JP2010500852A

JP2010500852A - インバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路

Info

Publication number: JP2010500852A
Application number: JP2009504259A
Authority: JP
Inventors: パルママルコ; グラッソマッシモ
Original assignee: インターナショナルレクティフィアーコーポレイション
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2010-01-07
Also published as: WO2007117428A2; WO2007117428A3

Abstract

【課題】電流の正弦波がゼロと交差する際の電流の極性を決定し、かつ（ゼロ交差する）電流の極性の遷移を使用して、電流対印加電圧変調の位相シフトを検出するシステム及び方法を提供する。
【解決手段】
オープンループ技法で始動されるモータ１６へインバータ回路１１からの電力の伝達を最適化する回路１０は、１以上の電流の極性を検知する少なくとも１つの位相検出回路１２と、電圧基準を受け周波数基準及び位相シフト基準を出力するインタポレ−タ１８、及び位相シフト基準と１以上の電流の極性とのエラーを使用して、位相シフト補償を計算するレギュレータ回路２２を含んでいる。
【選択図】図１

Description

発明の属する技術分野

本発明は、PWM（パルス幅変調）制御技術に関し、特に、モータ位相及びモータの逆起電力電流の極性トランジションを使用するPWM制御に関する。

本発明の目的は、電流の正弦波がゼロと交差する際の電流の極性を決定し、かつ（ゼロ交差する）電流の極性の遷移を使用して、電流対印加電圧変調の位相シフトを検出するシステム及び方法を提供することである。

本発明による、インバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路は、オープンループ技法を採用してモータを始動させて、最低速度へ到達させる、モータの各相は、インバータ回路から電圧を受ける。

本発明の最適化回路は、モータ電流の極性を検知し、その電流の極性により、電流のゼロクロスの検出に使用する少なくとも１個の位相検出回路と、電圧基準を受けて、周波数基準及び印加電圧及び１以上の電流間の差である位相シフト基準を出力するインタポレ−タと、位相シフト基準及び１以上の電流の極性間のエラーを使用して、位相シフト補償を計算するレギュレータ回路とを備え、前記１以上の電流の極性は、正弦状の電流波形が正領域へクロスするとき、第１極性のトランジションを正極性、正弦状の電流波形が負領域へクロスするとき、第２極性のトランジションを負極性であると決定し、これら第１及び第２極性のトランジションを、電流対印加電圧変調の位相シフトの検出に使用することを特徴としている。

本発明の他の特徴や利点は、添付図面を参照して行う本発明の説明により、明らかになると思う。

発明を実施する最良の形態

図１は、本発明によるインバータ回路から、モータへの電力伝達最適化回路、即ち最適化回路１０の構成を示すブロック図である。この最適化回路１０は、インバータ回路１１、モータ１６、及び負荷１５を含んでいる。また、インバータ回路１１は、位相検出回路１２を含み、各モータ位相の電流の極性を検知して、モータ１６を制御する。このモータ１６は、ブラシレス永久磁石モータであり、インバータ回路１１から、各位相の電圧Ｖａ、Ｖｂ及びＶｃを受ける。

電圧基準コマンド１４が、最適化回路１０の外部からインバータ回路１１に設けられ、モータ１６を始動させる。オープンループ技法を使用して、モータ１６を始動させ、最低速度に到達させる。モータ１６の各位相電流Ｉphaseの極性は、位相検出回路１２により検出される。

この位相電流の極性を使用して、モータ１６の各位相電流のゼロクロスを検出する。図２に示す如く、位相電流Ａは、所定時間ｔに渡り解析され、正から負位置へ、及びその逆への正弦状の波形のゼロクロスを検出する。これにより、位相電流Ａが正領域のとき、正又は高（Ｈ）とし、位相電流が負領域のとき、負又は低（Ｌ）として極性が決定される（図２におけるＢ参照）。位相電流Ａの極性転換点、又はゼロクロス（図２におけるＣ参照）を使用して、電流対印加電圧変調の位相シフトを検出する（図２におけるＤ参照）。位相シフトとは、印加された位相電圧変調と各位相電流間の差として定義される。

図１を再度参照すると、図３に動作を示すインタポレ−タ１８を使用して、ループを閉じている。このインタポレ−タ１８は、電圧Ｖを入力とし、周波数又は速度基準ω、又はｆ_REF及び各速度値におけるレジーム状態に対する印加電圧変調と、検出された位相電流との間の位相差φを出力又は提供する。

速度基準ωは、電圧基準コマンド１４により制御されるスイッチ１９に入力され、更に速度リミタ２１を介してＰＷＭ（パルス幅変調）変調器２０に入力される。位相シフト基準φは、スイッチ１７を介してマルチプライヤ１５ａに入力され、次にレギュレータ回路２２に入力される。このレギュレータ回路２２は、インタポレ−タ１８から提供される所望の位相シフトと、マルチプライヤ１５ｂを介して、位相検出回路１２により提供される測定された位相シフト間のエラーを使用して、変調器２０の周波数を変更する。

図４は、本発明によるインバータ回路から、モータへの電力伝達最適化回路の他の実施の形態の構成を示すブロック図である。この最適化回路３０は、インバータ回路３１、モータ１６及び負荷１５を備えている。インバータ回路３１は、モータ位相電流の極性を検知する第１位相検出回路１２、及びモータ位相逆起電力の極性を検知する第２位相検出回路２４を備えている。これら両位相検出回路１２及び２４は、ブラシレス永久磁石モータ１６の制御に使用される。

可変ＤＣ電圧又は基準コマンド１４が、最適化回路３０の外部から供給され、モータ１６を始動させる。オープンループ技法を使用してモータ１６を始動させ、最低速度へ到達させる。モータ位相電流Ｉphaseの極性、及び逆起電力の極性は、それぞれ、第１及び第２位相検出回路１２及び２４により検出できる。

図２を参照して上述した如く、位相電流の極性は、各位相電流のゼロクロスの検出に使用される。逆起電力の位相の極性は、各位相逆起電力のゼロクロスの検出に使用される。逆起電力位相の極性は、図2と同じ原理を使用することにより決定される。

位相電流のゼロクロス、及び位相逆起電力のゼロクロスを使用して、位相電流と逆起電力間の位相シフトを得る。上述と同じ方法を使用して、両方の位相シフトを得る。位相シフトは、各電流の検出された位相と各位相逆起電力の検出された位相間の差として定義される。

クローズループ動作の初期周波数基準は、起動モードと同じ方法で得る。レギュレータ回路２２は、位相シフトオフセット内部基準から来る所望位相シフト、及び位相検出回路１２及び２４から来る測定された位相シフト間のエラーを使用して、変調器２０の周波数基準を変更し、それを、クローズループの各動作状態について調節する。

次に、図５は、本発明によるインバータ回路から、モータへの電力伝達最適化回路の更に他の実施の形態の構成を示すブロック図である。この最適化回路４０は、インバータ回路４１、モータ１６及び負荷１５を含んでいる。このインバータ回路４１は、モータ位相電流の極性を検知する第１位相検出回路１２、及びモータ位相の逆起電力の極性を検知し、逆起電力の極性から逆起電力の周波数を抽出する第２位相検出回路４２を含んでいる。これらの位相検出回路１２及び４２は、ブラシレス永久磁石モータ１６の制御に使用される。

可変ＤＣ電圧又は基準コマンド１４が、最適化回路４０の外部から供給され、モータ１６を始動させる。オープンループ技法を使用して、モータ１６を始動させ、最低速度へ到達させる。モータ電流の位相Ｉphaseの極性、逆起電力の極性及び逆起電力の極性から抽出される逆起電力の周波数は、第１及び第２位相検出回路１２及び４２により検出される。抽出される逆起電力の周波数は、スイッチ１９及び速度リミタ２１を介して、変調器２０に供給される。

上述した如く、位相電流の極性を使用して、各位相電流のゼロクロスを検出する。また、位相逆起電力の極性を使用して、各位相の逆起電力のゼロクロスを検出する。位相電流のゼロクロス及び位相逆起電力のゼロクロスを使用して、位相電流と逆起電力間の位相シフトを得る。位相シフトは、各電流の検出された位相と各位相逆起電力間の差として定義される。更に、図６に示す如く、逆起電力のゼロクロスを使用して逆起電力の周波数を抽出する。逆起電力の周波数は、（モータ１６の）ロータ、即ち回転子の周波数である。

クローズループにおいて、周波数基準は逆起電力の検出されたゼロクロスのトランジションの周波数を測定することにより得られる。位相シフトオフセット初期基準から来る所望位相シフトと位相検出回路から来る測定された位相シフト間のエラーを使用して、レギュレータ回路２２の変調周波数基準を変更し、かつクローズループの動作状態中のダイナミック変動毎に調節する。

以上、本発明の各実施の形態を、添付図面に基づき詳述した。しかし、本発明は、その要旨や精神を逸脱することなく、種々の変形変更が可能であることは、当業者には容易に理解できると思う。従って、本発明は、ここに開示した特定の実施の形態に限定されるものではないことに留意されたい。

本発明による、インバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路の第１実施の形態の構成を示すブロック図である。位相電流の正弦状波形、この正弦状電流波形の極性、正弦状電流波形の極性トランジション及び印加電圧変調に対する電流の極性トランジションの説明波形図である。図１中に示すインタポレ−タの動作説明図である。本発明による、インバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路の第２実施の形態の構成を示すブロック図である。本発明による、インバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路の第３実施の形態の構成を示すブロック図である。逆起電力の周波数を抽出するため逆起電力のゼロクロスを使用する動作説明図である。

符号の説明

１０、３０、４０インバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路（最適化回路）
１１、３１、４１インバータ回路
１２、２４、４２位相検出回路
１４電圧コマンド
１５負荷
１５ａ、１５ｂマルチプライヤ
１６モータ
１７、１９スイッチ
１８インタポレ−タ
２０変調器
２１速度リミタ
２２レギュレータ

Claims

オープンループ技法を使用して、モータを始動させて最低速度に到達させ、前記モータの各相がインバータ回路から電圧を受けるインバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路において、
１以上のモータ電流の極性を検知して、電流のゼロクロスの検出に使用する少なくとも１個の位相検出回路と、
電圧基準を受けて、周波数基準及び印加電圧と前記１以上の電流間の差である位相シフト基準を出力するインタポレータと、
前記位相シフト基準と前記１以上の電流の極性間のエラーを使用して、位相シフト補償を計算するレギュレータ回路とを備え、
前記１以上の電流の極性は、正弦状電流が正領域へクロスする第１極性のトランジションを正とし、正弦状電流が負領域へクロスする第2極性のトランジションを負とし、前記第1及び第2極性のトランジションを、前記印加電圧に対する前記電流の位相シフトの検出に使用することを特徴とするインバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路。
前記1以上の電流の極性を測定するタイムウインドを決定する回路、及び少なくとも1個のマルチプライヤ回路を、更に備えることを特徴とする請求項1に記載のインバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路。
前記1以上の電流は、前記モータの各相の電流であり、前記位相シフトは、前記モータの各相に印加される電圧変調と、前記モータの各相の電流との間の差であることを特徴とする請求項1又は2に記載のインバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路。
前記1以上の電流は、前記モータの各相の逆起電力電流であり、位相シフトは、前記モータの各相の電流と前記モータの各相の逆起電力電流との間の差であることを特徴とする請求項2に記載のインバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路。
前記逆起電力電流を検知する前記少なくとも1個の位相検出回路は、更に前記逆起電力電流の極性から、前記モータのロータ周波数である前記逆極性起電力電流の周波数を抽出することを特徴とする請求項4に記載のインバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路。
前記逆起電力電流の周波数は、前記第1及び第2極性トランジションをカウントし、第1カウント及び第1カウントの反転を生じさせることにより求められることを特徴とする請求項5に記載のインバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路。
前記周波数及び位相シフト基準は、前記モータの各速度値におけるレジーム条件として使用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路。
前記モータは、ブラシレス永久磁石モータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路。
前記モータを始動させる電圧基準を提供する外部ソースと、
前記電圧基準を受け、かつ基準周波数を提供するリニア関係回路及び速度リミタと、
前記基準周波数及び前記位相シフト補償を組み合わせて、補償信号を提供する回路と、
前記補償信号を受けて電圧変調周波数を変え、各動作条件に対する前記周波数をクローズループで調節するPWM変調回路とを、
更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のインバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路。
前記リニア関係回路及び前記速度リミタ間に接続された第１スイッチを、更に備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のインバータ回路からモータへの電力伝達最適化回路。