JP3448036B2 - ３相モータのトルクリップル低減のための位相歪み補償装置及びその方法 - Google Patents

３相モータのトルクリップル低減のための位相歪み補償装置及びその方法

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JP3448036B2
JP3448036B2 JP2001148183A JP2001148183A JP3448036B2 JP 3448036 B2 JP3448036 B2 JP 3448036B2 JP 2001148183 A JP2001148183 A JP 2001148183A JP 2001148183 A JP2001148183 A JP 2001148183A JP 3448036 B2 JP3448036 B2 JP 3448036B2
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    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、４個のスイッチン
グ素子からなるインバータを用いた３相モータの回転速
度を制御するための３相モータのトルクリップル低減の
ための位相歪み補償回路に係るもので、詳しくは、上、
下段直流リンクコンデンサ間の電圧差を直接的または間
接的に検出し、検出された電圧差に応じてスイッチング
時間を調節してトルクリップルの発生を減少させ得る、
３相モータのトルクリップル低減のための位相歪み補償
装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、３相モータには、６個のスイッ
チング素子からなるインバータを使用していたが、イン
バータの原価を節減するために、近来は４個のスイッチ
ング素子を用いる方式が提案されている。このような従
来の、４個のスイッチング素子を用いたインバータを採
用する３相モータは、図６に示したように、交流電源を
整流した直流電圧が入力されて電力を貯蔵する上段及
び、下段直流リンクコンデンサ３、４と、それらのコン
デンサ３、４から直流電圧が供給されると、スイッチ制
御信号によってオン／オフされてモータを回転させるた
めの３相電圧を供給するＢ４インバータ２と、により構
成されており、上記の上、下段直流リンクコンデンサ
３、４間の連結点及び前記Ｂ４インバータ２の各スイッ
チアームにそれぞれ連結された３相モータ１を駆動する
ようになっていた。
【０００３】以下、このように構成された従来の３相モ
ータの動作について、図面を用いて説明する。先ず、交
流電源が入力され、整流手段（未図示）により整流され
た直流電圧が直列に接続された上段及び、下段直流リン
クコンデンサ３、４に供給されると、それらの上、下段
直流リンクコンデンサ３、４は交代に充／放電を行う
が、このとき、それらの充／放電はＢ４インバータ２を
構成する各スイッチング素子のスイッチング状態によっ
て異なる。
【０００４】そして、Ｂ４インバータ２は、図８に示し
たように、４つのタイプのスイッチング状態を有し、例
えば、３相モータ１がＹ結線のとき、Ａ相のアームのス
イッチング状態をＳ１、Ｂ相のアームのスイッチング状
態をＳ２とすると、それらＳ１、Ｓ２はそれぞれ０、１
の２つのタイプのスイッチング状態を有する。ここで、
０は下段スイッチがオンになった状態、１は上段スイッ
チがオンになった状態をそれぞれ示したものである。
【０００５】そして、＜1、1＞の状態、即ち、Ｂ４イン
バータ２を構成する４個のスイッチング素子中、上段の
２個のスイッチング素子のみがオンした状態では、上段
直流リンクコンデンサ３に充電された電圧Ｖ１は３相モ
ータ１に供給されるが、下段直流リンクコンデンサ４に
充電された電圧Ｖ２はモータ１に供給されない。一方、
＜0、0＞の状態、即ち、下段の２個のスイッチング素子
のみがオンした状態では、下段直流リンクコンデンサ４
に充電された電圧Ｖ２は３相モータ１に供給されるが、
上段直流リンクコンデンサ３に充電された電圧Ｖ１はモ
ータ１に供給されない。
【０００６】また、＜0、1＞または＜1、0＞の状態で
は、上、下段直流リンクコンデンサ３、４の両方からモ
ータ１に電圧が供給される。このように電圧が供給され
て３相モータ１が回転するが、このとき、この３相モー
タ１を回転させるためには、図７に示したように、互い
に１２０°の位相差を有する３相の電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖ
ｃが必要となる。
【０００７】そのため、３相モータ１の１つの入力端子
は上段直流リンクコンデンサ３と下段直流リンクコンデ
ンサ４との連結点に接続され、残りの２つの入力端子は
上段スイッチング素子と下段スイッチング素子間の各ア
ームの中間点にそれぞれ接続されて、３相の電圧ベクト
ルが形成される。また、３相の平衡電圧と同様な効果を
有する電圧を形成するために、図７に示したように、上
段直流リンクコンデンサ３と下段直流リンクコンデンサ
４の間の連結点に接続された１つの相電圧の逆相の電圧
を残りの相電圧に印加して、２つの電圧ベクトルＶｕ、
Ｖｗを形成する。このように形成された各電圧Ｖｕ、Ｖ
ｗは、３相の平衡電圧と零相分（zero-phase-sequenc
e）の電圧を有する形態になるため、４個のスイッチを
使用して３相の平衡電圧を得ることができる。
【０００８】ここで、各電圧ベクトルＶｕ、Ｖｗは、図
７に示したように、互いに６０°の位相差を有し、３相
モータ１のｃ相がコンデンサ連結点に接続された場合、
電圧Ｖｕはａ相の相電圧Ｖａに比べて３０°遅延され
る。従って、Ｂ４インバータ２のスイッチングロジック
を次式（１）のように構成すると、パルス幅変調（Puls
e width modulation、以下、PWMと略称す）により前
記３相モータ１を制御することが可能になる。 （式１）
【０００９】
【数１】
【００１０】ここで、Ｖu、Ｖwはそれぞれ電圧ベクトル
Ｖｕ、Ｖｗを得るためのスイッチング素子のスイッチン
グ時間を決めるためのロジック信号電圧、θは回転子の
位置、maは変調率、Tsampはスイッチングサンプリング
時間、をそれぞれ示すものである。上式１において、モ
ータのｃ相が上段直流リンクコンデンサ３と下段直流リ
ンクコンデンサ４間の連結点に接続されたと仮定されて
おり、各電圧Ｖw、Ｖuは相互６０°の位相差を有すると
共に、電圧Ｖuはａ相の相電圧Ｖａよりも３０°ほど遅
れることが分かる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】然るに、このような従
来の３相モータにおいては、インバータを構成する各ス
イッチング素子のスイッチング状態に従って、上段直流
リンクコンデンサ３と下段直流リンクコンデンサ４の各
電圧間に電圧差が発生して、３相の平衡電圧をモータに
印加することができないため、トルクリップルが発生し
て、円滑な速度制御を行うことができないという不都合
な点があった。
【００１２】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたもので、インバータに電圧を供給する上、下段
直流リンクコンデンサ間の電圧差によってスイッチング
素子のスイッチング時間を調節して、トルクリップルの
発生を低減し得る、３相モータのトルクリップル低減の
ための位相歪み補償装置及びその方法を提供することを
目的とする。
【００１３】また、本発明の他の目的は、インバータに
供給される上、下段直流リンクコンデンサ間の電圧差を
３相モータに流れる電流を利用して検出する方式を採用
してトルクリップルを低減し得る、３相モータのトルク
リップル低減のための位相歪み補償装置及びその方法を
提供することを目的とする。
【００１４】
【００１５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係る３相モータのトルクリップル低減
のための位相歪み補償方法においては、３相モータを駆
動するためにインバータのＡ、Ｂ相アームの上段スイッ
チのスイッチング時間（Ta、Tb）をそれぞれ計算する第
１段階と、この計算された各スイッチング時間（Ta、T
b）の大きさを比較する第２段階と、第２段階の比較結
果に基づいて上記の各スイッチング時間（Ta、Tb）から
上記のＡ、Ｂ相アームのスイッチング素子の各スイッチ
ング状態（S1、S2）のうち、（０、０）の下段スイッチ
のオン時間（t1）及び（１，１）の上段スイッチのオン
時間（t3）をそれぞれ演算する第３段階と、この各スイ
ッチのオン時間（t1、t3）を演算した後、前記のインバ
ータの入力側に接続された上、下段直流リンクコンデン
サ間の連結点から流れる電流を検出し積分して、それら
の上、下段直流リンクコンデンサ間の電圧差を求める第
４段階と、この求められた電圧差を利用して前記の各ス
イッチング時間（Ta、Tb）の補償成分値（ΔTa、ΔTb）
をそれぞれ演算する第５段階と、前記の第１段階で計算
された各スイッチング時間（Ta、Tb）を上記の補償成分
値（ΔTa、ΔTb）により補正された新しいスイッチング
時間（Ta'、Tb'）を生成して前記のインバータに供給す
る第６段階と、が順次行われる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に対
し、図面を用いて説明する。本発明に係る３相モータの
トルクリップル低減のための位相歪み補償装置の第１実
施形態においては、図１（Ｂ）に示したように、入力さ
れる交流電源をブリッジダイオードを利用して直流電圧
に整流する整流部１２と、この整流された直流電圧を
充、放電させる上、下段直流リンクコンデンサ３、４
と、４個のスイッチング素子により構成され、各コンデ
ンサ３、４の電圧を受けて３相電圧を生成するＢ４イン
バータ２と、３相モータ１に連結された上、下段直流リ
ンクコンデンサ３、４間の連結点から流れる電流を検出
する電流検出器５と、この検出された電流を積分して各
コンデンサ３、４間の電圧差を求める積分器６と、３相
モータ１の回転速度ωr を検出する速度検出器７と、こ
の検出された回転速度ωr から回転子の位置θを検出す
る位置検出器９と、速度指令ωr *と速度検出器７により
検出された回転速度ωr と間の速度偏差を速度誤差とし
て求める減算器１１と、求められた速度誤差によって３
相モータ１に印加される電圧の大きさを決定する速度制
御器１０と、速度制御器１０により決定された電圧の大
きさと、位置検出器９により検出された回転子の位置
と、積分器６により求められた上、下段直流リンクコン
デンサ３、４間の電圧差を利用して、Ｂ４インバータ２
のＡ、Ｂ相のスイッチング素子をスイッチングするため
の補償成分を計算し、この補償成分により補正されたス
イッチング時間を出力してモータの速度を制御する電圧
指令発生器８と、を備えて構成され、このとき、上、下
段直流リンクコンデンサ３、４の連結点及びＢ４インバ
ータ２の各スイッチアームは３相モータ１に接続されて
いる。
【００１７】以下、このように構成された本発明に係る
３相モータのトルクリップル低減のための位相歪み補償
装置の第１実施形態の動作について、図面を用いて説明
する。一般に、Ｂ４インバータ２は、図８に示したよう
に、４つのタイプのスイッチング状態を有する。図中の
Ａ、Ｂ、ＣはそれぞれモータのＡ、Ｂ、Ｃ巻線を表す。
例えば、３相モータ１がＹ結線のとき、Ａ相のアームの
スイッチング状態をＳ１、Ｂ相のアームのスイッチング
状態をＳ２とすると、それらＳ１、Ｓ２はそれぞれ０、
１の２つのタイプのスイッチング状態を有する。ここ
で、０は下段スイッチが全てオンになった状態、１は上
段スイッチが全てオンになった状態を示す。
【００１８】この場合、各スイッチング状態Ｓ１、Ｓ２
が＜0、0＞の場合、即ち、Ｂ４インバータ２を構成する
４個のスイッチング素子の中の、上段のスイッチング素
子は全てオフ状態で、下段のスイッチング素子のみが全
てオン状態であるとき、各相の電圧は図８（Ａ）に示し
た通りである。図中、Ｃ相は、上、下段直流リンクコン
デンサ３、４間の連結点に連結され、Ｖ１は上段直流リ
ンクコンデンサの電圧を、Ｖ２は下段直流リンクコンデ
ンサの電圧を、それぞれ示したものである。
【００１９】一方、各スイッチング状態Ｓ１、Ｓ２が＜
0、1＞であるとき、即ち、Ａ相アームのスイッチング状
態Ｓ１は下段のスイッチング素子のみがオンし、Ｂ相ア
ームのスイッチング状態Ｓ２は上段のスイッチング素子
のみがオンしたとき、各相の電圧は図８（Ｂ）に示した
通りである。また、各スイッチング状態Ｓ１、Ｓ２が＜
1、0＞ であるとき、即ち、Ａ相アームのスイッチング
状態Ｓ１は上段のスイッチング素子のみがオンし、Ｂ相
アームのスイッチング状態Ｓ２は下段のスイッチング素
子のみがオンしたとき、各相の電圧は図８（Ｃ）に示し
た通りである。
【００２０】更に、各スイッチング状態Ｓ１、Ｓ２が＜
1、1＞であるとき、即ち、下段のスイッチング素子は全
てオフし、上段のスイッチング素子は全てオンしたと
き、各相の電圧は図８（Ｄ）に示した通りである。な
お、図８（Ａ）の各スイッチング状態Ｓ１、Ｓ２が＜
0、0＞の場合、即ち、下段のスイッチのみが全てオンし
ている状態を基準にして電圧ベクトルを表示すると、図
９に示したようになる。ここでｕ1 〜ｕ4 の電圧ベクト
ルは、各スイッチング状態（＜0、0＞〜＜0、1＞）にお
ける、モータに印加される相電圧の正相分（対称分）の
電圧ベクトルである。
【００２１】また、図１０は、図９に示した直交する両
軸の４つの電圧ベクトルに対する実数成分値Ｒｅ及び虚
数成分値Ｉｍをそれぞれ示したもので、図中、ｕ1 〜ｕ
4 は印加電圧、ｔ１〜ｔ４はスイッチング時間をそれぞ
れ示したものである。以下、図面を参照してＢ４インバ
ータ２の電圧歪み現象を説明する。先ず、Ｂ４インバー
タ２に電圧を供給する上段直流リンクコンデンサ３の電
圧Ｖ１と下段直流リンクコンデンサ４の電圧Ｖ２との大
きさが同じであるとき（Ｖ１＝Ｖ２）、Ｂ４インバータ
２の４個の電圧は、図１１の左側に示したように、直交
するように表示されるが、下段直流リンクコンデンサ４
の電圧Ｖ２が上段直流リンクコンデンサ３の電圧Ｖ１よ
りも大きいときは、図１０に示したように、（1／2）
（Ｖ２−Ｖ１）の実数成分値Ｒｅが正の値を有するた
め、ｕ2 （1、0）及びｕ4 （0、1）は、図１１の右側に
示したように、Ｉｍ軸に対して右側に傾いた電圧ベクト
ルを有すると共に、ｕ1 （0、0）がｕ3 （1、1）よりも
大きくなる結果になる。
【００２２】従って、Ｂ４インバータ２に電圧指令ベク
トルを形成するためのスイッチング時間を与えても、
上、下段直流リンクコンデンサ３、４間の電圧差によっ
て、図１２の右側に示したように、電圧ベクトルの歪み
（各相電圧の基本波成分の大きさのアンバランス及び位
相のずれ）が発生する。尚、図１２は図９のｕ1 〜ｕ4
ベクトルを所定のアルゴリズムに基づいたスイッチング
パターンに従って選択し、その大きさを決定してベクト
ル加算することにより、モータ印加電圧をその指令値Ｖ
* に合わせる過程を例示したものである。
【００２３】ところが、上、下段直流リンクコンデンサ
３、４間に電圧差がないとき、即ち、Ｖ１＝Ｖ２の場合
は、図１２の左側に示したような正常な電圧指令Ｖ* が
印加されるので、電圧差による歪み現象を補償するため
には、演算されたスイッチング時間を補償すべきであ
る。即ち、電圧差による歪みを減少させるとき、Ｖ２＞
Ｖ１の場合は、上述のように印加電圧がＩｍ軸に対して
右側に傾くため、計算されたｕ1 の印加時間ｔ１を減少
させる一方、ｕ3 の印加時間ｔ３は増大させる。このと
き、印加時間の増大幅はＶ１−Ｖ２またはＶ２−Ｖ１に
表示される、ｔ１及びｔ３に歪み分が比例するため、印
加時間の変化量も考慮すべきである。
【００２４】そして、本発明では、図９に示したように
直交する電圧ベクトルを有するように、Ｂ４インバータ
２の各スイッチング素子をオンまたはオフさせるための
パルス幅変調ＰＷＭパルスのオン時間をＴｓａｍｐの中
心（center）に合わせたセンター整列ＰＷＭ（Center
Aligned PWM）パルスを生成する（図１３及び図１４参
照）。
【００２５】図１３は、Ｔａ＞Ｔｂの場合を示したもの
で、Ｂ４インバータ２の４個のベクトルにおいて各電圧
ｕ1 、ｕ2 、ｕ3 を利用する領域Ｉに電圧指令ベクトル
があることを表示する。図中、ＴａはＡ相アームの上段
スイッチのスイッチング時間、ＴｂはＢ相アームの上段
スイッチのスイッチング時間をそれぞれ示したものであ
る。
【００２６】図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の指令電圧
ベクトルを発生させるＰＷＭパルスを示した波形図であ
る。図１３の領域Ｉに示されたように、下段直流リンク
コンデンサ４の電圧Ｖ２が上段直流リンクコンデンサ３
の電圧Ｖ１よりも大きいとき、実際に計算された電圧を
そのまま印加すると、ｕ1 の大きさはＶ１＝Ｖ２のとき
よりも大きくなる一方、ｕ3 は小さくなるため、上、下
段直流リンクコンデンサ３、４間の電圧差による歪みを
補償するためには、ｕ1 の印加時間であるｔ１は減少さ
せて、ｕ3 の印加時間であるｔ３を増大させるべきであ
る。
【００２７】ここで、図１３（Ｂ）に示したように、ス
イッチングサンプリング時間をＴｓａｍｐとすると、ｔ
１＝Ｔｓａｍｐ−Ｔａ、ｔ３＝Ｔｂと表示される。従っ
て、Ｖ２＞Ｖ１のとき、電圧差による歪みを補償するた
めに、印加時間ｔ１は減少させ、印加時間ｔ３は増大さ
せるべきであるため、Ｔａ及びＴｂの両方を増加させ
る。
【００２８】一方、Ｖ１＞Ｖ２のときは上記のＶ２＞Ｖ
１の場合と反対に、ｕ1 の印加時間ｔ１は増大させ、ｕ
3 の印加時間ｔ３を減少させて電圧差による歪みを補償
すべきであるが、このとき、Ｔａ及びＴｂの両方を減少
させると良い。また、図１４の領域IIに示したように、
下段直流リンクコンデンサ４の電圧Ｖ２が上段直流リン
クコンデンサ３の電圧Ｖ１よりも大きい場合、図１３の
場合と同様に実際に計算された電圧をそのまま印加する
と、ｕ1 が大きくなって、ｕ3は小さくなるため、上、
下段直流リンクコンデンサ３、４間の電圧差による歪み
を補償するときには、ｕ1 の印加時間ｔ１は減少させ
て、ｕ3 の印加時間ｔ３は増大させるべきである。
【００２９】ここで、図１４（Ｂ）に示したように、ス
イッチングサンプリング時間をＴｓａｍｐとすると、ｔ
１＝Ｔｓａｍｐ−Ｔｂ、ｔ３＝Ｔａと表示される。従っ
て、Ｖ２＞Ｖ１のとき、電圧差による歪みを補償するた
めに、印加時間ｔ１は減少させ、印加時間ｔ３は増大さ
せるべきであるが、このとき、Ｔｂ及びＴａは両方とも
増加される。
【００３０】一方、Ｖ１＞Ｖ２のときは前記Ｖ２＞Ｖ１
ときと反対に、印加時間ｔ１は増大させ、印加時間ｔ３
は減少させて、電圧差による歪みを補償することができ
る。結局、領域に拘わらず、下段直流リンクコンデンサ
４の電圧Ｖ２が上段直流リンクコンデンサ３の電圧Ｖ１
よりも大きいときは、Ｔａ、Ｔｂの両方を増加させる
が、上段直流リンクコンデンサ３の電圧Ｖ１が下段直流
リンクコンデンサ４の電圧Ｖ２よりも大きいときは、Ｔ
ａ、Ｔｂの両方を減少させるべきである。
【００３１】以下、上、下段直流リンクコンデンサ３、
４間の電圧差を電流検出器５を利用して検出する方法に
対して説明する。先ず、図１５に示したように、整流部
１２、上、下段直流リンクコンデンサ３、４及びＢ４イ
ンバータ２を等価回路で示すと、例えば、Ｃ相が各上、
下段直流リンクコンデンサ３、４間の連結点に連結され
た場合、各スイッチング状態における電流は、図１６に
示したように表示される。
【００３２】なお、前記図１５の等価回路を数式で示す
と、次式２に示したようになる。 （式２）
【００３３】
【数２】
【００３４】ここで、Ｌleakは漏洩インダクタンス、Ｃ
１、Ｃ２は各直流リンクコンデンサ３、４の容量、Ｒ
１、Ｒ２はそれらコンデンサ３、４の直流等価抵抗、Ｖ
D はダイオードＤ１、Ｄ２の順電圧降下を、それぞれ示
したものである。そして、図１５に示した、上、下段直
流リンクコンデンサ３、４間の電圧差Ｖ２−Ｖ１は、次
式３のように表示することができる。 （式３）
【００３５】
【数３】
【００３６】上式３において、上、下段直流リンクコン
デンサ３、４の容量が同じで（Ｃ＝Ｃ１＝Ｃ２）、各抵
抗Ｒ１、Ｒ２による電圧降下を無視すると、次式４のよ
うに表示することができる。 （式４）
【００３７】
【数４】
【００３８】上式４において、ｉdc1−ｉdc2は、上、下
段直流リンクコンデンサ３、４間の連結点から流れる電
流値を示したもので、図１６に示したように、スイッチ
ング状態に拘わらずｉdc1−ｉdc2＝−ｉｃｓであること
が分かる。従って、下段直流リンクコンデンサ４の電圧
Ｖ２と上段直流リンクコンデンサ３の電圧Ｖ１間の電圧
差は、次式５のように表示され、これは各直流リンクコ
ンデンサ３、４間の連結点から流出する電流の積分値に
該当する。 （式５）
【００３９】
【数５】
【００４０】このように、上、下段直流リンクコンデン
サ３、４の各電圧Ｖ１、Ｖ２を直接的に検出しなくて
も、電流検出器５及び積分器６を利用して各電圧Ｖ１、
Ｖ２を間接的に検出することができるため、それらの電
圧差も間接的に検出することができる。一方、上、下段
直流リンクコンデンサ３、４間の電圧差の補正量は、
（下段直流リンクコンデンサ４の電圧Ｖ２）−（上段直
流リンクコンデンサ３の電圧Ｖ１）、または、（上段直
流リンクコンデンサ３の電圧Ｖ１−下段直流リンクコン
デンサ４の電圧Ｖ２）のように、それら上、下段直流リ
ンクコンデンサ３、４間の電圧差によって決定され、こ
のとき、ｕ1 ベクトルの印加時間ｔ１及びｕ3 ベクトル
の印加時間ｔ３の補正量は上記Ｖ１、Ｖ２の電圧差の歪
みの程度に比例する。
【００４１】図１３の領域Ｉにおける補正量は次式６の
ように表現される。 （式６） ΔTa＝k×（Ｖ２−Ｖ１）×ｔ１ ΔTb＝k×（Ｖ２−Ｖ１）×ｔ３ ここで、kは補正定数である。
【００４２】上式６から見ると、Ｖ２＞Ｖ１の場合、Δ
Ta、ΔTbは正となり、上述したように増加するが、Ｖ１
＞Ｖ２の場合は反対にΔTa、ΔTbは負となり、減少する
ことが分かる。そして、図１４の領域IIにおける補正量
は次式７のように表現される。 （式７） ΔTa＝k×（Ｖ２−Ｖ１）×ｔ３ ΔTb＝k×（Ｖ２−Ｖ１）×ｔ１ ここで、kは補正定数である。
【００４３】上式６及び７から、図１３の領域Ｉにおけ
るＴａの増減はｔ1 の増減と関係があり、図１４の領域
IIにおけるＴａの増減はｔ3 と関係があることが分か
る。そして、本発明に係る３相モータのトルクリップル
低減のための位相歪み補償装置の第１実施形態の変更例
として、永久磁石同期モータ（Permanent magnetsynch
ronous motor、PMSM）の場合は、図５に示したよう
に、電流検出器５及び積分器６の代わりにダイオード及
びコンデンサからなる電流検出器５’を利用して電流の
大きさのみを検出して、上、下段直流リンクコンデンサ
３、４間の電圧差を検出するように構成することもでき
る。
【００４４】この場合、誘起電圧と相電流とを一致させ
て制御を行うため、モータの回転子の位置が分かれば、
上、下段直流リンクコンデンサ３、４間の連結点に流れ
る電流がＣ相であると仮定するとき、Ｃ相の電流ｉcsは
次式のように表現することができる。
【００４５】
【数６】
【００４６】従って、電流検出器５’を利用して電流の
大きさが検出されると、モータの速度及びモータの回転
子位置を利用して上式中の三角関数演算を行って、上、
下段直流リンクコンデンサ間の電圧差を求めることがで
きる。また、本発明に係る３相モータのトルクリップル
減少のための位相歪み補償装置の第２実施形態として、
図１（Ａ）に示したように、電流検出器５及び積分器６
の代わりに電圧検出器１４を利用して上、下段直流リン
クコンデンサ３、４間の電圧差を直接検出するように構
成し、その他は上記の第１実施形態と同様に構成して使
用することもできる。
【００４７】以下、本発明に係る３相モータのトルクリ
ップル低減方法について、図２に基づいて説明する。先
ず、整流部１２に印加される交流電源をブリッジダイオ
ード（未図示）を利用して直流電圧に整流した後、上、
下段直流リンクコンデンサ３、４に出力してそれら上、
下段直流リンクコンデンサ３、４を充電させる。
【００４８】次いで、この充電されたコンデンサ電圧が
Ｂ４インバータ２の各スイッチング素子に与えられる
と、それらのスイッチング素子のオンまたはオフ動作に
より、３相モータ１が回転する。次いで、速度検出器７
は３相モータ１の回転速度ωr を検出してその出力を減
算器１１及び位置検出器９にそれぞれ与え、位置検出器
９はモータ１の回転速度ωr から回転子の位置θを求め
て電圧指令発生器８に出力する。
【００４９】次いで、電圧指令発生器８はインバータ２
のＡ、Ｂ相のアームの上段スイッチのスイッチング時間
Ｔａ、Ｔｂを次式のように求める（S100）。 Ｔａ＝［1／2＋（1／2）ｍａ×sin（θ−π／6）］×Ｔ
ｓａｍｐ Ｔｂ＝［1／2＋（1／2）ｍａ×sin（θ−π／2）］×Ｔ
ｓａｍｐ、 ここで、θは式１のＶu、Ｖwのロジック信号電圧のＰＷ
Ｍ変調により決まる回転子位置角の値、ｍａは変調率、
Ｔｓａｍｐはスイッチングサンプリング時間を示したも
のである。
【００５０】次いで、上記のように求めたＡ相アームの
スイッチング時間ＴａとＢ相アームのスイッチング時間
Ｔｂとの大きさを比較する（S110）。比較の結果、Ａ相
アームのスイッチング時間ＴａがＢ相アームのスイッチ
ング時間Ｔｂよりも大きいときは、ベクトルｕ1 （0、
0）の印加時間ｔ１及びベクトルｕ3 （1、1）の印加時
間ｔ３をｔ１＝Ｔｓａｍｐ−Ｔａ、ｔ３＝Ｔｂによりそ
れぞれ求め（S120）、一方、Ｂ相アームのスイッチング
時間ＴｂがＡ相アームのスイッチング時間Ｔａよりも大
きいときは、ベクトルｕ1 （0、0）の印加時間ｔ１及び
ベクトルｕ3 （1、1）の印加時間ｔ３をｔ１＝Ｔｓａｍ
ｐ−Ｔｂ、ｔ３＝Ｔａによりそれぞれ求める（S130）。
【００５１】次いで、３相モータ１の速度制御を行うた
めに速度指令ωr *を出力し、この速度指令ωr *から速度
検出器７により検出された３相モータ１の速度ωr を減
算器１１により減算して速度誤差を求めた後、速度制御
器１０に出力する。次いで、速度制御器１０は減算器１
１から出力された速度誤差に基づいて電圧指令発生器８
に印加すべき電圧の大きさを指令として出力する。
【００５２】このとき、電流検出器５は各直流リンクコ
ンデンサ３、４間の連結点から３相モータ１へ流れる電
流を検出して積分器６に伝達し、積分器６は上記の検出
された電流を積分して得た電圧を電圧指令発生器８に出
力する。このとき、上記の積分して得た電圧は、下段直
流リンクコンデンサ４の電圧Ｖ２と上段直流リンクコン
デンサ３の電圧Ｖ１との差に該当する。
【００５３】また、上記の電流検出器５及び積分器６の
代わりに、図１（Ａ）に示したように、電圧検出器１４
を利用して、上、下段直流リンクコンデンサ３、４の電
圧Ｖ１、Ｖ２をそれぞれ求めて、それら直流リンクコン
デンサ３、４の電圧差を直接求めることも可能で、この
ように求められた電圧差は前記電圧指令発生器８に与え
られる。
【００５４】次いで、電圧指令発生器８は、速度制御器
１０により求められた電圧指令と、位置検出器９により
求められた回転子の位置θと、電圧検出器１４または、
電流検出器５及び積分器６により検出された電圧差と、
による各印加時間の補償成分ΔTa、ΔTbを計算する（S1
40、S150）。次いで、上記の各補償成分ΔTa、ΔTbと上
記の段階Ｓ１００で計算されたＡ、Ｂ相アームの各スイ
ッチング時間Ｔａ、Ｔｂとを加算して、補償成分値が加
えられた新しいスイッチング時間Ｔａ’、Ｔｂ’を次式
のように生成して、インバータ２に与える（S160）。 Ｔａ'＝Ｔａ＋ΔTa Ｔｂ'＝Ｔｂ＋ΔTb 次いで、この各スイッチング時間Ｔａ’、Ｔｂ’により
インバータ２の各スイッチング素子がオンまたはオフさ
れることによって生成される電圧を３相モータ１に出力
してモータ１を回転させる。
【００５５】図３（Ａ）は、補償が行われてないとき、
３相モータ１を回転させるための速度指令及び実際速度
を示した波形図で、図３（Ｂ）は、３相電流をそれぞれ
示した波形図で、図示されたように、図３（Ａ）では、
速度指令５０ｒｐｍに対して速度リップルがかなり存在
することが確認され、図３（Ｂ）では、３相の平衡され
た電圧が印加された場合、１２０゜の位相差を有する３
相平衡電流が生成されるべきであるが、Ｂ相の電流ｉｂ
ｓがＡ、Ｃ相の電流ｉａｓ、ｉｃｓに比べて小さく、
Ｂ、Ｃ相の位相はほぼ同相であることが分かる。
【００５６】これは、Ｂ４インバータ２において、上、
下段直流リンクコンデンサ３、４間の電圧差による印加
電圧のベクトルが指令値の電圧ベクトルとはかなり歪ま
されてあるためであって、３相平衡電圧が印加されず、
このような電圧の歪みのため、モータにトルクリップル
が発生して、速度リップルを招く結果となる。併し、本
発明に係る３相モータのトルクリップル低減のための位
相歪み補償装置を用いて図３と同様の条件下で補償を行
った場合は、図４（Ａ）に示したように、速度指令と実
際の速度とを比較した結果、速度波形のリップルがかな
り減少され、図４（Ｂ）に示したように、３相電流ｉａ
ｓ、ｉｂｓ、ｉｃｓの各位相差が１２０゜を維持するこ
とが確認され、また、図４（Ｃ）に示したように、直流
リンク電圧Ｖｄｃが上、下段直流リンクコンデンサ３、
４の電圧Ｖ１、Ｖ２の和であり、Ｖ１とＶ２がほぼ等し
くなっていることが分かる。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る３相
モータのトルクリップル低減のための位相歪み補償装置
及びその方法においては、上、下段直流リンクコンデン
サ間の電圧差によってスイッチング時間を調節して、ト
ルクリップルの発生が減少されるため、円滑な速度制御
を行い得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は本発明に係る３相モータのト
ルクリップル低減のための位相歪み補償装置の各実施例
を示した回路図である。
【図２】本発明に係る３相モータのトルクリップル低減
方法を示したフローチャートを示す図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は電圧歪みを補償する前の速度
波形及び３相電流の波形をそれぞれ示した波形図であ
る。
【図４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は電圧歪みを補償した
後の速度波形、３相電流及び上、下段直流リンクコンデ
ンサの波形をそれぞれ示した図である。
【図５】図１（Ｂ）の変更例として、電流検出器及び積
分器の代わりに使用される電流検出器を示した回路図で
ある。
【図６】従来の３相モータを示した回路図である。
【図７】図６の３相モータを回転させるための、相互に
１２０°の位相差を有する３相電圧ベクトルと、相互に
６０°の位相差を有する２相電圧ベクトルとを示した説
明図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｄ）は図６の各スイッチング素子の
スイッチング状態による電圧分配状態をそれぞれ示した
説明図である。
【図９】図８（Ａ）を基準に、４つのタイプの電圧ベク
トルを示した説明図である。
【図１０】図９の各スイッチング状態Ｓ１、Ｓ２でのモ
ータ印加電圧ベクトルの実数成分及び虚数成分を示した
テーブルである。
【図１１】図９において、下段直流リンクコンデンサの
電圧Ｖ２が上段直流リンクコンデンサの電圧Ｖ１よりも
大きいときの電圧ベクトルを示した説明図である。
【図１２】図９において下段直流リンクコンデンサの電
圧Ｖ２が上段直流リンクコンデンサの電圧Ｖ１よりも大
きいとき、指令速度を与えるための理想的な印加電圧及
び実際に加えられる印加電圧を示した電圧ベクトル図で
ある。
【図１３】（Ａ），（Ｂ）はインバータのＡ相アームの
スイッチング時間がＢ相アームのスイッチング時間より
も大きい領域Ｉのスイッチング波形を示した説明図であ
る。
【図１４】（Ａ），（Ｂ）はインバータのＢ相アームの
スイッチング時間がＡ相アームのスイッチング時間より
も大きい領域IIのスイッチング波形を示した説明図であ
る。
【図１５】整流部、上、下段直流コンデンサ及びインバ
ータの等価回路図である。
【図１６】図１５の３相モータのＣ相が上、下段直流リ
ンクコンデンサの連結点に連結されたとき、各スイッチ
ング状態における上記の連結点から流れる電流を示した
テーブルである。
【符号の説明】
１…３相モータ ２…Ｂ４インバータ ３…上段直流リンクコンデンサ ４…下段直流リンクコンデンサ ５…電流検出器 ５’…電流検出器 ６…積分器 ７…速度検出器 ８…電圧指令発生器 ９…位置検出器 １０…速度制御器 １１…減算器 １２…整流部 １３…入力電源 １４…電圧検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チョン ダル ホ 大韓民国，ソウル，マポ−ク，ドーワ １−ドン，357，ヒュンダイ アパート メント 104−408 (56)参考文献 特開 平11−136994（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−89239（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02M 7/42 - 7/98 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ３相モータを駆動するためにインバータ
    の２相（Ａ、Ｂ相）のアームの上段スイッチのスイッチ
    ング時間（Ta、Tb）をそれぞれ計算する第１段階と、 計算された各該スイッチング時間（Ta、Tb）の大きさを
    比較する第２段階と、 該第２段階における前記各スイッチング時間（Ta、Tb）
    の大きさの比較結果に基づいて前記Ａ、Ｂ相アームの各
    スイッチング状態（S1、S2）中２相共、下段スイッチが
    オンするオン時間（ｔ１）及び上段スイッチがオンする
    オン時間（ｔ３）をそれぞれ演算する第３段階と、 前記各スイッチのオン時間（ｔ１、ｔ３）を演算した
    後、前記インバータの入力側に接続された上、下段直流
    リンクコンデンサの連結点から流れる電流を検出し積分
    して、該上、下段直流リンクコンデンサ間の電圧差を求
    める第４段階と、 前記の求められた電圧差を利用して前記各スイッチング
    時間（Ta、Tb）の補償成分値（ΔTa、ΔTb）をそれぞれ
    演算する第５段階と、 前記第１段階で計算された各スイッチング時間（Ta、T
    b）を前記補償成分値（ΔTa、ΔTb）によって補正した
    新しいスイッチング時間（Ta'、Tb'）を生成して前記イ
    ンバータに供給する第６段階と、 を順次行うことを特徴とする３相モータのトルクリップ
    ル低減のための位相歪み補償方法。
  2. 【請求項２】 前記下段直流リンクコンデンサの電圧
    （Ｖ２）が前記上段直流リンクコンデンサの電圧（Ｖ
    １）よりも大きいときは、前記各スイッチング時間（T
    a、Tb）を両方とも増加させるが、前記下段直流リンク
    コンデンサの電圧（Ｖ２）が前記上段直流リンクコンデ
    ンサの電圧（Ｖ１）よりも小さいときは、前記各スイッ
    チング時間（Ta、Tb）を両方とも減少させることを特徴
    とする請求項１に記載の３相モータのトルクリップル低
    減のための位相歪み補償方法。
  3. 【請求項３】 前記第１段階の各スイッチング時間（T
    a、Tb）は、次式 Ta＝［1／2＋1／2ma×sin（θ−π／6）］×Tsamp Tb＝［1／2＋1／2ma×sin（θ−π／2）］×Tsamp、 （ここで、θは回転子位置角、maは変調率、Tsampはス
    イッチングサンプリング時間を示す）により計算される
    ことを特徴とする請求項１に記載の３相モータのトルク
    リップル低減のための位相歪み補償方法。
  4. 【請求項４】 前記第３段階の下段スイッチのオン時間
    （ｔ１）及び上段スイッチのオン時間（ｔ３）は、 Ta≧Tbの場合、式ｔ１＝Tsamp−Ta、ｔ３＝Tb、 Ta＜Tbの場合、式ｔ１＝Tsamp−Tb、ｔ３＝Ta、 により計算されることを特徴とする請求項１に記載の３
    相モータのトルクリップル低減のための位相歪み補償方
    法。
  5. 【請求項５】 前記第５段階の前記各スイッチング時間
    の前記補償成分値（ΔTa、ΔTb）は、 Ta≧Tbの場合、式 ΔTa＝k×（V2−V1）×t1、ΔTb＝k×（V2−V1）×t3、 Ta＜Tbの場合、式 ΔTa＝k×（V2−V1）×t3、ΔTb＝k×（V2−V1）×t1、 により計算されることを特徴とする請求項１に記載の３
    相モータのトルクリップル低減のための位相歪み補償方
    法。
  6. 【請求項６】 前記第６段階の新しいスイッチング時間
    （Ta'、Tb'）は式、Ta'＝Ta＋ΔTa、Tb'＝Tb＋ΔTbによ
    り計算されることを特徴とする請求項１に記載の３相モ
    ータのトルクリップル低減のための位相歪み補償方法。
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