JP2010252534A - Motor drive control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多相交流モータの駆動を制御するモータ駆動制御システムに関する。 The present invention relates to a motor drive control system that controls driving of a multiphase AC motor.
従来より、インバータのスイッチング素子のオンオフ動作により電力変換された3相交流電力を3相交流モータに供給して3相交流モータを駆動し、更に、3相交流モータの駆動を、3相交流モータの各相(U相、V相、W相)の各コイルに流れる相電流に基づいてフィードバック制御するモータ駆動制御システムが知られている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, three-phase AC power converted by an on / off operation of a switching element of an inverter is supplied to a three-phase AC motor to drive the three-phase AC motor, and further, the three-phase AC motor is driven to the three-phase AC motor. There is known a motor drive control system that performs feedback control based on phase currents flowing through coils of each phase (U phase, V phase, W phase) (for example, Patent Document 1).
ところで、前記特許文献1のモータ制御装置では、3相交流モータの各相(U相、V相、W相)の各コイルに流れる相電流を検出する3つの電流センサを有し、各電流センサをインバータと3相交流モータとの間に配置している。このように、各電流センサをインバータと3相交流モータ間に配置しているので、インバータと3相交流モータ間に各電流センサを配置するための設置スペースが必要となり、装置全体の小型化を図ることが難しかった。 By the way, the motor control device of Patent Document 1 has three current sensors that detect phase currents flowing in coils of each phase (U phase, V phase, W phase) of a three-phase AC motor, and each current sensor Is arranged between the inverter and the three-phase AC motor. As described above, since each current sensor is arranged between the inverter and the three-phase AC motor, an installation space is required for arranging each current sensor between the inverter and the three-phase AC motor, thereby reducing the size of the entire apparatus. It was difficult to plan.
そこで、本発明は、インバータと3相交流モータ間に電流センサの設置スペースを不要としてシステム全体の小型化を図ることができるモータ駆動制御システムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor drive control system that can reduce the size of the entire system by eliminating the installation space for a current sensor between an inverter and a three-phase AC motor.
前記目的を達成するために本発明係るモータ駆動制御システムは、n相(ただし、nは3以上)のすべてのコイル巻き終わり部側が集約された中性点を有する多相交流モータと、前記多相交流モータの各相に交流電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器から前記多相交流モータの少なくとも(n−1)相に流れる相電流をそれぞれ検出する電流検出手段と、を備えている。そして、前記各電流検出手段を、前記中性点手前の少なくとも(n−1)相のコイル巻き終わり部にそれぞれ配置したことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a motor drive control system according to the present invention includes a multi-phase AC motor having a neutral point in which all coil winding end sides of n-phase (where n is 3 or more) are integrated, A power converter for supplying AC power to each phase of the phase AC motor, and current detection means for detecting a phase current flowing from the power converter to at least the (n-1) phase of the multiphase AC motor. ing. And each said current detection means is each arrange | positioned at the coil winding end part of the (n-1) phase at least before the said neutral point, It is characterized by the above-mentioned.
本発明に係るモータ駆動制御システムによれば、各相電流検出手段を、中性点手前の少なくとも(n−1)相のコイル巻き終わり部にそれぞれ配置したことにより、電力変換器と多相交流モータ間に各電流検出手段を配置するための設置スペースが不要となり、装置全体の小型化を図ることができる。 According to the motor drive control system of the present invention, each phase current detection means is disposed at least at the end of the coil winding of the (n-1) phase before the neutral point, so that the power converter and the multiphase alternating current are arranged. An installation space for disposing each current detection means between the motors is not necessary, and the entire apparatus can be reduced in size.
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態1〉
図1は、本発明の実施形態1に係るモータ駆動制御システムの電気回路構成を示す概略図である。
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a schematic diagram showing an electric circuit configuration of a motor drive control system according to Embodiment 1 of the present invention.
図1に示すように、本実施形態に係るモータ駆動制御システム1は、3相交流モータ2と、PWM制御により3相交流モータ2を回転駆動する電力変換器としてのインバータ3と、インバータ3に接続された直流電源4と、3相交流モータ2の各相のうちのU相、V相に流れる相電流をそれぞれ検出する2つの電流センサ5a,5bと、少なくとも電流センサ5a,5bでそれぞれ検出された相電流値に基づいて、3相交流モータ2の回転駆動をフィードバック制御するようにインバータ3を制御する制御部6とを備えている。
As shown in FIG. 1, a motor drive control system 1 according to this embodiment includes a three-
3相交流モータ2は、本実施形態では不図示のステータ(固定子)に15個のティースを有し、各相(U相、V相、W相)に対応して各ティースにコイルUc、Vc、Wcがそれぞれ巻回されている。即ち、この3相交流モータ2は、各相(U相、V相、W相)にそれぞれ5つのコイルUc、Vc、Wcが並列に配置されており、各相(U相、V相、W相)の各コイルUc、Vc、Wcの巻き終わり部は中性点(U相、V相、W相の接続点)7にて結合されている。
In the present embodiment, the three-
インバータ3は、直列接続された上下アームの各スイッチング素子8a,8bを1スイッチングレグとして、1相当たり5つのスイッチングレグをそれぞれ持つことで、1つのコイルに1スイッチングレグを有している。なお、各スイッチング素子8a,8bには、ダイオード9a,9bがそれぞれ並列に接続されている。
The
即ち、このインバータ3は、U相アーム10の5つのスイッチングレグ11には3相交流モータ2のU相の各コイルUcが電気的に接続され、V相アーム12の5つのスイッチングレグ13には3相交流モータ2のV相の各コイルVcが電気的に接続され、W相アーム14の5つのスイッチングレグ15には3相交流モータ2のW相の各コイルWcが電気的に接続されている。各スイッチング素子8a,8bとしては、例えば、MOS−FETを用いることができる。
That is, in the
U相アーム10、V相アーム12、W相アーム14には、直流電源4が接続されている。また、U相アーム10、V相アーム12、W相アーム14の各スイッチングレグ11、13、15には、各スイッチング素子8a,8bに供給される直流電力の平滑化を行う平滑コンデンサ16が並列にそれぞれ接続されている。
A DC power supply 4 is connected to the
電流センサ5aは、中性点7手前の3相交流モータ2のU相の各コイルUcを束ねたコイル巻き終わり部に配置されており、3相交流モータ2のU相に流れる合計の電流(U相電流)を検出する。また、電流センサ5bは、中性点7手前の3相交流モータ2のW相の各コイルWcを束ねたコイル巻き終わり部に配置されており、3相交流モータ2のW相に流れる合計の電流(W相電流)を検出する。
The
なお、3相交流モータ2では、各相(U相、V相、W相)に流れる電流の和が0(零)になる。よって、制御部6は、U相に流れる(U相電流)をIu、W相に流れる電流(W相電流)をIwとしたときに、残りのV相に流れる合計の電流(V相電流)Iwを以下の式(1)から算出することができる。
Iv=0−(Iu+Iw) …(1)
In the three-
Iv = 0− (Iu + Iw) (1)
次に、上記のように構成された本実施形態に係るモータ駆動制御システム1の動作について説明する。 Next, the operation of the motor drive control system 1 according to the present embodiment configured as described above will be described.
このモータ駆動制御システム1を、例えば、電気自動車(燃料電池自動車も含む)やハイブリット車両などの駆動系に設置される走行駆動用モータの駆動制御に適用した場合においては、制御部6は、各種センサから入力されるアクセル開度情報(アクセルペダルの踏込み量)や車速情報等に基づいて走行駆動用モータである3相交流モータ2の要求駆動力に対応するトルク指令値を算出する。
When this motor drive control system 1 is applied to drive control of a travel drive motor installed in a drive system such as an electric vehicle (including a fuel cell vehicle) or a hybrid vehicle, for example, A torque command value corresponding to the required driving force of the three-
そして、算出したトルク指令値に対応したデューティ比のPWM信号をインバータ3のU相アーム10、V相アーム12、W相アーム14の各スイッチング素子8a,8bに出力し、各スイッチング素子8a,8bをオンオフ制御する。各スイッチング素子8a,8bのオンオフ制御により、バッテリ(リチウムイオン電池等の高圧系の二次電池)である直流電源4から供給される直流電力が3相交流電力に変換され、3相交流モータ2の各相(U相、V相、W相)に3相交流電力が供給される。3相交流モータ2は、各相(U相、V相、W相)に供給される3相交流電力により前記トルク指令値に基づいた回転数で回転駆動される。
Then, a PWM signal having a duty ratio corresponding to the calculated torque command value is output to the
この際、電流センサ5aで3相交流モータ2のU相に流れる合計の電流を検出し、電流センサ5bで3相交流モータ2のW相に流れる合計の電流を検出する。そして、制御部6は、電流センサ5a,5bでそれぞれ検出したU相とW相に流れる各電流値及び前記式(1)で算出したV相に流れる電流値と、前記トルク指令値に対応する各相の目標電流値とが一致するようにフィードバック制御を行い、3相交流モータ2を走行状況に応じた要求駆動力で精度良く回転駆動させるようにしている。
At this time, the
このように、本実施形態のモータ駆動制御システム1によれば、中性点7手前のU相の各コイルUcを束ねたコイル巻き終わり部、及び中性点7手前のW相の各コイルWcを束ねたコイル巻き終わり部にそれぞれ電流センサ5a,5bを配置する構成により、従来のようにインバータ3と3相交流モータ2の間に電流センサを配置するスペースを設ける必要がないので、インバータ3と3相交流モータ2を一体的に連結することが可能となり、システム全体の小型化を図ることができる。
Thus, according to the motor drive control system 1 of the present embodiment, the coil winding end portion where the U-phase coils
また、前記3相交流モータ2のように、1相当たり5つのコイルが巻回されている3相15ティース構成のモータでも、中性点7手前に配置した電流センサ5a,5bだけで3相交流モータ2の各相の電流を検出することができ、また、電流センサの数が大幅に減ることにより低コスト化を図ることができる。
Further, even in the case of a motor having a three-
〈実施形態2〉
図2は、本発明の実施形態2に係るモータ駆動制御システムの3相交流モータとインバータの配置構成を示す模式図である。なお、図1に示した実施形態1と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
<
FIG. 2 is a schematic diagram showing an arrangement configuration of a three-phase AC motor and an inverter of the motor drive control system according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as Embodiment 1 shown in FIG. 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
本実施形態においても、前記実施形態1と同様に中性点7手前のU相の各コイルUcを束ねたコイル巻き終わり部、及び中性点7手前のW相の各コイルWcを束ねたコイル巻き終わり部にそれぞれ電流センサ5a,5bを配置している。これにより、図2に示すように、本実施形態に係るモータ駆動制御システムでは、3相交流モータ2の一方側(図2では左側)の軸方向端面にインバータ3を一体的に連結し、他方側(図2では右側)の軸方向端面に各相の各コイルの中性点7を配置している。なお、本実施形態のモータ駆動制御システムの電気回路構成は、図1に示した実施形態1と同様である。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the coil winding end portion where the U-phase coils Uc before the
中性点7は、図2、図3に示すように、3相交流モータ2の他方側の軸方向端面に配置した各相のコイルのコイルエンド17とステータ18の端面との間に形成される空間(バックヨーク部とティース間の空間)に配置されている。また、U相、W相の電流をそれぞれ検出する前記電流センサ5a,5bは、コイルエンド17とステータ18の端面に配置した中性点7直前のU相、V相の各コイル(不図示)を束ねたコイル巻き終わり部近傍に配置されている。このように、3相交流モータ2の中性点7を、インバータ3の各スイッチングレグに接続される各コイルの取り出し端面側とは逆側の端面に設けている。
2 and 3, the
また、モータ軸(不図示)が嵌合されているロータ19の中性点7が配置された側の端面には、ロータ19の回転角を検出するレゾルバやエンコーダなどの回転角センサ20が配置されている。
A
このように、本実施形態では、3相交流モータ2の軸方向両端面において各相のコイルのコイルエンド厚みにより形成されるバックヨーク部の空間を利用するようにして、3相交流モータ2の一方側の軸方向端面にインバータ3を一体的に連結し、他方側の軸方向端面に各相の各コイルの中性点7を配置することにより、無駄な空間をなくしてシステム全体の小型化を図ることが可能となる。
As described above, in this embodiment, the space of the back yoke portion formed by the coil end thickness of the coil of each phase is used on both end surfaces in the axial direction of the three-
また、電流センサ5a,5bをインバータ3と反対側の端面に配置したことにより、電流センサ5a,5bには、インバータ3にて発生するスイッチングノイズの影響をなくすことができる。よって、電流センサ5a,5bは、3相交流モータ2の回転駆動によって発生するノイズの影響を防止するためのノイズ対策だけで済むので、ノイズ対策を簡略化することができる。
Further, by arranging the
更に、3相交流モータ2の他方側の端面(インバータ3を配置した端面と反対側の端面)に、中性点7、電流センサ5a,5b及び回転角センサ20を配置することにより、3相交流モータ2の他方の端面側の空間を有効利用して無駄な空間をなくすことができるので、システム全体の小型化を図ることが可能となる。
Further, the
〈実施形態3〉
本実施形態では、3相交流モータの他方側の端面(インバータを配置した端面と反対側の端面)において、図4に示すように、各相(U相、V相、W相)はそれぞれ円環状のU相バスバー21、V相バスバー22、W相バスバー23を備え、3相交流モータ内に等間隔に巻かれた各コイルの取り出し部を接続し、各相毎にまとめた母線を形成している。他の構成は実施形態1、2と同様である。
<
In this embodiment, as shown in FIG. 4, each phase (U phase, V phase, W phase) is a circle on the other end surface of the three-phase AC motor (the end surface opposite to the end surface on which the inverter is arranged). An annular
また、各相のバスバー21、22、23のうちのV相バスバー22が中性点を兼ねることとした。そして、この中性点を兼ねるV相バスバー22とそれ以外のバスバー(U相バスバー21、W相バスバー23)との間を接続線24、25でそれぞれ接続して、各接続線23、24に前記電流センサ5a,5bを配置している。電流センサ5aは、3相交流モータ2のU相バスバー21に流れるU相電流を検出し、電流センサ5bは、W相バスバー23に流れるW相電流を検出する。
In addition, the V-
このように、本実施形態では、各相(U相、V相、W相)はそれぞれ円環状のU相バスバー21、V相バスバー22、W相バスバー23を備えているので、各相のバスバーを備えずにコイルのみで形成する場合に比べ、各相毎の母線断面積を小さくすることができ、これにより、中性点を省スペースで形成することができる。
Thus, in this embodiment, each phase (U phase, V phase, W phase) is provided with the annular
また、各相のバスバー21、22、23のうちのV相バスバー22が中性点を兼ねることにより、各相毎にまとめた後に中性点を新たに形成するよりも省スペース化を図ることができる。更に、この中性点を兼ねるV相バスバー22とそれ以外のバスバー(U相バスバー21、W相バスバー23)との間を接続線24、25でそれぞれ接続することにより、接続線を1本削減することができ、省スペース化を図ることができる。これにより、本実施形態では、省スペース化を図ることができるので、システム全体の小型化が可能となる。
In addition, the V-
〈実施形態4〉
前記実施形態3の構成に対して、本実施形態では、図5に示すように、中性点を兼ねるV相バスバー22以外のバスバー(U相バスバー21、W相バスバー23)に切り欠き部26、27をそれぞれ設けて、各切り欠き部26、27を通して中性点を兼ねるV相バスバー22とそれ以外のバスバー(U相バスバー21、W相バスバー23)との間を接続線24、25でそれぞれ接続し、各切り欠き部26、27に前記電流センサ5a,5bをそれぞれ配置した構成である。電流センサ5aは、3相交流モータ2のU相バスバー21に流れるU相電流を検出し、電流センサ5bは、W相バスバー23に流れるW相電流を検出する。
<Embodiment 4>
In contrast to the configuration of the third embodiment, in this embodiment, as shown in FIG. 5, a notch 26 is formed in a bus bar (
このように、本実施形態では、U相バスバー21とW相バスバー23に設けた各切り欠き部26、27に電流センサ5a,5bをそれぞれ配置することにより、電流センサ5a,5bをより省スペースで配置することができるので、システム全体の小型化が可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
1 モータ駆動制御システム
2 3相交流モータ(多相交流モータ)
3 インバータ(電力変換器)
4 直流電源
5a、5b 電流センサ(電流検出手段)
6 制御部
7 中性点
8a、8b スイッチング素子
10 U相アーム
12 V相アーム
14 W相アーム
18 ステータ
19 ロータ
20 回転角センサ
21 U相バスバー
22 V相バスバー
23 W相バスバー
24、25 接続線
26、27 切り欠き部
1 Motor
3 Inverter (Power converter)
4
6
Claims (5)
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---|---|---|---|---|
CN103457414A (en) * | 2012-05-28 | 2013-12-18 | 博世电动工具(中国)有限公司 | Motor |
WO2019159835A1 (en) * | 2018-02-13 | 2019-08-22 | 日本電産株式会社 | Power conversion device, drive device, and power steering device |
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2009
- 2009-04-16 JP JP2009099625A patent/JP2010252534A/en active Pending
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