである。   Hereinafter, the control process of the initial state positioning control unit 53A will be described with reference to FIGS. FIG. 13A is a timing chart showing changes in the output voltage of the capacitor 30, and FIG. 13B is a timing chart showing changes in the U-phase current iu.

初期状態位置決め制御部53Aは、図14のフローチャートにしたがって、制御処理を実行する。   The initial state positioning control unit 53A executes control processing according to the flowchart of FIG.

まず、ステップS200Aにおいてスイッチング素子SW4、SW5をそれぞれオンさせる。これに伴い、高電圧バッテリ3のプラス電極側から電流がV相コイル1bおよびW相コイル1cを通してグランド側に流れる。このため、V相コイル1bとW相コイル1cには、電流に基づいて磁気エネルギーが蓄積される。   First, in step S200A, the switching elements SW4 and SW5 are turned on. Accordingly, current flows from the positive electrode side of the high-voltage battery 3 to the ground side through the V-phase coil 1b and the W-phase coil 1c. For this reason, magnetic energy is accumulated in the V-phase coil 1b and the W-phase coil 1c based on the current.

次のステップS210Aで、電流センサ40で検出される相電流iu、iv、iwに基づいて、相電流iu、iv、iwのそれぞれの絶対値|iu|、|iv|、|iw|が制限電流A以下であるか否かを判定する。制限電流Aは、上述の第1実施形態で示した制限電流Aと同一値が用いられている。   In the next step S210A, based on the phase currents iu, iv, iw detected by the current sensor 40, the absolute values | iu |, | iv |, | iw | of the phase currents iu, iv, iw are limited currents. It is determined whether it is A or less. The limit current A has the same value as the limit current A shown in the first embodiment.

そして、ステップS210Aにおいて、絶対値|iu|、|iv|、|iw|のそれぞれが制限電流A以下であるときには、YESと判定する。   In step S210A, if each of the absolute values | iu |, | iv |, | iw |

この場合、ステップS220Aにおいて、スイッチング素子SW4、SW5をそれぞれオンしてから所定時間(以下、所定オン時間という)以上経過したか否かを判定する。所定オン時間(図14中所定ON時間と記す)は、予め決められた時間である。   In this case, in step S220A, it is determined whether or not a predetermined time (hereinafter referred to as a predetermined on-time) has elapsed since the switching elements SW4 and SW5 were turned on. The predetermined ON time (denoted as the predetermined ON time in FIG. 14) is a predetermined time.

このとき、スイッチング素子SW4、SW5をオンしてから経過した時間が所定オン時間よりも短いときには、ステップS220AでNOと判定して、ステップS220Aの判定処理を繰り返す。   At this time, when the time elapsed since the switching elements SW4 and SW5 are turned on is shorter than the predetermined on-time, NO is determined in step S220A, and the determination process in step S220A is repeated.

その後、スイッチング素子SW4、SW5をオンしてから所定オン時間以上経過すると、ステップS220AでYESと判定してステップS230Aに進む。   Thereafter, when a predetermined on time or more has elapsed since the switching elements SW4 and SW5 were turned on, YES is determined in step S220A, and the process proceeds to step S230A.

また、上述のステップS210Aにおいて、絶対値|iu|、|iv|、|iw|のうちいずれか1つが制限電流Aより大きいときには、NOと判定してステップS230aに進む。   If any one of the absolute values | iu |, | iv |, | iw | is greater than the limit current A in step S210A described above, the determination is NO and the process proceeds to step S230a.

このようにステップS230Aに進むと、スイッチング素子SW1、SW2、SW3がオフしている状態で、スイッチング素子SW4、SW5をオフさせる。   When the process proceeds to step S230A as described above, the switching elements SW4 and SW5 are turned off in a state where the switching elements SW1, SW2 and SW3 are turned off.

このとき、スイッチング素子SW4のオフに伴って、磁気エネルギーに基づく電流がW相コイル1cからダイオードD1、および正極側母線22を通してコンデンサ30に流れる。   At this time, a current based on the magnetic energy flows from the W-phase coil 1c to the capacitor 30 through the diode D1 and the positive bus 22 along with the switching element SW4 being turned off.

スイッチング素子SW5のオフに伴って、磁気エネルギーに基づく電流がV相コイル1bからダイオードD2、および正極側母線22を通してコンデンサ30に流れる。   With the switching element SW5 turned off, a current based on magnetic energy flows from the V-phase coil 1b to the capacitor 30 through the diode D2 and the positive side bus 22.

このようにコイル1b、1c側からスイッチング素子SW4、SW5をバイパスして流れる電流によりコンデンサ30に電荷が蓄積される。   In this way, electric charges are accumulated in the capacitor 30 by the current that flows from the coils 1b and 1c bypassing the switching elements SW4 and SW5.

次に、ステップS240Aにおいて、スイッチング素子SW4、SW5をオフしてから所定時間(以下、所定オフ時間という)以上経過したか否かを判定する。所定オフ時間(図14中所定OFF時間と記す)は、予め決められた時間である。   Next, in step S240A, it is determined whether or not a predetermined time (hereinafter referred to as a predetermined off time) has elapsed since the switching elements SW4 and SW5 were turned off. The predetermined off time (denoted as the predetermined OFF time in FIG. 14) is a predetermined time.

このとき、スイッチング素子SW4、SW5をオフしてから経過した時間が所定オフ時間よりも短いときには、ステップS240AでNOと判定して、ステップS240Aの判定処理を繰り返す。その後、スイッチング素子SW4、SW5をオフしてから所定オフ時間以上経過すると、ステップS240AでYESと判定する。   At this time, if the time elapsed since the switching elements SW4 and SW5 were turned off is shorter than the predetermined off time, the determination in step S240A is NO, and the determination process in step S240A is repeated. After that, when a predetermined off time or more has elapsed since the switching elements SW4 and SW5 were turned off, YES is determined in step S240A.

次に、ステップS250Aで、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値以上であるか否かを判定する。具体的には、初期状態位置決め制御部53Aの制御の実行を開始後一定時間以上経過したか否かを判定する。   Next, in step S250A, it is determined whether or not the output voltage of the capacitor 30 is equal to or higher than the target voltage value. Specifically, it is determined whether or not a certain period of time has elapsed after the execution of the control of the initial state positioning control unit 53A is started.

初期状態位置決め制御部53Aの制御の実行を開始後経過した時間が一定時間より短いときには、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値未満であるとしてステップS250AでNOと判定して、ステップS200Aに戻る。   If the elapsed time after starting the execution of the control of the initial state positioning control unit 53A is shorter than the predetermined time, it is determined that the output voltage of the capacitor 30 is less than the target voltage value in step S250A, and the process returns to step S200A.

このため、初期状態位置決め制御部53Aの制御の実行を開始後一定時間以上経過するまで、ステップS200A、S210A、S220A、S230A、S240Aの各処理を繰り返す。このため、スイッチング素子SW4、SW5のスイッチング動作によりコンデンサ30が充電される。このため、コンデンサ30の出力電圧は、図13(a)に示すように、徐々に上昇する。   For this reason, each process of steps S200A, S210A, S220A, S230A, and S240A is repeated until a predetermined time or more elapses after the execution of the control of the initial state positioning control unit 53A is started. For this reason, the capacitor 30 is charged by the switching operation of the switching elements SW4 and SW5. For this reason, the output voltage of the capacitor 30 gradually increases as shown in FIG.

これに加えて、スイッチング素子SW4、SW5のそれぞれのスイッチング動作に伴って、上述の如く、高電圧バッテリ3の正極側からV相コイル1b側に電流が流れる。このため、V相コイル1bに磁界が発生する。さらに、高電圧バッテリ3の正極側からW相コイル1c側に電流が流れる。このため、W相コイル1cに磁界が発生する。   In addition, as described above, current flows from the positive electrode side of the high-voltage battery 3 to the V-phase coil 1b side in accordance with the switching operation of the switching elements SW4 and SW5. For this reason, a magnetic field is generated in the V-phase coil 1b. Furthermore, a current flows from the positive electrode side of the high-voltage battery 3 to the W-phase coil 1c side. For this reason, a magnetic field is generated in the W-phase coil 1c.

したがって、W相コイル1cに生じた磁界とV相コイル1bに生じた磁界との合成磁界に対してロータが引き合うことになる。すなわち、前記合成磁界によりロータの位置が決まることになる。   Therefore, the rotor attracts the combined magnetic field of the magnetic field generated in the W-phase coil 1c and the magnetic field generated in the V-phase coil 1b. That is, the position of the rotor is determined by the combined magnetic field.

その後、初期状態位置決め制御部53Aの制御の実行を開始後一定時間以上経過すると、ステップS250Aにおいて、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値以上であるとしてYESと判定する。これにより、コンデンサ30の充電状態の制御とロータの位置決めとそれぞれが完了したと判定して、初期状態位置決め制御部53Aの制御が終了する。   Thereafter, when a predetermined time or more has elapsed after the execution of the control of the initial state positioning control unit 53A is started, it is determined as YES in step S250A because the output voltage of the capacitor 30 is equal to or higher than the target voltage value. As a result, it is determined that the control of the charging state of the capacitor 30 and the positioning of the rotor have been completed, and the control of the initial state positioning control unit 53A ends.

上述の第3実施形態では、初期状態位置決め制御部53Aがコンデンサ30の出力電圧が目標電圧値に到達したと判定するまで制御を実施した例を示したが、これに代えて、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値に到達し、かつコンデンサ30の温度を検出する温度センサを用いてコンデンサ30の温度が所定以上であると判定するまで初期状態位置決め制御部53Aがその制御を実施してもよい。これにより、上述の如く、コンデンサ30に大電流が流れることを抑制できる。   In the third embodiment described above, an example is shown in which control is performed until the initial state positioning control unit 53A determines that the output voltage of the capacitor 30 has reached the target voltage value, but instead of this, the output of the capacitor 30 is output. The initial state positioning control unit 53A may perform the control until the voltage reaches the target voltage value and the temperature sensor that detects the temperature of the capacitor 30 determines that the temperature of the capacitor 30 is equal to or higher than a predetermined value. . Thereby, as described above, it is possible to suppress a large current from flowing through the capacitor 30.

上述の第3実施形態では、コンデンサ30のプラス電極が正極側母線22に接続されて、コンデンサ30のマイナス電極がステータコイル1の中性点1xに接続された例を示したが、これに限らず、コンデンサ30のプラス電極を正極側母線22に接続し、コンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。   In the above-described third embodiment, an example in which the positive electrode of the capacitor 30 is connected to the positive-side bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 is connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 has been described. Alternatively, the positive electrode of the capacitor 30 may be connected to the positive side bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21.

上述の第3実施形態では、高電圧バッテリ3のプラス電極がステータコイル1の中性点1xに接続され、高電圧バッテリ3のマイナス電極が負極側母線21に接続された例を示したが、これに代えて、高電圧バッテリ3のプラス電極を正極側母線22に接続して、かつ高電圧バッテリ3のマイナス電極をステータコイル1の中性点1xに接続してもよい。   In the above-described third embodiment, the positive electrode of the high voltage battery 3 is connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 and the negative electrode of the high voltage battery 3 is connected to the negative bus 21. Alternatively, the positive electrode of the high voltage battery 3 may be connected to the positive bus 22 and the negative electrode of the high voltage battery 3 may be connected to the neutral point 1x of the stator coil 1.

この場合、コンデンサ30のプラス電極を正極側母線22に接続し、かつコンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。あるいは、コンデンサ30のプラス電極をステータコイル1の中性点1xに接続し、かつコンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。   In this case, the positive electrode of the capacitor 30 may be connected to the positive side bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21. Alternatively, the plus electrode of the capacitor 30 may be connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 and the minus electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21.

このように、高電圧バッテリ3を正極側母線22とステータコイル1の中性点1xとの間に接続した駆動装置10では、コンデンサ30を充電するためにスイッチング素子SW1、SW2…SW6を制御する処理が上述の第3実施形態とは異なるものの、当該処理を除いた制御部53A、55、56の各処理は、上述の第3実施形態と実質的に同様である。   As described above, in the driving device 10 in which the high voltage battery 3 is connected between the positive bus 22 and the neutral point 1x of the stator coil 1, the switching elements SW1, SW2,... SW6 are controlled to charge the capacitor 30. Although the processing is different from that of the above-described third embodiment, the processing of the control units 53A, 55, and 56 excluding the processing is substantially the same as that of the above-described third embodiment.

(第4実施形態)
上述の第3実施形態では、強制転流制御部の実行に先立って、コンデンサの充電状態を制御しつつロータの位置決めを行う初期状態位置決め制御部を実行させる例を示したが、これに代えて、コンデンサの充電状態を制御しつつロータを回転させる初期状態同期制御部を実行させる本第4実施形態を示す。
(Fourth embodiment)
In the third embodiment described above, an example is shown in which the initial state positioning control unit that positions the rotor while controlling the charging state of the capacitor is executed prior to the execution of the forced commutation control unit. 4 shows a fourth embodiment in which an initial state synchronization control unit that rotates a rotor while controlling a charged state of a capacitor is executed.

図15に本実施形態の駆動装置の回路構成を示す。図15において、図12と同一符号は、同一のものを示し、その説明を省略する。   FIG. 15 shows a circuit configuration of the drive device of this embodiment. In FIG. 15, the same reference numerals as those in FIG.

本実施形態の駆動装置では、図12の初期状態位置決め制御部53Aに代えて、初期状態同期制御部53Bが用いられている。初期状態同期制御部53Bは、スイッチング動作させるスイッチング素子が異なるだけで、図12の初期状態位置決め制御部53Aと実質的に同様の制御を行う。   In the drive device of this embodiment, an initial state synchronization control unit 53B is used instead of the initial state positioning control unit 53A of FIG. The initial state synchronization control unit 53B performs substantially the same control as the initial state positioning control unit 53A of FIG.

初期状態同期制御部53Bは、図6(a)、(b)、(c)に示すように、スイッチング素子SW4、SW5、SW6をスイッチング動作させる。図6(a)、(b)、(c)に示す制御処理は上述しているので、以下、初期状態同期制御部53Bの制御処理の概略について説明する。   The initial state synchronization control unit 53B switches the switching elements SW4, SW5, and SW6 as shown in FIGS. 6 (a), (b), and (c). Since the control processes shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C have been described above, an outline of the control process of the initial state synchronization control unit 53B will be described below.

初期状態同期制御部53Bは、オンさせる2つのスイッチング素子を、スイッチング素子SW4、SW5→スイッチング素子SW5、SW6→スイッチング素子SW4、SW6→スイッチング素子SW4、SW5の順に変更させる。   The initial state synchronization control unit 53B changes the two switching elements to be turned on in the order of switching elements SW4 and SW5 → switching elements SW5 and SW6 → switching elements SW4 and SW6 → switching elements SW4 and SW5.

ここで、オンさせる2つのスイッチング素子の変更に伴って、上述の如く、ステータコイル1に発生する合成磁界が回転することになる。これに伴い、ロータが合成磁界に同期して時計回りに回転することになる。   Here, with the change of the two switching elements to be turned on, the combined magnetic field generated in the stator coil 1 rotates as described above. Along with this, the rotor rotates clockwise in synchronization with the combined magnetic field.

また、負極側母線21側のスイッチング素子SW4、SW5、SW6のオフに伴って、上述の初期状態位置決め制御の場合と同様に、コンデンサ30に電荷が蓄積される。そして、初期状態同期制御部53Bは、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値に到達すると判定されるまで制御を実施する。   Further, as the switching elements SW4, SW5, and SW6 on the negative-side bus 21 side are turned off, charges are accumulated in the capacitor 30 as in the case of the initial state positioning control described above. Then, the initial state synchronization control unit 53B performs control until it is determined that the output voltage of the capacitor 30 reaches the target voltage value.

以上説明した本実施形態によれば、初期状態同期制御部53Bは、スイッチング素子SW4、SW5、SW6をスイッチング動作させることにより、コンデンサ30に電荷を蓄積してコンデンサの充電状態を制御しつつ、ロータを回転磁界に同期させて回転させることができる。   According to the present embodiment described above, the initial state synchronization control unit 53B performs switching operation of the switching elements SW4, SW5, and SW6, thereby accumulating charges in the capacitor 30 and controlling the charged state of the capacitor, Can be rotated in synchronization with the rotating magnetic field.

上述の第4実施形態では、初期状態同期制御部53Bがコンデンサ30の出力電圧が目標電圧値に到達したと判定するまで制御を実施した例を示したが、これに代えて、コンデンサ30の出力電圧が目標電圧値に到達し、かつコンデンサ30の温度を検出する温度センサを用いてコンデンサ30の温度が所定以上であると判定するまで初期状態同期制御部53Bがその制御を実施してもよい。これにより、上述の如く、コンデンサ30に大電流が流れることを抑制できる。   In the fourth embodiment described above, an example is shown in which the control is performed until the initial state synchronization control unit 53B determines that the output voltage of the capacitor 30 has reached the target voltage value. The initial state synchronization control unit 53B may perform the control until the voltage reaches the target voltage value and it is determined that the temperature of the capacitor 30 is equal to or higher than a predetermined value using a temperature sensor that detects the temperature of the capacitor 30. . Thereby, as described above, it is possible to suppress a large current from flowing through the capacitor 30.

上述の第4実施形態では、コンデンサ30のプラス電極が正極側母線22に接続されて、コンデンサ30のマイナス電極がステータコイル1の中性点1xに接続された例を示したが、これに限らず、コンデンサ30のプラス電極を正極側母線22に接続し、コンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。   In the above-described fourth embodiment, an example in which the positive electrode of the capacitor 30 is connected to the positive bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 is connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 has been described. Alternatively, the positive electrode of the capacitor 30 may be connected to the positive side bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21.

上述の第4実施形態では、高電圧バッテリ3のプラス電極がステータコイル1の中性点1xに接続され、高電圧バッテリ3のマイナス電極が負極側母線21に接続された例を示したが、これに代えて、高電圧バッテリ3のプラス電極を正極側母線22に接続して、かつ高電圧バッテリ3のマイナス電極をステータコイル1の中性点1xに接続してもよい。   In the above-described fourth embodiment, an example in which the positive electrode of the high voltage battery 3 is connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 and the negative electrode of the high voltage battery 3 is connected to the negative bus 21 is shown. Alternatively, the positive electrode of the high voltage battery 3 may be connected to the positive bus 22 and the negative electrode of the high voltage battery 3 may be connected to the neutral point 1x of the stator coil 1.

この場合、コンデンサ30のプラス電極を正極側母線22に接続し、かつコンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。あるいは、コンデンサ30のプラス電極をステータコイル1の中性点1xに接続し、かつコンデンサ30のマイナス電極を負極側母線21に接続してもよい。   In this case, the positive electrode of the capacitor 30 may be connected to the positive side bus 22 and the negative electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21. Alternatively, the plus electrode of the capacitor 30 may be connected to the neutral point 1x of the stator coil 1 and the minus electrode of the capacitor 30 may be connected to the negative side bus 21.

このように、高電圧バッテリ3を正極側母線22とステータコイル1の中性点1xとの間に接続した駆動装置10では、コンデンサ30を充電するためにスイッチング素子SW1、SW2…SW6を制御する処理が上述の第4実施形態とは異なるものの、当該処理を除いた制御部53B、55、56の各処理は、上述の第4実施形態と実質的に同様である。   As described above, in the driving device 10 in which the high voltage battery 3 is connected between the positive bus 22 and the neutral point 1x of the stator coil 1, the switching elements SW1, SW2,... SW6 are controlled to charge the capacitor 30. Although the process is different from that of the above-described fourth embodiment, the processes of the control units 53B, 55, and 56 excluding the process are substantially the same as those of the above-described fourth embodiment.

上述の各実施形態では、同期電動機として三相交流同期電動機を用いた例を示したが、これに限らず、同期電動機として、4相以上の多相交流同期電動機を用いても良い。   In each of the above-described embodiments, an example in which a three-phase AC synchronous motor is used as the synchronous motor has been described. However, the present invention is not limited thereto, and a multiphase AC synchronous motor having four or more phases may be used as the synchronous motor.

1 ステータコイル
1a U相コイル
1b V相コイル
1c W相コイル
1x 中性点
3 高電圧バッテリ
5 電源スイッチ
10 駆動装置
20 インバータ回路
21 負極側母線
22 正極側母線
30 コンデンサ
40 電流センサ
50 制御回路
51 制御入出力部
52 制御判定部
53 初期状態制御部
54 同期制御部
55 強制転流制御部
56 通常運転制御部
SW1 スイッチング素子
D1 ダイオード
1 Stator Coil 1a U Phase Coil 1b V Phase Coil 1c W Phase Coil 1x Neutral Point 3 High Voltage Battery 5 Power Switch 10 Drive Device 20 Inverter Circuit 21 Negative Side Bus 22 Positive Side Bus 30 Capacitor 40 Current Sensor 50 Control Circuit 51 Control Input / output unit 52 Control determination unit 53 Initial state control unit 54 Synchronization control unit 55 Forced commutation control unit 56 Normal operation control unit SW1 Switching element D1 Diode

Claims (12)

スター結線されたステータコイルから発生する回転磁界によりロータを回転させる同期電動機の駆動装置であって、
直列接続された一対のスイッチング素子を多数組有し、正極側母線と負極側母線との間に前記一対のスイッチング素子が多数組、並列接続されているインバータ回路と、
コンデンサと、
前記インバータ回路を構成する複数の前記スイッチング素子をスイッチング動作させることにより、電源装置の出力電圧と前記コンデンサの出力電圧とに基づいて交流電流を前記ステータコイルに出力して前記ステータコイルから前記回転磁界を発生させる通常運転制御手段と、
前記通常運転制御手段の実行開始に先立って、前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、前記ステータコイルから発生させる回転磁界に前記ロータを同期させて、かつ前記コンデンサの充電状態を制御する初期状態同期制御手段と、
を備えることを特徴とする同期電動機の駆動装置。
A synchronous motor drive device that rotates a rotor by a rotating magnetic field generated from a star-connected stator coil,
An inverter circuit having a large number of a pair of switching elements connected in series, and a large number of the pair of switching elements between the positive side bus and the negative side bus, connected in parallel;
A capacitor,
By switching the plurality of switching elements constituting the inverter circuit, an alternating current is output to the stator coil based on the output voltage of the power supply device and the output voltage of the capacitor, and the rotating magnetic field is output from the stator coil. Normal operation control means for generating
Prior to the start of execution of the normal operation control means, the plurality of switching elements are switched to synchronize the rotor with a rotating magnetic field generated from the stator coil and to control the charge state of the capacitor State synchronization control means;
A drive device for a synchronous motor, comprising:
前記複数のスイッチング素子のそれぞれにはダイオードが逆並列に配置されており、
前記複数のスイッチング素子は、前記正極側母線に接続された正極側母線側のスイッチング素子と、前記負極側母線側に接続された負極側母線側のスイッチング素子とから構成されており、
前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子のオフに伴って、残りの母線側のスイッチング素子に逆並列に配置された前記ダイオードを通して前記ステータコイルと前記コンデンサとの間に流れる電流に基づいて前記コンデンサの充電状態を制御することを特徴とする請求項1に記載の同期電動機の駆動装置。
A diode is disposed in antiparallel to each of the plurality of switching elements,
The plurality of switching elements are composed of a positive-side bus-side switching element connected to the positive-side bus and a negative-side bus-side switching element connected to the negative-side bus side,
The initial state synchronization control means includes a positive-side bus-side switching element and a negative-side bus-side switching element, on the bus-side to which one of the positive electrode and the negative electrode of the power supply device is connected. The charging state of the capacitor is controlled based on the current flowing between the stator coil and the capacitor through the diode arranged in antiparallel with the remaining switching element on the bus side when the switching element is turned off. The synchronous motor drive device according to claim 1, wherein:
前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記残りの母線側のスイッチング素子をオフした状態で、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、前記インバータ回路から出力される交流電流に基づいて前記ステータコイルからの回転磁界を発生させることを特徴とする請求項2に記載の同期電動機の駆動装置。   The initial state synchronization control means is configured to turn off the remaining bus-side switching elements among the positive-side bus-side switching elements and the negative-side bus-side switching elements, and A rotating magnetic field from the stator coil is generated based on an alternating current output from the inverter circuit by switching the bus-side switching element to which either one of the negative electrodes is connected. The synchronous motor drive device according to claim 2. 前記インバータ回路において、前記一対のスイッチング素子は3組、並列接続されており、
前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側の3つのスイッチング素子において、オンさせる2つのスイッチング素子を順に変更することによって、ステータコイルから回転磁界を発生させることをことを特徴とする請求項3に記載の同期電動機の駆動装置。
In the inverter circuit, three pairs of the pair of switching elements are connected in parallel,
The initial state synchronization control means includes a positive-side bus-side switching element and a negative-side bus-side switching element, on the bus-side to which one of the positive electrode and the negative electrode of the power supply device is connected. The synchronous motor drive device according to claim 3, wherein a rotating magnetic field is generated from the stator coil by sequentially changing two switching elements to be turned on among the three switching elements.
前記初期状態同期制御手段は、オンさせる2つのスイッチング素子を所定オン時間オンさせる第1の手段と、前記2つのスイッチング素子を所定オフ時間オフさせる第2の手段と、を備え、前記第1の手段により前記2つのスイッチング素子を所定オン時間オンさせ、この後、前記第2の手段により前記2つのスイッチング素子を所定オフ時間オフさせることを、繰り返すことによって前記コンデンサの充電を行うことを特徴とする請求項4に記載の同期電動機の駆動装置。   The initial state synchronization control means includes: first means for turning on two switching elements to be turned on for a predetermined on time; and second means for turning off the two switching elements for a predetermined off time; The capacitor is charged by repeatedly turning the two switching elements on for a predetermined on-time by means, and then turning off the two switching elements for a predetermined off-time by the second means. The driving device for a synchronous motor according to claim 4. 前記初期状態同期制御手段は、前記正極側母線側のスイッチング素子と前記負極側母線側のスイッチング素子とのうち、前記電源装置のプラス電極およびマイナス電極のうちいずれか一方が接続された母線側のスイッチング素子をオンさせているときに前記ステータコイルに流れる電流を制限電流以下にすることを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1つに記載の同期電動機の駆動装置。   The initial state synchronization control means includes a positive-side bus-side switching element and a negative-side bus-side switching element, on the bus-side to which one of the positive electrode and the negative electrode of the power supply device is connected. 5. The synchronous motor drive device according to claim 2, wherein when the switching element is turned on, a current flowing through the stator coil is set to be equal to or less than a limit current. 6. 前記初期状態同期制御手段は、前記コンデンサの出力電圧が一定電圧に到達したと判定されるまで前記充電状態の制御を実施することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の同期電動機の駆動装置。   The said initial state synchronous control means implements control of the said charge state until it determines with the output voltage of the said capacitor having reached a fixed voltage, The one of Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. Synchronous motor drive device. 前記初期状態同期制御手段は、前記コンデンサの出力電圧が一定電圧に到達し、かつ前記コンデンサの温度が所定以上であると判定するまで前記充電状態の制御を実施することを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の同期電動機の駆動装置。   2. The initial state synchronization control means controls the charge state until it is determined that the output voltage of the capacitor reaches a constant voltage and the temperature of the capacitor is equal to or higher than a predetermined value. The driving device for a synchronous motor according to any one of Items 6 to 6. 前記コンデンサのプラス電極は、前記正極側母線に接続され、前記コンデンサのマイナス電極は、前記負極側母線と前記ステータコイルの中性点とのうちいずれか一方に接続されており、
前記電源装置のプラス電極は、前記中性点に接続され、前記電源装置のマイナス電極は、前記負極側母線に接続されていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の同期電動機の駆動装置。
The positive electrode of the capacitor is connected to the positive side bus, and the negative electrode of the capacitor is connected to either the negative side bus or the neutral point of the stator coil,
The positive electrode of the power supply device is connected to the neutral point, and the negative electrode of the power supply device is connected to the negative-side bus. The synchronous motor drive device.
前記コンデンサのプラス電極は、前記正極側母線と前記ステータコイルの中性点とのうちいずれか一方に接続され、前記コンデンサのマイナス電極は、前記負極側母線に接続されており、
前記電源装置のプラス電極は、前記正極側母線に接続され、前記電源装置のマイナス電極は、前記中性点に接続されていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の同期電動機の駆動装置。
The positive electrode of the capacitor is connected to one of the positive side bus and the neutral point of the stator coil, and the negative electrode of the capacitor is connected to the negative side bus,
The positive electrode of the power supply device is connected to the positive side bus, and the negative electrode of the power supply device is connected to the neutral point. The synchronous motor drive device.
前記通常運転制御手段の実行開始前で、かつ前記初期状態同期制御手段の実行終了後に、前記ロータの回転速度を一定速度まで上昇させる電流を前記インバータ回路から前記ステータコイルに出力させるように前記インバータ回路を構成する前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させる強制転流制御手段を備えることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載の同期電動機の駆動装置。   Before the execution of the normal operation control means and after the execution of the initial state synchronization control means, the inverter is configured to output a current from the inverter circuit to the stator coil to increase the rotation speed of the rotor to a constant speed. The synchronous motor drive device according to any one of claims 1 to 10, further comprising forced commutation control means for switching the plurality of switching elements constituting the circuit. 前記インバータ回路から前記ステータコイルに流れる電流を検出する電流センサを備え、
前記通常運転制御手段は、前記電流センサにより検出された電流に基づいて前記ロータの回転数を推定するとともに、この推定された回転数に基づいて前記ロータの回転数を目標回転数に近づけるように前記複数のスイッチング素子をスイッチング動作させることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載の同期電動機の駆動装置。
A current sensor for detecting a current flowing from the inverter circuit to the stator coil;
The normal operation control means estimates the rotational speed of the rotor based on the current detected by the current sensor, and causes the rotational speed of the rotor to approach the target rotational speed based on the estimated rotational speed. The synchronous motor drive device according to claim 1, wherein the plurality of switching elements are switched.
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