JP2010200564A - モータ駆動装置とそのエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 応答の速い電流検出回路信号を利用し蓄電器の端子電圧を演算して検出し、充放電制御する蓄電器エネルギー量を正確に把握してエネルギーの有効利用を向上させることができるモータ駆動装置と蓄電器の端子電圧検出方法を提供する。
【解決手段】 DC/DCコンバータ部700は、蓄電器Bに流れる電流を検出する蓄電器電流検出回路702と、蓄電器Bに流れるピーク電流を検出する蓄電器ピーク電流検出回路701と、平滑コンデンサ103の端子電圧を検出する主回路直流電圧検出回路703とを備え、DC/DCコンバータ制御部800は、前記ピーク電流とリアクトルL1のインダクタンス、または、前記ピーク電流と前記インダクタンスと平滑コンデンサ103の端子電圧より蓄電器Bの端子電圧を演算して検出する。
【選択図】図1
【解決手段】 DC/DCコンバータ部700は、蓄電器Bに流れる電流を検出する蓄電器電流検出回路702と、蓄電器Bに流れるピーク電流を検出する蓄電器ピーク電流検出回路701と、平滑コンデンサ103の端子電圧を検出する主回路直流電圧検出回路703とを備え、DC/DCコンバータ制御部800は、前記ピーク電流とリアクトルL1のインダクタンス、または、前記ピーク電流と前記インダクタンスと平滑コンデンサ103の端子電圧より蓄電器Bの端子電圧を演算して検出する。
【選択図】図1
Description
本発明はモータ駆動装置に係り、特にDC/DCコンバータを介して蓄電器とエネルギーの授受を行うことができるモータ駆動装置に関する。
モータ駆動装置における省エネルギー化を図るために、蓄電器にモータ回生時のエネルギーを蓄える充電動作、モータ力行時には蓄えたエネルギーを利用する放電動作を行うシステムが検討されている。この充放電動作は、モータ駆動装置の直流電源部に接続される平滑コンデンサ(アルミ電解コンデンサ)のエネルギー変動が発生するモータの加減速時に行われる(例えば、特許文献1参照)。また、モータ駆動装置と蓄電器との間にDC/DCコンバータ装置を備え、モータ力行・回生時のエネルギーを蓄電器へと充放電動作させるものもある。DC/DCコンバータ装置は、モータ駆動装置と蓄電器との間でエネルギーを双方向に変換し、PWM(Pulse Width Modulation)制御によりこのエネルギー量を最適に制御する。(例えば、特許文献2参照)。
図7は、特許文献2に記載されている電気車制御装置における回生エネルギーを利用するための制御回路の構成を示す図である。同図において、5は平滑コンデンサであり、直流電源1を架線2、パンタグラフ3、リアクトル4を介して直流電源を安定させる。6はインバータであり、平滑コンデンサ5の直流電源を任意の交流電力に変換しモータ7を駆動する。9はDC/DCコンバータであり平滑コンデンサ5と並列に接続されており、リアクトルL1を介して電気二重層コンデンサ10へ、駆動モータ7の力行・回生運転時のエネルギー変動を充放電する。
11Aは、コンバータ制御装置であり、DC/DCコンバータ9が充放電するためのPWM信号を出力する。コンバータ制御装置11Aは、速度センサ8から得られる信号Velに基づいて電圧基準出力回路12により基準信号V_EDLCrefを出力する。次に前記基準信号V_EDLCrefと電気二重層コンデンサ10の電圧検出値V_EDLCの偏差に基づいて、電圧指令出力回路14によりPI制御を行い、電圧指令信号VchRefを作成しPWM信号出力回路15へ入力する。PWM信号出力回路15は、DC/DCコンバータ9へPWM信号を出力する。尚、図7の各符号は特許文献2に記載の符号をそのまま使用している。
11Aは、コンバータ制御装置であり、DC/DCコンバータ9が充放電するためのPWM信号を出力する。コンバータ制御装置11Aは、速度センサ8から得られる信号Velに基づいて電圧基準出力回路12により基準信号V_EDLCrefを出力する。次に前記基準信号V_EDLCrefと電気二重層コンデンサ10の電圧検出値V_EDLCの偏差に基づいて、電圧指令出力回路14によりPI制御を行い、電圧指令信号VchRefを作成しPWM信号出力回路15へ入力する。PWM信号出力回路15は、DC/DCコンバータ9へPWM信号を出力する。尚、図7の各符号は特許文献2に記載の符号をそのまま使用している。
このように従来の電気車制御装置は、DC/DCコンバータに蓄電器である電気二重層コンデンサとその電圧検出回路を備え、検出された電圧値を用いて充放電制御を行っているのである。また電気二重層コンデンサの過電圧、低電圧保護を行っている。
従来の電気二重層コンデンサ(以下EDLCと略す)を利用したモータ駆動装置は、EDLC電圧を検出するための電圧検出回路を備えている。しかしEDLCの静電容量は非常に大きく、充放電動作におけるその電圧変動量は数十μV以下となる場合もある。信号増幅器や高分解能A/D変換器を使用した電圧検出回路においても、EDLC電圧の変動量を正確に検出することは困難であるという問題がある。さらに、EDLC正極側からの配線が長くなり、ノイズ対策や絶縁部品等を含めた電圧検出回路のコストが高くなる。一方で、DC/DCコンバータは数十kHzという高い周波数でPWM制御するため、EDLC電圧検出回路を使用した充放電制御では信号の遅れから必要な制御応答が十分に得られず、その結果、充放電する蓄電器エネルギー量を正確に把握し制御することができなくなるという問題もある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、EDLC電圧検出回路を削減し、応答の速い電流検出回路信号を利用しEDLC電圧値を演算にて求めるとともに、充放電制御する蓄電器エネルギー量を正確に把握してエネルギーの有効利用を向上させることができるモータ駆動装置とそのエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のような構成および方法としたものである。
請求項1に記載の発明は、直流電源に並列接続された平滑コンデンサと、前記直流電源の直流電圧を交流電圧に変換しモータを駆動制御するインバータ部と、該インバータ部を制御するインバータ制御部と、前記平滑コンデンサと並列接続されたDC/DCコンバータ部と、該DC/DCコンバータ部を制御するDC/DCコンバータ制御部と、前記DC/DCコンバータ部によって充放電制御される蓄電器と、該蓄電器に直列接続されたリアクトルと、を備えたモータ駆動装置において、
前記DC/DCコンバータ部は、前記蓄電器に流れる電流を検出する蓄電器電流検出回路と、前記蓄電器に流れるピーク電流を検出する蓄電器ピーク電流検出回路と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する主回路直流電圧検出回路とを備え、
前記DC/DCコンバータ制御部は、前記ピーク電流と前記リアクトルのインダクタンス、または、前記ピーク電流と前記インダクタンスと前記平滑コンデンサの端子電圧より前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
請求項1に記載の発明は、直流電源に並列接続された平滑コンデンサと、前記直流電源の直流電圧を交流電圧に変換しモータを駆動制御するインバータ部と、該インバータ部を制御するインバータ制御部と、前記平滑コンデンサと並列接続されたDC/DCコンバータ部と、該DC/DCコンバータ部を制御するDC/DCコンバータ制御部と、前記DC/DCコンバータ部によって充放電制御される蓄電器と、該蓄電器に直列接続されたリアクトルと、を備えたモータ駆動装置において、
前記DC/DCコンバータ部は、前記蓄電器に流れる電流を検出する蓄電器電流検出回路と、前記蓄電器に流れるピーク電流を検出する蓄電器ピーク電流検出回路と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する主回路直流電圧検出回路とを備え、
前記DC/DCコンバータ制御部は、前記ピーク電流と前記リアクトルのインダクタンス、または、前記ピーク電流と前記インダクタンスと前記平滑コンデンサの端子電圧より前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のモータ駆動装置において、前記DC/DCコンバータ制御部は、前記DC/DCコンバータ部が充電動作中に、前記蓄電器の端子電圧を下式
ここで、Ibp1:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt1:充電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vpn:前記平滑コンデンサの端子電圧
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とするものである。
ここで、Ibp1:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt1:充電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vpn:前記平滑コンデンサの端子電圧
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のモータ駆動装置において、前記DC/DCコンバータ制御部は、前記DC/DCコンバータ部が放電動作中に、前記蓄電器の端子電圧を下式
ここで、Ibp2:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt2:放電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とするものである。
ここで、Ibp2:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt2:放電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載のモータ駆動装置において、前記DC/DCコンバータ制御部が、前記平滑コンデンサの端子電圧と前記蓄電器の端子電圧との比較に基づいて、前記蓄電器に流れる電流が電流連続モードまたは電流不連続モードになるのかを判別し、前記電流不連続モードの時に前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のモータ駆動装置において、前記DC/DCコンバータ制御部が、前記電流連続モードになると判別した場合には、前記平滑コンデンサの端子電圧と前記蓄電器の端子電圧との差ならびに前記蓄電器の端子電圧との比率に基づいて、前記蓄電器に流れる電流が前記電流不連続モードとなるように前記DC/DCコンバータ部を制御するPWM制御信号を算出することを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、請求項4に記載のモータ駆動装置において、前記DC/DCコンバータ制御部は、充放電制御による充電電流または放電電流が前記蓄電器に前記電流連続モードで流れている場合には、前記充放電制御を一時中断して前記充電電流または前記放電電流が流れていないことを確認した後に、前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のモータ駆動装置において、前記DC/DCコンバータ制御部が、前記電流連続モードになると判別した場合には、前記平滑コンデンサの端子電圧と前記蓄電器の端子電圧との差ならびに前記蓄電器の端子電圧との比率に基づいて、前記蓄電器に流れる電流が前記電流不連続モードとなるように前記DC/DCコンバータ部を制御するPWM制御信号を算出することを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、請求項4に記載のモータ駆動装置において、前記DC/DCコンバータ制御部は、充放電制御による充電電流または放電電流が前記蓄電器に前記電流連続モードで流れている場合には、前記充放電制御を一時中断して前記充電電流または前記放電電流が流れていないことを確認した後に、前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、請求項1に記載のモータ駆動装置において、前記DC/DCコンバータ制御部は、前記モータが停止中または一定速度で運転中の場合に、予め設定されたPWM制御信号によって前記蓄電器を充電動作または放電動作する指令を前記DC/DCコンバータ部に加え、前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明は、請求項1に記載のモータ駆動装置において、前記DC/DCコンバータ制御部が、前記平滑コンデンサの端子電圧を一定の電圧に制御するVpn電圧制御器の出力信号と前記蓄電器の端子電圧の演算による検出値との偏差を増幅するVb電圧制御器の出力信号により、前記DC/DCコンバータ部を制御するPWM制御信号を算出し、前記蓄電器への前記充放電制御を行うことを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、請求項1に記載のモータ駆動装置において、前記蓄電器が電気二重層コンデンサまたはアルミ電解コンデンサであることを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明は、請求項1に記載のモータ駆動装置において、前記DC/DCコンバータ制御部が、前記平滑コンデンサの端子電圧を一定の電圧に制御するVpn電圧制御器の出力信号と前記蓄電器の端子電圧の演算による検出値との偏差を増幅するVb電圧制御器の出力信号により、前記DC/DCコンバータ部を制御するPWM制御信号を算出し、前記蓄電器への前記充放電制御を行うことを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、請求項1に記載のモータ駆動装置において、前記蓄電器が電気二重層コンデンサまたはアルミ電解コンデンサであることを特徴とするものである。
請求項10に記載の発明は、直流電源に並列接続された平滑コンデンサと、前記直流電源の直流電圧を交流電圧に変換しモータを駆動制御するインバータ部と、該インバータ部を制御するインバータ制御部と、前記平滑コンデンサと並列接続されたDC/DCコンバータ部と、該DC/DCコンバータ部を制御するDC/DCコンバータ制御部と、前記DC/DCコンバータ部によって充放電制御される蓄電器と、該蓄電器に直列接続されたリアクトルと、を備えたモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において、
前記DC/DCコンバータ部は、前記蓄電器に流れる電流を検出する蓄電器電流検出回路と、前記蓄電器に流れるピーク電流を検出する蓄電器ピーク電流検出回路と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する主回路直流電圧検出回路とを備え、
前記DC/DCコンバータ制御部は、前記ピーク電流と前記リアクトルのインダクタンス、または、前記ピーク電流と前記インダクタンスと前記平滑コンデンサの端子電圧より前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
前記DC/DCコンバータ部は、前記蓄電器に流れる電流を検出する蓄電器電流検出回路と、前記蓄電器に流れるピーク電流を検出する蓄電器ピーク電流検出回路と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する主回路直流電圧検出回路とを備え、
前記DC/DCコンバータ制御部は、前記ピーク電流と前記リアクトルのインダクタンス、または、前記ピーク電流と前記インダクタンスと前記平滑コンデンサの端子電圧より前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において、前記DC/DCコンバータ制御部は、前記DC/DCコンバータ部が充電動作中に、前記蓄電器の端子電圧を下式
ここで、Ibp1:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt1:充電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vpn:前記平滑コンデンサの端子電圧
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とするものである。
ここで、Ibp1:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt1:充電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vpn:前記平滑コンデンサの端子電圧
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とするものである。
請求項12に記載の発明は、請求項10に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において、前記DC/DCコンバータ制御部は、前記DC/DCコンバータ部が放電動作中に、前記蓄電器の端子電圧を下式
ここで、Ibp2:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt2:放電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とするものである。
ここで、Ibp2:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt2:放電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とするものである。
請求項13に記載の発明は、請求項10に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において、前記DC/DCコンバータ制御部が、前記平滑コンデンサの端子電圧と前記蓄電器の端子電圧との比較に基づいて、前記蓄電器に流れる電流が電流連続モードまたは電流不連続モードになるのかを判別し、前記電流不連続モードの時に前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
請求項14に記載の発明は、請求項13に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において、前記DC/DCコンバータ制御部が、前記電流連続モードになると判別した場合には、前記平滑コンデンサの端子電圧と前記蓄電器の端子電圧との差ならびに前記蓄電器の端子電圧との比率に基づいて、前記蓄電器に流れる電流が前記電流不連続モードとなるように前記DC/DCコンバータ部を制御するPWM制御信号を算出することを特徴とするものである。
請求項15に記載の発明は、請求項13に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において、前記DC/DCコンバータ制御部は、充放電制御による充電電流または放電電流が前記蓄電器に前記電流連続モードで流れている場合には、前記充放電制御を一時中断して前記充電電流または前記放電電流が流れていないことを確認した後に、前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
請求項14に記載の発明は、請求項13に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において、前記DC/DCコンバータ制御部が、前記電流連続モードになると判別した場合には、前記平滑コンデンサの端子電圧と前記蓄電器の端子電圧との差ならびに前記蓄電器の端子電圧との比率に基づいて、前記蓄電器に流れる電流が前記電流不連続モードとなるように前記DC/DCコンバータ部を制御するPWM制御信号を算出することを特徴とするものである。
請求項15に記載の発明は、請求項13に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において、前記DC/DCコンバータ制御部は、充放電制御による充電電流または放電電流が前記蓄電器に前記電流連続モードで流れている場合には、前記充放電制御を一時中断して前記充電電流または前記放電電流が流れていないことを確認した後に、前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
請求項16に記載の発明は、請求項10に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において前記DC/DCコンバータ制御部は、前記モータが停止中または一定速度で運転中の場合に、予め設定されたPWM制御信号によって前記蓄電器を充電動作または放電動作する指令を前記DC/DCコンバータ部に加え、前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするものである。
請求項17に記載の発明は、請求項10に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において、前記蓄電器が電気二重層コンデンサまたはアルミ電解コンデンサであることを特徴とするものである。
請求項17に記載の発明は、請求項10に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において、前記蓄電器が電気二重層コンデンサまたはアルミ電解コンデンサであることを特徴とするものである。
本発明によると、蓄電器に流れる充放電電流を検出する電流検出信号を利用して蓄電器の電圧を求めているので、従来の電圧検出回路を削減でき、さらに高速応答の充放電制御が可能となるので、蓄電器エネルギー量を正確に速く把握することができエネルギーの有効利用をより向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について図1〜図6に基づいて説明する。実際のモータ制御装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、図面には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明する。
図1は、本発明におけるモータ駆動装置の全体構成を示す図である。同図において、102はダイオード整流器であり、交流電源101の交流電圧を直流電圧に変換する。103は平滑コンデンサであり、整流した直流電圧を平滑してリップル成分を低減し直流電圧をほぼ一定の値に維持する。105はインバータ部であり、インバータ制御部104から出力されるPWM制御信号Viに基づいて直流電圧を交流電圧に変換しモータ106を駆動制御する。
DC/DCコンバータ部700は、半導体スイッチング素子Q1とQ2を直列接続し、ダイオードD1、D2をそれぞれQ1およびQ2に逆並列接続した回路と、リアクトルL1および蓄電器Bから構成されており、DC/DCコンバータ制御部800から出力されるPWM制御信号Vdに従い電力の流れの向きを制御し充放電動作する。蓄電器BはEDLCであり、その充電動作は、DC/DCコンバータ部700の降圧動作であり蓄電器電流(EDLC電流Ib)が図示する方向へ流れる。逆に放電動作は、DC/DCコンバータ部700の昇圧動作でありEDLC電流Ibが図示する方向と反対方向へ流れる。降圧動作、昇圧動作についての具体的な動作についてはここでは省略する。さらにDC/DCコンバータ部700は、EDLCピーク電流検出回路701、EDLC電流検出回路702、平滑コンデンサ103の直流電圧を検出する主回路直流電圧検出回路703を備え、EDLCピーク電流Ibp、EDLC電流Ib、主回路直流電圧Vpnを検出し、DC/DCコンバータ制御部800へ出力する。
DC/DCコンバータ部700は、半導体スイッチング素子Q1とQ2を直列接続し、ダイオードD1、D2をそれぞれQ1およびQ2に逆並列接続した回路と、リアクトルL1および蓄電器Bから構成されており、DC/DCコンバータ制御部800から出力されるPWM制御信号Vdに従い電力の流れの向きを制御し充放電動作する。蓄電器BはEDLCであり、その充電動作は、DC/DCコンバータ部700の降圧動作であり蓄電器電流(EDLC電流Ib)が図示する方向へ流れる。逆に放電動作は、DC/DCコンバータ部700の昇圧動作でありEDLC電流Ibが図示する方向と反対方向へ流れる。降圧動作、昇圧動作についての具体的な動作についてはここでは省略する。さらにDC/DCコンバータ部700は、EDLCピーク電流検出回路701、EDLC電流検出回路702、平滑コンデンサ103の直流電圧を検出する主回路直流電圧検出回路703を備え、EDLCピーク電流Ibp、EDLC電流Ib、主回路直流電圧Vpnを検出し、DC/DCコンバータ制御部800へ出力する。
以下に、図1に示したDC/DCコンバータ制御部800の各構成要素の動作概要について説明する。810はPWM制御部であり、スイッチ811とPWM制御器812で構成されている。
スイッチ811がX側である場合は、EDLC電圧Vbを検出する動作(以降、「Vb検出動作」と呼ぶ)となる。Vb演算器801には、EDLCピーク電流Ibp、主回路直流電圧Vpnが入力され、EDLC電圧Vbを演算した後、減算器805へ出力する。一方、Vb演算器801はEDLC電圧Vbの検出動作を実行するための制御指令であるVb検出指令Vcbを出力する。Vb検出指令器802は、Vb検出指令VcbをPWM電圧制御量であるVb検出指令器出力Vc0に変換する。スイッチ811により、PWM制御器812にはVb検出指令器出力Vc0がPWM電圧制御量Vc*として入力され、PWM制御信号VdをDC/DCコンバータ部700へ出力する。
スイッチ811がY側である場合は、通常の充放電動作となる。
スイッチ811がX側である場合は、EDLC電圧Vbを検出する動作(以降、「Vb検出動作」と呼ぶ)となる。Vb演算器801には、EDLCピーク電流Ibp、主回路直流電圧Vpnが入力され、EDLC電圧Vbを演算した後、減算器805へ出力する。一方、Vb演算器801はEDLC電圧Vbの検出動作を実行するための制御指令であるVb検出指令Vcbを出力する。Vb検出指令器802は、Vb検出指令VcbをPWM電圧制御量であるVb検出指令器出力Vc0に変換する。スイッチ811により、PWM制御器812にはVb検出指令器出力Vc0がPWM電圧制御量Vc*として入力され、PWM制御信号VdをDC/DCコンバータ部700へ出力する。
スイッチ811がY側である場合は、通常の充放電動作となる。
次に、通常の充放電動作について以下に説明する。減算器803は主回路直流電圧指令Vpn0と主回路直流電圧Vpnとの偏差を取り、主回路直流電圧制御量Vpn*を出力する。主回路直流電圧制御量Vpn*は、PI制御により構成されたVpn電圧制御器804に入力される。減算器805は、Vpn電圧制御器804の出力とEDLC電圧Vbの偏差を取り、EDLC直流電圧制御量Vb*を出力する。EDLC電圧VbはVb演算器801から出力される。EDLC直流電圧制御量Vb*は、PI制御により構成されたVb電圧制御器806に入力され、PWM電圧制御量であるVb電圧制御器出力Vc1となる。スイッチ811により、PWM制御器812にはVb電圧制御器出力Vc1がPWM電圧制御量Vc*として入力され、PWM制御信号VdをDC/DCコンバータ部700へ出力する。
本発明が従来技術と異なる部分は、DC/DCコンバータ部700に、EDLCピーク電流Ibpを検出するEDLCピーク電流検出回路701と、DC/DCコンバータ制御部800に、蓄電器Bの直流電圧を算出するためのVb検出指令Vcbを算出すると共に、EDLCピーク電流Ibpに基づいて蓄電器Bの端子電圧を演算して検出するVb演算器801と、Vb検出指令器802の出力信号Vc0とVb電圧制御器806の出力信号Vc1をPWM制御器812の入力信号Vc*とする手段と、を備えた部分である。
以下、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
図2は、図1に示したモータ駆動装置の運転状態を表したタイムチャートである。時間ta〜tb期間において、モータ106は加速中(力行運転)であるため主回路直流電圧Vpnは減少する。DC/DCコンバータ制御部800は、EDLCを放電させて主回路直流電圧Vpnが増加するように制御する。この期間をA期間とする。
時間tc〜td期間において、モータ106は減速中(回生運転)であるため主回路直流電圧Vpnは増加する。DC/DCコンバータ制御部800は、EDLCを充電させて主回路直流電圧Vpnが減少するように制御する。この期間をB期間とする。
モータ106は時間0〜ta期間では停止中であり、また時間tb〜tc期間は一定速度運転中である。この期間では、DC/DCコンバータ制御部800は充放電制御を行わず、DC/DCコンバータ部700は動作停止状態となる。また、本実施例ではモータ106の回転速度Nは時間0〜tdの期間を繰り返す運転パターンであるため、DC/DCコンバータ部700は放電動作と充電動作を交互に繰り返す。
図2は、図1に示したモータ駆動装置の運転状態を表したタイムチャートである。時間ta〜tb期間において、モータ106は加速中(力行運転)であるため主回路直流電圧Vpnは減少する。DC/DCコンバータ制御部800は、EDLCを放電させて主回路直流電圧Vpnが増加するように制御する。この期間をA期間とする。
時間tc〜td期間において、モータ106は減速中(回生運転)であるため主回路直流電圧Vpnは増加する。DC/DCコンバータ制御部800は、EDLCを充電させて主回路直流電圧Vpnが減少するように制御する。この期間をB期間とする。
モータ106は時間0〜ta期間では停止中であり、また時間tb〜tc期間は一定速度運転中である。この期間では、DC/DCコンバータ制御部800は充放電制御を行わず、DC/DCコンバータ部700は動作停止状態となる。また、本実施例ではモータ106の回転速度Nは時間0〜tdの期間を繰り返す運転パターンであるため、DC/DCコンバータ部700は放電動作と充電動作を交互に繰り返す。
図3(a)、(b)は、図1に示したDC/DCコンバータ部700のリアクトル電圧VL1とEDLC電流Ibの動作波形を示した図である。主回路直流電圧Vpn=300V、EDLC電圧Vb=100V、PWM制御信号Vdのデューティーが50%、すなわち半導体スイッチング素子Q1、Q2をONする時間をキャリア周期Tの(1/2)とした時の充電動作(a)と放電動作(b)の波形を示したものである。
図3(a)においては、半導体スイッチング素子Q1をONすると、リアクトルL1にはVpn−Vbの電圧がかかりEDLC電流Ibは正の向きに一定の割合で増加する。次に半導体スイッチング素子Q1をOFFすると、リアクトルL1には−Vbの電圧がかかりEDLC電流Ibは一定の割合で減少する。この充電動作中の半導体スイッチング素子Q1がONしたときを起点として時間tが、t=(キャリア周期T)の時点においてEDLC電流Ib≠0となる電流連続モードになる。
図3(b)においては、半導体スイッチング素子Q2をONすると、リアクトルL1には−Vbの電圧がかかりEDLC電流Ibは負の向きに一定の割合で増加する。次に半導体スイッチング素子Q2をOFFすると、リアクトルL1にはVpn−Vbの電圧がかかりEDLC電流Ibは一定の割合で減少する。この放電動作中の半導体スイッチング素子Q2がONしたときを起点として時間tが、t=(キャリア周期T)の時点においてEDLC電流Ib=0となる電流不連続モードになる。
図3(a)においては、半導体スイッチング素子Q1をONすると、リアクトルL1にはVpn−Vbの電圧がかかりEDLC電流Ibは正の向きに一定の割合で増加する。次に半導体スイッチング素子Q1をOFFすると、リアクトルL1には−Vbの電圧がかかりEDLC電流Ibは一定の割合で減少する。この充電動作中の半導体スイッチング素子Q1がONしたときを起点として時間tが、t=(キャリア周期T)の時点においてEDLC電流Ib≠0となる電流連続モードになる。
図3(b)においては、半導体スイッチング素子Q2をONすると、リアクトルL1には−Vbの電圧がかかりEDLC電流Ibは負の向きに一定の割合で増加する。次に半導体スイッチング素子Q2をOFFすると、リアクトルL1にはVpn−Vbの電圧がかかりEDLC電流Ibは一定の割合で減少する。この放電動作中の半導体スイッチング素子Q2がONしたときを起点として時間tが、t=(キャリア周期T)の時点においてEDLC電流Ib=0となる電流不連続モードになる。
上述より、PWM制御器812が出力するPWM制御信号Vdのデューティーを50%に設定した場合、EDLC電圧Vb≦(主回路直流電圧Vpn/2)であれば、放電動作を実行するとEDLC電流Ibは電流不連続モードとなり、充電動作を実行するとEDLC電流Ibは電流連続モードとなる。
逆に、EDLC電圧Vb>(主回路直流電圧Vpn/2)であれば、放電動作を実行するとEDLC電流Ibは電流連続モードとなり、充電動作を実行するとEDLC電流Ibは電流不連続モードとなる。
逆に、EDLC電圧Vb>(主回路直流電圧Vpn/2)であれば、放電動作を実行するとEDLC電流Ibは電流連続モードとなり、充電動作を実行するとEDLC電流Ibは電流不連続モードとなる。
DC/DCコンバータ部700を所定のPWM制御信号Vdにより充放電動作させて、充電動作時のEDLCピーク電流Ibp1、または放電動作時のEDLCピーク電流Ibp2が得られれば、以下に示す式(1)、式(2)よりEDLC電圧Vbを演算することができる。
但し、図3(a)の場合は、EDLCピーク電流Ibp0がEDLCピーク電流Ibp1のように電流不連続モードとなるようにPWM制御信号Vdを変化させる。すなわち、スイッチング素子Q1のON時間tonを、ton<T/2とする。図3(a)の下側の図に半導体スイッチング素子Q1のON時間tonがton=t1<T/2の場合のt=t1時のEDLC電流Ibp1を示す。
これは、EDLCピーク電流Ibpを検出することによって、EDLC電流Ibが電流連続モードで増減することや充放電エネルギーの増減を防ぐためである。式(1)、式(2)のdt1、dt2はスイッチング素子Q1,Q2のON時間であり、キャリア周期TはDC/DCコンバータ制御部800に設定されているため、PWM電圧制御量Vc*を時間換算することで得られる。LはリアクトルL1のインダクタンスである。
但し、図3(a)の場合は、EDLCピーク電流Ibp0がEDLCピーク電流Ibp1のように電流不連続モードとなるようにPWM制御信号Vdを変化させる。すなわち、スイッチング素子Q1のON時間tonを、ton<T/2とする。図3(a)の下側の図に半導体スイッチング素子Q1のON時間tonがton=t1<T/2の場合のt=t1時のEDLC電流Ibp1を示す。
これは、EDLCピーク電流Ibpを検出することによって、EDLC電流Ibが電流連続モードで増減することや充放電エネルギーの増減を防ぐためである。式(1)、式(2)のdt1、dt2はスイッチング素子Q1,Q2のON時間であり、キャリア周期TはDC/DCコンバータ制御部800に設定されているため、PWM電圧制御量Vc*を時間換算することで得られる。LはリアクトルL1のインダクタンスである。
EDLCピーク電流IbpおよびEDLC電流Ibの検出は、キャリア周期T毎に最低1回はA/D変換してDC/DCコンバータ制御部800へ出力する。EDLCピーク電流検出回路701は、小容量のコンデンサに信号を入力して、そのピーク値を一定期間保持できるピーク検出回路を使用する。主にスイッチング素子Q1、Q2、D1、D2を保護するために備えられるEDLC電流検出回路を利用すれば、部品点数も少なく、コンデンサと抵抗の組み合わせで容易に設計できる。ピーク値を検出する応答性はコンデンサと抵抗の回路定数によって決まるため、キャリア周期Tに基づいて回路定数を算出する。
次に、本発明によるVb検出動作を説明する。通常の充放電動作中には図1におけるPWM制御部810のスイッチ811がY側の状態にあるので、Vb検出動作を実行する時はスイッチ811をX側に切り替える。Vb演算器801は、EDLC電流Ibが電流不連続モードとなるようなVb検出指令VcbをVb検出指令器802に出力する。Vb検出指令器802ではVb検出指令VcbをPWM電圧制御量Vc0に変換してPWM制御部810に出力し、その後PWM制御器812によりPWM制御信号Vdが作成されDC/DCコンバータ部700に出力される。この直後にEDLCピーク電流検出回路701によって検出されたEDLCピーク電流Ibpを用いて、Vb演算器801はEDLC電圧Vbを演算によって検出する。
尚、Vb検出動作は、DC/DCコンバータ部700が充電動作中の時は充電動作によって、また、放電動作中の時は放電動作によって実行される。
尚、Vb検出動作は、DC/DCコンバータ部700が充電動作中の時は充電動作によって、また、放電動作中の時は放電動作によって実行される。
以下、Vb演算器801によるVb検出動作であるVb検出指令Vcbの算出方法およびEDLC電圧Vbを演算によって検出する方法について説明する。図4は、図1に示したDC/DCコンバータ部700の充放電動作とVb検出動作の関係を示す一覧表である。
最初に、充電動作中であるB期間においてのVb検出指令Vcbの算出方法およびEDLC電圧Vbの検出を行うための演算方法を説明する。
EDLC電圧Vb>(主回路直流電圧Vpn/2)の時、Vb演算器801がPWM制御信号Vdデューティーを50%以下とするVb検出指令Vcbを出力すれば、EDLC電流Ibは電流不連続モードとなる。従って、例えばPWM制御信号Vdデューティーが40%となるようにVb検出指令Vcbを算出する。Vb演算器801は、式(1)からEDLC電圧Vbを演算して検出する。
EDLC電圧Vb≦(主回路直流電圧Vpn/2)の時は、EDLC電流IbはPWM制御信号Vdデューティーが50%で電流連続モードとなる。
本発明においてはEDLC電流Ibを電流不連続モードとするために、図3(a)の下側の図に示すスイッチング素子Q1のON時間tonをton=t1と設定し、PWM制御信号Vdデューティーが50%以下となるようにVb検出指令Vcbを算出する必要がある。この時、リアクトルL1にかかる電圧が増加するほど、PWM制御信号Vdデューティーを減少させなければEDLC電流Ibは電流不連続モードとならないため、Vb検出指令Vcbを式(3)によって求める。例えば、主回路直流電圧Vpn=300V、EDLC電圧Vb=100V、キャリア周期T=100μsec時、式(3)よりPWM制御信号Vdデューティーは25%となる。Vb演算器801は、式(1)からEDLC電圧Vbを演算して検出する。
最初に、充電動作中であるB期間においてのVb検出指令Vcbの算出方法およびEDLC電圧Vbの検出を行うための演算方法を説明する。
EDLC電圧Vb>(主回路直流電圧Vpn/2)の時、Vb演算器801がPWM制御信号Vdデューティーを50%以下とするVb検出指令Vcbを出力すれば、EDLC電流Ibは電流不連続モードとなる。従って、例えばPWM制御信号Vdデューティーが40%となるようにVb検出指令Vcbを算出する。Vb演算器801は、式(1)からEDLC電圧Vbを演算して検出する。
EDLC電圧Vb≦(主回路直流電圧Vpn/2)の時は、EDLC電流IbはPWM制御信号Vdデューティーが50%で電流連続モードとなる。
本発明においてはEDLC電流Ibを電流不連続モードとするために、図3(a)の下側の図に示すスイッチング素子Q1のON時間tonをton=t1と設定し、PWM制御信号Vdデューティーが50%以下となるようにVb検出指令Vcbを算出する必要がある。この時、リアクトルL1にかかる電圧が増加するほど、PWM制御信号Vdデューティーを減少させなければEDLC電流Ibは電流不連続モードとならないため、Vb検出指令Vcbを式(3)によって求める。例えば、主回路直流電圧Vpn=300V、EDLC電圧Vb=100V、キャリア周期T=100μsec時、式(3)よりPWM制御信号Vdデューティーは25%となる。Vb演算器801は、式(1)からEDLC電圧Vbを演算して検出する。
但し、Vb≦Vpn/2
放電動作中のA期間においては、前述したB期間と対照的に考えることができる。この場合は次のように算出すればよい。
EDLC電圧Vb≦(主回路直流電圧Vpn/2)の時、例えばPWM制御信号Vdデューティーが40%となるようにVb検出指令Vcbを算出する。Vb演算器801は、式(2)からEDLC電圧Vbを演算して検出する。
EDLC電圧Vb>(主回路直流電圧Vpn/2)の時は、リアクトルL1にかかる電圧が増加するほど、PWM制御信号Vdデューティーを減少させなければEDLC電流Ibは電流不連続モードとならないため、Vb検出指令Vcbを式(4)によって求める。Vb演算器801は、式(2)からEDLC電圧Vbを演算して検出する。
EDLC電圧Vb≦(主回路直流電圧Vpn/2)の時、例えばPWM制御信号Vdデューティーが40%となるようにVb検出指令Vcbを算出する。Vb演算器801は、式(2)からEDLC電圧Vbを演算して検出する。
EDLC電圧Vb>(主回路直流電圧Vpn/2)の時は、リアクトルL1にかかる電圧が増加するほど、PWM制御信号Vdデューティーを減少させなければEDLC電流Ibは電流不連続モードとならないため、Vb検出指令Vcbを式(4)によって求める。Vb演算器801は、式(2)からEDLC電圧Vbを演算して検出する。
但し、Vb>Vpn/2
図5は、図1に示したDC/DCコンバータ部700の電流連続モード時における充電動作中のVb検出動作のタイミングを示したものである。充電動作中において、リアクトル電圧VL1がEDLC電圧Vbよりも大きい時やPWM制御信号Vdデューティーが大きい時は、EDLC電流Ibが電流連続モードとなる場合がある。Vb検出動作を開始する段階において、EDLC電流Ib=0である電流不連続モードであれば直ちにVb検出動作を実行する。しかし、EDLC電流Ib≠0の電流連続モードであれば、DC/DCコンバータ部700の充電動作を一時中断してリアクトルL1がEDLCへのエネルギー放出を完了し、EDLC電流Ib=0になったことを確認した後にVb検出動作を実行しなければならない。
Vb検出動作は、演算して求められたPWM制御信号Vdを1パルス出力してEDLCピーク電流Ibpを検出するため、充電動作中に割り込む形で実行される。次のキャリア周期T以降では通常の充電動作を再開する。DC/DCコンバータ制御部800のPWM制御部810は、EDLC電流Ibを常に監視して、EDLC電流Ibが電流不連続モードであるか電流連続モードであるかを判別している。
尚、上述した内容は、DC/DCコンバータ部700が放電動作中で、図5のEDLC電流Ibが負となる場合も同じである。
Vb検出動作は、演算して求められたPWM制御信号Vdを1パルス出力してEDLCピーク電流Ibpを検出するため、充電動作中に割り込む形で実行される。次のキャリア周期T以降では通常の充電動作を再開する。DC/DCコンバータ制御部800のPWM制御部810は、EDLC電流Ibを常に監視して、EDLC電流Ibが電流不連続モードであるか電流連続モードであるかを判別している。
尚、上述した内容は、DC/DCコンバータ部700が放電動作中で、図5のEDLC電流Ibが負となる場合も同じである。
EDLCの静電容量は電解コンデンサ等のそれに比べ非常に大きく、EDLC電圧Vbはほぼ一定で変化が少ない。従って、DC/DCコンバータ制御部800におけるVb検出動作は、速いスキャン時間で実行する必要はない。Vb検出動作を速いスキャン時間で実行すると通常の充放電動作に割り込む回数が多くなり、特にEDLC電流Ibが電流連続モードの場合においては、充放電動作を中断しなければならないためにEDLCへのエネルギー授受が遅れてしまう。EDLC電圧Vbの変化量が少ないほど、Vb検出動作は遅く実行しても構わない。また通常の充放電動作は、主回路直流電圧Vpnの変化量に合わせてスキャン時間を決める必要がある。
本発明の実施例では、PWM制御部810のスキャン時間は100μsecの高速スキャン、Vb検出指令器802がVb検出指令出力Vc0を演算するスキャン時間は2msecの低速スキャンとしている。通常の充放電動作であるVb電圧制御器806がVb電圧制御器出力Vc1を演算するスキャン時間も2msecの低速スキャンである。
本発明の実施例では、PWM制御部810のスキャン時間は100μsecの高速スキャン、Vb検出指令器802がVb検出指令出力Vc0を演算するスキャン時間は2msecの低速スキャンとしている。通常の充放電動作であるVb電圧制御器806がVb電圧制御器出力Vc1を演算するスキャン時間も2msecの低速スキャンである。
図6は、図1に示したDC/DCコンバータ制御部800で実行するVb検出動作のフローチャートである。Vb検出動作において、DC/DCコンバータ部700へのPWM制御信号Vdの出力は、図2に示すA期間およびB期間である充放電動作中にPWM制御部810の高速スキャンで実行されている(S0)。
Vb検出指令器出力Vc0が低速スキャンで更新された場合または電流連続モードフラグfg=1となっている場合に、PWM制御信号Vdの作成が開始される(S1)。それ以外は、PWM電圧制御量Vc*にVb電圧制御器出力Vc1が代入され通常の充放電動作処理を実行している(S6〜S9)。
先ず初めに、PWM電圧制御量Vc*にVb検出指令器出力Vc0が代入される(S2)。次にEDLC電流Ib≠0である電流連続モードであるか、またはEDLC電流Ib=0である電流不連続モードであるか、が判定される(S3)。
EDLC電流Ib≠0の場合は、PWM制御信号Vd=0、電流連続モードフラグfg=1とし(S4)、充放電動作を一時中断させるようにして本処理を終了する(S9)。この処理は、EDLC電流Ib=0となるまでPWM制御信号Vd=0の状態を維持し続けるので、DC/DCコンバータ部700は充放電動作停止状態となる。
EDLC電流Ib=0の場合は、電流連続モードフラグfg=0とし(S5)、PWM演算が実行され(S7)、Vb検出動作に必要なPWM制御信号Vdが決定される。
Vb検出指令器出力Vc0が低速スキャンで更新された場合または電流連続モードフラグfg=1となっている場合に、PWM制御信号Vdの作成が開始される(S1)。それ以外は、PWM電圧制御量Vc*にVb電圧制御器出力Vc1が代入され通常の充放電動作処理を実行している(S6〜S9)。
先ず初めに、PWM電圧制御量Vc*にVb検出指令器出力Vc0が代入される(S2)。次にEDLC電流Ib≠0である電流連続モードであるか、またはEDLC電流Ib=0である電流不連続モードであるか、が判定される(S3)。
EDLC電流Ib≠0の場合は、PWM制御信号Vd=0、電流連続モードフラグfg=1とし(S4)、充放電動作を一時中断させるようにして本処理を終了する(S9)。この処理は、EDLC電流Ib=0となるまでPWM制御信号Vd=0の状態を維持し続けるので、DC/DCコンバータ部700は充放電動作停止状態となる。
EDLC電流Ib=0の場合は、電流連続モードフラグfg=0とし(S5)、PWM演算が実行され(S7)、Vb検出動作に必要なPWM制御信号Vdが決定される。
図2に示すt=0の時点で、モータ駆動装置の運転を開始する時には、DC/DCコンバータ部700が充放電動作を開始できるように、最初にVb検出動作を実行してEDLC電圧Vbを把握する必要がある。例えばEDLCの放電動作を行うことでVb検出動作を実行し、Vb演算器801がPWM制御信号Vdデューティーを30%とするVb検出指令Vcbを出力すれば、EDLC電圧Vbを検出することができる。この場合は、図3(b)の放電動作に示すキャリア周期T期間が終了した時点において、EDLC電流Ib=0となる電流不連続モードでなくてもよい。但し、十分な遅延時間を設けてEDLC電流Ib=0になったことを確認してモータ駆動装置の運転を開始する必要がある。以上のシーケンスを実行するようにDC/DCコンバータ制御部800へ予めプログラムすればよい。
上述の実施の形態では、DC/DCコンバータ部700が充放電動作中の時にVb検出動作を実行しEDLCを充放電制御することの説明を行ったが、充放電動作中以外の時にもVb検出動作は実行可能である。EDLCの充放電動作が行われてない場合は、必ずEDLC電流Ib=0である電流不連続モードであるから、直ちにVb検出動作を行うことができる。従って、モータ駆動装置が稼動している時は、常にEDLC電圧Vbを演算によって検出することができ、その電圧値をチェックすることでEDLCの過電圧および低電圧保護を行うことも可能である。
さらに、上述の実施の形態において、蓄電器Bにはアルミ電解コンデンサを複数個使用し、並列接続することで静電容量を大きくした場合にも適用される。
さらに、上述の実施の形態において、蓄電器Bにはアルミ電解コンデンサを複数個使用し、並列接続することで静電容量を大きくした場合にも適用される。
本発明では、平滑コンデンサに接続されて供給される直流電力として、商用の交流電源をダイオード整流器で整流して得られる直流電力の場合で説明したが、この他にも、エンジン発電装置や風力発電装置等から得られる直流電力、および鉛蓄電池やEDLC等の蓄電器から得られる直流電力が供給される用途のモータ駆動装置への適用が可能である。
また、DC/DCコンバータ部とその制御部を一体としてモータ駆動装置とは独立させて、DC/DCコンバータ制御装置として利用することにより、蓄電器から他の蓄電器に充放電しエネルギーの授受を行うことができるので、搬送台車やフォークリフト等の移動体装置への充放電装置という用途にも適用できる。
また、DC/DCコンバータ部とその制御部を一体としてモータ駆動装置とは独立させて、DC/DCコンバータ制御装置として利用することにより、蓄電器から他の蓄電器に充放電しエネルギーの授受を行うことができるので、搬送台車やフォークリフト等の移動体装置への充放電装置という用途にも適用できる。
101 交流電源
102 ダイオード整流器
103 平滑コンデンサ
104 インバータ制御部
105 インバータ部
106 モータ
700 DC/DCコンバータ部
701 EDLCピーク電流検出回路
702 EDLC電流検出回路
703 主回路直流電圧検出回路
800 DC/DCコンバータ制御部
801 Vb演算器
802 Vb検出指令器
803 805 減算器
804 Vpn電圧制御器
806 Vb電圧制御器
810 PWM制御部
811 スイッチ
812 PWM制御器
L1 リアクトル
B 蓄電器(EDLC)
Q1、Q2 半導体スイッチング素子
D1、D2 ダイオード
102 ダイオード整流器
103 平滑コンデンサ
104 インバータ制御部
105 インバータ部
106 モータ
700 DC/DCコンバータ部
701 EDLCピーク電流検出回路
702 EDLC電流検出回路
703 主回路直流電圧検出回路
800 DC/DCコンバータ制御部
801 Vb演算器
802 Vb検出指令器
803 805 減算器
804 Vpn電圧制御器
806 Vb電圧制御器
810 PWM制御部
811 スイッチ
812 PWM制御器
L1 リアクトル
B 蓄電器(EDLC)
Q1、Q2 半導体スイッチング素子
D1、D2 ダイオード
Claims (17)
- 直流電源に並列接続された平滑コンデンサと、前記直流電源の直流電圧を交流電圧に変換しモータを駆動制御するインバータ部と、該インバータ部を制御するインバータ制御部と、前記平滑コンデンサと並列接続されたDC/DCコンバータ部と、該DC/DCコンバータ部を制御するDC/DCコンバータ制御部と、前記DC/DCコンバータ部によって充放電制御される蓄電器と、該蓄電器に直列接続されたリアクトルと、を備えたモータ駆動装置において、
前記DC/DCコンバータ部は、前記蓄電器に流れる電流を検出する蓄電器電流検出回路と、前記蓄電器に流れるピーク電流を検出する蓄電器ピーク電流検出回路と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する主回路直流電圧検出回路とを備え、
前記DC/DCコンバータ制御部は、前記ピーク電流と前記リアクトルのインダクタンス、または、前記ピーク電流と前記インダクタンスと前記平滑コンデンサの端子電圧より前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記DC/DCコンバータ制御部は、前記DC/DCコンバータ部が充電動作中に、前記蓄電器の端子電圧を下式
ここで、Ibp1:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt1:充電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vpn:前記平滑コンデンサの端子電圧
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 - 前記DC/DCコンバータ制御部は、前記DC/DCコンバータ部が放電動作中に、前記蓄電器の端子電圧を下式
ここで、Ibp2:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt2:放電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。 - 前記DC/DCコンバータ制御部は、前記平滑コンデンサの端子電圧と前記蓄電器の端子電圧との比較に基づいて、前記蓄電器に流れる電流が電流連続モードまたは電流不連続モードになるのかを判別し、前記電流不連続モードの時に前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
- 前記DC/DCコンバータ制御部は、前記電流連続モードになると判別した場合には、前記平滑コンデンサの端子電圧と前記蓄電器の端子電圧との差ならびに前記蓄電器の端子電圧との比率に基づいて、前記蓄電器に流れる電流が前記電流不連続モードとなるように前記DC/DCコンバータ部を制御するPWM制御信号を算出することを特徴とする請求項4に記載のモータ駆動装置。
- 前記DC/DCコンバータ制御部は、充放電制御による充電電流または放電電流が前記蓄電器に前記電流連続モードで流れている場合には、前記充放電制御を一時中断して前記充電電流または前記放電電流が流れていないことを確認した後に、前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とする請求項4に記載のモータ駆動装置。
- 前記DC/DCコンバータ制御部は、前記モータが停止中または一定速度で運転中の場合に、予め設定されたPWM制御信号によって前記蓄電器を充電動作または放電動作する指令を前記DC/DCコンバータ部に加え、前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
- 前記DC/DCコンバータ制御部は、前記平滑コンデンサの端子電圧を一定の電圧に制御するVpn電圧制御器の出力信号と前記蓄電器の端子電圧の演算による検出値との偏差を増幅するVb電圧制御器の出力信号により、前記DC/DCコンバータ部を制御するPWM制御信号を算出し、前記蓄電器への前記充放電制御を行うことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
- 前記蓄電器は電気二重層コンデンサまたはアルミ電解コンデンサであることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
- 直流電源に並列接続された平滑コンデンサと、前記直流電源の直流電圧を交流電圧に変換しモータを駆動制御するインバータ部と、該インバータ部を制御するインバータ制御部と、前記平滑コンデンサと並列接続されたDC/DCコンバータ部と、該DC/DCコンバータ部を制御するDC/DCコンバータ制御部と、前記DC/DCコンバータ部によって充放電制御される蓄電器と、該蓄電器に直列接続されたリアクトルと、を備えたモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法において、
前記DC/DCコンバータ部は、前記蓄電器に流れる電流を検出する蓄電器電流検出回路と、前記蓄電器に流れるピーク電流を検出する蓄電器ピーク電流検出回路と、前記平滑コンデンサの端子電圧を検出する主回路直流電圧検出回路とを備え、
前記DC/DCコンバータ制御部は、前記ピーク電流と前記リアクトルのインダクタンス、または、前記ピーク電流と前記インダクタンスと前記平滑コンデンサの端子電圧より前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とするモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法。 - 前記DC/DCコンバータ制御部は、前記DC/DCコンバータ部が充電動作中に、前記蓄電器の端子電圧を下式
ここで、Ibp1:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt1:充電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vpn:前記平滑コンデンサの端子電圧
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とする請求項10に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法。 - 前記DC/DCコンバータ制御部は、前記DC/DCコンバータ部が放電動作中に、前記蓄電器の端子電圧を下式
ここで、Ibp2:前記蓄電器に流れるピーク電流
dt2:放電動作を行う時の前記DC/DCコンバータ部のオン時間
L:前記リアクトルのインダクタンス
Vb:前記蓄電器の端子電圧
に基づいて演算して検出することを特徴とする請求項10に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法。 - 前記DC/DCコンバータ制御部は、前記平滑コンデンサの端子電圧と前記蓄電器の端子電圧との比較に基づいて、前記蓄電器に流れる電流が電流連続モードまたは電流不連続モードになるのかを判別し、前記電流不連続モードの時に前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とする請求項10に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法。
- 前記DC/DCコンバータ制御部は、前記電流連続モードになると判別した場合には、前記平滑コンデンサの端子電圧と前記蓄電器の端子電圧との差ならびに前記蓄電器の端子電圧との比率に基づいて、前記蓄電器に流れる電流が前記電流不連続モードとなるように前記DC/DCコンバータ部を制御するPWM制御信号を算出することを特徴とする請求項13に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法。
- 前記DC/DCコンバータ制御部は、充放電制御による充電電流または放電電流が前記蓄電器に前記電流連続モードで流れている場合には、前記充放電制御を一時中断して前記充電電流または前記放電電流が流れていないことを確認した後に、前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とする請求項13に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法。
- 前記DC/DCコンバータ制御部は、前記モータが停止中または一定速度で運転中の場合に、予め設定されたPWM制御信号によって前記蓄電器を充電動作または放電動作する指令を前記DC/DCコンバータ部に加え、前記蓄電器の端子電圧を演算して検出することを特徴とする請求項10に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法。
- 前記蓄電器は電気二重層コンデンサまたはアルミ電解コンデンサであることを特徴とする請求項10に記載のモータ駆動装置のエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法。
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JP2009045207A JP2010200564A (ja) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | モータ駆動装置とそのエネルギー充放電用蓄電器の端子電圧検出方法 |
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CN110261683A (zh) * | 2018-08-17 | 2019-09-20 | 国网安徽省电力有限公司黄山供电公司 | 一种集合式高压并联电容器组检测装置 |
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2009
- 2009-02-27 JP JP2009045207A patent/JP2010200564A/ja active Pending
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