JP4432396B2 - 9相モータ駆動装置 - Google Patents
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Description
このような構成において、直流電源1を入力とする3相インバータ10、20は、ゲートドライブ回路12、22のゲート信号に基づき巻線101、102、103の線間に出力電圧を印加して3相モータ100を駆動する。その際、ゲートドライブ回路12、22は制御回路2の出力を入力とするとともに、電流平衡回路3の出力を補正信号として得ている。また、補正信号は電流平衡回路3の電流偏差検出回路3u、3v、3wからの出力である。
このように構成されたモータ駆動装置は、複数台のインバータ回路で3相モータを駆動する場合に必要であった並列結合リアクトルを除去することができる。つまり、同一相の電流偏差を検知して、電流偏差が零になる補正信号を得て、インバータ回路の出力電流を平衡させる。出力電流を平衡にすることで、不平衡時にインダクタンスとして作用させていた並列結合リアクトルを除去することができる。
(1)複数台のインバータ回路を用いて3相の巻線に出力電圧を印加することから、電流波形は時間高調波成分を含み、電流により生成されるギャップ磁束分布波形も時間高調波成分が生じる。ギャップ磁束分布の高調波成分はトルクリプルとなり、精密な回転動作が要求される用途には問題となる。特に、高回転速度の主軸モータなどの低巻線インピーダンスのモータでは通電電流波形が出力電圧波形に近くなり上記問題が顕著になる。
(2)複数台の電圧形インバータ回路を用いて3相の巻線に出力電圧を印加することから、電流により生成されるギャップ磁束分布波形には、U、V、W相の巻線の配置にともない電気角120度ずれの大きな開きを有する空間高調波成分が生じる。ギャップ磁束分布の空間高調波成分はトルクリプルとなるため、精密な回転動作が要求される用途には問題となる。特に、永久磁石形ACサーボモータのように巻線がステータティースに集中巻される3相モータでは上記の問題が顕著になる。
(3)出力電流を平衡させるために電流検出器が6個必要であり、また、電流検出器の精度が出力電流の平衡度合いを決めることから、電流検出器は高精度なものを選定しなければならず、高価格となる。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、低インピーダンスや集中巻モータにおいてもギャップ磁束の高調波成分を低減させ、トルクリップルが小さく、さらには、電流検出器数を増加させない低価格な9相モータ駆動装置を提供することを目的とする。
前記第1の3相インバータの3相の電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の電流検出値を用いて電流を制御し、2相の電圧指令を出力する電流制御器と、2相の電圧指令を入力し互いに40度位相差をもつ9相電圧指令に変換する2相/9相電圧指令変換器と、前記9相電圧指令から3組の3相PWM信号を生成するゲートドライブ信号生成器とを備え、前記3組の3相PWM信号を前記第1〜第3の3相インバータに入力して前記9相モータを駆動する構成にしたので、通電電流が作るギャップ磁束分布の高調波を低減でき、低巻線インピーダンスや集中巻のモータにおいてもトルクリプルが小さく、低価格の駆動装置を提供することができる。
請求項2記載の本発明は、請求項1記載の9相モータ駆動装置において電流制御器をd−q軸電流制御器で構成したので通電電流が作るギャップ磁束分布の高調波を低減でき、低巻線インピーダンスや集中巻のモータにおいてもトルクリプルが小さく、低価格の駆動装置を提供することができる。
(1)電気角40度の位相差のリップルの少ない出力電圧波形を9相分の巻線に印加することができるので、出力電圧波形の時間高調波成分を低減することができる。低インピーダンスのモータであってもトルクリプルの小さいモータ駆動装置を提供できる。
(2)電気角40度の位相差のリップルの少ない出力電圧波形を9相分の巻線に印加することができるので、従来技術で問題となっていた出力電圧波形の空間高調波成分を低減することができる。各相の巻線が集中して配置される集中巻のモータであってもトルクリプルの小さいモータ駆動装置を提供できる。
(3)従来6個の電流検出器が必要であったものが3個もしくは2個で構成することができ、低価格な駆動装置を提供できる。
次に従来例と本発明の相電圧波形シミュレーションについて説明する。図3は従来例の相電圧波形シミュレーションを示したものである。120度電気角の3相電圧指令を三角波と比較してパルス幅変調し、パルス幅変調信号出力で3組の3相ブリッジ電力変換回路のゲートをドライブし、3相ブリッジ電力変換回路の出力を120度電気角の3組の3相巻線に印加したものである。このときの電圧指令は周波数100Hz、振幅±5Vであり、三角波は周波数2kHz、振幅±6Vである。また、図4は本発明の3組のうち1組の相電圧波形シミュレーションを示したものである。3相電圧指令から40度位相差の3組の3相電圧指令を生成し、3組の3相電圧指令を三角波と比較してパルス幅変調し、パルス幅変調信号出力で3組の3相ブリッジ電力変換回路のゲートをドライブし、3相ブリッジ電力変換回路出力を40度電気角の9相巻線に印加したものである。このときの電圧指令は周波数は100Hz、振幅±5V、三角波は周波数2kHz、振幅±6Vで従来例と同じである。本発明では、電気角40度の位相差の出力電圧を9相分の巻線に印加することができるので、従来例で問題となっていた図3の出力電圧波形を本発明により図4のように低減することができる。
2 制御回路
3 電流平衡回路
4 電流制御器
5 電圧指令生成器
9 速度制御器
10、20 3相インバータ
100 3相モータ
101、102、103 U、V、W相の巻線
31u、31v、31w、32u、32v、32w 電流検出器
11、21 3相ブリッジ変換回路
21、22 ベースドライブ回路
3u、3v、3w 電流偏差検出回路
60、70,80 第1、第2、第3の3相インバータ
61、71、81 第1、第2、第3の3相ブリッジ電力変換回路
62、72、82 第1、第2、第3のゲートドライブ回路
4u、4v、4w 電流検出器
200 9相モータ
210 ステータ
211〜219 巻線
220 スロット
221 ティース
250 ロータ
251 永久磁石
252 ヨーク
253 シャフト
260 位置検出器
a1 第1の3相巻線のU相電流検出値Iufb
a2 第1の3相巻線のV相電流検出値Ivfb
a3 第1の3相巻線のW相電流検出値Iwfb
b1、b2 2相電流
c1、c2 2相電流指令
d1、d2 2相電圧指令
e1、e2、e3 3組の3相電圧指令
f1、f2、f3 3組の3相ゲートドライブ信号
g1、g2、g3 3組の絶縁されたゲートドライブ信号
Claims (2)
- 9×m(mは自然数)のスロットに中性点を接続した40度電気角位相差の9相巻線を施したステータと、極数が8×mの永久磁石ロータとを備え、0度、120度、240度電気角位相差の第1の3相巻線と40度、160度、280度電気角位相差の第2の3相巻線と80度、200度、320度電気角位相差の第3の3相巻線とをそれぞれ集中巻きで構成した9相モータに3台の3相インバータを接続して、第1の3相インバータは前記第1の3相巻線を、第2の3相インバータは前記第2の3相巻線を、第3の3相インバータは前記第3の3相巻線を駆動する9相モータ駆動装置において、
前記第1の3相インバータの3相の電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の電流検出値を用いて電流を制御し、2相の電圧指令を出力する電流制御器と、2相の電圧指令を入力し互いに40度位相差をもつ9相電圧指令に変換する2相/9相電圧指令変換器と、前記9相電圧指令から3組の3相PWM信号を生成するゲートドライブ信号生成器とを備え、前記3組の3相PWM信号を前記第1〜第3の3相インバータに入力して前記9相モータを駆動することを特徴とする9相モータ駆動装置。 - 前記電流制御器はd−q軸電流制御器で構成したことを特徴とする請求項1記載の9相モータ駆動装置。
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