JP2013223308A - 同期機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧位相のずれに起因する電流リップルを抑制し、トルクショックを減少させる同期機制御装置を得る。
【解決手段】同期機１の回転子位置θｅに基づいてインバータ２の出力周波数を演算する速度演算器４と、インバータ２の出力周波数に基づいて、キャリアパターン指令を生成するキャリアパターン生成器５と、電圧指令と出力周波数とキャリアパターン指令に基づいてキャリア波を生成するキャリア同期手段６を備えた。キャリア同期手段６は、電圧指令と回転子位置θｅに基づいて電圧位相を演算する電圧位相演算器７と、キャリアパターン指令と電圧位相に基づいてキャリアパターンを判定するキャリアパターン切替許可判定器８と、キャリアパターンと電圧位相に基づいてキャリア周期補正量を演算するキャリア同期補正量演算器９と、キャリアパターンと出力周波数とキャリア周期補正量に基づいてキャリア波を生成するキャリア生成器１０を備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、同期機を駆動する電力変換手段を備えた同期機制御装置に関するものである。

従来、直流電力を可変周波数、可変電圧の交流電力に変換するＰＷＭインバータ装置の制御回路として、例えば特開昭６２−２１３５７８号公報（特許文献１）に開示されている技術がある。この特許文献１には、非同期ＰＷＭモードと同期ＰＷＭモードを有し、モード指令が非同期ＰＷＭモードから同期ＰＷＭモードに切換わった時、非同期ＰＷＭモードから一旦キャリア波形と基準正弦波形の位相関係が任意の任意位相同期ＰＷＭモードに切り換えた後、キャリア波形と基準正弦波形の位相関係が常に一定の固定位相同期ＰＷＭモードに切り換えるという段階を経て、モード指令とキャリア周波数指令により決定されるキャリアデータを補正する技術が開示されている。ここで、非同期ＰＷＭモードとは、基準波正弦周波数とキャリア周波数の比が整数の関係でない場合を称し、同期ＰＷＭモードとは、それらの比が整数である場合を称する。

特開昭６２−２１３５７８号公報

上記特許文献１に開示された技術によれば、キャリアデータをある一定範囲での補正を行いながら徐々に移行していくことができるので、切換時の電流リップルを一定の範囲に限定することが可能となり、いかなる切換えタイミングであっても電流リップルを一定にし、出力電流の再現性が改良できると共に、出力電流のピーク値の増大を防止して、過負荷耐量の低下も抑制できる効果がある。

しかし、上記特許文献１に開示された技術では、異なるパルス数の同期ＰＷＭモードの切換時に、電圧位相がずれ、電流リップルが発生し、トルクショックが発生する恐れがある。また、固定位相同期モードでは、外乱などで基準正弦波形（インバータ周波数）が常に変化する場合、位相のずれが発生して電圧位相がずれ、電流リップルが発生し、トルクショックが発生する恐れがある。

この発明は、上記課題に着目したもので、電圧位相のずれに起因する電流リップルを抑制し、トルクショックを減少させる同期機制御装置を得ることを目的とするものである。

この発明による同期機制御装置は、電源電圧とキャリア波と三相電圧指令との比較に基づいて同期機へＰＷＭ電圧を印加する電力変換手段を備えた同期機制御装置において、上記同期機の回転子位置を検出あるいは推定する位置検出手段と、上記回転子位置に基づいて上記電力変換手段の出力周波数を演算する速度演算器と、上記電力変換手段の出力周波数に基づいて、キャリアパターン指令を生成するキャリアパターン生成器と、電圧指令と上記電力変換手段の出力周波数と上記キャリアパターン生成器で生成されるキャリアパターン指令に基づいてキャリア波を生成するキャリア同期手段と、を備え、上記キャリア同期手段は、上記電圧指令と上記回転子位置に基づいて電圧位相を演算する電圧位相演算器と、上記キャリアパターン指令と上記電圧位相に基づいて、キャリアパターンを判定するキャリアパターン切替許可判定器と、上記キャリアパターンと上記電圧位相に基づいて、キャリア周期補正量を演算するキャリア同期補正量演算器と、上記キャリアパターンと上記電力変換手段の出力周波数と上記キャリア周期補正量に基づいて、キャリア波を生成するキャリア生成器と、を備えたものである。

この発明による同期機制御装置によれば、異なるパルス数の同期キャリア波の切換を所定のタイミングで行うことにより、電流リップルを抑制し、トルクショックを減少できる効果がある。

この発明の実施の形態１による同期機制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるキャリア同期手段を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による同期キャリア波を示す図である。 この発明の実施の形態１による同期キャリア波の切り替えタイミングを示す図である。 この発明の実施の形態１によるノコギリ波状のキャリア波を示す図である。 この発明の実施の形態１による同期キャリア波とキャリア同期補正量との関係の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１によるキャリア波の補正方法を示す図である。 この発明の実施の形態１によるキャリア同期補正量の範囲の変化の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２による同期機制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるキャリアパターン指令生成方法を説明する図である。 この発明の実施の形態２によるＯＮ／ＯＦＦ時のスイッチング素子に流れる電流と電圧波形を示す図である。 この発明の実施の形態２によるＰＷＭと同期機の電流の関係を示す図である。 この発明の実施の形態２によるパルス数を減らした時のＰＷＭと同期機の電流の関係を示す図である。 この発明の実施の形態３による同期機制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるモータ温度に基づくキャリアパターン指令生成例を示す図である。 この発明の実施の形態３によるモータ温度過熱時間に基づくキャリアパターン指令生成例を示す図である。 この発明の実施の形態４による同期機制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるインバータ温度に基づくキャリアパターン指令生成例を示す図である。 この発明の実施の形態４によるインバータ温度過熱時間に基づく、キャリアパターン指令生成例を示す図である。 この発明の実施の形態５による同期機制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５による電流制御器を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態６による同期機制御装置を示す構成図である。

以下、この発明による同期機制御装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による同期機制御装置を示す構成図である。実施の形態１による同期機制御装置は、電源電圧Ｖｐｎとキャリア波ｃａｒｒｉｅｒと三相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊との比較に基づいて同期機１へＰＷＭ（パルス幅変調）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを印加する公知の電力変換手段、例えばインバータ２と、同期機１の回転子位置θｅを推定あるいは検出する位置検出手段３と、同期機１の回転子位置θｅに基づいてインバータ周波数ｆｉｎｖを演算する速度演算器４と、インバータ周波数ｆｉｎｖに基づいて、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊を生成するキャリアパターン生成器５と、電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊とインバータ周波数ｆｉｎｖとキャリアパターン指令ｐｔｎ＊に基づいてキャリア波ｃａｒｒｉｅｒを生成するキャリア同期手段６とを備えている。

次に、実施の形態１による同期機制御装置の特徴部分であるキャリア同期手段６について図２及び図３を用いて説明する。
図２は、図１の同期機制御装置に含まれるキャリア同期手段６を示す構成図である。図２において、キャリア同期手段６は、電圧指令Ｖｕ＊の正弦波の立ち上がり零クロス点を０［ｄｅｇ］として、１周期０［ｄｅｇ］から３６０［ｄｅｇ］となる電圧位相θｖを演算する電圧位相演算器７と、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊と電圧位相θｖに基づいて、キャリアパターンｐｔｎを判定するキャリアパターン切換許可判定器８と、キャリアパターンｐｔｎと電圧位相θｖに基づいて、キャリア周期の補正量Δｔｃを演算するキャリア同期補正量演算器９と、キャリアパターンｐｔｎとインバータ周波数ｆｉｎｖとキャリア周期補正量Δｔｃに基づいて、マイコンの相補ＰＷＭ機能、またはコンペアマッチ出力機能を備えるタイマカウンタによりキャリア波ｃａｒｒｉｅｒを生成するキャリア生成器１０を備えている。なお、上記電圧位相演算器７の説明で電圧指令Ｖｕ＊の電圧位相を演算する例を説明したが、電圧指令Ｖｖ＊またはＶｗ＊であっても同様の効果が得られる。

図３は、同期キャリア波を示す図である。同期キャリア波とは電圧指令Ｖｕ＊またはＶｖ＊またはＶｗ＊の１周期に（２Ｎ＋１）×３周期（Ｎは０以上の整数）パルス数を有するキャリア波である。キャリア同期手段６は、電圧指令Ｖｕ＊またはＶｖ＊またはＶｗ＊の周期によらず一定周期の非同期キャリア波、または図３に示す同期キャリア波を生成する機能を持ち、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊に基づいて何れかのキャリア波を出力する。また、同期キャリア波の生成は、１２０［ｄｅｇ］ごとに各同期キャリア波振幅の最大点、または１２０［ｄｅｇ］ごとに各同期キャリア波振幅の最小点をそろえるようにキャリア波を生成する。

キャリアパターン切換許可判定器８の動作を図４に基づいて説明する。図４は、同期キャリア波の切り替えタイミングを示す図である。キャリアパターン切換許可判定器８は、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊に基づいて、異なるパルス数の同期キャリア波に切り替えるときに、図４に示すキャリア振幅の最大点または最小点が一致する切り替えタイミングで切り替える。このようにすれば、切り替え時の電流リップルを抑制し、トルクショックが減少する。

なお、図３、図４ではキャリア波が三角波である例を図示したが、必ずしもキャリア波が三角波である必要はない。例えば、図５にノコギリ波状のキャリア波を示すが、このようなノコギリ波状のキャリア波を用いても同様の効果が得られる。

次に、キャリア同期補正量演算器９について図６、図７により説明する。図６は、同期キャリア波とキャリア周期に対して補正するキャリア同期補正量との関係の一例を示す図である。キャリア同期補正量演算器９は、同期キャリア波ごとに、同期キャリア波とキャリア同期補正量との関係を示した電圧指令一周期に対応するキャリア同期補正量マップを有している。詳細は後述するが、キャリア同期補正量マップは、電圧指令の周期に同期している状態のキャリア波振幅の最大点、最小点での電圧位相におけるキャリア同期補正量をそれぞれ０とし、また、最大点、最小点から位相が離れるに従い、上記補正量が大きくなるように設定してあるマップである。ただし、キャリア同期補正量の大きさは一定の範囲（図では±α）に制限してある。

図７は、キャリア波の補正方法を示す図である。キャリア波の振幅が最大点、最小点となるタイミングでの電圧位相を読み出した上で、その電圧位相に対応するキャリア同期補正量をマップから読み出し、そのキャリア同期補正量をキャリア周期に加算する。以上の処理を、キャリア同期補正量を読み出して値が０となるまで繰り返す。キャリア同期補正量が０となるとき、電圧指令とキャリア波が同期している。このように、キャリア周期を徐々にずらし、電圧指令の周期に同期させる。

図８はキャリア同期補正量の範囲の変化の一例を示す図である。キャリア同期補正量は、補正量の範囲をインバータ周波数の変化量、または同期キャリア波のパルス数に応じて変更すれば良い。一例として、図８に示すように、位相のずれが大きくなる同期機１の加速時では補正量の範囲を大きくすれば、キャリアの同期処理をスムーズに行うことができる。

実施の形態１による同期機制御装置は上記のように構成され、これにより、異なるパルス数の同期キャリア波に切り替えるときに発生する電圧位相のずれに起因する電流リップルを抑制でき、トルクショックが減少する効果がある。

また、非同期キャリア波と同期キャリア波をそれぞれ備えることで、同期機１の制御に最適なＰＷＭを与えることができる。

更に、電圧指令１周期の中に、キャリア波の切り替え点（最大点、最小点）を複数持つことにより、切り替え要求から実際に切り替わるまでの遅れを少なくする効果がある。

また、キャリア周期を徐々にずらすことで、キャリア周期変更による出力電圧の変化に起因する、電流リップルを抑制する効果がある。

また、電流リップルを抑制することで、電流リップルによるトルクショックが減少する効果があり、また、電流リップルを抑制することで、スイッチング素子の耐量を下げることができ、インバータ２の小型化及び低コスト化の効果がある。

また、キャリア波の周期を徐々にずらし同期させることで、非同期キャリア波から同期キャリア波への切り替えをスムーズにする効果がある。

また、電圧指令に対するキャリア波の追従性が向上するため、加速／減速時等でも精度よく同期機を制御する効果がある。

また、実施の形態１の構成は、汎用マイコンのタイマ機能を用いることによりＳ／Ｗで実装可能であって、別途、Ｈ／Ｗ（ＩＣ、ＡＳＩＣ等）を使用せずにすむため低コスト化の効果がある。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による同期機制御装置について説明する。図９は、実施の形態２による同期機制御装置を示す構成図で、同期機１のモータトルクｔｒｑを検出するトルク検出器２０を備え、キャリアパターン生成器５にモータトルクｔｒｑを入力する構成としたものである。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことによりその説明を省略する。また、図９ではモータトルクｔｒｑがトルク検出器２０による検出値である例を示しているが、モータトルク推定値、またはモータトルク指令値であっても同様の効果が得られる。

図１０は、実施の形態２によるキャリアパターン生成器５のキャリアパターン指令生成方法を説明する図で、キャリアパターン生成器５は、インバータ周波数ｆｉｎｖとモータトルク検出器２０が検出したモータトルクｔｒｑに基づいて、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊を生成する。

モータトルクｔｒｑが大きい時は、インバータ２に流れる電流値が大きくなるため、インバータ２のスイッチング損失に大きく影響する。よって、モータトルクｔｒｑが大きい時は、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊のキャリア波のパルス数を減らすことで、スイッチング回数を減らし、インバータ２の損失を減らす。

また、モータトルクｔｒｑが小さい時は、同期機１に流れる電流値が小さくなるため、電流基本波に対する電流リップルの割合が大きくなって高調波成分が増加し、同期機１の損失に大きく影響する。よって、モータトルクｔｒｑが小さい時は、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊のキャリア波のパルス数を増やすことで、電流リップルを減らし、同期機１の損失を減らす。

ここで、上記の内容を理解するために、電流の大きさとインバータ損失の関係、スイッチング回数（パルス数）とモータ損失との関係について説明する。
まず、電流の大きさとインバータ損失の関係と、スイッチング回数（パルス数）とインバータ損失の関係とを図１１に基づいて説明する。図１１は、スイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）時のスイッチング素子に流れる電流と電圧波形を示した図である。理想スイッチではＯＮ／ＯＦＦ時に電圧と電流が瞬時に入れ替わるが、実際は電圧と電流が時間をかけて変化するため、インバータ２のスイッチング素子にかかる電圧Ｖｃｅとインバータ２のスイッチング素子に流れる電流Ｉｅによって、電力（Ｐｌｏｓｓ＝Ｖｃｅ×Ｉｅ）がスイッチングのたびに発生し、これが損失となる。よって、損失はＰｌｏｓｓ＝Ｖｃｅ×Ｉｅであり、電圧Ｖｃｅが一定であるとすると、電流Ｉｅの大きさと比例関係になる。従って、電流Ｉｅが増加すると、インバータ損失が増加する。また、トータルのスイッチング損失はＰｌｏｓｓ×スイッチング回数となるため、スイッチング回数が増加するとトータルのインバータ２の損失が増加する。

次に、スイッチング回数（パルス数）と同期機１の損失との関係を、図１２及び図１３に基づいて説明する。図１２はインバータ２の出力であるＰＷＭ電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）と同期機１の電流ｉの関係を示す図である。同期機１は簡易的にＲＬ回路とみなせるので同期機１の電流ｉは、同期機１の相電圧Ｅと、同期機１の抵抗Ｒと、同期機１のインダクタンスＬと、時間ｔによって、
ｉ（ｔ）＝Ｅ／Ｒ・（１−ｅ（Ｒ／Ｌ・ｔ））
と表せる。よってモータ電流波形は図１２のようになる。

図１３は、図１２のパルス数を減らした時のインバータ２の出力であるＰＷＭ電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）と同期機１の電流ｉの関係を示す図である。パルス数が減少すると、スイッチング間隔が長くなるため、電流振幅の変動（電流リップル）が大きくなる。また、電流リップルは大きくなると電流の高調波の成分が増加し、同期機１の鉄損が増加するため、同期機１で発生する損失が増加する。よって、スイッチング回数が減少すると同期機１の損失が増加する。

このことから、実施の形態２に示したように、モータトルクｔｒｑが大きい時は、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊のキャリア波のパルス数を減らすようにすることで、スイッチング回数を減らし、インバータ２のスイッチング損失を減らす。また、モータトルクｔｒｑが小さい時は、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊のキャリア波のパルス数を増やすようにすることで、電流リップルを減らし、同期機１の損失を減らす。なお，以降の処理動作は実施形態１と同様であるので説明を割愛する。

実施の形態２による同期機制御装置は上記のように構成され、これにより、最適なキャリア波を出力することで、インバータ２と同期機１の状態に応じた最良の制御ができる効果がある。

また、最適なキャリア波を出力することで、トータルの効率（インバータ効率×モータ効率）を向上させる効果があり、また、最適なキャリア波を出力することで、同期機１の最大トルク及び出力を向上させる効果がある。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による同期機制御装置について説明する。図１４は、実施の形態３による同期機制御装置を示す構成図で、同期機１のモータ温度ｔｍｐｍｔｒを検出する手段、例えばモータ温度検出器３０を備え、キャリアパターン生成器５にモータ温度ｔｍｐｍｔｒを入力する構成としたものである。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことによりその説明を省略する。また、図１４ではモータ温度ｔｍｐｍｔｒがモータ温度検出器３０による検出値である例を示したが、モータ温度推定値であっても同様の効果が得られる。

図１５は、実施の形態３によるキャリアパターン生成器５のキャリアパターン指令生成方法を説明する図で、モータ温度検出器３０が検出したモータ温度ｔｍｐｍｔｒが過熱状態であれば、モータ温度ｔｍｐｍｔｒに基づいて、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊のキャリア波のパルス数を増やしている。

図１６は、実施の形態３によるキャリアパターン生成器５のキャリアパターン指令生成方法を説明する図で、モータ温度検出器３０が検出したモータ温度ｔｍｐｍｔｒが過熱状態であれば、モータ温度ｔｍｐｍｔｒが過熱状態での経過時間（モータ温度過熱時間）に基づいて、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊のキャリア波のパルス数を増やしている。なお、以降の処理動作は実施形態１と同様であるので説明を割愛する。

実施の形態３による同期機制御装置は上記のように構成され、実施の形態２で説明したように、キャリア波のパルス数を増やすことで、電流リップルが減るため、鉄損による発熱が抑制され、同期機１の温度上昇が抑制される。従って、同期機１の温度上昇を防止する効果が得られる。

また、温度上昇抑制効果によって、短時間定格運転において動作時間を長く設定できると共に、同期機１の小型化及び低コスト化の効果、冷却装置の小型化及び低コスト化の効果がある。

更に、同期機１の過熱状態の回避が容易にできるため信頼性がさらに向上する効果がある。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４による同期機制御装置について説明する。図１７は、実施の形態４による同期機制御装置を示す構成図で、インバータ２のインバータ温度ｔｍｐｉｎｖを検出する手段、例えばインバータ温度検出器４０を備え、キャリアパターン生成器５にインバータ温度ｔｍｐｉｎｖを入力する構成としたものである。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことによりその説明を省略する。また、図１７ではインバータ温度ｔｍｐｉｎｖがインバータ温度検出器４０による検出値である例を示したが、インバータ温度推定値であっても同様の効果が得られる。

図１８は実施の形態４によるキャリアパターン生成器５のキャリアパターン指令生成方法を説明する図で、インバータ温度検出器４０が検出したインバータ温度ｔｍｐｉｎｖが過熱状態であれば、インバータ温度ｔｍｐｉｎｖに基づいて、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊のキャリア波のパルス数を減らしている。

図１９は実施の形態４によるキャリアパターン生成器５のキャリアパターン指令生成方法を説明する図で、インバータ温度検出器４０が検出したインバータ温度ｔｍｐｉｎｖが過熱状態であれば、インバータ温度ｔｍｐｉｎｖが過熱状態での経過時間（インバータ温度過熱時間）に基づいて、キャリアパターン指令ｐｔｎ＊のキャリア波のパルス数を減らしている。なお，以降の処理動作は実施の形態１と同様であるので割愛する。

実施の形態４による同期機制御装置は上記のように構成され、実施の形態２で説明したように、キャリア波のパルス数を減らすことで、インバータ損失を減らすことができる。また、温度上昇は熱抵抗×電力損失となるので、インバータ損失が減ることにより温度の上昇を抑制することができる。従って、キャリア波のパルス数を減らすことで、インバータ温度の上昇を防止する効果が得られる。

また、温度上昇抑制効果によって、熱耐量が小さいスイッチング素子を使用することができるため、インバータ２の小型化及び低コスト化が図れると共に、冷却装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。

また、インバータ２の過熱状態の回避が容易にできるため信頼性がさらに向上する効果がある。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５による同期機制御装置について説明する。図２０は実施の形態５による同期機制御装置を示す構成図で、同期機１のモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する電流検出手段、例えば電流検出器５０と、モータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊と回転子位置θｅとに基づいて、電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を生成する電流制御器５１を備えたものである。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことによりその説明を省略する。

図２１は、図２０に示す電流制御器５１の構成図である。図２１に示すように、電流制御器５１は、モータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと回転子位置θｅに基づいて、回転二軸座標系のｄｑ軸モータ電流ｉｄ＊、ｉｑ＊を生成する三相／ｄｑ座標変換器５２と、三相／ｄｑ座標変換器５２で生成されるｄｑ軸モータ電流ｉｄ＊、ｉｑ＊と電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊に基づいて、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を生成するＰＩ（比例積分）制御器５３と、ＰＩ制御器５３で生成されるｄｑ軸電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊と回転子位置θｅに基づいて、電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を生成するｄｑ／三相座標変換器５４とから構成される。

三相／ｄｑ座標変換器５２は、次式に示す演算式によって、同期機１のモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの三相／ｄｑ座標変換を行う。

ＰＩ制御器５３は、ＰＩ制御によって、同期機１のモータ電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを制御する。

また、ｄｑ／三相座標変換器５４は、次式に示す演算式によって、ｄｑ軸電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊のｄｑ／三相座標変換を行う。なお，以降の処理動作は実施の形態１と同様であるので割愛する。

実施の形態５による同期機制御装置は上記のように構成され、電流制御器５１を備えることにより、同期機１に最適なＰＷＭ電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを印加できることに加え、電流を高速かつ高精度に制御することができる。このため、同期機１のトルク及び出力を高速かつ高精度に制御することができる効果が得られる。

実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６による同期機制御装置について説明する。図２２は、実施の形態６による同期機制御装置を示す構成図で、キャリアパターン生成器５に電源電圧Ｖｐｎと三相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を入力するように構成したものである。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことによりその説明を省略する。

キャリアパターン生成器５は、電源電圧Ｖｐｎに対する三相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の割合である変調率（＝Ｖｕ＊／ＶｐｎまたはＶｖ＊／ＶｐｎまたはＶｗ＊／Ｖｐｎ）を演算する。変調率が小さい時は、ＰＷＭのＯＦＦ時間が長くなるため、電流リップルが増加するため、同期機１の損失が増加する。よって、変調率が小さい時は、キャリアパターン生成器５はキャリアパターン指令ｐｔｎ＊のキャリア波のパルス数を増やすようにすることで、電流リップルを減らし、同期機１の損失を減らす。なお，以降の処理動作は実施形態１と同様であるので割愛する。

実施の形態６による同期機制御装置は上記のように構成され、変調率、すなわち電源電圧の状態、または三相電圧指令の状態に応じて最適なキャリア波を出力することにより、同期機１の効率を向上させる効果がある。また、同期機１の損失を減らして、モータ温度の上昇を防止できる効果がある。

なお、上記において、この発明の実施の形態１から実施の形態６について説明したが、この発明はこれらに限定されるものでなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 同期機
２ インバータ（電力変換手段）
３ 位置検出手段
４ 速度演算器
５ キャリアパターン生成器
６ キャリア同期手段
７ 電圧位相演算器
８ キャリアパターン切換許可判定器
９ キャリア同期補正量演算器
１０ キャリア生成器
２０ トルク検出器
３０ モータ温度検出器
４０ インバータ温度検出器
５０ 電流検出器
５１ 電流制御器
５２ 三相／ｄｑ座標変換器
５３ ＰＩ制御器
５４ ｄｑ／三相座標変換器

Claims (12)

1. 電源電圧とキャリア波と三相電圧指令との比較に基づいて同期機へＰＷＭ電圧を印加する電力変換手段を備えた同期機制御装置において、
   上記同期機の回転子位置を検出あるいは推定する位置検出手段と、
   上記回転子位置に基づいて上記電力変換手段の出力周波数を演算する速度演算器と、
   上記電力変換手段の出力周波数に基づいて、キャリアパターン指令を生成するキャリアパターン生成器と、
   電圧指令と上記電力変換手段の出力周波数と上記キャリアパターン生成器で生成されるキャリアパターン指令に基づいてキャリア波を生成するキャリア同期手段と、を備え、
   上記キャリア同期手段は、
   上記電圧指令と上記回転子位置に基づいて電圧位相を演算する電圧位相演算器と、
   上記キャリアパターン指令と上記電圧位相に基づいて、キャリアパターンを判定するキャリアパターン切替許可判定器と、
   上記キャリアパターンと上記電圧位相に基づいて、キャリア周期補正量を演算するキャリア同期補正量演算器と、
   上記キャリアパターンと上記電力変換手段の出力周波数と上記キャリア周期補正量に基づいて、キャリア波を生成するキャリア生成器と、を備えたことを特徴とする同期機制御装置。
2. 電源電圧とキャリア波と三相電圧指令との比較に基づいて同期機へＰＷＭ電圧を印加する電力変換手段を備えた同期機制御装置において、
   上記同期機の回転子位置を検出あるいは推定する位置検出手段と、
   上記回転子位置に基づいて上記電力変換手段の出力周波数を演算する速度演算器と、
   上記電力変換手段の出力周波数と上記同期機のトルク検出値、または上記同期機のトルク指令値、または上記同期機のトルク推定値に基づいて、キャリアパターン指令を生成するキャリアパターン生成器と、
   電圧指令と上記電力変換手段の出力周波数と上記キャリアパターン生成器で生成されるキャリアパターン指令に基づいてキャリア波を生成するキャリア同期手段と、を備え、
   上記キャリア同期手段は、
   上記電圧指令と上記回転子位置に基づいて電圧位相を演算する電圧位相演算器と、
   上記キャリアパターン指令と上記電圧位相に基づいて、キャリアパターンを判定するキャリアパターン切替許可判定器と、
   上記キャリアパターンと上記電圧位相に基づいて、キャリア周期補正量を演算するキャリア同期補正量演算器と、
   上記キャリアパターンと上記電力変換手段の出力周波数と上記キャリア周期補正量に基づいて、キャリア波を生成するキャリア生成器と、を備えたことを特徴とする同期機制御装置。
3. 電源電圧とキャリア波と三相電圧指令との比較に基づいて同期機へＰＷＭ電圧を印加する電力変換手段を備えた同期機制御装置において、
   上記同期機の回転子位置を検出あるいは推定する位置検出手段と、
   上記回転子位置に基づいて上記電力変換手段の出力周波数を演算する速度演算器と、
   上記電源電圧と上記三相電圧指令との比率である変調率に基づいて、キャリアパターン指令を生成するキャリアパターン生成器と、
   電圧指令と上記電力変換手段の出力周波数と上記キャリアパターン生成器で生成されるキャリアパターン指令に基づいてキャリア波を生成するキャリア同期手段と、を備え、
   上記キャリア同期手段は、
   上記電圧指令と上記回転子位置に基づいて電圧位相を演算する電圧位相演算器と、
   上記キャリアパターン指令と上記電圧位相に基づいて、キャリアパターンを判定するキャリアパターン切替許可判定器と、
   上記キャリアパターンと上記電圧位相に基づいて、キャリア周期補正量を演算するキャリア同期補正量演算器と、
   上記キャリアパターンと上記電力変換手段の出力周波数と上記キャリア周期補正量に基づいて、キャリア波を生成するキャリア生成器と、を備えたことを特徴とする同期機制御装置。
4. 上記キャリア同期手段は、電圧指令の周期によらず一定の周期の非同期キャリア波と、電圧指令の１周期に（２Ｎ＋１）×３周期（Ｎは０以上の整数）の同期キャリア波を有し、上記キャリアパターン指令に基づいて、何れかのキャリア波を出力することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の同期機制御装置。
5. 上記キャリア同期手段は、１２０［ｄｅｇ］ごとに各同期キャリア波振幅の最大点、または１２０［ｄｅｇ］ごとに各同期キャリア波振幅の最小点をそろえるようにキャリア波を生成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の同期機制御装置。
6. 上記キャリアパターン切替許可判定器は、同期キャリア波で異なるパルスモードに切り替えるときに、キャリア振幅の最大点または最小点が一致するタイミングで切り替えることを特徴とする請求項５に記載の同期機制御装置。
7. 上記キャリア同期補正量演算器は、キャリアと電圧位相のずれを計測し、キャリアデータを一定の範囲内で補正を行いながら徐々に同期させる補正量を演算し、常にキャリア周期を補正することを特徴とする請求項５に記載の同期機制御装置。
8. キャリア同期補正量の範囲を上記電力変換手段の出力周波数の変化量、またはキャリア波のパルス数に応じて変更することを特徴とする請求項７に記載の同期機制御装置。
9. 上記同期機の温度を検出するモータ温度検出手段を備え、上記キャリアパターン生成器は、上記モータ温度検出手段が検出した上記同期機の温度が過熱状態であれば、上記同期機の温度と上記同期機の温度が過熱状態での経過時間との少なくとも何れかに基づいて、上記キャリアパターン指令のキャリア波のパルス数を増やすことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の同期機制御装置。
10. 上記電力変換手段の温度を検出する手段を備え、上記キャリアパターン生成器は、上記電力変換手段の温度を検出する手段が検出した上記電力変換手段の温度が過熱状態であれば、上記電力変換手段の温度と上記電力変換手段の温度が過熱状態での経過時間のとの少なくとも何れかに基づいて、上記キャリアパターン指令のキャリア波のパルス数を減らすこと特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の同期機制御装置。
11. 上記同期機のモータ電流を検出する電流検出手段を備え、上記電圧指令は、上記電流検出手段が検出したモータ電流と電流指令と上記位置検出手段が検出あるいは推定した回転子位置に基づいて生成されること特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の同期機制御装置。
12. 上記キャリア生成器は、マイコンの相補ＰＷＭ機能、またはコンペアマッチ出力機能を備えるタイマカウンタにより、キャリア波を生成すること特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の同期機制御装置。
    

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