JP4561376B2 - Inverter circuit and motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、インバータ回路及びモータ制御装置に関する。 The present invention relates to an inverter circuit and a motor control device.
例えば、以下の特許文献1では電動機(モータ)付ターボチャージャの制御装置に関する技術が開示されている。この技術は、バッテリから出力される直流電圧を昇圧回路で上昇させ、インバータ回路によって交流に変換してモータに供給する制御装置において、モータ駆動時に昇圧回路に流れる突入電流を抑制し、昇圧回路内の部品の破損を防止するものである。
上記のように、昇圧回路を持つインバータを備えた電動機付ターボチャージャの制御装置に関してはモータ駆動時の突入電流を抑制する技術は開示されているが、昇圧回路を持たないタイプの電動機付ターボチャージャの制御装置に関しての突入電流抑制技術は開示されていない。昇圧回路を持たないインバータを備えた電動機付ターボチャージャの制御装置は、内部構成が簡単で小型化が可能という利点があるが、インバータの前段に設けられる平滑コンデンサとバッテリとが回路的に直接接続されることになり、モータ起動時に大きな突入電流が流れるという問題がある。 As described above, regarding a control device for a turbocharger with an electric motor provided with an inverter having a booster circuit, a technique for suppressing an inrush current at the time of driving a motor is disclosed, but a turbocharger with an electric motor of a type that does not have a booster circuit. No inrush current suppression technique is disclosed for this control device. The turbocharger control unit equipped with an inverter that does not have a booster circuit has the advantage that the internal configuration is simple and can be reduced in size. However, the smoothing capacitor and the battery provided in the previous stage of the inverter are directly connected in a circuit. As a result, there is a problem that a large inrush current flows when the motor is started.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、昇圧回路を持たないインバータを備えるモータ制御装置において、モータ起動時の突入電流を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to suppress an inrush current at the time of starting a motor in a motor control device including an inverter having no booster circuit.
上記課題を解決するために、本発明では、インバータ回路に係わる第1の解決手段として、外部から入力された直流電圧を昇圧することなく平滑コンデンサを備えたスイッチング回路でスイッチングして交流電圧に変換するインバータ回路であって、前記スイッチング回路の前段に突入電流防止回路を備える、という手段を採用する。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, as a first solution for an inverter circuit, a DC voltage input from the outside is switched by a switching circuit having a smoothing capacitor without being boosted and converted to an AC voltage. An inverter circuit is provided that includes an inrush current prevention circuit in the preceding stage of the switching circuit.
また、インバータ回路に係わる第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、突入電流防止回路は、外部からスイッチング回路に流れる通電電流に基づいて前記通電電流を自立的に抑制する、という手段を採用する。 Further, as a second solving means related to the inverter circuit, in the first solving means, the inrush current prevention circuit is configured to suppress the energization current independently based on the energization current flowing from the outside to the switching circuit. Is adopted.
また、インバータ回路に係わる第3の解決手段として、上記第2の解決手段において、突入電流防止回路は、サーミスタを用いることによって前記通電電流を自立的に抑制する、という手段を採用する。 Further, as a third solving means relating to the inverter circuit, in the second solving means, the inrush current prevention circuit employs a means that suppresses the energization current independently by using a thermistor.
一方、本発明では、モータ制御装置に係わる第1の解決手段として、車輌用ターボチャージャに同軸接続されたモータを制御する制御装置であって、直流電源と、該直流電源から入力された直流電圧を昇圧することなく平滑コンデンサを備えたスイッチング回路でスイッチングすることにより交流電圧に変換して前記モータに供給すると共に、前記スイッチング回路の前段に突入電流防止回路を備えたインバータ回路と、前記インバータ回路を制御する制御部とを具備する、という手段を採用する。 On the other hand, in the present invention, as a first solving means related to the motor control device, there is provided a control device for controlling a motor coaxially connected to a vehicular turbocharger, comprising a DC power source and a DC voltage inputted from the DC power source. An inverter circuit provided with an inrush current prevention circuit in the previous stage of the switching circuit, and converted into an AC voltage by switching with a switching circuit provided with a smoothing capacitor without boosting the voltage, and supplied to the motor. And a control unit that controls the above.
また、モータ制御装置に係わる第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、突入電流防止回路は、直流電源からスイッチング回路に流れる通電電流に基づいて前記通電電流を自立的に抑制する、という手段を採用する。 Further, as a second solving means related to the motor control device, in the first solving means, the inrush current prevention circuit independently suppresses the energization current based on the energization current flowing from the DC power source to the switching circuit. Adopt the means.
また、モータ制御装置に係わる第3の解決手段として、上記第2の解決手段において、 突入電流防止回路は、サーミスタを用いることによって前記通電電流を自立的に抑制する、という手段を採用する。 Further, as a third solving means relating to the motor control device, in the second solving means, the inrush current prevention circuit employs a means that suppresses the energization current independently by using a thermistor.
また、モータ制御装置に係わる第4の解決手段として、上記第1の解決手段において、制御部は、前記モータの駆動状態に基づいてインバータ回路を制御する、という手段を採用する。 Further, as a fourth solving means relating to the motor control device, in the first solving means, a means is adopted in which the control unit controls the inverter circuit based on the driving state of the motor.
また、モータ制御装置に係わる第5の解決手段として、上記第4の解決手段において、制御部は、前記モータの駆動状態に関する情報を車輌に搭載されたECU(Engine Control Unit)から取得する、という手段を採用する。 Further, as a fifth solving means related to the motor control device, in the fourth solving means, the control unit acquires information on the driving state of the motor from an ECU (Engine Control Unit) mounted on the vehicle. Adopt means.
本発明によると、昇圧回路を持たないインバータ回路を備えたモータ制御装置において、
自立的に、もしくはモータの駆動状態に基づいて動作する突入電流防止回路を設けたので、モータ起動時の突入電流を抑制することができる。これにより、バッテリ及び平滑コンデンサの寿命を延ばすことができ、また、配線時に瞬時に流れる電流による作業者への感電の危険性を回避できる。
According to the present invention, in a motor control device including an inverter circuit that does not have a booster circuit,
Since the inrush current prevention circuit that operates independently or based on the driving state of the motor is provided, the inrush current at the time of starting the motor can be suppressed. Thereby, the lifetime of a battery and a smoothing capacitor can be extended, and the danger of the electric shock to the operator by the electric current which flows instantaneously at the time of wiring can be avoided.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係わるモータ制御装置の構成ブロック図である。なお、本実施形態は、車輌用ターボチャージャに同軸接続されたモータを制御するモータ制御装置であって、昇圧回路を持たないインバータ回路によってモータを駆動するタイプのモータ制御装置に関する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration block diagram of a motor control device according to the present embodiment. The present embodiment relates to a motor control device that controls a motor that is coaxially connected to a vehicle turbocharger and that drives the motor with an inverter circuit that does not have a booster circuit.
図1において、符号Mはモータ、Tはタービン、Cはコンプレッサ、1はECU(Engine Control Unit)、2はモータ制御装置であり、構成要素として、モータ制御部2a、突入電流防止回路2b、スイッチング回路2c、バッテリ2d及び平滑コンデンサ2eを備える。
In FIG. 1, reference numeral M is a motor, T is a turbine, C is a compressor, 1 is an ECU (Engine Control Unit), 2 is a motor control device, and includes a motor control unit 2a, an inrush
タービンT及びコンプレッサCは同軸上に接続されターボチャージャを構成している。ターボチャージャは周知のようにエンジンの排気エネルギを利用してタービンTを回転させることにより、このタービンTと同軸上に接続されているコンプレッサCを回転させ、吸入空気を過給するものである。モータMはタービンT及びコンプレッサCの同軸上に接続されており、スイッチング回路2cから印加されたモータ駆動電圧VMによって3相(U相、V相及びW相)駆動されるDCブラシレスモータである。モータMはエンジンの運転状態に応じて駆動し、タービンTを回転させる。
The turbine T and the compressor C are connected on the same axis to constitute a turbocharger. As is well known, the turbocharger rotates the turbine T using the exhaust energy of the engine, thereby rotating the compressor C connected coaxially with the turbine T and supercharging the intake air. Motor M is connected coaxially to the turbine T and the compressor C, 3-phase by the motor drive voltage V M applied from the
ECU1は、エンジンの運転状態及びモータの駆動状態を監視、管理及び制御するものであり、エンジンの運転状態に応じてモータ起動信号をモータ制御部2aへ出力する。モータ制御部2aはECU1から入力されるモータ起動信号に基づいて突入電流防止回路2bに突入電流制御信号を出力し、さらにスイッチング回路2cにモータ制御信号を出力するものである。
The ECU 1 monitors, manages, and controls the operating state of the engine and the driving state of the motor, and outputs a motor start signal to the motor control unit 2a according to the operating state of the engine. The motor control unit 2a outputs an inrush current control signal to the inrush
バッテリ2dは車輌に搭載された直流電源であり、直流電圧を突入電流防止回路2bを介してスイッチング回路2cに供給するものである。スイッチング回路2cは、モータMのU相、V相及びW相に各々対応する複数のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を備え、バッテリ2dから供給された直流電圧をモータ制御部2aから入力されたモータ制御信号に基づいて上記各IGBTでスイッチングすることにより、U相、V相及びW相に各々対応するモータ駆動電圧VMを生成してモータMに供給する。なお、上記のIGBTに替えてMOSFETを用いてスイッチングを行っても良い。
The
平滑コンデンサ2eは、バッテリ2dの出力端子間に介挿されており、バッテリ2dの直流電圧を平滑化するものである。
The smoothing capacitor 2e is inserted between the output terminals of the
突入電流防止回路2bは、平滑コンデンサ2eが無充電状態にある場合において、バッテリ2dから直流電圧が出力された瞬間に平滑コンデンサ2eに流れる突入電流を、モータ制御部2aから入力される突入電流制御信号に基づいて抑制するものである。
The inrush
図2は、突入電流防止回路2bの内部構成を示す図である。図2のように突入電流防止回路2bはリレー3aと抵抗器3bから構成されており、モータ制御部2aから入力される突入電流制御信号に基づいてリレー3aは抵抗器3b側のスイッチまたはもう一方のスイッチをオン/オフする。
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the inrush
なお、上記のモータ制御装置2の構成要素のうち、突入電流防止回路2b、スイッチング回路2c及び平滑コンデンサ2eはモータMを駆動するインバータ回路を構成している。
Of the components of the
次に、このように構成された本モータ制御装置2の動作について図1及び図2を用いて説明する。
Next, the operation of the
まず、エンジンが低回転で運転しているとする。低回転運転時の排気エネルギではタービンTが十分に回転せず、吸入空気の過給も行えない。そこで、ECU1は低回転運転時のエンジントルクを確保するため、モータMを起動させるモータ起動信号をモータ制御部2aに出力する。モータ制御部2aは、モータ起動信号に基づき突入電流防止回路2bに突入電流制御信号を、またスイッチング回路2cにモータ制御信号を出力する。
First, it is assumed that the engine is operating at a low speed. The turbine T does not rotate sufficiently with exhaust energy during low-speed operation, and the intake air cannot be supercharged. Therefore, the ECU 1 outputs a motor activation signal for activating the motor M to the motor control unit 2a in order to ensure engine torque during low-speed operation. The motor control unit 2a outputs an inrush current control signal to the inrush
リレー3aは突入電流制御信号によって動作し、抵抗器3b側のスイッチをオンにする。
この時、もう一方のスイッチはオープンであるため、バッテリ2dから出力される電流は抵抗器3bを介して平滑コンデンサ2e及びスイッチング回路2cに流れることになる。これによりモータMの起動時、すなわちバッテリ2dから直流電圧が出力された瞬間に平滑コンデンサ2eに流れる突入電流を抑制することができる。そして、モータ制御部2aは、ある一定時間が経過したところでリレー3aにもう一方のスイッチをオンにするような突入電流制御信号を出力し、定常運転では抵抗器3bを接続しないようにする。
The
At this time, since the other switch is open, the current output from the
そして、スイッチング回路2cは、モータ制御部2aから入力されたモータ制御信号に基づいてモータ駆動電圧VMを生成してモータMに供給する。このようにしてモータMは駆動し、タービンT及びコンプレッサCを回転させ、吸入空気の過給を行う。
Then, the
以上のように、本モータ制御装置2によると、昇圧回路を持たず、平滑コンデンサ2eとバッテリ2dが直接接続されるインバータ回路において、平滑コンデンサ2eとバッテリ2dとの間に突入電流防止回路2bを設けたのでモータM起動時の突入電流を抑制することができ、結果、平滑コンデンサ2e及びバッテリ2dの寿命を延ばすことができる。
As described above, according to the
また、従来ならばインバータ回路にバッテリ2dを接続する配線作業を行う際に突入電流が流れてしまい、作業者が感電する危険性があったが、本モータ制御装置2の製造過程においては、突入電流防止回路2b、スイッチング回路2c及び平滑コンデンサ2eで構成されるインバータ回路にバッテリ2dを接続する配線作業を行うため、突入電流は流れず安全な配線作業を行うことができる。
Further, in the past, an inrush current flowed when performing the wiring work for connecting the
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記ではモータ起動時にECU1から出力されるモータ駆動信号に同期してリレー3aを動作させていたが、図3に示すように突入電流防止回路2bの前段に電流計3cを接続して電流をモニタし、突入電流が検出された場合にモータ制御部2aは突入電流制御信号を出力するようにしても良い。この場合、電流計3cの接続場所は突入電流防止回路2bの前段、後段を問わない。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) In the above description, the
(2)また、突入電流防止回路2bにサーミスタを用いても良い。これは、サーミスタの抵抗値が温度と反比例することを利用して突入電流を抑制するものである。このサーミスタは自己の持つ特性によって自立的に突入電流を抑制するので、上記のようにモータ制御部2aによって制御する必要もなく、また電流計3cを接続して電流を検出する必要もないため、突入電流防止回路2bの部品点数を減らし、コストを下げることが可能である。このような自立的に突入電流を抑制する素子として、インダクタンス分を持つコイル等を用いても良い。
(2) A thermistor may be used for the inrush
(3)本実施形態では、突入電流防止回路2bにリレー3aをスイッチ機構として用いたが、このような機械的スイッチに限らず、半導体スイッチ(例えば、サイリスタ、IGBT、MOSFET等)を用いても良い。上記において、サイリスタを半導体スイッチとして用いた場合、図4に示すように2つのサイリスタ4aを逆向きに並列接続することで、モータMの回生発電による電気エネルギを回収することができる。
(3) In this embodiment, the
(4)また、突入電流防止回路2bに上記のような半導体スイッチ(サイリスタを除く)を用いる場合、これら半導体スイッチと抵抗器3bとの組み合わせではなく、半導体スイッチをチョッパ駆動させて電流を制御し、突入電流を防止しても良い。
(4) When the semiconductor switch (excluding thyristor) as described above is used for the inrush
(5)上記変形例(3)において、抵抗器3bと組み合わせることなく、機械的スイッチまたは半導体スイッチのみを用いても良い。すなわち、突入電流が流れる瞬間に機械的スイッチ及び半導体スイッチをオープンにして電流が流れないようにする。ただし、この場合機械的スイッチ及び半導体スイッチの動作時に突入電流が流れるので、バッテリ2dと平滑コンデンサ2eとの寿命に対する効果はないが、作業者の感電防止の効果はある。
(5) In the modification (3), only a mechanical switch or a semiconductor switch may be used without combining with the
(6)本実施形態では、モータMの起動時に同期して突入電流防止回路2bを動作させたが、これに限らず、エンジンの起動信号を検出し、これに同期して突入電流防止回路2bを動作させても良い。
(6) In this embodiment, the inrush
(7)また、エンジンのアイドリング時の排気によりタービンTが回転するとモータMも約3000rpmで回転するので、回転数に比例した誘起電圧が発生する。この誘起電圧をモータ駆動状態として検出し、ある設定値を超えた場合にモータMが駆動したと判断することで突入電流防止回路2bを動作させても良い。さらに上記の誘起電圧に替えて、回転速度またはモータMの巻線温度を検出しても良い。
(7) Further, when the turbine T is rotated by exhaust during idling of the engine, the motor M is also rotated at about 3000 rpm, so that an induced voltage proportional to the rotational speed is generated. The inrush
(8)また、タービンTもしくはコンプレッサCの、入口側または出口側の温度、流量または圧力のいずれかを検出し、ある設定値を超えた場合にモータMが駆動したと判断することで突入電流防止回路2bを動作させても良い
(8) Inrush current is detected by detecting any temperature, flow rate or pressure on the inlet side or outlet side of the turbine T or the compressor C and determining that the motor M has been driven when a certain set value is exceeded. The
(9)モータ制御部2aの機能をECU1に統合させ、ECU1によって突入電流防止回路2bやスイッチング回路2c等を制御しても良い。
(9) The function of the motor control unit 2a may be integrated into the ECU 1, and the inrush
M‥モータ、T‥タービン、C‥コンプレッサ、1‥ECU、2‥モータ制御装置、2a‥モータ制御部、2b‥突入電流防止回路、2c‥スイッチング回路、2d‥バッテリ、2e‥平滑コンデンサ、3a‥リレー、3b‥抵抗器、3c‥電流計、
4a‥サイリスタ
M: Motor, T: Turbine, C: Compressor, 1 ECU, 2: Motor controller, 2a: Motor controller, 2b: Inrush current prevention circuit, 2c: Switching circuit, 2d: Battery, 2e: Smoothing capacitor, 3a Relay, 3b Resistor, 3c Ammeter,
4a ... Thyristor
Claims (4)
前記スイッチング回路の前段に、逆向きに並列接続された2つのサイリスタと、該2つのサイリスタに並列接続された抵抗器とを含む突入電流防止回路を備え、
前記2つのサイリスタは、前記モータの起動時において前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間に前記抵抗器を介して電流が流れるようオフに制御され、前記モータの起動時から一定時間の経過後において前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間に前記2つのサイリスタを介して電流が流れるようオンに制御されることを特徴とするインバータ回路。 An inverter circuit that switches a DC voltage input from a DC power source to an AC voltage by switching with a switching circuit having a smoothing capacitor without boosting, and supplies the AC voltage to the motor.
An inrush current preventing circuit including two thyristors connected in parallel in opposite directions and a resistor connected in parallel to the two thyristors is provided in the front stage of the switching circuit,
The two thyristors are controlled to be turned off so that a current flows through the resistor between the DC power source and the smoothing capacitor at the time of starting the motor, and after a lapse of a certain time from the time of starting the motor. An inverter circuit, wherein the inverter circuit is controlled to be turned on so that a current flows between the DC power source and the smoothing capacitor via the two thyristors .
直流電源と、
該直流電源から入力された直流電圧を昇圧することなく平滑コンデンサを備えたスイッチング回路でスイッチングすることにより交流電圧に変換して前記モータに供給すると共に、前記スイッチング回路の前段に、逆向きに並列接続された2つのサイリスタと、該2つのサイリスタに並列接続された抵抗器とを含む突入電流防止回路を備えたインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、前記モータの起動時において前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間に前記抵抗器を介して電流が流れるよう前記2つのサイリスタをオフに制御し、前記モータの起動時から一定時間の経過後において前記直流電源と前記平滑コンデンサとの間に前記2つのサイリスタを介して電流が流れるよう前記2つのサイリスタをオンに制御することを特徴とするモータ制御装置。 A control device for controlling a motor coaxially connected to a turbocharger for a vehicle,
DC power supply,
The DC voltage input from the DC power source is switched by a switching circuit having a smoothing capacitor without being boosted, converted to an AC voltage and supplied to the motor, and in parallel with the previous stage of the switching circuit in the reverse direction. An inverter circuit including an inrush current prevention circuit including two thyristors connected to each other and a resistor connected in parallel to the two thyristors;
A control unit for controlling the inverter circuit;
Comprising
The control unit controls the two thyristors to turn off so that a current flows through the resistor between the DC power supply and the smoothing capacitor at the time of starting the motor, and for a certain time from the time of starting the motor. The motor control device is characterized in that the two thyristors are controlled to be turned on so that a current flows between the DC power source and the smoothing capacitor via the two thyristors after the elapse of time .
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