JP2013208009A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ回路を制御してモータを駆動するモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that controls an inverter circuit to drive a motor.
従来、インバータ回路をPWM(Pulse Width Modulation)方式で制御して、モータの駆動方式を2相変調方式と3相変調方式とで切り替えることが可能なモータ制御装置がある。インバータ回路は、3相のスイッチング素子と、コンデンサと、チャージポンプ回路とを備える。3相のスイッチング素子は、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とを含む。コンデンサは、上アームスイッチング素子をオンオフする為の電荷を蓄える。チャージポンプ回路は、下アームスイッチング素子がオン状態にある時に、コンデンサを充電する。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a motor control device that can control an inverter circuit by a PWM (Pulse Width Modulation) method and switch a motor driving method between a two-phase modulation method and a three-phase modulation method. The inverter circuit includes a three-phase switching element, a capacitor, and a charge pump circuit. The three-phase switching element includes an upper arm switching element and a lower arm switching element. The capacitor stores an electric charge for turning on and off the upper arm switching element. The charge pump circuit charges the capacitor when the lower arm switching element is in the on state.
2相変調方式は、3相変調方式よりスイッチング素子のスイッチングの回数が少ないので、スイッチング損失を低減することができる。2相変調方式は、3相のスイッチング素子の内、1相分のスイッチング素子のオンオフ状態を固定し、他のスイッチング素子のオンオフ状態を変化させてモータを駆動する。固定する相は、モータの出力軸の回転角度に応じた一定の周期毎に切り替わる。モータの回転速度が遅くなることで、固定する相を切り替える周期は長くなる。固定する相を切り替える周期が長くなると、コンデンサが蓄える電荷(電圧)が小さくなり、スイッチング素子をスイッチングできなくなる。よって、モータを正常に駆動できなくなる。この為、例えば、特許文献1に記載のインバータ制御装置は、モータの回転速度が速い時は、2相変調方式でモータを制御し、モータの回転速度が遅い時は、3相変調方式でモータを制御している。インバータ制御装置は、3相変調方式でモータを駆動することで、チャージポンプ回路によりコンデンサを充電しながら、回転速度が遅い状態でモータを駆動する。
The two-phase modulation method can reduce the switching loss because the switching frequency of the switching element is less than that of the three-phase modulation method. In the two-phase modulation method, the on / off state of the switching element for one phase among the three-phase switching elements is fixed, and the motor is driven by changing the on / off state of the other switching elements. The phase to be fixed is switched at regular intervals according to the rotation angle of the output shaft of the motor. As the rotation speed of the motor becomes slower, the cycle for switching the phase to be fixed becomes longer. If the cycle for switching the phase to be fixed becomes long, the charge (voltage) stored in the capacitor becomes small, and the switching element cannot be switched. Therefore, the motor cannot be driven normally. For this reason, for example, the inverter control device described in
しかしながら、特許文献1のインバータ制御装置は、モータの回転速度が遅い時、3相変調方式でモータを駆動しなければならないので、スイッチング回数が大きくなる。この為、モータの回転速度が遅いときのスイッチング損失が大きくなるという問題点があった。
However, the inverter control device of
本発明の目的は、モータの回転速度が遅い時でも、スイッチング損失を低減することが可能なモータ制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a motor control device capable of reducing switching loss even when the rotational speed of the motor is slow.
本発明に係るモータ制御装置は、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とを含む3相のスイッチング素子と、前記上アームスイッチング素子をオンオフする為の電荷を蓄えるコンデンサと、前記下アームスイッチング素子がオンである時に前記コンデンサを充電するチャージポンプ回路とを備えたインバータ回路をPWM方式で制御してモータを駆動するモータ制御装置であって、前記モータを駆動する時に前記3相のスイッチング素子を駆動する場合の変調率を算出する変調率算出手段と、前記下アームスイッチング素子をオンして前記チャージポンプ回路が前記コンデンサを充電する時間を確保する為に前記モータの駆動方式を2相変調方式から3相変調方式に切り替える周期である駆動切替周期を、前記変調率算出手段によって算出された前記変調率に応じて設定する周期設定手段と、前記モータを前記2相変調方式で駆動する場合における、1相の前記上スイッチング素子が連続オンした時間である上アーム連続オン時間を取得する時間取得手段と、前記時間取得手段によって取得された前記上アーム連続オン時間が、前記周期設定手段によって設定された前記駆動切替周期に達していない場合に、前記インバータ回路を制御して前記モータを前記2相変調方式で駆動する第一駆動制御手段と、前記時間取得手段によって取得された前記上アーム連続オン時間が、前記周期設定手段によって設定された前記駆動切替周期に達する毎に、一時的に前記2相変調方式から前記3相変調方式に切り替えて前記モータを駆動する第二駆動制御手段とを備えている。 The motor control device according to the present invention includes a three-phase switching element including an upper arm switching element and a lower arm switching element, a capacitor for storing electric charges for turning on and off the upper arm switching element, and the lower arm switching element. A motor control device for driving a motor by controlling an inverter circuit having a charge pump circuit for charging the capacitor when on by a PWM method, and driving the three-phase switching element when driving the motor A modulation factor calculating means for calculating a modulation factor in the case of performing the motor driving method from the two-phase modulation method in order to secure time for the charge pump circuit to charge the capacitor by turning on the lower arm switching element. The drive switching period, which is the period for switching to the three-phase modulation method, is calculated as the modulation factor calculating unit. The upper arm continuous on-time which is the time when the upper switching element of one phase is continuously turned on when the motor is driven by the two-phase modulation method and the period setting means which is set according to the modulation factor calculated by And when the upper arm continuous on time acquired by the time acquisition means has not reached the drive switching period set by the period setting means, the inverter circuit is controlled. Each time the upper arm continuous on time acquired by the first drive control means for driving the motor by the two-phase modulation method and the time acquisition means reaches the drive switching period set by the period setting means. And second drive control means for driving the motor by temporarily switching from the two-phase modulation method to the three-phase modulation method.
この場合、モータの回転速度が速く、常に上アーム連続オン時間が駆動切替周期に達しない場合(上アーム連続オン時間が駆動切替周期より小さい場合)、第一駆動制御手段が2相変調方式でモータを駆動する。故に、モータ制御装置は常に2相変調方式でモータを駆動する。モータの回転速度が遅く、上アーム連続オン時間が駆動切替周期に達した場合(上アーム連続オン時間が駆動切替周期以上である場合)、第二駆動制御手段が一時的に2相変調方式から3相変調方式に切り替えてモータを駆動する。制御部11は3相変調方式でモータを駆動することで、上アームスイッチング素子をオフし、下アームスイッチング素子をオンする。故に、チャージポンプ回路がコンデンサを充電する。このように、モータ制御装置は、モータの回転速度が遅くても、一時的に3相変調方式に切り替えてコンデンサの充電を行いながら、2相変調方式でモータを駆動することができる。故に、モータの回転速度が遅い時に常に3相変調方式でモータを駆動する場合に比べて、スイッチング損失を低減することができる。
In this case, when the rotational speed of the motor is fast and the upper arm continuous on-time does not always reach the drive switching cycle (when the upper arm continuous on-time is smaller than the drive switching cycle), the first drive control means is a two-phase modulation system. Drive the motor. Therefore, the motor control device always drives the motor by the two-phase modulation method. When the rotation speed of the motor is slow and the upper arm continuous on-time has reached the drive switching cycle (when the upper arm continuous on-time is longer than the drive switching cycle), the second drive control means temporarily changes from the two-phase modulation method. The motor is driven by switching to the three-phase modulation method. The
前記モータ制御装置において、前記周期設定手段は、前記変調率算出手段によって算出された前記変調率が小さいほど、前記駆動切替周期を長くしてもよい。この場合、モータ制御装置は、変調率が小さくなった場合に3相変調方式に切り替える回数を低減できる。故に、モータ制御装置は、変調率によらず切替周期をモータの回転速度のみで算出する場合に比べて、スイッチング損失をより低減することができる。 In the motor control device, the cycle setting unit may lengthen the drive switching cycle as the modulation rate calculated by the modulation rate calculation unit is smaller. In this case, the motor control device can reduce the number of times of switching to the three-phase modulation method when the modulation rate becomes small. Therefore, the motor control device can further reduce the switching loss as compared with the case where the switching period is calculated only by the rotation speed of the motor regardless of the modulation rate.
以下、本発明を具現化した一実施形態について、図面を参照して説明する。図1を参照し、モータ制御装置1の概要について説明する。モータ制御装置1は、モータ10、制御部11、インバータ回路6、検出器12、及び電流検出器13等を備える。インバータ回路6は、制御部11及びモータ10に電気的に接続する。制御部11はインバータ回路6をPWM制御してモータ10を制御する。検出器12は、モータ10の電気角、機械角等を検出する。検出器12は例えば、レゾルバやエンコーダ等である。電流検出器13はインバータ回路6からのU相及びV相の出力による電流iu,ivを検出し、制御部11が備える3相交流/d−q座標変換器115(後述)に入力する。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings. The outline of the
制御部11は、速度制御器111、電流制御器112,113、非干渉化制御器114、3相交流/d−q座標変換器115、d−q/3相交流座標変換器116、速度・位置信号処理器117等を備える。制御部11は例えば、CPUである。制御部11が備える各機器は回路で実現してもよいし、プログラムで実現してもよい。速度・位置信号処理器117は、検出器12の出力値から、電気角信号、及び機械角信号を出力する。3相交流/d−q座標変換器115は、電流検出器13が検出した電流iu,ivをd−q座標系の電流id,iqに変換する。
The
速度制御器111、電流制御器112,113、非干渉化制御器114は、速度指令ω*rm、電気角信号及び機械角信号、電流id,iq等を用いてd−q軸上のインバータ回路6の出力電圧Vd、Vqについての電圧指令V*d,V*qをd−q/3相交流座標変換器116に出力する。非干渉制御とは、モータ10におけるd−q座標間で干渉し合う速度起電力を打ち消す制御である。非干渉制御は電流制御性を改善するために行う。d−q/3相交流座標変換器116は、電圧指令V*d,V*q等から3相の電圧Vu,Uv,Uwについての電圧指令V*u,V*v,V*wを出力する。制御部11は、電圧指令V*u,V*v,V*wに基づく出力電圧Vu,Vv,Vwをインバータ回路6が出力するように、インバータ回路6を制御する。なお、モータ制御装置1は、ROM、RAM、フラッシュメモリ等の記憶部(図示外)を備えている。制御部11は該記憶部に記憶したプロプラムを読み出し、後述するメイン処理(図8参照)を行う。制御部11は、種々の一時データ等を記憶部に記憶できる。
The
図2を参照してインバータ回路6について説明する。インバータ回路6は、スイッチング素子61と、ダイオード621〜626と、上アーム駆動回路631A〜631C、下アーム駆動回路632A〜632C、チャージポンプ回路の主要構成部64(以下、「チャージポンプ回路64」という。)、電源65、及び電源66を備える。スイッチング素子61は3相分の上アームスイッチング素子611A〜611Cと3相分の下アームスイッチング素子612A〜612Cとを含む。即ち、スイッチング素子61は3相である。上アームスイッチング素子611Aと下アームスイッチング素子612AとがU相のスイッチング素子である。上アームスイッチング素子611Bと下アームスイッチング素子612BとがV相のスイッチング素子である。上アームスイッチング素子611Cと下アームスイッチング素子612CとがW相のスイッチング素子である。スイッチング素子61は例えば、絶縁ゲートパイポーラトランジスタである。
The
ダイオード621〜626は6個のスイッチング素子611A〜611C,612A〜612Cの夫々のエミッタとコレクタとの間に設ける。電源66のプラス端子は上アームスイッチング素子611A〜611Cのコレクタに接続する。上アーム駆動回路631A〜631Cは夫々上アームスイッチング素子611A〜611Cのゲートに電気的に接続する。下アーム駆動回路632A〜632Cは夫々下アームスイッチング素子612A〜612Cのゲートに電気的に接続する。制御部11は上アーム駆動回路631A〜631C及び下アーム駆動回路632A〜632Cに電気的に接続する。制御部11は上アーム駆動回路631A〜631C及び下アーム駆動回路632A〜632Cを制御してスイッチング素子61のオンオフを制御する。これによって、制御部11はインバータ回路6をPWM方式で制御し、モータ10を駆動する。
The
チャージポンプ回路64はコンデンサ641A〜641C、ダイオード642A〜642C、抵抗643を含む。コンデンサ641A〜641Cは夫々上アーム駆動回路631A〜631Cに電気的に接続する。コンデンサ641A〜641Cは上アーム駆動回路631A〜631Cを駆動し、上アームスイッチング素子611A〜611Cをオンする為の電荷(電圧)を蓄える。ダイオード642A〜642Cのカソードは夫々コンデンサ641A〜641Cと上アーム駆動回路631A〜631Cに電気的に接続する。抵抗643はダイオード642A〜642Cのアノードと電源65のプラス端子とに電気的に接続する。電源65は下アーム駆動回路632A〜632Cに電気的に接続する。下アーム駆動回路632A〜632Cは電源65が供給する電力で駆動し、下アームスイッチング素子612A〜612Cをオンオフする。下アームスイッチング素子612A〜612Cがオンすると、電源65がコンデンサ641A〜641Cに電荷を供給する。即ち、チャージポンプ回路64は下アームスイッチング素子612A〜612Cがオンの時にコンデンサ641A〜641Cを充電する。
The
以下の説明では、上アームスイッチング素子611A,611B,611Cを総称する場合、又はいずれかを特定しない場合、上アームスイッチング素子611という。下アームスイッチング素子612A,612B,612Cを総称する場合、又はいずれかを特定しない場合、下アームスイッチング素子612という。コンデンサ641A,641B,641Cを総称する場合、又はいずれかを特定しない場合、コンデンサ641という。上アーム駆動回路631A,631B,631Cを総称する場合、又はいずれかを特定しない場合、上アーム駆動回路631という。下アーム駆動回路632A,632B,632Cを総称する場合、又はいずれかを特定しない場合、下アーム駆動回路632という。
In the following description, the upper
図3を参照して、3相変調方式でモータ10を駆動する場合のスイッチング素子61の動作について説明する。3相変調方式は3相のスイッチング素子61をオンオフして、モータ10を制御する。制御部11は公知の三角波比較法によってスイッチング素子61をオンオフする。図3に示すように、3相変調方式の場合、三角波キャリア信号51の変化に応じて、上アームスイッチング素子611のオンオフが切り替わる。上アームスイッチング素子611がオンの時、下アームスイッチング素子612がオフである。上アームスイッチング素子611がオフの時、下アームスイッチング素子612がオンである。
With reference to FIG. 3, the operation of the switching
ここで、オンを「1」、オフを「0」とする。この場合、上アームスイッチング素子611A,611B,611Cのオンオフの組み合わせは、(0,0,0)、(1,0,0)、(1,1,0)、(1,1,1)、(1,1,1)、(1,1,0)、(1,0,0)、(0,0,0)と変化する。例えば、2進数の(1,1,1)は、10進数では「7」である。この為、(1,1,1)のときの電圧ベクトルをV7と表わす。他のオンオフの組み合わせも同様に表すと、図3に示すように、電圧ベクトルはV0〜V7の間で変化する。詳細には、電圧ベクトルは、V0、V4、V6、V7、V7、V6、V4、V0の順で切り替わる。
Here, ON is “1” and OFF is “0”. In this case, the on / off combinations of the upper
3相変調方式の場合のインバータ回路6の出力電圧を図4に示す。U相、V相、及びW相の出力電圧を、夫々Vu、Vv、Vwとする。図4に示すように、出力電圧Vu,Vv,Vwは、夫々120°位相がずれたサイン波となる。
The output voltage of the
図5を参照して、2相変調方式でモータ10を駆動する場合のスイッチング素子61の動作について説明する。2相変調方式は、3相のうちの1つの相のスイッチング素子61のオンオフを固定する(連続オンする又は連続オフする)ことで、インバータ回路6のスイッチング回数を減らしてスイッチング損失を低減し、省エネルギーを実現する。例えば、上アームスイッチング素子611Aを連続オンする場合、上アームスイッチング素子611のオンオフのタイミングは図5に示すようになる。図5に示すように、V0ベクトルを出力するのを止める、つまり出力するのを止めたV0と同じ時間(t0)をV7に加算して出力することにより、上アームスイッチング素子611Aのオフ時間がなくなり、オン時間が延びる。即ち、上アームスイッチング素子611Aが連続オンする。そして、上アームスイッチング素子611Aのオン時間が延びた分だけ、上アームスイッチング素子611B,611Cのオン時間が延びる(図3及び図5参照)。V0とV7を、零電圧ベクトルという。2相変調において、零電圧ベクトルV0、V7のうち、零電圧ベクトルV7だけを出力した場合の零電圧ベクトルの全体に占めるデュティと、3相変調時の零電圧ベクトルV0、V7の全体に占めるデュティとが変わっていないため、出力ベクトルは等価である。
With reference to FIG. 5, the operation of the switching
また、例えば、1相の上アームスイッチング素子611Cを連続オフする場合、スイッチング素子611のオンオフのタイミングは図6に示すようになる。図6に示すように、V7ベクトルを出力するのを止める、つまり出力するのを止めたV7と同じ時間(t7)をV0に加算して出力することにより、上アームスイッチング素子611Cのオン時間が無くなり、オフ時間が延びる。このため、下アームスイッチング素子612Cが連続オンする。上アームスイッチング素子611Cのオフ時間が延びた分だけ、上アームスイッチング素子611A,611Bのオフ時間が延びる(図3及び図6参照)。換言すれば、下アームスイッチング素子612B,612Cのオン時間が延びる。図3、図5及び図6に示すように、2相変調方式(図5及び図6参照)は、3相変調方式(図3参照)に比べて、スイッチング素子61のオンオフの切り替え回数を2/3に低減できる。故に、2相変調方式はスイッチング損失を低減できる。
For example, when the one-phase upper arm switching element 611C is continuously turned off, the on / off timing of the
2相変調方式の場合のインバータ回路6の出力電圧を図7に示す。図7において、区間80,81,82,83が、1相の上アームスイッチング素子611が連続オンする区間(以下、「上アーム連続オン区間」という。)である。区間84,85,86,87が、1相の下アームスイッチング素子612が連続オンする区間である。図7に示すように、制御部11は、スイッチング素子61への負荷を均一化するため、上アームスイッチング素子611の連続オンと、下アームスイッチング素子612の連続オンとを交互(モータ10の電気角60°毎に)に切り替える。また、制御部11は連続オンする相もU相、V相、W相の間で切り替える。
The output voltage of the
コンデンサ641の充電は、下アームスイッチング素子612をオンする区間84,85,86,87で行う。上アーム連続オン区間80,81,82,83は、下アームスイッチング素子612がオンしない。故に、上アーム連続オン区間80,81,82,83では、チャージポンプ回路64はコンデンサ641の充電を行わない。この場合、コンデンサ641は、蓄えた電荷を消費しながら、上アームスイッチング素子611をオンする。しかし、上アーム連続オン区間80,81,82,83において上アームスイッチング素子611がオンする時間が長いと、コンデンサ641の電圧が上アーム駆動回路631を駆動して上アームスイッチング素子611をオンするための下限の電圧(以下、「動作下限電圧」という。)より低下する。故に、制御部11は、正常に上アームスイッチング素子611をオンできず、モータ10を駆動できない。この為、本実施形態では、制御部11はコンデンサ641の電圧が動作下限電圧より小さくなる前に、一時的に2相変調方式から3相変調方式に切り替える(図8のS11、後述)。3相変調方式では、下アームスイッチング素子612がオンする区間が存在するため、チャージポンプ回路64がコンデンサ641を充電できる。
The
モータ10を駆動する時に3相のスイッチング素子61を駆動する場合の変調率をαとする。2相変調から3相変調に切り替えた場合、下アームスイッチング素子612をオンして充電する時間は、変調率αの値に応じて変動する。例えば、変調率が0%であれば、コンデンサ641の充電時間のデュティは最低50%となる。このため、充電時間は確保できる。変調率が100%になると、充電時間のデュティは0%となる。このため、充電はできない。しかし、低速時には、モータ10の誘起電圧が低いので、モータ10に高い電圧をかけなくても、所望のトルクが発生する。即ち、低い変調率でモータ10を駆動できる。故に、変調率αの値を制限しても、低速時の3相変調運転時における充電時間を問題なく確保できる。例えば、変調率αを最高50%(0.5)とすると、コンデンサ641の充電時間のデュティは、最低25%(0.25)確保できる。このように、コンデンサ641の充電時間の最低デュティは、(1−α)/2となる。故に、キャリア周波数をfHzとすると、1キャリア区間(三角波1つ分の区間)の3相変調での最小充電パルス幅は(1−α)/2fとなる。
Let α be the modulation factor when driving the three-
上アーム駆動回路631の消費電流をIa、電源65の電圧VccよりΔVだけ電圧降下した時のコンデンサ641に対する最大チャージ電流をIbとする。1キャリア区間での充電パルス幅に対して、チャージポンプ回路64がコンデンサ641に充電する電荷量は、キャリア周波数に対してコンデンサ641の容量が十分に大きく∫Idt≒Ib・tであるとみなし、安全率を2とし、放電許容時間tdが半分であるとすると、式(1)が成り立つ。
td=(1−α)・Ib/(2・2f・Ia) ・・・式(1)
The current consumption of the upper
td = (1−α) · Ib / (2 · 2f · Ia) (1)
式(1)から分かるように、上アーム連続オン区間80,81,82,83が開始されてからの時間t<tdであれば、(コンデンサ641の充電電荷)>(放電電荷)となり、上アームスイッチング素子611を正常にオンできる。故に、インバータ回路6は2相変調方式でのモータ10の駆動を継続できる。
As can be seen from the equation (1), if the time t <td from the start of the upper arm continuous on
従って、本実施形態では、2相変調方式で、上アーム連続オン区間80,81,82,83が開始されてからの時間tがtdを超えるような低速の場合は、時間tdを経過する毎に、PWMの1キャリア区間だけ3相変調方式に切り替え、コンデンサ641を充電する(図8のS11参照、後述)。即ち、時間tdは、下アームスイッチング素子612をオンしてチャージポンプ回路64がコンデンサ641を充電する時間を確保するためにモータ10の駆動方式を2相変調方式から3相変調方式に切り替える周期である以下の説明では、時間tdを「駆動切替周期td」という。
Therefore, in the present embodiment, in the two-phase modulation method, when the time t after the start of the upper arm continuous on
図8を参照し、メイン処理について説明する。制御部11は速度指令ω*rmから、d−q軸上のインバータ回路6の出力電圧Vd,Vqを算出する(S1)。d−q軸上のインバータ回路6の出力電圧Vd,Vqは、d−q/3相交流座標変換器116に入力する出力電圧指令V*d,V*qに対応する(図1参照)。速度指令ω*rmは、モータ10を回転させる回転数の指令であり、オペレータによってパネル設定された速度もしくはミシンの操作ペダルの踏込量に対応して制御部が生成する。図1に示すように、制御部11は出力電圧Vd,Vqを速度指令ω*rmを入力としたフィードバック制御系で制御する。
The main process will be described with reference to FIG. The
制御部11はS1で算出した出力電圧Vd,Vqを用いて変調率αを算出する(S2)。変調率αは、DCバス(直流電源)電圧Vbus(電源66の電圧)と出力電圧Vd,Vqを用いると以下の式(2)となる。
α=√(Vd2+Vq2)/Vbus・・・(2)
The
α = √ (Vd 2 + Vq 2 ) / Vbus (2)
制御部11はS2で算出した変調率αに応じて駆動切替周期tdを設定する(S3)。S2では、制御部11は動作下限電圧での最大チャージ電流Ibを算出し、最大チャージ電流Ibを用いて駆動切替周期tdを算出する。詳細には以下のように算出する。コンデンサ641の満充電時の電圧Vbからの電圧降下分をΔVとする。抵抗643の抵抗値をR1とする。動作下限電圧での最大チャージ電流Ibは以下の式(3)となる。
Ib=ΔV/R1 ・・・(3)
The
Ib = ΔV / R1 (3)
そして、制御部11は駆動切替周期tdを上述の式(3)と式(1)から算出する。例えば、Vcc=15V、ΔV=1V、R1=10Ω、コンデンサ641の容量C1=10μF、Ia=0.55mA、f=10kHz、α=0.5(50%)であるとする。この場合、制御部11は式(3)(1)からIb=100mA、Td=2.27msを算出する。これによって、制御部11は駆動切替周期tdを設定する。制御部11は駆動切替周期tdを図示外のRAMに記憶する。
And the
制御部11は速度・位置信号処理器117が出力する電気角信号を参照し、上アーム連続オン区間を新たに開始するタイミングであるか否かを判断する(S4)。図7に示す例では、電気角が上アーム連続オン区間80〜83を開始するタイミングである60°、180°、300°420°(=60°)であれば、制御部11は上アーム連続オン区間を新たに開始するタイミングと判断する。
The
制御部11は上アーム連続オン区間を新たに開始するタイミングでない場合(S4:NO)、後述するS7の処理を行う。制御部11は上アーム連続オン区間を新たに開始するタイミングである場合(S4:YES)、時間tを「0」に設定する(S5)。制御部11は時間tの測定を開始する(S6)。時間tは上アームスイッチング素子611が連続オンした時間を示している。以下の説明では、時間tを「上アーム連続オン時間t」という。
If it is not time to newly start the upper arm continuous on section (S4: NO), the
制御部11は速度・位置信号処理器117が出力する電気角信号を参照し、上アーム連続オン区間であるか否かを判断する(S7)。例えば、図7に示す上アーム連続オン区間80〜83以外であれば、制御部11は上アーム連続オン区間でないと判断し(S7:NO)、2相変調でモータ10を駆動する(S8)。処理はS1に戻る。例えば、制御部11は上アーム連続オン区間80〜83(図7参照)であれば(S7:NO)、上アーム連続オン時間tを取得する(S9)。次いで、制御部11はS9で取得した上アーム連続オン時間tがS3で設定した駆動切替周期tdに達したか否かを判断する(S10)。即ち、制御部11は上アーム連続オン時間tが駆動切替周期td以上であるか否かを判断する。
The
制御部11は上アーム連続オン時間tが駆動切替周期tdに達していない場合(S10:NO)、2相変調方式でモータ10を駆動する。制御部11は上アーム連続オン時間tが駆動切替周期tdに達した場合(S10:YES)、1キャリア区間(三角波1つ分の区間)、3相変調方式でモータ10を駆動する(S11)。すなわち、制御部11は一時的に2相変調方式から3相変調方式に切り替えてモータ10を駆動する。故に、下アームスイッチング素子612がオン(上アームスイッチング素子611がオフ)して、チャージポンプ回路64がコンデンサ641を充電する。制御部11は上アーム連続オン時間tを「0」に設定する(S12)。制御部11は上アーム連続オン時間tの測定を再開する(S13)。処理はS1に戻る。
When the upper arm continuous on-time t has not reached the drive switching period td (S10: NO), the
以上のように制御部11はメイン処理を実行する。例えば、駆動切替周期tdが「2.27ms」であるとする。モータ10の駆動速度が速く、上アーム連続オン区間80〜83(図7参照)の夫々を2.27msより小さい時間で通過するとする。この場合、制御部11は、上アーム連続オン区間でない区間84〜87(図7参照)である時(S7:NO)、2相変調でモータを駆動する(S8)。制御部11は上アーム連続オン区間80〜83である時(S7:YES)、常に上アーム連続オン時間tが駆動切替周期tdより小さいので(S10:NO)、2相変調でモータを駆動する(S8)。即ち、制御部11は常に2相変調方式でモータ10を駆動する。
As described above, the
モータ10の駆動速度が遅く、上アーム連続オン区間80〜83(図7参照)の夫々を2.27ms以上の時間で通過するとする。この場合、上アーム連続オン区間でない区間84〜87(図7参照)では、制御部11は2相変調でモータを駆動する(S7:NO、S8)。制御部11は、上アーム連続オン区間80〜83である時(S7:YES)、2相変調方式でモータ10を駆動しつつ(S10:NO、S8)、上アーム連続オン時間tが駆動切替周期tdに達する毎に一時的に3相変調方式でモータ10を駆動する(S10:YES、S11)。即ち、コンデンサ641の電圧が駆動下限電圧より小さくなる前に、3相変調方式に変更して上アームスイッチング素子611をオフ、下アームスイッチング素子612をオンする。この為、チャージポンプ回路64がコンデンサ641を充電する。このように、制御部11は、モータ10の回転速度が遅くても、一時的に3相変調方式に切り替えてコンデンサ641の充電を行いながら(S11)、2相変調方式でモータ10を駆動することができる(S8)。故に、モータ10の回転速度が遅い時に常に3相変調方式でモータを駆動する場合に比べて、スイッチング損失を低減することができる。スイッチング損失を低減できるので、効率よくモータを駆動することができる。故に、モータ10の運転コストを低減することができる。
It is assumed that the driving speed of the
また、2相変調方式は3相変調方式の場合に比べてスイッチング回数が減るので、スイッチング素子61の発熱を低減できる。故に、高密度に部品を実装することができ、制御部11を小型化することができる。
Further, since the number of times of switching is reduced in the two-phase modulation method compared to the case of the three-phase modulation method, heat generation of the switching
一例として変調率α=0.5(50%)の時の上アーム連続オン区間におけるコンデンサ641の電圧の変化の実験結果を図9に示す。図9は、回路シミュレータを用いた実験の結果である。動作下限電圧14Vより小さくならないことを示すため、スタートの電圧を14V近傍に設定している(図10も同様)。図9において、コンデンサ641の電圧が徐々に下がる区間91が、上アームスイッチング素子611を連続オンして2相変調方式でモータ10を駆動している区間である。コンデンサ641の電圧が上がるタイミング92が、制御部11が2相変調方式から3相変調方式に切り替えてモータ10を駆動して充電を行うタイミングである。α=0.5のとき、駆動切替周期tdは2.27msであるので、制御部11は2.27ms毎に3相変調方式に切り替えてコンデンサ641を充電している。動作下限電圧は14Vである。図9に示すように、コンデンサ641の電圧は動作下限電圧14Vより小さくなることがない。故に、安定してモータ10を駆動することができる。
As an example, FIG. 9 shows an experimental result of a change in the voltage of the
他の例として変調率α=0.75(75%)の時の上アーム連続オン区間におけるコンデンサ641の電圧の変化の実験結果を図10に示す。図10では、図9の場合と同様に、コンデンサ641の電圧は動作下限電圧14Vより小さくなることがない。故に、安定してモータ10を駆動することができる。
As another example, FIG. 10 shows an experimental result of a change in the voltage of the
式(1)では、変調率αの値が小さいほど、駆動切替周期tdは長く(大きく)なる。故に、図9及び図10に示すように、変調率αの値が小さい図9の駆動切替周期の方が、図10の駆動切替周期より長くなる。このように、変調率αの値が小さいほど、駆動切替周期tdが長くなるので、変調率αが小さくなった場合に3相変調方式に切り替える回数を低減できる。よって制御部11は、変調率によらず切替周期をモータ10の回転速度のみで算出にする場合に比べて、スイッチング損失をより低減することができる。
In Expression (1), the smaller the value of the modulation factor α, the longer (larger) the drive switching period td. Therefore, as shown in FIGS. 9 and 10, the drive switching cycle of FIG. 9 where the value of the modulation factor α is small is longer than the drive switching cycle of FIG. 10. As described above, the smaller the value of the modulation factor α, the longer the drive switching period td. Therefore, when the modulation factor α decreases, the number of times of switching to the three-phase modulation method can be reduced. Therefore, the
上記実施形態において、S2の処理を行う制御部11が本発明の「変調率算出手段」に相当する。S3の処理を行う制御部11が本発明の「周期設定手段」に相当する。S6、S9、S13の処理を行う制御部11が本発明の「時間取得手段」に相当する。S8の処理を行う制御部11が本発明の「第一駆動制御手段」に相当する。S11の処理を行う制御部11が本発明の「第二駆動制御手段」に相当する。
In the above embodiment, the
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、制御部11が3相変調方式に切り替えてモータ10を駆動するのは1キャリア区間であったが、これに限定されない。制御部11が3相変調方式に切り替えてモータ10を駆動するのが一時的であればよく、例えば、5キャリア区間であってもよい。
In addition, this invention is not limited to said embodiment, A various change is possible. For example, the
制御部11は式(1)を用いて変調率αの値が小さいほど、駆動切替周期tdは長くしていたが、これに限定されない。例えば、制御部11は、式(1)を用いて変調率αを算出するのではなく、予め記憶部に記憶した変調率αと駆動切替周期tdとを対応付けたデータを参照し、駆動切替周期tdを設定してもよい。また、制御部11は、変調率αの値が小さくなれば、駆動切替周期tdを段階的に長くしてもよい。また、制御部11は、変調率αの値が小さいほど、常に駆動切替周期tdを長くする必要はない。例えば、制御部11は変調率αが小さくなる範囲の一部の範囲で、駆動切替周期tdを短くしてもよい。
The
1 モータ制御装置
6 インバータ回路
10 モータ
11 制御部
61 スイッチング素子
64 チャージポンプ回路
80,81,82,83 上アーム連続オン区間
611 上アームスイッチング素子
612 下アームスイッチング素子
631 上アーム駆動回路
632 下アーム駆動回路
641 コンデンサ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記モータを駆動する時に前記3相のスイッチング素子を駆動する場合の変調率を算出する変調率算出手段と、
前記下アームスイッチング素子をオンして前記チャージポンプ回路が前記コンデンサを充電する時間を確保する為に前記モータの駆動方式を2相変調方式から3相変調方式に切り替える周期である駆動切替周期を、前記変調率算出手段によって算出された前記変調率に応じて設定する周期設定手段と、
前記モータを前記2相変調方式で駆動する場合における、1相の前記上スイッチング素子が連続オンした時間である上アーム連続オン時間を取得する時間取得手段と、
前記時間取得手段によって取得された前記上アーム連続オン時間が、前記周期設定手段によって設定された前記駆動切替周期に達していない場合に、前記インバータ回路を制御して前記モータを前記2相変調方式で駆動する第一駆動制御手段と、
前記時間取得手段によって取得された前記上アーム連続オン時間が、前記周期設定手段によって設定された前記駆動切替周期に達する毎に、一時的に前記2相変調方式から前記3相変調方式に切り替えて前記モータを駆動する第二駆動制御手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 A three-phase switching element including an upper arm switching element and a lower arm switching element, a capacitor for storing charges for turning on and off the upper arm switching element, and charging the capacitor when the lower arm switching element is on A motor control device for driving a motor by controlling an inverter circuit including a charge pump circuit by a PWM method,
A modulation factor calculating means for calculating a modulation factor when driving the three-phase switching element when driving the motor;
A drive switching period, which is a period for switching the motor drive system from a two-phase modulation system to a time when the lower arm switching element is turned on to ensure time for the charge pump circuit to charge the capacitor, A period setting means for setting according to the modulation rate calculated by the modulation rate calculation means;
Time acquisition means for acquiring an upper arm continuous on time, which is a time during which the upper switching element of one phase is continuously turned on when the motor is driven by the two-phase modulation method;
When the upper arm continuous on-time acquired by the time acquisition means does not reach the drive switching period set by the period setting means, the inverter circuit is controlled to control the motor to the two-phase modulation method. First drive control means for driving with,
Each time the upper arm continuous on-time acquired by the time acquisition means reaches the drive switching period set by the period setting means, the two-phase modulation method is temporarily switched to the three-phase modulation method. A motor control apparatus comprising: second drive control means for driving the motor.
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